JP7011935B2

JP7011935B2 - 気液分離装置

Info

Publication number: JP7011935B2
Application number: JP2017245070A
Authority: JP
Inventors: 智行秋田; 靖樹廣田; 雄介堀井
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: JP2019113216A

Description

本発明は、吸着式ヒートポンプに用いられる気液分離装置に関し、特に、液体と気体とを分離する技術に関する。

建造物に設けられる空調装置や電気機器を冷却する装置として、吸着式ヒートポンプが広く用いられている。吸着式ヒートポンプは、水蒸気などの吸着質を吸着材に吸着させる工程と、吸着質を吸着材から脱離させる工程を交互に実行すると共に、液相の吸着質を蒸発させて、吸着材が収容された空間に適宜供給することで冷却対象物との間で熱交換を行う。

図６には吸着式ヒートポンプの構成が模式的に示されている。吸着式ヒートポンプは、吸着材が設けられた吸着／脱離空間１０２を備えている。吸着材には、冷却されることで吸着質を吸着し、加熱されることで吸着質を脱離するという性質がある。また、吸着式ヒートポンプは、液相の吸着質を蒸発させて気相の吸着質を吸着／脱離空間１０２に供給する蒸発器１０４と、吸着／脱離空間１０２から供給された気相の吸着質を凝縮させて液相の吸着質とし、蒸発器１０４に戻す凝縮器１０６を備えている。

吸着式ヒートポンプで実行される工程には、蒸発器１０４から吸着／脱離空間１０２に気相の吸着質を供給すると共に、吸着材の冷却によって吸着材に吸着質を吸着させる吸着工程がある。また、吸着材の加熱によって吸着材から吸着質を脱離させ、吸着質から脱離した気相の吸着質を凝縮器１０６で凝縮させて液相の吸着質を得て、液相の吸着質を蒸発器１０４に戻す脱離工程がある。

蒸発器１０４には熱交換器１０８が取り付けられている。蒸発器１０４は、熱交換器１０８から熱を得ることで液相の吸着質を蒸発させて気相の吸着質とする。一方、熱交換器１０８は、蒸発器１０４に熱を与えることで、周囲の空気や冷却対象の電気機器を冷却する。これによって吸着式ヒートポンプは、空調装置や冷却装置として動作する。

吸着質を加熱または冷却するため、吸着式ヒートポンプには吸着／脱離空間１０２に熱結合する熱媒空間１１０が設けられている。熱媒空間１１０には水蒸気などの熱媒が流通し、熱媒の温度に応じて、吸着／脱離空間１０２にある吸着材の加熱または冷却が行われる。

熱媒空間１１０に熱媒を供給するため、吸着式ヒートポンプは、液相の熱媒を蒸発させる熱媒蒸発器１１２を備えている。熱媒蒸発器１１２には液相の熱媒が蓄えられており、熱媒蒸発器１１２は、液相の熱媒を加熱して気相の熱媒とする。また、凝縮器１０６は、熱媒空間１１０から供給された気相の熱媒を凝縮させて液相の熱媒とし、液相の熱媒を熱媒蒸発器１１２に戻す。

吸着式ヒートポンプには、吸着／脱離空間１０２および熱媒空間１１０と同一構造の吸着／脱離空間２０２および熱媒空間２１０が設けられている。吸着／脱離空間１０２および熱媒空間１１０が吸着工程の状態にあるときには、吸着／脱離空間２０２および熱媒空間２１０は脱離工程の状態にあり、吸着／脱離空間１０２および熱媒空間１１０が脱離工程の状態にあるときには、吸着／脱離空間２０２および熱媒空間２１０は吸着工程の状態にある。

一般に吸着式ヒートポンプでは、吸着質および熱媒には液相の水（液体の状態の水）または気相の水（水蒸気）が用いられる。なお、以下の特許文献１および２には、吸着式ヒートポンプに関する技術が記載されている。また、特許文献３および４には、本願発明に関連する技術として気液分離器が記載されている。

特開２０１０－１５１３８６号公報特開２０１６－１１８２１号公報特開２０１２－１７０８６３号公報特開２０１５－１８２０７５号公報

吸着式ヒートポンプでは、吸着工程から脱離工程に移るときに、熱媒蒸発器から熱媒空間に至る管に設けられた熱媒供給バルブが開かれる。これによって、気相の熱媒が熱媒空間に供給され、熱媒空間に供給された熱媒が吸着／脱離空間の吸着材を加熱する。

一般に、吸着工程から脱離工程に移るときには、熱媒蒸発器内の圧力は熱媒空間の圧力よりも高くなっている。そのため、熱媒供給バルブを開いたときに、熱媒蒸発器の圧力が低下して液相の熱媒が急激に沸騰し、気相の熱媒のみならず液相の熱媒もが熱媒空間に流れてしまうことがある。これによって、熱媒蒸発器に蓄えられる熱媒が不足し、熱媒空間に十分な熱媒を供給することが困難となってしまうことがある。

本発明は、熱媒蒸発器に蓄えられる熱媒の減少を抑制することを目的とする。

本発明は、熱媒を蒸発させる熱媒蒸発器と、前記熱媒蒸発器から熱媒が供給される熱媒空間と、吸着材が設けられ、前記熱媒空間に熱結合する吸着／脱離空間と、前記熱媒空間から供給される熱媒を凝縮させる凝縮器とを備える吸着式ヒートポンプ、に用いられる気液分離装置において、前記熱媒蒸発器から供給される熱媒から液体および気体を分離する分離空間と、前記分離空間で分離された液体を前記熱媒蒸発器に導くドレイン管と、前記ドレイン管に設けられ、前記ドレイン管における液体を前記熱媒蒸発器に送り出すポンプと、を備え、前記ドレイン管に設けられたチェックバルブであって、前記ポンプの下流側に設けられたチェックバルブを備えることを特徴とする。

また、本発明は、熱媒を蒸発させる熱媒蒸発器と、前記熱媒蒸発器から熱媒が供給される熱媒空間と、吸着材が設けられ、前記熱媒空間に熱結合する吸着／脱離空間と、前記熱媒空間から供給される熱媒を凝縮させる凝縮器とを備える吸着式ヒートポンプ、に用いられる気液分離装置において、前記熱媒蒸発器から供給される熱媒から液体および気体を分離する分離空間と、前記分離空間で分離された液体を前記熱媒蒸発器に導くドレイン管と、前記ドレイン管に設けられ、前記ドレイン管における液体を前記熱媒蒸発器に送り出すポンプと、を備え、前記ポンプは、停止中に液体の逆流を阻止する構造を有することを特徴とする。

望ましくは、前記分離空間は、前記熱媒蒸発器から供給される熱媒から分離した液体が留まる液体滞留構造を有し、前記気液分離装置は、前記液体滞留構造に留まる液体の液位を測定する液位計を備え、前記ポンプは、前記液位計によって測定された液位が所定値未満であるときは、液体を送り出す動作を停止する。

本発明によれば、熱媒蒸発器に蓄えられる熱媒の減少を抑制することができる。

吸着式ヒートポンプの一部を模式的に示す図である。吸着式ヒートポンプの機能ブロックを示す図である。気液分離器の構成例を示す図である。制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。熱媒蒸発器から熱媒空間への出力を示す図である。吸着式ヒートポンプの構成を模式的に示す図である。

図１には、吸着式ヒートポンプの一部が模式的に示されている。図１（ａ）には脱離工程における状態が示され、図１（ｂ）には吸着工程における状態が示されている。吸着式ヒートポンプは、蒸発器１０、熱交換器１２、熱媒蒸発器１４、熱源１６、吸着器１８、気液分離器２０、凝縮器２２および制御装置１００を備える。吸着器１８の内部は、吸着／脱離空間２４および熱媒空間２６に仕切られている。吸着／脱離空間２４には吸着材２８が設けられている。吸着材２８には、例えば、シリカゲル、活性炭、ゼオライトなどが用いられる。

蒸発器１０と吸着／脱離空間２４との間には吸着質供給管が設けられており、吸着質供給管には吸着質供給バルブＶ１が設けられている。吸着／脱離空間２４と凝縮器２２との間には吸着質放出管が設けられており、吸着質放出管には吸着質放出バルブＶ２が設けられている。熱媒蒸発器１４と熱媒空間２６との間には熱媒供給管が設けられており、熱媒供給管には熱媒供給バルブＶ３が設けられている。熱媒空間２６と凝縮器２２との間には熱媒放出管が設けられており、熱媒放出管には熱媒放出バルブＶ４が設けられている。これらのバルブは制御装置１００によって開閉制御される。図１（ａ）および（ｂ）では、これらのバルブのうち開いたものが黒色で示され、閉じたものが白色で示されている。

熱媒蒸発器１４と熱媒空間２６との間の熱媒供給管には、熱媒供給バルブＶ３の下流側に気液分離器２０が設けられている。気液分離器２０は、後述する原理によって、熱媒蒸発器１４から放出された液相の熱媒および気相の熱媒から液相の熱媒を分離し、液相の熱媒をドレイン管３０を介して熱媒蒸発器１４に戻す。なお、ドレイン管３０にはドレインポンプＰｍ１およびチェックバルブ３４（逆止弁）が設けられており、これらの機能については後述する。

蒸発器１０内の温度ＴＬ、凝縮器２２内の温度ＴＭ、および熱媒蒸発器１４内の温度ＴＨには、ＴＬ＜ＴＭ＜ＴＨの関係が成立する。また、蒸発器１０内の圧力ＰＬ、凝縮器２２内の圧力ＰＭ、および熱媒蒸発器１４内の圧力ＰＨには、ＰＬ＜ＰＭ＜ＰＨの関係が成立する。

熱交換器１２は、周囲の空気、冷却対象の空気、電気機器などから熱を奪い、その熱を蒸発器１０に与える。脱離工程および吸着工程のいずれの工程においても、蒸発器１０は、液相の吸着質を蒸発させる状態にある。

熱源１６は、熱媒蒸発器１４に熱を与える。熱源１６は、例えば、廃棄物を焼却する設備であってもよい。脱離工程および吸着工程のいずれの工程においても、熱媒蒸発器１４は、液相の熱媒を蒸発させる状態にある。

図１（ａ）に示されているように、脱離工程では、熱媒供給バルブＶ３が開き、熱媒放出バルブＶ４が閉じる。また、吸着質供給バルブＶ１が閉じ、吸着質放出バルブＶ２が開く。熱媒空間２６の温度および圧力は、熱媒蒸発器１４の温度および圧力に等しくなるように変化し、吸着／脱離空間２４の温度および圧力は、凝縮器２２内の温度および圧力に等しくなるように変化する。

熱媒蒸発器１４から熱媒空間２６には、気液分離器２０を介して気相の熱媒が流入する。熱媒空間２６の壁面に熱媒が凝縮することにより吸着材２８が加熱され、気相の状態で吸着材２８から吸着質が脱離する。気相の吸着質は凝縮器２２に流入して液相の状態となり、蒸発器１０に戻る。なお、熱媒空間２６に流入した熱媒の一部は、放熱によって凝縮して液相の状態となる。

図１（ｂ）に示されているように、吸着工程では、熱媒供給バルブＶ３が閉じ、熱媒放出バルブＶ４が開く。また、吸着質供給バルブＶ１が開き、吸着質放出バルブＶ２が閉じる。熱媒空間２６の温度および圧力は、凝縮器２２内の温度および圧力に等しくなるように変化し、吸着／脱離空間２４の温度および圧力は、蒸発器１０内の温度および圧力に等しくなるように変化する。

熱媒空間２６内の圧力の低下と共に熱媒空間２６内の熱媒の温度は低下する。また、熱媒空間２６内の圧力の低下と共に、熱媒空間２６内で凝縮した一部の熱媒は蒸発して気相の状態となる。気相の熱媒は凝縮器２２に流入して液相の状態となり、熱媒蒸発器１４に戻る。熱媒空間２６内の熱媒の温度の低下によって、吸着材２８が冷却される。蒸発器１０から吸着／脱離空間２４には気相の吸着質が流入し、冷却された吸着材２８は、吸着質を吸着する。

吸着工程から脱離工程への切り換え、および、脱離工程から吸着工程への切り換えは、例えば、吸着／脱離空間２４の圧力に応じて行われる。この場合、吸着／脱離空間２４には圧力計が設けられる。脱離工程において、圧力計による計測値が所定値未満の値から所定値以上の値となったときに、制御装置１００は各バルブの状態を脱離工程の状態から吸着工程の状態とする。また、吸着工程において、圧力計による計測値が所定値以上の値から所定値未満の値となったときに、制御装置１００は各バルブの状態を吸着工程の状態から脱離工程の状態とする。

吸着式ヒートポンプには、図１（ａ）および（ｂ）に示されている吸着器１８の他に、もう１つの同一構造の吸着器が設けられている。各吸着器は、蒸発器１０、熱交換器１２、熱媒蒸発器１４、熱源１６および凝縮器２２を共有する。一方の吸着器が脱離工程の状態にあるときは、他方の吸着器は吸着工程の状態にあり。一方の吸着器が吸着工程の状態にあるときは、他方の吸着器は脱離工程の状態にある。

図２には、吸着式ヒートポンプの機能ブロックが示されている。図１に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。第１吸着器１８－１は、図１に示される吸着器１８に対応する。

第２吸着器１８－２は、第１吸着器１８－１と同様の構造を有している。第２吸着器１８－２の工程の移り変わりに応じて開閉する各バルブは、符号の末尾に「２」の符号を付する。すなわち、第２吸着器１８－２の工程の移り変わりに応じて開閉する吸着質供給バルブＶ１２、吸着質放出バルブＶ２２、熱媒供給バルブＶ３２および熱媒放出バルブＶ４２は、それぞれ、第１吸着器１８－１の工程の移り変わりに応じて開閉する吸着質供給バルブＶ１、吸着質放出バルブＶ２、熱媒供給バルブＶ３および熱媒放出バルブＶ４と同一の機能を有している。

凝縮器２２から蒸発器１０に至る帰路管には、帰還バルブＶ５が設けられており、各吸着器で吸着工程および脱離工程が繰り返されている間は開いている。また、帰還バルブＶ５よりも下流において帰路管は分岐し、一方の分岐は蒸発器１０に至り、他方の分岐は熱媒蒸発器１４に至っている。熱媒蒸発器１４に至る分岐には、ポンプＰｍ２が設けられており、各吸着器で吸着工程および脱離工程が繰り返されている間は、液相の熱媒を熱媒蒸発器１４に送り出す。なお、帰還バルブＶ５は、吸着工程および脱離工程の両者において閉じていてもよい。この場合、吸着工程から脱離工程に移り変わる間、および脱離工程から吸着工程に移り変わる間に、帰還バルブＶ５が開かれる帰還工程が実行される。帰還工程では、液相の熱媒が凝縮器２２から蒸発器１０または熱媒蒸発器１４に戻る。

以下の図表１には、第１吸着器１８－１が吸着工程の状態にあり、第２吸着器１８－２が脱離工程の状態にあるときにおける各バルブの状態と、第１吸着器１８－１が脱離工程の状態にあり、第２吸着器１８－２が吸着工程の状態にあるときにおける各バルブの状態が示されている。表１の「開」の表記は、バルブが開いていることを示し、「閉」の表記は、バルブが閉じていることを示す。

熱媒蒸発器１４と気液分離器２０との間には、熱媒供給管３２に加えてドレイン管３０が設けられている。ドレイン管３０にはドレインポンプＰｍ１およびチェックバルブ３４が設けられている。ドレインポンプＰｍ１は、気液分離器２０から熱媒蒸発器１４に向けて熱媒を送り出す。チェックバルブ３４は、ドレインポンプＰｍ１の下流側に設けられ、ドレインポンプＰｍ１が停止しているときに、熱媒蒸発器１４側から気液分離器２０側へ熱媒が逆流することを防止する。

図３には、気液分離器２０の構成例が示されている。気液分離器２０は、チャンバ３６、隔壁板３８、熱媒上昇管４４、流入管４０、および流出管４８を備える。チャンバ３６は、上下が塞がれた略円筒形状を有している。チャンバ３６の内部は、隔壁板３８によって上下に仕切られている。隔壁板３８によって、チャンバ３６の上側に気相空間４６が形成され、チャンバ３６の下側に分離空間４２が形成される。分離空間４２の側壁には、熱媒蒸発器１４から分離空間４２の内部に熱媒を導く流入管４０が設けられている。分離空間４２は、液相の熱媒が溜まる液体滞留構造を有している。分離空間４２の底面にはドレイン穴が開けられており、ドレイン穴から下方にドレイン管３０が伸びている。隔壁板３８には、気相熱媒穴が開けられており、気相熱媒穴から下方向に熱媒上昇管４４が伸びている。気相空間４６の側壁には、気相空間４６の内部から熱媒空間２６に向けて熱媒を導く流出管４８が設けられている。

熱媒蒸発器１４内の圧力と熱媒空間２６の圧力との差異によって、気液分離器２０内の熱媒は次のように流れる。熱媒蒸発器１４と熱媒空間２６との間の熱媒供給バルブＶ３が開けられると、熱媒蒸発器１４から流入管４０を通って分離空間４２に熱媒が流入し、熱媒は熱媒上昇管４４の周囲を周回する。液相の熱媒は、遠心力（分離空間４２の側壁から受ける向心力）によって分離空間４２の側壁に付着し、自らの重みによって分離空間４２に滞留する。分離空間４２に滞留した液相の熱媒は、ドレイン管３０から下方に流出する。分離空間４２にある気相の熱媒は、熱媒上昇管４４の下端から管内を上昇し、気相空間４６に流入する。気相空間４６に流入した気相の熱媒は、流出管４８から熱媒空間２６に流出する。

気相の熱媒および液相の熱媒が、気液分離器２０を流れることによって、液相の熱媒は気相の熱媒から分離され、ドレイン管３０から流出する。また、気相の熱媒は液相の熱媒から分離され、流出管４８から流出する。

気液分離器２０における分離空間４２のような、液体が滞留する空間からドレイン管３０によって熱媒蒸発器１４に熱媒を戻す場合、次のような問題が生じることがある。すなわち、分離空間４２の圧力が熱媒蒸発器１４内の圧力よりも低い場合には、熱媒蒸発器１４に蓄えられた熱媒がドレイン管３０を通って気液分離器２０の分離空間４２に逆流してしまう可能性がある。さらには、分離空間４２に熱媒が滞留し、熱媒蒸発器１４に蓄えられる熱媒が不足してしまう可能性がある。特に、熱媒供給バルブＶ３を開いた直後は、熱媒蒸発器１４内の圧力よりも熱媒空間２６の方が圧力が低い。そのため、熱媒蒸発器１４と熱媒空間２６との間に介在する気液分離器２０内の圧力もまた、熱媒蒸発器１４内の圧力よりも低くなることが多く、ドレイン管３０における熱媒の逆流が生じ得る。

そこで、本実施形態では、図２に示されているように、気液分離器２０から熱媒蒸発器１４に至るドレイン管３０にドレインポンプＰｍ１およびチェックバルブ３４が設けられている。また、気液分離器２０には、分離空間４２にある液相の熱媒の液位を検出する液位計５０が設けられている。

図４には、熱媒供給バルブＶ３が開けられた後に、第１吸着器１８－１が脱離工程の状態となり、熱媒供給バルブＶ３が閉じられて第１吸着器１８－１が吸着工程の状態になるまでの間に、制御装置１００が実行する処理のフローが示されている。以下の説明において、ドレインポンプＰｍ１を動作させるという処理は、停止しているドレインポンプＰｍ１を動作させることの他、動作中のドレインポンプＰｍ１を動作した状態に維持することを含む。同様に、ドレインポンプＰｍ１を停止するという処理は、動作中のドレインポンプＰｍ１を停止することの他、停止しているドレインポンプＰｍ１を停止した状態に維持することを含む。

第１吸着器１８－１を吸着工程の状態から脱離工程の状態とするため、制御装置１００は、熱媒供給バルブＶ３を開く（Ｓ１０１）。制御装置１００は、液位計５０の測定値（液位測定値Ｌ）が基準液位Ｌ０以上であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。制御装置１００は、液位測定値Ｌが基準液位Ｌ０以上であるときは、ドレインポンプＰｍ１を動作させる（Ｓ１０３）。一方、制御装置１００は、液位測定値Ｌが基準液位Ｌ０未満であるときは、ドレインポンプＰｍ１を停止する（Ｓ１０４）。

制御装置１００は、第１吸着器１８－１における吸着／脱離空間２４に設けられている圧力計の測定値（圧力測定値Ｐｃ）が所定の閾値Ｐ０以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。制御装置１００は、圧力測定値Ｐｃが閾値Ｐ０未満であるときは、ステップＳ１０２の判定処理に戻る。一方、制御装置１００は、圧力測定値ＰｃがＰ０以上であるときは、ドレインポンプＰｍ１を停止する（Ｓ１０６）。制御装置１００は、さらに、熱媒供給バルブＶ３を閉じ（Ｓ１０７）、第１吸着器１８－１の脱離工程を終了させる。

ステップＳ１０２において、液位測定値Ｌが基準液位Ｌ０以上であるときは、気液分離器２０における分離空間４２が液相の熱媒で基準液位Ｌ０以上に満たされている。このとき制御装置１００がドレインポンプＰｍ１を動作させることで（Ｓ１０３）、分離空間４２内の熱媒がドレイン３２を通って熱媒蒸発器１４に戻される。ドレインポンプＰｍ１が熱媒を送り出す圧力によって熱媒蒸発器１４から分離空間４２にドレイン管３０を熱媒が逆流することが回避される。

また、ステップＳ１０４において、液位測定値Ｌが基準液位Ｌ０未満であるときは、気液分離器２０における分離空間４２に満たされている液相の熱媒が基準液位Ｌ０に達しておらず十分でない。このとき、ドレインポンプＰｍ１を動作させると、分離空間４２およびドレインポンプＰｍ１内に残っている熱媒は熱媒蒸発器１４に送り出されるもののドレインポンプＰｍ１内の熱媒が空となってしまう。これによって、呼び水に相当する熱媒がドレインポンプＰｍ１内に存在しない状態となってしまい、一旦ドレインポンプＰｍ１を停止させた後、再び動作させることが困難となってしまう。そこで、制御装置１００は、ステップＳ１０２およびＳ１０４において、液位測定値Ｌが基準液位Ｌ０未満であるときは、ドレインポンプＰｍ１を停止した状態とする。すなわち、制御装置１００は、ドレインポンプＰｍ１が停止していたときはドレインポンプＰｍ１が停止した状態を維持し、ドレインポンプＰｍ１が動作していたときはドレインポンプＰｍ１を停止させる。これによって、気液分離器２０の分離空間４２に満たされている液相の熱媒が十分でなくなったとしても、ドレインポンプＰｍ１を停止させて、呼び水に相当する熱媒が空となってしまうことが回避される。

このように、気液分離器２０、ドレイン管３０、ドレインポンプＰｍ１、およびチェックバルブ３４は、熱媒蒸発器１４から熱媒空間２６に至る熱媒から液相の熱媒を分離し、ドレイン管３０を介して熱媒蒸発器１４に戻すと共に、ドレイン管３０における熱媒の逆流を防ぐ気液分離装置を構成する。

気液分離装置によれば、熱媒蒸発器１４内の圧力よりも気液分離器２０における分離空間４２内の圧力の方が低い場合であっても、熱媒蒸発器１４から分離空間４２にドレイン管３０を熱媒が逆流することが回避される。

ドレインポンプＰｍ１には、熱媒蒸発器１４内の圧力から気液分離器２０の分離空間４２における圧力を減じた気圧差よりも、熱媒を送り出す圧力Ｐｍが大きいものが用いられている。すなわち、熱媒を送り出す圧力Ｐｍについては、次の（数１）が成立する。

ここで、Ｐ（Ｔ）は、温度Ｔについての飽和水蒸気圧力である。ＴＨは熱媒蒸発器１４内の温度であり、Ｔｄは気液分離器２０の分離空間４２における温度である。Ｐｃｒはチェックバルブ３４が熱媒の流れを阻止する最大の圧力である。Ｐｄｒはドレイン管３０における圧力損失である。

なお、上記では、ドレインポンプＰｍ１およびチェックバルブ３４を用いた実施形態について説明した。ドレインポンプＰｍ１として、停止時に逆流を防止する構造を有しているものを用いた場合、チェックバルブ３４は必ずしも用いられなくてもよい。停止時に逆流を防止する構造を有するポンプとしてはダイヤフラム式のポンプがある。

本実施形態に係る吸着式ヒートポンプによれば、熱媒が熱媒蒸発器１４から気液分離器２０を介して熱媒空間２６に供給されたときに、熱媒蒸発器１４から気液分離器２０に向けて熱媒がドレイン管３０を逆流することが回避される。これによって、熱媒蒸発器１４に蓄えられる熱媒の減少が抑制される。

図５には、吸着工程において熱媒蒸発器１４から熱媒空間２６に単位時間当たりに出力される熱量（出力）の実験結果が示されている。横軸は時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は、熱媒蒸発器１４の出力（Ｗ）を示している。実線で表された特性５２は、気液分離器２０が設けられていない場合の出力を示す。一点鎖線で示された特性５４は、気液分離装置、すなわち、気液分離器２０、ドレイン管３０、ドレインポンプＰｍ１およびチェックバルブ３４が設けられた場合の出力を示す。気液分離器２０が設けられていない場合、吸着工程が開始された後に出力が増加して最大値に達した後、急激に出力が減少する。これは、熱媒蒸発器１４内の熱媒が熱媒空間２６に流出してしまい、熱媒蒸発器１４に蓄えられた熱媒が不足してしまうためである。一方、気液分離装置が設けられている場合、吸着工程が開始された後に出力が増加して最大値に達した後における出力の減少は、気液分離器２０が用いられていない場合に比べて緩やかである。実験結果から、本実施形態に係る気液分離装置の効果が確かめられた。

１０，１０４蒸発器、１２，１０８熱交換器、１４，１１２熱媒蒸発器、１６熱源、１８吸着器、１８－１第１吸着器、１８－２第２吸着器、２０気液分離器、２２，１０６凝縮器、２４，１０２，２０２吸着／脱離空間、２６，１１０，２１０熱媒空間、２８吸着材、３０ドレイン管、３２熱媒供給管、３４チェックバルブ、３６チャンバ、３８隔壁板、４０流入管、４２分離空間、４４熱媒上昇管、４６気相空間、４８流出管、５０液位計、１００制御装置。

Claims

熱媒を蒸発させる熱媒蒸発器と、
前記熱媒蒸発器から熱媒が供給される熱媒空間と、
吸着材が設けられ、前記熱媒空間に熱結合する吸着／脱離空間と、
前記熱媒空間から供給される熱媒を凝縮させる凝縮器とを備える吸着式ヒートポンプ、に用いられる気液分離装置において、
前記熱媒蒸発器から供給される熱媒から液体および気体を分離する分離空間と、
前記分離空間で分離された液体を前記熱媒蒸発器に導くドレイン管と、
前記ドレイン管に設けられ、前記ドレイン管における液体を前記熱媒蒸発器に送り出すポンプと、を備え、
前記ドレイン管に設けられたチェックバルブであって、前記ポンプの下流側に設けられたチェックバルブを備えることを特徴とする気液分離装置。
熱媒を蒸発させる熱媒蒸発器と、
前記熱媒蒸発器から熱媒が供給される熱媒空間と、
吸着材が設けられ、前記熱媒空間に熱結合する吸着／脱離空間と、
前記熱媒空間から供給される熱媒を凝縮させる凝縮器とを備える吸着式ヒートポンプ、に用いられる気液分離装置において、
前記熱媒蒸発器から供給される熱媒から液体および気体を分離する分離空間と、
前記分離空間で分離された液体を前記熱媒蒸発器に導くドレイン管と、
前記ドレイン管に設けられ、前記ドレイン管における液体を前記熱媒蒸発器に送り出すポンプと、を備え、
前記ポンプは、
停止中に液体の逆流を阻止する構造を有することを特徴とする気液分離装置。
請求項１または請求項２に記載の気液分離装置において、
前記分離空間は、前記熱媒蒸発器から供給される熱媒から分離した液体が留まる液体滞留構造を有し、
前記気液分離装置は、
前記液体滞留構造に留まる液体の液位を測定する液位計を備え、
前記ポンプは、
前記液位計によって測定された液位が所定値未満であるときは、液体を送り出す動作を停止することを特徴とする気液分離装置。