(57)【要約】【課題】蓄熱材と流体との良好な反応性を確保しつつ、蓄熱材と伝熱部材との密着性、および、蓄熱材層の熱伝導性を向上させることが可能な伝熱部材と熱交換器とを提供する。【解決手段】熱交換部（熱交換器）１０を収容した吸熱容器１１と、流体を気化する蒸発容器２０と、吸熱容器１１および蒸発容器２０を連結する蒸気流路３０と、蒸気流路３０に設けられたバルブ４０と、を有するケミカルヒートポンプ１を構成する。熱交換部１０は、熱交換パイプ１２と、フィン部材１３と、このフィン部材１３に保持された蓄熱材からなる蓄熱材層１４と、を有して構成する。【選択図】図１
2014137209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体との間で熱交換を行う伝熱部材であって、
伝熱体と、
前記流体との可逆的な反応により発熱と吸熱とを行う蓄熱材が前記伝熱体に保持されてなる蓄熱材層と、を備え、
前記蓄熱材層は、前記蓄熱材の密度が、前記伝熱体の近傍と比較して、前記流体の近傍が低くなるように構成されていることを特徴とする伝熱部材。
【請求項２】
前記伝熱体は、前記流体と接触する表面に凹凸を有していることを特徴とする請求項１に記載の伝熱部材。
【請求項３】
流体との間で熱交換を行う伝熱部材の製造方法であって、
伝熱体の前記流体と接触する表面に、前記流体との可逆的な反応により発熱と吸熱とを行う蓄熱材を保持させて蓄熱材層を形成する工程を有し、
前記蓄熱材層は、前記蓄熱材の密度が、前記伝熱体の近傍と比較して、前記流体の近傍が低くなるように構成されていることを特徴とする伝熱部材の製造方法。
【請求項４】
前記蓄熱材層を形成する工程は、
前記伝熱体を加熱する工程と、
加熱した前記伝熱体の表面に、前記蓄熱材を圧縮成形して前記蓄熱材層を一体に形成する工程と、を有することを特徴とする請求項３に記載の伝熱部材の製造方法。
【請求項５】
前記蓄熱材層を形成する工程は、
前記伝熱体の表面に、第１圧力により前記蓄熱材を圧縮成形して第１蓄熱材層を一体に形成する工程と、
前記第１蓄熱材層の表面に、前記第１圧力よりも小さい第２圧力により前記蓄熱材を圧縮成形して第２蓄熱材層を一体に形成する工程と、を有することを特徴とする請求項３に記載の伝熱部材の製造方法。
【請求項６】
蓄熱材を保持し、流体との間で熱交換を行う熱交換部を備えた熱交換器であって、
前記熱交換器に、請求項１または２に記載の伝熱部材を用いることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
前記熱交換部は、熱交換パイプと、前記熱交換パイプの外表面に設けられたフィン部材と、を備え、
前記フィン部材に、前記伝熱部材を用いることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換部は、熱交換パイプを備え、
前記熱交換パイプに、前記伝熱部材を用いることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体との間で熱交換を行う伝熱部材、この伝熱部材の製造方法、および、伝熱部材を備えた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学蓄熱式の熱交換器またはこれを用いたケミカルヒートポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。これらは、水蒸気等の流体と化学蓄熱材とが可逆的に反応することにより生じる発熱反応と吸熱反応とを利用したものである。特許文献１では、熱交換用のフィンを備え、このフィンにシリカゲル等の蓄熱材を付着させた伝熱部材を使用した熱交換器が開示されている。特許文献１では、さらに、接着剤等を用いて、フィンに蓄熱材を保持させる方法が開示されている。この方法により、フィンに蓄熱材を小さな熱抵抗で保持させ、互いの熱伝導率を向上させようとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、蓄熱材と接着剤とが直に接触しているため、蓄熱材と流体との可逆反応性を低下させることがあった。また、フィンと蓄熱材との間に接着剤が介在することで、互いの密着性を低下させることもあった。これにより、熱交換器の熱交換効率に影響を与えることがあった。また、蓄熱材をフィンに接着する工程や、使用済みの蓄熱材をフィンから取り除く工程等が複雑であった。
【０００４】
これに対して、特許文献２では、所定の表面粗さ（Ｒａ）を有する基材の表面に、この表面粗さよりも小さい粒子径を有する触媒微粒子を保持させる方法が開示されている。この方法により、接着剤等を用いることなく、蓄熱材としての触媒微粒子を伝熱部材としての基材の表面に密着性よく保持させようとしている。しかし、この特許文献２に記載の方法では、金属基材に形成される蓄熱材層の密度は全体的に単一（均一）である。そのため、蓄熱材層の密度を全体的に低くすると、蓄熱材の粒子の表面と流体との接触性が向上し、蓄熱材と流体との反応性は向上するが、蓄熱材とフィンとの熱伝導性が低下することがある。逆に、蓄熱材層の密度を全体的に高くすると、蓄熱材とフィンとの密着性が改善されて熱伝導性は向上するが、蓄熱材の粒子の表面と流体との接触性が低下し、蓄熱材と流体との反応性が低下することがある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、蓄熱材と流体との良好な反応性を確保しつつ、蓄熱材と伝熱部材との密着性、および、蓄熱材の熱伝導性を向上させることが可能な伝熱部材、この伝熱部材の製造方法、および、この伝熱部材を備えた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本願に係る伝熱部材は、流体との間で熱交換を行う伝熱部材であって、伝熱体と、流体との可逆的な反応により発熱と吸熱とを行う蓄熱材が伝熱体に保持されてなる蓄熱材層と、を備え、蓄熱材層は、蓄熱材の密度が、伝熱体の近傍と比較して、流体の近傍が低くなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、伝熱体に蓄熱材が保持されてなる蓄熱材層が、伝熱体の近傍と比較して、流体の近傍の表面側では密度が低い。そのため、流体近傍では蓄熱材と流体との良好な反応性を確保しつつ、伝熱体近傍では蓄熱材と伝熱体との密着性と、熱伝導性とを向上させることが可能な伝熱部材を得ることができる。そして、このような伝熱部材を用いることで、熱交換性能に優れた熱交換器を得ることができる。また、このような伝熱部材では、蓄熱材と伝熱体とを接着剤等により取付ける手間がなく、さらには、使用後には蓄熱材を伝熱体から簡単に剥離することが可能となる。そのため、伝熱部材および熱交換器の製造コストの削減やメンテナンス性の向上をも可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願の第１実施例に係る熱交換部（熱交換器）を用いたケミカルヒートポンプの構成を示す概略図である。
【図２】蓄熱材層とフィン部材との一体成形体の断面図であり、（ａ）は第１実施例の一体成形体の断面図を示し、（ｂ）は変形例の一体成形体の断面図を示す。
【図３】第１実施例の熱交換部の構成を示す断面図である。
【図４】第１実施例において、止め具によって熱交換パイプに接続固定されたフィン部材と、フィン部材に保持された蓄熱材層とを示す拡大図である。
【図５】第２実施例に係る熱交換部の熱交換パイプと熱交換パイプに直接保持された蓄熱材層とを示す概略図である。
【図６】第３実施例に係る熱交換部において、表面にくぼみが形成されたフィン部材と、このフィン部材のくぼみに蓄熱材の粒子が保持された蓄熱材層とを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本願の実施の形態を説明する。本願に係る伝熱部材は、流体との間で熱交換を行うものであって、伝熱体と、蓄熱材が伝熱体に保持されてなる蓄熱材層と、を有して構成されている。蓄熱材は、伝熱部材の表面を流動する流体と反応することにより、発熱と吸熱とを可逆的に行う。また、この蓄熱材が伝熱体に保持されてなる蓄熱材層は、蓄熱材の密度が、伝熱体の近傍と比較して、該伝熱体から離れた流体の近傍、すなわち、蓄熱材層の表面側で低くなるように構成されている。
【００１０】
この蓄熱材層のように、粒子からなる層（粒子層）の見かけの熱伝導率は、空隙率および熱接触抵抗に大きく依存する。すなわち、粒子間の空隙率が小さいほど固体中の熱伝導率の寄与が大きくなるため、見かけの熱伝導率は固体の熱伝導率に近づく。そのため、気相混合の粒子においては熱伝導率が高まる。また、接触熱抵抗に関しては、粒子間の接点の面積が大きいほど、低減することができる。
【００１１】
以上から、粉体を圧縮することで、密度の向上および接触面積の拡大により、粒子層の見かけの熱伝導率の向上を図ることができる。したがって、蓄熱材の熱伝導率を高くするには、蓄熱材の密度を高くすればよい。ただし、蓄熱材は、密度が高くなる程、流体との反応性に影響するため、熱伝導率と反応性との両立を図ることのできるような密度分布で蓄熱材層を形成することが望ましい。
【００１２】
以上を鑑みて、本願に係る伝熱部材では、上述のように蓄熱材層の伝熱体の近傍では、流体の近傍に比較して、蓄熱材の密度を高くすることにより、伝熱体近傍での蓄熱材層の熱伝導率を向上させることができる。そのため、蓄熱材層と伝熱体との密着性が良好となり、伝熱体と蓄熱材層との熱伝導性を向上させることができる。また、流体の近傍である蓄熱材層の表面側では、伝熱体の近傍に比較して蓄熱材の密度を低くしているため、蓄熱材の粒子表面と流体との接触性が向上し、反応率を向上させることができる。このように、蓄熱材層が異なる密度分布を持つため、水蒸気等の流体と蓄熱材との良好な反応性の確保と、伝熱体の内部を流動する熱媒体と蓄熱材との良好な熱交換効率とを、同時に実現することができる。
【００１３】
蓄熱材層は、伝熱体の近傍に比較的密度の高い層を配置し、これよりも密度の低い層を、流体の近傍に配置した構成としてもよい。また、蓄熱材層は、伝熱体の近傍の密度が最も高く、流体の近傍の密度が最も低くなるよう、伝熱体の近傍から表面側に近づくに従って、蓄熱材の密度が次第に低くなるような構成としてもよい。
【００１４】
蓄熱材層を構成する蓄熱材としては、脱水反応に伴って吸熱するとともに、水和反応に伴って放熱する水和反応系の化学蓄熱材であることが望ましい。具体的には、例えば、硫酸カルシウム、生石灰、消石灰、ゼオライト、活性炭、シリカゲル等が好適に挙げられる。なお、蓄熱材がこれらに限定されることはなく、流体との可逆反応を行うものであればよく、使用状況等に応じて、他の何れのものを用いてもよい。
【００１５】
流体としては、上記のような化学蓄熱材との可逆反応を可能とするものであれば、特に限定されることはなく、例えば、水蒸気、アルコール、アンモニアなどが好適に用いられる。
【００１６】
伝熱体の材質としては、熱伝導率のよい金属であることが望ましい。具体的には、例えば、銀、銅、アルミニウムなどが好適に挙げられる。また、熱伝導率が良好であれば、金属に限定されることはなく、樹脂材料等を用いてもよいし、金属粒子を混入した樹脂材料等を用いてもよい。
【００１７】
また、蓄熱材層のうち、蓄熱材の密度が比較的高い伝熱体の近傍の層は、熱伝導性を上げるための層であり、脱水または水和反応には寄与しない。そのため、蓄熱材の交換時に伝熱体から完全に剥離しなくてもよく、伝熱体の再利用を簡単に行うことができるとともに、伝熱体を長期に繰り返し使用することができる。その結果、熱伝導性に優れる銀などの高価な材料を使用しても、コストパフォーマンス性のよい伝熱部材の使用が可能となる。また、このような伝熱部材を備えることにより、熱交換効率に優れた熱交換器を廉価に得ることが可能となる。
【００１８】
また、本願の伝熱部材において、伝熱体は、流体と接触する表面に凹凸を有していてもよい。このような構成とすると、蓄熱材の粒子が伝熱体の表面に形成された凹凸内に入り込んでいるために、伝熱体と蓄熱材層との密着強度が向上し、伝熱部材は、より高い熱伝導率を確保することができる。具体的には、伝熱部材がフィン部材である場合、このフィン部材の表面に、蓄熱材の粒径よりも大きな開口径と、粒径よりも長い深さを有するくぼみを一つ以上形成する。このような構成にすると、蓄熱材層を圧縮成形等で成形する際の加熱により、流動性を持った蓄熱材の粒子がくぼみに入り込む。このように、くぼみによって蓄熱材の保持性が高まり、蓄熱材とフィン部材との密着性をさらに向上させることができる。
【００１９】
また、本願に係る伝熱部材の製造方法は、伝熱体の前記流体と接触する表面に、流体との可逆的な反応により発熱と吸熱とを行う蓄熱材を保持させて蓄熱材層を形成する工程を有している。また、伝熱部材は、伝熱体と蓄熱材層とが、バインダ（接着剤）を用いることなく、一体成形されていることが望ましい。このように一体成形することにより、蓄熱材の保持のための、バインダ等の材料コストを低減することができ、さらには、蓄熱材を保持する工程を簡素化することができる。
【００２０】
また、蓄熱材層の表面側の密度が比較的低く、さらに、バインダを用いていないため、水蒸気等の流体と反応する蓄熱材の粒子数が増加する。そのため、蓄熱材層の表面側での流体との良好な反応性を確保することができる。また、伝熱部材の使用後における伝熱体からの蓄熱材の剥離作業を、バインダを用いたときと比較して容易に行うことができる。
【００２１】
また、伝熱体と蓄熱材層とを一体成形するには、例えば、伝熱体と蓄熱材とを圧縮成形する方法が挙げられる。より具体的には、蓄熱材層を形成する工程が、伝熱体を加熱する工程と、加熱した伝熱体の表面に、蓄熱材を圧縮成形して蓄熱材層を一体に形成する工程と、を有するものであってもよい。この場合、伝熱体の加熱温度は、高いことが好ましいが、蓄熱材の融点以下の温度で加熱することが好ましく、蓄熱材の粒子が互いに融着することがなく、流体との良好な接触性を保持できる。また、このような製造工程により形成された蓄熱材層は、伝熱体の近傍が蓄熱材の密度が最も高く、流体に近い表面側に向かって、次第に密度が低くなる。
【００２２】
また、蓄熱材層を形成する工程は、伝熱体の表面に、第１圧力により蓄熱材を圧縮成形して第１蓄熱材層を一体に形成する工程と、第１蓄熱材層の表面に、第１圧力よりも小さい第２圧力により蓄熱材を圧縮成形して第２蓄熱材層を一体に形成する工程と、を有するものであってもよい。このような製造方法により形成された蓄熱材層は、伝熱体の近傍の第１蓄熱材層に比較して、流体の近傍の第２蓄熱材層の蓄熱材の密度が低くなる。
【００２３】
ここで、発明者は、蓄熱材として硫酸カルシウム粉体を金型に入れ、圧縮成形実験を行なった。成形圧力は４．１ｋＮ／ｃｍ2と５．７ｋＮ／ｃｍ2の２水準で行い、保圧時間はどちらも１分で実施した。その結果、蓄熱材は粉体圧縮体（すなわち、蓄熱材層）となった。成形圧力が４．１ｋＮ／ｃｍ2の時、蓄熱材層の硫酸カルシウム粉体の密度は１．６６／ｃｍ3となり、５．７ｋＮ／ｃｍ2の時、蓄熱材層の硫酸カルシウム粉体の密度は１．７１ｇ／ｃｍ3となった。このように、成形圧力が高くなるほど、成形体の密度が高くなることを確認した。
【００２４】
本願の熱交換器は、蓄熱材を保持し、流体との間で熱交換を行う熱交換部を備えてなり、熱交換部に、蓄熱材を保持した本願の伝熱部材を用いている。この熱交換部は、内部を熱媒体（熱媒であってもよいし冷媒であってもよい）が流動する熱交換パイプを備えている。また、この熱交換パイプの外表面に、フィン部材を設けてもよい。そして、このフィン部材に、蓄熱材を保持した伝熱部材を用いることにより、伝熱部材の表面積を増大させることができ、流体との熱伝導性を向上させることができる。また、熱交換パイプとフィン部材との双方に、蓄熱材を保持した伝熱部材を用いてもよく、熱伝導性をより向上させることができる。
【００２５】
また、フィン部材を設けていない熱交換パイプを使用し、この熱交換パイプに、蓄熱材を保持した伝熱部材を用いてもよい。この構成により、流体と熱交換パイプとの熱伝導性が向上するだけでなく、蓄熱材が熱交換パイプに直に保持されているため、熱交換器の部品点数を削減して、熱交換器の構成の単純化や低コスト化が可能となる。
【実施例】
【００２６】
［第１実施例］
以下に、本願の第１実施例に係る熱交換器を備えたケミカルヒートポンプについて、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施例に係る熱交換器を備えたケミカルヒートポンプの全体構成図である。図１に示すように、第１実施例のケミカルヒートポンプ１は、流体と熱交換を行う熱交換部（熱交換器）１０と、この熱交換部１０を収容する吸着容器１１と、液体２１を収納した蒸発容器２０と、吸着容器１１および蒸発容器２０を連結する蒸気流路３０と、蒸気流路３０に設けられたバルブ４０と、を有して構成されている。本実施例では、液体２１として水を使用し、この水が気化した水蒸気との間で熱交換を行う。
【００２７】
吸着容器１１は、流体としての水蒸気の流出入口１６を有している。この流出入口１６に、蒸気流路３０の一端が接続されている。熱交換部１０は、図３に示すように、吸着容器１１内に収容されている。熱交換部１０は、熱交換パイプ１２と、熱交換パイプ１２の外表面に設けられた伝熱部材としてのフィン部材１３と、このフィン部材１３に保持された蓄熱材からなる蓄熱材層１４と、を有して構成されている。
【００２８】
熱交換パイプ１２は、図３に示すように、Ｕ形に屈曲形成された銀等の金属パイプにより形成されている。熱交換パイプ１２の内部は、熱媒体として、油等の熱媒が流動している。また、熱交換パイプ１２は、吸着容器１１から突出した一端が、熱媒の供給源（図示せず）と連結し、この供給源から熱交換パイプ１２内に熱媒が供給される。また、熱交換パイプ１２を流動した熱媒は、熱交換パイプ１２の他端側の流出口（図示せず）から供給源等に戻るよう構成されている。
【００２９】
フィン部材１３は、伝熱体としての銅板により形成され、図４に示すように、熱交換パイプ１２の表面に接触させる基板１３ａと、熱交換パイプ１２の表面から外方にほぼ垂直に突出させる伝熱フィン１３ｂとから構成されている。フィン部材１３は、その伝熱面および熱交換パイプ１２の伝熱面を介して、熱交換パイプ１２内を流動する熱媒と、フィン部材１３に保持された蓄熱材層１４との熱の授受を行っている。また、フィン部材１３の基板１３ａが、熱交換パイプ１２の伝熱面と面接触しているため、蓄熱材層１４と熱交換パイプ１２内を流れる熱媒との熱交換効率を高めることができる。
【００３０】
また、フィン部材１３は、金属からなる止め具１５によって、熱交換パイプ１２の表面に等間隔に保持されている。図４に、フィン部材１３と、このフィン部材１３に保持された蓄熱材層１４と、フィン部材１３を熱交換パイプ１２に接続固定する止め具１５と、熱交換パイプ１２との拡大図を示す。この止め具１５は、フィン部材１３からの熱を奪ってしまわないように、熱伝導率が比較的低い金属を用いることが望ましい。具体的には、例えば、ステンレス等が好ましい。
【００３１】
また、本実施例では、このステンレス製の止め具１５を用いて、フィン部材１３を熱交換パイプ１２に装着し、また、止め具１５を外すことで、フィン部材１３を熱交換パイプ１２から脱着することが可能となっている。そのため、熱交換部１０の製造時には熱交換パイプ１２にフィン部材１３を装着する前に、熱交換部１０の使用時には熱交換パイプ１２からフィン部材１３を脱着した後に、フィン部材１３に蓄熱材を容易に圧縮成形することができる。
【００３２】
本実施形態では、フィン部材１３は、基板１３ａと伝熱フィン１３ｂとからなる長尺な銅板を、熱交換パイプ１２の軸方向に対して、一定間隔で螺旋状に巻き回して形成している。なお、螺旋状に限らず、環状に巻き回して形成してもよい。また、長尺な銅板に限らず、短尺な銅板や金属棒を、熱交換パイプ１２の表面に、等間隔で螺旋状や環状に配置することにより、フィン部材１３を形成してもよい。また、コルゲート状のフィン部材としてもよい。また、フィン部材１３と熱交換パイプ１２との接続手段は、上述のような止め具１５に限定されることはなく、従来公知の接続手段を用いてもよい。また、使用時に着脱する必要がない場合いは、はんだや溶接等により、フィン部材１３と熱交換パイプ１２に接続固定してもよく、製造コストや使用目的に応じて適宜選択することができる。
【００３３】
蓄熱材層１４は、蓄熱材としての硫酸カルシウムを、フィン部材１３に一体に圧縮成形することにより形成されている。また、この蓄熱材層１４は、フィン部材１３の近傍と比較して、流体と接触する表面側での硫酸カルシウムの密度が低くなるよう構成されている。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）は、粉体の蓄熱材（硫酸カルシウム）からなる蓄熱材層１４とフィン部材１３との一体成形体の断面図である。図２（ａ）は第１実施例の一体成形体の断面図を示し、図２（ｂ）は変形例の一体成形体の断面図を示す。
【００３５】
まず、図２（ａ）に示す一体成形体の製造工程について説明する。まず、フィン部材１３を蓄熱材の融点以下の温度で加熱する。第１実施例で蓄熱材として用いた硫酸カルシウムの融点は１，４６０℃である。そこで、銅製のフィン部材１３を、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、フィン部材１３の融点以下かつ硫酸カルシウムの融点以下のなるべく高い温度に予め加熱しておく。具体的には、本実施例では１，０００℃に加熱した。
【００３６】
次に、不活性ガス雰囲気下で、成形圧力を４．１ｋＮ／ｃｍ2、保圧時間を１０秒にして、伝熱フィン１３ｂと硫酸カルシウム粉体とを一体に圧縮成形する。この際、蓄熱材として用いる硫酸カルシウム粉体は、粒径がなるべく小さい方が、分子間力が強くなり固まり易いので好ましい。具体的には、硫酸カルシウム粉体の粒径は、粉体の密着強度の観点から、１ｍｍ以下が好ましい。
【００３７】
この圧縮成形の結果、伝熱フィン１３ｂと硫酸カルシウムからなる蓄熱材層１４とは、図２（ａ）に示すように、一体成形体となる。この図２（ａ）に示すように、蓄熱材層１４は、伝熱フィン１３ｂの熱によって、流動性を持ち、比較的高密度で成形された領域（以下、「高密度領域１４ａ」と呼ぶ）と、流動性を持たず、高密度領域１４ａに比較して低密度で成形された領域（以下、「低密度領域１４ｂ」と呼ぶ）となっていることが確認された。なお、高密度領域１４ａと低密度領域１４ｂとの間の領域（中密度領域）１４ｃは、高密度領域１４ａから低密度領域１４ｂに向かって次第に密度が低くなっている。
【００３８】
また、変形例として、常温で異なる２つの圧力（４．１ｋＮ／ｃｍ2および５．７ｋＮ／ｃｍ2）で、硫酸カルシウム粉体を伝熱フィン１３ｂと一体に圧縮成形した。このときの伝熱フィン１３ｂと蓄熱材層１４’との一体成形体の断面図を、図２（ｂ）に示す。この図２（ｂ）に示すように、蓄熱材層１４’は、第１蓄熱材層１４ａ’と、第２蓄熱材層１４ｂ’とから構成される。第１蓄熱材層１４ａ’は、第１圧力（本実施例の場合、５．７ｋＮ／ｃｍ2）で圧縮成形することにより形成され、硫酸カルシウムの密度が比較的高い領域である。第２蓄熱材層１４ｂ’は、第１圧力よりも低い第２圧力（この実施例の場合、４．１ｋＮ／ｃｍ2）で圧縮成形することにより形成され、第１蓄熱材層１４ａ’よりも硫酸カルシウムの密度の低い領域である。このような蓄熱材層１４’でも、図２（ａ）に示す第１実施例の蓄熱材層１４と同様の作用効果（後述する）を得ることができる。
【００３９】
また、蒸発容器２０は、水等の液体２１が充填され、この液体２１の加熱や吸熱を行う熱交換パイプ２２を備えている。また蒸発容器２０は、水蒸気の流出入口２３を有し、この流出入口２３に蒸気流路３０の他端が接続している。
【００４０】
上述のように構成されたケミカルヒートポンプ１での熱交換の作用について説明する。蓄熱材の脱水による再生過程では、バルブ４０を開弁し、吸着容器１１の熱交換パイプ１２に熱媒を流動させ、フィン部材１３を介して蓄熱材層１４を加熱する。第１実施例の蓄熱材層１４では、図２（ａ）に示すように、フィン部材１３の近傍に、硫酸カルシウムの密度が比較的高い高密度領域１４ａが配置されている。この高密度領域１４ａは、熱伝導性に優れているため、熱交換パイプ１２内を流動する熱媒からの熱が、この高密度領域１４ａを介して、蓄熱材層１４全体に効率的に伝導される。この蓄熱材層１４の加熱によって、硫酸カルシウムから水が離脱し、水蒸気が発生する。この水蒸気を、蒸気流路３０とバルブ４０を通して蒸発容器２０内に導入して凝縮し、液化させる。この凝縮熱は、熱交換パイプ２２によって回収される。
【００４１】
また、蓄熱材の水和による吸着過程では、熱交換パイプ２２によって液体２１を加熱し、発生した水蒸気を蒸気流路３０とバルブ４０とを介して吸着容器１１内に導入する。この吸着容器１１内で、水蒸気と蓄熱材層１４とが反応することで、硫酸カルシウムは水和反応を起こす。本実施例の蓄熱材層１４は、水蒸気の近傍である表面側に、硫酸カルシウムの密度が比較的低い低密度領域１４ｂを配置している。そのため、硫酸カルシウム粉体の表面と水蒸気との接触性が向上し、反応率を向上させることができ、より効率的に熱を発生させることができる。このとき発生する熱は、熱交換パイプ１２内を流動する熱媒によって回収される。また、この熱の回収のときも、蓄熱材層１４の熱伝導性に優れる高密度領域１４ａ、この高密度領域１４ａと接触するフィン部材１３、および、熱交換パイプ１２を介して、熱媒に効率的に伝熱することができる。
【００４２】
また、使用後に蓄熱材を交換する際には、止め具１５を外して、熱交換パイプ１２からフィン部材１３を脱着する。これにより、蓄熱材の交換や圧縮成形を容易に行うことができる。さらに、蓄熱材層１４の、脱水または水和反応には寄与しない高密度領域１４ａは、フィン部材１３から完全に剥離しなくてもよく、フィン部材１３の再利用を簡単かつ廉価に行うことができる。
【００４３】
［実施例２］
次に、第２実施例の熱交換部（熱交換器）について、図５を用いて説明する。第２実施例の熱交換部１１０は、フィン部材を設けずに、熱交換パイプに蓄熱材を直接に保持させたこと以外は、第１実施例の熱交換部１０と同様の基本構成を有している。図５（ａ）は、第２実施例の熱交換部１１０の全体構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は、熱交換パイプ１１２と蓄熱材層１１４との拡大断面図である。このような第２実施例の熱交換部１１０は、第１実施例と同様に、ケミカルヒートポンプに好適に用いることができる。
【００４４】
図５に示すように、第２実施例の熱交換部１１０は、伝熱部材としての熱交換パイプ１１２と、この熱交換パイプ１１２に保持される蓄熱材からなる蓄熱材層１１４と、を有して構成されている。蓄熱材としては、硫酸カルシウム等、第１実施例と同様のものを用いることができる。また、熱交換パイプ１１２も、銀等の金属材をＵ形に屈曲変形したものを、伝熱体として用いることができる。
【００４５】
第２実施例の蓄熱材層１１４は、熱交換パイプ１１２に直接に圧縮成形されている。第２実施例での圧縮成形も、第１実施例と同様の方法を用いることができ、不活性ガス（窒素やアルゴンなど）雰囲気下で、熱交換パイプ１１２を蓄熱材の融点以下のなるべく高い温度に予め加熱しておく。そして、熱交換パイプ１１２と蓄熱材とを一体に圧縮成形し、熱交換パイプ１１２の外表面に、蓄熱材層１１４を形成する。このように形成された蓄熱材層１１４は、熱交換パイプ１１２の近傍に比較して、流体の近傍では、蓄熱材の密度が低く形成される。
【００４６】
したがって、第２実施例の熱交換部１１０においても、蓄熱材層１１４の熱伝導性を向上させて、熱交換パイプ１１２内を流動する熱媒体と、蓄熱材層１１４との熱交換効率を向上させることができる。また、流体近傍では蓄熱材層１１４の蓄熱材の密度が低く形成されているため、流体と蓄熱材との接触性を向上させ、可逆反応の反応性を向上させることができる。さらに、第２実施例では、フィン部材が不要となるので、熱交換部１１０の部品点数を削減することができる。
【００４７】
また、第２実施例のような構成とする際には、熱交換パイプ１１２の表面を粗面化し、蓄熱材の粒径よりも大きな開口径と、蓄熱材の粒径よりも長い深さを有するくぼみ（図示せず）を一つ以上形成することが望ましい。このような構成では、くぼみ内に、蓄熱材が入り込むため、蓄熱材層１１４と熱交換パイプ１１２との密着性を、より向上させることができる。
【００４８】
［第３実施例］
次に、第３実施例の熱交換部について、図６を用いて説明する。第３実施例の熱交換部２１０は、フィン部材２１３の表面に凹凸を設けたこと以外は、第１実施例の熱交換部１０と同様の基本構成を有している。図６は、第３実施例の熱交換部２１０のフィン部材２１３と蓄熱材層２１４との一部拡大断面図である。図６に示すように、第３実施例においても、フィン部材２１３の近傍に、蓄熱材の密度が比較的高い高密度領域２１４ａが形成され、流体の近傍に、高密度領域２１４ａよりも蓄熱材の密度が低い低密度領域２１４ｂが形成されている。このような第３実施例の熱交換部２１０も、ケミカルヒートポンプに好適に用いることができる。
【００４９】
図６に示すように、第３実施例の熱交換部２１０では、フィン部材２１３の表面に凹凸を形成し、複数のくぼみ２１３ｃを設けている。このくぼみ２１３ｃは、蓄熱材である硫酸カルシウムの粒子Ｐの粒径ｄよりも、充分に大きな開口径Ｄと、硫酸カルシウムの粒子Ｐの粒径ｄよりも深い（長尺な）深さＨを有している。このようなくぼみ２１３ｃを有することにより、蓄熱材からなる蓄熱材層２１４を、フィン部材２１３に一体に圧縮成形する際に、蓄熱材の粒子Ｐがくぼみ２１３ｃに入り込む。また、蓄熱材の粒子Ｐが充分な流動性を持たなくても、くぼみ２１３ｃの開口径Ｄが充分に大きいため、くぼみ２１３ｃ内に蓄熱材の粒子Ｐが入り込み易い。しかも、くぼみ２１３ｃの深さＨも深いため、フィン部材２１３による蓄熱材の保持力を向上させ、フィン部材２１３と蓄熱材層２１４との密着性を向上させることができる。
【００５０】
以上、本願の各実施例の熱交換器について説明したが、これらの実施例は一例であって、本願がこれらの実施例に限定されるものではない。蓄熱材と流体との良好な反応性を確保しつつ、蓄熱材と伝熱体との密着性と、蓄熱材の熱伝導性とを向上させることが可能な構成であれば、本願の課題を解決できるものである。また、第１実施例では、熱交換器を用いたケミカルヒートポンプの実施例を説明したが、この実施例のケミカルヒートポンプは一例であって、他の異なる構成のケミカルヒートポンプに、本願の熱交換器を用いてもよい。また、ケミカルヒートポンプに限定されることはなく、加熱や冷却などの熱交換を行う、空調機、冷凍・冷蔵庫、ショーケース等、何れの機器や装置に、本願の伝熱部材や熱交換器を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０，１１０，２１０  熱交換部（熱交換器）
１２，１１２，２１２  熱交換パイプ（伝熱部材）
１３，２１３  フィン部材（伝熱部材）
１４，１１４，２１４  蓄熱材層
１４ａ，２１４ａ  高密度領域
１４ｂ，２１４ｂ  低密度領域
１４ａ’  第１蓄熱材層
１４ｂ’  第２蓄熱材層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開平９−２７３８２７号公報
【特許文献２】特開２００９−７８２２７号公報
【図１】
2014137209.tif 000003
【図２】
2014137209.tif 000004
【図３】
2014137209.tif 000005
【図４】
2014137209.tif 000006
【図５】
2014137209.tif 000007
【図６】
2014137209.tif 000008