CN105091407B

CN105091407B - 热泵装置

Info

Publication number: CN105091407B
Application number: CN201510148409.2A
Authority: CN
Inventors: 原木雄; 斋博之
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: US9945596B2; CN105091407A; JP6544563B2; JP2015227771A; US20150323226A1

Abstract

一种热泵装置，具备使制冷剂蒸发的蒸发器、将在蒸发器中蒸发了的制冷剂压缩的电化学压缩机、和使由电化学压缩机压缩了的制冷剂冷凝的冷凝器，构成为将制冷剂以湿蒸气状态从蒸发器向电化学压缩机供给。

Description

热泵装置

技术领域

本申请涉及热泵装置。

背景技术

如果对燃料电池所使用的电解质膜施加电压，则H₂变化为质子(H⁺)，并从电解质膜的一面向另一面移动。此时，质子伴随着水、醇、氨等极性物质在电解质膜之中移动。利用该现象压缩极性物质的气体的技术称为「电化学压缩(Electrochemical Compression)」。应用了电化学压缩的压缩机称为「电化学压缩机(Electrochemical Compressor)」。在专利文献1和2中记载了使用电化学压缩机的热泵装置。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2003-262424号公报

专利文献2：美国专利申请公开第2010/0132386号说明书

发明内容

本申请提供一种用于使使用电化学压缩机的热泵装置的效率提高的技术。

即，本申请提供一种热泵装置，其具备：

蒸发器，其贮留液相的制冷剂即制冷剂液，并且使所述制冷剂蒸发；

压缩机，其将在所述蒸发器中蒸发了的所述制冷剂压缩；

冷凝器，其使由所述压缩机压缩了的所述制冷剂冷凝；和

主回路，其将所述蒸发器、所述压缩机、所述冷凝器以该顺序呈环状地连接，使所述制冷剂循环，

所述蒸发器使所述制冷剂蒸发而产生湿蒸气状态的所述制冷剂，

所述压缩机通过电化学压缩将在所述蒸发器中产生的所述湿蒸气状态的所述制冷剂压缩。

根据本申请，使用电化学压缩机的热泵装置的效率提高。

附图说明

图1是本申请的一实施方式涉及的热泵装置的构成图。

图2是用于说明通过湿压缩产生的压缩功的削减效果的p-h线图。

图3是表示为了产生湿蒸气而由图1所示的热泵装置执行的控制的流程图。

图4是表示基于图3的流程图的控制的制冷剂状态的变化的p-h线图。

图5是变形例1涉及的热泵装置的构成图。

图6是变形例2涉及的热泵装置的构成图。

图7是变形例3涉及的热泵装置的构成图。

图8是变形例4涉及的热泵装置的构成图。

图9是变形例5涉及的热泵装置的构成图。

附图标记说明

2 主回路

4 第1循环路

6 第2循环路

10 蒸发器

11 电化学压缩机

16 冷凝器

18 制冷剂输送路

22 闸门

23 第1检测器

25 第2检测器

28 非冷凝性气体返回路

32 第1泵

33 第1热交换器

34 风扇

42 第2泵

43 第2热交换器

44 风扇

50 控制器

52 起浪装置

53 旁通路

55 阀

63 膨胀阀

65 加湿路

67 加湿阀

100～110 热泵装置

具体实施方式

(成为本申请的基础的见解)

本发明人对使用电化学压缩机的热泵装置进行了锐意研究。其结果得到了以下的见解。

使用容积型压缩机、涡轮型压缩机等机械式压缩机的热泵装置构成为不向压缩机供给湿蒸气。如果向机械式压缩机供给湿蒸气，则阀、气缸、叶轮等构成部件有破损或腐蚀的可能性。因此，使用机械式压缩机的热泵装置被控制为，具有规定的过热度的制冷剂蒸气(过热蒸气)被压缩机吸入。但是，使用电化学压缩机的热泵装置没有这样的要求。因此，本发明人对制冷剂为湿蒸气状态的情况和为过热蒸气状态的情况的每一情况下的电化学压缩机所需的压缩功进行了研究。其结果发现：将制冷剂压缩至规定的压力时，制冷剂为湿蒸气状态的情况下，与制冷剂为过热蒸气状态的情况相比，压缩机所需的压缩功变少。

于是，本发明人基于上述见解完成了以下说明的各方式的发明。

本申请的第1方式涉及的热泵装置，具备：

压缩机，其将在所述蒸发器中蒸发了的所述制冷剂压缩；

冷凝器，其使由所述压缩机压缩了的所述制冷剂冷凝；和

根据第1方式的热泵装置，在通过电化学压缩将制冷剂压缩的电化学压缩机中进行湿压缩。由于电化学压缩机不具有阀等可动部，因此即使进行了湿压缩也无构成部件破损之忧。如果将干压缩(将过热蒸气状态的制冷剂压缩)和湿压缩(将湿蒸气状态的制冷剂压缩)相比，则制冷循环的理论效率，在湿压缩中相对高，在干压缩中相对低。因此，根据第1方式，通过利用电化学压缩机进行湿压缩，能够减少为了将制冷剂压缩至规定的压力而需要的压缩功。能够减少压缩功的原因如后所述，如果考虑p-h线图中的等熵线的斜率则能够容易地理解。由此，能够使使用电化学压缩机的热泵装置的效率提高。

在本申请的第2方式中，第1方式涉及的热泵装置的蒸发器可以在内部具备产生所述湿蒸气状态的所述制冷剂的湿蒸气产生器。能够利用湿蒸气产生器产生具有充分的湿度的制冷剂蒸气。

在本申请的第3方式中，第2方式涉及的热泵装置的所述湿蒸气产生器也可以通过使贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液起泡而产生所述湿蒸气状态的所述制冷剂。根据起泡方式能够从贮留的制冷剂液直接且高效地产生湿蒸气状态的制冷剂。

在本申请的第4方式中，第2或第3方式涉及的热泵装置，可以进一步具备非冷凝性气体返回路，所述非冷凝性气体返回路用与所述主回路分别开的路径将所述压缩机的排出侧的高压空间和所述压缩机的吸入侧的低压空间连结，用于所述电化学压缩，使从所述低压空间移动到所述高压空间的非冷凝性气体从所述高压空间返回到所述低压空间，所述主回路可以包括从所述冷凝器向所述蒸发器输送所述制冷剂的制冷剂输送路，所述非冷凝性气体返回路可以具有位于比贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液的液面靠下的位置的出口，作为所述湿蒸气产生器发挥作用。如果使用非冷凝性气体返回路作为湿蒸气产生器，则不需要附加的部件。也能够节约用于产生湿蒸气状态的制冷剂的能量。

在本申请的第5方式中，第2～第4方式的任一项涉及的热泵装置可以进一步具备循环路，所述循环路具有泵和热交换器，通过所述泵的工作使所述制冷剂在所述蒸发器与所述热交换器之间循环，所述循环路可以具有位于比贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液的液面靠下的位置的出口，并作为所述湿蒸气产生器发挥作用。如果使用循环路作为湿蒸气产生器，则不需要附加的部件。也能够节约用于产生湿蒸气状态的制冷剂的能量。

在本申请的第6方式中，第2～第5方式的任一项涉及的热泵装置的所述湿蒸气产生器，可以通过使贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液的液面起浪而使所述制冷剂的飞沫飞散。通过使贮留在蒸发器中的制冷剂液的液面起浪，能够使制冷剂液的飞沫(制冷剂雾)在蒸发器的内部空间飞散。

在本申请的第7方式中，第1～第6方式的任一项涉及的热泵装置的所述电化学压缩机，可以将所述制冷剂从所述湿蒸气状态压缩至达到过热蒸气状态。根据第7方式，能够充分减少电化学压缩机的压缩功，能够使热泵装置的效率提高。

在本申请的第8方式中，第1方式涉及的热泵装置可以进一步具备第1检测器，所述第1检测器检测由所述压缩机压缩后且在所述冷凝器中冷凝前的所述制冷剂的温度。

在以往的使用机械式压缩机的热泵装置中，通过检测蒸发器中的制冷剂的蒸发温度和压缩机的吸入口处的制冷剂的温度(吸入温度)，能够把握压缩机的吸入口处的制冷剂的状态和制冷剂的过热度。进行膨胀阀等构成部件的控制，使得过热度处于所希望的数值范围，由此能以所希望的制冷循环运行热泵装置。另一方面，在向电化学压缩机供给湿蒸气的情况下，吸入温度与蒸发温度一致。即使检测出吸入温度和蒸发温度，也不能正确地把握电化学压缩机的吸入口处的制冷剂的状态，因此难以以所希望的制冷循环运行热泵装置。

与此相对，第8方式的热泵装置具备第1检测器，所述第1检测器检测由电化学压缩机压缩后且在冷凝器中冷凝前的制冷剂的温度。也就是说，第1检测器检测电化学压缩机的排出口处的制冷剂的温度(排出温度)。由此，排出温度能够用于热泵装置的控制，因此能够使使用电化学压缩机的热泵装置的控制性提高。

在本申请的第9方式中，第8方式涉及的热泵装置可以进一步具备：湿蒸气产生器，其在所述蒸发器的内部产生所述湿蒸气状态的所述制冷剂；和控制器，其基于通过所述第1检测器检测出的所述温度和贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的温度控制所述湿蒸气产生器。根据第9方式，能够向电化学压缩机供给具有适当的湿度的制冷剂蒸气。也就是说，能够用电化学压缩机进行湿压缩地运行热泵装置。

在本申请的第10方式中，第9方式涉及的热泵装置，在将通过所述第1检测器检测出的所述温度定义为第1温度、将贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的所述温度定义为第2温度时，所述控制器可以通过控制所述湿蒸气产生器，在所述第1温度与所述第2温度的温度差为阈值以上的情况下，将应该向所述压缩机供给的所述制冷剂的湿度提高，在所述温度差为零的情况下，将应该向所述压缩机供给的所述制冷剂的湿度降低。根据第10方式，能够将高压侧的制冷剂的过热度(第1温度与第2温度的温度差)控制在适当的范围。换言之，在电化学压缩机中，制冷剂从湿蒸气状态被压缩至达到具有低于阈值的过热度的过热蒸气状态。由此，能够充分减少电化学压缩机的压缩功，能够使热泵装置的效率提高。

在本申请的第11方式中，第9或第10方式涉及的热泵装置，可以进一步具备第2检测器，所述第2检测器配置于贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的液面的下方，检测所述制冷剂液的所述温度。如果第2检测器配置在这样的位置，则能够正确地检测出制冷循环的高压侧的制冷剂的饱和温度，因此能够正确地算出过热度。其结果，热泵装置的控制精度提高。这也有助于热泵装置的效率的提高。

在本申请的第12方式中，第9或第10方式涉及的热泵装置，可以进一步具备第2检测器，所述第2检测器检测所述冷凝器的内部的压力，所述控制器可以基于通过所述第2检测器检测出的所述压力导出贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的所述温度。由于饱和温度与检测出的压力对应，因此能够基于通过第2检测器检测出的压力，导出贮留在冷凝器中的制冷剂液的温度。

在本申请的第13方式中，提供根据第12方式所述的热泵装置，所述第2检测器配置于贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的液面的上方。如果检测出液面的上方的空间的压力，则不需要考虑制冷剂液的贡献。因此，能够正确地检测饱和温度。

在本申请的第14方式中，第8～第13方式的任一项涉及的热泵装置的所述第1检测器，可以配置于能够检测出由所述压缩机压缩了的所述制冷剂的到达温度的位置。如果第1检测器配置在这样的位置，则能够正确地检测出电化学压缩机的排出温度，因此能够正确地算出过热度。其结果，热泵装置的控制精度提高。这也有助于热泵装置的效率的提高。

在本申请的第15方式中，第8～第13方式的任一项涉及的热泵装置的所述第1检测器可以在所述主回路中配置于所述压缩机的排出侧的、所述压缩机与所述冷凝器之间。

在本申请的第16方式中，第8～第13方式的任一项涉及的热泵装置的所述压缩机可以具备电解质膜、第1电极、和第2电极，所述第1电极配置于所述电解质膜的第1主面侧，包含导电性基材和担载于所述导电性基材上的催化剂，所述第2电极包含导电性基材和担载于所述导电性基材上的催化剂。

在本申请的第17方式中，第16方式涉及的热泵装置的所述压缩机可以在所述第1电极和所述第2电极间施加电压，使从所述蒸发器供给的所述湿蒸气状态的所述制冷剂透过所述电解质膜而变化为过热蒸气状态的所述制冷剂。

在本申请的第18方式中，第8～第17方式的任一项涉及的热泵装置的所述制冷剂可以是常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。

以下，对本申请的实施方式，参照附图进行说明。本申请不限于以下的实施方式。

如图1所示，本实施方式的热泵装置100，具备主回路2、第1循环路4、第2循环路6、和非冷凝性气体返回路28。第1循环路4的两端与主回路2连接。第2循环路6的两端也与主回路2连接。在主回路2、第1循环路4、和第2循环路6中作为工作流体填充有制冷剂和非冷凝性气体。制冷剂是冷凝性流体。非冷凝性气体是在电化学上有活性的气体，为了在主回路2中压缩制冷剂而使用。

在本实施方式中，作为在电化学上有活性的非冷凝性气体，使用了氢气。因此，能够利用比重差将氢气和制冷剂分离。作为制冷剂，使用了极性物质。详细而言，作为制冷剂，可以使用水、醇、氨等自然制冷剂。自然制冷剂的使用，从臭氧层的保护、全球温室化的防止等环境保护的观点出发是优选的。作为醇，可举出甲醇、乙醇等低级醇。水和醇是常温(日本工业标准：20℃±15℃/JIS Z8703)下的饱和蒸气压为负压(以绝对压力计，比大气压低的压力)的制冷剂。如果使用常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂，则在热泵装置100运行时，热泵装置100的内部的压力低于大气压。在使用氨作为制冷剂的情况下，热泵装置100能够在例如蒸发器10和冷凝器16的内部的压力为比大气压高的压力的条件下运行。上述的制冷剂可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。由于防止冻结等的理由，在制冷剂中可以含有防冻剂。作为防冻剂，能够使用乙二醇、丙二醇等醇。作为含有防冻剂的制冷剂，可举出水与醇的混合制冷剂。醇作为制冷剂也能够发挥作用。

主回路2是使制冷剂循环的回路，具有蒸发器10、电化学压缩机11、冷凝器16、制冷剂输送路18。制冷剂依次通过蒸发器10、电化学压缩机11、冷凝器16、和制冷剂输送路18。主回路2可以具有蒸气路径(省略图示)，所述蒸气路径用于将在蒸发器10中生成的制冷剂蒸气用电化学压缩机11压缩并且向冷凝器16供给。该情况下，电化学压缩机11配置于蒸气路径中。

电化学压缩机11使用在电化学上有活性的非冷凝性气体，将在蒸发器10中蒸发了的制冷剂压缩。具体而言，电化学压缩机11具有电解质膜13(电解质层)、第1电极12、和第2电极14。即，电化学压缩机11具有在固体高分子型燃料电池中使用的膜-电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)的结构。电解质膜13是例如Nafion(ナフィオン，デュポン公司的注册商标)之类的全氟磺酸膜。第1电极12配置于电解质膜13的第1主面侧。第2电极14配置于电解质膜13的第2主面侧。第1电极12和第2电极14分别采用例如碳布之类的导电性基材、和担载于导电性基材上的催化剂构成。催化剂可以为例如包含贵金属的贵金属催化剂。第1电极12和第2电极14分别具有使制冷剂的分子和非冷凝性气体的分子透过的性质。电化学压缩机11向第1电极12和第2电极14间施加电压，使从蒸发器供给的湿蒸气状态的制冷剂透过电解质膜变化为过热蒸气状态的制冷剂。

在本说明书中，所谓「在电化学上有活性的气体」意味着具有能够伴随着极性物质在电解质膜13之中从一面移动到另一面的能力的气体。所谓「非冷凝性气体」意味着在热泵装置100的常识性的运行条件、例如-25℃以上的温度且低于2MPa的压力下处于气相状态的物质的气体。

蒸发器10例如由具有隔热性的耐压容器形成。第1循环路4的上游端和下游端连接在蒸发器10上。贮留在蒸发器10中的制冷剂液，与通过在第1循环路4中循环而被加热了的制冷剂液直接接触。也就是说，贮留在蒸发器10中的制冷剂液的一部分在第1循环路4中被加热，作为加热饱和状态的制冷剂液的热源使用。通过加热饱和状态的制冷剂液而生成制冷剂蒸气。

在蒸发器10的内部配置有上部开口的小型的容器26。在容器26的内部配置有多孔性的充填材料24。第1循环路4的下游端从蒸发器10的上部向容器26延伸，使得将制冷剂液向充填材料24喷雾。通过将制冷剂液向容器26之中的充填材料24喷雾，气液界面的面积增加，由此能够促进制冷剂蒸气的生成。制冷剂液的一部分，从形成于容器26底部的孔流落到下方，并贮留在蒸发器10中。再者，只要能实现高效的制冷剂蒸气的生成，充填材料24和容器26就不是必需的。

第1循环路4由流路30、流路31、第1泵32、和第1热交换器33构成。蒸发器10的底部与第1热交换器33的入口通过流路30连接。第1热交换器33的出口与蒸发器10的上部通过流路31连接。在流路30中配置有第1泵32。第1热交换器33由翅片管热交换器等公知的热交换器形成。通过第1泵32的工作，制冷剂在蒸发器10与第1热交换器33之间循环。在热泵装置100为空调装置的情况下，第1热交换器33配置于室内。在进行室内的制冷的情况下，通过风扇34向第1热交换器33供给室内的空气，在第1热交换器33中室内的空气被制冷剂液冷却。

第1循环路4可以构成为，贮留在蒸发器10中的制冷剂液不与在第1循环路4中循环的其它热介质混合。例如，在蒸发器10具有如壳管热交换器那样的热交换结构的情况下，能够通过在第1循环路4中循环的其它热介质将贮留在蒸发器10中的制冷剂液加热使其蒸发。用于将贮留在蒸发器10中的制冷剂液加热的其它热介质在第1热交换器33中流动。其它热介质不作特别限定。作为其它热介质，可以使用水、盐水(brine)等。

冷凝器16例如由具有隔热性的耐压容器形成。第2循环路6的上游端和下游端连接在冷凝器16上。由电化学压缩机11压缩了的制冷剂蒸气，与通过在第2循环路6中循环而被冷却了的制冷剂液直接接触。也就是说，贮留在冷凝器16中的制冷剂液的一部分在第2循环路6中被冷却，作为冷却制冷剂蒸气的冷却源使用。通过冷却制冷剂蒸气而生成高温的制冷剂液。

在冷凝器16的内部，与蒸发器10同样地配置有小型的容器26，该容器26配置有多孔性的充填材料24。通过将制冷剂液向容器26之中的充填材料24喷雾，气液界面的面积增加，由此能够促进制冷剂的冷凝。制冷剂液的一部分从形成于容器26底部的孔流落到下方，并贮留在冷凝器16中。再者，只要能实现高效的制冷剂蒸气的冷凝，充填材料24和容器26就不是必需的。

第2循环路6由流路40、流路41、第2泵42和第2热交换器43构成。冷凝器16的底部与第2热交换器43的入口通过流路40连接。第2热交换器43的出口与冷凝器16的上部通过流路41连接。在流路40中配置有第2泵42。第2热交换器43由翅片管热交换器等公知的热交换器形成。通过第2泵42的工作，制冷剂在冷凝器16与第2热交换器43之间循环。在热泵装置100为空调装置的情况下，第2热交换器43配置于室外。在进行室内的制冷的情况下，通过风扇44向第2热交换器43供给室外的空气，在第2热交换器43中制冷剂液被室外的空气冷却。

与第1循环路4同样，第2循环路6可以构成为，贮留在冷凝器16中的制冷剂液不与在第2循环路6中循环的其它热介质混合。例如，在冷凝器16具有如壳管热交换器那样的热交换结构的情况下，能够利用在第2循环路6中循环的其它热介质将供给到冷凝器16的制冷剂蒸气冷却并使其冷凝。用于将供给到冷凝器16的制冷剂蒸气冷却的其它热介质在第2热交换器43中流动。

再者，热泵装置100为冷却器(chiler)、热水供暖装置或水冷式冷凝器时，第1热交换器33和/或第2热交换器43可以是在盐水、水等热介质与制冷剂之间产生热交换的液-液热交换器。

在本实施方式中，使用第1循环路4加热贮留在蒸发器10中的制冷剂液，使用第2循环路6冷却贮留在冷凝器16中的制冷剂液。这样，根据使制冷剂液在第1循环路4和第2循环路6中强制性地循环的方式，能够极力减小热交换器33和43中的非冷凝性气体的影响。但是，作为热交换器33和43，也可以使用在传热管内部使制冷剂蒸发、或在传热管内部使制冷剂冷凝的通常的热交换器，来代替使液态制冷剂循环的热交换器。

如图1所示，制冷剂输送路18是用于将制冷剂(详细地讲为制冷剂液)从冷凝器16向蒸发器10输送的流路。蒸发器10的底部与冷凝器16的底部通过制冷剂输送路18连接。在制冷剂输送路18中可以设有毛细管、开度可变的膨胀阀等。

非冷凝性气体返回路28是与制冷剂输送路18分别开的路径，构成为将电化学压缩机11的排出侧的高压空间与电化学压缩机11的吸入侧的低压空间连接，并使非冷凝性气体从高压空间返回到低压空间。由于非冷凝性气体通过非冷凝性气体返回路28从高压空间返回到低压空间，因此能够防止作为用于压缩制冷剂的工作流体的非冷凝性气体不足。换言之，能够减少非冷凝性气体的使用量(非冷凝性气体向热泵装置100的填充量)。另外，能够抑制成为传热的主要阻碍因素的非冷凝性气体流入到制冷剂液进行循环的热交换器33和43中，因此能够提高热泵装置100的效率。在本实施方式中，非冷凝性气体返回路28与冷凝器16和蒸发器10直接连接，将冷凝器16的内部空间(高压空间)与蒸发器10的内部空间(低压空间)连接。

在非冷凝性气体返回路28中设有闸门22，该闸门22具有维持高压空间与低压空间之间的压力差的能力、和使非冷凝性气体从高压空间返回到低压空间的能力。通过维持高压空间与低压空间之间的压力差，能够在使非冷凝性气体从高压空间返回到低压空间的同时，继续热泵装置100的运行。

具体而言，作为闸门22，可以使用毛细管、流量调整阀、或开闭阀。毛细管的优点是不需要特别的控制。在使用开闭阀作为闸门22的情况下，通过定期地开放开闭阀，能够使蓄积在高压空间中的非冷凝性气体返回到低压空间。在开闭阀关闭的期间，制冷剂和非冷凝性气体不能通过非冷凝性气体返回路28，因此热泵装置100能够高效地运行。流量调整阀的优点是通过变更开度，能够调整非冷凝性气体返回路28中的非冷凝性气体的流量。流量调整阀和开闭阀的型式可以是电动式、空气驱动式或油压驱动式。可以根据情况而以与开闭阀相同的目的使用流量调整阀。再者，也可以使用从毛细管、流量调整阀和开闭阀中任意选择的多个构成部件的组合来作为闸门22。此外，也可以使用相同种类的多个构成部件作为闸门22。

另外，如果使用氢作为非冷凝性气体气体，则作为闸门22能够使用具有使氢选择性地透过的能力的氢透过膜。作为氢透过膜，已知例如沸石膜和钯膜(包括钯合金膜)。钯膜通过用加热器充分加热而使氢选择性地透过。如果使用这些氢透过膜，则能够切实地防止制冷剂蒸气通过非冷凝性气体返回路28从高压空间返回到低压空间。

非冷凝性气体返回路28具有与冷凝器16的上部连接的一端。在冷凝器16中，制冷剂被冷却，冷凝。非冷凝性气体由于比重差而容易贮留在冷凝器16的上部的空间。因此，如果非冷凝性气体返回路28与冷凝器16的上部连接，则非冷凝性气体容易从冷凝器16的内部空间(高压空间)向非冷凝性气体返回路28推进。

非冷凝性气体的比重和制冷剂蒸气的比重，用在热泵装置100运行中的冷凝器16内部的值进行比较。具体而言，「非冷凝性气体的比重」，能够在冷凝器16的内部的温度处于特定的温度、且在冷凝器16的内部非冷凝性气体具有任意的分压时，由该温度和该分压下的非冷凝性气体的密度算出。同样地，「制冷剂蒸气的比重」，能够在冷凝器16的内部的温度处于特定的温度时，由该温度下的制冷剂的饱和蒸气压下的制冷剂蒸气的密度算出。「特定的温度」意味着在热泵装置100进行稳态运行时的冷凝器16的内部制冷剂能够取得的任意的温度。「比重」这个术语作为表示非冷凝性气体或制冷剂蒸气的密度相对于例如空气的密度(0℃、1个大气压下的值)的比率的术语使用。

在本实施方式中，确定电化学压缩机11、冷凝器16和蒸发器10的位置关系使得电化学压缩机11位于相比于由冷凝器16保持的制冷剂的液面和由蒸发器10保持的制冷剂的液面靠铅垂方向的上方的位置。根据这样的构成，电化学压缩机11容易吸入非冷凝性气体。

在本实施方式中，热泵装置100构成为将制冷剂以湿蒸气状态从蒸发器10向电化学压缩机11供给。因此，在电化学压缩机11中，进行所谓的湿压缩。由于电化学压缩机11不具有阀等构成部件，因此即使进行湿压缩也不无构成部件破损之忧。另外，如果将干压缩与湿压缩相比，则制冷循环的理论效率，在湿压缩中相对高，在干压缩中相对低。因此，通过用电化学压缩机11进行湿压缩，能够减少为了将制冷剂压缩至规定的压力而需要的压缩功。由此，能够使热泵装置100的效率提高。

如图2所示，热泵装置100中的制冷剂的状态(温度和压力)，沿着例如将点A、点B、点C和点D连结的线变化。压缩过程用将点A和点B连结的线表示。在压缩开始时，制冷剂处于用点A特定的湿蒸气状态(气液双相状态)。在电化学压缩机11中，进行湿压缩，制冷剂的状态，从用点A特定的状态向用点B特定的状态变化。在该压缩过程中，需要压缩功Δh1。

另一方面，进行干压缩的以往的热泵装置中的制冷剂的状态，沿着例如将点E、点F、点C和点D连结的线变化。压缩过程用将点E和点F连结的线表示。在压缩开始时，制冷剂处于用点E特定的过热蒸气(干蒸气)的状态(过热状态)。在压缩机中，进行干压缩，制冷剂的状态，从用点E特定的状态向用点F特定的状态变化。在该压缩过程中，需要压缩功Δh2。

如本领域技术人员所知，压缩过程在理论上沿着等熵线进行。等熵线的倾斜度在高焓侧相对平缓，在低焓侧相对陡峭。因此，压缩功Δh1小于压缩功Δh2。因此，根据本实施方式，能够减少为了将制冷剂压缩至规定的压力而需要的压缩功。由此，能够使热泵装置100的效率提高。

另外，点B的温度比点F的温度充分低。使用水作为制冷剂时，例如点B的温度为57℃，点F的温度为280℃。因此，根据本实施方式，能够防止由热导致的各种影响，例如，能够防止由于热而使电化学压缩机11的构成部件的劣化加快。其结果，能够提供可靠性高的热泵装置100。另外，能够削减为了在冷凝器16中将制冷剂的温度从点F降低至点B而需要的冷却热量。也就是说，与进行干压缩的情况相比，为了冷凝而需要的散热量减少，因此也有能够将冷凝器16和热交换器43小型化的可能性。

为了从蒸发器10向电化学压缩机11供给湿蒸气状态的制冷剂，优选热泵装置100具备湿蒸气产生器，所述湿蒸气产生器在蒸发器10中产生湿蒸气状态的制冷剂。能够通过湿蒸气产生器产生具有充分的湿度的制冷剂蒸气。湿蒸气产生器的形式不作特别限定。在一例中，湿蒸气产生器通过使贮留在蒸发器10的制冷剂液起泡而产生湿蒸气状态的制冷剂。能够根据起泡方式由贮留的制冷剂液直接且高效地产生湿蒸气状态的制冷剂。

如图1所示，在本实施方式中，非冷凝性气体返回路28作为湿蒸气产生器发挥作用。非冷凝性气体返回路28具有位于比贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面靠下的位置的出口28a。换言之，形成非冷凝性气体返回路28的配管延伸至制冷剂液之中。另外，非冷凝性气体返回路28具有向冷凝器16的内部空间开口的入口28b。通过出口28a与入口28b之间的压力差，非冷凝性气体通过非冷凝性气体返回路28从冷凝器16返回到蒸发器10。此时，非冷凝性气体使贮留在蒸发器10中的制冷剂液起泡。由此，雾状的制冷剂液(制冷剂雾)在蒸发器10的内部空间飞散，向电化学压缩机11供给包含气相的制冷剂和液相的制冷剂的气液双相制冷剂。如果使用非冷凝性气体返回路28作为湿蒸气产生器，则不需要附加的部件。也能够节约用于产生湿蒸气状态的制冷剂的能量。

如果调整通过非冷凝性气体返回路28从冷凝器16向蒸发器10返回的非冷凝性气体的量，则能够调整由起泡产生的制冷剂雾的量。由此，能够调整应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度。通过调整应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度，能够控制压缩过程，进而能够以所希望的制冷循环运行热泵装置100。

为了调整非冷凝性气体返回路28中的非冷凝性气体的流量，优选设置于非冷凝性气体返回路28中的闸门22包含流量调整阀。

在以往的热泵装置中，通过检测蒸发器中的制冷剂的蒸发温度和压缩机的吸入口处的制冷剂的温度(吸入温度)，能够把握压缩机的吸入口处的制冷剂的状态和制冷剂的过热度。进行膨胀阀等构成部件的控制，使得过热度处于所希望的数值范围，由此能以所希望的制冷循环运行热泵装置。另一方面，在以湿蒸气状态向电化学压缩机供给制冷剂的情况下，吸入温度与蒸发温度一致。由于即使检测吸入温度和蒸发温度也不能正确地把握电化学压缩机的吸入口处的制冷剂的状态，因此难以以所希望的制冷循环运行热泵装置。为了解决该课题，本实施方式的热泵装置100如以下那样构成。

如图1所示，热泵装置100进一步具备第1检测器23、第2检测器25、和控制器50。第1检测器23是检测由电化学压缩机11压缩后且在冷凝器16中冷凝前的制冷剂的温度的检测器。第2检测器25是检测贮留在冷凝器16中的制冷剂液的温度的检测器。换言之，第2检测器25是检测制冷循环的高压侧的制冷剂的饱和温度(冷凝温度)的检测器。通过第1检测器23检测出的温度与通过第2检测器25检测出的温度之差，表示制冷循环的高压侧的制冷剂的过热度。因此，能够基于这些温度之差调整应该向电化学压缩机11供给的制冷剂的湿度。

在本实施方式中，检测器23和25分别为温度传感器。能够通过检测器23和25正确地检测这些检测器23和25所配置的位置的制冷剂的温度、以及制冷剂的过热度。第1检测器23配置于能够检测由电化学压缩机11压缩了的制冷剂的到达温度的位置。第1检测器23例如配置于电化学压缩机11的排出侧的电极14附近(面对电极14的位置)。另外，例如第1检测器23在主回路2中，配置于电化学压缩机11的排出侧的、电化学压缩机11与冷凝器16之间。如果在这样的位置配置第1检测器23，则能够正确地检测电化学压缩机11的排出温度，因此能够正确地算出过热度。其结果，热泵装置100的控制精度提高。这也有助于热泵装置100的效率的提高。另外，第1检测器23只要能够检测由电化学压缩机11压缩了的制冷剂的到达温度，就也可以配置于所述压缩机的排出侧的高压空间内部。

第2检测器25例如配置于贮留在冷凝器16中的制冷剂液的液面的下方。第2检测器25，典型是配置于冷凝器16的底部附近。如果在这样的位置配置第2检测器25，则能够正确地检测制冷循环的高压侧的制冷剂的饱和温度，因此能够正确地算出过热度。其结果，热泵装置100的控制精度提高。这也有助于热泵装置100的效率的提高。但是，只要能够检测贮留在冷凝器16中的制冷剂液的温度，第2检测器25的位置就不作特别限定。例如，在贮留在冷凝器16中的制冷剂液与第2循环路6的流路40中的制冷剂液的温度大致一致的情况、或能够由第2循环路6的流路40中的制冷剂液的温度推定贮留在冷凝器16中的制冷剂液的温度的情况下，第2检测器25也可以配置于能够检测流路40中的制冷剂液的温度的位置。

另外，第2检测器25也可以是检测冷凝器16内部的压力的检测器。也就是说，作为第2检测器25，能够使用压力传感器。由于饱和温度与检测出的压力对应，因此能够基于通过第2检测器25检测出的压力，导出贮留在冷凝器16中的制冷剂液的温度。即使第2检测器25为压力传感器，也能得到与第2检测器25为温度传感器时相同的结果。

第2检测器25是检测冷凝器16内部的压力的检测器时，优选第2检测器25配置于贮留在冷凝器16中的制冷剂液的液面的上方。具体而言，优选第2检测器25配置于铅垂方向上的电化学压缩机11的下端的上方。例如，能够将第2检测器25配置在与第1检测器23相同的位置。在图1所示的位置检测压力的情况下，需要将制冷剂液的贡献考虑在内。与此相对，如果检测液面的上方的空间的压力，则不需要将制冷剂液的贡献考虑在内。因此，能够正确地检测饱和温度。

控制器50是包含例如A/D转换电路、输入输出电路、运算电路、存储装置等的DSP(数字信号处理器：Digital Signal Processor)。信号从第1检测器23和第2检测器25输入到控制器50。控制器50基于检测器23和25的检测结果控制湿蒸气产生器(在本实施方式中为非冷凝性气体返回路28)。控制器50也可以是控制电化学压缩机11、第2泵42等的除了湿蒸气产生器以外的构成部件的控制器。

接着，对热泵装置100的运行进行说明。

如图1所示，由电化学压缩机11压缩了的制冷剂蒸气，在冷凝器16中通过与由第2热交换器43过冷却了的制冷剂液进行热交换而冷凝。在冷凝器16中冷凝了的制冷剂液的一部分，经由制冷剂输送路18被输送到蒸发器10中。贮留在蒸发器10中的制冷剂液的一部分，通过第1泵32向第1热交换器33供给。制冷剂液在第1热交换器33中从室内的空气夺取热量后，返回到蒸发器10。贮留在蒸发器10中的制冷剂液通过在减压下的沸腾而蒸发。在蒸发器10中生成了的制冷剂蒸气被吸入到电化学压缩机11中。由此，进行例如室内的制冷。

为了产生湿蒸气，控制器50定期地执行图3的流程图的各处理。将由电化学压缩机11压缩后且在冷凝器16中冷凝前的制冷剂的温度定义为第1温度T1，将贮留在冷凝器16中的制冷剂液的温度定义为第2温度T2。第1温度T1是通过第1检测器23检测出的温度。第2温度T2是通过第2检测器25检测出的温度。基于第1温度T1和第2温度T2控制湿蒸气产生器(在本实施方式中为非冷凝性气体返回路28)。由此，能够向电化学压缩机11供给具有适当的湿度的制冷剂蒸气。

首先，在步骤S1中，控制器50取得第1温度T1和第2温度T2。接着，在步骤S2中，算出第1温度T1与第2温度T2的温度差ΔT。温度差ΔT大于零时，温度差ΔT表示制冷剂的过热度。接着，在步骤S3中，判断温度差ΔT是否为阈值T_SH以上。

如图4所示，阈值T_SH表示允许的过热度。阈值T_SH根据制冷剂的种类、热泵装置100的用途等而设定。在制冷剂的主成分为水时，阈值T_SH为例如20℃。

在温度差ΔT为阈值T_SH以上的情况下，在步骤S4中，执行用于提高应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度的处理。具体而言，控制作为湿蒸气产生器的非冷凝性气体返回路28(详细地讲，返回路28的闸门22)，使得提高制冷剂蒸气的湿度。在闸门22是流量调整阀时，通过增加其开度，非冷凝性气体返回路28中的非冷凝性气体的流量增加。其结果，由起泡引起的制冷剂雾的产生量增加，制冷剂蒸气的湿度提高。

如图4所示，即使温度差ΔT为阈值T_SH以上，在电化学压缩机11的吸入口制冷剂也能够处于湿蒸气状态。而且，也能够特定电化学压缩机11的吸入口和排出口处的制冷剂的状态(温度和压力)。因此，在控制制冷循环方面没有问题。但是，如参照图2说明了的那样，为了充分减少压缩功，优选控制热泵装置100，使得高压侧的制冷剂的过热度(温度差ΔT)处于适当的范围。

另一方面，在温度差ΔT低于阈值T_SH的情况下，在步骤S5中，判断温度差ΔT是否为零。在温度差ΔT不为零的情况下，温度差ΔT大于零且小于阈值T_SH。也就是说，高压侧的制冷剂的过热度是适当的。在温度差ΔT为零的情况下，执行用于降低应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度的处理。具体而言，将作为闸门而设置于非冷凝性气体返回路28中的流量调整阀的开度减小。由此，非冷凝性气体返回路28中的非冷凝性气体的流量减少。其结果，由起泡引起的制冷剂雾的产生量减少，制冷剂蒸气的湿度降低。

根据图3所示的控制，能基于电化学压缩机11的排出口处的制冷剂的状态运行热泵装置100。即使电化学压缩机11的吸入口处的制冷剂的状态为湿蒸气状态，也能够以所希望的制冷循环运行热泵装置100。也就是说，根据图3所示的控制，热泵装置100的控制性提高。控制电化学压缩机11的排出口处的制冷剂的状态，由此能够将电化学压缩机11的吸入口处的制冷剂的状态保持为理想的湿蒸气状态。

根据图3所示的控制，能够将高压侧的制冷剂的过热度(温度差ΔT)控制在适当的范围内。换言之，在电化学压缩机100中，制冷剂从湿蒸气状态被压缩至达到具有低于阈值T_SH的过热度的过热蒸气状态。由此，能够充分地减少电化学压缩机11的压缩功，能够使热泵装置100的效率提高。

如图1所示，在第1循环路4和第2循环路6分别与蒸发器10和冷凝器16连接时，第1循环路4和第2循环路6分别作为加热制冷剂的吸热回路和冷却制冷剂的散热回路发挥作用。另一方面，通过切换向电化学压缩机11施加的电压的极性，蒸发器10和冷凝器16相互替换。该情况下，第1循环路4和第2循环路6分别作为冷却制冷剂的散热回路和加热制冷剂的吸热回路发挥作用。如果适当地确定相对于制冷剂液的液面的非冷凝气体返回路28的出口28a和入口28b(一端和另一端)的位置，则即使通过切换向电化学压缩机11施加的电压的极性来相互地切换制冷和供暖，也能够使用非冷凝气体返回路28来作为湿蒸气产生器。

以下，对热泵装置的几个变形例进行说明。对在图1所示的热泵装置100和各变形例中共同的要素附加相同的参照标记，并省略其说明。即，关于热泵装置100的说明，只要在技术上不矛盾，就也能够适用于以下的变形例。

(变形例1)

如图5所示，在本变形例涉及的热泵装置102中，第1循环路4作为湿蒸气产生器使用。第1循环路4具有位于贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面的下方的出口4a。换言之，形成第1循环路4的配管延伸至制冷剂液之中。制冷剂的一部分在第1热交换器33中气化的情况下，能够利用气相的制冷剂使制冷剂液起泡。如果使用第1循环路4作为湿蒸气产生器，则不需要附加的部件。也能够节约用于产生湿蒸气状态的制冷剂蒸气的能量。

在本变形例中，通过控制第1循环路4的泵32和/或用于向第1热交换器33输送空气的风扇34，能够调整制冷剂蒸气的湿度。在需要提高制冷剂蒸气的湿度时，增加泵32的转速和/或减少风扇34的转速。如果增加泵32的转速，则起泡的强度增加，制冷剂雾的产生量也增加。如果减少风扇34的转速，则在第1热交换器33中气化的制冷剂的量减少。该情况下，由于在具有相对大的湿度的气液双相制冷剂中进行起泡，因此制冷剂雾的产生量增加。另一方面，在需要降低制冷剂蒸气的湿度时，减少泵32的转速和/或增加风扇34的转速。如果减少泵32的转速，则起泡的强度减弱，制冷剂雾的产生量也减少。如果增加风扇34的转速，则在第1热交换器33中气化的制冷剂的量增加。该情况下，由于在具有相对小的湿度的气液双相制冷剂中进行起泡，因此制冷剂雾的产生量减少。

(变形例2)

如图6所示，本变形例涉及的热泵装置104，作为湿蒸气产生器，进一步具备使贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面起浪的起浪装置52。通过使贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面起浪(或摇动)，能够使制冷剂液的飞沫(制冷剂雾)在蒸发器10的内部空间飞散。在本实施方式中，作为起浪装置52使用了螺旋桨52。螺旋桨52的一部分位于液面的下方，螺旋桨52的剩余部分位于液面之上。但是，只要能够使制冷剂液的液面起浪，起浪装置52就不限于螺旋桨52。例如，能够使用使液面振动的振子、例如超声波振子等来作为起浪装置52。

通过控制起浪装置52，能够调整制冷剂蒸气的湿度。在需要提高制冷剂蒸气的湿度时，控制起浪装置52使得在蒸发器10的内部空间飞散的制冷剂雾的量增加。在本变形例中，增加螺旋桨52的转速。在需要降低制冷剂蒸气的湿度时，控制起浪装置52使得在蒸发器10的内部空间飞散的制冷剂雾的量减少。具体而言，减少螺旋桨52的转速。

在本变形例中，非冷凝性气体返回路28具有向冷凝器16的上部的空间开口的一端、和向蒸发器10的上部的空间开口的另一端。该情况下，能够简单地切换制冷和供暖。也就是说，不需要用于切换制冷和供暖的特别的结构。通过切换向电化学压缩机11施加的电压的极性，蒸发器10和冷凝器16相互替换，由此能够简单地切换制冷和供暖。也可以在冷凝器16的内部也设置起浪装置52。

(变形例3)

如图7所示，在本变形例涉及的热泵装置106中，第1循环路4作为湿蒸气产生器使用。但是，在本变形例中，第1循环路4的出口4a位于贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面的上方。换言之，形成流路31的配管的端部位于制冷剂液的液面的上方。第1循环路4构成为，制冷剂的一部分在第1热交换器33中气化，气液双相状态的制冷剂从第1热交换器33向蒸发器10返回。具体而言，确定第1热交换器的大小、第1循环路4中的制冷剂的循环量(质量流量)等，使得气液双相状态的制冷剂从第1热交换器33向蒸发器10返回。通过将气液双相状态的制冷剂从第1循环路的出口4a向蒸发器10的内部空间喷雾，能够向电化学压缩机11供给湿蒸气状态的制冷剂蒸气。如果使用第1循环路4作为湿蒸气产生器，则不需要附加的部件。也能够节约用于产生湿蒸气状态的制冷剂蒸气的能量。

本变形例的热泵装置106进一步具备第3检测器35。第3检测器35是检测流路31中的制冷剂的温度和压力的检测器。第3检测器35，典型包含温度传感器和压力传感器。如果检测出流路31中的制冷剂的温度和压力，则能够判断制冷剂是否处于过冷却状态、气液双相状态和过热状态中的任一状态。在检测出的温度比对应于检测出的压力的饱和温度低时，制冷剂处于过冷却状态。在检测出的温度与对应于检测出的压力的饱和温度一致时，制冷剂处于气液双相状态。在检测出的温度比对应于检测出的压力的饱和温度高时，制冷剂处于过热状态。因此，在需要提高制冷剂蒸气的湿度时、或需要降低制冷剂蒸气的湿度时，应该根据流路31中的制冷剂的状态执行必要的处理。

例如，假定在流路31中制冷剂处于气液双相状态。在需要提高应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度时，增加泵32的转速和/或减少风扇34的转速。于是，流路31中的制冷剂的湿度提高，因此从出口4a雾状喷出的制冷剂中所含的制冷剂液的比例增加。其结果，向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度也提高。另一方面，在需要降低应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度时，减少泵32的转速和/或增加风扇34的转速。于是，流路31中的制冷剂的湿度降低，因此从出口4a雾状喷出的制冷剂中所含的制冷剂液的比例减少。其结果，向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度也降低。

(变形例4)

如图8所示，在本变形例涉及的热泵装置108中，进一步具备旁通路53。在旁通路53中设有阀55。阀55可以是开闭阀，也可以是流量调整阀。旁通路53的一端(入口)和另一端(出口)，分别与第1热交换器33和非冷凝性气体返回路28连接。详细地讲，第1热交换器33具有多个分支流路33a、33b和33c。旁通路53的一端连接于相对于风扇34位于最上风侧的、分支流路33a的下游部分。分支流路33a是在第1热交换器33之中最高效地进行热交换的部分。在分支流路33a中，制冷剂被充分加热至干度大的气液双相状态或过热状态。制冷剂从第1热交换器33的分支流路33a排出，并通过旁通路53，被供给到非冷凝性气体返回路28中的比闸门22靠下游侧的部分中。供给到非冷凝性气体返回路28的制冷剂能够用于起泡。通过阀55的开闭或变更阀55的开度，能够变更起泡的强度。也就是说，根据本变形例，并不需要为了变更起泡的强度而进行闸门22的控制。因此，容易将蒸发器10内部的非冷凝性气体的浓度保持为最合适的值。再者，旁通路53的出口也可以位于制冷剂液的液面的下方。

(变形例5)

如图9所示，本变形例涉及的热泵装置110构成为，使与填充到主回路2中的制冷剂不同的热介质在第1循环路4和第2循环路6中循环。也就是说，第1循环路4和第2循环路6分别与主回路2隔离。第1循环路4和第2循环路6分别具有热交换部4k和6k。热交换部4k配置于蒸发器10的内部。热交换部6k配置于冷凝器16的内部。在热交换部4k处，在第1循环路4中流动的热介质和贮留在蒸发器10中的制冷剂液进行热交换。在热交换部6k处，在第2循环路6中流动的热介质和贮留在冷凝器16中的制冷剂液进行热交换。

在本变形例的热泵装置110中，制冷剂输送路18作为湿蒸气产生器使用。在本变形例中，制冷剂输送路18的出口18a位于贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面的上方。换言之，形成制冷剂输送路18的配管的端部位于制冷剂液的液面的上方。另外，在制冷剂输送路18中设有开度可变的膨胀阀63。制冷剂在膨胀阀63中被减压，从液相状态向气液双相状态变化。因此，气液双相状态的制冷剂从冷凝器16供给到蒸发器10。通过将气液双相状态的制冷剂从制冷剂输送路18的出口18a向蒸发器10的内部空间喷雾，能够向电化学压缩机11供给湿蒸气状态的制冷剂。如果使用制冷剂输送路18作为湿蒸气产生器，则不需要附加的部件。也能够节约用于产生湿蒸气状态的制冷剂的能量。

热泵装置110进一步具备作为湿蒸气产生器发挥作用的加湿路65。加湿路65的一端(入口)与冷凝器16(详细地讲，冷凝器16的底部)连接。加湿路65的另一端(出口65a)位于贮留在蒸发器10中的制冷剂液的液面的上方。换言之，形成加湿路65的配管的端部位于制冷剂液的液面的上方。加湿路65的出口65a，详细地讲，位于电化学压缩机11的吸入口附近。另外，在加湿路65中设有开度可变的加湿阀67(膨胀阀)。制冷剂在加湿阀67中被减压，从液相状态向气液双相状态变化。因此，气液双相状态的制冷剂从冷凝器16供给到蒸发器10。通过将气液双相状态的制冷剂从加湿路65的出口65a向电化学压缩机11的吸入口附近喷雾，能够向电化学压缩机11高效地供给湿蒸气状态的制冷剂。

在热泵装置110中，在需要提高应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度时，增加选自膨胀阀63和加湿阀67中的至少一方的开度。在需要降低应该向电化学压缩机11供给的制冷剂蒸气的湿度时，减小选自膨胀阀63和加湿阀67中的至少一方的开度。

(其它)

在本说明书中说明了的热泵装置100～110的湿蒸气产生器，也能够分别在其它的热泵装置100～110中采用。例如，参照图6说明了的热泵装置104的螺旋桨52，能够容易地附加于其它的热泵装置100、102、106、108和110中。另外，参照图9说明了的热泵装置110的第1循环路4和第2循环路6的构成，能够在其它的热泵装置100～108中采用。这样，热泵装置100～110的构成能够相互组合。

本说明书中公开的热泵装置能够广泛用于冷却器、空调装置、热水供暖装置等中。

Claims

1.一种热泵装置，具备：

压缩机，其将在所述蒸发器中蒸发了的所述制冷剂压缩；

冷凝器，其使由所述压缩机压缩了的所述制冷剂冷凝；和

所述压缩机通过电化学压缩将在所述蒸发器中产生的所述湿蒸气状态的所述制冷剂压缩，

所述蒸发器在内部具备产生所述湿蒸气状态的所述制冷剂的湿蒸气产生器，

所述湿蒸气产生器通过使贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液起泡而产生所述湿蒸气状态的所述制冷剂。

2.根据权利要求1所述的热泵装置，

进一步具备非冷凝性气体返回路，所述非冷凝性气体返回路用与所述主回路分别开的路径将所述压缩机的排出侧的高压空间和所述压缩机的吸入侧的低压空间连结，用于所述电化学压缩，使从所述低压空间移动到所述高压空间的非冷凝性气体从所述高压空间返回到所述低压空间，

所述主回路包括从所述冷凝器向所述蒸发器输送所述制冷剂的制冷剂输送路，

所述非冷凝性气体返回路具有位于比贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液的液面靠下的位置的出口，作为所述湿蒸气产生器发挥作用。

3.根据权利要求1所述的热泵装置，

进一步具备循环路，所述循环路具有泵和热交换器，通过所述泵的工作使所述制冷剂在所述蒸发器与所述热交换器之间循环，

所述循环路具有位于比贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液的液面靠下的位置的出口，作为所述湿蒸气产生器发挥作用。

4.根据权利要求1所述的热泵装置，

所述湿蒸气产生器通过使贮留在所述蒸发器中的所述制冷剂液的液面起浪而使所述制冷剂的飞沫飞散。

5.根据权利要求1所述的热泵装置，

所述压缩机将所述制冷剂从所述湿蒸气状态压缩至达到过热蒸气状态。

6.根据权利要求1所述的热泵装置，

进一步具备第1检测器，所述第1检测器检测由所述压缩机压缩后且在所述冷凝器中冷凝前的所述制冷剂的温度。

7.根据权利要求6所述的热泵装置，

所述第1检测器配置于能够检测出由所述压缩机压缩了的所述制冷剂的到达温度的位置。

8.根据权利要求6所述的热泵装置，

所述第1检测器在所述主回路中配置于所述压缩机的排出侧的、所述压缩机与所述冷凝器之间。

9.根据权利要求1所述的热泵装置，

所述压缩机具备电解质膜、第1电极和第2电极，所述第1电极配置于所述电解质膜的第1主面侧，包含导电性基材和担载于所述导电性基材上的催化剂，所述第2电极包含导电性基材和担载于所述导电性基材上的催化剂。

10.根据权利要求9所述的热泵装置，

所述压缩机在所述第1电极和所述第2电极间施加电压，使从所述蒸发器供给的所述湿蒸气状态的所述制冷剂透过所述电解质膜而变化为过热蒸气状态的所述制冷剂。

11.根据权利要求1～10的任一项所述的热泵装置，

所述制冷剂是常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。

12.一种热泵装置，具备：

压缩机，其将在所述蒸发器中蒸发了的所述制冷剂压缩；

冷凝器，其使由所述压缩机压缩了的所述制冷剂冷凝；和

所述热泵装置进一步具备：

第1检测器，其检测由所述压缩机压缩后且在所述冷凝器中冷凝前的所述制冷剂的温度，

湿蒸气产生器，其在所述蒸发器的内部产生所述湿蒸气状态的所述制冷剂；和

控制器，其基于通过所述第1检测器检测出的所述温度和贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的温度控制所述湿蒸气产生器。

13.根据权利要求12所述的热泵装置，

在将通过所述第1检测器检测出的所述温度定义为第1温度、将贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的所述温度定义为第2温度时，

所述控制器通过控制所述湿蒸气产生器，

在所述第1温度与所述第2温度的温度差为阈值以上的情况下，将应该向所述压缩机供给的所述制冷剂的湿度提高，

在所述温度差为零的情况下，将应该向所述压缩机供给的所述制冷剂的湿度降低。

14.根据权利要求12所述的热泵装置，

进一步具备第2检测器，所述第2检测器配置于贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的液面的下方，检测所述制冷剂液的所述温度。

15.根据权利要求12所述的热泵装置，

进一步具备第2检测器，所述第2检测器检测所述冷凝器的内部的压力，

所述控制器基于通过所述第2检测器检测出的所述压力导出贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的所述温度。

16.根据权利要求15所述的热泵装置，

所述第2检测器配置于贮留在所述冷凝器中的所述制冷剂液的液面的上方。

17.根据权利要求12～16的任一项所述的热泵装置，

所述制冷剂是常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。