JP2016217640A - バルブ、吸着式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】弁部材を駆動する駆動力を低減し、且つ弁部材の軸方向に沿った寸法を小さくすることができるバルブを得る。
【解決手段】バルブは、２つ以上のポートを有し、前記２つ以上のポートのそれぞれに接続部が接続されて大気圧よりも低圧とされた閉空間が内部に形成される筐体と、前記筐体の内部に収容されると共に回転可能に前記筐体に支持され、磁石を有し、回転位置によって１つ以上の前記ポートを開閉する弁部材と、前記筐体の外部に配置され、前記磁石に磁力を作用させて前記弁部材を回転させる駆動部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、バルブ、吸着式ヒートポンプに関する。

特許文献１には、吸着式冷凍機が開示されている。この吸着式冷凍機では、熱媒体が流通する空間が、大気圧よりも低圧とされた閉空間とされている。この閉空間は、蒸発器、凝縮器及び２つの吸着器等により形成されている。蒸発器、凝縮器及び２つの吸着器の各室同士を連通する連通口には、板状の弁体が設けられている。この弁体は、各室の圧力差によって開閉するようになっている。

特開２０１１−２０２９２２号公報

ここで、吸着式ヒートポンプにおける閉空間の各室同士を連通する連通口（連通路）を開閉する弁部材としては、エアシリンダ等のアクチュエータにより動作する弁部材がある。このような弁部材では、弁部材の一部が閉空間の外部に露出し、閉空間の外部に配置されたアクチュエータによって駆動される。

この構成では、閉空間の内部が大気圧よりも低圧とされる一方、閉空間の外部が大気圧とされるため、大気圧が弁部材に作用し、弁部材を開弁又は閉弁する際に大気圧に対抗して弁部材を駆動する必要がある。これにより、弁部材を駆動する駆動力が大きくなる。

また、前述の弁部材をその軸方向に移動させて、連通口（連通路）を開閉する構成では、弁部材の軸方向に移動スペースが必要となり、バルブの寸法が、弁部材の軸方向に長くなる。

本発明は、上記事実を考慮し、弁部材を駆動する駆動力を低減し、且つ弁部材の軸方向に沿った寸法を小さくすることができるバルブを得ることを目的とする。

請求項１の発明は、２つ以上のポートを有し、前記２つ以上のポートのそれぞれに接続部が接続されて大気圧よりも低圧とされた閉空間が内部に形成される筐体と、前記筐体の内部に収容されると共に回転可能に前記筐体に支持され、磁石を有し、回転位置によって１つ以上の前記ポートを開閉する弁部材と、前記筐体の外部に配置され、前記磁石に磁力を作用させて前記弁部材を回転させる駆動部と、を備える。

請求項１の構成によれば、閉空間とされた筐体の内部に収容された弁部材の磁石に、駆動部が筐体の外部から磁力を作用させて、弁部材を回転させる。これにより、弁部材の回転位置が変化し、弁部材は、回転位置によって１つ以上のポートを開閉する。

ここで、請求項１の構成では、閉空間が大気圧よりも低圧とされているが、弁部材は閉空間の内部に収容されているため、弁部材に対して大気圧が作用しない。このため、弁部材の一部が閉空間の外部に露出して弁部材に対して大気圧が作用する場合（第１比較例）に比べ、弁部材を駆動する駆動力を低減できる。

また、請求項１では、前述のように、駆動部が、弁部材の磁石に磁力を作用させて弁部材を回転させて、弁部材の回転位置を変えることで、ポートを開閉する。このため、弁部材が軸方向（回転軸方向）に移動してポートを開閉する場合（第２比較例）に比べ、弁部材の軸方向に弁部材の移動スペースを確保する必要がない。このため、前述の第２比較例に比べて、バルブにおける弁部材の軸方向に沿った寸法を小さくすることができる。

請求項２の発明は、吸着式ヒートポンプに用いられる請求項１に記載のバルブであって、前記筐体は、３つ以上の前記ポートを有し、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する反応器が前記３つ以上のポートのそれぞれに直接又は間接的に接続されて前記閉空間が内部に形成され、前記閉空間の内部に収容された吸着質が前記ポートのそれぞれの間で流通可能とされ、前記弁部材は、前記回転位置によって前記２つ以上のポートのそれぞれを開閉することで、連通させる前記ポートを切り替える。

請求項２の構成によれば、弁部材の回転位置によって連通させるポートを切り替えることで、吸着質が流通する反応器を切り替えることができる。

ここで、請求項２の構成では、駆動部が弁部材の磁石に磁力を作用させて、弁部材を回転させて、連通させるポートを切り替える。したがって、ポートを弁部材の回転方向にずらして配置することができるため、吸着質が流通する反応器の数を増やしてポート数を増加させても、バルブにおける弁部材の軸方向に沿った寸法を小さく維持できる。

請求項３の発明では、前記３つ以上のポートは、前記閉空間と常時連通する第１ポートと、前記筐体の内壁の同一面で開口する第２ポート及び第３ポートと、を含み、前記弁部材は、回転位置によって、前記第２ポート及び前記第３ポートの一方と前記閉空間とを連通させ、且つ、前記第２ポート及び前記第３ポートの他方を覆う。

請求項３の構成によれば、第１ポートが筐体の内部の閉空間と常時連通する。一方、弁部材の回転位置によって、第２ポート及び第３ポートの一方と閉空間とが連通し、第２ポート及び第３ポートの他方が弁部材に覆われる。これにより、弁部材の回転位置を変えることで、第１ポートと第２ポートとを連通する状態と、第１ポートと第３ポートとを連通する状態と、に切り替えることができる。

請求項４の発明では、前記弁部材の回転位置によって、前記第１ポートが前記第２ポート及び前記第３ポートのいずれとも非連通とされる。

請求項４の構成によれば、弁部材の回転位置を変えることで、第１ポートが第２ポート及び第３ポートのいずれとも連通しない非連通状態に切り替えることができる。

請求項５の発明では、前記筐体は、非磁性材で形成されている。

請求項５の構成によれば、筐体が非磁性材で形成されているので、駆動部から弁部材へ作用する磁力が影響を受けることを抑制できる。

請求項６の発明では、前記筐体は、前記非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されている。

請求項６の構成によれば、筐体が非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されているので、領域間で流通する流体として、水等を用いた場合でも筐体が腐食しにくい。

請求項７の発明は、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する３つ以上の反応器と、３つ以上のポートを有し、前記３つ以上のポートのそれぞれに前記３つ以上の反応器のそれぞれが直接又は間接的に接続されて大気圧よりも低圧とされた閉空間が内部に形成される筐体と、前記筐体の内部に収容されると共に回転可能に前記筐体に支持され、磁石を有し、回転位置によって連通させる前記ポートを切り替える弁部材と、前記筐体の外部に配置され、前記磁石に磁力を作用させて前記弁部材を回転させる駆動部と、を備える。

請求項７の構成によれば、閉空間とされた筐体の内部に収容された弁部材の磁石に、駆動部が筐体の外部から磁力を作用させて、弁部材を回転させる。これにより、弁部材の回転位置が変化し、弁部材は、回転位置によって連通させるポートを切り替える。連通させるポートを切り替えることで、吸着質が流通する反応器を切り替えることができる。

ここで、請求項７の構成では、閉空間が大気圧よりも低圧とされているが、弁部材は閉空間の内部に収容されているため、弁部材に対して大気圧が作用しない。このため、弁部材の一部が閉空間の外部に露出して弁部材に対して大気圧が作用する場合（第１比較例）に比べ、弁部材を駆動する駆動力を低減できる。

また、請求項７では、前述のように、駆動部が、弁部材の磁石に磁力を作用させて弁部材を回転させて、弁部材の回転位置を変えることで、連通させるポートを切り替える。このため、弁部材が軸方向（回転軸方向）に移動して連通させるポートを切り替える場合（第２比較例）に比べ、弁部材の軸方向に弁部材の移動スペースを確保する必要がない。このため、前述の第２比較例に比べて、バルブにおける弁部材の軸方向に沿った寸法を小さくすることができる。

請求項８の発明では、前記３つ以上の反応器は、吸着質を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器の前記吸着質を吸着して前記蒸発器で冷熱を生成させる第１吸着器と、前記第１吸着器に吸着された前記吸着質を吸着して前記第１吸着器で冷熱を生成させる第２吸着器と、を有し、前記３つ以上のポートは、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを含み、前記第１ポートは、前記第１吸着器に接続され、前記第２ポートは、前記蒸発器に接続され、前記第３ポートは、前記第２吸着器に接続され、前記弁部材の回転位置を変えることで、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する状態と、前記第１ポートと前記第３ポートとを連通する状態と、に切り替わる。

請求項８の構成によれば、第１ポートと第２ポートとが連通する回転位置に、弁部材を位置させることで、第１吸着器が蒸発器の吸着質を吸着して蒸発器で冷熱を生成させる動作が実行できる。また、弁部材の回転位置を変えて、第１ポートと第３ポートとを連通する状態に切り替えることで、第１吸着器に吸着された吸着質を第２吸着器が吸着して第１吸着器で冷熱を生成させる動作が実行できる。

本発明は、上記構成としたので、弁部材を駆動する駆動力を低減し、且つ弁部材の軸方向に沿った寸法を小さくすることができる。

本実施形態の吸着式ヒートポンプの構成を示す概略図である。 本実施形態の三方弁の構成を示す概略図である。 本実施形態の三方弁の構成を示す概略図である。 本実施形態の三方弁の構成を示す概略図である。 本実施形態の三方弁の駆動部の構成を示す概略図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける冷熱生成状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける冷熱生成状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける再生状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける再生状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける再生状態を示す説明図である。 比較例のバルブの構成を示す概略図である。 本実施形態の三方弁の駆動部の変形例を示す概略図である。

以下、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

（吸着式ヒートポンプ１２）
まず、吸着式ヒートポンプ１２（以下、単に「ヒートポンプ１２」という）の構成について説明する。図１には、ヒートポンプ１２の構成が示されている。

ヒートポンプ１２は、図１に示されるように、タンク１３と、蒸発／凝縮器１４（反応器の一例）と、第１吸着器２０（反応器の一例）と、第２吸着器２２（反応器の一例）と、を有している。

蒸発／凝縮器１４の内部には、蒸発／凝縮室１４Ａが形成されている。この蒸発／凝縮器１４は、蒸発器としての機能と、凝縮器としての機能とを併せ持っている。すなわち、蒸発／凝縮器１４では、蒸発／凝縮室１４Ａの吸着質（液体の状態）にエネルギー（温熱）が作用すると、この吸着質が蒸発され、その際に冷熱が生成される。また、蒸発／凝縮器１４では、蒸発／凝縮室１４Ａの吸着質（気体の状態）からエネルギーを奪うと、吸着質が凝縮され、その際に温熱が生成される。

タンク１３は、蒸発／凝縮器１４に供給される吸着質を貯留する貯留部として機能する。タンク１３は、供給管１５によって蒸発／凝縮器１４と連通されている。供給管１５には、供給弁３５が設けられている。供給弁３５が開弁されると、供給管１５が開放されてタンク１３から蒸発／凝縮器１４へ吸着質が供給される。

第１吸着器２０及び第２吸着器２２の内部には、それぞれ、第１吸着室２０Ａ及び第２吸着室２２Ａが形成されている。この第１吸着室２０Ａ及び第２吸着室２２Ａには、それぞれ、異なる種類の吸着剤が収容されている。第２吸着器２２の吸着剤は、例えば、第１吸着器２０の吸着剤よりも高い再生温度の熱で吸着質を脱着させる材料が選択される。

本実施形態では、第１吸着器２０の吸着剤は、例えばＡＱＳＯＡ−Ｚ０５（「ＡＱＳＯＡ」は三菱樹脂の登録商標）であり、第２吸着器２２の吸着剤は、例えば、Ｙ型ゼオライトである。また、吸着質としては、例えば、水あるいはアンモニアを用いることができる。水及びアンモニアは、ヒートポンプ１２において求められる条件（温度及び圧力）で吸着剤に対し吸着及び脱着し、しかも安価に調達できる。

蒸発／凝縮器１４と第１吸着器２０とは、第１連通管１６で連通（接続）されている。第１連通管１６の内部には、第１連通路１６Ａが形成されている。また、第１連通管１６には、三方弁１８（バルブの一例）が設けられている。

なお、第１連通管１６は、具体的には、三方弁１８に対する蒸発／凝縮器１４側に配置された第１管７１と、三方弁１８に対する第１吸着器２０側に配置された第２管７２と、を有している。

第２吸着器２２は、第２連通管１７により、三方弁１８を介して第１連通管１６と連通（接続）されている。第２連通管１７の内部には、第２連通路１７Ａが形成されている。

三方弁１８は、第１管７１（蒸発／凝縮器１４）と第２管７２（第１吸着器２０）とを連通する第１連通状態と、第２管７２（第１吸着器２０）と第２連通管１７（第２吸着器２２）とを連通する第２連通状態と、第１管７１、第２管７２及び第２連通管１７のいずれも連通しない非連通状態と、に切り替わる。なお、三方弁１８の具体的な構成については、後述する。

三方弁１８が第１連通状態になると、蒸発／凝縮器１４と第１吸着器２０との間で吸着質の移動が可能となる。また、三方弁１８が第２連通状態になると、第１吸着器２０と第２吸着器２２との間で吸着質の移動が可能となる。三方弁１８が非連通状態となると、蒸発／凝縮器１４、第１吸着器２０及び第２吸着器２２の間での三方弁１８を介した吸着質の移動ができなくなる。なお、三方弁１８が非連通状態であっても、蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２との間では、以下のように、第３連通管２４を通じて吸着質が移動しうる。

蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２とは、第３連通管２４で連通（接続）されている。第３連通管２４の内部には、第３連通路２４Ａが形成されている。また、第３連通管２４には、開閉弁２６が設けられている。開閉弁２６が開弁されると、第３連通管２４（第３連通路２４Ａ）が開放されて蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２との間で、第１吸着器２０を経由することなく、吸着質の移動が可能となる。開閉弁２６が閉弁されると、第３連通管２４（第３連通路２４Ａ）が閉鎖されて蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２との間で吸着質の移動ができなくなる。

蒸発／凝縮器１４には、２つの熱源（低温熱源２８Ｌ及び中温熱源２８Ｍ）を接続する接続管３０Ａが設けられている。接続管３０Ａは熱源側において、それぞれの熱源に対応して分岐しており、分岐部分には、開閉弁３２Ｌ、３２Ｍが設けられている。開閉弁３２Ｌ、３２Ｍが開弁されると、熱源から熱交換媒体が蒸発／凝縮器１４に流れ、蒸発／凝縮器１４で熱交換されて熱源に戻る。

第１吸着器２０には、３つの熱源（低温熱源２８Ｌ、中温熱源２８Ｍ及び高温熱源２８Ｈ）を接続する接続管３０Ｂが設けられている。接続管３０Ｂは熱源側において、それぞれの熱源に対応して分岐しており、分岐部分には、開閉弁３４Ｌ、３４Ｍ、３４Ｈが設けられている。開閉弁３４Ｌ、３４Ｍ、３４Ｈが開弁されると、熱源から熱交換媒体が第１吸着器２０に流れ、第１吸着器２０で熱交換されて熱源に戻る。

第２吸着器２２には、２つの熱源（中温熱源２８Ｍ及び高温熱源２８Ｈ）を接続する接続管３０Ｃが設けられている。接続管３０Ｃは熱源側において、それぞれの熱源に対応して分岐しており、分岐部分には、開閉弁３６Ｍ、３６Ｈが設けられている。開閉弁３６Ｍ、３６Ｈが開弁されると、熱源から熱交換媒体が第２吸着器２２に流れ、第２吸着器２２で熱交換されて熱源に戻る。

低温熱源２８Ｌ、中温熱源２８Ｍ及び高温熱源２８Ｈの具体例は特に限定されないが、中温熱源２８Ｍは低温熱源２８Ｌよりも高温であり、高温熱源２８Ｈは中温熱源２８Ｍよりも高温である。たとえば、低温熱源２８Ｌとしては、冷却対象を冷却する（冷熱を得る）ために管路２９Ｌを循環している冷媒の熱源を挙げることができる。中温熱源２８Ｍとしては、冷却対象の外部（室外）において外部と熱交換するために管路２９Ｍを流れる熱交換媒体の熱源を挙げることができる。高温熱源２８Ｈとしては、ヒートポンプ１２を再生するために管路２９Ｈを流れる熱交換媒体の熱源を挙げることができる。

そして、ヒートポンプ１２では、蒸発／凝縮器１４、第１吸着器２０、第２吸着器２２、第１連通管１６、第２連通管１７及び第３連通管２４によって、大気圧よりも低圧とされた閉空間が形成されている。この閉空間は、蒸発／凝縮室１４Ａ、第１吸着室２０Ａ、第２吸着室２２Ａ、第１連通路１６Ａ、第２連通路１７Ａ及び第３連通路２４Ａによって構成されている。また、閉空間は、蒸気（気体状態の吸着質）が流通する空間であり、少なくとも使用環境下において外部に対して気密とされる空間である。

（三方弁１８）
次に、三方弁１８の具体的な構成について説明する。図２、図３及び図４（以下、図２〜４と示す）には、三方弁１８の具体的な構成が示されている。なお、図２〜４（Ａ）は、三方弁１８の側断面図である。図２〜４（Ｂ）は、後述の弁部材５０の上部の平面図である。また、図２〜４（Ｂ）では、後述の３つの芯体８１、８２、８３のうち、磁力を生じている芯体を図示している。さらに、図２〜４（Ｃ）は、後述の弁部材５０の下部（弁体５４）の平面図である。また、図２〜４（Ｄ）は、後述の弁箱４２の底面２４Ａの平面図である。

三方弁１８は、図２〜４（Ａ）に示されるように、筐体４０と、弁部材５０と、駆動部８０（図５も参照）と、を有している。

弁部材５０は、三方弁１８における可動部分である。弁部材５０は、具体的には、弁棒５２（軸部）と、弁棒５２の下端に設けられた弁体５４と、弁棒５２の上部に設けられた磁石５６と、を有している。

弁棒５２は、図２〜４（Ａ）及び図２〜４（Ｂ）に示されるように、円柱状に形成されており、上下方向に延びている。弁棒５２は、筐体４０に設けられた上下一対の軸受６９によって、弁棒５２の軸線周りに回転可能に支持されている。

弁体５４は、図２〜４（Ａ）及び図２〜４（Ｃ）に示されるように、円盤状をしている。弁体５４には、その厚み方向（上下方向）に貫通する円孔５５（開口）が形成されている。円孔５５は、図２〜４（Ｃ）に示されるように、平面視にて（弁棒５２の軸方向視にて）、弁体５４において弁棒５２に対する径方向外側の位置に配置されている。すなわち、円孔５５は、平面視にて、回転中心から偏心した位置に配置されている。

磁石５６は、図２〜４（Ａ）及び図２〜４（Ｂ）に示されるように、円筒状に形成されている。磁石５６は、半円状のＳ極と半円状のＮ極とを有している。磁石５６のＮ極は、円孔５５の上方に配置されている。すなわち、磁石５６のＮ極は、平面視にて円孔５５側に配置されている。

筐体４０は、非磁性材で形成されている。非磁性材としては、例えば、オーステナイト系ステンレスが用いられる。筐体４０は、具体的には、弁体５４が収容される弁箱４２と、磁石５６が収容される収容部６０と、を有している。

弁箱４２の内部には、ポート４９Ａ（第１ポートの一例）、ポート４９Ｂ（第２ポートの一例）及びポート４９Ｃ（第３ポートの一例）を有する空間４９が形成されている。ポート４９Ａ、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、吸着質が流入及び流出する流出入口として機能する。また、ポート４９Ａ、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、後述のように、管との接続口として機能する。

ポート４９Ａは、弁箱４２の側方へ開口している。このポート４９Ａは、弁箱４２の内部空間と常時連通している。

ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、弁箱４２の底面４２Ａ（内壁の同一面の一例）における弁体５４の下側部分で下方へ開口している。ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、図２〜４（Ｄ）に示されるように、平面視にて、弁棒５２に対する径方向外側の位置に配置されている。すなわち、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、平面視にて、弁棒５２の回転中心から偏心した位置に配置されている。具体的には、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、平面視にて、弁棒５２を挟んで一方側と他方側に配置されている。そして、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃは、弁体５４の回転位置によって、円孔５５と重なる位置に配置されている。

ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃのそれぞれには、第２管７２（接続部の一例）、第１管７１（接続部の一例）及び第２連通管１７（接続部の一例）が接続されている。これにより、図２〜４（Ａ）に示されるように、ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃのそれぞれは、第１吸着器２０の第１吸着室２０Ａ、蒸発／凝縮器１４の蒸発／凝縮室１４Ａ及び第２吸着器２２の第２吸着室２２Ａと連通している。また、ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃのそれぞれが、第２管７２、第１管７１及び第２連通管１７と接続されることで、弁箱４２及び収容部６０を含む筐体４０の内部に閉空間が形成されている。この閉空間は、ヒートポンプ１２における前述の閉空間の一部を構成している。

このように、弁箱４２は、第１管７１及び第２管７２と連通しており、弁箱４２、第１管７１及び第２管７２によって第１連通管１６が構成されている。また、弁箱４２の上部には、弁部材５０の弁棒５２が差し通された通し孔４４が形成されている。

収容部６０は、弁箱４２の天面４５から立設された円筒部６４と、円筒部６４の上端に配置された上板部６６と、を有している。収容部６０の内部には、弁棒５２を支持する前述の上下一対の軸受６９が設けられている。一対の軸受６９は、それぞれ、上板部６６の下面と弁箱４２の天面４５とに固定されている。

本実施形態では、弁部材５０の磁石５６が収容部６０内に収容されると共に、弁部材５０の弁体５４が弁箱４２内に収容されており、弁部材５０の全体が閉空間である筐体４０内に収容されている。なお、収容部６０及び弁箱４２は、それぞれ、複数の構成部材が組み付けられて構成されていてもよい。

駆動部８０は、筐体４０の外部に配置されている。駆動部８０は、図５に示されるように、３つの芯体８１、８２、８３と、各芯体８１、８２、８３に巻き回されたコイル８４、８５、８６と、を有している。各芯体８１、８２、８３は、角柱状に形成されている。各芯体８１、８２、８３の軸方向一端部８１Ａ、８２Ａ、８３Ａが、磁石５６に向けられている。芯体８１は、収容部６０（磁石５６）に対する図２（Ａ）における左側に配置され、芯体８２は、収容部６０（磁石５６）に対する図２（Ａ）における右側に配置されている。芯体８３は、図２（Ａ）には図示していないが、収容部６０（磁石５６）に対する図２（Ａ）の紙面の奥側に配置されている。すなわち、芯体８１、８２、８３は、図５に示されるように、弁棒５２の周方向に沿って、９０度毎に配置されている。

各コイル８４、８５、８６は、図５に示されるように、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を介して電源８９と接続されている。スイッチＳ１を入れることで、コイル８４に電流が流れると、芯体８１の軸方向一端部８１ＡがＳ極となり、磁石５６のＮ極を引き寄せる（図２（Ｂ）参照）。このとき、弁体５４の円孔５５とポート４９Ｂとが重なり、ポート４９Ｂが開放される。ポート４９Ｂが開放されることで、ポート４９Ｂと弁箱４２内部の閉空間とが連通する（図２（Ｃ）（Ｄ）参照）。これにより、三方弁１８は、第１管７１（蒸発／凝縮器１４）と第２管７２（第１吸着器２０）とを連通する第１連通状態となる（図２（Ａ）参照）。

また、スイッチＳ２を入れることで、コイル８５に電流が流れると、芯体８２の軸方向一端部８２ＡがＳ極となり、磁石５６のＮ極を引き寄せる（図３（Ｂ）参照）。このとき、弁体５４の円孔５５とポート４９Ｃとが重なり、ポート４９Ｃが開放される。ポート４９Ｃが開放されることで、ポート４９Ｃと弁箱４２内部の閉空間とが連通する（図３（Ｃ）（Ｄ）参照）。これにより、三方弁１８は、第２管７２（第１吸着器２０）と第２連通管１７（第２吸着器２２）とを連通する第２連通状態となる（図３（Ａ）参照）

さらに、スイッチＳ３を入れることで、コイル８６に電流が流れると、芯体８３の軸方向一端部８３ＡがＳ極となり、磁石５６のＮ極を引き寄せる（図４（Ｂ）参照）。このとき、弁体５４の円孔５５は、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃのいずれとも重ならず、ポート４９Ｂ及びポート４９Ｃが閉鎖される（図４（Ｃ）（Ｄ）参照）。これにより、三方弁１８は、第１管７１（蒸発／凝縮器１４）、第２管７２（第１吸着器２０）及び第２連通管１７（第２吸着器２２）のいずれもが連通しない非連通状態となる（図４（Ａ）参照）

このように、三方弁１８では、駆動部８０が、弁部材５０の磁石５６に磁力を作用させて弁部材５０を回転させる。弁部材５０の回転位置によって連通させるポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃが切り替えられる。以上のように、本実施形態では、回転子（磁石５６）を筐体４０の内部に収容したＰＭ型のステッピングモータと同様の構成とされる。

（冷熱の生成方法）
次に、本実施形態のヒートポンプ１２を用いて冷熱を生成する生成方法を説明する。以下において、開弁状態であると明記した弁以外の弁（三方弁１８を除く）は、閉弁されている。

ヒートポンプ１２を用いて冷熱を生成するには、以下のように、冷熱生成工程と、再生工程と、を交互に行う。

＜冷熱生成工程＞
冷熱生成工程では、まず、以下の冷熱生成ステップ１を行ってから、以下の冷熱生成ステップ２を行う。

［冷熱生成ステップ１］
冷熱生成ステップ１では、図６に示されるように、開閉弁３２Ｌを開弁して、蒸発／凝縮器１４に低温熱源２８Ｌから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３４Ｍを開弁して、第１吸着器２０に中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。そして、三方弁１８を第１連通状態（図２に示す状態）にする。

これにより、蒸発／凝縮器１４で吸着質が蒸発し、図６に矢印Ｆ１で示されるように、この吸着質が第１吸着器２０で吸着される。蒸発／凝縮器１４で蒸発した吸着質を第１吸着器２０で吸着することで、蒸発／凝縮器１４において冷熱が生成される。なお、第１吸着器２０で吸着質を吸着することで、第１吸着器２０において温熱が生成される。

［冷熱生成ステップ２］
次に、冷熱生成ステップ２を行う。冷熱生成ステップ２では、まず、図７に示されるように、開閉弁３２Ｌ、３４Ｍを閉弁する。

そして、開閉弁３４Ｌを開弁して、第１吸着器２０に低温熱源２８Ｌから熱交換媒体を移動させる。さらに、開閉弁３６Ｍを開弁して、第２吸着器２２に中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。そして、三方弁１８を第２連通状態（図３に示す状態）に切り替える。

これにより、第１吸着器２０で吸着質が蒸発し、図７に矢印Ｆ２で示されるように、この吸着質が第２吸着器２２で吸着される。

以上のように、冷熱生成ステップ２では、第１吸着器２０で吸着質を蒸発させて、第１吸着器２０から吸着質を脱着することで、第１吸着器２０を再生している。そして、第１吸着器２０の再生時に吸着質が脱着する際の脱着エネルギーを利用して、冷熱を生成している。なお、第２吸着器２２で吸着質を吸着することで、第２吸着器２２において温熱が生成される。

＜再生工程＞
冷熱生成工程を行うと、特に冷熱生成ステップ２において、第２吸着器２２に吸着質が吸着されるため、以下の第１再生方法、又は以下の第２再生方法を行うことで再生する。

［第１再生方法］
第１再生方法は、第１吸着器２０を用いない再生方法である。第１再生方法では、図８に示されるように、開閉弁３２Ｍを開弁し、蒸発／凝縮器１４に中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３６Ｈを開弁して、第２吸着器２２に高温熱源２８Ｈから熱交換媒体を移動させる。そして、開閉弁２６を開弁する。

これにより、高温熱源２８Ｈの熱を受けて第２吸着器２２の吸着質が脱着され、第２吸着器２２が再生される。第２吸着器２２に吸着されていた吸着質は、図８に矢印Ｆ３で示されるように、蒸発／凝縮器１４に移動して凝縮される。なお、このとき、三方弁１８は、非連通の状態（図４に示す状態）に切り替えられている。

以上が第１再生方法である。なお、第１再生方法において、開閉弁３２Ｍに代えて、開閉弁３２Ｌを開弁してもよい。さらに、開閉弁３２Ｌを開弁する場合、低温熱源２８Ｌ及び中温熱源２８Ｍの温度によっては、開閉弁３６Ｈに代えて開閉弁３６Ｍを開弁することも可能である。なお、第２吸着器２２で吸着質が脱着されることにより、第２吸着器２２において冷熱が生成される。また、蒸発／凝縮器１４で吸着質が凝縮されることにより、蒸発／凝縮器１４において温熱が生成される。

［第２再生方法］
第２再生方法は、第１吸着器２０を用いる再生方法であり、再生ステップ１及び再生ステップ２を交互に行う。なお、第２再生方法を行うにあたり、第１吸着器２０は、上記した冷熱生成方法、特に冷熱生成ステップ２において、吸着質が脱着されており、実質的に再生されている。

（再生ステップ１）
再生ステップ１では、図９に示されるように、開閉弁３４Ｍを開弁し、第１吸着器２０へ中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３６Ｈを開弁し、第２吸着器２２へ高温熱源２８Ｈから熱交換媒体を移動させる。そして、三方弁１８を第２連通状態（図３に示す状態）に切り替える。

これにより、高温熱源２８Ｈの熱を受けて第２吸着器２２の吸着質が脱着され、第２吸着器２２が再生される。第２吸着器２２に吸着されていた吸着質は、第１吸着器２０に移動して吸着される。なお、第２吸着器２２で吸着質が脱着されることにより、第２吸着器２２において冷熱が生成される。また、なお、第１吸着器２０で吸着質を吸着することで、第１吸着器２０において温熱が生成される。

（再生ステップ２）
第１吸着器２０が吸着平衡に達すると、再生ステップ２を行う。再生ステップ２では、図１０に示されるように、開閉弁３２Ｍを開弁し、蒸発／凝縮器１４へ中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３４Ｈを開弁し、第１吸着器２０へ高温熱源２８Ｈから熱交換媒体を移動させる。そして、三方弁１８を第１連通状態（図２に示す状態）に切り替える。なお、図１０は、開閉弁３６Ｈも開弁しているが、開閉弁３６Ｈは閉弁されていてもよい。

これにより、高温熱源２８Ｈの熱を受けて第１吸着器２０の吸着質が脱着され、第１吸着器２０が再生される。第１吸着器２０に吸着されていた吸着質は、蒸発／凝縮器１４に移動して凝縮される。なお、第１吸着器２０で吸着質が脱着されることにより、第１吸着器２０において冷熱が生成される。また、蒸発／凝縮器１４で吸着質が凝縮されることにより、蒸発／凝縮器１４において温熱が生成される。

以上が第２再生方法である。第２再生方法では、第１再生方法と比較して、高温熱源２８Ｈの温度が低くても、第２吸着器２２を再生できる。第１再生方法では、第２再生方法と比較して、第１吸着器２０において吸着質の吸着と脱着とを繰り返さないので、第２吸着器２２の再生に必要な総エネルギーは小さくなり、効率的に第２吸着器２２を再生できる。

（本実施形態の作用効果）
次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態の構成によれば、前述のように、冷熱生成ステップ１では、三方弁１８を第１連通状態（図２に示す状態）にする。そして、冷熱生成ステップ２では、三方弁１８を第２連通状態（図３に示す状態）に切り替える。

具体的には、閉空間とされた筐体４０の内部に収容された弁部材５０の磁石５６に、駆動部８０が筐体４０の外部からコイル８５による磁力を作用させて弁部材５０を回転させる。これにより、弁部材５０の回転位置が変わり、開放されていたポート４９Ｂが閉鎖され、閉鎖されていたポート４９Ｃが開放される。このように、弁部材５０でポート４９Ｂ、４９Ｃを開閉することで、連通させるポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃが切り替わる。すなわち、三方弁１８が、第１連通状態（図２に示す状態）から第２連通状態（図３に示す状態）に切り替わる。

ここで、駆動部の駆動力を用いて駆動されるバルブとしては、図１１に示すバルブ１００（第１比較例）がある。なお、図１１に示すバルブ１００は、二方弁であるが、駆動部が弁部材を駆動してポート１０３を開閉する点で、三方弁１８と共通する。図１１に示すバルブ１００は、具体的には、弁体１０４を有する弁部材１０５をシリンダ―１０２で駆動する。弁体１０４に設けられたベローズ１０６により、大気圧とされた空間外部と、大気圧よりも低圧とされた空間内部とをシールする（図１１のＡ部分が低圧部分、図１１のＢ部分が大気圧部分）。このため、バルブ１００では、弁体１０４の上面に大気圧が作用し、弁体１０４を開弁する際に大気圧に対抗して弁部材１０５を駆動する必要がある。これにより、弁部材１０５を駆動する駆動力が大きくなる。

これに対して、本実施形態では、弁部材５０は、閉空間とされた筐体４０の内部に収容されているため、弁部材５０に対して大気圧が作用しない。このため、バルブ１００のように弁部材１０５の一部に大気圧が作用する場合に比べ、弁部材５０を駆動する駆動力を低減できる。

また、本実施形態では、弁部材５０が閉空間とされた筐体４０の内部に収容されているため、筐体４０の壁（天面４５及び円筒部６４）により、閉空間の内部と外部とのシール性が確保される。したがって、バルブ１００のようにベローズ１０６を用いる場合に比べ、簡易かつ安価な構成で、閉空間の内部と外部との間でリークすることが抑制される。

また、本実施形態では、前述のように、駆動部８８が、弁部材５０の磁石５６に磁力を作用させて弁部材５０を回転させて、弁部材５０の回転位置を変えることで、ポート４９Ｂ、４９Ｃを開閉する。このため、バルブ１００のように弁部材５０が軸方向（回転軸方向）に移動してポート１０３を開閉する場合（第２比較例）に比べ、弁部材５０の軸方向に弁部材５０の移動スペースを確保する必要がない。このため、前述の第２比較例に比べて、三方弁１８における弁部材５０の軸方向に沿った寸法を小さくすることができる。

さらに、本実施形態では、ポート４９Ｂ、４９Ｃが弁部材５０の回転方向に配置できるため、ポート数を増加させても、三方弁１８における弁部材５０の軸方向に沿った寸法を小さく維持できる。

さらに、本実施形態では、閉空間を形成する筐体４０は、非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されている。このように、筐体４０が非磁性材であるため、駆動部８０から弁部材５０へ作用する磁力が影響を受けることが抑制される。また、筐体４０が、非磁性材としてオーステナイト系ステンレスで形成されているため、吸着質として水を用いた場合でも筐体４０が腐食しにくく、駆動部８０が弁部材５０を駆動する磁力の磁場の透過性に優れる。

（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。
本実施形態のヒートポンプ１２は、蒸発／凝縮器１４を有していたが、蒸発器及び凝縮器は、別体で構成されていてもよい。

本実施形態では、ポート４９Ｂ、４９Ｃの２つが弁部材５０で開閉されていたが、これに限られず、弁部材５０で開閉されるポートが１つであってもよい。この場合では、バルブは２方弁として構成される。バルブを三方弁１８に替えて２方弁として構成する場合には、例えば、バルブは、第１連通管１６と、第１連通管１６に接続される第２連通管１７のそれぞれに配置される。

本実施形態では、３つのポート（ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃ）が筐体４０の弁箱４２に設けられていたが、接続口としてのポートは４つ以上設けられていてもよい。ポートを４つ以上設ける場合には、例えば、弁箱４２の底面４２Ａにおいて弁体５４の周方向（弁部材５０の回転方向）に沿って設けられたポートの数を増やすことで構成される。なお、弁体５４の周方向に沿って設けられるポートは、例えば、等間隔に、又は９０度毎に配置される。

本実施形態では、コイルが巻き回された芯体が、３つ設けられていたが、これに限られず、ポートの数に応じて、芯体を４つ以上設けてもよい。例えば、芯体を４つ設ける場合には、図１２に示されるように、図５における磁石５６に対する芯体８３の反対側に、コイル１８６が巻き回された芯体１８８をもう一つ設けることで構成することができる。コイル１８６は、スイッチＳ４を介して電源８９と接続される。これにより、４つの芯体８１、８２、８３、１８８は、弁棒５２の周方向に９０度毎に配置される。この構成により、弁体５４の回転角度を９０度毎に切り替えることができる。さらに、図１２及び図５に示す構成において、弁棒５２の周方向に隣接する２つの芯体において、スイッチを入れることで、隣接する２つの芯体で磁石５６を引き寄せることで、隣接する２つの芯体の間の回転角度（４５度）で弁体５４を停止させるようにしてもよい。

本実施形態では、ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃのそれぞれは、第２管７２、第１管７１及び第２連通管１７のそれぞれを介して、第１吸着器２０、蒸発／凝縮器１４及び第２吸着器２２のそれぞれと接続されていた。すなわち、ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃのそれぞれは、第１吸着器２０、蒸発／凝縮器１４及び第２吸着器２２のそれぞれと間接的に接続されていたが、これに限られず、第１吸着器２０、蒸発／凝縮器１４及び第２吸着器２２のそれぞれと直接、接続されていてもよい。

本実施形態では、三方弁１８は、第１連通状態（図２に示す状態）と、第２連通状態（図３に示す状態）と、非連通状態（図４に示す状態）と、に切り替わる構成とされていたが、これに限られない。例えば、三方弁１８は、非連通状態（図４に示す状態）にならず、第１連通状態（図２に示す状態）と、第２連通状態（図３に示す状態）とで切り替わるように構成されていてもよい。この場合では、前述の再生工程としては、例えば、第２再生方法が用いられる。

本実施形態では、三方弁１８は、蒸発／凝縮器１４と第１吸着器２０とを連通する第１連通状態と、第１吸着器２０と第２吸着器２２とを連通する第２連通状態と、に切替可能とされていたが、これに限られない。例えば、三方弁１８は、蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２とを連通する第１連通状態と、第１吸着器２０と第２吸着器２２とを連通する第２連通状態と、に切替可能とされていてもよい。また、三方弁１８は、蒸発／凝縮器１４と第１吸着器２０とを連通する第１連通状態と、蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２とを連通する第２連通状態と、に切替可能とされていてもよい。

また、三方弁１８のポートが接続（連通）される反応器としては、冷熱及び温熱を生成する反応器（例えば、蒸発／凝縮器、吸着器(吸着動作及び脱着動作)）、冷熱を生成する反応器（例えば、蒸発器、吸着器(脱着動作)）、及び、温熱を生成する反応器（例えば、凝縮器、吸着器(吸着動作)、蓄熱器）のいずれであってもよい。

さらに、本発明のバルブは、弁部材が収容される閉空間が大気圧よりも低圧とされていればよく、吸着式のヒートポンプに適用する場合に限られない。

本実施形態の吸着器には、吸着剤によって吸着質を吸着及び脱着する構成に限定されず、たとえば、吸着質の飽和蒸気圧以下の圧力で吸着質と反応することで、系の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることが可能な反応器であってもよい。ここでいう反応には、物理吸着、化学吸着、吸収、化学反応等が含まれる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。

１２ 吸着式ヒートポンプ
１４ 蒸発／凝縮器（反応器の一例）
１７ 第２連通管（接続部の一例）
１８ 三方弁（バルブの一例）
２０ 第１吸着器（反応器の一例）
２２ 第２吸着器（反応器の一例）
４０ 筐体
４９Ａ ポート（第１ポートの一例）
４９Ｂ ポート（第２ポートの一例）
４９Ｃ ポート（第３ポートの一例）
５０ 弁部材
５６ 磁石
７１ 第１管（接続部の一例）
７２ 第２管（接続部の一例）
８０ 駆動部

Claims (8)

1. ２つ以上のポートを有し、前記２つ以上のポートのそれぞれに接続部が接続されて大気圧よりも低圧とされた閉空間が内部に形成される筐体と、
   前記筐体の内部に収容されると共に回転可能に前記筐体に支持され、磁石を有し、回転位置によって１つ以上の前記ポートを開閉する弁部材と、
   前記筐体の外部に配置され、前記磁石に磁力を作用させて前記弁部材を回転させる駆動部と、
   を備えるバルブ。
2. 吸着式ヒートポンプに用いられる請求項１に記載のバルブであって、
   前記筐体は、３つ以上の前記ポートを有し、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する反応器が前記３つ以上のポートのそれぞれに直接又は間接的に接続されて前記閉空間が内部に形成され、前記閉空間の内部に収容された吸着質が前記ポートのそれぞれの間で流通可能とされ、
   前記弁部材は、前記回転位置によって前記２つ以上のポートのそれぞれを開閉することで、連通させる前記ポートを切り替える
   請求項１に記載のバルブ。
3. 前記３つ以上のポートは、前記閉空間と常時連通する第１ポートと、前記筐体の内壁の同一面で開口する第２ポート及び第３ポートと、を含み、
   前記弁部材は、回転位置によって、前記第２ポート及び前記第３ポートの一方と前記閉空間とを連通させ、且つ、前記第２ポート及び前記第３ポートの他方を覆う
   請求項２に記載のバルブ。
4. 前記弁部材の回転位置によって、前記第１ポートが前記第２ポート及び前記第３ポートのいずれとも非連通とされる
   請求項３に記載のバルブ。
5. 前記筐体は、非磁性材で形成されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブ。
6. 前記筐体は、前記非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されている
   請求項５に記載のバルブ。
7. 冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する３つ以上の反応器と、
   ３つ以上のポートを有し、前記３つ以上のポートのそれぞれに前記３つ以上の反応器のそれぞれが直接又は間接的に接続されて大気圧よりも低圧とされた閉空間が内部に形成される筐体と、
   前記筐体の内部に収容されると共に回転可能に前記筐体に支持され、磁石を有し、回転位置によって連通させる前記ポートを切り替える弁部材と、
   前記筐体の外部に配置され、前記磁石に磁力を作用させて前記弁部材を回転させる駆動部と、
   を備える吸着式ヒートポンプ。
8. 前記３つ以上の反応器は、
   吸着質を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器の前記吸着質を吸着して前記蒸発器で冷熱を生成させる第１吸着器と、
   前記第１吸着器に吸着された前記吸着質を吸着して前記第１吸着器で冷熱を生成させる第２吸着器と、
   を有し、
   前記３つ以上のポートは、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを含み、
   前記第１ポートは、前記第１吸着器に接続され、
   前記第２ポートは、前記蒸発器に接続され、
   前記第３ポートは、前記第２吸着器に接続され、
   前記弁部材の回転位置を変えることで、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する状態と、前記第１ポートと前記第３ポートとを連通する状態と、に切り替わる
   請求項７に記載の吸着式ヒートポンプ。

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