JP2003262423A - ヒートポンプ - Google Patents
ヒートポンプInfo
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- JP2003262423A JP2003262423A JP2002063820A JP2002063820A JP2003262423A JP 2003262423 A JP2003262423 A JP 2003262423A JP 2002063820 A JP2002063820 A JP 2002063820A JP 2002063820 A JP2002063820 A JP 2002063820A JP 2003262423 A JP2003262423 A JP 2003262423A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 蒸発手段での蒸発圧が相当に低くても蒸発手
段から気相冷媒を吸い出すことができるヒートポンプを
提供する。 【解決手段】 ヒートポンプ１の蒸発器１０に貯められ
た水に注入路４０から酸素が注入される。蒸発器１０の
上半部の水蒸気と酸素を吸い出すための吸出装置２０
（吸出機構）は、ＭＥＡ２２によって仕切られた２つの
室２１ａ，２１ｂを有し、第１室２１ａが蒸発器１０に
連なっている。ＭＥＡ２２は、電解質膜２２ｃの両面に
分子透過性の電極２２ａ，２２ｂを設けることによって
構成されている。電極２２ａ，２２ｂどうしは可変定電
流源２３（電源手段）によって接続され、第１電極２２
ａが第２電極２２ｂより高電位になっている。
段から気相冷媒を吸い出すことができるヒートポンプを
提供する。 【解決手段】 ヒートポンプ１の蒸発器１０に貯められ
た水に注入路４０から酸素が注入される。蒸発器１０の
上半部の水蒸気と酸素を吸い出すための吸出装置２０
（吸出機構）は、ＭＥＡ２２によって仕切られた２つの
室２１ａ，２１ｂを有し、第１室２１ａが蒸発器１０に
連なっている。ＭＥＡ２２は、電解質膜２２ｃの両面に
分子透過性の電極２２ａ，２２ｂを設けることによって
構成されている。電極２２ａ，２２ｂどうしは可変定電
流源２３（電源手段）によって接続され、第１電極２２
ａが第２電極２２ｂより高電位になっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、蒸発手段に貯え
た水等の液相凝縮性流体内に非凝縮性気体を注入するヒ
ートポンプに関する。
た水等の液相凝縮性流体内に非凝縮性気体を注入するヒ
ートポンプに関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】水を冷媒とするヒートポンプは公
知である。しかし、蒸気圧が低いので蒸発器を引くため
の圧縮機（吸出機構）が大型化傾向になる。そこで、出
願人は、先の出願（特願２００１−７２４１９号等）に
おいて、蒸発器に貯めた水等の液相凝縮性流体内に空気
等の非凝縮性気体を未飽和状態で注入することを提案し
た。これによって、出力の向上と圧縮機の小型化を図る
ことができる。しかし、圧縮機で機械的に圧縮するので
は摩擦によるロスや騒音を生じる。また、蒸発器が低温
の場合には圧縮機の掃引体積を増大させる必要があり、
効率が低くなる。
知である。しかし、蒸気圧が低いので蒸発器を引くため
の圧縮機（吸出機構）が大型化傾向になる。そこで、出
願人は、先の出願（特願２００１−７２４１９号等）に
おいて、蒸発器に貯めた水等の液相凝縮性流体内に空気
等の非凝縮性気体を未飽和状態で注入することを提案し
た。これによって、出力の向上と圧縮機の小型化を図る
ことができる。しかし、圧縮機で機械的に圧縮するので
は摩擦によるロスや騒音を生じる。また、蒸発器が低温
の場合には圧縮機の掃引体積を増大させる必要があり、
効率が低くなる。
【０００３】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、水を冷媒とするヒートポンプにおいて、蒸発圧
が相当に低くても蒸発手段から気相冷媒を確実に吸い出
すことができ、しかも摩擦によるロスや騒音を生じるこ
とがない吸出機構を提供することを目的とする。
であり、水を冷媒とするヒートポンプにおいて、蒸発圧
が相当に低くても蒸発手段から気相冷媒を確実に吸い出
すことができ、しかも摩擦によるロスや騒音を生じるこ
とがない吸出機構を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、凝縮性流体を液相で貯えるとともに蒸
発させる蒸発手段と、この蒸発手段の液相凝縮性流体内
に非凝縮性気体を未飽和状態で注入する注入機構と、蒸
発手段から気相凝縮性流体と非凝縮性気体との混合気体
を吸い出す吸出機構とを備えたヒートポンプに係る。未
飽和状態とは、非凝縮性気体が気相凝縮性流体を飽和未
満で含む状態又は全く含まない状態を言う。上記注入後
の非凝縮性気体が気泡となって上記蒸発手段の液相凝縮
性流体内を移動する過程で、凝縮性流体分子が気泡内へ
蒸発する。すなわち、蒸発手段において、凝縮性流体
が、当該流体の自由液面からだけでなく気泡へも蒸発す
る。これによって、蒸発量を増やし、出力を向上でき
る。本発明では、特に上記凝縮性流体を水とする。そし
て、上記吸出機構が、上記蒸発手段に連なる第１室と、
この第１室と電解質層で仕切られた第２室と、これら第
１、第２室を連ねる連通路と、上記電解質層の第１室側
の面に配された分子透過性の第１電極と、上記電解質層
の第２室側の面に配された分子透過性の第２電極と、こ
れら第１、第２電極どうしを繋ぐ電源手段とを有してい
る。この電源手段が、第１電極を第２電極より高電位に
することにより第１電極において水蒸気を電気分解さ
せ、生じた電子を第１電極から吸い込むとともに、生じ
た水素イオンを電解質層経由で第２電極へ移動させ、更
に第２電極に電子を供給する。一方、上記蒸発手段から
の酸素と上記電気分解で生じた酸素は上記連通路を通っ
て第２室へ入って来る。これにより第２電極において上
記水素イオンと上記連通路からの酸素とで電気化学反応
を起こし、水分子が生成される。なお、第１室の水分子
（有極性分子）の一部は、第１電極で生じた水素イオン
に電気的に引き付けられ、水素イオンと一緒に電解質中
を移動し第２電極ひいては第２室へ達する。このように
して、気相凝縮性流体と非凝縮性気体との混合気体を第
１室ひいては蒸発手段から第２室へ移動させることがで
き、機械的可動部分が無くロスや騒音を生じない吸出機
構を提供できる。また、蒸発手段での水の蒸気圧が相当
に低い場合でも、確実に吸い出すことができ、小型でも
効率を十分に高く維持でき、大型にする必要がない。
めに、本発明は、凝縮性流体を液相で貯えるとともに蒸
発させる蒸発手段と、この蒸発手段の液相凝縮性流体内
に非凝縮性気体を未飽和状態で注入する注入機構と、蒸
発手段から気相凝縮性流体と非凝縮性気体との混合気体
を吸い出す吸出機構とを備えたヒートポンプに係る。未
飽和状態とは、非凝縮性気体が気相凝縮性流体を飽和未
満で含む状態又は全く含まない状態を言う。上記注入後
の非凝縮性気体が気泡となって上記蒸発手段の液相凝縮
性流体内を移動する過程で、凝縮性流体分子が気泡内へ
蒸発する。すなわち、蒸発手段において、凝縮性流体
が、当該流体の自由液面からだけでなく気泡へも蒸発す
る。これによって、蒸発量を増やし、出力を向上でき
る。本発明では、特に上記凝縮性流体を水とする。そし
て、上記吸出機構が、上記蒸発手段に連なる第１室と、
この第１室と電解質層で仕切られた第２室と、これら第
１、第２室を連ねる連通路と、上記電解質層の第１室側
の面に配された分子透過性の第１電極と、上記電解質層
の第２室側の面に配された分子透過性の第２電極と、こ
れら第１、第２電極どうしを繋ぐ電源手段とを有してい
る。この電源手段が、第１電極を第２電極より高電位に
することにより第１電極において水蒸気を電気分解さ
せ、生じた電子を第１電極から吸い込むとともに、生じ
た水素イオンを電解質層経由で第２電極へ移動させ、更
に第２電極に電子を供給する。一方、上記蒸発手段から
の酸素と上記電気分解で生じた酸素は上記連通路を通っ
て第２室へ入って来る。これにより第２電極において上
記水素イオンと上記連通路からの酸素とで電気化学反応
を起こし、水分子が生成される。なお、第１室の水分子
（有極性分子）の一部は、第１電極で生じた水素イオン
に電気的に引き付けられ、水素イオンと一緒に電解質中
を移動し第２電極ひいては第２室へ達する。このように
して、気相凝縮性流体と非凝縮性気体との混合気体を第
１室ひいては蒸発手段から第２室へ移動させることがで
き、機械的可動部分が無くロスや騒音を生じない吸出機
構を提供できる。また、蒸発手段での水の蒸気圧が相当
に低い場合でも、確実に吸い出すことができ、小型でも
効率を十分に高く維持でき、大型にする必要がない。
【０００５】上記第２室に、上記生成した水分子や上記
水素イオンと共に移動してきた水分子とを凝縮させる凝
縮手段が連なっていることが望ましい。これによって凝
縮熱を得ることができる。上記第１室において上記蒸発
手段との連通部と上記連通路との連通部とが上記第１電
極に沿う方向に対向して配されていることが望ましい。
これにより、連通路との連通部に向かうにしたがって酸
素分圧を高めることができ、ひいては酸素を高分圧で第
２室に供給できる。更に、上記第２室において上記連通
路との連通部と上記凝縮手段との連通部とが上記第２電
極に沿う方向に対向して配されていることが望ましい。
これにより、凝縮手段との連通部に向かうにしたがって
水蒸気分圧を高めることができ、凝縮手段で得られる凝
縮熱の量を増やすことができる。
水素イオンと共に移動してきた水分子とを凝縮させる凝
縮手段が連なっていることが望ましい。これによって凝
縮熱を得ることができる。上記第１室において上記蒸発
手段との連通部と上記連通路との連通部とが上記第１電
極に沿う方向に対向して配されていることが望ましい。
これにより、連通路との連通部に向かうにしたがって酸
素分圧を高めることができ、ひいては酸素を高分圧で第
２室に供給できる。更に、上記第２室において上記連通
路との連通部と上記凝縮手段との連通部とが上記第２電
極に沿う方向に対向して配されていることが望ましい。
これにより、凝縮手段との連通部に向かうにしたがって
水蒸気分圧を高めることができ、凝縮手段で得られる凝
縮熱の量を増やすことができる。
【０００６】上記凝縮手段と上記蒸発手段とを流体通路
により連ね、上記凝縮手段で凝縮した水が上記流体通路
を通って蒸発手段に戻されるようにするのが望ましい。
更に、上記注入機構が、上記連通路から分岐して上記蒸
発手段の液相凝縮性流体の貯留部分に連なる注入路と、
この注入路内の気体を液相凝縮性流体内に送り込む送り
手段とを有していることが望ましい。これによって、冷
媒を循環再利用できる。
により連ね、上記凝縮手段で凝縮した水が上記流体通路
を通って蒸発手段に戻されるようにするのが望ましい。
更に、上記注入機構が、上記連通路から分岐して上記蒸
発手段の液相凝縮性流体の貯留部分に連なる注入路と、
この注入路内の気体を液相凝縮性流体内に送り込む送り
手段とを有していることが望ましい。これによって、冷
媒を循環再利用できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
るヒートポンプ１を示したものである。ヒートポンプ１
は、蒸発器１０（蒸発手段）と吸出装置２０（吸出機
構）と凝縮器３０（凝縮手段）とを備えている。このヒ
ートポンプ１の冷媒には、凝縮性流体である水（Ｈ
2Ｏ）と非凝縮性気体である酸素（Ｏ2）との混合流体が
用いられている。
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
るヒートポンプ１を示したものである。ヒートポンプ１
は、蒸発器１０（蒸発手段）と吸出装置２０（吸出機
構）と凝縮器３０（凝縮手段）とを備えている。このヒ
ートポンプ１の冷媒には、凝縮性流体である水（Ｈ
2Ｏ）と非凝縮性気体である酸素（Ｏ2）との混合流体が
用いられている。
【０００８】蒸発器１０は、タンク形状をなしている。
蒸発器１０の下半部には、冷媒成分の水が液相で貯えら
れ、上半部には、下半部から蒸発した水蒸気（気相の
水）と水素の混合気体が満たされている。蒸発器１０の
下部には、上記液相の水に漬かるようにして熱交換器１
１が収容されている。蒸発器１０の下端部（下部、液相
凝縮性流体の貯留部分）には、注入路４０の下流端が連
なっている。注入路４０内の流通成分の殆どは、乾燥し
た（未飽和状態の）酸素ガスで占められている。注入路
４０には、気体ポンプ４１（送り手段）が設けられてい
る。気体ポンプ４１の出力は、乾燥酸素ガスを水圧に抗
して蒸発器１０内に注入できる程度あれば十分である。
注入路４０と気体ポンプ４０とによって、特許請求の範
囲の「注入機構」が構成されている。
蒸発器１０の下半部には、冷媒成分の水が液相で貯えら
れ、上半部には、下半部から蒸発した水蒸気（気相の
水）と水素の混合気体が満たされている。蒸発器１０の
下部には、上記液相の水に漬かるようにして熱交換器１
１が収容されている。蒸発器１０の下端部（下部、液相
凝縮性流体の貯留部分）には、注入路４０の下流端が連
なっている。注入路４０内の流通成分の殆どは、乾燥し
た（未飽和状態の）酸素ガスで占められている。注入路
４０には、気体ポンプ４１（送り手段）が設けられてい
る。気体ポンプ４１の出力は、乾燥酸素ガスを水圧に抗
して蒸発器１０内に注入できる程度あれば十分である。
注入路４０と気体ポンプ４０とによって、特許請求の範
囲の「注入機構」が構成されている。
【０００９】凝縮器３０は、タンク形状をなしている。
凝縮器３０の上側部には、熱交換器１１が収容されてい
る。凝縮器３０の下端部（下部）から流体通路５０が延
び、蒸発器１０の下端部（下部）に連なっている。流体
通路５０には、気液ポンプ５１が設けられている。気液
ポンプ５１の出力は、凝縮器３０で凝縮した水と若干の
酸素を蒸発器１０内に送ることができる程度あれば十分
である。
凝縮器３０の上側部には、熱交換器１１が収容されてい
る。凝縮器３０の下端部（下部）から流体通路５０が延
び、蒸発器１０の下端部（下部）に連なっている。流体
通路５０には、気液ポンプ５１が設けられている。気液
ポンプ５１の出力は、凝縮器３０で凝縮した水と若干の
酸素を蒸発器１０内に送ることができる程度あれば十分
である。
【００１０】図示は省略するが、ヒートポンプ１を冷房
システムや冷却システムに用いる場合には、蒸発器１０
の熱交換器１１に室内冷房器（低温熱源）や冷却器（低
温熱源）が熱的に接続され、凝縮器３０の熱交換器３１
に室外放熱器（高温熱源）が熱的に接続される。また、
ヒートポンプ１を暖房システムや給湯システムに用いる
場合には、蒸発器１０の熱交換器１１に室外吸熱器（低
温熱源）が熱的に接続され、凝縮器３０の熱交換器３１
に室内暖房器（高温熱源）や貯湯槽等の給湯系（高温熱
源）が熱的に接続される。これらシステムにおいて、蒸
発器１０は熱交換器１１を介して低温熱源から熱を吸収
して蒸発熱とし、凝縮器３０は熱交換器３１を介して高
温熱源に凝縮熱を放出する。
システムや冷却システムに用いる場合には、蒸発器１０
の熱交換器１１に室内冷房器（低温熱源）や冷却器（低
温熱源）が熱的に接続され、凝縮器３０の熱交換器３１
に室外放熱器（高温熱源）が熱的に接続される。また、
ヒートポンプ１を暖房システムや給湯システムに用いる
場合には、蒸発器１０の熱交換器１１に室外吸熱器（低
温熱源）が熱的に接続され、凝縮器３０の熱交換器３１
に室内暖房器（高温熱源）や貯湯槽等の給湯系（高温熱
源）が熱的に接続される。これらシステムにおいて、蒸
発器１０は熱交換器１１を介して低温熱源から熱を吸収
して蒸発熱とし、凝縮器３０は熱交換器３１を介して高
温熱源に凝縮熱を放出する。
【００１１】吸出装置２０について説明する。吸出装置
２０は、容器状の装置本体２１と、この装置本体２１内
に収容された膜電極複合体（以下、ＭＥＡ；Membrane E
lectrode Assemblyという。）２２と、可変定電流源２
３（電源手段）とを備えている。ＭＥＡ２２によって装
置本体２１内が、第１室２１ａと第２室２１ｂとに仕切
られている。第１室２１ａの一端部は、冷媒通路２４を
介して蒸発器１０の上端部（上部、気相冷媒貯留部）に
連なっている。第２室２１ｂの一端部は、冷媒通路２６
を介して凝縮器３０の上端部（上部）に連なっている。
第１、第２室２１ａ，２１ｂの他端部どうしは、連通路
２５を介して連なっている。この連通路２５の中途部か
ら上記注入路４０が分岐して延びている。第１室２１ａ
において、冷媒通路２４との連通部（一端部）と、連通
路２５との連通部（他端部）とは、ＭＥＡ２２に沿う方
向に対向して配されている。第２室２１ｂにおいて、冷
媒通路２６との連通部（一端部）と、連通路２５との連
通部（他端部）とは、ＭＥＡ２２に沿う方向に対向して
配されている。
２０は、容器状の装置本体２１と、この装置本体２１内
に収容された膜電極複合体（以下、ＭＥＡ；Membrane E
lectrode Assemblyという。）２２と、可変定電流源２
３（電源手段）とを備えている。ＭＥＡ２２によって装
置本体２１内が、第１室２１ａと第２室２１ｂとに仕切
られている。第１室２１ａの一端部は、冷媒通路２４を
介して蒸発器１０の上端部（上部、気相冷媒貯留部）に
連なっている。第２室２１ｂの一端部は、冷媒通路２６
を介して凝縮器３０の上端部（上部）に連なっている。
第１、第２室２１ａ，２１ｂの他端部どうしは、連通路
２５を介して連なっている。この連通路２５の中途部か
ら上記注入路４０が分岐して延びている。第１室２１ａ
において、冷媒通路２４との連通部（一端部）と、連通
路２５との連通部（他端部）とは、ＭＥＡ２２に沿う方
向に対向して配されている。第２室２１ｂにおいて、冷
媒通路２６との連通部（一端部）と、連通路２５との連
通部（他端部）とは、ＭＥＡ２２に沿う方向に対向して
配されている。
【００１２】ＭＥＡ２２は、固体電解質膜２２ｃと、こ
の電解質膜２２ｃの第１室２１ａ側の面に設けられた第
１電極２２ａと、電解質膜２２ｃの第２室２１ｂ側の面
に設けられた第２電極２２ｂとを有している。電解質膜
２２ｃは、例えばパーフルオロスルホン酸カチオン交換
膜等で構成されている。電極２２ａ，２２ｂは、例えば
カーボンクロス等の分子透過性導体で構成されている。
これら電極２２ａ，２２ｂには、水等の電気化学反応を
促進するための白金等の触媒が担持されている。
の電解質膜２２ｃの第１室２１ａ側の面に設けられた第
１電極２２ａと、電解質膜２２ｃの第２室２１ｂ側の面
に設けられた第２電極２２ｂとを有している。電解質膜
２２ｃは、例えばパーフルオロスルホン酸カチオン交換
膜等で構成されている。電極２２ａ，２２ｂは、例えば
カーボンクロス等の分子透過性導体で構成されている。
これら電極２２ａ，２２ｂには、水等の電気化学反応を
促進するための白金等の触媒が担持されている。
【００１３】可変定電流源２３には、正負２本の端子２
３ａ，２３ｂが設けられており、正端子２３ａが第１電
極２２ａに接続され、負端子２３ｂが第２電極２２ｂに
接続されている。これにより、第１電極２２ａの電位が
第２電極２２ｂの電位よりも１ボルト程度高くなってい
る。そのため、これら電極２２ａ，２２ｂ間すなわち電
解質膜２２ｃ内には第１電極２２ａから第２電極２２ｂ
へ向かう方向の電界が生じている。また、可変定電流源
２３は、当該電流源２３から第１電極２２ａの側へ一定
の電流を流すようになっている。しかも、可変定電流源
２３は、上記図示しない室内冷房器や給湯系等の負荷か
ら負帰還を取ることによって上記電流の大きさを負荷変
動に合わせて調節できるようになっている。
３ａ，２３ｂが設けられており、正端子２３ａが第１電
極２２ａに接続され、負端子２３ｂが第２電極２２ｂに
接続されている。これにより、第１電極２２ａの電位が
第２電極２２ｂの電位よりも１ボルト程度高くなってい
る。そのため、これら電極２２ａ，２２ｂ間すなわち電
解質膜２２ｃ内には第１電極２２ａから第２電極２２ｂ
へ向かう方向の電界が生じている。また、可変定電流源
２３は、当該電流源２３から第１電極２２ａの側へ一定
の電流を流すようになっている。しかも、可変定電流源
２３は、上記図示しない室内冷房器や給湯系等の負荷か
ら負帰還を取ることによって上記電流の大きさを負荷変
動に合わせて調節できるようになっている。
【００１４】上記のように構成されたヒートポンプ１の
動作を説明する。気体ポンプ４１によって注入路４０の
乾燥酸素ガス（蒸発器中の温度では未飽和）が蒸発器１
０の下部に注入され、蒸発器１０の水中を気泡となって
上昇する。この上昇途中の未飽和気泡内に周りの水分子
が蒸発する。すなわち、蒸発器１０の水面（自由液面）
からだけでなく水中においても水分子の蒸発が起きる。
これによって、蒸発量を増やすことができ、出力を向上
させることができる。しかも、水分子は蒸発時に多量の
潜熱を水から奪うため、高効率を得ることができる。ま
た、蒸発器１０内の水は、熱交換器１１を介して上記低
温熱源から熱を受け取り、蒸気圧を高めることができる
ので、蒸発量を更に増やし、出力を一層高めることがで
きる。
動作を説明する。気体ポンプ４１によって注入路４０の
乾燥酸素ガス（蒸発器中の温度では未飽和）が蒸発器１
０の下部に注入され、蒸発器１０の水中を気泡となって
上昇する。この上昇途中の未飽和気泡内に周りの水分子
が蒸発する。すなわち、蒸発器１０の水面（自由液面）
からだけでなく水中においても水分子の蒸発が起きる。
これによって、蒸発量を増やすことができ、出力を向上
させることができる。しかも、水分子は蒸発時に多量の
潜熱を水から奪うため、高効率を得ることができる。ま
た、蒸発器１０内の水は、熱交換器１１を介して上記低
温熱源から熱を受け取り、蒸気圧を高めることができる
ので、蒸発量を更に増やし、出力を一層高めることがで
きる。
【００１５】上記の気泡は、やがて水面から蒸発器１０
の上半部に出る。これによって、水蒸気と酸素からなる
混合気体冷媒が、冷媒通路２４を通って吸出装置２０の
第１室２１ａに入り、第１室２１ａの一端部から他端部
に向かって拡散する。このとき、定電流源２３が第１、
第２電極２２ａ，２２ｂに電圧をかけることにより、混
合気体冷媒中の水蒸気（Ｈ2Ｏ）が第１電極２２ａで電
気分解され、酸素（Ｏ2）と水素イオン（Ｈ+）と電子
（ｅ-）が発生する。酸素は第１室２１ａに放たれる。
これによって、第１室２１ａの他端部に向かうにしたが
って水蒸気分圧が低くなる一方、酸素分圧が高くなる。
この酸素高分圧の気相冷媒（すなわち乾燥酸素ガス）
が、連通路２５に導かれ、一部が第２室２１ｂの他端部
に送られ、残りが上記注入路４０を通って上記蒸発器１
０の水中に注入されることになる。
の上半部に出る。これによって、水蒸気と酸素からなる
混合気体冷媒が、冷媒通路２４を通って吸出装置２０の
第１室２１ａに入り、第１室２１ａの一端部から他端部
に向かって拡散する。このとき、定電流源２３が第１、
第２電極２２ａ，２２ｂに電圧をかけることにより、混
合気体冷媒中の水蒸気（Ｈ2Ｏ）が第１電極２２ａで電
気分解され、酸素（Ｏ2）と水素イオン（Ｈ+）と電子
（ｅ-）が発生する。酸素は第１室２１ａに放たれる。
これによって、第１室２１ａの他端部に向かうにしたが
って水蒸気分圧が低くなる一方、酸素分圧が高くなる。
この酸素高分圧の気相冷媒（すなわち乾燥酸素ガス）
が、連通路２５に導かれ、一部が第２室２１ｂの他端部
に送られ、残りが上記注入路４０を通って上記蒸発器１
０の水中に注入されることになる。
【００１６】また、上記電気分解で生じた水素イオン
は、その正電荷によって第１室２１ａからｎ個（ｎ＝２
〜３）の水蒸気分子（Ｈ2Ｏ）の負側の極を引き付け、
Ｈ+・（Ｈ2Ｏ）nの状態になる。この状態で、電極２２
ａ，２２ｂ間の電界により電解質膜２２ｃ内を第２電極
２２ａに向けて移動する。
は、その正電荷によって第１室２１ａからｎ個（ｎ＝２
〜３）の水蒸気分子（Ｈ2Ｏ）の負側の極を引き付け、
Ｈ+・（Ｈ2Ｏ）nの状態になる。この状態で、電極２２
ａ，２２ｂ間の電界により電解質膜２２ｃ内を第２電極
２２ａに向けて移動する。
【００１７】これによって、第１室２１ａの水蒸気分圧
が全体的に低くなる。この結果、蒸発器１０の上半部の
水蒸気分圧を下げることができ、ひいては下半部での水
の蒸発を促進することができる。
が全体的に低くなる。この結果、蒸発器１０の上半部の
水蒸気分圧を下げることができ、ひいては下半部での水
の蒸発を促進することができる。
【００１８】一方、上記第１電極２２ａで電気分解によ
り生じた電子は、正端子２３ａから定電流源２３に吸い
込まれる。そして、定電流源２３から第２電極２２ｂへ
電子が吐き出される。（これが定電流源２３の端子２３
ｂから端子２３ａへ向かう電流Ｉとなる。）
り生じた電子は、正端子２３ａから定電流源２３に吸い
込まれる。そして、定電流源２３から第２電極２２ｂへ
電子が吐き出される。（これが定電流源２３の端子２３
ｂから端子２３ａへ向かう電流Ｉとなる。）
【００１９】これによって、第２電極２２ｂでは、連通
路２５経由の酸素と、電解質膜２２ｃ通過後の水素イオ
ンと、定電流源２３から吐出の電子とが電気化学反応を
起こし、水分子が生成される。これによって、第２室２
１ｂの一端部に向かうにしたがって酸素が消費されてそ
の分圧が下がり、代わりに水分子（水蒸気）が生成され
てその分圧が高まる。また、上記水素イオンにくっ付い
てＭＥＡ２２内を移動して来た水分子が第２室２１ｂに
放たれるので、水蒸気分圧が一層高まる。
路２５経由の酸素と、電解質膜２２ｃ通過後の水素イオ
ンと、定電流源２３から吐出の電子とが電気化学反応を
起こし、水分子が生成される。これによって、第２室２
１ｂの一端部に向かうにしたがって酸素が消費されてそ
の分圧が下がり、代わりに水分子（水蒸気）が生成され
てその分圧が高まる。また、上記水素イオンにくっ付い
てＭＥＡ２２内を移動して来た水分子が第２室２１ｂに
放たれるので、水蒸気分圧が一層高まる。
【００２０】この水蒸気高分圧の気相冷媒が、冷媒通路
２６を通って凝縮器３０に入る。そして、水蒸気が凝縮
して液相の水になる。このとき生じる凝縮熱が熱交換器
３１を介して上記高温熱源に受け渡される。凝縮後の水
と若干の酸素とは、気液ポンプ５１によって流体通路５
０を通り、蒸発器１０の水中に注入される。これによっ
て、冷媒を外部に放出することなく循環再利用できる。
２６を通って凝縮器３０に入る。そして、水蒸気が凝縮
して液相の水になる。このとき生じる凝縮熱が熱交換器
３１を介して上記高温熱源に受け渡される。凝縮後の水
と若干の酸素とは、気液ポンプ５１によって流体通路５
０を通り、蒸発器１０の水中に注入される。これによっ
て、冷媒を外部に放出することなく循環再利用できる。
【００２１】以上のように、ヒートポンプ１の吸出装置
２０では、ＭＥＡ２２に電圧かけることによって気相冷
媒を第１室２１ａから第２室２１ｂに移動させることが
でき、ひいては蒸発器１０の上半部から気相冷媒を吸い
出し、凝縮器３０に導くことができる。吸出装置２０に
は機械的可動部分が無いため、摩擦によるロスや騒音を
生じることがない。また、蒸発器１０での水の蒸気圧が
相当に低い場合でも、気相冷媒を第１室２１ａから第２
室２１ｂへ確実に移動させることができ、小型でも効率
を十分に高く維持することができる。
２０では、ＭＥＡ２２に電圧かけることによって気相冷
媒を第１室２１ａから第２室２１ｂに移動させることが
でき、ひいては蒸発器１０の上半部から気相冷媒を吸い
出し、凝縮器３０に導くことができる。吸出装置２０に
は機械的可動部分が無いため、摩擦によるロスや騒音を
生じることがない。また、蒸発器１０での水の蒸気圧が
相当に低い場合でも、気相冷媒を第１室２１ａから第２
室２１ｂへ確実に移動させることができ、小型でも効率
を十分に高く維持することができる。
【００２２】可変定電流源２３は、上記室内冷房器や給
湯系等の負荷を検出してフィードバックすることによ
り、負荷の大きさに合わせて、電流すなわち第１電極２
２ａから吸い込んで第２電極２２ｂに吐き出す電子の量
及び第１電極２２ａから電解質膜２２ｃを経て第２電極
２２ｂに向かう水素イオンの量を変えることができる。
これによって、負荷変動に応答してヒートポンプ１の出
力を調節することができる。
湯系等の負荷を検出してフィードバックすることによ
り、負荷の大きさに合わせて、電流すなわち第１電極２
２ａから吸い込んで第２電極２２ｂに吐き出す電子の量
及び第１電極２２ａから電解質膜２２ｃを経て第２電極
２２ｂに向かう水素イオンの量を変えることができる。
これによって、負荷変動に応答してヒートポンプ１の出
力を調節することができる。
【００２３】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の形態を採用可能である。例えば、電解質層は、ＭＥ
Ａのような固体高分子型に限られずリン酸型その他の型
の電解質を用いてもよい。非凝縮性気体として空気（酸
素を含む気体）を用いてもよい。注入路４０を、連通路
２５から分岐させるのに代えて、酸素供給源（非凝縮性
供給源）から蒸発器１０へ延ばしてもよい。凝縮器３０
で凝縮した水と酸素を系の外に放出（大気に開放）して
もよい。この場合、凝縮器３０と蒸発器１０を繋ぐ流体
通路５０に代えて水の供給源を蒸発器１０に接続し、放
出分の水を補う。冷房システムや冷却システムに用いる
場合には、凝縮器３０を無くて吸出装置２０の第２室２
１の出口端すなわち通路２６を大気に開放してもよい。
々の形態を採用可能である。例えば、電解質層は、ＭＥ
Ａのような固体高分子型に限られずリン酸型その他の型
の電解質を用いてもよい。非凝縮性気体として空気（酸
素を含む気体）を用いてもよい。注入路４０を、連通路
２５から分岐させるのに代えて、酸素供給源（非凝縮性
供給源）から蒸発器１０へ延ばしてもよい。凝縮器３０
で凝縮した水と酸素を系の外に放出（大気に開放）して
もよい。この場合、凝縮器３０と蒸発器１０を繋ぐ流体
通路５０に代えて水の供給源を蒸発器１０に接続し、放
出分の水を補う。冷房システムや冷却システムに用いる
場合には、凝縮器３０を無くて吸出装置２０の第２室２
１の出口端すなわち通路２６を大気に開放してもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸出機構の第１、第２電極に電源手段で電圧をかけるこ
とによって気相冷媒を第１室から第２室に移動させるこ
とができ、ひいては蒸発手段から気相冷媒を吸い出すこ
とができる。この吸出機構によれば、蒸発手段での水の
蒸気圧が相当に低い場合でも、蒸発手段から気相冷媒を
確実に吸い出すことができ、小型でも効率を十分に高く
維持できる。また、機械的可動部分が無いので、摩擦に
よるロスや騒音を防止することができる。
吸出機構の第１、第２電極に電源手段で電圧をかけるこ
とによって気相冷媒を第１室から第２室に移動させるこ
とができ、ひいては蒸発手段から気相冷媒を吸い出すこ
とができる。この吸出機構によれば、蒸発手段での水の
蒸気圧が相当に低い場合でも、蒸発手段から気相冷媒を
確実に吸い出すことができ、小型でも効率を十分に高く
維持できる。また、機械的可動部分が無いので、摩擦に
よるロスや騒音を防止することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプを示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【符号の説明】
１ ヒートポンプ
１０ 蒸発器（蒸発手段）
２０ 吸出装置（吸出機構）
２１ａ 第１室
２１ｂ 第２室
２２ ＭＥＡ（膜電極複合体）
２２ａ 第１電極
２２ｂ 第２電極
２２ｃ 電解質膜（電解質層）
２３ 可変定電流源（電源手段）
２５ 連通路
３０ 凝縮器（凝縮手段）
４０ 注入路
４１ 気体ポンプ
５０ 流体通路
５１ 気液ポンプ
Claims (6)
- 【請求項１】 凝縮性流体を液相で貯えるとともに蒸発
させる蒸発手段と、この蒸発手段の液相凝縮性流体内に
非凝縮性気体を未飽和状態で注入する注入機構と、蒸発
手段から気相凝縮性流体と非凝縮性気体との混合気体を
吸い出す吸出機構とを備えたヒートポンプであって、 上記凝縮性流体が水であり、上記非凝縮性気体が酸素で
あり、 上記吸出機構が、上記蒸発手段に連なる第１室と、この
第１室と電解質層で仕切られた第２室と、これら第１、
第２室を連ねる連通路と、上記電解質層の第１室側の面
に配された分子透過性の第１電極と、上記電解質層の第
２室側の面に配された分子透過性の第２電極と、これら
第１、第２電極どうしを繋ぐ電源手段とを有し、この電
源手段が、第１電極を第２電極より高電位にすることに
より第１電極において水蒸気を電気分解させ、生じた電
子を第１電極から吸い込むとともに、生じた水素イオン
を電解質層経由で第２電極へ移動させ、更に第２電極に
電子を供給することにより、第２電極において上記水素
イオンと上記連通路からの酸素とで水分子を生成させる
ことを特徴とするヒートポンプ。 - 【請求項２】 上記第１室において上記蒸発手段との連
通部と上記連通路との連通部とが上記第１電極に沿う方
向に対向して配されていることを特徴とする請求項１に
記載のヒートポンプ。 - 【請求項３】 上記第２室に、水分子を凝縮させる凝縮
手段が連なっていることを特徴とする請求項１又は２に
記載のヒートポンプ。 - 【請求項４】 上記第２室に、水分子を凝縮させる凝縮
手段が連なっており、上記第１室において上記蒸発手段
との連通部と上記連通路との連通部とが上記第１電極に
沿う方向に対向して配され、上記第２室において上記連
通路との連通部と上記凝縮手段との連通部とが上記第２
電極に沿う方向に対向して配されていることを特徴とす
る請求項１に記載のヒートポンプ。 - 【請求項５】 上記凝縮手段と上記蒸発手段とが流体通
路により連ねられ、上記凝縮手段で凝縮した水が上記流
体通路を通って蒸発手段に戻されることを特徴とする請
求項３又は４に記載のヒートポンプ。 - 【請求項６】 上記注入機構が、上記連通路から分岐し
て上記蒸発手段の液相凝縮性流体の貯留部分に連なる注
入路と、この注入路内の気体を液相凝縮性流体内に送り
込む送り手段とを有していることを特徴とする請求項１
〜５の何れかに記載のヒートポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002063820A JP2003262423A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | ヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002063820A JP2003262423A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | ヒートポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003262423A true JP2003262423A (ja) | 2003-09-19 |
Family
ID=29196904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002063820A Pending JP2003262423A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | ヒートポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003262423A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014115555A1 (ja) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | ヒートポンプ装置 |
| JP2015227771A (ja) * | 2014-05-08 | 2015-12-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ヒートポンプ装置 |
| KR20170043331A (ko) * | 2015-10-13 | 2017-04-21 | 엘지전자 주식회사 | 전기 화학 반응을 이용한 냉각 장치 |
-
2002
- 2002-03-08 JP JP2002063820A patent/JP2003262423A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014115555A1 (ja) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | ヒートポンプ装置 |
| US9810456B2 (en) | 2013-01-24 | 2017-11-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heat pump apparatus |
| JP2015227771A (ja) * | 2014-05-08 | 2015-12-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ヒートポンプ装置 |
| KR20170043331A (ko) * | 2015-10-13 | 2017-04-21 | 엘지전자 주식회사 | 전기 화학 반응을 이용한 냉각 장치 |
| KR102364086B1 (ko) | 2015-10-13 | 2022-02-17 | 엘지전자 주식회사 | 전기 화학 반응을 이용한 냉각 장치 |
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