JP6357444B2 - バルブ、吸着式ヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は、バルブ、吸着式ヒートポンプに関する。

特許文献１には、吸着式冷凍機が開示されている。この吸着式冷凍機では、熱媒体が流通する空間が、大気圧よりも低圧とされた閉空間とされている。この閉空間は、蒸発器、凝縮器及び２つの吸着器等により形成されている。蒸発器、凝縮器及び２つの吸着器の各室同士を連通する連通口には、板状の弁体が設けられている。この弁体は、各室の圧力差によって開閉するようになっている。

特開２０１１−２０２９２２号公報

ここで、吸着式ヒートポンプにおける閉空間の各室同士を連通する連通口（連通路）を開閉する弁部材としては、エアシリンダ等のアクチュエータにより動作する弁部材がある。このような弁部材では、弁部材の一部が閉空間の外部に露出し、閉空間の外部に配置されたアクチュエータによって駆動される。

この構成では、閉空間の内部が大気圧よりも低圧とされる一方、閉空間の外部が大気圧とされるため、大気圧が弁部材に作用し、弁部材を開弁又は閉弁する際に大気圧に対抗して弁部材を駆動する必要がある。これにより、弁部材を駆動する駆動力が大きくなる。

本発明は、上記事実を考慮し、弁部材を駆動する駆動力を低減することができるバルブを得ることを目的とする。

請求項１の発明は、大気圧よりも低圧とされた閉空間の内部に収容され、前記閉空間の内部に設けられた領域同士を連通する連通部分を開閉可能な弁部材と、前記閉空間の外部に配置され、前記連通部分が開放又は閉鎖されるように磁力により前記弁部材を駆動する駆動部と、を備え、前記駆動部は、前記閉空間の外部に配置された磁性体に磁力によって前記弁部材を引き寄せることで前記弁部材を駆動する。

請求項１の構成によれば、閉空間の内部に収容された弁部材を、駆動部が閉空間の外部から磁力により駆動する。これにより、閉空間の内部に設けられた領域同士を連通する連通部分を、弁部材が開放又は閉鎖する。

ここで、請求項１の構成では、閉空間が大気圧よりも低圧とされているが、弁部材は閉空間の内部に収容されているため、弁部材に対して大気圧が作用しない。このため、弁部材の一部が閉空間の外部に露出して弁部材に対して大気圧が作用する場合に比べ、弁部材を駆動する駆動力を低減できる。

請求項２の発明は、吸着式ヒートポンプに用いられる請求項１に記載のバルブであって、前記弁部材が、吸着質が流通する前記閉空間の内部に収容されると共に、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する前記領域同士を連通する連通部分を開閉可能とされている。

請求項２の構成によれば、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する領域同士を連通する連通部分を、弁部材が開放又は閉鎖する。これにより、連通部分を通じて、吸着質が流通し、又は、吸着質の流通が停止する。

ここで、請求項２の構成では、弁部材に対して大気圧が作用しないため、弁部材を駆動する駆動力を低減できる。これにより、弁部材が開放又は閉鎖する連通部分を大きくして、吸着質の流量を確保しても、駆動部の出力を抑えられる。

請求項３の発明では、前記吸着式ヒートポンプにおける前記閉空間の内部に、前記領域としての第１領域、第２領域及び第３領域と、前記第１領域と前記第２領域とを連通する第１連通部分と、前記第２領域と前記第３領域とを連通する前記連通部分としての第２連通部分と、が設けられ、前記第３領域は、前記第１連通部分で吸着質が流通する状態において、前記第２連通部分を介して前記第２領域との間に圧力差を生じ、前記弁部材は、前記第２連通部分に配置されている。

請求項３の構成によれば、第１連通部分を通じて第１領域と第２領域との間を吸着質が流通する状態において、第２連通部分を介して第２領域と第３領域との間で圧力差を生じる。

ここで、弁部材は、駆動部の磁力による駆動力で駆動されるので、第２領域と第３領域との間に圧力差を生じても、領域間の圧力差で開閉されるバルブ（例えば、リードバルブ）とは異なり、第２連通部分を閉鎖することができる。これにより、第２連通部分を閉鎖した状態で、第１領域と第２領域との間で吸着質を流通させることができる。

請求項４の発明は、前記閉空間の内部に収容され、前記連通部分を開放又は閉鎖する方向に前記弁部材を弾性力により付勢する弾性部材を備え、前記駆動部は、前記弾性部材の付勢力に対抗して前記弾性部材の付勢方向とは反対方向へ前記弁部材を駆動する。

請求項４の構成によれば、弾性部材の付勢力により、弁部材が連通部分を開放又は閉鎖する。また、駆動部が、弾性部材の付勢力に対抗して弾性部材の付勢方向とは反対方向へ弁部材を駆動する。これにより、連通部分が開放又は閉鎖される。

このように、駆動部は弁部材を一方向に駆動すればよいので、連通部分を開放する方向及び閉鎖する方向の両方向に駆動部が弁部材を駆動する場合に比べ、駆動部の構成を簡素化できる。

請求項５の発明では、前記駆動部は、電磁石の前記磁力により前記弁部材を駆動すると共に、前記電磁石の電流におけるＰＷＭ制御により前記弁部材の開度を調整する。

請求項５の構成によれば、駆動部が、電磁石の磁力により弁部材を駆動すると共に、電磁石の電流におけるＰＷＭ制御により弁部材の開度を調整する。これにより、領域間で流通する流体（例えば、吸着質）の流量を調整できる。

請求項６の発明では、前記閉空間を形成する筐体は、非磁性材で形成されている。

請求項６の構成によれば、閉空間を形成する筐体が非磁性材で形成されているので、駆動部から弁部材へ作用する磁力が影響を受けることを抑制できる。

請求項７の発明では、前記筐体は、前記非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されている。

請求項７の構成によれば、筐体が非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されているので、領域間で流通する流体として、水等を用いた場合でも筐体が腐食しにくい。

請求項８の発明は、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する複数の反応器と、前記反応器同士の間で吸着質を流通させ、大気圧よりも低圧とされた閉空間を前記複数の反応器とで形成する流通管と、前記流通管の内部に収容され、前記流通管を開閉可能な弁部材と、前記流通管の外部に配置され、前記流通管が開放又は閉鎖されるように磁力により前記弁部材を駆動する駆動部と、を備える。

請求項８の構成によれば、流通管の内部に収容された弁部材を、駆動部が流通管の外部から磁力により駆動する。これにより、反応器同士の間で吸着質を流通させる流通管を、弁部材が開放又は閉鎖する。

ここで、請求項８の構成では、大気圧よりも低圧とされた閉空間を複数の反応器及び流通管で形成しているが、弁部材は流通管の内部に収容されているため、弁部材に対して大気圧が作用しない。このため、弁部材の一部が閉空間の外部に露出して弁部材に対して大気圧が作用する場合に比べ、弁部材を駆動する駆動力を低減できる。

請求項９の発明では、前記複数の反応器は、吸着質を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器の前記吸着質を吸着して前記蒸発器で冷熱を生成させる第１吸着器と、前記第１吸着器に吸着された前記吸着質を吸着して前記第１吸着器で冷熱を生成させ、前記蒸発器と前記第１吸着器との間で前記吸着質が流通する状態において前記第１吸着器との間で圧力差を生じる第２吸着器と、を有し、前記弁部材は、前記第１吸着器と前記第２吸着器との間で吸着質を流通させる前記流通管を開閉可能とされる。

請求項９の構成によれば、蒸発器と第１吸着器との間で吸着質が流通する状態において第１吸着器と第２吸着器との間で圧力差を生じる。

ここで、弁部材は、駆動部の磁力による駆動力で駆動されるので、第１吸着器と第２吸着器との間で圧力差を生じても、反応器間の圧力差で開閉されるバルブ（例えば、リードバルブ）とは異なり、第１吸着器と第２吸着器との間で吸着質を流通させる流通管を閉鎖することができる。これにより、流通管を閉鎖した状態で、蒸発器と第１吸着器との間で吸着質を流通させることができる。

本発明は、上記構成としたので、弁部材を駆動する駆動力を低減することができる。

本実施形態の吸着式ヒートポンプの構成を示す概略図である。 本実施形態の開閉バルブの構成を示す概略図である。 本実施形態の開閉バルブの構成を示す概略図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける冷熱生成状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける冷熱生成状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける再生状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける再生状態を示す説明図である。 本実施形態の吸着式ヒートポンプにおける再生状態を示す説明図である。 比較例のバルブの構成を示す概略図である。 本実施形態の開閉バルブの第１変形例を示す概略図である。 図１０に示す構成の一部を拡大した拡大図である。 本実施形態の開閉バルブの第２変形例を示す概略図である。 第２変形例の開閉バルブを適用した吸着式ヒートポンプの構成を示す概略図である。 本実施形態の開閉バルブの第２変形例を示す概略図である。 本実施形態の開閉バルブの第２変形例を示す概略図である。

以下、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

（吸着式ヒートポンプ１２）
まず、吸着式ヒートポンプ１２（以下、単に「ヒートポンプ１２」という）の構成について説明する。図１には、ヒートポンプ１２の構成が示されている。

ヒートポンプ１２は、図１に示されるように、タンク１３と、蒸発／凝縮器１４（反応器の一例）と、第１吸着器２０（反応器の一例）と、第２吸着器２２（反応器の一例）と、を有している。

蒸発／凝縮器１４の内部には、蒸発／凝縮室１４Ａ（第１領域の一例）が形成されている。この蒸発／凝縮器１４は、蒸発器としての機能と、凝縮器としての機能とを併せ持っている。すなわち、蒸発／凝縮器１４では、蒸発／凝縮室１４Ａの吸着質（液体の状態）にエネルギー（温熱）が作用すると、この吸着質が蒸発され、その際に冷熱が生成される。また、蒸発／凝縮器１４では、蒸発／凝縮室１４Ａの吸着質（気体の状態）からエネルギーを奪うと、吸着質が凝縮され、その際に温熱が生成される。

タンク１３は、蒸発／凝縮器１４に供給される吸着質を貯留する貯留部として機能する。タンク１３は、供給管１５によって蒸発／凝縮器１４と連通されている。供給管１５には、供給弁３５が設けられている。供給弁３５が開弁されると、供給管１５が開放されてタンク１３から蒸発／凝縮器１４へ吸着質が供給される。

第１吸着器２０及び第２吸着器２２の内部には、それぞれ、第１吸着室２０Ａ（第２領域の一例、領域の一例）及び第２吸着室２２Ａ（第３領域の一例、領域の一例）が形成されている。この第１吸着室２０Ａ及び第２吸着室２２Ａには、それぞれ、異なる種類の吸着剤が収容されている。第２吸着器２２の吸着剤は、例えば、第１吸着器２０の吸着剤よりも高い再生温度の熱で吸着質を脱着させる材料が選択される。

本実施形態では、第１吸着器２０の吸着剤は、例えばＡＱＳＯＡ−Ｚ０５（「ＡＱＳＯＡ」は三菱樹脂の登録商標）であり、第２吸着器２２の吸着剤は、例えば、Ｙ型ゼオライトである。また、吸着質としては、例えば、水あるいはアンモニアを用いることができる。水及びアンモニアは、ヒートポンプ１２において求められる条件（温度及び圧力）で吸着剤に対し吸着及び脱着し、しかも安価に調達できる。

蒸発／凝縮器１４、第１吸着器２０及び第２吸着器２２は、この順で、第１連通管１６、第２連通管１７（流通管の一例）により直列状に連通（接続）されている。

第１連通管１６の内部には、第１連通路１６Ａ（第１連通部分の一例）が形成されている。また、第１連通管１６には、第１開閉バルブ１８が設けられている。第１開閉バルブ１８が開弁されると、第１連通管１６（第１連通路１６Ａ）が開放されて第１吸着器２０と蒸発／凝縮器１４との間で吸着質の移動が可能となる。一方、第１開閉バルブ１８が閉弁されると、第１連通管１６（第１連通路１６Ａ）が閉鎖されて第１吸着器２０と蒸発／凝縮器１４との間で吸着質の移動ができなくなる。

第２連通管１７の内部には、第２連通路１７Ａ（第２連通部分の一例、連通部分の一例）が形成されている。また、第２連通管１７には、第２開閉バルブ１９（バルブの一例）が設けられている。第２開閉バルブ１９が開弁されると、第２連通管１７（第２連通路１７Ａ）が開放されて第２吸着器２２と第１吸着器２０との間で吸着質の移動が可能となる。一方、第２開閉バルブ１９が閉弁されると、第２連通管１７（第２連通路１７Ａ）が閉鎖されて第２吸着器２２と第１吸着器２０との間で吸着質の移動ができなくなる。

なお、第２連通管１７は、具体的には、第２開閉バルブ１９に対する第１吸着器２０側に配置された第１管７１と、第２開閉バルブ１９に対する第２吸着器２２側に配置された第２管７２と、第２開閉バルブ１９の後述の弁箱４２と、を有して構成されている。また、第２開閉バルブ１９の具体的な構成については、後述する。

蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２とは、第１吸着器２０をバイパス（迂回）するバイパス管２４により接続される。バイパス管２４の内部には、バイパス路２４Ａが形成されている。また、バイパス管２４には、バイパス弁２６が設けられている。バイパス弁２６が開弁されると、バイパス管２４（バイパス路２４Ａ）が開放されて蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２との間で、第１吸着器２０を経由することなく、吸着質の移動が可能となる。バイパス弁２６が閉弁されると、バイパス管２４（バイパス路２４Ａ）が閉鎖されて蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２との間で吸着質の移動ができなくなる。

蒸発／凝縮器１４には、２つの熱源（低温熱源２８Ｌ及び中温熱源２８Ｍ）を接続する接続管３０Ａが設けられている。接続管３０Ａは熱源側において、それぞれの熱源に対応して分岐しており、分岐部分には、開閉弁３２Ｌ、３２Ｍが設けられている。開閉弁３２Ｌ、３２Ｍが開弁されると、熱源から熱交換媒体が蒸発／凝縮器１４に流れ、蒸発／凝縮器１４で熱交換されて熱源に戻る。

第１吸着器２０には、３つの熱源（低温熱源２８Ｌ、中温熱源２８Ｍ及び高温熱源２８Ｈ）を接続する接続管３０Ｂが設けられている。接続管３０Ｂは熱源側において、それぞれの熱源に対応して分岐しており、分岐部分には、開閉弁３４Ｌ、３４Ｍ、３４Ｈが設けられている。開閉弁３４Ｌ、３４Ｍ、３４Ｈが開弁されると、熱源から熱交換媒体が第１吸着器２０に流れ、第１吸着器２０で熱交換されて熱源に戻る。

第２吸着器２２には、２つの熱源（中温熱源２８Ｍ及び高温熱源２８Ｈ）を接続する接続管３０Ｃが設けられている。接続管３０Ｃは熱源側において、それぞれの熱源に対応して分岐しており、分岐部分には、開閉弁３６Ｍ、３６Ｈが設けられている。開閉弁３６Ｍ、３６Ｈが開弁されると、熱源から熱交換媒体が第２吸着器２２に流れ、第２吸着器２２で熱交換されて熱源に戻る。

低温熱源２８Ｌ、中温熱源２８Ｍ及び高温熱源２８Ｈの具体例は特に限定されないが、中温熱源２８Ｍは低温熱源２８Ｌよりも高温であり、高温熱源２８Ｈは中温熱源２８Ｍよりも高温である。たとえば、低温熱源２８Ｌとしては、冷却対象を冷却する（冷熱を得る）ために管路２９Ｌを循環している冷媒の熱源を挙げることができる。中温熱源２８Ｍとしては、冷却対象の外部（室外）において外部と熱交換するために管路２９Ｍを流れる熱交換媒体の熱源を挙げることができる。高温熱源２８Ｈとしては、ヒートポンプ１２を再生するために管路２９Ｈを流れる熱交換媒体の熱源を挙げることができる。

そして、ヒートポンプ１２では、蒸発／凝縮器１４、第１吸着器２０、第２吸着器２２、第１連通管１６、第２連通管１７及びバイパス管２４によって、大気圧よりも低圧とされた閉空間が形成されている。この閉空間は、蒸発／凝縮室１４Ａ、第１吸着室２０Ａ、第２吸着室２２Ａ、第１連通路１６Ａ、第２連通路１７Ａ及びバイパス路２４Ａによって構成されている。また、閉空間は、蒸気（気体状態の吸着質）が流通する空間であり、少なくとも使用環境下において外部に対して気密とされる空間である。

（第２開閉バルブ１９）
次に、第２開閉バルブ１９の具体的な構成について説明する。図２及び図３には、第２開閉バルブ１９の具体的な構成が示されている。

第２開閉バルブ１９は、図２及び図３に示されるように、筐体４０と、弁部材５０と、圧縮コイルバネ７０（弾性部材の一例）と、駆動部８０と、を有している。

弁部材５０は、第２開閉バルブ１９における可動部分であり、弁部材５０の全体が磁性材で形成されている。磁性材としては、例えば、フェライト系ステンレスが用いられる。弁部材５０は、具体的には、弁棒５２（軸部）と、弁棒５２の下端に設けられた弁体５４と、弁棒５２の上端に設けられた芯部５６と、を有している。

弁棒５２は、上下方向に延びており、筐体４０に設けられた軸受６９によって上下方向（軸方向）に移動可能に支持されている。弁体５４は、円盤状に形成されており、筐体４０内に設けられた弁座４３に接触して流路を開閉する機能を有している。弁体５４の下面には、弁体５４と弁座４３との間をシールするシール部材としてのＯリング５３が設けられている。芯部５６は、弁棒５２よりも拡径されている。なお、弁部材５０は、少なくとも芯部５６が磁性体で構成されていればよい。

筐体４０は、非磁性材で形成されている。非磁性材としては、例えば、オーステナイト系ステンレスが用いられる。筐体４０は、具体的には、第２連通管１７の第１管７１及び第２管７２と連通する弁箱４２と、芯部５６が収容される収容部６０と、を有している。弁箱４２は、Ｌ字状に吸着質を流通させる略Ｌ字状の管で構成されている。

弁箱４２の一端部４２Ａは下方に開口しており、弁箱４２の他端部４２Ｂは側方（図２における左側）に開口している。そして、弁箱４２の一端部４２Ａが第２連通管１７の第１管７１と連通（接続）されている。弁箱４２の他端部４２Ｂが第２連通管１７の第２管７２と連通（接続）されている。

このように、弁箱４２は、第１管７１及び第２管７２と連通しており、前述したように、弁箱４２、第１管７１及び第２管７２によって第２連通管１７が構成されている。本実施形態では、弁箱４２及び収容部６０を含む筐体４０の内部空間は、ヒートポンプ１２における前述の閉空間の一部を構成している。なお、弁箱４２の一端部４２Ａが第２連通管１７の第２管７２と連通し、弁箱４２の他端部４２Ｂが第２連通管１７の第１管７１と連通する構成であってもよい。

弁箱４２の内部には、弁箱４２の内壁から径方向内側に張り出した前述の弁座４３が設けられている。この弁座４３が、弁体５４を受けるようになっている。また、弁箱４２は、弁部材５０の弁棒５２が差し通された通し孔４４を有する天板４５を有している。

収容部６０は、弁箱４２の天板４５と接合される下板部６２と、下板部６２から立設された円筒部６４と、円筒部６４の上端に配置された上板部６６と、を有している。下板部６２には、下板部６２と弁箱４２の天板４５との間をシールするシール部材６８が設けられている。また、下板部６２には、弁棒５２をその軸方向に移動可能に支持する前述の軸受６９が設けられている。

本実施形態では、弁部材５０の芯部５６が収容部６０内に収容されると共に、弁部材５０の弁体５４が弁箱４２内に収容されており、弁部材５０の全体が閉空間である筐体４０内に収容されている。なお、収容部６０及び弁箱４２は、それぞれ、複数の構成部材が組み付けられて構成されていてもよい。

圧縮コイルバネ７０は、上板部６６と芯部５６との間に配置されており、弾性力により芯部５６を下方へ押している。これにより、弁部材５０を下方（第２連通管１７を閉鎖する方向）へ付勢している。

駆動部８０は、筐体４０の外部に配置されている。駆動部８０は、具体的には、ケース８２と、コイル８４と、芯体８６と、を有している。ケース８２は、円筒部８２Ａと、円筒部８２Ａの上端に配置された円形状とされた上板部８２Ｂと、円筒部８２Ａの上端に配置された円形状とされた下板部８２Ｃと、を有している。下板部８２Ｃには、収容部６０の円筒部６４が差し通される円孔８２Ｄが形成されている。

芯体８６は、円柱状又は円筒状に形成された磁性体で構成されている。芯体８６は、ケース８２内における上板部６６の上側であって、芯部５６の同軸上に配置されている。

コイル８４は、円筒状に形成されている。コイル８４は、ケース８２内において、収容部６０の円筒部６４及び芯体８６の周囲を囲むように配置されている。このコイル８４に電源（図示省略）から電流が流れることで、弁部材５０の自重及び圧縮コイルバネ７０の付勢力に対抗して、芯部５６が芯体８６に引き寄せられる。これにより、第２開閉バルブ１９が開弁される（図２参照）。このように、駆動部８０が、芯体８６及びコイル８４で構成された電磁石の磁力により弁部材５０を駆動し、第２開閉バルブ１９が開弁される。

一方、弁部材５０が駆動されず芯部５６に芯体８６への引力が作用しない場合は、圧縮コイルバネ７０が芯体８６を下方へ押すと共に弁部材５０に自重が作用する。これにより、第２開閉バルブ１９が閉弁される（図３参照）。

（冷熱の生成方法）
次に、本実施形態のヒートポンプ１２を用いて冷熱を生成する生成方法を説明する。以下において、開弁状態であると明記した弁（バルブを含む）以外の弁（バルブを含む）は、閉弁されている。

ヒートポンプ１２を用いて冷熱を生成するには、以下のように、冷熱生成工程と、再生工程と、を交互に行う。

＜冷熱生成工程＞
冷熱生成工程では、まず、以下の冷熱生成ステップ１を行ってから、以下の冷熱生成ステップ２を行う。

［冷熱生成ステップ１］
冷熱生成ステップ１では、図４に示されるように、開閉弁３２Ｌを開弁して、蒸発／凝縮器１４に低温熱源２８Ｌから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３４Ｍを開弁して、第１吸着器２０に中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。そして、第１開閉バルブ１８を開弁する。

これにより、蒸発／凝縮器１４で吸着質が蒸発し、図４に矢印Ｆ１で示されるように、この吸着質が第１吸着器２０で吸着される。蒸発／凝縮器１４で蒸発した吸着質を第１吸着器２０で吸着することで、蒸発／凝縮器１４において冷熱が生成される。

［冷熱生成ステップ２］
次に、冷熱生成ステップ２を行う。冷熱生成ステップ２では、まず、図５に示されるように、開閉弁３２Ｌ、３４Ｍ、第１開閉バルブ１８を閉弁する。

そして、開閉弁３４Ｌを開弁して、第１吸着器２０に低温熱源２８Ｌから熱交換媒体を移動させる。さらに、開閉弁３６Ｍを開弁して、第２吸着器２２に中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。そして、第２開閉バルブ１９を開弁する。

これにより、第１吸着器２０で吸着質が蒸発し、図５に矢印Ｆ２で示されるように、この吸着質が第２吸着器２２で吸着される。

以上のように、冷熱生成ステップ２では、第１吸着器２０で吸着質を蒸発させて、第１吸着器２０から吸着質を脱着することで、第１吸着器２０を再生している。そして、第１吸着器２０の再生時に吸着質が脱着する際の脱着エネルギーを利用して、冷熱を生成している。

＜再生工程＞
冷熱生成工程を行うと、特に冷熱生成ステップ２において、第２吸着器２２に吸着質が吸着されるため、以下の第１再生方法、又は以下の第２再生方法を行うことで再生する。

［第１再生方法］
第１再生方法は、第１吸着器２０を用いない再生方法である。第１再生方法では、図６に示されるように、開閉弁３２Ｍを開弁し、蒸発／凝縮器１４に中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３６Ｈを開弁して、第２吸着器２２に高温熱源２８Ｈから熱交換媒体を移動させる。そして、バイパス弁２６を開弁する。

これにより、高温熱源２８Ｈの熱を受けて第２吸着器２２の吸着質が脱着され、第２吸着器２２が再生される。第２吸着器２２に吸着されていた吸着質は、図６に矢印Ｆ３で示されるように、蒸発／凝縮器１４に移動して凝縮される。

以上が第１再生方法である。なお、第１再生方法において、開閉弁３２Ｍに代えて、開閉弁３２Ｌを開弁してもよい。さらに、開閉弁３２Ｌを開弁する場合、低温熱源２８Ｌ及び中温熱源２８Ｍの温度によっては、開閉弁３６Ｈに代えて開閉弁３６Ｍを開弁することも可能である。

［第２再生方法］
第２再生方法は、第１吸着器２０を用いる再生方法であり、再生ステップ１及び再生ステップ２を交互に行う。なお、第２再生方法を行うにあたり、第１吸着器２０は、上記した冷熱生成方法、特に冷熱生成ステップ２において、吸着質が脱着されており、実質的に再生されている。

（再生ステップ１）
再生ステップ１では、図７に示されるように、開閉弁３４Ｍを開弁し、第１吸着器２０へ中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３６Ｈを開弁し、第２吸着器２２へ高温熱源２８Ｈから熱交換媒体を移動させる。そして、第２開閉バルブ１９を開弁する。

これにより、高温熱源２８Ｈの熱を受けて第２吸着器２２の吸着質が脱着され、第２吸着器２２が再生される。第２吸着器２２に吸着されていた吸着質は、第１吸着器２０に移動して吸着される。

（再生ステップ２）
第１吸着器２０が吸着平衡に達すると、再生ステップ２を行う。再生ステップ２では、図８に示されるように、開閉弁３２Ｍを開弁し、蒸発／凝縮器１４へ中温熱源２８Ｍから熱交換媒体を移動させる。また、開閉弁３４Ｈを開弁し、第１吸着器２０へ高温熱源２８Ｈから熱交換媒体を移動させる。そして、第１開閉バルブ１８を開弁する。なお、図８では、開閉弁３６Ｈも開弁しているが、開閉弁３６Ｈは閉弁されていてもよい。

これにより、高温熱源２８Ｈの熱を受けて第１吸着器２０の吸着質が脱着され、第１吸着器２０が再生される。第１吸着器２０に吸着されていた吸着質は、蒸発／凝縮器１４に移動して凝縮される。

以上が第２再生方法である。第２再生方法では、第１再生方法と比較して、高温熱源２８Ｈの温度が低くても、第２吸着器２２を再生できる。第１再生方法では、第２再生方法と比較して、第１吸着器２０において吸着質の吸着と脱着とを繰り返さないので、第２吸着器２２の再生に必要な総エネルギーは小さくなり、効率的に第２吸着器２２を再生できる。

（本実施形態の作用効果）
次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態の構成によれば、前述のように、冷熱生成ステップ１では、第１開閉バルブ１８を開弁する。そして、蒸発／凝縮器１４で吸着質が蒸発し、図４に矢印Ｆ１で示されるように、この吸着質が第１吸着器２０で吸着され、蒸発／凝縮器１４において冷熱が生成される。このように、冷熱生成ステップ１では、第１開閉バルブ１８を開弁し、蒸発／凝縮器１４から第１吸着器２０へ吸着質を流通させる。

本実施形態では、冷熱生成ステップ１において、第２吸着器２２は、吸着及び脱着を行っていないので、第１吸着器２０よりも低圧となる。すなわち、冷熱生成ステップ１において、第１吸着器２０と第２吸着器２２との間で圧力差が生じる。

そして、本実施形態では、弁部材５０は、駆動部８０の磁力による駆動力で駆動されるので、第１吸着器２０と第２吸着器２２との間で圧力差を生じても、吸着器間の圧力差で開閉されるリードバルブ等のバルブ（第１比較例）とは異なり、第２連通管１７を閉鎖することができる。これにより、冷熱生成ステップ１において、第２連通管１７を閉鎖した状態で、蒸発／凝縮器１４から第１吸着器２０へ吸着質を流通させることができる。

ここで、駆動部の駆動力を用いて駆動されるバルブとしては、図９に示すバルブ１００（第２比較例）がある。図９に示すバルブ１００は、弁体１０４を有する弁部材１０５をシリンダ―１０２で駆動する。弁体１０４に設けられたベローズ１０６により、大気圧とされた空間外部と、大気圧よりも低圧とされた空間内部とをシールする（図９のＡ部分が低圧部分、図９のＢ部分が大気圧部分）。このため、バルブ１００では、弁体１０４の上面に大気圧が作用し、弁体１０４を開弁する際に大気圧に対抗して弁部材１０５を駆動する必要がある。これにより、弁部材１０５を駆動する駆動力が大きくなる。

これに対して、本実施形態では、弁部材５０は、閉空間とされた筐体４０の内部に収容されているため、弁部材５０に対して大気圧が作用しない。このため、バルブ１００のように弁部材１０５の一部に大気圧が作用する場合に比べ、弁部材５０を駆動する駆動力を低減できる。

このように、弁部材５０の駆動力が低減できるので、弁部材５０が開閉する弁座４３の開口径を大きくして、吸着質の流量を確保しても、駆動部８０の出力を抑えられる。

また、本実施形態では、弁部材５０が閉空間とされた筐体４０の内部に収容されているため、筐体４０の壁（天板４５及び下板部６２）により、閉空間の内部と外部とのシール性が確保される。したがって、バルブ１００のようにベローズ１０６を用いる場合に比べ、簡易かつ安価な構成で、閉空間の内部と外部との間でリークすることを抑制できる。

また、本実施形態では、圧縮コイルバネ７０の付勢力により、弁部材５０が第２連通管１７を閉鎖する。また、駆動部８０が、圧縮コイルバネ７０の付勢力に対抗して弁部材５０を駆動して、第２連通管１７を開放する。このように、本実施形態では、駆動部８０は弁部材５０を一方向に駆動すればよいので、第２連通管１７を開放する方向及び閉鎖する方向の両方向に駆動部８０が弁部材５０を駆動する場合に比べ、駆動部８０の構成を簡素化できる。

さらに、本実施形態では、閉空間を形成する筐体４０は、非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されている。このように、筐体４０が非磁性材であるため、駆動部８０から弁部材５０へ作用する磁力が影響を受けることが抑制される。また、筐体４０が、非磁性材としてオーステナイト系ステンレスで形成されているため、吸着質として水を用いた場合でも筐体４０が腐食しにくく、駆動部８０が弁部材５０を駆動する磁力の磁場の透過性に優れる。

（第２開閉バルブ１９の第１変形例）
第２開閉バルブ１９は、図１０に示されるように、弁部材５０の開度が調整可能な構成としてもよい。

図１０に示す構成では、弁体５４は、下方に向けて徐々に縮径されるテーパ状（円錐台状）に形成されている。また、弁体５４が収容された筐体４０の周壁４１も下方に向けて徐々に縮径されるテーパ状に形成されている。

この構成では、駆動部８０のコイル８４に流す電流において、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御を実行することで、弁部材５０に対する駆動力が変化する。これにより、弁部材５０に対する駆動力と圧縮コイルバネ７０の付勢力とつり合う位置が変化する。このため、弁体５４が停止する停止位置が変化する。このように、駆動部８０のコイル８４に流す電流において、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御を実行することで、弁体５４の停止位置が制御される。

また、図１１に示されるように、弁体５４の停止位置によって、弁部材５０の開度が変更される。すなわち、弁体５４の停止位置によって、弁体５４と周壁４１との距離Ｌが変化する。このように、弁体５４と周壁４１との距離Ｌが変化することで、弁体５４と周壁４１との間の空間の断面積が変化するので、第２連通管１７を流通する吸着質の流量が調整できる。

（第２開閉バルブ１９の第２変形例）
第２開閉バルブ１９は、図１２に示されるように、三方弁として構成されていてもよい。第２開閉バルブ１９が三方弁とされた場合では、図１３に示されるように、例えば、第１開閉バルブ１８がなくなり、第１連通管１６の第１吸着器２０に接続された端部が、第２開閉バルブ１９に接続される。

図１２に示す構成では、弁箱４２の内部には、側断面視にてＥ字状の流路４９が形成されている。流路４９は、ポート（接続口）４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃを有している。ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃは、それぞれ、蒸発／凝縮器１４の蒸発／凝縮室１４Ａ、第１吸着器２０の第１吸着室２０Ａ及び第２吸着器２２の第２吸着室２２Ａと連通（接続）している。さらに、弁体５４には、側断面視にてコ字状（Ｕ字状）の流路５４Ａが形成されている。

この構成では、駆動部８０が駆動することで、弁部材５０の自重及び圧縮コイルバネ７０の付勢力に対抗して、芯部５６が芯体８６に引き寄せられる。これにより、図１２に示されるように、弁体５４の流路５４Ａ及びポート４９Ａ、４９Ｂを介して、蒸発／凝縮器１４の蒸発／凝縮室１４Ａと、第１吸着器２０の第１吸着室２０Ａとが連通した状態となる。

また、駆動部８０が駆動されない場合は、圧縮コイルバネ７０が芯体８６を下方へ押すと共に弁部材５０に自重が作用する。これにより、図１４に示されるように、弁体５４の流路５４Ａ及びポート４９Ｂ、４９Ｃを介して、第１吸着器２０の第１吸着室２０Ａと第２吸着器２２の第２吸着室２２Ａとが連通した状態となる。

さらに、弁体５４は、駆動部８０のコイル８４に流す電流において、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御を実行することで、弁部材５０を中間位置に停止させてもよい。これにより、図１５に示されるように、ポート４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃの間の壁部により、弁体５４の流路５４Ａが閉鎖される。弁体５４の流路５４Ａが閉鎖されることで、蒸発／凝縮器１４の蒸発／凝縮室１４Ａ、第１吸着器２０の第１吸着室２０Ａ及び第２吸着器２２の第２吸着室２２Ａが、非連通の状態となる。

（他の変形例）
次に、本実施形態の他の変形例について説明する。
本実施形態のヒートポンプ１２は、蒸発／凝縮器１４を有していたが、蒸発器及び凝縮器は、別体で構成されていてもよい。

本実施形態では、第１吸着器２０と第２吸着器２２との間に配置された第２開閉バルブ１９に、本発明のバルブを適用した例について説明したが、本発明のバルブは、他のバルブに適用してもよい。例えば、本発明のバルブは、蒸発／凝縮器１４と第１吸着器２０との間に配置された第１開閉バルブ１８や、蒸発／凝縮器１４と第２吸着器２２との間に配置されたバイパス弁２６に適用してもよい。

本発明のバルブは、冷熱及び温熱を生成する反応器（例えば、蒸発／凝縮器、吸着器）と、冷熱を生成する第１反応器（例えば、蒸発器、吸着器）と、温熱を生成する第２反応器（例えば、凝縮器、吸着器、蓄熱器）と、のいずれか２つが連通する連通部分に配置されたバルブに適用することが可能である。

さらに、本発明のバルブは、弁部材が収容される閉空間が大気圧よりも低圧とされていればよく、吸着式のヒートポンプに適用する場合に限られない。

また、本実施形態では、弾性部材の一例として、圧縮コイルバネ７０を用いたが、これに限られない。弾性部材の一例としては、例えば、引張コイルバネや板バネ等の他のバネと用いてもよい。また、弾性部材としては、金属材料や、ゴムを含む樹脂材料で形成されたものを用いることができる。

また、本実施形態では、圧縮コイルバネ７０の付勢力により、弁部材５０が第２連通管１７を閉鎖し、駆動部８０の磁力による駆動力で弁部材５０を駆動して、第２連通管１７を開放していたが、これに限られない。例えば、圧縮コイルバネ７０の付勢力により、弁部材５０が第２連通管１７を開放し、駆動部８０の磁力による駆動力で弁部材５０を駆動して、第２連通管１７を閉鎖してもよい。また、圧縮コイルバネ７０等の弾性部材を用いず、駆動部８０の磁力による駆動力によって弁部材５０の開放及び閉鎖の両方を行ってもよい。

本実施形態の吸着器には、吸着剤によって吸着質を吸着及び脱着する構成に限定されず、たとえば、吸着質の飽和蒸気圧以下の圧力で吸着質と反応することで、系の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることが可能な反応器であってもよい。ここでいう反応には、物理吸着、化学吸着、吸収、化学反応等が含まれる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。

１２ 吸着式ヒートポンプ
１４ 蒸発／凝縮器（反応器の一例）
１４Ａ 蒸発／凝縮室（第１領域の一例）
１６Ａ 第１連通路（第１連通部分の一例）
１７ 第２連通管（流通管の一例）
１７Ａ 第２連通路（第２連通部分の一例、連通部分の一例）
１９ 第２開閉バルブ（バルブの一例）
２０ 第１吸着器（反応器の一例）
２０Ａ 第１吸着室（第２領域の一例、領域の一例）
２２ 第２吸着器（反応器の一例）
２２Ａ 第２吸着室（第３領域の一例、領域の一例）
５０ 弁部材
７０ 圧縮コイルバネ（弾性部材の一例）
８０ 駆動部

Claims (9)

1. 大気圧よりも低圧とされた閉空間の内部に収容され、前記閉空間の内部に設けられた領域同士を連通する連通部分を開閉可能な弁部材と、
   前記閉空間の外部に配置され、前記連通部分が開放又は閉鎖されるように磁力により前記弁部材を駆動する駆動部と、
   を備え、
   前記駆動部は、前記閉空間の外部に配置された磁性体に磁力によって前記弁部材を引き寄せることで前記弁部材を駆動する
   バルブ。
2. 吸着式ヒートポンプに用いられる請求項１に記載のバルブであって、
   前記弁部材が、吸着質が流通する前記閉空間の内部に収容されると共に、冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する前記領域同士を連通する連通部分を開閉可能とされた
   請求項１に記載のバルブ。
3. 前記吸着式ヒートポンプにおける前記閉空間の内部には、前記領域としての第１領域、第２領域及び第３領域と、前記第１領域と前記第２領域とを連通する第１連通部分と、前記第２領域と前記第３領域とを連通する前記連通部分としての第２連通部分と、が設けられ、
   前記第３領域は、前記第１連通部分で吸着質が流通する状態において、前記第２連通部分を介して前記第２領域との間に圧力差を生じ、
   前記弁部材は、前記第２連通部分に配置されている
   請求項２に記載のバルブ。
4. 前記閉空間の内部に収容され、前記連通部分を開放又は閉鎖する方向に前記弁部材を弾性力により付勢する弾性部材を備え、
   前記駆動部は、前記弾性部材の付勢力に対抗して前記弾性部材の付勢方向とは反対方向へ前記弁部材を駆動する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルブ。
5. 前記駆動部は、電磁石の前記磁力により前記弁部材を駆動すると共に、前記電磁石の電流におけるＰＷＭ制御により前記弁部材の開度を調整する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブ。
6. 前記閉空間を形成する筐体は、非磁性材で形成されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブ。
7. 前記筐体は、前記非磁性材としてのオーステナイト系ステンレスで形成されている
   請求項６に記載のバルブ。
8. 冷熱及び温熱の少なくとも一方を生成する複数の反応器と、
   前記反応器同士の間で吸着質を流通させ、大気圧よりも低圧とされた閉空間を前記複数の反応器とで形成する流通管と、
   前記流通管の内部に収容され、前記流通管を開閉可能な弁部材と、
   前記流通管の外部に配置され、前記流通管が開放又は閉鎖されるように磁力により前記弁部材を駆動する駆動部と、
   を備える吸着式ヒートポンプ。
9. 前記複数の反応器は、
   吸着質を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器の前記吸着質を吸着して前記蒸発器で冷熱を生成させる第１吸着器と、
   前記第１吸着器に吸着された前記吸着質を吸着して前記第１吸着器で冷熱を生成させ、前記蒸発器と前記第１吸着器との間で前記吸着質が流通する状態において前記第１吸着器との間で圧力差を生じる第２吸着器と、
   を有し、
   前記弁部材は、前記第１吸着器と前記第２吸着器との間で吸着質を流通させる前記流通管を開閉可能とされる
   請求項８に記載の吸着式ヒートポンプ。

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