(57)【要約】【課題】吸着剤を用いた放熱器において、放熱可能な時間を長くする。【解決手段】第１熱交換器２１０に熱媒体を循環させながら第１送風機２４０にて第１熱交換器２１０から第２熱交換器２２０に向けて空気を送風する第１放熱モードと、第２熱交換器２２０にて熱媒体を循環させながら第２送風機２５０にて第２熱交換器２２０から第１熱交換器２１０に向けて空気を送風する第２放熱モードとを所定時間毎に切り替えながら連続運転する。これにより、吸着剤２６０の量に影響されることなく、連続的に熱媒体を冷却することができ、放熱可能な時間を長くすることができる。また、送風しながら吸着していた水分を脱離放出させるので、水分の脱離放出に伴う吸熱作用と送風による放熱作用との両者で熱媒体を冷却することができるので、放熱能力を高めることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を吸着するとともに、吸熱時に吸着していた水分を放出する吸着剤（２６０）と、
内部に流体が流れるとともに、大気中に晒される外表面に前記吸着剤（２６０）が付着された少なくとも第１、２熱交換器（２１０、２２０）と、
前記第１熱交換器（２１０）に流体を流す場合と前記第２熱交換器（２２０）に流体を流す場合と交互に切り替える切替手段（２３０）とを備えることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記第１、２熱交換器（２１０、２２０）のうち、少なくとも流体が流れていない熱交換器に大気を送風する送風機（２４０、２５０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記送風機（２４０、２５０）は、前記第１、２熱交換器（２１０、２２０）のうち流体が流れていない熱交換器を通過した空気を、前記第１、２熱交換器（２１０、２２０）のうち流体が流れている熱交換器に送風することを特徴とする請求項２に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記送風機（２４０）は、軸流式ファンにより構成されており、
さらに、前記送風機（２４０）は、ファンの回転の向きを正転又は逆転させることにより送風の向きを切り替えることを特徴とする請求項２又は３に記載の放熱装置。
【請求項５】
低温側の熱を高温側に移動させる冷凍機であって、
高温側の放熱器として請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放熱装置（２００）を備えることを特徴とする冷凍機。
【請求項６】
蒸発した気相冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤、及び前記冷媒が封入された第１、２吸着器（１００）を有して構成され、前記第１、２吸着器（１００）を切り替え作動させることにより連続的に低温側の熱を高温側に移動させる吸着式冷凍機であって、
高温側の放熱器として請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放熱装置（２００）を備えることを特徴とする吸着式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吸着剤を用いた放熱装置に関するもので、冷凍機の放熱器に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
吸着していた水分を吸着剤が脱離放出する際に発生する吸熱作用を利用して高圧冷媒を冷却する蒸気圧縮式冷凍機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２１１２６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸着剤を用いた放熱器において、その放熱能力は吸着剤が脱離放出することができる水分量、つまり吸着剤が吸着していた水分量の増大に応じて大きくなるので、大きな放熱能力を得るためには、吸着剤の量を増大させる必要がある。これと同様に、放熱可能時間を長くするには、吸着剤の量を増大させて吸着剤が吸着していた水分量の増大させる必要がある。
【０００５】
したがって、放熱可能時間、つまり冷凍機の運転時間は、吸着剤の量によって決定してしまうので、特許文献１に記載の発明では、長時間にわたって冷凍機を連続運転することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な放熱装置を提供し、第２には、放熱可能な時間を長くすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、水分を吸着するとともに、吸熱時に吸着していた水分を放出する吸着剤（２６０）と、内部に流体が流れるとともに、大気中に晒される外表面に吸着剤（２６０）が付着された少なくとも第１、２熱交換器（２１０、２２０）と、第１熱交換器（２１０）に流体を流す場合と第２熱交換器（２２０）に流体を流す場合と交互に切り替える切替手段（２３０）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、吸着剤（２６０）の量に影響されることなく、連続的に熱媒体を冷却することができ、放熱可能な時間を長くすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、第１、２熱交換器（２１０、２２０）のうち、少なくとも流体が流れていない熱交換器に大気を送風する送風機（２４０、２５０）を備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、送風しながら吸着していた水分を脱離放出させるので、水分の脱離放出に伴う吸熱作用と送風による放熱（冷却）作用との両者で熱媒体を冷却することができるので、放熱能力を高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、送風機（２４０、２５０）は、第１、２熱交換器（２１０、２２０）のうち流体が流れていない熱交換器を通過した空気を、第１、２熱交換器（２１０、２２０）のうち流体が流れている熱交換器に送風することを特徴とする。
【００１２】
これにより、吸着剤（２６０）から脱離放出された水分を多量に含む湿度が高い空気を供給することができるので、水分の脱離放出が終了した吸着剤（２６０）に多量の水分を短時間で吸着させることができ、放熱能力を増大させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、送風機（２４０）は、軸流式ファンにより構成されており、さらに、送風機（２４０）は、ファンの回転の向きを正転又は逆転させることにより送風の向きを切り替えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、１台の送風機にて２器の熱交換器（２１０、２２０）に送風することができ得る。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる冷凍機であって、高温側の放熱器として請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放熱装置（２００）を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、蒸発した気相冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤、及び冷媒が封入された第１、２吸着器（１００）を有して構成され、第１、２吸着器（１００）を切り替え作動させることにより連続的に低温側の熱を高温側に移動させる吸着式冷凍機であって、高温側の放熱器として請求項１ないし４のいずれか１つに記載の放熱装置（２００）を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る放熱装置を吸着式冷凍機を用いた車両用冷房装置に適用したものであり、図１は吸着式空調装置の模式図である。
【００１９】
なお、本実施形態に係る吸着式冷凍機では、図１（ａ）に示すように、吸着器１００を少なくとも２個設けて、２個の吸着器１００を交互に作動させることにより連続的に冷房能力が発生するようにしたもので、以下、紙面上側の吸着器１００を第１吸着器１００と表記し、紙面下側の吸着器１００を第２吸着器１００と表記し、第１、２吸着器を総称するときは、単に吸着器１００と表記する。
【００２０】
室外熱交換器２００は吸着器１００内を循環した熱媒体（本実施形態では、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体）と室外空気とを熱交換する本実施形態に係る放熱装置であり、その詳細は後述する。
【００２１】
室内熱交換器３００は吸着器１００にて発生した冷凍能力により冷却された熱媒体と室内に吹き出す空気とを熱交換し、空調風を冷却する熱交換器である。因みに、室内熱交換器３００は、図１（ｂ）に示すように、空調風の通路を形成する空調ケーシング３１０内に配設されており、この空調ケーシング３１０の空気流れ上流側には、例えば遠心式送風機３２０が配設されている。
【００２２】
なお、本実施形態では、水冷式エンジン等の熱機関、又はパワーアンプ等の電気機器で発生した廃熱を回収した冷却水（熱媒体と同じ流体）を吸着器１００（後述する第２熱交換器１３０）内に循環させることにより吸着剤の再生に利用しており、切換弁４１０〜４４０は熱媒体の循環経路を切り換えるである。
【００２３】
次に、吸着器１００について述べる。
【００２４】
吸着器１００は、図２に示すように、内部が略真空に保たれた状態で冷媒（本実施形態では、水）が封入されたステンレス（本実施形態では、ＳＵＳ３０４）製のケーシング１１０、熱交換媒体とケーシング１１０内の冷媒（本実施形態では、水）との間で熱交換を行う蒸発／凝縮コアをなす第１熱交換器１２０、及び吸着剤（本実施形態ではシリカゲル）１３１を冷却又は加熱する吸着コアをなす第２熱交換器１３０から等から構成されている。
【００２５】
なお、吸着剤は、図３に示すように、雰囲気中（厳密には、吸着剤の表面近傍における）の冷媒湿度（関係湿度）に応じて冷媒を吸着・脱離するもので、冷媒湿度（関係湿度）が大きくなるほど冷媒（水分）吸着量が大きくなり、冷媒湿度（関係湿度）が小さくなるほど冷媒（水分）吸着量が小さくなる。
【００２６】
このため、吸着剤を加熱すると、吸着剤１３１の表面近傍における関係湿度が上昇して吸着可能な水分量を低下して吸着していた水分が脱離蒸発する。つまり吸着剤は、周囲から吸熱しながら吸着していた水分を脱離放出する。
【００２７】
ここで、両熱交換器１２０、１３０は、アルミニウム等の金属製のチューブ及びアルミニウムの金属製のフィンからなるもので、吸着剤１３１は第２熱交換器１３０のチューブ及びフィンの表面に接着剤（本実施形態では、エポキシ樹脂）にて接着固定されている。
【００２８】
因みに、チューブは、熱媒体が流通する扁平状の管であり、フィン１２２、１３２は外表面積を増大させて熱交換効率を増大させる波状に形成されたものである。
【００２９】
次に、室外熱交換器２００、つまり放熱装置について述べる。
【００３０】
図４は室外熱交換器２００の模式図であり、図５は熱交換コア部の拡大図である。
【００３１】
そして、室外熱交換器２００は、図４に示すように、内部に熱媒体が流れる第１、２熱交換器２１０、２２０、第１熱交換器２１０に熱媒体を流す場合と第２熱交換器２２０に熱媒体を流す場合と交互に切り替える切替手段をなす切替弁２３０、及び軸流ファンを用いた第１、２送風機２４０、２５０等から構成されたもので、第１、２熱交換器２１０、２２０の熱交換コア部、つまり大気中に晒されるチューブ２１１、２２１及びフィン２１２、２２２の外表面には、図５に示すように、吸着剤２６０が接着剤（本実施形態では、エポキシ樹脂）にて接着固定されている。
【００３２】
因みに、吸着剤２６０は基本的な特性は吸着剤１３１と同じであるが、具体的な特性、つまり関係湿度に対する水分吸着量が異なっている。なお、吸着剤２６０は、大気の相対湿度域において、多量の水分を吸着することができる特性を有するものがよい。
【００３３】
また、第１、２熱交換器２１０、２２０は、互いのコア面が対向するように送風空気流れに対して直列配置され、第１送風機２４０は第１熱交換器２１０を挟んで第２熱交換器２２０と反対側に配置され、第２送風機２５０は第２熱交換器２２０を挟んで第１熱交換器２１０と反対側に配置されている。
【００３４】
そして、第１送風機２４０は第１熱交換器２１０から第２熱交換器２２０に向けて大気（空気）を送風し、第２送風機２５０は第２熱交換器２２０から第１熱交換器２１０に向けて空気を送風する。
【００３５】
次に、空調装置の概略作動を述べる。
【００３６】
先ず、切換弁４１０〜４４０を図１の実線に示すように作動させて、第１吸着器１００の第１熱交換器１２０と室内熱交換器３００との間、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０と室外器２００との間、並びに第２吸着器１００の第１熱交換器と室外器２００との間、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０とエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００３７】
これにより、第１吸着器１００が吸着工程となり、第２吸着器１００が脱離工程となるので、第１吸着器１００で発生した冷凍能力により空調風が冷却され、第２吸着器１００にて吸着剤１３１の脱離再生が行われる。
【００３８】
つまり、この状態（以下、第１状態と呼ぶ。）では、第１吸着器１００の第１熱交換器１２０は液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤１３１を冷却する冷却器として機能し、第２吸着器１００の第１熱交換器１２０は吸着剤１３１から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤１３１を加熱する加熱器として機能する。
【００３９】
そして、第１状態で所定時間（本実施形態では、６０秒〜１００秒）が経過したときに、切換弁４１０〜４４０を図１の破線に示すように作動させて、第２吸着器１００の第１熱交換器１２０と室内熱交換器３００との間、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０と室外器２００との間、並びに第１吸着器１００の第１熱交換器と室外器２００との間、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０とエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００４０】
これにより、第２吸着器１００が吸着工程となり、第１吸着器１００が脱離工程となるので、第２吸着器１００で発生した冷凍能力により空調風が冷却され、第１吸着器１００にて吸着剤１３１の脱離再生が行われる。
【００４１】
つまり、この状態（以下、第２状態と呼ぶ。）では、第２吸着器１００の第１熱交換器１２０は液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤１３１を冷却する冷却器として機能し、第１吸着器１００の第１熱交換器１２０は吸着剤１３１から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤１３１を加熱する加熱器として機能する。
【００４２】
そして、第２状態で所定時間が経過したとき、切換弁４１０〜４４０作動させて再び第１状態とする。このように、第１状態及び第２状態を所定時間毎に交互に繰り返して、空調装置を連続的に稼働させる。
【００４３】
なお、所定時間は、ケーシング１１０内に存在する液相冷媒の残量や吸着剤１３１の吸着能力等に基づいて適宜選定されるものである。
【００４４】
次に、室外熱交換器２００の概略作動を述べる。
【００４５】
室外熱交換器２００は、第１熱交換器２１０に熱媒体を循環させながら第１送風機２４０にて第１熱交換器２１０から第２熱交換器２２０に向けて空気を送風する第１放熱モードと、第２熱交換器２２０にて熱媒体を循環させながら第２送風機２５０にて第２熱交換器２２０から第１熱交換器２１０に向けて空気を送風する第２放熱モードとを所定時間毎に切り替えながら連続運転するものである。
【００４６】
このとき、熱媒体が循環している熱交換器、つまり第１放熱モードにあっては第１熱交換器２１０、第２放熱モードにあっては第２熱交換器２２０の表面に接着された吸着剤２６０は、熱媒体から吸熱して吸着していた水分を放出する。
【００４７】
一方、熱媒体が循環していない熱交換器、つまり第１放熱モードにあっては第２熱交換器２２０、第２放熱モードにあっては第１熱交換器２１０の表面に接着された吸着剤２６０に、熱媒体が循環している熱交換器の接着された吸着剤２６０から脱離放出された水分を多量に含む湿度が高い空気が供給されるため、熱媒体が循環していない熱交換器に接着固定された吸着剤２６０は水分を吸着する。
【００４８】
そして、水分の脱離放出が飽和状態となったとき、又は水分吸着が飽和状態となったときに、つまり所定時間毎に第１放熱モードと第２放熱モードとを交互に切り替えれば、連続的に熱媒体を冷却することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５０】
本実施形態では、第１放熱モードと第２放熱モードとを交互に切り替えているので、吸着剤２６０の量に影響されることなく、連続的に熱媒体を冷却することができ、放熱可能な時間を長くすることができる。
【００５１】
また、送風しながら吸着していた水分を脱離放出させるので、水分の脱離放出に伴う吸熱作用と送風による放熱（冷却）作用との両者で熱媒体を冷却することができるので、放熱能力を高めることができる。
【００５２】
また、熱媒体が循環していない熱交換器の吸着剤２６０に、熱媒体が循環している熱交換器の接着された吸着剤２６０から脱離放出された水分を多量に含む湿度が高い空気を供給するので、水分の脱離放出が終了した吸着剤２６０に多量の水分を短時間で吸着させることができ、室外熱交換器２００の放熱能力を増大させることができる。
【００５３】
なお、吸着剤２６０が水分を吸着する際に凝縮熱相当の熱が発生するが、送風しながら水分を吸着させるので、発熱に伴う吸着能力の低下は殆どない。
【００５４】
ところで、本実施形態に係る吸着式冷凍機は、前述のごとく、第１状態と第２状態とを切り替えて冷凍能力を連続的に発揮するものであるが、第１状態から第２状態に切り替えた時や第２状態から第１状態に切り替えた時等の切替初期においては、吸着工程時に吸熱した熱量に加えて、脱離工程時に加熱された温度が上昇した第２熱交換器１３０も冷却する必要があるので、切替初期においては、切替直前に比べて大きな放熱能力を必要とする。
【００５５】
これに対して、本実施形態では、水分の脱離放出に伴う吸熱作用と送風による放熱作用との両者で熱媒体を冷却するので、送風量を増大させることなく、切替初期においても十分な放熱能力を得ることができる。
【００５６】
また、水分の脱離放出に伴う吸熱作用は時間の経過とともに低下するので、第１放熱モードと第２放熱モードとの切替タイミングと、第１状態と第２状態とを切り替えタイミングとを同期させれば、より効果的に冷凍機で発生した廃熱を放熱することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第１、２送風機２４０、２５０を交互に切替運転することより、第１熱交換器２１０から第２熱交換器２２０に向けて送風する場合と、第２熱交換器２２０から第１熱交換器２１０に向けて送風する場合とを交互に切替運転したが、本実施形態は、図６に示すように、送風機２４０を第１熱交換器２１０と第２熱交換器２２０との間に配置するとともに、ファンの回転の向きを正転又は逆転させることにより送風の向きを切り替えるものである。
【００５８】
これにより、送風機の台数を低減することができるとともに、室外熱交換器２００の外形寸法を小型にすることができる。
【００５９】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、フィン２１２、２２２として、波状のコルゲートフィンを用いたが、本実施形態は、図７に示すように、平板状のプレートフィンを用いたものである。
【００６０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る放熱装置を吸着式冷凍機を用いた車両用冷房装置に用いたが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば蒸気圧縮式冷凍機を用いた車両用冷房装置や携帯電話基地局内の電気機器を冷却する冷却システム等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る第１実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図であり、（ｂ）は空調ケーシングの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る吸着器の説明図である。
【図３】吸着剤の吸着量と関係湿度との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る放熱器の説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る放熱器の拡大図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る放熱器の説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る放熱器の拡大図である。
【符号の説明】
２００…室外熱交換器（放熱器）、２１０…第１熱交換器、
２２０…第２熱交換器、２３０…切替弁、
２４０…第１送風機、２５０…第２送風機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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