(57)【要約】【課題】吸着式ヒートポンプにおける吸着コアの耐久性を確保しつつ吸着速度を高める。【解決手段】吸着剤５０をチューブ３３に接着固定する接着剤として、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いることにより、吸着式ヒートポンプの吸着コアに要求される吸着速度を得ることができる。また、接着剤には、黒鉛または炭化珪素をフィラーとして樹脂に含有させたものを用いることにより、接着剤の高い熱伝導率が得られ、また、黒鉛の含有率を５重量％以上４０重量％以下に設定し、炭化珪素の含有率を５重量％以上５０重量％以下に設定することにより、熱伝導率を０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とし、かつ吸着コア１１、１２の耐久性確保の観点から要求される所定の接着強度を確保できる。【選択図】        図２
2004263959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換流体が流れるチューブ（３３）を有する熱交換部材（３０）と、前記熱交換部材（３０）の表面に接着剤にて接着され、前記熱交換流体により冷却および加熱されることで吸着質を吸着および脱離することができる吸着剤（５０）とを備える吸着式ヒートポンプの吸着コア（１１、１２）であって、前記接着剤は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【請求項２】
前記接着剤は、樹脂成分に黒鉛および炭化珪素のいずれか一方をフィラーとして含有させたものであることを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【請求項３】
前記接着剤は、前記黒鉛の含有率が５重量％以上４０重量％以下であることを特徴とする請求項２に記載の吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【請求項４】
前記接着剤は、前記黒鉛の含有率が１０重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項２に記載の吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【請求項５】
前記接着剤は、前記炭化珪素の含有率が５重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする請求項２に記載の吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【請求項６】
前記接着剤は、前記炭化珪素の含有率が１０重量％以上４０重量％以下であることを特徴とする請求項２に記載の吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【請求項７】
前記接着剤は、前記樹脂成分がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項３ないし６に記載の吸着式ヒートポンプの吸着コア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着剤が冷却、加熱されることにより水などの吸着質が吸着、脱離されることを利用した吸着式ヒートポンプの吸着コアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式ヒートポンプの吸着コアでは、吸着剤（例えば、ゼオライトやシリカゲル）の温度を冷却温度（例えば、車両用の場合は外気温）と熱源温度（例えば、車両用の場合はエンジン冷却水温の約９０℃）の間で往復させるが、装置の冷房能力はその間の吸着質（例えば、水）の吸脱着量の振幅と吸脱着速度により決定される。吸脱着量の振幅は吸着剤自体の吸水特性から決定されるが、吸着速度については、その他に吸着剤をいかに所定の温度に到達させるか、ということが重要となる。
【０００３】
吸着コアは、チューブを有する熱交換部材に、吸着剤を粉体接着剤により接着しており、チューブ内を流れる熱交換流体の熱は、熱交換部材、接着剤、吸着剤の順番に伝わることになる。したがって、熱を吸着剤にできる限りすばやく伝えるためには、接着剤の熱伝導率の向上が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の吸着式ヒートポンプの吸着コアでは、樹脂成分に適宜フィラーを含有させた接着剤が用いられている。一般に樹脂の熱伝導率は約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、汎用接着剤の場合にはこれに適宜フィラー（例えば、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムなど）を混入させて熱伝導率の向上を図っている。
【０００５】
しかしながら、従来は吸着コア用の接着剤として要求される接着強度を満足しつつ、接着剤の熱伝導率を最も高めてもその値は０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、吸着コア用の接着剤として要求される接着強度を確保可能な範囲にフィラーの含有率を設定した場合には、熱伝導率の不足のために、必要な吸着速度を確保することができなかった。そのため、接着剤の接着強度を確保しつつ、吸着コアの吸着速度を高めることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、吸着コアの接着剤の接着強度を確保しつつ吸着速度を高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、熱交換流体が流れるチューブ（３３）を有する熱交換部材（３０）と、熱交換部材（３０）の表面に接着剤にて接着され、熱交換流体により冷却および加熱されることで吸着質を吸着および脱離することができる吸着剤（５０）とを備える吸着式ヒートポンプの吸着コア（１１、１２）であって、接着剤は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする。このような接着剤を用いた場合に吸着コアに要求される吸着速度を確保することが可能となった。
【０００８】
また、このような高い熱伝導率と吸着コア用の接着剤として要求される接着強度確保の両立のためには、請求項２の発明のようにフィラーとして黒鉛および炭化珪素のうちのいずれか一方、もしくは両方を合わせて用いるのが望ましく、また請求項７の発明のように樹脂成分としてエポキシ樹脂を用いるのが望ましい。
【０００９】
ところで、吸着コア用の接着剤として要求される接着強度を確保可能な範囲にフィラーの含有率を設定した場合、炭酸カルシウムをエポキシ樹に含有させた従来の接着剤の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対し、請求項３の発明の接着剤の熱伝導率は最大で２．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度まで向上し、これにより、吸着コアの耐久性を確保しつつ吸着速度を高めることが可能になった。
【００１０】
請求項３に記載の発明のように、接着剤における黒鉛の含有率を５重量％以上４０重量％以下にすることにより、高い熱伝導率を得ることができ、高い熱伝導率と吸着コア用の接着剤として要求される接着強度確保の両立を実現することができる。さらに高い熱伝導率と長期間にわたっての接着強度の保持を実現させるためには黒鉛の含有率を１０重量％以上３０重量％以下とすることが望ましい。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明のように、接着剤における炭化珪素の含有率を５重量％以上５０重量％以下にすることにより、高い熱伝導率を得ることができ、高い熱伝導率と吸着コア用の接着剤として要求される接着強度確保の両立を実現することができる。さらに高い熱伝導率と長期間にわたっての接着強度の保持を実現させるためには炭化珪素の含有率を１０重量％以上４０重量％以下とすることが望ましい。
【００１２】
なお、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ものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は吸着式ヒートポンプの概略全体構成図、図２は本発明に係る吸着式ヒートポンプの吸着コアの斜視図である。
【００１４】
図１において、吸着式ヒートポンプ１は第１、第２吸着コア１１、１２を備えている。これら吸着コア１１、１２は、それぞれ密閉容器１４及び１５内に収容されており、密閉容器１４及び１５には、気体吸着質（本実施形態では水蒸気）の出入口部１６、１７が備えられている。
【００１５】
これら出入口部１６、１７には、三方切換弁１８、１９が接続されており、この三方切換弁１８、１９の間には、吸着質を液化する凝縮器２０、吸着質の気液分離及び液体吸着質の一時貯留を行うレシーバ２１、液体吸着質を送るポンプ２２、及び液体吸着質を気化させて外気との熱交換を行う蒸発器２３が直列に接続され、もって吸着質回路２５が構成されている。この吸着質回路２５内には、所要量の吸着質、本実施形態の場合、例えば水が封入されている。
【００１６】
次に、吸着コア１１、１２の構造について、図２を参照して詳述する。吸着コア１１、１２は、熱交換器（熱交換部材）３０と、この熱交換器３０の表面に接着された多数の粒子状の吸着剤５０とから構成されている。
【００１７】
熱交換器３０は、両端にヘッダタンク３１、３２を備え、このヘッダタンク３１、３２の間には、熱交換流体が流れる複数の板状のチューブ３３が並列的に所定距離を隔てて配置されている。チューブ３３の間には、コルゲート状のフィン（伝熱フィン）３４がろう付け、溶接、あるいは接着により固定されている。なお、ヘッダタンク３１、３２は成形性に優れた材料、例えば樹脂、アルミニウム、銅等からなり、チューブ３３およびフィン３４は、熱伝導に優れた材料、例えばアルミニウムや銅からなる。
【００１８】
そして、入口側のヘッダタンク３１、チューブ３３、出口側のヘッダタンク３２の順に、冷却流体（例えば室外熱交換器からの比較的低温な流体、請求項でいう熱交換流体）または加熱流体（例えばエンジン冷却水、請求項でいう熱交換流体）が流れるようになっている。
【００１９】
多数の粒子状の吸着剤５０は、例えば、ゼオライトやシリカゲルが用いられ、チューブ３３とフィン３４により構成される隙間に充填されている。また、吸着剤５０の各粒子は、チューブ３３及びフィン３４に接着剤にて接着固定されている。
【００２０】
吸着剤５０は、冷却状態において吸着質（例えば水蒸気やアルコール水溶液等）を高能力で吸着し、また、吸着質の吸着に伴い吸着能力が次第に低下するが、加熱状態とされることにより、吸着していた吸着質を脱離して吸着能力が再生されるという性質を有している。
【００２１】
従って、吸着剤５０は、チューブ３３及びフィン３４を介した熱伝導により、チューブ３３を流れる熱交換流体と熱交換を行い、冷却されることで気体吸着質（本実施形態では水蒸気）を吸着し、加熱されることで気体吸着質を脱離することができるようになっている。
【００２２】
かかる構成において、第１、第２吸着コア１１、１２は、図示しないマイコン等の制御装置によって制御されることにより、一方が気体吸着質（水蒸気）を脱離させる脱離側となるとき、他方が蒸発器２３からの気体吸着質を吸着する吸着側となるよう、交互に切換え可能に構成されている。
【００２３】
具体的には、図１において、第１吸着コア１１を脱離側とし、第２吸着コア１２を吸着側として使用する場合、三方切替弁１８、１９が図１中実線位置とされて、吸着コア１１側の密閉容器１４の出入口部１６と凝縮器２０とが連通状態とされ、かつ、吸着コア１２側の密閉容器１５の出入口部１７と蒸発器２３とが連通状態とされる。また、吸着コア１１側に加熱流体、吸着コア１２側に冷却流体が供給される。
【００２４】
また、第１吸着コア１１を吸着側とし、第２吸着コア１２を脱離側として使用する場合、三方切替弁１８、１９が図１中点線位置とされて、吸着コア１１側の密閉容器１４の出入口部１６と蒸発器２３とが連通状態とされ、かつ、吸着コア１２側の密閉容器１５の出入口部１７と凝縮器２０とが連通状態とされる。また、吸着コア１１側に冷却流体、吸着コア１２側に加熱流体が供給される。
次に、吸着剤５０をチューブ３３及びフィン３４に接着固定する接着剤について説明する。
【００２５】
従来は、炭酸カルシウムをフィラーとして樹脂に含有させた接着剤が多用されている。本実施形態では、黒鉛をエポキシ樹脂に含有させた接着剤、または炭化珪素をエポキシ樹脂に含有させた接着剤を用いている。
【００２６】
図３は、フィラー材質の異なる接着剤について、フィラー含有率と熱伝導率との関係を評価した結果を示す特性図である。この図３から明らかなように、黒鉛または炭化珪素をエポキシ樹脂に含有させた本実施形態の接着剤では、比較のために今回作成した炭酸カルシウムをエポキシ樹脂に含有させた接着剤よりも、熱伝導率が大幅に向上することが確認された。
【００２７】
ところで、吸着式ヒートポンプ１の吸着コア１１、１２用の接着剤には、吸着コア１１、１２の耐久性確保の観点から、所定の接着強度が要求される。そして、この所定の接着強度を確保するためには、黒鉛を含有させた接着剤では黒鉛フィラーの含有率を４０重量％以下に設定し、炭化珪素フィラーを含有させた接着剤では炭化珪素フィラーの含有率を５０重量％以下に設定すればよいことが確認された。
【００２８】
そこで、比較例として作成したエポキシ樹脂に３３重量％の炭酸カルシウムを含有させた熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋの接着剤にて吸着剤５０を接着固定した吸着コア（以下、比較用吸着コアという）と、５重量％の黒鉛を含有させた熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋの接着剤にて吸着剤５０を接着固定した吸着コア（以下、評価吸着コア１という）と、エポキシ樹脂に４０重量％の黒鉛を含有させた熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋの接着剤にて吸着剤５０を接着固定した吸着コア（以下、評価吸着コア２という）と、エポキシ樹脂に５０重量％の炭化珪素を含有させた熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋの接着剤にて吸着剤５０を接着固定した吸着コア（以下、評価吸着コア３という）とを用意し、それらの吸着コアについて吸着速度を評価した。
【００２９】
図４はその評価結果を示すもので、横軸は経過時間、縦軸は吸着質の吸着量を飽和吸着量によって規格化した値である。この図４から明らかなように、比較用吸着コアよりも評価吸着コア１では吸着量の増加の傾きが大きくなっており、吸着速度が吸着式ヒートポンプに要求される性能を確保できる程度にまで大きくなっている。また、評価吸着コア２、３の方は、評価吸着コア１よりもさらに吸着速度が大きくなっており、実使用での吸着、脱着の作動時間（６０〜３００秒）で特にその差が顕著に現れている。
【００３０】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、フィン３４をコルゲートフィンとしているがフィン形状はこれに限定されるものではない。例えば、プレートフィンとしてもよい。また、熱交換器３０はチューブ・フィンタイプでなく、フィンが無いチューブのみのタイプでもよい。
【００３１】
また、樹脂に含有させるフィラーの黒鉛や炭化珪素の形状については、針状または鱗片状が望ましく、さらに望ましくはアスペクト比を２以上とすることにより、接着剤の熱伝導率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸着式ヒートポンプの概略全体構成図である。
【図２】本発明に係る吸着式ヒートポンプの吸着コアの斜視図である。
【図３】フィラー含有率と熱伝導率との関係を示す特性図である。
【図４】経過時間と吸着コアの吸着量との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１１、１２…吸着コア、３０…熱交換器（熱交換部材）、３３…チューブ、
５０…吸着剤。
【図１】
2004263959.tif 000003
【図２】
2004263959.tif 000004
【図３】
2004263959.tif 000005
【図４】
2004263959.tif 000006