JPS63259360A - 吸着式ヒ−トパイプおよび該吸着式ヒ−トパイプを使用した吸着式冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用して熱移動を行
う吸着式ヒートパイプおよび該吸着式ヒートパイプの熱
移送作用を利用して冷凍運転およびヒートポンプ運転等
を行う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、コンプレッ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（、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
。

第５図は、この様な吸着式冷凍機の一例を断面により示
したものである。

この吸着式冷凍機は、所要量の冷媒を封入した横長円筒
状の真空容器（１）の内部に、太陽熱収集器等で得られ
た低温熱媒を通過させるフィン付きの伝熱管（２）と、
利用側熱媒を通過させる直線状マニホールド（３）　、
　（３）’と一体の蒸発凝縮板（４）　、　（４）’と
を所要間隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮板（４）
　、　（４）’の周囲を円筒状の耐発散遮蔽物（５）　
、　（５）’で包囲すると共に、前記伝熱管（２）の外
周におけるフィン（６）の対向間隙にゼオライト活性炭
、活性アルミナ又はシリカゲル等の固体吸着剤（７）を
取付けた構造を有するもので、脱着運転時においては、
前記伝熱管（２）に熱源から供給される液体を通過させ
、固体吸着剤（７）を加熱して脱着すると、該固体吸着
剤（７）から脱着された冷媒蒸気は蒸発凝縮板（４）　
、　（４）’の表面で凝縮してこれに付着する。また、
吸着運転時においては、前記伝熱管（２）に冷却水を流
し、固体吸着剤（７）を冷却すると、該固体吸着剤（７
）は、真空容器（１）内の冷媒蒸気および前記蒸発凝縮
板（４）　、　（４）’表面の冷媒を吸着するため、冷
媒が容器（１）内で蒸発する際に蒸発凝縮板（、ｉ）　
、　（４）’から熱を奪い、該蒸発凝縮板（４）　、　
（４）’と一体の直線状マニホールド（３）　、　（３
）’内を通過する利用側熱媒を冷却するようになってい
る。

かくして前記固体吸着剤（７）の冷媒吸脱若作用により
利用側熱媒を冷却し、これをビル等の空調に使用する。

（例えば、特開昭６０−３６８５２号公報参照） （発明が解決しようとする問題点） ところが、かかる従来構造の吸着式冷凍機では、冷媒を
封入した１個の真空容器（１）内に、複数の伝熱管（２
）および直線状マニホールド（３）　、　（３）’と一
体の蒸発凝縮板（４）　、　（４）’を収設し、これら
の各熱媒出入口を外部のファンコイルユニットやクーリ
ングタワー等の機器に接続したもので、吸着運転から脱
着運転に切り替えた際、各熱交換器の入口と出口との温
度差が大きくなるため、これらが等しくなり一定の出力
を出すまでにかなりの時間を要し、その分運転サイクル
時間が長くなり、システム効率の向上に限界が生じてい
た。

即ち、吸着から脱着運転に切替った瞬間は、伝熱管（２
）の入口付近の温度が高く、出口付近の温度が暫くの間
低いため、前記入口付近において固体吸着剤（７）から
脱着された冷媒が出口付近の固体吸着剤（７）に吸着さ
れ、エネルギーロスを生じるのがその原因の一つである
。

また、従来の吸着式冷凍機の場合、真空容器（１）が相
当な大きさとなり、また、その内部を一個の真空系に保
つことが必要で容器（１）自体に相当な甜圧強度が要求
されることから、装置重量の増加および製造コストの高
騰を招く問題があった。

本発明はかかる従来の吸着式冷凍機の構造に起因する問
題点に着目してなされたもので、固体吸着剤および冷媒
を１個の閉鎖管内に封入し、かつ、該閉鎖管内部を小容
量の真空系に維持することによりユニット化された吸着
式ヒートパイプを構成し、装置の小型化ならびに簡略化
を図ることを第１の目的とし、また、上記ヒートバイブ
を異なる流体通路間に亘設し、各流体通路を通過する熱
媒の流れを切替えることにより、前記出入口温度の差に
よるエネルギーロスを無くし、もって冷凍システムの効
率アップを図った吸着式冷凍機を提供することを第２の
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の構成を実施例に対応
する第１図および第２図について説明する。

この出願の第１の発明である吸着式ヒートパイプ（ａ）
は、熱伝導性の良好なる所要長さの閉鎖管０υの内部に
その一端に偏して固体吸着剤（２）を収設し、かつ、他
方端側に伝熱フィン０９を収設すると共に、閉鎖管αυ
内に所要量の冷媒を封入し、内部を真空状態にしたもの
である。

また、この出願の第２の発明である吸着式冷凍機は、上
記構成の吸着式ヒートパイプ（ａ）を複数本使用し、こ
れを隣接する複数の流体通路（２３）　、　（２４）の
境界に配置した断熱壁（２２）に貫設したもので、前記
吸着式ヒートパイプ（ａ）は、その吸着剤側を充填した
側の端部（ａｌ）が、熱源側熱媒を通過させる第１の流
体通路（２３）に挿設されており、他方端側か利用側熱
媒を通過させる第２の流体通路（２４）に挿設されてい
る。

（作用） しかして、上記構成からなる本発明の吸着式ヒートパイ
プ（ａ）は、吸着剤充填側の端部（ａｌ）を外部より加
熱し、同時に伝熱フィン収設側の端部（ａ２）を冷却す
るとき、固体吸着剤０乃が加熱脱着され、放出された冷
媒蒸気がフィンα四の表面で冷却されて凝縮し、該フィ
ンαつの表面に液膜状態で保持される。

次に、吸着式ヒートパイプ（ａ）の吸着剤収設側端部（
ａｌ）を外部より冷却すると固体吸着剤−が内部空間α
■に充満した冷媒蒸気を吸着するため、伝熱フィンＱＳ
）の表面に付着した冷媒液が盛んに藩発し、該伝熱フィ
ンａつから気化熱を奪い、前記吸着式ヒートバイブ（ａ
）の伝熱フィン収設側端部（ａ２）の外面に接触してい
る利用側熱媒を冷却する。従って、前記吸着式ヒートパ
イプ（ａｌの吸着剤収設側端部（ａ、）を例えば、８０
℃以下の熱源側熱媒の流路（２３）中に挿設した状態で
、他方端（ａ２）を挿設した流路（２４）にクーリング
タワー等で得られる例えば、３０〜３２℃の冷却水を供
給すると、吸着式ヒニトパイブ（ａ）内において固体吸
着剤＠の脱着が行われ、これが終了した時点で、流路を
切り替え、吸着剤収設側端部（ａ、）を挿設した流路（
２３）に前記３０〜３２℃の冷却水を供給し、同時に伝
熱フィン収設側端部（ａｘ）を挿設した流路（２４）に
利用側熱媒を供給すれば、吸着式ヒートバイブｔａｌ内
で固体吸着剤＠の冷媒吸着作用が始まり、利用側熱媒が
冷却されて入口温度１２℃、出口温度７℃前後の一般的
な空調システムの温度条件を満足するため、その利用側
熱媒を空調対象域に配設したファンコイルユニットに供
給すれば、冷房運転を行うことが出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る吸着式ヒートパイプの一例を示す
断面図である。

図において、αＤは、吸着式ヒートパイプ（ａ）の本体
容器を構成する閉鎖管、（２）は該閉鎖管Ｑｌ）の内部
空間α美の一方端側に偏して充填されたシリカゲル。

ゼオライト、活性炭、活性アルミナの如き粒状の固体吸
着剤、Ｑ４）は該固体吸着剤側を閉鎖管ｅｌｌ）の内面
に所要厚さの層状態で接触させるための金網、ＱＳ）は
前記閉鎖管αυの内部空間α■の他方端側に偏して収設
された多数の伝熱フィンであって、これらを収設した前
記内部空間α鵠には、所要量の水等の冷媒液が封入され
ていると共に、閉鎖管Ｑｌ）の内部が常時真空状態に保
たれている。

上記吸着式ヒートパイプ（ａｌは、通常、第２図に示す
如き工程によって製造される。

即ち、第２図（イ）に示す如く閉鎖管０υの基材となる
アルミあるいは銅などの熱伝導性の良好なる所要長さの
金属製パイプの一端をスパン加工により閉鎖したものを
用意し、これに所定量の粒状固体吸着剤（２）を詰め、
その上に予め皿形もしくは試験管形状に成形したステン
レス等の耐食性金網Ｃ１４）を圧入し、前記固体吸着剤
側を閉鎖管αυの内面に接触させて固定する。次に、第
２図（Ｉｌ＋）に示す如く熱伝導性の良好なアルミ板あ
るいは銅板等からなる孔明き円板をプレス成形し、内周
および外周に環状の立上り部（１５ａ）　、　（１５ｂ
）を形成したフィンαつを複数枚重ね合わせ状態で閉鎖
管αυ内に圧入した後、該閉鎖管Ｑ９の開口端を第２図
（ハ）の如（絞り加工し、その先端に溶接（ロー付け）
等の手段により細管０［９を取付ける。

そして上記細管αｅを第２図（ニ）の如く脱気装置゛α
ηに接続し、内部空間ＯＪを真空状態とすると共に、冷
媒タンク０８）から所要量の冷媒液（例えば、水）を封
入し、細管０ωをピンチし、余分な箇所を切断して端部
をロー付けし、閉鎖管０Ｄを密閉状態にする。

なお、前記伝熱フィン０ωは、外周の立上り部（１５ａ
）の高さくｈ＋）を調整することによってフィンピッチ
（Ｐ）を自由に設定し得ると共に、内周の立上り部（１
５ｂ）によってフィンαつの上面が冷媒液の受皿に形成
される。

また、伝熱７４７０勺の形成態様としては、上記の外、
第３図に示す如くアルミあるいは銅などの金属帯板を前
記閉鎖管αυの内径より稍々大きな外径（Ｄ）を有して
、螺旋スロープ状に成形したフィンを用い、これを外径
が小さくなる方向に絞りながら閉鎖管ａυに挿入し、外
力を取り除いてフィンをスプリングバックさせ、閉鎖管
ａＤの内面に密着させて取付けることも可能である。勿
論、この場合、フィンａυには螺旋方向と直交する波型
加工が施され、これによってフィンαυの表面積の増加
が図られると共に、冷媒液の自然流下が防止される。

更に、前記閉鎖管αυ内部への冷媒封入量は、予め設定
された冷凍機の運転条件における作動温度範囲での必要
最小限の量、即ち、脱着完了時において伝熱フィンαω
の全表面に冷媒の略々全量が適正な厚さの液膜状態で保
持され、かつ、吸着完了時に全量が固体吸着剤（ロ）に
吸着される量に規定される。

従って、固体吸着剤（ロ）の吸着量を基準にすれば、こ
れによってフィンαωの表面積、枚数等が決定され、ま
た、フィンαつの冷媒保持量を基準にすれば、固体吸着
剤（ロ）の充填量が自動的に決定されることになる。

第４図は本発明に係る吸着式冷凍機の一例を示す概要図
である。図中、（２１）は冷凍機の本体、（２２）は該
本体（２１）の内部を第１の流体通路（２３）と第２の
流体通路（２４）とに区画する断熱壁であって、該断熱
壁（２２）には前記第１図に示した吸着式ヒートパイプ
（ａ）が複数本吸着剤収設側端部（ａｌ）および伝熱フ
ィン収設側端部（ａ２）を揃えた状態で貫設されており
、各端部（ａ、）、　（ａ２）が前記第１．第２の流体
通路（２３）　、　（２４）内に突出している。

（２５）は前記第１流体通路（２３）の入口ボート、（
２６）は同通路（２３）の出口ボート、（２７）は前記
第“２流体通路（２４）の入口ボート、（２８）は同通
路の出口ポートである。

本発明の吸着式ヒートパイプならびに吸着式冷凍機は畝
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、第１の流体通路（２３）に太陽集熱
器あるいは廃熱回収用熱交換器等で得られた熱源側熱媒
（例えば６０〜８０℃の水）を供給し、吸着式ヒートパ
イプ（ａ）の吸着剤収設側端部（ａＩ）を加熱し、内部
の固体吸着剤（２）を脱着すると共に、第２の流体通路
（２４）にクーリングタワー等で生成した３０〜３２℃
の冷却水を供給し、吸着式ヒートパイプ（ａｌの伝熱フ
ィン収設側端部（ａ２）を冷却すると、前記吸着剤Ｑ乃
の脱着により内部空間（１３＋に吐き出された冷媒蒸気
が伝熱フィンαつの表面で冷却されて凝縮し、その表面
に液膜状態で付着する。

このようにして、固体吸着剤（２）の脱着を行った後、
流路を切替え、第１の流体通路（２３）に冷却水（３０
〜３２℃）を供給し、吸着式ヒートパイプ（ａ）の吸着
剤収設側端部（ａｌ）を冷却して固体吸着剤（２）に内
部空間α美白の冷媒蒸気を吸着させると、伝熱フィンα
りの表面では、これに保持された冷媒が盛んに蒸発し、
伝熱フィン０！９および該伝熱フィン０つと接する閉鎖
管ａυから気化熱を奪うため、吸着式ヒートパイプ（ａ
ｌの伝熱フィン収設側端部（ａ２）外面と接する前記第
２の流体通路（２４）を流れる利用側熱媒が入口温度１
２℃から出ロ温度７℃程度まで冷却される。従って、第
２の流体通路（２４）を通過して冷却された利用側熱媒
を工場やオフィス等の空調対象域に配置したファンコイ
ルユニットとの間で循環させれば、所期の冷房運転を行
うことができる。

なお、上記吸着運転から脱着運転に切換えた場合、流路
（２３）　、　（２４）内においては、入口と出口との
間で温度差が生じるが、１本の吸着式ヒートパイプ（５
）について見れば、閉鎖管Ｑｌｌの吸着剤収設側端部（
ａ、）および伝熱フィン収設側端部（ａ２）が、その全
長に亘って略々−勢に加熱又は冷却されるため、ヒート
パイプ（ａ）内でのエネルギーロスは殆ど生じず、また
、ヒートパイプ（ａｌ相互の間では、入口に近いものと
出口に近いものとで吸脱着工程開始時間にずれを生じて
いることになるが、流体通路（２３）　、　（２４）内
での熱媒の入れ替りに要する時間は、固体吸着剤０シの
吸脱着サイクル時間より遥かに短縮することが可能であ
るため、これによるエネルギーロスについても殆ど無視
することが出来る程度である。

なお、上記実施例においては、固体吸着剤（２）を閉鎖
管αυの内面に固定する手段として、金１４　Ｑ４）を
使用した場合について説明したが、上記固定手段として
は、この外、固体吸着剤（２）より熱伝導率の高いバイ
ンダーを用いて閉鎖管αυの内面に接着することも可能
である。また、必要に応じ、固体吸着剤叩およびバイン
ダーに銅粉などの高熱伝導物質を混入することもある。

更に、伝熱フィンαつについても図示した如きプレート
型のフィンの他、ワイヤーフィンを閉鎖管ｑυの内面に
ロー付は等の手段により固定することにより構成するこ
とが可能である。

（発明の効果） 以上述べた如く本発明の吸着式ヒートパイプは、熱伝導
性の良好な所要長さの閉鎖管の内部にその一端側に偏し
て固体吸着剤を収設し、かつ、他方端側に前記閉鎖管の
内面に接して伝熱フィンを収設すると共に、該閉鎖管の
内部空間に所要量の冷媒を封入し、該内部空間を真空状
態とすることにより、吸着式冷凍装置の重要な作動部分
を１本の閉鎖管に内蔵し、ユニット化したものであるか
ら、冷媒の移動を行うための真空系が小さく鍋温による
エネルギーロスが大巾に低減出来ると共に、容器を細い
パイプで構成出来るため、気密状態の維持および製造が
容易になり、これを使用した吸着式冷凍機の製造コスト
の高騰を抑制し得るというすぐれた効果を発揮する。

また、本発明の吸着式冷凍機は、前記構成の吸着式ヒー
トパイプを複数本使用し、これらを隣接する複数の流体
通路の隔壁に貫設すると共に、吸着式ヒートパイプの吸
着剤収設側端部を熱源側熱媒の通過する流体通路中に挿
設し、また、他方の伝熱フィン収設側端部を利用側熱媒
の通過する流体通路に夫々挿設せしめ、前記吸着式ヒー
トパイプの熱移動作用により複数の流体通路間で熱移動
を行わせるようにしたものであるから、各流体通路を切
り替え、吸着運転および脱着運転を交互に行っていると
き、各流路の出入口に大きな温度差を生じた場合でも、
各吸着式ヒートパイプについては鍋温によるエネルギー
ロスが殆ど生じず、装置全体のシステム効率が大巾に向
上すると共に、流路間の熱移動が吸着式ヒートパイプの
内部空間で行われるため、冷凍機の本体は別設真空容器
にする必要がなく、高度な耐圧強度や気密性が要求され
ないため、製造ならびにメンテナンスが極めて容易にな
るというすぐれた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明吸着式ヒートパイプの実施例を示す断面
図、第２図（イ）乃至（ニ）は同吸着式ヒートパイプの
製造工程の一例を示す説明図、第３図は同吸着式ヒート
パイプに適用可能な伝熱フィンの一例を示す斜視図、第
４図は本発明に係る吸着式冷凍機の一例を示す概要図、
第５図は従来の吸着式冷凍機の断面図である。 （ａ）・・・吸着式ヒートパイプ、 αυ・・・閉鎖管、　（２）・・・固体吸着剤、α濁・
・・内部空間、　αり・・・伝熱フィン、（２３）・・
・熱源側熱媒流路、 （２４）・・・利用側熱媒流路、 （ａｌ）・・・吸着剤収設側端部、 （ａ２）・・・伝熱フィン収設側端部。 第１図 第４図 第５図 ゝ−一に

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱伝導性の良好な所要長さの閉鎖管の内部に、その
   一端側に偏して固体吸着剤を収設し、かつ、他方端側に
   前記閉鎖管の内面に接して伝熱フィンを収設すると共に
   、該閉鎖管の内部空間に所要量の冷媒を封入し、該内部
   空間を真空状態となしたことを特徴とする吸着式ヒート
   パイプ。 ２、閉鎖管への冷媒封入量が一定の運転条件下における
   作動温度範囲で必要最小限の量に設定されている特許請
   求の範囲第１項記載の吸着式ヒートパイプ。 ３、固体吸着剤が閉鎖管の内面に直接接触した状態で内
   部空間に収設されている特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の吸着式ヒートパイプ。 ４、熱伝導性の良好な所要長さの閉鎖管の内部にその一
   端側に偏して固体吸着剤を収設し、かつ、他方端側に前
   記閉鎖管の内面に接して伝熱フィンを収設すると共に、
   該閉鎖管の内部空間に所要量の冷媒を封入し、該内部空
   間を真空状態となした吸着式ヒートパイプを複数本使用
   し、これらを隣接する複数の流体通路間の壁に貫設する
   と共に、吸着式ヒートパイプの吸着剤収設側端部を熱源
   側熱媒の通過する流体通路に挿設し、また、他方の伝熱
   フィン収設側端部を利用側熱媒の通過する流体通路に夫
   々挿設せしめたことを特徴とする吸着式冷凍機。