特開 2022-180704 吸着式ヒートポンプ、吸着式ヒートポンプシステム、制御装置、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022180704

(43)【公開日】2022-12-07

(54)【発明の名称】吸着式ヒートポンプ、吸着式ヒートポンプシステム、制御装置、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   F25B 17/08 20060101AFI20221130BHJP

【ＦＩ】

F25B17/08 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021087331

(22)【出願日】2021-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000116655

【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】秋田 智行

(72)【発明者】

【氏名】廣田 靖樹

(72)【発明者】

【氏名】神谷 隆太

(72)【発明者】

【氏名】神谷 啓志

(72)【発明者】

【氏名】深澤 義宏

【テーマコード（参考）】

3L093

【Ｆターム（参考）】

3L093NN03

3L093PP04

3L093PP12

(57)【要約】

【課題】熱源における熱の供給と冷熱の需要との不一致を補うことが可能な吸着式ヒートポンプを提供する。
【解決手段】吸着式ヒートポンプは、吸着質を蒸発させる蒸発器と、蒸発器と接続され、蒸発器から供給される吸着質を吸脱着可能な吸着器と、吸着器と接続され、吸着器から脱着された吸着質を凝縮する凝縮器と、熱源の熱を輸送する熱媒が循環する循環流路と、蒸発器と接続され蒸発器から供給される吸着質を吸着し、熱媒が輸送する熱を利用して、自身に吸着された吸着質を脱着させることにより蓄熱可能な蓄熱器と、を備え、循環流路は、熱媒を介して蓄熱器に熱を供給するための第３熱媒流路と、第３熱媒流路をバイパスする第４熱媒流路と、を備え、吸着式ヒートポンプは、さらに、循環流路において熱媒の流路を切替え可能な循環流路切替部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着式ヒートポンプであって、
吸着質を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器と接続され、前記蒸発器から供給される前記吸着質を吸脱着可能な吸着器と、
前記吸着器と接続され、前記吸着器から脱着された前記吸着質を凝縮する凝縮器と、
熱源の熱を輸送する熱媒が循環する循環流路と、
前記蒸発器と接続され前記蒸発器から供給される前記吸着質を吸着し、前記熱媒が輸送する熱を利用して、自身に吸着された前記吸着質を脱着させることにより蓄熱可能な蓄熱器と、
を備え、
前記循環流路は、
前記吸着器に熱を供給するための第１熱媒流路と、
前記吸着器に熱を供給した後の前記熱媒を前記熱源に戻す第２熱媒流路と、
前記第１熱媒流と前記第２熱媒流路とを連通し、前記熱媒を介して前記蓄熱器に熱を供給するための第３熱媒流路と、
前記第１熱媒流と前記第２熱媒流路とを連通し、前記第３熱媒流路をバイパスする第４熱媒流路と、
を備え、
前記吸着式ヒートポンプは、さらに、
前記循環流路において前記熱媒の流路を切替え可能な循環流路切替部と、
を備える、
吸着式ヒートポンプ。

【請求項2】

吸着式ヒートポンプシステムであって、
請求項１に記載の吸着式ヒートポンプと、
前記ヒートポンプを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記吸着器において、前記吸着質を吸着させる吸着工程と、前記熱媒の熱を利用して前記吸着質を脱着させる脱着工程を１サイクルとして、複数サイクルを繰返させる吸脱着サイクル制御と、
前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第３熱媒流路により接続した第１循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させて、前記蓄熱器に熱を供給させる蓄熱制御と、
前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第４熱媒流路により接続した第２循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させる、バイパス制御と、
を、前記吸脱着サイクル制御を行っている間に、前記蓄熱制御と前記バイパス制御と、を切替えて行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項3】

請求項２に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記制御装置は、
前記第３熱媒流路の入口における前記熱媒の温度である入口温度が、前記蓄熱器における前記吸着質の脱着が可能な温度である脱着可能温度の場合に、前記蓄熱制御を行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項4】

請求項３に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記制御装置は、
前記入口温度が脱着可能温度より低い場合は、前記バイパス制御を行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項5】

請求項３に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記制御装置は、
前記入口温度が前記脱着可能温度より低い場合であって、前記蓄熱器の温度が前記脱着可能温度より低い場合は、前記蓄熱制御を行い、
前記入口温度が前記脱着可能温度より低い場合であって、前記蓄熱器の温度が前記脱着可能温度以上の場合は、前記バイパス制御を行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項6】

請求項２に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記制御装置は、
前記第３熱媒流路の入口における前記熱媒の温度である入口温度が、前記蓄熱器の温度より高い場合に、蓄熱制御を行い、
前記入口温度が、前記蓄熱器の温度以下の場合に、前記バイパス制御を行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項7】

請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記制御装置は、
前記サイクルにおける予め定められた蓄熱期間の間、前記蓄熱制御を実行し、
前記蓄熱期間は、前記サイクルにおける時間と、前記熱媒の前記入口温度との関係を用いて、前記入口温度が前記脱着可能温度になると予測される期間に予め設定されている、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項8】

請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記熱媒の前記入口温度を検出する温度センサを、さらに備え、
前記制御装置は、
前記温度センサにより検出された前記入口温度に基づいて、前記蓄熱制御と前記バイパス制御との切替を行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項9】

請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の吸着式ヒートポンプシステムであって、
前記制御装置は、
前記吸脱着サイクル制御を行う前に、さらに、
前記蒸発器により蒸発させた前記吸着質を前記蓄熱器に吸着させると共に、前記循環流路において前記第１循環ルートを形成させて前記熱媒を循環させる、始動制御を行う、
吸着式ヒートポンプシステム。

【請求項10】

請求項１に記載の吸着式ヒートポンプの制御装置であって、
前記吸着器において、前記吸着質を吸着させる吸着工程と、前記熱媒の熱を利用して前記吸着質を脱着させる脱着工程を１サイクルとして、複数サイクルを繰返させる吸脱着サイクル制御と、
前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第３熱媒流路により接続した第１循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させて、前記蓄熱器に熱を供給させる蓄熱制御と、
前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第４熱媒流路により接続した第２循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させる、バイパス制御と、
を、前記吸脱着サイクル制御を行っている間に、前記蓄熱制御と前記バイパス制御と、を切替えて行う、
制御装置。

【請求項11】

請求項１に記載の吸着式ヒートポンプを制御するためのプログラムであって、コンピュータに、
前記吸着器において、前記吸着質を吸着させる吸着工程と、前記熱媒の熱を利用して前記吸着質を脱着させる脱着工程を１サイクルとして、複数サイクルを繰返させる吸脱着サイクル制御機能と、
前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第３熱媒流路により接続した第１循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させて、前記蓄熱器に熱を供給させる蓄熱制御機能と、
前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第４熱媒流路により接続した第２循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させる、バイパス制御機能と、
前記吸脱着サイクル制御を行っている間に、前記蓄熱制御と前記バイパス制御と、を切替えて行う機能と、
を実現させる、
プログラム。

【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に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷却することで冷媒を吸着し、加熱することで冷媒を脱着する吸着器と、蒸発器と、凝縮器と、を備える吸着式ヒートポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、車両用吸着式空調装置において、吸着器を加熱するための熱として、液冷式内燃機関である水冷式エンジンの廃熱を利用する例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－２９１６６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように吸着器を加熱するための熱として廃熱を利用する場合、廃熱の供給と、冷熱の需要が一致しない場合がある。具体的には、（１）冷熱需要があるものの廃熱供給がない場合、（２）廃熱供給があるものの、冷熱需要がない場合がある。（１）の場合には、吸着式ヒートポンプによって冷熱を作ることができないため、例えば、電動式の冷凍機等を用いて不足する冷熱を補うことが考えられる。（２）の場合には、廃熱を利用することができず、捨てることになり、廃熱利用効率が落ちる。また、廃熱を大気中に放熱するためのラジエータ等の放熱器の容量を増加させる必要が生じる場合がある。このように、廃熱の供給と冷熱の需要の不一致を補うためのコストが増大する虞がある。

【0005】

そこで、廃熱の供給と冷熱の需要との不一致を補う他の方法が望まれている。なお、当該課題は、吸着器を加熱するための熱として廃熱を利用する場合に限定されず、例えば、熱の生成に自然エネルギーを利用する場合等、熱源における熱の供給と冷熱の需要とに不一致が生じる場合にも生じる課題である。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、熱源における熱の供給と冷熱の需要との不一致を補うことが可能な吸着式ヒートポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0008】

（１）本発明の一形態によれば、吸着式ヒートポンプが提供される。この吸着式ヒートポンプは、吸着質を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記蒸発器から供給される前記吸着質を吸脱着可能な吸着器と、前記吸着器と接続され、前記吸着器から脱着された前記吸着質を凝縮する凝縮器と、熱源の熱を輸送する熱媒が循環する循環流路と、前記蒸発器と接続され前記蒸発器から供給される前記吸着質を吸着し、前記熱媒が輸送する熱を利用して、自身に吸着された前記吸着質を脱着させることにより蓄熱可能な蓄熱器と、を備え、前記循環流路は、前記吸着器に熱を供給するための第１熱媒流路と、前記吸着器に熱を供給した後の前記熱媒を前記熱源に戻す第２熱媒流路と、前記第１熱媒流と前記第２熱媒流路とを連通し、前記熱媒を介して前記蓄熱器に熱を供給するための第３熱媒流路と、前記第１熱媒流と前記第２熱媒流路とを連通し、前記第３熱媒流路をバイパスする第４熱媒流路と、を備え、前記吸着式ヒートポンプは、さらに、前記循環流路において前記熱媒の流路を切替え可能な循環流路切替部と、を備える。

【0009】

この構成によれば、吸着器に熱を供給した後の熱媒に残っている熱を、蓄熱器に蓄積することができる。そのため、熱源の熱の利用率を向上させることができる。また、循環流路において、蓄熱器に熱を供給する流路と、蓄熱器をバイパスする流路とを切替えることができるため、状況に応じて、熱媒の流路を切替えることができる。例えば、吸着器に熱を供給した後の熱媒の温度が低い場合に、蓄熱器をバイパスすることにより、蓄熱器の温度低下を抑制して、蓄熱量を向上させることができる。

【0010】

（２）本発明の一形態によれば、吸着式ヒートポンプシステムが提供される。この吸着式ヒートポンプシステムは、上記形態の吸着式ヒートポンプと、前記ヒートポンプを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記吸着器において、前記吸着質を吸着させる吸着工程と、前記熱媒の熱を利用して前記吸着質を脱着させる脱着工程を１サイクルとして、複数サイクルを繰返させる吸脱着サイクル制御と、前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第３熱媒流路により接続した第１循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させて、前記蓄熱器に熱を供給させる蓄熱制御と、前記循環流路切替部を制御して、前記循環流路において前記第１熱媒流路と前記第２熱媒流路とを前記第４熱媒流路により接続した第２循環ルートを形成して、前記熱媒を循環させる、バイパス制御と、を前記吸脱着サイクル制御を行っている間に、前記蓄熱制御と前記バイパス制御と、を切替えて行う。

【0011】

この構成によれば、吸着式ヒートポンプシステムにおいて、吸脱着サイクル中の限られた期間のみ、蓄熱器を加熱することができる。そのため、吸脱着サイクルにおける余剰の熱の変動に応じて、適時、蓄熱制御を行い、蓄熱することができる。また、例えば、吸脱着サイクルにおける余剰の熱がない場合等、蓄熱できない場合には、バイパス制御を実行することにより、蓄熱器５０における放熱を抑制することができる。

【0012】

（３）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記制御装置は、前記第３熱媒流路の入口における前記熱媒の温度である入口温度が、前記蓄熱器における前記吸着質の脱着が可能な温度である脱着可能温度の場合に、前記蓄熱制御を行ってもよい。

【0013】

この構成によれば、熱媒の入口温度が蓄熱器の脱着可能温度より高い場合に、蓄熱制御が行われるため、蓄熱制御が行われたときには、蓄熱器において脱着を進めることができるため、適切に蓄熱することができる。

【0014】

（４）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記制御装置は、前記入口温度が脱着可能温度より低い場合は、前記バイパス制御を行ってもよい。このようにすると、熱媒の入口温度が脱着可能温度より低い場合は、熱媒と蓄熱器との間で熱交換が行われないため、蓄熱器の温度低下に伴う蓄熱量の低下を抑制することができる。

【0015】

（５）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記制御装置は、前記入口温度が前記脱着可能温度より低い場合であって、前記蓄熱器の温度が前記脱着可能温度より低い場合は、前記蓄熱制御を行い、前記入口温度が前記脱着可能温度より低い場合であって、前記蓄熱器の温度が前記脱着可能温度以上場合は、前記バイパス制御を行ってもよい。

【0016】

この構成によれば、熱媒の入口温度が脱着可能温度に達していなくても、蓄熱器の温度が脱着可能温度より低い場合には、蓄熱制御が行われるため、熱媒の入口温度が蓄熱器の温度より高い場合には、蓄熱器の温度を上昇させることができる。また、熱媒の入口温度が脱着可能温度に達しておらず、蓄熱器の温度が脱着可能温度以上の場合には、バイパス制御が行われるため、蓄熱器の温度低下を抑制することができ、蓄熱器における蓄熱量の低下を抑制することができる。

【0017】

（６）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記制御装置は、前記第３熱媒流路の入口における前記熱媒の温度である入口温度が、前記蓄熱器の温度より高い場合に、蓄熱制御を行い、前記入口温度が、前記蓄熱器の温度以下の場合に、前記バイパス制御を行ってもよい。

【0018】

このようにすると、熱媒の入口温度と脱着可能温度との関係によらず、熱媒の入口温度と蓄熱器の温度との関係に基づいて、蓄熱制御とバイパス制御が切替えられる。熱媒の入口温度が蓄熱器の温度より高い場合に熱媒と蓄熱器との間で熱交換が行われ、熱媒の入口温度が蓄熱器の温度以下の場合には、熱媒と蓄熱器との間で熱交換が行われないため、蓄熱器の温度低下を抑制することができ、蓄熱器における蓄熱量の低下を抑制することができる。

【0019】

（７）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記制御装置は、前記サイクルにおける予め定められた蓄熱期間の間、前記蓄熱制御を実行し、前記蓄熱期間は、前記サイクルにおける時間と、前記熱媒の前記入口温度との関係を用いて、前記入口温度が前記脱着可能温度になると予測される期間に予め設定されてもよい。このようにすると、簡易な制御により、適切に蓄熱を行うことができる。

【0020】

（８）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記熱媒の前記入口温度を検出する温度センサを、さらに備え、前記制御装置は、前記温度センサにより検出された前記入口温度に基づいて、前記蓄熱制御と前記バイパス制御との切替を行ってもよい。このようにすると、熱媒の入口温度に基づいて、精度よく蓄熱制御とバイパス制御とを切替えて、蓄熱量の低下をより抑制することができる。

【0021】

（９）上記形態の吸着式ヒートポンプシステムであって、前記制御装置は、前記吸脱着サイクル制御を行う前に、さらに、前記蒸発器により蒸発させた前記吸着質を前記蓄熱器に吸着させると共に、前記循環流路において前記第１循環ルートを形成させて前記熱媒を循環させる、始動制御を行ってもよい。

【0022】

このようにすると、吸着式ヒートポンプシステムの始動時等、熱媒の温度が低い場合に、蓄熱器における吸着に伴い発生する吸着熱を利用して、熱媒の温度を上昇させることができる。そのため、吸着式ヒートポンプシステムの暖機を促進させることができる。

【0023】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、吸着式ヒートポンプの制御装置、吸着式ヒートポンプの制御装方法、吸着式ヒートポンプを制御するためのプログラム、このプログラムを配布するためのサーバ装置、プログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステムの模式図である。

【図2】吸着器における吸脱着反応を説明するための説明図である。

【図3】第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステムにおける吸着器の切替タイミングの説明図である。

【図4】吸脱着サイクルの第１工程の説明図である。

【図5】吸脱着サイクルの第２工程の説明図である。

【図6】吸着式ヒートポンプシステムにおける蓄熱の説明図である。

【図7】吸着式ヒートポンプシステムにおける蓄熱開放の説明図である。

【図8】吸着式ヒートポンプシステムにおける単独蓄熱の説明図である。

【図9】蓄熱制御のタイミングを示す図である。

【図10】蓄熱器における水蒸気の吸着量の経時変化を示す図である。

【図11】第２実施形態の吸着式ヒートポンプシステムの概略構成を示す説明図である。

【図12】第２実施形態の吸着式ヒートポンプシステムにおいて蓄熱制御が行われるタイミングを示す図である。

【図13】第２実施形態における蓄熱制御とバイパス制御との切替制御の流れを示すフローチャートである。

【図14】第３実施形態の吸着式ヒートポンプシステムにおける蓄熱消費の説明図である。

【図15】第３実施形態の吸着式ヒートポンプシステムにおける熱媒温度と冷媒温度の経時変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００の模式図である。吸着式ヒートポンプシステム１００は、吸着式ヒートポンプ９９と、制御装置８０と、を備える。吸着式ヒートポンプシステム１００は、冷房装置２００と、熱源３００と、接続されている。吸着式ヒートポンプシステム１００、冷房装置２００、および熱源３００は、例えば、工場内に配置され、熱源３００として、例えば、発電用タービンを用いる。すなわち、吸着式ヒートポンプシステム１００は、熱源３００としての発電用タービンからの廃熱を利用して冷熱を生成し、冷房装置２００に供給することができる。

【0026】

吸着式ヒートポンプ９９は、低温蒸発器１０と、２つの吸着器２０（吸着器２１、吸着器２２）と、凝縮器３０と、蓄熱器５０と、高温蒸発器７０と、これらを接続する複数の流路と、流路に配置される複数のバルブと、を備える。図１では、蒸気が流れる流路を破線で示し、液体が流れる流路を実線で示している。

【0027】

吸着式ヒートポンプ９９は、吸着器２０の内部に設けられた吸着材に水蒸気を吸わせ、低温蒸発器１０における蒸気の気化熱（冷熱）を冷房装置２００に供給する。また、熱源が発する温熱を利用して吸着器２０の吸着材を加熱し、吸着材に吸着されている蒸気を脱着させることにより、吸着材を再生する。脱着された蒸気は、凝縮器３０において凝縮され、低温蒸発器１０に戻される。吸着式ヒートポンプシステム１００では、２つの吸着器２０において、一方が吸着のとき、他方が脱着を行い、連続的に切替えることにより、冷熱を発生し続ける。本実施形態では、吸着材に吸着される蒸気として水蒸気を例示するが、他の実施形態では、例えば、アンモニア、メタノール、エタノール等の蒸気を用いてもよい。

【0028】

低温蒸発器１０は、吸着質としての水を蒸発させる。低温蒸発器１０は、２つの吸着器２０と第１吸着質流路を介して接続されており、低温蒸発器１０で生成された吸着質蒸気である水蒸気は、２つの吸着器２０において、交互に吸着される。さらに、低温蒸発器１０は、蓄熱器５０とも、吸着質流路を介して接続され、後述するように、低温蒸発器１０で生成された吸着質蒸気である水蒸気は、蓄熱器５０においても吸着される。以降の説明において、低温蒸発器１０において生成される水蒸気を、「低温水蒸気」とも呼ぶ。本実施形態において、低温水蒸気の温度は、例えば、約１０℃である。本実施形態における低温蒸発器１０を、「蒸発器」とも呼ぶ。

【0029】

第１吸着質流路は、吸着質流路１３と、吸着質分流路１４、１５、１６と、を備える。吸着質分流路１４、１５、１６には、それぞれ、バルブ１４Ｖ、１５Ｖ、１６Ｖが設けられている。バルブ１４Ｖ、１５Ｖ、１６Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開閉することにより、低温水蒸気（吸着質蒸気）の流路を切替えることができる。

【0030】

図示するように、低温蒸発器１０と冷房装置２００とは、冷媒流路１１を介して接続されている。冷媒流路１１にはポンプ１２が設けられており、低温蒸発器１０と冷房装置２００との間を冷媒（本実施形態では、水）が循環している。低温蒸発器１０において水の気化に伴い発生した冷熱は、冷媒流路１１内を流通する冷媒を介して冷房装置２００において外部に取り出される。

【0031】

高温蒸発器７０は、熱媒が流通する循環流路４０を介して熱源３００と接続されており、熱源３００の熱を利用して、吸着器２０を加熱するための熱媒蒸気（高温の水蒸気）を生成する。詳しくは、熱源３００の熱を輸送する熱媒（本実施形態では、水）は、熱源３００と高温蒸発器７０との間を循環する。熱源３００において発生した熱を受け取った熱媒は、高温蒸発器７０において放熱し高温の水蒸気（以下、高温水蒸気とも呼ぶ）を発生させ、温度が降下した熱媒が熱源３００に戻る。ここで、高温蒸発器７０において生成される高温水蒸気の温度は、低温蒸発器１０において生成される水蒸気の温度より高く、吸着器２０における吸着質の脱着が可能な程度に高温である。本実施形態において、高温水蒸気の温度は、例えば、約８０℃である。

【0032】

循環流路４０は、高温蒸発器７０に熱を供給するための第１熱媒流路４１と、高温蒸発器７０に熱を供給した後の熱媒を熱源３００に戻す第２熱媒流路４２と、第１熱媒流路４１と第２熱媒流路４２とを連通し、熱媒を介して蓄熱器５０に熱を供給する第３熱媒流路４３と、第１熱媒流路４１と第２熱媒流路４２とを連通し、第３熱媒流路４３をバイパスする第４熱媒流路４４と、高温蒸発器７０をバイパスする第５熱媒流路４５と、を備える。上述の通り、高温蒸発器７０において生成された熱媒蒸気によって吸着器２０に熱を供給するため、第１熱媒流路４１は、吸着器２０に熱を供給するための流路ともいえる。また、同様に、第２熱媒流路４２は、吸着器２０に熱を供給した後の熱媒を熱源３００に戻す流路ともいえる。

【0033】

第１熱媒流路４１、第３熱媒流路４３、第４熱媒流路４４、および第５熱媒流路４５には、それぞれ、バルブ４１Ｖ、４３Ｖ、４４Ｖ、４５Ｖが設けられ、第２熱媒流路４２にはポンプ４６が設けられている。バルブ４１Ｖ、４３Ｖ、４４Ｖ、４５Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開閉することにより、熱媒の流路を切替えることができる。本実施形態のバルブ４１Ｖ、４３Ｖ、４４Ｖ、４５Ｖを合わせて、「循環流路切替部４０Ｖ」とも呼ぶ。

【0034】

高温蒸発器７０は、熱媒蒸気流路を介して吸着器２０に接続されており、熱媒蒸気を吸着器２０に供給することにより、吸着器２０内の吸着材を加熱して、吸着されている水（吸着質）を脱着させる。

【0035】

熱媒蒸気流路は、熱媒蒸気流路７１と、熱媒蒸気分流路７２、７３と、を備える。熱媒蒸気分流路７２、７３には、それぞれ、バルブ７２Ｖ、７３Ｖが設けられている。バルブ７２Ｖ、７３Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開閉することにより、熱媒蒸気の流路を切替えることができる。

【0036】

図２は、吸着器２０における吸脱着反応を説明するための説明図である。吸着器２０は、円筒状の熱交換器２５と、熱交換器の外周に形成された円筒状の吸着材２６と、容器２７と、を備える。容器２７は、有底円筒状を成しており、２つの底面を熱交換器２５が貫通している。図示するように、吸着材２６は、容器２７の内部に収容されている。

【0037】

図２（ａ）に示すように、吸着材２６に水蒸気が吸着されている状態において、高温蒸発器７０から熱媒としての高温蒸気が熱交換器２５内に供給されると、吸着材２６が加熱されることにより、水蒸気が脱着され、脱着された水蒸気は、凝縮器３０に流入する。一方、図２（ｂ）に示すように、熱交換器２５内の水が蒸発することにより、吸着材２６が冷却され、吸着材２６が水蒸気を吸着することにより、低温蒸発器１０で蒸発が生じ、冷熱が発生する。

【0038】

図１に示すように、吸着器２１は第２吸着質流路３１を介して凝縮器３０に接続され、吸着器２２は、第２吸着質流路３２を介して凝縮器３０に接続されている。第２吸着質流路３１、３２には、それぞれ、バルブ３１Ｖ、３２Ｖが設けられている。バルブ３１Ｖ、３２Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開閉することにより、脱着された水蒸気を吸着器２０から排出させることができる。

【0039】

また、吸着器２１は凝縮器流路３４を介して凝縮器３０に接続され、吸着器２２は凝縮器流路３５を介して凝縮器３０に接続されている。凝縮器流路３４、３５には、それぞれ、バルブ３４Ｖ、３５Ｖが設けられている。バルブ３４Ｖ、３５Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開弁することにより、熱交換器２５内に溜まった水を蒸発させて吸着材を冷却させ、その水蒸気を吸着器２０から排出させることができる。

【0040】

凝縮器３０は、第２吸着質流路３１、３２、凝縮器流路３４、３５、および第２吸着質流路３３（後述する）を介して流入する水蒸気を放熱させて、水に凝縮する。凝縮器３０は、凝縮水流路を介して、低温蒸発器１０および高温蒸発器７０と接続されており、凝縮器３０において凝縮された水は、適宜、低温蒸発器１０および高温蒸発器７０に供給される。

【0041】

凝縮水流路は、凝縮水流路３６と、凝縮水分流路３７、３８と、を備える。凝縮水分流路３７、３８には、それぞれ、バルブ３７Ｖ、３８Ｖが設けられている。バルブ３７Ｖ、３８Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開閉することにより、凝縮水の流路を切替えることができる。

【0042】

蓄熱器５０は、吸着器２０と同様の構成を有する。蓄熱器５０は、低温蒸発器１０と、吸着質分流路１６を介して接続され、低温蒸発器１０において生成された吸着質蒸気としての水蒸気を吸着することにより発熱（放熱）する。また、蓄熱器５０は、熱媒体（本実施形態では、水）が流れる熱媒体流路６０を介して熱交換器５１と接続されている。さらに、蓄熱器５０は、熱媒体流路６０を介して熱交換器５５と接続されている。循環流路４０を循環する熱媒が輸送する熱を、熱交換器５５および熱媒体流路６０を介して蓄熱器５０が受け取ることにより、蓄熱器５０の吸着材が加熱され、吸着されている水蒸気が脱着される。脱着された水蒸気は、蓄熱器流路５２および第２吸着質流路３３を介して凝縮器３０に流入する。この吸着質の吸脱着を繰り返すことにより、蓄熱器５０は、実質的に熱源３００により発生した熱を吸着材の蓄熱することが可能である。

【0043】

熱媒体流路６０は、熱交換器５１において冷却された熱媒体が流通する流路６１と、熱媒体を、蓄熱器５０に供給して熱交換器５１に戻す流路６２と、流路６１と流路６２とを連通し、熱交換器５５内に熱媒体を流通させる流路６３と、流路６１と流路６２とを連通し、熱交換器５５をバイパスさせる流路６４と、流路６１と流路６２とを連通し、熱交換器５１をバイパスさせる流路６５と、を備える。

【0044】

流路６２、６３、６４、６５には、それぞれ、バルブ６２Ｖ、６３Ｖ、６４Ｖ、６５Ｖが設けられ、流路６２にはポンプ６６が設けられている。バルブ６２Ｖ、６３Ｖ、６４Ｖ、６５Ｖのそれぞれが、制御装置８０からの指示に従って、開閉することにより、熱媒体の流路を切替えることができる。

【0045】

制御装置８０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータ（情報処理装置）であり、弁の開閉制御による流路の切替など、吸着式ヒートポンプシステム１００の全体の制御を行う。

【0046】

制御装置８０は、２つの吸着器２０における吸着質の吸脱着を制御する。詳しくは、制御装置８０は、吸着器２２に低温水蒸気（吸着質）を供給させる吸着工程を実行させると同時に、吸着器２１に高温蒸気（熱媒蒸気）を供給させる脱着工程を実行させる第１工程と、吸着器２１に低温水蒸気（吸着質）を供給させる吸着工程を実行させると同時に、吸着器２２に高温蒸気（熱媒蒸気）を供給させる脱着工程を実行させる第２工程と、を繰り返し実行させる吸脱着サイクル制御を実行する。各吸着器２０では、吸着工程と脱着工程とが交互に繰り返し行われ、これにより、冷熱が連続的に生成される。制御装置８０は、予め定められた時間で、第１工程と第２工程とを切替える（後に詳述する）。

【0047】

また、制御装置８０は、蓄熱器５０における吸着質の吸脱着を制御する。具体的には、制御装置８０は、上述の吸脱着サイクル制御と連動して、熱源３００からの熱を蓄熱器５０に蓄積させる蓄熱制御と、吸脱着サイクル制御の実行中に、熱源３００からの熱を蓄熱器５０に蓄積させないバイパス制御と、蓄熱器５０の蓄熱を利用して吸脱着サイクルを行う蓄熱開放制御と、吸着器２０における吸脱着サイクルが行われていないときに熱源３００からの熱を蓄熱器５０に蓄積させる単独蓄熱制御と、を実行する。各制御については、後に詳述する。

【0048】

まず、吸脱着サイクル制御について説明する。
図３は、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００における吸着器２０の切替タイミングの説明図である。本実施形態の吸脱着サイクル制御では、図示するように、第１工程および第２工程を１サイクルとして、このサイクルを、複数回繰り返させる。各工程では、吸着工程および脱着工程）のそれぞれが、２つの吸着器２０（吸着器２１および吸着器２２）のいずれかにおいて実行される。具体的には、第１工程では、吸着器２１において脱着工程が実行され、吸着器２２において吸着工程が実行される。第２工程では、吸着器２１において吸着工程が実行され、吸着器２２において脱着工程が実行される。ここで、第１工程および第２工程の期間は、予め、同じ時間に定められている。本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００では、このようにして、一方の吸着器２０において吸着質（水蒸気）を吸着すると同時に、他方の吸着器２０において、吸着された水蒸気を脱着する。これにより、定常的に、冷熱を供給することが可能である。

【0049】

図４は、吸着式ヒートポンプシステム１００における吸脱着サイクルの第１工程の説明図である。図５は、吸着式ヒートポンプシステム１００における吸脱着サイクルの第２工程の説明図である。図４、図５では、蓄熱器５０における蓄熱が行われていない場合（後述するバイパス制御）を図示している。図４、図５では、吸着質としての水蒸気、熱媒蒸気、熱媒、冷媒等の流体の流れを、太線で示している。

【0050】

図４に示す第１工程では、吸着器２２において、吸着質としての水蒸気を吸着させる（吸着工程）。具体的には、制御装置８０は、吸脱着サイクル制御において、バルブ３５Ｖ、１５Ｖを開弁させ、バルブ１４Ｖ、１６Ｖ、７３Ｖを閉弁させると共に、ポンプ１２を作動させる。これにより上述の通り、吸着器２２の熱交換器２５内に溜まった水が蒸発し、吸着材２６が冷却され、温度差に伴う圧力差により、低温蒸発器１０内の水蒸気が吸着質流路１３および吸着質分流路１５を介して吸着器２２内に流入し、吸着器２２内の吸着材２６が水蒸気を吸着する。低温蒸発器１０からの水蒸気の流出に伴い、低温蒸発器１０内の水の蒸発が生じ、冷熱が発生する。低温蒸発器１０で発生した冷熱は、冷媒流路１１を流れる冷媒によって外部に取り出される。

【0051】

また、制御装置８０は、バルブ４１Ｖ、４４Ｖを開弁させ、バルブ４３Ｖ、４５Ｖを閉弁させると共に、ポンプ４６を作動させる。これにより、第１熱媒流路４１、第４熱媒流路４４、および第２熱媒流路４２により第２循環ルートＲ２が形成され、第２循環ルートＲ２を熱媒が循環する。これにより、熱源３００において発生した熱が高温蒸発器７０に供給され、高温蒸発器７０において高温蒸気（熱媒蒸気）が生成される。第２循環ルートＲ２は、第３熱媒流路４３をバイパスするルートであり、この制御を、「バイパス制御」と呼ぶ。制御装置８０が、バイパス制御を実行している間、熱源３００からの熱は、蓄熱器５０に供給されない。

【0052】

第１工程は、上記吸着工程と同時に、吸着器２１において脱着工程が実行される。脱着工程では、吸着器２１に、熱媒蒸気流路を介して熱媒蒸気を供給させる。具体的には、制御装置８０は、バルブ７２Ｖ、３１Ｖを開弁させると共に、バルブ３４Ｖを閉弁させる。これにより、高温蒸発器７０で発生した高温蒸気（熱媒蒸気）が、熱媒蒸気流路７１および熱媒蒸気分流路７２を介して吸着器２１の熱交換器２５内に流入し、熱交換器２５内で凝縮することにより吸着材２６を加熱する。吸着材２６が加熱されることにより吸着器２１の吸着材２６に吸着された水蒸気が脱着され、第２吸着質流路３１を介して凝縮器３０に流入する。ここで、バルブ３４Ｖは閉弁されているため、吸着器２１の熱交換器２５内で凝縮した水は、熱交換器２５内に溜まる。脱着工程において、吸着器２１の吸着材２６が乾燥され、水蒸気を吸着可能な状態となる。

【0053】

図５に示すように、第２工程では、第１工程とは逆に、吸着器２１において吸着工程が行われ、吸着器２２において脱着工程が行われる。具体的には、制御装置８０は、吸脱着サイクル制御において、バルブ３４Ｖ、１４Ｖを開弁させ、バルブ１５Ｖ、１６Ｖ、７２Ｖを閉弁させると共に、ポンプ１２を作動させる。これにより上述の通り、吸着器２１の熱交換器２５内に溜まった水が蒸発し、吸着材２６が冷却され、温度差に伴う圧力差により、低温蒸発器１０内の水蒸気が吸着質流路１３および吸着質分流路１４を介して吸着器２１内に流入し、吸着器２１内の吸着材２６が水蒸気を吸着する。低温蒸発器１０からの水蒸気の流出に伴い、低温蒸発器１０内の水の蒸発が生じ、冷熱が発生する。低温蒸発器１０で発生した冷熱は、冷媒流路１１を流れる冷媒によって外部に取り出される。

【0054】

また、制御装置８０は、第１工程と同様に、バイパス制御を実行し、第２循環ルートＲ２を形成させ、高温蒸発器７０において高温蒸気（熱媒蒸気）が生成させる。

【0055】

第２工程は、上記吸着工程と同時に、吸着器２２において脱着工程が実行される。脱着工程では、吸着器２２に、熱媒蒸気流路を介して熱媒蒸気を供給させる。具体的には、制御装置８０は、バルブ７３Ｖ、３２Ｖを開弁させると共に、バルブ３５Ｖを閉弁させる。これにより、高温蒸発器７０で発生した高温蒸気（熱媒蒸気）が、熱媒蒸気流路７１および熱媒蒸気分流路７３を介して吸着器２２の熱交換器２５内に流入し、熱交換器２５内で凝縮することにより吸着材２６を加熱する。吸着材２６が加熱されることにより吸着器２２の吸着材２６に吸着された水蒸気が脱着され、第２吸着質流路３２を介して凝縮器３０に流入する。ここで、バルブ３５Ｖは閉弁されているため、吸着器２２の熱交換器２５内で凝縮した水は、熱交換器２５内に溜まる。脱着工程において、吸着器２２の吸着材２６が乾燥され、水蒸気を吸着可能な状態となる。

【0056】

次に、蓄熱制御について説明する。
図６は、吸着式ヒートポンプシステム１００における蓄熱の説明図である。蓄熱制御は、上述の吸脱着サイクルと連動して、蓄熱を行わせる制御である。図６では、吸脱着サイクルの第１工程が行われている例を図示している。図６において、吸着器２０における吸脱着工程は、図４を用いて説明した通りに行われている。吸着式ヒートポンプシステム１００において、吸脱着サイクルと連動して蓄熱が行われるとき、循環流路４０は、蓄熱が行われない場合（図４、図５）と異なり、第１熱媒流路４１と第２熱媒流路４２とを第３熱媒流路４３により接続した第１循環ルートＲ１となる（図６）。具体的には、制御装置８０は、蓄熱制御において、バルブ４１Ｖ、４３Ｖを開弁させ、バルブ４４Ｖ、４５Ｖを閉弁させると共に、ポンプ４６を作動させる。これにより、第１熱媒流路４１、第３熱媒流路４３、および第２熱媒流路４２により第１循環ルートＲ１が形成され、第１循環ルートＲ１を熱媒が循環する。これにより、熱源３００において発生した熱が高温蒸発器７０に供給され、高温蒸発器７０において高温蒸気（熱媒蒸気）が生成され、温度が降下した熱媒が熱交換器５５内を流通する。

【0057】

このとき、制御装置８０は、熱媒体流路６０において、バルブ６３Ｖ、６５Ｖを開弁させ、バルブ６２Ｖ、６４Ｖを閉弁させると共に、ポンプ６６を作動させる。これにより、流路６３、６２、６５により第１蓄熱ルートＳ１が形成され、熱交換器５５を通る第１蓄熱ルートＳ１を熱媒体が循環する。これにより、熱交換器５５において、第１循環ルートＲ１を流通する熱媒と、第１蓄熱ルートＳ１を流通する熱媒体との間で熱交換が行われ、第１蓄熱ルートＳ１を流通する熱媒体が、熱源３００において発生した熱であって、高温蒸発器７０で放熱した残余の熱の少なくとも一部を受け取る。そして受熱した熱媒体は、蓄熱器５０内の熱交換器に供給され、蓄熱器５０内の吸着材に吸着された水蒸気を脱着させる。これにより、熱源３００において発生した熱であって、高温蒸発器７０で放熱した残余の熱を、蓄熱器５０に蓄積することができる。

【0058】

次に、蓄熱開放制御について説明する。
図７は、吸着式ヒートポンプシステム１００における蓄熱開放の説明図である。図７は、上述の吸脱着サイクルと連動して、蓄熱開放が行われる場合であって、吸脱着サイクルの第１工程が行われている例を図示している。図７において、吸着器２０における吸脱着工程は、図４を用いて上述した通りに行われている。吸着式ヒートポンプシステム１００において、蓄熱開放が行われるとき、循環流路４０は、蓄熱が行われない場合（図４、図５）と同様に、第１熱媒流路４１と第２熱媒流路４２とを第４熱媒流路４４により接続した第２循環ルートＲ２となる（図７）。第２循環ルートＲ２は、熱交換器５５をバイパスするルートである。そのため、熱源３００において発生した熱は、蓄熱器５０に供給されない。

【0059】

蓄熱開放が行われる場合、低温蒸発器１０と蓄熱器５０とが、吸着質分流路１６を介して接続される。具体的には、制御装置８０は、蓄熱開放制御において、バルブ１５Ｖ、１６Ｖを開弁させると共に、バルブ１４Ｖ、３２Ｖ、３３Ｖを閉弁させる。また、制御装置８０は、熱媒体流路６０において、バルブ６４Ｖ、６２Ｖを開弁させ、バルブ６３Ｖ、６５Ｖを閉弁させると共に、ポンプ６６を作動させる。これにより、流路６１、６４、６２により第２蓄熱ルートＳ２が形成され、熱交換器５１を通る第２蓄熱ルートＳ２を熱媒体が循環する。第２蓄熱ルートＳ２を循環する熱媒体は、熱交換器５１で冷却され、蓄熱器５０に供給されることにより、蓄熱器５０内の吸着材を冷却する。これにより、低温蒸発器１０内の水蒸気（吸着質）が、吸着質流路１３、吸着質分流路１６、蓄熱器流路５２を介して蓄熱器５０内に流入し、蓄熱器５０内の吸着材に吸着される。図７に示す例では、上述の吸脱着サイクルの第１工程が行われており、低温蒸発器１０内の水蒸気は、吸着器２２にも流入し、吸着器２２内の吸着材にも吸着される。すなわち、制御装置８０において蓄熱開放制御が行われている期間は、低温蒸発器１０内の水蒸気が、１つの吸着器２０と蓄熱器５０とに流入するため、低温蒸発器１０から流出する水蒸気の流量が、蓄熱開放制御が行われない場合（図４、図５）よりも多くなり、低温蒸発器１０における蒸発が促進される。その結果、冷熱量を増大させることができ、冷房装置における冷却効果を向上させることができる。すなわち、冷房装置における急速冷房や、著しく低い冷房温度等を実現することができる。また、熱源３００における発熱が小さい場合や、熱源３００における発熱がない場合にも、蓄熱開放を行うことにより、冷熱を生成することができる。

【0060】

次に、単独蓄熱制御について説明する。
図８は、吸着式ヒートポンプシステム１００における単独蓄熱の説明図である。単独蓄熱は、上述の吸脱着サイクルが行われないときの蓄熱である。例えば、熱源３００からの排熱があるものの、冷房装置２００から冷熱需要がない場合に、単独蓄熱が行われる。

【0061】

吸着式ヒートポンプシステム１００において、単独蓄熱が行われるとき、循環流路４０は、吸脱着サイクルが行われる場合（図４、図５、図６、図７）と異なり、高温蒸発器７０を通らない第３循環ルートＲ３となる（図８）。具体的には、制御装置８０は単独蓄熱制御において、バルブ４５Ｖ、４３Ｖを開弁させ、バルブ４１Ｖ、４４Ｖを閉弁させると共に、ポンプ４６を作動させる。これにより、第１熱媒流路４１のバルブ４１Ｖより上流側と、第５熱媒流路４５と、第３熱媒流路４３と、第２熱媒流路４２により第３循環ルートＲ３が形成され、第３循環ルートＲ３を熱媒が循環する。これにより、熱源３００において発生した熱を輸送する熱媒が高温蒸発器７０をバイパスして、熱交換器５５に供給される。

【0062】

単独蓄熱制御において、制御装置８０は、熱媒体流路６０について、蓄熱制御の場合と同様に、バルブ６３Ｖ、６５Ｖを開弁させ、バルブ６２Ｖ、６４Ｖを閉弁させると共に、ポンプ６６を作動させる。これにより、流路６３、６２、６５により第１蓄熱ルートＳ１が形成され、熱交換器５５を通る第１蓄熱ルートＳ１を熱媒体が循環する。

【0063】

これにより、熱交換器５５において、第３循環ルートＲ３を流通する熱媒と、第１蓄熱ルートＳ１を流通する熱媒体との間で熱交換が行われ、第１蓄熱ルートＳ１を流通する熱媒体が、熱源３００において発生した熱の少なくとも一部を受け取る。そして受熱した熱媒体は、蓄熱器５０内の熱交換器に供給され、蓄熱器５０内の吸着材に吸着された水蒸気を脱着させる。これにより、熱源３００において発生した熱を、蓄熱器５０に蓄積することができる。

【0064】

また、単独蓄熱が行われるとき、制御装置８０は、バルブ３３Ｖを開弁させると共に、バルブ１６Ｖを閉弁させるため、蓄熱器５０において脱着された水蒸気は、蓄熱器流路５２、第２吸着質流路３３を介して凝縮器３０に流入する。凝縮器３０に流入した水蒸気は、凝縮され、適宜、凝縮水流路３６、凝縮水分流路３７を介して低温蒸発器１０に供給される。

【0065】

図９は、第１実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００における蓄熱制御（図６）のタイミングを示す図である。図９では、第３熱媒流路４３の入口における熱媒の温度である入口温度ＥＴの経時変化を示している。図６において、入口温度ＥＴの測定位置ＥＴＰを、白丸で図示している。図９では、上述の吸脱着サイクルにおける第１工程（図３）の脱着（吸着器２１における脱着）を「脱着１」、第２工程の脱着（吸着器２２における脱着）を「脱着２」と図示している。脱着開始時は、吸着器２０が冷えており、吸着器２０の加熱のために熱媒の熱が用いられて、図９に示すように、測定位置ＥＴＰにおける熱媒の温度（入口温度ＥＴ）が低下する。吸着器２０が温まってくると、吸着器２０の加熱のために熱媒の熱が用いられるものの、利用される熱量が小さくなってくるため、入口温度ＥＴが上がってくる。吸脱着サイクルにおいて、熱媒蒸気の供給先が、吸着器２１と吸着器２２との間で、一定の期間で切り替えられるため（図３、図４、図５）、熱媒の入口温度ＥＴは、図９に示すように、変動する。

【0066】

本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００では、入口温度ＥＴが、所定の温度閾値ＣＴ以上になると予測される期間を、図６に示す第１の蓄熱が行われる蓄熱期間ＳＴに設定し、入口温度ＥＴが、所定の温度閾値ＣＴより低くなると予測される期間を、蓄熱が行われないバイパス期間ＢＴ（図４、図５）に設定している。ここで、温度閾値ＣＴは、蓄熱器５０における吸着質（水蒸気）の脱着が可能な温度（脱着可能温度ともいう）のうち、最低温度に設定している。すなわち、入口温度ＥＴが蓄熱器５０において脱着が可能な温度範囲である場合に、蓄熱制御が行われ、入口温度ＥＴが脱着可能温度より低い場合にバイパス制御が行われる。脱着可能温度は、蓄熱器５０が有する吸着材の種類によって、予め決まっている。本実施形態では、予め実験的に求められた、図９に示すような入口温度ＥＴの経時変化と温度閾値ＣＴとの関係に基づいて、入口温度ＥＴが脱着可能温度になると予測される期間に、蓄熱期間ＳＴが予め定められている。図示するように、蓄熱期間ＳＴは、脱着工程の後期に設定されている。温度閾値ＣＴは、本実施形態に限定されず、蓄熱器５０における脱着可能温度範囲の任意の温度に設定可能である。

【0067】

蓄熱期間ＳＴの間は、循環流路４０として第１熱媒流路４１と第２熱媒流路４２とを第３熱媒流路４３により接続した第１循環ルートＲ１が形成され、バイパス期間ＢＴの間は、循環流路４０として第１熱媒流路４１と第２熱媒流路４２とを第４熱媒流路４４により接続した第２循環ルートＲ２が形成される。すなわち、バイパス期間ＢＴの間は、熱媒は、第３熱媒流路４３をバイパスする。すなわち、バイパス期間ＢＴの間は、熱媒が熱交換器５５をバイパスする結果、熱媒体流路６０を循環する熱媒体と熱媒との間で熱交換が行われず、ひいては熱媒と蓄熱器５０との間で熱交換が行われない。

【0068】

熱媒の入口温度ＥＴが温度閾値ＣＴより低い場合に、第１循環ルートＲ１を形成して熱媒と蓄熱器５０との間で熱交換を行わせても、蓄熱器５０の温度が、蓄熱器５０内の吸着材の脱着可能温度範囲にならないため、蓄熱器５０において脱着ができない。また、蓄熱器５０の温度が低い場合には、凝縮器３０から蓄熱器５０へ水蒸気が逆流して、蓄熱器５０において吸着が生じる可能性がある。これに対し、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００では、蓄熱が、蓄熱器５０における脱着が可能な温度範囲の熱媒を利用して行われるため、蓄熱器５０における水蒸気の脱着を適切に行うことができ、蓄熱器５０における水蒸気の吸着量を低減することができる。すなわち、蓄熱器５０における蓄熱量の低下を抑制することができる。

【0069】

図１０は、吸着式ヒートポンプシステム１００の蓄熱器５０における水蒸気の吸着量の経時変化を示す図である。図１０では、比較例として、バイパス制御を行わず、吸脱着サイクルの間中、蓄熱制御を行う場合の吸着量を図示している。図１０の横軸（時間軸）は、図９と一致している。図示するように、比較例では、蓄熱器５０における水蒸気の吸着量が、大きく変動している。詳しくは、図９に示す入口温度ＥＴの変動と連動して吸着量が変動している。これは、凝縮器３０から蓄熱器５０へ水蒸気が逆流して、蓄熱器５０において吸着が生じるためと考えられる。これに対し、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００によれば、吸着量が時間の経過に伴い減少している。これは、脱着工程の前期の熱媒の入口温度ＥＴが低い間は、バイパス制御を行い、熱媒と蓄熱器５０との間で熱交換が行われないため、凝縮器３０から蓄熱器５０への水蒸気の逆流が抑制され、脱着が進むためと考えられる。

【0070】

上述の吸脱着サイクル制御、蓄熱制御、バイパス制御、蓄熱開放制御、および単独蓄熱制御を実現するプログラムは、制御装置８０に、予め記憶されていてもよい。また、プログラムはプログラム提供者側から通信ネットワークを介して、提供されてもよい。また、プログラムは、市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、この可搬型記憶媒体は外付け又は内蔵の読取装置にセットされて、制御装置８０によってそのプログラムが読み出されて、実行されてもよい。可搬型記憶媒体としてはＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＵＳＢメモリ装置など様々な形式の記憶媒体を使用することができる。このような記憶媒体に格納されたプログラムが読取装置によって読み取られる。後の実施形態において説明する制御を実現するプログラムについても、同様である。

【0071】

以上説明したように、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００によれば、蓄熱器５０に熱源３００における廃熱を蓄積することができる。そのため、熱源３００からの排熱がない、または不足する場合にも、蓄熱器５０に吸着質を吸着させることにより、冷熱を生成することができる。すなわち、吸着式ヒートポンプシステム１００への熱の供給と、冷熱需要の変動を緩和することができる。

【0072】

また、吸着式ヒートポンプシステム１００では、吸着器２０に熱を供給した後の熱媒に残っている熱を、蓄熱器５０に蓄積することができる。そのため、廃熱の利用率を向上させることができる。

【0073】

さらに、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００によれば、蓄熱器５０と、循環流路４０と、循環流路切替部４０Ｖと、を備えるため、循環流路切替部４０Ｖにより、熱媒の流路を、蓄熱器５０に熱を供給する第１循環ルートＲ１と、蓄熱器５０に熱を供給しない第２循環ルートＲ２と、に切替えることができる。そして、吸着式ヒートポンプシステム１００では、蓄熱器５０における蓄熱を、２つの吸着器２０における吸脱着サイクルと連動させており、熱媒の入口温度ＥＴが、蓄熱器５０の吸着材の脱着可能温度範囲の場合に、蓄熱制御が行われ、熱媒の入口温度ＥＴが、蓄熱器５０の吸着材の脱着可能温度より低い場合には、バイパス制御が行われる。バイパス制御が行われている間は、循環流路４０を循環する熱媒が輸送する熱が蓄熱器５０に供給されないため、蓄熱器５０内の吸着材の温度低下が抑制され、蓄熱器５０における脱着が進むため、バイパス制御を行わない場合と比較して、蓄熱量を増加させることができる。

【0074】

また、吸着式ヒートポンプシステム１００では、予め実験的に求められた熱媒の入口温度ＥＴの経時変化と温度閾値ＣＴとの関係に基づいて、入口温度ＥＴが脱着可能温度になると予測される期間に、蓄熱制御を行う期間が予め定められている。そのため、制御装置８０における制御を簡易にすることができるため、制御装置８０の小型化、コスト低減に資することができる。

【0075】

また、吸着式ヒートポンプシステム１００では、高温蒸発器７０を備え、熱源３００の排熱を、循環流路４０を流れる熱媒（水）および高温蒸発器７０において発生される高温水蒸気（熱媒蒸気）を介して吸着器２０に供給している。熱媒として蒸気を用いることにより、温度差による圧力差を利用して、高温蒸発器７０から吸着器２０へ熱媒蒸気を送ることができるため、吸着器２０に対して熱媒を供給するためのポンプを省くことができる。

【0076】

＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００Ａの概略構成を示す説明図である。第２実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００Ａは、第１実施形態の吸着式ヒートポンプ９９に代えて吸着式ヒートポンプ９９Ａを有する。吸着式ヒートポンプ９９Ａは、第１実施形態の吸着式ヒートポンプ９９の構成に加え、さらに、第１温度センサ９１、および第２温度センサ９２を有する。また、制御装置８０における蓄熱制御およびバイパス制御のタイミングが、第１実施形態と異なる。以下に説明する実施形態において、吸着式ヒートポンプシステム１００と同一の構成には同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

【0077】

第１温度センサ９１は、循環流路４０の第１熱媒流路４１と第３熱媒流路４３との接続部分、すなわち、第１実施形態の図６における測定位置ＥＴＰに設けられている。第１温度センサ９１は、第３熱媒流路４３に流入する熱媒の温度（入口温度ＥＴ）を計測し、制御装置８０に対して出力する。

【0078】

第２温度センサ９２は、熱媒体流路６０の流路６２において、蓄熱器５０からの出口近傍に設けられている。第２温度センサ９２は、流路６２において蓄熱器５０出口近傍を流れる熱媒体の温度を計測し、制御装置８０に対して出力する。流路６２を流れる熱媒体は、蓄熱器５０の熱交換器を流れて、吸着材と熱交換を行うため、第２温度センサ９２において計測された温度は、蓄熱器５０の温度とみなすことができる。

【0079】

図１２は、第２実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００Ａにおいて蓄熱制御が行われるタイミングを示す図である。図１２では、第１温度センサ９１によって計測された熱媒の入口温度Ｔ１と、第２温度センサ９２によって計測された熱媒の蓄熱器５０出口近傍の温度（出口温度Ｔ２）の経時変化を示している。

【0080】

本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００Ａでは、熱媒の入口温度Ｔ１が熱媒の出口温度Ｔ２以上の場合には、蓄熱制御が行われ、熱媒の入口温度Ｔ１が熱媒の出口温度Ｔ２より低い場合には、バイパス制御が行われる。図１２において、バイパス制御が行われる期間を、「ＢＴ」と示しており、残りの期間は、蓄熱制御が行われる。

【0081】

図１３は、第２実施形態における蓄熱制御とバイパス制御との切替制御の流れを示すフローチャートである。切替制御は、吸脱着サイクル制御の開始と同時に開始される。

【0082】

ステップＳ１０では、制御装置８０は、第１温度センサ９１から出力された入口温度Ｔ１を取得し、第２温度センサ９２から出力された出口温度Ｔ２を取得する。

【0083】

ステップＳ１１では、入口温度Ｔ１が出口温度Ｔ２より高いか否かを判定する。入口温度Ｔ１が出口温度Ｔ２より高いと判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、蓄熱制御を実施する（ステップＳ１２）。一方、入口温度Ｔ１が出口温度Ｔ２以下であると判定した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、バイパス制御を実施する（ステップＳ１４）。

【0084】

ステップＳ１３では、蓄熱器５０における蓄熱が完了したか否かを判定する。例えば、蓄熱器流路５２に湿度計を設け、湿度計の計測湿度に基づいて、蓄熱器５０から水蒸気の流出の有無を判定し、水蒸気の流出が無い場合に、蓄熱が完了したと判定してもよい。また、蓄熱器流路５２に温度センサを設け、温度センサによる計測温度が略環境温度になった場合に、蓄熱が完了したと判定してもよい。その他、種々の公知の方法により、蓄熱の完了を判定することができる。ステップＳ１３において、蓄熱が完了したと判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、切替制御を終了する。一方、蓄熱が完了していないと判定した場合は（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。すなわち、蓄熱が完了するまで、切替制御が行われる。切替制御が終了すると、制御装置８０は、蓄熱制御を行わない。

【0085】

以上説明したように、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００Ａによれば、制御装置８０は、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２（蓄熱器５０の温度に相当する）との関係に応じて、蓄熱制御とバイパス制御とを切替える。詳しくは、出口温度Ｔ２が入口温度Ｔ１より低いときは、制御装置８０は、蓄熱制御を実行する。すなわち、蓄熱器５０の温度が熱媒の入口温度より低い場合は、熱媒の入口温度が蓄熱器５０の脱着可能温度より低い場合でも、制御装置８０は蓄熱制御を実行する。そのため、蓄熱器５０の加熱開始直後等、蓄熱器５０の温度が熱媒の入口温度より低い場合に、熱媒の入口温度と蓄熱器５０の脱着可能温度との関係に基づいてバイパス制御を行うことによる蓄熱器５０の昇温の遅れを抑制することができる。また、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００Ａによれば、蓄熱器５０が昇温した後は、蓄熱器５０より低い温度の熱媒が、蓄熱器５０に導入されないため（バイパス制御が行われるため）、蓄熱器５０の温度低下による、凝縮器３０から蓄熱器５０への水蒸気の逆流に伴う蓄熱器５０における水蒸気の吸着量の増加を抑制することができ、蓄熱器５０における蓄熱量の低下を抑制することができる。

【0086】

＜第３実施形態＞
図１４は、第３実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００における蓄熱消費の説明図である。第３実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００の構成は、第１実施形態の構成と同様である。第３実施形態では、吸着式ヒートポンプシステム１００において、さらに、蓄熱消費制御が行われる。例えば、吸着式ヒートポンプシステム１００の始動時等、吸着式ヒートポンプ９９全体が環境温度に近い（循環流路４０を流れる熱媒の温度が低く、冷媒流路１１を流れる冷媒の温度が高い）ときに、蓄熱消費が行われる。

【0087】

吸着式ヒートポンプシステム１００において、吸脱着サイクル制御の開始前に、蓄熱消費制御が行われる。すなわち、低温蒸発器１０において発生される水蒸気は、吸着器２０には供給されず、蓄熱器５０に供給される。具体的には、制御装置８０は、蓄熱消費制御において、バルブ１４Ｖ、１５Ｖ、３１Ｖ、３２Ｖ、３３Ｖ、３４Ｖ、３５Ｖを閉弁させ、バルブ１６Ｖを開弁させると共に、ポンプ１２を作動させる。これにより、低温蒸発器１０内の水蒸気が蓄熱器５０に流入し、蓄熱器５０内の吸着材に吸着される。低温蒸発器１０からの水蒸気の流出に伴い、低温蒸発器１０内で水の蒸発が起こり、冷熱が生成される。

【0088】

また、制御装置８０は、熱媒体流路６０について、バルブ６３Ｖ、６５Ｖを開弁させ、バルブ６２Ｖ、６４Ｖを閉弁させると共に、ポンプ６６を作動させる。これにより、流路６３、６２、６５により第１蓄熱ルートＳ１が形成され、熱交換器５５を通る第１蓄熱ルートＳ１を熱媒体が循環する。

【0089】

また、制御装置８０は、バルブ４１Ｖ、４３Ｖを開弁させ、バルブ４４Ｖ、４５Ｖを閉弁させると共に、ポンプ４６を作動させる。これにより、第１熱媒流路４１、第３熱媒流路４３、および第２熱媒流路４２により第１循環ルートＲ１が形成され、第１循環ルートＲ１を熱媒が循環する。このとき上述の通り、吸脱着サイクル制御の開始前であるため、バルブ７２Ｖ、７３Ｖは閉弁されており、高温蒸発器７０内で発生した水蒸気は、高温蒸発器７０から流出しない。本実施形態における蓄熱消費制御を、「始動制御」とも呼ぶ。

【0090】

蓄熱消費制御により、蓄熱器５０において水蒸気が吸着されると、吸着熱が発生する。蓄熱器５０において発生した吸着熱は、熱媒体流路６０において第１蓄熱ルートＳ１で流れる熱媒体によって輸送され、熱交換器５５を介して循環流路４０において第１循環ルートＲ１で流れる熱媒に供給される。そのため、循環流路４０を流れる熱媒の温度が上昇し、高温蒸発器７０で発生した水蒸気の温度を上昇させることができる。すなわち、吸着式ヒートポンプシステム１００の暖機を早く完了させることができる。

【0091】

また、蓄熱器５０において発生した吸着熱が熱媒体流路６０を流れる熱媒体を介して循環流路４０を流れる熱媒に供給され、高温蒸発器７０において放熱されるため、蓄熱器５０における温度上昇を抑制することができる。そのため、蓄熱器５０における水蒸気の吸着を継続することができ、低温蒸発器１０における冷熱の発生を継続することができる。その結果、冷媒流路１１を流れる冷媒の温度低下を促進させることができ、冷房準備完了までに要する時間を短縮することができる。

【0092】

図１５は、第３実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００における熱媒温度と冷媒温度の経時変化を示す図である。図１５では、比較例として、蓄熱消費制御を行わない場合の温度変化を図示している。図示するように、本実施形態の１００では、比較例と比較して、暖機完了に要する時間と、冷房準備完了に要する時間を短縮することができた。

【0093】

以上説明したように、本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１００によれば、始動時に蓄熱消費制御を行って、蓄熱器５０において低温蒸発器１０内の水蒸気を吸着させることにより低温蒸発器１０において冷熱を発生させると共に、蓄熱器５０において発生した吸着熱を利用して、高温蒸発器７０内の水蒸気の温度を昇温させることができる。その結果、吸着式ヒートポンプシステム１００における暖機および冷房準備を促進することができる。

【0094】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

【0095】

・上記第２実施形態において、熱媒の入口温度と蓄熱器５０の脱着可能温度との関係によらず、蓄熱器５０の温度と熱媒の入口温度との関係に基づいて、蓄熱制御とバイパス制御とを切替える例を示したが、例えば、以下のように、蓄熱制御とバイパス制御とを切替えてもよい。制御装置は、熱媒の入口温度が蓄熱器５０の脱着可能温度より低い場合であって、蓄熱器５０の温度が脱着可能温度より低い場合は、蓄熱制御を行い、熱媒の入口温度が蓄熱器５０の脱着可能温度より低い場合であって、蓄熱器５０の温度が脱着可能温度以上場合は、バイパス制御を行う。このようにしても、蓄熱器５０の温度が低い場合には、上昇され、蓄熱器５０の温度が高い場合には、温度低下を抑制することができる。

【0096】

・上記実施形態において、蓄熱制御とバイパス制御との切替を、吸脱着制御における熱媒温度と関連付けて行う例を示したが、上記実施形態に限定されない。例えば、吸脱着サイクルの開始後、所定の時間は、蓄熱制御を行い、所定の時間が経過した後は、バイパス制御を行ってもよい。このようにしても、蓄熱器５０の温度上昇を促進させることができる。

【0097】

・上記第１実施形態において、制御装置８０が吸脱着サイクルの吸着工程における予め定められた蓄熱期間ＳＴの間、蓄熱制御を実行し、蓄熱期間ＳＴは、吸脱着サイクルにおける時間と、熱媒の入口温度ＥＴとの関係を用いて、入口温度ＥＴが蓄熱器５０の脱着可能温度になると予測される期間に予め設定されている例を示したが、サイクル中の実測値に基づいて、蓄熱制御とバイパス制御とを切替えてもよい。具体的には、吸着式ヒートポンプシステムが熱媒の入口温度を測定する温度センサを備え、制御装置８０が、温度センサの検出結果に基づいて、入口温度が蓄熱器５０の脱着可能温度の場合に、蓄熱制御を行ってもよい。

【0098】

・上記実施形態において、吸脱着サイクル制御における第１工程と第２工程との時間が同一である例を示したが、第１工程の時間と第２工程の時間が異なっていてもよい。また、第１工程における吸着時間と脱着時間とが異なっていてもよい。同様に、第２工程における吸着時間と脱着時間とが異なっていてもよい。

【0099】

・上記実施形態において、蓄熱器５０の温度として、熱媒体流路６０を流れる熱媒体の蓄熱器５０出口近傍の温度を用いたが、これに限定されず、例えば、蓄熱器５０の容器、吸着材、熱交換器の温度を用いてもよい。

【0100】

・上記実施形態において、蓄熱器５０が吸着器２０と同一の構成である例を示したが、蓄熱器５０の構成は、吸着器２０と異なっていてもよい。すなわち、蓄熱器は、蒸発器と接続され蒸発器から供給される吸着質を吸着し、熱媒が輸送する熱を利用して、自身に吸着された吸着質を脱着させることにより蓄熱可能であればよく、吸着器２０の吸着材２６と異なる吸着材を用いてもよいし、吸着器２０と異なる形状、異なる大きさ等であってもよい。

【0101】

・上記実施形態では、吸着式ヒートポンプが２つの吸着器を備える例を示したが、３つ以上の吸着器を備える構成にしてもよいし、１つの吸着器を備える構成にしてもよい。

【0102】

・上記実施形態において、高温蒸発器７０を備える構成を例示したが、高温蒸発器７０を備えない構成にしてもよい。第１熱媒流路４１が分岐されて、２つの吸着器２０を通り、その後、第３熱媒流路４３および第４熱媒流路４４に接続される構成にしてもよい。このようにすると、熱源３００の排熱を受け取った熱媒により、直接、吸着器２０を加熱することができる。

【0103】

・上記実施形態の循環流路４０において、第５熱媒流路４５を備えない構成にしてもよい。

【0104】

・上記実施形態において、熱交換器５５および熱媒体流路６０を備えず、熱交換器５５に代えて蓄熱器５０を配置してもよい。このようにすると、第３熱媒流路４３を流れる熱媒により、直接、蓄熱器５０を加熱することができる。

【0105】

・上記実施形態において、吸着式ヒートポンプと制御装置とを備える吸着式ヒートポンプシステムを例示したが、吸着式ヒートポンプ単体として構成してもよいし、制御装置単体として構成してもよい。

【0106】

・上記実施形態において実行される各制御を、適宜、組み合わせてもよい。また、第１実施形態において実行される複数の制御のうち、一部の制御を削除してもよい。

【0107】

・上記実施形態において、吸着器２０を加熱するための熱として廃熱を利用する例を示したが、廃熱に限定されない。例えば、自然エネルギーを利用して生成される熱を利用してもよい。この場合も、熱の供給と冷熱の需要との不一致が生じる可能性が高いため、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0108】

・上記実施形態において、冷媒流路１１を流れる冷媒、循環流路４０を流れる熱媒、熱媒体流路６０を流れる熱媒体として、水を例示したが、水に限定されず、例えば、不凍液、グリコール系の液体、アルコール系の液体、オイル等、種々の熱媒体を用いることができる。

【0109】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0110】

１０…低温蒸発器
１１…冷媒流路
１２…ポンプ
１３…吸着質流路
１４、１５、１６…吸着質分流路
１４Ｖ～１６Ｖ、３１Ｖ～３８Ｖ、４１Ｖ～４５Ｖ、６２Ｖ～６５Ｖ、７２Ｖ、７３Ｖ…バルブ
２０、２１、２２…吸着器
２５、５１、５５…熱交換器
２６…吸着材
２７…容器
３０…凝縮器
３１、３２、３３…第２吸着質流路
３４、３５…凝縮器流路
３６…凝縮水流路
３７、３８…凝縮水分流路
４０…循環流路
４０Ｖ…循環流路切替部
４１…第１熱媒流路
４２…第２熱媒流路
４３…第３熱媒流路
４４…第４熱媒流路
４５…第５熱媒流路
４６…ポンプ
５０…蓄熱器
５２…蓄熱器流路
６０…熱媒体流路
６１～６５…流路
６６…ポンプ
７０…高温蒸発器
７１…熱媒蒸気流路
７２、７３…熱媒蒸気分流路
８０…制御装置
９１…第１温度センサ
９２…第２温度センサ
９９、９９Ａ…吸着式ヒートポンプ
１００、１００Ａ…吸着式ヒートポンプシステム
２００…冷房装置
３００…熱源
Ｒ１…第１循環ルート
Ｒ２…第２循環ルート
Ｒ３…第３循環ルート
Ｓ１…第１蓄熱ルート
Ｓ２…第２蓄熱ルート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】