JP4434027B2 - 吸着式増熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を吸着・脱離する吸着剤を有して熱を回収する吸着式ヒートポンプを備える増熱装置に関するもので、給湯器に適用して有効である。

特許文献１、２には、吸着式冷凍機を利用した給湯＆空調装置が示されている。この従来装置は、吸着コアと蒸発／凝縮コアとを有する吸着器を複数台用い、一方の吸着器が脱離工程であるときには、他方の吸着器が吸着工程になるようにしている。そして、脱離工程にある吸着器の凝縮熱で温められた水を、吸着工程にある吸着器の吸着熱でさらに加熱して、高温の温水を得るようにしている。
特開２００１−１４１３２８号公報 特開２００２−２９５９２５号公報

しかしながら、上記の従来装置は、凝縮熱および吸着熱をともに水の加熱に利用して高温の温水を得るために吸着器を複数台用いており、コスト高になるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、１台の吸着器で、凝縮熱および吸着熱を流体の加熱に利用可能にして、吸着式増熱装置の低コスト化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時に、吸着コア（１１）へ流入する流体を加熱する加熱器（５）と、流体を一時的に保管するサブタンク（４）とを備え、脱離工程時には、加熱器（５）にて加熱した流体を、吸着コア（１１）を通過させた後にサブタンク（４）に保管するとともに、蒸発／凝縮コア（１２）を通過して冷媒から吸熱した後の流体をサブタンク（４）に保管し、吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、脱離工程時にサブタンク（４）に保管した温められた状態の流体を、吸着コア（１１）に再度流すことによって、さらに加熱するように構成されていることを特徴とする。

これによると、流体は、脱離工程時に蒸発／凝縮コアを通過する際に凝縮熱で温められた後、サブタンクから吸着コアに再度流される際に吸着熱でさらに加熱される。すなわち、１台の吸着器で、凝縮熱および吸着熱により流体を加熱して、高温の流体を得ることができる。したがって、吸着式増熱装置の低コスト化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の吸着式増熱装置において、吸着工程時に吸着コア（１１）を通過した流体を保温貯蔵するメインタンク（３）を備えることを特徴とする。

これによると、高温流体の使用負荷変動に対応することができる。換言すると、高温流体の生成能力よりも高温流体の使用負荷が高いときでも、高温流体を供給することができる。

請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の吸着式増熱装置において、吸着工程時に吸着コア（１１）に流された流体は、吸着コア（１１）を通過後に前記サブタンク（４）に再度保管されるようにしてもよい。
請求項４に記載の発明では、気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、流体を一時的に保管するサブタンク（４）と、吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時に、吸着コア（１１）を通過した流体を保温貯蔵するメインタンク（３）とを備え、吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、流体は吸着コア（１１）および蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後にサブタンク（４）に保管され、吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、脱離工程時にサブタンク（４）に保管した流体が吸着コア（１１）に再度流されるように構成され、さらに、流体の加熱後の要求温度に応じて運転が切り替えられるものであって、要求温度が所定温度以上であって吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、流体は吸着コア（１１）および蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後にサブタンク（４）に保管され、要求温度が所定温度以上であって吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、脱離工程時にサブタンク（４）に保管した流体が吸着コア（１１）に再度流され、要求温度が所定温度未満であって吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、流体は吸着コア（１１）および蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後にメインタンク（３）に保管され、要求温度が所定温度未満であって吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、流体が吸着コア（１１）に流され、メインタンク（３）に保管されることを特徴とする。

これによると、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、流体の加熱後の要求温度が高い場合には、凝縮熱および吸着熱により流体を加熱して高温の流体を得ることができ、一方、流体の加熱後の要求温度が低い場合には、増熱量優先で運転することができる。

請求項５に記載の発明では、気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、流体を一時的に保管するサブタンク（４）と、吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時に、吸着コア（１１）を通過した流体を保温貯蔵するメインタンク（３）とを備え、吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、流体は吸着コア（１１）および蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後にサブタンク（４）に保管され、吸着工程時には、脱離工程時にサブタンク（４）に保管した流体が吸着コア（１１）に再度流されるように構成されており、メインタンク（３）とサブタンク（４）の底部から流体を取り出し、どちらのタンクの流体も循環できるポンプを備えていることを特徴とする。
これによると、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、ポンプの数を少なくすることができる。
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の吸着式増熱装置において、脱離工程時の流体の流れ向きにおいて吸着コア（１１）よりも上流側に、流体を加熱する加熱器（５）が配置されていることを特徴とする。
これによると、吸着剤から冷媒を脱離させ得る温度まで流体を確実に昇温させることができる。

請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の吸着式増熱装置において、吸着工程時には流体が吸着コア（１１）を通過した後に加熱器（５）に流れる構成であることを特徴とする。

これによると、吸着熱で加熱した後の流体を必要に応じて加熱器により再加熱して、自由に所定の温度の高温流体を得ることができる。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の吸着式増熱装置において、サブタンク（４）は、外力と自身の復元力に基づいて容積が変化する形式のタンクであることを特徴とする。

これによると、脱離工程時に流入する流体の圧力でサブタンクが膨らみ、吸着工程時にはサブタンク自身の収縮力で内部の流体が吐出されるため、吸着工程時にサブタンク内の流体を吸着コアに流すためのポンプを不要にすることが可能である。

請求項９に記載の発明では、気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、流体を一時的に保管するサブタンク（４）と、
吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時に、吸着コア（１１）を通過した流体を保温貯蔵するメインタンク（３）とを備え、吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、流体は吸着コア（１１）および蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後にサブタンク（４）に保管され、吸着工程時には、脱離工程時にサブタンク（４）に保管した流体が吸着コア（１１）に再度流されるように構成されており、サブタンク（４）は、外力と自身の復元力に基づいて容積が変化する形式のタンクであり、メインタンク（３）は、空気抜き穴（３０）により内部が大気に開放されていることを特徴とする。

これによると、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、メインタンクの圧力が大気圧まで低くなるため、吸着工程時にはサブタンク自身の収縮力で内部の流体を容易に吐出することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る吸着式増熱装置を給湯器に適用したものであり、図１は第１実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図、図２は第１実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。

図１に示すように、給湯器は、冷媒（本実施形態では、水）の蒸発及び凝縮を利用して熱を移動させる吸着器１を１台備えている。この吸着器１は、冷媒が封入された略真空のケーシング１０を有し、さらに、ケーシング１０内に吸着コア１１および蒸発／凝縮コア１２が収納されている。

吸着コア１１は、冷媒を吸着・脱離する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）が熱交換器の外表面に取り付けられ、流体供給源２から供給される流体（本実施形態では、水道水）が熱交換器内を通過し、その流体と吸着剤とを熱交換させるようになっている。蒸発／凝縮コア１２は、吸着工程時には内部を通過する流体により液相冷媒を加熱してその冷媒を蒸発させるとともに、脱離工程時に流体により気相冷媒を冷却して凝縮させるものである。

メインタンク３は、吸着工程時に吸着コア１１を通過した流体を保温貯蔵するものであり、上部に設けた空気抜き穴３０により内部が大気に開放されていて、流体の出入ができるようになっている。

一方、サブタンク４は、脱離工程時に吸着コア１１および蒸発／凝縮コア１２を通過した流体を一時的に保管するものである。このサブタンク４は、外力と自身の復元力に基づいて容積が変化する形式のタンクであり、より詳細には、伸縮可能なベローズ式のタンクであり、脱離工程時には流体供給源２から供給される流体の圧力で膨らみ、吸着工程時にはベローズの収縮力で内部の流体を押し出し可能になっている。また、このベローズタンクをメインタンクと同じ構造のタンクにし、吸着時の流体移動用のポンプを取り付ければ、同じ作動が行なえる。

メインタンク３と吸着コア１１との間には、灯油やガス等を燃焼もしくは、何らかの排熱（燃料電池排熱、エンジン排熱、冷凍サイクル排熱等）を利用して流体を加熱する加熱器５が設けられている。この加熱器５は脱離工程時の流体の流れ向きにおいて吸着コア１１よりも上流側に配置されており、脱離工程時には流体は加熱器５を通過した後に吸着コア１１に流れるとともに、吸着工程時には流体は吸着コア１１を通過した後に加熱器５に流れるようになっている。

さらに、給湯器は、吸着工程時に蒸発／凝縮コア１２から流れてくる流体と室外空気（外気）とを熱交換して外部から吸熱する室外熱交換器６を備えている。この室外熱交換器６には、ファン７により外気が送られるようになっている。

吸着コア１１、蒸発／凝縮コア１２、流体供給源２、２つのタンク３、４、加熱器５、および室外熱交換器６は、流体が流れる配管によって接続されている。その配管中には、流体の流れを切り替える第１〜第８バルブ８ａ〜８ｈと、流体を流すための第１、第２ポンプ９ａ、９ｂを備えている。

そして、加熱器５、第１〜第８バルブ８ａ〜８ｈ、および第１、第２ポンプ９ａ、９ｂは、電子制御装置（図示せず）により制御されるようになっている。

次に、本実施形態に係る給湯器の作動を説明する。

まず、脱離工程時の作動を説明する。図１は脱離工程の作動状態を示すもので、この時には、第１〜第８バルブ８ａ〜８ｈのうち第１〜第３バルブ８ａ〜８ｃが開弁し、図１に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。すなわち、流体供給源２から供給される流体は、加熱器５および吸着コア１１を通過してサブタンク４に流入するとともに、蒸発／凝縮コア１２を通過してサブタンク４に流入する。

このとき、吸着コア１１に流れる流体を加熱器５で加熱して、吸着剤から冷媒を脱離させ得る温度まで流体を昇温させ、この昇温させた流体を吸着コア１１へ流して冷媒の脱離を行う。吸着コア１１から出た流体は吸着コア１１で使用されない熱を含んでおり、この未使用熱を含む流体はサブタンク４に流入する。

一方、吸着剤から脱離した気相冷媒は、蒸発／凝縮コア１２内を流れる低温の流体にて冷却されて凝縮し、その凝縮熱で蒸発／凝縮コア１２内を流れる流体が温められる。蒸発／凝縮コア１２を出た流体はサブタンク４に流入する。

このようにして、脱離工程時には、吸着コア１１および蒸発／凝縮コア１２を通過した一定量の流体がサブタンク４に流入して一時的に保管される。

上記した脱離工程の後に、吸着工程に移行する。図２は吸着工程の作動状態を示すもので、この時には、第１〜第８バルブ８ａ〜８ｈのうち、第４バルブ８ｄおよび第５バルブ８ｅが開弁し、且つ第１、第２ポンプ９ａ、９ｂが作動して、図２に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。

すなわち、蒸発／凝縮コア１２および室外熱交換器６内の流体は、蒸発／凝縮コア１２と室外熱交換器６との間で第２ポンプ９ｂによって循環される。そして、蒸発／凝縮コア１２と室外熱交換器６との間で循環される流体は、室外熱交換器６を通過する際に外気から吸熱して昇温され、蒸発／凝縮コア１２を通過する際に液相冷媒を加熱してその冷媒を蒸発させる。

一方、サブタンク４内の全ての流体は、第１ポンプ９ａによってサブタンク４から排出され、吸着コア１１および加熱器５を通過してメインタンク３に流入して、メインタンク３に貯められる。このとき、流体は、吸着コア１１を通過する際に吸着剤の冷媒吸着による吸着熱で加熱される。

上記した本実施形態では、流体は、脱離工程時に蒸発／凝縮コア１２を通過する際に凝縮熱で温められた後、サブタンク４から吸着コア１１に再度流される際に吸着熱でさらに加熱される。すなわち、１台の吸着器１で、凝縮熱および吸着熱により流体を加熱して、高温の流体を得ることができる。したがって、吸着式増熱装置の低コスト化を図ることができる。

また、メインタンク３を備えているため、高温流体の使用負荷変動に対応することができる。換言すると、高温流体の生成能力よりも高温流体の使用負荷が高いときでも、高温流体を供給することができる。

なお、高温流体の消費が多く、メインタンク３内の流体で足りなくなる時は、第１〜第８バルブ８ａ〜８ｈのうち、第２バルブ８ｂ、第５バルブ８ｅおよび第７バルブ８ｇを開弁させて、流体供給源２からの流体を直接加熱器５に流し、その流体を加熱器５のみにて加熱して供給することもできる。

また、脱離工程時の流体の流れ向きにおいて吸着コア１１よりも上流側に加熱器５が配置されているため、吸着剤から冷媒を脱離させ得る温度まで流体を確実に昇温させることができる。

また、メインタンク３に貯湯される流体が一定温度以下の場合や、さらに高温にしたい時は、加熱器５を作動させることで、メインタンク３には自由に所定の温度の流体を貯めることができる。

また、サブタンク４は、吸着工程時にはベローズの収縮力で内部の流体を押し出し可能であるため、第２ポンプ９ｂを廃止することもできる。さらに、メインタンク３は空気抜き穴３０を有し、メインタンク３の圧力が大気圧まで低くなるため、吸着工程時にはサブタンク４自身の収縮力で内部の流体を容易に吐出することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る吸着式増熱装置を給湯器に適用したものであり、図３は第２実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図、図４は第２実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図、図５は第２実施形態に係る給湯器の給水工程の状態を示す模式図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示すように、第１実施形態に対し、メインタンク３およびサブタンク４がともに容積が一定で密閉型のタンクに変更され、第９バルブ８ｉと第３ポンプ９ｃが追加され、さらに回路構成が以下のように変更されている。

まず、メインタンク３の下部は、流体供給源２に接続されるとともに第３ポンプ９ｃ、第６バルブ８ｆを介してサブタンク４の下部に接続されている。メインタンク３の上部は、第８バルブ８ｈを介してサブタンク４の上部に接続されるとともに、第９バルブ８ｉを介して吸着コア１１と加熱器５との間に接続されている。

サブタンク４の下部は、第７バルブ８ｇ、第１ポンプ９ａ、および第１バルブ８ａを介して加熱器５に接続されるとともに、第７バルブ８ｇ、第１ポンプ９ａ、および第２バルブ８ｂを介して蒸発／凝縮コア１２に接続されている。

吸着コア１１は、第５バルブ８ｅを介してサブタンク４の上部に接続され、蒸発／凝縮コア１２は、第３バルブ８ｃおよび第５バルブ８ｅを介してサブタンク４の上部に接続されている。

次に、本実施形態に係る給湯器の作動を説明する。

まず、脱離工程時の作動を説明する。図３は脱離工程の作動状態を示すもので、この時には、第１〜第９バルブ８ａ〜８ｉのうち第１〜第３バルブ８ａ〜８ｃと第５バルブ８ｅと第７バルブ８ｇが開弁するとともに、第１ポンプ９ａが作動して、図３に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。すなわち、サブタンク４に入っている低温の流体は、加熱器５および吸着コア１１に向かって流れるとともに、蒸発／凝縮コア１２に向かって流れる。

このとき、吸着コア１１側に流れる流体は、加熱器５によって吸着剤が脱離可能な温度まで温められた後吸着コア１１に流入して、吸着剤から冷媒脱離を行う。吸着コア１１から出た流体はサブタンク４に貯められる。一方、蒸発／凝縮コア１２内を流れる流体は、凝縮熱で温められた後にサブタンク４に貯められる。

上記した脱離工程の後に、吸着工程に移行する。図４は吸着工程の作動状態を示すもので、この時には、第１〜第９バルブ８ａ〜８ｉのうち、第１バルブ８ａ、第４バルブ８ｄ、第５バルブ８ｅ、および第７バルブ８ｇが開弁するとともに、第１、第２ポンプ９ａ、９ｂが作動して、図４に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。

そして、蒸発／凝縮コア１２と室外熱交換器６との間で循環される流体は、室外熱交換器６を通過する際に外気から吸熱して昇温され、蒸発／凝縮コア１２を通過する際に液相冷媒を加熱してその冷媒を蒸発させる。

一方、サブタンク４に貯められた流体は再度吸着コア１１側に流れ、吸着コア１１を通過する際に吸着剤の冷媒吸着による吸着熱で加熱される。加熱されて高温になった流体は、サブタンク４に流入して、サブタンク４に貯められる。

上記した吸着工程が完了後、給水工程に移行する。図５は給水工程の作動状態を示すもので、この時には、第１〜第９バルブ８ａ〜８ｉのうち、第６バルブ８ｆおよび第８バルブ８ｈが開弁すると共に、第３ポンプ９ｃが作動する。これにより、流体供給源２から供給される流体がメインタンク３を通ってサブタンク４に入り、その流体圧力により、サブタンク４内に貯められていた高温の流体がメインタンク３に押し出され、サブタンク４内は低温の流体と入れ替わる。

その後、脱離工程、吸着工程、および給水工程を繰り返すことにより、メインタンク３に高温の流体が貯められ、メインタンク３内の高温の流体は、必要に応じて流体供給源２から供給される流体の圧力によって押し出されて使用される。

上記した本実施形態では、第１実施形態と同様に、１台の吸着器１で、凝縮熱および吸着熱により流体を加熱して、高温の流体を得ることができる。したがって、吸着式増熱装置の低コスト化を図ることができる。

また、メインタンク３を備えているため、高温流体の使用負荷変動に対応することができる。なお、メインタンク３内の高温流体が減少し無くなった場合は、流体供給源２から供給される流体をそのまま第１ポンプ９ａを作動させて加熱器５へ流して加熱し、その後メインタンク３に戻すことにより、高温流体が途切れないようにすることができる。

また、脱離工程時の流体の流れ向きにおいて吸着コア１１よりも上流側に加熱器５が配置されているため、吸着剤から冷媒を脱離させ得る温度まで流体を確実に昇温させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る吸着式増熱装置を給湯器に適用したものであり、図６は第３実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図、図７は第３実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図、図８は第３実施形態に係る給湯器の給水工程の状態を示す模式図である。なお、第２実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、第２実施形態に対し、第１０バルブ８ｊ、第１１バルブ８ｋを追加することで、第１ポンプ９ａのみで全工程の流体入れ替えを可能とし、第３ポンプ９ｃを不要にしたものである。

第１ポンプ９ａの下流側は、第１０バルブ８ｊを介してサブタンク４の下部に接続されるとともに、第１１バルブ８ｋを介して吸着コア１１および蒸発／凝縮コア１２に接続されている。また、メインタンク３の下部は、第６バルブ８ｆを介して、第１ポンプ９ａの上流側に接続されている。

そして、脱離工程時には、図６に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち第１〜第３バルブ８ａ〜８ｃと第５バルブ８ｅと第７バルブ８ｇと第１１バルブ８ｋが開弁するとともに、第１ポンプ９ａが作動して、図６に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。すなわち、サブタンク４に入っている流体は、第１ポンプ９ａによって、加熱器５、吸着コア１１、および蒸発／凝縮コア１２に向かって送られる。

吸着工程時には、図７に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち、第１バルブ８ａ、第４バルブ８ｄ、第５バルブ８ｅ、第７バルブ８ｇ、および第１１バルブ８ｋが開弁するとともに、第１、第２ポンプ９ａ、９ｂが作動して、図７に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。すなわち、サブタンク４に入っている流体は、第１ポンプ９ａによって、再度吸着コア１１に向かって送られる。

給水工程時には、図８に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち、第６バルブ８ｆ、第８バルブ８ｈ、および第１０バルブ８ｊが開弁すると共に、第１ポンプ９ａが作動する。これにより、流体供給源２から供給される流体がメインタンク３を通ってサブタンク４に入り、サブタンク４内に貯められていた高温の流体がメインタンク３に押し出され、サブタンク４内は低温の流体と入れ替わる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る吸着式増熱装置を給湯器に適用したものであり、図９は第４実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図、図１０は第４実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。なお、第３実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、第３実施形態に対し、回路構成やバルブの配置を以下のように変更して、給水工程を不要にしたものである。

まず、第５バルブ８ｅの上流側から分岐した回路がサブタンク４の上部に接続されるとともに、その分岐した回路中に第１０バルブ８ｊが配置されている。因みに、第５バルブ８ｅの下流側の回路はサブタンク４の底部近傍に開口し、第５バルブ８ｅの上流側から分岐した回路はサブタンク４の上部近傍に開口している。

また、第１ポンプ９ａと加熱器５との間から分岐した回路が吸着コア１１に接続されるとともに、その分岐した回路中に第１バルブ８ａが配置されている。

さらに、加熱器５と吸着コア１１との間から分岐した回路が吸着コア１１に接続されるとともに、その分岐した回路中に第１１バルブ８ｋが配置されている。

そして、脱離工程時には、図９に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち、第２バルブ８ｂ、第３バルブ８ｃ、第５バルブ８ｅ、第６バルブ８ｆ、第８バルブ８ｈ、および第１１バルブ８ｋが開弁するとともに、第１ポンプ９ａが作動して、図９に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。

すなわち、メインタンク３から来る冷水をサブタンク４に入れずに直接吸着器１に流し、その後発生する低温水をサブタンク４に入れ、前回の吸着工程で作られた高温水をメインタンク３へ供給し、サブタンク４内の流体を入れ替える。

吸着工程時には、図１０に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち、第１バルブ８ａ、第４バルブ８ｄ、第７バルブ８ｇ、および第１０バルブ８ｊが開弁するとともに、第１、第２ポンプ９ａ、９ｂが作動して、図１０に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。

すなわち、サブタンク４に入っている低温水をもう一度吸着器１へ流し、吸着コア１１を通らせることにより、再度吸着熱で昇温させて高温水とする。そして、その高温水はサブタンク４に再度格納され、その後、脱離工程でサブタンク４内の高温水がメインタンク３に送られる。

これにより、第３実施形態に対し、１工程減らしながら同じ効果を得ることができる。

尚、第５バルブ８ｅの下流側の回路をサブタンク４の底部近傍に開口させ、第５バルブ８ｅの上流側から分岐した回路をサブタンク４の上部近傍に開口させて、第５バルブ８ｅと第１０バルブ８ｊを工程毎に切替えるのは、なるべく高温水と低温水とがサブタンク４内で混合するのを防止するためである。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る吸着式増熱装置を給湯器に適用したものであり、図１１は第５実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図、図１２は第５実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。なお、第４実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、図１１、図１２に示すように、第５バルブ８ｅの下流側の回路を、サブタンク４の側面で上下方向中央部近傍に開口させたもので、このようにサブタンク４の横から温水を流入させれば、工程毎に流体入口を変える必要がないため、第１０バルブ８ｊが廃止できる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る吸着式増熱装置を給湯器に適用したものであり、図１３は第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における脱離工程の状態を示す模式図、図１４は第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における吸着工程の状態を示す模式図、図１５は第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における脱離工程の他の状態を示す模式図、図１６は第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における吸着工程の他の状態を示す模式図である。

本実施形態は、給湯器の構成は第４実施形態と共通であり、低温水を生成する場合と高温水を生成する場合とで流体の流れを切り替えるようにした点が、第４実施形態と異なっている。

すなわち、本実施形態は、給湯器使用者が設定する出湯温度（以下、要求温度という）が所定温度未満のときには低温水を生成し、要求温度が所定温度以上のときには高温水を生成するようになっている。

そして、要求温度が所定温度以上のときには、第４実施形態と同様にして高温水を生成する。

一方、要求温度が所定温度未満のときには、以下のようにして低温水を生成する。まず、要求温度が所定温度未満のときの脱離工程時には、図１３に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち、第２バルブ８ｂ、第３バルブ８ｃ、第５バルブ８ｅ、第６バルブ８ｆ、第８バルブ８ｈ、および第１１バルブ８ｋが開弁するとともに、第１ポンプ９ａが作動して、図１３に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。

すなわち、メインタンク３から来る冷水をサブタンク４に入れずに直接吸着器１に流し、その後発生する低温水をサブタンク４に流すことにより、前回の要求温度が所定温度未満での吸着工程で作られた低温水をメインタンク３へ供給して、低温水をメインタンク３に保管する。

次に、要求温度が所定温度未満のときの吸着工程時には、図１４に示すように、第１〜第１１バルブ８ａ〜８ｋのうち、第１バルブ８ａ、第４バルブ８ｄ、第５バルブ８ｅ、第６バルブ８ｆ、および第８バルブ８ｈが開弁するとともに、第１、第２ポンプ９ａ、９ｂが作動して、図１４に太線で示す配管内を矢印の向きに流体が流れる。

すなわち、メインタンク３から来る冷水をサブタンク４に入れずに直接吸着器１に流し、吸着コア１１を通らせることにより、吸着熱で昇温させて低温水とする。そして、その低温水をサブタンク４に流すことにより、前回の要求温度が所定温度未満での脱離工程で作られた低温水をメインタンク３へ供給して、低温水をメインタンク３に保管する。

なお、要求温度が所定温度未満のときであっても、メインタンク３に保管する流体の温度を比較的高めにする場合は、以下のようにする。すなわち、図１５に示す脱離工程時、および図１６に示す吸着工程時に、第９バルブ８ｉを開弁させるとともに、加熱器５を作動させることにより、常に加熱器５によって加熱した温水をメインタンク３に追加する。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、メインタンク３は空気抜き穴３０により流体の出入ができるようにしたタンクを用いたが、メインタンク３はサブタンク４のようなベローズタイプのタンクを用いてもよい。

上記各実施形態における加熱器５のエネルギ源は、LNG、ＬＰＧ、灯油、軽油、ガソリン、重油、電気等を用いることができ、また加熱器５はバーナーや電気ヒーターに限らず加熱出来る物ならなんでもよく、エンジンや燃料電池などを利用してもよい。

上記各実施形態では、吸着器１に封入する冷媒として水を用いたが、冷媒としてアルコールや有機溶剤などを用いてもよい。

上記各実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いたが、吸着剤として活性炭、ゼオライト、活性アルミナなどを用いてもよい。

上記各実施形態では、給湯器に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば暖房装置等に適用してもよい。

本発明の第１実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図である。 第１実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図である。 第２実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。 第２実施形態に係る給湯器の給水工程の状態を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図である。 第３実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。 第３実施形態に係る給湯器の給水工程の状態を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図である。 第４実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。 本発明の第５実施形態に係る給湯器の脱離工程の状態を示す模式図である。 第５実施形態に係る給湯器の吸着工程の状態を示す模式図である。 本発明の第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における脱離工程の状態を示す模式図である。 第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における吸着工程の状態を示す模式図である。 第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における脱離工程の他の状態を示す模式図である。 第６実施形態に係る給湯器の低温水生成時における吸着工程の他の状態を示す模式図である。

符号の説明

１…吸着器、４…サブタンク、１１…吸着コア、１２…蒸発／凝縮コア。

Claims (9)

1. 気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、前記流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに前記流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、
   前記吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時に、前記吸着コア（１１）へ流入する前記流体を加熱する加熱器（５）と、
   前記流体を一時的に保管するサブタンク（４）とを備え、
   前記脱離工程時には、前記加熱器（５）にて加熱した前記流体を、前記吸着コア（１１）を通過させた後に前記サブタンク（４）に保管するとともに、前記蒸発／凝縮コア（１２）を通過して前記冷媒から吸熱した後の前記流体を前記サブタンク（４）に保管し、
   前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、前記脱離工程時に前記サブタンク（４）に保管した温められた状態の前記流体を、前記吸着コア（１１）に再度流すことによって、さらに加熱するように構成されていることを特徴とする吸着式増熱装置。
2. 前記吸着工程時に前記吸着コア（１１）を通過した前記流体を保温貯蔵するメインタンク（３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の吸着式増熱装置。
3. 前記吸着工程時に前記吸着コア（１１）に流された前記流体は、前記吸着コア（１１）を通過後に前記サブタンク（４）に再度保管されることを特徴とする請求項１に記載の吸着式増熱装置。
4. 気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、前記流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに前記流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、
   前記流体を一時的に保管するサブタンク（４）と、
   前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時に、前記吸着コア（１１）を通過した前記流体を保温貯蔵するメインタンク（３）とを備え、
   前記吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、前記流体は前記吸着コア（１１）および前記蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後に前記サブタンク（４）に保管され、
   前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、前記脱離工程時に前記サブタンク（４）に保管した前記流体が前記吸着コア（１１）に再度流されるように構成され、
   さらに、前記流体の加熱後の要求温度に応じて運転が切り替えられるものであって、
   前記要求温度が所定温度以上であって前記吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、前記流体は前記吸着コア（１１）および前記蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後に前記サブタンク（４）に保管され、
   前記要求温度が前記所定温度以上であって前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、前記脱離工程時に前記サブタンク（４）に保管した前記流体が前記吸着コア（１１）に再度流され、
   前記要求温度が前記所定温度未満であって前記吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、前記流体は前記吸着コア（１１）および前記蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後に前記メインタンク（３）に保管され、
   前記要求温度が前記所定温度未満であって前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時には、前記流体が前記吸着コア（１１）に流され、前記メインタンク（３）に保管されることを特徴とする吸着式増熱装置。
5. 気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、前記流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに前記流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、
   前記流体を一時的に保管するサブタンク（４）と、
   前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時に、前記吸着コア（１１）を通過した前記流体を保温貯蔵するメインタンク（３）とを備え、
   前記吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、前記流体は前記吸着コア（１１）および前記蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後に前記サブタンク（４）に保管され、
   前記吸着工程時には、前記脱離工程時に前記サブタンク（４）に保管した前記流体が前記吸着コア（１１）に再度流されるように構成されており、
   前記メインタンク（３）と前記サブタンク（４）の底部から前記流体を取り出し、どちらのタンクの流体も循環できるポンプを備えていることを特徴とする吸着式増熱装置。
6. 前記脱離工程時の前記流体の流れ向きにおいて前記吸着コア（１１）よりも上流側に、前記流体を加熱する加熱器（５）が配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の吸着式増熱装置。
7. 前記吸着工程時には前記流体が前記吸着コア（１１）を通過した後に前記加熱器（５）に流れる構成であることを特徴とする請求項６に記載の吸着式増熱装置。
8. 前記サブタンク（４）は、外力と自身の復元力に基づいて容積が変化する形式のタンクであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の吸着式増熱装置。
9. 気相冷媒を吸着するとともに加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を流体と熱交換させる吸着コア（１１）、および、前記流体により冷媒を加熱して蒸発させるとともに前記流体により冷媒を冷却して凝縮させる蒸発／凝縮コア（１２）を有する吸着器（１）と、
   前記流体を一時的に保管するサブタンク（４）と、
   前記吸着剤に気相冷媒を吸着させる吸着工程時に、前記吸着コア（１１）を通過した前記流体を保温貯蔵するメインタンク（３）とを備え、
   前記吸着剤から冷媒を脱離させる脱離工程時には、前記流体は前記吸着コア（１１）および前記蒸発／凝縮コア（１２）を通過した後に前記サブタンク（４）に保管され、
   前記吸着工程時には、前記脱離工程時に前記サブタンク（４）に保管した前記流体が前記吸着コア（１１）に再度流されるように構成されており、
   前記サブタンク（４）は、外力と自身の復元力に基づいて容積が変化する形式のタンクであり、
   前記メインタンク（３）は、空気抜き穴（３０）により内部が大気に開放されていることを特徴とする吸着式増熱装置。

Images