JP2596169B2 - 冷却器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、化学反応に伴う吸発熱現象を利用して冷却
を行なう、比較的小型でポータブルタイプの機器に適し
た冷却器に関するものである。

従来の技術 化学反応に伴う吸発熱現象を利用して冷却、加熱等を
しようという試みが最近よく行なわれている。この方法
は蓄熱、冷却、増熱、昇温機能を有することから一般に
ケミカルヒートポンプと称されている。その例として特
開昭59−104057号公報に開示の技術を第４図に示す。図
中31、33は真空容器、32は熱媒蒸気を可逆的に吸収・放
出する吸収材、34は熱煤液、36は開閉器、37は連絡管を
示す。この系において真空ポンプを用いて容器内の空気
を除去し、開閉器36を開く。そうすると真空容器33内の
熱煤液34は蒸発し、真空容器31内の吸収材32と反応す
る。この時真空容器33側では熱煤液34の蒸発により吸熱
が行なわれるのでこれを冷却に利用することができる。
一方真空容器31側では反応による発熱が行なわれるので
これを加熱に利用することができる。そして反応終了後
には真空容器31を加熱することで再生を行い、吸収反応
前の状態に戻すものである。このようにして化学反応に
伴う吸発熱を冷却、加熱等に利用する。ここでは吸収反
応を利用しているが、この他に付加反応、水和反応、吸
着反応等目的に応じて様々な反応系が検討されている。

発明が解決しようとする課題 このような化学反応を利用した冷却または加熱機器
は、数々提案されているがまだ殆ど実用化に至ってな
い。その理由のひとつとして、機器にした場合に大型化
しやすいということが言われている。前述の従来例はこ
れら機器の代表的でかつ必要最小限の構成を示してい
る。ここから、二つの容器とそれを結ぶ通路とその通路
上に設けた開閉弁とが機器構成の必須要件であることが
解る。さらにそれぞれの容器には反応を進行させるため
の熱交換手段等も必要となる。また作動媒体に水などを
用いた場合には、常温付近での水の蒸気圧は数〜数十To
rr程度であり機器内部はほぼ真空となるため、作動媒体
蒸気が移動するための通路及び開閉弁は低圧損に、つま
り大きな開口面積にする必要があった。これらのことが
大型化と共に高コスト化の原因となるため、特に小型の
機器への適用が困難であるという課題があった。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために、内壁と外壁とで
構成される反応空間内には吸着剤と作動媒体を封じ、前
記反応空間内では少なくとも内壁の一部に接してかつ前
記吸着剤と隔離して作動媒体保持部を設け、前記吸着剤
と接してあるいは前記吸着剤の近傍に、加熱部と放熱部
または受熱部と放熱部を設けるとともに、前記内壁で被
冷却物を収容する冷却室を構成して冷却器としたもので
あり、さらに加熱部は本体と着脱自在に構成し、さらに
加熱部を電気ヒータあるいはガス、石油、固形燃料等用
の燃焼器によって構成し、さらに作動媒体は水またはア
ルコールまたはそれらの混合物であり、さらに作動媒体
保持部は多孔性材料からなる冷却器としたものである。

作用 本発明は上述の構成によって、化学反応特に吸着反応
に伴う吸発熱現象を利用して冷却を行なう、比較的小型
でポータブルタイプに適した冷却器を提供するものであ
る。具体的には同一空間内に吸着剤と作動媒体を封じ、
同空間内で吸着・脱着（再生）を行なう。よって作動媒
体の移動距離（作動媒体が凝縮する位置と吸着する位置
との距離）が小さく、作動媒体用の特別な通路も開閉弁
も設ける必要がないものである。吸着剤の再生は吸着剤
に接してあるいは近傍に設けた加熱器を用いるが、この
時作動媒体の凝縮は、被冷却物を収容する冷却室を構成
する内壁に接して設けた作動媒体保持部にて行なわすた
めに、冷却室には水を入れておく。そしてこの操作は冷
却器として用いる以前に行なう。この後冷却室に入れた
水を捨て、同室に被冷却物を入れ、吸着剤の顕熱および
その後の吸着で発生する吸着熱は放熱部で放散するよう
にする。そうして吸着剤の温度が低下すると次に吸着が
開始されるようになり、作動媒体保持部に保持されてい
た作動媒体の蒸発が徐々に盛んになる。よって同部では
作動媒体の蒸発潜熱により内壁が冷却され冷却室の冷却
が達成される。再生熱を与える手段（加熱部）としては
電気ヒータを用いるのが機器構成上簡単であるが、本体
と着脱自在に構成すること、さらにガス、石油、固形燃
料等の燃焼熱を用いること、あるいは本体には受熱部だ
けを設けて加熱源の限定をしなくとも良い構成とするこ
とによりポータブル化が促進され、特に（電気の使いに
くい）屋外での使用に適した機器となるものである。ま
た作動媒体としては、水またはアルコールまたはそれら
の混合物を用いることで、蒸発潜熱が大きくなるため単
位重量当りの冷却能力が大きく取れ小型化に有利とな
る。またそれら作動媒体の蒸気圧が小さいため反応容器
はほぼ真空に近い状態となり、容器自体が良好な真空断
熱装置となり、それ以上の特別な断熱処理が不要となる
ものである。

実施例 次に本発明を実施例を用いて説明する。第１図は本発
明による一実施例の要部縦断面図を示す。１は冷却器本
体であり円筒形状をしている。２は被冷却物を収容する
ための冷却室６用の蓋であり、有機系断熱性材料を主と
して構成している。内壁３と外壁４とで反応空間７を形
成し、同空間内には吸着剤９と作動媒体が封じてある。
ここでは吸着剤９として活性炭を作動媒体としてエタノ
ールを用いているが、ゼオライトあるいはシリカゲルを
吸着剤９に水を作動媒体に用いる等、目的に応じて適宜
選択が可能である。しかし作動媒体としては、水または
アルコールまたはそれらの混合物を用いることで、蒸発
潜熱が大きくなるため単位重量当りの冷却能力が大きく
取れ小型化に有利となる。またそれら作動媒体の蒸気圧
が小さいため反応容器はほぼ真空に近い状態となり、容
器自体が良好な真空断熱装置となり、それ以上の特別な
断熱処理が不要となる。さらにアルコールを主成分とす
ることで冷凍器とすることも可能となる。作動媒体は吸
着剤９に吸着されているかあるいは作動媒体保持部13に
液状で保持されているかのどちらかの状態をとる。よっ
て作動媒体保持部13は金属繊維の焼結体、布等の多孔質
で作動媒体を保持し易い材料を用いる。11は吸着剤９を
保持するための吸着剤保持壁であり、通気性が良好なメ
ッシュ状の物質例えばステンレス製の金網、プラスチッ
ク製ネット等を用いる。多孔質固体である吸着剤９への
伝熱は一般に難しいので、吸着剤９への均一かつ迅速な
伝熱をさせるため、吸着剤９中に伝熱促進物質例えば金
属片等を混入するとか、フィンを設置するとかの方法も
有効である。12は防射壁であり、再生時に昇温した吸着
剤からの熱輻射を防ぐために設ける。そのため通気性が
ありかつ熱線に対して反射率の大きい材料が良く、ここ
では鏡面仕上げのステンレス製パンチングメタルを用い
ている。10は吸着剤再生用の加熱部となる電気ヒータで
あるが、活性炭等周囲に導電性物質を配しているのでシ
ーズヒータを用いている。ヒータ10は自己温度制御性で
あり活性炭の中に埋め込んで用いているが、この位置に
限らずその近傍でも十分である。例えば外壁４の外側で
あっても吸着剤９に効果的に熱が伝達される位置である
ならばそれで良い。５は周壁であり外壁４との間に空気
通路８を形成する。14は空気入口、15は空気出口であり
本体１の周壁５上に多数個設けてあるが、再生時に空気
の対流による熱損失を低減し、ヒータ10の加熱効率を良
くするために、空気入口14、出口15のどちらかの開口部
に開閉自在のシャッター（図略）を設け、再生中は閉止
状態とするのが効果的である。16は冷却室16と外部とを
熱的に遮断するための断熱部である。

次に操作について説明する。吸着剤９と作動媒体は前
述のように同一の反応空間７内にあるので、通常作動媒
体は吸着剤９に吸着された状態にある。そこでこの冷却
器を使用する前に吸着剤９の再生をまず行なう。冷却室
６に水を十分満たし、電気ヒータ10に通電を始める。吸
着剤９が昇温し始め作動媒体の脱着が開始される。脱着
されたガス状の作動媒体は、反応空間７内の（水によっ
て冷却された）低温部分である内壁３に接して設けた多
孔質の作動媒体保持部13で凝縮熱を奪われ凝縮し液体状
で同部に貯えられていく。このとき同時に冷却室６中の
水は作動媒体の凝縮熱を受け取り温度が徐々に上昇して
いく。この再生時の吸着剤温度はどの吸着反応系を用い
るかによって設定を変える必要があるが、本実施例の場
合は約100℃で十分であった。再生操作終了後は次に冷
却操作に移る。ヒータ10の通電を止め吸着剤９の加熱を
終了する。冷却室６中の水は捨て、代わりに同部に被冷
却物を入れ、蓋２を閉める。そのまま空気中に冷却器本
体１を放っておくと、外壁４の部分は高温になっている
ためその周辺の空気は密度が小さくなり上昇し空気出口
15から放出される。一方新鮮な空気が空気入口14から流
れ込むため対流が生じ、外壁４が放熱部となり吸着剤９
は徐々に冷却されていくことになる。この時の冷却効率
を高めるため外壁４の空気側にフィンを設けることもで
きる。このようにして吸着剤９の温度が低下していくと
吸着の平衡状態が変化するために今度は作動媒体の吸着
剤９への吸着が開始される。作動媒体保持部13に液体状
で保持されていた作動媒体のエタノールは、蒸発して気
体状となり反応空間７中を移動して吸着剤９に吸着す
る。この時発生する吸着熱は引続き外壁４より空気中に
放熱され、一方内壁３側は作動媒体の蒸発により冷却さ
れるため、冷却室６中に入れた被冷却物を冷却すること
が可能となるものである。この時冷却器本体１の上下は
断熱剤で断熱し、周囲は反応空間７で真空断熱している
ため、吸着が平衡に達してしまった後も長時間冷却効果
を継続させることが可能となるものである。また本体の
形状をここでは円筒形としているが、構成がシンプルで
あるため略直方体形状等設計の自由度は高いものであ
る。

次に第２図に本発明によるもう１つの実施例の要部縦
断面図を示す。図中では第１図と同番号同一物を示し、
4aは外壁４とつながった下部外壁であり、21は反応空間
７の下部に設けた吸着剤９再生用の加熱器（部）であ
り、冷却器本体１とは着脱自在にしてある。11は吸着剤
保持壁、13は作動媒体保持部である。加熱器21は電気ヒ
ータあるいはガス、石油、固形燃料等の燃焼熱を利用し
て機能させる。外壁４の下方と下部外壁4aとで受熱部を
構成し、再生時においてはその部分で加熱器21からの熱
を受け、吸着剤９へ伝える。その時冷却質６に水を満た
す操作、作動媒体の移動状況等は第１図と同様である。
再生操作終了後次に冷却操作に移るのも第１図の時と同
様である。吸着剤９の加熱を終了し加熱器21を冷却器本
体１から外す。冷却室６中の水を捨て、代わりに同部に
被冷却物を入れ、蓋２を閉める。そのまま空気中に冷却
器本体１を放っておくと、外壁４および下部外壁4aが今
度は放熱部となり吸着剤９が冷却されていく。それと相
前後して冷却室６の冷却が開始される。この時冷却室６
の冷却を迅速にするためには外壁４に送風する、あるい
は本体１の下部を中心に水流中に浸すなどの操作がより
効果的である。

第３図は本発明によるさらにもう一つの実施例の要部
縦断面図を示す。図中では第１図と同番号同一物を示す
が、4aは第２図と同様に外壁４とつながった下部外壁で
あり、25は吸着剤９再生用のガス燃焼器であり、26はガ
ス燃焼の火炎を示し、同部の白抜き矢印は熱の移動を示
している。燃焼器はガス以外の石油、固形燃料等用、い
かなる燃料用、いかなる形状であっても構わず、熱を吸
着剤９に伝達し再生可能なものであれば良い。冷却器本
体１は第２図と同じであり、外壁４の下方および下部外
壁4aが再生時に受熱部、吸着時に放熱部となるのも第２
図と同じである。このタイプの冷却器は特にキャンプ等
の屋外での使用に適するものである。

本発明及び実施例では化学反応として吸着反応を利用
しているものであるが、吸着類似の反応、例えば水和反
応及び水以外の同様な反応、付加反応、吸収反応等でも
利用は可能である。しかしながら反応の繰り返し性、信
頼性の面から吸着反応の利用が最適である。

発明の効果 以上のように、本発明においては、従来から提案され
ている化学反応を利用した冷却器に比較して、作動媒体
通路、開閉弁などが不要で、反応容器も１個で済むとい
う極めて簡単な構成で十分な機能を発揮することができ
る。また要素部品が少ないため機器にコンパクトかつ安
価になるとともに、熱源の多様化も達成されることによ
り、ポータブル性の高い機器とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はそれぞれ本発明による実施例の要部
縦断面図、第４図は従来例の冷却器の構成図である。 ３……内壁、４……外壁、６……冷却室、７……反応空
間、９……吸着剤、10……ヒータ、13……作動媒体保持
部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内壁と外壁とで構成される同一の反応空間
   内には吸着剤と作動媒体を封じ、前記反応空間内では少
   なくとも内壁の一部に接してかつ前記吸着剤と空間を介
   して多孔性材料からなる作動媒体保持部を設け、前記吸
   着剤と接してあるいは前記吸着剤の近傍に、加熱部と放
   熱部または受熱部と放熱部を設けるとともに、前記内壁
   で被冷却物を収容する冷却室を構成した冷却器。