JP2012149805A - ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】室内の空気に熱を効率良く供給し得るヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプシステム１であって、一面側と他面側の一方が吸熱部２ａで他方が放熱部２ｂとなるペルチェ素子２と、一面側と他面側のいずれか一つと熱的に接続される室内熱交換器４と、室内１２の空気を室内熱交換器４に供給して空気に対して室内熱交換器４が熱交換可能とする送風機５と、室内熱交換器４と熱的に接続される化学ヒートポンプ３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内の空気に熱（冷熱または温熱）を供給するヒートポンプシステムに関する。

ヒートポンプシステムは、例えばペルチェ素子と水素ヒートポンプを有する（特許文献１参照）。ペルチェ素子は、電流が流されることで放熱する放熱部と、吸熱する吸熱部を有する。水素ヒートポンプは、水素貯蔵合金を有し、水素貯蔵合金は、水素を吸収することで発熱し、水素を放出することで吸熱する。水素ヒートポンプは、ペルチェ素子の放熱部と熱的に接続されて放熱部を冷却する。したがって放熱部が水素ヒートポンプによって冷却されることで、吸熱部による吸熱量が多くなる。そして吸熱部によって室内の空気を冷却する。

特開平６−１０９３４２号公報

しかし水素ヒートポンプは、室内の空気を冷却するペルチェ素子の吸熱部側の下流熱回路ではなく、放熱部側の上流熱回路に設けられる。そのため水素ヒートポンプによる吸熱は、ペルチェ素子を介して室内の空気の冷却に利用される。したがって従来のヒートポンプシステムは、エネルギ損失が大きい場合がある。そこで室内の空気に熱（冷熱または温熱）を効率良く供給し得るヒートポンプシステムが必要とされている。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備えるヒートポンプシステムであることを特徴とする。一つの特徴によると本発明は、一面側と他面側の一方が吸熱部で他方が放熱部となるペルチェ素子と、一面側と他面側のいずれか一つと熱的に接続される室内熱交換器と、室内の空気を室内熱交換器に供給して空気に対して室内熱交換器が熱交換可能とする送風機と、室内熱交換器と熱的に接続される化学ヒートポンプを有する。

したがってペルチェ素子の一つの面側は、室内熱交換器を経由して室内空気に熱（冷熱または温熱）を供給する。化学ヒートポンプは、室内熱交換器と熱的に接続される。そのため化学ヒートポンプは、室内の空気に熱を供給する下流熱回路において室内の空気に熱（冷熱または温熱）を供給する。かくして室内の空気に熱を効率良く供給し得る。例えば、ペルチェ素子の他方の面側である上流熱回路に化学ヒートポンプが設けられると、化学ヒートポンプが供給した熱は、ペルチェ素子を介すことでエネルギ損失が生じる。しかし本発明によると、化学ヒートポンプは、下流熱回路側に設けられるため、該エネルギ損失が抑制される。かくしてヒートポンプシステムは、室内の空気に熱を効率良く供給し得る。

本発明のヒートポンプシステムによれば、室内の空気に熱を効率良く供給することができる。

ヒートポンプシステムの構成図である。 ペルチェ素子の冷却温度―成績係数線図である。 他の形態にかかるヒートポンプシステムの構成図である。 他の形態にかかるヒートポンプシステムの構成図である。 他の形態にかかるヒートポンプシステムの構成図である。

本発明の一つの実施の形態を図１，２にしたがって説明する。ヒートポンプシステム１は、図１に示すように室内１２の空気を冷却するためにペルチェ素子２と化学ヒートポンプ３を有する。室内１２は、例えば、車両の乗員用空間あるいは車両の荷物用空間である。

ペルチェ素子２は、図１に示すように異なる金属、導体または半導体から構成される。ペルチェ素子２は、直流電流を流すことでペルチェ効果を奏し、一面側と他面側のいずれか一つが吸熱部２ａとなって吸熱し、他の一つが放熱部２ｂとなって放熱する。放熱部２ｂは、配管１０，１１を流れる熱媒体によってラジエタ９と熱的に接続される。

熱媒体は、冷却水等であって、図示省略のポンプ等によって配管１０，１１内を流れる。ペルチェ素子２の放熱部２ｂから放出された熱は、熱媒体に蓄積され、配管１０を経由してラジエタ９に供給される。ラジエタ９は、熱を発散する装置であって、フィン付きの細管を有する。細管内を熱媒体が流れ、フィンによって熱媒体から熱が外気に発散され、熱媒体が冷却される。熱媒体は、ラジエタ９から配管１１を経由してペルチェ素子２の放熱部２ｂに向けて流れる。

吸熱部２ａは、図１に示すように配管７，８を流れる熱媒体によって室内熱交換器４と熱的に接続される。熱媒体は、冷却水等であって、図示省略のポンプ等によって配管７，８内を流れる。熱媒体は、ペルチェ素子２の吸熱部２ａによって吸熱される。換言すると、吸熱部２ａから熱媒体に冷熱が供給される。熱媒体は、吸熱部２ａから配管７を経由して室内熱交換器４に向けて流れる。

室内熱交換器４は、熱（冷熱）を発散する装置であって、空気配管６内に設けられる。室内熱交換器４は、例えば管とフィンを有する。管内を熱媒体が流れ、フィンから熱媒体の熱（冷熱）が空気配管６内の空気に発散される。熱媒体は、室内熱交換器４から配管８を経由して吸熱部２ａに向けて流れる。空気配管６には、化学ヒートポンプ３も設けられる。

化学ヒートポンプ３は、互いに可逆な発熱反応と吸熱反応を利用する装置である。化学ヒートポンプ３は、例えば吸着式ヒートポンプであって、吸・脱着現象に付随しておこる吸着質の相変化を利用するエネルギ変換機器である。化学ヒートポンプ３は、本体部３ａと熱交換器（吸熱部）３ｂを有する。本体部３ａは、吸熱反応を利用して配管３ｃ，３ｄを流れる熱媒体を冷却する。熱媒体は、図示省略のポンプ等によって本体部３ａから熱交換器３ｂに向けて流れ、かつ熱交換器３ｂから本体部３ａに向けて流れる。

熱交換器３ｂは、図１に示すように室内熱交換器４の上流側において空気配管６内に設けられる。熱交換器３ｂは、管とフィンを有し、熱媒体が管内を流れ、フィンから熱媒体の熱（冷熱）が空気配管６内の空気に発散される。

空気配管６は、図１に示すように室内１２に開口する取入口６ａと、室内１２に開口する吐出口６ｂを有する。取入口６ａには、送風機５が設けられ、送風機５が室内１２の空気を空気配管６に供給する。空気は、化学ヒートポンプ３の熱交換器３ｂを通過することで化学ヒートポンプ３から冷熱を受け、室内熱交換器４を通過することで室内熱交換器４を介してペルチェ素子２の吸熱部２ａから冷熱を受ける。空気は、空気配管６の吐出口６ｂから室内１２に吐出される。これにより室内１２の空気がヒートポンプシステム１によって冷却される。

以上のようにヒートポンプシステム１は、図１に示すように一面側と他面側の一方が吸熱部２ａで他方が放熱部２ｂとなるペルチェ素子２と、吸熱部２ａと熱的に接続される室内熱交換器４と、室内１２の空気を室内熱交換器４に供給して空気に対して室内熱交換器４が熱交換可能とする送風機５と、室内熱交換器４と熱的に接続される化学ヒートポンプ３を有する。

したがってペルチェ素子２の一つの面側（吸熱部２ａ）は、室内熱交換器４を経由して室内空気に熱（冷熱）を供給する。化学ヒートポンプ３は、室内熱交換器４と熱的に接続される。そのため化学ヒートポンプ３は、室内１２の空気に熱を供給する下流熱回路において室内１２の空気に熱（冷熱）を供給する。かくして室内１２の空気に熱を効率良く供給し得る。例えば、ペルチェ素子２の他方の面（放熱部２ｂ）側である上流熱回路に化学ヒートポンプ３が設けられると、化学ヒートポンプ３が供給した熱は、ペルチェ素子２を介すことでエネルギ損失が生じる。しかし本形態によると、化学ヒートポンプ３は、下流熱回路側に設けられるため、該エネルギ損失が抑制される。かくしてヒートポンプシステム１は、室内１２の空気に熱を効率良く供給し得る。

またヒートポンプシステム１は、図１に示すように送風機５によって空気が流される空気配管６を有する。空気配管６内に室内熱交換器４が設けられる。化学ヒートポンプ３が空気配管６の室内熱交換器４の上流側に設けられる。したがって空気配管６を流れる空気は、化学ヒートポンプ３から熱（冷熱）を受け、室内熱交換器４から熱を受ける。そのため空気が複数箇所から熱を受けるため、一箇所から熱を受ける場合に比べて各箇所から受ける熱量を抑制することができる。例えば、室内を急激に冷房する場合などにおいて各箇所から受ける熱量を抑制することができる。

そのため室内熱交換器４と熱的に接続されるペルチェ素子２の出力を抑えることができる。ペルチェ素子２は、図２に示すように出力を抑制することで、成績係数が高くなる。例えば、吸熱部２ａの上流と下流における熱媒体の温度差ΔＴが２５℃の場合に比べ、２０℃の場合においてｃｏｐが高くなる。したがって本形態によるとペルチェ素子２の成績係数を高くすることができ、ひいてはヒートポンプシステム１の成績係数を高くすることができる。

化学ヒートポンプ３の出力熱量も抑制することができる。これにより化学ヒートポンプ３を小さくし得る、あるいは低価格にすることができる。例えば、化学ヒートポンプ３が吸着式ヒートポンプの場合は、吸着材の量を少なくすることができる。

化学ヒートポンプ３は、図１に示すように室内熱交換器４よりも上流に位置する。そのため化学ヒートポンプ３の能率を向上させることができる。例えば、化学ヒートポンプ３は、熱を供給する対象である空気の温度によって能率が変わる。空気の温度は、室内熱交換器４の上流と下流において異なる。したがって化学ヒートポンプ３が室内熱交換器４の下流の温度に比べて上流の温度において能率が高くなる場合、化学ヒートポンプ３の能率を向上させ得る。

また図１に示すようにペルチェ素子２の吸熱部２ａと室内熱交換器４が熱的に接続される。化学ヒートポンプ３が、吸熱部（熱交換器３ｂ）を備える吸着式ヒートポンプであって、吸熱部（３ｂ）が空気配管６内に配置される。したがって室内空気は、化学ヒートポンプ３の吸熱部（３ｂ）によって冷却され、かつ室内熱交換器４を介して吸熱部２ａによって冷却される。化学ヒートポンプ３は、室内熱交換器４よりも上流に設けられる。そのため室内熱交換器４よりも下流に設けられる場合に比べて、温度の高い空気を化学ヒートポンプ３によって冷却する。化学ヒートポンプ３は、吸着式ヒートポンプであって温度の高い空気を冷却する方が温度の低い温度を冷却する場合に比べて冷却能力が高い。そのため化学ヒートポンプ３の能率を高くし得る。

本発明は、上記実施の形態に限定されず、以下の形態等であっても良い。例えば、化学ヒートポンプ３は、図１に示す位置に代えて図３に示す位置、図４に示す位置、図５に示す位置に設けられても良い。

図３に示すヒートポンプシステム１は、化学ヒートポンプ３を有し、化学ヒートポンプ３は、本体部３ａと熱交換器３ｂを有する。熱交換器３ｂは、空気配管６の室内熱交換器４の下流側に設けられる。

すなわち図３に示すヒートポンプシステム１は、化学ヒートポンプ３が空気配管６の室内熱交換器４の下流に設けられる。したがって空気配管６を流れる空気は、室内熱交換器４から熱（冷熱）を受け、化学ヒートポンプ３から熱を受ける。そのため空気が複数箇所から熱を受けるため、一箇所から熱を受ける場合に比べて各箇所から受ける熱量を抑制することができる。

そのため室内熱交換器４と熱的に接続されるペルチェ素子２の出力を抑えることができる。これによりペルチェ素子２の成績係数を高くすることができる。化学ヒートポンプ３の出力熱量も抑制することができる。これにより化学ヒートポンプ３を小さくし得る、あるいは低価格にすることができる。

化学ヒートポンプ３は、図３に示すように室内熱交換器４よりも下流に位置する。そのため化学ヒートポンプ３の能率を向上させることができる。例えば、化学ヒートポンプ３は、熱を供給する対象である空気の温度によって能率が変わる。空気の温度は、室内熱交換器４の上流と下流において異なる。したがって化学ヒートポンプ３が室内熱交換器４の上流の温度に比べて下流の温度において能率が高くなる場合、化学ヒートポンプ３の能率が向上し得る。

図４に示すヒートポンプシステム１は、化学ヒートポンプ３を有し、化学ヒートポンプ３は、本体部３ａを有する。本体部３ａは、配管８と接続されて、配管８を流れる熱媒体に冷熱を供給する。

すなわち図４に示すヒートポンプシステム１は、ペルチェ素子２から室内熱交換器４へ熱媒体が流され得る第一配管７と、室内熱交換器４からペルチェ素子２へ熱媒体が流され得る第二配管８を有する。化学ヒートポンプ３が第二配管８内の熱媒体に冷熱を供給可能に設けられる。したがって配管７，８を流れる熱媒体は、化学ヒートポンプ３から熱（冷熱）を受け、ペルチェ素子２から熱（冷熱）を受ける。そのため熱媒体が複数箇所から熱を受けるため、一箇所から熱を受ける場合に比べて各箇所から受ける熱量を抑制することができる。

そのためペルチェ素子２の出力を抑えることができる。これによりペルチェ素子２の成績係数を高くすることができる。化学ヒートポンプ３の出力熱量も抑制することができる。これにより化学ヒートポンプ３を小さくし得る、あるいは低価格にすることができる。

化学ヒートポンプ３は、図４に示すようにペルチェ素子２よりも上流に位置する。そのため化学ヒートポンプ３の能率を向上させることができる。例えば、化学ヒートポンプ３は、熱を供給する対象である熱媒体の温度によって能率が変わる。熱媒体の温度は、ペルチェ素子２の上流と下流において異なる。したがって化学ヒートポンプ３が室内熱交換器４の下流の温度に比べて上流の温度において能率が高くなる場合、化学ヒートポンプ３の能率が向上し得る。

また図４に示すようにペルチェ素子２の吸熱部２ａと室内熱交換器４が熱的に接続される。化学ヒートポンプ３が、吸着式ヒートポンプであって、かつ熱媒体に冷熱を供給する。したがって熱媒体は、化学ヒートポンプ３によって冷却され、かつ吸熱部２ａによって冷却される。化学ヒートポンプ３は、室内熱交換器４よりも上流に設けられる。そのため室内熱交換器４よりも下流に設けられる場合に比べて、温度の高い熱媒体を化学ヒートポンプ３によって冷却する。化学ヒートポンプ３は、吸着式ヒートポンプであって温度の高い空気を冷却する方が温度の低い温度を冷却する場合に比べて冷却能力が高い。そのため化学ヒートポンプ３の能率が高くなる。

図５に示すヒートポンプシステム１は、化学ヒートポンプ３を有し、化学ヒートポンプ３は、本体部３ａを有する。本体部３ａは、配管７と接続されて、配管７を流れる熱媒体に冷熱を供給する。

すなわち図５に示すヒートポンプシステム１は、第一配管７と第二配管８を有する。化学ヒートポンプ３が第一配管７内の熱媒体に冷熱を供給可能に設けられる。したがって配管７，８を流れる熱媒体は、ペルチェ素子２から熱（冷熱）を受け、化学ヒートポンプ３から熱（冷熱）を受ける。そのため熱媒体が複数箇所から熱を受けるため、一箇所から熱を受ける場合に比べて各箇所から受ける熱量を抑制することができる。

そのためペルチェ素子２の出力を抑えることができる。これによりペルチェ素子２の成績係数を高くすることができる。化学ヒートポンプ３の出力熱量も抑制することができる。これにより化学ヒートポンプ３を小さくし得る、あるいは低価格にすることができる。

化学ヒートポンプ３は、図５に示すようにペルチェ素子２よりも下流に位置する。そのため化学ヒートポンプ３の能率を向上させることができる。例えば、化学ヒートポンプ３は、熱を供給する対象である熱媒体の温度によって能率が変わる。熱媒体の温度は、ペルチェ素子２の上流と下流において異なる。したがって化学ヒートポンプ３が室内熱交換器４の上流の温度に比べて下流の温度において能率が高くなる場合、化学ヒートポンプ３の能率が向上し得る。

本発明は、さらに上記実施の形態に限定されず、以下の形態等であっても良い。例えば、ヒートポンプシステムは、室内１２の空気を暖める装置であって、ペルチェ素子２の吸熱部２ａと放熱部２ｂを入れ換え、化学ヒートポンプ３によって空気配管６を流れる空気に温熱を供給（図１，３参照）、あるいは化学ヒートポンプ３によって配管７，８を流れる熱媒体に温熱を供給（図２，４参照）しても良い。

ペルチェ素子２は、配管７，８を介すことなく、室内熱交換器４に直接接続されても良い。例えば吸熱部２ａと室内熱交換器４が熱伝達可能に直接当接されても良い。

化学ヒートポンプ３は、吸着式ヒートポンプでも良いが、互いに可逆的な発熱反応と吸熱反応を利用する他のヒートポンプ、例えば吸収式ヒートポンプ、化学反応式ヒートポンプ、ハイドレートヒートポンプ、水素吸蔵ヒートポンプなどであっても良い。

送風機５は、空気配管６の取入口６ａに設けられても良いが、吐出口６ｂに設けられても良い。室内１２は、車両の室内でも良いが、住宅、オフィス、工場等の室内であっても良い。

配管３ｃ，３ｄ，７，８，１０，１１を流れる熱媒体は、冷却水等の液体でも良いし、気体であっても良い。ラジエタ９は、車両の走行風を利用して熱を外気に発散しても良いし、ファンによって生じる風を利用して熱を外気に発散しても良い。

ヒートポンプシステムは、複数のペルチェ素子を有していても良いし、複数の化学ヒートポンプを有していても良い。化学ヒートポンプは、複数の位置（図１，３，４，５の位置）に設けられても良い。

１…ヒートポンプシステム
２…ペルチェ素子
２ａ…吸熱部
２ｂ…放熱部
３…化学ヒートポンプ
３ａ…本体部
３ｂ…熱交換器（吸熱部）
４…室内熱交換器
５…送風機
６…空気配管
９…ラジエタ
１２…室内

Claims (7)

1. ヒートポンプシステムであって、
   一面側と他面側の一方が吸熱部で他方が放熱部となるペルチェ素子と、前記一面側と前記他面側のいずれか一つと熱的に接続される室内熱交換器と、室内の空気を前記室内熱交換器に供給して前記空気に対して前記室内熱交換器が熱交換可能とする送風機と、前記室内熱交換器と熱的に接続される化学ヒートポンプを有するヒートポンプシステム。
2. 請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
   前記送風機によって空気が流される空気配管を有し、
   前記空気配管内に前記室内熱交換器が設けられ、
   前記化学ヒートポンプが前記空気配管の前記室内熱交換器の上流に設けられるヒートポンプシステム。
3. 請求項２に記載のヒートポンプシステムであって、
   前記ペルチェ素子の前記吸熱部と前記室内熱交換器が熱的に接続され、
   前記化学ヒートポンプが、吸熱部を備える吸着式ヒートポンプであって、前記吸熱部が空気配管内に配置されるヒートポンプシステム。
4. 請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
   前記送風機によって空気が流される空気配管を有し、
   前記空気配管内に前記室内熱交換器が設けられ、
   前記化学ヒートポンプが前記空気配管の前記室内熱交換器の下流に設けられるヒートポンプシステム。
5. 請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
   前記ペルチェ素子から前記室内熱交換器へ熱媒体が流され得る第一配管と、前記室内熱交換器から前記ペルチェ素子へ前記熱媒体が流され得る第二配管を有し、
   前記化学ヒートポンプが前記第二配管内の熱媒体に冷熱を供給可能に設けられるヒートポンプシステム。
6. 請求項５に記載のヒートポンプシステムであって、
   前記ペルチェ素子の前記吸熱部と前記室内熱交換器が熱的に接続され、
   前記化学ヒートポンプが、吸着式ヒートポンプであって、かつ前記熱媒体に冷熱を供給するヒートポンプシステム。
7. 請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
   前記ペルチェ素子から前記室内熱交換器へ熱媒体が流され得る第一配管と、前記室内熱交換器から前記ペルチェ素子へ前記熱媒体が流され得る第二配管を有し、
   前記化学ヒートポンプが前記第一配管内の熱媒体に冷熱を供給可能に設けられるヒートポンプシステム。

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