JP2017116240A - ヒートポンプ及び冷熱生成方法 - Google Patents

ヒートポンプ及び冷熱生成方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017116240A
JP2017116240A JP2015255347A JP2015255347A JP2017116240A JP 2017116240 A JP2017116240 A JP 2017116240A JP 2015255347 A JP2015255347 A JP 2015255347A JP 2015255347 A JP2015255347 A JP 2015255347A JP 2017116240 A JP2017116240 A JP 2017116240A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
unit
reaction
heat
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015255347A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6551223B2 (ja
Inventor
靖樹 廣田
Yasuki Hirota
靖樹 廣田
勉 品川
Tsutomu Shinagawa
勉 品川
隆一 岩田
Ryuichi Iwata
隆一 岩田
山内　崇史
Takashi Yamauchi
崇史 山内
学芙 渡橋
Manabu Orihashi
学芙 渡橋
真樹 森田
Maki Morita
真樹 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015255347A priority Critical patent/JP6551223B2/ja
Publication of JP2017116240A publication Critical patent/JP2017116240A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6551223B2 publication Critical patent/JP6551223B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

【課題】流体を冷却する能力が限られた中で、反応材と熱媒との間の結合量を多くして、効率よく反応材を利用することの可能なヒートポンプ、及び、冷熱生成方法を提供する。
【解決手段】２つの貯留部２３の貯留熱交換流路をラジエータ１４に対して直列に接続して凝縮ループ４８を構成し、凝縮ループ４８内の貯留部２３について、ラジエータ１４を基準に、最も上流に位置する上流位置ＣＳ１と、最も下流に位置する下流位置ＣＳ２を経るように、中温流体の循環経路を切換える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプ及び冷熱生成方法に関する。
特許文献１には、吸着コアと蒸発凝縮コアとを備えた複数の吸着器を有する吸着式冷凍機が開示されている。特許文献１の吸着式冷凍機では、第１、第２吸着器と、第３、第４吸着器とが、ペアで吸着工程と脱離工程を交互に繰り返している。そして、第１、第２吸着器が吸着工程になるときに、第１、第２吸着器の吸着コアに室外機からの熱媒体を循環させる状態と、第３、第４吸着器が吸着工程になるときに、第３、第４吸着器の吸着コアに室外機からの熱媒体を循環させる状態を有している。
特許４１９２３８５号
特許文献１のように、複数の吸着器の吸着コアに室外機からの伝熱媒体を循環させ、蒸発凝縮コアに冷却器からの伝熱媒体を循環させることにより、室外機による伝熱媒体の冷却能力が限られている場合において、冷却された伝熱媒体を有効に利用することができる。しかしながら、吸着コアへ供給される伝熱媒体の温度は、供給される順番によって異なり、下流側に配置された吸着器へ供給される伝熱媒体の温度は高くなるため、吸着材で冷媒を吸着できる量が減少してしまう。このため、吸着材を効率よく利用することが難しい。
本発明は、上記の事実を考慮して成されたものであり、伝熱媒体を冷却する能力が限られた中で、反応材と熱媒との間の結合量／脱離量を多くして、効率よく冷熱生成を行うことの可能なヒートポンプ、及び、冷熱生成方法を提供することを目的とする。
請求項１に係るヒートポンプは、中温熱源部及び高温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記高温熱源部との間で循環する流体が流通する反応熱交換流路と、前記反応熱交換流路により熱交換が行われ、前記中温熱源部との間で循環する中温流体との熱交換により熱媒と結合し、前記高温熱源部との間で循環する前記中温流体よりも高温の高温流体との熱交換により熱媒を脱離する反応材が収容された反応部と、前記反応部毎に設けられ、液相の前記熱媒を貯留する貯留部と、前記中温熱源部及び低温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記低温熱源部との間で循環する流体を流通させて前記貯留部において熱交換を行う貯留熱交換流路と、を各々有する３以上の反応器と、２つ以上の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して凝縮ループを構成し、該凝縮ループ内の各前記貯留部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換える切換部と、を備えている。
請求項１に係るヒートポンプは、３以上の反応器を備えている。各反応器は、反応部と反応熱交換流路を有している。反応熱交換流路は、中温熱源部または高温熱源部と接続され、反応熱交換流路には、中温熱源部または高温熱源部と反応熱交換流路の間で循環する流体が流通する。反応部は反応熱交換流路により熱交換が行われ、反応材が収納されている。反応材は、中温流体との熱交換により熱媒と結合し、中温流体よりも高温の高温流体との熱交換により熱媒を脱離する。
また、各反応器は、貯留部と貯留熱交換流路を備えている。貯留部は反応部毎に設けられ、貯留部には液相の前記熱媒が貯留されている。貯留熱交換流路は、中温熱源部及び低温熱源部と接続され、中温熱源部または低温熱源部との間で循環する流体を流通させて貯留部において熱交換を行う。
そして、請求項１に係るヒートポンプでは、切換部によって、２つ以上の貯留部の貯留熱交換流路を中温熱源部に対して直列に接続して凝縮ループが構成される。そして、切換部によって、凝縮ループ内の各反応部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮結合モードと、を経るように中温流体の循環経路が切換えられる。
このように、凝縮ループを構成することにより、各反応器の貯留熱交換流路に供給される流体の温度は、凝縮ループ内における中温熱源部を基準とした位置で異なり、中温流体が供給される上流側が下流側よりも低温である。切換部は、凝縮ループ内の各貯留部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮モードと、を経るように中温流体の循環経路を切換える。第１凝縮モードは、凝縮ループ内において最も中温流体の温度が低温であり、第２凝縮モードは、凝縮ループ内において最も中温流体の温度が高温である。したがって、各貯留部は、凝縮ループ内において、温度差をもった中温流体が供給されるように切換えられるので、対応する反応部において、反応材と熱媒とを結合させる相対圧の帯域が広くなり、反応材と熱媒との結合量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
また、凝縮ループでは、中温熱源部へ出力される中温流体の温度が、単体の貯留部のみで熱交換を行って中温熱源部へ出力される中温流体よりも高くなる。したがって、中温熱源部で放熱される中温流体の熱量を多くすることができ、効率よく放熱を行うことができる。
請求項２に係るヒートポンプは、前記反応器を４つ以上備え、前記切換部は、２つ以上の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記低温熱源部に対して直列に接続して冷熱生成ループを構成し、該冷熱生成ループ内の各前記貯留部について、前記低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える。
請求項２に係るヒートポンプは、４つ以上の反応器を備えている。そして、切換部によって、２つ以上の貯留部の貯留熱交換流路を低温熱源部に対して直列に接続して冷熱生成ループが構成される。そして、切換部によって、冷熱生成ループ内の各貯留部について、低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように低温流体の循環経路が切換えられる。
このように、冷熱生成ループを構成することにより、各反応器の貯留熱交換流路に供給される流体の温度は、冷熱生成ループ内における低温熱源部を基準とした位置で異なり、低温流体が供給される上流側が下流側よりも高温である。切換部は、冷熱生成ループ内の各貯留部について、低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように低温流体の循環経路を切換える。第１冷熱生成モードは、冷熱生成ループ内において最も低温流体の温度が高温であり、第２冷熱生成モードは、冷熱生成ループ内において最も低温流体の温度が低温である。したがって、各貯留部は、冷熱生成ループ内において、温度差をもった低温流体が供給されるように切換えられるので、対応する反応部において、反応材から熱媒を脱離させる相対圧の帯域が広くなり、反応材からの熱媒の脱離量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
請求項３に係るヒートポンプは、前記切換部は、前記切換部は、前記低温熱源部からの低温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して結合ループを構成し、該結合ループ内の各前記反応部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換えると共に、前記中温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記高温熱源部に対して直列に接続して脱離ループを構成し、該脱離ループ内の各前記反応部について、前記高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える。
請求項３に係るヒートポンプでは、切換部によって、低温流体が供給される貯留部に対応する反応部の反応熱交換流路を中温熱源部に対して直列に接続して結合ループが構成される。そして、切換部によって、結合ループ内の各反応部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように中温流体の循環経路が切換えられる。
このように、結合ループを構成することにより、各反応器の反応熱交換流路に供給される流体の温度は、結合ループ内における中温熱源部を基準とした位置で異なり、中温流体が供給される上流側が下流側よりも低温である。切換部は、結合ループ内の各反応部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように中温流体の循環経路を切換える。第１結合モードは、結合ループ内において最も中温流体の温度が低温であり、第２結合モードは、結合ループ内において最も中温流体の温度が高温である。したがって、各反応部は、結合ループ内において、温度差をもった中温流体が供給されるように切換えられるので、反応材と熱媒とを結合させる相対圧の帯域が広くなり、反応材と熱媒との結合量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
また、切換部によって、中温流体が供給される貯留部に対応する反応部の反応熱交換流路を高温熱源部に対して直列に接続して脱離ループが構成される。そして、切換部によって、脱離ループ内の各反応部について、高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように高温流体の循環経路が切換えられる。
このように、脱離ループを構成することにより、各反応器の反応熱交換流路に供給される流体の温度は、脱離ループ内における高温熱源部を基準とした位置で異なり、高温流体が供給される上流側が下流側よりも高温である。切換部は、脱離ループ内の各反応部について、高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように高温流体の循環経路を切換える。第１脱離モードは、脱離ループ内において最も高温流体の温度が高温であり、第２脱離モードは、脱離ループ内において最も高温流体の温度が低温である。したがって、各反応部は、脱離ループ内において、温度差をもった高温流体が供給されるように切換えられるので、反応材から熱媒を脱離させる相対圧の帯域が広くなり、反応材からの熱媒の脱離量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
請求項４に係るヒートポンプは、前記切換部は、各々の前記反応部について、前記第２結合モードよりも後に前記第１結合モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換え、前記第２脱離モードよりも後に前記第１脱離モードとなるように前記高温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする。
請求項４に係るヒートポンプでは、結合ループにおいて、反応部は、最初に高温で熱媒との結合が行われ、最後に低温で熱媒との結合が行われる。反応材と熱媒との結合可能量は、結合の前半（高温での結合）よりも後半（低温での結合）に多くなる。これにより、多くの熱媒を反応材へ結合させることができる。また、脱離ループにおいて、反応部は、最初に低温で熱媒の脱離が行われ、最後に高温で熱媒の脱離が行われる。反応材と熱媒との結合可能量は、脱離の前半（低温での脱離）よりも後半（高温での脱離）に少なくなる。これにより、多くの熱媒を反応材から脱離させることができる。
請求項５に係るヒートポンプは、前記切換部は、各々の前記貯留部について、対応する前記反応部が前記第１結合モードの時に前記第１冷熱生成モードとなり、前記第２結合モードの時に前記第２冷熱生成モードとなるように前記低温流体の循環経路を切換え、前記第１脱離モードの時に前記第１凝縮モードとなり、前記第２脱離モードの時に前記第２凝縮モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする。
請求項５に係るヒートポンプでは、対応する反応部が第１結合モードの時に貯留部が第１冷熱生成モードとなり、対応する反応部が第２結合モードの時に貯留部が第２冷熱生成モードとなる。したがって、結合モードの前半（高温での結合）よりも後半（低温での結合）に相対圧が大きくなり、反応材と熱媒との結合量が多くなる。これにより、多くの熱媒を反応材へ結合させることができる。
また、対応する反応部が第１脱離モードの時に貯留部が第１凝縮モードとなり、対応する反応部が第２脱離モードの時に貯留部が第２凝縮モードとなる。したがって、脱離モードの前半（低温での脱離）よりも後半（高温での脱離）に相対圧が小さくなり、反応材からの熱媒の脱離量が多くなる。これにより、多くの熱媒を反応材から脱離させることができる。
請求項６に係るヒートポンプは、前記３以上の反応器の１の反応器の前記反応熱交換流路の流路入口と他の前記反応器の前記反応熱交換流路の流路出口とを接続する反応個別供給路、及び、前記貯留熱交換流路の流路入口と他の前記反応器の前記貯留熱交換流路の流路出口とを接続する貯留個別供給路、を含んで構成され、前記３以上の反応器を直列に接続する直列供給路、を有し、前記反応個別供給路の前記流路入口側には前記中温流体及び前記高温流体の入力口が形成され、前記反応個別供給路の前記流路出口側には前記中温流体及び前記高温流体の出力口が形成され、前記反応個別供給路の前記入力口と前記出力口の間には、前記反応個別供給路を開閉する開閉弁が形成され、前記貯留個別供給路の前記流路入口側には前記中温流体及び前記低温流体の入力口が形成され、前記貯留個別供給路の前記流路出口側には前記中温流体及び前記低温熱源部からの低温流体の出力口が形成され、前記貯留個別供給路の前記入力口と前記出力口の間には、前記貯留個別供給路を開閉する開閉弁が形成されている、ことを特徴とする
請求項６に係るヒートポンプによれば、反応個別供給路及び貯留個別供給路に形成された開閉弁の切り換えによって、複数の反応熱交換流路、複数の貯留熱交換流路の各々を、簡単に直列に接続して循環路を構成することができる。
請求項７に係る冷熱生成方法は、中温熱源部及び高温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記高温熱源部との間で循環する流体が流通する反応熱交換流路と、前記反応熱交換流路により熱交換が行われ、前記中温熱源部との間で循環する中温流体との熱交換により熱媒と結合し、前記高温熱源部との間で循環する前記中温流体よりも高温の高温流体との熱交換により熱媒を脱離する反応材が収容された反応部と、前記反応部毎に設けられ、液相の前記熱媒を貯留する貯留部と、前記中温熱源部及び低温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記低温熱源部との間で循環する流体を流通させて前記貯留部において熱交換を行う貯留熱交換流路と、を各々有する３以上の反応器の内の２つ以上の反応器の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して凝縮ループを構成し、該凝縮ループ内の各前記貯留部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換える。
請求項７に係る冷熱生成方法は、３以上の反応器の各々が、反応部と反応熱交換流路を有している。反応熱交換流路は、中温熱源部または高温熱源部と接続され、反応熱交換流路には、中温熱源部または高温熱源部と反応熱交換流路の間で循環する流体が流通する。反応部は反応熱交換流路により熱交換が行われ、反応材が収納されている。反応材は、中温流体との熱交換により熱媒と結合し、中温流体よりも高温の高温流体との熱交換により熱媒を脱離する。
また、各反応器は、貯留部と貯留熱交換流路を備えている。貯留部は反応部毎に設けられ、貯留部には液相の前記熱媒が貯留されている。貯留熱交換流路は、中温熱源部及び低温熱源部と接続され、中温熱源部または低温熱源部との間で循環する流体を流通させて貯留部において熱交換を行う。
そして、請求項７に係る冷熱生成方法では、２つ以上の貯留部の貯留熱交換流路を中温熱源部に対して直列に接続して凝縮ループが構成される。そして、切換部によって、凝縮ループ内の各反応部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮結合モードと、を経るように中温流体の循環経路が切換えられる。
このように、凝縮ループを構成することにより、各反応器の貯留熱交換流路に供給される流体の温度は、凝縮ループ内における中温熱源部を基準とした位置で異なり、中温流体が供給される上流側が下流側よりも低温である。切換部は、凝縮ループ内の各貯留部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮モードと、を経るように中温流体の循環経路を切換える。第１凝縮モードは、凝縮ループ内において最も中温流体の温度が低温であり、第２凝縮モードは、凝縮ループ内において最も中温流体の温度が高温である。したがって、各貯留部は、凝縮ループ内において、温度差をもった中温流体が供給されるように切換えられるので、対応する反応部において、反応材と熱媒とを結合させる相対圧の帯域が広くなり、反応材と熱媒との結合量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
また、凝縮ループでは、中温熱源部へ出力される中温流体の温度が、単体の貯留部のみで熱交換を行って中温熱源部へ出力される中温流体よりも高くなる。したがって、中温熱源部で放熱される中温流体の熱量を多くすることができ、効率よく放熱を行うことができる。
請求項８に係る冷熱生成方法は、４以上の前記反応器の内の２つ以上の反応器の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記低温熱源部に対して直列に接続して冷熱生成ループを構成し、該冷熱生成ループ内の各前記貯留部について、前記低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える。
請求項８に係る冷熱生成方法では、４つ以上の反応器の内、２つ以上の貯留部の貯留熱交換流路を低温熱源部に対して直列に接続して冷熱生成ループが構成される。そして、切換部によって、冷熱生成ループ内の各貯留部について、低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように低温流体の循環経路が切換えられる。
このように、冷熱生成ループを構成することにより、各反応器の貯留熱交換流路に供給される流体の温度は、冷熱生成ループ内における低温熱源部を基準とした位置で異なり、低温流体が供給される上流側が下流側よりも高温である。切換部は、冷熱生成ループ内の各貯留部について、低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように低温流体の循環経路を切換える。第１冷熱生成モードは、冷熱生成ループ内において最も低温流体の温度が高温であり、第２冷熱生成モードは、冷熱生成ループ内において最も低温流体の温度が低温である。したがって、各貯留部は、冷熱生成ループ内において、温度差をもった低温流体が供給されるように切換えられるので、対応する反応部において、反応材から熱媒を脱離させる相対圧の帯域が広くなり、反応材からの熱媒の脱離量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
請求項９に係る冷熱生成方法は、前記低温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して結合ループを構成し、該結合ループ内の各前記反応部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換えると共に、前記中温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記高温熱源部に対して直列に接続して脱離ループを構成し、該脱離ループ内の各前記反応部について、前記高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える。
請求項９に係る冷熱生成方法では、低温流体が供給される貯留部に対応する反応部の反応熱交換流路を中温熱源部に対して直列に接続して結合ループが構成される。そして、切換部によって、結合ループ内の各反応部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように中温流体の循環経路が切換えられる。
このように、結合ループを構成することにより、各反応器の反応熱交換流路に供給される流体の温度は、結合ループ内における中温熱源部を基準とした位置で異なり、中温流体が供給される上流側が下流側よりも低温である。切換部は、結合ループ内の各反応部について、中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように中温流体の循環経路を切換える。第１結合モードは、結合ループ内において最も中温流体の温度が低温であり、第２結合モードは、結合ループ内において最も中温流体の温度が高温である。したがって、各反応部は、結合ループ内において、温度差をもった中温流体が供給されるように切換えられるので、反応材と熱媒とを結合させる相対圧の帯域が広くなり、反応材と熱媒との結合量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
また、切換部によって、中温流体が供給される貯留部に対応する反応部の反応熱交換流路を高温熱源部に対して直列に接続して脱離ループが構成される。そして、切換部によって、脱離ループ内の各反応部について、高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように高温流体の循環経路が切換えられる。
このように、脱離ループを構成することにより、各反応器の反応熱交換流路に供給される流体の温度は、脱離ループ内における高温熱源部を基準とした位置で異なり、高温流体が供給される上流側が下流側よりも高温である。切換部は、脱離ループ内の各反応部について、高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように高温流体の循環経路を切換える。第１脱離モードは、脱離ループ内において最も高温流体の温度が高温であり、第２脱離モードは、脱離ループ内において最も高温流体の温度が低温である。したがって、各反応部は、脱離ループ内において、温度差をもった高温流体が供給されるように切換えられるので、反応材から熱媒を脱離させる相対圧の帯域が広くなり、反応材からの熱媒の脱離量を多くして反応材を効率よく利用することができる。
請求項１０に係る冷熱生成方法は、各々の前記反応部について、前記第２結合モードよりも後に前記第１結合モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換え、前記第２脱離モードよりも後に前記第１脱離モードとなるように前記高温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする。
請求項１０に係る冷熱生成方法では、結合ループにおいて、反応部は、最初に高温で熱媒との結合が行われ、最後に低温で熱媒との結合が行われる。反応材と熱媒との結合可能量は、結合の前半（高温での結合）よりも後半（低温での結合）に多くなる。これにより、多くの熱媒を反応材へ結合させることができる。また、脱離ループにおいて、反応部は、最初に低温で熱媒の脱離が行われ、最後に高温で熱媒の脱離が行われる。反応材と熱媒との結合可能量は、脱離の前半（低温での脱離）よりも後半（高温での脱離）に少なくなる。これにより、多くの熱媒を反応材から脱離させることができる。
請求項１１に係る冷熱生成方法は、各々の前記貯留部について、対応する前記反応部が前記第２結合モードの時に前記第１冷熱生成モードとなり、前記第１結合モードの時に前記第２冷熱生成モードとなるように前記低温流体の循環経路を切換え、前記第１脱離モードの時に前記第１凝縮モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換え、前記第２脱離モードの時に前記第２凝縮モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする。
請求項１１に係る冷熱生成方法では、対応する反応部が第１結合モードの時に貯留部が第１冷熱生成モードとなり、対応する反応部が第２結合モードの時に貯留部が第２冷熱生成モードとなる。したがって、結合モードの前半（高温での結合）よりも後半（低温での結合）に相対圧が大きくなり、反応材と熱媒との結合量が多くなる。これにより、多くの熱媒を反応材へ結合させることができる。
また、対応する反応部が第１脱離モードの時に貯留部が第１凝縮モードとなり、対応する反応部が第２脱離モードの時に貯留部が第２凝縮モードとなる。したがって、脱離モードの前半（低温での脱離）よりも後半（高温での脱離）に相対圧が小さくなり、反応材からの熱媒の脱離量が多くなる。これにより、多くの熱媒を反応材から脱離させることができる。
本発明は上記構成としたので、熱媒体の冷却能力が限られた中で、反応材と熱媒との間の結合量／脱離量を多くして、効率よく冷熱生成を行うことが可能である。
第１実施形態のヒートポンプの構成を示す概略図である。 第１実施形態の吸着材の吸着特性を示すグラフである。 第１実施形態の制御部と開閉弁及びバルブとの接続関係を示すブロック図である。 第１実施形態の冷熱生成ループ及び凝縮ループを示す説明図である。 第１実施形態の吸着モード時における吸着部での熱媒の吸着を説明するグラフである。 第１実施形態の脱離モード時における吸着部での熱媒の脱離を説明するグラフである。 第１実施形態の貯留部の運動モードのパターンを示す表である。 第１実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第１パターンの運転時の説明図である。 第１実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第２パターンの運転時の説明図である。 第１実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第３パターンの運転時の説明図である。 第１実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第４パターンの運転時の説明図である。 第２実施形態のヒートポンプの構成を示す概略図である。 第２実施形態の制御部と開閉弁及びバルブとの接続関係を示すブロック図である。 第２実施形態の吸着ループ、脱離ループ、冷熱生成ループ、及び、凝縮ループを示す説明図である。 第２実施形態の吸着モード時における吸着部での熱媒の吸着を説明するグラフである。 第２実施形態の脱離モード時における吸着部での熱媒の脱離を説明するグラフである。 第２実施形態の吸着部／貯留部の運動モードのパターンを示す表である。 第１実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第１パターンの運転時の説明図である。 第２実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第２パターンの運転時の説明図である。 第２実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第３パターンの運転時の説明図である。 第２実施形態のヒートポンプにおいて吸着器が第４パターンの運転時の説明図である。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る車両搭載用ヒートポンプ（以下「ヒートポンプ１０」と称する）の概略構成図が示されている。ヒートポンプ１０は、車両に搭載されており、車両のエンジン部１２、ラジエータ１４、及び、エアーコンディショナー用の室内熱交換器１６と接続されている。
エンジン部１２は、エンジンからのエンジン冷却水の循環路に設けられた部分であり、温度８０℃〜１３０℃程度の、後述する吸着材の脱離温度（再生温度）よりも高温の高温伝熱媒体をヒートポンプ１０へ供給する。ラジエータ１４は、外気との熱交換による冷却後の温度２０℃〜３５℃の、後述する吸着材の脱離温度よりも低温の中温伝熱媒体をヒートポンプ１０へ供給する。室内熱交換器１６は、ヒートポンプ１０で生成された冷熱を車室内に供給し、熱交換の行われた低温伝熱媒体（１０℃〜２０℃程度）をヒートポンプ１０へ戻す。
ヒートポンプ１０は、反応器として、４個の吸着器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを備えている。吸着器２０Ａ〜２０Ｄは、同一構成であり、以下、これらをまとめて吸着器２０と称し、各部の符号の末尾にＡ〜Ｄを付してこれらを区別する。吸着器２０は、反応部としての吸着部２２と、貯留部２３とを有している。吸着部２２には、吸着材が配置されている。吸着材は、熱媒としての水を吸着／脱離するものであり、例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト等を用いることができる。吸着材は、後述する結合モードとしての吸着モード時には、貯留部２３からの熱媒を吸着し、脱離モードとしての再生モード時には吸着した熱媒を脱離（脱着）する。図２には、本実施形態で用いる吸着材の吸着特性を示すグラフが示されている。吸着材としては、狭い相対圧の範囲内で吸着量の変化が大きくなる吸着特性を有するものを用いることが好ましい。
吸着部２２には、反応熱交換流路２４が設けられている。反応熱交換流路２４は、吸着部２２と隔離されつつ熱交換を行うことが可能に設けられており、流体が内部を流通する流路とされている。反応熱交換流路２４は、流体が流入する流路入口２５と、熱交換後の流体が流出する流路出口２６を有している。流路入口２５は、切換弁であるバルブ５０を介してエンジン部１２、ラジエータ１４と接続され、流路出口２６は、切換弁であるバルブ５２を介してエンジン部１２、ラジエータ１４と接続されている。バルブ５０、５２は、三方バルブとされており、制御部４０と接続されている（図３参照）。制御部４０は、予め記録されたプログラムに基づいてバルブ５０、５２を切換えることで、ヒートポンプ１０を作動させる。なお、バルブ５０、５２は、後述の制御部４０によってラジエータ１４と連通するかエンジン部１２と連通するかが制御される。
貯留部２３には、熱媒としての液相の水が貯留されている。貯留部２３は、吸着部２２よりも下方に設けられ、吸着部２２と常時連通されている。吸着モード時には、貯留部２３から水が蒸発して吸着部２２の吸着材に吸着される。脱離モード時には吸着部２２の吸着材から脱離されて凝縮した水を貯留する。なお、貯留部２３内は、減圧または真空状態とされている。貯留部２３は、ヒートポンプにおいて、所謂、蒸発器と凝縮器の機能を兼ねている。
貯留部２３には、貯留熱交換流路２７が設けられている。貯留熱交換流路２７は、貯留部２３と隔離されつつ熱交換を行うことが可能に設けられており、伝熱媒体としての水が内部を流通する流路とされている。貯留熱交換流路２７は、中温伝熱媒体及び低温伝熱媒体が流入する流入口部６４と、熱交換後の水が流出する流出口部６６を有している。流入口部６４、流出口部６６は、各々、貯留個別供給路６１により、他の貯留部２３の貯留熱交換流路２７の流入口部２８、流出口部２９と接続されている。具体的には、流出口部６６Ａは貯留個別供給路６１Ａを介して貯留熱交換流路２７Ｂの流入口部６４Ｂと接続され、貯留熱交換流路２７Ｂの流出口部６６Ｂは貯留個別供給路６１Ｂを介して貯留熱交換流路２７Ｃの流入口部６４Ｃと接続され、貯留熱交換流路２７Ｃの流出口部６６Ｃは貯留個別供給路６１Ｃを介して貯留熱交換流路２７Ｄの流入口部６４Ｄと接続され、貯留熱交換流路２７Ｄの流出口部６６Ｄは貯留個別供給路６１Ｄを介して貯留熱交換流路６４Ａの流入口部６４Ａと接続されている。これにより、４個の貯留部２３Ａ〜２３Ｄの貯留熱交換流路２７Ａ〜２７Ｄが直列に接続された循環路の直接供給路６８が構成されている。
貯留個別供給路６１の各々の中央部には、貯留個別供給路６１を開閉可能な開閉弁７０（開閉弁７０Ａ〜７０Ｄ）が設けられている。貯留個別供給路６１の開閉弁７０よりも流入口部６４側には、ラジエータ１４の出口側と接続された中温流入ポート７２（中温流入ポート７２Ａ〜７２Ｄ）、及び、室内熱交換器１６の出口側と接続された低温流入ポート７４（低温流入ポート７４Ａ〜７４Ｄ）が設けられている。また、貯留個別供給路６１の開閉弁７０よりも流出口部６６側には、ラジエータ１４の入口側と接続された中温流出ポート７６（中温流出ポート７６Ａ〜７６Ｄ）、及び、室内熱交換器１６の入口側と接続された低温流出ポート７８（低温流出ポート７８Ａ〜７８Ｄ）が設けられている。中温流入ポート７２からはラジエータ１４からの中温伝熱媒体が流入し、低温流入ポート７４からは室内熱交換器１６からの低温伝熱媒体が流入する。また、中温流出ポート７６からは貯留部２３を経た中温伝熱媒体がラジエータ１４へ流出し、低温流出ポート７８からは貯留部２３を経た低温伝熱媒体が室内熱交換器１６へ流出する。
中温流入ポート７２には開閉弁７１が設けられ、低温流出ポート７４には開閉弁７３が設けられ、中温流出ポート７６には開閉弁７５が設けられ、低温流入ポート７８には開閉弁７７が設けられている。開閉弁７０、７１、７３、７５、７７は、電磁弁で構成され、各々図３に示されるように、制御部４０に接続されている。開閉弁７０、７１、７３、７５、７７は、後述の冷熱生成ループ４６、凝縮ループ４８が形成されるように、制御部４０によって開閉が制御される。
次に、本実施形態のヒートポンプ１０の運転について説明する。ヒートポンプ１０の運転時には、４個の吸着器２０の貯留部２３には、各々異なる温度の流体が供給されて、高温冷熱生成ＨＥ、低温凝縮ＬＣ、高温凝縮ＨＣ、及び低温冷熱生成ＬＥ、となるように制御部４０により各開閉弁及びバルブの開閉が制御される。高温冷熱生成ＨＥ及び低温冷熱生成ＬＥ、低温凝縮ＬＣ、及び高温凝縮ＨＣでは、貯留部２３は、貯留された水が蒸発して冷熱生成を行う冷熱生成モードとなる。低温凝縮ＬＣ、及び高温凝縮ＨＣでは、貯留部２３は、吸着材から脱離された水が凝縮される凝縮モードとなる。
一方、吸着器２０の吸着部２２のうちの２個の吸着部２２には、ラジエータ１４からの中温流体が供給される。中温流体が供給された吸着部２２では、貯留部２３から蒸発した水が吸着材で吸着される（吸着モード）。他の２個の吸着部２２には、エンジン部１２からの高温流体が供給される。高温流体が供給された吸着部２２では、吸着材に吸着された水が脱離される（脱離モード）。
吸着器２０の貯留部２３が吸着部２２が高温冷熱生成ＨＥ及び低温冷熱生成ＬＥの時に、吸着部２２は吸着モードとなる。また、吸着器２０の貯留部２３が低温凝縮ＬＣ及び高温凝縮ＨＣの時に、吸着部２２は脱離モードとなる。
高温冷熱生成ＨＥでは、流出口部６６から貯留部２３へ室内熱交換器１６から低温流体（温度Ｔ１−１）が供給される。このとき、吸着部２２（反応熱交換流路２４）へは、温度Ｔ２−１の中温流体が供給される。貯留部２３に貯留された水は蒸発して吸着部２２の吸着材に吸収される。水が蒸発する際に気化熱が奪われることにより、貯留部２３では冷熱生成が行われる。吸着モードの吸着部２２（温度Ｔ２−１）と貯留部２３（温度Ｔ１−１）の相対圧をφ１とすると、吸着部２２での水の吸着は、図５に示されるグラフの、相対圧φ１まで行うことができる。吸着材での吸着可能量は、Ｑ１となる。
低温冷熱生成ＬＥでは、流出口部６６から貯留部２３（貯留熱交換流路２７）へ、高温冷熱生成ＨＥの貯留部２３を経た低温流体が供給される。高温冷熱生成ＨＥの貯留部２３を経た低温流体の温度Ｔ１−２は、温度Ｔ１−１よりも低い。このとき、吸着モードの吸着部２２へは、温度Ｔ２−１の中温流体が供給される。貯留部２３に貯留された水は蒸発して吸着部２２の吸着材に吸収される。水が蒸発する際に気化熱が奪われることにより、貯留部２３では冷熱生成が行われる。吸着モードの吸着部２２（温度Ｔ２−１）と貯留部２３（温度Ｔ１−２）の相対圧をφ２とすると、吸着部２２での水の吸着は、図５に示されるグラフの、相対圧φ２まで行うことができる。吸着材での吸着可能量は、Ｑ２となる。なお、相対圧φ２は、相対圧φ１よりも小さい。
低温凝縮ＬＣでは、流入口部６４から貯留部２３へ、ラジエータ１４から中温流体（温度Ｔ２−１）が供給される。脱離モードの吸着部２２へは、温度Ｔ３−１の高温流体が供給される。このとき、吸着部２２では、吸着材に吸着されていた水が脱離されて吸着材が再生される。脱離された水は、貯留部２３で凝縮されて液相になり、貯留部２３に貯留される。貯留部２３では、水が凝縮される際に凝縮熱が発生することから、温度が上昇する。脱離モードの吸着部２２（温度Ｔ３−１）と貯留部２３（温度Ｔ２−１）の相対圧をφ３とすると、吸着部２２での水の吸着は、図６に示されるグラフの、相対圧φ３まで行うことができる。なお、相対圧φ３は、相対圧φ１よりも小さい。
高温凝縮ＨＣでは、入口部６４から貯留部２３へ、低温凝縮ＬＣの貯留部２３を経た中温流体が（温度Ｔ２−２）が供給される。脱離モードの吸着部２２へは、高温流体（温度Ｔ３−２）が供給される。このとき、吸着部２２では、吸着材に吸着されていた水が脱離されて吸着材が再生される。脱離された水は、貯留部２３で凝縮されて、貯留部２３に貯留される。貯留部２３では、水が凝縮される際に凝縮熱が発生することから、温度が上昇する。脱離モードの吸着部２２（温度Ｔ３−２）と貯留部２３（温度Ｔ２−２）の相対圧をφ４とすると、吸着部２２での水の吸着は、図１６に示されるグラフの、相対圧φ４まで行うことができる。なお、相対圧φ４は、相対圧φ３よりも大きく、相対圧φ１よりも小さい。
低温冷熱生成ＬＥの貯留部２３と高温冷熱生成ＨＥの貯留部２３は、これらの貯留熱交換流路２７同士を連結する貯留個別供給路６１の開閉弁７０が開放されて、低温冷熱生成ＬＥの流出口部６６が高温冷熱生成ＨＥの流入口部６４と連通されることにより、貯留熱交換流路２７同士が連通される。これにより、室内熱交換器１６→低温冷熱生成ＬＥの貯留部２３→高温冷熱生成ＨＥの貯留部２３→室内熱交換器１６の順に低温流体が循環する冷熱生成ループ４６が形成される（図４参照）。低温冷熱生成ＬＥの貯留部２３と高温冷熱生成ＨＥの貯留部２３は、冷熱生成モードとなる。高温冷熱生成ＨＥの貯留部２３は、冷熱生成ループ４６において、室内熱交換器１６を基準として、低温流体の入力の最も上流である上流位置ＳＳ１に配置される。低温冷熱生成ＬＥの貯留部２３は、冷熱生成ループ４６において、室内熱交換器１６を基準として、低温流体の入力の最も下流である下流位置ＳＳ２に配置されている。
低温凝縮ＬＣの貯留部２３と高温凝縮ＨＣの貯留部２３は、これらの貯留熱交換流路２７同士を連結する貯留個別供給路６１の開閉弁７０が開放されて、低温凝縮ＬＣの流出口部６６が高温凝縮ＨＣの流入口部６４と連通されることにより、貯留熱交換流路２７同士が連通される。これにより、ラジエータ１４→低温凝縮ＬＣの貯留部２３→高温凝縮ＨＣの貯留部２３→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する凝縮ループ４８が形成される（図４参照）。低温凝縮ＬＣの貯留部２３と高温凝縮ＨＣの貯留部２３は、凝縮モードとなる。低温凝縮ＬＣの貯留部２３は、凝縮ループ４８において、ラジエータ１４を基準として、中温流体の入力の最も上流である上流位置ＣＳ１に配置される。高温凝縮ＨＣの貯留部２３は、凝縮ループ４８において、ラジエータ１４を基準として、中温流体の入力の最も下流である下流位置ＣＳ２に配置されている。
そして、貯留部２３Ａ〜２３Ｄは、低温冷熱生成ＬＥ、高温冷熱生成ＨＥ、高温凝縮ＨＣ、及び低温凝縮ＬＣ、が、この順番で切り換えられる。具体的には、冷熱生成ループ４６の下流位置ＢＳ２→冷熱生成ループ４６の上流位置ＢＳ１→凝縮ループ４８流路の下流位置ＣＳ２→凝縮ループ４８の上流位置ＣＳ１の順番で切り換えられる。
吸着部２２で水を吸着することができる量は、図５に示されるように、高温冷熱生成ＨＥに対応する吸着部２２においてΔｑ２となり、低温冷熱生成ＬＥに対応する吸着部２２においてΔｑ２＋Δｑ１となる。また、吸着部２２から脱離される水の量は、図６に示されるように、低温凝縮ＬＣにおいてΔｑ３となり、高温凝縮ＨＣにおいてΔｑ３＋Δｑ４となる。
４個の吸着部２２及び貯留部２３における運転パターンの組み合わせでは、それぞれ、図７に示されるように、第１パターンＰ１→第２パターンＰ２→第３パターンＰ３→第４パターンＰ４→第１パターンＰ１の順で繰り返されるように、運転が切り換えられる。
第１パターンＰ１では、貯留部２３Ａが高温冷熱生成ＨＥ、貯留部２３Ｂが低温冷熱生成ＬＥ、貯留部２３Ｃが低温凝縮ＬＣ、貯留部２３Ｄが高温凝縮ＨＣ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図８に示すように、開閉弁７０（Ａ〜Ｄ）、７１（Ａ〜Ｄ）、７３（Ａ〜Ｄ）、７５（Ａ〜Ｄ）、７７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁７０Ａ、７１Ｂ、７７Ｂ、７０Ｃ、７３Ｄ、７５Ｄを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、室内熱交換器１６→貯留部２３Ａ→貯留部２３Ｂ→室内熱交換器１６の順に低温流体が循環する冷熱生成ループ４６−Ｐ１が形成される。この冷熱生成ループ４６−Ｐ１では、室内熱交換器１６から貯留部２３Ａへ温度Ｔ１−１の低温流体が供給され、貯留部２３Ａから貯留部２３Ｂへ貯留部２３Ａを経た温度Ｔ１−２の低温流体が供給され、貯留部２３Ｂから室内熱交換器１６へ貯留部２３Ｂを経た温度Ｔ１−３の低温流体が戻される。
一方、バルブ５０Ａ、５２Ａ、５０Ｂ、５２Ｂは、ラジエータ１４と連通されるように制御部４０によって制御され、吸着部２２Ａ、２２Ｂには、ラジエータ１４から温度Ｔ２−１の中温御流体が供給される。吸着部２２Ａでは、相対圧φ１まで間で水の吸着が行われ、吸着部２２Ｂでは、相対圧φ２まで水の吸着が行われる。吸着熱により温度が上昇した温度Ｔ２−２の中温流体がラジエータ１４へ戻される。
また、ラジエータ１４→貯留部２３Ｃ→貯留部２３Ｄ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する凝縮ループ４８−Ｐ１が形成される。この凝縮ループ４８−Ｐ１では、ラジエータ１４から貯留部２３Ｃへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、貯留部２３Ｃから貯留部２３Ｄへ貯留部２３Ｃを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、貯留部２３Ｄからラジエータ１４へ貯留部２３Ｄを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ｃでは、相対圧φ３まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ｄでは、相対圧φ４まで水の脱離が行われる。
第２パターンＰ２では、貯留部２３Ｂが高温冷熱生成ＨＥ、貯留部２３Ｃが低温冷熱生成ＬＥ、貯留部２３Ｄが低温凝縮ＬＣ、貯留部２３Ａが高温凝縮ＨＣ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図９に示すように、開閉弁７０（Ａ〜Ｄ）、７１（Ａ〜Ｄ）、７３（Ａ〜Ｄ）、７５（Ａ〜Ｄ）、７７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁７０Ｂ、７１Ｃ、７７Ｃ、７０Ｄ、７３Ａ、７５Ａを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、室内熱交換器１６→貯留部２３Ｂ→貯留部２３Ｃ→室内熱交換器１６の順に低温流体が循環する冷熱生成ループ４６−Ｐ２が形成される。この冷熱生成ループ４６−Ｐ２では、室内熱交換器１６から貯留部２３Ｂへ温度Ｔ１−１の低温流体が供給され、貯留部２３Ｂから貯留部２３Ｃへ貯留部２３Ｂを経た温度Ｔ１−２の低温流体が供給され、貯留部２３Ｃから室内熱交換器１６へ貯留部２３Ｃを経た温度Ｔ１−３の低温流体が戻される。
一方、バルブ５０Ｂ、５２Ｂ、５０Ｃ、５２Ｃは、ラジエータ１４と連通されるように制御部４０によって制御され、吸着部２２Ｂ、２２Ｃには、ラジエータ１４から温度Ｔ２−１の中温御流体が供給される。吸着部２２Ｂでは、相対圧φ１まで間で水の吸着が行われ、吸着部２２Ｃでは、相対圧φ２まで水の吸着が行われる。吸着熱により温度が上昇した温度Ｔ２−２の中温流体がラジエータ１４へ戻される。
また、ラジエータ１４→貯留部２３Ｄ→貯留部２３Ａ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する凝縮ループ４８−Ｐ２が形成される。この凝縮ループ４８−Ｐ２では、ラジエータ１４から貯留部２３Ｄへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、貯留部２３Ｄから貯留部２３Ａへ貯留部２３Ｄを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、貯留部２３Ａからラジエータ１４へ貯留部２３Ａを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ｄでは、相対圧φ３まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ａでは、相対圧φ４まで水の脱離が行われる。
第３パターンＰ３では、貯留部２３Ｃが高温冷熱生成ＨＥ、貯留部２３Ｄが低温冷熱生成ＬＥ、貯留部２３Ａが低温凝縮ＬＣ、貯留部２３Ｂが高温凝縮ＨＣ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図１０に示すように、開閉弁７０（Ａ〜Ｄ）、７１（Ａ〜Ｄ）、７３（Ａ〜Ｄ）、７５（Ａ〜Ｄ）、７７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁７０Ｃ、７１Ｄ、７７Ｄ、７０Ａ、７３Ｂ、７５Ｂを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、室内熱交換器１６→貯留部２３Ｂ→貯留部２３Ｃ→室内熱交換器１６の順に低温流体が循環する冷熱生成ループ４６−Ｐ３が形成される。この冷熱生成ループ４６−Ｐ３では、室内熱交換器１６から貯留部２３Ｃへ温度Ｔ１−１の低温流体が供給され、貯留部２３Ｃから貯留部２３Ｄへ貯留部２３Ｃを経た温度Ｔ１−２の低温流体が供給され、貯留部２３Ｄから室内熱交換器１６へ貯留部２３Ｄを経た温度Ｔ１−３の低温流体が戻される。
一方、バルブ５０Ｃ、５２Ｃ、５０Ｄ、５２Ｄは、ラジエータ１４と連通されるように制御部４０によって制御され、吸着部２２Ｃ、２２Ｄには、ラジエータ１４から温度Ｔ２−１の中温御流体が供給される。吸着部２２Ｃでは、相対圧φ１まで間で水の吸着が行われ、吸着部２２Ｄでは、相対圧φ２まで水の吸着が行われる。吸着熱により温度が上昇した温度Ｔ２−２の中温流体がラジエータ１４へ戻される。
また、ラジエータ１４→貯留部２３Ａ→貯留部２３Ｂ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する凝縮ループ４８−Ｐ３が形成される。この凝縮ループ４８−Ｐ３では、ラジエータ１４から貯留部２３Ａへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、貯留部２３Ａから貯留部２３Ｂへ貯留部２３Ａを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、貯留部２３Ｂからラジエータ１４へ貯留部２３Ｂを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ａでは、相対圧φ３まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ｂでは、相対圧φ４まで水の脱離が行われる。
第４パターンＰ４では、貯留部２３Ｄが高温冷熱生成ＨＥ、貯留部２３Ａが低温冷熱生成ＬＥ、貯留部２３Ｂが低温凝縮ＬＣ、貯留部２３Ｃが高温凝縮ＨＣ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図１１に示すように、開閉弁７０（Ａ〜Ｄ）、７１（Ａ〜Ｄ）、７３（Ａ〜Ｄ）、７５（Ａ〜Ｄ）、７７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁７０Ｄ、７１Ａ、７７Ａ、７０Ｂ、７３Ｃ、７５Ｃを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、室内熱交換器１６→貯留部２３Ｃ→貯留部２３Ｄ→室内熱交換器１６の順に低温流体が循環する冷熱生成ループ４６−Ｐ４が形成される。この冷熱生成ループ４６−Ｐ４では、室内熱交換器１６から貯留部２３Ｄへ温度Ｔ１−１の低温流体が供給され、貯留部２３Ｄから貯留部２３Ａへ貯留部２３Ｄを経た温度Ｔ１−２の低温流体が供給され、貯留部２３Ａから室内熱交換器１６へ貯留部２３Ａを経た温度Ｔ１−３の低温流体が戻される。
一方、バルブ５０Ｄ、５２Ｄ、５０Ａ、５２Ａは、ラジエータ１４と連通されるように制御部４０によって制御され、吸着部２２Ｄ、２２Ａには、ラジエータ１４から温度Ｔ２−１の中温御流体が供給される。吸着部２２Ｄでは、相対圧φ１まで間で水の吸着が行われ、吸着部２２Ａでは、相対圧φ２まで水の吸着が行われる。吸着熱により温度が上昇した温度Ｔ２−２の中温流体がラジエータ１４へ戻される。
また、ラジエータ１４→貯留部２３Ｂ→貯留部２３Ｃ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する凝縮ループ４８−Ｐ４が形成される。この凝縮ループ４８−Ｐ４では、ラジエータ１４から貯留部２３Ｂへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、貯留部２３Ｂから貯留部２３Ｃへ貯留部２３Ｃを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、貯留部２３Ｃからラジエータ１４へ貯留部２３Ｃを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ｂでは、相対圧φ３まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ｃでは、相対圧φ４まで水の脱離が行われる。
本実施形態のヒートポンプ１０では、凝縮ループ４８を構成することにより、ラジエータ１４から出力される中温流体の温度Ｔ２−１とラジエータ１４に戻される中温流体Ｔ２−３の温度差は、単体の貯留部２３のみで熱交換を行った流体をラジエータ１４へ戻す場合と比較して、大きくなる。したがって、ラジエータ１４で、より多くの熱を放出することができる。
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、凝縮ループ４８において、ラジエータ１４と各貯留部２３との位置（中温流体の通過順）によって、各貯留部２３へ供給される中温流体の温度が異なる。冷熱生成ループ４６においても、室内熱交換器１６と各貯留部２３との位置によって、各貯留部２３へ供給される低温流体の温度が異なる。そして、凝縮ループ４８及び冷熱生成ループ４６において、各貯留部２３の位置は、制御部４０での開閉弁の制御により順次切換えられる。したがって、凝縮ループ、冷熱生成ループにおいて貯留部を通過する流体の温度が同じ場合と比較して、吸着材が水を吸着する相対圧帯、及び、吸着材から水を脱離させて吸着材を再生する相対圧帯が広くなる。これにより、吸着材と水との結合／脱離の反応量を多くして効率よく吸着材を利用することができる。
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、貯留部２３Ａ〜２３Ｄは、高温冷熱生成ＨＥ、高温凝縮ＨＣ、低温凝縮ＬＣ、及び低温冷熱生成ＬＥが、この順番で切り換えられる。すなわち、冷熱生成ループ４６の中の下流位置ＢＳ２→冷熱生成ループ４６の中の上流位置ＢＳ１→凝縮ループ４８の下流位置ＣＳ２→凝縮ループ４８の中の上流位置ＣＳ１の順番で切り換えられる。したがって、図５に示されるように、対応する吸着部２２では、吸着モードの時には、吸着材による水の吸着可能量は、吸着モードの前半よりも後半に多くなる。これにより、吸着部２２は、最初に低温で吸着反応が行われてΔｑ２の吸着量で水が吸着され、その後、高温で吸着反応が行われてΔｑ１の吸着量で水が吸着される。
また、図６に示されるように、凝縮モードの時には、対応する吸着部２２において、吸着材による水の吸着可能量は、脱離モードの前半よりも後半に少なくなる。これにより、吸着部２２は、最初に低温で再生が行われてΔｑ３の水が脱離され、その後、高温で再生が行われてΔｑ４の水が脱離される。
このような順序で貯留部２３のモードを切り換えることにより、吸着材による水の吸着、及び吸着材からの水の脱離を多段階で行い、吸着材と水との吸着／脱離の反応量を多くして効率よく吸着材を利用することができる。
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、貯留個別供給路６１Ａ〜６１Ｄに設けられた開閉弁７０の切り換えによって、冷熱生成ループ４６と凝縮ループ４８を、簡単に構成することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図１２に示されるように、本実施形態のヒートポンプ８０は、吸着部２２Ａ〜２２Ｄ同士の接続、及び、吸着部２２Ａ〜２２Ｄとエンジン部１２、ラジエータ１４との接続、が第１実施形態と異なっている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
反応熱交換流路２４の流路入口２５、流路出口２６は、各々、個別供給路２１により、他の吸着部２２の反応熱交換流路２４の流路出口２６、流路入口２５と接続されている。具体的には、反応熱交換流路２４Ａの流路出口２６Ａは個別供給路２１Ａを介して反応熱交換流路２４Ｂの流路入口２５Ｂと接続され、反応熱交換流路２４Ｂの流路出口２６Ｂは個別供給路２１Ｂを介して反応熱交換流路２４Ｃの流路入口２５Ｃと接続され、反応熱交換流路２４Ｃの流路出口２６Ｃは個別供給路２１Ｃを介して反応熱交換流路２４Ｄの流路入口２５Ｄと接続され、反応熱交換流路２４Ｄの流路出口２６Ｄは個別供給路２１Ｄを介して反応熱交換流路２４Ａの流路入口２５Ａと接続されている。これにより、４個の吸着部２２Ａ〜２２Ｄの反応熱交換流路２４Ａ〜２４Ｄが直列に接続された循環路である直列供給路１８が構成されている。
個別供給路２１の各々の中央部には、個別供給路２１を開閉可能な開閉弁３０（開閉弁３０Ａ〜３０Ｄ）が設けられている。個別供給路２１の開閉弁３０よりも流路入口２５側には、エンジン部１２の出口側と接続された高温流入ポート３２（高温流入ポート３２Ａ〜３２Ｄ）、及び、ラジエータ１４の出口側と接続された中温流入ポート３４（中温流入ポート３４Ａ〜３４Ｄ）が設けられている。また、個別供給路２１の開閉弁３０よりも流路出口２６側には、エンジン部１２の入口側と接続された高温流出ポート３６（高温流出ポート３６Ａ〜３６Ｄ）、及び、ラジエータ１４の入口側と接続された中温流出ポート３８（中温流出ポート３８Ａ〜３８Ｄ）が設けられている。高温流入ポート３２からはエンジン部１２からの高温流体が流入し、中温流入ポート３４からはラジエータ１４からの中温流体が流入する。また、高温流出ポート３６からは吸着部２２を経た高温流体がエンジン部１２へ流出し、中温流出ポート３８からは吸着部２２を経た中温流体がラジエータ１４へ流出する。
高温流入ポート３２には開閉弁３１が設けられ、中温流入ポート３４には開閉弁３３が設けられ、高温流出ポート３６には開閉弁３５が設けられ、中温流出ポート３８には開閉弁３７が設けられている。開閉弁３０、３１、３３、３５、３７は、電磁弁で構成され、各々図１３に示されるように、切換部としての制御部４０に接続されている。制御部４０はＣＰＵ、メモリ、開閉弁や三方バルブを切り替えるドライバを含んで構成されている。制御部４０は、予め記録されたプログラムに基づいて開閉弁や三方バルブを切り替えることで、ヒートポンプ１０を作動させる。なお、開閉弁３０、３１、３３、３５、３７は、後述の吸着ループ４２、脱離ループ４４（図１４参照）が形成されるように、制御部４０によって開閉が制御される。
次に、本実施形態のヒートポンプ８０の運転について説明する。ヒートポンプ８０の運転時には、４個の吸着器２０の吸着部２２には、各々異なる温度の流体が供給されて、高温吸着ＨＡ、低温吸着ＬＡ、低温脱離ＬＤ、及び高温脱離ＨＤ、となるように制御部４０により各開閉弁及びバルブの開閉が制御される。高温吸着ＨＡ、低温吸着ＬＡ、低温脱離ＬＤ、及び高温脱離ＨＤは、各々本発明の第２結合モード、第１結合モード、第２脱離モード、及び第１脱離モードに対応している。高温吸着ＨＡ、低温吸着ＬＡでは、吸着部２２は、吸着材に水が吸着する吸着モードとなる。高温脱離ＨＤ、低温脱離ＬＤでは、吸着部２２は、吸着材から水が脱離される脱離モードとなる。
一方、貯留部２３については、第１実施形態と同様に、４個の貯留部２３には、各々異なる温度の流体が供給されて、高温冷熱生成ＨＥ、低温冷熱生成ＬＥ、低温凝縮ＬＣ、及び高温凝縮ＨＣとなるように制御部４０により各開閉弁及びバルブの開閉が制御される。
なお、吸着器２０の吸着部２２が高温吸着ＨＡの時に、貯留部２３は低温冷熱生成ＬＥとなり、吸着部２２が低温吸着ＬＡの時に、貯留部２３は高温冷熱生成ＨＬＥとなり、吸着部２２が高温脱離ＨＤの時に、貯留部２３は低温凝縮ＬＣとなり、吸着部２２が低温脱離ＬＤの時に、貯留部２３は高温凝縮ＨＣとなる。
低温吸着ＬＡでは、流路入口２５から吸着部２２へラジエータ１４から中温流体が供給され、貯留部２３へ室内熱交換器１６から低温流体が供給される。ここで、図１４に示されるように、ラジエータ１４から出力される中温流体の温度をＴ２−１とし、室内熱交換器１６から出力される低温流体の温度をＴ１−１とする。このとき、貯留部２３に貯留された水が蒸発すると共に、蒸発した水は吸着部２２の吸着材に吸収される。水が蒸発する際に気化熱が奪われることにより、貯留部２３では冷熱生成が行われる。貯留部２３（貯留熱交換流路２７）から出力される低温流体の温度Ｔ１−２は、温度Ｔ１−１よりも低温である。低温吸着ＬＡの吸着部２２（温度Ｔ２−１）と貯留部２３（温度Ｔ１−１）の相対圧をφ５とすると、吸着部２２での水の吸着は、図１５に示されるグラフの、相対圧φ５まで行うことができる。吸着材での吸着可能量は、Ｑ５となる。
高温吸着ＨＡでは、流路入口２５から吸着部２２へ、低温吸着ＬＡが行われている吸着部２２を経た中温流体が供給され、貯留部２３へ高温冷熱生成ＨＥが行われている貯留部２３を経た低温流体が供給される。低温吸着ＬＡが行われている吸着部２２を経た中温流体の温度は、低温吸着ＬＡが行われている吸着部２２における吸着熱により加熱されているので、ラジエータ１４からの中温流体の温度Ｔ２−１よりも高くなっている。ここで、低温吸着ＬＡが行われている吸着部２２を経た中温流体の温度をＴ２−２とし、高温吸着ＨＡが行われている吸着部２２を経た中温流体の温度をＴ２−３とする。このとき、貯留部２３に貯留された水が蒸発すると共に、蒸発した水は吸着部２２の吸着材に吸収される。水が蒸発する際に気化熱が奪われることにより、貯留部２３では冷熱生成が行われる。高温吸着ＨＡの吸着部２２（温度Ｔ２−２）と低温冷熱生成ＬＥの貯留部２３（温度Ｔ１−２）の相対圧をφ６とすると、吸着部２２での水の吸着は、図１５に示されるグラフの、相対圧φ６まで行うことができる。吸着材での吸着可能量は、Ｑ６となる。なお、相対圧φ６は、相対圧φ５よりも小さい。
高温脱離ＨＤでは、流路入口２５から吸着部２２へエンジン部１２から高温流体が供給され、貯留部２３へラジエータ１４から中温流体が供給される。ここで、エンジン部１２から出力される高温流体の温度をＴ３−１とする。ラジエータ１４からから出力される中温流体の温度は前述のようにＴ２−１である。このとき、吸着部２２では、吸着材に吸着されていた水が脱離されて吸着材が再生される。脱離された水は、貯留部２３で凝縮されて貯留部２３に貯留される。貯留部２３では、水が凝縮される際に凝縮熱が発生することから、中温流体の温度が上昇する。貯留部２３から出力される中温流体の温度は、Ｔ２−１よりも高いＴ２−２となる。高温脱離ＨＤの吸着部２２（温度Ｔ３−１）と貯留部２３（温度Ｔ２−２）の相対圧をφ７とすると、吸着部２２での水の吸着可能量（吸着の限界量）はＱ７となり、吸着部２２に吸着されていた水が脱離される。なお、相対圧φ７は、相対圧φ５よりも小さい。
低温脱離ＬＤでは、流路入口２５から吸着部２２へ、高温脱離ＨＤが行われている吸着部２２を経た高温流体が供給され、貯留部２３へ低温凝縮ＬＣが行われている貯留部２３を経た中温流体が供給される。この高温流体の温度は、高温脱離ＨＤが行われている吸着部２２における吸着材の再生により吸熱されているので、エンジン部１２からの高温流体の温度よりも低くなっている。この高温脱離ＨＤが行われている吸着部２２を経た高温流体の温度をＴ３−４とする。また、低温脱離ＬＤが行われている吸着部２２を経た高温流体の温度をＴ３−３とする。低温凝縮ＬＣが行われている貯留部２３を経た中温流体中温流体の温度は前述のようにＴ２−２である。このとき、吸着部２２では、吸着材に吸着されていた水が脱離されて吸着材が再生される。脱離された水は、貯留部２３で凝縮され、貯留部２３に貯留される。貯留部２３では、水が凝縮される際に凝縮熱が発生することから、温度が上昇する。貯留部２３から出力されてラジエータ１４へ戻る中温流体の温度は、Ｔ２−２よりも高いＴ２−３となる。低温脱離ＬＤの吸着部２２（温度Ｔ３−３）と貯留部２３（温度Ｔ２−２）の相対圧をφ８とすると、吸着部２２での水の吸着可能量はＱ８となり、吸着部２２に吸着されていた水が脱離される。なお、相対圧φ８は、相対圧φ７よりも大きく、相対圧φ５よりも小さい。
低温吸着ＬＡの吸着部２２と高温吸着ＨＡの吸着部２２は、これらの反応熱交換流路２４同士を連結する個別供給路２１の開閉弁３０が開放されて、低温吸着ＬＡの流路出口２６が高温吸着ＨＡの流路入口２５と連通されることにより、互いの反応熱交換流路２４同士が直列に連通される。これにより、ラジエータ１４→低温吸着ＬＡの吸着部２２→高温吸着ＨＡの吸着部２２→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する吸着ループ４２が形成される（図１４参照）。低温吸着ＬＡの吸着部２２と高温吸着ＨＡの吸着部２２は、吸着モードとなる。低温吸着ＬＡの吸着部２２は、吸着ループ４２において、ラジエータ１４を基準として、中温流体の入力の最も上流である上流位置ＲＳ１に配置されている。高温吸着ＨＡの吸着部２２は、吸着ループ４２において、ラジエータ１４を基準として、中温流体の入力の最も下流である下流位置ＲＳ２に配置されている。
高温脱離ＨＤの吸着部２２と低温脱離ＬＤの吸着部２２は、これらの反応熱交換流路２４同士を連結する個別供給路２１の開閉弁３０が開放されて、高温吸着ＨＡの流路出口２６が低温吸着ＬＤの流路入口２５と連通されることにより、反応熱交換流路２４同士が直列に連通される。これにより、エンジン部１２→高温脱離ＨＤの吸着部２２→低温脱離ＬＤの吸着部２２→エンジン部１２の順に高温流体が循環する脱離ループ４４が形成される（図１４参照）。高温脱離ＨＤの吸着部２２と低温脱離ＬＤの吸着部２２は、脱離モードとなる。高温脱離ＨＤの吸着部２２は、脱離ループ４４において、エンジン部１２を基準として、高温流体の入力の最も上流である上流位置ＥＳ１に配置される。低温脱離ＬＤの吸着部２２は、脱離ループ４４において、エンジン部１２を基準として、高温流体の入力の最も下流である下流位置ＥＳ２に配置されている。
そして、吸着部２２Ａ〜２２Ｄは、高温吸着ＨＡ、低温吸着ＬＡ、低温脱離ＬＤ、及び高温脱離ＨＤが、この順番で切り換えられ、繰り返される。具体的には、吸着ループ４２の下流位置ＲＳ１→吸着ループ４２の上流位置ＲＳ２→脱離ループ４４の下流位置ＥＳ２→脱離ループ４４の上流位置ＥＳ１の順番で切り換えられる。
吸着部２２で水を吸着することができる量は、図１５に示されるように、高温吸着ＨＡにおいてΔｑ６となり、低温吸着ＬＡにおいてΔｑ５となる。また、吸着部２２から脱離される水の量は、図１６に示されるように、低温脱離ＬＤにおいてΔｑ８となり、高温脱離ＨＤにおいてΔｑ７となる。
４個の吸着部２２及び貯留部２３における運転パターンの組み合わせでは、それぞれ、図１７に示されるように、第１パターンＰＰ１→第２パターンＰＰ２→第３パターンＰＰ３→第４パターンＰＰ４→第１パターンＰＰ１の順で繰り返されるように、運転が切り換えられる。なお、貯留部２３の運転切り換えについては、第１実施形態の第１パターンＰ１〜第４パターンＰ４と同様である。以下、吸着部２２の運転切り換えについて説明する。
第１パターンＰＰ１では、吸着部２２Ａが低温吸着ＬＡ、吸着部２２Ｂが高温吸着ＨＡ、吸着部２２Ｃが高温脱離ＨＤ、吸着部２２Ｄが低温脱離ＬＤ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図１８に示すように、開閉弁３０（Ａ〜Ｄ）、３１（Ａ〜Ｄ）、３３（Ａ〜Ｄ）、３５（Ａ〜Ｄ）、３７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁３０Ａ、３１Ｂ、３７Ｂ、３０Ｃ、３３Ｄ、３５Ｄを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、ラジエータ１４→吸着部２２Ａ→吸着部２２Ｂ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する吸着ループ４２−ＰＰ１が形成される。この吸着ループ４２−ＰＰ１では、ラジエータ１４から吸着部２２Ａへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、吸着部２２Ａから吸着部２２Ｂへ吸着部２２Ａを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、吸着部２２Ｂからラジエータ１４へ吸着部２２Ｂを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ａでは、相対圧φ５まで水の吸着が行われ、吸着部２２Ｂでは、相対圧φ６まで水の吸着が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ａ、２３Ｂでは、第１実施形態と同様にして高温冷熱生成ＨＥ、低温冷熱生成ＬＥが行われる。
また、エンジン部１２→吸着部２２Ｃ→吸着部２２Ｄ→エンジン部１２の順に高温流体が循環する脱離ループ４４−ＰＰ１が形成される。この脱離ループ４４−ＰＰ１では、エンジン部１２から吸着部２２Ｃへ温度Ｔ３−１の高温流体が供給され、吸着部２２Ｃから吸着部２２Ｄへ吸着部２２Ｃを経た温度Ｔ３−３の高温流体が供給され、吸着部２２Ｄからエンジン部１２へ吸着部２２Ｄを経た温度Ｔ３−３の高温流体が戻される。吸着部２２Ｃでは、相対圧φ７まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ｄでは、相対圧φ８まで水の脱離が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ｃ、２３Ｄでは、第１実施形態と同様にして低温凝縮ＬＣ、高温凝縮ＨＣが行われる。
第２パターンＰＰ２では、吸着部２２Ｂが低温吸着ＬＡ、吸着部２２Ｃが高温吸着ＨＡ、吸着部２２Ｄが高温脱離ＨＤ、吸着部２２Ａが低温脱離ＬＤ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図１９に示すように、開閉弁３０（Ａ〜Ｄ）、３１（Ａ〜Ｄ）、３３（Ａ〜Ｄ）、３５（Ａ〜Ｄ）、３７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁３０Ｂ、３１Ｃ、３７Ｃ、３０Ｄ、３３Ａ、３５Ａを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、ラジエータ１４→吸着部２２Ｂ→吸着部２２Ｃ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する吸着ループ４２−ＰＰ２が形成される。この吸着ループ４２−ＰＰ２では、ラジエータ１４から吸着部２２Ｂへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、吸着部２２Ｂから吸着部２２Ｃへ吸着部２２Ｂを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、吸着部２２Ｃからラジエータ１４へ吸着部２２Ｃを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ｂでは、相対圧φ５まで水の吸着が行われ、吸着部２２Ｃでは、相対圧φ６まで水の吸着が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ｂ、２３Ｃでは、第１実施形態と同様にして高温冷熱生成ＨＥ、低温冷熱生成ＬＥが行われる。
また、エンジン部１２→吸着部２２Ｄ→吸着部２２Ａ→エンジン部１２の順に高温流体が循環する脱離ループ４４−ＰＰ２が形成される。この脱離ループ４４−ＰＰ２では、エンジン部１２から吸着部２２Ｄへ温度Ｔ３−１の高温流体が供給され、吸着部２２Ｄから吸着部２２Ａへ吸着部２２Ｄを経た温度Ｔ３−３の高温流体が供給され、吸着部２２Ａからエンジン部１２へ吸着部２２Ａを経た温度Ｔ３−３の高温流体が戻される。吸着部２２Ｄでは、相対圧φ７まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ａでは、相対圧φ８まで水の脱離が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ｄ、２３Ａでは、第１実施形態と同様にして低温凝縮ＬＣ、高温凝縮ＨＣが行われる。
第３パターンＰＰ３では、吸着部２２Ｃが低温吸着ＬＡ、吸着部２２Ｄが高温吸着ＨＡ、吸着部２２Ａが高温脱離ＨＤ、吸着部２２Ｂが低温脱離ＬＤ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図２０に示すように、開閉弁３０（Ａ〜Ｄ）、３１（Ａ〜Ｄ）、３３（Ａ〜Ｄ）、３５（Ａ〜Ｄ）、３７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁３０Ｃ、３１Ｄ、３７Ｄ、３０Ａ、３３Ｂ、３５Ｂを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、ラジエータ１４→吸着部２２Ｃ→吸着部２２Ｄ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する吸着ループ４２−ＰＰ３が形成される。この吸着ループ４２−ＰＰ３では、ラジエータ１４から吸着部２２Ｃへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、吸着部２２Ｃから吸着部２２Ｄへ吸着部２２Ｃを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、吸着部２２Ｄからラジエータ１４へ吸着部２２Ｄを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ｃでは、相対圧φ５まで水の吸着が行われ、吸着部２２Ｄでは、相対圧φ６まで水の吸着が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ｃ、２３Ｄでは、第１実施形態と同様にして高温冷熱生成ＨＥ、低温冷熱生成ＬＥが行われる。
また、エンジン部１２→吸着部２２Ａ→吸着部２２Ｂ→エンジン部１２の順に高温流体が循環する脱離ループ４４−ＰＰ３が形成される。この脱離ループ４４−ＰＰ３では、エンジン部１２から吸着部２２Ａへ温度Ｔ３−１の高温流体が供給され、吸着部２２Ａから吸着部２２Ｂへ吸着部２２Ａを経た温度Ｔ３−３の高温流体が供給され、吸着部２２Ｂからエンジン部１２へ吸着部２２Ｂを経た温度Ｔ３−３の高温流体が戻される。吸着部２２Ａでは、相対圧φ７まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ｂでは、相対圧φ８まで水の脱離が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ａ、２３Ｂでは、第１実施形態と同様にして低温凝縮ＬＣ、高温凝縮ＨＣが行われる。
第４パターンＰＰ４では、吸着部２２Ｄが低温吸着ＬＡ、吸着部２２Ａが高温吸着ＨＡ、吸着部２２Ｂが高温脱離ＨＤ、吸着部２２Ｃが低温脱離ＬＤ、となるように、制御部４０によって各開閉弁の開閉が制御される。具体的には、図２１に示すように、開閉弁３０（Ａ〜Ｄ）、３１（Ａ〜Ｄ）、３３（Ａ〜Ｄ）、３５（Ａ〜Ｄ）、３７（Ａ〜Ｄ）の内、開閉弁３０Ｄ、３１Ａ、３７Ａ、３０Ｂ、３３Ｃ、３５Ｃを開放し、その他を閉鎖する。
これにより、ラジエータ１４→吸着部２２Ｄ→吸着部２２Ａ→ラジエータ１４の順に中温流体が循環する吸着ループ４２−ＰＰ４が形成される。この吸着ループ４２−ＰＰ４では、ラジエータ１４から吸着部２２Ｄへ温度Ｔ２−１の中温流体が供給され、吸着部２２Ｄから吸着部２２Ａへ吸着部２２Ｄを経た温度Ｔ２−２の中温流体が供給され、吸着部２２Ａからラジエータ１４へ吸着部２２Ａを経た温度Ｔ２−３の中温流体が戻される。吸着部２２Ｄでは、相対圧φ５まで水の吸着が行われ、吸着部２２Ａでは、相対圧φ６まで水の吸着が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ｄ、２３Ａでは、第１実施形態と同様にして高温冷熱生成ＨＥ、低温冷熱生成ＬＥが行われる。
また、エンジン部１２→吸着部２２Ｂ→吸着部２２Ｃ→エンジン部１２の順に高温流体が循環する脱離ループ４４−ＰＰ４が形成される。この脱離ループ４４−ＰＰ４では、エンジン部１２から吸着部２２Ｂへ温度Ｔ３−１の高温流体が供給され、吸着部２２Ｂから吸着部２２Ｃへ吸着部２２Ｂを経た温度Ｔ３−３の高温流体が供給され、吸着部２２Ｃからエンジン部１２へ吸着部２２Ｃを経た温度Ｔ３−３の高温流体が戻される。吸着部２２Ｂでは、相対圧φ７まで水の脱離が行われ、吸着部２２Ｃでは、相対圧φ８まで水の脱離が行われる。
なお、対応する貯留部２３Ｂ、２３Ｃでは、第１実施形態と同様にして低温凝縮ＬＣ、高温凝縮ＨＣが行われる。
本実施形態のヒートポンプ８０では、吸着ループ４２を構成することにより、ラジエータ１４から出力される中温流体の温度Ｔ２−１とラジエータ１４に戻される中温流体Ｔ２−３の温度差は、単体の吸着部２２のみで熱交換を行った流体をラジエータ１４へ戻す場合と比較して、大きくなる。したがって、ラジエータ１４で、より多くの熱を放出することができる。
また、本実施形態のヒートポンプ８０では、吸着ループ４２において、ラジエータ１４と各吸着部２２との位置（中温流体の通過順）によって、各吸着部２２へ供給される中温流体の温度が異なる。脱離ループ４４においても、エンジン部１２と各吸着部２２との位置によって、各吸着部２２へ供給される高温流体の温度が異なる。そして、吸着ループ４２及び脱離ループ４４において、各吸着部２２の位置は、制御部４０での開閉弁の制御により順次切換えられる。したがって、吸着ループ、脱離ループにおいて吸着部を通過する流体の温度が同じ場合と比較して、吸着材が水を吸着する相対圧帯、及び、吸着材から水を脱離させて吸着材を再生する相対圧帯が広くなる。これにより、吸着材と水との結合／脱離の反応量を多くして効率よく吸着材を利用することができる。
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、吸着部２２Ａ〜２２Ｄは、高温吸着ＨＡ、低温吸着ＬＡ、低温脱離ＬＤ、及び高温脱離ＨＤが、この順番で切り換えられる。すなわち、吸着ループ４２の中の下流位置ＲＳ２→吸着ループ４２の中の上流位置ＲＳ１→脱離ループ４４の下流位置ＥＳ２→脱離ループ４４の中の上流位置ＥＳ１の順番で、切り換えられる。したがって、図１５に示されるように、吸着モードの時には、吸着材による水の吸着可能量は、吸着モードの前半よりも後半に多くなる。これにより、吸着部２２は、最初に高温で吸着反応が行われてΔｑ６の吸着量で水が吸着され、その後、低温で吸着反応が行われてΔｑ５の吸着量で水が吸着される。
また、本実施形態では、図１６に示されるように、脱離モードの時には、吸着材による水の吸着可能量は、脱離モードの前半よりも後半に少なくなる。これにより、吸着部２２は、最初に低温で再生が行われてΔｑ８の水が脱離され、その後、高温で再生が行われてΔｑ７の水が脱離される。
このような順序で吸着部２２のモードを切り換えることにより、吸着材による水の吸着、及び吸着材からの水の脱離を多段階で行い、吸着材と水との吸着／脱離の反応量を多くして効率よく吸着材を利用することができる。
さらに、本実施形態では、吸着部２２が低温吸着ＬＡ（ラジエータ１４を基準にして、最も上流側）の時に、貯留部２３が高温冷熱生成ＨＥ（室内熱交換器１６を基準にして最も上流側）となるので、相対圧φ５を大きくすることができ、吸着部２２に収納された吸着材での水の吸着量Ｑ５を多くすることができる。
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、個別供給路２１Ａ〜２１Ｄに設けられた開閉弁３０の切り換えによって、吸着ループ４２と脱離ループ４４を、簡単に構成することができる。
なお、上記の第１、第２実施形態では、反応材として熱媒を吸着する吸着材を用いた例について説明したが、本発明のヒートポンプ、冷熱生成方法においては、他の反応材を用いてもよい。例えば、化学反応により熱媒と結合すると共に、可逆反応で熱媒を脱離させる物質（例えば、熱媒として水を用いる場合、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、及び酸化バリウム（ＢａＯ）、熱媒としてアンモニアを用いる場合、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）、塩化バリウム（ＢａＣｌ２）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ２）、及び塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）など）を用いることもできる。また、熱媒として水素を用いると共に、水素吸蔵合金を反応材として用いることもできる。
１０、８０ ヒートポンプ
１２ エンジン部（高温熱源部）
１４ ラジエータ（中温熱源部）
１６ 室内熱交換器（低温熱源部）
１８、６８ 直列供給路
２０ 吸着器（反応器）
２１ 反応個別供給路
２２ 吸着部（反応部）
２４ 反応熱交換流路
２５ 流路入口
２６ 流路出口
２７ 貯留熱交換流路
３０、７０ 開閉弁
４０ 制御部（切換部）
４２ 吸着ループ（結合ループ）
４４ 脱離ループ
４６ 冷熱生成ループ
４８ 凝縮ループ
６１ 貯留個別供給路

Claims (11)

  1. 中温熱源部及び高温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記高温熱源部との間で循環する流体が流通する反応熱交換流路と、
    前記反応熱交換流路により熱交換が行われ、前記中温熱源部との間で循環する中温流体との熱交換により熱媒と結合し、前記高温熱源部との間で循環する前記中温流体よりも高温の高温流体との熱交換により熱媒を脱離する反応材が収容された反応部と、
    前記反応部毎に設けられ、液相の前記熱媒を貯留する貯留部と、
    前記中温熱源部及び低温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記低温熱源部との間で循環する流体を流通させて前記貯留部において熱交換を行う貯留熱交換流路と、
    を各々有する３以上の反応器と、
    ２つ以上の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して凝縮ループを構成し、該凝縮ループ内の各前記貯留部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換える切換部と、
    を備えたヒートポンプ。
  2. 前記反応器を４つ以上備え、
    前記切換部は、２つ以上の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記低温熱源部に対して直列に接続して冷熱生成ループを構成し、該冷熱生成ループ内の各前記貯留部について、前記低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える、請求項１に記載のヒートポンプ。
  3. 前記切換部は、前記低温熱源部からの低温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して結合ループを構成し、該結合ループ内の各前記反応部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換えると共に、前記中温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記高温熱源部に対して直列に接続して脱離ループを構成し、該脱離ループ内の各前記反応部について、前記高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える、請求項２に記載のヒートポンプ。
  4. 前記切換部は、各々の前記反応部について、前記第２結合モードよりも後に前記第１結合モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換え、前記第２脱離モードよりも後に前記第１脱離モードとなるように前記高温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ。
  5. 前記切換部は、各々の前記貯留部について、対応する前記反応部が前記第１結合モードの時に前記第１冷熱生成モードとなり、前記第２結合モードの時に前記第２冷熱生成モードとなるように前記低温流体の循環経路を切換え、前記第１脱離モードの時に前記第１凝縮モードとなり、前記第２脱離モードの時に前記第２凝縮モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ。
  6. 前記３以上の反応器の１の反応器の前記反応熱交換流路の流路入口と他の前記反応器の前記反応熱交換流路の流路出口とを接続する反応個別供給路、及び、前記貯留熱交換流路の流路入口と他の前記反応器の前記貯留熱交換流路の流路出口とを接続する貯留個別供給路、を含んで構成され、前記３以上の反応器を直列に接続する直列供給路、を有し、
    前記反応個別供給路の前記流路入口側には前記中温流体及び前記高温流体の入力口が形成され、前記反応個別供給路の前記流路出口側には前記中温流体及び前記高温流体の出力口が形成され、前記反応個別供給路の前記入力口と前記出力口の間には、前記反応個別供給路を開閉する開閉弁が形成され、
    前記貯留個別供給路の前記流路入口側には前記中温流体及び前記低温流体の入力口が形成され、前記貯留個別供給路の前記流路出口側には前記中温流体及び前記低温熱源部からの低温流体の出力口が形成され、前記貯留個別供給路の前記入力口と前記出力口の間には、前記貯留個別供給路を開閉する開閉弁が形成されている、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のヒートポンプ。
  7. 中温熱源部及び高温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記高温熱源部との間で循環する流体が流通する反応熱交換流路と、前記反応熱交換流路により熱交換が行われ、前記中温熱源部との間で循環する中温流体との熱交換により熱媒と結合し、前記高温熱源部との間で循環する前記中温流体よりも高温の高温流体との熱交換により熱媒を脱離する反応材が収容された反応部と、前記反応部毎に設けられ、液相の前記熱媒を貯留する貯留部と、前記中温熱源部及び低温熱源部と接続され、前記中温熱源部または前記低温熱源部との間で循環する流体を流通させて前記貯留部において熱交換を行う貯留熱交換流路と、を各々有する３以上の反応器の内の２つ以上の反応器の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して凝縮ループを構成し、該凝縮ループ内の各前記貯留部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１凝縮モードと、最も下流に位置する第２凝縮モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換える、
    冷熱生成方法。
  8. ４以上の前記反応器の内の２つ以上の反応器の前記貯留部の前記貯留熱交換流路を前記低温熱源部に対して直列に接続して冷熱生成ループを構成し、該冷熱生成ループ内の各前記貯留部について、前記低温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１冷熱生成モードと、最も下流に位置する第２冷熱生成モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える、請求項７に記載の冷熱生成方法。
  9. 前記低温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記中温熱源部に対して直列に接続して結合ループを構成し、該結合ループ内の各前記反応部について、前記中温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１結合モードと、最も下流に位置する第２結合モードと、を経るように前記中温流体の循環経路を切換えると共に、前記中温流体が供給される前記貯留部に対応する前記反応部の前記反応熱交換流路を前記高温熱源部に対して直列に接続して脱離ループを構成し、該脱離ループ内の各前記反応部について、前記高温熱源部を基準に、最も上流に位置する第１脱離モードと、最も下流に位置する第２脱離モードと、を経るように前記高温流体の循環経路を切換える、請求項８に記載の冷熱生成方法。
  10. 各々の前記反応部について、前記第２結合モードよりも後に前記第１結合モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換え、前記第２脱離モードよりも後に前記第１脱離モードとなるように前記高温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする請求項９に記載の冷熱生成方法。
  11. 各々の前記貯留部について、対応する前記反応部が前記第２結合モードの時に前記第１冷熱生成モードとなり、前記第１結合モードの時に前記第２冷熱生成モードとなるように前記低温流体の循環経路を切換え、前記第１脱離モードの時に前記第１凝縮モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換え、前記第２脱離モードの時に前記第２凝縮モードとなるように前記中温流体の循環経路を切換える、ことを特徴とする請求項１０に記載の冷熱生成方法。
JP2015255347A 2015-12-25 2015-12-25 ヒートポンプ及び冷熱生成方法 Active JP6551223B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015255347A JP6551223B2 (ja) 2015-12-25 2015-12-25 ヒートポンプ及び冷熱生成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015255347A JP6551223B2 (ja) 2015-12-25 2015-12-25 ヒートポンプ及び冷熱生成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017116240A true JP2017116240A (ja) 2017-06-29
JP6551223B2 JP6551223B2 (ja) 2019-07-31

Family

ID=59231958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015255347A Active JP6551223B2 (ja) 2015-12-25 2015-12-25 ヒートポンプ及び冷熱生成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6551223B2 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03294761A (ja) * 1990-04-10 1991-12-25 Tokyo Gas Co Ltd 冷水発生装置
US5823003A (en) * 1997-05-02 1998-10-20 Uop Llc Process for heat recovery in a sorption refrigeration system
JP2001215068A (ja) * 2000-01-31 2001-08-10 Denso Corp 吸着式冷凍機
JP2001235251A (ja) * 1999-12-17 2001-08-31 Denso Corp 吸着式冷凍機
JP2004293905A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Toshiba Kyaria Kk 吸着式冷凍機と、その運転方法
JP2006125713A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Toho Gas Co Ltd 吸着式暖房・給湯装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03294761A (ja) * 1990-04-10 1991-12-25 Tokyo Gas Co Ltd 冷水発生装置
US5823003A (en) * 1997-05-02 1998-10-20 Uop Llc Process for heat recovery in a sorption refrigeration system
JP2001235251A (ja) * 1999-12-17 2001-08-31 Denso Corp 吸着式冷凍機
JP4192385B2 (ja) * 1999-12-17 2008-12-10 株式会社デンソー 吸着式冷凍機
JP2001215068A (ja) * 2000-01-31 2001-08-10 Denso Corp 吸着式冷凍機
JP2004293905A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Toshiba Kyaria Kk 吸着式冷凍機と、その運転方法
JP2006125713A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Toho Gas Co Ltd 吸着式暖房・給湯装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6551223B2 (ja) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5125726B2 (ja) 車両用化学蓄熱システム及び車両
JP6292211B2 (ja) 車両用吸着式空調装置
JP2010107156A (ja) エンジン駆動式ヒートポンプ
KR20110033226A (ko) 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달 실행 방법 및 장치
JP3646722B2 (ja) 調湿装置
JP6551223B2 (ja) ヒートポンプ及び冷熱生成方法
JP6375286B2 (ja) ヒートポンプ及び冷熱生成方法
US7874174B2 (en) Humidity control system
JP4617433B2 (ja) 吸着式冷凍機
KR20220105521A (ko) 히트펌프와 흡착식 냉방기를 결합한 하이브리드 냉방 시스템
JP6551222B2 (ja) ヒートポンプ及び冷熱生成方法
JP3831964B2 (ja) 吸着式冷凍機
JP2004293905A (ja) 吸着式冷凍機と、その運転方法
JP4272450B2 (ja) 吸着式冷凍機及びその製造方法
JP6604872B2 (ja) ヒートポンプ用バルブ、及び、ヒートポンプ
CN210425328U (zh) 一种除湿系统和空调系统
JPH09196493A (ja) 吸着式冷凍装置
JP3316932B2 (ja) 吸着式冷凍装置
JP2019086171A (ja) 吸着式冷凍装置
JP2017133794A (ja) 放熱システム、及び放熱方法
JP2017223424A (ja) ヒートポンプ
JP6978245B2 (ja) デシカント熱交換器を用いた空調システム
JP2017125649A (ja) 熱交換ユニット及び吸着式冷凍機
JP2005055165A (ja) 調湿装置
JP6406208B2 (ja) ヒートポンプ構造

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180517

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20180517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190306

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190319

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190517

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190617

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6551223

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150