JP2017133794A - 放熱システム、及び放熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器により多くの熱を放出させることの可能な放熱システム、及び、放熱方法を提供する。
【解決手段】放熱システム１０は、流体を媒体として外部と熱交換を行うラジエター１８と、ラジエター１８からの流体により冷却される負荷部１６と、熱交換のための流体を流通させ、ラジエター１８及び負荷部１６を通過する熱交換流路３０とを有している。熱交換流路３０には、ラジエター１８よりも上流に吸着熱によりラジエター１８へ流入する流体の温度を上昇させる第１吸着器２０、第２吸着器２２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱システム、及び放熱方法に関する。

車両搭載の一般的な熱交換器として、ラジエターが知られている。ラジエターは、エンジンでの熱交換により温度上昇したエンジン冷却水の熱を、外気との熱交換により放出してエンジンへ戻すことにより、エンジンの温度上昇を抑制している。

当該ラジエターによる外気との熱交換を効率的に行うために、ラジエターへ車両の前方から吸気を行う吸気ダクトが設けられている。例えば、特許文献１には、車両の前方からラジエターへ外気を導く、吸気ダクトが開示されている。

特開平１１−０２０４８３号公報

しかしながら、外気温が高くなると、外気と伝熱媒体との温度差が小さくなり、ラジエターによる放熱量が低下する。外気が高い場合でも十分に放熱量を確保できるようにラジエターのサイズを大きくできればよいが、様々な制約によりラジエターのサイズが制限されることがある。したがって、外気温が高い場合に、エンジン冷却水の温度を充分に低下させることができなくなることも考えられる。

本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、熱交換器により多くの熱を放出させることの可能な放熱システム、及び、放熱方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る放熱システムは、流体を媒体として外部と熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器からの前記流体により冷却される負荷部と、前記流体を流通させ、前記熱交換器及び前記負荷部を通過する熱交換流路と、前記熱交換流路の前記熱交換器よりも上流に設けられ、熱媒と反応材との結合反応時の反応熱により前記熱交換器へ流入する前記流体の温度を上昇させる反応器と、を備えている。

請求項１に係る放熱システムでは、熱交換器と負荷部とを通過する熱交換の間で熱交換のための流体を流通させる熱交換流路に、反応器が設けられている。この反応器は、熱交換器の上流に設けられ、熱媒と反応材との結合反応時の反応熱により熱交換流路の流体の温度を上昇させる。熱交換器には、反応器で温度上昇させた流体が流入する。したがって、流入される流体と外気温との温度差が大きくなり、熱交換器における放熱量を多くすることができる。

請求項２に係る放熱システムは、前記熱交換流路の前記熱交換器の下流に設けられて前記熱交換器からの前記流体が流入されると共に、前記反応器と前記熱媒の流路で接続され、前記反応材から脱離した熱媒を凝縮させる凝縮器、をさらに備えている。

請求項２に係る放熱システムは、凝縮器を備えている。凝縮器は、反応器と熱媒の流路で接続され、反応材から脱離した熱媒を凝縮させる。また、凝縮器は、熱交換流路の熱交換器の下流に配置され熱交換器からの流体が流入される。このように凝縮器を備えることにより、反応器から脱離させた熱媒を凝縮させることができる。

請求項３に係る放熱システムは、前記反応器と前記熱媒の流路で接続されて前記反応材と結合反応する熱媒を蒸発させると共に前記熱交換流路の前記負荷部よりも上流側に設けられて前記熱媒の蒸発に伴って前記流体の温度を低下させる蒸発器、、をさらに備えている。

請求項３に係る放熱システムは、蒸発器を備えている。蒸発器は、反応器と熱媒の流路で接続されて反応材と結合反応する熱媒を蒸発させる。また、蒸発器は、熱交換流路の負荷部よりも上流側に設けられて熱媒の蒸発に伴って流体の温度を低下させる。これにより、負荷部へ供給される流体の温度が低下して、負荷部をより冷却することができる。

請求項４に係る放熱システムは、前記反応器から前記負荷部へ前記熱交換器をバイパスして前記流体を送出する直接送出路と、前記反応器から流出された前記流体が、前記熱交換器または前記直接送出路のいずれか一方へ送出されるように切り換える切換部材と、
前記反応材と前記熱媒とが結合する結合モード時に、前記流体が前記熱交換器へ送出され、前記反応材から前記熱媒が脱離する脱離モード時に、前記流体が前記直接送出路へ送出されるように、前記切換部材を制御する制御部と、を備えている。

請求項４に係る放熱システムは、直接送出路、切換部材、及び制御部を備えている。直接送出路は、反応器から負荷部へ、熱交換器をバイパスして、すなわち、熱交換器を介することなく、流体を送出する。切換部材は、反応器から流出された流体が、熱交換器または直接送出路のいずれか一方へ送出されるように切り換える。制御部は、反応材と熱媒とが結合する結合モード時に、流体が熱交換器へ送出され、反応材から熱媒が脱離する脱離モード時に、流体が直接送出路へ送出されるように、切換部材を制御する。

このように、切換部材を制御することにより、結合モード時には、反応熱により温度上昇した流体を熱交換器へ送出して冷却し、脱離モード時には、脱離熱が奪われることにより温度低下した流体を負荷部へ送出することができる。

請求項５に係る放熱システムは、前記熱交換流路に互いに並列的に配置された複数の前記反応器を備えている。

請求項５に係る放熱システムによれば、複数の反応器で結合モードと脱離モードとを実行時期を異ならせて切換えることにより、連続して放熱量を増加させた運転を行うことができる。

請求項１〜５のいずれか１項の放熱システムは、請求項６に記載のように、前記負荷部を動力源とし、移動体に用いることができる。なお、ここでの移動体は、自動車、電車、飛行機などの乗り物、無人の作業用機械などである。

請求項７に係る放熱方法は、流体を流通させる熱交換流路を、前記流体を媒体として外部と熱交換を行う熱交換器と前記熱交換器からの前記流体により冷却される負荷部とに流通させ、前記熱交換流路の前記熱交換器よりも上流における、熱媒と反応材との結合反応により反応熱を発生させる反応器により、前記熱交換器へ流入する前記流体の温度を上昇させるものである。

請求項７に係る放熱方法では、熱交換器と負荷部とが通過する、熱交換のための流体を流通させる熱交換流路に、反応器を配置する。反応器では、熱媒と反応材との結合反応時の反応熱により熱交換流路の流体の温度が上昇する。そして温度上昇した流体が熱交換器へ流入する。したがって、流入される流体と外気温との温度差が大きくなり、熱交換器における放熱量を多くすることができる。

請求項８に係る放熱方法は、前記熱交換流路の前記熱交換器の下流における、前記反応器と前記熱媒の流路で接続された凝縮器に、前記反応器により、前記熱交換器からの前記流体を流通させ、前記反応材から脱離した熱媒を凝縮させる。

請求項８に係る放熱方法によれば、凝縮器の温度を熱交換器から流入させる流体により低温に維持し、反応器から脱離させた熱媒を凝縮させることができる。

請求項９に係る放熱方法は、前記反応器と前記熱媒の流路で接続されて反応材と結合反応する熱媒を蒸発させると共に前記熱交換流路の前記負荷部よりも上流側に設けられた蒸発器により、前記流体の温度を低下させる。

請求項９に係る放熱方法によれば、蒸発器を備えているので、蒸発熱により、熱交換流路を流通する流体の温度が低下し、温度が低下した流体が熱交換流路から負荷部へ送出される。これにより、負荷部へ供給される流体の温度を低下させて、負荷部をより冷却させることができる

請求項１０に係る放熱方法は、前記反応器から前記負荷部へ前記熱交換器をバイパスして前記流体を送出する直接送出路を有し、前記反応材と前記熱媒とが結合する結合モード時に、前記反応器から前記熱交換器へ前記流体を送出すると共に前記反応器から前記直接送出路を介した前記負荷部への前記流体の送出を停止し、前記反応材から前記熱媒が脱離する脱離モード時に、前記反応器から前記直接送出路を介して前記反応器から前記負荷部へ前記流体を供給すると共に前記反応器から前記熱交換器への前記流体の送出を停止する。

請求項１０に係る放熱方法によれば、結合モード時には、反応熱により温度上昇した流体を熱交換器へ送出して冷却し、脱離モード時には、脱離熱が奪われることにより温度低下した流体を負荷部へ送出することができる。

請求項１１に係る放熱方法は、前記熱交換流路に互いに並列的に配置された複数の前記反応器を有し、複数の反応器で前記結合モードと前記脱離モードとの実行時期を異ならせて切換える。

請求項１１に係る放熱方法によれば、複数の反応器で結合モードと脱離モードとの実行時期を異ならせて切換えることにより、連続して放熱量を増加させた運転を行うことができる。

本発明は上記構成としたので、熱交換器により多くの熱を放出させることの可能な放熱システム、及び、放熱方法を得ることができる。

本発明の実施形態の放熱システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態の放熱システムの制御系の一部を示すブロック図である。 本発明の実施形態で使用する吸着材の吸着特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の放熱システムの動作時におけるバルブの開閉状態を示す図である。 本発明の実施形態の放熱システムの動作時におけるバルブの開閉状態を示す図である。 放熱運転処理のフローチャートである。

図１には、本発明の実施形態に係る放熱システム１０が示されている。放熱システム１０は、蒸発器１２、第１吸着器２０、第２吸着器２２、凝縮器１４、負荷部１６、及びラジエター１８を備えている。

蒸発器１２には、内部に熱媒である流体が貯留されている。蒸発器１２は、当該流体を蒸発させ、その際の気化熱により外部からエネルギー（熱量）を吸収し、冷熱生成を行う。本実施形態では、熱媒として水を用いる。蒸発器１２は、第１吸着器２０、第２吸着器２２と、熱媒の流路としての配管２１、２７で各々接続されている。配管２１にはバルブ２１Ａが設けられており、配管２７にはバルブ２７Ａが設けられている。バルブ２１Ａ、２７Ａは、制御部４０と接続されており（図２参照）、制御部４０によって開閉が制御されている。バルブ２１Ａ、２７Ａを開放することにより、蒸発器１２から第１吸着器２０、第２吸着器２２への熱媒（気相状態）の移動が可能となる。

制御部４０はＣＰＵ、メモリ、バルブの開閉等を切換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バルブを切換えることで、放熱システム１０を作動させる。

第１吸着器２０及び第２吸着器２２内には、吸着材が収納されている。吸着材は、熱媒として気相の水を吸着／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時には、蒸発器１２からの熱媒を吸着し、脱離モード時には吸着した熱媒を脱離する。吸着材の吸着特性としては、例えば、図３のグラフに示すものを用いることができる。図３に示される吸着材は、相対圧０．５付近で吸着量が大きく変化する。

第１吸着器２０、第２吸着器２２は、配管２３、２４で凝縮器１４と各々接続されている。配管２３にはバルブ２３Ａが設けられており、配管２４にはバルブ２４Ａが設けられている。バルブ２３Ａ、２４Ａは、制御部４０と接続されており（図２参照）、制御部４０によって開閉が制御されている。バルブ２３Ａ、２４Ａを開放することにより、第１吸着器２０、第２吸着器２２から凝縮器１４への熱媒（気相状態）の移動が可能となる。

凝縮器１４は、配管２５を介して蒸発器１２と接続されており、凝縮器１４で凝縮された水（液相）が、蒸発器１２へ送出可能とされている。

負荷部１６は、冷却を要する部分であり、例えば、エンジン、パワーユニット、モータなどである。ラジエター１８は、外気との熱交換により伝熱媒体を冷却する熱交換器である。負荷部１６とラジエター１８とは、熱交換流路３０により接続され、負荷部１６とラジエター１８との間で熱交換用の流体Ｌが循環される。負荷部１６は、ラジエター１８により冷却された流体Ｌにより冷却され、熱交換により温度上昇した流体Ｌをラジエター１８へ向けて送出している。以下、熱交換流路３０の負荷部１６からラジエター１８へ送出される側、すなわち負荷部１６の出口側（下流）を高温熱交換流路３０Ａとし、熱交換流路３０のラジエター１８から負荷部１６へ送出される側、すなわち負荷部１６の入口側（上流）を低温熱交換流路３０Ｂとする。

蒸発器１２内には、熱交換用の配管Ｐ０が配設されている。配管Ｐ０（蒸発器１２）は熱交換流路３０の系内にラジエター１８と並列的に配置されている。配管Ｐ０は上流側が高温熱交換流路３０Ａと接続され、下流側が低温熱交換流路３０Ｂと接続されている。

第１吸着器２０内には熱交換用の配管Ｐ１が配設され、第２吸着器２２内には熱交換用の配管Ｐ２が配設されている。配管Ｐ１、Ｐ２は、上流側が高温熱交換流路３０Ａと接続され、下流側が、それぞれ流路３２、３４を介して後述するラジエター１８の配管Ｐ３の上流側と接続されている。流路３２には、バルブ３２Ａが設けられ、流路３４にはバルブ３４Ａが設けられている。なお、流路３２、３４は、バルブ３２Ａ、３４Ａよりも下流側において合流されており、合流後にラジエター１８の配管Ｐ３と接続されている。流路３２、３４は、熱交換流路３０の一部を構成している。

ラジエター１８は、配管Ｐ３を含んで構成されており、配管Ｐ３の上流側は、流路３２、３４が合流された部分の下流端と接続されている。配管Ｐ３の下流側は、流路３６と接続されている。流路３６は、熱交換流路３０の一部を構成している。

凝縮器１４内には、熱交換用の配管Ｐ４が配設されている。配管Ｐ４は、上流側が流路３６と接続され、下流側が低温熱交換流路３０Ｂと接続されている。

流路３２のバルブ３２Ａよりも上流側、及び流路３４のバルブ３４Ａよりも上流側には、直接送出路３８、３９が分岐され、低温熱交換流路３０Ｂと接続されている。直接送出路３８には、バルブ３８Ａが設けられ、直接送出路３９には、バルブ３９Ａが設けられている。

熱交換流路３０において、第１吸着器２０と第２吸着器２２は、負荷部１６とラジエター１８との間で並列的に配置されている。また、第１吸着器２０及び第２吸着器２２、ラジエター１８、凝縮器１４は、熱交換流路３０内で直列的に配置されている。蒸発器１２は、熱交換流路３０内で、第１吸着器２０及び第２吸着器２２、ラジエター１８、凝縮器１４と並列的に配置されている。本実施形態では、負荷部１６から出力された流体Ｌは、蒸発器１２、第１吸着器２０、第２吸着器２２へ同量で分岐されて供給されるものとする。

バルブ３２Ａ、３４Ａ、３８Ａ、３９Ａは、制御部４０と接続されており（図２参照）、制御部４０によって開閉が制御されている。バルブ３２Ａが開放されている時には、バルブ３８Ａは閉鎖され、第１吸着器２０からの伝熱用の流体Ｌがラジエター１８へ送出される。同様に、バルブ３４Ａが開放されている時には、バルブ３９Ａは閉鎖され、第２吸着器２２からの伝熱用の流体Ｌがラジエター１８へ送出される。一方、バルブ３２Ａが閉鎖されている時には、バルブ３８Ａは開放され、第１吸着器２０からの伝熱用の流体Ｌは負荷部１６へ送出される。同様に、バルブ３４Ａが閉鎖されている時には、バルブ３９Ａは開放され、第２吸着器２２からの伝熱用の流体Ｌは負荷部１６へ送出される。また、バルブ３２Ａが開放されている時には、バルブ３４Ａは閉鎖され、第１吸着器２０からの流体Ｌがラジエター１８へ送出され、第２吸着器２２からの流体Ｌは負荷部１６へ送出される。一方、バルブ３２Ａが閉鎖されている時には、バルブ３４Ａは開放され、第１吸着器２０からの流体Ｌが負荷部１６へ送出され、第２吸着器２２からの流体Ｌはラジエター１８へ送出される。

次に、本実施形態の放熱システム１０での放熱について説明する。

放熱システム１０の作動は、図６に示される放熱運転処理が制御部４０で実行されることにより行われる。制御部４０は、まずステップＳ１０で、バルブ２１Ａ、２４Ａ、３２Ａ、３９Ａを開放し、バルブ２７Ａ、２３Ａ、３４Ａ、３８Ａを閉鎖する（図４参照）。これにより、熱交換流路３０として、（Ａ）負荷部１６→蒸発器１２→負荷部１６で循環する第１経路、（Ｂ）負荷部１６→第１吸着器２０→ラジエター１８→凝縮器１４→負荷部１６で循環する第２経路、（Ｃ）負荷部１６→第２吸着器２２→負荷部１６で循環する第３経路、が構成される。また、第１吸着器２０と蒸発器１２が連通され、第２吸着器２２と凝縮器１４が連通される。

第１吸着器２０と蒸発器１２が連通されているので、第１吸着器２０は吸着材が水を吸着する結合モードになる。蒸発器１２で蒸発した水は、第１吸着器２０の吸着材に吸着される。蒸発器１２は、水の蒸発により温度が低下し、配管Ｐ０を流れる流体ＬがΔＴ１冷却される。ΔＴ１低下した流体Ｌ１が、負荷部１６へ戻される。

結合モードの第１吸着器２０は、蒸発器１２からの水蒸気を吸着材で吸着する。このときに発生する吸着熱により、第１吸着器２０の温度が上昇し、配管Ｐ１を流れる流体Ｌが加熱されてΔＴ２上昇する。ΔＴ２上昇した流体Ｌが、ラジエター１８へ送出される。

一方、第２吸着器２２は、脱離モードとなる。脱離モードでは、吸着材に吸着していた水が脱離され、吸着材が再生される。脱離された水は、配管２４を介して連通している凝縮器１４へ送られて凝縮される。そして、脱離の際に熱が奪われて、第２吸着器２２の温度がΔＴ３低下する。配管Ｐ２を流れる流体ＬがΔＴ３冷却され、冷却された流体Ｌ３が、負荷部１６へ戻される。なお、凝縮器１４で凝縮された水は、不図示のポンプにより、配管２５を介して適宜蒸発器１２へ戻される。

ラジエター１８へ送出された流体Ｌ２は、外部との熱交換によりΔＴ４冷却され、流路３６を介して凝縮器１４の配管Ｐへ送出される。凝縮器１４では、第２吸着器２２から脱離された気相状態の水が凝縮される。このとき、発生する凝縮熱により温度が上昇し、配管Ｐの流体ＬがΔＴ５加熱され、加熱された流体Ｌ２が負荷部１６へ送出される。

ここで、本実施形態の放熱システム１０を用いて負荷部１６とラジエター１８の間で伝熱媒体を循環させた場合と、負荷部及びラジエターのみで伝熱媒体を循環させた場合とで、放熱量を比較する。

伝熱面積Ａ、対流伝熱係数ｈ、伝熱媒体温度ＴＭ、外部温度ＴＯとすると、ラジエター１８の放熱量Ｑは、式（１）のように表される。

Ｑ＝ｈＡ（ＴＭ−ＴＯ）・・・（１）

式（１）より、伝熱面積Ａ、対流伝熱係数ｈ、外部温度ＴＯが同じ場合、伝熱媒体温度ＴＭが高い程、放熱量Ｑは大きくなる。

具体的な温度として、例えば、負荷部１６から流出される水を６０℃、外部温度３５℃とする。また、第１吸着器２０（または第２吸着器２２）での吸着が図３のグラフで示されるように相対圧０．５付近で吸着が行われ、吸着熱により温度ΔＴ２だけ上昇した（６０＋ΔＴ２）℃で平衡温度になるとする。ここで、平衡時の第１吸着器２０の圧力をＰ（６０＋ΔＴ２）ｋＰａとする。このとき、蒸発器１２における気化熱の絶対値がΔＴ２と等しいものとすると、平衡時の蒸発器１２の圧力はＰ（６０−ΔＴ２）ｋＰａとなる。そして、式（２）が成立する。

Ｐ（６０−ΔＴ２）／Ｐ（６０＋ΔＴ２）＝０．５ ・・・（２）

式（２）に基づいてΔＴ２を求めると、ΔＴ２≒７．３となる。第１吸着器２０からラジエター１８へは、６７．３℃の流体Ｌが送出される。ラジエター１８において、６７．３℃から外部温度３５℃まで理想的に除熱されたとすると、ラジエター１８から凝縮器１４へは、３５℃の流体Ｌが送出される。なお、ラジエター１８へ入力された流体Ｌとラジエター１８から出力された流体Ｌの温度差は３２．３℃である。

一方、吸着材から水を脱離する時には、脱離側の第２吸着器２２では、温度ΔＴ３だけ低下した（６０−ΔＴ３）℃まで脱離できるとする。このときの第２吸着器２２の圧力ＰをＰ（６０−ΔＴ３）ｋＰａとする。このとき、凝縮器１４での凝縮熱がΔＴ３と等しいものとしラジエター１８で冷却された水の温度を外部温度の３５℃とすると、凝縮器１４の圧力はＰ（３５＋ΔＴ３）ｋＰａとなる。そして、式（３）が成立する。

Ｐ（３５＋ΔＴ３）／Ｐ（６０−ΔＴ３）＝０．５ ・・・（３）

式（３）に基づいてΔＴ３を求めると、ΔＴ３≒５．６となる。凝縮器１４から流出する水は、４０．６℃となる。

ラジエター１８で７０℃程度の水を外部温度３５℃に冷却できる流量を毎分Ｖリットルとし、蒸発器１２、第１吸着器２０、第２吸着器２２、ラジエター１８を流れる水（伝熱媒体）の流量を各々毎分Ｖリットル、比熱をＣ［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、密度をρ［ｋｇ／Ｌ］とすると、ラジエター１８での放熱量Ｑ１、蒸発器１２での放熱量Ｑ３、第２吸着器２２での放熱量Ｑ４、凝縮器１４での吸熱量Ｑ５は、以下のようになる。

Ｑ１＝３２．３ρＶＣ
Ｑ３＝７．３ρＶＣ
Ｑ４＝５．６ρＶＣ
Ｑ５＝５．６ρＶＣ

したがって、本実施形態の放熱システム１０での合計放熱量Ｑは、
Ｑ１＋Ｑ３＋Ｑ４−Ｑ５＝３９．６ρＶＣ、となる。

これに対し、放熱システム１０を用いず、負荷部及びラジエターのみで伝熱媒体を循環させた場合は、負荷部へ供給される水が、毎分Ｖリットルとすると、ラジエターで６０℃から外部温度３５℃まで除熱されて、放熱量Ｑ２は、Ｑ２＝２５ρＶＣ、となる。

したがって、本実施形態の放熱システム１０を使用した場合には、使用しない場合と比較して、流体Ｌの流量が３倍、放熱量は５８％の増大となる。また、負荷部１６へ戻される流体Ｌの温度は、３つに分岐された流体Ｌについて、流体Ｌ１が５２．７℃、流体Ｌ２が４０．６℃、流体Ｌ３が５４．４℃であるから、平均されて約４９．２℃となる。

一方、本実施形態の放熱システム１０を使用しない場合には、負荷部１６へ戻される流体Ｌの温度は、３５℃であるが、流量は毎分Ｖリットルとなる。

次に、ステップＳ１２で、所定の吸着時間Ａが経過したかどうかを判断する。この吸着時間Ａは、第１吸着器２０の吸着材が水を吸着する時間であり、且つ、第２吸着器２２内の吸着材が吸着した水を脱離して再生する時間である。吸着時間Ａは、吸着材による水の吸着が限界となるのに要する時間よりも短く設定されている。吸着時間Ａが経過していないと判断された場合には、吸着時間Ａが経過するまでステップＳ１２で待機する。吸着時間Ａが経過したと判断されると、ステップＳ１４で、バルブ２１Ａ、２４Ａ、３２Ａ、３９Ａを閉鎖し、バルブ２７Ａ、２３Ａ、３４Ａ、３８Ａを開放する（図５参照）。これにより、熱交換流路３０として、（Ａ）負荷部１６→蒸発器１２→負荷部１６で循環する第１経路、（Ｂ）負荷部１６→第２吸着器２２→ラジエター１８→凝縮器１４→負荷部１６で循環する第２経路、（Ｃ）負荷部１６→第１吸着器２０→負荷部１６で循環する第３経路、が構成される。また、第２吸着器２２と蒸発器１２が連通され、第１吸着器２０と凝縮器１４が連通される。

第２吸着器２２と蒸発器１２が連通されているので、第２吸着器２２は吸着材が水を吸着する結合モードになる。蒸発器１２で蒸発した水は、第２吸着器２２の吸着材に吸着される。蒸発器１２は、水の蒸発により温度が低下し、配管Ｐ０を流れる流体ＬがΔＴ１冷却される。ΔＴ１低下した流体Ｌが、負荷部１６へ戻される。

結合モードの第２吸着器２２は、蒸発器１２からの水蒸気を吸着材で吸着する。このときに発生する吸着熱により、第２吸着器２２の温度が上昇し、配管Ｐ２を流れる流体Ｌが加熱されてΔＴ２上昇する。ΔＴ２上昇した流体Ｌが、ラジエター１８へ送出される。

一方、第１吸着器２０は、脱離モードとなる。脱離モードでは、吸着材に吸着していた水が脱離され、吸着材が再生される。脱離された水は、配管２３を介して連通している凝縮器１４へ送られて凝縮される。そして、脱離の際に熱が奪われて、第１吸着器２０の温度がΔＴ３低下する。配管Ｐ３を流れる流体ＬがΔＴ３冷却され、負荷部１６へ戻される。なお、凝縮器１４で凝縮された水は、不図示のポンプにより、配管２５を介して適宜蒸発器１２へ戻される。

ラジエター１８へ送出された流体Ｌは、外部との熱交換によりΔＴ４冷却され、流路３６を介して凝縮器１４の配管Ｐへ送出される。凝縮器１４では、第２吸着器２２から脱離された気相状態の水が凝縮される。このとき、発生する凝縮熱により温度が上昇し、配管Ｐの流体ＬがΔＴ５加熱され、負荷部１６へ送出される。

次に、ステップＳ１６で、放熱運転処理を終了させる指示があったかどうかを判断する。指示がないと判断された場合には、ステップＳ１０へ戻り、上述の処理が繰り返される。指示があったと判断された場合には、本処理を終了する。

本実施形態の放熱システム１０によれば、ラジエター１８での冷却能力が限られた中で、ラジエター１８へ流す水の温度を負荷部１６から流出される水の温度よりも高くすることができるので、全体としての放熱量を多くすることができる。

また、本実施形態の放熱システム１０は、低温熱交換流路３０Ｂのラジエター１８下流側に凝縮器１４が設けられているので、凝縮器１４の温度をラジエター１８から流入させる水により低温に維持し、第１吸着器２０、第２吸着器２２から脱離させた水を凝縮させることができる。

また、本実施形態の放熱システム１０は、流体を蒸発させ、その際の気化熱により外部からエネルギー（熱量）を吸収して冷熱生成を行う蒸発器１２を備えている。したがって、伝熱媒体である水を蒸発器１２に流通させて負荷部１６へ戻すことにより、負荷部１６へ供給される水の温度が低下して、負荷部１６をより冷却することができる。

また、本実施形態では、第１吸着器２０、第２吸着器２２から負荷部１６へラジエター１８を介することなく水を送出する直接送出路３８、３９が設けられている。したがって、脱離モードの時には、第１吸着器２０、第２吸着器２２を通過して温度が低下した水を直接負荷部１６へ送出することができる。

また、本実施形態では、第１吸着器２０、第２吸着器２２が、熱交換流路３０に互いに並列的に配置されている。したがって、複数の吸着器で結合モードと脱離モードとを異ならせて切換えることにより、連続して放熱量を増加させた運転を行うことができる。

なお、本実施形態では、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、本発明の放熱システム、放熱方法においては、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（ＭｇＣｌ_２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）、塩化バリウム（ＢａＣｌ_２）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ_２）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ_２）、及び塩化ニッケル（ＮｉＣｌ_２）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。

さらに、本実施形態の放熱システム１０は、自動車、電車、飛行機などの乗り物、無人の作業用機械などの、移動体に適用することができる。例えば、自動車であれば、本実施形態の負荷部１６として、エンジン、パワーユニット、モータなどに対応させ、ラジエターとエンジン等の間に、第１吸着器２０、第２吸着器２２、蒸発器１２、凝縮器１４等を設けて放熱システムを構成することができる。

１０ 放熱システム
１２ 蒸発器
１４ 凝縮器
１６ 負荷部
１８ ラジエター（熱交換器）
２０ 第１吸着器（反応器）
３０ 熱交換流路
３０Ａ 高温熱交換流路
３０Ｂ 低温熱交換流路
３２Ａ バルブ（切換部材）
３４Ａ バルブ（切換部材）
３８ 直接送出路
３８Ａ バルブ（切換部材）
３９ 直接送出路
３９Ａ バルブ（切換部材）
４０ 制御部

Claims (11)

1. 流体を媒体として外部と熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱交換器からの前記流体により冷却される負荷部と、
   前記流体を流通させ、前記熱交換器及び前記負荷部を通過する熱交換流路と、
   前記熱交換流路の前記熱交換器よりも上流に設けられ、熱媒と反応材との結合反応時の反応熱により前記熱交換器へ流入する前記流体の温度を上昇させる反応器と、
   を備えた放熱システム。
2. 前記熱交換流路の前記熱交換器の下流に設けられて前記熱交換器からの前記流体が流入されると共に、前記反応器と前記熱媒の流路で接続され、前記反応材から脱離した熱媒を凝縮させる凝縮器、をさらに備えた、請求項１に記載の放熱システム。
3. 前記反応器と前記熱媒の流路で接続されて前記反応材と結合反応する熱媒を蒸発させると共に前記熱交換流路の前記負荷部よりも上流側に設けられて前記熱媒の蒸発に伴って前記流体の温度を低下させる蒸発器、をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の放熱システム。
4. 前記反応器から前記負荷部へ前記熱交換器をバイパスして前記流体を送出する直接送出路と、
   前記反応器から流出された前記流体が、前記熱交換器または前記直接送出路のいずれか一方へ送出されるように切り換える切換部材と、
   前記反応材と前記熱媒とが結合する結合モード時に、前記流体が前記熱交換器へ送出され、前記反応材から前記熱媒が脱離する脱離モード時に、前記流体が前記直接送出路へ送出されるように、前記切換部材を制御する制御部と、
   を備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱システム。
5. 前記熱交換流路に互いに並列的に配置された複数の前記反応器を備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱システム。
6. 前記負荷部を動力源とし、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱システムを備えた移動体。
7. 流体を流通させる熱交換流路を、前記流体を媒体として外部と熱交換を行う熱交換器と前記熱交換器からの前記流体により冷却される負荷部とに流通させ、前記熱交換流路の前記熱交換器よりも上流における、熱媒と反応材との結合反応により反応熱を発生させる反応器により、前記熱交換器へ流入する前記流体の温度を上昇させる、
   放熱方法。
8. 前記熱交換流路の前記熱交換器の下流における、前記反応器と前記熱媒の流路で接続された凝縮器に前記熱交換器からの前記流体を流通させ、前記反応材から脱離した熱媒を凝縮させる、請求項７に記載の放熱方法。
9. 前記反応器と前記熱媒の流路で接続されて反応材と結合反応する熱媒を蒸発させると共に前記熱交換流路の前記負荷部よりも上流側に設けられた蒸発器により、前記熱媒の蒸発に伴って前記流体の温度を低下させる、請求項７または請求項８に記載の放熱方法。
10. 前記反応器から前記負荷部へ前記熱交換器をバイパスして前記流体を送出する直接送出路を有し、
    前記反応材と前記熱媒とが結合する結合モード時に、前記反応器から前記熱交換器へ前記流体を送出すると共に前記反応器から前記直接送出路を介した前記負荷部への前記流体の送出を停止し、
    前記反応材から前記熱媒が脱離する脱離モード時に、前記反応器から前記直接送出路を介して前記反応器から前記負荷部へ前記流体を供給すると共に前記反応器から前記熱交換器への前記流体の送出を停止する、
    請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の放熱方法。
11. 前記熱交換流路に互いに並列的に配置された複数の前記反応器を有し、複数の反応器で前記結合モードと前記脱離モードの実行時期を異ならせて切換える、
    請求項１０に記載の放熱方法。

Images