JP2022087404A - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態のヒートポンプシステム100の基本構成を模式的に示した説明図である。ヒートポンプシステム100は、熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送する。包接水和物は、水分子が水素結合によって形成した籠の中にガス分子が包接された氷状の化合物(包接化合物)であり、水とガスから包接水和物が生成される生成過程で熱を発生し、包接水和物から水とガスに分離される分解過程で熱を吸収する。本実施形態のヒートポンプシステム100は、包接水和物の潜熱(分解・生成熱)を利用して、熱を輸送する。
図1における分解部20の出口側の熱媒体は、分解状態(ガスと水の混相)であり、低温、低圧である。熱媒体としての分解物は第1流路41を通って第1気液分離部14に流入する。分解物は、第1気液分離部14において、ガスと水とに分解される。ガスは、第2流路42を通って圧縮部16に流入し、圧縮部16によって昇圧され、第4流路44を通って、混合部18に流入する。ガスは、圧縮部16による圧縮により昇圧されると共に、昇温される。一方、水は、送液ポンプ15によって第3流路43を流され、混合部18に流入する。混合部18において、高圧のガスと水とが混合され、高圧の混合液が生成され、第5流路45を通って生成部10に流入する。すなわち、生成部10の入り口側の熱媒体(混合液)は、高温、高圧である。
図4は、第2実施形態のヒートポンプシステム100Aの基本構成を模式的に示した説明図である。第2実施形態のヒートポンプシステム100Aが第1実施形態のヒートポンプシステム100と異なる点は、第1主流路30にスラリーポンプ26を備える点と、第2流路42に脱水部17を備える点である。第1実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図5は、第3実施形態のヒートポンプシステム100Bの基本構成を模式的に示した説明図である。第3実施形態のヒートポンプシステム100Bが第1実施形態のヒートポンプシステム100と異なる点は、圧縮部16に替えて圧縮部16Bを備える点である。第1実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図6は、本実施形態の空気調和装置110Bにおける冷熱生成を模式的に示す説明図である。図7は、空気調和装置110Bにおける温熱生成を模式的に示す説明図である。図6、図7において、図2、3、5と同様の構成には同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図8は、第4実施形態のヒートポンプシステム100Cの基本構成を模式的に示した説明図である。第4実施形態のヒートポンプシステム100Cが第1実施形態のヒートポンプシステム100と異なる点は、第1貯留部70と、第2貯留部80と、をさらに備える点である。第1実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図9は、本実施形態の空気調和装置110Cにおける蓄冷モードを模式的に示す説明図である。図10は、空気調和装置110Cにおける畜温モードを模式的に示す説明図である。図11は、空気調和装置110Cにおける第1冷熱生成モードを模式的に示す説明図である。図12は、空気調和装置110Cにおける第2冷熱生成モードを模式的に示す説明図である。図13は、空気調和装置110Cにおける第1温熱生成モードを模式的に示す説明図である。図14は、空気調和装置110Cにおける第2温熱生成モードを模式的に示す説明図である。図15は、制御部90における冷熱生成制御の流れを示すフローチャートであり、図16は、制御部90における温熱制御の流れを示すフローチャートである。図9~図14において、図2、3、8と同様の構成には同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図17は、第5実施形態の空気調和装置110Dにおける蓄温モードを模式的に示す説明図である。図18は、空気調和装置110Cにおける第3温熱生成モードを模式的に示す説明図である。第5実施形態の空気調和装置110Dは、第4実施形態の空気調和装置110Cの構成に加え、第1貯留部70内の熱媒体を気液分離する第2気液分離部91と、第2気液分離部91により分離された水を貯留可能な第3貯留部99と、を備える。第4実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
11a…第1生成・分解部
11b…第1熱交換器
12…放熱部
13a…第2生成・分解部
13b…第2熱交換器
14…第1気液分離部
15…送液ポンプ
16、16B…圧縮部
17…脱水部
18…混合部
20…分解部
21…熱交換器
22…吸熱部
24…減圧部
26…スラリーポンプ
30~38、40~49、92~94、421~442…流路
51…第1吸着部
52…第2吸着部
61、62…熱交換器
70…第1貯留部
80…第2貯留部
90…制御部
91…第2気液分離部
99…第3貯留部
100、100A、100B、100C…ヒートポンプシステム
110、110B、110C、110D…空気調和装置
Claims (10)
- 熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送するヒートポンプシステムであって、
ガスと水との混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部と、
包接水和物の分解が行われ、ガスと水との混相である分解物が送出される分解部と、
前記生成部から前記分解部へと前記熱媒体が流れる第1主流路と、
前記分解部から前記生成部へと前記熱媒体が流れる第2主流路と、
前記生成部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体を放熱させる放熱部と、
前記分解部内の前記熱媒体を減圧する減圧部と、
前記分解部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体に吸熱させる吸熱部と、
前記分解部と前記第2主流路を介して接続され、前記分解部から送出される前記分解物を気液分離する第1気液分離部と、
前記第1気液分離部と前記第2主流路を介して接続され、前記第1気液分離部により分離された前記ガスを圧縮する圧縮部と、
前記第1気液分離部、前記圧縮部、および前記生成部と前記第2主流路を介して接続され、前記第1気液分離部により分離された水と、前記圧縮部により圧縮された前記ガスとを混合して前記混合液を生成し、前記第2主流を介して前記生成部に前記混合液を供給する混合部と、
を備える、
ヒートポンプシステム。 - 請求項1に記載のヒートポンプシステムであって、
前記第1主流路に配置され、前記熱媒体を輸送する輸送ポンプを、さらに備える、
ヒートポンプシステム。 - 請求項1または請求項2に記載のヒートポンプシステムであって、
前記第1気液分離部と前記圧縮部との間に配置され、前記第1気液分離部にて分離された前記ガス中の水を吸着する脱水部を、さらに備える、
ヒートポンプシステム。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記圧縮部は、
温度変化により前記ガスを吸脱着可能な吸着剤を有する吸着部と、
前記吸着部に熱を供給する第2熱媒体が流れる伝熱流路と、を有する、
ヒートポンプシステム。 - 請求項4に記載のヒートポンプシステムであって、
前記圧縮部は、
複数の前記吸着部と、
前記複数の吸着部のそれぞれに対応された複数の前記伝熱流路と、を有し、
前記ヒートポンプシステムは、
前記複数の吸着部の一部の前記吸着部に前記ガスを吸着させ、同時に他の一部の前記吸着部に前記ガスを脱着させる圧縮制御を実行可能な圧縮制御部を、さらに備える、
ヒートポンプシステム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記生成部から送出された前記熱媒体を、前記熱媒体の相平衡温度より低い第1温度で貯留可能な低温貯留部と、
前記ヒートポンプシステムにおける冷熱生成を制御する冷熱生成制御部と、
を、さらに備え、
前記冷熱生成制御部は、
前記生成部から送出された前記熱媒体の少なくとも一部を、前記低温貯留部に貯留させ、前記低温貯留部内の前記熱媒体の温度を前記第1温度にする第1貯留制御と、
前記低温貯留部に貯留された前記熱媒体を前記分解部により分解させる第1冷熱生成制御と、
前記生成部から送出された前記熱媒体を前記分解部により分解させる第2冷熱生成制御と、
を実行可能であり、
前記第1冷熱生成制御と前記第2冷熱生成制御とを切替えて実行する、
ヒートポンプシステム。 - 請求項6に記載のヒートポンプシステムであって、
前記分解部から送出された前記熱媒体の一部を貯留可能な分解物貯留部を備え、
前記冷熱生成制御部は、
前記第2冷熱生成制御において、前記分解部から送出された前記熱媒体の一部を前記分解物貯留部に貯留させ、
前記第1貯留制御において、前記分解物貯留部に貯留された前記熱媒体を、前記生成部に供給させることが可能である、
ヒートポンプシステム。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記生成部から送出された前記熱媒体を、前記熱媒体の相平衡温度より高い第2温度で貯留可能な高温貯留部と、
前記ヒートポンプシステムにおける温熱生成を制御する温熱生成制御部と、
を、さらに備え、
前記温熱生成制御部は、
前記生成部から送出された前記熱媒体の少なくとも一部を、前記高温貯留部に貯留させ、前記高温貯留部内の前記熱媒体の温度を前記第2温度にする第2貯留制御と、
前記高温貯留部に貯留された前記熱媒体を、前記生成部に流入させ、前記包接水和物を生成させる第1温熱生成制御と、
前記分解部から送出された前記分解物から生成された前記混合液を、前記生成部に供給させて、前記生成部により前記包接水和物を生成させる第2温熱生成制御と、
を実行可能であり、
前記第1温熱生成制御と前記第2温熱生成制御とを切替えて実行する、
ヒートポンプシステム。 - 請求項8に記載のヒートポンプシステムであって、
前記分解部から送出された前記熱媒体の一部を貯留可能な分解物貯留部を備え、
前記温熱生成制御部は、
前記第2温熱生成制御において、前記分解部から送出された前記熱媒体の一部を前記分解物貯留部に貯留させ、
前記第2貯留制御において、前記分解物貯留部に貯留された前記熱媒体を、前記生成部に供給させることが可能である、
ヒートポンプシステム。 - 請求項8及び請求項9のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記高温貯留部内の熱媒体を気液分離する第2気液分離部と、
前記第2気液分離部により分離された前記ガスを貯留可能なガス貯留部と、
前記第2気液分離部により分離された水を貯留可能な水貯留部と、
を、さらに備え、
前記制御部は、
前記高温貯留部内の前記熱媒体を、前記第2気液分離部に流入させ、前記第2気液分離部により分離された前記ガスを前記ガス貯留部に貯留させ、前記第2気液分離部により分離された水を前記水貯留部に貯留させる第3貯留制御を、さらに実行可能であり、
前記ガス貯留部から前記生成部へ前記ガスを供給させ、前記水貯留部から前記生成部へ水を供給させ、前記生成部により前記包接水和物を生成させる第3温熱制御を、前記第1温熱制御に替えて実行可能である、
ヒートポンプシステム。
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