JPWO2014115555A1 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

ヒートポンプ装置（１００）は、蒸発器（１０）、電気化学圧縮機（１１）、凝縮器（１６）、冷媒移送路（１８）及び非凝縮性ガス戻し路（２８）を備えている。非凝縮性ガス戻し路（２８）は、冷媒移送路（１８）とは別の経路であって、電気化学圧縮機（１１）の吐出側の高圧空間と電気化学圧縮機（１１）の吸入側の低圧空間とを連絡し、高圧空間から低圧空間へと非凝縮性ガスを戻すように構成されている。非凝縮性ガスは、例えば、水素ガスである。

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関する。

燃料電池に使用されている電解質膜に電圧を加えると、Ｈ₂がプロトン（Ｈ⁺）に変化し、電解質膜の一方の面から他方の面へと移動する。このとき、プロトンは、水、アルコール、アンモニアなどの極性物質を伴って電解質膜の中を移動する。この現象を利用して極性物質のガスを圧縮する技術は、「電気化学圧縮（Electrochemical Compression）」と呼ばれている。電気化学圧縮を応用した圧縮機は、「電気化学圧縮機（Electrochemical Compressor）」と呼ばれている。特許文献１及び２には、電気化学圧縮機を使用したヒートポンプ装置が記載されている。

特開２００３−２６２４２４号公報 米国特許出願公開第２０１０／０１３２３８６号明細書

電気化学圧縮機をヒートポンプ装置に使用した場合、冷媒に加えて、水素のような電気化学的に活性なガスが不可欠である。しかし、このようなガスは、ヒートポンプ装置の効率の向上を妨げる可能性がある。そのため、電気化学的に活性なガスの使用量は少ないことが望ましい。

本開示は、電気化学圧縮機を使用したヒートポンプ装置において、電気化学的に活性なガスの使用量の削減を可能にする技術を提供する。

すなわち、本開示は、
冷媒を蒸発させる蒸発器と、
電気化学的に活性な非凝縮性ガスを用い、前記蒸発器で蒸発した前記冷媒を圧縮する電気化学圧縮機と、
前記電気化学圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷媒を移送するための冷媒移送路と、
前記冷媒移送路とは別の経路であって、前記電気化学圧縮機の吐出側の高圧空間と前記電気化学圧縮機の吸入側の低圧空間とを連絡し、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻すように構成された非凝縮性ガス戻し路と、
を備えた、ヒートポンプ装置を提供する。

本開示によれば、電気化学圧縮機を使用したヒートポンプ装置において、電気化学的に活性なガスの使用量を削減できる。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置の冷房運転時の構成図 図１に示すヒートポンプ装置の暖房運転時の構成図 非凝縮性ガス戻し路に設けられたゲートの一例の構成図 電気化学圧縮機の冷房運転時の動作説明図 電気化学圧縮機の暖房運転時の動作説明図 起動補助機構が設けられたヒートポンプ装置の構成図 非凝縮性ガス戻し路を内蔵した電気化学圧縮機の構成図

先に説明したように、電気化学圧縮機を使用したヒートポンプ装置は、電気化学的に活性なガスを必要とする。電気化学的に活性なガスは、しばしば、ヒートポンプ装置の通常の運転条件で非凝縮性であり、ヒートポンプ装置において伝熱の阻害要因となる。例えば、フィンチューブ熱交換器を使用して冷媒と外気との間の熱交換を行う場合、伝熱面における非凝縮性ガスの熱抵抗が大きくなりがちである。従って、電気化学圧縮機を使用したヒートポンプ装置において、電気化学的に活性なガスの使用量は少ないことが望ましい。

本開示の第１態様は、
冷媒を蒸発させる蒸発器と、
電気化学的に活性な非凝縮性ガスを用い、前記蒸発器で蒸発した前記冷媒を圧縮する電気化学圧縮機と、
前記電気化学圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷媒を移送するための冷媒移送路と、
前記冷媒移送路とは別の経路であって、前記電気化学圧縮機の吐出側の高圧空間と前記電気化学圧縮機の吸入側の低圧空間とを連絡し、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻すように構成された非凝縮性ガス戻し路と、
を備えた、ヒートポンプ装置を提供する。

第１態様によれば、非凝縮性ガス戻し路を通じて、非凝縮性ガスが電気化学圧縮機の吐出側の高圧空間から電気化学圧縮機の吸入側の低圧空間へと戻される。そのため、冷媒を圧縮するための作動流体としての非凝縮性ガスが不足することを防止できる。言い換えると、非凝縮性ガスの使用量（ヒートポンプ装置への非凝縮性ガスの充填量）を減らすことができる。また、伝熱の阻害要因となる非凝縮性ガスの使用量を減らすことができるので、ヒートポンプ装置の効率を高めることができる。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記非凝縮性ガス戻し路に設けられ、前記高圧空間と前記低圧空間との間の圧力差を維持する能力と、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻す能力とを有するゲートをさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。高圧空間と低圧空間との間の圧力差が維持されることによって、高圧空間から低圧空間へと非凝縮性ガスを戻しつつ、ヒートポンプ装置の運転を継続することが可能である。

本開示の第３態様は、第２態様に加え、前記ゲートは、キャピラリ、流量調整弁及び開閉弁から選ばれる少なくとも１つを含む、ヒートポンプ装置を提供する。キャピラリの利点は、特別な制御を必要としないことである。開閉弁をゲートとして使用する場合には、開閉弁を定期的に開放することによって、高圧空間に蓄積した非凝縮性ガスを低圧空間に戻すことができる。流量調整弁の利点は、開度を変更することによって、非凝縮性ガス戻し路における非凝縮性ガスの流量を調整できることである。

本開示の第４態様は、第２態様に加え、前記ゲートは、前記非凝縮性ガスの流れ方向の上流側に配置された上流弁と、前記流れ方向の下流側に配置された下流弁とを含み、前記ヒートポンプ装置は、（i）前記下流弁が閉じられ、前記上流弁が開かれるように前記上流弁及び前記下流弁を制御し、その後、（ii）前記下流弁が閉じられたまま前記上流弁が閉じられるように前記上流弁及び前記下流弁を制御し、さらにその後、（iii）前記上流弁が閉じられたまま前記下流弁が開かれるように前記上流弁及び前記下流弁を制御する弁制御部をさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。第４態様によれば、高圧空間から低圧空間への冷媒蒸気の逆流を抑制しつつ、非凝縮性ガスを高圧空間から低圧空間へと効率的に戻すことができる。

本開示の第５態様は、第２態様に加え、前記非凝縮性ガスが水素であり、前記ゲートは、水素を選択的に透過させる能力を有する水素透過膜を含む、ヒートポンプ装置を提供する。水素透過膜を使用すれば、非凝縮性ガス戻し路を通じて、冷媒が高圧空間から低圧空間へと戻ることを確実に防ぐことができる。

本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記非凝縮性ガス戻し路は、前記凝縮器の上部に接続された一端を有する、ヒートポンプ装置を提供する。凝縮器において、冷媒は、冷却され、凝縮する。非凝縮性ガスは、比重差によって凝縮器の上部の空間に貯まりやすい。従って、非凝縮性ガス戻し路が凝縮器の上部に接続されていると、非凝縮性ガスが凝縮器の内部空間（高圧空間）から非凝縮性ガス戻し路へと進みやすい。

本開示の第７態様は、第１〜第６態様のいずれか１つに加え、前記高圧空間の一部を形成している構造であって、前記非凝縮性ガスの濃度を局所的に高めるように構成された非凝縮性ガストラップをさらに備え、前記非凝縮性ガス戻し路が前記非凝縮性ガストラップに接続されている、ヒートポンプ装置を提供する。第７態様によれば、非凝縮性ガスを高圧空間から低圧空間へと効率的かつ選択的に戻すことができる。

本開示の第８態様は、第７態様に加え、前記非凝縮性ガストラップが前記凝縮器の上部に設けられている、ヒートポンプ装置を提供する。第８態様によれば、比重差によって非凝縮性ガスが非凝縮性ガストラップに容易に捕集されうる。

本開示の第９態様は、第７又は第８態様に加え、前記非凝縮性ガストラップは、前記高圧空間の一部を囲っている隔壁と、前記隔壁で囲まれた空間の圧力を低下させる減圧機構とを含む、ヒートポンプ装置を提供する。隔壁で囲まれた空間の圧力を下げることによって、その空間に非凝縮性ガスを引き込むことができる。

本開示の第１０態様は、第９態様に加え、前記減圧機構は、前記凝縮器に保持された前記冷媒の一部を冷却することによって得られた低温冷媒を前記隔壁で囲まれた空間に導入する低温冷媒導入路である、ヒートポンプ装置を提供する。低温冷媒を空間に導入し、隔壁で囲まれた空間の温度を下げることによって、その空間の圧力を容易に下げることができる。

本開示の第１１態様は、第１〜第１０態様のいずれか１つに加え、前記冷媒は、水、アルコール及びアンモニアからなる群より選ばれる少なくとも１つの自然冷媒を含む、ヒートポンプ装置を提供する。自然冷媒の使用は、オゾン層の保護、地球温暖化の防止などの環境保護の観点で望ましい。

本開示の第１２態様は、第１〜第１１態様のいずれか１つに加え、前記非凝縮性ガスが水素である、ヒートポンプ装置を提供する。非凝縮性ガスが水素であるとき、比重差を利用して水素ガスと冷媒とを分離することができる。

本開示の第１３態様は、第１〜第１２態様のいずれか１つに加え、前記電気化学圧縮機及び前記非凝縮性ガス戻し路が、前記凝縮器に保持された前記冷媒の液面及び前記蒸発器に保持された前記冷媒の液面よりも鉛直方向の上方に位置するように、前記電気化学圧縮機、前記非凝縮性ガス戻し路、前記凝縮器及び前記蒸発器の位置関係が定められている、ヒートポンプ装置を提供する。第１３態様によれば、電気化学圧縮機が非凝縮性ガスを吸入しやすい。

本開示の第１４態様は、第１〜第１３態様のいずれか１つに加え、第１ポンプ及び第１熱交換器を有し、前記第１ポンプの働きによって前記蒸発器と前記第１熱交換器との間で前記冷媒又は他の熱媒体を循環させる第１循環路と、第２ポンプ及び第２熱交換器を有し、前記第２ポンプの働きによって前記凝縮器と前記第２熱交換器との間で前記冷媒又は他の熱媒体を循環させる第２循環路と、前記電気化学圧縮機への印加電圧の極性を切り換えることによって、前記第１循環路が吸熱回路として機能し、かつ前記第２循環路が放熱回路として機能する第１運転モードと、前記第１循環路が放熱回路として機能し、かつ前記第２循環路が吸熱回路として機能する第２運転モードとを相互に切り換える電源制御部と、をさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。第１４態様によれば、冷媒の流れ方向を切り換えるための回路（四方弁）を使用することなく、冷暖房の切り換えを行うことができる。

本開示の第１５態様は、第１〜第１４態様のいずれか１つに加え、前記ヒートポンプ装置の起動時において、前記電気化学圧縮機の電解質膜を液相の前記冷媒で湿らせる起動補助機構をさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。電気化学圧縮機の電解質膜に冷媒液を散布し、電解質膜を適切に湿らせることによって、電気化学圧縮機を容易に起動させることができる。

本開示の第１６態様は、
冷媒を蒸発させる蒸発器と、
電解質膜と、前記電解質膜の第１主面側に配置された分子透過性の第１電極と、前記電解質膜の第２主面側に配置された分子透過性の第２電極とを有し、電気化学的に活性な非凝縮性ガスを用い、前記蒸発器で蒸発した前記冷媒を圧縮する電気化学圧縮機と、
前記電気化学圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記第１電極の電位が前記第２電極の電位よりも高い第１運転モードと、前記第２電極の電位が前記第１電極の電位よりも高い第２運転モードとを相互に切り換える電源制御部と、
を備えた、ヒートポンプ装置を提供する。

第１６態様によれば、冷媒の流れ方向を切り換えるための回路（四方弁）を使用することなく、冷暖房の切り換えを行うことができる。

本開示の第１７態様は、第１６態様に加え、前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷媒を移送するための冷媒移送路と、前記冷媒移送路とは別の経路であって、前記電気化学圧縮機の吐出側の高圧空間と前記電気化学圧縮機の吸入側の低圧空間とを連絡し、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻すように構成された非凝縮性ガス戻し路と、をさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。第１７態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ装置１００は、主回路２、第１循環路４及び第２循環路６を備えている。第１循環路４の両端は主回路２に接続されている。第２循環路６の両端も主回路２に接続されている。主回路２、第１循環路４及び第２循環路６には、作動流体として、冷媒及び非凝縮性ガスが充填されている。冷媒は、凝縮性流体である。非凝縮性ガスは、電気化学的に活性なガスであり、主回路２において冷媒を圧縮するために使用される。

本実施形態では、電気化学的に活性な非凝縮性ガスとして、水素ガスが使用されている。そのため、比重差を利用して水素ガスと冷媒とを分離することができる。冷媒として、極性物質が使用されている。詳細には、冷媒として、水、アルコール、アンモニアなどの自然冷媒を使用できる。自然冷媒の使用は、オゾン層の保護、地球温暖化の防止などの環境保護の観点で望ましい。アルコールとして、メタノール、エタノールなどの低級アルコールが挙げられる。水及びアルコールは、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の冷媒である。常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を使用すると、ヒートポンプ装置１００の運転時において、ヒートポンプ装置１００の内部の圧力は大気圧を下回る。冷媒としてアンモニアを使用した場合、ヒートポンプ装置１００は、例えば、蒸発器１０及び凝縮器１６の内部の圧力が大気圧よりも高い圧力となる条件で運転されうる。上記の冷媒は、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。凍結防止などの理由から、冷媒には、不凍剤が含まれていてもよい。不凍剤として、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコールを使用できる。不凍剤を含む冷媒として、水とアルコールとの混合冷媒が挙げられる。アルコールは冷媒としても機能しうる。

主回路２は、冷媒を循環させる回路であり、蒸発器１０、電気化学圧縮機１１、凝縮器１６、冷媒移送路１８及び非凝縮性ガス戻し路２８を有する。冷媒は、蒸発器１０、電気化学圧縮機１１、凝縮器１６及び冷媒移送路１８をこの順番に通過する。主回路２は、蒸発器１０で生成された冷媒蒸気を電気化学圧縮機１１で圧縮しつつ凝縮器１６に供給するための蒸気経路（図示省略）を有していてもよい。この場合、電気化学圧縮機１１が蒸気経路に配置される。

電気化学圧縮機１１は、電気化学的に活性な非凝縮性ガスを用い、蒸発器１０で蒸発した冷媒を圧縮する。具体的に、電気化学圧縮機１１は、電解質膜１３（電解質層）、第１電極１２及び第２電極１４を有する。すなわち、電気化学圧縮機１１は、固体高分子形燃料電池で使用されている膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の構造を有する。電解質膜１３は、例えば、ナフィオン（デュポン社の登録商標）のようなパーフルオロスルホン酸膜である。第１電極１２は、電解質膜１３の第１主面側に配置されている。第２電極１４は、電解質膜１３の第２主面側に配置されている。第１電極１２及び第２電極１４は、それぞれ、例えば、カーボンクロスのような導電性基材と、導電性基材に担持された貴金属触媒とによって構成されている。第１電極１２及び第２電極１４は、それぞれ、冷媒の分子及び非凝縮性ガスの分子を透過させる性質を有する。

本明細書において、「電気化学的に活性なガス」とは、極性物質を伴って電解質膜１３の中を一方の面から他方の面へと移動できる能力を有するガスを意味する。「非凝縮性ガス」とは、ヒートポンプ装置１００の常識的な運転条件、例えば、−２５℃以上の温度、かつ２ＭＰａ未満の圧力で気相の状態にある物質のガスを意味する。

蒸発器１０は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。蒸発器１０に第１循環路４の上流端及び下流端が接続されている。蒸発器１０に貯留された冷媒液は、第１循環路４を循環することによって加熱された冷媒液に直接接触する。つまり、蒸発器１０に貯留された冷媒液の一部が第１循環路４において加熱され、飽和状態の冷媒液を加熱する熱源として使用される。飽和状態の冷媒液が加熱されることによって冷媒蒸気が生成される。

蒸発器１０の内部には、上部が開口した小型の容器２６が配置されている。容器２６の内部には、多孔性の充填材２４が配置されている。第１循環路４の下流端は、充填材２４に冷媒液を噴霧するように蒸発器１０の上部から容器２６に向かって延びている。容器２６の中の充填材２４に冷媒液を噴霧することによって気液界面の面積が増加し、これにより、冷媒蒸気の生成を促進することができる。冷媒液の一部は、容器２６の底部に形成された孔から下方に流れ落ち、蒸発器１０に貯留される。なお、効率的な冷媒蒸気の生成が達成される限りにおいて、充填材２４及び容器２６は必須ではない。

第１循環路４は、流路３０、流路３１、第１ポンプ３２及び第１熱交換器３３によって構成されている。流路３０によって蒸発器１０の底部と第１熱交換器３３の入口とが接続されている。流路３１によって第１熱交換器３３の出口と蒸発器１０の上部とが接続されている。流路３０に第１ポンプ３２が配置されている。第１熱交換器３３は、フィンチューブ熱交換器などの公知の熱交換器によって形成されている。第１ポンプ３２の働きによって、冷媒は、蒸発器１０と第１熱交換器３３との間を循環する。ヒートポンプ装置１００が空気調和装置である場合、第１熱交換器３３は室内に配置される。図１に示すように、室内の冷房が行われる場合、第１熱交換器３３において室内の空気が冷媒液によって冷却される。

第１循環路４は、蒸発器１０に貯留された冷媒液が第１循環路４を循環する他の熱媒体と混ざらないように構成されていてもよい。例えば、蒸発器１０がシェルチューブ熱交換器のような熱交換構造を有している場合、第１循環路４を循環する他の熱媒体によって蒸発器１０に貯留された冷媒液を加熱し、蒸発させることができる。第１熱交換器３３には、蒸発器１０に貯留された冷媒液を加熱するための他の熱媒体が流れる。他の熱媒体は特に限定されない。他の熱媒体として、水、ブラインなどを使用できる。

凝縮器１６は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。凝縮器１６に第２循環路６の上流端及び下流端が接続されている。電気化学圧縮機１１によって圧縮された冷媒蒸気は、第２循環路６を循環することによって冷却された冷媒液に直接接触する。つまり、凝縮器１６に貯留された冷媒液の一部が第２循環路６において冷却され、過熱状態の冷媒蒸気を冷却する冷熱源として使用される。過熱状態の冷媒蒸気が冷却されることによって高温の冷媒液が生成される。

凝縮器１６の内部には、蒸発器１０と同じように、多孔性の充填材２４が配置された小型の容器２６が配置されている。容器２６の中の充填材２４に冷媒液を噴霧することによって気液界面の面積が増加し、これにより、冷媒の凝縮を促進することができる。冷媒液の一部は、容器２６の底部に形成された孔から下方に流れ落ち、凝縮器１６に貯留される。なお、効率的な冷媒蒸気の凝縮が達成される限りにおいて、充填材２４及び容器２６は必須ではない。

第２循環路６は、流路４０、流路４１、第２ポンプ４２及び第２熱交換器４３によって構成されている。流路４０によって凝縮器１６の底部と第２熱交換器４３の入口とが接続されている。流路４１によって第２熱交換器４３の出口と凝縮器１６の上部とが接続されている。流路４０に第２ポンプ４２が配置されている。第２熱交換器４３は、フィンチューブ熱交換器などの公知の熱交換器によって形成されている。第２ポンプ４２の働きによって、冷媒は、凝縮器１６と第２熱交換器４３との間を循環する。ヒートポンプ装置１００が空気調和装置である場合、第２熱交換器４３は室外に配置される。図１に示すように、室内の冷房が行われる場合、第２熱交換器４３において冷媒液が室外の空気によって冷却される。

第１循環路４と同様、第２循環路６は、凝縮器１６に貯留された冷媒液が第２循環路６を循環する他の熱媒体と混ざらないように構成されていてもよい。例えば、凝縮器１６がシェルチューブ熱交換器のような熱交換構造を有している場合、第２循環路６を循環する他の熱媒体によって凝縮器１６に供給された冷媒蒸気を冷却し、凝縮させることができる。第２熱交換器４３には、凝縮器１６に供給された冷媒蒸気を冷却するための他の熱媒体が流れる。

図１に示すように、第１循環路４及び第２循環路６がそれぞれ蒸発器１０及び凝縮器１６に接続されているとき、第１循環路４及び第２循環路６は、それぞれ、冷媒を加熱する吸熱回路及び冷媒を冷却する放熱回路として機能する。他方、図２に示すように、電気化学圧縮機１１への印加電圧の極性を切り換えることによって、蒸発器１０と凝縮器１６とが相互に入れ替わる。第１循環路４及び第２循環路６がそれぞれ凝縮器１６及び蒸発器１０に接続されているとき、第１循環路４及び第２循環路６は、それぞれ、冷媒を冷却する放熱回路及び冷媒を加熱する吸熱回路として機能する。ヒートポンプ装置１００が空気調和装置であり、第１熱交換器３３が室内機５０に配置され、第２熱交換器４３が室外機に配置されているとき、図１は冷房時のヒートポンプ装置１００の状態を表しており、図２は暖房時のヒートポンプ装置１００の状態を表している。

なお、ヒートポンプ装置１００がチラー、温水暖房装置又は水冷式凝縮器であるとき、第１熱交換器３３及び／又は第２熱交換器４３は、ブライン、水などの熱媒体と冷媒との間で熱交換を生じさせる液−液熱交換器でありうる。

本実施形態では、第１循環路４を使用して蒸発器１０に貯留された冷媒液を加熱し、第２循環路６を使用して凝縮器１６に貯留された冷媒液が冷却される。このように、冷媒液を第１循環路４及び第２循環路６に強制的に循環させる方式によれば、熱交換器３３及び３４における非凝縮性ガスの影響を極力小さくすることができる。比較的高い飽和蒸気圧を有する冷媒（例えばアンモニア）を使用した場合、非凝縮性ガスの分圧の影響が小さい。この場合、熱交換器３３及び４３として、液冷媒を循環させる熱交換器に代えて、伝熱管の内部で冷媒を蒸発させたり、伝熱管の内部で冷媒を凝縮させたりする通常の熱交換器を使用してもよい。

図１に示すように、冷媒移送路１８は、凝縮器１６から蒸発器１０へと冷媒（詳細には冷媒液）を移送するための流路である。冷媒移送路１８によって、蒸発器１０の底部と凝縮器１６の底部とが接続されている。冷媒移送路１８にはキャピラリ、開度可変の膨張弁などが設けられていてもよい。

非凝縮性ガス戻し路２８は、冷媒移送路１８とは別の経路であって、電気化学圧縮機１１の吐出側の高圧空間と電気化学圧縮機１１の吸入側の低圧空間とを連絡し、高圧空間から低圧空間へと非凝縮性ガスを戻すように構成されている。非凝縮性ガス戻し路２８を通じて、非凝縮性ガスが高圧空間から低圧空間へと戻されるので、冷媒を圧縮するための作動流体としての非凝縮性ガスが不足することを防止できる。言い換えると、非凝縮性ガスの使用量（ヒートポンプ装置１００への非凝縮性ガスの充填量）を減らすことができる。また、冷媒液が循環する熱交換器３３及び４３に伝熱の阻害要因となる非凝縮性ガスが流入することを抑制できるので、ヒートポンプ装置１００の効率を高めることができる。本実施形態では、非凝縮性ガス戻し路２８は、凝縮器１６及び蒸発器１０に直接接続され、凝縮器１６の内部空間（高圧空間）と蒸発器１０の内部空間（低圧空間）とを連絡している。

非凝縮性ガス戻し路２８には、高圧空間と低圧空間との間の圧力差を維持する能力と、高圧空間から低圧空間へと非凝縮性ガスを戻す能力とを有するゲート２２が設けられている。高圧空間と低圧空間との間の圧力差が維持されることによって、高圧空間から低圧空間へと非凝縮性ガスを戻しつつ、ヒートポンプ装置１００の運転を継続することが可能である。

具体的には、ゲート２２として、キャピラリ、流量調整弁又は開閉弁を使用できる。キャピラリの利点は、特別な制御を必要としないことである。開閉弁をゲート２２として使用する場合には、開閉弁を定期的に開放することによって、高圧空間に蓄積した非凝縮性ガスを低圧空間に戻すことができる。後述するように、非凝縮性ガストラップ３９が設けられている場合には、非凝縮性ガストラップ３９に非凝縮性ガスが十分に蓄積した時期を見計らって開閉弁を開いてもよい。これにより、ヒートポンプ装置１００の効率の低下を抑制しつつ、高圧空間から低圧空間へと非凝縮性ガスを効率的に戻すことができる。開閉弁が閉じられている期間は、冷媒及び非凝縮性ガスは非凝縮性ガス戻し路２８を通過できないので、ヒートポンプ装置１００は効率的に運転されうる。流量調整弁の利点は、開度を変更することによって、非凝縮性ガス戻し路における非凝縮性ガスの流量を調整できることである。流量調整弁及び開閉弁の型式は、電動式、空気作動式又は油圧作動式でありうる。場合によっては、流量調整弁を開閉弁と同じ目的で使用してもよい。なお、キャピラリ、流量調整弁及び開閉弁から任意に選ばれる複数のコンポーネントの組み合わせをゲート２２として使用してもよい。さらに、同じ種類の複数のコンポーネントをゲート２２として使用してもよい。

例えば、図３に示すように、ゲート２２は、上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂで構成されうる。上流弁２２ａは、非凝縮性ガス戻し路２８における非凝縮性ガスの流れ方向の上流側に配置された弁である。下流弁２２ｂは、非凝縮性ガス戻し路２８における非凝縮性ガスの流れ方向の下流側に配置された弁である。上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂは、上流弁２２ａと下流弁２２ｂとの間における非凝縮性ガス戻し路２８の中間部２８ａに適切な量の非凝縮性ガスを一時的に保持できるように、非凝縮性ガス戻し路２８に互いに離れて配置されている。上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂは、弁制御部２３によって制御される。弁制御部２３は、以下の方法で上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂを制御する。まず、下流弁２２ｂが閉じられ、上流弁２２ａが開かれるように上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂを制御する。すると、非凝縮性ガスが中間部２８ａに貯まる。次に、下流弁２２ｂが閉じられたまま上流弁２２ａが閉じられるように上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂを制御する。すると、中間部２８ａに非凝縮性ガスが閉じ込められる。さらに、上流弁２２ａが閉じられたまま下流弁２２ｂが開かれるように上流弁２２ａ及び下流弁２２ｂを制御する。これにより、非凝縮性ガスが低圧空間に放出される。これらの制御をこの順番で実行することによって、高圧空間から低圧空間への冷媒蒸気の逆流を抑制しつつ、非凝縮性ガスを高圧空間から低圧空間へと効率的に戻すことができる。図３を参照して説明した方法は、非凝縮性ガスと冷媒蒸気との間に十分な比重差がある場合に特に有効である。

また、非凝縮性ガスとして水素を使用すれば、ゲート２２として、水素を選択的に透過させる能力を有する水素透過膜を使用できる。水素透過膜としては、例えば、ゼオライト膜及びパラジウム膜（パラジウム合金膜を含む）が知られている。パラジウム膜は、ヒータで十分に加熱することによって水素を選択的に透過させる。これらの水素透過膜を使用すれば、非凝縮性ガス戻し路２８を通じて、冷媒蒸気が高圧空間から低圧空間へと戻ることを確実に防ぐことができる。

図１に示すように、非凝縮性ガス戻し路２８は、凝縮器１６の上部に接続された一端を有する。凝縮器１６において、冷媒は、冷却され、凝縮する。非凝縮性ガスは、比重差によって凝縮器１６の上部の空間に貯まりやすい。従って、非凝縮性ガス戻し路２８が凝縮器１６の上部に接続されていると、非凝縮性ガスが凝縮器１６の内部空間（高圧空間）から非凝縮性ガス戻し路２８へと進みやすい。なお、後述するように、本実施形態のヒートポンプ装置１００においては、電気化学圧縮機１１への印加電圧の極性を切り換えることによって、蒸発器１０と凝縮器１６とが相互に入れ替わる（図４及び図５参照）。従って、非凝縮性ガス戻し路２８は、凝縮器１６の上部に接続された一端と、蒸発器１０の上部に接続された他端とを有することが望ましい。

ヒートポンプ装置１００は、さらに、電気化学圧縮機１１の吐出側の高圧空間の一部を形成している構造であって、非凝縮性ガスの濃度（分圧）を局所的に高めるように構成された非凝縮性ガストラップ３９を備えている。非凝縮性ガストラップ３９に非凝縮性ガス戻し路２８が接続されている。このような構成によれば、非凝縮性ガスを高圧空間から低圧空間へと効率的かつ選択的に戻すことができる。

非凝縮性ガスの比重が冷媒蒸気の比重よりも小さい場合、非凝縮性ガストラップ３９は、凝縮器１６の上部に設けられていることが望ましい。このような構成によれば、比重差によって非凝縮性ガスが非凝縮性ガストラップ３９に容易に捕集されうる。具体的に、非凝縮性ガストラップ３９は、隔壁３７及び減圧機構３８を有する。隔壁３７は、高圧空間の一部を囲っている部分である。本実施形態では、隔壁３７は、凝縮器１６の内部に配置されており、凝縮器１６の内部空間の一部を囲っている。減圧機構３８は、隔壁３７で囲まれた空間３６の圧力を低下させる機能を有する。隔壁３７で囲まれた空間３６の圧力を下げることによって、その空間３６に非凝縮性ガスを引き込むことができる。なお、非凝縮性ガスの比重及び冷媒蒸気の比重は、ヒートポンプ装置１００の運転中における凝縮器１６の内部での値で比較される。具体的に、「非凝縮性ガスの比重」は、凝縮器１６の内部の温度が特定の温度にあり、かつ、凝縮器１６の内部で非凝縮性ガスが任意の分圧を持っているとき、その温度及びその分圧での非凝縮性ガスの密度から算出されうる。同様に、「冷媒蒸気の比重」は、凝縮器１６の内部の温度が特定の温度にあるとき、その温度での冷媒の飽和蒸気圧における冷媒蒸気の密度から算出されうる。「特定の温度」は、ヒートポンプ装置１００が定常運転を行っているときの凝縮器１６の内部で冷媒がとり得る任意の温度を意味する。「比重」の用語は、例えば空気の密度（０℃、１気圧での値）に対する非凝縮性ガス又は冷媒蒸気の密度の比率を表すものとして使用される。

減圧機構３８は、例えば、低温冷媒導入路３８である。低温冷媒導入路３８は、凝縮器１６に保持された冷媒の一部を凝縮器１６の外部に取り出して冷却することによって得られた低温冷媒を隔壁３７で囲まれた空間３６に導入する役割を担う。低温冷媒を空間３６に導入し、隔壁３７で囲まれた空間３６の温度を下げることによって、その空間３６の圧力を容易に下げることができる。空間３６の温度を下げるための媒体として、ヒートポンプ装置１００の冷媒を使用することにより、特別な冷却構造及び他の冷媒の使用を回避できる。本実施形態では、隔壁３７は凹形状を有し、低温冷媒導入路３８からの低温冷媒を受け止め、一時的に保持できる。低温冷媒導入路３８を通じて空間３６に導入された低温冷媒は、隔壁３７に一時的に保持され、隔壁３７の底部に形成された孔から下方に流れ落ちる。低温冷媒導入路３８の出口端は、空間３６の温度を効果的に下げるために、低温冷媒を空間３６に噴霧できる構造を有していてもよい。

低温冷媒導入路３８の入口端は、第２熱交換器４３に接続されている。第２熱交換器４３がフィンチューブ熱交換器であり、複数の分岐路４３ａ〜４３ｃを有しているとき、低温冷媒導入路３８の入口端は、それらの分岐路４３ａ〜４３ｃのうち、最も風上側に位置している分岐路４３ｃの下流部分に接続されている。風上側の分岐路４３ｃで冷却された冷媒液の温度は、風下側に位置している分岐路４３ｂ及び４３ａで冷却された冷媒液の温度よりも相対的に低い。従って、低温冷媒導入路３８を通じて、分岐路４３ｃで冷却された冷媒液を空間３６に導入することによって、空間３６の温度をより効果的に下げることができる。結果として、空間３６に効率的に非凝縮性ガスを捕集することができる。ただし、低温冷媒導入路３８は、流路４１から分岐していてもよい。また、低温冷媒導入路３８には、開閉弁３５が設けられていてもよい。これにより、低温冷媒導入路３８を通じて空間３６に冷媒が導入されることを禁止できる。ただし、開閉弁３５を省略し、低温冷媒導入路３８を通じて、冷媒が空間３６に常時導入されてもよい。また、開閉弁３５に代えて、キャピラリなどの固定絞りが設けられていてもよい。

本実施形態では、非凝縮性ガストラップ３９が凝縮器１６の内部に設けられている。しかし、このことは必須ではない。例えば、電気化学圧縮機１１と凝縮器１６とを接続している蒸気経路が設けられているとき、その蒸気経路上に非凝縮性ガストラップ３９が設けられていてもよい。

後述するように、本実施形態のヒートポンプ装置１００は、電気化学圧縮機１１への印加電圧の極性を切り換えることによって、蒸発器１０と凝縮器１６とが相互に入れ替わる（図４及び図５参照）。従って、凝縮器１６の上部に設けられた非凝縮性ガストラップ３９と同じ構造の非凝縮性ガストラップ３９が蒸発器１０の上部にも設けられている。非凝縮性ガストラップ３９の隔壁３７に囲まれた空間４６は、低圧空間の一部である。非凝縮性ガス戻し路２８を通じて、非凝縮性ガスがこの空間４６に戻される。低圧空間に戻された非凝縮性ガスは、冷媒を圧縮するために、電気化学圧縮機１１で再び使用される。低圧空間に戻された非凝縮性ガスが電気化学圧縮機１１に容易に到達できるように、非凝縮性ガス戻し路２８の他端（出口端）は、電気化学圧縮機１１の吸入口の近傍に位置していることが望ましい。

蒸発器１０の上部に設けられた非凝縮性ガストラップ３９も低温冷媒導入路３８を有する。低温冷媒導入路３８の入口端は、例えば、第１熱交換器３３に接続されている。第１熱交換器３３がフィンチューブ熱交換器であり、複数の分岐路３３ａ〜３３ｃを有しているとき、低温冷媒導入路３８の入口端は、それらの分岐路３３ａ〜３３ｃのうち、最も風上側に位置している分岐路３３ｃの下流部分に接続されている。低温冷媒導入路３８は、流路３１から分岐していてもよい。低温冷媒導入路３８には、開閉弁３５が設けられていてもよい。開閉弁３５に代えて、キャピラリなどの固定絞りが設けられていてもよい。

本実施形態において、電気化学圧縮機１１及び非凝縮性ガス戻し路２８が、凝縮器１６に保持された冷媒の液面及び蒸発器１０に保持された冷媒の液面よりも鉛直方向の上方に位置するように、電気化学圧縮機１１、非凝縮性ガス戻し路２８、凝縮器１６及び蒸発器１０の位置関係が定められている。このような構成によれば、電気化学圧縮機１１が非凝縮性ガスを吸入しやすい。

図６に示すように、ヒートポンプ装置１００は、起動時において、電気化学圧縮機１１の電解質膜１３を液相の冷媒で湿らせる起動補助機構５６を備えていてもよい。本実施形態において、起動補助機構５６は、冷媒液導入路５８及び三方弁６０によって構成されている。冷媒液導入路５８は、凝縮器１６に貯留された冷媒液を電気化学圧縮機１１に導くための流路である。三方弁６０は、第２循環路６の流路４０において、第２ポンプ４２と第２熱交換器４３との間に設けられている。三方弁６０は、冷媒液導入路５８に設けられた開閉弁に置き換えられてもよい。ヒートポンプ装置１００の起動時において、冷媒液導入路５８を経由して電気化学圧縮機１１に冷媒液を供給するように第２ポンプ４２及び三方弁６０を制御する。電気化学圧縮機１１の電解質膜１３に冷媒液を散布し、電解質膜１３を適切に湿らせることによって、電気化学圧縮機１１を容易に起動させることができる。

また、冷媒液導入路５８は、蒸発器１０に貯留された冷媒液を電気化学圧縮機１１に導くための流路であってもよい。三方弁６０は、第１循環路４の流路３０において、第１ポンプ３２と第１熱交換器３３との間に設けられていてもよい。冷媒液導入路５８に冷媒を送り込むために第１循環路４の第１ポンプ３２又は第２循環路６の第２ポンプ４２を使用すれば、追加のポンプを設ける必要が無い。ただし、電気化学圧縮機１１に冷媒液を供給できる限りにおいて、冷媒液導入路５８は、ヒートポンプ装置１００のどの位置から分岐していてもよい。例えば、蒸発器１０又は凝縮器１６から冷媒液を直接取得できるように、冷媒液導入路５８が蒸発器１０又は凝縮器１６に直接接続されていてもよい。さらに、冷媒液導入路５８が冷媒移送路１８から分岐していてもよい。

次に、ヒートポンプ装置１００の運転について説明する。

図１に示すように、電気化学圧縮機１１で圧縮された冷媒蒸気は、凝縮器１６において、第２熱交換器４３で過冷却された冷媒液と熱交換することによって凝縮する。凝縮器１６にて凝縮した冷媒液の一部は、冷媒移送路１８を経由して、蒸発器１０に移送される。蒸発器１０に貯留された冷媒液の一部は、第１ポンプ３２によって第１熱交換器３３に供給される。冷媒液は、第１熱交換器３３において室内の空気から熱を奪った後、蒸発器１０に戻る。蒸発器１０に貯留された冷媒液は、減圧下での沸騰により蒸発する。蒸発器１０で生成された冷媒蒸気が電気化学圧縮機１１に吸入される。これにより、室内の冷房が行われる。

図４に示すように、第１電極１２及び第２電極１４には、第１電極１２から第２電極１４に向かう方向に電界が生じるように直流電源５２が接続されている。第１電極１２の電位は、例えば、第２電極１４の電位よりも単セルあたり０．１〜１．３Ｖ程度高い。水素分子は、第１電極１２（アノード）にてプロトンと電子に分離する。プロトンは、電解質膜１３の内部を横断し、第２電極１４（カソード）にて電子を受け取って水素分子へと再結合する。このとき、極性物質のクラスターがプロトンにひきつられて第１電極１２に隣接した空間から第２電極１４に隣接した空間へと移動する。これにより、第１電極１２に隣接した空間の圧力が下がり、第２電極１４に隣接した空間の圧力が上がる。

図５に示すように、第２電極１４から第１電極１２に向かう方向に電界が生じるように、第１電極１２及び第２電極１４への印加電圧の極性を切り換えると、第１電極１２に隣接した空間の圧力が上がり、第２電極１４に隣接した空間の圧力が下がる。すると、図２に示すように、主回路２における冷媒の循環方向が反転する。これにより、室内の暖房が行われる。

図４及び図５に示すように、ヒートポンプ装置１００は、電気化学圧縮機１１への印加電圧の極性を切り換えることによって、第１運転モード（図１及び図４：冷房運転）と第２運転モード（図２及び図５：暖房運転）とを相互に切り替える電源制御部５４を備えている。言い換えると、電源制御部５４は、第１電極１２の電位が第２電極１４の電位よりも高い第１運転モードと、第２電極１４の電位が第１電極１２の電位よりも高い第２運転モードとを相互に切り換える。図１に示すように、第１運転モードは、第１循環路４が吸熱回路として機能し、かつ第２循環路６が放熱回路として機能する運転モードである。第１運転モードは、典型的には、室内の冷房を行う運転モードである。第２運転モードは、第１循環路４が放熱回路として機能し、かつ第２循環路６が吸熱回路として機能する運転モードである。第２運転モードは、典型的には、室内の暖房を行う運転モードである。電源制御部５４によれば、冷媒の流れ方向を切り換えるための回路（四方弁）を使用することなく、冷暖房の切り換えを行うことができる。

図１に示すように、第１運転モードでは、第２循環路６と同じ側に設けられた低温冷媒導入路３８の開閉弁３５が開けられ、第１循環路４と同じ側に設けられた低温冷媒導入路３８の開閉弁３５が閉じられる。図２に示すように、第２運転モードでは、第１循環路４と同じ側に設けられた低温冷媒導入路３８の開閉弁３５が開けられ、第２循環路６と同じ側に設けられた低温冷媒導入路３８の開閉弁３５が閉じられる。

電源制御部５４は、例えば、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。電源制御部５４と同様に、図３に示す弁制御部２３も汎用のＤＳＰでありうる。電源制御部５４のハードウェアは、弁制御部２３のハードウェアに共用化されていてもよい。さらに、これらの弁制御部２３及び電源制御部５４のハードウェアは、第１ポンプ３２、第２ポンプ４２、開閉弁３５及び三方弁６０を制御するための制御部のハードウェアに共用化されていてもよい。

（変形例）
図７に示す電気化学圧縮機１１Ａは、圧縮機本体１５及び非凝縮性ガス戻し路２８を備えている。すなわち、非凝縮性ガス戻し路２８が電気化学圧縮機１１Ａの一部であってもよい。非凝縮性ガス戻し路２８にはゲート２２が設けられている。特に、ゲート２２が大きいスペースを必要としない部品（例えば、水素分離膜）である場合には、非凝縮性ガス戻し路２８を電気化学圧縮機１１Ａの筐体の中に比較的容易に配置することができる。圧縮機本体１５は、先に説明したように、膜−電極接合体によって形成されている。

本明細書に開示されたヒートポンプ装置は、チラー、空気調和装置、温水暖房装置などに広く利用できる。

Claims (17)

1. 冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   電気化学的に活性な非凝縮性ガスを用い、前記蒸発器で蒸発した前記冷媒を圧縮する電気化学圧縮機と、
   前記電気化学圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷媒を移送するための冷媒移送路と、
   前記冷媒移送路とは別の経路であって、前記電気化学圧縮機の吐出側の高圧空間と前記電気化学圧縮機の吸入側の低圧空間とを連絡し、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻すように構成された非凝縮性ガス戻し路と、
   を備えた、ヒートポンプ装置。
2. 前記非凝縮性ガス戻し路に設けられ、前記高圧空間と前記低圧空間との間の圧力差を維持する能力と、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻す能力とを有するゲートをさらに備えた、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記ゲートは、キャピラリ、流量調整弁及び開閉弁から選ばれる少なくとも１つを含む、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記ゲートは、前記非凝縮性ガスの流れ方向の上流側に配置された上流弁と、前記流れ方向の下流側に配置された下流弁とを含み、
   前記ヒートポンプ装置は、（i）前記下流弁が閉じられ、前記上流弁が開かれるように前記上流弁及び前記下流弁を制御し、その後、（ii）前記下流弁が閉じられたまま前記上流弁が閉じられるように前記上流弁及び前記下流弁を制御し、さらにその後、（iii）前記上流弁が閉じられたまま前記下流弁が開かれるように前記上流弁及び前記下流弁を制御する弁制御部をさらに備えた、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記非凝縮性ガスが水素であり、
   前記ゲートは、水素を選択的に透過させる能力を有する水素透過膜を含む、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記非凝縮性ガス戻し路は、前記凝縮器の上部に接続された一端を有する、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
7. 前記高圧空間の一部を形成している構造であって、前記非凝縮性ガスの濃度を局所的に高めるように構成された非凝縮性ガストラップをさらに備え、
   前記非凝縮性ガス戻し路が前記非凝縮性ガストラップに接続されている、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
8. 前記非凝縮性ガストラップが前記凝縮器の上部に設けられている、請求項７に記載のヒートポンプ装置。
9. 前記非凝縮性ガストラップは、前記高圧空間の一部を囲っている隔壁と、前記隔壁で囲まれた空間の圧力を低下させる減圧機構とを含む、請求項７に記載のヒートポンプ装置。
10. 前記減圧機構は、前記凝縮器に保持された前記冷媒の一部を冷却することによって得られた低温冷媒を前記隔壁で囲まれた空間に導入する低温冷媒導入路である、請求項９に記載のヒートポンプ装置。
11. 前記冷媒は、水、アルコール及びアンモニアからなる群より選ばれる少なくとも１つの自然冷媒を含む、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
12. 前記非凝縮性ガスが水素である、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
13. 前記電気化学圧縮機及び前記非凝縮性ガス戻し路が、前記凝縮器に保持された前記冷媒の液面及び前記蒸発器に保持された前記冷媒の液面よりも鉛直方向の上方に位置するように、前記電気化学圧縮機、前記非凝縮性ガス戻し路、前記凝縮器及び前記蒸発器の位置関係が定められている、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
14. 第１ポンプ及び第１熱交換器を有し、前記第１ポンプの働きによって前記蒸発器と前記第１熱交換器との間で前記冷媒又は他の熱媒体を循環させる第１循環路と、
    第２ポンプ及び第２熱交換器を有し、前記第２ポンプの働きによって前記凝縮器と前記第２熱交換器との間で前記冷媒又は他の熱媒体を循環させる第２循環路と、
    前記電気化学圧縮機への印加電圧の極性を切り換えることによって、前記第１循環路が吸熱回路として機能し、かつ前記第２循環路が放熱回路として機能する第１運転モードと、前記第１循環路が放熱回路として機能し、かつ前記第２循環路が吸熱回路として機能する第２運転モードとを相互に切り換える電源制御部と、
    をさらに備えた、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
15. 前記ヒートポンプ装置の起動時において、前記電気化学圧縮機の電解質膜を液相の前記冷媒で湿らせる起動補助機構をさらに備えた、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
16. 冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    電解質膜と、前記電解質膜の第１主面側に配置された分子透過性の第１電極と、前記電解質膜の第２主面側に配置された分子透過性の第２電極とを有し、電気化学的に活性な非凝縮性ガスを用い、前記蒸発器で蒸発した前記冷媒を圧縮する電気化学圧縮機と、
    前記電気化学圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記第１電極の電位が前記第２電極の電位よりも高い第１運転モードと、前記第２電極の電位が前記第１電極の電位よりも高い第２運転モードとを相互に切り換える電源制御部と、
    を備えた、ヒートポンプ装置。
17. 前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷媒を移送するための冷媒移送路と、
    前記冷媒移送路とは別の経路であって、前記電気化学圧縮機の吐出側の高圧空間と前記電気化学圧縮機の吸入側の低圧空間とを連絡し、前記高圧空間から前記低圧空間へと前記非凝縮性ガスを戻すように構成された非凝縮性ガス戻し路と、
    をさらに備えた、請求項１６に記載のヒートポンプ装置。

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