JP6036444B2 - Adsorption heat pump - Google Patents

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Description

本発明は、吸着式ヒートポンプに関する。   The present invention relates to an adsorption heat pump.

従来より、吸着式ヒートポンプを利用した熱サイクルシステムが種々の分野で利用されており、冷暖房装置や給湯器などに応用されている。   Conventionally, a heat cycle system using an adsorption heat pump has been used in various fields, and is applied to an air conditioner or a water heater.

これまでに提案されている吸着式ヒートポンプは、一対の吸着器、凝縮器及び蒸発器を備えたものが一般的であり(例えば、特許文献1参照)、COP(Coefficient Of Performance)を高める増熱モードを利用した例として、吸着式ヒートポンプ式給湯機が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この方式では、通常3方向バルブを用いた流路の切り替えによって作動モードの切り替えや給湯操作が行なわれる。具体的には、吸着器の一方で流体を吸着し他方で脱離(すなわち吸着器の再生)させる動作と、前記一方の吸着器から流体を脱離し前記他方に吸着させる動作と、を切り替えて交互に行なう。
このほか、上記と同様に動作する吸着式冷凍機なども知られている(例えば、非特許文献2参照)。
The adsorption type heat pumps proposed so far are generally provided with a pair of adsorbers, a condenser and an evaporator (see, for example, Patent Document 1), and heat increase to increase COP (Coefficient Of Performance). As an example using the mode, an adsorption heat pump type water heater has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this system, switching of the operation mode and hot water supply operation are usually performed by switching the flow path using a three-way valve. Specifically, an operation of adsorbing fluid on one side of the adsorber and desorbing the other (that is, regeneration of the adsorber) and an operation of desorbing fluid from the one adsorber and adsorbing to the other are switched Alternately.
In addition, an adsorption refrigerator that operates in the same manner as described above is also known (see, for example, Non-Patent Document 2).

近年では、地球環境の保全が注目されており、省エネルギー化の動きが活発化してきたことを考慮すれば、吸着式ヒートポンプを利用した装置に対しても更なる熱効率の向上が求められている。   In recent years, attention has been paid to the preservation of the global environment, and considering that the movement of energy saving has been activated, further improvement in thermal efficiency is required for apparatuses using adsorption heat pumps.

特開2006−125713号公報JP 2006-125713 A

「第24回技術開発・調査事業成果発表会 [P5.1.2]吸着式ヒートポンプを用いた高効率灯油燃焼機器の開発」、[online]、平成22年6月、一般財団法人石油エネルギー技術センター、[平成24年11月22日検索]、インターネット<URL:http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2010report/24data/p512.pdf>"24th Technology Development and Survey Project Results Presentation [P5.1.2] Development of high-efficiency kerosene combustion equipment using adsorption heat pump", [online], June 2010, Petroleum Energy Technology Center, [Search on November 22, 2012], Internet <URL: http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2010report/24data/p512.pdf> 「ユニオン産業の吸着式冷凍機 吸着式冷凍機の原理」、[online]、ユニオン産業株式会社、[平成24年11月22日検索]、インターネット<URL: http://www.union-reitouki.com/chiller/principle.html>"Adsorption refrigeration machine of union industry", [online], Union Sangyo Co., Ltd. [searched on November 22, 2012], Internet <URL: http: //www.union-reitouki. com / chiller / principle.html>

これまでに提案されている一般的な吸着式ヒートポンプにおいて増熱サイクルを行なう場合、増熱されたエネルギーは、凝縮熱(Q)と吸着熱(Q)と吸着器の顕熱(Q)の総和で定義することができるが、Qで表される吸着器での顕熱は回収されずに廃棄されるに至っているのが実情である。ところが、吸着器が複数設けられているシステム等では、顕熱分の熱量は無視できず、システム全体の熱損失が大きくなる一因となっている。 When performing a heat increase cycle in a general adsorption heat pump that has been proposed so far, the increased energy is the heat of condensation (Q 1 ), heat of adsorption (Q 2 ), and sensible heat (Q 3 ) of the adsorber. ) can be defined by the sum of the sensible heat in the adsorber represented by Q 3 are a reality is has come to be discarded without being recovered. However, in a system or the like in which a plurality of adsorbers are provided, the amount of heat of sensible heat cannot be ignored, which contributes to an increase in heat loss of the entire system.

しかしながら、システム内で発生する熱エネルギーの全て(=Q+Q+Q)を回収しようとすると、吸着質の吸着と脱離を切り替える際に吸着器に発生する顕熱損失を減らすための仕組みも必要になり、システム全体が複雑化する。例えば複数のバルブと流路が備えられているシステムにおいては、吸脱着の切り替えにあわせて流路の切り替えが必要になり、そのためにバルブの制御も複雑なものとなる。 However, if all of the thermal energy generated in the system (= Q 1 + Q 2 + Q 3 ) is to be recovered, a mechanism for reducing the sensible heat loss that occurs in the adsorber when switching between adsorption and desorption of adsorbate And the entire system becomes complicated. For example, in a system provided with a plurality of valves and flow paths, the flow paths need to be switched in accordance with the switching of the adsorption / desorption, which makes the control of the valves complicated.

一方、燃焼により熱エネルギーを得る化石燃料を用いたシステムは、熱エネルギー損失(顕熱ロス)が著しく大きいためにCOP値は一般的に低い値となるのに対して、ヒートポンプでは比較的高いCOPが得られることが期待されている。しかしながら、熱媒を使用して吸脱着プロセスを経て熱利用するシステムでは、熱媒として高温流体(例えば80℃)と低温流体(例えば30℃)とを切り替える場合に、吸着器内に残存している熱媒が互いに混ざり合うために、必然的に熱媒の顕熱分のロスが生じてしまう。このような熱損失を防ぐことは、システム構成上容易なことではない。   On the other hand, a system using fossil fuel that obtains thermal energy by combustion has a significantly large thermal energy loss (sensible heat loss), so the COP value is generally low, whereas a heat pump has a relatively high COP. Is expected to be obtained. However, in a system that uses heat through an adsorption / desorption process using a heat medium, when switching between a high-temperature fluid (for example, 80 ° C.) and a low-temperature fluid (for example, 30 ° C.) as the heat medium, it remains in the adsorber. Since the existing heating media are mixed with each other, sensible heat loss of the heating media is inevitably caused. Preventing such heat loss is not easy in terms of system configuration.

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、熱エネルギー損失(顕熱ロス)が小さく、増熱効果の高い吸着式ヒートポンプを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an adsorption heat pump having a small heat energy loss (sensible heat loss) and a high heat increase effect, and to achieve the object. .

本発明は、以下の知見に基づいて達成されたものである。すなわち、
吸着式ヒートポンプにおいて、熱エネルギーの増熱効果を高めるには、熱交換用の流体(いわゆる熱媒)による顕熱ロスが無視できないため、熱媒による顕熱の授受を、アンモニアや水蒸気等の蒸発潜熱の大きい物質を利用した潜熱による授受に代えると、熱媒及びその流路の切り替えが不要になり、温度の異なる熱媒が混合することで生じる顕熱の無駄も減らすことができるとの知見である。
The present invention has been achieved based on the following findings. That is,
In the adsorption heat pump, in order to increase the heat energy increase effect, sensible heat loss due to heat exchange fluid (so-called heat medium) cannot be ignored. Knowledge that replacing the transfer with latent heat using a substance with a large latent heat eliminates the need to switch the heat medium and its flow path, and also reduces the waste of sensible heat caused by mixing heat mediums with different temperatures. It is.

前記目的を達成するために、本発明の吸着式ヒートポンプは、
第1の流体を蒸発させる蒸発器と、
蒸発器から第1の流体が供給され、第1の流体を保持し保持された流体を脱離する第1の流体保持部、及び第2の流体が供給され、第2の流体を保持し保持された流体を脱離する第2の流体保持部を熱的に接続された状態で備え、前記第1の流体保持部及び前記第2の流体保持部の少なくとも一方が、供給された流体を保持するときに反応熱を放出する吸着材を有する吸着器と、
蒸発器から第1の流体が供給され、第1の流体が固定化されるときに第1の流体の蒸発潜熱以上の反応熱を放出し、第1の流体が脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を有する蓄熱反応部、及び第2の流体が供給され、第2の流体を気化する流体気化部を熱的に接続された状態で備え、気化した第2の流体を前記吸着器に供給することで少なくとも前記吸着材を加熱する蓄熱反応器と、
吸着器の第1の流体保持部及び第2の流体保持部と流体の流通が可能なように連通され、第1の流体保持部及び第2の流体保持部から排出された第1の流体及び第2の流体を凝縮し、凝縮された少なくとも第1の流体を蒸発器に供給し、凝縮された少なくとも第2の流体を蓄熱反応器に供給する凝縮器と、
を設けて構成されたものである。
In order to achieve the above object, the adsorption heat pump of the present invention comprises:
An evaporator for evaporating the first fluid;
A first fluid is supplied from the evaporator, and a first fluid holding unit that holds the first fluid and desorbs the held fluid, and a second fluid is supplied and holds and holds the second fluid. And a second fluid holding portion for removing the generated fluid in a thermally connected state, and at least one of the first fluid holding portion and the second fluid holding portion holds the supplied fluid. An adsorber having an adsorbent that releases reaction heat when
The first fluid is supplied from the evaporator, and when the first fluid is fixed, the heat of reaction equal to or greater than the latent heat of vaporization of the first fluid is released, and the heat is stored when the first fluid is desorbed. A heat storage reaction unit having a heat storage material and a fluid vaporization unit that vaporizes the second fluid are supplied in a thermally connected state, and the vaporized second fluid is supplied to the adsorber A heat storage reactor for heating at least the adsorbent, and
The first fluid holding part and the second fluid holding part of the adsorber communicated with each other so as to be able to flow the fluid, and the first fluid discharged from the first fluid holding part and the second fluid holding part; A condenser that condenses the second fluid, supplies the condensed at least first fluid to the evaporator, and supplies the condensed at least second fluid to the thermal storage reactor;
Is provided.

本発明においては、潜熱加熱(例えば水蒸気加熱)と潜熱冷却を用いることにより、熱交換用の流体(いわゆる熱媒)の使用量を最小限にし、吸着器における吸着質である作動流体(例えばアンモニアや水等)の吸着又は脱離時に吸着器で生じやすい顕熱損失を減らすと共に、利用された熱エネルギーを一箇所(凝縮器)に集めて回収する。これにより、顕熱ロスを防ぎ、COPを効果的に向上させることができる。   In the present invention, by using latent heat heating (for example, steam heating) and latent heat cooling, the amount of heat exchange fluid (so-called heat medium) is minimized, and the working fluid that is an adsorbate in the adsorber (for example, ammonia) In addition to reducing sensible heat loss that is likely to occur in the adsorber during adsorption or desorption of water, etc., the collected thermal energy is collected in one place (condenser). Thereby, a sensible heat loss can be prevented and COP can be improved effectively.

本発明では、吸着器に蒸発器又は蓄熱反応器から第1の流体又は第2の流体を供給し、供給された流体の保持と脱離を繰り返すことで、熱エネルギーの利用を行なう。具体的には、蒸発器又は蓄熱反応器から供給される蒸発潜熱を生じる流体を一時的に保持し、保持された流体を脱離させることによって、熱エネルギーの利用を図る吸着式ヒートポンプにおいて、吸着器が、第1の流体が供給され、第1の流体を保持し且つ保持された流体を脱離する第1の流体保持部と、第2の流体が供給され、第2の流体を保持し且つ保持された流体を脱離する第2の流体保持部と、を熱的に接続した状態で有していることで、第1の流体保持部と第2の流体保持部との間で熱交換を行ない、例えば以下のようにして、2つの流体保持部間で利用した熱を凝縮器にて回収する。すなわち、
蓄熱反応器で加熱されて気化した第2の流体(加熱された流体)が第2の流体保持部に送られると、第2の流体は第2の流体保持部で例えば凝縮して液状に相変化することで保持されるとともに、熱(例えば凝縮熱等)を放出する。第2の流体の熱と凝縮熱とによって、第1の流体保持部は加熱され、第1の流体保持部で保持されていた第1の流体は脱離して、脱離した第1の流体は凝縮器に送られる。このとき、第2の流体保持部では、第2の流体が増え、第1の流体保持部に保持された第1の流体は徐々に減少する。このようにして第1の流体保持部に保持された第1の流体が減ると、続いて蒸発器から気体の第1の流体が供給される。気体の第1の流体が第1の流体保持部に送られると、第1の流体は第1の流体保持部において保持(例えば吸着材に吸着されて保持)されるとともに、熱(例えば吸着熱等)を放出する。放出された熱(例えば吸着熱等)によって、第2の流体保持部は加熱され、第2の流体保持部に保持されていた第2の流体は脱離し、脱離した第2の流体は凝縮器に送られる。このとき、第1の流体保持部では、第1の流体の保持量(例えば吸着材における吸着量)が増え、第2の流体保持部の液体の第2の流体は気化し、第2の流体の保持量は徐々に減少する。
本発明では、吸着器への第2の流体の供給を蓄熱反応器により行なう。蓄熱反応器は、化学蓄熱材の反応熱による第2の流体の気化機能と、加熱された気体の第2の流体を送って吸着器を加熱する加熱器としての供給機能とを担う。具体的には、上記のように蓄熱反応器で気化した第2の流体が第2の流体保持部に送られる場合、蒸発器から蓄熱反応器の蓄熱反応部に第1の流体が供給され、蓄熱反応部の化学蓄熱材で例えば下記の反応(1),(2),(3)によって第1の流体が固定化されるとき(下記の可逆反応(1)〜(3)において右方向に進む反応時)に生じた反応熱が、蓄熱反応器の流体気化部に熱交換され、流体気化部内の第2の流体を気化し、気体状の第2の流体が吸着器の第2の流体保持部に送られる。このとき、凝縮器において凝縮された第1の流体(第1の流体及び第2の流体が同じ流体の場合は第1の流体及び第2の流体)は蒸発器に供給され、凝縮された第2の流体(第1の流体及び第2の流体が同じ流体の場合は第1の流体及び第2の流体)は蓄熱反応器に供給されるように構成されている。なお、蓄熱反応部の化学蓄熱材に固定化された流体量が所定の閾値に達したときには、化学蓄熱材は例えば外部より加熱されることで再生される。
CaO + HO ⇔ Ca(OH) + Q[kJ] …(1)
CaCl・2NH + 6NH ⇔ CaCl・8NH+ Q[kJ] …(2)
MgCl・2NH + 4NH ⇔ MgCl・6NH+ Q[kJ] …(3)
上記のように吸着器での流体の保持、脱離が繰り返されることで、凝縮器において、利用された熱エネルギーの回収が継続的に行なえる。
In the present invention, the first fluid or the second fluid is supplied to the adsorber from the evaporator or the thermal storage reactor, and the supplied fluid is repeatedly held and desorbed to use the thermal energy. Specifically, in an adsorption heat pump that temporarily holds a fluid that generates latent heat of evaporation supplied from an evaporator or a heat storage reactor, and desorbs the retained fluid so as to use heat energy. A first fluid holding unit that is supplied with the first fluid, holds the first fluid, and desorbs the held fluid; and a second fluid is supplied and holds the second fluid In addition, the second fluid holding unit that detaches the held fluid is in a thermally connected state, so that heat is generated between the first fluid holding unit and the second fluid holding unit. Exchange is performed, and for example, heat used between the two fluid holding units is recovered by a condenser as follows. That is,
When the second fluid heated by the heat storage reactor and vaporized (heated fluid) is sent to the second fluid holding unit, the second fluid is condensed in the second fluid holding unit, for example, into a liquid phase. It is held by changing and releases heat (for example, heat of condensation etc.). The first fluid holding unit is heated by the heat of the second fluid and the heat of condensation, the first fluid held by the first fluid holding unit is desorbed, and the desorbed first fluid is Sent to the condenser. At this time, in the second fluid holding unit, the second fluid increases, and the first fluid held in the first fluid holding unit gradually decreases. When the first fluid held in the first fluid holding portion is reduced in this way, the gaseous first fluid is subsequently supplied from the evaporator. When the gaseous first fluid is sent to the first fluid holding unit, the first fluid is held (for example, adsorbed and held by the adsorbent) in the first fluid holding unit, and heat (for example, adsorption heat). Etc.). The second fluid holding unit is heated by the released heat (for example, adsorption heat), the second fluid held in the second fluid holding unit is desorbed, and the desorbed second fluid is condensed. Sent to the vessel. At this time, in the first fluid holding unit, the holding amount of the first fluid (for example, the adsorption amount in the adsorbent) increases, the second fluid of the liquid in the second fluid holding unit is vaporized, and the second fluid The amount of retention gradually decreases.
In the present invention, the second fluid is supplied to the adsorber by the heat storage reactor. The heat storage reactor has a vaporization function of the second fluid by the reaction heat of the chemical heat storage material and a supply function as a heater that heats the adsorber by sending the heated second gas fluid. Specifically, when the second fluid vaporized in the heat storage reactor as described above is sent to the second fluid holding unit, the first fluid is supplied from the evaporator to the heat storage reaction unit of the heat storage reactor, For example, when the first fluid is immobilized by the following reaction (1), (2), (3) in the chemical heat storage material of the heat storage reaction part (in the reversible reactions (1) to (3) below, The reaction heat generated during the reaction) is exchanged in the fluid vaporization section of the heat storage reactor, vaporizes the second fluid in the fluid vaporization section, and the gaseous second fluid becomes the second fluid in the adsorber. It is sent to the holding part. At this time, the first fluid condensed in the condenser (if the first fluid and the second fluid are the same fluid, the first fluid and the second fluid) is supplied to the evaporator and is condensed. Two fluids (the first fluid and the second fluid when the first fluid and the second fluid are the same fluid) are configured to be supplied to the heat storage reactor. When the amount of fluid fixed to the chemical heat storage material in the heat storage reaction unit reaches a predetermined threshold value, the chemical heat storage material is regenerated by being heated from the outside, for example.
CaO + H 2 O Ca Ca (OH) 2 + Q 1 [kJ] (1)
CaCl 2 · 2NH 3 + 6NH 3 Ca CaCl 2 · 8NH 3 + Q 2 [kJ] (2)
MgCl 2 · 2NH 3 + 4NH 3 MgMgCl 2 · 6NH 3 + Q 3 [kJ] (3)
By repeatedly holding and desorbing the fluid in the adsorber as described above, the heat energy used in the condenser can be continuously recovered.

また、吸着器では、第1の流体保持部及び第2の流体保持部の一方又は両方が、供給された流体を保持するときに反応熱を放出する吸着材を有している。これにより、流体保持部の少なくとも一方では、吸着材による流体の吸着による保持が行なわれることで、吸着熱が得られる。   In the adsorber, one or both of the first fluid holding part and the second fluid holding part have an adsorbent that releases reaction heat when holding the supplied fluid. As a result, at least one of the fluid holding portions is held by the adsorption of the fluid by the adsorbent, so that adsorption heat is obtained.

本発明の吸着式ヒートポンプでは、第1の流体保持部及び第2の流体保持部の一方が吸着材(好ましくは物理吸着材)を有し、他方が多孔層及び/又は溝部(例えば、溝や窪み状のグルーブ(groove)構造や、網細現象を持つ例えばメッシュ状等のウィック構造)を有している態様に構成することができる。この場合、吸着材が設けられた前記一方の流体保持部に流体(例えば第1の流体)が供給されたときには、吸着材より放出された反応熱で他方の流体保持部に保持された流体(例えば第2の流体)が脱離する構成になる。
例えば第1の流体保持部に吸着材を配し、熱的に接続された第2の流体保持部の、少なくとも第1の流体保持部との間で熱交換する熱交換部位に溝部が設けられていることで、第2の流体保持部に送られた第2の流体が凝縮して液化したときに、液体が溝部に留まり、液状の第2の流体を流体保持部内に均一的に存在させることができる。すなわち、例えば均一性のある液膜状に第2の流体を存在させることができる。
これにより、熱交換の均一性、熱交換効率を高まり、吸着材に第1の流体が吸着し吸着熱が第2の流体保持部に伝達したときには、液状の第2の流体の脱離を促進することができる。
In the adsorption heat pump of the present invention, one of the first fluid holding part and the second fluid holding part has an adsorbent (preferably a physical adsorbent), and the other has a porous layer and / or a groove (for example, a groove or It can be configured to have a hollow groove structure or a mesh-like wick structure having a fine mesh phenomenon. In this case, when a fluid (for example, the first fluid) is supplied to the one fluid holding portion provided with the adsorbent, the fluid (which is held in the other fluid holding portion by the reaction heat released from the adsorbent ( For example, the second fluid) is desorbed.
For example, an adsorbent is disposed in the first fluid holding portion, and a groove portion is provided in a heat exchange portion of the second fluid holding portion that is thermally connected to exchange heat with at least the first fluid holding portion. Therefore, when the second fluid sent to the second fluid holding part condenses and liquefies, the liquid remains in the groove part, and the liquid second fluid is uniformly present in the fluid holding part. be able to. That is, for example, the second fluid can be present in the form of a uniform liquid film.
Thereby, the uniformity of heat exchange and the heat exchange efficiency are improved, and when the first fluid is adsorbed on the adsorbent and the adsorption heat is transmitted to the second fluid holding portion, the detachment of the liquid second fluid is promoted. can do.

また、本発明の吸着式ヒートポンプにおいては、吸着器は、第1の流体保持部と第2の流体保持部との双方が吸着材を有している態様に構成することができる。この場合、蒸発器から吸着器の第1の流体保持部に第1の流体が供給されたときには、第1の流体保持部の吸着材より放出された反応熱によって、第2の流体保持部に保持された第2の流体が脱離し、蓄熱反応器から吸着器の第2の流体保持部に第2の流体が供給されたときには、第2の流体保持部の吸着材より放出された反応熱によって、第1の流体保持部に保持された第1の流体が脱離する構成になる。   In the adsorption heat pump of the present invention, the adsorber can be configured in such a manner that both the first fluid holding part and the second fluid holding part have an adsorbent. In this case, when the first fluid is supplied from the evaporator to the first fluid holding portion of the adsorber, the reaction fluid released from the adsorbent of the first fluid holding portion causes the second fluid holding portion to When the held second fluid is desorbed and the second fluid is supplied from the heat storage reactor to the second fluid holding part of the adsorber, the reaction heat released from the adsorbent of the second fluid holding part As a result, the first fluid held in the first fluid holding part is detached.

本発明の吸着式ヒートポンプは、更に、蓄熱反応器の化学蓄熱材を加熱する熱源を備えていることが好ましい。蓄熱反応器は、凝縮器から供給された第2の流体を加熱気化する機能を担うため、蒸発器から蓄熱反応部に供給された第1の流体を固定化して反応熱を得るが、固定化された流体量が所定の閾値を超えると、流体気化部と熱交換する反応熱が得られない。そのため、外部より熱の付与が可能な熱源を設けることで、蓄熱反応部の化学蓄熱材を再生し、第2の流体を加熱気化する機能を回復することができる。   The adsorption heat pump of the present invention preferably further includes a heat source for heating the chemical heat storage material of the heat storage reactor. Since the heat storage reactor has a function of heating and vaporizing the second fluid supplied from the condenser, the first fluid supplied from the evaporator to the heat storage reaction section is fixed to obtain reaction heat. When the amount of fluid that exceeds the predetermined threshold value, reaction heat that exchanges heat with the fluid vaporization unit cannot be obtained. Therefore, by providing a heat source capable of applying heat from the outside, the function of regenerating the chemical heat storage material of the heat storage reaction section and heating and vaporizing the second fluid can be recovered.

本発明の吸着式ヒートポンプにおいては、吸着器の少なくとも第1の流体保持部に吸着材を設けて構成し、更に、
蒸発器と第1の流体保持部との間の第1の流体の流通量を調節する第1の流量調節弁と、蒸発器と蓄熱反応部との間の第1の流体の流通量を調節する第2の流量調節弁と、蓄熱反応器と第2の流体保持部との間の第2の流体の流通量を調節する第3の流量調節弁と、
第2の流体保持部に保持された第2の流体を脱離させるときには、第1の流体が吸着材に吸着されるように第1の流通調節弁の開度を大きく(例えば開放)すると共に第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を小さく(例えば閉塞)し(吸着材が第1の流体を吸着する「吸着器吸着モード」)、また第1の流体保持部に吸着された第1の流体を脱離させるときには、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を大きく(例えば開放)すると共に第1の流通調節弁の開度を小さく(例えば閉塞)すること(吸着材が第1の流体を脱離する「吸着器再生モード」)により、第1の流体及び第2の流体の流通を切替える(すなわち、吸着器吸着モードと吸着器吸着モードとを切替える)流通制御手段と、
を設けて構成することができる。
In the adsorption heat pump of the present invention, an adsorbent is provided in at least the first fluid holding portion of the adsorber, and further,
A first flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the first fluid between the evaporator and the first fluid holding unit, and a flow rate of the first fluid between the evaporator and the heat storage reaction unit are adjusted. A second flow rate regulating valve, a third flow rate regulating valve that regulates the flow rate of the second fluid between the heat storage reactor and the second fluid holding unit,
When desorbing the second fluid held in the second fluid holding part, the opening degree of the first flow control valve is increased (for example, opened) so that the first fluid is adsorbed by the adsorbent. The opening degree of the second flow control valve and the third flow control valve is made small (for example, closed) (“adsorber adsorption mode” in which the adsorbent adsorbs the first fluid), and the first fluid holding unit When desorbing the adsorbed first fluid, the opening of the second flow control valve and the third flow control valve are increased (for example, opened) and the opening of the first flow control valve is decreased (for example, (Adsorber regeneration mode in which the adsorbent desorbs the first fluid) to switch the flow of the first fluid and the second fluid (that is, the adsorber adsorption mode and the adsorber adsorption mode). Distribution control means for switching between
Can be provided.

第1の流量調節弁、第2の流量調節弁、及び第3の流量調節弁を配し、例えば水蒸気の吸着量に応じて、それぞれの弁の開度を流通制御手段で自動制御することで、安定した熱量の回収が安定的に行なえる。
第2の流体保持部に保持された第2の流体を脱離させるときは、吸着器の吸着材に吸着した第1の流体の吸着量が所定の閾値(吸着材が吸着できる最大吸着量;以下同様)未満である場合に該当し、このような場合には、第1の流体を吸着材に吸着させて吸着熱を生成させるため、第1の流通調節弁の開度を大きく(例えば開放)する。逆に、第1の流体保持部に吸着された第1の流体を脱離させるときは、吸着器の吸着材に吸着した第1の流体の吸着量が所定の閾値以上である場合に該当し、このような場合には、蓄熱反応器から供給される第2の流体の量を増して、吸着材の再生を促進するため、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を大きく(例えば開放)する。
By arranging a first flow rate control valve, a second flow rate control valve, and a third flow rate control valve, for example, according to the amount of water vapor adsorbed, the opening degree of each valve is automatically controlled by the flow control means. Stable heat recovery can be performed stably.
When desorbing the second fluid held in the second fluid holding unit, the amount of adsorption of the first fluid adsorbed on the adsorbent of the adsorber is a predetermined threshold (the maximum amount of adsorption that the adsorbent can adsorb; The same applies to the following), and in such a case, the first fluid flow control valve is opened (for example, opened) in order to generate adsorption heat by adsorbing the first fluid to the adsorbent. ) Conversely, when the first fluid adsorbed by the first fluid holding unit is desorbed, it corresponds to the case where the adsorption amount of the first fluid adsorbed by the adsorbent of the adsorber is equal to or greater than a predetermined threshold value. In such a case, the opening amounts of the second flow control valve and the third flow control valve are increased in order to increase the amount of the second fluid supplied from the heat storage reactor and promote the regeneration of the adsorbent. Is increased (for example, opened).

また、流通制御手段は、蓄熱反応器の化学蓄熱材に固定化された流体量をもとに、第1の流通調節弁、第2の流通調節弁、及び第3の流通調節弁の開度を調節し、吸着器での流体の着脱を制御することができる。具体的には、
蓄熱反応器の化学蓄熱材に固定化された第1の流体の量が所定の閾値(例えば金属酸化物の場合、金属酸化物が水和反応により結合できる水蒸気(流体)の最大量)未満であるときには、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を大きく(例えば開放)すると共に第1の流通調節弁の開度を小さく(例えば閉塞)することで、第1の流体保持部に吸着された第1の流体を脱離させ、また、蓄熱反応器の化学蓄熱材に固定化された第1の流体の量が所定の閾値を超えているときには、水和等が困難で反応熱が得られないため、第2の流通調節弁の開度を大きくすると共に、蓄熱反応器の化学蓄熱材に固定化された第1の流体を(例えば前記熱源により加熱して)脱離させることにより、化学蓄熱材を再生することが好ましい。
The flow control means is configured to open the first flow control valve, the second flow control valve, and the third flow control valve based on the amount of fluid fixed to the chemical heat storage material of the heat storage reactor. And the attachment / detachment of the fluid in the adsorber can be controlled. In particular,
The amount of the first fluid immobilized on the chemical heat storage material of the heat storage reactor is less than a predetermined threshold (for example, in the case of a metal oxide, the maximum amount of water vapor (fluid) that the metal oxide can bind through a hydration reaction). In some cases, the first fluid is adjusted by increasing (for example, opening) the openings of the second flow control valve and the third flow control valve and decreasing (for example, closing) the opening of the first flow control valve. Hydration is difficult when the first fluid adsorbed by the holding unit is desorbed and the amount of the first fluid immobilized on the chemical heat storage material of the heat storage reactor exceeds a predetermined threshold. Since the reaction heat cannot be obtained in this step, the opening of the second flow control valve is increased, and the first fluid fixed to the chemical heat storage material of the heat storage reactor is removed (for example, heated by the heat source). It is preferable to regenerate the chemical heat storage material by separating.

また、流通制御手段は、流体の着脱時間を積算し、その積算値に基づいて、吸着材への流体の吸着で吸着熱を得る吸着器吸着モードと、吸着材を加熱して流体が脱離する吸着器再生モードと、を切替えてもよい。具体的には、
第2の流体保持部に保持された第2の流体を脱離させるとき(すなわち第1の流体の吸着量が所定の閾値未満である場合)には、第1の流通調節弁の駆動開始から所定時間が経過した後、第1の流通調節弁の開度を小さくすると共に第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を大きくし、第1の流体保持部に吸着された前記第1の流体を脱離させるとき(第1の流体の吸着量が所定の閾値以上である場合)には、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の駆動開始から所定時間が経過した後、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を小さくすると共に第1の流通調節弁の開度を大きくすることができる。
In addition, the flow control means accumulates the attachment / detachment time of the fluid, and based on the accumulated value, adsorber adsorption mode in which adsorption heat is obtained by adsorption of the fluid to the adsorbent, and the adsorbent is heated to desorb the fluid. The adsorber regeneration mode to be switched may be switched. In particular,
When the second fluid held in the second fluid holding part is desorbed (that is, when the amount of adsorption of the first fluid is less than a predetermined threshold), from the start of driving of the first flow control valve After a predetermined time has elapsed, the opening degree of the first flow control valve is decreased and the opening degrees of the second flow control valve and the third flow control valve are increased and adsorbed by the first fluid holding part. When the first fluid is desorbed (when the adsorption amount of the first fluid is greater than or equal to a predetermined threshold), a predetermined time has elapsed from the start of driving of the second flow control valve and the third flow control valve. After elapses, the opening degree of the second flow control valve and the third flow control valve can be reduced and the opening degree of the first flow control valve can be increased.

本発明の吸着式ヒートポンプにおいて、流体保持部で保持又は脱離(好ましくは吸着又は脱離)される第1の流体及び第2の流体の少なくとも一方は、アンモニア又は水であることが好ましい。アンモニアや水蒸気は、蒸発潜熱が大きい物質であるため、流体保持部で保持又は脱離させたときに発生する熱量が大きく、保持又は脱離させる一回の過程で大きい熱量の回収が可能になる。   In the adsorption heat pump of the present invention, it is preferable that at least one of the first fluid and the second fluid held or desorbed (preferably adsorbed or desorbed) by the fluid holding unit is ammonia or water. Ammonia and water vapor are substances with a large latent heat of vaporization, so the amount of heat generated when held or desorbed by the fluid holding part is large, and a large amount of heat can be recovered in a single process of holding or desorbing. .

また、第1の流体及び第2の流体には、同一の流体を用いることが好ましい。同一の流体とは、物質の種類が同一の流体をいう。
従来の吸着式ヒートポンプでは、いわゆる熱媒と称される熱交換用の流体と、吸着器への吸着又は脱離に関与する吸着質である作動流体と、の異種流体を利用している。このようなシステムにおいて、吸着器での吸着・脱着(再生)を繰り返し行なうためには、吸脱着の切替えに合わせてそれぞれの流体の流路を切替える必要があり、そのためのバルブ等の制御が複雑になる。また、流路の切替えにより、互いに温度の異なる流路内に残存する流体同士が混ざり合うため、顕熱ロス(熱エネルギー損失)が生じ、熱の利用効率が低下しやすい。
これに対して、吸着器での吸脱着を担う熱媒及び作動流体として、同一の流体を用いることで、バルブ制御を簡易に行なえ、特定箇所(特に凝集器)で熱の回収を行なうことができる。
Moreover, it is preferable to use the same fluid for the first fluid and the second fluid. The same fluid means a fluid having the same type of substance.
Conventional adsorption heat pumps use different fluids of a heat exchange fluid called a so-called heat medium and a working fluid that is an adsorbate involved in adsorption or desorption to an adsorber. In such a system, in order to repeatedly perform adsorption / desorption (regeneration) with an adsorber, it is necessary to switch the flow path of each fluid in accordance with the switching of adsorption / desorption, and the control of valves and the like for that is complicated. become. Moreover, since the fluids remaining in the flow paths having different temperatures are mixed by switching the flow paths, a sensible heat loss (thermal energy loss) occurs, and the heat utilization efficiency tends to decrease.
On the other hand, by using the same fluid as the heat medium and working fluid responsible for adsorption / desorption in the adsorber, valve control can be easily performed, and heat can be recovered at a specific location (particularly an aggregator). it can.

吸着式ヒートポンプの吸着器に配される吸着材は、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択されることが好ましい。特に物理吸着材である活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物は、物質(例えばアンモニアや水蒸気)の脱離あるいは脱離した物質の再吸着を行なう場合に、物質1molの脱離あるいは吸着に要する熱量が化学吸着材に比べて小さく、少ない熱量で物質の授受を行なうことができる。   The adsorbent disposed in the adsorber of the adsorption heat pump is preferably selected from the group consisting of activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, and clay mineral. In particular, activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, and clay minerals, which are physical adsorbents, desorb or adsorb 1 mol of a substance when the substance (for example, ammonia or water vapor) is desorbed or resorbed. The amount of heat required for the process is smaller than that of the chemical adsorbent, and the material can be exchanged with a small amount of heat.

本発明の吸着式ヒートポンプの蓄熱反応器は、化学蓄熱材の少なくとも一種として、金属酸化物及び金属塩化物から選択される化合物を用いて構成された態様が好ましく、アルカリ金属の水酸化物及び塩化物、アルカリ土類金属の水酸化物及び塩化物、並びに遷移金属の水酸化物及び塩化物からなる群から選択される化合物を有している態様がより好ましい。   The heat storage reactor of the adsorption heat pump of the present invention is preferably an embodiment configured using a compound selected from metal oxides and metal chlorides as at least one kind of chemical heat storage material, and alkali metal hydroxides and chlorides. More preferred is an embodiment having a compound selected from the group consisting of a metal oxide, an alkaline earth metal hydroxide and chloride, and a transition metal hydroxide and chloride.

金属酸化物及び金属塩化物は、高い蓄熱密度(kJ/kg)が得られる点で好適であり、熱の有効利用に適している。アルカリ金属の水酸化物及び塩化物、アルカリ土類金属の水酸化物及び塩化物、及び遷移金属の水酸化物及び塩化物は、温熱及び冷熱の生成効率をより高める点で有用である。   Metal oxides and metal chlorides are suitable in that a high heat storage density (kJ / kg) is obtained, and are suitable for effective use of heat. Alkali metal hydroxides and chlorides, alkaline earth metal hydroxides and chlorides, and transition metal hydroxides and chlorides are useful in terms of further increasing the efficiency of producing hot and cold heat.

なお、蓄熱密度は、水やアンモニア等の熱媒の脱離により水酸化物又は金属塩化物1kgあたりに蓄熱される熱量(kJ)を示す。   The heat storage density indicates the amount of heat (kJ) stored per kg of hydroxide or metal chloride due to desorption of a heat medium such as water or ammonia.

本発明においては、第1の流体及び/又は第2の流体として水を用い、水の授受により蓄熱、放熱を行なう場合、化学蓄熱材としては、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)から選択されるものが好ましい。   In the present invention, when water is used as the first fluid and / or the second fluid and heat storage and heat dissipation are performed by transferring water, the chemical heat storage material includes calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), And those selected from barium oxide (BaO).

本発明においては、第1の流体及び/又は第2の流体としてアンモニアを用い、アンモニアの授受により蓄熱、放熱を行なう場合、化学蓄熱材としては、塩化リチウム(LiCl)、塩化マグネシウム(MgCl)、塩化カルシウム(CaCl)、塩化ストロンチウム(SrCl)、塩化バリウム(BaCl)、塩化マンガン(MnCl)、塩化コバルト(CoCl)、及び塩化ニッケル(NiCl)から選択されるものが好ましい。 In the present invention, when ammonia is used as the first fluid and / or the second fluid, and heat is stored and released by transferring ammonia, the chemical heat storage material is lithium chloride (LiCl), magnesium chloride (MgCl 2 ). , Calcium chloride (CaCl 2 ), strontium chloride (SrCl 2 ), barium chloride (BaCl 2 ), manganese chloride (MnCl 2 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), and nickel chloride (NiCl 2 ) are preferred. .

本発明の吸着式ヒートポンプにおいては、上記の吸着器を2基配置し、2基の吸着器は、それぞれ加熱器に接続されると共に、蒸発器と凝縮器とに接続されており、2基の吸着器の一方が、第1の流体保持部に吸着材を有し、かつ該吸着材に第1の流体を保持(すなわち吸着熱を生成)するときは、他方が、第1の流体保持部に吸着材を有し、該吸着材から第1の流体を脱離(すなわち吸着材を再生)する構成とすることができる。つまり、2基の吸着器を配置し、一方の吸着材(例えば第1の流体保持部の吸着材)では流体を吸着し、他方の吸着材(例えば第1の流体保持部の吸着材)では脱離するように、2基の吸着器を交互に作動させることで、より効率良く、多量の熱エネルギーを取り出すことができる。   In the adsorption heat pump of the present invention, two adsorbers are arranged, and the two adsorbers are connected to a heater and to an evaporator and a condenser, respectively. When one of the adsorbers has an adsorbent in the first fluid holding section and holds the first fluid in the adsorbent (that is, generates heat of adsorption), the other is the first fluid holding section. The adsorbent may be included, and the first fluid may be desorbed from the adsorbent (that is, the adsorbent is regenerated). That is, two adsorbers are arranged, and one adsorbent (for example, the adsorbent of the first fluid holding unit) adsorbs fluid, and the other adsorbent (for example, the adsorbent of the first fluid holding unit) By alternately operating the two adsorbers so as to desorb, a large amount of thermal energy can be extracted more efficiently.

本発明によれば、熱エネルギー損失(顕熱ロス)が小さく、増熱効果の高い吸着式ヒートポンプが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a heat energy loss (sensible heat loss) is small and the adsorption heat pump with a high heat increase effect is provided.

本発明の第1実施形態の吸着式ヒートポンプの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the adsorption heat pump of 1st Embodiment of this invention. 吸着器の具体的な構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structural example of an adsorption device. 吸着器(又蓄熱反応器)に備えられる吸着材(又は化学蓄熱材)の具体的態様を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific aspect of the adsorbent (or chemical heat storage material) with which an adsorber (or heat storage reactor) is equipped. 蓄熱反応器の具体的な構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structural example of a thermal storage reactor. 吸着器再生モードで熱利用する際の流通形態を示す図である。It is a figure which shows the distribution | circulation form at the time of using heat | fever in adsorption machine reproduction | regeneration mode. 吸着器吸着モードで熱利用する際の流通形態を示す図である。It is a figure which shows the distribution | circulation form at the time of using heat | fever in adsorption machine adsorption mode. 本発明の第1実施形態の増熱サイクル制御ルーチンを示す流れ図である。It is a flowchart which shows the heat increase cycle control routine of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の吸着式ヒートポンプの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the adsorption type heat pump of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の増熱サイクル制御ルーチンを示す流れ図である。It is a flowchart which shows the heat increase cycle control routine of 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の吸着式ヒートポンプの実施形態について具体的に説明する。但し、本発明においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of an adsorption heat pump of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments shown below.

(第1実施形態)
本発明の吸着式ヒートポンプの第1実施形態を図1〜図7を参照して説明する。本実施形態では、吸着器の吸着材としてシリカゲルを、蓄熱反応器の化学蓄熱材として酸化カルシウム(CaO)を用い、吸着器や蓄熱反応器に供給される2つの流体(熱媒及び作動流体)として水蒸気(水)を用いた吸着式ヒートポンプ(以下、単に「ヒートポンプ」ともいう。)を一例に詳細に説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the adsorption heat pump of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, silica gel is used as the adsorbent for the adsorber, calcium oxide (CaO) is used as the chemical heat storage material for the heat storage reactor, and two fluids (heat medium and working fluid) supplied to the adsorber and the heat storage reactor are used. As an example, an adsorption heat pump (hereinafter also simply referred to as “heat pump”) using water vapor (water) will be described in detail.

本実施形態のヒートポンプ100は、図1に示すように、蒸発器10と、吸着材を有する吸着器20と、化学蓄熱材を有し、吸着器を蒸気加熱する加熱器の機能を担う蓄熱反応器30と、吸着器20から排出された流体(水蒸気)を凝縮する凝縮器40と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the heat pump 100 of the present embodiment includes an evaporator 10, an adsorber 20 having an adsorbent, and a chemical heat storage material, and a heat storage reaction that functions as a heater for steam heating the adsorber. And a condenser 40 that condenses the fluid (water vapor) discharged from the adsorber 20.

水蒸気とは、気体の状態になっている水、及びこれが空気中で凝結して細かい水滴となったものを包含する意味である。   The water vapor is meant to include water in a gaseous state and water condensed into fine water droplets in the air.

本実施形態のヒートポンプ100は、下記の2つの特徴を有している。
(1)吸着器等と熱交換するための熱媒と吸着器や蓄熱反応器に吸着等する吸着質等である作動流体とが同一の流体(水蒸気)である。
(2)吸着器に対する加熱、冷却に凝縮熱伝達、蒸発熱伝達を利用する。
The heat pump 100 of the present embodiment has the following two features.
(1) A heat medium for exchanging heat with an adsorber or the like and a working fluid that is an adsorbate or the like adsorbed on the adsorber or the heat storage reactor are the same fluid (water vapor).
(2) Condensation heat transfer and evaporation heat transfer are used for heating and cooling the adsorber.

蒸発器10は、水を気化し、気化して生成された第1の流体である水蒸気を供給可能に吸着器20及び蓄熱反応器30とそれぞれ接続されている。具体的には、蒸発器10には、流通調節弁であるバルブV4を有する流通配管12の一端と、流通調節弁であるバルブV5を有する流通配管14の一端と、がそれぞれ接続されており、蒸発器10は、流通配管12を介して吸着器20と連通されると共に、流通配管14を介して蓄熱反応器30と連通されている。   The evaporator 10 is connected to the adsorber 20 and the heat storage reactor 30 so as to be able to supply water vapor, which is a first fluid generated by vaporizing water. Specifically, the evaporator 10 is connected to one end of a flow pipe 12 having a valve V4 that is a flow control valve and one end of a flow pipe 14 having a valve V5 that is a flow control valve, respectively. The evaporator 10 is communicated with the adsorber 20 via the circulation pipe 12 and is communicated with the heat storage reactor 30 via the circulation pipe 14.

蒸発器は、蓄熱反応器30の蓄熱反応部に配された化学蓄熱材における水の吸着量が飽和量に達していない場合や、後述するように吸着器に設けられた第1の流体保持部の吸着材における水蒸気の吸着量が減少した場合に、蒸発器中の水の気化が進行して、水蒸気として流通配管12に供給される構造を有するものが好ましい。また、水を外部からの熱で加熱し、水蒸気として流通配管12,14に排出することができる機能を有していることが好適である。   The evaporator is a first fluid holding portion provided in the adsorber when the amount of water adsorbed in the chemical heat storage material arranged in the heat storage reaction portion of the heat storage reactor 30 does not reach the saturation amount or as described later. When the amount of water vapor adsorbed on the adsorbent decreases, vaporization of water in the evaporator proceeds, and water vapor is preferably supplied to the distribution pipe 12 as water vapor. In addition, it is preferable that water has a function of heating water with heat from the outside and discharging it as water vapor to the circulation pipes 12 and 14.

蒸発器10は、上記のように水の気化により気化熱を奪うため、蒸発器10では、吸着器20に供給する水蒸気の気化熱に相当する冷熱が生成される。したがって、冷熱需要の例であるエアコン室外機などの冷熱機器60を例えば熱交換管61を介して熱的に接続することで、冷熱の有効利用が可能である。
上記の熱交換管は、無端の配管とこの配管内を流通する熱交換用流体とで構成されている。配管に取り付けられた図示しない循環用ポンプによって、配管中を熱交換用流体(例えば水又は水と水溶性溶剤との混合溶媒)が循環して流通することで、冷熱を冷熱機器50に供給することができる。
Since the evaporator 10 takes away the heat of vaporization by vaporizing water as described above, the evaporator 10 generates cold heat corresponding to the heat of vaporization of water vapor supplied to the adsorber 20. Therefore, by effectively connecting the refrigeration equipment 60 such as an air conditioner outdoor unit that is an example of the refrigeration demand, for example, via the heat exchange pipe 61, the refrigeration can be effectively used.
The heat exchange pipe is composed of an endless pipe and a heat exchange fluid flowing through the pipe. A heat exchange fluid (for example, water or a mixed solvent of water and a water-soluble solvent) circulates and circulates in the pipe by a circulation pump (not shown) attached to the pipe, thereby supplying cold heat to the cooling device 50. be able to.

吸着器20は、蒸発器10から水蒸気(第1の流体)が供給され、水蒸気を吸着して保持し、吸着された水蒸気を脱離して放出する第1の流体保持部である流体保持室22と、蓄熱反応器30から水蒸気(第2の流体)が供給され、水蒸気を凝縮して保持し、凝縮された水蒸気を再び水蒸気として脱離し放出する第2の流体保持部である流体保持室24と、を備えている。   The adsorber 20 is supplied with water vapor (first fluid) from the evaporator 10, adsorbs and holds the water vapor, and desorbs and releases the adsorbed water vapor to the fluid holding chamber 22. Then, water vapor (second fluid) is supplied from the heat storage reactor 30 to condense and hold the water vapor, and the fluid holding chamber 24 which is a second fluid holding unit that desorbs and releases the condensed water vapor again as water vapor. And.

吸着器20には、複数の流体保持室22及び流体保持室24が設けられており、流体保持室22及び流体保持室24の各々は、図2に示すように、吸着器20の筐体内に交互に配置され、隣り合う室が互いに熱的に接続されている。つまり、流体保持室22で放熱又は吸熱が発生して温度変化が起きると、流体保持室22は流体保持室24との間で熱交換して、流体保持室24は加熱又は冷却されるようになっている。   The adsorber 20 is provided with a plurality of fluid holding chambers 22 and fluid holding chambers 24, and each of the fluid holding chambers 22 and the fluid holding chambers 24 is disposed in the housing of the adsorber 20 as shown in FIG. 2. Alternatingly arranged, adjacent chambers are thermally connected to each other. In other words, when a temperature change occurs due to heat dissipation or heat absorption in the fluid holding chamber 22, the fluid holding chamber 22 exchanges heat with the fluid holding chamber 24 so that the fluid holding chamber 24 is heated or cooled. It has become.

流体保持室22には、流通配管12の他端が接続されており、蒸発器10から水蒸気が供給される。この流体保持室22には、図2に示すように、各室の天面及び底面に板状の吸着材26が配設されており、供給された水蒸気を吸着して保持できるようになっている。   The fluid holding chamber 22 is connected to the other end of the circulation pipe 12, and water vapor is supplied from the evaporator 10. As shown in FIG. 2, the fluid holding chamber 22 is provided with plate-like adsorbents 26 on the top and bottom surfaces of each chamber so that the supplied water vapor can be adsorbed and held. Yes.

吸着材26は、シリカゲル(物理吸着材)を用いて板状に成形したものであり、図3のように、シリカゲル板26A、26Bとで構成されている。シリカゲル板26A、26Bの流体保持室24と向き合う面S、すなわち各室の天面、底面と接する面は、伝熱面であり、この面を通じて互いに隣り合う室と熱交換することができる。
例えば、流体保持室24で水蒸気が凝縮して凝縮熱が発生すると、シリカゲル板26A、26Bの伝熱面Sで熱交換され、シリカゲル板26A、26B(吸着材)が加熱されると、シリカゲルに吸着されている水蒸気が脱離し、加熱時に供された熱量分の水蒸気を凝縮器40に供給することができる。
The adsorbent 26 is formed into a plate shape using silica gel (physical adsorbent), and is composed of silica gel plates 26A and 26B as shown in FIG. The surface S of the silica gel plates 26A and 26B facing the fluid holding chamber 24, that is, the surface in contact with the top surface and the bottom surface of each chamber is a heat transfer surface, and heat exchange can be performed with the adjacent chambers through this surface.
For example, when water vapor is condensed in the fluid holding chamber 24 and condensation heat is generated, heat exchange is performed on the heat transfer surfaces S of the silica gel plates 26A and 26B, and when the silica gel plates 26A and 26B (adsorbent) are heated, The adsorbed water vapor is desorbed, and the amount of heat provided during heating can be supplied to the condenser 40.

吸着材が用いられることにより、水蒸気の吸着(固定化)及び脱離に要する熱量を小さく抑えることができ、低エネルギーでも水蒸気の着脱が容易に行なえる。本実施形態では、第1の流体として水蒸気を用いているが、水蒸気のほか、アンモニア等の蒸発潜熱の大きい物質は好適に用いることができる。例えばアンモニアを用いた場合では、アンモニア1molの吸着及び脱離に要する熱量は、20〜30kJ/molに抑えることができる。なお、対比値として、化学蓄熱材(例えばMgCl、CaCl等)をもちいたときの熱量は40〜60kJ/molである。 By using the adsorbent, the amount of heat required for adsorption (immobilization) and desorption of water vapor can be suppressed to a small level, and the water vapor can be easily attached and detached even at low energy. In this embodiment, water vapor is used as the first fluid. However, in addition to water vapor, a substance having a large latent heat of vaporization such as ammonia can be suitably used. For example, when ammonia is used, the amount of heat required for adsorption and desorption of 1 mol of ammonia can be suppressed to 20 to 30 kJ / mol. As comparison value, the amount of heat when using the chemical heat storage material (e.g. MgCl 2, CaCl 2, etc.) is 40~60kJ / mol.

吸着材としては、本実施形態で用いたシリカゲルのように、多孔体を用いることができる。多孔体としては、吸着(好ましくは物理吸着)による水蒸気等の流体の固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点から、細孔径が10nm以下の孔を有する多孔体が好ましい。細孔径の下限は、製造適性等の観点から、0.5nmが好ましい。多孔体としては、前記同様の観点から、平均1次粒子径が50μm以下の1次粒子が凝集して得られた1次粒子凝集体である多孔体が好ましい。平均1次粒子径の下限は、製造適性等の観点から1μmが好ましい。   As the adsorbent, a porous material can be used like the silica gel used in the present embodiment. The porous body is preferably a porous body having pores with pore diameters of 10 nm or less from the viewpoint of further improving the reactivity of immobilization and desorption of a fluid such as water vapor by adsorption (preferably physical adsorption). The lower limit of the pore diameter is preferably 0.5 nm from the viewpoint of production suitability and the like. As the porous body, from the same viewpoint as described above, a porous body which is a primary particle aggregate obtained by aggregating primary particles having an average primary particle diameter of 50 μm or less is preferable. The lower limit of the average primary particle diameter is preferably 1 μm from the viewpoint of production suitability and the like.

吸着材の例としては、本実施形態で用いられているシリカゲルのほか、例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、粘土鉱物等が挙げられる。前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物(架橋粘土鉱物)であってもよい。粘土鉱物の例として、セピオライト、スメクタイト系粘土(サポナイト、モンホリロナイト、ヘクトライト、等)、4−珪素雲母、雲母、バーミキュライト等が挙げられ、中でもセピオライトが好ましい。   Examples of the adsorbent include activated carbon, mesoporous silica, zeolite, clay mineral and the like in addition to the silica gel used in the present embodiment. The clay mineral may be an uncrosslinked clay mineral or a crosslinked clay mineral (crosslinked clay mineral). Examples of clay minerals include sepiolite, smectite clay (saponite, montmorillonite, hectorite, etc.), 4-silicon mica, mica, vermiculite, etc. Among them, sepiolite is preferable.

前記シリカゲルとしては、BET法による比表面積が100m/g以上1500m/g以下(より好ましくは、300m/g以上1000m/g以下)であるシリカゲルが好ましい。
前記活性炭としては、BET法による比表面積が800m/g以上4000m/g以下(より好ましくは、1000m/g以上2000m/g以下)である活性炭が好ましい。
前記メソポーラスシリカとしては、BET法による比表面積が500m/g以上1500m/g以下(より好ましくは、700m/g以上1300m/g以下)であるメソポーラスシリカが好ましい。
前記ゼオライトとしては、BET法による比表面積が50m/g以上1000m/g以下(より好ましくは、100m/g以上1000m/g以下)であるゼオライトが好ましい。
As the silica gel, the specific surface area by BET method of 100 m 2 / g or more 1500 m 2 / g or less (more preferably, 300 meters 2 / g or more 1000 m 2 / g or less) of silica gel is preferably.
As the activated carbon, activated carbon having a specific surface area by a BET method of 800 m 2 / g or more and 4000 m 2 / g or less (more preferably 1000 m 2 / g or more and 2000 m 2 / g or less) is preferable.
As the mesoporous silica, mesoporous silica having a specific surface area by a BET method of 500 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less (more preferably 700 m 2 / g or more and 1300 m 2 / g or less) is preferable.
As the zeolite, a zeolite having a specific surface area by the BET method of 50 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less (more preferably 100 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less) is preferable.

本発明においては、流体の圧力や温度に合わせて、吸着材(好ましくは多孔体)の種類を適宜選定することができる。吸着による流体(本実施形態では水)の固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、シリカゲルを少なくとも含む態様が好ましい。また、吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、活性炭を少なくとも含む態様が好ましい。   In the present invention, the type of the adsorbent (preferably a porous body) can be appropriately selected according to the pressure and temperature of the fluid. From the viewpoint of further improving the reactivity of immobilization and desorption of the fluid (water in this embodiment) by adsorption, an embodiment including at least silica gel is preferable. Further, from the viewpoint of further improving the reactivity of immobilization and desorption of ammonia by adsorption, an embodiment including at least activated carbon is preferable.

吸着材(好ましくは物理吸着材)を用いた第1の流体の授受により吸発熱する構成の場合、吸着材の全量中に占める吸着材の含有比率は、流体の固定化及び脱離の反応性をより高く維持する観点から、80体積%以上が好ましく、90体積%以上がより好ましい。   In the case of a structure that absorbs and generates heat by transferring the first fluid using an adsorbent (preferably a physical adsorbent), the content ratio of the adsorbent in the total amount of the adsorbent is the reactivity of fluid immobilization and desorption. Is preferably 80% by volume or more, and more preferably 90% by volume or more from the viewpoint of maintaining higher.

吸着材を成形体にして利用する場合、吸着材と共にバインダーを含有してもよい。バインダーを含有することで、成形体の形状がより維持され易くなるので、吸着による熱媒の固定化及び脱離の反応性がより向上する。バインダーとしては、水溶性バインダーが好ましい。水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース等が挙げられる。
また、吸着材及びバインダーに加えて、必要に応じて、他の成分を含有していてもよい。他の成分の例として、カーボンファイバーや金属繊維等の熱伝導性無機材料等が挙げられる。
When the adsorbent is used as a molded body, a binder may be contained together with the adsorbent. By containing the binder, the shape of the molded body is more easily maintained, so that the heat medium fixation and desorption reactivity by adsorption is further improved. As the binder, a water-soluble binder is preferable. Examples of the water-soluble binder include polyvinyl alcohol and trimethyl cellulose.
Moreover, in addition to the adsorbent and the binder, other components may be contained as necessary. Examples of other components include thermally conductive inorganic materials such as carbon fibers and metal fibers.

吸着材及びバインダーを用いて成形する場合、バインダーの含有比率は、成形体の形状をより効果的に維持する観点から、5体積%以上が好ましく、10体積%以上がより好ましい。成形方法については、特に限定はなく、例えば、吸着材(及び必要に応じバインダー等の他の成分)を加圧成形、押し出し成形等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。成形時の圧力は、例えば20〜100MPaとすることができ、20〜40MPaが好ましい。   When molding using an adsorbent and a binder, the content ratio of the binder is preferably 5% by volume or more and more preferably 10% by volume or more from the viewpoint of more effectively maintaining the shape of the molded body. The molding method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which an adsorbent (and other components such as a binder as necessary) is molded by known molding means such as pressure molding and extrusion molding. The pressure at the time of shaping | molding can be 20-100 Mpa, for example, and 20-40 Mpa is preferable.

流体保持室24には、流通配管38の一端が接続されており、後述する蓄熱反応器30から水蒸気と共に熱が供給される。熱が供給されると、流体保持室22との間で熱交換され、流体保持室24では水蒸気は凝縮し水が生成される。このときの凝縮熱も、流体保持室22との間で熱交換される。これにより、流体保持室22では、吸着材が加熱され、吸着材に吸着されている水蒸気が脱離する。   One end of a circulation pipe 38 is connected to the fluid holding chamber 24, and heat is supplied together with water vapor from a heat storage reactor 30 described later. When heat is supplied, heat is exchanged with the fluid holding chamber 22, and the water vapor is condensed in the fluid holding chamber 24 to generate water. The heat of condensation at this time is also exchanged with the fluid holding chamber 22. Thereby, in the fluid holding chamber 22, the adsorbent is heated, and the water vapor adsorbed on the adsorbent is desorbed.

流体保持室24の、流体保持室22との間で熱交換が行なえる天面及び底面には、グルーブやウィック(溝)が設けられている。グルーブ構造やウィック構造を有する面は、凹状の溝が施されており、この溝部において液体(本実施形態では水)をその表面張力により保持し、液膜を形成することができる。これより、熱交換が行なわれる面に水を均一的に存在させて、熱交換する面内の気化分布を均一化することができる。   Grooves and wicks (grooves) are provided on the top and bottom surfaces of the fluid holding chamber 24 where heat exchange can be performed with the fluid holding chamber 22. The surface having the groove structure or the wick structure is provided with a concave groove, and the liquid (water in this embodiment) can be held by the surface tension in the groove portion to form a liquid film. Thus, water can be uniformly present on the surface where heat exchange is performed, and the vaporization distribution in the surface where heat exchange is performed can be made uniform.

グルーブ(groove)構造とは、溝や窪み状の凹みが形成された構造をさし、熱交換器の内壁に形成されたものである。また、ウィック構造とは、網細現象を持つメッシュ状等に形成された構造をさし、やはり内壁に形成されたものである。これらの溝部は、壁面に対してプレス、切削等をすることにより形成されたものである。   The groove structure refers to a structure in which grooves or depressions are formed, and is formed on the inner wall of the heat exchanger. The wick structure refers to a structure formed in a mesh shape or the like having a netting phenomenon, and is also formed on the inner wall. These groove portions are formed by pressing, cutting or the like on the wall surface.

本実施形態では、流体保持室24に溝構造を施すのみで吸着材を設けない構成としたが、流体保持室24の流体保持室22と向き合う天面や底面に多孔層を配設した構造にしてもよい。
多孔層としては、上記の多孔体を用いるほか、多孔構造を形成し得る材料を用いることによって、多孔構造が設けられていればよい。多孔構造を形成し得る材料としては、シリカゲル、ゼオライト、シリカ、活性炭、及び粘土鉱物などを使用することができる。多孔層として、吸着材を配してもよく、流体保持室22で使用可能な吸着材と同様のものを使用できる。シリカゲル、ゼオライト、シリカ、活性炭、及び粘土鉱物の詳細については既述の通りである。
In this embodiment, the fluid holding chamber 24 is only provided with a groove structure and no adsorbent is provided. However, the fluid holding chamber 24 has a structure in which a porous layer is provided on the top surface or the bottom surface of the fluid holding chamber 24 facing the fluid holding chamber 22. May be.
As the porous layer, in addition to using the above-mentioned porous body, it is sufficient that the porous structure is provided by using a material capable of forming a porous structure. As a material capable of forming a porous structure, silica gel, zeolite, silica, activated carbon, clay mineral, and the like can be used. An adsorbent may be disposed as the porous layer, and the same adsorbent that can be used in the fluid holding chamber 22 can be used. Details of silica gel, zeolite, silica, activated carbon, and clay mineral are as described above.

蓄熱反応器30は、蒸発器10から水蒸気(第1の流体)が供給され、水蒸気が水和反応により固定化されるときに反応熱を放出し、水蒸気が脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を有する蓄熱反応部である反応室32と、凝縮器40から水(第2の流体)が供給され、水を反応室30からの熱で気化する流体気化部である気化室34と、を備えている。   The thermal storage reactor 30 is supplied with water vapor (first fluid) from the evaporator 10, releases chemical heat when the water vapor is fixed by a hydration reaction, and stores chemical heat when the water vapor is desorbed. A reaction chamber 32 that is a heat storage reaction section having a material, and a vaporization chamber 34 that is a fluid vaporization section that is supplied with water (second fluid) from the condenser 40 and vaporizes water with heat from the reaction chamber 30. I have.

蓄熱反応器30には、複数の反応室32及び気化室34が設けられており、反応室32及び気化室34の各々は、図4に示すように、蓄熱反応器30の筐体内に交互に配置され、隣り合う室が互いに熱的に接続されている。つまり、反応室32で放熱又は吸熱が発生して温度変化が起きると、反応室32は気化室34との間で熱交換して、気化室34は加熱又は冷却されるようになっている。   The heat storage reactor 30 is provided with a plurality of reaction chambers 32 and vaporization chambers 34, and each of the reaction chambers 32 and the vaporization chambers 34 is alternately arranged in the housing of the heat storage reactor 30 as shown in FIG. 4. Arranged and adjacent chambers are thermally connected to each other. In other words, when a temperature change occurs due to heat dissipation or heat absorption in the reaction chamber 32, the reaction chamber 32 exchanges heat with the vaporization chamber 34, and the vaporization chamber 34 is heated or cooled.

反応室32には、流通配管14の他端が接続されており、蒸発器10から水蒸気が供給される。この反応室32には、図4に示すように、各室の天面及び底面に板状の蓄熱材36が配設されており、供給された水蒸気が蓄熱材と反応して保持されるようになっている。   The other end of the distribution pipe 14 is connected to the reaction chamber 32, and water vapor is supplied from the evaporator 10. As shown in FIG. 4, the reaction chamber 32 is provided with plate-like heat storage materials 36 on the top and bottom surfaces of each chamber so that the supplied water vapor reacts with the heat storage material and is held. It has become.

板状の蓄熱材36は、化学蓄熱材である酸化カルシウム(CaO)の粉末をプレスすることで、板状に成形されたものである。この蓄熱材36は、上記の吸着材26と同様に、図3に示されるように、CaO板状体(化学蓄熱材構造体)36Aと36Bとで構成されている。CaO板状体36A、36Bの反応室34と向き合う面S、すなわち各室の天面、底面と接する面は、伝熱面であり、この面を通じて互いに隣り合う室と熱交換することができる。   The plate-shaped heat storage material 36 is formed into a plate shape by pressing a powder of calcium oxide (CaO) that is a chemical heat storage material. Similar to the adsorbent 26, the heat storage material 36 is composed of CaO plate-like bodies (chemical heat storage material structures) 36A and 36B as shown in FIG. The surface S of the CaO plate-like bodies 36A and 36B facing the reaction chamber 34, that is, the surface in contact with the top surface and the bottom surface of each chamber is a heat transfer surface, and heat exchange can be performed with the adjacent chambers through this surface.

化学蓄熱材の1つである酸化カルシウムは、下記の反応を起こして反応熱を生じる。化学蓄熱材は、化学反応を利用して熱の吸収、放出を行なうことのできる物質である。例えばCaOによる熱の吸収、放出は、水和により放熱(発熱)し、脱水を伴なって蓄熱(吸熱)する構成となる。すなわち、CaOは、以下に示す反応により蓄熱、放熱を可逆的に繰り返することができる。
CaO + HO ⇔ Ca(OH) ・・・(a)
また、これに蓄熱量、発熱量Qを併せて示すと、以下のようになる。
CaO + HO → Ca(OH) + Q ・・・(b)
Ca(OH) + Q → CaO + HO ・・・(c)
Calcium oxide, which is one of chemical heat storage materials, causes the following reaction to generate reaction heat. A chemical heat storage material is a substance that can absorb and release heat using a chemical reaction. For example, absorption and release of heat by CaO has a configuration in which heat is released (heat generation) by hydration and heat is stored (heat absorption) with dehydration. That is, CaO can reversibly repeat heat storage and heat dissipation by the reactions shown below.
CaO + H 2 O Ca Ca (OH) 2 (a)
Moreover, it is as follows when the heat storage amount and the calorific value Q are shown together.
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + Q (b)
Ca (OH) 2 + Q → CaO + H 2 O (c)

例えば、気化室34で水蒸気が凝縮して凝縮熱が発生すると、蓄熱材36のCaO板状体36A、36Bの伝熱面Sで熱交換され、CaO板状体36A、36Bが加熱されると、上記式(c)の反応が進行して脱水し、加熱時に供された熱量分の水蒸気を凝縮器40に供給することができる。   For example, when water vapor is condensed in the vaporizing chamber 34 and condensation heat is generated, heat exchange is performed on the heat transfer surfaces S of the CaO plate-like bodies 36A and 36B of the heat storage material 36, and the CaO plate-like bodies 36A and 36B are heated. Then, the reaction of the above formula (c) proceeds and dehydrates, and steam corresponding to the amount of heat provided at the time of heating can be supplied to the condenser 40.

化学蓄熱材が用いられることにより、水蒸気の固定化及び脱離に要する熱量を小さく抑えることができ、低エネルギーでも水蒸気の着脱が容易に行なえる。
化学蓄熱材の例としては、本実施形態で用いられているCaOのほか、例えば、酸化マグネシウム(MgO)、酸化バリウム(BaO)などのアルカリ土類金属の無機酸化物や、酸化リチウムなどのアルカリ金属の無機酸化物、酸化アルミニウム(Al)、等の無機酸化物などが挙げられる。金属酸化物は、一種単独で用いるほか、二種以上を併用してもよい。
By using a chemical heat storage material, the amount of heat required for immobilization and desorption of water vapor can be kept small, and the water vapor can be attached and detached easily even with low energy.
Examples of the chemical heat storage material include, in addition to CaO used in this embodiment, inorganic oxides of alkaline earth metals such as magnesium oxide (MgO) and barium oxide (BaO), and alkalis such as lithium oxide. Examples thereof include inorganic oxides of metals, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the like. A metal oxide may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本実施形態では、第1の流体として水(水蒸気)を用いているが、水のほか、アンモニア等の蒸発潜熱の大きい物質を好適に用いることができる。第1の流体としてアンモニアを用いる場合には、化学蓄熱材として、上記と異なる金属塩化物が好適に用いられる。金属塩化物を用いると、蓄熱密度をより高めることができる。   In this embodiment, water (water vapor) is used as the first fluid, but a substance having a large latent heat of evaporation such as ammonia can be suitably used in addition to water. When ammonia is used as the first fluid, a metal chloride different from the above is preferably used as the chemical heat storage material. When metal chloride is used, the heat storage density can be further increased.

金属塩化物は、アンモニアの吸着時に発熱反応を生じる化合物が適用可能である。金属塩化物では、アンモニアが蓄熱材に固定化(吸着)されるときに放熱し、アンモニアが蓄熱材から脱離するときに蓄熱する。例えば塩化マグネシウム(MgCl)の場合、下記の可逆反応において、右方向に進む反応時に放熱し、左方向に進む反応時に蓄熱することができる。
MgCl・2NH + 4NH ⇔ MgCl・6NH+ Q[kJ]
As the metal chloride, a compound that generates an exothermic reaction upon adsorption of ammonia is applicable. Metal chloride releases heat when ammonia is immobilized (adsorbed) on the heat storage material, and stores heat when ammonia is desorbed from the heat storage material. For example, in the case of magnesium chloride (MgCl 2 ), in the following reversible reaction, heat can be dissipated when the reaction proceeds in the right direction, and heat can be stored during the reaction that proceeds in the left direction.
MgCl 2 · 2NH 3 + 4NH 3 ⇔ MgCl 2 · 6NH 3 + Q 1 [kJ]

金属塩化物としては、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物などが好適であり、塩化リチウム(LiCl)、塩化マグネシウム(MgCl)、塩化カルシウム(CaCl)、塩化ストロンチウム(SrCl)、塩化バリウム(BaCl)、塩化マンガン(MnCl)、塩化コバルト(CoCl)、及び塩化ニッケル(NiCl)が好適に挙げられる。金属塩化物は、一種単独で用いるほか、二種以上を併用してもよい。
金属塩化物の種類は、アンモニア圧や温度に合わせて適宜選定することができる。したがって、熱利用の対象に合わせ、アンモニア圧や温度を選定できる幅が広がる。
As the metal chloride, an alkali metal chloride, an alkaline earth metal chloride, a transition metal chloride, and the like are preferable, and lithium chloride (LiCl), magnesium chloride (MgCl 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ). ), Strontium chloride (SrCl 2 ), barium chloride (BaCl 2 ), manganese chloride (MnCl 2 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), and nickel chloride (NiCl 2 ). A metal chloride may be used alone or in combination of two or more.
The kind of metal chloride can be appropriately selected according to the ammonia pressure and temperature. Therefore, the range in which the ammonia pressure and temperature can be selected in accordance with the heat utilization target is expanded.

上記の中では、水を流体とする系では、水和反応に伴なって放熱し、脱水反応に伴なって吸熱する水和反応性蓄熱材が好ましく、特に酸化カルシウム(CaO)好ましい。
また、アンモニアを流体とする系では、氷点下での運転が可能である。この場合、アンモニアの吸着温度が低い場合は、BaCl、CaCl、SrClを選択することができ、アンモニアの吸着温度が比較的高い場合は、MgCl、MnCl、CoCl、NiClを選択することができる。
Among the above, in a system using water as a fluid, a hydration reactive heat storage material that dissipates heat with a hydration reaction and absorbs heat with a dehydration reaction is preferable, and calcium oxide (CaO) is particularly preferable.
In addition, in a system using ammonia as a fluid, operation under freezing is possible. In this case, when the ammonia adsorption temperature is low, BaCl 2 , CaCl 2 , and SrCl 2 can be selected. When the ammonia adsorption temperature is relatively high, MgCl 2 , MnCl 2 , CoCl 2 , and NiCl 2 can be selected. You can choose.

化学蓄熱材は、CaO等の例えば粒状物をプレス成形して得られた成形体として設けることができる。成形方法については、特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材及び必要に応じてバインダー等の他の成分を含む蓄熱材(又は蓄熱材を含むスラリー)を、加圧成形、押出成形等の公知の成形方法を適用することができる。成形時の圧力は、例えば20〜100MPaとすることができ、20〜40MPaが好ましい。   The chemical heat storage material can be provided as a molded body obtained by press molding, for example, a granular material such as CaO. The molding method is not particularly limited. For example, a heat storage material (or a slurry containing a heat storage material) containing a chemical heat storage material and other components such as a binder as necessary is formed by a known method such as pressure molding or extrusion molding. A molding method can be applied. The pressure at the time of shaping | molding can be 20-100 Mpa, for example, and 20-40 Mpa is preferable.

気化室34には、吸着器の流体保持室24と繋がる流通配管38の他端と、供給配管42の一端とが接続されている。気化室34では、室内に凝縮水が存在するときはこの凝縮水が反応室32との間で熱交換し、また後述の凝縮器40から水が供給されたときは供給された水が反応室32との間で熱交換することで、水蒸気が生成される。   The vaporization chamber 34 is connected to the other end of the circulation pipe 38 connected to the fluid holding chamber 24 of the adsorber and one end of the supply pipe 42. In the vaporizing chamber 34, when condensed water exists in the room, the condensed water exchanges heat with the reaction chamber 32, and when water is supplied from a condenser 40 described later, the supplied water is used for the reaction chamber. By exchanging heat with 32, water vapor is generated.

気化室34の、反応室32との間で熱交換が行なえる天面及び底面には、グルーブやウィック(溝)が設けられている。グルーブ構造やウィック構造を有する面は、凹状の溝が施されており、この溝部において液体(本実施形態では水)をその表面張力により保持し、液膜を形成することができる。これより、熱交換が行なわれる面に水を均一的に存在させて、熱交換する面内の気化分布を均一化することができる。
グルーブ(groove)構造及びウィック構造については、既述の通りである。
Grooves and wicks (grooves) are provided on the top and bottom surfaces of the vaporization chamber 34 where heat exchange can be performed with the reaction chamber 32. The surface having the groove structure or the wick structure is provided with a concave groove, and the liquid (water in this embodiment) can be held by the surface tension in the groove portion to form a liquid film. Thus, water can be uniformly present on the surface where heat exchange is performed, and the vaporization distribution in the surface where heat exchange is performed can be made uniform.
The groove structure and the wick structure are as described above.

本実施形態では、気化室34に溝構造を施すのみで吸着材を設けない構成としたが、気化室34の反応室32と向き合う天面や底面に多孔層を配設した構造にしてもよい。多孔層としては、上記の多孔体を用いるほか、多孔構造を形成し得る材料を用いることによって、多孔構造が設けられていればよい。多孔構造を形成し得る材料の詳細については、既述の通りである。   In the present embodiment, the vaporizing chamber 34 is merely provided with a groove structure and no adsorbent is provided. However, a structure in which a porous layer is provided on the top or bottom of the vaporizing chamber 34 facing the reaction chamber 32 may be used. . As the porous layer, in addition to using the above-mentioned porous body, it is sufficient that the porous structure is provided by using a material capable of forming a porous structure. Details of the material capable of forming the porous structure are as described above.

蓄熱反応器30には、外部から化学蓄熱材を加熱することができる加熱器を更に備えていることが好ましい。蒸発器から供給された水蒸気で水和反応が進行し難くなったときは、加熱器により加熱して例えば脱水反応(水の脱離)を進めることで化学蓄熱材を再生することができる。再生時に生じた水蒸気は、流通配管14を通じて蒸発器に戻し、再利用に供することができる。   It is preferable that the heat storage reactor 30 further includes a heater that can heat the chemical heat storage material from the outside. When the hydration reaction becomes difficult to proceed with the water vapor supplied from the evaporator, the chemical heat storage material can be regenerated by heating with a heater to advance, for example, a dehydration reaction (desorption of water). The water vapor generated during the regeneration can be returned to the evaporator through the distribution pipe 14 and reused.

凝縮器40は、吸着器20からの水蒸気の供給が可能に接続されており、吸着器20から供給された水蒸気を凝縮する。具体的には、凝縮器40には、流通調節弁であるバルブV3を有する流通配管28の一端と、流通調節弁であるバルブV1を有する流通配管29の一端と、がそれぞれ接続されている。凝縮器40は、流通配管28を介して吸着器20の流体保持室22と連通されると共に、流通配管29を介して吸着器20の流体保持室24と連通されており、流体保持室22、24からそれぞれ流通配管を通じて排出された水蒸気が凝縮器一箇所に回収されるようになっている。   The condenser 40 is connected so as to be able to supply water vapor from the adsorber 20, and condenses the water vapor supplied from the adsorber 20. Specifically, one end of a distribution pipe 28 having a valve V3 that is a flow control valve and one end of a flow pipe 29 having a valve V1 that is a flow control valve are connected to the condenser 40, respectively. The condenser 40 is communicated with the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20 via the circulation pipe 28 and is also communicated with the fluid holding chamber 24 of the adsorber 20 via the circulation pipe 29. The water vapor discharged from each through the distribution pipes 24 is collected in one condenser.

また、凝縮器40には、ポンプP1を有する流通配管42の一端が接続されており、凝縮器は、流通配管42によって蓄熱反応器30の気化室34と連通されている。凝縮器40で水蒸気が凝縮されて液化した水は、ポンプP1を駆動させることにより、流通配管42を通じて蓄熱反応器30の気化室34に送られ、気化室で水蒸気が生成される。ここで生成された水蒸気は、吸着器20を水蒸気加熱するために用いられる。   In addition, one end of a circulation pipe 42 having a pump P <b> 1 is connected to the condenser 40, and the condenser communicates with the vaporization chamber 34 of the heat storage reactor 30 by the circulation pipe 42. The water liquefied by condensing water vapor in the condenser 40 is sent to the vaporization chamber 34 of the heat storage reactor 30 through the distribution pipe 42 by driving the pump P1, and water vapor is generated in the vaporization chamber. The water vapor generated here is used to heat the adsorber 20 with water vapor.

更に、凝縮器40には、ポンプP2を有する流通配管44の一端が接続されており、流通配管44によって凝縮器40と蒸発器10とが連通されている。凝縮器40で凝縮された水は、ポンプP2を駆動させることで流通配管44を通じて蒸発器10にも供給される。蒸発器に供給された水は、水蒸気として蓄熱反応器の反応室32に送られ、送られた水蒸気は化学蓄熱材に吸着され、気化室の水の気化を促進する熱の生成に用いられる。   Furthermore, one end of a circulation pipe 44 having a pump P2 is connected to the condenser 40, and the condenser 40 and the evaporator 10 are communicated with each other by the circulation pipe 44. The water condensed in the condenser 40 is also supplied to the evaporator 10 through the distribution pipe 44 by driving the pump P2. The water supplied to the evaporator is sent to the reaction chamber 32 of the heat storage reactor as water vapor, and the supplied water vapor is adsorbed by the chemical heat storage material and used to generate heat that promotes vaporization of water in the vaporization chamber.

次に、本実施形態の吸着式ヒートポンプの動作例について、図5〜図6を参照して説明する。図5は、吸着器再生モードで熱利用する際の流通形態を示す図であり、図6は、吸着器吸着モードで熱利用する際の流通形態を示す図である。   Next, an operation example of the adsorption heat pump of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing a distribution form when using heat in the adsorber regeneration mode, and FIG. 6 is a diagram showing a distribution form when using heat in the adsorber adsorption mode.

蒸発器10では、凝縮器40から水が供給されて蒸発が進行し、水蒸気を生成する。このとき、例えば15℃程度の冷熱生成が可能であり、冷熱需要の例であるエアコン室外機などの冷熱機器60を例えば熱交換管61を介して熱的に接続することで、冷熱の有効利用が可能になる。
続いて、図5に示すように、蒸発器10で生成された水蒸気は、流通配管14を通じて蓄熱反応器30の反応室32に送られる。送られた水蒸気は、化学蓄熱材との間で水和反応して反応熱を生じる。このとき、例えば100℃超の温熱生成が可能である。この反応熱が気化室34との間で熱交換されることにより、気化室内の水が熱で気化し、例えば100℃の高温蒸気を生成する。この高温蒸気が、流通配管38を通じて吸着器20の流体保持室部24に送られると、蒸気熱が熱交換されて流体保持室22の吸着材26が熱せられると共に、蒸気は流体保持室24で凝縮して液状に相変化することで保持され、さらに凝縮熱を放出する。このとき、例えば約90℃程度の温熱生成が可能である。そのため、流体保持室22の吸着材26は、放出された凝縮熱の熱交換によっても加熱されることになる。これにより、流体保持室22の吸着材26に吸着されていた水は、例えば40℃の水蒸気として脱離する。脱離した水蒸気は、流通配管28を通じて凝縮器40に送られ、例えば40℃の温熱が生成される。
このとき、流体保持室24では、凝縮により生成された水が増え、流体保持室22では、吸着材26に吸着されている水蒸気は徐々に減少する。
In the evaporator 10, water is supplied from the condenser 40, evaporation proceeds, and water vapor is generated. At this time, for example, cold heat of about 15 ° C. can be generated, and by effectively connecting a cold heat device 60 such as an air conditioner outdoor unit, which is an example of cold heat demand, via a heat exchange pipe 61, for example, effective use of cold heat Is possible.
Subsequently, as shown in FIG. 5, the water vapor generated in the evaporator 10 is sent to the reaction chamber 32 of the heat storage reactor 30 through the circulation pipe 14. The sent water vapor hydrates with the chemical heat storage material to generate reaction heat. At this time, for example, heat generation exceeding 100 ° C. is possible. The reaction heat is exchanged with the vaporizing chamber 34, whereby the water in the vaporizing chamber is vaporized by heat, generating, for example, high-temperature steam at 100 ° C. When this high-temperature steam is sent to the fluid holding chamber portion 24 of the adsorber 20 through the distribution pipe 38, the heat of the steam is exchanged to heat the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22, and the steam is heated in the fluid holding chamber 24. It is retained by condensing and changing to a liquid phase, and further heat of condensation is released. At this time, for example, a heat generation of about 90 ° C. is possible. Therefore, the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22 is also heated by heat exchange of the released condensation heat. Thereby, the water adsorbed by the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22 is desorbed as, for example, water vapor at 40 ° C. The desorbed water vapor is sent to the condenser 40 through the distribution pipe 28, and, for example, warm heat of 40 ° C. is generated.
At this time, water generated by condensation increases in the fluid holding chamber 24, and water vapor adsorbed on the adsorbent 26 gradually decreases in the fluid holding chamber 22.

上記のようにして流体保持室22に吸着された水蒸気の量が減るに伴ない、吸着材26は水蒸気を吸着しやすい状態になる。そのため、凝縮器40から蒸発器10に供給された水は容易に気化し、生成した水蒸気は、図6に示すように吸着器20の流体保持室22に供給される。このとき、流通配管14,28,38はバルブにより閉じられている。
蒸発器からの水蒸気が、図6のように流通配管12を通じて流体保持室22に送られると、水蒸気は流体保持室22の吸着材に吸着されて保持されると共に、吸着熱を放出する。このとき、例えば40℃の温熱生成が可能である。放出された吸着熱は、流体保持室24との間で熱交換されることによって、流体保持室24を加熱し、凝縮により流体保持室24に溜まった水を気化し、水蒸気として脱離する。このとき脱離した水蒸気(第2の流体)は、流通配管29を通じて凝縮器40に送られる。
このとき、流体保持室22では、吸着材26における水蒸気の吸着量が増え、流体保持室24では、溜まった水が気化して徐々に減少する。
As described above, as the amount of water vapor adsorbed in the fluid holding chamber 22 decreases, the adsorbent 26 becomes in a state where it is likely to adsorb water vapor. Therefore, the water supplied from the condenser 40 to the evaporator 10 is easily vaporized, and the generated water vapor is supplied to the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20 as shown in FIG. At this time, the distribution pipes 14, 28, and 38 are closed by valves.
When the water vapor from the evaporator is sent to the fluid holding chamber 22 through the distribution pipe 12 as shown in FIG. 6, the water vapor is adsorbed and held by the adsorbent in the fluid holding chamber 22 and releases heat of adsorption. At this time, for example, heat generation at 40 ° C. is possible. The released heat of adsorption is exchanged with the fluid holding chamber 24 to heat the fluid holding chamber 24, vaporize the water accumulated in the fluid holding chamber 24 by condensation, and desorb it as water vapor. The water vapor (second fluid) desorbed at this time is sent to the condenser 40 through the circulation pipe 29.
At this time, in the fluid holding chamber 22, the amount of water vapor adsorbed on the adsorbent 26 increases, and in the fluid holding chamber 24, the accumulated water vaporizes and gradually decreases.

以上のように、図5に示す吸着器再生モードと図6に示す吸着器吸着モードを、蓄熱反応器30での蓄熱エネルギーがゼロになるまで繰り返すことによって、凝縮器において、継続的に利用された熱エネルギーを回収することができる。これにより、冷熱と温熱との連続生成が可能になる。   As described above, by repeating the adsorber regeneration mode shown in FIG. 5 and the adsorber adsorption mode shown in FIG. 6 until the heat storage energy in the heat storage reactor 30 becomes zero, it is continuously used in the condenser. Heat energy can be recovered. Thereby, the continuous production | generation of cold and warm heat is attained.

そして、蓄熱反応器の化学蓄熱材の水和反応が進行しなくなった場合、流通配管14のみをバルブにより開通し、図示しない外部熱源によって化学蓄熱材を加熱(例えば400℃)する。これにより、化学蓄熱材において脱水反応が進行し、水蒸気が生成される。生成された水蒸気は、流通配管14を通じて蒸発器に戻される。このとき、蒸発器を凝縮器として利用し、送られた水蒸気を凝縮して蓄える。このとき、凝縮熱として例えば40℃の温熱生成が可能である。   When the hydration reaction of the chemical heat storage material in the heat storage reactor stops progressing, only the circulation pipe 14 is opened by a valve, and the chemical heat storage material is heated (for example, 400 ° C.) by an external heat source (not shown). As a result, the dehydration reaction proceeds in the chemical heat storage material, and water vapor is generated. The generated water vapor is returned to the evaporator through the distribution pipe 14. At this time, the evaporator is used as a condenser, and the sent water vapor is condensed and stored. At this time, for example, 40 ° C. heat can be generated as the heat of condensation.

制御装置90は、吸着式ヒートポンプの全制御を担う制御手段であり、バルブV1〜V5、ポンプP1〜P2、及び外部熱源などと電気的に接続されており、バルブやポンプ、熱源、熱交換を制御して熱利用をコントロールできるように構成されている。   The control device 90 is a control means responsible for the overall control of the adsorption heat pump, and is electrically connected to the valves V1 to V5, the pumps P1 to P2, and an external heat source, and performs the valves, pumps, heat sources, and heat exchange. It is configured to control and use heat.

次に、本実施形態の吸着式ヒートポンプを制御する流通制御手段である制御装置90による制御ルーチンのうち、吸着器20の2つの流体保持室に交互に水蒸気を供給して増熱サイクルを継続し熱エネルギーを回収する増熱サイクル制御ルーチンを中心に図7を参照して説明する。   Next, in the control routine by the control device 90 which is a flow control means for controlling the adsorption heat pump of the present embodiment, steam is alternately supplied to the two fluid holding chambers of the adsorber 20 to continue the heat increase cycle. Description will be made with reference to FIG. 7 focusing on a heat increase cycle control routine for recovering thermal energy.

本実施形態の吸着式ヒートポンプの起動スイッチのオンにより制御装置90の電源がオンされると、システムが起動され、増熱サイクル制御ルーチンが実行される。なお、システムの起動は、自動で行なう以外に手動で行なうようにしてもよい。   When the power supply of the control device 90 is turned on by turning on the start-up switch of the adsorption heat pump according to the present embodiment, the system is started and a heat increase cycle control routine is executed. The system may be started manually instead of automatically.

本ルーチンが実行されると、まず流体保持室22の吸着材26における吸着質(水蒸気)の吸着量を判断するため、ステップ100において、吸着量を計測する。そして、次のステップ120において、吸着量が所定の閾値P未満であるか否かが判定される。   When this routine is executed, first, in order to determine the adsorption amount of the adsorbate (water vapor) in the adsorbent 26 of the fluid holding chamber 22, the adsorption amount is measured in step 100. Then, in the next step 120, it is determined whether or not the adsorption amount is less than a predetermined threshold value P.

ステップ120において、水蒸気の吸着量が閾値P未満であると判定されたときには、蒸発器10からの水蒸気を吸着材26が継続的に吸着できる状態にあるため、ステップ140に移行する(吸着器吸着モード)。ステップ140において、バルブV4を開き、吸着材26による水蒸気の吸着を開始する。このとき、水蒸気の吸着により吸着熱が発生し、熱交換が可能な流体保持室24が加熱される。また、流通配管28に取り付けられたバルブV3は、閉塞されている。流体保持室22からの吸着熱を熱交換して加熱された流体保持室24では、水が気化して水蒸気として脱離する。そのため、次のステップ160において、流通配管29に設けられているバルブV1を開き、流通配管29を通じて流体回収室50に水蒸気が送られる。このとき、流通配管29に取り付けられたバルブV2は、閉塞されている。   If it is determined in step 120 that the amount of water vapor adsorbed is less than the threshold value P, the adsorbent 26 is in a state where the adsorbent 26 can continuously adsorb the water vapor from the evaporator 10, and therefore the process proceeds to step 140 (adsorber adsorption). mode). In step 140, the valve V4 is opened and the adsorption of water vapor by the adsorbent 26 is started. At this time, adsorption heat is generated by adsorption of water vapor, and the fluid holding chamber 24 capable of heat exchange is heated. Further, the valve V3 attached to the distribution pipe 28 is closed. In the fluid holding chamber 24 heated by exchanging heat of adsorption from the fluid holding chamber 22, water is vaporized and desorbed as water vapor. Therefore, in the next step 160, the valve V <b> 1 provided in the distribution pipe 29 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50 through the distribution pipe 29. At this time, the valve V2 attached to the distribution pipe 29 is closed.

次のステップ180において、ステップ140へ移行後の経過時間が所定時間(タイマ)Qに満たない状況にあるか否かが判定され、未だ時間Qが経過していないと判定されたときは、吸着器の吸着材が水蒸気を吸着できる状態にあるため、ステップ140、160を継続する。一方、時間Qが経過したと判定されたときには、吸着器再生モードに切り替えるため、ステップ200に移行する。 In the next step 180, the elapsed time after the transition to step 140 whether the situation is less than the predetermined time (timer) Q 1 is determined, when it is determined that not yet time Q 1 is passed Since the adsorbent of the adsorber is in a state capable of adsorbing water vapor, steps 140 and 160 are continued. On the other hand, when it is determined that the time Q 1 is passed, in order to switch to the adsorber regeneration mode, the process proceeds to step 200.

ステップ200において、吸着材26の水蒸気を脱離させるため、バルブV2を開いて、蓄熱反応器30から加熱された水蒸気を供給する。加熱された水蒸気が、流通配管38を通じて吸着器20の流体保持室部24に送られると、水蒸気は流体保持室24で凝縮し、水に相変化することで保持されるとともに、凝縮熱を放出する。このとき、流体保持室24に供給された水蒸気の熱が流体保持室22との間で熱交換され、さらに放出された凝縮熱も流体保持室22との間で熱交換されることにより、流体保持室22の吸着材26は加熱される。このようにして、流体保持室22の吸着材26に吸着された水蒸気は、再び脱離する。そのため、次のステップ22
0において、流通配管28に取り付けられたバルブV3を開き、流通配管28を通じて凝縮器40に水蒸気が送られる。このとき、流通配管12に取り付けられたバルブV4は、閉塞されている。
In step 200, in order to desorb the water vapor from the adsorbent 26, the valve V2 is opened and heated water vapor is supplied from the heat storage reactor 30. When the heated water vapor is sent to the fluid holding chamber portion 24 of the adsorber 20 through the circulation pipe 38, the water vapor is condensed in the fluid holding chamber 24 and is held by phase change to water, and the condensation heat is released. To do. At this time, the heat of the water vapor supplied to the fluid holding chamber 24 is exchanged with the fluid holding chamber 22, and the condensed heat released is also exchanged with the fluid holding chamber 22. The adsorbent 26 in the holding chamber 22 is heated. In this way, the water vapor adsorbed on the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22 is desorbed again. Therefore, the next step 22
At 0, the valve V3 attached to the distribution pipe 28 is opened, and water vapor is sent to the condenser 40 through the distribution pipe 28. At this time, the valve V4 attached to the distribution pipe 12 is closed.

次のステップ240において、ステップ200へ移行後の経過時間が所定時間(タイマ)Qに満たない状況であるか否かが判定され、未だ時間Qが経過していないと判定されたときは、吸着器の吸着材に吸着した水をさらに脱離させて吸着材を再生するため、ステップ200、220を継続する。一方、時間Qが経過したと判定されたときには、次のステップ300に移行して、まずシステムの停止要求の有無を判定する。 In the next step 240, the elapsed time after the transition to step 200 it is determined whether a situation does not reach the predetermined time (timer) Q 2, when it is determined that not yet time Q 2 has elapsed Steps 200 and 220 are continued to further desorb the water adsorbed on the adsorbent of the adsorber and regenerate the adsorbent. On the other hand, when it is determined that the elapsed time Q 2 is, the process proceeds to the next step 300, first determines whether the system stop request.

また、ステップ120において、水蒸気の吸着量が閾値P以上に達していると判定されたときには、はじめにステップ200に移行する(吸着器再生モード)。その後、上記同様にステップ220、240を経た後、上記したようにステップ140に移行し、吸着器吸着モードに切り替えられる。   If it is determined in step 120 that the amount of water vapor adsorbed has reached or exceeded the threshold value P, the routine first proceeds to step 200 (adsorber regeneration mode). Thereafter, after passing through steps 220 and 240 in the same manner as described above, the process proceeds to step 140 as described above to switch to the adsorber adsorption mode.

ステップ300において、システム停止の要求がされていないと判定されたときには、増熱サイクルを継続するにあたり、蓄熱反応器の化学蓄熱材での反応熱を確保するため、ステップ320で「吸着器吸着モード+吸着器再生モード」を1サイクルとしてカウントされたサイクル数が、所定数Nに達しているか否かが判定される。一方、ステップ300において、システム停止の要求がされていると判定されたときには、システムを停止するため、本ルーチンを終了する。   In step 300, when it is determined that the system stop is not requested, in order to secure the reaction heat in the chemical heat storage material of the heat storage reactor in continuing the heat increase cycle, in step 320 "adsorber adsorption mode" It is determined whether or not the number of cycles counted with the “adsorber regeneration mode” as one cycle has reached a predetermined number N. On the other hand, when it is determined in step 300 that a system stop request has been made, this routine is terminated to stop the system.

次のステップ320において、サイクル数が所定数Nに達していないと判定されたときは、化学蓄熱材への水和反応が継続的に進行し得る状態(反応熱が得られる状態)にあるため、そのままステップ140に戻って、上記と同様のステップを繰り返す。一方、ステップ320でサイクル数が所定数Nに達したと判定されたときは、化学蓄熱材の水和反応が進行せず反応熱が得られない状態にあるため、ステップ340でバルブV5を開き、外部熱源により蓄熱反応器に熱を付与し、化学蓄熱材を再生する。このとき、化学蓄熱材の脱水反応が進行し、脱水生成した水蒸気は、流通配管14を通じて蒸発器10に戻され、凝縮される。また、サイクル数はリセットされる。   In the next step 320, when it is determined that the number of cycles has not reached the predetermined number N, the hydration reaction to the chemical heat storage material is in a state in which it can proceed continuously (a state in which reaction heat is obtained). Then, the process returns to step 140 and repeats the same steps as described above. On the other hand, when it is determined in step 320 that the number of cycles has reached the predetermined number N, the hydration reaction of the chemical heat storage material does not proceed and the reaction heat cannot be obtained, so the valve V5 is opened in step 340. Heat is applied to the heat storage reactor by an external heat source to regenerate the chemical heat storage material. At this time, the dehydration reaction of the chemical heat storage material proceeds, and the water vapor generated by dehydration is returned to the evaporator 10 through the circulation pipe 14 and condensed. Also, the cycle number is reset.

その後、再びステップ300において、システムの停止要求の有無が判定される。ステップ300でシステム停止の要求がされていないと判定されたときは、再びステップ320でサイクル数が判定され、上記と同様のステップが繰り返される。なお、ステップ300において、システム停止の要求がされていると判定されたときは、システムを停止するため、本ルーチンを終了する。   Thereafter, in step 300 again, it is determined whether or not there is a system stop request. When it is determined in step 300 that the system stop is not requested, the number of cycles is determined again in step 320, and the same steps as described above are repeated. When it is determined in step 300 that a system stop request has been made, this routine is terminated to stop the system.

第1実施形態では、化学蓄熱材にCaOを使用したが、他の化学蓄熱材を用いても同様の効果が奏される。また、第1の流体及び第2の流体として水蒸気を用いた例を説明したが、水蒸気に限らず、水蒸気以外のアンモニア等の蒸発潜熱の比較的大きい流体を用いた場合にも同様の効果が奏される。アンモニアを用いる場合は、化学蓄熱材として塩化マグネシウム(MgCl)等の金属塩化物が好適である。 In 1st Embodiment, although CaO was used for the chemical heat storage material, the same effect is show | played even if it uses another chemical heat storage material. Moreover, although the example which used water vapor | steam as a 1st fluid and a 2nd fluid was demonstrated, the same effect is obtained when not only water vapor but the fluid with comparatively large evaporation latent heats, such as ammonia other than water vapor | steam, is used. Played. When ammonia is used, a metal chloride such as magnesium chloride (MgCl 2 ) is suitable as the chemical heat storage material.

(第2実施形態)
本発明の吸着式ヒートポンプの第2実施形態について図8〜図9を参照して説明する。本実施形態は、上記の第1実施形態の吸着器20を2基配置し、2基の吸着器が蒸発器、蓄熱反応器、及び凝縮器を共用する吸着式ヒートポンプA、Bを交互に作動させるシステム構成となっている。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the adsorption heat pump of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the two adsorbers 20 of the first embodiment are arranged, and the two adsorbers operate alternately the adsorption heat pumps A and B sharing the evaporator, the heat storage reactor, and the condenser. System configuration.

なお、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の吸着式ヒートポンプ200は、図8に示すように、第1実施形態と同様に構成された吸着式ヒートポンプが、単一の蓄熱反応器30、蒸発器110、及び凝縮器140を共用することで作動するようになっている。蒸発器110、及び凝縮器140は、第1実施形態の蒸発器10、及び凝縮器40と同様に構成されたものを使用可能であるが、2基の吸着器から水蒸気が排出される凝縮器は、2基の吸着器に交互に水蒸気を供給する蒸発器よりも、少なくとも2倍の能力を備えて構成されていることが望ましい。   As shown in FIG. 8, the adsorption heat pump 200 of the present embodiment shares the single heat storage reactor 30, the evaporator 110, and the condenser 140 with the adsorption heat pump configured similarly to the first embodiment. To work. As the evaporator 110 and the condenser 140, those configured similarly to the evaporator 10 and the condenser 40 of the first embodiment can be used, but the condenser in which water vapor is discharged from the two adsorbers. Is preferably configured to have at least twice the capacity of an evaporator that alternately supplies water vapor to two adsorbers.

蒸発器110は、第1実施形態の蒸発器10と同様に構成されており、水を気化し、気化して生成された第1の流体である水蒸気を供給可能に吸着器20A、20Bとそれぞれ接続されている。具体的には、蒸発器110には、流通調節弁であるバルブV4を有する流通配管12の一端と、バルブV14を有する流通配管112の一端と、が接続されている。そして、蒸発器110は、流通配管12を介して吸着器20Aと連通され、流通配管112を介して吸着器20Bと連通されている。   The evaporator 110 is configured in the same manner as the evaporator 10 of the first embodiment, and is capable of supplying water vapor, which is a first fluid generated by vaporizing and vaporizing water, respectively, with the adsorbers 20A and 20B. It is connected. Specifically, one end of a distribution pipe 12 having a valve V4 that is a flow control valve and one end of a distribution pipe 112 having a valve V14 are connected to the evaporator 110. The evaporator 110 communicates with the adsorber 20 </ b> A through the distribution pipe 12, and communicates with the adsorber 20 </ b> B through the distribution pipe 112.

吸着器20Aは、第1実施形態の吸着器20と同様に構成されており、流体保持室22と、流体保持室24とを備えている。また、吸着器20Bも、基本的には第1実施形態の吸着器20と同様に構成されており、具体的には、蒸発器110から水蒸気(第1の流体)が供給され、水蒸気を吸着して保持し、吸着された水蒸気を脱離して放出する第1の流体保持部である流体保持室122と、蓄熱反応器30から水蒸気(第2の流体)が供給され、水蒸気を凝縮して保持し、凝縮された水蒸気を脱離して放出する第2の流体保持部である流体保持室124と、を備えている。   The adsorber 20 </ b> A is configured similarly to the adsorber 20 of the first embodiment, and includes a fluid holding chamber 22 and a fluid holding chamber 24. Further, the adsorber 20B is basically configured in the same manner as the adsorber 20 of the first embodiment. Specifically, water vapor (first fluid) is supplied from the evaporator 110 to adsorb water vapor. Then, steam (second fluid) is supplied from the fluid holding chamber 122, which is a first fluid holding unit that desorbs and releases the adsorbed water vapor, and the heat storage reactor 30, and the water vapor is condensed. A fluid holding chamber 124 which is a second fluid holding portion that holds and condenses and releases condensed water vapor.

吸着器20Aの詳細は、第1実施形態において、吸着器20について説明した通りである。
吸着器20Bには、複数の流体保持部122及び流体保持部124が設けられており、流体保持部122及び流体保持部124の各々は、図2に示すように、吸着器20Bの筐体内に交互に配置され、隣り合う室が互いに熱的に接続されている。つまり、流体保持部122で放熱又は吸熱が発生して温度変化が起きると、流体保持部122は流体保持部124との間で熱交換して、流体保持部124は加熱又は冷却されるようになっている。
The details of the adsorber 20A are as described for the adsorber 20 in the first embodiment.
The adsorber 20B is provided with a plurality of fluid holding units 122 and fluid holding units 124, and each of the fluid holding unit 122 and the fluid holding unit 124 is provided in the housing of the adsorber 20B as shown in FIG. Alternatingly arranged, adjacent chambers are thermally connected to each other. That is, when heat is released or absorbed by the fluid holding unit 122 and the temperature changes, the fluid holding unit 122 exchanges heat with the fluid holding unit 124 so that the fluid holding unit 124 is heated or cooled. It has become.

流体保持室122には、流通配管112の他端が接続されており、蒸発器110から水蒸気が供給される。この流体保持室122には、図2に示すように、各室の天面及び底面に板状の吸着材26が配設されており、供給された水蒸気を吸着して保持できるようになっている。   The fluid holding chamber 122 is connected to the other end of the circulation pipe 112, and water vapor is supplied from the evaporator 110. As shown in FIG. 2, in the fluid holding chamber 122, plate-like adsorbents 26 are disposed on the top and bottom surfaces of each chamber so that the supplied water vapor can be adsorbed and held. Yes.

流体保持室124には、流通配管138の一端が接続されており、加熱器である蓄熱反応器30から水蒸気と共に熱が供給される。流体保持室124は、流通調節弁であるバルブV12を有する流通配管138によって蓄熱反応器30と接続されている。蒸発器30から熱が供給されると、流体保持室122との間で熱交換して、流体保持室124では水蒸気は凝縮し、水が生成される。このとき、流体保持室122では、吸着材に吸着されている水蒸気が脱離する。   One end of a circulation pipe 138 is connected to the fluid holding chamber 124, and heat is supplied together with water vapor from the heat storage reactor 30 that is a heater. The fluid holding chamber 124 is connected to the heat storage reactor 30 by a flow pipe 138 having a valve V12 that is a flow control valve. When heat is supplied from the evaporator 30, heat exchange is performed with the fluid holding chamber 122, and water vapor is condensed in the fluid holding chamber 124 to generate water. At this time, the water vapor adsorbed by the adsorbent is desorbed in the fluid holding chamber 122.

凝縮器140は、吸着器20A、20Bの両方からの水蒸気の供給が可能なように、吸着器20A、20Bとそれぞれ接続されており、吸着器20A、20Bから供給された水蒸気を凝縮する。
ここで、凝縮器140と吸着器20Bとの接続関係は、次の通りである。すなわち、吸着器20Bには、流通調節弁であるバルブV13を有する流通配管128の一端と、流通調節弁であるバルブV11を有する流通配管129の一端と、がそれぞれ接続されており、凝縮器140は、流通配管128を介して吸着器20Bの流体保持室122と連通され、流通配管129を介して吸着器20Bの流体保持室124と連通されている。
なお、凝縮器140と吸着器20Aとの接続関係は、第1実施形態で説明した通りである。
The condenser 140 is connected to the adsorbers 20A and 20B so that the water vapor can be supplied from both of the adsorbers 20A and 20B, respectively, and condenses the water vapor supplied from the adsorbers 20A and 20B.
Here, the connection relationship between the condenser 140 and the adsorber 20B is as follows. That is, one end of a distribution pipe 128 having a valve V13 that is a flow control valve and one end of a flow pipe 129 having a valve V11 that is a flow control valve are connected to the adsorber 20B. Is communicated with the fluid holding chamber 122 of the adsorber 20B via the circulation pipe 128 and is communicated with the fluid holding chamber 124 of the adsorber 20B via the circulation pipe 129.
The connection relationship between the condenser 140 and the adsorber 20A is as described in the first embodiment.

また、吸着式ヒートポンプAでは、流通配管28及び流通配管29の他端は、それぞれ凝縮器140に接続されており、凝縮器において、吸着式ヒートポンプA側の流体保持室22、24からそれぞれ流通配管を通じて排出された水蒸気が回収される。また、吸着式ヒートポンプBでは、流通配管128及び流通配管129の他端が、それぞれ凝縮器140に接続されており、凝縮器において、吸着式ヒートポンプB側の流体保持室122、124からそれぞれ流通配管を通じて排出された水蒸気が回収されるようになっている。
このように、凝縮器で全ての水蒸気が回収されて凝集される。これにより、凝縮器において、システム全体の熱エネルギーを回収されるようになっている。
Further, in the adsorption heat pump A, the other ends of the distribution pipe 28 and the distribution pipe 29 are connected to the condenser 140, respectively. In the condenser, the distribution pipes are respectively connected from the fluid holding chambers 22 and 24 on the adsorption heat pump A side. The water vapor discharged through is recovered. Further, in the adsorption heat pump B, the other ends of the distribution pipe 128 and the distribution pipe 129 are connected to the condenser 140, respectively. In the condenser, the distribution pipes are respectively connected from the fluid holding chambers 122 and 124 on the adsorption heat pump B side. The water vapor discharged through is recovered.
In this way, all the water vapor is collected and condensed in the condenser. Thereby, in the condenser, the thermal energy of the entire system is recovered.

次に、本実施形態の吸着式ヒートポンプの動作例について説明する。
吸着式ヒートポンプA、Bの動作については、いずれも第1実施形態において「吸着式ヒートポンプの動作例」として説明した通りである。本実施形態では、2基の吸着式ヒートポンプを備えていることで、一方の吸着式ヒートポンプ(例えば吸着式ヒートポンプA)の吸着材で水蒸気の吸着を行なうときには、他方の吸着式ヒートポンプ(例えば吸着式ヒートポンプB)の吸着材で水蒸気の脱離を行ない、逆に前記一方の吸着式ヒートポンプ(吸着式ヒートポンプA)の吸着材で水蒸気を脱離するときには、前記他方の吸着式ヒートポンプ(吸着式ヒートポンプB)の吸着材では水蒸気を吸着するといった動作が可能である。
Next, an operation example of the adsorption heat pump of this embodiment will be described.
The operations of the adsorption heat pumps A and B are as described in the “example of operation of the adsorption heat pump” in the first embodiment. In the present embodiment, since two adsorption heat pumps are provided, when adsorption of water vapor is performed with an adsorbent of one adsorption heat pump (for example, adsorption heat pump A), the other adsorption heat pump (for example, adsorption type) When desorbing water vapor with the adsorbent of the heat pump B) and conversely desorbing water vapor with the adsorbent of the one adsorption heat pump (adsorption heat pump A), the other adsorption heat pump (adsorption heat pump B) ) Can adsorb water vapor.

制御装置190は、吸着式ヒートポンプA、Bの全制御を担う制御手段であり、バルブV1〜V4、V11〜V14、ポンプP1〜P2、及び外部熱源などと電気的に接続されており、バルブやポンプ、熱源、熱交換を制御して熱利用をコントロールできるように構成されている。   The control device 190 is a control means responsible for the overall control of the adsorption heat pumps A and B, and is electrically connected to the valves V1 to V4, V11 to V14, the pumps P1 to P2, an external heat source, and the like. It is configured to control heat utilization by controlling the pump, heat source, and heat exchange.

次に、本実施形態の吸着式ヒートポンプを制御する流通制御手段である制御装置190による制御ルーチンのうち、吸着器20A、20Bに交互に水蒸気の吸着・脱離を行なわせることで第1実施形態と同様の増熱サイクルを継続し、熱エネルギーを回収する増熱サイクル制御ルーチンを中心に図9を参照して説明する。   Next, in the control routine by the control device 190 which is a flow control means for controlling the adsorption heat pump of the present embodiment, the first embodiment is achieved by causing the adsorbers 20A and 20B to alternately adsorb and desorb water vapor. A heat increase cycle control routine for continuing the same heat increase cycle and recovering heat energy will be described with reference to FIG.

本実施形態の吸着式ヒートポンプの起動スイッチのオンにより制御装置190の電源がオンされると、システムが起動され、増熱サイクル制御ルーチンが実行される。なお、システムの起動は、自動で行なう以外に手動で行なうようにしてもよい。   When the power source of the control device 190 is turned on by turning on the start-up switch of the adsorption heat pump of the present embodiment, the system is started and a heat increase cycle control routine is executed. The system may be started manually instead of automatically.

本ルーチンが実行されると、まず吸着器20A、20Bのいずれで水蒸気を吸着し、脱離させるかを判断するため、ステップ400において、吸着器20Aの流体保持室22と、吸着器20Bの流体保持室122と、における水蒸気の吸着量を計測する。   When this routine is executed, first, in step 400, the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20A and the fluid of the adsorber 20B are determined in order to determine which of the adsorbers 20A and 20B adsorbs and desorbs water vapor. The adsorption amount of water vapor in the holding chamber 122 is measured.

続いて、ステップ420において、計測された吸着量から吸着量の大小をみて、吸着器20Aの流体保持室22の吸着量が、吸着器20Bの流体保持室122の吸着量より小さいと判定されたときには、流体保持室22において流体保持室122よりも多くの水蒸気を更に吸着できるため、吸着器20Aで水蒸気を吸着し、吸着器20Bで水蒸気を脱離させるステップ500に移行する。
逆に、ステップ420において、吸着器20Bの流体保持室122の吸着量が、吸着器20Aの流体保持室22の吸着量よりも小さいと判定されたときには、流体保持室122において流体保持室22よりも多くの水蒸気を更に吸着できるため、吸着器20Bで水蒸気を吸着し、吸着器20Aで水蒸気を脱離させるステップ600に移行する。
Subsequently, in step 420, the amount of adsorption is determined from the measured amount of adsorption, and it is determined that the amount of adsorption in the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20A is smaller than the amount of adsorption in the fluid holding chamber 122 of the adsorber 20B. In some cases, more water vapor can be further adsorbed in the fluid holding chamber 22 than in the fluid holding chamber 122, and therefore the process proceeds to step 500 in which the water vapor is adsorbed by the adsorber 20A and desorbed by the adsorber 20B.
Conversely, when it is determined in step 420 that the adsorption amount of the fluid holding chamber 122 of the adsorber 20B is smaller than the adsorption amount of the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20A, the fluid holding chamber 122 is more than the fluid holding chamber 22. Since more water vapor can be further adsorbed, the process proceeds to step 600 where water vapor is adsorbed by the adsorber 20B and water vapor is desorbed by the adsorber 20A.

ステップ500において、流体保持室22、122が区別され、流体保持室22では、次のステップ510において、バルブV4を開き、吸着材26による水蒸気の吸着を開始する。このとき、水蒸気の吸着により吸着熱が発生し、熱交換が可能な流体保持室24が加熱される。また、流通配管28に取り付けられたバルブV3は、閉塞されている。流体保持室22からの吸着熱を熱交換して加熱された流体保持室24では、水が気化して水蒸気として脱離する。そのため、次のステップ530において、流通配管29に設けられているバルブV1を開き、流通配管29を通じて流体回収室50Aに水蒸気が送られる。このとき、流通配管38に取り付けられたバルブV2は、閉塞されている。   In step 500, the fluid holding chambers 22 and 122 are distinguished. In the fluid holding chamber 22, in the next step 510, the valve V <b> 4 is opened and the adsorption of the water vapor by the adsorbent 26 is started. At this time, adsorption heat is generated by adsorption of water vapor, and the fluid holding chamber 24 capable of heat exchange is heated. Further, the valve V3 attached to the distribution pipe 28 is closed. In the fluid holding chamber 24 heated by exchanging heat of adsorption from the fluid holding chamber 22, water is vaporized and desorbed as water vapor. Therefore, in the next step 530, the valve V1 provided in the distribution pipe 29 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50A through the distribution pipe 29. At this time, the valve V2 attached to the distribution pipe 38 is closed.

また、流体保持室122では、次のステップ520において、吸着材26の水蒸気を脱離させるため、バルブV12を開いて、蓄熱反応器30から加熱された水蒸気を供給する。加熱された水蒸気が、流通配管138を通じて吸着器20Bの流体保持室部124に送られると、水蒸気は流体保持部124で凝縮し、水に相変化することで保持されるとともに、凝縮熱を放出する。このとき、流体保持室124に供給された水蒸気の熱が流体保持室122との間で熱交換され、さらに放出された凝縮熱も流体保持室122との間で熱交換されることにより、流体保持室122の吸着材26は加熱される。このようにして、流体保持室122の吸着材26に吸着された水蒸気は、再び脱離する。そのため、次のステップ540において、流通配管128に取り付けられたバルブV13を開き、流通配管128を通じて流体回収室50Bに水蒸気が送られる。このとき、流通配管112に取り付けられたバルブV14は、閉塞されている。   In the fluid holding chamber 122, in the next step 520, in order to desorb the water vapor from the adsorbent 26, the valve V 12 is opened and the heated water vapor is supplied from the heat storage reactor 30. When the heated water vapor is sent to the fluid holding chamber portion 124 of the adsorber 20B through the distribution pipe 138, the water vapor is condensed in the fluid holding portion 124 and is held by phase change to water, and the condensation heat is released. To do. At this time, the heat of the water vapor supplied to the fluid holding chamber 124 is exchanged with the fluid holding chamber 122, and the condensed heat released is also exchanged with the fluid holding chamber 122. The adsorbent 26 in the holding chamber 122 is heated. In this way, the water vapor adsorbed on the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 122 is desorbed again. Therefore, in the next step 540, the valve V13 attached to the distribution pipe 128 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50B through the distribution pipe 128. At this time, the valve V14 attached to the distribution pipe 112 is closed.

次に、ステップ600において、流体保持室22、122が区別され、流体保持室122では、次のステップ620において、バルブV14を開き、吸着材26による水蒸気の吸着を開始する。このとき、水蒸気の吸着により吸着熱が発生し、熱交換が可能な流体保持室124が加熱される。また、流通配管128に取り付けられたバルブV13は、閉塞されている。流体保持室122からの吸着熱を熱交換して加熱された流体保持室124では、水が気化して水蒸気として脱離する。そのため、次のステップ640において、流通配管129に設けられているバルブV11を開き、流通配管129を通じて流体回収室50Bに水蒸気が送られる。このとき、流通配管138に取り付けられたバルブV12は、閉塞されている。   Next, in step 600, the fluid holding chambers 22 and 122 are distinguished. In the fluid holding chamber 122, in the next step 620, the valve V <b> 14 is opened and the adsorption of water vapor by the adsorbent 26 is started. At this time, adsorption heat is generated by the adsorption of water vapor, and the fluid holding chamber 124 capable of heat exchange is heated. Further, the valve V13 attached to the distribution pipe 128 is closed. In the fluid holding chamber 124 heated by exchanging heat of adsorption from the fluid holding chamber 122, water is vaporized and desorbed as water vapor. Therefore, in the next step 640, the valve V11 provided in the distribution pipe 129 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50B through the distribution pipe 129. At this time, the valve V12 attached to the distribution pipe 138 is closed.

また、流体保持室22では、次のステップ610において、吸着材26の水蒸気を脱離させるため、バルブV2を開いて、蓄熱反応器30から加熱された水蒸気を供給する。加熱された水蒸気が、流通配管38を通じて吸着器20Aの流体保持室部24に送られると、水蒸気は流体保持室24で凝縮し、水に相変化することで保持されるとともに、凝縮熱を放出する。このとき、流体保持室24に供給された水蒸気の熱が流体保持室22との間で熱交換され、さらに放出された凝縮熱も流体保持室22との間で熱交換されることにより、流体保持室22の吸着材26は加熱される。このようにして、流体保持室22の吸着材26に吸着された水蒸気は、再び脱離する。そのため、次のステップ630において、流通配管28に取り付けられたバルブV3を開き、流通配管28を通じて流体回収室50Aに水蒸気が送られる。このとき、流通配管12に取り付けられたバルブV4は、閉塞されている。   In the fluid holding chamber 22, in the next step 610, in order to desorb the water vapor from the adsorbent 26, the valve V <b> 2 is opened and heated water vapor is supplied from the heat storage reactor 30. When the heated water vapor is sent to the fluid holding chamber portion 24 of the adsorber 20A through the circulation pipe 38, the water vapor is condensed in the fluid holding chamber 24 and is held by phase change to water and releases heat of condensation. To do. At this time, the heat of the water vapor supplied to the fluid holding chamber 24 is exchanged with the fluid holding chamber 22, and the condensed heat released is also exchanged with the fluid holding chamber 22. The adsorbent 26 in the holding chamber 22 is heated. In this way, the water vapor adsorbed on the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22 is desorbed again. Therefore, in the next step 630, the valve V3 attached to the distribution pipe 28 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50A through the distribution pipe 28. At this time, the valve V4 attached to the distribution pipe 12 is closed.

続いて、ステップ700において、システムの停止要求の有無が判定される。ステップ700において、システム停止の要求がされていないと判定されたときには、増熱サイクルを継続するにあたり、蓄熱反応器の化学蓄熱材の反応熱を確保するため、ステップ720において、吸着式ヒートポンプA,Bの「吸着器吸着モード+吸着器再生モード」をそれぞれ1サイクルとしてカウントされた2つのヒートポンプの合計サイクル数が、所定数Nに達しているか否かが判定される。一方、ステップ700において、システム停止の要求がされていると判定されたときには、システムを停止するため、本ルーチンを終了する。   Subsequently, in step 700, it is determined whether there is a system stop request. In step 700, when it is determined that the system stop is not requested, in order to secure the reaction heat of the chemical heat storage material of the heat storage reactor in continuing the heat increase cycle, in step 720, the adsorption heat pump A, It is determined whether or not the total number of cycles of the two heat pumps counted by assuming “adsorber adsorption mode + adsorber regeneration mode” of B as one cycle has reached a predetermined number N. On the other hand, if it is determined in step 700 that a system stop request has been made, this routine is terminated to stop the system.

次のステップ720において、2つのヒートポンプの合計サイクル数が所定数Nに達していないと判定されたときは、化学蓄熱材への水和反応が継続的に進行し得る状態(反応熱が得られる状態)にあるため、そのままステップ400に戻って、上記と同様のステップを繰り返す。一方、ステップ720で合計サイクル数が所定数Nに達したと判定されたときは、化学蓄熱材の水和反応が進行せず反応熱が得られない状態にあるため、ステップ740でバルブV5を開き、外部熱源により蓄熱反応器30に熱を付与し、化学蓄熱材を再生する。このとき、化学蓄熱材の脱水反応が進行し、脱水生成した水蒸気は、流通配管14を通じて蒸発器110に戻され、凝縮される。また、サイクル数はリセットされる。   In the next step 720, when it is determined that the total number of cycles of the two heat pumps has not reached the predetermined number N, a state in which the hydration reaction to the chemical heat storage material can proceed continuously (reaction heat is obtained). Therefore, the process returns to step 400 and repeats the same steps as described above. On the other hand, when it is determined in step 720 that the total number of cycles has reached the predetermined number N, the hydration reaction of the chemical heat storage material does not proceed and the reaction heat cannot be obtained. Open, heat is applied to the heat storage reactor 30 by an external heat source, and the chemical heat storage material is regenerated. At this time, the dehydration reaction of the chemical heat storage material proceeds, and the dehydrated water vapor is returned to the evaporator 110 through the circulation pipe 14 and condensed. Also, the cycle number is reset.

その後、再びステップ700において、システムの停止要求の有無が判定される。ステップ700でシステム停止の要求がされていないと判定されたときは、再びステップ720でサイクル数が判定され、上記と同様のステップが繰り返される。なお、ステップ700において、システム停止の要求がされていると判定されたときは、システムを停止するため、そのまま本ルーチンを終了する。   Thereafter, in step 700 again, it is determined whether there is a system stop request. If it is determined in step 700 that the system stop is not requested, the number of cycles is determined again in step 720, and the same steps as described above are repeated. When it is determined in step 700 that a system stop request has been made, this routine is terminated as it is to stop the system.

第2実施形態では、第1の流体及び第2の流体として水を用いた例を説明したが、水に限らず、水以外のアンモニア等の蒸発潜熱の比較的大きい流体を用いた場合にも同様の効果が奏される。   In the second embodiment, the example in which water is used as the first fluid and the second fluid has been described. However, not only water but also a fluid having a relatively large latent heat of evaporation such as ammonia other than water is used. Similar effects are produced.

また、上記した実施形態では、吸着材としてシリカゲルを用いた場合を示して説明したが、シリカゲルに限らず、既述のシリカゲル以外の吸着材を用いることで同様の効果を奏することができる。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated and demonstrated the case where a silica gel was used as an adsorbent, the same effect can be show | played not only using a silica gel but using adsorbents other than the silica gel described above.

10,110・・・蒸発器
20,20A,20B・・・吸着器
30・・・蓄熱反応器
40,140・・・凝縮器
90,190・・・制御装置(流通制御手段)
22,122・・・流通保持室(第1の流通保持部)
24,124・・・流通保持室(第2の流通保持部)
32,132・・・反応室(蓄熱反応部)
34,134・・・気化室(流体気化部)
V1〜V5,V11〜V14・・・バルブ(流通調節弁)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110 ... Evaporator 20,20A, 20B ... Adsorber 30 ... Heat storage reactor 40,140 ... Condenser 90,190 ... Control apparatus (distribution control means)
22, 122 ... distribution holding chamber (first distribution holding unit)
24, 124 ... distribution holding chamber (second distribution holding section)
32,132 ... Reaction chamber (heat storage reaction part)
34, 134 ... vaporization chamber (fluid vaporization section)
V1 to V5, V11 to V14 ... Valve (flow control valve)

Claims (15)

第1の流体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から第1の流体が供給され、第1の流体を保持し保持された流体を脱離する第1の流体保持部、及び第2の流体が供給され、第2の流体を保持し保持された流体を脱離する第2の流体保持部を熱的に接続された状態で備え、前記第1の流体保持部及び前記第2の流体保持部の少なくとも一方が、供給された流体を保持するときに反応熱を放出する吸着材を有する吸着器と、
前記蒸発器から第1の流体が供給され、第1の流体が固定化されるときに第1の流体の蒸発潜熱以上の反応熱を放出し、第1の流体が脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を有する蓄熱反応部、及び第2の流体が供給され、第2の流体を気化する流体気化部を熱的に接続された状態で備え、気化した第2の流体を前記吸着器に供給することで少なくとも前記吸着材を加熱する蓄熱反応器と、
前記吸着器の前記第1の流体保持部及び前記第2の流体保持部と流体の流通が可能なように連通され、前記第1の流体保持部及び前記第2の流体保持部から排出された第1の流体及び第2の流体を凝縮し、凝縮された少なくとも第1の流体を前記蒸発器に供給し、凝縮された少なくとも第2の流体を前記蓄熱反応器に供給する凝縮器と、
を備えた吸着式ヒートポンプ。
An evaporator for evaporating the first fluid;
A first fluid is supplied from the evaporator, a first fluid holding unit that holds the first fluid and desorbs the held fluid, and a second fluid is supplied to hold the second fluid. A second fluid holding unit that thermally decouples the held fluid, and at least one of the first fluid holding unit and the second fluid holding unit supplies the supplied fluid; An adsorber having an adsorbent that releases reaction heat when it is held;
When the first fluid is supplied from the evaporator and the first fluid is fixed, the reaction heat equal to or higher than the latent heat of evaporation of the first fluid is released, and the heat is stored when the first fluid is desorbed. A heat storage reaction part having a chemical heat storage material and a fluid vaporization part that vaporizes the second fluid are supplied in a thermally connected state, and the vaporized second fluid is supplied to the adsorber. A heat storage reactor that heats at least the adsorbent by supplying; and
The adsorber is communicated with the first fluid holding unit and the second fluid holding unit so as to allow fluid to flow, and is discharged from the first fluid holding unit and the second fluid holding unit. A condenser that condenses the first fluid and the second fluid, supplies the condensed at least first fluid to the evaporator, and supplies the condensed at least second fluid to the thermal storage reactor;
Adsorption heat pump with
前記吸着器は、第1の流体保持部及び第2の流体保持部の一方が前記吸着材を有し、他方が多孔層及び溝部の少なくとも一方を有し、前記一方の流体保持部に第1の流体又は第2の流体が供給されたときには、吸着材より放出された反応熱で前記他方の流体保持部に保持された第2の流体又は第1の流体が脱離する請求項1に記載の吸着式ヒートポンプ。   In the adsorber, one of the first fluid holding part and the second fluid holding part has the adsorbent, the other has at least one of a porous layer and a groove part, and the first fluid holding part has a first The second fluid or the first fluid held in the other fluid holding part is desorbed by the reaction heat released from the adsorbent when the second fluid or the second fluid is supplied. Adsorption heat pump. 前記吸着器は、第1の流体保持部及び第2の流体保持部が吸着材を有し、前記蒸発器から前記第1の流体保持部に第1の流体が供給されたときには、吸着材より放出された反応熱で前記第2の流体保持部に保持された第2の流体が脱離し、前記蓄熱反応器から前記第2の流体保持部に第2の流体が供給されたときには、吸着材より放出された反応熱で前記第1の流体保持部に保持された第1の流体が脱離する請求項1に記載の吸着式ヒートポンプ。   In the adsorber, the first fluid holding unit and the second fluid holding unit have an adsorbent, and when the first fluid is supplied from the evaporator to the first fluid holding unit, the adsorber When the second fluid held in the second fluid holding part is desorbed by the released reaction heat and the second fluid is supplied from the heat storage reactor to the second fluid holding part, the adsorbent The adsorption heat pump according to claim 1, wherein the first fluid held in the first fluid holding part is desorbed by the reaction heat released from the reaction. 更に、前記蓄熱反応器の前記化学蓄熱材を加熱する熱源を備えた請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   The adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 3, further comprising a heat source for heating the chemical heat storage material of the heat storage reactor. 前記吸着器は、少なくとも第1の流体保持部が吸着材を有し、更に、
前記蒸発器と前記第1の流体保持部との間の第1の流体の流通量を調節する第1の流量調節弁と、
前記蒸発器と前記蓄熱反応部との間の第1の流体の流通量を調節する第2の流量調節弁と、
前記蓄熱反応器と前記第2の流体保持部との間の第2の流体の流通量を調節する第3の流量調節弁と、
前記第2の流体保持部に保持された第2の流体を脱離させるときには、前記第1の流体が前記吸着材に吸着されるように前記第1の流通調節弁の開度を大きくすると共に前記第2の流通調節弁及び前記第3の流通調節弁の開度を小さくし、前記第1の流体保持部に吸着された前記第1の流体を脱離させるときには、前記第2の流通調節弁及び前記第3の流通調節弁の開度を大きくすると共に前記第1の流通調節弁の開度を小さくすることにより、前記第1の流体及び前記第2の流体の流通を切替える流通制御手段と、
を備えた請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。
In the adsorber, at least the first fluid holding part has an adsorbent, and
A first flow rate adjustment valve for adjusting a flow rate of a first fluid between the evaporator and the first fluid holding unit;
A second flow rate adjustment valve for adjusting a flow rate of the first fluid between the evaporator and the heat storage reaction unit;
A third flow rate adjustment valve for adjusting a flow rate of the second fluid between the heat storage reactor and the second fluid holding unit;
When detaching the second fluid held in the second fluid holding portion, the opening degree of the first flow control valve is increased so that the first fluid is adsorbed by the adsorbent. When the opening of the second flow control valve and the third flow control valve is reduced and the first fluid adsorbed on the first fluid holding part is desorbed, the second flow control valve is used. Flow control means for switching the flow of the first fluid and the second fluid by increasing the opening of the valve and the third flow control valve and decreasing the opening of the first flow control valve When,
The adsorption heat pump according to claim 1, comprising:
前記流通制御手段は、前記蓄熱反応器の化学蓄熱材に固定化された第1の流体の量が所定の閾値未満であるときには、前記第2の流通調節弁及び前記第3の流通調節弁の開度を大きくすると共に前記第1の流通調節弁の開度を小さくすることで、前記第1の流体保持部に吸着された前記第1の流体を脱離させ、前記蓄熱反応器の化学蓄熱材に固定化された第1の流体の量が所定の閾値を超えているときには、前記第2の流通調節弁の開度を大きくすると共に、前記化学蓄熱材に固定化された第1の流体を脱離させることで前記化学蓄熱材を再生する請求項5に記載の吸着式ヒートポンプ。   When the amount of the first fluid fixed to the chemical heat storage material of the heat storage reactor is less than a predetermined threshold, the flow control means is configured to control the second flow control valve and the third flow control valve. The first fluid adsorbed to the first fluid holding part is desorbed by increasing the opening and reducing the opening of the first flow control valve, and the chemical heat storage of the heat storage reactor When the amount of the first fluid immobilized on the material exceeds a predetermined threshold, the opening of the second flow control valve is increased and the first fluid immobilized on the chemical heat storage material The adsorption heat pump according to claim 5, wherein the chemical heat storage material is regenerated by desorption. 前記流通制御手段は、前記第2の流体保持部に保持された第2の流体を脱離させるときには、第1の流通調節弁の駆動開始から所定時間が経過した後、第1の流通調節弁の開度を小さくすると共に第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を大きくし、前記第1の流体保持部に吸着された前記第1の流体を脱離させるときには、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の駆動開始から所定時間が経過した後、第2の流通調節弁及び第3の流通調節弁の開度を小さくすると共に第1の流通調節弁の開度を大きくする請求項5又は請求項6に記載の吸着式ヒートポンプ。   The flow control means, when desorbing the second fluid held in the second fluid holding portion, after a predetermined time has elapsed from the start of driving of the first flow control valve, the first flow control valve When the second fluid control valve and the third fluid control valve are increased and the first fluid adsorbed on the first fluid holding part is desorbed, After a predetermined time has elapsed from the start of driving of the second flow control valve and the third flow control valve, the openings of the second flow control valve and the third flow control valve are reduced and the first flow control valve The adsorption heat pump according to claim 5 or 6, wherein the opening degree is increased. 前記第1の流体及び前記第2の流体の少なくとも一方は、アンモニア又は水である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   The adsorption heat pump according to claim 1, wherein at least one of the first fluid and the second fluid is ammonia or water. 前記第1の流体及び前記第2の流体が、同一の流体である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   The adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 8, wherein the first fluid and the second fluid are the same fluid. 前記吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも一種を含む請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   The adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 9, wherein the adsorbent includes at least one selected from the group consisting of activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, and clay mineral. 前記蓄熱反応器は、前記化学蓄熱材として、金属酸化物及び金属塩化物から選択される少なくとも一種を含む請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   The adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 10, wherein the heat storage reactor includes at least one selected from a metal oxide and a metal chloride as the chemical heat storage material. 前記化学蓄熱材が、アルカリ金属の酸化物及び塩化物、アルカリ土類金属の酸化物及び塩化物、並びに遷移金属の酸化物及び塩化物からなる群から選択される請求項11に記載の吸着式ヒートポンプ。   The adsorption type according to claim 11, wherein the chemical heat storage material is selected from the group consisting of oxides and chlorides of alkali metals, oxides and chlorides of alkaline earth metals, and oxides and chlorides of transition metals. heat pump. 前記第1の流体及び前記第2の流体の少なくとも一方が水であり、水を固定化する前記化学蓄熱材が、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、及び酸化バリウムから選択される請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   The at least one of the first fluid and the second fluid is water, and the chemical heat storage material for immobilizing water is selected from calcium oxide, magnesium oxide, and barium oxide. The adsorption heat pump of any one of these. 前記第1の流体及び前記第2の流体の少なくとも一方がアンモニアであり、アンモニアを固定化する前記化学蓄熱材が、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム、塩化バリウム、塩化マンガン、塩化コバルト、及び塩化ニッケルから選択される請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。   At least one of the first fluid and the second fluid is ammonia, and the chemical heat storage material for immobilizing ammonia is lithium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, strontium chloride, barium chloride, manganese chloride, cobalt chloride. And an adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 12, selected from nickel chloride. 2基の前記吸着器を備え、
前記2基の吸着器は、それぞれ前記蓄熱反応器に接続されると共に前記蒸発器と前記凝縮器とに接続されており、2基の吸着器の一方は、第1の流体保持部に前記吸着材を有し、該吸着材に第1の流体を保持するときは、他方は、第1の流体保持部に前記吸着材を有して該吸着材から第1の流体を脱離する請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。
Comprising two adsorbers,
The two adsorbers are connected to the heat storage reactor and to the evaporator and the condenser, respectively, and one of the two adsorbers is attached to the first fluid holding unit. When the first fluid is held in the adsorbent, the other has the adsorbent in the first fluid holding portion and desorbs the first fluid from the adsorbent. The adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 14.
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