JP6481651B2

JP6481651B2 - ヒートポンプシステム及び冷熱生成方法

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Publication number: JP6481651B2
Application number: JP2016068698A
Authority: JP
Inventors: 靖樹廣田; 隆一岩田; 勉品川; 山内　崇史; 崇史山内
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: US10648710B2; WO2017169511A1; US20190049159A1; JP2017180955A

Description

本発明は、ヒートポンプシステム及び冷熱生成方法に関する。

特許文献１には、冷媒ラインを介して相互連結され、凝縮された冷媒を膨張させる膨張バルブと、膨張した冷媒を空気との熱交換を通じて蒸発させる蒸発器と、蒸発された気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器とを含んで構成された車両用エアコンシステムが記載されている。

特開２０１４−７６７９２号公報

冷熱を生成するヒートポンプシステムでは、蒸発器による冷媒の蒸発により冷熱を生成し、この冷熱を冷却対象に作用させて冷却対象を冷却する。

このように、単に冷媒の蒸発のみによる冷熱生成では、冷熱の生成効率に限界がある。

本発明は上記事実を考慮し、効率的な冷熱生成を行うことを課題とする。

第一の態様では、冷媒が蒸発されることで冷却対象を冷却する蒸発器と、気相の前記冷媒を圧縮する圧縮器と、前記蒸発器で蒸発された前記冷媒が吸着されると共に、前記圧縮器への前記冷媒の移動で前記冷媒が脱着されることで前記冷却対象を冷却する吸着器と、前記冷却対象を、前記蒸発器と前記吸着器のうち冷熱が生成されている方へ流して室内機との間で循環させる循環配管と、を有する。

このヒートポンプシステムでは、蒸発器において、冷媒が蒸発され、蒸発潜熱により冷却対象を冷却する。

蒸発器で蒸発された冷媒は吸着器で吸着される。吸着器に吸着された冷媒は、圧縮器による冷媒の圧縮により、圧縮器へ移動し、吸着器では冷媒が脱着される。そして、圧縮器において、冷媒の脱着熱により、冷却対象を冷却する。

循環配管は、冷却対象を、蒸発器と吸着器のうち冷熱が生成されている方へ流して室内機との間で循環させる。このように、蒸発器における冷媒の蒸発だけでなく、吸着器における冷媒の脱着によっても冷却対象を冷却するので、効率的な冷熱生成を行うことが可能である。

第二の態様では、第一の態様において、前記圧縮器で圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を膨張させ前記蒸発器に送る膨張機と、を有する。

したがって、圧縮器で圧縮された冷媒を、凝縮器により凝縮して液化できる。液化された冷媒に対し、膨張機で膨張させ、蒸発器に送る。このように、冷媒を循環させて、蒸発器及び吸着器での冷熱生成に用いることができる。

第三の態様では、第一又は第二の態様において、前記吸着器が、前記蒸発器と前記圧縮器の間で前記冷媒の移動方向に対し並列して複数配置される。

したがって、複数の吸着器のいずれかでは、冷媒の吸着を行い、他の吸着器では冷媒の脱着を行うことが可能である。複数の吸着器を全体で考えると、連続的な作動が可能なので、ヒートポンプシステムとして連続的な、あるいは長時間にわたる冷熱生成が可能である。

第四の態様では、第三の態様において、前記冷却対象が、複数の前記吸着器のうち冷媒が脱着される吸着器と前記蒸発器とを流れて冷却される。

冷却対象は、吸着された冷媒が脱着される吸着器で冷却され、さらに、蒸発器によって冷却される。このように、冷却対象を吸着器と蒸発器とで連続して冷却することができる。

第五の態様では、第一〜第四のいずれか１つの態様において、前記冷媒を吸着していない前記吸着器では吸着された前記冷媒が前記圧縮器により脱着される。

このように、冷媒を吸着していない吸着器では、冷媒を脱着するように、複数の吸着器の動作を交互に切り替えることで、複数の吸着器を全体として見たときに連続的な動作が可能となる。

第六の態様では、第一〜第五のいずれか１つの態様において、前記吸着器が、前記蒸発器における前記冷媒の飽和蒸気圧で前記冷媒を吸着する。

すなわち、蒸発器においてある特定の温度で冷媒の圧力が飽和蒸気圧になっているとき、この吸着器ではこの冷媒を確実に吸着することができる。

第七の態様では、蒸発器により冷媒を蒸発させて冷熱を生成し、前記蒸発器で蒸発し吸着器で吸着された前記冷媒を圧縮器により脱着させて冷熱を生成し、冷却対象を、前記蒸発器と前記吸着器のうち冷熱が生成されている方へ流して室内機との間で循環させる。

蒸発器で冷媒を蒸発させて冷熱を生成するだけでなく、吸着器に吸着された冷媒を圧縮器により圧縮させることでも冷熱を生成する。そして、冷却対象を、蒸発器と吸着器のうち冷熱が生成されている方へ流して室内機との間で循環させる。蒸発器における冷媒の蒸発だけでなく、吸着器における冷媒の脱着によっても冷却対象を冷却するので、効率的な冷熱生成を行うことが可能である。

第八の態様では、第七の態様において、前記吸着器を複数備え、前記蒸発器で蒸発された前記冷媒を前記吸着器の一部で吸着しながら、他の前記吸着器では前記冷媒を圧縮器により脱着させる。

すなわち、複数の吸着器のいずれかでは、冷媒の吸着を行い、他の吸着器では冷媒の脱着を行うことが可能である。複数の吸着器を全体で考えると、連続的な、あるいは長時間にわたる冷熱生成が可能である。

本発明は上記構成としたので、効率的な冷熱生成を行うことが可能である。

図１は第一実施形態のヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。図２は第一実施形態のヒートポンプシステムの動作を示す概略図である。図３は第一実施形態のヒートポンプシステムの動作を示す概略図である。図４は比較例のヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。図５は比較例のヒートポンプシステムにおける冷媒の冷熱生成サイクルの一例を圧力−エンタルピー線図上に示すグラブである。図６は第一実施形態のヒートポンプシステムにおける冷媒の冷熱生成サイクルの一例を圧力−エンタルピー線図上に示すグラブである。図７は第一実施形態のヒートポンプシステムの吸着剤の吸着等温度線の一例を示すグラブである。図８は第二実施形態のヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。図９は第二実施形態のヒートポンプシステムの動作を示す概略図である。図１０は第二実施形態のヒートポンプシステムの動作を示す概略図である。図１１は第二実施形態のヒートポンプシステムにおける冷媒の冷熱生成サイクルの一例を圧力−エンタルピー線図上に示すグラブである。図１２は第二実施形態のヒートポンプシステムの吸着剤の吸着等温度線の一例を示すグラブである。図１３は第二実施形態のヒートポンプシステムの吸着剤の吸着等温度線の一例を示すグラブである。

本発明の第一実施形態のヒートポンプシステム１１２は、図１に示すように、蒸発器１１４、吸着器１１６、圧縮器１１８、凝縮器１２０及び膨張機１２２を有する。そして、冷媒が、蒸発器１１４から順に、吸着器１１６、圧縮器１１８、凝縮器１２０及び膨張機１２２を経て蒸発器１１４に戻る（循環する）ように、冷媒配管１２４で接続されている。

冷媒配管１２４には、蒸発器１１４と吸着器１１６の間、及び、吸着器１１６と圧縮器１１８の間に、開閉弁１２６Ａ、１２６Ｂがそれぞれ設けられている。

蒸発器１１４及び吸着器１１６には、室内機１２８が接続されている。室内機１２８は、循環配管１３０によって、蒸発器１１４と吸着器１１６の双方に、これらが並列になるよう接続されている。そして、図２及び図３に示すように、開閉弁１２６Ｃ、１２６Ｄ、１２６Ｅ、１２６Ｆを開閉することで、蒸発器１１４と吸着器１１６のいずれか一方と室内機１２８との間で冷却対象を循環させることができる。

吸着器１１６および凝縮器１２０には室外機１３２が接続されている。室外機１３２は、冷却配管１３４によって、吸着器１１６、凝縮器１２０及び凝縮器１２０と直列で接続されている。室外機１３２から吸着器１１６、凝縮器１２０へと順に冷却媒体を流し、室外機１３２に戻すことで、吸着器１１６及び凝縮器１２０の熱を室外に排出できる。冷却配管１３４には開閉弁１２６Ｇが設けられており、冷却配管１３４を開閉できる。

なお、ヒートポンプシステムの動作を示す図面（第一実施形態では図２及び図３）においては、開状態にある弁を白抜き、閉状態にある弁を黒塗りで示す。また、内部を流体が流れている状態の配管を、流れていない状態の配管よりも太くして示す。

第一実施形態のヒートポンプシステム１１２では、蒸発器１１４において、冷媒が蒸発されるときに生成される冷熱を冷却対象に作用させ、冷却対象を冷却できる。また、吸着器１１６においては、吸着された冷媒が脱着されるときに生成される冷熱を冷却対象に作用させ、冷却対象を冷却できる。そして、開閉弁１２６Ｃ、１２６Ｄ、１２６Ｅ、１２６Ｆの開閉により、冷却対象の流路を蒸発器１１４側と吸着器１１６側のいずれかに切り替えることで、冷却対象は、蒸発器１１４と吸着器１１６のいずれかから冷熱を受けることが可能である。

たとえば、図２に示す状態では、冷媒配管１２４において、開閉弁１２６Ａは開状態であり、開閉弁１２６Ｂは閉状態である。矢印Ｆ１１で示すように、蒸発器１１４から吸着器１１６に冷媒を流すことができるが、吸着器１１６から圧縮器１１８へは冷媒は流れない。また、循環配管１３０において、開閉弁１２６Ｃ、１２６Ｄは開状態であり、開閉弁１２６Ｅ、１２６Ｆは閉状態である。したがって、矢印Ｆ１２で示すように、冷却対象が蒸発器１１４を流れるので、蒸発器１１４で生じた冷熱が冷却対象に作用し、冷却対象が冷却される。

また、この状態では、開閉弁１２６Ｇは開状態である。矢印Ｆ１３で示すように、吸着器１１６に冷却水が流れる。吸着器１１６で生じた吸着熱（温熱）を冷却水へ作用させることができる。

これに対し、図３に示す状態では、冷媒配管１２４において、開閉弁１２６Ａは閉状態であり、開閉弁１２６Ｂは開状態である。矢印Ｆ１４で示すように、吸着器１１６から圧縮器１１８に冷媒を流すことができるが、蒸発器１１４から吸着器１１６へは冷媒は流れない。また、循環配管１３０において、開閉弁１２６Ｃ、１２６Ｄは閉状態であり、開閉弁１２６Ｅ、１２６Ｆは開状態である。したがって、矢印Ｆ１５で示すように、冷却対象が吸着器１１６を流れるので、吸着器１１６で生じた冷熱が冷却対象に作用し、冷却対象が冷却される。吸着器１１６では、吸着されていた冷媒が脱着されるので、吸着器１１６が再生される。

このように、第一実施形態のヒートポンプシステム１１２では、蒸発器１１４の蒸発潜熱による冷熱生成だけでなく、吸着器１１６の脱着熱による冷熱生成を行う。冷媒を循環させる１つのサイクルにおいて、２段階（２工程）で冷熱生成を行うので、１段階（１工程）で冷熱生成を行う構成と比較して、効率的な冷熱生成を行うことが可能である。

図４には、比較例のヒートポンプシステム１２が示されている。比較例のヒートポンプシステム１２では、蒸発器１４、圧縮器１８、凝縮器２０及び膨張機２２が冷媒配管２４で接続されているが、吸着器を有さない。室内機２８は、循環配管３０によって蒸発器１４のみと接続され、室外機３２は、冷却配管３４によって凝縮器２０のみと接続されている。なお、図４では、各配管の開閉弁の図示を省略している。

以下において、冷媒にハイドロフルオロカーボン（Ｒ１３４ａ）を用いた場合の、第一実施形態と比較例との、変換効率（ＣＯＰ）を考える。図５には比較例の場合の、図６には第一実施形態の場合の、それぞれの冷熱生成サイクルが圧力−比エンタルピー線図上に示されている。以下では、比エンタルピーを単にエンタルピーと言う。

まず、比較例のヒートポンプシステム１２において、蒸発器１４での冷媒の蒸発温度を０℃、凝縮器２０での冷媒の凝縮温度を４５℃とする。蒸発器１４における冷媒の蒸発は、図５の冷熱生成サイクルにおいて、状態１から状態２への変化である。状態２におけるエンタルピーｈ_２は、
ｈ_２＝４００．０ｋＪ／ｋｇ
であり、状態１におけるエンタルピーｈ_１は、
ｈ_１＝２６２．５ｋＪ／ｋｇ
であるので、この場合に生成される冷熱ｑ_ｅ１は、
ｑ_ｅ１＝ｈ_２−ｈ_１＝１３７．５ｋＪ／ｋｇ
である。

また、圧縮器１８では、図５の冷熱生成サイクルにおいて、状態２から状態３への状態変化が生じている。状態３におけるエンタルピーｈ_３は、
ｈ_３＝４３３．０ｋＪ／ｋｇ
であるので、理論仕事量Ｌは、
Ｌ＝ｈ_３−ｈ_２＝３３ｋＪ／ｋｇである。

したがって、比較例のヒートポンプシステム１２における理論的な変換効率ＣＯＰは、
ＣＯＰ＝ｑ_ｅ１／Ｌ＝３．８６となる。

次に、第一実施形態のヒートポンプシステム１１２における冷熱生成サイクルを考える。第一実施形態のヒートポンプシステム１１２では、比較例のヒートポンプシステム１２と同様に、蒸発器１１４において冷媒が０℃で蒸発する。したがって、吸着器１１６における冷媒の吸着温度（ここでは４５℃）において、０℃の飽和蒸気圧の冷媒の吸着が行えるようにすれば、比較例のヒートポンプシステム１２と同等の蒸発を蒸発器１１４で行わせることができる。図６の冷熱生成サイクルでは、状態１から状態２への変化であり、この変化は、比較例のヒートポンプシステム１２における状態１から状態２への変化と同様である。

具体的には、０℃の飽和蒸気圧Ｐ（０℃）は、
Ｐ（０℃）＝２９３．１８ｋＰａ
であり、４５℃での蒸気圧Ｐ（４５℃）は、
Ｐ（４５℃）＝１１５８．８２ｋＰａ
なので、相対圧φ２は、
φ２＝Ｐ（０℃）／Ｐ（４５℃）＝０．２５３
となる。すなわち、相対圧が０．２５３であっても冷媒を吸着できる吸着剤を用いることで、比較例の蒸発器１４における冷熱と同等の冷熱を、第一実施形態のヒートポンプシステム１１２の蒸発器１１４で得ることができると言える。

第一実施形態のヒートポンプシステム１１２ではさらに、吸着器１１６から冷媒を脱着させることによっても冷熱を生成する。上記したように、吸着器１１６では、０℃において相対圧０．２５３で冷媒を吸着する吸着剤を用いることとしている。したがって、吸着器１１６では、相対圧として０．２５３以下で冷媒を脱着させればよい。ここでは、差圧も考慮し、相対圧０．２２で吸着器１１６から冷媒を脱着させるとする。０℃の飽和蒸気圧Ｐ（０℃）は、
Ｐ（０℃）＝２９３．１８ｋＰａ
なので、冷媒を脱着させる圧力Ｐ３は、
Ｐ３＝Ｐ（０℃）×０．２２＝６４．５ｋＰａ
である。すなわち、Ｐ３以下の圧力を吸着器１１６に作用させれば、吸着器１１６から冷媒を脱着させることができる。図６の冷熱生成サイクルでは、吸着器１１６に冷媒が吸着されることで、状態２から、圧力及びエンタルピーが低下した状態となる、図６に示す状態ａは、このように圧力及びエンタルピーが低下した状態の一例である。ただし、実際には、冷媒は吸着剤に吸着されているので、図６において状態ａとして示す点は近似的である。そして、図６の冷熱生成サイクルにおいて、冷媒は、吸着器１１６における脱着により、状態ｄへと状態変化する。

吸着器１１６で冷媒が脱着する際には、冷媒が蒸発器１１４で蒸発する際の冷熱ｑ_ｅ１に対し、ΔＨ_ａｄ／ΔＨ_ｅｖｅを乗じた冷熱が生じる。ここで、ΔＨ_ａｄは、吸着器１１６で吸着されるときの吸着熱、ΔＨ_ｅｖｅは吸着器で冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱である。吸着器１１６の吸着剤として活性炭を用いた場合には、ΔＨ_ａｄ／ΔＨ_ｅｖｅの値は、吸着量と相関している。そして、吸着量が１．２ｋｇ／ｋｇ程度までであれば、この値は約１．６となることが知られている（２０１５年度日本冷凍空調学会年次大会講演論文集、Ｃ３１２−２参照）。

第一実施形態のヒートポンプシステム１１２において、吸着器１１６における冷媒の吸着量は１．２ｋｇ／ｋｇであると想定できる。したがって、吸着器で冷媒が脱着する際に生成される冷熱は、１．６×ｑ_ｅ１となる。図７には、このように、相対圧０．２５３で冷媒を吸着でき、相対圧０．２２で冷媒を脱着できる吸着剤の吸着等温度線の一例が示されている。

吸着器１１６において冷媒が脱着する際には、吸着剤及び冷媒の温度が低下するので、この温度低下分は、冷却対象の冷却には寄与せず、顕熱損失Ｑが生じる。吸着剤として１ｋｇの活性炭（比熱０．７１ｋＪ／ｋｇ／Ｋ）を用い、冷媒として１ｋｇのＲ１３４ａ（比熱１．４２８９ｋＪ／ｋｇ／Ｋ）を用いた場合、
Ｑ＝（０．７１×１×４５）＋（１．４２８９×１×４５）＝９６．２５ｋＪ
となる。

吸着器１１６で冷媒を脱着させるためには、冷媒を脱着させる圧力Ｐ３から、温度４５℃での圧力Ｐ（４５℃）まで圧縮するための動力Ｌ２が必要である。この動力Ｌ２は、図６に示す冷熱生成サイクルにおいて、状態ｄから状態３への変化である。具体的には、状態ｄにおけるエンタルピーｈ_ｄは
ｈ_ｄ＝３７７ｋＪ／ｋｇであるので、
Ｌ２＝ｈ_３−ｈ_ｄ＝５６ｋＪ／ｋｇ
となる。

以上より、第一実施形態のヒートポンプシステム１１２の変換効率ＣＯＰは、
ＣＯＰ＝（ｑ_ｅ１＋１．６×ｑ_ｅ１−Ｑ）／Ｌ２＝４．６７
となる。比較例のヒートポンプシステム１２のＣＯＰは３．８６なので、冷熱生成の効率が約２１％向上している。

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第二実施形態のヒートポンプシステム２１２では、２つの吸着器２１６を有する。２つの吸着器２１６を特に区別するときは、吸着器２１６Ａ及び吸着器２１６Ｂとする、ただし、第二実施形態のヒートポンプシステム２１２において、冷媒の吸着・脱着能力等は、２つの吸着器２１６で同等である。

吸着器２１６Ａ、２１６Ｂは、蒸発器１１４から圧縮器１１８までの冷媒の移動方向に対し、並列して配置されている。第二実施形態の冷媒配管２２４は、蒸発器１１４から吸着器２１６Ａ、２１６Ｂまでの間で２つに分岐し、吸着器２１６Ａ、２１６Ｂから圧縮器１１８までの間で１つに合流している。冷媒の流れ方向で見て、吸着器２１６Ａ、２１６Ｂの上流側には開閉弁２２６Ａ、２２６Ｂが、下流側には開閉弁２２６Ｃ、２２６Ｄが設けられている。

第二実施形態において、吸着器２１６及び蒸発器１１４は、循環配管２３０によって室内機１２８に接続されている。この循環配管２３０は、室内機１２８から吸着器２１６Ａ、２１６Ｂの間で２つに分岐し、吸着器２１６Ａ、２１６Ｂから蒸発器１１４までの間で１つに合流している。冷却対象の流れ方向で見て、吸着器２１６Ａ、２１６Ｂの上流側には開閉弁２２６Ｅ、２２６Ｆが、下流側には開閉弁２２６Ｇ、２２６Ｈが設けられている。

さらに、第二実施形態において、吸着器２１６及び凝縮器１２０は冷却水配管２３４によって室外機１３２と接続されている。この冷却水配管２３４は、室外機１３２から吸着器２１６Ａ、２１６Ｂの間で２つに分岐し、吸着器２１６Ａ、２１６Ｂから凝縮器１２０までの間で１つに合流している。冷却水の流れ方向で見て、吸着器２１６Ａ、２１６Ｂの上流側には開閉弁２２６Ｊ、２２６Ｋが、下流側には開閉弁２２６Ｌ、２２６Ｍが設けられている。

第二実施形態のヒートポンプシステム２１２では、蒸発器１１４で蒸発された冷媒を、２つの吸着器２１６Ａ、２１６Ｂのいずれか一方で吸着するように、開閉弁２２６Ａ、２１６Ｂ、２２６Ｃ、２２６Ｄが適切に開閉される。また、冷媒の吸着を行っていない吸着器では、室内機１２８から送られた冷却媒体の熱により、冷媒を脱着して再生が行えるように、開閉弁２２６Ｅ、２２６Ｆ、２２６Ｇ、２２６Ｈが適切に開閉される。

たとえば、図９に示す状態では、開閉弁２２６Ａが開状態とされている。矢印Ｆ２１で示すように、蒸発器１１４から冷媒が吸着器２１６Ａに流れて吸着器２１６Ａで吸着される。開閉弁２２６Ｃは閉状態なので、吸着器２１６Ａから圧縮器１１８へ冷媒が移動することはない。これに対し、開閉弁２２６Ｆは開状態である。矢印Ｆ２２で示すように、冷媒を吸着していない吸着器２１６Ｂへは、室内機１２８から冷却対象が移動し、吸着器２１６Ｂが再生されると共に、冷却対象が冷却される。

さらに、開閉弁２２６Ｈも開状態にあるので、冷却対象は蒸発器１１４にも移動し、さらに冷却されて、室内機１２８に戻る。すなわち、冷却対象は、まず、吸着器２１６Ｂで冷熱を受け、次に、蒸発器１１４で冷熱を受ける。

開閉弁２２６Ｊは開状態にある。矢印Ｆ２３で示すように、冷媒を吸着している吸着器２１６Ａに対しては、室外機１３２から冷却水が流れ、吸着器２１６Ａの吸着熱を回収する。さらに、開閉弁２２６Ｌが開状態にあるので、この冷却水は、凝縮器１２０でも凝縮熱を回収し、室外機１３２に戻って放熱する。開閉弁２２６Ｄは開状態にあるので、矢印Ｆ２４で示すように、吸着器２１６Ｂから脱着した冷媒が、圧縮器１１８へ移動する。

図１０に示す状態では、開閉弁２２６Ｂが開状態とされている。矢印Ｆ２５で示すように、蒸発器１１４から冷媒が吸着器２１６Ｂに流れて吸着器２１６Ｂで吸着される。開閉弁２２６Ｄは閉状態なので、吸着器２１６Ｂから圧縮器１１８へ冷媒が移動することはない。これに対し、開閉弁２２６Ｅが開状態である。矢印Ｆ２６で示すように、冷媒を吸着していない吸着器２１６Ａへは、室内機１２８から冷却対象が移動し、吸着器２１６Ａが再生されると共に、冷却対象が冷却される。

さらに、開閉弁２２６Ｇも開状態にあるので、冷却対象は蒸発器１１４にも移動し、さらに冷却されて、室内機１２８に戻る。すなわち、冷却対象は、まず、吸着器２１６Ａで冷熱を受け、次に、蒸発器１１４で冷熱を受ける。

開閉弁２２６Ｋが開状態にある。矢印Ｆ２７で示すように、冷媒を吸着している吸着器２１６Ｂに対しては、室外機１３２から冷却水が流れ、吸着器２１６Ｂの吸着熱を回収する。さらに、開閉弁２２６Ｍが開状態にあるので、この冷却水は、凝縮器１２０でも凝縮熱を回収し、室外機１３２に基って放熱する。開閉弁２２６Ｃは開状態にあるので、矢印Ｆ２８で示すように、吸着器２１６Ａから脱着した冷媒が、圧縮器１１８へ移動する。

第二実施形態のヒートポンプシステム２１２では、このように、２つの吸着器２１６を吸着状態と脱着状態とに交互に切り替えて作動させることができる。蒸発器１１４に対しては、いずれかの吸着器２１６が作動しているので、連続して冷媒を蒸発させることで、連続的な冷熱生成が可能である。

また、第二実施形態のヒートポンプシステム２１２では、このように２つの吸着器２１６を交互に切り替えて作動させるので、凝縮器１２０での凝縮温度を、第一実施形態のヒートポンプシステム１１２よりも低くできる。たとえば、第二実施形態において吸着器２１６の吸着温度を４１．５℃にすると、
φ２＝Ｐ（０℃）／Ｐ（４１．５℃）＝０．３３
である。また、吸着器２１６の脱着温度を５．８℃にすると、冷媒を脱着させる相対圧は、
Ｐ３／Ｐ（５．８℃）＝０．１８２
となる。すなわち、図１２に示すように、吸着器２１６で作動する相対圧の範囲が広くなる。これにより、吸着剤として用いることができる材料の種類が多くなる。

また、第二実施形態において、吸着器２１６から冷媒を脱着させる圧力Ｐ３として１００ｋＰａに設定する場合を想定する。この場合、図１１に示す冷熱生成サイクルのように、状態ａ及び状態ｄの圧力が１００ｋＰａであり、圧縮器１１８で冷媒を圧縮する（状態ｄ→３へ状態変化させる）ために必要な動力Ｌ２は低くて済む。

具体的には、図１１の冷熱生成サイクルにおける状態ｄのエンタルピーｈ_ｄは、
ｈ_ｄ＝３８５ｋＪ／ｋｇ
なので、
Ｌ２＝ｈ_３−ｈ_ｄ＝４８ｋＪ／ｋｇ
となる。しかも、図６における状態１→２のエンタルピー変化量と、図１１における状態１→２のエンタルピー変化量は等しい。さらに、図６における状態ａ→ｄのエンタルピー変化量と、図１１における状態ａ→ｄのエンタルピー変化量も等しい。すなわち、第二実施形態のヒートポンプシステム２１２では、第一実施形態のヒートポンプシステム１１２と同等の冷熱を得ることができる。

第二実施形態では、吸着器２１６の温度が４１．５℃から５．８℃へと変化するので、変化量は、３７．５℃であり、第一実施形態よりも変化量が小さい。このため、吸着器２１６における顕熱損失Ｑが小さくなる。具体的には、
Ｑ＝（０．７１×１×３７．５）＋（１．４２８９×１×３７．５）＝８０．２１ｋＪ
である。

以上より、第二実施形態のヒートポンプシステム２１２の変換効率ＣＯＰを計算すると、
ＣＯＰ＝（ｑ_ｅ１＋１．６×ｑ_ｅ１−Ｑ）／Ｌ２＝５．７８
である。すなわち、第二実施形態のヒートポンプシステム２１２は、比較例のヒートポンプシステム１２と比較すると、冷熱生成の効率が約５０％向上している。

本発明の吸着器には、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ればよい。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。たとえば、冷媒にアンモニア、吸着器として化学蓄熱反応器（たとえば反応材としてＣａＣｌ_２）を用いてもよい。

圧縮器としては、吸着器での吸着障害を抑制する観点から、オイルを使用しない圧縮器を用いることが好ましい。

１１２ヒートポンプシステム
１１４蒸発器
１１６吸着器
１１８圧縮器
１２０凝縮器
１２２膨張機
１２４冷媒配管
１２８室内機
１３０循環配管
１３２室外機
１３４冷却配管
２１２ヒートポンプシステム
２１６吸着器
２２４冷媒配管
２３０循環配管
２３４冷却水配管

Claims

冷媒が蒸発されることで冷却対象を冷却する蒸発器と、
気相の前記冷媒を圧縮する圧縮器と、
前記蒸発器で蒸発された前記冷媒が吸着されると共に、前記圧縮器への前記冷媒の移動で前記冷媒が脱着されることで前記冷却対象を冷却する吸着器と、
前記冷却対象を、前記蒸発器と前記吸着器のうち冷熱が生成されている方へ流して室内機との間で循環させる循環配管と、
を有するヒートポンプシステム。
前記圧縮器で圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を膨張させ前記蒸発器に送る膨張機と、
を有する請求項１に記載のヒートポンプシステム。
前記吸着器が、前記蒸発器と前記圧縮器の間で前記冷媒の移動方向に対し並列して複数配置される請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプシステム。
前記冷却対象が、複数の前記吸着器のうち冷媒が脱着される吸着器と前記蒸発器とを流れて冷却される請求項３に記載のヒートポンプシステム。
前記冷媒を吸着していない前記吸着器では吸着された前記冷媒が前記圧縮器により脱着される請求項４に記載のヒートポンプシステム。
前記吸着器が、前記蒸発器における前記冷媒の飽和蒸気圧で前記冷媒を吸着する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
蒸発器により冷媒を蒸発させて冷熱を生成し、
前記蒸発器で蒸発し吸着器で吸着された前記冷媒を圧縮器により脱着させて冷熱を生成し、
冷却対象を、前記蒸発器と前記吸着器のうち冷熱が生成されている方へ流して室内機との間で循環させる冷熱生成方法。
前記吸着器を複数備え、
前記蒸発器で蒸発された前記冷媒を前記吸着器の一部で吸着しながら、他の前記吸着器では前記冷媒を圧縮器により脱着させる請求項７に記載の冷熱生成方法。