JPWO2010095452A1

JPWO2010095452A1 - ヒートポンプ

Info

Publication number: JPWO2010095452A1
Application number: JP2011500523A
Authority: JP
Inventors: 敏夫眞鍋; 吉田　宏章; 宏章吉田; 武井　文雄; 文雄武井; 徳康安曽
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: EP2400241A1; US8640489B2; EP2400241A4; JP5348237B2; WO2010095452A1; US20110283736A1

Abstract

冷媒の相変化に伴う潜熱の移動を利用して熱エネルギーを冷熱に変換するヒートポンプにおいて、装置の体積あたりの熱交換量が大きいヒートポンプを提供する。冷媒を蓄積する物質が配置され、該冷媒を放出するために該物質を加熱する加熱手段を備える冷媒蓄積器と、前記冷媒蓄積器に一端が接続され、前記冷媒蓄積器にて前記物質から放出された前記冷媒を毛細管現象により保持する流路と、前記冷媒蓄積器と前記流路との間及び／又は前記流路の周囲に設けられ、前記冷媒を凝縮させるために前記冷媒と熱交換を行う第１熱交換器と、前記流路の周囲に設けられ、前記流路の他端から前記冷媒が蒸発することで生じる冷熱を交換する第２熱交換器とを有することを特徴とするヒートポンプ。

Description

本発明は、冷媒の相変化に伴う潜熱の移動を利用して、熱エネルギーを冷熱に変換するヒートポンプに関するものである。

地球温暖化防止やエネルギー資源の保全など、環境負荷低減のための技術開発の重要性が近年、急速に増大している。その中で、これまで利用価値がなく捨てていた廃熱を回収および再利用する技術が注目を集めている。

そのひとつが、吸着式ヒートポンプである。吸着式ヒートポンプは、吸着質（例えば水、メタノール等）が吸着剤（例えばシリカゲル、活性炭等）に対して吸脱着する際に生じる潜熱の移動を利用することで、１００℃以下の低質な熱エネルギーを有用な冷熱に変換する技術である。脱着時の温度は、吸着剤によっては６０℃程度の比較的低い温度である。このため、種々の低温廃熱からエネルギーを回収できる技術として、吸着式ヒートポンプは多くの研究がなされてきた。

吸着式ヒートポンプは、凝縮器および蒸発器を備える。熱を移動させる作動媒体となる吸着質は、吸着剤から脱着した後、凝縮器で冷却され蒸気から液体に相変化する。液体の吸着質は、外部に冷熱を搬送する蒸発器に送られる。蒸発器は、液体の吸着質を気化させることにより冷熱を生成する。これら凝縮器及び蒸発器は、効率やサイズの観点からは必ずしも最適な構造とは言えない。例えば、蒸発器から凝縮器への蒸気の逆流を防ぐために、水が流路を塞ぐように蒸発器と凝縮器との間に液体の吸着質を余分に溜めておく場合が多い。また、冷熱が流路を伝わってロスするのを防ぐために、凝縮器と蒸発器の間は長い管でつなぎ、距離を離して配置する場合が多い。これらの点から、ヒートポンプが大型化する傾向にある。また、熱交換器に冷熱を渡すために蒸発器の近傍に溜めておく液体の吸着質は、液体の水は減圧下で突沸、飛散するおそれがある。飛散した水滴が壁面等に付着すると、冷熱をロスし、熱変換効率の低下を招く。このように、装置が大型であることや、効率を高めることが難しいことなどから、現状、吸着式ヒートポンプの実用化は限られた用途にとどまっている。

特開平０５−２７２８３２号公報特開２００２−１００８９１号公報特開平０５−５２４４６号公報

本発明は、冷媒を相変化させる際の潜熱の移動を利用して熱エネルギーを冷熱に変換するヒートポンプにおいて、装置の体積あたりの熱交換量が大きいヒートポンプを提供する。

本発明の一側面によると、
冷媒を蓄積する物質が配置され、該冷媒を放出するために該物質を加熱する加熱手段を備える冷媒蓄積器と、
前記冷媒蓄積器に一端が接続され、前記冷媒蓄積器にて前記物質から放出された前記冷媒を毛細管現象により保持する流路と、
前記冷媒蓄積器と前記流路との間及び／又は前記流路の周囲に設けられ、前記冷媒を凝縮させるために前記冷媒と熱交換を行う第１熱交換器と、
前記流路の周囲に設けられ、前記流路の他端から前記冷媒が蒸発することで生じる冷熱を交換する第２熱交換器と
を有することを特徴とするヒートポンプが提供される。

図１は、第１実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図２は、第１実施形態のヒートポンプの一部分を拡大した斜視図である。図３は、毛細管と第２熱交換器を用いたシミュレーション条件を示す斜視図である。図４Ａ及び図４Ｂは、上記シミュレーションの結果を示すグラフである。図５は、第２実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図６は、図５に示されるヒートポンプの一部分を拡大した斜視図である。図７は、第２実施形態の変形例のヒートポンプを示す模式的断面図である。図８は、図７に示されるヒートポンプの一部分を拡大した斜視図である。図９は、第３実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図１０は、第３実施形態のヒートポンプの一部分を拡大した斜視図である。図１１は、第３実施形態のヒートポンプの変形例を示す模式的断面図である。図１２は、第４実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図１３は、第５実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図１４は、第６実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図１５Ａ〜１５Ｃは、第６実施形態のヒートポンプの製造方法を示す模式図である。図１６Ａ〜１６Ｃは、第７実施形態のヒートポンプとその製造方法を示す模式図である。図１７Ａ〜１７Ｃは、第８実施形態のヒートポンプとその製造方法を示す模式図である。

図１は、第１実施形態のヒートポンプを示す模式的断面図である。図１に示すヒートポンプは、吸着式ヒートポンプと呼ばれる。吸着式ヒートポンプにおいて、減圧した容器の中に吸着剤と、気化可能であり吸着剤に対して吸脱着が可能な吸着質（冷媒）とが封入されている。気体の吸着質が吸着剤に吸着されることにより雰囲気中の吸着質の蒸気圧が減少し、液体の吸着質が気化される。この気化の際、吸着質は熱を奪われるため、液体の吸着質と熱交換器とを接触させておくことにより冷熱を取り出すことができる。次に、吸着剤に吸着した吸着質は温熱を用いて加熱することにより脱着する。脱着した吸着質は冷却水などを用いて冷やすことにより凝縮して液体に戻る。上記、吸着と脱着の工程を繰り返すことにより、温熱から冷熱を生み出すことができる。

図１に示す吸着式ヒートポンプ１ａは、気体の吸着質を液体に凝縮可能な第１熱交換器１１と、第１熱交換器１１で凝縮した吸着質を毛管現象により保持する第１流路１２と、第１流路１２から冷熱を搬送する第２熱交換器１３と、第１流路の両端にそれぞれ接続された２つの吸着器１４、１５を含んでなる。第１熱交換器１１は、第１流路１２と吸着器１４との間に設けられた凝縮室１６の中に設けられている。凝縮室１６と吸着器１４及び１５との間に、凝縮室１６と吸着器１４、１５との間の空間の開閉を行うバルブ２１、２２が設けられている。また、第１流路１２における凝縮室１６が設けられた反対側の端部と吸着器１４、１５との間には、空間の開閉を行うバルブ２３、２４が設けられている。凝縮室１６、第１流路１２、吸着器１４及び１５は、内部に密閉された空間を備える。吸着式ヒートポンプ１ａの使用時において、この空間は通常減圧されている。

吸着器１４及び１５は、内部に液体を流すことが可能な管状部材３３及び３４がそれぞれ設けられている。また、管状部材３３及び３４の周囲には、それぞれ吸着剤３１及び３２が配置されている。

吸着剤３１及び３２は、吸着器１４及び１５の雰囲気下において、吸着質を吸脱着させることが可能な材料である。吸着剤３１及び３２の表面において、特定の温度以上で吸着質の脱着が支配的に起こり、それより低い温度では吸着が支配的に起こる。吸着剤３１及び３２に用いられる材料として、例えば、吸着質が水の場合、シリカゲル、ゼオライト、活性炭などが用いられ、吸着質がメタノールやエタノールなどのアルコールの場合、活性炭が用いられる。これらの吸着剤３１及び３２の表面から吸着質を脱着させる時に必要な温度は６０℃程度である。これらの吸着剤は、例えば１００℃以下の比較的低温の廃熱からエネルギーを回収するために好ましく用いられる。

管状部材３３及び３４は、吸着剤３１及び３２の温度を制御する手段として設けられる。管状部材３３及び３４には、吸着剤３１及び３２からの吸着質の脱着が支配的となる温度に制御するための熱移送用媒体としての第１流体、又は吸着質３１及び３２への吸着質の吸着が支配的となる温度に制御するための熱移送用媒体としての第２流体のうち一方を選択して流す。第１流体は、例えば、廃熱源から生じる熱を搬送し吸着剤を加熱する。吸着剤を加熱した第１流体は、通常、廃熱源の近傍と吸着剤の近傍との間を還流する。第２流体は、例えば水道水であり、吸着剤を冷却する。吸着剤を冷却した第２流体はそのまま排水してもよいし、室外機で冷却して室外機と吸着剤の近傍との間で還流させてもよい。第１流体及び第２流体の種類は特に限定されないが、熱容量及び熱伝導率が大きい水が好ましく用いられる。なお、図１において管状部材３３及び３４は管状であるが、その代わりに、吸着剤３１及び３２と熱交換する機能を備えるものであればいかなる形状の部材を用いてもよい。例えば、管状部材の外形及び内部形状は円筒形に限定されるものではなく、それぞれ角筒形であってもよい。

図１において、バルブ２１及び２４は開いた状態であり、バルブ２２及び２３は閉じた状態である。吸着剤３１から吸着質が脱着し、吸着剤３２に吸着質が吸着した状態を初期状態とする。このとき、廃熱源から生じる熱を蓄えた第１流体を管状部材３３に流すことにより吸着剤３１は加熱され、吸着質は吸着剤３１から脱着する。一方、吸着剤への吸着が支配的になるように第２流体を管状部材３４に流すことにより、吸着質は吸着剤３２へ吸着する。

第１熱交換器１１は、吸着剤から脱着した気体の吸着質を液体へ相変化させるための冷却装置である。第１熱交換器１１は凝縮室１６の内部に設けられる。図１において、吸着器１４から発生した気体の吸着質がバルブ２１を経由して凝縮室１６に流入する。流入した吸着質は第１熱交換器１１によって冷却され、液体へと相変化する。液体の吸着質２は、凝縮室１６の下部にたまる。第１熱交換器１１は、例えば液体の流路である。（以下、この液体の吸着質の流路を第２流路と称呼することがある。）この流路は、例えば管状部材で構成される。この管状部材内に、熱搬送用媒体として、吸着質の凝縮点よりも低い温度の第３流体を流すことにより、管状部材の表面に吸着質を凝縮させることができる。図１において第１熱交換器１１は管状であるが、第１熱交換器１１の形状は特に限定されるものではない。例えば、第１熱交換器１１の外形及び内部形状は円筒形に限定されるものではなく、それぞれ角筒形であってもよい。

第１流路１２は、吸着器１４及び１５に両端を接続され、一端から送られる吸着質を毛細管現象により保持することができる。第１流路１２の一端は、凝縮室１６を経由して吸着器１４及び１５に接続されている。図１において、凝縮室１６の下部にたまった液体の吸着質２は、毛細管現象により第１流路１２へ流入し、第１流路１２の内部に保持される。

毛細管現象の有無は、第１流路１２内部の材質、第１流路１２の形状、及び吸着質の種類などによって決まる。例えば、吸着質が水であり、第１流路１２の内部がステンレス製で且つ管状である場合、例えば第１流路の径が０．０１〜１ｍｍのとき毛細管現象が生じる。

毛細管現象が生じることは、例えば、吸着質の液面と第１流路１２の一端とを接触させたときに、吸着質が第１流路１２内部へ流入することにより確認することができる。また、第１流路１２が一方向に伸びる形状であるならば、吸着質を内部に入れた第１流路１２が伸びる方向が重力方向と平行な状態で、吸着質が第１流路１２の下端から漏れないことにより確認することができる。

第１流路１２に保持された液体の吸着質は、凝縮室と接続された端部とは反対側の端部から気化し、冷熱を生じる。液体の吸着質の気化は次のようにして起きる。吸着質を脱着した吸着剤３２が気体の吸着質を吸着することにより、吸着器１５と第１流路１２との間の雰囲気における吸着質の分圧が減少する。よって、その雰囲気と流路１２に保持された吸着質２との間における吸着質の気液平衡は気体側へと移動する。よって、流路１２に保持された液体の吸着質は、凝縮室と接続された端部とは反対側の端部から気化する。

第１流路１２の形状は特に限定されるものではないが、例えば、管状部材により構成することができる。管状部材で構成される第１流路１２は、生じた冷熱を第２熱交換機１３へ搬送する効率が高い点から好ましい。また第１流路１２の外形及び内部形状は、例えば、それぞれ角筒形であってもよい。

また、第１流路１２は、例えば、管状部材の内部に充填された多孔質体の空孔であってもよい。多孔質体は、毛細管現象により内部に吸着質を保持可能な細い管状部材よりも取り扱いや加工が容易である。毛細管現象は多孔質体の空孔により生じるため、管状部材の形状及び大きさを任意に設定できる。

第２熱交換器１３は、毛細管現象により第１流路１２内に保持された吸着質が第１流路１２の凝縮室１６と接続された端部と反対側の端部から気化することで生じる冷熱を外部に搬送するために設けられる。第２熱交換器１３は、第１流路１２の側に設けられる。

図２は、第１実施形態のヒートポンプのうち、管状部材で構成される第１流路１２、及び第２熱交換器１３を拡大した斜視図である。図２において、第２熱交換器１３の外壁の一部は省略して描かれている。管状部材で構成される第１流路１２は、例えば、流入口１３ａ及び流出口１３ｂを備える筐体状の第２熱交換器１３の中に設けられ、第１流路１２と第２熱交換器１３の内部とは遮断されている。換言すれば、第２熱交換器１３は、例えば、第１流路１２を取り囲むように設けられた流路（以下、この流路を第３流路と称呼する。）であり、管状部材で構成される第１流路１２の管の内部と、第２熱交換器１３の内部とは隔壁１８、１９により遮断されている。この第３流路に熱搬送用媒体として液体（以下、この液体を第４流体と称呼する。）を流すことにより、第１流路１２の端部で生じた冷熱を外部に搬送することができる。この第４流体は、流入口１３ａから第３流路１３へ流入し、更に第３流路１３から流出口１３ｂへ流出する。この第４流体により流出口１３ｂから外部に搬送された冷熱は、例えば冷却に用いられる。冷却に用いられた第４流体は、通常、第２熱交換器１３へ還流される。図２において第２熱交換器１３は管状であるが、第２熱交換器１３の形状は特に限定されるものではない。例えば、第２熱交換器１３の外形及び内部形状は円筒形に限定されるものではなく、それぞれ角筒形であってもよい。

上記毛細管と第２熱交換器を用いて効率的な熱交換を行えるかを、シミュレーションによって検討した。シミュレーション条件は、図３に示されるように、直径０．３ｍｍ、肉厚０．１ｍｍ（内径０．１ｍｍ）、長さ２００ｍｍのステンレス製毛細管７２の下端に冷熱源７３を置き、毛細管７２の外側と毛細管７２を取り囲む直方体（毛細管の径方向の二辺ａ，ｂは０．６ｍｍ、長さ方向の辺ｃは２００ｍｍ）との間に挟まれた領域に下方向の水を流す。このとき、毛細管７２を伝わった熱損失量と外部水流による熱回収量とで、どちらが大きくなるかを調べた。なお、毛細管７２の内部には、水が流動することなく保持されている状態とみなし、水を満たした。環境温度は３０℃とした。冷熱源７３は、既存の蒸発器で得られる単位面積当たりの冷熱出力を参考に、−７．８×１０^−５Ｗ、および−１．０×１０^−２Ｗとした。外部水流の流速は０．０００００１〜１ｍ／ｓの間で変化させた。

図４は、上記シミュレーションの結果を示すグラフである。図４Ａ、図４Ｂは、冷熱源７３の冷熱出力がそれぞれ−７．８×１０^−５Ｗ、−１．０×１０^−２Ｗのとき、外部水流の流速（ｍ／ｓ）と毛細管の上部７２ｔ及び下部７２ｂにおける温度（℃）との関係を示すグラフである。いずれの冷熱出力の場合も毛細管の上部７２ｔの温度は変化しなかった。また、冷熱源７３に接している毛細管下部７２ｂの温度は、外部水流を流速１ｃｍ／ｓ程度以上で流すことにより、環境温度と等しくなった。これにより、冷熱源７３で発生した冷熱は毛細管７２を伝わって上部に達する前に、外部水流によってほぼすべて回収されることが分かり、毛細管と第２熱交換器とを用いた上記ヒートポンプが効率よく冷熱を外部に搬送可能であることが確認された。

第１実施形態のヒートポンプの製造方法は特に限定されない。第１熱交換器１１、第１流路１２、第２熱交換器１３、隔壁１８、１９、管状部材３３、３４は、それぞれ、市販の管、板、バルクの材料を用い、切削、変形、溶接、ろう接、樹脂製接着剤を用いた接着などの一般的な加工方法により形成できる。また、吸着器１４、１５、凝縮室１６も、市販の材料を用い、切削、変形、溶接、ろう接などの一般的な加工方法により形成できる。第１流路１２が樹脂で構成される場合、隔壁１８は吸着質に不溶の接着剤で構成されてもよい。第１流路１２が金属で構成される場合、隔壁１８は溶接、ろう接などにより形成されうる。また、隔壁１８と凝縮室１６の外壁とが共用されていてもよい。

第１実施形態のヒートポンプの運転手順は特に限定されない。例えば、吸着剤３１に吸着質が吸着され、吸着剤３２から吸着質が脱着した状態を初期状態とする。このとき、管状部材３３へ第１流体を搬送し、管状部材３４へ第２流体を搬送する。バルブ２１及び２４は開いた状態にし、バルブ２２及び２３は閉じた状態にする。すると、吸着器１４において吸着剤３１は吸着質を脱着し（脱着工程と呼ぶ）、吸着器１５において吸着剤３２は吸着質を吸着する（吸着工程と呼ぶ）ため、上記説明のとおり、第２熱交換器１３から外部へ冷熱を搬送することができる。

暫くすると、吸着剤３１から脱着可能な吸着質は少なくなり、第１流路１２への吸着質の供給は少なくなる。一方、吸着剤３２への吸着質の吸着能力は低下し、第１流路１２の端部において吸着質の気化が生じにくくなり、冷熱を生じにくくなる。このとき、管状部材３３へ第２流体を搬送し、管状部材３４へ第１流体を搬送する。バルブ２２及び２３は開いておき、バルブ２１及び２４は閉じる。すると、吸着器１５においては、脱着工程が進行し、一方吸着器１４においては吸着工程が進行する。よって、上記説明のように、第２熱交換器１３から外部へ冷熱を搬送することができる。

また、脱着工程と吸着工程とを段階的に行ってもよい。例えば、吸着剤３１及び３２が吸着質を吸着した状態で、管状部材３３及び３４に第１流体を流し、バルブ２１及び２２を開き、バルブ２３及び２４を閉じることにより、吸着器１４及び１５の両方で脱着工程が行われる。吸着剤３１及び３２に吸着した吸着質が少なくなったら（すなわち、凝縮室１６における吸着質の凝縮量が少なくなったら）、バルブ２１及び２２を閉じ、バルブ２３及び２４を開けた状態にして、吸着器１４及び１５の両方で吸着工程を行う。このとき、第２熱交換器１３から外部へ冷熱を搬送することができる。

第１実施形態のヒートポンプにおいて２つの吸着器１４及び１５が用いられているが、吸着器（冷媒蓄積器）の数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。

なお、後述の第２〜第５実施形態のヒートポンプの運転手順も、第１実施形態と同様、特に限定されるものではない。

上記第１実施形態のヒートポンプは、第１熱交換器と第２熱交換器との間で熱の交換が起こらないように間をあける必要がないため小型化することができる。また、第１流路を取り囲むように第２熱交換器が設けられるため、第１流路に保持される液体の吸着質と第２熱交換器との接触面積を増やすことができる点、及び第１流路に保持される吸着質の温度ムラが小さくなるため突沸を防止することができる点から、熱交換効率が向上する。

また、構造上、第２熱交換器に対する吸着質の接触面積を大きくできるので、第２熱交換器に対して液体の吸着質を散布して熱交換効率を向上させるためのポンプは不要である。このように構造がシンプルで余分な駆動装置が必要ないため、第１実施形態のヒートポンプは小型化できる。

図５は、第２実施形態のヒートポンプ１ｂを示す模式的断面図である。図６は、図５に示されるヒートポンプ１ｂのうち、管状部材で構成される第１流路１２、第２流路１１、及び第３流路１３を拡大した斜視図である。図６において、第２熱交換器１３の外壁の一部は省略して描かれている。なお、以下の説明において、第１実施形態のヒートポンプ１ａと同様の部分については説明を省略する。

図５及び図６において、第１熱交換器１１は第１流路１２の周りに設けられている。管状部材で構成される第１流路１２は、例えば、流入口１１ａ及び流出口１１ｂを備える筐体状の第１熱交換器１１、及び流入口１３ａ及び流出口１３ｂを備える筐体状の第２熱交換器１３の中に設けられ、第１流路１２と第１熱交換器１１の内部と第２熱交換器１３の内部とは遮断されている。換言すれば、第１熱交換器１１と第２熱交換器１３には、それぞれ流体を流すことが可能な空洞状の第２流路（以下、第２流路１１と称呼する場合がある。）と第３流路（以下第３流路１３と称呼する場合がある。）が設けられている。第１熱交換器１１と第２熱交換器１３との間には、第２流路１１及び第３流路１３にそれぞれ流される第３流体及び第４流体が混ざらないように隔壁１７が設けられている。第１流路１２は、隔壁１７により隔てられておらず、第１流路１２の第１熱交換器１１側と第２熱交換器１３側とは連通している。また、第１流路１２の内部と第１熱交換器１１の内部とは隔壁１８により遮断され、第１流路１２の内部と第２熱交換器１３の内部とは隔壁１９により遮断されている。第３流体は、流入口１１ａから第２流路１１へ流入し、更に第２流路１１から流出口１１ｂへ流出する。第４流体は、流入口１３ａから第３流路１３へ流入し、更に第３流路１３から流出口１３ｂへ流出する。

第３流体が第２流路１１を流れると、第１流路１２の温度は、吸着質の凝縮点より低く保たれる。吸着器１４又は１５から第１流路１２内へ流入した吸着質は、第１流路１２の内部で気体から液体へ相変化し、第１流路の内部で液体の状態で保持される。このように第１流路１２の内部で吸着質の凝縮が可能な第２実施形態のヒートポンプ１ｂは、吸着器１４及び１５と第１流路１２との間に、凝縮した吸着質を溜めておく凝縮室が独立して設けられていない。第１流路１２の内部が凝縮室として機能している。第１流路１２と、第１熱交換器１１と、第２熱交換器１３とは一体化されている。ゆえに、ヒートポンプの大きさを更に小さくすることができる。また、第２実施形態のヒートポンプ１ｂは、第１実施形態のヒートポンプ１ａと同様、熱交換効率が向上する。

第１流路１２の内部における液体の吸着質の流動は、液体の自重により生じるものであってもよいが、第１流路１２の第２熱交換器側の端部の雰囲気の圧力が、第１流路１２の第１熱交換器側の端部の雰囲気の圧力よりも小さいことにより生じるものであってもよい。すなわち、上記実施形態のヒートポンプにおいて第１流路１２は、その内部に保持される液体の吸着質の移動方向が垂直になるように描かれているが、本発明のヒートポンプにおいて、第１流路は、例えば、その内部に保持される液体の吸着質の移動方向が水平になるように配置されていてもよい。

第２実施形態のヒートポンプの製造方法は、第１実施形態のそれと同様、特に限定されるものではなく、第２実施形態のヒートポンプは一般的な加工方法により形成できる。

図７は、第２実施形態の変形例のヒートポンプ１ｃを示す模式的断面図である。図８は、図７に示されるヒートポンプ１ｃのうち、管状部材で構成される第１流路１２、第２流路及び第３流路１１、１３を拡大した斜視図である。なお、以下の説明において、第２実施形態のヒートポンプ１ｂと同様の部分については説明を省略する。図８において、第２熱交換器１３の外壁の一部は省略して描かれている。

図７に示されるヒートポンプ１ｃは、第１熱交換器１１と第２熱交換器１３との間に隔壁が設けられていないため、第２流路と第３流路の境界が存在しない。よって、流入口１１ａから流入する第３流体と、流入口１３ａから流入する第４流体とが、第２流路及び第３流路１１、１３において混合する。第３流体は、通常第４流体よりも温度が高いため、第２流路及び第３流路１１、１３の上方へ向かう傾向にある。一方、第４流体は、通常第３流体よりも温度が低いため、第２流路及び第３流路１１、１３の下方へ向かう傾向にある。よって、流出口１１ｂからは主に第２流体が流出し、流出口１３ｂからは主に第３流体が流出する。以上より、図７に示されるヒートポンプ１ｃは、熱交換効率の点からにおいて図５に示される第２実施形態のヒートポンプ１ｂより劣るが、ヒートポンプの小型化できる点において優れている。

図９は、第３実施形態のヒートポンプ１ｄを示す模式的断面図である。なお、以下の説明において、第２実施形態のヒートポンプ１ｂと同様の部分については説明を省略する。図９において、第１流路１２は複数存在する。各第１流路１２は管状部材（以下、管状部材１２と称呼する場合がある。）からなり、それぞれの両端は、吸着器１４及び１５に接続されている。

第１熱交換器１１は、吸着質の凝縮点よりも低い温度の第３流体を流すために、複数の管状部材１２の間隙に設けられる第２流路（以下、第２流路１１と称呼する。）である。第２熱交換器１３は、第１流路１２の端部で生じた冷熱を外部に搬送する第４流体を流すために、前記第２流路と隔壁１７で隔てられて前記複数の管状部材１２の間隙に設けられる第３流路（以下、第３流路１３と称呼する。）である。管状部材１２は隔壁１７により隔てられておらず、管状部材１２の第１熱交換器１１側と第２熱交換器１３側とは連通している。

図１０は、第３実施形態のヒートポンプ１ｄのうち、複数の管状部材１２、第２流路１１、及び第３流路１３を拡大した斜視図である。図１０において、第２流路１１及び第３流路１３の外壁の一部は省略して描かれている。吸着質の凝縮点よりも低い温度の第３流体は、流入口１１ａから第２流路１１へ流入し、更に第２流路１１から流出口１１ｂへ流出する。

第３流体が第２流路１１を流れると、複数の管状部材１２の内部の温度は、吸着質の凝縮点より低く保たれる。吸着器１４又は１５から管状部材１２内へ流入した吸着質は、管状部材１２の内部で気体から液体へ相変化し、管状部材１２の内部で液体の状態で保持される。

このように複数の管状部材１２の内部で吸着質の凝縮が可能な第３実施形態のヒートポンプ１ｄは、第２実施形態のヒートポンプ１ｂと同様に、吸着器１４及び１５と第１流路１２との間に、凝縮した吸着質を溜めておく凝縮室が独立して設けられていない。ゆえに、ヒートポンプの大きさを更に小さくすることができる。更に、第３実施形態のヒートポンプ１ｄは、第２実施形態のヒートポンプ１ｂよりも、管状部材１２の数が多いため、管状部材１２の内部に保持される吸着質と第２熱交換器１２とを介し、より多くの冷熱を外部に搬送することができる。また、複数の管状部材１２を冷却するための第２流路１１を、各管状部材１２にそれぞれ設けるのではなく、一つの流路として設けるため、管状部材１２の数が増えてもヒートポンプの体積の増加は僅かである。

第３実施形態のヒートポンプは、第１実施形態のそれと同様、一般的な加工方法により形成できる。隔壁１８、１９は、例えば以下の方法で形成できる。まず、複数の管状部材の束の一端を筒状容器に入れ、隔壁を構成する充填剤で複数の管状部材の間の間隙を埋め、充填剤を硬化させる。充填剤の材料は、例えば、管状部材が樹脂製の場合はウレタン樹脂などの樹脂、管状部材が金属製の場合は半田など低融点の金属である。次いで、充填剤で固定された部分を切断することにより、複数の管状部材が固定された隔壁を形成することができる。

図１１は、第３実施形態の変形例のヒートポンプ１ｅを示す模式的断面図である。なお、以下の説明において、第３実施形態のヒートポンプ１ｄと同様の部分については説明を省略する。図１１に示されるヒートポンプ１ｅは、第１熱交換器１１と第２熱交換器１３との間に隔壁が設けられていないため、第２流路１１を流れる第３流体と第２熱交換器１３を流れる第４流体とが混合する。よって、図１１に示されるヒートポンプ１ｅは、熱交換効率の点からにおいて図９に示される第３実施形態のヒートポンプ１ｄより劣るが、ヒートポンプの小型化の点で優れている。

図１２は、第４実施形態のヒートポンプ１ｆを示す模式的断面図である。なお、以下の説明において、第３実施形態のヒートポンプ１ｄと同様の部分については説明を省略する。第４実施形態のヒートポンプ１ｆは、多孔質体５２が内部に充填された管状部材５１を備える。管状部材５１の両端は吸着器１４及び１５に接続されている。第１流路として、多孔質体５２の内部に存在する空孔が用いられる。空孔は、吸着質が第１熱交換器１１側から第２熱交換器１３側へ移動できるように、多孔質体の上面５２ａから下面５２ｂに向かって貫通している。多孔質体５２の空孔は任意の形状に成型できるため、多孔質体５２の内部に無数の第１流路を設けることができる。多孔質体５２は、例えば、粒子状の金属や樹脂、スポンジ状の樹脂、繊維状のガラス、繊維状のカーボンなどを用いて形成することができる。

多孔質体５２の内部に、管状部材５１の一端側に第３流体を流すことが可能な細管からなる第１熱交換器１１が埋設され、管状部材５１の他端側に第４流体を流すことが可能な細管からなる第２熱交換器が埋設されている。第１熱交換器１１は、管状部材５１の外部から第１熱交換器１１へ第３流体を流入するための流入口１１ａと、第１熱交換器１１から管状部材５１の外部へ第３流体を流出するための流出口１１ｂとを備える。第２熱交換器１３は、管状部材５１の外部から第２熱交換器１３へ第４流体を流入するための流入口１３ａと、第２熱交換器１３から管状部材５１の外部へ第４流体を流出するための流出口１３ｂとを備える。細管からなる第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３の内部と、第１流路として用いられる多孔質体の空孔とは隔てられ、連通していない。細管からなる第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３は、効率よく熱交換させるために、銅、アルミニウムのように熱伝導性が高い材料で構成されることが好ましく、多孔質体５２の内部に均等間隔で配置するのが好ましい。多孔質体５２の内部に細管からなる第１熱交換器を埋設する方法としては、例えば、管状部材５１を構成する容器の内部に細管を配置しておき、内部にポリエチレンスポンジ等の連続気泡発泡体（空孔が繋がっている発泡体）を充填する方法や、ガラス繊維やカーボン繊維を含有した樹脂を細管の隙間に吹き付ける方法などが挙げられる。

吸着器１４からバルブ２１を経由して送られる吸着質は、バルブ２１に近い多孔質体５２の上面５２ａから空孔へ流入し、第１熱交換器１１で冷却されることにより空孔の内部で気体から液体へと相変化させることができる。液体の吸着質は毛細管現象により空孔の内部に保持される。保持された吸着質は、バルブ２４に近い多孔質体５２の下面５２ｂにおいて蒸発する。蒸発により生じた冷熱は第２熱交換器１３により外部に搬送される。

上記第４実施形態のヒートポンプ１ｆは、第３実施形態のヒートポンプ１ｄと同様に、ヒートポンプの大きさを小さくすることができ、また、多孔質体の空孔からなる第１流路が無数に存在するため第２熱交換器の熱交換効率が高い。多孔質体５２は、上記第１〜第３実施形態で用いられる毛細管現象により内部に吸着質を保持可能な管状部材よりも、成型、取り扱い、加工が容易である。毛細管現象は多孔質体５２の空孔により生じるため、管状部材５１の形状及び大きさを任意に設定することができる。

第４実施形態のヒートポンプにおいて、細管からなる第２熱交換器は、効率よく熱交換させるため、吸着工程を行う吸着器に近い多孔質体の端部（図１２においては、多孔質体の下面５２ｂ）を通るように設けられることが好ましい。多孔質体の端部の近傍で吸着質の蒸発が起こるからである。また、吸着質が水である場合、空孔の表面は水を保持しやすいように親水的であること、熱交換を妨げないように熱伝導性が高いことが好ましい。

図１３は、第５実施形態のヒートポンプ１ｇを示す模式的断面図である。第５実施形態のヒートポンプ１ｇは、いわゆる、吸収式ヒートポンプである。吸収式ヒートポンプは、上記吸着質と吸着剤の代わりに、吸収質（冷媒）を吸収及び放出可能な吸収液が用いられる。なお、以下の説明において、第１実施形態のヒートポンプ１ａと同様の部分については説明を省略する。

図１３に示されるヒートポンプ１ｇは、気体の吸収質を液体に凝縮可能な第１熱交換器１１と、第１熱交換器１１で凝縮した吸収質を毛管現象により保持する第１流路１２と、第１流路１２から冷熱を搬送する第２熱交換器１３と、第１流路１２の第１熱交換器１１から遠い一端に接続された吸収器４１、第１流路１２の第１熱交換器１１に近い一端に接続された再生器４２を含んでなる。

吸収器４１と再生器４２との間に、流路４３、４４が設けられている。流路４３は、吸収器４１から再生器４２へ吸収液を送るための流路であり、その途中に吸収器４１から再生器４２へ吸収液を送るポンプ４５が設けられている。また、流路４４は再生器４２から吸収器４１へ吸収液を送るための流路であり、その途中にバルブ（図示せず）が設けられている。

第１熱交換器１１は、第１流路１２と再生器４２との間に設けられた凝縮室１６の中に設けられている。凝縮室１６と再生器４２との間に、バルブ２１が設けられている。第１流路１２と吸収器４１との間にバルブ２３が設けられている。

凝縮室１６、第１流路１２、吸収器４１は、密閉された空間を内部に備える。吸収式ヒートポンプ１の使用時において、この空間は通常減圧されている。

吸収器４１及び再生器４２の内部には、吸収質を吸収可能な吸収液が入れられる。吸収液としては、吸収質が水のとき、例えば臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液が用いられる。

吸収器４１は、第１流路１２と吸収器４２との間の雰囲気中に含まれる吸収質を吸収する吸収液を入れることが可能な容器である。吸収器４１に入れられた吸収液は、雰囲気中に含まれる吸収質を吸収する能力を有するため、第１流路１２の端部から吸収質が気化し、冷熱が生成される。吸収液は、吸収質を吸収してその濃度が低下すると、吸収質の吸収能力が低下する。吸収能力が低下した吸収液はポンプ４５により再生器４２へ送られる。吸収器４１は、内部に管状部材４６からなる熱交換器を備える。管状部材４６の内部に流体を流すことにより、吸収液が吸収質を吸収するときに生じる熱を外部へ搬送する。

再生器４２は、吸収質を吸収する能力が低下した吸収液を加熱するための容器である。再生器４２は、吸収液を加熱する加熱装置４５を備える。加熱装置４５により加熱された吸収液は雰囲気中に気体の吸収質を放出する。例えば、臭化リチウム水溶液を加熱するとき、約１００℃に昇温する。放出された吸収質は第１熱交換器１１において凝縮される。一方、加熱により濃度が上昇した吸収液は流路４４を経由して吸収器４１に戻される。

なお、本実施形態において、冷媒収容器は、吸収器４１、再生器４２、流路４３及び４４の集合体に対応する。

第５実施形態の吸収式ヒートポンプ１ｇによれば、第１実施形態の吸着式ヒートポンプと同様、小型化が可能であり、また熱交換効率が向上させることができる。

第５実施形態のヒートポンプは、第１実施形態のそれと同様、一般的な加工方法により形成できる。

図１４は第６実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｈを示す模式的断面図である。なお、以下の説明において、第４実施形態のヒートポンプ１ｆと同様の部分については説明を省略する。

管状部材５１の両端は吸着器１４及び１５の両方に接続されている。毛細管現象によって水を保持できる多孔質の材料からなる多孔質体７１（７１ａ、７１ｂ）が管状部材５１の内部に充填される。多孔質体７１は、管状部材５１に充填された多孔質体７１の上部と下部とに、それぞれフィン状の突起６１と６２とを含んで構成される。多孔質体フィン状の突起６１、６２は、多孔質体７１の体積当りの表面積を増加させる。管状の第１熱交換器１１は、多孔質体７１のフィン状の突起６１に接し、管状の第２熱交換器１３は、多孔質体７１のフィン状の突起６２に接する。

多孔質体７１は、例えば平板状やシート状の多孔質体７１ａ及び７１ｂを含んで形成される。多孔質体７１ａの主面の大きさは、多孔質体７１ｂの主面の大きさよりも小さい。サイズの異なる多孔質体７１ａと多孔質体７１ｂとを重ね合わせることにより、フィン状の突起６１、６２が形成される。

多孔質体７１はその内部に無数の空孔を備える。空孔は、吸着質が第１熱交換器１１側から第２熱交換器１３側へ移動できるように、少なくとも多孔質体７１の上部から下部に向かって貫通している。この空孔を第１流路として用いる。多孔質体７１は、例えば、粒子状の金属や樹脂、スポンジ状の樹脂、繊維状のガラス、繊維状のカーボンなどを用いて形成することができる。さらに、多孔質体７１は、水を保持しやすいよう表面が親水的であること、熱交換を妨げないように熱伝導性が高いことが好ましい。

フィン状の突起６１に接する管状の第１熱交換器１１は、吸着器１４からバルブ２１を経由して凝縮室１６に流入した吸着質を冷却し、液体へと相変化させる。第１熱交換器１１は周辺の多孔質体７１と熱交換しうるため、多孔質体７１の第１熱交換器１１の近傍の部分は熱交換器として機能する。第６実施形態において、多孔質体７１がフィン状の突起６１を備えることにより、表面積が大きく、好適に吸着質の凝縮を行うことができる。フィン状の突起６１が前記第１熱交換器１１に接していることにより、更に好適に吸着質の凝縮を行うことができる。よって、第６実施形態の吸着式ヒートポンプは熱エネルギーを冷熱に変換するエネルギー変換効率が高い。

液化した吸着質は多孔質体のフィン状の突起６１が備える空孔に保持される。吸着質は多孔質体７１が備える空孔の流路を塞ぐ役割を果たすとともに、重力と空孔内で生じる毛細管現象とによって下方に移動する。

フィン状の突起６１に接する第２熱交換器１３は、毛細管現象により空孔内に保持された吸着質が、多孔質体７１の第１熱交換器１１に近い端部と反対側の端部から気化することで生じる冷熱を外部に搬送するために設けられる。第６実施形態において、多孔質体７１はフィン状の突起６２を備えることにより表面積が大きい。このため、液体の吸着質は微小領域に分かれて穏やかに蒸発し、突沸を生じない。すなわち、相転移と熱交換の過程が微細な空間内で行われるため、吸着質と第２熱交換器で行われる熱交換の効率が向上する。

また、さらに、第２熱交換器１３がフィン状の突起６２に接するように配置されているため、吸着質の蒸発に伴い生じる冷熱は埋設された第２熱交換器１３により速やかに回収される。

以上より、第６実施形態の吸着式ヒートポンプは熱エネルギーを冷熱に変換するエネルギー変換効率が高い。

さらに、多孔質体７１のフィン状の突起６１と第１熱交換器１１とに接する伝熱板６３が設けられていることが好ましい。伝熱板６３は、例えば銅などの熱伝導率が高い金属からなる。伝熱板６３は、第４実施形態のヒートポンプ１ｆにおける第１熱交換器（図１２における第１熱交換器１１）と同様に、吸着剤から脱着した気体の吸着質を液体へ相変化させるために設けられる。伝熱板６３が奪った熱は第１熱交換器１１内を流れる熱搬送用媒体により外部に放出される。伝熱板６３を設けることにより、気体の吸着質と接触する第１熱交換器の面積が実質的に増加するため、吸着質と第１熱交換器１１との熱交換効率が向上する。

また、さらに、多孔質体７１のフィン状の突起６２と第２熱交換器１３とに接する伝熱板６４が設けられていてもよい。伝熱板６４は例えば銅などの熱伝導率が高い金属からなる。伝熱板６４は、第４実施形態のヒートポンプ１ｆにおける第２熱交換器（図１２における第２熱交換器１３）と同様に、毛細管現象により第１流路（多孔質体７１）内に保持された吸着質が第１流路の、下端から気化することで生じる冷熱を外部に搬送するために設けられる。伝熱板６４が奪った冷熱は第２熱交換器１３内を流れる熱搬送用媒体により外部に放出される。伝熱板６４が多孔質体７１ｂの隅々に保持された液体の吸着質を加熱できるため、吸着質と第２熱交換器１３との熱交換効率が向上する。

伝熱板６４が多孔質体７１に覆われているとき、第６実施形態の動作時に伝熱板６４を多孔質体７１ｂに保持された吸着質が常に覆った状態となり、第２熱交換器１３は蒸発に伴い生成する冷熱を吸収した伝熱板６４から効率的に回収することができる。

図１５Ａ、１５Ｂは、第６実施形態の吸着式ヒートポンプに設けられる第１熱交換器、第１流路として用いる多孔質体、第２熱交換器を含む部品の斜視図である。図１５Ｃは、第６実施形態の吸着式ヒートポンプにおいて、第１熱交換器、第１流路として用いる多孔質体、第２熱交換器を含む部品の断面図である。図１５Ａ〜１５Ｃを用いて、第６実施形態の吸着式ヒートポンプの製造方法を説明する。

まず、図１５Ａに示されるように、多孔質プレート８１ａ、８１ｂで伝熱板６３及び６４を挟み、伝熱板６３及び６４を挟んだ多孔質体７１ｂを作成する。伝熱板６３が多孔質プレート８１ａと８１ｂとに挟まれる位置は、後工程において配置される第１熱交換器１１が接する位置であり、伝熱板６４が多孔質プレート８１ａと８１ｂとに挟まれる位置は、後工程において配置される第２熱交換器１３が接する位置である。

例えば、プレス機で、伝熱板６３及び６４を挟んだ多孔質プレート８１ａ、８１ｂに圧力をかけて多孔質プレート８１ａ、８１ｂ、伝熱板６３、６４を一体化させ、多孔質体７１ｂを得る。

次いで、図１５Ｂに示されるように、多孔質体７１ｂと、多孔質体７１ａとを順に積層した多孔質体７１を作成する。多孔質体７１ａの主面の大きさは、多孔質体７１ｂの主面の大きさよりも小さい。サイズの異なる多孔質体７１ａと多孔質体７１ｂとを重ね合わせることにより、フィン状の突起６１、６２を備える多孔質体を得ることができる。

次いで、図１５Ｃに示されるように、伝熱板６３が埋め込まれた多孔質体７１の主面の法線方向にドリル等を用いて貫通孔を形成し、その貫通孔に第１熱交換器１１として金属管を配設する。また、伝熱板６４が埋め込まれた多孔質体７１の主面の法線方向に貫通孔を形成し、その貫通孔に第２熱交換器１３として金属管を配設する。その後、金属管を配設した多孔質体７１を角管状の容器９１に収める。金属管１１と多孔質体７１ａ又は７１ｂ及び伝熱板６３又は６４とは接触している。金属管１１と多孔質体７１ａ又は７１ｂ及び伝熱板６３又は６４とを固定するため、圧着もしくは接着剤や治具により貼り合わせすることができる。

多孔質体の空孔内の吸着質と効率よく熱交換するため、多孔質プレート８１ａ、８１ｂは薄いことが好ましい。例えば、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ角の多孔質プレートの主面に対して、その厚さは０．５ｍｍであることが好ましい。フィン状の突起６１、６２の大きさは例えば３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。

第６実施形態の吸着式ヒートポンプに関する上記製造方法によれば、毛細管現象により吸着質を内部に保持することが可能な第１流路として用いられる多孔質体の空孔の周囲に、管状の第１熱交換器１１を容易に配置することができる。また、例えば、フィン状の突起６１の主面に対して等間隔に第１熱交換器１１としての金属管が容易に配置され、フィン状の突起６２の主面に対して等間隔に第２熱交換器１３としての金属管が容易に配置されうるため、得られる吸着式ヒートポンプの動作時において、吸着質と第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３との熱交換効率を向上させることができる。好ましくは、フィン状の突起６１及び６２に対して伝熱板を埋め込むことで、得られる吸着式ヒートポンプの動作時において、さらに吸着質と第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３との熱交換効率を向上させることができる。

第６実施形態の実施例を以下に示す。

市販のポリエステル繊維からなる多孔質板（ユニチカ株式会社製、商品名「ユニベックスＳＢ」）について、長尺（８０ｍｍ×４０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍ）のものを２０枚、短尺（３０ｍｍ×４０ｍｍ，厚さ２ｍｍ）のものを９枚用意した。伝熱用のアルミシート（２５ｍｍ×４０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍ）２枚を用意した。長尺の多孔質板の両端にそれぞれ１枚のアルミシートが位置するように、アルミシート２枚を長尺の多孔質板２枚で挟み、治具で固定した。このアルミシートを挟んだ長尺多孔質板１０組と短尺の多孔質板９枚を交互に積層させることで、両端に２５ｍｍ×４０ｍｍのフィン状構造を有する多孔質板ユニットを作製した。

この多孔質板ユニットのフィン状構造の一端側から水３０ｍｌを吸収させ、その一端側、及び側端を密閉した後、フィン状構造の反対端側を下方に向けて減圧容器内に静置した。その結果、多孔質体に吸収された水は、多孔質板ユニットにおいてフィン状構造の一端側と他端側との間で通気を妨げるように多孔質板ユニット内に保持された。さらに、減圧雰囲気下で、ビニール製の容器で覆った多孔質板ユニットにおいて下方のフィン状構造から蒸発することが確認された。また、これに伴い下方のフィン状構造の表面の温度が約６℃低下することが観察され、多孔質板ユニットの下方のフィン構造が第２熱交換器の周囲に配置される多孔質構造の形状として優れていることが確認された。

図１６Ａ、１６Ｂは、第７実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｉに設けられる第１熱交換器、第１流路として用いる多孔質体、第２熱交換器を含む多孔質ユニットの断面図である。図１６Ｃは、第７実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｉにおいて、第１熱交換器、第１流路として用いる多孔質体、第２熱交換器を含む部品の断面図である。図１６Ａ〜１６Ｃを用いて、第７実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｉを説明する。なお、以下の説明において、第６実施形態のヒートポンプ１ｈと同様の部分については説明を省略する。

上述の第６実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｈにおいて、角管状の容器９１の内部に配置され、伝熱板６３及び６４が埋め込まれた多孔質体７１ｂに管状の第１熱交換器１１を貫通しているのに対し、第７実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｉにおいて、多孔質体７１ｂに、伝熱板６３及び６４の代わりに第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３が埋め込まれている。管状の第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３は、多孔質体７１ｂの主面に略平行に配置されている。多孔質体７１ｂの隅々まで設けられた第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３が、多孔質体７１ｂの隅々まで保持された液体の吸着質と熱交換を容易に行うことができるため、吸着質と第２熱交換器１３との熱交換効率が向上する。

図１６Ａ〜１６Ｃを用いて、第７実施形態の吸着式ヒートポンプの製造方法を説明する。なお、以下の説明において、第６実施形態のヒートポンプ１ｈの製造方法と同様の部分については説明を省略する。

まず、図１６Ａに示されるように、多孔質プレート８１ａ、８１ｂで第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３を挟み、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３を挟んだ多孔質体７１ｂを作成する。

例えば、プレス機で、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３を挟んだ多孔質プレート８１ａ、８１ｂに圧力をかけて、多孔質プレート８１ａ、８１ｂ、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３を一体化させ、多孔質体７１ｂを得る。

次いで、図１６Ｂに示されるように、多孔質体７１ｂと、多孔質体７１ａとを順に積層した多孔質体７１を作成する。多孔質体７１ａの主面の大きさは、多孔質体７１ｂの主面の大きさよりも小さい。サイズの異なる多孔質体７１ａと多孔質体７１ｂとを重ね合わせることにより、フィン状の突起６１、６２を備える多孔質体を得ることができる。

次いで、図１６Ｃに示されるように、金属管を配設した多孔質体７１を角管状の容器９１に収める。金属管１１と多孔質体７１ａ又は７１ｂ及び伝熱板６３又は６４とは接触している。金属管１１と多孔質体７１ａ又は７１ｂ及び伝熱板６３又は６４とを固定するため、圧着もしくは接着剤や治具により貼り合わせすることができる。

第７実施形態の吸着式ヒートポンプに関する上記製造方法によれば、毛細管現象により吸着質を内部に保持することが可能な第１流路として用いられる多孔質体の空孔の周囲に、管状の第１熱交換器１１及び管状の第２熱交換器１３を容易に配置することができる。また、例えば、フィン状の突起６１の主面に対して平行方向に等間隔に第１熱交換器１１としての金属管が容易に埋め込まれ、フィン状の突起６２の主面に対して等間隔に第２熱交換器１３としての金属管が容易に埋め込まれるため、得られる吸着式ヒートポンプの動作時において、吸着質と第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３との熱交換効率を向上させることができる。

図１７Ａ、１７Ｂは、第８実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｊに設けられる第１熱交換器、第１流路として用いる多孔質体、第２熱交換器を含む多孔質ユニットの断面図である。図１７Ｃは、第８実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｊにおいて、第１熱交換器、第１流路として用いる多孔質体、第２熱交換器を含む部品の断面図である。図１７Ａ〜１７Ｃを用いて、第８実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｊとその製造方法を説明する。なお、以下の説明において、第６実施形態のヒートポンプ１ｈと同様の部分及び製造工程については説明を省略する。

上述の第６実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｈにおいて、角管状の容器９１の内部に配置され、伝熱板６３及び６４が埋め込まれた多孔質体７１ｂに管状の第１熱交換器１１を貫通しているのに対し、第８実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｉにおいて、伝熱板６３及び６４の端部が角管状の容器９１に接している。容器９１において、伝熱板６３の端部が接した面の反対側に第１熱交換器１１が設けられている。吸着式ヒートポンプ１ｉの作動時に、伝熱板６３は多孔質体７１ｂの内部にある吸着質と熱交換する。伝熱板６３が吸収した熱は容器９１と第１熱交換器１１から外部へ放出される。伝熱板６３は、多孔質体７１の空孔内に存在する気体の吸着質と熱交換する。例えば、管状の第１熱交換器１１を多孔質体７１に埋め込む場合と比較して、多孔質体７１内に存在する気体の吸着質との接触面積が大きいため、吸着質と第１熱交換器１１との熱交換効率は高い。

また、吸着式ヒートポンプ１ｉの作動時に、伝熱板６４が多孔質体７１ｂの内部にある吸着質と熱交換し、伝熱板６４が吸収した冷熱は容器９１と第２熱交換器１３を介して外部に放出される。吸着式ヒートポンプ１ｉの作動時に、伝熱板６４は多孔質体７１の空孔内に存在する気体の吸着質と熱交換する。伝熱板６４が多孔質体７１ｂの隅々に保持された液体の吸着質と容易に熱交換できるため、吸着質と第２熱交換器１３との熱交換効率が高い。

図１７Ａ〜１７Ｃを用いて、第８実施形態の吸着式ヒートポンプ１ｉの製造方法を説明する。なお、以下の説明において、第６実施形態のヒートポンプ１ｈの製造方法と同様の部分については説明を省略する。

まず、図１７Ａに示されるように、多孔質プレート８１ａ、８１ｂで伝熱板６３及び６４を挟み、伝熱板６３及び６４を挟んだ多孔質体７１ｂを作成する。第６実施形態の製造方法と異なる点は、後工程で角管状の容器９１の内部に配置される際、伝熱板６３及び６４が容器９１に接するような形状及び大きさに作成することである。このため金属板６３及び６４の端部は露出している。

次いで、図１７Ｂに示されるように、多孔質体７１ｂと、多孔質体７１ａとを順に積層した多孔質体７１を作成する。サイズの異なる多孔質体７１ａと多孔質体７１ｂとを重ね合わせることにより、フィン状の突起６１、６２を備える多孔質体を得ることができる。

次いで、図１７Ｃ示されるように、フィン状の突起６１、６２を備える多孔質体７１を角管状で熱伝導性の高い金属などで形成された容器９１に収める。容器９１に収められた伝熱板６３、６４は、容器９１と接触している。容器９１において、伝熱板６３が接触した部分の近傍に第１熱交換器１１が設けられ、伝熱板６４が接触した部分の近傍に第２熱交換器１３が設けられる。

第８実施形態の吸着式ヒートポンプに関する上記製造方法によれば、毛細管現象により吸着質を内部に保持することが可能な第１流路として用いられる多孔質体の空孔の周囲に、第１熱交換器１１として機能する伝熱板を容易に配置することができる。また、フィン状の突起６１に伝熱板を埋め込まれるため、得られる吸着式ヒートポンプの動作時において、吸着質と第１熱交換器１１及び第２熱交換器１３の一部としてそれぞれ機能する伝熱板６３及び伝熱板６４との熱交換効率を向上させることができる。

上記実施形態によれば、ヒートポンプの小型化、及び熱交換の高効率化を図ることができる。上記実施形態のヒートポンプは、自動車やコンピュータなど、低温廃熱を発生する中・小型機械類に広く搭載することが可能である。その結果、廃熱利用による省エネルギー、環境負荷の低減といった効果を期待できる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

上記第１〜第３実施形態において、それぞれ、吸着剤３１及び３２の代わりに、冷媒と化学反応して反応物を形成することによりその冷媒を蓄積し、その反応物を加熱すると冷媒を放出するような物質を用いてもよい。このような物質として、冷媒が水のとき、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）が挙げられる。酸化カルシウムは水和反応し、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）を生成する。反応物である水酸化カルシウムは、加熱により脱水反応し、酸化カルシウムを生成する。なお、水和反応で生じる発熱は温熱としても利用可能である。このように、冷媒と化学物質との可逆反応を利用したヒートポンプは、一般に化学式（ケミカル）ヒートポンプと呼ばれる。

１ａ〜１ｇヒートポンプ
２液体の吸着質
１１第１熱交換器
１１ａ流入口
１１ｂ流出口
１２第１流路
１３第２熱交換器
１３ａ流入口
１３ｂ流出口
１４、１５吸着器
１６凝縮室
１７〜１９隔壁
２１〜２４バルブ
３１、３２吸着剤
３３、３４管状部材
４１吸収器
４２再生器
４３、４４流路
４５ポンプ
４６管状部材
４７吸収剤
５１管状部材
５２多孔質体
６１、６２突起
６３，６４伝熱板
７１、７１ａ、７１ｂ多孔質体
８１ａ、８１ｂ多孔質プレート
９１容器

Claims

冷媒を蓄積する物質が配置され、該冷媒を放出するために該物質を加熱する加熱手段を備える冷媒蓄積器と、
前記冷媒蓄積器に一端が接続され、前記冷媒蓄積器にて前記物質から放出された前記冷媒を毛細管現象により保持する流路と、
前記冷媒蓄積器と前記流路との間及び／又は前記流路の周囲に設けられ、前記冷媒を凝縮させるために前記冷媒と熱交換を行う第１熱交換器と、
前記流路の周囲に設けられ、前記流路の他端から前記冷媒が蒸発することで生じる冷熱を交換する第２熱交換器と
を有することを特徴とするヒートポンプ。
前記流路が管状部材で構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
前記第１熱交換器は、前記冷媒が前記流路内で凝縮するように、前記流路の周囲に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ。
前記流路は多孔質部材により形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートポンプ。
前記第２熱交換器は前記多孔質部材を貫通する管状部材を含んで構成されていることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ。
前記第１熱交換器は前記多孔質部材を貫通する管状部材を含んで構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のヒートポンプ。
前記多孔質部材の一端及び／又は他端にそれぞれフィン状の突起部を設けることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
前記第１熱交換器は、前記多孔質部材の一端に設けた前記フィン状の突起部に接していることを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ。
前記第２熱交換器は、前記多孔質部材の他端に設けた前記フィン状の突起部に接していることを特徴とする請求項７又は８に記載のヒートポンプ。