WO2015098698A1 - 吸着熱交換器及びその吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法 - Google Patents

吸着熱交換器及びその吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法 Download PDF

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善民 横田
藤井 秀俊
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サンデンホールディングス株式会社
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Definitions

  • the present invention includes a plurality of adsorbing fins arranged side by side at a predetermined interval and adsorbing a refrigerant on the surface, and a heat exchange pipe that passes through the adsorbing fins in a meandering manner and through which a working fluid flows.
  • the present invention relates to an adsorption heat exchanger and a method for producing adsorption fins used in the adsorption heat exchanger.
  • adsorbents such as silica gel and zeolite have the characteristics of adsorbing refrigerant such as water vapor with high efficiency in the cooled state and desorbing the refrigerant adsorbed in the heated state to regenerate the adsorption capacity. It has been known.
  • a system using the characteristics of the adsorbent a system in which an adsorption heat exchanger that uses a refrigerant such as water by adsorbing or desorbing the adsorbent on various adsorbents has been developed.
  • the adsorption heat exchanger shown in Patent Document 1 includes a heat transfer tube member through which a fluid flows, a heat exchanger main body having fins joined to the outer surface of the heat transfer tube member, and the heat exchanger main body. And an adsorption layer for absorbing and releasing moisture that is formed on the surface, and is composed of an organic polymer having a hydrophilic group to adsorb and absorb water vapor when absorbing moisture, and has an average particle size of 30 ⁇ m or more.
  • the adsorption layer is formed by alternately repeating a dipping process for dipping the exchanger body and a drying process for drying the heat exchanger body after the dipping process.
  • a plurality of fins formed in a plate shape are arranged at equal intervals in a posture facing each other, and a heat transfer tube member formed in a circular tube is arranged
  • the pitch between the arranged fins was set to 1.2 mm or more and 2 mm or less.
  • a particulate adsorbent as a raw material powder, a binder, and a solvent are mixed together in a state where the heat transfer tube member is inserted and disposed in each fin.
  • the adsorbing layer was formed on the surface of the adsorption heat exchanger by immersing in the raw material solution in a dry state and then drying. At this time, in consideration of spreading the raw material liquid to the details of the adsorption heat exchanger, the viscosity of the raw material liquid must be kept low.
  • the adsorption layer formed by repeating the dipping process and the drying process a plurality of times dries the surface of the adsorption layer every time the dipping process is performed
  • the adsorption layer is formed in a layer shape having an interface. ing. Therefore, when the adsorption heat exchanger is repeatedly cooled and heated, there is a problem in that the binder constituting the adsorption layer repeatedly contracts and expands, causing cracks and peeling at the interface.
  • the phenomenon that the interface is formed in the adsorption layer is applied not only by the adsorption layer forming method adopting the dipping process as described in Patent Document 1, but also by the spray coating method in which the raw material liquid is sprayed onto the surface of the fin. It also occurs when you do. That is, in the coating method by the spray coating method, the raw material liquid cannot be sprayed by spraying unless the viscosity of the raw material liquid is kept low. Therefore, since the raw material liquid sprayed on the fin surface by spraying has a low viscosity, it easily flows down from the fin surface.
  • the inventors of the present invention have provided an adsorption heat exchanger that is uniformly provided with an adsorption layer having excellent productivity and high adsorption / desorption capability.
  • the adsorption heat exchanger is provided with a plurality of adsorption fins arranged side by side at a predetermined interval and adsorbing a refrigerant on the surface, and the adsorption fins meandering in a serpentine manner, and a working fluid is contained inside
  • the adsorption fin includes an adsorption layer including an adsorbent, the adsorption layer includes the adsorbent and a binder resin component, and the film density is It is characterized in that the content of the adsorbent is 88 wt% to 97 wt% when 800 kg / m 3 to 2100 kg / m 3 and the entire adsorbing layer is 100 wt%.
  • the adsorption layer is preferably a single layer obtained by a single coating treatment and drying treatment.
  • the adsorption layer it is preferable density of the adsorbent is 700kg / m 3 ⁇ 2050kg / m 3.
  • the above-described adsorption layer preferably has a film thickness of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the adsorbent described above is preferably a zeolite having a median diameter of 2 ⁇ m to 50 ⁇ m and comprising one or a combination of two or more selected from aluminophosphates.
  • the method for producing an adsorption fin used in the adsorption heat exchanger according to the present invention is a production method of the adsorption fin used in the adsorption heat exchanger described above, and includes the adsorbent, the binder resin component, and a solvent, and is at 25 ° C.
  • a coating process for forming the coating film by applying to the coating layer, and a drying process for removing the volatile components in the coating film and obtaining the suction fins having the adsorption layer after the coating process is completed The adsorbing layer having a thickness of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m is formed on the surface of the base material by one coating step and the drying step.
  • the coating solution when the entire coating solution is 100% by weight, the coating solution preferably has a solid content concentration of 45% to 60% by weight.
  • the adsorption layer provided in the adsorption fin has a dry film density of 800 kg / m 3 to 2100 kg / m 3 and the content of the adsorbent in the adsorption layer. Is 88% by weight to 97% by weight, so that a high adsorption efficiency of a refrigerant such as water can be realized. Therefore, it is possible to further reduce the size of the adsorption heat exchanger that achieves the same adsorption efficiency as before.
  • the adsorption fin used in the adsorption heat exchanger according to the present invention uses a coating liquid having a predetermined viscosity, and an adsorption layer having a predetermined film thickness by a single coating process and a drying process by a curtain coating method. Can be formed. Therefore, an adsorption layer can be formed uniformly on the substrate of the adsorption fin, and a single-layer configuration can be used instead of a plurality of layers. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid inconveniences in which cracks and peeling occur due to thermal history due to the presence of an interface in the adsorption layer that occurs when the adsorption layer is formed by a plurality of conventional coatings.
  • the present invention can form the adsorption layer by forming the coating film once, it is possible to shorten the time required for production and improve the production efficiency.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the adsorption heat pump system to which the adsorption heat exchanger of this invention is applied. It is process outline explanatory drawing about the manufacturing method of the adsorption
  • the adsorption heat pump system 10 includes an adsorption heat pump 11 in which the adsorption heat exchangers 1A and 1B according to the present invention, a condenser 13 and an evaporator 14 are arranged in a housing 12 made of a vacuum vessel, and the adsorption heat pump. 11, a heat dissipation system 15 that circulates and supplies a heat medium, a cooling system 16 that circulates and supplies a cooling medium, and a utilization system 17 that uses the cold heat obtained by the adsorption heat pump 11.
  • the thermal radiation system 15 which circulates and supplies a heat medium
  • electronic devices such as a server, engine cooling water, solar hot water, a generator, steam drain, incineration Waste heat from furnaces, hot springs, fuel cells, etc.
  • the heat dissipation system 15 is not limited to these, and is more preferable if it can effectively use exhaust heat from the viewpoint of a cogeneration system.
  • the cooling system 16 for circulating and supplying the cooling medium a cooling tower, a radiator, or the like can be employed.
  • the cooling system 16 is not limited to these, and an existing cooling system can be adopted.
  • group 17 using the cold obtained by the adsorption heat pump 11 can employ
  • a pair of adsorption heat exchangers 1 are disposed in the housing 12.
  • the housing 12 includes at least a first adsorption / desorption chamber 20 in which the first adsorption heat exchanger 1A is accommodated, a second adsorption / desorption chamber 21 in which the second adsorption heat exchanger 1B is accommodated, and a condenser 13.
  • a liquefying chamber 22 to be accommodated and a vaporizing chamber 23 to accommodate the evaporator 14 are partitioned.
  • the inside of the housing 12 is a sealed space in which a vacuum is maintained as a whole, and a predetermined amount of water is sealed in the housing 12 as a refrigerant.
  • the upper part of the first adsorption / desorption chamber 20 and the liquefaction chamber 22 and the upper part of the second adsorption / desorption chamber 21 and the liquefaction chamber 22 are formed so as to communicate with each other.
  • On-off valves 24 and 25 for controlling the movement of water (steam) are provided.
  • the lower part of the first adsorption / desorption chamber 20 and the vaporization chamber 23 and the lower part of the second adsorption / desorption chamber 21 and the vaporization chamber 23 are formed in communication with each other.
  • On-off valves 26 and 27 are provided for controlling the movement of water (water vapor) therebetween.
  • the condenser 13 is provided with a heat exchange pipe 13A connected to the cooling system 16 and supplied with a working fluid for cooling.
  • the evaporator 14 is provided with a heat exchange pipe 14 ⁇ / b> A for taking out the refrigeration capacity obtained by the adsorption heat pump 11 to the external utilization system 14.
  • Both the condenser 13 and the evaporator 14 circulate the working fluid by operating the pump 28 provided in the cooling system 16 or the pump 29 provided in the utilization system 17, thereby continuously exchanging heat. It is possible.
  • the condenser 13 described above is formed so as to be able to receive the refrigerant (water) liquefied in the condenser 13, and the lower part of the condenser 13 is connected to the evaporator 14 via the supply pipe 31. Yes.
  • the supply pipe 31 is provided with a trap 32 for preventing water (water vapor) from flowing backward from the evaporator 14 side to the condenser 13 side.
  • the first adsorption heat exchanger 1A and the second adsorption heat exchanger 1B according to the present invention are each a heat exchange pipe 2A supplied with a working fluid for cooling or heating the adsorption heat exchanger. 2B are arranged. Each heat exchange pipe 2A, 2B is piped to the heat dissipation system 15 or the cooling system 16 via the first and second four-way valves 33, 34, respectively.
  • the first adsorption heat exchanger 1A and the second adsorption heat exchanger 1B switch the first and second four-way valves 33 and 34, and the pump 35 provided in the heat dissipation system 15 and the pump provided in the cooling system 16
  • the cooling fluid is supplied from the cooling system 16 to the other adsorption heat exchanger.
  • the cooling fluid is supplied from the cooling system 16 to the chamber, the heating fluid is supplied from the heat dissipation system 15 to the other adsorption heat exchanger.
  • the operation of the adsorption heat pump system 10 will be described with reference to FIG.
  • the first adsorption heat exchanger 1A is in a state in which the refrigerant is adsorbed in advance
  • the second adsorption heat exchanger 1B is in a state in which the refrigerant is desorbed.
  • the heat dissipation system 15 is a heat dissipation part of the server
  • the utilization system 17 is the server heat absorption part.
  • the cooling system 16 employs a cooling tower.
  • water is employ
  • the heating fluid, the cooling fluid, and the refrigerant are not limited to the water, and any one can be adopted as long as it can be used as a heat medium.
  • water is desorbed from the first adsorption heat exchanger 1A by switching the first four-way valve 33 and the second four-way valve 34, and the on-off valve 24 to the on-off valve 27, and water is supplied to the second adsorption heat exchanger 1B.
  • the first operation mode for adsorbing is performed. Specifically, as shown by the solid line in FIG. 1, in the first four-way valve 33, the heating fluid flows from the heat dissipation system 15 to the first adsorption heat exchanger 1A, and the cooling fluid from the cooling system 16 performs the second adsorption heat exchange. Switch to flow to vessel 1B.
  • the second four-way valve 34 is configured such that the heating fluid flowing out from the first adsorption heat exchanger 1A flows into the heat dissipation system 15 and the cooling fluid flowing out from the second adsorption heat exchanger 1B. Is switched to flow into the cooling system 16. Then, the on-off valve 24 and the on-off valve 27 are opened, and the on-off valve 25 and the on-off valve 26 are closed.
  • a heated fluid of 55 ° C. flowing out of the heat dissipation system 15 is supplied to the heat exchange pipe 2A of the first adsorption heat exchanger 1A.
  • circulation is performed to return to the heat dissipation system 15 again.
  • the condenser 13 in the liquefaction chamber 22 is driven by the pump 28 of the cooling system 16, so that, for example, a cooling fluid of 29 ° C. flowing out of the cooling system 16 flows into the heat exchange pipe 13 ⁇ / b> A of the condenser 13. Is supplied within. Therefore, the refrigerant (water vapor) flowing into the liquefaction chamber 22 is liquefied by exchanging heat with the cooling fluid in the condenser 13. Note that the cooling fluid heat-exchanged with the refrigerant (water vapor) in the condenser 13 circulates back to the cooling system 16 again.
  • the water liquefied in the condenser 13 is supplied in the form of a shower to the evaporator 14 in the vaporizing chamber 23 via the trap 32.
  • a working fluid having a temperature of 23 ° C. flowing out from the utilization system 17 by driving the pump 29 of the utilization system 17 causes the heat exchange pipe 14 ⁇ / b> A of the evaporator 14 to flow. Is supplied within. Therefore, when water is supplied to the evaporator 14 under vacuum, the working fluid flowing through the heat exchange pipe 14A of the evaporator 14 is cooled by the heat of vaporization generated when the water is vaporized. Therefore, the refrigeration capacity obtained by the adsorption heat pump 11 can be utilized in the heat absorption part of the server as the utilization system 17.
  • the on-off valve 26 interposed between the first adsorption / desorption chamber 20 and the vaporization chamber 23 is closed, and the on-off valve 27 interposed between the second adsorption / desorption chamber 21 and the vaporization chamber 23. Therefore, the water vapor vaporized in the vaporization chamber 23 flows into the second adsorption / desorption chamber 21 via the on-off valve 27. Further, it is assumed that the on-off valve 25 interposed between the second adsorption / desorption chamber 21 and the liquefaction chamber 22 is closed.
  • a cooling fluid of 29 ° C when the pump 36 of the cooling system 16 is driven, for example, a cooling fluid of 29 ° C.
  • cooling system 16 flowing out of the cooling system 16 is supplied to the heat exchange pipe 2B of the second adsorption heat exchanger 1B, and the second After exchanging heat with the adsorption layer 6B on the surface of the adsorption heat exchanger 1B, circulation to return to the cooling system 16 is performed again.
  • the cooling fluid of 29 ° C. to the second adsorption heat exchanger 1B, the adsorption layer 6B on the surface of the second adsorption heat exchanger 1B is cooled, and the water vapor flowing into the second adsorption / desorption chamber 21 is And is adsorbed to the adsorption layer 6B with high efficiency.
  • the first operation mode in which water is desorbed from the first adsorption heat exchanger 1A and the second adsorption heat exchanger 1B is adsorbed with water is performed for a predetermined time, and the adsorption capacity of the second adsorption heat exchanger 1B is predetermined. If it becomes below a threshold value, it will transfer to the 2nd operation mode which makes 1A of 1st adsorption heat exchanger adsorb
  • the second operation mode as shown by the dotted line in FIG.
  • the first four-way valve 33 causes the heating fluid to flow from the heat dissipation system 15 to the second adsorption heat exchanger 1B and from the cooling system 16 to the cooling fluid. Is switched to flow to the first adsorption heat exchanger 1A. Then, in conjunction with the first four-way valve 33, the second four-way valve 34 is configured such that the heating fluid flowing out from the second adsorption heat exchanger 1B flows into the heat dissipation system 15 and the cooling fluid flowing out from the first adsorption heat exchanger 1A. Is switched to flow into the cooling system 16. Then, the opened on-off valve 24 and on-off valve 27 are closed, and the opened on-off valve 25 and on-off valve 26 are opened.
  • the apparatus can be continuously operated.
  • the mode switching between the first operation mode and the second operation mode described above may be performed according to the operation time of each operation mode, and the first and second four-way valves 33 and 34 are switched to Each on-off valve 24 to on-off valve 27 may be opened / closed using a pressure difference due to adsorption / desorption.
  • the adsorption heat exchanger 1 is arranged in parallel at a predetermined interval and has a plurality of adsorption fins 5 that adsorb a refrigerant on the surface, and penetrates these adsorption fins 5 in a meandering manner, and the above-mentioned inside.
  • This is a so-called fin-and-tube heat exchanger composed of a meandering heat exchange pipe 2 through which a working fluid such as a heated fluid or a cooling fluid flows.
  • the plurality of adsorption fins 5 constituting the adsorption heat exchanger 1 are composed of a base material and an adsorption layer 6 formed on the surface of the base material.
  • the substrate is preferably in the form of a plate having a thickness of 0.12 mm to 0.50 mm made of a highly thermally conductive material. For example, a 0.15 mm thin aluminum plate can be employed.
  • the adsorption layer 6 provided on the surface of the base material has the technical features of the present invention, and details will be described later.
  • the adsorption fin 5 is preferably arranged so that the fin pitch is 0.4 mm to 1.2 mm. In order to realize the downsizing of the adsorption heat exchanger 1 itself, 0.8 mm The following is more preferable.
  • the fin pitch is generally set by adjusting the collar height of the through hole formed by punching the base material of the suction fin 5.
  • the heat exchange pipe 2 through which the working fluid flows is preferably composed of a high thermal conductivity material, and for example, a copper pipe can be adopted.
  • a pair of tube plates 9 and 9 having a thickness greater than that of the suction fins 5 and higher strength are disposed at both ends of the suction fins 5 array arranged as described above.
  • a plurality of through-holes (not shown in FIG. 1) are formed in the suction fins 5 and the tube plate 9, respectively, for arranging the heat exchange pipes 2 in a meandering manner. Therefore, the adsorption heat exchanger 1 is configured by inserting the heat exchange pipe 2 in a meandering manner through the through holes of the adsorption fins 5 and the tube sheet 9 arranged at a predetermined fin pitch.
  • the adsorption layer 6 formed on the surface of the adsorption fin 5 of the adsorption heat exchanger 1 according to the present invention includes an adsorbent and a binder resin component, and the film density of the adsorption layer 6 is 800 kg / m 3 to 2100 kg / m 3 , and the content of the adsorbent in the adsorption layer is 88 wt% to 97 wt%.
  • the adsorbent contained in the adsorption layer 6 is not particularly limited as long as it can be regenerated by adsorption / desorption, and is generally used as an adsorbent, such as activated carbon, silica, mesoporous silica, alumina, zeolite, ion exchange resin, Particles having an adsorption function such as a polymer sorbent can be employed.
  • an adsorbent such as activated carbon, silica, mesoporous silica, alumina, zeolite, ion exchange resin, Particles having an adsorption function such as a polymer sorbent can be employed.
  • a zeolite composed of one or a combination of two or more selected from aluminophosphates. This is because the aluminophosphate zeolite is easily adsorbed and can be easily desorbed even at low temperatures.
  • aluminophosphate zeolite in addition to crystalline aluminophosphate containing Al and P in the skeleton structure, iron aluminophosphate in which a part of Al and / or P is substituted with Fe, Al and / or P
  • iron aluminophosphate in which a part of Al and / or P is substituted with Fe
  • silicoaluminophosphates in which a part of is substituted with Si.
  • aluminophosphate has a high adsorption capacity in the range of 30 ° C. to 50 ° C., which is the operating temperature range of the adsorption heat exchanger 1 according to the present invention. It has the characteristic that the ability is rapidly reduced. Therefore, since aluminophosphate is easy to control adsorption and desorption, it is possible to efficiently desorb water adsorbed by the adsorbent in the adsorption heat pump system 10 using exhaust heat as described above. This is advantageous.
  • the median diameter of the zeolite used as the adsorbent is preferably 2 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the median size refers to a called average particle diameter and D 50, specifically a 50% particle diameter accumulation in volume distribution mode.
  • the median diameter can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus LA-960 manufactured by Horiba, Ltd.
  • LA-960 laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus LA-960 manufactured by Horiba, Ltd.
  • the particle size of the zeolite used as the adsorbent exceeds 50 ⁇ m, it becomes difficult to form a coating film uniformly on the surface of the base material of the adsorption fin 5 during coating by the curtain coating method, and the obtained adsorption This is because there is a problem that the thickness of the layer 6 varies.
  • any binder resin component can be adopted as the binder resin component contained in the adsorption layer 6 as long as the above-described adsorbent can be stably fixed to the substrate surface of the fin 5.
  • the binder resin component can employ an epoxy resin and a curing agent for curing the epoxy resin.
  • the epoxy resin it is preferable to employ a fatty chain toughness epoxy resin or a flexible toughness epoxy resin having heat resistance and low thermal expansion. Specifically, it is preferable to employ an epoxy resin having a glass transition temperature of 250 ° C. to 300 ° C.
  • any curing agent may be used as long as it can cure the above-described epoxy resin.
  • the curing agent include amine compounds, acid anhydrides, phenolic compounds, imidazole compounds, and latent curing agents.
  • the adsorption layer 6 constituting the adsorption fin 5 of the adsorption heat exchanger 1 according to the present invention has a film density of 800 kg / m 3 to 2100 kg / m 3 and the entire adsorption layer is 100% by weight.
  • the adsorbent content is 88 wt% to 97 wt%.
  • the density of the adsorbent contained in the adsorption layer 6 is 700kg / m 3 ⁇ 2050kg / m 3.
  • the film density indicates the density of only the adsorbent layer 6 in the dried state
  • the density of the adsorbent indicates the density of only the adsorbent contained in the adsorbed layer 6 in the dried state.
  • the above-mentioned film density, adsorbent content, and adsorbent density are all values in a dry state. Specifically, the adsorbing fin 5 provided with the adsorbing layer 6 is heated at 120 ° C. for 0.5 hour or more. The value in the regenerated state after drying and desorbing the water adsorbed on the adsorbent is shown.
  • the density of the adsorbent contained in the adsorption layer 6 is further 700 kg / If it is less than m 3 , there is a problem that the amount of water adsorbed on the surface area of the adsorption layer 6 cannot be sufficiently secured. If the amount of water adsorbed on the surface area of the adsorption layer 6 is insufficient, the adsorption efficiency of the adsorption heat exchanger 1 as a whole is lowered, making it difficult to operate the efficient adsorption heat pump system.
  • the upper limit value of the film density of the adsorption layer 6 is 2100 kg / m 3 . This is because it is difficult to form the adsorption layer 6 exceeding the upper limit value of the film density in consideration of the particle size of the adsorbent to be employed. Also, when the content of the adsorbent of the adsorption layer is more than 97 wt%, further, when the density of the adsorbent contained in the adsorption layer exceeds 2050kg / m 3, the adsorption fins 5 adsorbent stably It is because it becomes difficult to fix to the base material surface.
  • the adsorbing layer 6 containing the adsorbent and the binder resin component as described above preferably has a thickness of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the thickness of the adsorption layer 6 is less than 50 ⁇ m, the amount of the adsorbent contained in the adsorption layer 6 becomes insufficient, and it is necessary to increase the number of adsorption fins 5 in order to obtain a predetermined adsorption capability. Because there is. An increase in the number of the adsorption fins 5 causes an increase in the size of the adsorption heat exchanger 1 itself, which is not preferable.
  • the film thickness of the adsorption layer 6 exceeds 300 ⁇ m, the adsorption / desorption efficiency of the adsorbent present at the bottom of the adsorption layer 6 is lowered and is not suitable for the operation of an efficient adsorption heat pump system. .
  • the adsorbing layer 6 as described above is preferably a single layer obtained by a single coating treatment and drying treatment as will be described in detail later.
  • a single-layer adsorption layer formed by a single coating process and drying process is cracked or peeled off due to thermal history due to the presence of an interface in the adsorption layer that occurs when an adsorption layer is formed by multiple coatings. Inconvenience can be avoided in advance. Therefore, according to the present invention, the durability of the adsorption heat exchanger itself in which heating and cooling are repeatedly performed can be improved, and fragments and the like generated by cracking and peeling are scattered inside the adsorption heat pump system. Inconvenience can be avoided in advance.
  • the manufacturing method of the suction fin 5 according to the present invention includes (3-1) a coating liquid adjustment step, (3-2) a coating step, and (3-3) a drying step. Hereinafter, each step will be described.
  • the coating solution adjustment step in the present invention is a step of adjusting a coating solution containing an adsorbent, a binder resin component and a solvent and having a viscosity at 25 ° C. of 15 mPa ⁇ s to 150 mPa ⁇ s. It is.
  • the adjustment of the coating solution is a step of adjusting a coating solution in which an adsorbent is dispersed in a binder emulsion containing a binder resin component and a solvent.
  • the binder resin component refers to a precursor of the binder resin.
  • the binder resin precursor refers to, for example, a monomer, an oligomer, a prepolymer before condensation polymerization, a prepolymer before crosslinking, or the like that constitutes a target binder resin by condensation polymerization or crosslinking reaction.
  • the binder resin component contained in the binder emulsion does not include components such as a polymerization initiator, a crosslinking agent, and a curing agent. To do.
  • the solvent it is preferable to use a solvent that can dissolve the above-described binder resin component and has a boiling point of 120 ° C. or less.
  • the binder emulsion is preferably an aqueous emulsion from the viewpoint of the coating method.
  • solvents other than water can be added for viscosity adjustment and the like.
  • the above binder emulsion may be prepared by mixing a solvent and a binder resin by itself, or a commercially available binder emulsion containing the above components at a predetermined concentration may be used. Moreover, when utilizing a commercially available binder emulsion, it can also dilute suitably with a solvent and can be used, adjusting to a preferable density
  • ⁇ Coating solution> Next, the coating solution will be described. After adding an adsorbent to the binder emulsion prepared as described above and sufficiently dispersing the adsorbent in the binder emulsion, components such as a polymerization initiator, a crosslinking agent, and a curing agent contained in the binder resin component are added. By adding, the coating liquid which concerns on this invention is adjusted. At this time, in order to improve the dispersibility of the adsorbent in the binder emulsion, a rheology additive may be appropriately added. As described above, zeolite having a median diameter of 2 ⁇ m to 50 ⁇ m can be used as the adsorbent. In addition, since it overlaps with the above-mentioned description about adsorption material, description is abbreviate
  • each component in the coating solution is set so that the viscosity of the coating solution is in the range of 15 mPa ⁇ s to 150 mPa ⁇ s, more preferably in the range of 80 mPa ⁇ s to 120 mPa ⁇ s.
  • the density of is adjusted.
  • the viscosity of the coating solution is less than 15 mPa ⁇ s, it is difficult to form a coating film sufficient to form an adsorption layer of 50 ⁇ m or more on the surface of the substrate by one coating. is there.
  • the viscosity is a value measured with a rotary viscometer at 25 ° C. ⁇ 5 ° C.
  • the viscosity can be measured using, for example, a TVB-10 viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.
  • the concentration of each component in the coating solution is controlled so that the total solid concentration in the coating solution is in the range of 45 wt% to 60 wt%. It is preferable to do. This is because if the total solid content concentration in the coating solution is higher than 60% by weight, the adsorbent in the coating solution becomes poorly dispersed and the coating property is deteriorated. In addition, when the total solid content concentration in the coating liquid is less than 45% by weight, the above-described viscosity of the coating liquid cannot be realized, and a coating film having a predetermined thickness is formed by a single coating. It is difficult to do.
  • the concentration of various components contained in the coating solution may be any concentration that can adjust the viscosity and solid content concentration of the coating solution to the above-described ranges.
  • concentration of the adsorbent is 40.2 wt% to 56.2 wt% when the entire coating solution is 100 wt%.
  • concentration is preferably 2.1% to 5.3% by weight
  • concentration of the curing agent is preferably 0.4% to 0.6% by weight.
  • the coating step in the present invention is a coating film obtained by applying the coating solution adjusted in the coating solution adjusting step to the surface of the base material constituting the adsorption fin 5 using the curtain coating method. Is a step of forming.
  • the base material of the suction fin 5 used in the coating process is preferably one in which a through hole for penetrating a heat exchange pipe is punched in advance.
  • the substrate is preferably preheated (step S2) after the surface has been degreased (step S1) as a pretreatment for the coating process (step S2).
  • a curtain coating method is employed.
  • the coating by the curtain coating method is performed by causing the coating liquid having the above-described viscosity to flow down into a thin curtain shape, passing the lower part of the curtain-shaped coating film through the base material to be coated, and then on the surface of the base material. It is a thin and even coating method.
  • the suction fin base material is passed through the lower part of the curtain-shaped coating film in a state in which one surface to be coated is directed upward and is maintained substantially horizontal (step S3).
  • the passing speed at this time is preferably, for example, 64 m / min to 80 m / min.
  • the thickness of the coating film applied to the surface of the substrate is adjusted by changing the passing speed and the supply capacity of the coating liquid for forming the coating film.
  • coating employ
  • a conveyor system that allows the suction fin base material to be coated to move horizontally.
  • an overflow type flow coater coating machine CFL-300 manufactured by Coat Tech Co., Ltd. can be used.
  • the operating conditions of the coating machine are: effective coating width 300 mm to 1000 mm, curtain head total width 400 mm to 1300 mm, minimum coating amount 30 g / m 2 , conveyor speed (base material passing speed) 30 m / min to 100 m / min, pump discharge rate 27 L / min to 120 L / min and a head vertical adjustment amount of 50 mm to 175 mm are preferable.
  • the drying step in the present invention is a step of obtaining the adsorption fin 5 provided with the adsorption layer 6 by removing the volatile components in the coating film after completion of the above-described coating step.
  • the adsorption layer 6 can be formed on both sides of the base material of the adsorption fin 5 described above. Therefore, after completion of the drying process described above, the substrate of the suction fin 5 is inverted (step S5), and the other surface of the substrate on which the adsorption layer 6 is formed is also preheated (step S6) and the coating process (step S7). ) And the drying step (step S8), the adsorption layer 6 can be formed on both surfaces of the substrate of the adsorption fin 5. It is preferable that the adsorption fins 5 having the adsorption layers 6 formed on both sides further completely cure the coating film formed on both sides of the substrate (step S9). Complete curing is preferably performed in a heated atmosphere at 120 ° C. to 180 ° C. for 0.5 to 2 hours.
  • the adsorption fin 5 provided with the adsorption layer 6 can be obtained by obtaining the coating process and the drying process described above. According to the present invention, using the coating liquid having a predetermined viscosity, the coating property of the coating liquid by the curtain coating method is maintained, and the surface of the base material constituting the adsorption fin 5 is applied by one coating. An adsorption layer of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m can be formed, and a coating film having a smooth surface can be formed. Therefore, the adsorption layer 6 can be uniformly formed on the base material of the adsorption fin 5 and a single layer (single layer) configuration can be used instead of a plurality of layers.
  • the present invention it is possible to avoid inconveniences in which cracks and peeling occur due to thermal history due to the presence of an interface in the adsorption layer that occurs when the adsorption layer is formed by a plurality of conventional coatings. Therefore, it is possible to improve the durability of the adsorption heat exchanger itself, and to avoid inconvenience due to scattering of fragments and the like caused by cracking and peeling into the adsorption heat pump system. Furthermore, since the present invention can form the adsorption layer by forming the coating film once, it is possible to shorten the time required for production and improve the production efficiency.
  • the single-layer adsorption layer 6 is formed on the surface of the substrate of the adsorption fin 5 by the curtain coating method.
  • the base material is accommodated in a bat (base material storage container) that can accommodate the base material with the coated surface of the base material facing upward, and the coating liquid as described above is poured into the bat.
  • the coating solution stays on the surface of the base material between the inner wall surface of the bat and a coating film having a predetermined thickness is formed.
  • the substrate on which the coating film is formed is dried while being accommodated in the bat. After drying, the substrate with the coating film formed on the upper surface is turned upside down, and the coating film is similarly formed on the opposite surface. Also by this method, it is possible to form single-layer adsorption layers each having a predetermined thickness on both surfaces of the substrate.
  • Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 of the adsorption fin 5 used in the adsorption heat exchanger 1 according to the present invention will be described.
  • each adsorption fin was prepared, and physical properties were measured using a test piece of the adsorption fin and evaluated.
  • the suction fin of Example 1 constitutes the suction fin 5 as the embodiment described above. Specifically, a 0.15 mm aluminum fin was used as the base material for the adsorption fin, and an adsorption layer was formed on the surface thereof. The following coating solutions were used for forming the adsorption layer.
  • a binder emulsion was prepared. The binder emulsion was obtained by dispersing an epoxy resin prepolymer (EPICLON EXA 8150 manufactured by DIC) in ion-exchanged water as a solvent.
  • Aluminophosphate (AQSOA Z05, median diameter 5 ⁇ m, manufactured by Mitsubishi Plastics, Inc.) as a zeolite-based adsorbent, and hydrous magnesium silicate as a rheological additive (powdered sepiolite, Miracle P-150, manufactured by Omi Mining Co., Ltd.)
  • AQSOA Z05 median diameter 5 ⁇ m, manufactured by Mitsubishi Plastics, Inc.
  • hydrous magnesium silicate as a rheological additive
  • the mixture was dispersed in ion-exchanged water as a solvent. At this time, since the heat of adsorption was generated, the mixture was cooled to room temperature and then dispersed in the binder emulsion.
  • An epoxy resin curing agent (Dicyandiamide manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was further added to the binder emulsion in which the adsorbent was dispersed to obtain a coating solution.
  • a coating solution about the quantity of each component, it shows in Table 1 with another Example and a comparative example, About the viscosity and solid content concentration in 25 degreeC of the obtained coating liquid, and the content rate of the adsorbent with respect to the whole coating liquid, other It shows in Table 2 with an Example and a comparative example.
  • Example 1 after the surface of the base material was degreased and washed with acetone in Step S1, the fin was preheated in the range of 40 ° C. to 50 ° C. with an infrared heater in Step S2. Thereafter, in step S3, the above-described coating solution was applied to the surface of the substrate by a curtain coating method to form a coating film.
  • Example 1 a flow coater coating machine CFL-300 manufactured by Coat Tech Co., Ltd. was used for coating the coating liquid onto the substrate surface by the curtain coating method.
  • the operating conditions of the flow coater coating machine were a conveyor moving speed of 80 m / min, a rotation frequency of a pump for circulating the coating liquid of 20 Hz, and a distance from the head to the conveyor of 125 mm. Coating was performed by horizontally placing plate-like substrates on the conveyor and moving the conveyor.
  • step S4 the substrate on which the coating film was formed was naturally dried for 10 minutes, and then heated at 65 ° C. for 0.5 hours using a hot plate. Then, after turning the substrate upside down in step S5, the substrate is preheated in the same manner as in step S2 in step S6, and the coating film is formed in the same manner as in step S3 in step S7. In S8, the coating film was dried as in Step S4 described above. After that, in step S9, both surfaces of the adsorption fin having the adsorption layers formed on both surfaces were heated in a furnace at 120 ° C. for 2 hours, and the coating film was completely cured to obtain the adsorption fin of Example 1. . For the curing treatment, a coating baking furnace SPHH-201 manufactured by ESPEC Corporation was used.
  • the adsorption fin of Example 2 is formed by making the adsorption layer thicker than the adsorption fin of Example 1 described above, and differs from Example 1 only in the operating conditions of the used flow coater coating machine.
  • the other conditions are the same. That is, the operating conditions of the flow coater coating machine in Example 2 were such that the moving speed of the conveyor was 70 m / min, the rotational frequency of the pump for circulating the coating liquid was 25 Hz, and the distance from the head to the conveyor was 125 mm.
  • Example 3 the adsorption layer is formed to be thicker than the adsorption fin of Example 2 described above, and the amount of adsorbent is larger than that of the coating liquid used in Example 1, and the flow coater coating machine is used.
  • the operating conditions have been changed. The other conditions are the same.
  • the composition amount of the coating solution is shown in Table 1 described above.
  • the operating conditions of the flow coater coating machine in Example 3 were such that the moving speed of the conveyor was 72 m / min, the rotational frequency of the pump for circulating the coating liquid was 20 Hz, and the distance from the head to the conveyor was 125 mm.
  • the adsorption fin of Comparative Example 1 formed a coating film on the surface of the substrate by spray coating.
  • the coating liquid used in Comparative Example 1 was adjusted to have the same viscosity as that of the coating liquid in Example 1, with the same composition ratio. Specifically, it is shown in Table 1 above.
  • a small amount of ion-exchanged water was sprayed on the surface of the substrate to increase the hydrophilicity between the surface of the substrate and the coating solution, and then the coating solution was sprayed onto the surface of the substrate.
  • the coating film was formed by setting a spray gun (EA121AB-2) manufactured by Esco Corporation under the following usage conditions.
  • the required compressor was 0.4 kW
  • the working pressure was 0.3 MPa
  • the discharge air amount was 100 L / min
  • the nozzle diameter was 1.3 mm.
  • Spraying was performed by moving the spray gun left and right from the end face of the substrate placed in a horizontal state with a distance of about 20 cm between the discharge port of the spray gun and the substrate.
  • a coating film is formed by spraying the coating liquid onto the substrate surface.
  • a drying process is sandwiched. It is necessary to spray the coating liquid in several times.
  • coating for natural drying and drying were performed four times to form a coating film.
  • Comparative Example 2 to Comparative Example 4 The adsorption fins of Comparative Examples 2 to 4 differ from the coating liquid in Comparative Example 1 described above in the composition ratio of each component. Specific composition ratios are shown in Table 1 above. Other conditions were the same as in Comparative Example 1.
  • Adsorbent density (kg / m 3 ) film density (kg / m 3 ) ⁇ adsorbent weight (g) / solid content (adsorbent, epoxy solid content, curing agent, rheology additive) weight (g) (4) Adsorption amount per film thickness The weight of each adsorption fin in the dry state was measured. Thereafter, each adsorption fin was allowed to stand for 100 seconds in an environment having a relative pressure of 0.25 and a temperature of 30 ° C. where water was present to adsorb water, and then the weight of the adsorption fin was measured.
  • the weight of the adsorption fin in the dry state is subtracted from the weight of the adsorption fin after the adsorption, and this is used as the adsorption amount in the desorption state. Further, the same operation is performed to subtract the weight of the adsorption fin in the dry state from the weight of the adsorption fin after adsorption obtained under the condition of the relative pressure of 0.45, and this is used as the adsorption amount in the adsorption state. Then, a value obtained by subtracting the adsorption amount in the desorption state from the adsorption amount in the adsorption state is converted into a film thickness, thereby obtaining the adsorption amount per film thickness.
  • FIGS. All are 1000 ⁇ photographs
  • FIG. 4 is a photograph of Example 3
  • FIG. 5 is a photograph of Comparative Example 3
  • FIG. 6 is a photograph of Comparative Example 4.
  • FIG. 3 shows the amount of adsorption per film thickness with respect to the density of the adsorbent in the entire adsorption layer.
  • each of the adsorption fins of Examples 1 to 3 on which the coating film was formed by the curtain coating method had a film thickness of 50 ⁇ m or more by one coating-drying process. It can be confirmed that an adsorption layer is formed.
  • the density of the adsorbent in the entire adsorption layer is 1092.2 kg / m 3 to It was 1843.5 kg / m 3 , and the amount of adsorption per film thickness was 53.7 g / (m 2 ⁇ ⁇ m) to 135.6 g / (m 2 ⁇ ⁇ m).
  • the density of the adsorbent in the entire adsorption layer is 652.5 kg / m 3 to 1053.6 kg / m 3.
  • the adsorbed amount per film thickness was 30.8g / (m 2 ⁇ ⁇ m) ⁇ 65.6g / (m 2 ⁇ ⁇ m).
  • the method for forming the adsorbing layer by the curtain coating method using the coating liquid having a specific viscosity according to the present invention achieves a higher adsorbent content rate than other coating methods. It is possible to adsorb water vapor as a solvent with high adsorption efficiency.
  • the adsorption fin used in the adsorption heat exchanger according to the present invention is an adsorption fin having a film thickness of 50 ⁇ m to 300 ⁇ m by using the coating liquid having a predetermined viscosity and forming and drying the coating film by the curtain coating method once. A layer can be formed.
  • the coating-drying process had to be repeated a plurality of times in order to obtain an adsorption layer having a thickness of 50 ⁇ m or more. Therefore, as can be confirmed from the SEM photographs of FIGS. 5 and 6, the adsorption fin of the comparative example obtained by the spray coating method is formed with an adsorption layer having a plurality of interfaces. There is a problem that peeling or the like tends to occur.
  • the adsorption fin used for the adsorption heat exchanger according to the present invention is uniformly applied to the surface of the base material by a single coating film formation and drying by a curtain coating method using a coating liquid having a predetermined viscosity.
  • An adsorption layer can be formed and a single-layer structure can be used instead of a plurality of layers, as can be confirmed by the SEM photograph of FIG. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid inconveniences in which cracks and peeling occur due to thermal history due to the presence of an interface in the adsorption layer that occurs when the adsorption layer is formed by a plurality of conventional coatings.
  • the durability of the adsorption heat exchanger itself in which heating and cooling are repeatedly performed can be improved, and fragments and the like generated by cracking and peeling are scattered inside the adsorption heat pump system. Inconvenience can be avoided in advance. Furthermore, since the present invention can form the adsorption layer by forming the coating film once, it is possible to shorten the time required for production and improve the production efficiency.
  • adsorption heat exchanger a plurality of adsorption fins arranged side by side with a predetermined interval are provided with an adsorption layer containing an adsorbent that adsorbs a refrigerant on the surface, the adsorption layer Contains the adsorbent and the binder resin component, the film density is 800 kg / m 3 to 2100 kg / m 3 , and the content of the adsorbent when the entire adsorbing layer is 100% by weight. Is 88% to 97% by weight.
  • the adsorption heat exchanger according to the present invention is excellent in adsorption / desorption capability in an adsorption layer having a limited film thickness, so that it is possible to reduce the fin pitch of the adsorption fins and realize further downsizing. It can be done.
  • Adsorption heat exchanger 2 (2A, 2B) Heat exchange pipe 5 Adsorption fin 6
  • Adsorption heat pump system 11
  • Adsorption heat pump 12 Housing (vacuum vessel)
  • Condenser 14 Evaporator 15
  • Heat radiation system 16 Cooling system 17 Utilization system 20 1st adsorption / desorption chamber 21 2nd adsorption / desorption chamber 22 Liquefaction chamber 23 Vaporization chamber 24, 25, 26, 27 On-off valve 28, 29 Pump 31 Supply Piping 32 Trap 33, 34 Four-way valve 35, 36 Pump

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Abstract

【課題】小型で、生産性が高く、且つ、高い吸着効率を実現することができる吸着層を均一に形成した吸着熱交換器及び当該吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】この目的を達成するため、吸着材とバインダ樹脂成分と溶剤とを含み、所定の粘度を備えた塗布液をカーテンコート法によって吸着フィンを構成する基材の表面に塗布し、乾燥することによって、膜密度が、800kg/m~2100kg/m、且つ、当該吸着層全体を100重量%としたとき、当該吸着材の含有量が、88重量%~97重量%である吸着層を1回の塗工乾燥工程によって形成した。

Description

吸着熱交換器及びその吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法
 本件発明は、所定の間隔をおいて並設されると共に表面に冷媒を吸着する複数枚の吸着フィンと、これら吸着フィンを蛇行状に貫通し、内部に作動流体が流れる熱交換パイプとを備える吸着熱交換器および当該吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法に関する。
 従来より、シリカゲルや、ゼオライト等の吸着材は、冷却状態において水蒸気などの冷媒を高効率で吸着し、加熱状態において吸着していた当該冷媒を脱着して吸着能力を再生するという特性を有することが知られている。当該吸着材の特性を利用したシステムとして、水などの冷媒を吸着材に吸着あるいは脱離させて用いる吸着熱交換器を種々の冷凍装置に採用したシステムが開発されている。
 従来の冷凍装置などにおいて採用される吸着熱交換器は、例えば特許文献1に示すように、フィンアンドチューブ熱交換器が採用されている。具体的には、特許文献1に示す吸着熱交換器は、内部を流体が流れる伝熱管部材および該伝熱管部材の外面に接合されたフィンを有する熱交換器本体と、当該熱交換器本体の表面に形成されて吸湿及び放湿を行う吸着層とを備えるものであって、親水基を有する有機高分子で構成されて吸湿する際に水蒸気の吸着と吸収を行うと共に平均粒径が30μm以上の粒子状に形成された吸着剤からなる原料粉末と、該吸着剤を上記熱交換器本体に接合するためのバインダとを溶媒と混合することによって調整されたスラリー状の原料液に、上記熱交換器本体を浸漬する浸漬工程と、上記浸漬工程を経た上記熱交換器本体を乾燥させる乾燥工程とを交互に繰り返すことによって上記吸着層が形成されていることを特徴とするものである。
 上述した特許文献1の吸着交換器を構成する熱交換器本体では、板状に形成された複数のフィンが互いに対面する姿勢で等間隔に配列され、円管状に形成された伝熱管部材が配列されたフィンを貫通するように設けられ、配列されたフィン同士のピッチが1.2mm以上2mm以下に設定されていた。
特開2010-270973号公報
 上述した特許文献1に開示された吸着熱交換器では、伝熱管部材が各フィンに貫通配設されて組み込まれた状態で、原料粉末としての粒子状の吸着剤とバインダと溶媒とが混ぜ合わされた状態の原料液に浸漬し、その後、乾燥させることによって、当該吸着熱交換器の表面に吸着層を形成していた。この際、吸着熱交換器の細部にまで原料液を行き渡らせることを考慮すると、原料液の粘度を低く抑えなければならない。ゆえに、当該方法では、1回の浸漬工程と乾燥工程で形成される吸着層に含まれる吸着剤の量が少なくなるため、吸着熱交換器のフィンの表面に実用に応じた厚さの吸着層を形成するためには、浸漬工程と乾燥工程を数回から十数回繰り返さなければならなかった。従って、特許文献1の方法では、作業工程が多くなり、生産効率の低下や、生産コストの高騰を招く問題が生じる。また、浸漬工程と乾燥工程とを複数回繰り返して形成される吸着層は、1回の浸漬工程を経る毎に吸着層の表面を乾燥させるため、当該吸着層は、界面を有する層状に形成されている。ゆえに、吸着熱交換器の冷却・加熱が繰り返し行われると、吸着層を構成するバインダの収縮・膨張が繰り返し生じて、当該界面において割れや剥離が生じる問題がある。
 吸着層の中に界面が形成される現象は、特許文献1に挙げられるような浸漬工程を採用した吸着層の形成方法のみならず、原料液をフィンの表面にスプレーにより吹き付けるスプレーコート法によって塗布する場合にも生じる。すなわち、当該スプレーコート法による塗布方法では、原料液の粘度を低く抑えなければ、スプレーによって原料液を噴霧することができない。そのため、スプレーによってフィンの表面に吹き付けられた原料液は、粘度が低いことから、フィン表面から流れ落ちやすい。よって、所定の厚さの吸着層を形成するためには、所定量噴霧した後、乾燥工程を経て、再度噴霧する工程を繰り返し行う必要があり、吸着層の中には、乾燥後に再度原料液が噴霧されることで形成される界面が複数存在する。従って、当該スプレーコート法による塗布方法を採用した場合にも、界面における割れや剥離の問題が生じる。
 さらに、市場からは、更なる吸着熱交換器の小型化が要望されており、従前と同様の吸着能力を維持しつつ、さらに小型化を図るためには、フィンピッチの縮小化を行う必要が生じる。フィンピッチをより一層、例えば1mm以下に狭く構成した場合には、上述の特許文献1の方法では、もはや吸着熱交換器を構成するフィン間に十分に原料液を行き渡らせることが困難となり、均一な吸着層の形成が不可能となる。
 そこで、原料液の粘度を高めて、各フィンを伝熱管部材と組み込む前に、1枚ずつフィンの表面に吸着層を形成することが考えられるが、特許文献1のように原料液中にフィンを浸漬し引き上げる浸漬工程を行うと、引き上げ時に表面に付着した原料液が流れて、引き上げられるフィンの上下方向で吸着層の厚さに傾斜が生じる。この場合、各フィンの表面に均一な吸着層を形成することが困難となり、吸着効率にバラツキが生じる問題や、組み立てた際に、部分的にフィン間のピッチが狭くなり、通風性が悪くなる問題が生じる。
 上述のことから理解できるように、市場からは、小型で、生産性が高く、且つ、高い吸着効率を実現することができる吸着層を均一に形成した吸着熱交換器の開発が要望されてきた。
 そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、生産性に優れ、高い吸着脱着能力を有する吸着層を均一に備えた吸着熱交換器を提供することに至った。
 すなわち、本件発明に係る吸着熱交換器は、所定の間隔をおいて並設されると共に表面に冷媒を吸着する複数枚の吸着フィンと、これら吸着フィンを蛇行状に貫通し、内部に作動流体が流れる熱交換パイプとを備えるものであって、当該吸着フィンは、吸着材を含む吸着層を備え、当該吸着層は、当該吸着材とバインダ樹脂成分とを含むものであり、膜密度が、800kg/m~2100kg/m、且つ、当該吸着層全体を100重量%としたとき、当該吸着材の含有量が、88重量%~97重量%であることを特徴とする。
 本件発明において、前記吸着層は、1回の塗工処理及び乾燥処理によって得られる単層であることが好ましい。
 また、前記吸着層は、前記吸着材の密度が700kg/m~2050kg/mであることが好ましい。
 さらに、上述した吸着層は、膜厚が50μm~300μmであることが好ましい。
 また、上述した吸着材は、メジアン径が2μm~50μmであり、且つ、アルミノフォスフェート類から選ばれる1種又は2種以上の組合せからなるゼオライトであることが好ましい。
 本件発明に係る吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法は、上述の吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法であって、前記吸着材と前記バインダ樹脂成分と溶剤とを含み、25℃における粘度が15mPa・s~150mPa・sである塗布液を調整する塗布液調整工程と、当該塗布液調整工程において調整した塗布液をカーテンコート法を用いて前記吸着フィンを構成する基材の表面に塗布して前記塗布膜を形成する塗工工程と、当該塗工工程の終了後、前記塗布膜中の揮発成分を除去して前記吸着層を備えた吸着フィンを得る乾燥工程と、を備え、1回の当該塗工工程と当該乾燥工程とにより、当該基材の表面に膜厚が50μm~300μmの前記吸着層を形成することを特徴とする。
 また、前記塗布液全体を100重量%としたとき、当該塗布液は、固形分濃度が、45重量%~60重量%であることが好ましい。
 本件発明に係る吸着熱交換器によれば、吸着フィンに設けられる吸着層は、乾燥状態における膜密度が800kg/m~2100kg/mであり、且つ、当該吸着層の吸着材の含有量が88重量%~97重量%であるので、水などの冷媒の高い吸着効率を実現することができる。よって、従前と同様の吸着効率を実現する吸着熱交換器を、より一層小型化することが可能となる。
 また、本件発明に係る吸着熱交換器に用いる吸着フィンは、所定の粘度を備えた塗布液を用いて、カーテンコート法による1回の塗工工程及び乾燥工程によって、所定の膜厚の吸着層を形成することが可能となる。よって、吸着フィンの基材には、均一に吸着層を形成することができると共に、複数層ではなく1層構成を可能とすることができる。ゆえに、本件発明によれば、従来の複数の塗布により吸着層が形成された場合に生じる吸着層内における界面の存在によって、熱履歴により割れや剥離が生じる不都合を未然に回避することができる。従って、吸着熱交換器自体の耐久性を向上させることができると共に、割れや剥離によって生じた破片等が吸着ヒートポンプシステム内部に飛散することによる不都合を未然に回避することができる。さらにまた、本件発明は、1回の塗布膜形成により吸着層を形成することができるため、製造に要する時間を短縮することが可能となり、生産効率の向上を図ることができる。
本発明の吸着熱交換器を適用した吸着ヒートポンプシステムの概略構成図である。 本発明の吸着熱交換器を用いた吸着フィンの製造方法についての工程概略説明図である。 実施例及び比較例の吸着層の単位体積あたりの吸着材の重量に対する膜厚あたりの吸着量の関係を示すグラフである。 実施例3の吸着層のSEM写真である。 比較例3の吸着層のSEM写真である。 比較例4の吸着層のSEM写真である。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まずはじめに、本件発明に係る吸着熱交換器が採用された吸着ヒートポンプシステムについて説明し、その後で、本件発明に係る吸着熱交換器について詳述する。
(1)吸着ヒートポンプシステム
 以下、図1の吸着ヒートポンプシステム10の概略構成図を参照して、本件発明に係る吸着熱交換器1を備えた吸着ヒートポンプシステム10について説明する。吸着ヒートポンプシステム10は、真空容器からなるハウジング12内に本件発明に係る吸着熱交換器1A、1Bと、凝縮器13と、蒸発器14とを配設してなる吸着ヒートポンプ11と、当該吸着ヒートポンプ11に対し、熱媒体を循環供給する放熱系15と、冷却媒体を循環供給する冷却系16と、当該吸着ヒートポンプ11により得られた冷熱を利用する利用系17とから構成される。
 ここで、当該吸着ヒートポンプシステム10の利用形態によっても異なるが、熱媒体を循環供給する放熱系15としては、サーバ等の電子機器や、エンジンの冷却水、太陽熱温水、発電機、蒸気ドレン、焼却炉、温泉、燃料電池などの排熱を採用することができる。当該放熱系15は、これらに限定されるものではなく、コージェネレーションシステムの観点から排熱を効果的に利用することが可能なものであればより好ましい。また、冷却媒体を循環供給する冷却系16としては、冷却塔やラジエータなどを採用することができる。当該冷却系16は、これらに限定されるものではなく、既存の冷却システムを採用することができる。そして、吸着ヒートポンプ11により得られた冷熱を利用する利用系17は、例えば、空調機器やチラー等を採用することができる。
 ハウジング12内には、本件発明に係る吸着熱交換器1が1対配設されている。ここでは、便宜上、第1吸着熱交換器1Aと、第2吸着熱交換器1Bとして説明する。ハウジング12内は、少なくとも第1吸着熱交換器1Aが収容される第1吸着/脱着室20と、第2吸着熱交換器1Bが収容される第2吸着/脱着室21と、凝縮器13が収容される液化室22と、蒸発器14が収容される気化室23が区画形成されている。当該ハウジング12内は、全体として真空が保たれた密閉空間とされており、当該ハウジング12内には、冷媒として所定量の水が封入されている。
 第1吸着/脱着室20の上部と液化室22及び第2吸着/脱着室21の上部と液化室22とは、それぞれ連通して形成されており、当該連通経路には、それぞれ各室間の水(水蒸気)の移動を制御する開閉弁24、25が介設されている。また、第1吸着/脱着室20の下部と気化室23及び第2吸着/脱着室21の下部と気化室23とは、それぞれ連通して形成されており、当該連通経路には、それぞれ各室間の水(水蒸気)の移動を制御する開閉弁26、27が介設されている。
 凝縮器13には、冷却系16と配管接続されて、冷却用の作動流体が供給される熱交換パイプ13Aが配設されている。そして、蒸発器14には、当該吸着ヒートポンプ11により得られた冷凍能力を外部の利用系14に取り出すための熱交換パイプ14Aが配設されている。凝縮器13及び蒸発器14は、いずれも冷却系16に設けられたポンプ28若しくは、利用系17に設けられたポンプ29を作動させることにより、それぞれ作動流体を循環させて、継続的に熱交換可能とされている。
 また、上述した凝縮器13は、当該凝縮器13において液化した冷媒(水)を受容可能に形成されており、当該凝縮器13の下部は、給配管31を介して蒸発器14に接続されている。当該給配管31には、蒸発器14側から凝縮器13側へ水(水蒸気)が逆流することを阻止するためのトラップ32が介設されている。
 そして、詳細は後述する本件発明に係る第1吸着熱交換器1A及び第2吸着熱交換器1Bは、それぞれ当該吸着熱交換器を冷却または加熱するための作動流体が供給される熱交換パイプ2A、2Bが配設されている。各熱交換パイプ2A、2Bは、それぞれ第1及び第2四方弁33、34を介して放熱系15又は冷却系16と配管接続されている。第1吸着熱交換器1A及び第2吸着熱交換器1Bは、当該第1及び第2四方弁33、34を切り替えて、放熱系15に設けられたポンプ35及び冷却系16に設けられたポンプ36を作動させることにより、一方の吸着熱交換器に放熱系15から加熱流体が供給される際には、他方の吸着熱交換器に冷却系16から冷却流体が供給され、一方の吸着熱交換器に冷却系16から冷却流体が供給される際には、他方の吸着熱交換器に放熱系15から加熱流体が供給される。
 以上の構成により、吸着ヒートポンプシステム10の動作について図1を参照して説明する。当該動作説明では、予め第1吸着熱交換器1Aは、冷媒が吸着された状態であり、第2吸着熱交換器1Bは、冷媒が脱着された状態であるものとする。また、本実施の形態では、放熱系15は、サーバーの放熱部であるものとし、利用系17は、当該サーバー吸熱部であるものとする。また、冷却系16は、冷却塔を採用する。また、当該実施の形態では、加熱流体及び冷却流体として、ハウジング12内に封入された冷媒と同様に水を採用する。但し、当該加熱流体や冷却流体及び冷媒は、当該水に限定されるものではなく、通常、熱媒体として使用することが可能なものであればいずれのものを採用することができる。
 まずはじめに、第1四方弁33及び第2四方弁34と、開閉弁24~開閉弁27を切り替えることにより、第1吸着熱交換器1Aから水を脱着し、第2吸着熱交換器1Bへ水を吸着させる第1運転モードを行う。具体的には、図1の実線で示すように、第1四方弁33は、放熱系15から加熱流体が第1吸着熱交換器1Aに流れ、冷却系16から冷却流体が第2吸着熱交換器1Bに流れるように切り替える。そして、第1四方弁33と連動させて、第2四方弁34は、第1吸着熱交換器1Aから流出した加熱流体が放熱系15に流れ、第2吸着熱交換器1Bから流出した冷却流体が冷却系16に流れるように切り替える。そして、開閉弁24と開閉弁27を開放し、開閉弁25と開閉弁26を閉じる。
 上述した状態で、放熱系15のポンプ35が駆動されることにより、放熱系15から流出した例えば、55℃の加熱流体は、第1吸着熱交換器1Aの熱交換パイプ2Aに供給され、当該第1吸着熱交換器1Aの表面の吸着層6Aと熱交換した後、再び放熱系15に帰還する循環を行う。第1吸着熱交換器1Aに55℃の加熱流体が供給されることにより、第1吸着熱交換器1Aの表面の吸着層6Aに吸着されていた水は、加熱により脱着され、吸着能力が再生される。
 液化室22との間に介設される開閉弁24が開放されていることにより、第1吸着熱交換器1Aから脱着した水蒸気は、第1吸着/脱着室20から液化室22内に流入する。ここで、液化室22内の凝縮器13には、冷却系16のポンプ28が駆動されることにより、冷却系16から流出した例えば、29℃の冷却流体が、凝縮器13の熱交換パイプ13A内に供給されている。ゆえに、液化室22内に流入した冷媒(水蒸気)は、凝縮器13において、当該冷却流体と熱交換することにより液化される。なお、凝縮器13において冷媒(水蒸気)と熱交換した冷却流体は、再び冷却系16に帰還する循環を行う。
 凝縮器13において液化した水は、トラップ32を介して気化室23内の蒸発器14にシャワーの形態で供給される。ここで、気化室23内の蒸発器14には、利用系17のポンプ29が駆動されることにより、利用系17から流出した例えば、23℃の作動流体が、蒸発器14の熱交換パイプ14A内に供給されている。ゆえに、真空下において蒸発器14に水が供給されると、当該水が気化する際に発生する気化熱によって、当該蒸発器14の熱交換パイプ14Aを流れる作動流体が冷却される。よって、吸着ヒートポンプ11により得られた冷凍能力は、利用系17としてのサーバの吸熱部において利用することができる。
 そして、第1吸着/脱着室20と気化室23との間に介設された開閉弁26が閉鎖され、第2吸着/脱着室21と気化室23との間に介設された開閉弁27が開放されていることから、気化室23内において気化した水蒸気は、開閉弁27を介して第2吸着/脱着室21内に流入する。また、第2吸着/脱着室21と液化室22との間に介設された開閉弁25は、閉鎖されているものとする。ここで、冷却系16のポンプ36が駆動されることにより、冷却系16から流出した例えば、29℃の冷却流体は、第2吸着熱交換器1Bの熱交換パイプ2Bに供給され、当該第2吸着熱交換器1Bの表面の吸着層6Bと熱交換した後、再び冷却系16に帰還する循環を行う。第2吸着熱交換器1Bに29℃の冷却流体が供給されることにより、第2吸着熱交換器1Bの表面の吸着層6Bが冷却され、第2吸着/脱着室21内に流入した水蒸気は、高効率で当該吸着層6Bに吸着される。
 上述した第1吸着熱交換器1Aから水を脱着し、第2吸着熱交換器1Bへ水を吸着させる第1運転モードを所定時間行って、第2吸着熱交換器1Bの吸着能力が所定のしきい値以下となると、第1吸着熱交換器1Aへ水を吸着させ、第2吸着熱交換器1Bから水を脱着させる第2運転モードに移行する。具体的には、第2運転モードでは、図1の点線で示すように、第1四方弁33は、放熱系15から加熱流体が第2吸着熱交換器1Bに流れ、冷却系16から冷却流体が第1吸着熱交換器1Aに流れるように切り替える。そして、第1四方弁33と連動させて、第2四方弁34は、第2吸着熱交換器1Bから流出した加熱流体が放熱系15に流れ、第1吸着熱交換器1Aから流出した冷却流体が冷却系16に流れるように切り替える。そして、開放されていた開閉弁24と開閉弁27を閉鎖し、閉鎖されていた開閉弁25と開閉弁26を開放する。
 上述したように、第1吸着熱交換器1Aと第2吸着熱交換器1Bとは、一方が吸着過程である場合に、他方が脱着過程を行って吸着層の再生を行うことにより、交互に吸着過程を実行することができ、装置として継続した運転を行うことができる。また、上述した第1運転モードと第2運転モードとのモード切替は、各運転モードの運転時間によって切り替えてもよく、第1及び第2の四方弁33、34の切り替えを行って、水の吸脱着による圧力差を利用して各開閉弁24~開閉弁27を開閉させてもよい。
(2)吸着熱交換器
 次に、本件発明に係る吸着熱交換器1について詳述する。まずはじめに、本件発明に係る吸着熱交換器1の概略構成について説明する。本件発明に係る吸着熱交換器1は、所定の間隔をおいて並設されると共に表面に冷媒を吸着する複数枚の吸着フィン5と、これら吸着フィン5を蛇行状に貫通し、内部に上述した加熱流体や冷却流体などの作動流体が流れる蛇行状の熱交換パイプ2とからなる、いわゆる、フィンアンドチューブ型の熱交換器である。
 吸着熱交換器1を構成する複数の吸着フィン5は、基材と、当該基材の表面に形成される吸着層6とから構成される。基材は、高熱伝導性材料により構成された厚さが0.12mm~0.50mmの板状であることが好ましく、例えば、0.15mmのアルミニウム製の薄板を採用することができる。当該基材の表面に設けられる吸着層6は、本件発明の技術的特徴を備えたものであり、詳細については、後述する。実施の形態において、当該吸着フィン5は、フィンピッチが0.4mm~1.2mmとなるように配設されることが好ましく、吸着熱交換器1自体の小型化を実現するため、0.8mm以下であることがより好ましい。当該フィンピッチは、一般に吸着フィン5の基材に打ち抜き形成される貫通孔のカラー高を調整することによって、設定される。
 作動流体が流れる熱交換パイプ2は、高熱伝導性材料により構成されることが好ましく、例えば、銅製のパイプを採用することができる。
 そして、上述したように配列された吸着フィン5群の両端には、当該吸着フィン5よりも肉厚で強度の高い一対の管板9、9が配置されている。これら吸着フィン5と管板9には、それぞれ熱交換パイプ2を蛇行状に貫通して配設するための複数の貫通孔(図1では図示せず)がそれぞれ形成されている。よって、所定のフィンピッチで並べられた吸着フィン5と管板9の各貫通孔に熱交換パイプ2を蛇行状に挿通させることにより、吸着熱交換器1が構成される。当該構成を採用することにより、吸着フィン5の表面の吸着層6と熱交換パイプ2を流れる作動流体とは、効率的に熱交換可能とされる。
 次に、本件発明に係る吸着熱交換器1の吸着フィン5の表面に形成された吸着層6について詳述する。本件発明に係る吸着熱交換器1の吸着フィン5の表面に形成された吸着層6は、吸着材とバインダ樹脂成分とを含み、当該吸着層6の膜密度が、800kg/m~2100kg/mであり、且つ、当該吸着層の吸着材の含有量が88重量%~97重量%であることを特徴とする。
 当該吸着層6に含まれる吸着材は、吸着/脱着による再生が可能なものであれば、特に制限はなく、一般に吸着材として用いられる活性炭、シリカ、メソポーラスシリカ、アルミナ、ゼオライト、イオン交換樹脂、高分子収着剤などの吸着機能を有する粒子等を採用することができる。中でも、アルミノフォスフェート類から選ばれる1種又は2種以上の組合せからなるゼオライトを採用することがより好ましい。当該アルミノフォスフェート類のゼオライトは、容易に吸着し、低温域であっても容易に脱着することが可能だからである。アルミノフォスフェート類のゼオライトとしては、骨格構造にAlとPを含む結晶性アルミノフォスフェートの他、Al及び/又はPの一部がFeと置換された鉄アルミノフォスフェートや、Al及び/又はPの一部がSiと置換されたシリコアルミノフォスフェート等がある。
 また、上述したアルミノフォスフェート類の内、アルミノフォスフェートは、本件発明に係る吸着熱交換器1の使用温度領域である30℃~50℃の範囲において吸着能力が高く、54℃以上では、吸着能力が急激に低下する特性を有する。ゆえに、アルミノフォスフェートは、吸着・脱着の制御が容易であることから、上述したような排熱を利用した吸着ヒートポンプシステム10において、吸着材に吸着された水を効率的に脱着させることが可能となる点で有利となる。
 当該吸着材として用いられるゼオライトのメジアン径は、2μm~50μmであることが好ましい。ここで、メジアン径とは、D50と称される平均粒径のことであり、具体的には、体積分布モードにおける累積50%粒子径である。当該メジアン径は、株式会社堀場製作所製のレーザ回折/散乱式 粒子径分布測定装置 LA-960を用いて測定することができる。吸着材として用いるゼオライトのメジアン径が2μmを下回る場合には、当該吸着材を溶媒と混ぜ合わせた際に、粘度が高くなりすぎ、詳細は後述する如くカーテンコート法による塗工の際に適した粘度の調整が困難となるからである。吸着材として用いるゼオライトの粒径が50μmを上回る場合には、カーテンコート法による塗工の際に、吸着フィン5の基材の表面に均一に塗布膜を形成することが困難となり、得られる吸着層6の厚さにバラツキが生じる問題があるからである。
 当該吸着層6に含まれるバインダ樹脂成分は、上述した吸着材をフィン5の基材表面に安定して固定することが可能なものであれば、いずれのバインダ樹脂成分を採用することができる。例えば、バインダ樹脂成分は、エポキシ樹脂と、当該エポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤とを採用することができる。エポキシ樹脂としては、耐熱性及び低熱膨張性を備えた脂肪鎖靱性エポキシ樹脂や柔軟強靱性エポキシ樹脂などを採用することが好ましい。具体的には、ガラス転移温度が250℃~300℃であるエポキシ樹脂を採用することが好ましい。ガラス転移温度が高すぎると、硬化後、吸着層6に加わる内部応力を当該エポキシ樹脂によって緩和することができなくなり、吸着層6自体に割れや剥がれ等が発生する問題が生じるからである。硬化剤は、上述したエポキシ樹脂を硬化させることが可能なものであればよい。硬化剤の例としては、アミン系化合物や、酸無水物、フェノール系化合物、イミダゾール化合物、潜在型硬化剤などを挙げることができる。
 そして、本件発明に係る吸着熱交換器1の吸着フィン5を構成する吸着層6は、膜密度が、800kg/m~2100kg/m、且つ、吸着層全体を100重量%としたときの吸着材の含有量が88重量%~97重量%である。また、当該吸着層6に含まれる吸着材の密度が700kg/m~2050kg/mであることが好ましい。ここで、膜密度とは、乾燥させた状態の吸着層6のみの密度を示し、吸着材の密度とは、乾燥させた状態の吸着層6に含有される吸着材のみの密度を示す。上述の膜密度、吸着材の含有量、吸着材の密度は、いずれも乾燥状態における値であり、具体的には、当該吸着層6を備えた吸着フィン5を120℃で0.5時間以上、乾燥させ、吸着材に吸着された水を脱着させた再生状態おける値を示す。
 吸着層6の膜密度が800kg/mを下回り、吸着層6に含有される吸着材の量を88重量%に満たない場合、更には、吸着層6に含まれる吸着材の密度が700kg/mに満たない場合には、吸着層6の表面積に対する水の吸着量を十分に確保することができないという問題がある。吸着層6の表面積に対する水の吸着量が不十分だと、吸着熱交換器1全体の吸着効率が低下し、効率的な吸着ヒートポンプシステムの稼働が困難となる。本件発明では、吸着層6の膜密度の上限値を2100kg/mとしている。これは、当該膜密度の上限値を超える吸着層6は、採用する吸着材の粒径を考慮すると形成することが困難となるからである。また、吸着層の吸着材の含有量が97重量%を超える場合、更には、吸着層に含まれる吸着材の密度が2050kg/mを上回る場合には、安定して吸着材を吸着フィン5の基材表面に固定することが困難となるからである。
 上述した如き吸着材とバインダ樹脂成分とを含む吸着層6は、膜厚が50μm~300μmであることが好ましい。吸着層6の膜厚が50μmに満たない場合には、当該吸着層6に含まれる吸着材の量が不十分となり、所定の吸着能力を得るためには、吸着フィン5の枚数を増加させる必要があるからである。吸着フィン5の枚数増加は、吸着熱交換器1自体の大型化を招き、好ましくない。また、吸着層6の膜厚が300μmを超える場合には、吸着層6の層底部に存在する吸着材の吸着・脱着効率が低下し、効率的な吸着ヒートポンプシステムの運転に適さなくなるからである。
 また、上述した如き吸着層6は、詳細は後述するように1回の塗工処理及び乾燥処理によって得られる単層であることが好ましい。1回の塗工処理及び乾燥処理によって形成される単層の吸着層は、複数の塗布により吸着層が形成された場合に生じる吸着層内における界面の存在によって、熱履歴により割れや剥離が生じる不都合を未然に回避することができる。ゆえに、本件発明によれば、加熱、冷却が繰り返して行われる吸着熱交換器自体の耐久性を向上させることができると共に、割れや剥離によって生じた破片等が吸着ヒートポンプシステム内部に飛散することによる不都合を未然に回避することができる。
(3)吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法
 次に、本件発明に係る吸着熱交換器1に用いる吸着フィン5の製造方法について説明する。本件発明に係る吸着フィン5の製造方法は、(3-1)塗布液調整工程と、(3-2)塗工工程と、(3-3)乾燥工程と、を備えている。以下、各工程毎に説明する。
(3-1)塗布液調整工程
 本件発明における塗布液調整工程は、吸着材とバインダ樹脂成分と溶剤とを含み、25℃における粘度が15mPa・s~150mPa・sである塗布液を調整する工程である。塗布液の調整は、まず、バインダ樹脂成分と溶剤とを含むバインダエマルションに吸着材を分散させた塗布液を調整する工程である。まず、バインダエマルションと塗布液について説明した上で、塗布液の粘度、各塗布液成分の濃度等について説明する。
<バインダエマルション>
 まず、バインダエマルションの調整について説明する。本件発明では、吸着材が添加される前のバインダ樹脂成分と溶剤とを含む溶液をバインダエマルションと称する。ここで、バインダ樹脂成分とは、バインダ樹脂の前駆体を指す。バインダ樹脂の前駆体とは、例えば、縮合重合、あるいは架橋反応等により目的とするバインダ樹脂を構成するモノマー、オリゴマー、縮重合あるいは架橋前等のプレポリマー等を指す。本件発明では、塗布液中に添加される吸着材の分散性を考慮し、当該バインダエマルションに含まれるバインダ樹脂成分には、重合開始剤、架橋剤、硬化剤等の成分は含まれないものとする。
 一方、溶剤は、上述したバインダ樹脂成分を溶解可能で、沸点が120℃以下の溶剤を用いることが好ましい。当該バインダエマルションは、塗工方法の観点から、水系のエマルションとすることが望ましい。また、必要に応じてバインダ樹脂成分を乳化する際には、粘度調整などのために、水以外の溶剤を添加することができる。
 以上のバインダエマルションは、溶剤とバインダ樹脂とを自ら混合して調整しても良いし、上述の成分を所定の濃度で含む市販のバインダエマルションを利用しても良い。また、市販のバインダエマルションを利用する場合、溶剤により適宜希釈して、好ましい濃度に調整して利用することもできる。なお、バインダエマルションを調整する際のバインダ樹脂成分の好ましい濃度範囲については、後述する。
<塗布液>
 次に、塗布液について説明する。以上のように調整されたバインダエマルションに吸着材を添加して、十分にバインダエマルション中に吸着材を分散させた後、バインダ樹脂成分に含まれる重合開始剤、架橋剤、硬化剤等の成分を添加することにより、本件発明に係る塗布液を調整する。このとき、吸着材のバインダエマルションへの分散性を良好とするために、レオロジー添加剤を適宜添加しても良い。吸着材は、上述したように、メジアン径が、2μm~50μmのゼオライトを採用することができる。なお、吸着材については、上述の説明と重複するため、ここでは説明を省略する。
<塗布液の粘度>
 次に、塗布液を調整する際の各種成分の濃度について説明する。本件発明では、塗布液を調整する際に、塗布液の粘度が15mPa・s~150mPa・sの範囲、更に好ましくは、80mPa・s~120mPa・sの範囲となるように塗布液中の各成分の濃度が調整される。塗布液の粘度が15mPa・sに満たない場合には、1回の塗工によって基材の表面に50μm以上の吸着層を形成するために十分な塗布膜を形成することが困難となるからである。塗布液の粘度が150mPa・sを上回る場合には、塗布液をカーテン状に流下させることが困難となり、カーテンコート法による塗工性を確保することができないからである。当該粘度は、25℃±5℃において、回転式粘度計で測定した値とする。また、当該粘度の測定に関して、例えば、東機産業株式会社製のTVB-10形粘度計を用いて測定することができる。
<塗布液中の固形分濃度>
 塗布液の粘度が上述した範囲となるように調整するために、塗布液中の各成分濃度は、当該塗布液中の全固形分濃度が45重量%~60重量%の範囲となるように制御することが好ましい。塗布液中の全固形分濃度が60重量%より高いと、塗布液中における吸着材が分散不良となり、塗工性が悪くなるからである。また、塗布液中の全固形分濃度が45重量%に満たない場合には、上述した塗布液の粘度を実現することができず、所定の厚さの塗布膜を一回の塗工によって形成することが困難となるからである。
<塗布液中の各種成分の濃度>
 塗布液に含まれる各種成分濃度は、塗布液の粘度及び固形分濃度を上述の範囲に調整することができる濃度であればよい。具体的には、バインダ樹脂成分としてエポキシ樹脂を採用した場合には、塗布液全体を100重量%としたとき、吸着材の濃度は、40.2重量%~56.2重量%、エポキシ樹脂の濃度は2.1重量%~5.3重量%、硬化剤の濃度は0.4重量%~0.6重量%であることが好ましい。各成分の配合量を当該範囲内に調整することにより、上述した観点から、均一で、且つ、所定の厚さを備えた吸着層を形成することができる。
(3-2)塗工工程
 本件発明における塗工工程は、上述の塗布液調整工程において調整した塗布液をカーテンコート法を用いて吸着フィン5を構成する基材の表面に塗布して塗布膜を形成する工程である。ここで、図2の工程概略説明図を参照して、当該塗工工程とその後の乾燥工程について説明する。当該塗工工程で用いる吸着フィン5の基材は、予め熱交換パイプを貫通配設するための貫通孔が打ち抜き加工されたものであることが好ましい。当該基材は、塗工工程の前処理として、表面の脱脂処理がされた後(ステップS1)、表面温度を40℃~50℃に加熱するプレヒートを行う(ステップS2)ことが好ましい。
 本件発明において、塗布液を上述した吸着フィン5の基材の表面に塗布する際には、カーテンコート法を採用する。当該カーテンコート法による塗工は、上述した粘度の塗布液を薄いカーテン状に流下させて、当該カーテン状の塗布膜の下部を塗布対象とする基材を通過させて、当該基材の表面に薄く均等に塗工する方法である。吸着フィンの基材は、塗工対象となる一面を上方に向けて略水平を維持した状態で、カーテン状の塗布膜の下部を通過させる(ステップS3)。この際の通過速度は、例えば、64m/min~80m/minであることが好ましい。当該通過速度や塗布膜を形成する塗布液の供給能力を変化させることによって、基材の表面に塗工される塗布膜の厚さを調整することが好ましい。そして、塗布に用いる機器は、塗布に供しなかった塗布液を回収し、再度カーテン状に流下させて用いる循環方式を採用することが好ましい。さらに、塗工対象となる吸着フィンの基材を水平のまま移動可能とするコンベア方式を採用することが好ましい。当該カーテンコート法において用いる好ましい塗布機としては、株式会社コートテック製のオーバーフロー式のフローコーター塗装機CFL-300を採用することができる。当該塗布機の運転条件としては、有効塗布幅300mm~1000mm、カーテンヘッド全幅400mm~1300mm、最低塗布量30g/m、コンベアスピード(基材通過速度)30m/min~100m/min、ポンプ吐出量27L/min~120L/min、ヘッド上下調整量50mm~175mmとすることが好ましい。
(3-3)乾燥工程
 本件発明における乾燥工程は、上述の塗工工程の終了後、塗布膜中の揮発成分を除去して吸着層6を備えた吸着フィン5を得る工程である。当該乾燥工程では、室温における自然乾燥と65℃等の加熱雰囲気下で行う乾燥とに分けてけて行う(ステップS4)ことが好ましい。
 上述した吸着フィン5の基材は、両面に吸着層6を形成することが好ましい。ゆえに、上述した乾燥工程終了後、吸着フィン5の基材を反転させ(ステップS5)、吸着層6が形成された基材の他面についても、プレヒート(ステップS6)、塗工工程(ステップS7)及び乾燥工程(ステップS8)を行うことで、吸着フィン5の基材の両面に吸着層6を形成することができる。両面に吸着層6を形成した吸着フィン5は、更に、基材の両面に形成された塗布膜を完全硬化させることが好ましい(ステップS9)。完全硬化は、120℃~180℃の加熱雰囲気下で0.5時間~2時間行うことが好ましい。
 上述した塗工工程及び乾燥工程を得ることにより、吸着層6を備えた吸着フィン5を得ることができる。本件発明によれば、所定の粘度を備えた塗布液を用いて、カーテンコート法による塗布液の塗工性を維持し、1回の塗工によって、吸着フィン5を構成する基材の表面に50μm~300μmの吸着層の形成することができ、表面の平滑な塗布膜を形成することができる。よって、吸着フィン5の基材には、均一に吸着層6を形成することができると共に、複数層ではなく1層(単層)構成を可能とすることができる。ゆえに、本件発明によれば、従来の複数の塗布により吸着層が形成された場合に生じる吸着層内における界面の存在によって、熱履歴により割れや剥離が生じる不都合を未然に回避することができる。従って、吸着熱交換器自体の耐久性を向上させることができると共に、割れや剥離によって生じた破片等が吸着ヒートポンプシステム内部に飛散することによる不都合を未然に回避することができる。さらにまた、本件発明は、1回の塗布膜形成により吸着層を形成することができるため、製造に要する時間を短縮することが可能となり、生産効率の向上を図ることができる。
 なお、上述した塗工工程では、カーテンコート法により吸着フィン5の基材の表面に単層の吸着層6を形成しているが、これ以外にも、1回の塗工・乾燥処理によって単層の吸着層6を基材の表面に形成することができれば、他の塗工方法を採用しても良い。例えば、基材の塗工面を上側としたまま当該基材を収容可能とするバット(基材収納容器)に当該基材を収容し、当該バット内に上述したような塗布液を流し込む。この際、塗布液が、バットの内壁面との間で基材の表面上に滞留することによって、所定の厚さの塗布膜が形成される。塗布膜が形成された基材をバット内に収容したまま乾燥処理する。乾燥後、上面に塗布膜が形成された基材を上下反転させて、反対側の面にも同様に塗布膜を形成する。当該当該方法によっても、基材の両面にそれぞれ所定の厚さを備えた単層の吸着層を形成することが可能となる。
 以下に、本件発明に係る吸着熱交換器1に用いる吸着フィン5の実施例1~実施例3と、比較例1~比較例4について述べる。以下に説明する実施例及び比較例では、各吸着フィンを作製し、当該吸着フィンの試験片を用いて物性を測定し、評価を行った。
 実施例1の吸着フィンは、上述した実施の形態としての吸着フィン5を構成するものである。具体的には、吸着フィンの基材として0.15mmのアルミニウム製のフィンを用い、その表面に吸着層を形成した。吸着層の形成には、以下の塗布液を採用した。まず、バインダエマルションを作製した。当該バインダエマルションは、エポキシ樹脂プレポリマー(DIC社製のEPICLON EXA 8150)を溶剤としてのイオン交換水に分散させることにより得た。そして、予めゼオライト系吸着材としてのアルミノフォスフェート(三菱樹脂株式会社製 AQSOA Z05 メジアン径5μm)と、レオロジー添加剤としての含水ケイ酸マグネシウム(近江鉱業株式会社製の粉末状のセピオライト ミラクレーP-150)とをドライブレンドした後、当該混合物を溶剤としてのイオン交換水に分散させた。この際、当該混合物は、吸着熱が発生するため、室温まで冷却させたた後、上述のバインダエマルションに分散させた。当該吸着材を分散させたバインダエマルションに、さらに、エポキシ樹脂硬化剤(東京化成工業株式会社製のジシアンジアミド)を添加し、塗布液を得た。各成分の量については、他の実施例及び比較例と共に表1に示し、得られた塗布液の25℃における粘度及び固形分濃度、塗布液全体に対する吸着材の含有率については、同じく他の実施例及び比較例と共に表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例1では、上述のステップS1において、基材の表面をアセトンにより脱脂・洗浄を行った後、ステップS2において、赤外線ヒータによりフィンを40℃~50℃の範囲でプレヒートを行った。その後、ステップS3においてカーテンコート法により基材の表面に上述の塗布液を塗布し、塗布膜を形成した。
 実施例1では、カーテンコート法による基材表面への塗布液の塗工に、株式会社コートテック製のフローコーター塗装機CFL-300を用いた。フローコーター塗装機の運転条件は、コンベアの移動速度を80m/min、塗布液を循環させるポンプの回転周波数を20Hz、ヘッドからコンベアまでの距離を125mmとした。コンベア上に板状の基材を水平に並置し、コンベアを移動させることにより塗工を行った。
 そして、実施例1では、ステップS4において、塗布膜が形成された基材を10分間自然乾燥を行った後、ホットプレートにより65℃で0.5時間加熱を行った。その後、ステップS5において、基材を上下反転させた後、ステップS6において上述のステップS2と同様に基材のプレヒートを行い、ステップS7において上述のステップS3と同様に塗布膜の形成を行い、ステップS8において上述のステップS4と同様に塗布膜の乾燥を行った。その後、ステップS9において、両面に吸着層が形成された吸着フィンの両面を120℃の炉内において、2時間加熱を行い、塗布膜の完全硬化処理を行い、実施例1の吸着フィンを得た。硬化処理は、エスペック株式会社製の塗装焼付炉SPHH-201を用いた。
 実施例2の吸着フィンは、上述した実施例1の吸着フィンよりも吸着層の膜厚を厚く形成したものであり、実施例1とは、用いたフローコーター塗装機の運転条件のみが異なり、その他の条件は同様とする。すなわち、実施例2におけるフローコーター塗装機の運転条件は、コンベアの移動速度を70m/min、塗布液を循環させるポンプの回転周波数を25Hz、ヘッドからコンベアまでの距離を125mmとした。
 実施例3は、上述の実施例2の吸着フィンよりも吸着層の膜厚を厚く形成したものであり、実施例1において用いた塗布液よりも吸着材の量を多くし、フローコーター塗装機の運転条件を変更している。その他の条件は同様とする。塗布液の組成量については、上述した表1に示している。実施例3におけるフローコーター塗装機の運転条件は、コンベアの移動速度を72m/min、塗布液を循環させるポンプの回転周波数を20Hz、ヘッドからコンベアまでの距離を125mmとした。
比較例
<比較例1>
 比較例1の吸着フィンは、上述した実施例とは異なり、スプレーコート法により、基材の表面に塗布膜を形成した。比較例1において用いた塗布液は、実施例1における塗布液とほぼ同様の組成比率とし、同様の粘度に調整した。具体的には、上述の表1に示す。スプレーコート法では、基材の表面に少量のイオン交換水を噴霧して、当該基材表面と塗布液との親水性を高めた後、当該塗布液を基材の表面に吹き付けて行った。具体的には、株式会社エスコ製のスプレーガン(EA121AB-2)を以下のような使用条件に設定して塗布膜形成を行った。すなわち、所要コンプレッサ0.4kW、使用圧力0.3MPa、吐出空気量100L/min、ノズル径1.3mmとした。スプレーガンの吐出口と基材との距離は20cm程度離して、水平状態におかれた基材の端面から左右にスプレーガンを移動させて吹き付けを行った。当該スプレーコート法では、塗布液を基材表面に吹き付けて塗布膜を形成するため、上述のカーテンコート法とは異なり、50μm以上の膜厚の吸着層を形成するためには、乾燥工程を挟んで何回かに分けて塗布液を吹き付ける必要がある。当該比較例1では、スプレーガンを4往復させた後、自然乾燥を行う塗工、乾燥処理を4回行って、塗布膜を形成した。
<比較例2~比較例4>
 比較例2~比較例4の吸着フィンは、上述した比較例1における塗布液とは、各成分の組成比率が異なる。具体的な組成比率については、上述の表1に示す。それ以外の条件については、比較例1と同様とした。
<評価>
 得られた実施例1~実施例3及び比較例1~比較例4の試験片について、以下の方法で、物性を測定し、評価を行った。(1)~(3)は、いずれも乾燥状態、すなわち、吸着フィンを120℃で0.5時間加熱処理した直後の吸着フィンについて測定を行った。(5)は、同じく乾燥状態での吸着フィンを撮影した。
(1)膜厚
 吸着フィンの基材の表面に形成された吸着層の膜厚は、株式会社ケツト科学研究所製のデュアルタイプ膜厚計 LZ-990を採用して測定した。
(2)膜密度
 乾燥状態における吸着フィンの重量を測定し、吸着層形成前のフィンの重量を減算することにより吸着層のみの重量を得て、吸着フィンの表面積及び上述の膜厚から得られる吸着層のみの体積に基づいて、膜密度を算出した。
(3)吸着材の密度
 上述により得られる膜密度に対し、吸着層の形成に用いた塗布液の固形分の重量に対する乾燥状態の吸着材の重量の割合を乗じて得た。
 吸着材の密度(kg/m)=膜密度(kg/m)×吸着材重量(g)/固形分(吸着材、エポキシ固形分、硬化剤、レオロジー添加剤)重量(g)
(4)膜厚あたりの吸着量
 乾燥状態における各吸着フィンの重量を測定した。その後、各吸着フィンを水が存在する相対圧0.25、温度30℃の環境に100秒間放置し、水を吸着させた後、当該吸着フィンの重量を測定した。吸着後の吸着フィンの重量から乾燥状態の吸着フィンの重量を減算し、これを脱着状態の吸着量とする。また、同様の操作を行い相対圧0.45の条件で得られた吸着後の吸着フィンの重量から乾燥状態の吸着フィンの重量を減算し、これを吸着状態の吸着量とする。そして、吸着状態の吸着量から脱着状態の吸着量を減算した値を膜厚あたりに換算することで、膜厚あたりの吸着量とする。
(5)吸着層の断面の観察
 実施例3及び比較例3と比較例4の吸着フィンの吸着層の断面状態を示すSEM写真を図4~図6に示す。いずれも1000倍の写真であり、図4は実施例3、図5は比較例3、図6は比較例4の写真である。
 以下に、実施例1~実施例3及び比較例1~比較例4の評価結果について述べる。実施例1~実施例3及び比較例1~比較例4の評価結果は、表3に示す。そして、図3には、吸着層全体における吸着材の密度に対する膜厚あたりの吸着量を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に記載されているように、カーテンコート法により塗布膜が形成された実施例1~実施例3の吸着フィンは、いずれも、1回の塗工-乾燥処理によって、膜厚が50μm以上の吸着層が形成されていることが確認できる。
 図3から理解できるように、本件発明に係るカーテンコート法により塗布膜が形成された実施例1~実施例3の吸着フィンは、吸着層全体における吸着材の密度が1092.2kg/m~1843.5kg/mであり、膜厚当たりの吸着量は、53.7g/(m・μm)~135.6g/(m・μm)であった。これに対し、スプレーコート法により塗布膜が形成された比較例1~比較例4の吸着フィンは、いずれも吸着層全体における吸着材の密度が652.5kg/m~1053.6kg/mであり、膜厚当たりの吸着量は、30.8g/(m・μm)~65.6g/(m・μm)であった。このことから、本件発明に係るカーテンコート法を用いた吸着層の形成方法によれば、スプレーコート法を用いた吸着層の形成方法と比べて、吸着層に含まれる単位体積当たりの吸着材の含有量を多くすることができ、これによって、膜厚当たりの水蒸気吸着量を多くすることができることが分かる。
 よって、上述したように、本件発明に係る特定の粘度を備えた塗布液を用いたカーテンコート法による吸着層の形成方法は、他の塗膜方法と比べて、高い吸着材の含有率を実現することができ、高い吸着効率で、溶媒としての水蒸気を吸着することが可能となることが可能となる。
 ゆえに、限られた膜厚であっても、十分に吸着材を含有させて効率的な吸着を実現することができるため、より一層、フィンピッチを小さくした吸着熱交換器を実現することが可能となる。よって、従前と同様の吸着効率を実現する吸着熱交換器を、より一層小型化することが可能となる。
 また、本件発明に係る吸着熱交換器に用いる吸着フィンは、所定の粘度を備えた塗布液を用いて、カーテンコート法による1回の塗布膜形成及び乾燥によって、50μm~300μmの膜厚の吸着層を形成することが可能となる。これに対し、比較例1~比較例4の吸着フィンは、50μm以上の膜厚の吸着層を得るためには、塗工-乾燥処理を複数回繰り返さなければならなかった。ゆえに、図5、図6のSEM写真で確認できるように、当該スプレーコート法により得られた比較例の吸着フィンは、界面が複数存在する吸着層が形成されているため、熱履歴によって、割れや剥離等が生じやすくなる問題がある。
 よって、本件発明に係る吸着熱交換器に用いる吸着フィンは、所定の粘度を備えた塗布液を用いて、カーテンコート法による1回の塗布膜形成及び乾燥によって、基材の表面に、均一に吸着層を形成することができると共に、図4のSEM写真で確認できるように、複数層ではなく1層構成を可能とすることができる。ゆえに、本件発明によれば、従来の複数の塗布により吸着層が形成された場合に生じる吸着層内における界面の存在によって、熱履歴により割れや剥離が生じる不都合を未然に回避することができる。ゆえに、本件発明によれば、加熱、冷却が繰り返して行われる吸着熱交換器自体の耐久性を向上させることができると共に、割れや剥離によって生じた破片等が吸着ヒートポンプシステム内部に飛散することによる不都合を未然に回避することができる。さらにまた、本件発明は、1回の塗布膜形成により吸着層を形成することができるため、製造に要する時間を短縮することが可能となり、生産効率の向上を図ることができる。
 本件発明にかかる吸着熱交換器は、所定の間隔をおいて並設される複数枚の吸着フィンが、表面に冷媒を吸着する吸着材を含んだ吸着層を備えるものであって、当該吸着層は、当該吸着材とバインダ樹脂成分とを含むものであり、膜密度が、800kg/m~2100kg/m、且つ、当該吸着層全体を100重量%としたとき、当該吸着材の含有量が、88重量%~97重量%である。よって、本件発明に係る吸着熱交換器は、限られた膜厚の吸着層において、吸着脱着能力に優れるため、吸着フィンのフィンピッチを小さくすることが可能となり、より小型化を実現することができるものである。
  1(1A、1B) 吸着熱交換器
  2(2A、2B) 熱交換パイプ
  5  吸着フィン
  6  吸着層
 10  吸着ヒートポンプシステム
 11  吸着ヒートポンプ
 12  ハウジング(真空容器)
 13  凝縮器
 14  蒸発器
 15  放熱系
 16  冷却系
 17  利用系
 20  第1吸着/脱着室
 21  第2吸着/脱着室
 22  液化室
 23  気化室
 24、25、26、27 開閉弁
 28、29 ポンプ
 31  給配管
 32  トラップ
 33、34 四方弁
 35、36 ポンプ

Claims (7)

  1.  所定の間隔をおいて並設されると共に表面に冷媒を吸着する複数枚の吸着フィンと、これら吸着フィンを蛇行状に貫通し、内部に作動流体が流れる熱交換パイプとを備える吸着熱交換器であって、
     当該吸着フィンは、吸着材を含む吸着層を備え、
     当該吸着層は、当該吸着材とバインダ樹脂成分とを含むものであり、
     膜密度が、800kg/m~2100kg/m、且つ、当該吸着層全体を100重量%としたとき、当該吸着材の含有量が、88重量%~97重量%であることを特徴とする吸着熱交換器。
  2.  前記吸着層は、1回の塗工処理及び乾燥処理によって得られる単層である請求項1に記載の吸着熱交換器。
  3.  前記吸着層は、前記吸着材の密度が700kg/m~2050kg/mである請求項1又は請求項2に記載の吸着熱交換器。
  4.  前記吸着層の膜厚が、50μm~300μmである請求項1~請求項3のいずれかに記載の吸着熱交換器。
  5.  前記吸着材は、メジアン径が2μm~50μmであり、且つ、アルミノフォスフェート類から選ばれる1種又は2種以上の組合せからなるゼオライトである請求項1~請求項4のいずれかに記載の吸着熱交換器。
  6.  請求項1~請求項5に記載の吸着熱交換器に用いる吸着フィンの製造方法であって、
     前記吸着材と前記バインダ樹脂成分と溶剤とを含み、25℃における粘度が15mPa・s~150mPa・sである塗布液を調整する塗布液調整工程と、
     当該塗布液調整工程において調整した塗布液をカーテンコート法を用いて前記吸着フィンを構成する基材の表面に塗布して前記塗布膜を形成する塗工工程と、
     当該塗工工程の終了後、前記塗布膜中の揮発成分を除去して前記吸着層を備えた吸着フィンを得る乾燥工程と、を備え、
     1回の当該塗工工程と当該乾燥工程とにより、当該基材の表面に膜厚が50μm~300μmの前記吸着層を形成することを特徴とする吸着熱交換器の吸着フィンの製造方法。
  7.  前記塗布液全体を100重量%としたとき、当該塗布液の固形分濃度が、45重量%~60重量%である請求項6に記載の吸着熱交換器の吸着フィンの製造方法。
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