特許 6028758 吸着式ヒートポンプシステム及び冷熱生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6028758

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】吸着式ヒートポンプシステム及び冷熱生成方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 17/08 20060101AFI20161107BHJP

【ＦＩ】

   F25B17/08 A

   F25B17/08 B

   F25B17/08 Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-60600(P2014-60600)

(22)【出願日】2014年3月24日

(65)【公開番号】特開2015-183930(P2015-183930A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2015年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】廣田 靖樹

(72)【発明者】

【氏名】山内 崇史

(72)【発明者】

【氏名】岩田 隆一

(72)【発明者】

【氏名】志満津 孝

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１３０８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１４５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４１３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３２２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０１６６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２１５０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６５９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着質を吸着すると共に、再生温度以上の熱を受けて再生される第１吸着器と、
前記第１吸着器の吸着剤と異なる特性の吸着剤を備え、前記吸着質を吸着すると共に、再生温度以上の熱を受けて再生される第２吸着器と、
仕切部材により仕切られ運転中に圧力が異なる高圧室と低圧室とを備える蒸発器と、前記第１吸着器を前記低圧室と接続する第１配管と、前記第２吸着器を前記高圧室と接続する第２配管と、を備え、前記吸着質を蒸発させ、前記第１吸着器及び前記第２吸着器に対し異なる圧力で吸着質の蒸気を供給する蒸気供給部材と、
を有し、
前記第２吸着器の吸着容量よりも前記第１吸着器の吸着容量が大きく、
前記第１吸着器の吸着熱で前記第２吸着器を再生させる
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項2】

前記第２吸着器が複数備えられ、前記蒸発器から供給された前記蒸気の吸着と、前記第１吸着器からの受熱による再生とを複数の前記第２吸着器で切り替える請求項１に記載の吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項3】

前記第１吸着器から前記第２吸着器への熱伝達及び前記第２吸着器の冷却の媒体が水蒸気である請求項１又は請求項２に記載の吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項4】

吸着質を吸着すると共に、再生温度以上の熱を受けて再生される第１吸着器及び第２吸着器に対し、蒸発器から異なる圧力で前記吸着質の蒸気を供給して吸着させることで前記蒸発器で冷熱を生成し、
前記第２吸着器の吸着容量よりも大きな吸着容量の前記第１吸着器の吸着熱で前記第２吸着器を再生させる冷熱生成方法。

【請求項5】

前記第２吸着器が複数備えられ、前記蒸発器から供給された前記蒸気の吸着と、前記第１吸着器からの受熱による再生とを複数の第２吸着器で切り替える請求項４に記載の冷熱生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸着式ヒートポンプシステム及び冷熱生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

吸着式ヒートポンプとして、特許文献１には、一対の吸着器と、凝縮器及び蒸発器を備えた構成が記載されている。

【0003】

このような構成の吸着式ヒートポンプにおいて、吸着器における吸着時と脱着時の温度差（温度スイング）が大きいと、効率的に冷熱を得ることが難しい。実際の吸着式ヒートポンプでは、より効率的に冷熱を得ることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１５１３８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は上記事実を考慮し、効率的な冷熱生成が可能な吸着式ヒートポンプシステム及び冷熱生成方法を得ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の発明では、吸着質を吸着すると共に、再生温度以上の熱を受けて再生される第１吸着器と、前記第１吸着器の吸着剤と異なる特性の吸着剤を備え、前記吸着質を吸着すると共に、再生温度以上の熱を受けて再生される第２吸着器と、仕切部材により仕切られ運転中に圧力が異なる高圧室と低圧室とを備える蒸発器と、前記第１吸着器を前記低圧室と接続する第１配管と、前記第２吸着器を前記高圧室と接続する第２配管と、を備え、前記吸着質を蒸発させ、前記第１吸着器及び前記第２吸着器に対し異なる圧力で吸着質の蒸気を供給する蒸気供給部材と、を有し、前記第２吸着器の吸着容量よりも前記第１吸着器の吸着容量が大きく、前記第１吸着器の吸着熱で前記第２吸着器を再生させる。

【0007】

この吸着式ヒートポンプシステムでは、蒸気供給部材が吸着質を蒸発させることで冷熱が生成される。この吸着質の蒸気は、第１吸着器及び第２吸着器が吸着する。第１吸着器は、第１吸着器の再生温度以上の熱を受けて再生される。第２吸着器は、第２吸着器の再生温度以上の熱を受けて再生される。第１吸着器及び第２吸着器は、再生されると、あらたに吸着質の蒸気を吸着できる。

【0008】

蒸気供給部材は、第１吸着器及び第２吸着器に対し、異なる圧力で吸着質の蒸気を供給する。したがって、第１吸着器及び第２吸着器の少なくとも一方では、吸着時の圧力（相対圧）が高まり、吸着材により多くの吸着質を吸着できるので、効率的な冷熱生成が可能である。吸着と脱着との温度差の小さい吸着剤を用いることで、吸着時および脱着時の顕熱によるロスを少なくすることも可能である。

【0009】

蒸気供給部材は、運転中に圧力が異なる高圧室と低圧室とを備える蒸発器と、第１吸着器を低圧室と接続する第１配管と、第２吸着器を高圧室と接続する第２配管と、を備える。

【0011】

したがって、蒸発器の運転中に、蒸発器に高圧室と低圧室とが構成される。そして、低圧室の蒸気を、第１配管を通じて第１吸着器に供給でき、高圧室の蒸気を第２配管を通じて第２吸着器に供給できる。第２吸着器では、吸着時の圧力が高いので、吸着材に、より多くの吸着質を吸着できる。第１配管及び第２配管を備えた簡単な構造で、第１吸着器を低圧室と、第２吸着器を高圧室と、それぞれ接続し、異なる圧力の蒸気を第１吸着器及び第２吸着器に供給できる。

【0012】

蒸発器は、仕切部材により、高圧室と低圧室とに仕切られる。

【0013】

したがって、蒸発器を仕切部材で仕切る簡単な構造で、蒸発器に、高圧室と低圧室とを構成できる。

【0014】

第１吸着器の吸着剤と第２吸着器の吸着剤とは異なる特性である。

【0015】

このように、第１吸着器と第２吸着器とで異なる特性の吸着剤を用いることで、異なる圧力で供給された蒸気を効率的に吸着できる。

【0016】

そして、第１吸着器の吸着熱で第２吸着器を再生させる。

【0017】

すなわち、第１吸着器の吸着熱を、第２吸着器の再生に用いるので、第１吸着器の吸着熱を有効に利用できる。

【0020】

第１吸着器の吸着容量は第２吸着器の吸着容量よりも大きい。

【0021】

このように、第１吸着器の熱容量が大きいと、低圧室から低圧の蒸気が第１吸着器に移動しても、第１吸着器による蒸気の吸着が容易であり、低圧の蒸気を用いて冷熱が生成できる。

【0022】

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第２吸着器が複数備えられ、前記蒸発器から供給された前記蒸気の吸着と、前記第１吸着器からの受熱による再生とを複数の前記第２吸着器で切り替える。

【0023】

したがって、複数の第２吸着器の一部で蒸気の吸着を行いながら、他の第２吸着器を再生させ、これを適宜切り替えることで、複数の第２吸着器の全体では、連続した蒸気吸着が可能である。

【0024】

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第１吸着器から前記第２吸着器への熱伝達及び前記第２吸着器の冷却の媒体が水蒸気である。

【0025】

水蒸気は液体の水と比較して顕熱が小さいので、第１吸着器から第２吸着器への熱伝達や、第２吸着器の冷却を効率的に行うことができる。

【0026】

請求項４に記載の発明では、吸着質を吸着すると共に、再生温度以上の熱を受けて再生される第１吸着器及び第２吸着器に対し、蒸発器から異なる圧力で前記吸着質の蒸気を供給して吸着させることで前記蒸発器で冷熱を生成し、前記第２吸着器の吸着容量よりも大きな吸着容量の前記第１吸着器の吸着熱で前記第２吸着器を再生させる。

【0027】

この冷熱生成方法では、蒸発器が吸着質を蒸発させることで冷熱を生成する。吸着質の蒸気は第１吸着器及び第２吸着器に吸着させる。第１吸着器は、第１吸着器の再生温度以上の熱を受けて再生される。第２吸着器は、第２吸着器の再生温度以上の熱を受けて再生される。第１吸着器及び第２吸着器が再生されると、あらたに吸着質の蒸気を吸着できる。

【0028】

蒸発器は、第１吸着器及び第２吸着器に対し、異なる圧力で吸着質の蒸気を供給して吸着させる。第１吸着器及び第２吸着器の少なくとも一方では、吸着時の圧力（相対圧）が高まり、吸着材により多くの吸着質を吸着できるので、効率的な冷熱生成が可能である。吸着と脱着との温度差の小さい吸着材を用いることで、吸着時および脱着時の顕熱によるロスを少なくすることも可能となる。

【0029】

そして、第２吸着器の吸着容量よりも大きな吸着容量の第１吸着器の吸着熱で第２吸着器を再生させる。

【0030】

すなわち、第１吸着器の吸着熱を、第２吸着器の再生に用いるので、第１吸着器の吸着熱を有効に利用できる。

【0031】

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記第２吸着器が複数備えられ、前記蒸発器から供給された前記蒸気の吸着と、前記第１吸着器からの受熱による再生とを複数の第２吸着器で切り替える。

【0032】

したがって、複数の第２吸着器の一部で蒸気の吸着を行いながら、他の第２吸着器を再生させ、これを適宜切り替えることで、複数の第２吸着器の全体では、連続した蒸気吸着が可能である。

【発明の効果】

【0033】

本発明は上記構成としたので、効率的な冷熱生成が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。

【図2A】本発明の第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステムの運転状態を示す説明図である。

【図2B】本発明の第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステムの運転状態を示す説明図である。

【図3】第１比較例の吸着式ヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。

【図4A】第１比較例の吸着式ヒートポンプシステムの運転状態を示す説明図である。

【図4B】第１比較例の吸着式ヒートポンプシステムの運転状態を示す説明図である。

【図5】シリカゲルの吸着等温線を示すグラフである。

【図6】ＡＬＰＯ５の吸着等温線を示すグラフである。

【図7】本発明の第２実施形態の吸着式ヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。

【図8】第２比較例の吸着式ヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。

【図9】ゼオライト １３Ｘの吸着等温線を示すグラフである。

【図10】ＦＡＭ−Ｚ０１及びシリカゲルの吸着等温線を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１には、本発明の第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステム（以下では「ヒートポンプ」と略記する）１２が示されている。

【0036】

ヒートポンプ１２は、蒸発器１４、第１吸着器２０、第２吸着器２２、凝縮器２４及びタンク２６を備えている。特に第１実施形態では、第１吸着器２０は１台であるが、第２吸着器２２は２台備えている。以下において、２台の第２吸着器２２を区別する場合は、第２吸着器２２Ａ及び第２吸着器２２Ｂとする。なお、第２吸着器２２は複数台あればよく、３台以上であってもよい。

【0037】

蒸発器１４は、第１蒸発器１６と第２蒸発器１８とを有している。第１蒸発器１６及び第２蒸発器１８は、熱交換流体が流れる流体管２８に沿って配置されており、熱交換流体が矢印Ｆ１方向に流れる。すなわち、第１蒸発器１６と第２蒸発器１８とは、熱交換流体の流れ方向で直列接続されている。そして、第１蒸発器１６及び第２蒸発器１８は、内部で吸着質が蒸発する際の気化熱により、熱交換流体からエネルギー（熱量）を吸収する動作（冷熱生成）を行うことが可能である。ヒートポンプ１２の運転中は、熱交換流体の液温は、第１蒸発器１６を通過することでＴ５（たとえば３０℃）からＴ６（たとえば２２℃）に低下し、第２蒸発器１８を通過することでＴ６からＴ７（たとえば１５℃）に低下する。そして、第１蒸発器１６の内部のほうが第２蒸発器１８の内部よりも高圧である。すなわち、第１実施形態では、蒸発器１４において、第１蒸発器１６が高圧室、第２蒸発器１８が低圧室として機能している。

【0038】

タンク２６と第１蒸発器１６、第２蒸発器１８及び第１吸着器２０とは、供給配管３０で接続されており、タンク２６内の熱伝達媒体が、第１蒸発器１６、第２蒸発器１８及び第１吸着器２０に送られる。熱伝達媒体としては水が用いられており、液体の水が、タンク２６から、第１蒸発器１６、第２蒸発器１８及び第１吸着器２０に送られる。第１吸着器２０内では、吸着剤が吸着質を吸着する際の反応熱で、熱伝達媒体が気化される。

【0039】

２台の第２吸着器２２のそれぞれは、熱伝達媒体の流路で考えると、第１吸着器２０に対しては直列になる（２台の第２吸着器２２相互では並列になる）ように、蒸気配管３２により第１吸着器２０と接続されている。蒸気配管３２は蒸気バルブ３４により開閉され、開状態では、第１吸着器２０から第２吸着器２２に気体状の熱伝達媒体が流れる。特に、第１実施形態では、２台の第２吸着器２２のいずれか一方に選択的に、第１吸着器２０から熱伝達媒体を送ることが可能である。

【0040】

２台の第２吸着器２２のそれぞれからは、還流配管３６が延出されている。第２吸着器２２側のそれぞれの還流配管３６は途中の合流部３８で合流している。合流部３８で一本化された還流配管３６は凝縮器２４に接続されている。第２吸着器２２のそれぞれと合流部３８との間には還流バルブ４０が設けられており、開状態では、第２吸着器２２から凝縮器２４に気体状の熱伝達媒体が流れる。特に、第１実施形態では、２台の第２吸着器２２のいずれか一方から選択的に、凝縮器２４へ熱伝達媒体を送ることが可能である。

【0041】

凝縮器２４とタンク２６とは、戻し配管４２で接続されており、凝縮器２４で凝縮（液化）された熱伝達媒体をタンク２６に戻すことができる。

【0042】

第２蒸発器１８と第１吸着器２０とは、第１配管４４で接続されている。第１配管４４は、第１バルブ４６により開閉され、開状態では、第２蒸発器１８から第１吸着器２０に、吸着質（第１実施形態では蒸気）が流れる。第１吸着器２０内の吸着剤で、吸着質の蒸気が吸着されるが、第１吸着器２０は、再生温度以上の熱を受けると、吸着剤から吸着質が蒸発し、再生される。

【0043】

第１蒸発器１６と第２吸着器２２のそれぞれとは、第２配管４８で接続されている。第２配管４８は、第２バルブ５０により開閉され、開状態では、第１蒸発器１６から第２吸着器２２に吸着質（第１実施形態では蒸気）が流れる。特に第１実施形態では、２台の第２吸着器２２のいずれか一方へ選択的に、第１蒸発器１６から吸着質を送ることが可能である。第２吸着器２２内の吸着剤で、吸着質の蒸気が吸着されるが、第２吸着器２２は、再生温度以上の熱を受けると、吸着剤から吸着質が蒸発し、再生される。

【0044】

第１吸着器２０及び第２吸着器２２のそれぞれと凝縮器２４とは蒸気配管５２、５４で接続されている。蒸気配管５２、５４のそれぞれは蒸気バルブ５６、５８で開閉されるようになっており、開状態では、第１吸着器２０及び第２吸着器２２の再生時に生じた気体状の吸着質（具体的には蒸気）を凝縮器２４に戻すことができる。

【0045】

第１実施形態では、第１吸着器２０の吸着容量は、第２吸着器２２の吸着容量よりも大きく（たとえば２倍以上、好ましくは１０倍以上に）設定されている。

【0046】

上記したそれぞれのバルブの開閉は、図示しない制御装置で制御される。

【0047】

第１実施形態では、第１吸着器２０と第２吸着器２２とは、異なる吸着剤が収容されている。一例として、第１吸着器２０の吸着剤はＣａＯ、第２吸着器２２の吸着剤はＲＤシリカゲル（又は後述するＡＬＰＯ５）を挙げることができる。

【0048】

次に、第１実施形態の作用及び冷熱生成方法を、図３に示す第１比較例の作用及び冷熱生成方法と比較して説明する。第１比較例のヒートポンプ１１２において、第１実施形態のヒートポンプ１２と同一の部材については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0049】

第１比較例のヒートポンプ１１２では、蒸発器１１４の内部に高圧室と低圧室とが設けられておらず、単一の圧力室を有している。流体管２８を通る熱交換流体の液温は、蒸発器１１４を通過することで、Ｔ５（たとえば３０℃）からＴ７（たとえば１５℃）に低下する。

【0050】

また、第１比較例の吸着式ヒートポンプ１１２では、１台の第２吸着器１１６を有している。そして、第１吸着器２０からの蒸気が、蒸気配管３２を通じて第２吸着器１１６に流れる。

【0051】

第１比較例のヒートポンプ１１２において、第１吸着器２０の吸着剤が再生されている状態から冷熱を生成するには、まず、図４Ａに矢印Ｆ２で示すように、第１吸着器２０の吸着剤に蒸発器１１４から蒸気を吸着させ、蒸発器１１４で冷熱を生成する。蒸発器１１４を通過する熱交換流体の温度は、Ｔ５（たとえば３０℃）からＴ７（たとえば１５℃）に低下する。

【0052】

第１吸着器２０の吸着剤で蒸気を吸着する際に生じた反応熱により、第１吸着器２０では、熱伝達媒体としての水（タンク２６から送られた水）が気化する。そして、この蒸気が、矢印Ｆ３で示すように、第２吸着器１１６に送られる。第２吸着器１１６は、この蒸気の熱（たとえば８０℃程度）を受けることにより再生される。

【0053】

そして、図４Ｂに矢印Ｆ４で示すように、再生された第２吸着器１１６の吸着剤に蒸発器１１４から蒸気を吸着させ、蒸発器１１４で冷熱を生成する。ただし、この場合、蒸発器１１４はすでに１５℃に低下しているので、第２吸着器１１６には、蒸発器１１４を１５℃以下の温度に対応する圧力まで減圧させる能力が求められる。

【0054】

なお、第１比較例において、第１吸着器２０の再生は、たとえば第１吸着器２０の外部から作用する廃熱等を利用して行う。

【0055】

これに対し、第１実施形態のヒートポンプ１２を用い、第１吸着器２０の吸着剤が再生されている状態から冷熱を生成するには、以下の工程を行う。

【0056】

まず、図２Ａに矢印Ｆ５で示すように、第２吸着器２２のいずれか一方（ここでは、第２吸着器２２Ａ）の吸着剤に、第１蒸発器１６から蒸気を吸着させ、第１蒸発器１６で冷熱を生成する。第１蒸発器１６を通過する熱交換流体の温度は、たとえば、Ｔ５（たとえば３０℃）からＴ６（たとえば２２℃）に低下する。

【0057】

第１蒸発器１６での冷熱生成と並行して、あるいは冷熱生成後に、矢印Ｆ６で示すように、第１吸着器２０の吸着剤に、第２蒸発器１８から蒸気を吸着させ、第２蒸発器１８で冷熱を生成する。第２蒸発器１８を通過する熱交換流体の温度は、Ｔ６（たとえば２２℃）からＴ７（たとえば１５℃）に低下する。

【0058】

このとき、第１吸着器２０では、吸着質を吸着することで吸着熱が生じる。この吸着熱により、熱伝達媒体である水（タンク２６から送られた水）を蒸発させ、蒸気を矢印Ｆ７で示すように、第２吸着器２２Ｂに送り、第２吸着器２２Ｂの吸着剤を再生する。すなわち、第１吸着器２０による蒸気の吸着と、第２吸着器２２Ｂの再生とが並行して行われる。

【0059】

第２吸着器２２Ｂの吸着剤の再生を行いつつ、あるいは再生後に、図２Ｂに矢印Ｆ８で示すように、第２吸着器２２Ｂの吸着剤に、第１蒸発器１６から蒸気を吸着させ、第１蒸発器１６で冷熱を生成する。第１蒸発器１６での冷熱生成と並行して、あるいは冷熱生成後に、矢印Ｆ９で示すように、第１吸着器２０の吸着剤に、第２蒸発器１８から蒸気を吸着させ、第２蒸発器１８で冷熱を生成する。また、矢印Ｆ１０で示すように、第１吸着器２０の吸着熱（蒸気）を第２吸着器２２Ａに送ることにより、第２吸着器２２Ａの吸着剤を再生する。すなわち、第１吸着器２０による蒸気の吸着と、第２吸着器２２Ａの吸着剤の再生とが並行して行われる。

【0060】

特に、第１実施形態では、第１吸着器２０の吸着容量は、第２吸着器２２の吸着容量よりも大きい（たとえば２倍以上、好ましくは１０倍以上）。したがって、以上のように、第１吸着器２０は連続的にあるいは断続的に吸着質を吸着させながら、２つの第２吸着器２２において吸着質の吸着と再生とを行うことが可能である。

【0061】

なお、第１実施形態において、第１吸着器２０の再生は、たとえばヒートポンプ１２の停止時に第１吸着器２０の外部から作用する廃熱等を利用して行う。

【0062】

図５には、第１実施形態及び第１比較例における、相対圧と吸着量の関係が示されている。図５におけるグラフの曲線は、所定温度（この例では２５℃）におけるＲＤシリカゲル（第２吸着器２２の吸着剤の例）の吸着等温線Ｌ１である。図５における相対圧Φ１、Φ２を以下の式で定義するにあたり、以下の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を導入する。

【0063】

Ｔ１＝第２吸着器２２の再生温度、
Ｔ２＝凝縮器２４の温度、
Ｔ３＝第２吸着器２２の冷却温度、
Ｔ４＝蒸発器１４における冷却後の温度。

【0064】

具体的な例を示すと、Ｔ１＝８０℃、Ｔ２＝３５℃、Ｔ３＝３５℃、Ｔ４＝２２℃（第１実施形態）、１５℃（第１比較例）である。

【0065】

そして、各温度における飽和蒸気圧をＰで示す。このとき、
Φ１＝Ｐ（Ｔ２）／Ｐ（Ｔ１）、
Φ２＝Ｐ（Ｔ４）／Ｐ（Ｔ３）である。
具体的には、
Φ１＝Ｐ（３５℃）／Ｐ（８０℃）、
Φ２（第１比較例）＝Ｐ（１５℃）／Ｐ（３５℃）、
Φ２（第１実施形態）＝Ｐ（２２℃）／Ｐ（３５℃）
である。そして、相対圧がΦ２の状態とΦ１の状態との吸着量の差が、実質的に吸着剤で吸着できる吸着量である。

【0066】

図５から分かるように、第１比較例の場合のΦ２は０．３であるのに対し、第１実施形態の場合のΦ２は０．５と高くなっている。吸着等温線Ｌ１は単調増加しているので、第１比較例の吸着量Δｑよりも、第１実施形態の吸着量Δｑのほうが多い。すなわち、第１実施形態では、第１比較例よりも多くの吸着質を吸着でき、吸着剤の利用率が向上している。換言すれば、図５のグラフにおいて、第１実施形態のΦ２の位置が、第１比較例のΦ２の位置よりも右側にある。

【0067】

そこで、第２吸着器２２の吸着剤として、上記したＲＤシリカゲルに代えて、図６に示す吸着等温線Ｌ２にしたがう吸着剤を使用する場合を考える。なお、図６に示す吸着等温特性を示す吸着剤としては、ＡＬＰＯ５を挙げることができる。また、この場合における第１吸着器２０の吸着剤としては、たとえば、ゼオライトを挙げることができる。

【0068】

図６の吸着等温特性を示す吸着剤では、相対圧が０．２に達するまでは吸着量の増加が緩やかであるが、相対圧が０．２から０．３５の間では吸着量が大きく増えている。そして、相対圧が０．３５を超えると、再び吸着量の増加は緩やかになる。したがって、図６に示す吸着等温特性の吸着剤では、Φ１＝０．２、Φ２＝０．３５に設定しても、十分に大きな吸着量Δｑが得られる。そして、Φ１＝０．２とした場合、たとえば、Ｔ１＝７５℃、Ｔ２＝４０℃、Ｔ３＝４０℃、Ｔ４＝２２℃に設定できる。

【0069】

ここで、第２吸着器２２における温度差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ３を考えると、この温度差ΔＴは、第２吸着器２２の駆動時の温度差（温度スイング）である。ΔＴの値が小さいほど、第２吸着器２２において、吸着質を吸着及び脱着するときに顕熱として失われる（利用できない）熱量が少なくなる。すなわち、図６に示す吸着等温特性の吸着剤を用いると、Ｔ１とＴ３の差を、図５に示す吸着等温特性の吸着剤よりも小さくできるため、吸着質を吸着及び脱着するときに顕熱として失われる熱量が少なくなり、冷熱生成の効率が高くなる。

【0070】

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

【0071】

図７には、第２実施形態のヒートポンプ７２が示されている。第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0072】

第２実施形態では、第１蒸発器１６と第２蒸発器１８における熱交換流体の流れ方向が矢印Ｆ１１方向、すなわち、第１実施形態とは逆である。したがって、熱交換流体の液温は、第２蒸発器１８を通過することでＴ５（たとえば３０℃）からＴ６（たとえば２２℃）に低下し、第１蒸発器１６を通過することでＴ６からＴ７（たとえば１５℃）に低下する。

【0073】

第２実施形態では、第１実施形態よりも、第１吸着器２０と第２蒸発器１８の間の圧力が高い。すなわち、第２実施形態では、蒸発器１４において、第２蒸発器１８が高圧室、第１蒸発器１６が低圧室として機能している。第１配管４４は、第１蒸発器１６と第２吸着器２２とを接続し、第２配管４８は、第２蒸発器１８と第１吸着器２０とを接続している。

【0074】

そして、第１吸着器２０での吸着時の反応温度が、第１実施形態よりも高い。このように、第１吸着器２０の反応温度が高くなると、第１吸着器２０から第２吸着器２２に送られる蒸気の温度も高くなり、第２吸着器２２における再生温度が高くなる。

【0075】

図９には、第２実施形態において適用可能な第１吸着器２０の吸着剤（具体的にはゼオライト １３Ｘ）の吸着等温線が示されている。また、図１０には、第２実施形態において適用可能な第２吸着器２２の吸着剤（具体的には、ＦＡＭ Ｚ０１（三菱樹脂株式会社の商品名）及びシリカゲル）の吸着等温線が示されている。

【0076】

図１０から分かるように、第２実施形態において、第２吸着器２２の吸着剤であるＦＡＭ Ｚ０１及びシリカゲルは、温度上昇に伴い、吸着等温線がグラフ上で右側にシフトする吸着剤である。すなわち、このような吸着剤では、再生温度が高くなると、より再生が容易になる。第２実施形態では、第１実施形態と比較して、第１吸着器２０の反応温度が高いので、第２吸着器２２の再生温度も高くなり、再生が容易である。

【0077】

特に、ＦＡＭ Ｚ０１は、温度上昇に伴い、吸着等温線が図１０の右側に大きくシフトするので、第２実施形態における第２吸着器２２の吸着剤として好ましい材料である。

【0078】

図８には、第２比較例のヒートポンプ１２２が示されている。第２比較例のヒートポンプ１２２は、第１比較例のヒートポンプ７２と略同一構成であるが、第２実施形態と同様に、第１蒸発器１６と第２蒸発器１８における熱交換流体の流れ方向が矢印Ｆ１１方向、すなわち、第１比較例と逆である。第２比較例における第１吸着器２０の吸着剤及び第２吸着器１１６の吸着剤は、第２実施形態と同一である。

【0079】

第２比較例において、一例として、第１吸着器２０の吸着反応において相対圧０．０５の吸着量まで吸着させると仮定すると、第１吸着器２０及び第２吸着器１１６をいずれも１５℃における飽和蒸気圧で駆動される。そして、第１吸着器２０が所定の温度Ｔ８（たとえば７２℃）まで上昇すると、第２吸着器１１６もこの温度Ｔ８で再生される。

【0080】

これに対し、第２実施形態で、第２比較例と同様に、第１吸着器２０の吸着反応において相対圧０．０５の吸着量まで吸着させると仮定する。この場合、第１吸着器２０の温度を、第２比較例の温度Ｔ８よりも高い温度Ｔ９（たとえば８３℃）まで上昇させることができ、第２吸着器２２の再生が容易である。また、第２実施形態において、第２吸着器２２の再生温度がＴ９よりも低くても十分である場合、たとえば、温度Ｔ８で第２吸着器２２を再生する場合は、第１吸着器２０の吸着反応において相対圧０．０８程度まで吸着させることができ、吸着量が多くなる。

【0081】

上記では、蒸発器１４が、第１蒸発器１６と第２蒸発器１８とに分離された構造を挙げているが、要するに、蒸発器１４の内部が、仕切壁等の仕切部材で仕切られて、高圧室と低圧室とが構成されていればよい。図１に示す例では、第１蒸発器１６と第２蒸発器１８のそれぞれの対向面が仕切部材として作用している。仕切部材を設ける簡単な構造で、蒸発器１４内に、高圧室と低圧室とを構成できる。

【0082】

また、第１蒸発器１６と第２吸着器２２とを第２配管４８で接続する簡単な構造で、第１蒸発器１６の蒸気を第２吸着器２２に送ることが可能である。同様に、第２蒸発器１８と第１吸着器２０とを第１配管４４で接続する簡単な構造で、第２蒸発器１８の蒸気を第１吸着器２０に送ることが可能である。

【0083】

本発明の蒸気供給部材としては、上記した蒸発器１４に限定されず、要するに、第１吸着器２０と第２吸着器２２とに異なる蒸気圧で蒸気を供給できればよい。上記実施形態のように蒸発器１４を蒸気供給部材として用いることで、蒸発器１４での吸着質の蒸発による冷熱生成と蒸気の供給とを効率的に行うことが可能である。

【0084】

本発明において、上記説明から分かるように、第１吸着器２０の再生には、たとえば外部から作用する廃熱を用いる。このため、ヒートポンプとしては、第１吸着器２０の再生のための熱源は不要である。もちろん、本発明のヒートポンプが、このような熱源を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0085】

１２ ヒートポンプ
１４ 蒸発器
１６ 第１蒸発器
１８ 第２蒸発器
２０ 第１吸着器
２２Ａ、２２Ｂ 第２吸着器
２８ 流体管
３０ 供給配管
３２ 蒸気配管
３４ 蒸気バルブ
４４ 第１配管
４８ 第２配管
５２ 蒸気配管
５６ 蒸気バルブ
７２ ヒートポンプ

【図1】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図8】

【図9】

【図10】

【図2A】

【図7】