JPH0541324Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用して冷
凍運転を行う吸着式冷凍機に係り、とくに吸着剤
を保持する伝熱通路と吸着剤との熱伝達率向上を
図つた前記吸着式冷凍機に関するものである。

（従来の技術） 吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用し、冷熱を発生
させる吸着式冷凍機は、工場廃熱など低等級の熱
源を有効に利用出来るばかりでなく、コンプレツ
サタイプの冷凍機に比べてポンプなどの可動部分
が少なく、装置コストが比較的安価で、かつ、運
転コストも低く抑えることが出来ると共に、運転
騒音が小さいなど多くの利点を有している。

ところで、この種の吸着式冷凍機は、従来、天
然ゼオライトやシリカゲル等の吸着剤を粒径１〜
３mmの粒子状に固化成形したものを冷媒蒸気通路
の途中に設けた金属製貯蔵タンク内に充填し、該
貯蔵タンクを外部から加熱することにより吸着剤
の脱着再生を行うものが一般的であつた。（例え
ば、特開昭58−193062号公報参照） しかしながら、上記の吸着式冷凍機では、吸着
剤自体の熱伝導率が低いため、吸着剤粒子間の熱
伝達速度が遅く脱着工程時には吸着剤自体が却つ
て断熱材として作用し、充填空間中央の吸着剤の
加熱が阻害されて脱着サイクル時間が極めて長く
なり、運転効率が低くなるという問題があつた。

そのため、本考案者らはかかる不都合を克服す
べく粒子状に固化成形した吸着剤をクロスフイン
型又はエロフイン型熱交換器のフイン間隙に充填
し、該吸着剤の加熱速度を増加して脱着時間の短
縮を図ることを試みた。（例えば、特願昭60−
232500号など参照） （考案が解決しようとする問題点） ところが、前記提案に係る吸着式冷凍機におい
ても、粒子状固体吸着剤はフインチユーブのフイ
ン間隙に充填され、該フイン間隙の外周開口部に
取付けた多孔板あるいは金網などの冷媒蒸気通過
可能な部材により保持されているため、フイン間
隙への吸着剤充填作業および装置組立て時におけ
る多孔板や金網の取付けが困難であると共に、吸
着剤粒子とフインとが単に点接触しているにすぎ
ず、両者間の熱伝達率が低いため、装置効率にあ
る限界が生じており、この点について更に改善す
べき余地が残されていた。

また、上述の如き吸着式冷凍機では、固体吸着
剤を重力によりフインと接触させているため、フ
インを水平に配置しなければならず、フインチユ
ーブの伝熱管は必然的に略々垂直に配置される。

従つて吸着剤の量を増加すべく伝熱管の長さを
上下方向に延長した場合には、装置の全高が高く
なり、運搬や据え付けが困難になる問題があると
共に、反対にフインチユーブの伝熱管本数を増加
した場合は、フインチユーブ自体の構造が複雑に
なり、装置コスト上の高騰を招く問題を生じる。

本考案は、かかる従来の吸着式冷凍機が有して
いた問題点に着目しなされたもので、吸着剤を伝
熱通路の伝熱面に固体状態で固着すること、例え
ばフインチユーブのフイン表面に固体状態で固着
することによりフイン表面での熱伝達率を引き上
げ、装置効率の向上を図ると共に、吸着剤を保持
する伝熱通路の構造を簡略化し、もつて前記問題
点を解消せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための本考案の構成は所
要量の冷媒を封入した真空の胴体内部に熱源側熱
媒を通過させる第１の伝熱通路と、利用側熱媒を
通過させる第２の伝熱通路とを収設し、前記第１
の伝熱通路の周りに吸着剤を保持せしめてなる吸
着式冷凍機において前記吸着剤を固体状態で前記
第１の伝熱通路の伝熱面に面接触固着せしめた点
にある。

これを更に具体的に実施例に対応する第１図お
よび第２図について例示説明すると、本考案の吸
着式冷凍機は、所要量の冷媒を封入した真空の胴
体１内部に熱源側熱媒を通過させる第１のフイン
チユーブ２と、利用側熱媒を通過させる第２のフ
インチユーブ４とを収設し、前記第１のフインチ
ユーブの２フイン間隙に吸着剤を収設せしめた構
成を有するもので、前記吸着剤８は固体状態で、
前記第１のフインチユーブ２のフイン７に対して
面接触固着されている。

（作用） 上記構成を備えた本考案の吸着式冷凍機は、第
１図、第２図の例によれば第２のフインチユーブ
４に冷却水を通過させ、その表面において胴体１
内の冷媒蒸気を凝縮させると共に、第１のフイン
チユーブ２に熱源側熱媒を通過させて吸着剤８を
加熱脱着させるとき、該第１のフインチユーブ２
のフイン７表面においては、固体吸着剤８がフイ
ン７に面接触状態で固着されているため、両者間
の熱伝達率が高く、固体吸着剤８の加熱脱着に要
する時間が大巾に短縮されることになり装置のシ
ステム効率が飛躍的に向上する。

また、上記吸着式冷凍機では、第１のフインチ
ユーブ２に固体吸着剤８が直接固着され、多孔板
や金網などの障害物がないため、固体吸着剤８と
冷媒蒸気との接触がスムースに行われると共に、
第１のフインチユーブ２を、そのフイン７が垂直
になるよう胴体１内に収設することが可能である
ため、第１のフインチユーブ２の伝熱管を延長し
て吸着剤８の収容量を増加させる場合でも、装置
を横方向に拡張するだけで全高を低く抑えること
が出来る。

（実施例） 以下、本考案の実施例を添付図面にもとづいて
詳細に説明する。

第１図は本考案に係る吸着式冷凍機の正断面
図、第２図は吸着式冷凍機に使用される第１のフ
インチユーブの側断面図である。

これらの図において、１は吸着式冷凍機の本体
を構成する胴体、２は該胴体１の内部空間３に収
設された第１の伝達通路をなすエロフイン型熱交
換器からなる第１のフインチユーブ、４は第１の
フインチユーブ２と所要間隔を置いて平行に配設
された第２の伝達通路をなす凝縮器および蒸発器
兼用の第２のフインチユーブ、５は前記胴体１内
の圧力を検出する圧力センサーであつて、前記胴
体１の内部には所要量の水等の冷媒が封入されて
いると共に、該胴体１の内部空間３が真空に保た
れている。

前記第１のフインチユーブ２は、伝熱管６の外
面に、これと直交して設けた多数のフイン７を具
備し、該フイン７が水平になるよう、前記胴体１
内に収設されていると共に、前記フイン７の表面
には、天然ゼオライト、活性炭、活性アルミナあ
るいはシリカゲルの如き吸着剤８が、該吸着剤８
より熱伝達率の高いバインダー９、例えば、スミ
セラム（商標名）などの耐熱性無機質接着剤を用
いてフイン間隙の約３分の１程度の薄い層状に接
着されており、これら固体状態の吸着剤８の層の
間に、フイン７の先端から伝熱管６の外周面に至
る冷媒蒸気通路としての偏平な空隙１０が形成さ
れている。

なお、フイン７に対する吸着剤８の固着手段と
しては、上記バインダー９によるものの外、フイ
ン７の表面に吸着剤８を溶射して直接固着した
り、第４図イに示す如く透孔７ａを多数穿設した
フイン７の両面に粉末シリカゲルなどの吸着剤８
を添着し、両面からプレスしてフイン７を固体状
態の吸着剤８内に埋設したものを成形し、これを
伝熱管６に嵌挿して取付けるなど適宜の手段を採
用することが出来る。

また、吸着剤８の熱伝導率を向上させるため、
吸着剤８自体に銅粉などの熱伝導率の高い物質を
予め混入して固化し、これをフイン７の表面に固
着したり、予め銅粉を混入しバインダー９を用い
て粒状吸着剤８をフイン７に接着することも可能
である。

更にフイン７に固着される吸着剤８の形態とし
ては、前記第２図の如くフイン７の両面に同じ層
厚さで取付ける場合の外、第４図ロの如く吸着剤
８の層がフイン７の根元で厚く、末端に近付くに
つれ順次薄くなるよう取付け、空隙１０をフイン
７周縁より内方に向かつて先細形状とすることも
ある。

また、吸着剤８を第４図ハおよびニの如くフイ
ン７の片面にのみ所要巾の冷媒蒸気通過用空隙１
０を存して固体状態で固着することもある。

第４図において前記第２図と同一符号を付した
箇所は夫々同一部材、同一部分を示している。

一方、前記第２のフインチユーブ４は、第３図
に示す如く伝熱管１１の外周に波型に成形したワ
イヤーフイン１２を溶接等の手段により螺旋状に
取りつけてなるワイヤーフインチユーブであつ
て、前記胴体１内に伝熱管１１が垂直になるよう
収設されている。

なお、第２のフインチユーブ４に取りつけられ
たワイヤーフイン１２は、通常そのフインピツチ
P₁が0.1mm〜1.5mm、波形ピツチP₂が0.3mm〜２mm、
フイン高さｈが0.3mm〜２mmの範囲に概ね設定さ
れており、隣接するワイヤーフイン１２相互の間
隙およびフイン１２と伝熱管１１との間隙に夫々
冷媒が表面張力によるブリツジを生じ易いように
なつている。なお、ここで云うフイン高さｈと
は、伝熱管１１外面からフイン１２の対向面まで
の最大距離を指す。

一方、前記胴体１は、その底部において、胴体
底面１ａを温水又は冷却水を通過させて加熱又は
冷却するタンク１３を一体に具備していると共
に、該タンク１３の下方位置において、中間に真
空バルブ１４を備えた配管１５を介して常時真空
を保持し得る所定容量の冷媒貯蔵タンク１６を接
続している。

本考案の吸着式冷凍機は叙上の構成を有するも
のであるが、次にその作用について説明すると、
先ず、脱着運転時において、第１のフインチユー
ブ２に熱源側熱媒（例えば60〜80℃の水）を供給
し、吸着剤８を加熱脱着すると共に、第２のフイ
ンチユーブ４にクーリングタワー等で生成した30
〜32℃の冷却水を供給すると、前記吸着剤８の加
熱脱着により吐き出された冷媒蒸気が第２のフイ
ンチユーブ４の表面で冷却されて凝縮し、液状の
冷媒がフイン１２および伝熱管１１の対向間隙に
液膜状態で多量に保持される。即ち、第１のフイ
ンチユーブ２においては吸着剤８がフイン７に直
接固着され、吸着剤８の粒子がフイン７の表面と
面接触し、この部分での熱伝達率が高くなつてい
るため、加熱速度が大きく、脱着工程時間が大巾
に短縮される。

また、第２のフインチユーブ４に表面において
はフイン１２および伝熱管１１と接触し凝縮した
冷媒がフイン１２相互の間隙およびフイン１２と
伝熱管１１との間において表面張力作用によりブ
リツジを形成し、液膜状態で保持される。

また、この間、真空バルブ１４は閉じたままの
状態にあり、胴体１内部の冷媒量は、所定の運転
条件下における作動温度範囲で必要最小限に調整
されているため、冷媒の略全量が第２のフインチ
ユーブ４の表面に付着する。また、部分的に過剰
に凝縮し保持し切れなくなつた冷媒液の一部は水
滴状となつて胴体１の底面１ａに滴下するが、胴
体１下部のタンク１３には低温熱源より前記第１
のフインチユーブ２と並行して低温熱媒（60〜80
℃）が供給されており、冷媒が速やかに加熱蒸発
すると共に、第２のフインチユーブ４表面のう
ち、液膜厚さが小さい箇所においては、液膜の厚
い部分より凝縮が盛んに行われるため、その結果
として冷媒が第２のフインチユーブ４全体に亘り
均一な厚さの液膜状態で保持されることになる。

次に、吸着運転時の作用について説明する。先
ず、第１のフインチユーブ２に冷却水（30〜32
℃）を供給し、吸着剤８を冷却して胴体１内の冷
媒蒸気を吸着させると、第２のフインチユーブ４
の表面では、フイン１２に保持された冷媒が盛ん
に蒸発し、該フインチユーブ４から気化熱を奪い
第２のフインチユーブ４内を通過する利用側熱媒
は、その入口温度12℃から出口温度７℃程度まで
冷却される。

なお、運転条件（温度条件）の変化により胴体
１内部の冷媒封入量が過多になつた場合は、第２
のフインチユーブ４への熱媒供給を遮断したまま
第１のフインチユーブ２に熱源側熱媒を供給し、
吸着剤８を加熱脱着しながら、タンク１３に冷却
水を供給すると、胴体１内の冷媒はそのほとんど
が胴体１の底面１ａで凝縮するから、このとき真
空バルブ１４を解放すると冷媒液は重力により冷
媒貯蔵タンク１６に回収される。

その後、真空バルブ１４を解放したまま、第１
のフインチユーブ２に冷却水を供給し、第２のフ
インチユーブ４に利用側熱媒を通過させると、吸
着剤８は配管１５を通じて胴体１内に流入する冷
媒蒸気を吸着するから、胴体１内の圧力を圧力セ
ンサー５により検出し、これが設定の蒸発温度に
おける飽和蒸気圧になつた時点で真空バルブ１４
を閉鎖すれば胴体１内の冷媒量を温度条件に見合
つた必要最小限の量に調節することが出来る。更
に、温度条件の変更により胴体１内の冷媒量が反
対に不足したときは、吸着運転時間内に真空バル
ブ１４を開放し、冷媒貯蔵タンク１６から冷媒蒸
気を圧力センサーで検出しながら必要量だけ導入
すればよい。勿論、冷媒量が過剰の場合において
は、上記の場合と同様にして圧力センサーにより
胴体内の圧力を検出しながら過剰分を回収し、目
標の値になつた時点で真空バルブ１４を閉じるこ
とにより冷媒量調整を行うことも出来る。

なお、上記実施例においては、縦長の胴体１内
部に、第１のフインチユーブ２および第２のフイ
ンチユーブ４をその伝熱管６，１１が垂直になる
よう収設した場合について説明したが、前記第１
のフインチユーブ２および第２のフインチユーブ
４の性能は重力の影響を受け難いため、例えば、
胴体１を横長に形成し、その内部に第１および第
２のフインチユーブ２，４を伝熱管６，１１が水
平になるよう収設すれば、装置の全高を低く抑え
ることが出来る。

更に上記各実施例においては、第１のフインチ
ユーブ２として伝熱管６の外周にフイン７を螺旋
状あるいは平行状に取付けたエロフイン形のフイ
ンチユーブを使用した場合について説明したが、
第１のフインチユーブ２としては、この外、伝熱
管の外周にプレートフインを取付けたプレートフ
イン型の熱交換器を使用することも可能であり、
この場合においても前述と同様な態様でフイン表
面に吸着剤が固体の状態で固着される。

（考案の効果） 以上述べた如く本考案の吸着式冷凍機は、所要
量の冷媒を封入した真空の胴体内部に熱源側熱媒
を通過させる第１の伝熱通路と、利用側熱媒を通
過させる第２の伝熱通路とを収設し第１の伝熱通
路の周りに吸着剤を固体状態でその伝熱面に面接
触固着せしめたものであるから吸着剤と伝熱面と
の間の熱伝達率が頗る良好となつて飛躍的に向上
し、吸着剤の加熱脱着時間が大巾に短縮され、シ
ステム効率の向上を達成し得るすぐれた効果を発
揮する。

しかも本考案において第１、第２の伝熱通路に
フインチユーブを利用し、前記吸着剤を第１のフ
インチユーブに面接触状態で直接固着せしめると
きは、吸着剤が固体の状態でフインに固着されて
いるため、従来の如き吸着剤保持用の多孔板や金
網を必要とせず、第１のフインチユーブの構造お
よび組立て工程を簡略化し得るため、製品コスト
の大巾な高騰を抑えることが出来ると共に、伝熱
管を水平に配置して胴体内に収設し得るため、吸
着剤の量を増加すべく伝熱管の長さを延長した場
合においても胴体の全高があまり大きくならず、
装置の大型化を抑制し得るという効果も期待出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る吸着式冷凍機の一例を示
す断面図、第２図は同吸着式冷凍機に適用可能な
第１フインチユーブの側断面図、第３図イは同吸
着式冷凍機に用いられる第２フインチユーブの一
例を示す縦断面図、第３図ロは同第２フインチユ
ーブの横断面図、第４図イ，ロ，ハ，ニは前記第
１フインチユーブの他の実施例を示す縦断面図で
ある。 １……胴体、２……第１のフインチユーブ、４
……第２のフインチユーブ、７……フイン、８…
…吸着剤、９……バインダー、１０……間隙。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 所要量の冷媒を封入した真空の胴体内部に熱
   源側熱媒を通過させる第１の伝熱通路と、利用
   側熱媒を通過させる第２の伝熱通路とを収設
   し、前記第１の伝熱通路の周りに吸着剤を保持
   せしめてなる吸着式冷凍機において前記吸着剤
   を固体状態で前記第１の伝熱通路の伝熱面に面
   接触固着せしめたことを特徴とする吸着式冷凍
   機。 ２ 第１の伝熱通路及び第２の伝熱通路が何れも
   フインチユーブである実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の吸着式冷凍機。 ３ 吸着剤が該吸着剤より熱伝導率の高いバイン
   ダーによりフインに接着されている実用新案登
   録請求の範囲第２項記載の吸着式冷凍機。 ４ 吸着剤が第１のフインチユーブのフインに溶
   射により固着されている実用新案登録請求の範
   囲第２項又は第３項記載の吸着式冷凍機。 ５ 吸着剤が透孔を有するフインの両面に添着さ
   れ、両面からプレスすることによりフインの両
   面に圧着されている実用新案登録請求の範囲第
   ２項、第３項又は第４項記載の吸着式冷凍機。 ６ 吸着剤が第１のフインチユーブのフイン間隙
   内においてフイン先端からフイン根元部に至る
   冷媒蒸気通路間隙を存してフインに固着されて
   いる実用新案登録請求の範囲第２項乃至第５項
   のいずれかに記載の吸着式冷凍機。 ７ 吸着剤がフイン根元からフイン末端に近づく
   につれ順次厚さが減少する層状をなしてフイン
   に固着されている実用新案登録請求の範囲第２
   項乃至第６項のいずれかに記載の吸着式冷凍
   機。 ８ 第１のフインチユーブがプレートフイン型又
   はエロフイン型のフインチユーブである実用新
   案登録請求の範囲第２項乃至第７項のいずれか
   に記載の吸着式冷凍機。