JP6155732B2 - 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.
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(Q1)と吸着熱(Q2)と吸着器の顕熱(Q3)の総和で定義することができるが、Q3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(=Q1+Q2+Q3)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第1の蒸発器と、第1の蒸発器から第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し、流体を脱離するときに蓄熱する化学蓄熱材を有する吸着器と、第2の流体を加熱し、加熱された第2の流体を前記吸着器に供給することで少なくとも化学蓄熱材を加熱する加熱器と、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し、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:
A first evaporator that evaporates the first fluid, and a first fluid holding unit that is supplied with the first fluid from the first evaporator, holds the first fluid, and desorbs the held fluid; And a second fluid holding portion that is supplied with the second fluid and holds the second fluid and desorbs the held fluid in a thermally connected state, and includes the first fluid holding portion and the At least one of the second fluid holding portions releases the reaction heat when holding the supplied fluid and heats the second fluid with a chemical heat storage material that stores heat when desorbing the fluid. Then, by supplying the heated second fluid to the adsorber, at least the chemical heat storage material is heated, and the fluid flows between the first fluid holding unit and the second fluid holding unit of the adsorber. The first fluid discharged from the first fluid holding part and the second fluid holding part, A condenser for condensing the second fluid, in which the configured provided.
本発明においては、顕熱加熱(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蒸気等)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 sensible heat (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, It reduces sensible heat loss that tends to occur in the adsorber during adsorption or desorption of ammonia, water vapor, etc., and collects and collects the used thermal energy in one place (condenser). Thereby, a sensible heat loss can be prevented and COP can be improved effectively.
具体的には、吸着器に第1の蒸発器から第1の流体を供給し、供給された第1の流体を吸着材で一時的に保持し、保持された第1の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の全てを凝縮器にて回収する。すなわち、
加熱された気体の第2の流体が第2の流体保持部に送られると、第2の流体は第2の流体保持部で凝縮して液状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。第2の流体の熱と放出された凝縮熱とによって、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、液体の第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、続いて第1の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吸着材に吸着されて保持されるとともに、吸着熱を放出する。放出された吸着熱によって、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、吸着材における第1の流体の吸着量が増え、第2の流体保持部の液体の第2の流体は気化して徐々に減少する。
上記の過程が繰り返されることにより、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。
Specifically, the first fluid is supplied to the adsorber from the first evaporator, the supplied first fluid is temporarily held by the adsorbent, and the held first fluid is desorbed. Thus, in the adsorption heat pump that uses thermal energy, the adsorber is supplied with the first fluid, holds the first fluid, and desorbs the held fluid; A second fluid holding unit that is supplied with the second fluid, holds the second fluid, and desorbs the held fluid in a thermally connected state. Heat exchange is performed between the fluid holding unit and the second fluid holding unit, and for example, all of the heat utilized between the two fluid holding units is recovered by the condenser as follows. That is,
When the heated gaseous second fluid is sent to the second fluid holding unit, the second fluid is condensed by the second fluid holding unit and held in phase change, and the condensation heat Release. The first fluid holding unit is heated by the heat of the second fluid and the released condensation heat, and the first fluid held by the first fluid holding unit is desorbed and desorbed first. Are sent to the condenser. At this time, in the second fluid holding unit, the second liquid 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 part is reduced in this way, the gaseous first fluid is subsequently supplied from the first evaporator. When the gaseous first fluid is sent to the first fluid holding unit, the first fluid is adsorbed and held by the adsorbent in the first fluid holding unit and releases heat of adsorption. The second fluid holding unit is heated by the released heat of adsorption, the second fluid held in the second fluid holding unit is desorbed, and the desorbed second fluid is sent to the condenser. At this time, in the first fluid holding part, the adsorption amount of the first fluid in the adsorbent increases, and the second fluid of the liquid in the second fluid holding part is vaporized and gradually decreases.
By repeating the above process, the recovered heat energy can be continuously collected in the condenser.
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、吸着器は、第1の流体保持部及び第2の流体保持部のうち、少なくとも第1の流体保持部が吸着材を有しており、第1の蒸発器から第1の流体保持部に第1の流体が供給されたときに、吸着材より放出された反応熱(吸着熱)で第2の流体保持部に保持された第2の流体が脱離する構成にすることができる。
このとき、吸着器を構成する第1の流体保持部と第2の流体保持部とは熱的に接続されているため、一方の第1の流体保持部から放出された吸着熱で他方の第2の流体保持部が加熱される。そのため、第1の流体保持部では流体の保持量が増え、第2の流体保持部では第2の流体が脱離して流体保持量は減少する。
In the adsorption heat pump according to the present invention, the adsorber includes at least the first fluid holding unit among the first fluid holding unit and the second fluid holding unit, and the first evaporator holds the adsorbent. A configuration in which when the first fluid is supplied to the first fluid holding part, the second fluid held in the second fluid holding part is desorbed by reaction heat (adsorption heat) released from the adsorbent. Can be.
At this time, since the first fluid holding part and the second fluid holding part constituting the adsorber are thermally connected, the other first heat is released by the heat of adsorption released from one of the first fluid holding parts. The two fluid holding parts are heated. Therefore, the amount of fluid retained in the first fluid holding portion is increased, and the second fluid is desorbed in the second fluid retaining portion and the fluid retention amount is decreased.
本発明の吸着式ヒートポンプを構成する加熱器は、第2の流体として水蒸気を生成し、水蒸気を吸着器に供給する第2の蒸発器である場合が好ましい。この場合、吸着器の第2の流体保持部には、加熱された水蒸気が供給される。したがって、第2の蒸発器から加熱された水蒸気が供給されると、水蒸気の持つ熱を第1の流体保持部に与えると共に、水蒸気は第2の流体保持部で凝縮し、液状に相変化することで凝縮熱を放出し、凝縮熱も第1の流体保持部に与えられることになる。
水蒸気は、蒸発潜熱が大きいため、放出された凝縮熱で第1の流体保持部の加熱が良好に行なえ、第1の流体保持部に保持された第1の流体の脱離を促進するのに適している。
The heater constituting the adsorption heat pump of the present invention is preferably a second evaporator that generates water vapor as the second fluid and supplies the water vapor to the adsorber. In this case, heated water vapor is supplied to the second fluid holding portion of the adsorber. Therefore, when heated water vapor is supplied from the second evaporator, the heat possessed by the water vapor is given to the first fluid holding unit, and the water vapor is condensed in the second fluid holding unit and changes into a liquid state. Thus, the condensation heat is released, and the condensation heat is also given to the first fluid holding portion.
Since water vapor has a large latent heat of vaporization, the first fluid holding part can be heated favorably by the released condensation heat, and the detachment of the first fluid held in the first fluid holding part is promoted. Is suitable.
本発明の吸着式ヒートポンプでは、吸着器は、第1の流体保持部が吸着材を有することに加えて、更に第2の流体保持部が吸着材を有し、第2の蒸発器から第2の流体保持部に第2の流体が供給されたときに、吸着材より放出された反応熱(吸着熱)で第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することができる。
この場合には、第1の流体保持部と第2の流体保持部の両方に吸着材が存在するため、吸着材への流体の吸着と吸着材からの流体の脱離を、2つの流体保持部間で交互に繰り返すことにより、安定した熱量の回収が安定的に行なえる。
In the adsorption heat pump of the present invention, the adsorber includes the first fluid holding portion having the adsorbent, and the second fluid holding portion further having the adsorbent, and the second evaporator to the second evaporator. When the second fluid is supplied to the fluid holding portion, the first fluid held in the first fluid holding portion is desorbed by the reaction heat (adsorption heat) released from the adsorbent. be able to.
In this case, since the adsorbent is present in both the first fluid holding unit and the second fluid holding unit, the adsorption of the fluid to the adsorbent and the desorption of the fluid from the adsorbent are held by two fluids. By repeating alternately between the sections, stable heat recovery can be stably performed.
また、本発明の吸着式ヒートポンプにおいては、第1の流体保持部及び第2の流体保持部の一方は、吸着材(好ましくは物理吸着材)を有し、他方は、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。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、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、逆に吸着材に第1の流体が吸着し吸着熱が第2の流体保持部に熱伝達したときには、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 is a porous layer and / or a groove part. (For example, it can be configured to have a groove or depression-like groove structure or a wick structure such as a mesh having a fine mesh phenomenon). 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, it remains in the groove part, and the liquid second fluid can be uniformly present in the fluid holding part. it can. That is, for example, the second fluid can be present in the form of a uniform liquid film.
As a result, the uniformity of heat exchange and the heat exchange efficiency are improved. Conversely, when the first fluid is adsorbed on the adsorbent and the adsorption heat is transferred to the second fluid holding portion, the liquid second fluid is removed. Separation can be promoted.
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、第1の蒸発器と第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、加熱器と第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2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の流量調節弁の開度を大きく(例えば開放)すると共に前記第2の流量調節弁の開度を小さく(例えば閉塞)し、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の流量調節弁の開度を大きく(例えば開放)すると共に第1の流量調節弁の開度を小さくする(例えば閉塞する)ことにより、第1の流体及び第2の流体の流通を切り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 part of the adsorber, and further, the first fluid between the first evaporator and the first fluid holding part. A first flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the second fluid, a second flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the second fluid between the heater and the second fluid holding unit, and a second fluid holding When the second fluid held in the part is desorbed, the opening of the first flow control valve is increased (for example, opened) so that the first fluid is adsorbed by the adsorbent, and the second flow rate is increased. When reducing the opening of the control valve (for example, closing) and desorbing the first fluid adsorbed to the first fluid holding unit, the opening of the second flow rate control valve is increased (for example, opened). by reducing the opening degree of the first flow control valve (e.g., closing), the first fluid and the second And flow control means for switching the flow of fluid can be configured by providing a.
第1の流量調節弁と第2の流量調節弁とを配し、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。 By providing the first flow control valve and the second flow control valve and automatically controlling the opening degree of each valve by the flow control means according to, for example, the amount of water vapor adsorbed, stable heat recovery can be achieved. It can be done stably.
また、流通制御手段は、吸着材への流体の吸着量から第1の流量調節弁と第2の流量調節弁との開度を調節することができる。具体的には、吸着材における第1の流体の吸着量が所定の閾値未満であるときに、第1の流量調節弁の開度を大きく(例えば開放)し第2の流量調節弁の開度を小さく(例えば閉塞)し、吸着量が所定の閾値以上であるときに、第1の流量調節弁の開度を小さく(例えば閉塞)し第2の流量調節弁の開度を大きく(例えば開放)することが好ましい。 Further, the distribution control means may adjust the opening degree of the first flow control valve and the second flow rate control valve from the adsorption amount of fluid to the adsorbent. Specifically, when the amount of adsorption of the first fluid in the adsorbent is less than a predetermined threshold, the opening of the first flow control valve is increased (for example, opened) and the opening of the second flow control valve is increased. Is reduced (for example, closed), and when the amount of adsorption is equal to or greater than a predetermined threshold, the opening of the first flow control valve is decreased (for example, closed) and the opening of the second flow control valve is increased (for example, opened). ) Is preferable.
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、第1の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 described above are arranged, and the two adsorbers are connected to the heater, and are connected to the first evaporator and the condenser, When one of the two adsorbers has an adsorbent in the first fluid holding portion and holds the first fluid in the adsorbent (that is, generates adsorption heat), the other is the first The fluid holding unit may have an adsorbent, 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.
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4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用い、吸着器に供給される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 of the adsorber, and an adsorption heat pump (hereinafter simply referred to as “heat pump”) using water vapor (water) as two fluids (heat medium and working fluid) supplied to the adsorber. Will be described in detail as an example.
本実施形態のヒートポンプ100は、図1に示すように、第1蒸発器10と、吸着材を有する吸着器20と、吸着器を加熱する加熱器である第2蒸発器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 a first evaporator 10, an adsorber 20 having an adsorbent, a second evaporator 30 that is a heater for heating the adsorber, and an adsorber 20. And a condenser 40 that condenses the fluid (water vapor) discharged from the tank.
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)熱媒と作動流体とが同一の流体(水蒸気)である。
(2)吸着器20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) The heat medium and the working fluid are the same fluid (water vapor).
(2) Condensation heat transfer and evaporation heat transfer are used for heating and cooling of the adsorber 20.
第1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と接続されている。具体的には、第1蒸発器10には、流量調節弁であるバルブV4を有する流通配管12の一端が接続されており、第1蒸発器10は流通配管12を介して吸着器20と連通されている。 The first evaporator 10 is connected to the adsorber 20 so as to be able to supply water vapor, which is a first fluid generated by vaporizing water and evaporating water. Specifically, the first evaporator 10 is connected to one end of a circulation pipe 12 having a valve V4 that is a flow rate adjusting valve, and the first evaporator 10 communicates with the adsorber 20 through the circulation pipe 12. Has been.
蒸発器は、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促進されて、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。 As will be described later, when the amount of water vapor adsorbed in the adsorbent of the first fluid holding unit provided in the adsorber decreases, the evaporator promotes the vaporization of water in the evaporator, and flows as water vapor. Those having the structure supplied to 12 are preferred. 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 pipe 12.
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、第1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、後述のように第2蒸発器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24と、を備えている。 The adsorber 20 is supplied with water vapor (first fluid) from the first evaporator 10, adsorbs and holds the water vapor, and desorbs and releases the adsorbed water vapor to hold the fluid. The chamber 22 and a second fluid holding unit that is supplied with water vapor (second fluid) from the second evaporator 30 as described later, condenses and holds the water vapor, and desorbs and releases the condensed water vapor. A fluid holding chamber 24.
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、第1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 other end of the circulation pipe 12 is connected to the fluid holding chamber 22, and water vapor is supplied from the first 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MgCl2、CaCl2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100m2/g以上1500m2/g以下(より好ましくは、300m2/g以上1000m2/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800m2/g以上4000m2/g以下(より好ましくは、1000m2/g以上2000m2/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500m2/g以上1500m2/g以下(より好ましくは、700m2/g以上1300m2/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50m2/g以上1000m2/g以下(より好ましくは、100m2/g以上1000m2/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、熱媒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 adsorbent (preferably a porous body) can be appropriately selected according to the pressure and temperature of the heat medium. From the viewpoint of further improving the reactivity of water immobilization and desorption by adsorption, an embodiment containing 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32の一端が接続されており、後述する第2蒸発器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 32 is connected to the fluid holding chamber 24, and heat is supplied together with water vapor from a second evaporator 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に溝構造を施し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 disposed on the top surface or the bottom surface 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.
第2蒸発器30は、水を気化し、気化して生成された第2の流体である水蒸気を供給可能に吸着器20と接続されている。第2蒸発器30は、吸着器20の少なくとも吸着材を加熱するための加熱器として機能し、水蒸気自体は凝集するため、凝集熱も得られる。具体的には、第2蒸発器30には、流量調節弁であるバルブV2を有する流通配管32の他端が接続されており、流通配管32を介して第2蒸発器30と吸着器20とは連通されている。 The second evaporator 30 is connected to the adsorber 20 so as to be able to supply water vapor, which is a second fluid generated by vaporizing water. The second evaporator 30 functions as a heater for heating at least the adsorbent of the adsorber 20, and the water vapor itself aggregates, so that heat of aggregation is also obtained. Specifically, the second evaporator 30 is connected to the other end of a circulation pipe 32 having a valve V2 that is a flow rate adjusting valve, and the second evaporator 30 and the adsorber 20 are connected via the circulation pipe 32. Are in communication.
第2蒸発器30は、水を外部からの熱で加熱し、水蒸気として流通配管32に排出することができる機能を有しているものが好適である。 The second evaporator 30 preferably has a function of heating water with heat from the outside and discharging the water as water vapor to the circulation pipe 32.
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、流量調節弁であるバルブV3を有する流通配管28の一端と、流量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おり、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、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, the condenser 40 is connected to one end of a flow pipe 28 having a valve V3 that is a flow rate control valve and one end of a flow pipe 29 having a valve V1 that is a flow rate control valve. The condenser 40 is communicated with the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20 via the circulation pipe 28 and is communicated with the fluid holding chamber 24 of the adsorber 20 via the circulation pipe 29.
また、流通配管28及び流通配管29の他端は、それぞれ流体回収室50に接続されており、流体回収室50において、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一箇所に回収されるようになっている。 In addition, the other ends of the distribution pipe 28 and the distribution pipe 29 are connected to the fluid recovery chamber 50, respectively. In the fluid recovery chamber 50, the water vapor discharged from the fluid holding chambers 22 and 24 through the distribution pipe is located in one place. It has come to be collected.
流体回収室50は、流通配管52によって凝縮器40と接続されており、流体回収室50に回収された水蒸気は、流通配管52を通じて凝縮器40に送られる。ここで、水蒸気を凝集させることで、システム全体の熱エネルギーを回収することができる。 The fluid recovery chamber 50 is connected to the condenser 40 by a circulation pipe 52, and the water vapor collected in the fluid recovery chamber 50 is sent to the condenser 40 through the circulation pipe 52. Here, the heat energy of the entire system can be recovered by aggregating the water vapor.
また、凝縮器40には、ポンプP1を有する戻し配管42によって第2蒸発器30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、戻し配管42を通じて第2蒸発器30に戻される。 Further, the condenser 40 is communicated with the second evaporator 30 by a return pipe 42 having a pump P1. The water liquefied by condensing water vapor in the condenser 40 is returned to the second evaporator 30 through the return pipe 42 by driving the pump P1.
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。
第2蒸発器(加熱器)30によって、加熱された水蒸気が、流通配管32を通じて吸着器20の流体保持室部24に送られると、水蒸気の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、水蒸気は流体保持室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、流体保持室22の吸着材26は、放出された凝縮熱も熱交換により伝熱されて加熱される。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蒸気は脱離し、脱離した水蒸気は流通配管28を通じて一旦流体回収室50で回収された後、流通配管52を介して凝縮器40に送られる。
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。
こ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ため、第1蒸発器10の水が容易に気化し、生成した水蒸気が流体保持室22に供給される。水蒸気が流体保持室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。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に溜まった水が気化して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を通じて一旦流体回収室50で回収された後、流通配管52を介して凝縮器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。
上記のように、吸着器20の流体保持室22、24での水蒸気の着脱が繰り返されることにより、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。
Next, an operation example of the adsorption heat pump of this embodiment will be described.
When water vapor heated by the second evaporator (heater) 30 is sent to the fluid holding chamber portion 24 of the adsorber 20 through the circulation pipe 32, the heat of the water vapor is heat-exchanged and the adsorbent in the fluid holding chamber 22. 26 is heated, and the water vapor is condensed in the fluid holding chamber 24 and held in a liquid phase, and further heat of condensation is released. At this time, the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22 is heated by transferring the released condensation heat by heat exchange. As a result, the water vapor adsorbed on the adsorbent 26 in the fluid holding chamber 22 is desorbed, and the desorbed water vapor is once recovered in the fluid recovery chamber 50 through the circulation pipe 28 and then the condenser 40 via the circulation pipe 52. Sent to.
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.
As the amount of water vapor adsorbed in the fluid holding chamber 22 decreases in this way, the adsorbent 26 is in a state where it easily adsorbs water vapor, so that the water in the first evaporator 10 is easily vaporized and generated. Water vapor is supplied to the fluid holding chamber 22. When the water vapor is sent to the fluid holding chamber 22, the water vapor is adsorbed and held by the adsorbent in the fluid holding chamber 22 and releases heat of adsorption. The released adsorption heat is heat-exchanged with the fluid holding chamber 24 to heat the fluid holding chamber 24, and the water accumulated in the fluid holding chamber 24 by condensation is vaporized and desorbed as water vapor. The water vapor (second fluid) desorbed at this time is once recovered in the fluid recovery chamber 50 through the distribution pipe 29 and then sent to the condenser 40 through the distribution pipe 52.
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.
As described above, by repeating the attachment and detachment of the water vapor in the fluid holding chambers 22 and 24 of the adsorber 20, the heat energy continuously used in the condenser can be recovered.
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〜V4、ポンプP1、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 that takes full control of the adsorption heat pump, and is electrically connected to the valves V1 to V4, the pump P1, and an external heat source, and controls the valves, pumps, heat sources, and heat exchange. It is configured to control the heat utilization.
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て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4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. A heat increase cycle control routine for 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、第1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 water vapor from the first evaporator 10. Open and 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.
次に、ステップ120において、水蒸気の吸着量が閾値P以上であると判定されたときには、吸着材26は既に第1蒸発器10からの水蒸気を吸着できない状態にあることから、ステップ180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、第2蒸発器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32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200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50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。 Next, when it is determined in step 120 that the amount of water vapor adsorbed is greater than or equal to the threshold value P, the adsorbent 26 is already in a state where it cannot adsorb water vapor from the first evaporator 10. In order to desorb the water vapor from the material 26, the valve V2 is opened and heated water vapor is supplied from the second evaporator 30. When the heated water vapor is sent to the fluid holding chamber portion 24 of the adsorber 20 through the circulation pipe 32, 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, in the next step 200, the valve V <b> 3 attached to the distribution pipe 28 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50 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220では、システムの停止要求の有無が判定され、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ため、再びステップ100に戻って、上記と同じステップを繰り返す。 Subsequently, in step 220, it is determined whether or not there is a system stop request. If it is determined that the system stop request is not made, the heat increase cycle is continued. repeat.
また、ステップ220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。 If it is determined in step 220 that a system stop request has been made, this routine is terminated to stop the system.
第1実施形態では、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。 In the first embodiment, an example in which water vapor is used as the first fluid and the second fluid has been described. However, the present invention is not limited to water vapor, and also when a fluid having a relatively large latent heat of evaporation such as ammonia other than water vapor is used. Similar effects are produced.
(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5〜図6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基の吸着器が第1蒸発器、第2蒸発器、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 the present embodiment, the two adsorbers 20 of the first embodiment are arranged, and the two adsorbers are the adsorption heat pumps A and B that share the first evaporator, the second evaporator, and the condenser. It has a system configuration that operates alternately.
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5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、単一の第2蒸発器(加熱器)30、第1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。第1蒸発器110、及び凝縮器140は、第1実施形態の第1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第1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. 5, the adsorption heat pump 200 according to the present embodiment is composed of a single second evaporator (heater) 30 and a first evaporator 110 that are configured in the same manner as in the first embodiment. , And the condenser 140 is used in common. As the first evaporator 110 and the condenser 140, those configured similarly to the first evaporator 10 and the condenser 40 of the first embodiment can be used, but water vapor is discharged from two adsorbers. It is desirable that the condenser to be used is configured to have at least twice the capacity of the first evaporator that alternately supplies water vapor to the two adsorbers.
第1蒸発器110は、第1実施形態の第1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、第1蒸発器110には、流通調節弁であるバルブV14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、第1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 first evaporator 110 is configured in the same manner as the first evaporator 10 of the first embodiment, and adsorber 20A is capable of supplying water vapor, which is a first fluid generated by vaporizing and vaporizing water. , 20B, respectively. Specifically, one end of a distribution pipe 12 having a valve V14 that is a flow control valve and one end of a distribution pipe 112 having a valve V14 are connected to the first evaporator 110. The first evaporator 110 is communicated with the adsorber 20 </ b> A via the distribution pipe 12 and is communicated with the adsorber 20 </ b> B via 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、第1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、第2蒸発器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 first evaporator 110, and water vapor Is supplied to the fluid holding chamber 122, which is a first fluid holding unit for desorbing and releasing the adsorbed water vapor, and the second evaporator 30 to supply the water vapor. And a fluid holding chamber 124 which is a second fluid holding unit that condenses and holds and desorbs and releases the 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、第1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 first 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132の一端が接続されており、加熱器である第2蒸発器30から水蒸気と共に熱が供給される。流体保持室124は、流量調節弁であるバルブV12を有する流通配管132によって第2蒸発器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 132 is connected to the fluid holding chamber 124, and heat is supplied together with water vapor from the second evaporator 30 that is a heater. The fluid holding chamber 124 is connected to the second evaporator 30 by a circulation pipe 132 having a valve V12 that is a flow rate adjusting 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、流量調節弁であるバルブV13を有する流通配管128の一端と、流量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 rate control valve and one end of a flow pipe 129 having a valve V11 that is a flow rate 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、それぞれ流体回収室50Aに接続されており、流体回収室50A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の他端は、それぞれ流体回収室50Bに接続されており、流体回収室50B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。 In the adsorption heat pump A, the other ends of the distribution pipe 28 and the distribution pipe 29 are connected to the fluid recovery chamber 50A, respectively. In the fluid recovery chamber 50A, from the fluid holding chambers 22 and 24 on the adsorption heat pump A side. The water vapor discharged through each distribution pipe 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 fluid recovery chamber 50B, respectively. In the fluid recovery chamber 50B, from the fluid holding chambers 122 and 124 on the adsorption heat pump B side. Water vapor discharged through the distribution pipes is collected.
流体回収室50A、50Bは、それぞれ流通配管52、152によって凝縮器140と接続されており、流体回収室50A、50Bに回収された水蒸気は、流通配管52、152を通じて凝縮器140に送られる。ここで、水蒸気を凝集させることで、システム全体の熱エネルギーを回収することができる。 The fluid recovery chambers 50A and 50B are connected to the condenser 140 by flow pipes 52 and 152, respectively, and the water vapor collected in the fluid recovery chambers 50A and 50B is sent to the condenser 140 through the flow pipes 52 and 152. Here, the heat energy of the entire system can be recovered by aggregating the water vapor.
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、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 that takes full control of the adsorption heat pumps A and B, and is electrically connected to the valves V1 to V4, V11 to V14, the pump P1, an external heat source, and the like. It is configured to control heat utilization by controlling the 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6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300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 300, in order to determine which of the adsorbers 20A and 20B adsorbs and desorbs water vapor, the fluid holding chamber 22 of the adsorber 20A and the fluid of the adsorber 20B are determined. The adsorption amount of water vapor in the holding chamber 122 is measured.
続いて、ステップ320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400に移行する。
逆に、ステップ320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500に移行する。
Subsequently, in step 320, 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 400 where water vapor is adsorbed by the adsorber 20A and water vapor is desorbed by the adsorber 20B.
Conversely, when it is determined in step 320 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 500 where water vapor is adsorbed by the adsorber 20B and water vapor is desorbed by the adsorber 20A.
ステップ400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410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430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32に取り付けられたバルブV2は、閉塞されている。 In step 400, the fluid holding chambers 22 and 122 are distinguished. In the fluid holding chamber 22, in the next step 410, 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 430, 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 32 is closed.
また、流体保持室122では、次のステップ420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、第2蒸発器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132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440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。 Further, in the fluid holding chamber 122, in the next step 420, in order to desorb the water vapor of the adsorbent 26, the valve V 12 is opened and the heated water vapor is supplied from the second evaporator 30. When the heated water vapor is sent to the fluid holding chamber portion 124 of the adsorber 20B through the circulation pipe 132, 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 440, the valve V13 attached to the circulation pipe 128 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50B through the circulation pipe 128. At this time, the valve V14 attached to the distribution pipe 112 is closed.
次に、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122では、次のステップ520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540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132に取り付けられたバルブV12は、閉塞されている。 Next, in step 500, the fluid holding chambers 22 and 122 are distinguished. In the fluid holding chamber 122, in the next step 520, the valve V <b> 14 is opened and the adsorption of the 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 540, the valve V11 provided in the circulation pipe 129 is opened, and water vapor is sent to the fluid recovery chamber 50B through the circulation pipe 129. At this time, the valve V12 attached to the distribution pipe 132 is closed.
また、流体保持室22では、次のステップ510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、第2蒸発器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32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530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 510, 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 second evaporator 30. When the heated water vapor is sent to the fluid holding chamber portion 24 of the adsorber 20A through the circulation pipe 32, 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, in the next step 530, 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600において、システムの停止要求の有無が判定され、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ため、再びステップ300に戻って、上記と同じステップを繰り返す。逆に、ステップ600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 600, it is determined whether or not there is a system stop request, and when it is determined that the system stop request is not made, the process returns to step 300 again to continue the heat increase cycle, and the same steps as above. repeat. Conversely, when it is determined in step 600 that a system stop request has been made, this routine is terminated 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。 In the second embodiment, the example in which water vapor is used as the first fluid and the second fluid has been described. However, the present invention is not limited to water vapor, and also when a fluid having a relatively large latent heat of evaporation such as ammonia other than water vapor 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・・・第1蒸発器(第1の蒸発器)
20,20A,20B・・・吸着器
30・・・第2蒸発器(加熱器)
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)
V1〜V4,V11〜V14・・・バルブ(流量調節弁)
10, 110 ... 1st evaporator (1st evaporator)
20, 20A, 20B ... adsorber 30 ... second evaporator (heater)
40, 140 ... condenser 90, 190 ... control device (distribution control means)
22, 122 ... distribution holding chamber (first distribution holding unit)
24, 124 ... distribution holding chamber (second distribution holding section)
V1 to V4, V11 to V14 ... Valve ( Flow control valve)
Claims (10)
前記第1の蒸発器から第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、
前記第2の流体を加熱し、加熱された第2の流体を前記吸着器に供給することで少なくとも吸着材を加熱する加熱器と、
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し、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の流体を凝縮する凝縮器と、
を備え、
前記加熱器は、前記第2の流体として水蒸気を生成し、水蒸気を前記吸着器に供給する第2の蒸発器である吸着式ヒートポンプ。 A first evaporator for evaporating the first fluid;
A first fluid is supplied from the first evaporator, a first fluid holding unit that holds the first fluid and desorbs the held fluid, and a second fluid is supplied, and the second fluid is supplied. And a second fluid holding portion that thermally decouples the held fluid, and at least one of the first fluid holding portion and the second fluid holding portion is supplied. An adsorber having an adsorbent that releases heat of reaction when holding a fresh fluid;
A heater for heating at least the adsorbent by heating the second fluid and supplying the heated second fluid to the adsorber;
The adsorber communicated with the first fluid holding unit and the second fluid holding unit so as to allow fluid to flow, and was discharged from the first fluid holding unit and the second fluid holding unit. A condenser for condensing the first fluid and the second fluid;
Equipped with a,
The heater is an adsorption heat pump that is a second evaporator that generates water vapor as the second fluid and supplies the water vapor to the adsorber .
前記第1の蒸発器と前記第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、
前記加熱器と前記第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2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の流量調節弁の開度を大きくすると共に前記第2の流量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の流量調節弁の開度を大きくすると共に前記第1の流量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 first evaporator and the first fluid holding unit;
A second flow rate adjustment valve for adjusting a flow rate of a second fluid between the heater and the second fluid holding unit;
When detaching the second fluid held in the second fluid holding portion, the opening of the first flow rate control valve is increased so that the first fluid is adsorbed by the adsorbent. When the opening of the second flow control valve is reduced and the first fluid adsorbed on the first fluid holding part is desorbed, the opening of the second flow control valve is increased. A flow control means for switching the flow of the first fluid and the second fluid by reducing the opening of the first flow control valve;
Adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 4 comprising a.
前記2基の吸着器は、それぞれ前記加熱器に接続されると共に前記第1の蒸発器と前記凝縮器とに接続されており、2基の吸着器の一方が、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、他方が、第1の流体保持部に前記吸着材を有し、該吸着材から第1の流体を脱離する請求項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。 Comprising two adsorbers,
The two adsorbers are respectively connected to the heater and to the first evaporator and the condenser, and one of the two adsorbers is connected to the first fluid holding unit. When having the adsorbent and holding the first fluid 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 9 .
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