JP2013019664A - 平板に基づく吸着冷却装置サブアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱面積と流体流れ内の撹拌とを増加させることができる吸着冷却装置用のサブアセンブリを、提供する。
【解決手段】各平板が、蒸発部と、吸着部と、凝縮部とを有しており、前記平板の前記蒸発部が吸着冷却装置アセンブリの蒸発ユニットを形成し、前記平板の前記吸着部が吸着構成要素の吸着ユニットを形成し、前記平板の前記凝縮部が前記吸着冷却装置サブアセンブリの凝縮ユニットを形成するように、前記平板をスタック内に配置し、前記スタック内の前記平板の隣接する対の冷媒側の間に形成された複数の冷媒通路と、前記冷媒通路の中に配設された吸着材材料とを含むように、前記吸着構成要素が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸着冷却装置用のサブアセンブリ、および吸着冷却装置を形成する方法に関する。

本発明は、吸着冷却装置用のサブアセンブリ、および吸着冷却装置を形成する方法に関する。

吸着冷却装置用のサブアセンブリが、スタック内に配置された複数の平板を含む吸着構成要素を含んでいる。吸着冷却装置を形成する方法が、平板の冷媒側上に吸着材を取り付けることを含んでいる。

図１は、吸着冷却装置の動作を示す図である。 図２は、異なる種類の平板を示す図である。 図３は、異なる種類の平板を示す図である。 図４は、異なる種類の平板を示す図である。 図５は、異なる種類の平板を示す図である。 図６は、異なる種類の平板を示す図である。 図７は、異なる種類の平板を示す図である。 図８は、ＹＺ平板対の透視図である。 図９は、吸着冷却装置サブアセンブリの凝縮構成要素と、蒸発構成要素と、吸着構成要素とを形成する平板の配置の側図を示す図である。 図１０は、吸着冷却装置サブアセンブリ用の平板の配置を示す図である。 図１１は、吸着冷却装置サブアセンブリの配置を示す図である。 図１２は、平板Ｓを示す図である。 図１３は、平板Ｔを示す図である。 図１４は、吸着冷却装置配置の側図を示す図である。 図１５は、一体型吸着冷却装置サブアセンブリを形成するのに使用する平板の分解組立図を示す図である。 図１６は、平板Ｂの冷媒側を示す図である。 図１７は、平板Ａの流体側を示す図である。 図１８は、平板スタック内の隣接するＡ平板およびＢ平板の間に形成される冷媒通路と流体通路とを示す図である。 図１９は、吸着冷却装置サブアセンブリを形成するプロセスを示す図である。 図２０は、さまざまなプロセスを示す図である。 図２１は、さまざまなプロセスを示す図である。 図２２は、さまざまなプロセスを示す図である。 図２３は、さまざまなプロセスを示す図である。

本明細書では冷媒として水を使用し、吸着材としてシリカゲルを使用するとして吸着冷却の基本プロセスを一般に説明しているが、実施形態はいかなる特定の吸着材／冷媒の組み合わせにも限定されず、さまざまな冷媒および／または吸着材を使用してもよい。

図１は、吸着冷却装置プロセスの冷却段階と再生段階とを示している。最初に、冷却段階を検討する。冷却される予定の水１１１が、吸着冷却装置の蒸発構成要素内の熱交換器１１０の中を通って流れる。冷却される予定の水１１１は、容器１３０からの水１２０の蒸発により冷却されて、冷水１１２として熱交換器１１０を出る。冷却段階は、容器１３０からの水１２０が熱交換器１１０と接触するとき水１２０を沸騰させて蒸発させるほど十分低い低圧を含んでいる。吸着冷却装置の吸着構成要素内の吸着床内に配設された吸着材１４０、例えば、シリカゲルなどが、沸騰水からの水蒸気１２１を吸着する。蒸気１２１の吸着は圧力を低いままに保って、蒸発プロセスが冷水１１１を作り続けるようになっている。このプロセスの間、吸着材１４０を冷えた状態に保持するために、水１４０、例えば、微温水、低温水、または室温水（本明細書ではＲＴ水と呼ぶ）などが、吸着構成要素の熱交換器１４５の中を通って流れる。

次に、再生段階を検討する。冷却装置にエネルギー入力を提供する熱水１５１が、吸着構成要素の熱交換器１４５の中を通って流れて、シリカゲル１４０を加熱して、シリカゲルから水分を水蒸気１５５として追い出す。ＲＴ水１６１が、吸着冷却装置の凝縮構成要素の熱交換器１６０の中を通って流れる。蒸気１５５は熱交換器１６０と接触して凝縮して水になり容器１３０を満たす。

いくつかの実施態様では、吸着冷却装置は、冷却モードと再生モードとが実質的に同時に継続できるように、２つのサブアセンブリ内に配置された蒸発構成要素と、凝縮構成要素と、吸着構成要素とを使用してもよい。例えば、第１および第２のサブアセンブリを含む吸着冷却装置を検討する。第１のサブアセンブリは冷却段階（図１の左側に示す）で作動し、他方、第２のサブアセンブリは再生段階（図１の右側に示す）で作動した。再生段階で作動している第２のサブアセンブリ（図１の右側）内のシリカゲルが完全に乾燥するのとほぼ同時に、冷却段階で作動している第１のサブアセンブリ（図１の左側）内のシリカゲルが水蒸気で飽和状態に達するように、システムを設計できる。その後、例えば、切り替え弁（図１には示さず）などで、冷媒水と、室温水と、加熱水との向きを適切に変えることによりサブアセンブリの動作を逆にする。切り替え後には、第１のサブアセンブリ（図１の左側）は再生段階で作動し、他方、第２のサブアセンブリ（図１の右側）は冷却段階で作動することになる。

平板に基づく吸着冷却装置は、整列した平板のスタックを含んでいる。いくつかの実施態様では、吸着冷却装置サブアセンブリは、冷却装置の蒸発構成要素を形成する平板と、冷却装置の吸着構成要素を形成する平板と、冷却装置の凝縮構成要素を形成する平板と、を含んでいる。図２〜図８は、いくつかの実施形態の平板に基づく吸着冷却装置サブアセンブリで使用できる例示的平板を示している。

図２は、吸着冷却装置サブアセンブリの蒸発構成要素で使用してもよい第１の型の平板（Ｕ型平板）を示している。冷却装置の凝縮構成要素および／または蒸発構成要素で同様の平板を使用してもよいが、蒸発平板と凝縮平板とが異なる形状を有しており、蒸発平板は改善された蒸発機能を提供し、および／または凝縮平板は改善された凝縮機能を提供するようにしてもよい。平板Ｕ、および本明細書に記載する他の平板は、金属、金属合金、および／または他の熱伝導材料で作ってもよい。Ｕ型平板は、図２に示すように、第１の主要表面２５０と、第２の主要表面２５１とを含んでいる。第１の主要表面２５０上の形状は、全体として第２の主要表面２５１上の相補的な形状を有している。例えば、第１の主要表面２５０上の凸部が第２の主要表面上の凹部２５１として現れてもよく、逆もまた同様である。

Ｕ型平板は、冷媒ポート２１０と、第１および第２の流体ポート２２０、２３０と、冷媒ポート２９０と、を含んでいる。図２に示す表面２５０は、平板Ｕの冷媒側である。第１および第２の流体ポート２２０、２３０は、スタック内の隣接する平板上の相補的な密封構造と接触するときシールを形成し、それにより流体が平板Ｕの冷媒側に入るのを防止する密封構造２２１、２３１を含んでいる。冷媒が平板Ｕの流体側に入るのを防止するために、平板Ｕの第２の主要表面２５１上の冷媒ポート２１０と冷媒ポートとの周囲には密封面（図示せず）がある。また、隣接する平板の密封構造と結合する第１の主要表面２５０の周辺部に密封構造２０１を配設してもよい。

平板Ｕの冷媒側の表面２５０は、多数の流れ形状２４５、２４６を含む流れ場２４０を含んでいる。流れ形状２４５、２４６は、プレス成形、機械加工、鋳造、打ち出し、エッチング、および／または他の製造プロセスにより形成してもよい凸部２４５と凹部２４５とを含んでいる。第１の主要表面２５０上の凸部２４５が第２の主要表面２５１上の凹部として現れることになり、第１の主要表面上の凹部２４６が第２の主要表面２５１上の凸部として現れることになることに留意されたい。この実施例では上向きの山形紋として流れ形状２４５、２４６を示しているが、さまざまな形状を使用してもよい。表面２５０、２５１を横切る流体の流れを誘導するように、および／または伝熱面積と流体流れ内の攪拌とを増加させるように流れ形状２４５、２４６を構成する。

凝縮した冷媒が冷媒ポート２９０から流れ出て、凝縮した冷媒は平板Ｕの第１の主要表面２５０上の流れ形状２４５、２４６と接触すると蒸発する。蒸気冷媒は冷媒ポート２１０を通って出て行く。

図３は、吸着冷却装置サブアセンブリの蒸発構成要素で使用できる第２の型の平板（Ｖ型平板）を示している。平板Ｖは、吸着冷却装置サブアセンブリの蒸発構成要素を形成するスタック内の平板Ｕと交互に配置される。平板Ｖは、第１の主要表面３５０と、第２の主要表面３５１とを含んでいる。平板Ｖは、冷媒ポート３１０と、冷媒ポート３９０と、第１および第２の流体ポート３２０、３３０と、を含んでいる。表面３５０の周辺部上には密封構造３０１を配設してある。スタック内の隣接する平板の密封構造と結合するように密封構造３０１を構成する。表面３５０は平板Ｖの流体側である。冷媒ポート３１０および冷媒ポート３９０は、冷媒ポート３１０および冷媒ポート３９０のそれぞれの周辺部に密封構造３１１、３９１を含んでいる。スタック内の隣の平板の冷媒ポートにある相補的な密封構造と結合して、冷媒が平板の流体側（表面３５０）と相互作用するのを防ぐように密封構造３１１、３９１を構成する。平板Ｖは、この実施例では下向きの山形紋として示す流れ形状３４５、３４６を有する表面３５０上に流れ場３４０を含んでいる。流れ形状３４５および３４６は、表面３５０上でそれぞれ凸部および凹部として現れることに注目すべきである。表面３５１上に相補的な流れ形状（図示せず）が現れる。

Ｕ平板およびＶ平板は、Ｕ平板の山形紋の向きがＶ平板の山形紋の向きと反対になるように平板スタック内に交互に配置してもよい。隣接する平板の上向きの山形紋の凸部と、下向きの山形紋の凸部とは接触点の格子内で接して、伝熱面積を増加させて流れ内で攪拌を生じさせる多数の流路を生成する。水、例えば、室温水などが、流体ポート３２０と３３０の間の表面５５０の流れ形状５４５、５４６を横切って流れる。

図４は、吸着冷却装置サブアセンブリの凝縮構成要素で使用してもよい第１の型の平板（Ｗ型平板）を示している。Ｗ型平板は、図４に示すように、第１の主要表面４５０と、第２の主要表面４５１とを含んでいる。第１の主要表面４５０上の形状が、全体として第２の主要表面４５１上の相補的な形状を有している。例えば、第１の主要表面４５０上の凸部が第２の主要表面上の凹部４５１として現れてもよく、逆もまた同様である。

Ｗ型平板は、冷媒ポート４１０と、第１および第２の流体ポート４２０、４３０と、冷媒ポート４９０と、を含んでいる。図４に示す第１の主要表面４５０は、平板Ｗの冷媒側である。第１および第２の流体ポート４２０、４３０は、スタック内の隣接する平板上の相補的な密封構造と接触するときシールを形成し、それにより流体が平板Ｗの冷媒側に入るのを防止する密封構造４２１、４３１を含んでいる。冷媒が平板Ｗの流体側に入るのを防止するために、平板Ｗの第２の主要表面４５１上の冷媒ポート４１０、４９０の周囲には密封面（図示せず）がある。また、隣接する平板の密封構造と結合する第１の主要表面４５０の周辺部に密封構造４０１を配設してもよい。

平板Ｗの冷媒側の第１の主要表面４５０は、多数の流れ形状４４５、４４６を含む流れ場４４０を含んでいる。流れ形状４４５、４４６は、プレス成形、機械加工、鋳造、打ち出し、エッチング、および／または他の製造プロセスにより形成してもよい凸部４４５と凹部４４５とを含んでいる。第２の主要表面４５１は、第１の主要表面４５０上に配設された流れ形状に対して相補的な流れ形状を含んでいる。この実施例では上向きの山形紋として流れ形状４４５、４４６を示しているが、さまざまな形状を使用してもよい。表面４５０、４５１をそれぞれ横切る流体の流れを誘導するように、および／または伝熱面積および流体流れ内の攪拌を増加させるように第１の主要表面４５０上の流れ形状４４５、４４６と、第２の主要表面４５１上の相補的な流れ形状とを構成する。冷媒は冷媒ポート４１０から流れ出て、流れ形状４４５、４４６上で凝縮する。凝縮液は冷媒ポート４９０から出て行く。

図５は、吸着冷却装置サブアセンブリの凝縮構成要素で使用できる第２の型の平板（Ｘ型平板）を示している。平板Ｘは、吸着冷却装置サブアセンブリの凝縮構成要素を形成するスタック内の平板Ｗと交互に配置される。平板Ｘは、第１の主要表面５５０と、第２の主要表面５５１とを含んでいる。平板Ｘは、冷媒ポート５１０、５９０と、第１および第２の流体ポート５２０、５３０と、を含んでいる。表面５５０の周辺部上には密封構造５０１を配設してある。スタック内の隣接する平板の密封構造と結合するように密封構造５０１を構成する。表面５５０は平板Ｘの流体側である。冷媒ポート５１０および冷媒ポート５９０は、冷媒ポート５１０および冷媒ポート５９０のそれぞれの周辺部に密封構造５１１、５９１を含んでいる。スタック内の隣の平板の冷媒ポートにある相補的な密封構造と結合して、冷媒蒸気および／または凝縮液が平板Ｘの流体側（表面５５０）と相互作用するのを防ぐように密封構造５１１、５９１を構成する。平板Ｘは、この実施例では下向きの山形紋として示す流れ形状５４５、５４６を有する表面５５０上に流れ場５４０を含んでいる。流れ形状５４５および５４６は、表面５５０上でそれぞれ凸部および凹部として現れることに注目すべきである。第２の主要表面５５１上に相補的な流れ形状（図示せず）が現れる。水、例えば、室温水などが、流体ポート５２０と５３０の間の表面５５０上の流れ形状５４５、５４６の中を通って流れる。

Ｗ平板およびＸ平板は、Ｗ平板の山形紋の向きがＸ平板の山形紋の向きと反対になるように平板スタック内に交互に配置してもよい。上述のように、隣接する平板の山形紋形状が接触点の格子内で接するように平板を方向付けることが、伝熱面積と流れ内の攪拌とを増加させる多数の流路を生成する。

図６および図７は、吸着冷却装置サブアセンブリの吸着構成要素で使用してもよいＹ型平板とＺ型平板とをそれぞれ示している。図６に示すように、Ｙ型平板は、第１の主要表面６５０と、第２の主要表面６５１と、を有している。第１の主要表面６５０の形状の少なくとも一部は、第２の主要表面６５１の形状に対して相補的である。第１の主要表面６５０の周辺部に沿って密封凸部６０１を配設してある。密封構造６０１は、スタック内の隣接する平板の対応する密封構造と結合するように設計されている。Ｙ平板は、第１および第２の冷媒ポート６１０、６２０と、第１および第２の流体ポート６３０、６４０と、を含んでいる。冷媒ポート６１０、６２０の周辺部に沿って密封構造６１１、６２１を配設してある。Ｙ平板は、この実施例では二次元山形模様内に配置された流れ形状６６５、６６６を有する流れ場６６０を含んでいる。表面６５０上の山形凸部６６５は表面６５１上の山形凹部として現れ、表面６５０上の山形凹部６６６は表面６５１上の山形凸部として現れる。

図７は、吸着冷却装置サブアセンブリの吸着構成要素を形成する平板スタック内のＹ平板と交互に配置してもよいＺ型平板を示している。Ｚ平板は、第１の主要表面７５０と、第２の主要表面７５１とを含んでいる。平板Ｚの第１の主要表面７５０は、図７に示すように二次元山形模様内に配置してもよい流れ形状７６５、７６６を含む流れ場７６０を有している。相補的な流れ形状（図示せず）が第２の主要表面７５１にある。第１の主要表面７５０上の吸着床７７０内に吸着材７７１を配設してある。吸着材７７１は、流れ形状７６５、７６６内に、流れ形状７６５、７６６上に、および／または流れ形状７６５、７６６の周囲に設置してもよい。例えば、吸着材７７１は、シリカゲルビーズもしくは何かほかの形のシリカゲル、および／または他の吸着材材料を含んでいてもよい。冷媒蒸気の吸着および吸着材からの離脱を促進するように吸着材５７１を吸着床７７０内に配置する。吸着床７７０は、吸着材の露出表面積を増やして吸着材と冷媒蒸気の間の相互作用を促進する働きをする表面形状、例えば、表面内の凸部および／または凹部などを含んでいてもよい。この実施例では、流れ形状７６５は、隣接する平板間のより良好な蒸気流を促進するために、表面７５０上の流れ形状がスタック内の隣接する平板の流れ形状から離れるように間隔をあけるスペーサ７６７により邪魔される。

図８は、Ｙ平板とＺ平板とを含む２つの平板スタックの透視図を概念的に示している。Ｙ平板の形状を実線で示し、Ｚ平板の形状を点線で示している。Ｙ平板とＺ平板との流れ形状のパターンが反対向きであり、Ｙ平板の流れ形状パターンが上向きの山形紋を含み、他方、Ｚ平板の流れ形状パターンが下向きの山形紋を含むようになっている。反対向きの流れ形状パターンは、伝熱を促進する流体の攪拌を促進するとともに、伝熱面積を増加させる。

図９は、図２〜図８に関連して記載した平板のような平板の配置を含む吸着冷却装置サブアセンブリ９００の実施例の側図を示している。上述のように、いくつかの実施態様では、吸着冷却装置は２つのサブアセンブリ９００を含んでおり、冷却段階で第２のサブアセンブリ内の吸着材材料の第２の部分が飽和しているのと同時に、再生段階では第１のサブアセンブリ内の吸着材の第１の部分（例えば、シリカゲルなど）を再生できるようにしてもよい。

サブアセンブリ９００の凝縮構成要素９１０が、図４および図５にそれぞれ示す交互に配置したＷ型およびＸ型平板構造を有する複数の積み重ねた平板を含んでいてもよい。蒸発構成要素９２０が、図２および図３にそれぞれ示すような交互に配置したＵ型およびＶ型平板を含んでいてもよい。凝縮構成要素９１０と蒸発構成要素９２０の間には吸着構成要素９３０を配置してある。吸着構成要素９３０は、図６〜図８に示すＹおよびＺ平板構造を有する複数の積み重ねた平板を含んでいてもよい。例えば、溶接、ろう付け、ガスケット、または他の方法で１つの平板を他の平板に気密連結することにより、吸着冷却装置サブアセンブリ９００の平板の一部またはすべてを、隣接する平板に取り付けてもよい。加えて、またはあるいは、１つ以上のねじ付き固定棒とナット（図示せず）とを用いて、スタック内の平板の位置合わせを保持してもよく、および／またはスタック内の平板を押し付けてもよい。吸着冷却プロセスで使用する圧力で蒸気および／または流体を閉じ込めるために、平板対を気密連結するのに使用する密封プロセスを選択してもよく、例えば、その密封は、冷却装置の冷媒部分内で、室温付近で沸騰水を生成するほぼ真空圧力を実現するのに十分である。

図９の点線が、積み重ねた平板の冷媒ポートにより形成される第１および第２の冷媒流路９４０、９５０を示している。蒸発段階の間に、蒸発構成要素９２０内で水蒸気を生成し、水蒸気は矢印９７０で示す経路に沿って第１の冷媒流路９４０を通って吸着構成要素９３０に移動する。吸着構成要素９３０では、冷却段階の間に、吸着構成要素９３０の平板の吸着床内に配設されたシリカゲル（または他の吸着材）が水蒸気を吸着する。

再生段階の間に、吸着構成要素９３０の吸着床内のシリカゲルから水蒸気を放出し、水蒸気は矢印９８０で示す経路に沿って第２の冷媒流路９５０を通って凝縮構成要素９１０に移動する。蒸発段階の前に、流体戻り通路９６０を通って凝縮構成要素から蒸発構成要素に凝縮した水を戻す。一般に、スタック構成要素を閉じ込めるために端部平板（図９には示さず）を使用する。

図１０は、図９の吸着冷却装置サブアセンブリ９００の平板の可能な配置を概念的に示している。図１０は平板の１つの可能な配置を示しているに過ぎず、他の多くの配置および／または平板設計もまた可能であることを理解すべきである。例えば、図示の山形紋形状の代わりに、または図示の山形紋形状に加えて、本明細書で示す以外のさまざまな流れ形状を有する平板を使用してもよい。

スタック内に配置するとき、平板Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのそれぞれは冷媒側と流体側とを含んでいる。スタック内の隣接する平板を一緒に取り付けるとき、隣接する平板の冷媒側同士が互いに向かい合い、隣接する平板の流体側同士が互いに向かい合っている。隣接する平板の冷媒側間の空間が冷媒通路を形成し、隣接する平板の流体側間の空間が流体通路を形成する。

この実施例では、蒸発構成要素９２０が、図２および図３に示すような交互に配置したＵ平板およびＶ平板を含んでいる。冷媒ポートが上端部にくるようにＵ型平板およびＶ型平板のそれぞれの向きを合わせてある。蒸発構成要素９２０と吸着構成要素９３０とを流体的に接続する第１の冷媒流路９４０を形成するように、Ｕ型平板およびＶ型平板のそれぞれの冷媒ポートを一直線に並べてある。Ｕ平板およびＶ平板のそれぞれの冷媒側同士が互いに向かい合うようにＵ平板およびＶ平板を蒸発構成要素９２０内に配置する。ＵＶ対のそれぞれは、Ｕ平板の前面部（Ｕ平板の冷媒側）と、Ｖ平板の背面部（Ｖ平板の冷媒側）との間に冷媒通路を形成する。隣接するＶとＵとの流体側が互いに向かい合っており、各ＶＵ対の向かい合う流体側は流体通路、例えば、Ｖ平板とＵ平板の間の室温水通路を形成する。

サブアセンブリ９００の吸着構成要素９３０は、例えば、図６〜図８に示すような、交互に配置したＹ平板とＺ平板とのスタックを含んでいる。Ｙ平板とＺ平板とは、隣接するＹ平板とＺ平板との冷媒側同士が互いに向かい合い、ＹＺ対のそれぞれ内のＹ平板とＺ平板との冷媒側がＹ平板とＺ平板の間に冷媒通路を形成するとともに、冷媒通路内に吸着床を配設するように、吸着構成要素９３０内に配置される。流体側同士が互いに向かい合っており、各ＺＹ対の隣接するＺ平板とＹ平板とのそれぞれの流体側は流体通路、例えば、冷却段階の間にはＺ平板とＹ平板の間にＲＴ水のための通路、および再生段階の間には加熱された水のための通路を形成する。

吸着冷却装置サブアセンブリ９００の凝縮構成要素９１０は、Ｗ型平板と交互に配置されたＸ型平板を含んでいる。凝縮構成要素９１０と吸着構成要素９３０とを流体的に接続する第２の冷媒流路９５０を形成するように、Ｘ平板とＷ平板との冷媒ポートを一直線に並べてある。Ｘ平板とＷ平板とは、Ｘ平板とＷ平板との冷媒側同士が互いに向かい合い、ＸＷ対のそれぞれの冷媒側がＸ平板とＷ平板の間に冷媒通路を形成するように、凝縮構成要素７１０内に配置される。Ｗ平板とＸ平板との流体側が互いに向かい合っており、Ｗ平板とＸ平板の間に流体通路、例えば、ＲＴ水流のための通路を形成する。

図７に関連して上述したように、Ｚ型平板は、Ｚ型平板の冷媒側が、隣接するＹ平板から離れるように間隔をあけるスペーサを含んでいる。その結果として、ＹＺ対内のＹ平板とＺ平板との冷媒側間の距離ｄ２が、ＺＹ平板内のＺ平板とＹ平板との流体側間の距離ｄ１よりも大きくてもよい。

図１１は、吸着冷却装置サブアセンブリ１１００の他の可能な構造を示している。サブアセンブリ１１００は、凝縮構成要素１１１０と、蒸発構成要素１１２０と、凝縮構成要素１１１０と蒸発構成要素１１２０の間に配置された吸着構成要素１１３０と、を含んでいる。この構造では、サブアセンブリ１１００の凝縮構成要素１１１０は、図４および図５に示すような、複数の積み重ねたＷ平板とＸ平板とを含んでいてもよい。蒸発構成要素１１２０は、交互に配置したＵ型およびＶ型平板を含んでいてもよい。吸着構成要素１１３０は、Ｙ平板とＺ平板との変更されたバージョンを使用してもよい。図示の構造では、平板Ｙと平板Ｚとの上方の冷媒ポートは必要ではなく、取り除いてもよい。凝縮構成要素１１１０と、蒸発構成要素１１２０と、吸着構成要素１１３０とは、単一の冷媒流路１１４０を介して流体的に接続できる。

冷却段階の間に、蒸発構成要素１１２０からの水蒸気が、矢印１１７０で示す経路に沿って冷媒流路１１４０を通って吸着構成要素１１３０に移動する。吸着構成要素１１３０では、冷却段階の間に、吸着構成要素１１３０の平板の吸着床内に配設されたシリカゲルが水蒸気を吸着する。

再生段階の間に、吸着構成要素１１３０の吸着床内のシリカゲルから水蒸気を放出し、水蒸気は矢印１１８０で示す経路に沿って第２の冷媒流路１１４０を通って凝縮構成要素１１１０に移動する。流体戻り通路１１６０を通って凝縮構成要素から蒸発構成要素に凝縮した水を戻す。

いくつかの実施形態では、吸着構成要素で使用する平板が、図１２および図１３にそれぞれ示す平板Ｓと平板Ｔとで示すように冷媒ポートを取り囲む流れ形状を有していてもよい。図１２は、平板の流体側にある第１の主要表面１２５０と、平板の冷媒側にある第２の主要表面１２５１と、を含むＳ型平板を示している。スタック内の隣接する平板と結合する第１の主要表面の周辺部に沿って密封構造を配設してある。

Ｓ型平板は、２つの流体ポート１２１０、１２３０と、冷媒ポート１２２０とを含んでいる。冷媒ポート１２２０は、冷媒ポート１２２０の周辺部に密封構造１２２１を含んでいる。密封構造１２２１は、スタック内の隣接する平板の流体側と結合して、冷媒が流体通路に入るのを防止する。

Ｓ平板は、冷媒ポート１２２０を取り囲む流れ形状１２４５、１２４６を有する流れ場１２４０を含んでいる。流れ形状は、第１の主要表面１２５１上に凸部１２４５と凹部１２４６とを含んでいる。第２の主要表面１２５１上には、相補的な流れ形状（図示せず）を配設してある。

いくつかの実施態様では、図１３に示すＴ平板は、吸着構成要素内にＳ平板と交互に配置されている。Ｔ型平板は、平板の冷媒側にある第１の主要表面１３５０と、流体側にある第２の主要表面１３５１と、を有している。Ｔ平板は、２つの流体ポート１３１０、１３３０と、冷媒ポート１３２０とを含んでいる。流体ポート１３１０、１３３０は、それらの各周辺部に密封構造１３１１、１３３１を含んでいる。Ｔ平板は、冷媒ポート１３１０を取り囲む流れ場１３４０を含んでいる。流れ場は、流れ形状１３４５、１３４６を含んでいる。吸着床１３７０内に吸着材材料１３７１を配設してある。例えば、吸着材１３７１は、吸着床１３７０内の、流れ形状１３４５、１３４６内に、流れ形状１３４５、１３４６上に、および／または流れ形状１３４５、１３４６の周囲に配設してもよい。Ｔ平板は、隣接する平板の冷媒側が離れるように間隔をあけて、冷媒通路を通る冷媒の流れを促進するように構成されたスペーサ１３７５を含んでいる。スペーサ１３７５は、冷媒蒸気の吸着材への伝達を促進するために含んでいてもよい一種類の形状の実施例に過ぎない。他の事例では、他の形状が存在する可能性がある。例えば、互いに貫通し合った蒸気流路を有する縞模様または他のパターンで吸着材を配置してもよい。これらの冷媒通路は、１つまたは複数の吸着材ポートと冷媒ポートとの配置に応じて、分岐してもよく、ネットワークなどで相互接続してもよい。

図１４は、吸着構成要素内でＳ平板とＴ平板とを使用する吸着冷却装置サブアセンブリ１４００の可能な構造を示している。サブアセンブリ１４００は、凝縮構成要素１４１０と、蒸発構成要素１４２０と、凝縮構成要素１４１０と蒸発構成要素１４２０の間に配置された吸着構成要素１４３０と、を含んでいる。凝縮構成要素１４１０は、図４および図５に示すような、複数の積み重ねたＷ平板とＸ平板とを含んでいてもよい。蒸発構成要素１４２０が、図２および図３に示すような交互に配置したＵ型およびＶ型平板を含んでいてもよい。吸着構成要素１４３０は、交互に配置したＳ平板とＴ平板とを使用してもよい。凝縮構成要素１４１０と、蒸発構成要素１４２０と、吸着構成要素１４３０とは、単一の冷媒流路１４４０を介して流体的に接続できる。図１４に示す設計では、凝縮液を蒸発構成要素に戻すための、平板の外側にある流体戻り通路の必要性を取り除く。

いくつかの実施形態が、吸着冷却装置の機能を実行する一体型サブアセンブリを形成するために一緒に積み重ねることができる平板設計を含んでいる。これらの実施形態では、例えば、図９に示すように、平板の別々のスタックで、蒸発構成要素と、凝縮構成要素と、吸着構成要素とを形成している。一体型サブアセンブリ内の平板は、図１５に示す吸着冷却装置サブアセンブリ１５００の分解組立図に示すように、より複雑な構造を有することができる。この実施態様では、２つの平板構造、すなわち、スタック内に交互に配置された図示の構造Ａおよび構造Ｂがある。各平板は冷媒側と流体側とを含んでいる。Ｂ平板の外方の密封面がスタック内の隣のＡ平板と気密連結するとき、Ｂ平板とＡ平板との冷媒側は１つの冷媒チャンバを形成する。結果として得られる冷媒チャンバは、吸着冷却装置サブアセンブリの低圧側の構成要素のすべてを含んでいる。同様に、スタック内の隣接するＡ平板とＢ平板との流体側を一緒に気密連結する。隣接するＡ平板とＢ平板との流体側の間に、３つの別々の流体通路、すなわち、図示の上端流体通路と、中央流体通路と、下端流体通路とを形成する。この説明では、上端、中央、および下端という用語を使用しているが、これらの用語は、あくまで平板の異なる部分を記述するために使用したに過ぎず、平板の任意の特定の配向に関して、いかなる限定をも意味するものではないことに注目すべきである。言い換えれば、「下端」と表された部分を、他の実施形態では、サブアセンブリの上端などの方に方向付けてもよい。

冷却段階の間に、冷媒通路の下端部分内で蒸気を生成して、その蒸発により、Ａ平板とＢ平板との流体側の間に形成された下端流体通路内を流れている水を冷却する。Ｂ平板とＡ平板との冷媒側の間に形成された冷媒通路の下端部分内で生成された蒸気は、吸着領域である冷媒通路の中央部分に移動する。冷媒通路の中央部分にある流れ形状内に、流れ形状上に、および／または流れ形状のまわりに、シリカゲル、または他の吸着材が配設してある。吸着プロセスの間、シリカゲルを冷えた状態に保持するために、Ａ平板とＢ平板との流体側の間に形成された中央流体通路内を冷却段階の間、ＲＴ水が流れる。

再生段階の間に、水蒸気を追い出すためにシリカゲルを加熱する。中央流体通路の中に熱水を流して、冷媒通路の中央部分内に配設されたシリカゲルを加熱して、それによりシリカゲルから水蒸気を外へ追い出す。シリカゲルから追い出された水蒸気は、冷媒通路の上端部分に移動して、凝縮する。上端流体通路にＲＴ水を流すことにより冷媒通路の上端部分を冷えた状態に保持する。冷媒通路の上端部分の下方に凸部により形成されたトレイ内に、凝縮した水が集まる。その後、凝縮した水を、流体通路（図示せず）を経由して冷媒通路の下端部分に導く。

吸着冷却装置サブアセンブリ１５００の吸着領域の流れ形状内に、流れ形状上に、および／または流れ形状のまわりに、シリカゲル（または他の吸着材）を設置したり、またはひとまとめに固めたりする。いくつかの実施形態では、平板を吸着冷却装置サブアセンブリに積み重ねる前に、例えば、シリカゲルを金属平板に付着させたり、エポキシ樹脂で接着したり、またはろう付けしたりすることにより、シリカゲルを所定の位置に固定する。

図１６および図１７は、それぞれ、図１５に示すＢ平板とＡ平板とのより詳細な図を提供している。図１６は、凝縮部と、吸着部と、蒸発部と、を有する平板Ｂの冷媒側を示している。平板Ｂは、平板の冷媒側上にある第１の主要表面１６５０と、平板の流体側上にある第２の主要表面１６５１と、を含んでいる。第１の主要表面１６５０の周辺部に沿って密封構造１６０５を配設してある。流体ポート１６１０、１６２０、１６３０、１６４０、１６６０、１６６５が、隣接する平板の相補的な密封構造と結合して、流体が平板の冷媒側に入るのを防止するシールを形成するように構成された密封構造１６１１、１６２１、１６３１、１６４１、１６６１、１６６６を含んでいる。

凝縮領域は、この実施例では右向きの山形紋として示す流れ形状１６０１ａ（凸部）と１６０１ｂ（凹部）とを含む流れ場１６００を含んでいる。相補的な流れ形状が、Ｂ平板の第２の主要表面１６５１上に現れる。凝縮した水が凝縮部内の平板Ｂの表面上に凝縮して、凸部１６０２により形成されたトレイの中に滴り落ちる。凝縮した水は上方の冷媒ポート１６０３を通って凝縮部から出て行き、下方の冷媒ポート１６０４を通って蒸発部に運び込まれる。

Ｂ平板の蒸発部は、流れ形状１６７１ａ（凸部）と１６７１ｂ（凹部）とを有する流れ場１６７０を含んでいる。この実施態様では、流れ形状１６７１ａと１６７１ｂとを右向きの山形紋として示している。凝縮液が流れ形状１６７１ａと１６７１ｂとの上に滴り落ちて、蒸発する。冷媒蒸気がサブアセンブリの蒸発部から吸着部まで上昇する。吸着部は、この実施例では上向きの山形紋として示す流れ形状１６８１ａ（凸部）と１６８１ｂ（凹部）とを有する流れ場１６８０を含んでいる。吸着床１６９１内の流れ形状１６８１ａ、ｂ内に、流れ形状１６８１ａ、ｂ上に、および／または流れ形状１６８１ａ、ｂの周囲にシリカゲルなどの吸着材１６９０を配設してある。蒸発領域からの蒸気が吸着領域に入るとき、吸着材１６９０が蒸気を吸着する。

図１７には平板Ａの流体側を示している。平板Ａは、平板Ｂの凝縮部、吸着部、および蒸発部に対応する凝縮部と、吸着部と、蒸発部と、を含んでいる。平板Ａは、第１および第２の主要表面１７５０、１７５１を含んでいる。第１の主要表面１７５０は平板Ａの流体側上にあり、第２の主要表面１７５１は平板Ａの冷媒側上にある。図１７に示すように、平板Ａは、第１の主要表面１７５０の周辺部に沿って配設された密封構造１７０５を含んでいる。密封構造１７０５は、スタック内の隣の平板の密封構造、例えば、Ｂ平板の第２の主要表面上の密封構造と結合して、冷媒が流体通路に入るのを防止する。流体ポート１７１０、１７２０、１７３０、１７４０、１７６０、１７６６が、平板Ａの第１の主要表面１７５０（流体側）上に密封構造を含んでいない。冷媒ポート１７０３および１７０４が密封面１７１３および１７１４を含んでおり、冷媒が平板Ａの流体側上で相互作用するのを防止する。

凝縮領域は、この実施例では左向きの山形紋として示す流れ形状１７０１ａ（凸部）と１７０１ｂ（凹部）とを含む流れ場１７００を含んでいる。平板Ａの第１の主要表面１７５０と、隣接するＢ平板の流体側との間に形成された流体通路内の流れ場１７００内をＲＴ水が流れる。ＲＴ水は、冷媒通路の凝縮部内の蒸気を凝縮させる。平板Ａの凝縮部内の流体通路は、凸部１７６０により吸着部内の流体通路から分離されている。平板Ａの吸着部では、この実施例では下向きの山形紋として示す流れ形状１７８１ａ（凸部）と１７８１ｂ（凹部）とにより、流れ場１７８０の表面を横切るように水を誘導する。吸着段階の間は、ＲＴ水が平板Ａの第１の主要表面１７５０を横切って流れ場１７８０内を流れる。再生段階の間は、熱水が流れ場１７８０内を流れる。

吸着部内の流体通路は、凸部１７６５により蒸発部内の流体通路から分離されている。Ａ平板の蒸発部は、流れ形状１７７１ａ（凸部）と１７７１ｂ（凹部）とを有する流れ場１７７０を含んでいる。この実施態様では、流れ形状１７７１ａ、ｂを左向きの山形紋として示している。冷媒通路内の水が蒸発するとき、蒸発部内の流体通路の流れ場１７７０内を流れる水を冷却する。

図１８は、一体型吸着冷却装置サブアセンブリを形成するＡ平板とＢ平板との配置を示している。Ａ平板とＢ平板とは、スタック内に交互に配置される。ＢＡ平板対内のＢ平板とＡ平板との冷媒側の間に冷媒通路を形成する。ＡＢ平板対内のＡ平板とＢ平板との流体側の間に、蒸発流体通路と、吸着流体通路と、凝縮流体通路とを形成する。

図１９は、吸着床を支持する１つ以上の平板を含む吸着冷却装置サブアセンブリを製造するためのプロセスを示すフローチャートである。プレス成形、打ち出し、鋳造、機械加工、または他のプロセスにより、平板の表面上の流れ形状を含む平板を形成する（１９１０）。吸着床の領域内の平板の露出表面に結合材を塗布する（１９２０）。結合材は、接着剤、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化性接着剤、粘着剤、ろう材、または他の結合材などを含んでいてもよい。箔、ペーストの貼り付けにより、吹き付け、はけ塗り、印刷、浸し塗り、および／または他のプロセスにより結合材を塗布してもよい。結合材を用いてシリカゲルなどの吸着材材料を平板の表面に貼り付ける（１９３０）。冷却装置の蒸発領域、凝縮領域、および吸着領域を形成するために、スタック内に所定の構造で平板を組み立てる（１９４０）。

場合によっては、ろう付けにより吸着材を吸着床内に貼り付けてもよい。本明細書に記載するような平板に基づく吸着冷却装置に対して、またはシェルアンドチューブ型、プレートフィン型、もしくは他の種類の冷却装置に対して、ろう付けプロセスを使用できる。図２０は、平板および／または吸着床を支持する他の構造にシリカゲルをろう付けすることを含む吸着冷却装置を製造するためのプロセスを示すフローチャートである。吸着床の領域内に活性ろう付け材料などのろう付け材料を配設する（２０１０）。平板に基づく冷却装置の場合には、平板の吸着床領域内の平板の露出表面上に活性ろう付け材料を配設することになる。活性ろう付け材料は、例えば、平板表面内などに形成された流れ形状の表面を覆ってもよい。活性ろう付けプロセスはこのように表され、その理由は、ろう付けプロセス中に化学的に活性であるろう付け化合物内に金属があるためである。いくつかのプロセスでは、ろう付けを真空下で実行する。シリカの場合には、Ｔｉ、またはＩｎ、またはこの２つの組み合わせで作ったろう付け材料を使用してもよい。シリカの活性ろう付けに対して、Ｃｕｓｉｎ−１−ＡＢＡおよびＩｎｃｕｓｉｌ−ＡＢＡなどの合金をしてもよい。これらは比較的低温のろう付け合金であるため、シリカと、平板の金属との間の熱膨張係数の違いに対する感受性が低い。他の事例では、高温のろう付け合金を要求してもよい。

例えば、ろう付け材料を、例えば、箔として、またはペーストとして、平板の表面に貼り付けてもよい。活性ろう材層に吸着材材料を貼り付ける（２０２０）。ろう材が平板の表面を流れて、毛細管作用により平板の表面と吸着材材料の間を流れる液相線温度を超えるまで、ろう材を真空または不活性ガス内で加熱する（２０３０）。その後、ろう材の固相線温度を下回るまで平板を冷却し（２１４０）、このようにして、吸着材を、吸着床を支持する吸着冷却装置の構造と結合する。

場合によっては、吸着材を平板に貼り付けるのに使用するろう材は、平板を一緒に取り付けるのに使用するろう材と同程度の液相線温度と固相線温度とを有していてもよい。これらの場合では、図２１の製造プロセスが役立つ可能性がある。平板の密封構造に第１のろう付け材料を塗布する（２１１０）。吸着床の領域内の平板の少なくとも一部の表面に、吸着材をろう付けするのに適した活性ろう材などの第２のろう付け材料を塗布する（２１２０）。例えば、吸着床領域内の各平板に第２のろう材を塗布してもよく、または一つおきの平板に第２のろう材を塗布してもよい。第２のろう材層に吸着材材料を貼り付ける（２１３０）。隣接する平板の密封構造の間に第１のろう付け材料を配設した状態で、スタック内に平板を組み立てて（２１４０）、隣接する平板の密封構造を接合する。第１および第２のろう付け材料の両方の液相線温度まで、または液相線温度を超える温度まで、平板スタックを加熱する（２１５０）。第１および第２のろう材の固相線温度まで平板スタックを冷却する（２１６０）。このプロセスにより、１回の加熱冷却サイクルを使用して、第１のろう付け材料で密封構造において平板を一緒に取り付けてもよく、および第２のろう付け材料で平板の少なくとも一部の表面に吸着材を取り付けてもよい。

いくつかの実施態様では、図２２のフローチャートで示すように、吸着材を貼り付けるのに使用するろう付けの温度が、スタック内の平板を互いに取り付けるのに使用するろう付けの温度と異なっていてもよい。平板の少なくとも一部の吸着床領域に高温ろう材を塗布できる（２２１０）。高温ろう材に吸着材材料を塗布する（２２２０）。高温ろう材の液相線温度まで平板を加熱して（２２３０）、その後、高温ろう材の固相線温度まで平板を冷却する。

ろう付けされた吸着材を有する平板を含む平板の密封構造に低温ろう材を塗布する（２２４０）。スタック内に平板を組み立てる（２２５０）。低温ろう材の液相線温度まで平板スタックを加熱して（２２６０）、その後、低温ろう材の固相線温度まで平板スタックを冷却する。平板スタックのろう付けが、吸着材材料に対して使用するろう材の液相線温度よりも低い温度で行われるため、平板スタックのろう付けプロセスは平板に吸着材を取り付けることを妨げない。

いくつかの実施態様では、図２３に示すように、吸着材材料と一緒に接着剤またはろう材を含むペーストを形成する（２３１０）ことにより、平板の少なくとも一部の吸着領域への吸着材の取り付けを達成してもよい。例えば、吸着材を取り付けるのにろう材を使用するときには、ペーストは吸着材と、ろう材とを含むであろう。吸着材を取り付けるのにエポキシ樹脂などの接着剤を使用するときには、ペーストはエポキシ樹脂（または他の接着剤）の成分と、吸着材とを含むであろう。平板の吸着床領域にペーストを塗布する（２３２０）。ろう材を使用するときには（第１の選択肢）、ペーストを塗布した後に、ろう材の液相線温度まで平板を加熱して（２３３０）、固相線温度まで平板を冷却する。接着剤を使用するときには（第２の選択肢）、例えば、時間をおくこと、冷却すること、ＵＶ光、および／または他の硬化プロセスなどにより接着剤を硬化させる（２３４０）。吸着材を取り付けた後に、スタック内に平板を組み立てる（２３５０）。

Claims (4)

1. スタック内に配置された複数の平板と、
   前記スタック内の前記平板の隣接する対の冷媒側の間に形成された複数の冷媒通路と、
   前記冷媒通路の中に配設された吸着材材料と、を含む、
   吸着構成要素を含む、
   吸着冷却装置用のサブアセンブリ。
2. 各平板が蒸発部と、吸着部と、凝縮部と、を有しており、前記平板の前記蒸発部が前記吸着冷却装置サブアセンブリの蒸発ユニットを形成し、前記平板の前記吸着部が前記吸着構成要素の吸着ユニットを形成し、前記平板の前記凝縮部が前記吸着冷却装置サブアセンブリの凝縮ユニットを形成するように前記平板を前記スタック内に配置している、請求項１に記載のサブアセンブリ。
3. 各平板が、
   冷媒側および流体側と、
   前記流体側上に配設された蒸発流れ場、吸着流れ場、および凝縮流れ場と、
   前記流体側上に配設され、前記蒸発流れ場を前記吸着流れ場から流体的に切り離すように構成された第１の形状と、
   前記流体側上に配設され、前記吸着流れ場を前記凝縮流れ場から流体的に切り離すように構成された第２の形状と、を含む、請求項１に記載のサブアセンブリ。
4. 平板の露出表面上に配設された流れ形状内に、流れ形状上に、および／または流れ形状のまわりにろう付け材料を配設することと、
   前記ろう付け材料上に吸着材材料を配設することと、
   前記ろう付け材料の液相線温度を超えて前記ろう付け材料を加熱することと、
   前記ろう付け材料を加熱した後に、前記ろう付け材料の固相線温度よりも低く前記ろう付け材料を冷却することと、を含む、
   平板の冷媒側上に吸着材を取り付けることを含み、
   前記取り付けられた吸着材を有する前記平板を平板スタック内に配置することを含み、前記平板スタックは複数の冷媒通路を有する吸着ユニットを形成し、各冷媒通路は隣接する平板の前記冷媒側により囲まれている、
   吸着冷却装置を形成する方法。

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