JP2012127594A

JP2012127594A - 吸着式ヒートポンプ

Info

Publication number: JP2012127594A
Application number: JP2010280535A
Authority: JP
Inventors: Toshio Manabe; 敏夫眞鍋; Hiroaki Yoshida; 宏章吉田; Noriyasu Aso; 徳康安曽
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: JP5652189B2

Abstract

【課題】吸着式ヒートポンプにおいて運転の効率を高めること。
【解決手段】容器４１の部屋Rを貫通する複数の管８６と、部屋Rの壁に設けられた第１及び第２の弁５５、５６と、第１の弁５５を介して複数の部屋Rに繋がり、吸着剤６６から脱離した冷媒Cを液化させる第１の熱交換器８１と、第２の弁５６を介して部屋Rに繋がると共に、第１の熱交換器８１に繋がり、冷媒Cを気化させる第２の熱交換器８２と、冷却水が通る第１の空間R1と温水が通る第２の空間R2とが画定され、複数の管８６のうちの一部を選択して第１の空間R1に連通させ、残りを第２の空間R2に連通させる第３の弁４５と、冷却水が通る第３の空間R3と温水が通る第４の空間R4とが画定され、複数の管８６のうちの一部を選択して第３の空間R3に連通させ、残りを第４の空間R4に連通させる第４の弁５７とを有する吸着式ヒートポンプによる。
【選択図】図３

Description

本発明は吸着式ヒートポンプに関する。

地球温暖化防止やエネルギ資源の保全についての関心が高まるにつれ、従来は利用価値がなく捨てていた廃熱を回収し、それを再利用する廃熱回収技術が注目されつつある。

そのような廃熱回収技術の一つに吸着式ヒートポンプがある。吸着式ヒートポンプにおいては、１００℃以下の低温の廃熱を回収し、その廃熱を利用して吸着剤に吸着されている冷媒を脱着させる。そして、脱着した冷媒を液化し、その気化熱を利用して冷熱を得る。

吸着剤によっては６０℃以下の低温でも冷媒を脱着させることが可能なため、種々の低温の廃熱からエネルギを回収できるとして、１９７８年頃より吸着式ヒートポンプについて多くの研究や改良なされてきた。

例えば、吸着剤自体を円盤状に整形し、それを回転させることで、吸着式ヒートポンプの成績係数を向上させることが提案されている。

しかし、この構造では、重量の重い吸着剤を回転させるのに別途エネルギが必要となり、小型で効率的な吸着式ヒートポンプを実現するのが難しい。

特開平６−５８６４３号公報特開２０００−２４１０４１号公報

吸着式ヒートポンプにおいて運転の効率を高めることを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、複数の部屋に区画された容器と、複数の前記部屋の各々に配設された複数の吸着剤と、複数の前記部屋の各々を貫通する複数の管と、複数の前記部屋の各々の壁に設けられた第１の弁と、複数の前記部屋の各々の壁に設けられた第２の弁と、前記第１の弁を介して少なくとも複数の前記部屋のうちの一に繋がり、前記吸着剤から脱離した冷媒を液化させる第１の熱交換器と、前記第２の弁を介して少なくとも前記部屋のうちの一に繋がると共に、前記第１の熱交換器に繋がり、該第１の熱交換器から供給された前記冷媒を気化させる第２の熱交換器と、冷却水が通る第１の空間と温水が通る第２の空間とが画定され、複数の前記管のうちの一部の一端を選択して前記第１の空間に連通させ、複数の前記管の残りの一端を前記第２の空間に連通させる第３の弁と、前記冷却水が通る第３の空間と前記温水が通る第４の空間とが画定され、複数の前記管のうちの前記一部の他端を選択して前記第３の空間に連通させ、複数の前記管の前記残りの他端を前記第４の空間に連通させる第４の弁とを有する吸着式ヒートポンプが提供される。

以下の開示によれば、第３の弁と第４の弁を用いて、複数の管の一部を選択してそれらに冷却水を流し、残りの管に温水を流す。そして、どの管を選択するかにより脱着過程と吸着過程とを最適な時間だけ行うことができ、吸着式ヒートポンプを効率的に運転することとができる。

図１は、吸着式ヒートポンプの模式図である。図２は、第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプの一部切欠き斜視図である。図３は、第３の弁と第４の弁をそれぞれ上方と下方に退避させたときの第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプの一部切欠き斜視図である。図４は、回転軸に垂直な面で第１実施形態に係る第３の弁を切断した断面図である。図５は、回転軸に垂直な面で第１実施形態に係る第４の弁を切断した断面図である。図６は、回転軸を含む面で第１実施形態に係る吸着式ポンプを切断した断面図である。図７は、回転軸に垂直な面で第１実施形態に係る第３の弁を切断した模式断面図である。図８は、第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプの一部切り欠き斜視図である。図９（ａ）は第２実施形態に係る第３の弁の上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のI−I線に沿う断面図である。図１０は、回転軸に垂直な面で第２実施形態に係る第４の弁を切断した断面図である。図１１（ａ）は、回転軸を含む面で第２実施形態に係る吸着式ポンプを切断した断面図であり、図１１（ｂ）は、第３の小空間が現れる面で切断したときの第２実施形態に係る第４の弁の断面図である。図１２は、第３実施形態で使用する第３の弁の斜視図である。

各実施形態の説明に先立ち、各実施形態の基礎となる事項について説明する。

図１は、吸着式ヒートポンプ１の模式図である。

この吸着式ヒートポンプ１は、蒸発器１０、凝縮器１１、第１の容器１２、及び第２の容器１３を有する。

このうち、第１の容器１２と第２の容器１３には、それぞれ第１の吸着剤１４と第２の吸着剤１６が充填される。これらの吸着剤１４、１６としては、例えば、シリカゲル、ゼオライト、及び活性炭のいずれかが使用される。

そして、その第１の吸着剤１４には第１の配管１５が通され、第２の吸着剤１６には第２の配管１７が通される。

また、凝縮器１１と第１の容器１２との間には第１の弁２１が設けられ、凝縮器１１と第２の容器１３との間には第２の弁２２が設けられる。そして、蒸発器１０と第１の容器１２との間には第３の弁２３が設けられ、蒸発器１０と第２の容器１３との間には第４の弁２４が設けられる。

更に、蒸発器１０には第３の配管２５が通され、凝縮器１１には第４の配管２６が通される。そして、これら蒸発器１０と凝縮器１１は、第５の配管２７により接続される。

凝縮器１１内で液化した水等の冷媒Cは、第５の配管２７を介して蒸発器１０に流通可能となる。

次に、この吸着式ヒートポンプ１の動作について説明する。

吸着式ヒートポンプ１においては吸着過程と脱着過程とが同時に行われ、図１の例では第１の容器１２で吸着過程が行われ、第２の容器１３で脱着過程が行われている。

吸着過程では、蒸発器１０内の冷媒Cが蒸発し、気化した冷媒Cが第３の弁２３を介して第１の容器１２に導入される。このとき、冷媒Cの気化熱により、第３の配管２５を通る水等の流体３４を冷却することができる。

気化した冷媒Cは、第１の容器１２内の第１の吸着剤１４において発熱を伴いつつ吸着される。その発熱によって第１の吸着剤１４から冷媒Cが脱離してしまうのを防止すべく、吸着過程下の第１の吸着剤１４は、第１の配管１５を通る第１の冷却水３１により冷却される。

一方、脱着過程では、第２の配管１７を通る温水３３により第２の容器１３内の第２の吸着剤１６が加熱され、第２の吸着剤１６から冷媒Cが脱離し、気化した冷媒Cが第２の弁２２を介して凝縮器１１に導入される。

凝縮器１１に導入された冷媒Cは、第４の配管２６を通る第２の冷却水３２により冷やされて液化した後、第５の配管２７を介して蒸発器１０に戻される。

このような動作によれば、電子計算機や自動車等の廃熱から温水３３を生成し、それを脱着過程で利用することで、吸着過程において流体３４を冷却することができ、廃熱の再利用が可能となる。

ところで、吸着過程にある第１の吸着剤１４は、無制限に冷媒Cを吸着することができず、ある程度の冷媒Cを吸着したら飽和してしまう。同様に、脱着過程にある第２の吸着剤１６は、吸着していた冷媒Cの全てが脱離すると、それ以上の冷媒Cを脱離させることができない。

そのため、この吸着式ヒートポンプ１においては、吸着過程と脱着過程とを開始してから一定時間が経過し、各過程が終了したとみなせるタイミングで、これらの過程を切り替える必要がある。その切り替えは、例えば、第１〜第４の弁２１〜２４の開閉状態を上記とは逆にし、かつ、第１の配管１５に温水３３を供給し、第２の配管１７に第１の冷却水３１を導入することで行われる。

但し、吸着過程下の第１の吸着剤１４が冷媒Cを吸着する速度と、脱着過程下にある第２の吸着剤１６から冷媒Cが脱離する速度とは異なるので、吸着過程と脱着過程とではこれらの過程を終了したとみなせるタイミングが異なる。

そのため、切り替えの基準を吸着過程と脱着過程のどちらかに合わせると、基準とされなかった方の過程で吸着や脱着が不十分な状態となる。例えば、脱着過程の方が吸着過程よりも時間を要する場合に、吸着過程に合わせて各過程の切り替えを行うと、脱着過程が不十分になる。

よって、この吸着式ヒートポンプ１においては、吸着過程と脱着過程とを同時に切り替えると動作効率が悪くなるという問題が生じる。

また、このような問題を解消させるために、吸着剤を収容した容器を三つ以上接続し、吸着過程と脱着過程とをタイミングをずらして切り替えるという方法も考えられる。しかし、そのような方法では、タイミングをずらすために多数の弁が必要となるため、システムが複雑になったり、各弁を動作させるために別にエネルギが必要となって省エネルギ化を図ることができなくなってしまう。

本願発明者はこのような知見に鑑み、以下に説明するような各実施形態に想到した。

（第１実施形態）
図２は、本実施形態に係る吸着式ヒートポンプの一部切欠き斜視図である。

このヒートポンプ４０は、円筒型の容器４１と、その内側に設けられた内部壁４４とを有する。

容器４１と内部壁４４の材料は特に限定されないが、本実施形態ではそれらの材料としてガラスや金属を使用する。

容器４１と内部壁４４の間には仕切板５９が設けられており、容器４１の外周において仕切板５９よりも上側の部分には第１の熱交換配管４２が周設され、仕切板５９よりも下側の部分には第２の熱交換配管４３が周設される。

第１の熱交換配管４２と第２の熱交換配管４３は、それぞれ第１の熱交換器８１と第２の熱交換器８２の一部として供される。

第１の熱交換器８１には、上記の第１の熱交換配管４２の他に、容器４１と内部壁４４の間の空間において仕切板５９よりも上側の部分も含まれる。そして、第２の熱交換器８２には、上記の第２の熱交換配管４３の他に、容器４１と内部壁４４との間の空間において仕切板５９よりも下側の部分も含まれる。

仕切板５９の断面形状は漏斗状であり、その中央付近には液化した冷媒が流通可能な孔５９ａが設けられる。そして、第１の熱交換器８１と第２の熱交換器８２の各々の内部は、その孔５９ａを介して互いに接続される。

更に、内部壁４４の外周側面のうち、第１の熱交換器８１に露出する部分には第１の弁５５が設けられ、第２の熱交換器８２に露出する部分には第２の弁５６が設けられる。

そして、内部壁４４の上方と下方には、それぞれ第３の弁４５と第４の弁５７が設けられる。

図３は、第３の弁４５と第４の弁５７を、それぞれ上方と下方に退避させたときの吸着式ヒートポンプ４０の一部切欠き斜視図である。

図３に示されるように、上記の第１の熱交換配管４２には２５℃〜３５℃程度の温度の冷却水９６が流れ、第２の熱交換配管４３には水等の流体９７が流れる。

また、円筒状の容器４１の中心には回転軸８５が設けられる。その回転軸８５から放射状に複数の仕切壁６３が設けられ、各仕切壁６３と内部壁４４とにより複数の部屋Rが区画される。

各部屋Rには吸着剤６６が個別に設けられる。吸着剤６６は特に限定されないが、シリカゲル、ゼオライト、及び活性炭のいずれかを吸着剤６６として使用し得る。

そして、各部屋R内の吸着剤６６には、回転軸８５の延在方向に平行な複数の管８６が貫通する。後述のように、複数の管８６の各々には冷却水や温水が流通する。

一方、第３の弁４５は、底板６１と、第１のロータ４６と、第２のロータ４８とを備える。

このうち、第１のロータ４６と第２のロータ４８は、いずれも第１の配管４９に固定される。そして、不図示のモータ等の駆動力によって回転軸８５を回転させることで、当該回転軸８５に機械的に接続された第１の配管４９が回転し、それにより各ロータ４６、４８も回転する。

各ロータ４６、４８の配置は特に限定されない。本実施形態では、回転軸８５を中心にして第１のロータ４６から所定の角度をおいて第２のロータ４８を設ける。

また、第１の配管４９には第１の開口４９ａと第２の開口４９ｂが形成され、第１の開口４９ａを介して、第１の配管４９の内側と外側とが連通する。

そして、第１の配管４９の内側には、当該配管４９と同軸をなす第２の配管５０が設けられる。

第２の配管５０の外周には、上記の第２の開口４９ｂを開口端とする接続配管５２が設けられ、その接続配管５２を介して第２の配管５０の内部が第１の配管４９の外側の空間に連通する。

なお、第２の配管５０は、第１の配管４９と回転軸８５に機械的に固定されており、回転軸８５を中心にして第１の配管４９と共に回転する。

そして、底板６１には、各吸着剤６６を貫通する複数の管８６の各々に対応した孔６１ａが形成される。

一方、第４の弁５７は、底板７３と、第３のロータ６８と、第４のロータ６９とを有する。

このうち、第３のロータ６８と第４のロータ６９は、いずれも第３の配管７０に固定される。そして、不図示のモータ等の駆動力によって回転軸８５を回転させることで、当該回転軸８５に機械的に接続された第３の配管７０が回転し、それにより各ロータ６８、６９も回転する。

また、第３のロータ６８と第４のロータ６９は、それぞれ回転軸８５を中心にして上記の第１のロータ４６と第２のロータ４８と同じ角度位置に設けられる。

そして、第３の配管７０には第３の開口７０ａと第４の開口７０ｂが形成され、第３の開口７０ａを介して、第３の配管７０ａの内側と外側とが連通する。

更に、第３の配管７０の内側には、当該配管７０と同軸をなす第４の配管７１が設けられる。

第４の配管７１の外周には、上記の第４の開口７０ｂを開口端とする接続配管７２が設けられ、その接続配管７２を介して第４の配管７１の内部が第３の配管７０の外側の空間に連通する。

なお、第４の配管７１は、第３の配管７０と回転軸８５に機械的に固定されており、回転軸８５を中心にして第３の配管７０と共に回転する。

図４は、回転軸８５に垂直な面で切断した第３の弁４５の断面図である。

図４に示されるように、第３の弁４５の内側の空間においては、第１のロータ４６と第２のロータ４８によって、冷却水が通る第１の空間R1と温水が通る第２の空間R2とが画定される。

そして、複数の管８６のうちの一部の一端が第１の空間R1に連通し、複数の管８６の残りの一端が第２の空間R2に連通する。

各空間R1、R2は、これらを仕切る各ロータ４６、４８と共に回転する。その回転により、複数の管８６のうちで第１の空間R1に現れるものや第２の空間R2に現れるものが変わる。これにより、各管８６のうち一部を選択して第１の空間R1に連通させたり、残りの管８６を第２の空間R2に連通させたりする動作を、回転軸８５（図３参照）の回転運動と共に連続的に行うことができる。

図５は、回転軸８５に垂直な面で切断した第４の弁５７の断面図である。

図５に示されるように、第４の弁５７の内側の空間においては、第３のロータ６８と第４のロータ６９によって、冷却水が通る第３の空間R3と温水が通る第４の空間R4とが画定される。

そして、複数の管８６のうちの一部の他端が第３の空間R3に連通し、複数の管８６の残りの他端が第４の空間R4に連通する。

各空間R3、R4は、これらを仕切る各ロータ６８、６９と共に回転する。その回転により、複数の管８６のうちで第３の空間R3に現れるものや第４の空間R4に現れるものが変わる。これにより、各管８６のうち一部を選択して第３の空間R3に連通させたり、残りの管８６を第４の空間R4に連通させたりする動作を、回転軸８５の回転運動と共に連続的に行うことができる。

図６は、回転軸８５を含む面で切断した吸着式ヒートポンプ４０の断面図である。

図６に示すように、内部壁４４において、仕切板５９よりも上側の部分には第１の開口４４ａが形成され、仕切板５９よりも下側の部分には第２の開口４４ｂが形成される。

そして、第１の弁５５は、第１の開口４４ａの縁部から垂下して部屋Rの外側から第１の開口４４ａを塞ぐ第１の垂下片９１を有する。

同様に、第２の弁５６は、第２の開口４４ｂの縁部から垂下して部屋Rの外側から第２の開口４４ｂを塞ぐ第２の垂下片９２を有する。

各垂下片９１、９２は、例えば樹脂フィルムであって、部屋Rと熱交換器８１、８２の内部との差圧によって自発的に開閉可能である。

例えば、第１の垂下片９１は、第１の熱交換器８１内の圧力が部屋Rの圧力よりも低くなると部屋Rの外側に開き、圧力の大小関係がこれとは逆になると部屋Rの外側から第１の開口４４ａを塞ぐ。

そして、第２の垂下片９２は、第２の熱交換器８２内の圧力が部屋Rの圧力よりも高くなると部屋Rの内側に開き、圧力の大小関係がこれとは逆になると部屋Rの内側から第２の開口４４ｂを塞ぐ。

このように自発的に各弁５５、５６が開閉するので、本実施形態では各弁５５、５６を制御するための動力が不要になると共に、吸着式ヒートポンプ４０の構造が簡単となる。

次に、この吸着式ヒートポンプ４０の動作について、図６を参照しながら説明する。

動作時には、部屋Rと各熱交換器８１、８２の内部をいずれも減圧状態にした状態で、吸着式ヒートポンプ４０に冷却水W_Lと温水W_Hとを供給する。

このうち、温水W_Hは、自動車や電子計算機等の廃熱を輸送するものであり、吸着式ヒートポンプ４０における再利用の対象となる。その温水W_Hの温度は、例えば、５０℃〜８０℃程度である。

温水W_Hは、第２の配管５０から吸着式ヒートポンプ４０に供給され、第３の弁４５の第２の空間R2に入る。その後、温水W_Hは、管８６を通って第４の弁５７の第４の空間R4に入り、第４の配管７１から排出される。

一方、冷却水W_Lは、２０℃〜３５℃程度の温度であり、第１の配管４９から吸着式ヒートポンプ４０に供給された後、第３の弁４５の第１の空間R1に入る。その後、冷却水W_Lは、管８６を通って第４の弁５７の第３の空間R3に入り、第３の配管７０から排出される。

冷却水W_Lと温水W_Hが各管８６を通る途中では、これらの水によって吸着剤６６が冷却又は加熱される。

このとき、冷却水W_Lにより冷却される部屋Rでは吸着過程が行われ、温水W_Hにより加熱される部屋Rでは脱着過程が行われる。

脱着過程が行われる部屋Rにおいては、温水W_Hにより吸着剤６６が加熱され、吸着剤６６に吸着されていた冷媒Cが気化して吸着剤６６から脱離する。なお、冷媒Cは、吸着剤６６の材料に応じて適宜選択でき、水やエタノール等を使用することができる。

そして、このように冷媒Cが気化すると、脱着過程下の部屋R内の圧力が第１の熱交換器８１内の圧力よりも高まるため、第１の垂下片９１が部屋Rの外側に開くと共に、第２の垂下片９２が部屋Rの内側から第２の開口４４ｂを塞ぐ。

気化した冷媒Cは、第１の熱交換器８１内に入った後、第１の熱交換配管４２を流れる冷却水９６（図３参照）により冷やされて液化する。

そして、液化した冷媒Cは、漏斗状の仕切板５９上に溜まり、その一部が孔５９を通って第２の熱交換器８２内に入る。

一方、吸着過程が行われる部屋Rにおいては、第２の熱交換器８２内の冷媒Cが気化する。

このように冷媒Cが気化すると、その気化熱によって第２の熱交換配管４３内を流れる水等の流体９７（図３参照）が冷やされ、その流体９７から冷熱を取り出すことができる。この例では、吸着式ヒートポンプ４０に供給する前に２０℃〜３０℃程度であった流体９７の温度を、１０℃〜２０℃程度にまで冷やすことができる。

また、冷媒Cの気化により第２の熱交換器８２内の圧力が吸着過程下にある部屋Rの圧力よりも高くなるため、第２の垂下片９２が開状態となり、気化した冷媒Cが第２の開口４４ｂを通って吸着剤６６に吸着される。

そして、冷媒Cの吸着により発熱した吸着剤６６は、管８６を通る冷却水W_Lによって冷やされるため、発熱が原因で吸着剤６６の吸着能力が低下するのを防止できる。

このように、この吸着式ヒートポンプ４０は、廃熱により得られた温水W_Hを利用して、流体９７（図３参照）から冷熱を取り出すように機能する。

以上説明した本実施形態では、回転軸８５を中心にして既述のように各ロータ４６、４８、６８、６９を回転させることで脱着過程と吸着過程とを連続的に切り替えることが可能となる。

更に、このようにロータを利用して脱着過程と吸着過程を切り替えるため、冷媒C、冷却水W_L、及び温水W_Hの流路を制御するための多数の弁が不要となり、装置の簡略化が図られる。

また、既述のように、吸着剤６６による冷媒Cの脱着速度と吸着速度の相違が原因で、脱着過程と吸着過程とでは終了するタイミングが異なる。なお、吸着速度は、単位時間あたりに単位質量の吸着剤６６が吸着する冷媒Cの質量で定義され、脱着速度は、単位時間あたりに単位質量の吸着剤６６から脱離する冷媒Cの質量で定義される。

このように脱着過程と吸着過程の各々が終了するタイミングが異なっても、本実施形態では以下のようにしてこれらの過程を最適な時間だけ行い、ヒートポンプ４０を効率的に運転できる。

図７は、回転軸８５（図３参照）に垂直な面で切断した場合の第３の弁４５の模式断面図である。

図７に示すように、回転軸８５の延在方向から見ると、第１の空間R1が占める第１の面積S1と第２の空間R2が占める第２の面積S2とは異なる。

本実施形態では、第１の面積S1と第２の面積S2との比（S1/S2）を、吸着剤６６（図３参照）の脱着速度V1と吸着速度V2との比（V1/V2）に等しくする。

このような面積比で各ロータ４６、４８を一定の速度で回転させれば、吸着剤６６が脱着過程を終了するのと略同時にその吸着剤６６が吸着過程に曝され、効率的に吸着式ヒートポンプを運転することができる。

更に、図３に示したように、各吸着剤６６の断面形状を扇形とすることで、各吸着剤６６を寄せ集めてそれらの集合体の形状を概略円柱状にすることができる。これにより、各吸着剤６６の露出面は実質的に円柱の外周側面だけとなるため、吸着式ヒートポンプ４０を小型化できると共に、露出面からの吸着剤６６の放熱を抑制し、吸着式ヒートポンプ４０の熱損失を低減することができる。

（第２実施形態）
図８は、本実施形態に係る吸着式ヒートポンプの一部切り欠き斜視図である。

なお、図８において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００は、構造面においては、第３の弁４５と第４の弁５７のみが第１実施形態と異なり、これ以外は第１実施形態と同じである。

図８に示されるように、第３の弁４５はカップ１０７を有する。カップ１０７は、その内側を下向きにした状態で第１のロータ４６と第２のロータ４８とに機械的に接続され、各ロータ４６、４８の基部からこれらの翼長の途中まで延在する。

更に、各ロータ４６、４８には第５の配管１０５が機械的に接続される。そして、第５の配管１０５の内側には、該第５の配管１０５と同軸をなすように第６の配管１０６が設けられる。

一方、第４の弁５７は、第３のロータ６８と第４のロータ６９とに機械的に接続されて回転軸８５の動径方向に延びる仕切板１１０を備える。

そして、各ロータ６８、６９には第７の配管１１１が機械的に接続される。更に、第７の配管１１１の内側には、該第７の配管１１１と同軸をなすように第８の配管１１２が設けられる。

図９（ａ）は第３の弁４５の上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のI−I線に沿う断面図である。

第１実施形態で説明したように、第３の弁４５の内側の空間は、第１のロータ４６と第２のロータ４８により、冷却水が通る第１の空間R1と温水が通る第２の空間R2とに分けられる。

本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、第１の空間R1が上記のカップ１０７により更に第１の小空間r1と第２の小空間r2とに分けられる。

そして、第１の小空間r1は、第１の開口１０５ａを介して第５の配管１０５の内側に連通する。また、第２の小空間r2は、第２の開口１０５ｂを介して第６の配管１０６の内側に連通する。

冷却水W_Lは、第６の配管１０６から第２の小空間r2に供給され、管８６（図８参照）を通って各吸着剤６６を冷却した後、第４の弁５７内をＵターンして第１の小空間r1に入り、開口１０５ａから第５の配管１０５に入る。

本実施形態では、カップ１０７の形状を図９（ａ）のように扇形にすることで、カップ１０７で覆われる吸着剤６６を冷却水W_Lで均等に冷却することができる。

図１０は、回転軸８５に垂直な面で切断したときの第４の弁５７の断面図である。

第１実施形態で説明したように、第４の弁５７の内側の空間は、第３のロータ６８と第４のロータ６９により、冷却水が通る第３の空間R3と温水が通る第４の空間R4とに分けられる。

本実施形態では、図１０に示すように、第４の空間R4が上記の仕切板１１０によって更に第３の小空間r3と第４の小空間r4とに分けられる。

そして、第３の小空間r3は、開口１１１ａを介して第７の配管１１１の内側に連通する。また、第４の小空間r4は、接続配管１１３を介して第８の配管１１２の内側に連通する。

本実施形態では、温水W_Hは、接続配管１１３から第４の小空間r4に供給される。その温水W_Hは、第４の小空間r4に連通する管８６を通り吸着剤６６を加熱した後、第３の弁４５（図８参照）の第２の空間R2内においてUターンする。そのようにUターンした温水W_Hは、第３の小空間r3に連通する管８６に入り、余熱で当該管８６の周囲の吸着剤６６を加熱した後、開口１１１ａを介して第７の配管１１１から排出される。

ここで、第３の小空間r3は、各ロータ６８、６９の回転方向Pを基準にして第４の小空間r4の前方にあるため、各吸着剤８６は、上記した温水W_Hの余熱によってまず初期加熱され、その後、第４の小空間r4に入った温水W_Hによって本加熱される。

これにより、脱着過程において温水W_Hの熱エネルギを無駄なく利用することができるようになる。

次に、この吸着式ヒートポンプ１００の動作について説明する。

なお、基本的な動作については第１実施形態と同じなので、以下では第１実施形態と相違する点についてのみ説明する。

図１１（ａ）は、回転軸８５を含む面で切断したときの本実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００の断面図である。

動作時には、第６の配管１０６に冷却水W_Lを供給すると共に、第８の配管１１２に温水W_Hを供給する。

冷却水W_Lは、カップ１０７の内側の第２の小空間r2に導入された後、管８６を通り第４の弁５７の第３の空間R3に至る。第３の空間R3の内部においては、管８６以外に冷却水W_Lの戻り道はない。そのため、冷却水W_Lは、行きとは別の管８６を通り、第３の弁４５内の第１の小空間r1に至り、第５の配管１０５から排出される。

一方、温水W_Hは、接続配管１１３を通って第４の弁５７の第４の小空間ｒ4に導入された後、管８６を通って第３の弁４５の第２の空間R2に至る。

第２の空間R2内の温水W_Hは第４の弁５７に戻ろうとするが、複数の管８６のうち第４の小空間r4に連通するものには温水W_Hの供給圧が加わっているため、当該管８６は温水W_Hの戻り道とはならない。

一方、複数の管８６のうち第３の小空間r3（図１０参照）に連通するものにはそのような供給圧が印加されていない。

図１１（ｂ）は、第３の小空間r3が現れる面で切断したときの第４の弁５７の断面図である。

図１１（ｂ）に示すように、上記の温水W_Hは、供給圧の加わっていない第３の小空間r3に連通する管８６を戻り、当該第３の小空間r3に至った後、その後開口１１１ａを介して第７の配管１１１から排出される。

この吸着式ヒートポンプ１００においても、第１実施形態と同様に、温水W_Hが通る吸着剤６６が脱着過程を行い、冷却水W_Lが通る吸着剤６６が吸着過程を行う。そして、不図示のモータ等により回転軸８５を回転させることで、温水W_Hによる加熱や冷却水W_Lによる冷却の対象となる吸着剤６６を連続的に変えることができる。

以上説明した本実施形態によれば、図１１（ａ）に示したように、第７の配管１１１と第８の配管１１２とを同軸に配し、これらの配管１１１、１１２をそれぞれ温水W_Hの出口と入口に使用する。

このようにすると、第８の配管１１２内の温水W_Hが第７の配管１１１内の温水W_Hにより保温されるので、吸着式ヒートポンプ１００に供給される前に温水W_Hが冷えるのを防止できる。

また、冷却水W_Lについても、同軸に配された各配管１０５、１０６をそれぞれ出口と入口に使用することで、第６の配管１０６を通る冷却水W_Lの冷却状態を第５の配管１０５を通る冷却水W_Lで維持でき、供給前に冷却水W_Lが温まるのを防止できる。

これらにより、温水W_Hで脱着過程下の吸着剤６６を十分に加熱したり、冷却水W_Lで吸着過程下の吸着剤６６を十分に冷却したりすることができるようになり、吸着式ヒートポンプ１００の運転効率を高めることが可能となる。

なお、上記では、図１１（ａ）に示したように、冷却水W_Lの出入り側に第３の弁４５を使用し、温水W_Hの出入り側に第４の弁５７を使用したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、冷却水W_Lの出入り側に第４の弁５７を使用し、温水W_Hの出入り側に第３の弁４５を使用するようにしてもよい。

更に、第３の弁４５と第４の弁５７とを同一構造にしてもよい。例えば、第４の弁５７として、図９（ａ）、（ｂ）に示した第３の弁４５と同一構造のものを使用してもよいし、第３の弁４５として、図１０に示した第４の弁５７と同一構造のものを使用してもよい。

（第３実施形態）
図１２は、本実施形態で使用する第３の弁４５の斜視図である。なお、図１２において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第２実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

第１実施形態と第２実施形態では、第３の弁４５の動力源として、回転軸８５（図３参照）に接続されたモータを使用した。

これに対し、本実施形態では、図１２に示すように、第１のロータ４６の短手方向D1と、第２のロータ４８の短手方向D2の各々を、各ロータ４６、４８の回転軸の延在方向D0から傾斜させる。

このようにすると、管８６に連通する孔６１ａを出入りする冷却水W_Lや温水W_Hの水流を各ロータ４６、４８の主面で受けることができ、その水流によって各ロータ４６、４８を自発的に回転させることができる。

これにより、各ロータ４６、４８を駆動するモータ用の電力が不要となり、吸着式ヒートポンプの省エネルギ化を図ることが可能となる。

なお、上記では第３の弁４５について説明したが、第４の弁５７の第３のロータ６８と第４のロータ６９に対しても、図１２と同様にそれらの短手方向を回転軸の延在方向D0から傾斜させてもよい。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）複数の部屋に区画された容器と、
複数の前記部屋の各々に配設された複数の吸着剤と、
複数の前記部屋の各々を貫通する複数の管と、
複数の前記部屋の各々の壁に設けられた第１の弁と、
複数の前記部屋の各々の壁に設けられた第２の弁と、
前記第１の弁を介して少なくとも複数の前記部屋のうちの一に繋がり、前記吸着剤から脱離した冷媒を液化させる第１の熱交換器と、
前記第２の弁を介して少なくとも前記部屋のうちの一に繋がると共に、前記第１の熱交換器に繋がり、該第１の熱交換器から供給された前記冷媒を気化させる第２の熱交換器と、
冷却水が通る第１の空間と温水が通る第２の空間とが画定され、複数の前記管のうちの一部の一端を選択して前記第１の空間に連通させ、複数の前記管の残りの一端を前記第２の空間に連通させる第３の弁と、
を有することを特徴とする吸着式ヒートポンプ。

（付記２）前記冷却水が通る第３の空間と前記温水が通る第４の空間とが画定され、複数の前記管のうちの前記一部の他端を選択して前記第３の空間に連通させ、複数の前記管の前記残りの他端を前記第４の空間に連通させる第４の弁を更に有することを特徴とする付記１に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記３）前記容器は円筒であり、
複数の前記部屋は、前記円筒の中心から放射状に画定されることを特徴とする付記１に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記４）前記第３の弁は、互いに機械的に接続されて前記円筒の中心を軸にして回転する第１のロータと第２のロータとを有し、
前記第４の弁は、互いに機械的に接続されて前記中心を軸にして回転する第３のロータと第４のロータとを有し、
前記第１の空間と前記第２の空間が、前記第１のロータと前記第２のロータにより仕切られ、
前記第３の空間と前記第４の空間が、前記第３のロータと前記第４のロータにより仕切られたことを特徴とする付記３に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記５）前記第１のロータ、前記第２のロータ、前記第３のロータ、及び前記第４のロータの各々の短手方向を前記軸の延在方向から傾斜させることにより、前記第３の弁と前記第４の弁とを、前記管を出入りする前記温水又は冷却水の水流で回転可能にしたことを特徴とする付記４に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記６）前記第３の弁に接続されて前記第１の空間に連通する第１の配管と、
前記第３の弁に接続されると共に、前記第１の配管の内側に該第１の配管と同軸をなして設けられ、前記第２の空間に連通する第２の配管と、
前記第４の弁に接続されて前記第３の空間に連通する第３の配管と、
前記第４の弁に接続されると共に、前記第３の配管の内側に該第３の配管と同軸をなして設けられ、前記第４の空間に連通する第４の配管とを更に有することを特徴とする付記４に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記７）前記第３の弁に設けられ、前記第１の空間を第１の小空間と第２の小空間に仕切る第１の仕切部材と、
前記第４の弁に設けられ、前記第４の空間を第３の小空間と第４の小空間に仕切る第２の仕切部材と、
前記第３の弁に接続されて前記第１の小空間に連通する第５の配管と、
前記第３の弁に接続されると共に、前記第５の配管の内側に該第５の配管と同軸をなして設けられ、前記第２の小空間に連通する第６の配管と、
前記第４の弁に接続されて、前記第３の小空間に連通する第７の配管と、
前記第４の弁に接続されると共に、前記第７の配管の内側に該第７の配管と同軸をなして設けられ、前記第４の小空間に連通する第８の配管とを更に有することを特徴とする付記４に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記８）前記第１の仕切り部材は、前記第１のロータと前記第２のロータとに機械的に接続され、前記第１のロータと前記第２のロータの各々の基部からこれらの翼長の途中まで延在するカップであり、
前記第２の仕切り部材は、前記第３のロータと前記第４のロータとに機械的に接続されて前記中心の動径方向に延びる仕切板であることを特徴とする付記７に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記９）前記軸の延在方向から見たときに、前記第１の空間が占める第１の面積と、前記第２の空間が占める第２の面積とが異なることを特徴とする付記４〜８のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記１０）前記第１の面積と前記第２の面積との比は、前記吸着剤の脱着速度と吸着速度との比に等しいことを特徴とする付記９に記載の吸着式ヒートポンプ。

（付記１１）複数の前記部屋の各々の壁に第１の開口と第２の開口が形成され、
前記第１の弁は、前記第１の開口の縁部から垂下して前記部屋の外側から前記第１の開口を塞ぐ第１の垂下片を有し、
前記第２の弁は、前記第２の開口の縁部から垂下して前記部屋の内側から前記第２の開口を塞ぐ第２の垂下片を有することを特徴とする付記１〜１０のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ。

１、４０、１００…吸着式ヒートポンプ、１０…蒸発器、１１…凝縮器、１２…第１の容器、１３…第２の容器、１４…第１の吸着剤、１５…第１の配管、１６…第２の吸着剤、１７…第２の配管、２１〜２４…第１〜第４の弁、２５〜２７…第３〜第５の配管、３１…第１の冷却水、３２…第２の冷却水、３３…温水、３４…流体、４１…容器、４２…第１の熱交換配管、４３…第２の熱交換配管、４４…内部壁、４４ａ…第１の開口、４４ｂ…第２の開口、４５…第３の弁、４６…第１のロータ、４８…第２のロータ、４９…第１の配管、４９ａ…第１の開口、４９ｂ…第２の開口、５０…第２の配管、５２…接続配管、５５…第１の弁、５６…第２の弁、５７…第４の弁、５９…仕切板、５９ａ…孔、６１…底板、６１ａ…孔、６３…仕切壁、６６…吸着剤、６８…第３のロータ、６９…第４のロータ、７０…第３の配管、７０ａ…第３の開口、７０ｂ…第４の開口、７１…第４の配管、７２…接続配管、７３…底板、８１…第１の熱交換器、８２…第２の熱交換器、８５…回転軸、８６…管、１０５…第５の配管、１０５ａ…第１の開口、１０５ｂ…第２の開口、１０６…第６の配管、１０７…カップ、１１０…仕切板、１１１…第７の配管、１１２…第８の配管、１１３…接続配管。

Claims

複数の部屋に区画された容器と、
複数の前記部屋の各々に配設された複数の吸着剤と、
複数の前記部屋の各々を貫通する複数の管と、
複数の前記部屋の各々の壁に設けられた第１の弁と、
複数の前記部屋の各々の壁に設けられた第２の弁と、
前記第１の弁を介して少なくとも複数の前記部屋のうちの一に繋がり、前記吸着剤から脱離した冷媒を液化させる第１の熱交換器と、
前記第２の弁を介して少なくとも前記部屋のうちの一に繋がると共に、前記第１の熱交換器に繋がり、該第１の熱交換器から供給された前記冷媒を気化させる第２の熱交換器と、
冷却水が通る第１の空間と温水が通る第２の空間とが画定され、複数の前記管のうちの一部の一端を選択して前記第１の空間に連通させ、複数の前記管の残りの一端を前記第２の空間に連通させる第３の弁と、
を有することを特徴とする吸着式ヒートポンプ。
前記冷却水が通る第３の空間と前記温水が通る第４の空間とが画定され、複数の前記管のうちの前記一部の他端を選択して前記第３の空間に連通させ、複数の前記管の前記残りの他端を前記第４の空間に連通させる第４の弁を更に有することを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
前記容器は円筒であり、
複数の前記部屋は、前記円筒の中心から放射状に画定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着式ヒートポンプ。
前記第３の弁は、互いに機械的に接続されて前記円筒の中心を軸にして回転する第１のロータと第２のロータとを有し、
前記第４の弁は、互いに機械的に接続されて前記中心を軸にして回転する第３のロータと第４のロータとを有し、
前記第１の空間と前記第２の空間が、前記第１のロータと前記第２のロータにより仕切られ、
前記第３の空間と前記第４の空間が、前記第３のロータと前記第４のロータにより仕切られたことを特徴とする請求項３に記載の吸着式ヒートポンプ。
前記第１のロータ、前記第２のロータ、前記第３のロータ、及び前記第４のロータの各々の短手方向を前記軸の延在方向から傾斜させることにより、前記第３の弁と前記第４の弁とを、前記管を出入りする前記温水又は冷却水の水流で回転可能にしたことを特徴とする請求項４に記載の吸着式ヒートポンプ。
前記軸の延在方向から見たときに、前記第１の空間が占める第１の面積と、前記第２の空間が占める第２の面積とが異なることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の吸着式ヒートポンプ。