JP7147797B2 - Adsorption heat pump, cold generation method - Google Patents

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Description

本発明は、吸着式ヒートポンプ、及び冷熱生成方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adsorption heat pump and a method for generating cold heat.

特許文献1には、吸着質を吸着した吸着材を加熱することで再生させる吸着式ヒートポンプが記載されている。 Patent Literature 1 describes an adsorption heat pump that regenerates by heating an adsorbent that has adsorbed an adsorbate.

特開2010-151386号公報JP 2010-151386 A

従来の吸着式ヒートポンプでは、吸着質を吸着した吸着材を加熱することだけで再生させている。 In conventional adsorption heat pumps, the adsorbent that adsorbs the adsorbate is regenerated only by heating.

本発明の課題は、吸着質を吸着した吸着材を加熱することだけで再生させる場合と比して、吸着材を再生させるために必要な熱エネルギーを少なくすることである。 An object of the present invention is to reduce the thermal energy required to regenerate the adsorbent as compared with the case where the adsorbent that has adsorbed the adsorbate is regenerated only by heating.

本発明の第1態様に係る吸着式ヒートポンプは、吸着質を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器に連結された容器に配置され、前記蒸発器によって蒸発した前記吸着質を吸着すると共に、圧縮されることで吸着等温線が変化する吸着材と、前記容器に配置され、前記吸着質を吸着した前記吸着材を圧縮し、前記蒸発器で蒸発される前記吸着質を前記吸着材から脱着させる圧縮部とを備えることを特徴とする。 The adsorption heat pump according to the first aspect of the present invention is arranged in an evaporator that evaporates an adsorbate, and a container connected to the evaporator, adsorbs the adsorbate evaporated by the evaporator, and compresses the adsorbate. an adsorbent whose adsorption isotherm changes as a result of the compression, the adsorbent placed in the container and adsorbing the adsorbate is compressed, and the adsorbate evaporated in the evaporator is desorbed from the adsorbent. and a part.

上記構成によれば、蒸発器は、吸着質を蒸発させる。さらに、圧縮されることで吸着等温線が変化する吸着材は、蒸発器によって蒸発した吸着質を吸着する。また、圧縮部が、吸着質を吸着した吸着材を圧縮し、蒸発器で蒸発される吸着質を吸着材から脱着させる。このようにして、吸着材は再生する。 According to the above configuration, the evaporator evaporates the adsorbate. Furthermore, the adsorbent whose adsorption isotherm is changed by being compressed adsorbs the adsorbate evaporated by the evaporator. Further, the compression unit compresses the adsorbent that has adsorbed the adsorbate, and desorbs the adsorbate evaporated in the evaporator from the adsorbent. In this way the adsorbent is regenerated.

これにより、吸着式ヒートポンプでは、吸着質を吸着した吸着材を加熱することだけで再生させる場合と比して、吸着材を再生させるために必要とする熱エネルギーを少なくすることができる。 As a result, in the adsorption heat pump, the heat energy required to regenerate the adsorbent can be reduced compared to the case where the adsorbent that has adsorbed the adsorbate is regenerated only by heating.

本発明の第2態様に係る吸着式ヒートポンプは、第1態様に記載の吸着式ヒートポンプにおいて、前記圧縮部は、前記吸着材を圧縮し、前記容器の雰囲気圧力を上昇させることで、前記吸着質の少なくとも一部を液体として前記吸着材から脱着させることを特徴とする。 An adsorption heat pump according to a second aspect of the present invention is the adsorption heat pump according to the first aspect , wherein the compressing unit compresses the adsorbent and increases the atmospheric pressure of the container to increase the adsorbate. is desorbed from the adsorbent as a liquid.

上記構成によれば、圧縮部は、吸着材を圧縮し、容器の雰囲気圧力を上昇させることで、吸着質の少なくとも一部を液体として吸着材から脱着させる。これにより、蒸発した吸着質を凝縮する工程に必要とする時間が短くなり、サイクルタイムを短くすることができる。 According to the above configuration, the compressing unit compresses the adsorbent and increases the atmospheric pressure of the container, thereby desorbing at least part of the adsorbate as a liquid from the adsorbent. This shortens the time required for the step of condensing the vaporized adsorbate, thereby shortening the cycle time.

本発明の第3態様に係る吸着式ヒートポンプは、第1又は第2態様に記載の反応装置において、前記吸着材は、ゼオライト鋳型炭素であることを特徴とする。 An adsorption heat pump according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the reactor according to the first or second aspect , the adsorbent is zeolite template carbon.

上記構成によれば、吸着材として、ゼオライト鋳型炭素(=ZTC)が用いられている。このため、吸着質を吸着したゼオライト鋳型炭素を圧縮することで、ゼオライト鋳型炭素から吸着質を脱着させることができる。 According to the above configuration, zeolite template carbon (=ZTC) is used as the adsorbent. Therefore, by compressing the zeolite template carbon that has adsorbed the adsorbate, the adsorbate can be desorbed from the zeolite template carbon.

本発明の第4態様に係る冷熱生成方法は、第1~第3態様の何れか1態様に記載の吸着式ヒートポンプを用いて冷熱を生成する冷熱生成方法であって、前記蒸発器で前記吸着質が蒸発して、冷熱を生成する冷熱生成工程と、前記吸着材が蒸発した前記吸着質を吸着する吸着工程と、前記圧縮部が前記吸着材を圧縮して、前記吸着材が前記吸着質を脱着する脱着工程と、を備えることを特徴とする。 A cold heat generation method according to a fourth aspect of the present invention is a cold heat generation method for generating cold heat using the adsorption heat pump according to any one of the first to third aspects , wherein the adsorption is performed by the evaporator. an adsorption step in which the adsorbent adsorbs the evaporated adsorbate; and the compressing section compresses the adsorbent so that the adsorbent is the adsorbate. and a desorption step of detaching the.

上記構成によれば、冷熱を生成する冷熱生成工程と、吸着材が吸着質を吸着する吸着工程と、吸着材が吸着質を脱着する脱着する脱着工程とを備えている。ここで、脱着工程では、圧縮部が吸着材を圧縮することで、吸着材が吸着質を脱着する。これにより、冷熱生成方法では、吸着質を吸着した吸着材を加熱することだけで再生させる場合と比して、吸着材を再生させるために必要な熱エネルギーを少なくすることができる。 According to the above configuration, the cooling generation step of generating cold heat, the adsorption step of adsorbing the adsorbate by the adsorbent, and the desorption step of desorbing the adsorbate by the adsorbent are provided. Here, in the desorption process, the adsorbent desorbs the adsorbate by compressing the adsorbent with the compression unit. As a result, in the method for generating cold heat, the heat energy required for regenerating the adsorbent can be reduced compared to the case where the adsorbent that has adsorbed the adsorbate is regenerated only by heating.

本発明によれば、吸着質を吸着した吸着材を加熱することだけで再生させる場合と比して、吸着材を再生させるために必要な熱エネルギーを少なくすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, compared with the case where it regenerates only by heating the adsorbent which adsorbed adsorbate, the heat energy required for regenerating an adsorbent can be reduced.

本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプであって、開閉弁によって流路が閉鎖された状態を示した構成図である。1 is a configuration diagram showing a state in which a channel is closed by an on-off valve, in the adsorption heat pump according to the embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプであって、一方の開閉弁によって一方の流路が開放された状態を示した構成図である。1 is a configuration diagram showing a state in which one channel is opened by one on-off valve, in the adsorption heat pump according to the embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプであって、開閉弁によって流路が閉鎖され、吸着材が圧縮された状態を示した構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a state in which the flow path is closed by the on-off valve and the adsorbent is compressed, in the adsorption heat pump according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプであって、他方の開閉弁によって他方の流路が開放され、圧縮されていた吸着材が開放された状態を示した構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a state in which the other channel is opened by the other opening/closing valve, and the compressed adsorbent is released, in the adsorption heat pump according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプに備えられた吸着材の吸着等温線をグラフで示した図面である。It is drawing which showed the adsorption isotherm of the adsorption material with which the adsorption heat pump which concerns on embodiment of this invention was equipped with the graph. 本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプに備えられた制御部の制御系を示したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control system of a controller provided in the adsorption heat pump according to the embodiment of the present invention;

本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプ及び冷熱生成方法の一例について図1~図6を用いて説明する。なお、図中に示す矢印Hは装置上下方向(鉛直方向)を示し、矢印Wは装置幅方向(水平方向)を示す。 An example of an adsorption heat pump and a method of generating cold heat according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. An arrow H shown in the drawing indicates the vertical direction of the device, and an arrow W indicates the width direction of the device (horizontal direction).

本実施形態に係る吸着式ヒートポンプ10(以下「ヒートポンプ10」)は、図1に示されるように、吸着質の一例としての水の蒸発を行う蒸発器12と、吸着装置32とを備えている。さらに、ヒートポンプ10は、蒸発器12から吸着装置32への液体又は気体の流通を可能とする配管80と、吸着装置32から蒸発器12への液体又は気体の流通を可能とする配管90とを備えている。そして、蒸発器12及び吸着装置32は、内圧が大気圧と比して低い減圧系とされている。 An adsorption heat pump 10 (hereinafter referred to as "heat pump 10") according to the present embodiment includes an evaporator 12 that evaporates water, which is an example of an adsorbate, and an adsorption device 32, as shown in FIG. . Further, the heat pump 10 includes a pipe 80 that allows liquid or gas to flow from the evaporator 12 to the adsorption device 32, and a pipe 90 that allows liquid or gas to flow from the adsorption device 32 to the evaporator 12. I have it. The evaporator 12 and the adsorption device 32 are decompression systems whose internal pressure is lower than the atmospheric pressure.

この吸着式ヒートポンプ10は、詳細は後述するが、冷熱生成工程において流体R1を冷却して冷熱を生成する装置である。 The adsorption heat pump 10, which will be described later in detail, is a device that cools the fluid R1 to generate cold heat in the cold heat generation process.

(蒸発器12)
蒸発器12は、図1に示されるように、真空脱気されて内部に水が貯留されている容器14と、容器14の内部に一部が配置されて流体R1が流れる流路18とを備えている。また、容器14の内部は、気相部14aと液相部14bとに分かれており、流路18は、少なくとも液相部14bを含む部分で、液相部14bの水と流体R1との熱交換が行われるように配置されている。また、本実施形態では、流体R1として、一例として、25〔℃〕の水が用いられる。
(Evaporator 12)
As shown in FIG. 1, the evaporator 12 comprises a container 14 that has been vacuum degassed and water is stored therein, and a channel 18 that is partly arranged inside the container 14 and through which the fluid R1 flows. I have. Further, the interior of the container 14 is divided into a gas phase portion 14a and a liquid phase portion 14b. arranged for exchange to occur. Further, in the present embodiment, water at 25[° C.] is used as an example of the fluid R1.

この構成において、蒸発器12は、貯留した水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気が吸着装置32に供給される。そして、水を蒸発させる際の気化熱により、流路18を流れる流体R1が冷却される。 In this configuration, the evaporator 12 evaporates the stored water to produce steam, which is supplied to the adsorption device 32 . Then, the fluid R1 flowing through the flow path 18 is cooled by the heat of vaporization when the water is evaporated.

(吸着装置32)
吸着装置32は、図1に示されるように、容器34と、容器34の内部に設けられている吸着モジュール50と、熱媒F1が流れる流路72を形成する流路形成材70とを備えている。
(Adsorption device 32)
As shown in FIG. 1, the adsorption device 32 includes a container 34, an adsorption module 50 provided inside the container 34, and a channel forming member 70 forming a channel 72 through which the heat medium F1 flows. ing.

〔容器34〕
容器34は、軸方向を上下方向とする円筒状で、天板34aと、側板34bと、底板34cとから形成されている。また、容器34の内部は、真空脱気されており、本実施形態では、内部の温度は、一例として、30〔℃〕とされている。さらに、容器34の側板34bには、蒸発器12で生成された水蒸気を流入させる流入口36aと、後述する吸着材52の脱着により生成された水、又は水蒸気を蒸発器12へ流出させる流出口36bとが形成されている。流入口36aは、側板34bの上方部分に形成されており、流出口36bは、側板34bにおいて流入口36aと装置幅方向で対向し、かつ、下方部分に形成されている。
[Container 34]
The container 34 has a cylindrical shape with an axial direction extending vertically, and is formed of a top plate 34a, side plates 34b, and a bottom plate 34c. Further, the inside of the container 34 is vacuum degassed, and in the present embodiment, the temperature inside is set to 30 [° C.] as an example. Further, the side plate 34b of the container 34 has an inlet port 36a through which water vapor generated by the evaporator 12 flows, and an outlet port through which water or water vapor generated by desorption of the adsorbent 52 described later flows out to the evaporator 12. 36b are formed. The inlet 36a is formed in the upper portion of the side plate 34b, and the outlet 36b is formed in the lower portion of the side plate 34b facing the inlet 36a in the device width direction.

さらに、容器34の側板34bには、熱媒F1を流路72に流入させる流入口38aと、熱媒F1を流路72から流出させる流出口38bとが形成されている。流入口38aは、流入口36aの下方に配置され、流出口38bは、流出口36bの下方に配置されている。そして、流入口38aと流出口38bとは、上下方向において同様の位置に配置されている。 Further, the side plate 34b of the container 34 is formed with an inlet 38a through which the heat medium F1 flows into the flow path 72 and an outlet 38b through which the heat medium F1 flows out from the flow path 72. As shown in FIG. The inlet 38a is arranged below the inlet 36a, and the outlet 38b is arranged below the outlet 36b. The inflow port 38a and the outflow port 38b are arranged at the same position in the vertical direction.

さらに、容器34の天板34aには、後述する連結部64bが通る貫通孔40が形成されている。 Further, the top plate 34a of the container 34 is formed with a through-hole 40 through which a connecting portion 64b, which will be described later, passes.

〔吸着モジュール50〕
吸着モジュール50は、吸着材52と、吸着材52を下方から支持している支持部材56と、吸着材52を圧縮する圧縮機構60とを備えている。
[Adsorption module 50]
The adsorption module 50 includes an adsorbent 52 , a support member 56 that supports the adsorbent 52 from below, and a compression mechanism 60 that compresses the adsorbent 52 .

-吸着材52-
吸着材52は、容器34の内部に配置され、上方から見て円状で、上下方向の厚さは一定とされている。吸着材52は、圧縮され、吸着材52に応力が加わることで吸着等温線が変化する部材である。
-adsorbent 52-
The adsorbent 52 is arranged inside the container 34, has a circular shape when viewed from above, and has a constant thickness in the vertical direction. The adsorbent 52 is a member whose adsorption isotherm changes when it is compressed and stress is applied to the adsorbent 52 .

図5に示すグラフには、吸着材52の吸着等温線が示されている。具体的には、図5に示すグラフの横軸は、吸着材52が配置されている空間の相対湿度であり、縦軸は、吸着材52による吸着質(本実施形態では水)の吸着量である。また、実線L01は、応力が加えられた状態の吸着材52の吸着等温線であって、一点鎖線L02は、応力が加えられていない状態の吸着材52の吸着等温線である。このグラフから、吸着材52を圧縮して吸着材52に応力を加えることで、吸着材52によって吸着される吸着質の吸着量が減ることが分かる。なお、本実施形態では、一例として、吸着材52にゼオライト鋳型炭素(=ZTC)が用いられている。 The graph shown in FIG. 5 shows the adsorption isotherm of the adsorbent 52 . Specifically, the horizontal axis of the graph shown in FIG. 5 is the relative humidity of the space in which the adsorbent 52 is arranged, and the vertical axis is the amount of adsorbate (water in this embodiment) adsorbed by the adsorbent 52. is. A solid line L01 is an adsorption isotherm of the adsorbent 52 under stress, and a dashed line L02 is an adsorption isotherm of the adsorbent 52 under no stress. This graph shows that compressing the adsorbent 52 to apply stress to the adsorbent 52 reduces the adsorption amount of the adsorbate adsorbed by the adsorbent 52 . In addition, in this embodiment, zeolite template carbon (=ZTC) is used for the adsorbent 52 as an example.

-支持部材56-
支持部材56は、図1に示されるように、容器34の内部で上下方向において流入口36aの下方に配置され、上方が開放された平皿形状とされている。また、支持部材56は、底板56aと側板56bとを有し、側板56bは、容器34の側板34bに取り付けられている。さらに、側板56bは、側板34bに形成された流出口36bと対向した部分を有し、この部分には、側板56bを貫通する貫通口58が形成されている。
-Support member 56-
As shown in FIG. 1, the support member 56 is arranged below the inflow port 36a in the vertical direction inside the container 34 and has a flat dish shape with an open top. The support member 56 also has a bottom plate 56 a and side plates 56 b , and the side plates 56 b are attached to the side plates 34 b of the container 34 . Further, the side plate 56b has a portion facing the outflow port 36b formed in the side plate 34b, and a through hole 58 that penetrates the side plate 56b is formed in this portion.

この構成において、支持部材56の内部に吸着材52が配置されることで、支持部材56が吸着材52を支持している。 In this configuration, the support member 56 supports the adsorbent 52 by arranging the adsorbent 52 inside the support member 56 .

-圧縮機構60-
圧縮機構60は、吸着材52の上方に配置され、油圧シリンダ62(以下単に「シリンダ62」)と、吸着材52と当接する当接部64とを備えている。そして、当接部64及びシリンダ62は、下方から上方へこの順番で配置されている。圧縮機構60は、圧縮部の一例である。
-Compression mechanism 60-
The compression mechanism 60 is arranged above the adsorbent 52 and includes a hydraulic cylinder 62 (hereinafter simply “cylinder 62”) and a contact portion 64 that contacts the adsorbent 52 . The contact portion 64 and the cylinder 62 are arranged in this order from below to above. The compression mechanism 60 is an example of a compression section.

当接部64は、円盤状の円盤部64aと、シリンダ62に連結される連結部64bとを有している。連結部64bは、上下方向に延びる円柱状で、容器34の天板34aに形成された貫通孔40を通っている。そして、連結部64bの上端に、シリンダ62が連結されている。 The contact portion 64 has a disc-shaped disc portion 64 a and a connecting portion 64 b connected to the cylinder 62 . The connecting portion 64 b has a columnar shape extending in the vertical direction and passes through the through hole 40 formed in the top plate 34 a of the container 34 . The cylinder 62 is connected to the upper end of the connecting portion 64b.

シリンダ62は、容器34の外部で、容器34の上方に配置されている。そして、シリンダ62を稼働させることで、当接部64は、吸着材52と離間する離間位置(図2参照)と、吸着材52を押圧して圧縮する圧縮位置(図3参照)とに移動するようになっている。 Cylinder 62 is positioned outside container 34 and above container 34 . By operating the cylinder 62, the contact portion 64 moves between a separation position (see FIG. 2) where the contact portion 64 is separated from the adsorbent 52 and a compression position (see FIG. 3) where the adsorbent 52 is pressed and compressed. It is designed to

-流路形成材70-
流路形成材70は、支持部材56の底板56aの下方に配置され、上方から見て円状とされている。さらに、流路形成材70の端面は、容器34の側板34bに取り付けられている。そして、流路形成材70と底板56aとの間の部分に、熱媒F1が流れる流路72が形成されている。
-Flow path forming material 70-
The flow path forming member 70 is arranged below the bottom plate 56a of the support member 56 and has a circular shape when viewed from above. Furthermore, the end surface of the flow path forming member 70 is attached to the side plate 34b of the container 34. As shown in FIG. A channel 72 through which the heat medium F1 flows is formed between the channel forming member 70 and the bottom plate 56a.

この構成において、熱媒F1が流入口38aから流路72に流入し、流路72を流れた熱媒F1が流出口38bから流出する。本実施形態では、熱媒F1には、一例として、30〔℃〕の水が用いられている。そして、流路72に流入される熱媒F1の温度は、容器34の内部の圧力における吸着材52の平衡温度より低くされている。 In this configuration, the heat medium F1 flows into the channel 72 from the inlet 38a, and the heat medium F1 that has flowed through the channel 72 flows out from the outlet 38b. In this embodiment, water at 30° C. is used as the heat medium F1, for example. The temperature of the heat medium F1 flowing into the flow path 72 is set lower than the equilibrium temperature of the adsorbent 52 at the internal pressure of the container 34 .

また、熱媒F1として30〔℃〕の水が用いられることで、前述したように、容器34の内部が30〔℃〕とされている。 Further, by using water of 30 [° C.] as the heat medium F1, the inside of the container 34 is set to 30 [° C.] as described above.

〔配管80、配管90〕
配管80は、前述したように、蒸発器12から吸着装置32への液体又は気体の流通を可能とするように配置されている。具体的には、配管80の一端は、蒸発器12の容器14における気相部14aの開口に接続され、配管80他端は、容器34の流入口36aに接続されている。さらに、配管80には、配管80の流路を開閉する開閉弁82が設けられている。配管80は、第一配管の一例である。開閉弁82は、第一開閉弁の一例である。
[Pipe 80, Pipe 90]
Piping 80 is arranged to allow the flow of liquid or gas from evaporator 12 to adsorber 32, as previously described. Specifically, one end of the pipe 80 is connected to the opening of the gas phase portion 14 a in the container 14 of the evaporator 12 , and the other end of the pipe 80 is connected to the inlet 36 a of the container 34 . Further, the pipe 80 is provided with an on-off valve 82 for opening and closing the flow path of the pipe 80 . Pipe 80 is an example of a first pipe. The on-off valve 82 is an example of a first on-off valve.

配管90は、前述したように、吸着装置32から蒸発器12への液体又は気体の流通を可能とするように配置されている。具体的には、配管90の一端は、蒸発器12の容器14における気相部14aの開口に接続され、配管90他端は、容器34における流出口36bに接続されている。さらに、配管90には、配管90の流路を開閉する開閉弁92が設けられている。配管90は、第二配管の一例である。開閉弁92は、第二開閉弁の一例である。 Piping 90 is arranged to allow the flow of liquid or gas from adsorber 32 to evaporator 12, as previously described. Specifically, one end of the pipe 90 is connected to the opening of the gas phase portion 14 a in the container 14 of the evaporator 12 , and the other end of the pipe 90 is connected to the outflow port 36 b of the container 34 . Further, the pipe 90 is provided with an on-off valve 92 that opens and closes the flow path of the pipe 90 . The pipe 90 is an example of a second pipe. The on-off valve 92 is an example of a second on-off valve.

〔制御部30〕
図6に示す制御部30は、CPU、メモリ、開閉弁82、92を切り替えるドライバ、及びシリンダ62を稼働させるドライバを含んで構成されている。制御部30は、予め記録されたプログラムに基づいて開閉弁82、92、シリンダ62を制御することで、ヒートポンプ10を稼働させる。なお、制御部30による具体的な制御については、後述する作用と共に説明する。
[Control unit 30]
The control unit 30 shown in FIG. 6 includes a CPU, a memory, a driver for switching the on-off valves 82 and 92, and a driver for operating the cylinder 62. As shown in FIG. The control unit 30 operates the heat pump 10 by controlling the on-off valves 82 and 92 and the cylinder 62 based on a prerecorded program. Note that specific control by the control unit 30 will be described together with the operation described later.

(作用)
次に、ヒートポンプ10を用いて冷熱を生成する冷熱生成方法について説明する。ヒートポンプ10を稼働させる際には、容器34の内部は、真空脱気され、吸着材52は、水蒸気を脱着した状態となっている。また、図1に示されるように、圧縮機構60の当接部64は、離間位置に配置され、開閉弁82、92は、流路を閉鎖している。
(action)
Next, a method of generating cold energy using the heat pump 10 will be described. When the heat pump 10 is operated, the inside of the container 34 is vacuum-evacuated, and the adsorbent 52 is in a state where water vapor is desorbed. Further, as shown in FIG. 1, the contact portion 64 of the compression mechanism 60 is arranged at the separated position, and the on-off valves 82 and 92 close the flow paths.

さらに、熱媒F1が流入口38aから流路72に流入し、流路72を流れた熱媒F1が流出口38bから流出している。ここで、前述したように、流路72に流入する際の熱媒F1の温度は、容器34の内部の圧力における吸着材52の平衡温度より低くされている。 Furthermore, the heat medium F1 flows into the channel 72 from the inlet 38a, and the heat medium F1 that has flowed through the channel 72 flows out from the outlet 38b. Here, as described above, the temperature of the heat medium F1 when flowing into the flow path 72 is set lower than the equilibrium temperature of the adsorbent 52 at the internal pressure of the container 34 .

また、蒸発器12の流路18に、流体R1が流れている。本実施形態では、一例として、25〔℃〕の水である流体R1が、流路18を流れている。そして、蒸発器12は、液相部14bの水を、流体R1との熱交換により蒸発させる。水を蒸発させる際の気化熱により、蒸発器12の流路18を流れる流体R1が冷却される。本実形態では、一例として、流体R1は、25〔℃〕から20〔℃〕に冷却される。このようにして冷熱が生成される(冷熱生成工程)。 Also, a fluid R1 flows through the flow path 18 of the evaporator 12 . In the present embodiment, as an example, the fluid R1, which is water at 25° C., flows through the channel 18 . Then, the evaporator 12 evaporates the water in the liquid phase portion 14b by heat exchange with the fluid R1. The fluid R1 flowing through the flow path 18 of the evaporator 12 is cooled by the heat of vaporization when water is evaporated. In this embodiment, as an example, the fluid R1 is cooled from 25[°C] to 20[°C]. In this way cold heat is generated (cold heat generation step).

さらに、制御部30は、図2に示されるように、開閉弁82を稼働させて配管80の流路を開放する。これにより、蒸発器12で生成された水蒸気は、配管80の流路を流れて、容器34の流入口36aから容器34の内部に流入する。そして、吸着材52は、容器34の内部に流入した水蒸気を吸着する(吸着工程)。 Further, the control unit 30 operates the on-off valve 82 to open the flow path of the pipe 80, as shown in FIG. As a result, the water vapor generated by the evaporator 12 flows through the flow path of the pipe 80 and flows into the container 34 from the inlet 36 a of the container 34 . Then, the adsorbent 52 adsorbs the water vapor that has flowed into the container 34 (adsorption step).

吸着材52が水蒸気を吸着すると、制御部30は、図3に示されるように、開閉弁82を稼働させて配管80の流路を閉鎖し、さらに、シリンダ62を稼働させて離間位置に配置されていた当接部64を圧縮位置へ移動させる。 When the adsorbent 52 adsorbs water vapor, as shown in FIG. 3, the control unit 30 operates the on-off valve 82 to close the passage of the pipe 80, and operates the cylinder 62 to place it at the separated position. The abutting portion 64 that has been compressed is moved to the compressed position.

離間位置に配置されていた当接部64が圧縮位置へ移動することで、吸着材52が圧縮機構60によって圧縮され、吸着材52に応力が加わる。これにより、吸着材52の水(=吸着質)に対する吸着特性が変化し、吸着材52は、吸着していた水蒸気を水として脱着する。これにより、吸着材52は、水蒸気を脱着した状態となる。 By moving the abutting portion 64 arranged at the separated position to the compressed position, the adsorbent 52 is compressed by the compression mechanism 60 and stress is applied to the adsorbent 52 . As a result, the adsorption characteristics of the adsorbent 52 for water (=adsorbate) change, and the adsorbent 52 desorbs the adsorbed water vapor as water. As a result, the adsorbent 52 is in a state in which water vapor is desorbed.

具体的には、本実施形態においては、吸着材52が水蒸気を脱着する際に吸着材52に応力を加えることで、吸着材52から気体が排出され、雰囲気圧力が上昇する。雰囲気圧力が上昇することで、水蒸気を吸着した吸着材52から液体としての水が脱着される。これにより、吸着材52は、水を脱着した状態となる。換言すれば、吸着材52は、再生する。 Specifically, in the present embodiment, stress is applied to the adsorbent 52 when the adsorbent 52 desorbs water vapor, thereby discharging gas from the adsorbent 52 and increasing the atmospheric pressure. As the atmospheric pressure rises, water as a liquid is desorbed from the adsorbent 52 that has adsorbed water vapor. As a result, the adsorbent 52 is in a state in which water is desorbed. In other words, the adsorbent 52 is regenerated.

吸着材52が水を脱着すると、制御部30は、図4に示されるように、開閉弁92を稼働させて配管90の流路を開放し、さらに、シリンダ62を稼働させて圧縮位置に配置されていた当接部64を離間位置へ移動させる。 When the adsorbent 52 desorbs water, the control unit 30 operates the on-off valve 92 to open the flow path of the pipe 90, and operates the cylinder 62 to place it at the compression position, as shown in FIG. The abutting portion 64 that has been engaged is moved to the separated position.

当接部64が離間位置へ移動することで、圧縮されることで吸着材52に加えられていた応力が無くなり、吸着材52の水に対する吸着特性が変化する。 By moving the abutting portion 64 to the separated position, the stress applied to the adsorbent 52 due to the compression is eliminated, and the water adsorption characteristic of the adsorbent 52 changes.

また、配管90の流路を開放することで、吸着材52から脱着した水は、容器34の内部空間と容器14の内部空間との圧力差によって、貫通口58を通って、配管90を流れて容器14へ流入する。吸着材52から脱着した水の全てが容器14へ流入すると、制御部30は、図1に示されるように、開閉弁92を稼働させて配管90の流路を閉鎖する。 In addition, by opening the channel of the pipe 90, the water desorbed from the adsorbent 52 flows through the pipe 90 through the through hole 58 due to the pressure difference between the internal space of the container 34 and the internal space of the container 14. and flows into container 14 . When all the water desorbed from the adsorbent 52 flows into the container 14, the controller 30 operates the on-off valve 92 to close the passage of the pipe 90, as shown in FIG.

以上の工程を繰り返すことで、冷熱が連続的に生成される。 Cold heat is continuously generated by repeating the above steps.

(まとめ)
以上説明したように、ヒートポンプ10では、圧縮機構60が水蒸気を吸着した吸着材52を圧縮することで、水蒸気を吸着した吸着材52に応力を加え、水蒸気を水として吸着材52から脱着させる。このようにして、吸着材52は再生する。さらに、吸着材52から脱着した水は、配管90を流れて蒸発器12の容器14に流入する。
(summary)
As described above, in the heat pump 10, the compression mechanism 60 compresses the adsorbent 52 that has adsorbed water vapor, thereby applying stress to the adsorbent 52 that has adsorbed water vapor, and desorbing the water vapor from the adsorbent 52 as water. In this manner, the adsorbent 52 is regenerated. Furthermore, the water desorbed from the adsorbent 52 flows through the pipe 90 and flows into the container 14 of the evaporator 12 .

このため、ヒートポンプで10では、水蒸気を吸着した吸着材52を加熱することだけで再生させる場合と比して、吸着材52を再生させるために必要な熱エネルギーを少なくすることができる。 Therefore, the heat pump 10 can reduce the thermal energy required to regenerate the adsorbent 52 as compared with the case where the adsorbent 52 that has adsorbed water vapor is regenerated only by heating.

また、ヒートポンプ10では、吸着材を再生させるための熱媒体が不要となり、吸着材52を再生させるための熱媒体を排出する必要がない。このため、吸着材を再生させるために熱媒体を必要とする構成と比して、ヒートポンプ10から排出される熱量を減らすことができる。 Moreover, the heat pump 10 does not require a heat medium for regenerating the adsorbent, and does not need to discharge the heat medium for regenerating the adsorbent 52 . Therefore, the amount of heat discharged from the heat pump 10 can be reduced compared to a configuration that requires a heat medium to regenerate the adsorbent.

また、ヒートポンプ10では、圧縮機構60が吸着材52を圧縮し、吸着材52は、吸着していた水蒸気を水として脱着する。このため、水蒸気を凝縮する工程が不要となり、サイクルタイムを短くすることができる。 In the heat pump 10, the compression mechanism 60 compresses the adsorbent 52, and the adsorbent 52 desorbs the adsorbed water vapor as water. Therefore, the step of condensing water vapor becomes unnecessary, and the cycle time can be shortened.

また、ヒートポンプ10では、水蒸気を凝縮する凝縮器が不要となるため、装置を小型化することができる。 Moreover, since the heat pump 10 does not require a condenser for condensing water vapor, the size of the apparatus can be reduced.

また、ヒートポンプ10では、吸着材52として、ゼオライト鋳型炭素(=ZTC)が用いられている。このため、水を吸着したゼオライト鋳型炭素を圧縮することで、ゼオライト鋳型炭素から水を脱着させることができる。 Also, in the heat pump 10, zeolite template carbon (=ZTC) is used as the adsorbent 52. As shown in FIG. Therefore, water can be desorbed from the zeolite template carbon by compressing the zeolite template carbon that has adsorbed water.

また、冷熱生成方法では、冷熱を生成する冷熱生成工程と、水蒸気を吸着材52が吸着する吸着工程と、吸着材52が水蒸気を水として脱着する脱着工程とを備えている。ここで、脱着工程では、圧縮機構60が吸着材52を圧縮することで、吸着材52が水蒸気を水として脱着する。このため、水蒸気を吸着した吸着材52を加熱することだけで再生させる場合と比して、吸着材52を再生させるために必要な熱エネルギーを少なくすることができる。 In addition, the cold heat generation method includes a cold heat generation step of generating cold heat, an adsorption step of adsorbing water vapor by the adsorbent 52, and a desorption step of desorbing the water vapor by the adsorbent 52 as water. Here, in the desorption step, the compression mechanism 60 compresses the adsorbent 52 so that the adsorbent 52 desorbs water vapor as water. Therefore, the heat energy required to regenerate the adsorbent 52 can be reduced as compared with the case where the adsorbent 52 that has adsorbed water vapor is regenerated only by heating.

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、吸着質として、水を用いたが、アンモニアやエタノール等を吸着質として用いてもよい。 Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to such embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It is clear to those skilled in the art. For example, in the above embodiment, water was used as the adsorbate, but ammonia, ethanol, or the like may be used as the adsorbate.

また、上記実施形態では、吸着材52は、吸着していた水蒸気を水として脱着したが、水蒸気として脱着してもよい。この場合には、水として脱着することで奏する作用は奏しない。 Further, in the above-described embodiment, the adsorbent 52 desorbs the adsorbed water vapor as water, but it may be desorbed as water vapor. In this case, the effect of desorption as water is not exhibited.

また、上記実施形態では、吸着材52は、吸着していた水蒸気を水として脱着したが、少なくとも一部を水として脱着してもよい。この場合には、水として脱着することで奏する作用は奏しない。しかし、全てを水蒸気として脱着させる場合と比して、水蒸気を凝縮する工程に必要とする時間が短くなる。これにより、サイクルタイムを短くすることができる。 Further, in the above embodiment, the adsorbent 52 desorbs the adsorbed water vapor as water, but at least part of it may be desorbed as water. In this case, the effect of desorption as water is not exhibited. However, the time required for the step of condensing the water vapor is shorter than when all is desorbed as water vapor. Thereby, the cycle time can be shortened.

10 ヒートポンプ
12 蒸発器
34 容器
52 吸着材
60 圧縮機構(圧縮部の一例)
80 配管(第一配管の一例)
90 配管(第二配管の一例)
10 heat pump 12 evaporator 34 container 52 adsorbent 60 compression mechanism (an example of a compression unit)
80 piping (an example of the first piping)
90 piping (an example of the second piping)

Claims (4)

吸着質を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器に連結された容器に配置され、前記蒸発器によって蒸発した前記吸着質を吸着すると共に、圧縮されることで吸着等温線が変化する吸着材と、
前記容器に配置され、前記吸着質を吸着した前記吸着材を圧縮し、前記蒸発器で蒸発される前記吸着質を前記吸着材から脱着させる圧縮部と、を備え、
前記吸着材は、前記容器の内部を流れる熱媒の流路を構成する板と前記圧縮部とに挟まれて圧縮される、
吸着式ヒートポンプ。
an evaporator for evaporating the adsorbate;
an adsorbent that is placed in a container connected to the evaporator, adsorbs the adsorbate evaporated by the evaporator, and changes the adsorption isotherm by being compressed;
A compression unit that is arranged in the container, compresses the adsorbent that adsorbs the adsorbate, and desorbs the adsorbate evaporated in the evaporator from the adsorbent ,
The adsorbent is sandwiched and compressed between a plate forming a flow path for a heat medium flowing inside the container and the compression portion,
Adsorption heat pump.
前記圧縮部は、前記吸着材を圧縮し、前記容器の雰囲気圧力を上昇させることで、前記吸着質の少なくとも一部を液体として前記吸着材から脱着させる請求項1に記載の吸着式ヒートポンプ。 The adsorption heat pump according to claim 1, wherein the compressing unit compresses the adsorbent and raises the atmospheric pressure of the container to desorb at least part of the adsorbate as a liquid from the adsorbent. 前記吸着材は、ゼオライト鋳型炭素である請求項1又は2に記載の吸着式ヒートポンプ。 3. The adsorption heat pump according to claim 1, wherein the adsorbent is zeolite template carbon. 請求項1~3の何れか1項に記載の吸着式ヒートポンプを用いて冷熱を生成する冷熱生成方法であって、
前記蒸発器で前記吸着質が蒸発して、冷熱を生成する冷熱生成工程と、
前記吸着材が蒸発した前記吸着質を吸着する吸着工程と、
前記圧縮部が前記吸着材を圧縮して、前記吸着材が前記吸着質を脱着する脱着工程と、
を備える冷熱生成方法。
A cold heat generation method for generating cold heat using the adsorption heat pump according to any one of claims 1 to 3,
a cold heat generation step in which the adsorbate is evaporated in the evaporator to generate cold heat;
an adsorption step in which the adsorbent adsorbs the evaporated adsorbate;
A desorption step in which the compression unit compresses the adsorbent and the adsorbent desorbs the adsorbate;
A cold generation method comprising:
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