JPH0668424B2 - 包接化反応を利用したヒ−トポンプシステム - Google Patents
包接化反応を利用したヒ−トポンプシステムInfo
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- JPH0668424B2 JPH0668424B2 JP61125373A JP12537386A JPH0668424B2 JP H0668424 B2 JPH0668424 B2 JP H0668424B2 JP 61125373 A JP61125373 A JP 61125373A JP 12537386 A JP12537386 A JP 12537386A JP H0668424 B2 JPH0668424 B2 JP H0668424B2
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/62—Absorption based systems
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- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、作動流体の反応熱（化学反応熱のみならず潜
熱、吸収反応熱等を含む）の吸収、放出現象を利用し
て、熱を汲み上げ、これにより暖房等を行うケミカルヒ
ートポンプに関する。さらに詳しくは、包装化反応によ
りガス水和物を形成するガス水和剤を作動流体とし、該
ガス水和剤のガス水和物生成反応熱と、吸収剤への吸収
反応熱（または液化潜熱）との著しい差を利用し、低品
質の熱を熱源として大幅な昇温または冷却を可能にする
包装化反応を利用したヒートポンプシステムに関する。
熱、吸収反応熱等を含む）の吸収、放出現象を利用し
て、熱を汲み上げ、これにより暖房等を行うケミカルヒ
ートポンプに関する。さらに詳しくは、包装化反応によ
りガス水和物を形成するガス水和剤を作動流体とし、該
ガス水和剤のガス水和物生成反応熱と、吸収剤への吸収
反応熱（または液化潜熱）との著しい差を利用し、低品
質の熱を熱源として大幅な昇温または冷却を可能にする
包装化反応を利用したヒートポンプシステムに関する。
（従来の技術） 産業廃熱は、比較的多くの部分がおおむね30〜50℃の低
温廃熱で占められでいる。また、地下水は15〜20℃の広
大な熱源である。このような低品質の熱源をもちいて実
用的な温度にまで昇温できるとすれば、その利用価値は
きわめて大きい。
温廃熱で占められでいる。また、地下水は15〜20℃の広
大な熱源である。このような低品質の熱源をもちいて実
用的な温度にまで昇温できるとすれば、その利用価値は
きわめて大きい。
このような昇温をおこなう装置として従来、提案されて
いるものの一つに蒸気圧縮式ヒートポンプがある。これ
は作動流体の気相、液相間の平衡を、たとえば電気駆動
による圧縮機でずらせることにより熱を汲みあげるもの
であり、15〜20℃の低品位の熱を昇温して50〜60℃の高
品位の熱を得ることができる。
いるものの一つに蒸気圧縮式ヒートポンプがある。これ
は作動流体の気相、液相間の平衡を、たとえば電気駆動
による圧縮機でずらせることにより熱を汲みあげるもの
であり、15〜20℃の低品位の熱を昇温して50〜60℃の高
品位の熱を得ることができる。
しかし、この蒸気圧縮式ヒートポンプでは、成績係数
（入力されたエネルギーにたいする、利用温度にまで汲
み上げられた熱量の比を示す数値であり、ヒートポンプ
の効率を表す）は、上記の場合において３程度とあまり
良くない。
（入力されたエネルギーにたいする、利用温度にまで汲
み上げられた熱量の比を示す数値であり、ヒートポンプ
の効率を表す）は、上記の場合において３程度とあまり
良くない。
そこで、廃熱などの高温の熱源と低温の冷却熱源（たと
えば冷却水または外気）の温度差のみを利用し機械的仕
事を用いないケミカルヒートポンプを、このような場合
に使用できることが期待される。
えば冷却水または外気）の温度差のみを利用し機械的仕
事を用いないケミカルヒートポンプを、このような場合
に使用できることが期待される。
このようなケミカルヒートポンプの原理について、第６
図ないし第８図を参照しながら次に簡単に説明してお
く。
図ないし第８図を参照しながら次に簡単に説明してお
く。
第６図は、作動流体（たとえばアンモニアや水）吸収剤
への吸収、放出反応における平衡圧力Ｐの対数log P
と、絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係をしめすグラフ
である。グラフX,Yは、それぞれ、異なる吸収剤X,Yへの
吸収、放出反応の平衡圧力と温度の関係（または、グラ
フＸは、純成分の作動流体の液相、気相間の平衡圧力と
温度の関係）を示す。図に示されているように、平衡圧
力Ｐの対数log Pは、絶対温度Ｔの逆数１／Ｔにたいし
ほぼ直線的に変化するが、同一温度における平衡圧力Ｐ
の値は、吸収剤の種類（および濃度）により異なってい
る。
への吸収、放出反応における平衡圧力Ｐの対数log P
と、絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係をしめすグラフ
である。グラフX,Yは、それぞれ、異なる吸収剤X,Yへの
吸収、放出反応の平衡圧力と温度の関係（または、グラ
フＸは、純成分の作動流体の液相、気相間の平衡圧力と
温度の関係）を示す。図に示されているように、平衡圧
力Ｐの対数log Pは、絶対温度Ｔの逆数１／Ｔにたいし
ほぼ直線的に変化するが、同一温度における平衡圧力Ｐ
の値は、吸収剤の種類（および濃度）により異なってい
る。
第７図および第８図は、このように互いに異なる平衡圧
力をもつ吸収剤X,Y（または作動流体の液相Ｘと他の吸
収剤Ｙ。以下においては二種類の吸収剤をもちいる場合
について説明する。作動流体の純成分の相平衡をもちい
る場合も同様である。）を用いて昇温をおこなうヒート
ポンプの概念図である。それぞれ吸収剤X,Yをいれる左
右の反応槽は、ガス管路により結ばれ、ガス状の作動流
体Ｇが反応槽の間を移動できるように構成されている。
吸収剤X,Yは、それぞれ第６図のグラフX,Yで示される平
衡圧−温度特性を有するものである。第７図、第８図は
それぞれ昇温過程および再生過程をしめす。該ヒートポ
ンプは、比較的高温T1にある第一の熱源１と、これより
低温T2にある第二の熱源２をもちいて利用熱媒体３の温
度を第一の熱源１の温度より高温のT3に昇温する。
力をもつ吸収剤X,Y（または作動流体の液相Ｘと他の吸
収剤Ｙ。以下においては二種類の吸収剤をもちいる場合
について説明する。作動流体の純成分の相平衡をもちい
る場合も同様である。）を用いて昇温をおこなうヒート
ポンプの概念図である。それぞれ吸収剤X,Yをいれる左
右の反応槽は、ガス管路により結ばれ、ガス状の作動流
体Ｇが反応槽の間を移動できるように構成されている。
吸収剤X,Yは、それぞれ第６図のグラフX,Yで示される平
衡圧−温度特性を有するものである。第７図、第８図は
それぞれ昇温過程および再生過程をしめす。該ヒートポ
ンプは、比較的高温T1にある第一の熱源１と、これより
低温T2にある第二の熱源２をもちいて利用熱媒体３の温
度を第一の熱源１の温度より高温のT3に昇温する。
第７図の昇温過程においては、吸収剤Ｘ、Ｙをそれぞれ
第一の熱源１、利用熱媒体３と熱的に接触させる。この
結果、高い平衡圧を有する吸収剤Ｘから放出された作動
流体Ｇは、反応槽をつなぐ管路を矢印の方向に移動して
吸収剤Ｙに吸収される（第６図参照。この過程は、平衡
圧がほぼP1に等しいところで吸収剤Ｘの平衡圧が吸収剤
Ｙの平衡圧よりやや高くなることにより進行する）。こ
の際、作動流体Ｇは、吸収剤Ｘからの放出反応熱ΔH1を
第一の熱源１から受け取り、吸収剤Ｙへの吸収反応熱Δ
H2を放出して利用熱媒体３にあたえ、利用熱媒体３の温
度を第一の熱源１の温度T1より高温の目標温度T3に昇温
とする。
第一の熱源１、利用熱媒体３と熱的に接触させる。この
結果、高い平衡圧を有する吸収剤Ｘから放出された作動
流体Ｇは、反応槽をつなぐ管路を矢印の方向に移動して
吸収剤Ｙに吸収される（第６図参照。この過程は、平衡
圧がほぼP1に等しいところで吸収剤Ｘの平衡圧が吸収剤
Ｙの平衡圧よりやや高くなることにより進行する）。こ
の際、作動流体Ｇは、吸収剤Ｘからの放出反応熱ΔH1を
第一の熱源１から受け取り、吸収剤Ｙへの吸収反応熱Δ
H2を放出して利用熱媒体３にあたえ、利用熱媒体３の温
度を第一の熱源１の温度T1より高温の目標温度T3に昇温
とする。
一方、第８図にしめす再生過程においては、吸収剤Ｙを
第一の熱源１と接触させるとともに、吸収剤Ｘを冷却熱
源である第二の熱源２と接触させる。この結果、吸収剤
Ｘ、Ｙは、それぞれ第二の熱源２および第一の熱源１の
温度T1、T2とほぼ等しくなる。作動流体Ｇの平衡圧は、
両吸収剤Ｘ、Ｙにおいてほぼ等しいレベルP2にあるが
（第６図参照）、吸収剤Ｙにおいてやや高くなる。この
ため、吸収剤Ｙから放出された作動流体Ｇは、反応槽間
をつなぐ管路を矢印の方向に移動して吸収剤Ｘに吸収さ
れていく。この際、吸収剤Ｘ、Ｙにおいてそれぞれ吸熱
ΔH3、放熱ΔH4が発生する。
第一の熱源１と接触させるとともに、吸収剤Ｘを冷却熱
源である第二の熱源２と接触させる。この結果、吸収剤
Ｘ、Ｙは、それぞれ第二の熱源２および第一の熱源１の
温度T1、T2とほぼ等しくなる。作動流体Ｇの平衡圧は、
両吸収剤Ｘ、Ｙにおいてほぼ等しいレベルP2にあるが
（第６図参照）、吸収剤Ｙにおいてやや高くなる。この
ため、吸収剤Ｙから放出された作動流体Ｇは、反応槽間
をつなぐ管路を矢印の方向に移動して吸収剤Ｘに吸収さ
れていく。この際、吸収剤Ｘ、Ｙにおいてそれぞれ吸熱
ΔH3、放熱ΔH4が発生する。
このように、ケミカルヒートポンプは、原理的には全く
機械的仕事を用いることなく二つの熱源の温度差のみを
利用して昇温を行うことができる。したがってケミカル
ヒートポンプは、ほとんど外部動力を必要としないので
空調、温室加温等に利用できれば極めて大幅な省エネル
ギーを達成できるものである。
機械的仕事を用いることなく二つの熱源の温度差のみを
利用して昇温を行うことができる。したがってケミカル
ヒートポンプは、ほとんど外部動力を必要としないので
空調、温室加温等に利用できれば極めて大幅な省エネル
ギーを達成できるものである。
（発明が解決しようとする問題点） ところが従来のケミカルヒートポンプにおいては、20〜
50℃の低品位の熱源を用いたのでは高品質の熱を得るこ
とができない。たとえば、30℃の廃温水を第一の熱源１
とし、温度が10℃の外気を第二の熱源２として用いた場
合、利用熱媒体３の温水の温度は、40℃程度にしかなら
ない。40℃の廃蒸気をもちいてもようやく55℃の温水が
得られるのみである。このように、低品位の熱源をもち
いた場合の昇温幅はきわめて小さく実用性にとぼしい。
50℃の低品位の熱源を用いたのでは高品質の熱を得るこ
とができない。たとえば、30℃の廃温水を第一の熱源１
とし、温度が10℃の外気を第二の熱源２として用いた場
合、利用熱媒体３の温水の温度は、40℃程度にしかなら
ない。40℃の廃蒸気をもちいてもようやく55℃の温水が
得られるのみである。このように、低品位の熱源をもち
いた場合の昇温幅はきわめて小さく実用性にとぼしい。
従来のケミカルヒートポンプにおける昇温幅が小さいの
は、次のような理由による。
は、次のような理由による。
第７図、第８図に示したケミカルヒートポンプにおける
昇温幅ΔＴはT3−T1にひとしい。ここで、吸収剤Ｘと吸
収剤Ｙにおける作動流体Ｇの、平衡圧力Ｐの対数log P
と絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係を示すグラフの直
線X,Yが、第６図に示されているように平行であるもの
と仮定する（後に説明するようにこの仮定は従来のケミ
カルヒートポンプにおいてはほぼ成立する）。この仮定
の下では、 （１／T3）−（１／T1）＝（１／T1）−（１／T2） が成り立つ。したがって、 ΔＴ＝T3−T1＝（T3／T2）（T1−T2）≒T1−T2 つまり、昇温幅ΔＴは原理的にほぼ第一の熱源１の温度
T1と第二の熱源２の温度T2の温度差（T1−T2）を越える
ことができない。（実際のヒートポンプでは熱の損失が
避けられないから、現実の昇温幅はさらに小さくな
る。） 上の説明において二種類の吸収剤Ｘ、Ｙの平衡圧力Ｐの
対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係をしめ
すグラフが平行であると仮定した。この仮定が従来のケ
ミカルヒートポンプにおいてほぼ成り立つ理由は次の通
りである。
昇温幅ΔＴはT3−T1にひとしい。ここで、吸収剤Ｘと吸
収剤Ｙにおける作動流体Ｇの、平衡圧力Ｐの対数log P
と絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係を示すグラフの直
線X,Yが、第６図に示されているように平行であるもの
と仮定する（後に説明するようにこの仮定は従来のケミ
カルヒートポンプにおいてはほぼ成立する）。この仮定
の下では、 （１／T3）−（１／T1）＝（１／T1）−（１／T2） が成り立つ。したがって、 ΔＴ＝T3−T1＝（T3／T2）（T1−T2）≒T1−T2 つまり、昇温幅ΔＴは原理的にほぼ第一の熱源１の温度
T1と第二の熱源２の温度T2の温度差（T1−T2）を越える
ことができない。（実際のヒートポンプでは熱の損失が
避けられないから、現実の昇温幅はさらに小さくな
る。） 上の説明において二種類の吸収剤Ｘ、Ｙの平衡圧力Ｐの
対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係をしめ
すグラフが平行であると仮定した。この仮定が従来のケ
ミカルヒートポンプにおいてほぼ成り立つ理由は次の通
りである。
吸収剤における吸収、放出反応や、液相、気相間の相転
位反応等の化学反応平衡における平衡圧力Ｐの対数log
Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔとの関係を示すグラフの傾
きは、モル当たりの反応熱ΔＨ／molのみに依存する。
すなわち、このグラフの傾きは、（ΔＨ／mol）／Ｒに
等しい（Ｒは気体定数）。
位反応等の化学反応平衡における平衡圧力Ｐの対数log
Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔとの関係を示すグラフの傾
きは、モル当たりの反応熱ΔＨ／molのみに依存する。
すなわち、このグラフの傾きは、（ΔＨ／mol）／Ｒに
等しい（Ｒは気体定数）。
ところが従来のケミカルヒートポンプに用いられている
アンモニア等の作動流体のモル当たり反応熱は、各吸収
剤（または吸収剤における吸収反応と相転位反応）につ
いて余り違いがない。特に、ケミカルヒートポンプに実
際にもちいる吸収剤の組としては、平衡圧が一気圧とな
る温度が近接したものを選択することになるが、従来用
いられているこのような吸収剤の組においては、モル当
たりの反応熱ΔＨ／molはほぼ等しい。したがって平衡
圧力Ｐの対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関
係をしめすグラフは、実際に利用できる吸収剤の組につ
いてほとんど平行になってしまう。
アンモニア等の作動流体のモル当たり反応熱は、各吸収
剤（または吸収剤における吸収反応と相転位反応）につ
いて余り違いがない。特に、ケミカルヒートポンプに実
際にもちいる吸収剤の組としては、平衡圧が一気圧とな
る温度が近接したものを選択することになるが、従来用
いられているこのような吸収剤の組においては、モル当
たりの反応熱ΔＨ／molはほぼ等しい。したがって平衡
圧力Ｐの対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関
係をしめすグラフは、実際に利用できる吸収剤の組につ
いてほとんど平行になってしまう。
従って、従来のケミカルヒートポンプにおいては、昇温
幅は既に原理的に著しく制限されているのである。さら
に現実の装置における熱の損失を考えると、低品位熱源
を用いるケミカルヒートポンプは非実用的なものとなっ
てしまう。
幅は既に原理的に著しく制限されているのである。さら
に現実の装置における熱の損失を考えると、低品位熱源
を用いるケミカルヒートポンプは非実用的なものとなっ
てしまう。
本発明の目的は、上述の従来のケミカルヒートポンプに
おける問題点を解決するヒートポンプシステムを提供す
ることである。
おける問題点を解決するヒートポンプシステムを提供す
ることである。
とくに、低品位の熱源をもちいて、十分、実用に耐える
昇温幅を実現するケミカルヒートポンプシステムを提供
することを目的をする。
昇温幅を実現するケミカルヒートポンプシステムを提供
することを目的をする。
（問題点を解決するための手段および作用） 本発明者は、上述の目的を達成するため研究を重ねた結
果、フロンなどのガス水和剤を作動流体として用い、ケ
ミカルヒートポンプにおける一方の平衡反応に水和剤の
水和反応（包接化反応）を使用することに想到した。
果、フロンなどのガス水和剤を作動流体として用い、ケ
ミカルヒートポンプにおける一方の平衡反応に水和剤の
水和反応（包接化反応）を使用することに想到した。
フロンなどのガス水和剤の１モル当りの水和物生成反応
熱は、その吸収反応熱にくらべはるかに大きい。したが
って、平衡圧力Ｐの対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／
Ｔの関係を示すグラフの傾きは、水和反応（包接化反
応）と吸収剤による吸収反応とで著しく異なる値を持つ
ことになる。
熱は、その吸収反応熱にくらべはるかに大きい。したが
って、平衡圧力Ｐの対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／
Ｔの関係を示すグラフの傾きは、水和反応（包接化反
応）と吸収剤による吸収反応とで著しく異なる値を持つ
ことになる。
次の表は、ガス水和剤の液化潜熱ΔHX（ほぼ吸収反応熱
に等しい）と水和物生成反応熱ΔHZの値（両者ともに単
位は、kcal／mol-水和剤）とこれらの値の比ΔHZ／ΔHX
を例示したものである。
に等しい）と水和物生成反応熱ΔHZの値（両者ともに単
位は、kcal／mol-水和剤）とこれらの値の比ΔHZ／ΔHX
を例示したものである。
このように水和剤の水和物生成反応は包接化反応である
ため、その反応熱ΔHZは、吸収反応熱（ほぼ潜熱ΔHXに
ひとしい）に比べはるかに大きな値を有している。した
がって、水和剤の水和物生成反応における平衡圧力Ｐの
対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの関係をしめすグ
ラフＺの傾きは、吸収反応の場合のグラフＸの傾きにく
らべ著しく大きくなる（第１図参照。より具体的にいえ
ば、グラフＺとグラフＸの傾きの比が、ΔHZ／ΔHXで与
えられる）。
ため、その反応熱ΔHZは、吸収反応熱（ほぼ潜熱ΔHXに
ひとしい）に比べはるかに大きな値を有している。した
がって、水和剤の水和物生成反応における平衡圧力Ｐの
対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの関係をしめすグ
ラフＺの傾きは、吸収反応の場合のグラフＸの傾きにく
らべ著しく大きくなる（第１図参照。より具体的にいえ
ば、グラフＺとグラフＸの傾きの比が、ΔHZ／ΔHXで与
えられる）。
第１図は、昇温用のケミカルヒートポンプシステムに用
いられるべき吸収反応のグラフＸと包接化反応のグラフ
Ｚをしめす。図においてT1、T2はそれぞれ第一の熱源、
第二の熱源（冷却熱源）の温度であり、T3が目標温度で
ある。ＡおよびＣの過程は第一の熱源と、またＤの過程
は第二の熱源と熱的に接触させておこなう。この結果、
昇温幅T3−T1は、熱源間の温度差T1−T2にくらべはるか
に大きくすることが可能になる。
いられるべき吸収反応のグラフＸと包接化反応のグラフ
Ｚをしめす。図においてT1、T2はそれぞれ第一の熱源、
第二の熱源（冷却熱源）の温度であり、T3が目標温度で
ある。ＡおよびＣの過程は第一の熱源と、またＤの過程
は第二の熱源と熱的に接触させておこなう。この結果、
昇温幅T3−T1は、熱源間の温度差T1−T2にくらべはるか
に大きくすることが可能になる。
このように包接化反応を利用すれば熱源間の温度差に比
べて大幅な昇温が可能になる。しかしガス水和剤として
用いる化合物の種類と熱源の選択の仕方によっては、後
述する第２図のように反応を進めたほうが得な場合があ
る。すなわち、Ｄの包接化反応により生じた水和物の分
解により直接、気体状態の水和剤と水に分解せず、まず
液相の水和剤と水に分解する場合である。本発明は、こ
のような場合に適用できる包接化反応を利用したヒート
ポンプを提供する。
べて大幅な昇温が可能になる。しかしガス水和剤として
用いる化合物の種類と熱源の選択の仕方によっては、後
述する第２図のように反応を進めたほうが得な場合があ
る。すなわち、Ｄの包接化反応により生じた水和物の分
解により直接、気体状態の水和剤と水に分解せず、まず
液相の水和剤と水に分解する場合である。本発明は、こ
のような場合に適用できる包接化反応を利用したヒート
ポンプを提供する。
第２図は、本発明にかかるヒートポンプのサイクルを示
す。同図においてＸおよびＺは、第１図と同じく、吸収
反応および包接化反応の平衡圧を示すグラフである。一
方、Ｗは液化反応の平衡圧のグラフであって、グラフＺ
とA0において交っている。
す。同図においてＸおよびＺは、第１図と同じく、吸収
反応および包接化反応の平衡圧を示すグラフである。一
方、Ｗは液化反応の平衡圧のグラフであって、グラフＺ
とA0において交っている。
従って、第２図のサイクルは次のように進行する。第２
の熱源と接解して温度T2の過程Ｄで生成した水和物は、
第１の熱源と接触して昇温、昇圧してA0においてまず液
相の水和剤と水に分解する。この際、第１の熱源から
は、分解反応熱ΔH0が吸収される。液相の水和剤の温度
がさらにT1にまで上昇すると、液相水和剤は点A1におい
て気化し、第１の熱源から気化反応熱ΔH1を吸収する。
（点Ｂ、Ｃ、Ｄで示される過程は第１図の過程と同様で
ある。） したがって本発明にかかる包接化反応を利用したヒート
ポンプシステムは、 潜熱、吸収反応熱を含む作動流体の反応熱の吸収、放出
現象を利用し、第一の熱源と、第一の熱源より低い温度
の第二の熱源をもちいて、第一の熱源の温度にほぼ等し
い温度において作動流体が吸収した熱を、第一の熱源の
温度より高い温度において作動流体から放出させて利用
熱媒体を前記第一の熱源より高い温度に昇温する暖房、
昇温用のケミカルヒートポンプにおいて、包接化反応に
よりガス水和物を形成するガス水和剤を作動流体とし、 Ａ）下記Ｄ）の手段で生成されたガス水和剤の水和物を
前記第一の熱源と熱的に接触させて温度を上昇させ、該
水和物から液相水和剤を分解生成させ、次いでこの分解
生成した液相水和剤を気化させ、作動流体であるガス水
和剤に気化潜熱を吸収させ、前記水和物からの液相水和
剤の分解生成と、このようにして生成した前記液相水和
剤の気化とを、前記ガス水和剤の水和物の供給を切替え
ながら２以上の槽において別々に行う手段と、 Ｂ）前記Ａ）の手段で発生した気化されたガス水和剤を
前記利用熱媒体との熱的接触下において吸収剤に吸収さ
せ、作動流体であるガス水和剤から放出された吸収反応
熱により前記利用熱媒体を前記第一の熱源より高い温度
に昇温する手段と、 Ｃ）前記Ｂ）の手段により吸収剤に吸収されたガス水和
剤を、前記第一の熱源との熱的接触下において吸収剤か
ら放出させる手段と、 Ｄ）前記Ｃ）の手段により放出されたガス水和剤を前記
第二の熱源との熱的接触下において水和させ包接化反応
により水和物を生成する手段と、 を備えることを特徴とする。
の熱源と接解して温度T2の過程Ｄで生成した水和物は、
第１の熱源と接触して昇温、昇圧してA0においてまず液
相の水和剤と水に分解する。この際、第１の熱源から
は、分解反応熱ΔH0が吸収される。液相の水和剤の温度
がさらにT1にまで上昇すると、液相水和剤は点A1におい
て気化し、第１の熱源から気化反応熱ΔH1を吸収する。
（点Ｂ、Ｃ、Ｄで示される過程は第１図の過程と同様で
ある。） したがって本発明にかかる包接化反応を利用したヒート
ポンプシステムは、 潜熱、吸収反応熱を含む作動流体の反応熱の吸収、放出
現象を利用し、第一の熱源と、第一の熱源より低い温度
の第二の熱源をもちいて、第一の熱源の温度にほぼ等し
い温度において作動流体が吸収した熱を、第一の熱源の
温度より高い温度において作動流体から放出させて利用
熱媒体を前記第一の熱源より高い温度に昇温する暖房、
昇温用のケミカルヒートポンプにおいて、包接化反応に
よりガス水和物を形成するガス水和剤を作動流体とし、 Ａ）下記Ｄ）の手段で生成されたガス水和剤の水和物を
前記第一の熱源と熱的に接触させて温度を上昇させ、該
水和物から液相水和剤を分解生成させ、次いでこの分解
生成した液相水和剤を気化させ、作動流体であるガス水
和剤に気化潜熱を吸収させ、前記水和物からの液相水和
剤の分解生成と、このようにして生成した前記液相水和
剤の気化とを、前記ガス水和剤の水和物の供給を切替え
ながら２以上の槽において別々に行う手段と、 Ｂ）前記Ａ）の手段で発生した気化されたガス水和剤を
前記利用熱媒体との熱的接触下において吸収剤に吸収さ
せ、作動流体であるガス水和剤から放出された吸収反応
熱により前記利用熱媒体を前記第一の熱源より高い温度
に昇温する手段と、 Ｃ）前記Ｂ）の手段により吸収剤に吸収されたガス水和
剤を、前記第一の熱源との熱的接触下において吸収剤か
ら放出させる手段と、 Ｄ）前記Ｃ）の手段により放出されたガス水和剤を前記
第二の熱源との熱的接触下において水和させ包接化反応
により水和物を生成する手段と、 を備えることを特徴とする。
上記において、手段Ａ）の過程は、第２図のグラフＷ上
の点A0およびA1で示される過程に対応する。また手段
Ｂ）、Ｃ）、Ｄ）の過程は、それぞれ同図の点Ｂ、Ｃ、
Ｄに対応する。従って本発明のヒートポンプは第１図に
示したサイクルを利用するヒートポンプに比べ、利用熱
源の温度範囲を広く取ることができるという利点があ
る。
の点A0およびA1で示される過程に対応する。また手段
Ｂ）、Ｃ）、Ｄ）の過程は、それぞれ同図の点Ｂ、Ｃ、
Ｄに対応する。従って本発明のヒートポンプは第１図に
示したサイクルを利用するヒートポンプに比べ、利用熱
源の温度範囲を広く取ることができるという利点があ
る。
本発明におけるガス水和剤とは、気体状態において水と
の共存下に包接化反応により水和物を形成する化合物で
あり、包接化反応によりガス水和物を形成することが知
られている化合物（フロン、炭酸ガス等）はすべて本発
明の範囲に含まれる。ガス水和剤として好ましいのはフ
ロンである。ここに、フロンとは、炭化水素、特にメタ
ンまたはエタン等の水素原子の一部または全部をフッ素
原子またはフッ素原子と別のハロゲンで置き換えた化合
物である。このようなフロンとしては例えば次のものが
ある。
の共存下に包接化反応により水和物を形成する化合物で
あり、包接化反応によりガス水和物を形成することが知
られている化合物（フロン、炭酸ガス等）はすべて本発
明の範囲に含まれる。ガス水和剤として好ましいのはフ
ロンである。ここに、フロンとは、炭化水素、特にメタ
ンまたはエタン等の水素原子の一部または全部をフッ素
原子またはフッ素原子と別のハロゲンで置き換えた化合
物である。このようなフロンとしては例えば次のものが
ある。
フロン11 CCl3F フロン12 CCl2F2 フロン13 CClF3 フロン13B CBrF3 フロン14 CF4 フロン21 CHCl2F フロン22 CHClF2 フロン23 CHF3 フロン31 CH2ClF フロン32 CH2F2 フロン41 CH3F フロン113 CCl2F−CClF2 フロン114 CClF2−CClF2 フロン115 CClF2−CF3 フロン116 CF3−CF3 フロン142b CH3−CClF2 フロン152a CH3−CHF2 これらのうち、フロン31、22は動作温度、圧力等の観点
から特に好ましいガス水和剤である。
から特に好ましいガス水和剤である。
また、ガス水和剤の吸収剤としては、上記より選択した
ガス水和剤を吸収、放出する任意の液体化合物を用いる
ことが可能であるが、好適例として、N,Nジメチルホル
ムアミド、ジブチルフタレート、イソブチルアセテー
ト、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエ
チレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
ガス水和剤を吸収、放出する任意の液体化合物を用いる
ことが可能であるが、好適例として、N,Nジメチルホル
ムアミド、ジブチルフタレート、イソブチルアセテー
ト、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエ
チレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
本発明に係る包接化反応を利用したヒートポンプシステ
ムの具体的な装置態様としては、前記Ａ）、Ｂ）、Ｃ）
およびＤ）の各手段は、それぞれ独立の反応槽において
それぞれの反応を行い、前記Ａ）の手段の過程を行う反
応槽と前記Ｂ）の手段の過程を行う反応槽の間、および
前記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽と前記Ｄ）の手段の
過程を行う反応槽の間を、前記作動流体であるガス水和
剤を導くガス管路によりそれぞれ接続することが好まし
い。
ムの具体的な装置態様としては、前記Ａ）、Ｂ）、Ｃ）
およびＤ）の各手段は、それぞれ独立の反応槽において
それぞれの反応を行い、前記Ａ）の手段の過程を行う反
応槽と前記Ｂ）の手段の過程を行う反応槽の間、および
前記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽と前記Ｄ）の手段の
過程を行う反応槽の間を、前記作動流体であるガス水和
剤を導くガス管路によりそれぞれ接続することが好まし
い。
この場合において、 前記Ａ）の手段の過程を行う反応槽を２以上設け、切り
換え式とし、該反応槽内において水和剤から分解生成し
た水を、該反応槽から前記Ｄ）の手段の過程を行う反応
槽に送る水移送手段と、 前記Ｄ）の手段の過程を行う反応槽内において水和物生
成反応により生じた水和物を該反応槽から前記Ａ）の手
段の過程を行う反応槽に送る水和物移送手段と、 を備えさせるとともに、 前記Ｂ）の手段の過程を行う反応槽内において水和剤を
吸収した吸収剤を、該反応槽から前記Ｃ）の手段の過程
を行う反応槽に送る水和剤吸収済み吸収剤移送手段と、 前記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽内において水和剤を
放出した吸収剤を、該反応槽から前記Ｂ）の手段の過程
を行う反応槽に送る水和剤放出済み吸収剤移送手段と、 を設けて作動流体を連続的に循環させる連続フロー方式
により完全に連続的な運転が可能になる。
換え式とし、該反応槽内において水和剤から分解生成し
た水を、該反応槽から前記Ｄ）の手段の過程を行う反応
槽に送る水移送手段と、 前記Ｄ）の手段の過程を行う反応槽内において水和物生
成反応により生じた水和物を該反応槽から前記Ａ）の手
段の過程を行う反応槽に送る水和物移送手段と、 を備えさせるとともに、 前記Ｂ）の手段の過程を行う反応槽内において水和剤を
吸収した吸収剤を、該反応槽から前記Ｃ）の手段の過程
を行う反応槽に送る水和剤吸収済み吸収剤移送手段と、 前記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽内において水和剤を
放出した吸収剤を、該反応槽から前記Ｂ）の手段の過程
を行う反応槽に送る水和剤放出済み吸収剤移送手段と、 を設けて作動流体を連続的に循環させる連続フロー方式
により完全に連続的な運転が可能になる。
さらに、移送手段の間に熱交換器を設けることにより熱
効率を改善することができる。
効率を改善することができる。
このように、Ａ）の手段を行う反応槽を２以上設けそれ
らを切り換え式とすることにより連続式とすることがで
きるが、そのような連続フロー方式によるよりも、Ａ）
およびＤ）の手段の過程を行う反応槽を、水和物の生
成、分解の進行とともに交替するバッチ処理方式による
方が熱効率を改善できる場合もある。この場合には、水
および水和物移送手段を設ける代りに、前記Ａ）の手段
の過程を行う反応槽において水和物の分解および液相水
和剤の気化が進行し、かつ前記Ｄ）の手段の過程を行う
反応槽において水和物の生成が進行した段階において、 前記Ａ）の手段の過程を行っていた反応槽と前記Ｂ）の
手段の過程を行う反応槽を接続する前記管路、および前
記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽と前記Ｄ）の手段の過
程を行っていた反応槽を接続する管路を切り換える管路
切換手段と、 前記Ａ）およびＤ）の手段の過程をそれぞれ行っていた
反応槽と第１および第２の熱源の間の熱的な接続を切り
換え熱源切換手段と、 を備え、前記Ａ）の手段の過程を行っていた反応槽に前
記Ｄ）の手段の過程を行なわせ、また前記Ｄ）の手段の
過程を行っていた反応槽に前記Ａ）の手段の過程を行な
わせることにすれば良い。
らを切り換え式とすることにより連続式とすることがで
きるが、そのような連続フロー方式によるよりも、Ａ）
およびＤ）の手段の過程を行う反応槽を、水和物の生
成、分解の進行とともに交替するバッチ処理方式による
方が熱効率を改善できる場合もある。この場合には、水
および水和物移送手段を設ける代りに、前記Ａ）の手段
の過程を行う反応槽において水和物の分解および液相水
和剤の気化が進行し、かつ前記Ｄ）の手段の過程を行う
反応槽において水和物の生成が進行した段階において、 前記Ａ）の手段の過程を行っていた反応槽と前記Ｂ）の
手段の過程を行う反応槽を接続する前記管路、および前
記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽と前記Ｄ）の手段の過
程を行っていた反応槽を接続する管路を切り換える管路
切換手段と、 前記Ａ）およびＤ）の手段の過程をそれぞれ行っていた
反応槽と第１および第２の熱源の間の熱的な接続を切り
換え熱源切換手段と、 を備え、前記Ａ）の手段の過程を行っていた反応槽に前
記Ｄ）の手段の過程を行なわせ、また前記Ｄ）の手段の
過程を行っていた反応槽に前記Ａ）の手段の過程を行な
わせることにすれば良い。
（実施例） 次に本発明の実施例について、添付図面を参照しながら
詳しく説明する。この説明によって本発明の詳細はさら
に明らかとなろう。
詳しく説明する。この説明によって本発明の詳細はさら
に明らかとなろう。
まず始めに、第２図および第３図を参照しながら、本発
明の第一の実施例について説明する。この実施例は作動
流体を連続的に循環させる連続フロー方式による。
明の第一の実施例について説明する。この実施例は作動
流体を連続的に循環させる連続フロー方式による。
図示例では、２個備えた第一の反応槽4,4には、第四の
反応槽７から移送された水和物Ｚ、および水和物Ｚの分
解により生じた液相水和剤Ｗと水が入れられている。第
四の反応槽７には、ガス水和剤Ｇの水和剤Ｚが水ととも
に入れられている。ガス水和剤Ｇとして、例えばフロン
31（CH2ClF）を用いる。第二の反応槽５および第三の反
応槽６には、吸収剤Ｘが、一部、ガス水和剤Ｇを吸収し
た形で入れられている。吸収剤Ｘとしては、例えばテト
ラエチレングリコールジメチルエーテルを用いる。
反応槽７から移送された水和物Ｚ、および水和物Ｚの分
解により生じた液相水和剤Ｗと水が入れられている。第
四の反応槽７には、ガス水和剤Ｇの水和剤Ｚが水ととも
に入れられている。ガス水和剤Ｇとして、例えばフロン
31（CH2ClF）を用いる。第二の反応槽５および第三の反
応槽６には、吸収剤Ｘが、一部、ガス水和剤Ｇを吸収し
た形で入れられている。吸収剤Ｘとしては、例えばテト
ラエチレングリコールジメチルエーテルを用いる。
これらの反応槽４〜７のうち、第一の反応槽４および第
三の反応槽６は、たとえば35℃の廃熱である第一の熱源
１（温度T1）と熱的に接触されている。一方、第二の反
応槽５は利用熱媒体３と、また第四の反応槽７は、温度
T2の第二の熱源２と熱的に接触する。この第二の熱源２
は、冷却熱源であり、たとえば５℃の外気である。また
利用熱媒体３としては水をもちい、これを第二の反応槽
５において目標温度T3の温水とする。
三の反応槽６は、たとえば35℃の廃熱である第一の熱源
１（温度T1）と熱的に接触されている。一方、第二の反
応槽５は利用熱媒体３と、また第四の反応槽７は、温度
T2の第二の熱源２と熱的に接触する。この第二の熱源２
は、冷却熱源であり、たとえば５℃の外気である。また
利用熱媒体３としては水をもちい、これを第二の反応槽
５において目標温度T3の温水とする。
第一の反応槽４と第二の反応槽５の間、および第三の反
応槽６と第四の反応槽７の間は、ガス管路８によって結
ばれ、ガス水和剤Ｇが、第一の反応槽４から第二の反応
槽５へ、および第三の反応槽６から第四の反応槽７へ、
圧力差によって移動できるように構成されている。
応槽６と第四の反応槽７の間は、ガス管路８によって結
ばれ、ガス水和剤Ｇが、第一の反応槽４から第二の反応
槽５へ、および第三の反応槽６から第四の反応槽７へ、
圧力差によって移動できるように構成されている。
図示例では２個設けられている第一の反応槽4,4は、切
り換え式となっており、いずれも、第一の熱源１と熱的
に接触している。第四の反応槽７から移送された水和物
Ｚは、まず第２図の点A0において液相水和剤Ｗと水に分
解する。液相水和剤Ｗはさらに昇温され、温度T1におい
て気相の水和剤と相平衡に到達する。一方の第一の反応
槽の液相水和剤の気化時には移送管系を切り換えて、第
四の反応槽７からの水和物は他方の第一の反応槽に供給
される。水和物の分解と液相水和剤の気化は共存できな
いからである。なお、図示例にあってこのときの移送管
系の切り換えについて特に説明しないが、すでに以上の
説明から当業者には明らかであろう。この際の平衡は第
２図におけるグラフＷの上の点A1の位置にある。したが
って、第二の反応槽５内の圧力はほぼP1となるのでガス
水和剤Ｇの吸収反応の平衡は、ほぼグラフＸの点Ｂにあ
る。第一の反応槽４内においては、水和物Ｚの分解が、
また、第二の反応槽５においてはガス水和剤Ｇの吸収剤
Ｘによる吸収がおこなわれ、第一の反応槽４内の平衡圧
が第二の反応槽５内の平衡圧よりやや高くなる結果、ガ
ス水和剤Ｇはガス管路８を矢印の方向に移動し反応が進
行する。この際、第一の熱源１からは水和物分解反応熱
ΔH0および気化熱ΔH1が吸収され、利用熱媒体３は、吸
収反応熱ΔH2を受けとりほぼ目標温度のT3に昇温され
る。
り換え式となっており、いずれも、第一の熱源１と熱的
に接触している。第四の反応槽７から移送された水和物
Ｚは、まず第２図の点A0において液相水和剤Ｗと水に分
解する。液相水和剤Ｗはさらに昇温され、温度T1におい
て気相の水和剤と相平衡に到達する。一方の第一の反応
槽の液相水和剤の気化時には移送管系を切り換えて、第
四の反応槽７からの水和物は他方の第一の反応槽に供給
される。水和物の分解と液相水和剤の気化は共存できな
いからである。なお、図示例にあってこのときの移送管
系の切り換えについて特に説明しないが、すでに以上の
説明から当業者には明らかであろう。この際の平衡は第
２図におけるグラフＷの上の点A1の位置にある。したが
って、第二の反応槽５内の圧力はほぼP1となるのでガス
水和剤Ｇの吸収反応の平衡は、ほぼグラフＸの点Ｂにあ
る。第一の反応槽４内においては、水和物Ｚの分解が、
また、第二の反応槽５においてはガス水和剤Ｇの吸収剤
Ｘによる吸収がおこなわれ、第一の反応槽４内の平衡圧
が第二の反応槽５内の平衡圧よりやや高くなる結果、ガ
ス水和剤Ｇはガス管路８を矢印の方向に移動し反応が進
行する。この際、第一の熱源１からは水和物分解反応熱
ΔH0および気化熱ΔH1が吸収され、利用熱媒体３は、吸
収反応熱ΔH2を受けとりほぼ目標温度のT3に昇温され
る。
一方、第三の反応槽６内の吸収剤Ｘは第一の熱源１と接
触し、ほぼ温度T1に保持され、また、第四の反応槽７の
水および水和物Ｚは第二の熱源２と接触してほぼ温度T2
に保持される。したがって、これらの反応槽内の吸収剤
Ｘおよび水和物Ｚは、それぞれ第１図の点Ｃ、Ｄで示さ
れる平衡状態にある。第三の反応槽６内の平衡圧が第四
の反応槽７内の平衡圧にくらべてやや高くなる結果、ガ
ス水和剤Ｇは第三の反射槽６内の吸収剤Ｘから放出され
てガス管路８を移動し、第四の反応槽７内の水と包接化
反応をして水和物Ｚを生成する。この際、第一の熱源１
から吸収反応熱ΔH3を吸収し、また第二の熱源２にたい
し水和物生成反応熱ΔH4をあたえる。
触し、ほぼ温度T1に保持され、また、第四の反応槽７の
水および水和物Ｚは第二の熱源２と接触してほぼ温度T2
に保持される。したがって、これらの反応槽内の吸収剤
Ｘおよび水和物Ｚは、それぞれ第１図の点Ｃ、Ｄで示さ
れる平衡状態にある。第三の反応槽６内の平衡圧が第四
の反応槽７内の平衡圧にくらべてやや高くなる結果、ガ
ス水和剤Ｇは第三の反射槽６内の吸収剤Ｘから放出され
てガス管路８を移動し、第四の反応槽７内の水と包接化
反応をして水和物Ｚを生成する。この際、第一の熱源１
から吸収反応熱ΔH3を吸収し、また第二の熱源２にたい
し水和物生成反応熱ΔH4をあたえる。
第一の反応槽４における水和物Ｚの分解により生じた水
は水移送手段である水移送管９により第四の反応槽７に
戻される。また、第四の反応槽７内における水和物生成
反応により生じた水和物Ｚは、スラリー状態で水和物移
送手段である水和物移送管10および機械的ポンプ10aに
より第一の反応槽４に送られる。水移送管９と水和物移
送管10は熱交換器11において熱交換を行い、この実施例
の効率をたかめている。
は水移送手段である水移送管９により第四の反応槽７に
戻される。また、第四の反応槽７内における水和物生成
反応により生じた水和物Ｚは、スラリー状態で水和物移
送手段である水和物移送管10および機械的ポンプ10aに
より第一の反応槽４に送られる。水移送管９と水和物移
送管10は熱交換器11において熱交換を行い、この実施例
の効率をたかめている。
第二の反応槽５内においてガス水和剤Ｇを吸収した吸収
剤Ｘは、吸収剤移送手段である吸収剤移送管12を介して
第三の反応槽６に送られる。また第三の反応槽６内にお
いてガス水和剤Ｇを放出して再生された吸収剤Ｘは、吸
収剤移送手段を構成する吸収剤移送管13および機械的ポ
ンプ13aにより第二の反応槽５に還元される。吸収剤移
送管12および吸収剤移送管13は熱交換器14において熱交
換を行うことによりやはりこの装置の熱効率を高めてい
る。
剤Ｘは、吸収剤移送手段である吸収剤移送管12を介して
第三の反応槽６に送られる。また第三の反応槽６内にお
いてガス水和剤Ｇを放出して再生された吸収剤Ｘは、吸
収剤移送手段を構成する吸収剤移送管13および機械的ポ
ンプ13aにより第二の反応槽５に還元される。吸収剤移
送管12および吸収剤移送管13は熱交換器14において熱交
換を行うことによりやはりこの装置の熱効率を高めてい
る。
第４図は、第２図に模式的にしめしたグラフの形を詳細
に示したものである。同図において、斜線部分Ｘはフロ
ン31のテトラエチレングリコールジメチルエーテルへの
吸収反応の平衡を示すグラフの範囲を、また実線のグラ
フＺはフロン31の水和物生成反応の平衡を示すグラフ
を、それぞれ表している。なお、グラフＷはフロン31の
液化の平衡における平衡圧と温度の関係をしめす。
に示したものである。同図において、斜線部分Ｘはフロ
ン31のテトラエチレングリコールジメチルエーテルへの
吸収反応の平衡を示すグラフの範囲を、また実線のグラ
フＺはフロン31の水和物生成反応の平衡を示すグラフ
を、それぞれ表している。なお、グラフＷはフロン31の
液化の平衡における平衡圧と温度の関係をしめす。
上述のように、第３図の実施例は、連続フロー方式によ
っている。すなわち、作動流体であるガス水和剤Ｇは、
第一〜第四の反応槽４〜７を連続的に循環し、完全に連
続的な運転が行なわれている。
っている。すなわち、作動流体であるガス水和剤Ｇは、
第一〜第四の反応槽４〜７を連続的に循環し、完全に連
続的な運転が行なわれている。
ところが、この連続フロー方式には 第四の反応槽７において生成された固体の水和物をス
ラリー状で第１の反応槽４に移送する必要があること、 移送されるスラリー状の水和物には大量の純水が同伴
され効率を低下させる可能性があること、 ガス水和剤Ｇによっては（たとえばフロン32の場
合）、高揚程になる可能性がありエネルギーの損失が生
じること、 等、効率上、不利な要素もある。
ラリー状で第１の反応槽４に移送する必要があること、 移送されるスラリー状の水和物には大量の純水が同伴
され効率を低下させる可能性があること、 ガス水和剤Ｇによっては（たとえばフロン32の場
合）、高揚程になる可能性がありエネルギーの損失が生
じること、 等、効率上、不利な要素もある。
そこで、第５図は、反応槽間で水和物を移送する必要の
ないバッチ処理方式による第二の実施例を示したもので
ある。
ないバッチ処理方式による第二の実施例を示したもので
ある。
第５図の実施例は、第３図の装置とほぼ同様に構成され
ているが、 第３図の装置における水および水和物の移送管９、10
およびこれに付属する機械的ポンプ10a、熱交換器11を
有さず、その代りに、 反応槽４、５および６、７間を結ぶガス管路８にガス
管路切換弁17を、また熱源１、２と反応槽４、７を接続
する管路に熱源切換弁19を備える。
ているが、 第３図の装置における水および水和物の移送管９、10
およびこれに付属する機械的ポンプ10a、熱交換器11を
有さず、その代りに、 反応槽４、５および６、７間を結ぶガス管路８にガス
管路切換弁17を、また熱源１、２と反応槽４、７を接続
する管路に熱源切換弁19を備える。
第５図の装置の動作は、第３図の装置と同様であるが、
第一および第四の反応槽４、７間で水和物および水を移
送する代りに、反応槽４、７の水和物の分解槽、生成槽
としての役割を交替させる。
第一および第四の反応槽４、７間で水和物および水を移
送する代りに、反応槽４、７の水和物の分解槽、生成槽
としての役割を交替させる。
つまり、第５図に図示された切換弁17、19の状態におい
ては、第３図の場合と同様に、第一の反応槽４において
水和物Ｚの分解と液相水和剤Ｗの気化が行われ、第四の
反応槽７において水和物Ｚが生成する。（ガス水和剤Ｇ
の流れの方向を実線矢印で示す。）この結果、第一の反
応槽４内の水和物Ｚの分解と液相水和剤Ｗの気化が進行
し、水和物Ｚおよび水和剤Ｗが減少して水が増加し、一
方、第四の反応槽７内において水和物Ｚの形成が進んで
水が減少する。
ては、第３図の場合と同様に、第一の反応槽４において
水和物Ｚの分解と液相水和剤Ｗの気化が行われ、第四の
反応槽７において水和物Ｚが生成する。（ガス水和剤Ｇ
の流れの方向を実線矢印で示す。）この結果、第一の反
応槽４内の水和物Ｚの分解と液相水和剤Ｗの気化が進行
し、水和物Ｚおよび水和剤Ｗが減少して水が増加し、一
方、第四の反応槽７内において水和物Ｚの形成が進んで
水が減少する。
ここで切換弁19を切り換え、第一の反応槽に第二の熱源
２を、また第四の反応槽７に第一の熱源１を、それぞれ
接続する。同時にガス管路切換弁17を作動し、反応槽
４、５および６、７間のガス管路８による接続を切り換
える。この結果、第一および第四の反応槽４、７は水和
物の分解、生成槽としての役割を交替し、第一および第
四の反応槽４、７内の平衡状態は、第２図のグラフＺ上
の点ＤおよびグラフＷ上のA0〜A1にそれぞれ対応するこ
とになって切り換え前と逆の反応が進行する。（この際
のガス水和剤Ｇの流れの方向を破線矢印で示す。） このように、切換弁17、19を随時、切り換えることによ
り、ほゞ連続的に利用熱媒体３の昇温を行う。なお、第
５図においてはガス管路切換弁17として４ポート２位置
切換弁を、また熱源切換弁19として８ボート２位置切換
弁を、それぞれ図示したが、管路の切り換えを行える弁
であれば任意のものを用いることができる。
２を、また第四の反応槽７に第一の熱源１を、それぞれ
接続する。同時にガス管路切換弁17を作動し、反応槽
４、５および６、７間のガス管路８による接続を切り換
える。この結果、第一および第四の反応槽４、７は水和
物の分解、生成槽としての役割を交替し、第一および第
四の反応槽４、７内の平衡状態は、第２図のグラフＺ上
の点ＤおよびグラフＷ上のA0〜A1にそれぞれ対応するこ
とになって切り換え前と逆の反応が進行する。（この際
のガス水和剤Ｇの流れの方向を破線矢印で示す。） このように、切換弁17、19を随時、切り換えることによ
り、ほゞ連続的に利用熱媒体３の昇温を行う。なお、第
５図においてはガス管路切換弁17として４ポート２位置
切換弁を、また熱源切換弁19として８ボート２位置切換
弁を、それぞれ図示したが、管路の切り換えを行える弁
であれば任意のものを用いることができる。
（発明の効果） 本発明においては、ガス水和剤を作動流体としてもち
い、平衡反応の一方に反応熱のきわめて大きい包接化反
応を利用している。この結果、利用熱媒体３の昇温幅ま
たは冷却幅ΔＴ（T3−T1またはT2−T3）を第一の熱源１
と第二の熱源２の温度差T1−T2に比べてはるかに大きく
することが原理的に可能になる。
い、平衡反応の一方に反応熱のきわめて大きい包接化反
応を利用している。この結果、利用熱媒体３の昇温幅ま
たは冷却幅ΔＴ（T3−T1またはT2−T3）を第一の熱源１
と第二の熱源２の温度差T1−T2に比べてはるかに大きく
することが原理的に可能になる。
この点について具体的数値をあげると、第一の実施例に
おいて第一の熱源１として35℃の廃熱を、第二の熱源２
として５℃の外気をもちい、利用熱媒体３の水を60℃の
温水とすることができた。これは、現実の装置における
熱の損失を考慮に入れれば、きわめて大幅な昇温という
ことができる。ケミカルヒートポンプはもともと機械的
エネルギーをほとんど必要としないものであるので、こ
の場合の成績係数も10ときわめて高い（この場合の成績
係数の算出における入力エネルギーの値としては、機械
的ポンプ10a、13a等に必要な電気エネルギー等、外部か
ら加えられるエネルギー量を用いる。第１の熱源１の熱
はもともと使用できなかったものである。したがって、
システムの実際的効率は、汲み上げられた熱量と外部か
ら加えられたエネルギーの比で与えるのが適当だからで
ある）。
おいて第一の熱源１として35℃の廃熱を、第二の熱源２
として５℃の外気をもちい、利用熱媒体３の水を60℃の
温水とすることができた。これは、現実の装置における
熱の損失を考慮に入れれば、きわめて大幅な昇温という
ことができる。ケミカルヒートポンプはもともと機械的
エネルギーをほとんど必要としないものであるので、こ
の場合の成績係数も10ときわめて高い（この場合の成績
係数の算出における入力エネルギーの値としては、機械
的ポンプ10a、13a等に必要な電気エネルギー等、外部か
ら加えられるエネルギー量を用いる。第１の熱源１の熱
はもともと使用できなかったものである。したがって、
システムの実際的効率は、汲み上げられた熱量と外部か
ら加えられたエネルギーの比で与えるのが適当だからで
ある）。
したがって、本発明によれば低品位の廃熱を用いて極め
て効率的に実用的な暖房等を行うケミカルヒートポンプ
を実現することができ、その利用価値は非常に高い。ま
た地下水を熱源として農業設備に応用すれば極めて効率
的なシステムが実現できる。
て効率的に実用的な暖房等を行うケミカルヒートポンプ
を実現することができ、その利用価値は非常に高い。ま
た地下水を熱源として農業設備に応用すれば極めて効率
的なシステムが実現できる。
また本発明においては、ガス水和剤の包接化反応により
生成した水和物を、まず液相水和剤と水に分離した後、
液相水和剤を気化させることにしている。よって熱源と
して利用可能な温度領域を拡大し、広い範囲の利用分野
に応用することができる。
生成した水和物を、まず液相水和剤と水に分離した後、
液相水和剤を気化させることにしている。よって熱源と
して利用可能な温度領域を拡大し、広い範囲の利用分野
に応用することができる。
第１図は、ガス水和剤の平衡反応における平衡圧力Ｐの
対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係を示す
包接化反応を利用したヒートポンプの原理を説明するグ
ラフ、 第２図は、第１図と同様のグラフであるが本発明の原理
を示す図、 第３図は、本発明にかかる連続フロー方式の第一の実施
例のブロック図、 第４図は第１図に模式的にしめされた平衡圧と温度の関
係を第３図の実施例に用いられるガス水和剤および吸収
剤について詳しく示すグラフ、 第５図は、第３図と同様のヒートポンプであるが、連続
フロー方式に代えバッチ処理方式を採用した第二の実施
例のブロック図、 第６図は、従来のケミカルヒートポンプにおける平衡反
応の平衡圧力Ｐの対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔ
の関係を示すグラフ、 第７図および第８図はケミカルヒートポンプの原理を示
す概念図である。 1:第一の熱源、2:第二の熱源 3:利用熱媒体、4:第一の反応槽 5:第二の反応槽、6:第三の反応槽 7:第四の反応槽、8:ガス管路 9:水移送管、10:水和物移送管 11:熱交換器、12,13:吸収剤移送管 14:熱交換器、15:液化水和剤移送管 17:ガス管路切換弁、19:熱源切換弁
対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔの間の関係を示す
包接化反応を利用したヒートポンプの原理を説明するグ
ラフ、 第２図は、第１図と同様のグラフであるが本発明の原理
を示す図、 第３図は、本発明にかかる連続フロー方式の第一の実施
例のブロック図、 第４図は第１図に模式的にしめされた平衡圧と温度の関
係を第３図の実施例に用いられるガス水和剤および吸収
剤について詳しく示すグラフ、 第５図は、第３図と同様のヒートポンプであるが、連続
フロー方式に代えバッチ処理方式を採用した第二の実施
例のブロック図、 第６図は、従来のケミカルヒートポンプにおける平衡反
応の平衡圧力Ｐの対数log Pと絶対温度Ｔの逆数１／Ｔ
の関係を示すグラフ、 第７図および第８図はケミカルヒートポンプの原理を示
す概念図である。 1:第一の熱源、2:第二の熱源 3:利用熱媒体、4:第一の反応槽 5:第二の反応槽、6:第三の反応槽 7:第四の反応槽、8:ガス管路 9:水移送管、10:水和物移送管 11:熱交換器、12,13:吸収剤移送管 14:熱交換器、15:液化水和剤移送管 17:ガス管路切換弁、19:熱源切換弁
Claims (12)
- 【請求項１】潜熱、吸収反応熱を含む作動流体の反応熱
の吸収、放出現象を利用し、第一の熱源と、第一の熱源
より低い温度の第二の熱源をもちいて、第一の熱源の温
度にほぼ等しい温度において作動流体が吸収した熱を、
第一の熱源の温度より高い温度において作動流体から放
出させて利用熱媒体を前記第一の熱源より高い温度に昇
温する暖房、昇温用のケミカルヒートポンプにおいて、
包装化反応によりガス水和物を形成するガス水和剤を作
動流体とし、 Ａ）下記Ｄ）の手段で生成されたガス水和剤の水和物を
前記第一の熱源と熱的に接触させて温度を上昇させ、該
水和物から液相水和剤を分解生成させ、次いでこの分解
生成した液相水和剤を気化させ、作動流体であるガス水
和剤に気化潜熱を吸収させ、前記水和物からの液相水和
剤の分解生成と、このようにして生成した前記液相水和
剤の気化とを、前記ガス水和剤の水和物の供給を切替え
ながら２以上の槽において別々に行う手段と、 Ｂ）前記Ａ）の手段で発生した気化されたガス水和剤を
前記利用熱媒体との熱的接触下において吸収剤に吸収さ
せ、作動流体であるガス水和剤から放出された吸収反応
熱により前記利用熱媒体を前記第一の熱源より高い温度
に昇温する手段と、 Ｃ）前記Ｂ）の手段により吸収剤に吸収されたガス水和
剤を、前記第一の熱源との熱的接触下において吸収剤か
ら放出させる手段と、 Ｄ）前記Ｃ）の手段により放出されたガス水和剤を前記
第二の熱源との熱的接触下において水和させ包接化反応
により水和物を生成する手段と、 を備えることを特徴とする、包接化反応を利用したヒー
トポンプシステム。 - 【請求項２】包接化反応によりガス水和物を形成するガ
ス水和剤は、フロンまたはフロンの混合物であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の包接化反応を利
用したヒートポンプシステム。 - 【請求項３】ガス水和剤を吸収、放出する吸収剤は、N,
Nジメチルホルムアミド、ジブチルフタレイト、イソブ
チルアセテイト、テトラエチレングリコールジメチルエ
ーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルのうち
いずれか１つであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項記載の包接化反応を利用したヒートポ
ンプシステム。 - 【請求項４】前記Ａ）、Ｂ）、Ｃ）およびＤ）の手段
は、それぞれ独立の反応槽においてそれぞれの過程を行
い、前記Ａ）の手段の過程を行う反応槽と前記Ｂ）の手
段の過程を行う反応槽の間、および前記Ｃ）の手段の過
程を行う反応槽と前記Ｄ）の手段の過程を行う反応槽の
間を、前記作動流体であるガス水和剤を導くガス管路に
よりそれぞれ接続したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項ないし第３項のいずれかに記載の包接化反応を利
用したヒートポンプシステム。 - 【請求項５】前記Ｂ）の手段の過程を行う反応槽内にお
いて水和剤を吸収した吸収剤を、該反応槽から前記Ｃ）
の手段の過程を行う反応槽に送る水和剤吸収済み吸収剤
移送手段と、 前記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽内において水和剤を
放出した吸収剤を、該反応槽から前記Ｂ）の手段の過程
を行う反応槽に送る水和剤放出済み吸収剤移送手段と、 を備えることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
包接化反応を利用したヒートポンプシステム。 - 【請求項６】前記水和剤吸収済み吸収剤移送手段および
水和剤放出済み吸収剤移送手段は、管路、または管路お
よび機械的ポンプよりなることを特徴とする特許請求の
範囲第５項記載の包接化反応を利用したヒートポンプシ
ステム。 - 【請求項７】前記Ａ）の手段の過程を行う反応槽を２以
上設け、切り換え式とし、該反応槽内において水和剤か
ら分解生成した水を、該反応槽から前記Ｄ）の手段の過
程を行う反応槽に送る水移送手段と、 前記Ｄ）の手段の過程を行う反応槽内において水和物生
成反応により生じた水和物を該反応槽から前記Ａ）の手
段の過程を行う反応槽に送る水和物移送手段と、 を備える特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれか
に記載の包接化反応を利用したヒートポンプシステム。 - 【請求項８】前記水移送手段および水和物移送手段は、
管路、または管路および機械的ポンプよりなることを特
徴とする特許請求の範囲第７項記載の包接化反応を利用
したヒートポンプシステム。 - 【請求項９】前記水移送手段と水和物移送手段を熱的に
接触させて熱交換を行わせる熱交換手段を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第７項または第８項記載の包
接化反応を利用したヒートポンプシステム。 - 【請求項１０】前記水和剤吸収済み吸収剤移送手段と前
記水和剤放出済み吸収剤移送手段を熱的に接触させて熱
交換を行わせる熱交換手段を設けたことを特徴とする特
許請求の範囲第５項または第６項に記載の包接化反応を
利用したヒートポンプシステム。 - 【請求項１１】前記Ａ）の手段の過程を行う反応槽にお
いて水和物の分解と液相水和剤の気化が進行し、かつ前
記Ｄ）の手段の過程を行う反応槽において水和物形成を
進行した段階において、 前記Ａ）の手段の過程を行っていた反応槽と前記Ｂ）の
手段の過程を行う反応槽を接続する前記ガス管路、およ
び前記Ｃ）の手段の過程を行う反応槽と前記Ｄ）の手段
の過程を行っていた反応槽を接続する前記ガス管路を切
り換える管路切換手段と、 前記Ａ）およびＤ）の手段の過程をそれぞれ行っていた
反応槽と第１および第２の熱源の間の熱的な接続を切り
換える熱源切換手段と、 を備え、前記Ａ）の手段の過程を行っていた反応槽にお
いて前記Ｄ）の手段の過程を行わせ、また前記Ｄ）の手
段の過程を行っていた反応槽において前記Ａ）の手段の
過程を行わせることを特徴とする特許請求の範囲第４項
ないし第６項および第10項のいずれかに記載の包接化反
応を利用したヒートポンプシステム。 - 【請求項１２】前記第一の熱源は、廃熱または地下水で
あり、前記第二の熱源は冷却水または外気であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第11項のいずれ
かに記載の包接化反応を利用したヒートポンプシステ
ム。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125373A JPH0668424B2 (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 包接化反応を利用したヒ−トポンプシステム |
| CA526513A CA1270710C (en) | 1986-01-09 | 1986-12-30 | HEAT PUMP USING A CLATHRATE FORMING REACTION |
| US06/948,225 US4718242A (en) | 1986-01-09 | 1986-12-31 | Chemical heat pump utilizing clathrate formation reaction |
| GB8700170A GB2192270B (en) | 1986-01-09 | 1987-01-06 | Chemical heat pump utilizing clathrate formation reaction |
| FR8700071A FR2592707A1 (fr) | 1986-01-09 | 1987-01-07 | Pompe a chaleur chimique utilisant la reaction de formation du clathrate |
| DE19873700522 DE3700522A1 (de) | 1986-01-09 | 1987-01-09 | Chemische waermepumpe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125373A JPH0668424B2 (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 包接化反応を利用したヒ−トポンプシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62280562A JPS62280562A (ja) | 1987-12-05 |
| JPH0668424B2 true JPH0668424B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=14908524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61125373A Expired - Lifetime JPH0668424B2 (ja) | 1986-01-09 | 1986-05-30 | 包接化反応を利用したヒ−トポンプシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668424B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60235968A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-22 | 三菱重工業株式会社 | ヒ−トポンプ |
-
1986
- 1986-05-30 JP JP61125373A patent/JPH0668424B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62280562A (ja) | 1987-12-05 |
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Legal Events
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