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(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】P2024135520
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】ヒートポンプシステム
(51)【国際特許分類】
F25B 25/00 20060101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
F25B25/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023046245
(22)【出願日】2023-03-23
(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
(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】橋本 俊輔
(72)【発明者】
【氏名】廣田 靖樹
(72)【発明者】
【氏名】山内 崇史
(57)【要約】
【課題】 ヒートポンプシステムにおいて、エネルギー消費効率を向上させる技術を提供する。
【解決手段】 ヒートポンプシステムは、包接水和物が生成される生成部と、包接水和物の分解が行われ、分解物が送出される分解部と、生成部から分解部へと熱媒体が流れる第１主流路と、分解部から生成部へと熱媒体が流れる第２主流路と、分解部から送出される分解物中のガスと混合溶媒を分離する気液分離部と、気液分離部により分離された混合溶媒中の水と補助剤を分離する液液分離部と、液液分離部と分解部とを接続し、液液分離部により補助剤が分離された水を分解部に供給する第１副流路と、を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 ヒートポンプシステムは、包接水和物が生成される生成部と、包接水和物の分解が行われ、分解物が送出される分解部と、生成部から分解部へと熱媒体が流れる第１主流路と、分解部から生成部へと熱媒体が流れる第２主流路と、分解部から送出される分解物中のガスと混合溶媒を分離する気液分離部と、気液分離部により分離された混合溶媒中の水と補助剤を分離する液液分離部と、液液分離部と分解部とを接続し、液液分離部により補助剤が分離された水を分解部に供給する第１副流路と、を備える。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送するヒートポンプシステムであって、
水と液体の補助剤の混合溶媒とガスの混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部と、
包接水和物の分解が行われ、前記ガスと前記混合溶媒との混相である分解物が送出される分解部と、
前記生成部から前記分解部へと前記熱媒体が流れる第１主流路と、
前記分解部から前記生成部へと前記熱媒体が流れる第２主流路と、
前記生成部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体を放熱させる放熱部と、
前記分解部内の前記熱媒体を減圧する減圧部と、
前記分解部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体に吸熱させる吸熱部と、
前記分解部と前記第２主流路を介して接続され、前記分解部から送出される前記分解物中の前記ガスと前記混合溶媒を分離する気液分離部と、
前記気液分離部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記ガスを圧縮する圧縮部と、
前記気液分離部、前記圧縮部、および前記生成部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒と、前記圧縮部により圧縮された前記ガスとを含む前記混合液を生成し、前記第２主流を介して前記生成部に前記混合液を供給する混合部と、
前記気液分離部と前記混合部との間に配置され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒中の水と前記補助剤を分離する液液分離部と、
前記液液分離部と前記分解部とを接続し、前記液液分離部により前記補助剤が分離された水を前記分解部に供給する第１副流路と、
を備える、
ヒートポンプシステム。
水と液体の補助剤の混合溶媒とガスの混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部と、
包接水和物の分解が行われ、前記ガスと前記混合溶媒との混相である分解物が送出される分解部と、
前記生成部から前記分解部へと前記熱媒体が流れる第１主流路と、
前記分解部から前記生成部へと前記熱媒体が流れる第２主流路と、
前記生成部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体を放熱させる放熱部と、
前記分解部内の前記熱媒体を減圧する減圧部と、
前記分解部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体に吸熱させる吸熱部と、
前記分解部と前記第２主流路を介して接続され、前記分解部から送出される前記分解物中の前記ガスと前記混合溶媒を分離する気液分離部と、
前記気液分離部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記ガスを圧縮する圧縮部と、
前記気液分離部、前記圧縮部、および前記生成部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒と、前記圧縮部により圧縮された前記ガスとを含む前記混合液を生成し、前記第２主流を介して前記生成部に前記混合液を供給する混合部と、
前記気液分離部と前記混合部との間に配置され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒中の水と前記補助剤を分離する液液分離部と、
前記液液分離部と前記分解部とを接続し、前記液液分離部により前記補助剤が分離された水を前記分解部に供給する第１副流路と、
を備える、
ヒートポンプシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記生成部と前記第１主流路を介して接続され、前記生成部で生成された前記包接水和物と前記ガスと前記混合溶媒とを含む気固液混合体から前記ガスを分離する気／固液分離部と、
前記気／固液分離部により分離された前記ガスを前記混合部に供給する第２副流路と、
をさらに備える、
ヒートポンプシステム。
前記生成部と前記第１主流路を介して接続され、前記生成部で生成された前記包接水和物と前記ガスと前記混合溶媒とを含む気固液混合体から前記ガスを分離する気／固液分離部と、
前記気／固液分離部により分離された前記ガスを前記混合部に供給する第２副流路と、
をさらに備える、
ヒートポンプシステム。
【請求項3】
請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記第１主流路に配置され、前記熱媒体を輸送する輸送ポンプを、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
前記第１主流路に配置され、前記熱媒体を輸送する輸送ポンプを、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記気液分離部と前記圧縮部との間に配置され、前記気液分離部にて分離された前記ガス中の前記混合溶媒を吸着する脱水部を、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
前記気液分離部と前記圧縮部との間に配置され、前記気液分離部にて分離された前記ガス中の前記混合溶媒を吸着する脱水部を、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、気体の圧縮・膨張と熱交換を組み合わせたヒートポンプが用いられている。例えば、特許文献１には、冷媒ラインを介して相互連結され、凝縮された冷媒を膨張させる膨張バルブと、膨張した冷媒を空気との熱交換を通じて蒸発させる蒸発器と、蒸発された気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器とを含んで構成された車両用エアコンシステムが開示されている。
【0003】
ヒートポンプは、少ない電気エネルギーで効率的に熱エネルギーを得ることができる点が特徴であるものの、近年の環境問題に関する意識の高まりと共に、より一層のエネルギー消費効率の向上が望まれている。これに対し、包接水和物の分解/生成を利用したヒートポンプシステムが提案されている（例えば、特許文献２、３、非特許文献１参照）。包接水和物の分解/生成熱は、特許文献１に記載されたヒートポンプにおいて用いられるような、通常の冷媒の蒸発/凝縮潜熱の１０倍以上であるため、エネルギー消費効率の向上が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４－０７６７９２号公報
【特許文献2】特開２００４－１０１１４０号公報
【特許文献3】特開２０２２－０８７４０４号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ｔ． Ｏｇａｗａ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ， ２６， ２１５７ （２００６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献２、３、および非特許文献１に開示されている包接水和物の分解／生成を利用したヒートポンプシステムにおいて、さらなるエネルギー消費効率の向上が望まれている。
【0007】
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、ヒートポンプシステムにおいて、エネルギー消費効率を向上させる技術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】
【0008】
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。
【0009】
（１）本発明の一形態によれば、熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送するヒートポンプシステムが提供される。このヒートポンプシステムは、水と液体の補助剤の混合溶媒とガスの混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部と、包接水和物の分解が行われ、前記ガスと前記混合溶媒との混相である分解物が送出される分解部と、前記生成部から前記分解部へと前記熱媒体が流れる第１主流路と、前記分解部から前記生成部へと前記熱媒体が流れる第２主流路と、前記生成部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体を放熱させる放熱部と、前記分解部内の前記熱媒体を減圧する減圧部と、前記分解部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体に吸熱させる吸熱部と、前記分解部と前記第２主流路を介して接続され、前記分解部から送出される前記分解物中の前記ガスと前記混合溶媒を分離する気液分離部と、前記気液分離部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記ガスを圧縮する圧縮部と、前記気液分離部、前記圧縮部、および前記生成部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒と、前記圧縮部により圧縮された前記ガスとを含む前記混合液を生成し、前記第２主流を介して前記生成部に前記混合液を供給する混合部と、前記気液分離部と前記混合部との間に配置され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒中の水と前記補助剤を分離する液液分離部と、前記液液分離部と前記分解部とを接続し、前記液液分離部により前記補助剤が分離された水を前記分解部に供給する第１副流路と、を備える。
【0010】
この構成によれば、液液分離部により補助剤濃度が低減された混合溶媒を分解部に供給することができる。分解部中の補助剤濃度が低減され、包接水和物の安定境界曲線が低温側に移動することにより、分解部における包接水和物の分解を促進させることができる。また、液液分離部により補助剤が濃縮された混合溶媒を生成部に供給することにより、包接水和物の生成を促進させることができる。すなわち、この構成によれば、生成部と分解部との間で補助剤濃度を制御することができ、冷凍サイクル運転における高温側と低温側の温度差を拡大することができ、エネルギー消費効率ＣＯＰ（成績係数：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させることができる。
【0011】
（２）上記形態のヒートポンプシステムであって、さらに、前記生成部と前記第１主流路を介して接続され、前記生成部で生成された前記包接水和物と前記ガスと前記混合溶媒とを含む気固液混合体から前記ガスを分離する気／固液分離部と、前記気／固液分離部により分離された前記ガスを前記混合部に供給する第２副流路と、を備えてもよい。
【0012】
この構成によれば、生成部と分解部との間に、気／固液分離部を備えるため、包接水和物固体を含む混合体（「スラリー」とも呼ぶ）から、ガスを分離/除去して、ガスの含有量が低減された包接水和物固体を主に含む混合体を分解部に供給することができる。そのため、余剰なガスが圧縮部に供給されることによる圧縮機効率の低下を抑制することができる。その結果、エネルギー消費効率を、さらに向上させることができる。
【0013】
（３）上記形態のヒートポンプシステムであって、前記第１主流路に配置され、前記熱媒体を輸送する輸送ポンプを、さらに備えてもよい。このようにすると、輸送ポンプにより流量を調整することができるため、分解部における分解速度を調整することができる。
【0014】
（４）上記形態のヒートポンプシステムであって、前記気液分離部と前記圧縮部との間に配置され、前記気液分離部にて分離された前記ガス中の混合溶媒を吸着する脱水部を、さらに備えてもよい。このようにすると気液分離部にて分離されたガスに混入した混合溶媒を除去することができる。これにより、圧縮部によるエネルギー消費を低減することができ、ヒートポンプシステムのエネルギー消費効率を、さらに向上させることができる。
【0015】
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、ヒートポンプシステムを有する熱利用装置、ヒートポンプシステムの制御方法、冷熱生成方法、温熱生成方法などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】第１実施形態のヒートポンプシステムの基本構成を模式的に示した説明図である。
【図2】ヒートポンプシステムにおける通常モードを模式的に示す説明図である。
【図3】ヒートポンプシステムにおける温度差拡大モードを模式的に示す説明図である。
【図4】包接水和物の安定境界曲線を概念的に示す説明図である。
【図5】補助剤による包接水和物の安定境界曲線の移動の一例を示す説明図である。
【図6】空気調和装置における冷熱生成を模式的に示す説明図である。
【図7】空気調和装置における温熱生成を模式的に示す説明図である。
【図8】制御部におけるモード切替制御の流れを示すフローチャートである。
【図9】エネルギー消費効率の比較を示す説明図である。
【図10】第２実施形態のヒートポンプシステムの基本構成を模式的に示した説明図である。
【図11】電力ＣＯＰと気固液割合の関係を示す図である。
【図12】第３実施形態のヒートポンプシステムの基本構成を模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１００の基本構成を模式的に示した説明図である。ヒートポンプシステム１００は、熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送する。包接水和物は、水分子が水素結合によって形成した籠の中にガス分子が包接された氷状の化合物（包接化合物）であり、水とガスから包接水和物が生成される生成過程で熱を発生し、包接水和物から水とガスに分離される分解過程で熱を吸収する。本実施形態のヒートポンプシステム１００は、包接水和物の潜熱（分解・生成熱）を利用して、熱を輸送する。
図１は、第１実施形態のヒートポンプシステム１００の基本構成を模式的に示した説明図である。ヒートポンプシステム１００は、熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送する。包接水和物は、水分子が水素結合によって形成した籠の中にガス分子が包接された氷状の化合物（包接化合物）であり、水とガスから包接水和物が生成される生成過程で熱を発生し、包接水和物から水とガスに分離される分解過程で熱を吸収する。本実施形態のヒートポンプシステム１００は、包接水和物の潜熱（分解・生成熱）を利用して、熱を輸送する。
【0018】
ヒートポンプシステム１００は、水と補助剤との混合溶媒とガスとの混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部１０と、包接水和物の分解が行われ、ガスと混合溶媒との混相である分解物が送出される分解部２０と、生成部１０から分解部２０へと熱媒体が流れる第１主流路３０と、分解部２０から生成部１０へと熱媒体が流れる第２主流路４０と、を備える。図１では、第１主流路３０および第２主流路４０を流れる熱媒体の相変化を示しており、包接水和物を破線、分解物（ガス／混合溶媒混相）を一点鎖線、ガスと混合溶媒とが混合された混合液を二重線、ガス相を二点鎖線、水相（混合溶媒）を実線で図示している。生成部１０からは、包接水和物固体と、未反応のガスと混合溶媒（水／補助剤）とを含む気固液混合体の状態で包接水和物が出てくる。以降の説明において、包接水和物固体を含む気固液混合体を、包接水和物スラリーとも呼ぶ。
【0019】
包接水和物を生成するためのガスとしては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレンなどの炭化水素系ガスや、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン：Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン：Ｈｙｄｒｏ Ｃｈｌｏｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）などのフルオロカーボン系ガスや、アルゴン、クリプトンなどの希ガス、炭酸ガス（ＣＯ２）、窒素、空気、アンモニア、キセノン（Ｘｅ）など、様々な冷媒ガスを用いることができる。最高平衡温度が高い、平衡圧力が低い、温度変化に対する圧力の変化量が少ない、などの特性を有するガスを用いると、高いＣＯＰを得ることができるため、好ましい。なお、これらのガスは単独で使用してもよいし、所望の特性が得られるように複数種類を組み合わせて使用してもよい。異種ガスの組み合わせにより、包接水和物の相変化の条件を調整することが可能である。
【0020】
上述の通り、本実施形態のヒートポンプシステム１００では、水と補助剤との混合溶媒とガスとの混合液が生成部１０に供給される。補助剤は、包接水和物の相変化条件を調整するために水に添加されている（後に詳述する）。補助剤としては、特に限定されないが、包接水和物を形成しうる分子サイズ（５．８～８．６Å）であって、水に不溶なものが好ましい。後述するように、水と補助剤の混合溶媒から補助剤を分離することが容易であるためである。このような補助剤としては、例えば、シクロヘキサンやシクロペンタンなどの有機溶媒を用いることができる。
【0021】
図示するように、ヒートポンプシステム１００は、生成部１０内の熱媒体とヒートポンプシステム１００外の熱源との熱交換により熱媒体を放熱させる放熱部１２と、分解部２０内の熱媒体とヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により熱媒体に吸熱させる吸熱部２２と、を備える。放熱部１２および吸熱部２２として、熱交換器を用いている。
【0022】
ヒートポンプシステム１００は、第１主流路３０に、分解部２０内の熱媒体を減圧する減圧部２４と、を備える。また、ヒートポンプシステム１００は、第２主流路４０に、分解部２０から送出されるガスと水（混合溶媒）との混相である分解物を気液分離する第１気液分離部１４と、第１気液分離部１４により分離されたガスを圧縮する圧縮部１６と、第１気液分離部１４により分離された水（混合溶媒）と圧縮部１６により圧縮されたガスとを混合して混合液を生成する混合部１８と、を備える。さらに、ヒートポンプシステム１００は、第１気液分離部１４と混合部１８との間に、第１気液分離部１４により分離された混合溶媒中の水と補助剤を分離する液液分離部を備える。なお、本実施形態における第１気液分離部１４を、単に「気液分離部」とも呼ぶ。
【0023】
第２主流路４０は、分解部２０と第１気液分離部１４とを接続する第１流路４１と、第１気液分離部１４と圧縮部１６とを接続する第２流路４２と、第１気液分離部１４と混合部１８とを接続する第３流路４３と、圧縮部１６と混合部１８とを接続する第４流路４４と、混合部１８と生成部１０とを接続する第５流路４５と、を備える。
【0024】
第３流路４３は、第１気液分離部１４と液液分離部５４とを接続する第３ａ流路４３ａと、液液分離部５４と混合部１８とを接続する第３ｂ流路４３ｂを備える。第３ａ流路４３ａには、第１気液分離部１４で分離された混合溶媒を液液分離部５４へ送る送液ポンプ１５が設けられている。第３ｂ流路４３ｂには、液液分離部５４で補助剤が濃縮された混合溶媒を混合部１８へ送る送液ポンプ５８が設けられている。送液ポンプ５８としては、送液ポンプ１５より圧力が高い送液ポンプが用いられる。
【0025】
さらに、ヒートポンプシステム１００は、液液分離部５４により分離された水（補助剤濃度が薄い）を分解部２０に供給する第１副流路７０、を備える。第１副流路７０には開閉弁７２が設けられており、後述するように、所定の条件に応じて開閉される。
【0026】
減圧部２４としては、膨張弁、キャピラリーチューブ等を用いることができる。第１気液分離部１４は、表面張力式、サイクロン式、フィルタ式、遠心力式、冷却式、多段フィルタ式、サイクロン式等、種々の方式の気液分離器を用いることができる。表面張力式気液分離器の場合、分離後の気相側は冷媒ガスが１００％、液相側は冷媒ガス／混合溶媒が３０／７０％（体積比）となることが想定される。圧縮部１６としては、本実施形態では、電気式の圧縮機を用いている。
【0027】
液液分離部５４は、水と補助剤との混合溶媒中の水と補助剤とを分離する。液液分離部５４により補助剤濃度が低減された混合溶媒は第１副流路７０を介して分解部２０に供給され、液液分離部５４により補助剤が濃縮された混合溶媒は第３ｂ流路４３ｂを介して１８に供給される。液液分離部５４は、表面張力式、サイクロン式、フィルタ式、遠心力式、冷却式、多段フィルタ式、サイクロン式等、種々の方式の液液分離器を用いることができる。多段フィルタ式液液分離器の場合、分離後の有機相側は補助剤が１００％、水相側は補助剤／水が１０／９０％（体積比）となることが想定される。
【0028】
混合部１８は、水（混合溶媒）と高圧ガスとを積極的に混合する。混合部１８の形式として、内部混合型、外部混合型、衝突型、などを用いることができる。混合溶媒と高圧ガスを、例えば、ガスと混合溶媒とを撹拌する方法、フィルタを介して混合溶媒中にガスを供給する方法等を用いて混合することができる。混合部１８によって、混合溶媒とガスとが混合されることにより、混合溶媒中のガスの気泡が細かくなる。気泡のサイズは特に限定されないが、マイクロサイズ～ナノサイズが好ましい。気泡のサイズを小さくすることにより、ガスと水との接触面積が大きくなり、包接水和物の生成効率を向上させることができる。なお、気泡サイズがナノサイズであると、包接水和物の生成効率がよりよいものの、多くのエネルギーを要するため、エネルギー消費とのバランスにより気泡サイズを設定するのが好ましい。
【0029】
分解部２０から送出される熱媒体は、包接水和物が分解されたガスと水と補助剤とを含む混相である。第１流路４１を流れる熱媒体は、ガスと水補助剤とを含む混相であるものの、積極的に混合されておらず、第５流路４５を流れる熱媒体ほど均一にガスが混合溶媒中に混合されていない。本明細書において、高圧ガスと混合溶媒とが積極的に混合された溶液を「混合液」と呼び、分解部２０にて包接水和物が分解されて生成されたガスと水と補助剤を含むもので、積極的に混合されていないものを、「分解物」と呼ぶ。
【0030】
本実施形態のヒートポンプシステム１００は、液液分離部５４を備え、開閉弁７２の開閉を制御することにより、生成部に供給される混合液の補助剤濃度、および分解部中の補助剤濃度を制御することができる。通常モードでは、開閉弁７２が閉弁され、温度差拡大モードでは、開閉弁７２が開弁される（後に詳述する）。
【0031】
図２は、本実施形態のヒートポンプシステム１００における通常モードを模式的に示す説明図である。図２を用いて、本実施形態のヒートポンプシステム１００における熱輸送について説明する。通常モードでは、上述の通り、開閉弁７２は閉弁されている。
【0032】
図２における分解部２０の出口側の熱媒体は、分解状態（ガスと水と補助剤の混相）であり、低温、低圧である。熱媒体としての分解物は第１流路４１を通って第１気液分離部１４に流入する。分解物は、第１気液分離部１４において、ガスと混合溶媒とに分解される。ガスは、第２流路４２を通って圧縮部１６に流入し、圧縮部１６によって昇圧され、第４流路４４を通って、混合部１８に流入する。ガスは、圧縮部１６による圧縮により昇圧されると共に、昇温される。一方、混合溶媒は、送液ポンプ１５、５８によって第３流路４３を流され、混合部１８に流入する。混合部１８において、高圧のガスと混合溶媒とが混合され、高圧の混合液が生成され、第５流路４５を通って生成部１０に流入する。すなわち、生成部１０の入り口側の熱媒体（混合液）は、高温、高圧である。
【0033】
生成部１０に流入した高圧の混合液（熱媒体）は、放熱部１２によって放熱され、冷却される。具体的には、放熱部１２としての熱交換器によって、生成部１０内の熱媒体と、ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換が行われ、熱媒体が冷却される。熱媒体から生成熱に相当する熱が放出されると、熱媒体の状態は、熱媒体の相平衡線を横切り、生成部１０の出口側では包接水和物状態（高圧）となる。生成部１０から送出される包接水和物は、未反応の水（混合溶媒）およびガスを含んだスラリー状である。熱媒体は、生成部１０と分解部２０との圧力差により、生成部１０から分解部２０へ流れる。
【0034】
熱媒体としての包接水和物は、第１主流路３０を流れ、減圧部２４により減圧されて、分解部２０に流入する。包接水和物は、減圧部２４により減圧されると共に、降温される。すなわち、分解部２０の入口側では、熱媒体は、低圧の包接水和物である。分解部２０に流入した低圧の包接水和物（熱媒体）は、吸熱部２２によって加熱される。具体的には、吸熱部２２としての熱交換機によって、分解部２０内の熱媒体と、ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換が行われ、熱媒体が外部の熱を吸収し、加熱される。熱媒体が、分解熱に相当する熱を吸収すると、熱媒体の状態は、熱媒体の相平衡線を横切り、分解部２０の出口側では低温、低圧の分解状態（ガスと混合溶媒の混相物）となる。
【0035】
このように、本実施形態のヒートポンプシステム１００では、包接水和物の分解・生成熱に相当する熱を、ヒートポンプシステム１００外の物体から汲み上げ、ヒートポンプシステム１００外の他の物体に与えることができる。放熱部１２としての熱交換器、吸熱部２２としての熱交換器は、それぞれ、生成部１０および分解部２０の内部で熱交換を行ってもよく、外部で熱交換を行ってもよい。
【0036】
図３は、本実施形態のヒートポンプシステム１００における温度差拡大モードを模式的に示す説明図である。図４は、包接水和物の安定境界曲線を概念的に示す説明図である。上述の通り、本実施形態のヒートポンプシステム１００は、温度差拡大モードでは、開閉弁７２が開弁される（後に詳述する）。
【0037】
図３に示すように、温度差拡大モードにおいて、開閉弁７２が開弁されると、液液分離部５４において、補助剤が分離され、補助剤濃度が低減された混合溶媒（例えば、補助剤/水が１０／９０％（体積比））が、第１副流路７０を介して分解部２０に供給される。そうすると、分解部２０中の熱媒体の補助剤濃度が低減される。図４に示すように、包接水和物の安定境界曲線は、補助剤がない場合には、補助剤がある場合より低温側へ移動する。そうすると、分解部内の温度が同一であっても、補助剤がある場合より分解反応が促進される。
【0038】
一方、温度差拡大モードにおいて、開閉弁７２が開弁されると、液液分離部５４において、補助剤が濃縮された混合溶媒（例えば、補助剤が１００％）が、第３ｂ流路４３ｂを介して混合部１８に供給される。すなわち、混合液に補助剤が添加されるため、図４に示すように、包接水和物の安定境界曲線は、補助剤がない場合より高温側へ移動する。そうすると、生成部内の温度が同一であっても、補助剤がない場合より生成反応が促進される。
【0039】
このように、ヒートポンプシステム１００において、生成部１０では高温運転のため、補助剤を添加し、包接水和物を生成しやすくし、一方、分解部２０では低温運転であるため、補助剤を取り除き、包接水和物を分解しやすくすることができるように構成されている。すなわち、本実施形態のヒートポンプシステム１００によれば、補助剤を出し入れすることにより、包接水和物の生成、分解される温度を制御することが可能である。補助剤の効果が発現するためには、必要となる補助剤量(濃度)の閾値（以下、「補助剤閾値」とも呼ぶ）があり、補助剤量がその補助剤閾値を超えると補助剤効果が発現し、補助剤量が補助剤閾値より小さいと通常の包接水和物の安定境界曲線に戻る。したがって、補助剤量を、補助剤閾値を境界として制御することで、包接水和物の生成/分解温度を制御することができる。
【0040】
図５は、補助剤による包接水和物の安定境界曲線の移動の一例を示す説明図である。図５（ａ）は、ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）単体を用いた例、図５（ｂ）は、ガスとしてＨＦＣ－３２単体（ＨＦＣはハイドロフルオロカーボン）を用いた例を示している。なお、ＨＦＣ－３２は、一般に、Ｒ３２とも呼ばれている。図５に示すように、ガスおよび補助剤の種類によらず、補助剤を添加することにより、包接水和物の安定曲線は、高温側に移動し、包接水和物の生成が促進される。
【0041】
なお、補助剤有の場合の安定境界曲線は、一意的に決まり、上述の通り、添加する補助剤の割合によって、連続的に変化するわけではない。図５に示す包接水和物の安定境界曲線の作成方法は、以下の通りである。
１）真空に引いた高圧セル内に、水(および補助剤)を封入し、ガスで任意の圧力まで昇圧する。
２）セルを任意の温度まで冷却しながら内部を撹拌すると、自発的に包接化合物の生成が始まる。
３）温度・圧力の変化がなくなり、一定となった値が平衡状態となる。
４）温度あるいは圧力を変化させながら、平衡点を決めていく。
１）真空に引いた高圧セル内に、水(および補助剤)を封入し、ガスで任意の圧力まで昇圧する。
２）セルを任意の温度まで冷却しながら内部を撹拌すると、自発的に包接化合物の生成が始まる。
３）温度・圧力の変化がなくなり、一定となった値が平衡状態となる。
４）温度あるいは圧力を変化させながら、平衡点を決めていく。
【0042】
本実施形態のヒートポンプシステム１００は、例えば、冷房、暖房、除湿、及び加湿の少なくとも１つの機能を有する空気調和装置に適用することができる。この他に、冷却装置（ヒートシンクなど）、暖房装置（床暖房装置など）、給湯装置、冷凍装置、脱水装置、蓄熱装置、融雪装置、乾燥装置など、熱源との間で熱の授受を行う様々な熱利用装置（プラントやシステムを含む）に適用可能である。これらの熱利用装置では、本実施形態のヒートポンプを用いることにより、高いエネルギー効率を得ることができる。以下に、本実施形態のヒートポンプシステム１００を、空気調和装置に適用した例について説明する。
【0043】
図６は、本実施形態の空気調和装置１１０における冷熱生成を模式的に示す説明図である。図７は、空気調和装置１１０における温熱生成を模式的に示す説明図である。図６、図７では、温度差拡大モードで運転する例を示している。図６、図７において、図１と同様の構成には同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
【0044】
この空気調和装置１１０は、室内空気を冷房及び暖房する機能を有するものであり、上述のヒートポンプシステム１００を備えている。図示するように、空気調和装置１１０は、第１生成・分解部１１ａと、第１熱交換器１１ｂと、第１主流路３０と、減圧部２４と、第２生成・分解部１３ａと、第２熱交換器１３ｂと、第２主流路４０と、第１気液分離部１４と、圧縮部１６と、混合部１８と、液液分離部５４と第１副流路７０と、制御部９０と、を備える。第１生成・分解部１１ａおよび第１熱交換器１１ｂは、室内機に配置され、第２生成・分解部１３ａおよび第２熱交換器１３ｂは、室外機に配置されている。
【0045】
制御部９０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータである。制御部９０は、冷熱生成処理、温熱生成処理、および各処理における通常モードと温度差拡大モードとの切り替えを含む空気調和装置１１０全体の制御を行う。
【0046】
空気調和装置１１０において、第１主流路３０は、第２生成・分解部１３ａと減圧部２４とを接続する第３１流路３１と、減圧部２４と第１生成・分解部１１ａとを接続する第３２流路３２と、第３１流路３１と第３２流路３２とを接続する第３３流路３３と、第３４流路３４と、を備える。第３１流路３１には開閉弁Ｖ１、第３２流路３２には開閉弁Ｖ２、第３３流路３３には開閉弁Ｖ３、第３４流路３４には開閉弁Ｖ４が、それぞれ、設けられている。
【0047】
空気調和装置１１０において、第２主流路４０は、第１生成・分解部１１ａと第１気液分離部１４とを接続する第１流路４１と、第１気液分離部１４と圧縮部１６とを接続する第２流路４２と、第１気液分離部１４と混合部１８とを接続する第３流路４３と、圧縮部１６と混合部１８とを接続する４４と、混合部１８と生成部１０とを接続する第５流路４５と、を備える。さらに、第１流路４１と第５流路４５とを接続する第６流路４６と、第７流路４７と、を備える。第１流路４１には開閉弁Ｖ５、第５流路４５には開閉弁Ｖ６、第６流路４６には開閉弁Ｖ７、第７流路４７には開閉弁Ｖ８が、それぞれ、設けられている。また、液液分離部５４には第１副流路７０が設けられており、第１副流路７０は、三方弁Ｖ９を介して第１生成・分解部１１ａに接続される第１１副流路７３と、第２生成・分解部１３ａに接続される第１３副流路７４に分岐している。
【0048】
図６に示すように、空気調和装置１１０が冷房として使用されるとき、室内機に配置された第１生成・分解部１１ａが分解部２０として機能し、第１熱交換器１１ｂが吸熱部２２として機能する。第１熱交換器１１ｂは、室内空気を取り込んで、第１生成・分解部１１ａ内の熱媒体と室内空気とで熱交換させて、分解熱に相当する熱を、熱媒体に吸収させる。これにより第１熱交換器１１ｂにて取り込まれた室内空気の温度が低下し（冷熱生成）、温度が低下した空気が室内に放出される。
【0049】
空気調和装置１１０が冷房として使用されるとき、室外機に配置された第２生成・分解部１３ａが生成部１０として機能し、第２熱交換器１３ｂが放熱部１２として機能する。第２熱交換器１３ｂは、室外空気（例えば、大気）を取り込んで、第２生成・分解部１３ａ内の熱媒体と室外空気とで熱交換させて、生成熱に相当する熱を、熱媒体に放熱させる。これにより、第２熱交換器１３ｂにて取り込まれた室外空気の温度が上昇し、温度が上昇した空気が室外に放出される。
【0050】
空気調和装置１１０の制御部９０において冷熱生成制御が実行されているとき、図６に示すように、開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６が開弁され、開閉弁Ｖ３、Ｖ４、Ｖ７、Ｖ８が閉弁されている。そのため、第２生成・分解部１３ａから送出された熱媒体は、第３１流路３１、第３２流路３２を通って第１生成・分解部１１ａに流入し、第１流路４１、第２流路４２、第３流路４３、第４流路４４、および第５流路４５を通って第２生成・分解部１３ａに戻る。冷房時、熱媒体は、この流路により循環する。図６において、熱媒体が流通しない流路は、点線で図示している。
【0051】
空気調和装置１１０の制御部９０において、冷熱生成制御における温度差拡大モードが実行されているとき、図６に示すように、三方弁Ｖ９によって液液分離部５４と第１生成・分解部１１ａとが接続され、補助剤濃度が薄い（または補助剤を含まない）混合溶媒が第１生成・分解部１１ａに供給される。これにより第１生成・分解部１１ａにおける包接水和物の分解が促進される。
【0052】
一方、図７に示すように、空気調和装置１１０が暖房として使用されるとき、室内機に配置された第１生成・分解部１１ａが生成部１０として機能し、第１熱交換器１１ｂが放熱部１２として機能する。第１熱交換器１１ｂは、室内空気を取り込んで、第１生成・分解部１１ａ内の熱媒体と室内空気とで熱交換させて、生成熱に相当する熱を、熱媒体に放出させる。これにより第１熱交換器１１ｂにて取り込まれた室内空気の温度が上昇し（温熱生成）、温度が上昇した空気が室内に放出される。
【0053】
空気調和装置１１０が暖房として使用されるとき、室外機に配置された第２生成・分解部１３ａが分解部２０として機能し、第２熱交換器１３ｂが吸熱部２２として機能する。第２熱交換器１３ｂは、室外空気（例えば、大気）を取り込んで、第２生成・分解部１３ａ内の熱媒体と室外空気とで熱交換させて、分解熱に相当する熱を、熱媒体に吸収させる。これにより、第２熱交換器１３ｂにて取り込まれた室外空気の温度が低下し、温度が低下した空気が室外に放出される。
【0054】
空気調和装置１１０の制御部９０において温熱生成制御が実行されているとき、図７に示すように、開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６が閉弁され、開閉弁Ｖ３、Ｖ４、Ｖ７、Ｖ８が開弁されている。そのため、第２生成・分解部１３ａから送出された熱媒体は、第５流路４５、第７流路４７、第１流路４１、第２流路４２、第３流路４３、第４流路４４、第５流路４５、および第６流路４６を通って第１生成・分解部１１ａに流入し、第３２流路３２、第３４流路３４、第３１流路３１、第３２流路３２、第３３流路３３、第３１流路３１を通って第２生成・分解部１３ａに戻る。暖房時、熱媒体は、この流路により循環する。図３において、熱媒体が流通しない流路は、点線で図示している。
【0055】
空気調和装置１１０の制御部９０において、温熱生成制御における温度差拡大モードが実行されているとき、図７に示すように、三方弁Ｖ９によって液液分離部５４と第２生成・分解部１３ａとが接続され、補助剤濃度が薄い（または補助剤を含まない）混合溶媒が第２生成・分解部１３ａに供給される。これにより第２生成・分解部１３ａにおける包接水和物の分解が促進される。
【0056】
図８は、制御部９０におけるモード切替制御の流れを示すフローチャートである。モード切替制御は、上述の通常モードと温度差拡大モードとの切替を行う制御である。制御部９０は、冷熱生成制御、および温熱生成制御の各制御と並行してモード切替制御を行う。制御部９０は、モード切替制御を開始すると、ステップＳ１０２では、通常モードで空気調和装置１１０を運転する。
【0057】
ステップＳ１０４において、制御部９０は、低温側目標値と閾値とを比較して、低温側目標値が閾値以下になるまでは（ステップＳ１０４においてＮＯ）、通常モードで、運転させる。低温側目標値が閾値以下になると（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。ここで、低温側目標値は、分解部の温度（図示せざる温度センサの検出値）である。なお、低温側目標値は、冷熱生成制御のときには第１生成・分解部１１ａの温度であり、温熱生成制御のときには第２生成・分解部１３ａの温度である。閾値は、任意に設定することができ、本実施形態では、１５℃に設定されている。
【0058】
ステップＳ１０６では、制御部９０は温度差拡大モードで空気調和装置１１０を運転する。
ステップＳ１０８において、制御部９０は、低温側目標値と閾値とを比較して、低温側目標値が閾値より大きくなるまでは（ステップＳ１０８においてＮＯ）、温度差拡大モードで、運転させる。低温側目標値が閾値より大きくなると（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、ステップＳ１０２に戻る。ここで、閾値は、ステップＳ１０４において用いた閾値と同一である。
ステップＳ１０８において、制御部９０は、低温側目標値と閾値とを比較して、低温側目標値が閾値より大きくなるまでは（ステップＳ１０８においてＮＯ）、温度差拡大モードで、運転させる。低温側目標値が閾値より大きくなると（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、ステップＳ１０２に戻る。ここで、閾値は、ステップＳ１０４において用いた閾値と同一である。
【0059】
図９は、エネルギー消費効率の比較を示す説明図である。図９では、包接水和物の分解・生成熱を利用する場合を「包接水和物」と記載し、冷媒の凝縮・蒸発に伴う熱を利用する場合を「Ｒ３２」と記載している。ここで、Ｒ３２は、冷媒Ｒ３２であり、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）のなかでは地球温暖化係数が低いことが特徴である。図９に示す包接水和物を生成するガスは、冷媒Ｒ３２である。
【0060】
図示するように、包接水和物を利用するヒートポンプシステムの場合、獲得熱量が従来の冷媒（Ｒ３２）と比較して約６～７倍である。図示するように、包接水和物を利用する場合の圧縮機仕事は、従来の冷媒（Ｒ３２）を利用する場合と同等である。ＣＯＰは、下記（式１）により概算することができる。
ＣＯＰ＝獲得熱量／（圧縮機仕事＋補器仕事） …（式１）
包接水和物を利用する場合に、例えば、包接水和物スラリー搬送用ポンプ等の補器を追加した場合に、必要動力（圧縮機仕事＋補器仕事）が従来の２倍になったとしても、ＣＯＰ＝１０程度を見込むことができる。一方、従来の冷媒を使用する場合には、追加の補器が不要であったとしても、ＣＯＰ＝４程度である。
ＣＯＰ＝獲得熱量／（圧縮機仕事＋補器仕事） …（式１）
包接水和物を利用する場合に、例えば、包接水和物スラリー搬送用ポンプ等の補器を追加した場合に、必要動力（圧縮機仕事＋補器仕事）が従来の２倍になったとしても、ＣＯＰ＝１０程度を見込むことができる。一方、従来の冷媒を使用する場合には、追加の補器が不要であったとしても、ＣＯＰ＝４程度である。
【0061】
以上説明したように、本実施形態のヒートポンプシステム１００によれば、包接水和物の潜熱（分解・生成熱）を利用して、熱を輸送する。包接水和物の分解・生成熱は、冷媒の凝縮・蒸発に伴う熱より大きい。そのため、冷媒の凝縮過程及び蒸発過程に伴う熱の授受を利用した従来のヒートポンプと比較して、エネルギー消費効率を向上させることができる。
【0062】
また、本実施形態のヒートポンプシステム１００によれば、液液分離部５４を有するため、液液分離部５４により補助剤濃度が低減された混合溶媒を分解部２０に供給することができる。分解部２０中の補助剤濃度が低減され、上述の補助剤閾値より小さくなり、包接水和物の安定境界曲線が低温側に移動することにより、分解部における包接水和物の分解を促進させることができる。また、液液分離部５４により補助剤が濃縮された混合溶媒を生成部１０に供給することにより、包接水和物の生成を促進させることができる。すなわち、この構成によれば、生成部と分解部との間で補助剤濃度を制御することができ、冷凍サイクル運転における高温側と低温側の温度差を拡大することができ、エネルギー消費効率を向上させることができる。
【0063】
また、本実施形態のヒートポンプシステム１００によれば、ガスと水と補助剤との混相である分解物から、第１気液分離部１４によって水と補助剤を分離し、水分が分離されたガスを圧縮部１６によって圧縮することができる。そのため、第１気液分離部１４を有さない場合と比較して、水分の圧縮仕事の分、圧縮部１６の仕事が低減され、ヒートポンプシステムのエネルギー消費効率を向上させることができる。
【0064】
また、この構成によれば、混合溶媒と、圧縮されたガスとが予め、混合部１８によって混合され、混合液として、生成部１０に送られる。そのため、混合部１８を備えず、ガスと混合溶媒とが混合されずそのまま生成部１０に送られる場合と比較して、ガスと水との接触面積が大きくなり、生成部１０における包接水和物の生成効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプシステムのエネルギー消費効率を向上させることができる。
【0065】
＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態のヒートポンプシステム１００Ａの基本構成を模式的に示した説明図である。第２実施形態のヒートポンプシステム１００Ａが第１実施形態のヒートポンプシステム１００と異なる点は、第１主流路３０において、生成部１０と減圧部２４との間に気／固液分離部５２を備える点と、第２流路４２において、圧縮部１６と混合部１８との間に第２気液分離部５６を備える点と、気／固液分離部５２により分離されたガスを混合部１８に供給する第２副流路６０と、第２気液分離部５６で分離された圧縮機オイルを圧縮部１６に戻す第３副流路８０を備える点である。第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図１０は、第２実施形態のヒートポンプシステム１００Ａの基本構成を模式的に示した説明図である。第２実施形態のヒートポンプシステム１００Ａが第１実施形態のヒートポンプシステム１００と異なる点は、第１主流路３０において、生成部１０と減圧部２４との間に気／固液分離部５２を備える点と、第２流路４２において、圧縮部１６と混合部１８との間に第２気液分離部５６を備える点と、気／固液分離部５２により分離されたガスを混合部１８に供給する第２副流路６０と、第２気液分離部５６で分離された圧縮機オイルを圧縮部１６に戻す第３副流路８０を備える点である。第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
【0066】
気／固液分離部５２は、包接水和物固体と、未反応のガスと水と補助剤を含む気固液混合体（包接水和物スラリー）からガスを分離する。ここで、ガスが分離された固液混合体も、包接水和物スラリーとも呼ぶ。分離されたガスは、第２副流路６０および第４流路４４を介して、混合部１８に流入する。気／固液分離部の形式として、表面張力式、遠心力式、多段フィルタ式、サイクロン式、などを用いることができる。サイクロン式気固液分離部の場合、分離後の固液相側が１００％、気相側が１００％(体積比)となることが想定される。なお、気／固液分離部５２から流出する包接水和物スラリーは、少量のガスを含むこともある。
【0067】
気／固液分離部５２は減圧部２４の前段にあるため、気／固液分離部５２において分離されたガスは、高圧状態である。気／固液分離部５２を備えない場合には、包接水和物固体を主に含む気固液混合体中の余剰のガスは、減圧部２４において減圧され低圧状態で圧縮部１６に流入し、圧縮部１６で圧縮される。これに対し、本実施形態のヒートポンプシステム１００Ａでは、第１主流路３０を流れる包接水和物スラリーが減圧される前に、気／固液分離部５２によって包接水和物スラリー中の余剰のガスが分離され、圧縮部１６を介さず高圧状態で混合部１８に供給される。そのため、余剰なガスが圧縮部１６に供給されることによる圧縮機効率の低下を抑制することができ、エネルギー消費効率ＣＯＰをさらに向上させることができる。
【0068】
図１１は、電力ＣＯＰと気固液割合の関係を示す図である。図１１に示す例では、気固液混合相中の固体率を変えて、ＣＯＰを算出している。本実施形態のヒートポンプシステム１００Ａを用いた場合の算出結果を黒塗り三角で示し、本実施形態のヒートポンプシステム１００Ａの気／固液分離部５２を備えない構成のヒートポンプシステム（以下、比較例とも呼ぶ）を用いた場合の算出結果を白抜き三角で示している。ヒートポンプシステム１００Ａでは、上述の通り気／固液分離部５２においてガスを分離しているため、分解部２０に流入する熱媒体中のガス濃度は略０（ゼロ）であり、固液混合相といえる。一方、比較例のヒートポンプシステムでは気／固液分離部５２を備えないため、分解部２０に流入する熱媒体は気固液混合相である。なお、図１１に示す例では、通常モードでの運転を例示している。
【0069】
図１１に示す例では、以下の条件でＣＯＰを試算している。生成部１０の入り口側の熱媒体の温度が２０℃、分解部２０出口側の熱媒体の温度が１０℃である。図１０に示す第３２流路３２に図示せざるスラリーポンプを備え、当該スラリーポンプの回転数は８００ｒｐｍである。生成部１０に流入する混合液中の冷媒ガスの体積は９１％である。
【0070】
図示するように、本実施形態のヒートポンプシステム１００Ａは、比較例のヒートポンプシステムと比較してＣＯＰが向上される。図示する通り、包接水和物スラリーから気体（冷媒ガス）を分離することによりＣＯＰを向上することができる。
【0071】
第２気液分離部５６の形式として、例えば、表面張力式、遠心力式、多段フィルタ式、サイクロン式、などを用いることができる。遠心力式気液分離部とした場合、分離後の気相側は冷媒ガスが１００％、液相側は冷媒ガス／圧縮機潤滑油が１０／９０％（体積比）となることが想定される。第２気液分離部５６により分離された圧縮機オイルは、第３副流路８０を介して圧縮部１６に戻される。これにより圧縮部１６の破損やシール性の低下を抑制することができる。なお、補助剤として用いられるものを圧縮機オイルとして用いることにより第２気液分離部５６を備えない構成にしても、圧縮部１６の破損等を抑制することができる。
【0072】
＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態のヒートポンプシステム１００Ｂの基本構成を模式的に示した説明図である。第３実施形態のヒートポンプシステム１００Ｂが第２実施形態のヒートポンプシステム１００Ａと異なる点は、第１主流路３０にスラリーポンプ３９を備える点と、第２流路４２に脱水部１７を備える点である。第２実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
図１２は、第３実施形態のヒートポンプシステム１００Ｂの基本構成を模式的に示した説明図である。第３実施形態のヒートポンプシステム１００Ｂが第２実施形態のヒートポンプシステム１００Ａと異なる点は、第１主流路３０にスラリーポンプ３９を備える点と、第２流路４２に脱水部１７を備える点である。第２実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して、先行する説明を参照する。
【0073】
スラリーポンプ３９は、生成部１０から送出される包接水和物のスラリーを輸送する。ヒートポンプシステム１００Ａは、スラリーポンプ３９を備えることにより、第１主流路３０を流れる熱媒の流量を調整することができるため、分解部２０における分解速度を調整することができる。本実施形態におけるスラリーポンプ３９を、「輸送ポンプ」とも呼ぶ。
【0074】
脱水部１７は、第１気液分離部１４にて分離されたガス中の水および補助剤を吸着する。脱水部１７は、例えば、シリカゲル等の吸着剤を用いて、脱水することができる。このようにすると第１気液分離部１４にて分離されたガスに混入した水分（混合溶媒）を除去することができるため、圧縮部１６によるエネルギー消費を、さらに削減することができ、ヒートポンプシステム１００Ｂのエネルギー消費効率をさらに向上させることができる。吸着剤は、シリカゲルに限定されず、公知の吸着剤を適用可能である。吸着剤は、熱処理にて用意に再生可能である。
【0075】
＜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。
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。
【0076】
・減圧部２４は、生成部１０から分解部２０へ熱媒体が流れる第１主流路３０に設けられてもよいし、分解部２０から生成部１０へ熱媒体が流れる第２主流路４０の分解部２０と第１気液分離部１４との間に設けられてもよい。また、分解部２０が減圧部２４を備えてもよいし、圧縮部１６が減圧部２４を備えてもよい。このようにしても、分解部２０内の圧力を低減することができ、分解部２０における包接水和物の分解を促進することができる。
【0077】
・上記第３実施形態において、ヒートポンプシステムがスラリーポンプ３９を備える例を示したが、第１、２実施形態のヒートポンプシステムにおいて、スラリーポンプ３９を備えてもよい。
【0078】
・上記第３実施形態において、ヒートポンプシステムが脱水部１７を備える例を示したが、第１、２実施形態のヒートポンプシステムにおいて、脱水部１７を備えてもよい。
【0079】
・上記第２実施形態において第２気液分離部５６を備える構成を例示したが、第２気液分離部５６を備えなくてもよい。
【0080】
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、改良され得るとともに、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。
【0081】
本発明は、以下の適用例としても実現することが可能である。
［適用例１］
熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送するヒートポンプシステムであって、
水と液体の補助剤の混合溶媒とガスの混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部と、
包接水和物の分解が行われ、前記ガスと前記混合溶媒との混相である分解物が送出される分解部と、
前記生成部から前記分解部へと前記熱媒体が流れる第１主流路と、
前記分解部から前記生成部へと前記熱媒体が流れる第２主流路と、
前記生成部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体を放熱させる放熱部と、
前記分解部内の前記熱媒体を減圧する減圧部と、
前記分解部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体に吸熱させる吸熱部と、
前記分解部と前記第２主流路を介して接続され、前記分解部から送出される前記分解物中の前記ガスと前記混合溶媒を分離する気液分離部と、
前記気液分離部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記ガスを圧縮する圧縮部と、
前記気液分離部、前記圧縮部、および前記生成部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒と、前記圧縮部により圧縮された前記ガスとを含む前記混合液を生成し、前記第２主流を介して前記生成部に前記混合液を供給する混合部と、
前記気液分離部と前記混合部との間に配置され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒中の水と前記補助剤を分離する液液分離部と、
前記液液分離部と前記分解部とを接続し、前記液液分離部により前記補助剤が分離された水を前記分解部に供給する第１副流路と、
を備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例２］
適用例１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記生成部と前記第１主流路を介して接続され、前記生成部で生成された前記包接水和物と前記ガスと前記混合溶媒とを含む気固液混合体から前記ガスを分離する気／固液分離部と、
前記気／固液分離部により分離された前記ガスを前記混合部に供給する第２副流路と、
をさらに備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のヒートポンプシステムであって、
前記第１主流路に配置され、前記熱媒体を輸送する輸送ポンプを、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記気液分離部と前記圧縮部との間に配置され、前記気液分離部にて分離された前記ガス中の前記混合溶媒を吸着する脱水部を、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例１］
熱媒体が包接水和物の分解過程と生成過程とを繰り返すことにより、熱を輸送するヒートポンプシステムであって、
水と液体の補助剤の混合溶媒とガスの混合液が流入され、包接水和物が生成される生成部と、
包接水和物の分解が行われ、前記ガスと前記混合溶媒との混相である分解物が送出される分解部と、
前記生成部から前記分解部へと前記熱媒体が流れる第１主流路と、
前記分解部から前記生成部へと前記熱媒体が流れる第２主流路と、
前記生成部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体を放熱させる放熱部と、
前記分解部内の前記熱媒体を減圧する減圧部と、
前記分解部内の前記熱媒体と、前記ヒートポンプシステム外の熱源との熱交換により前記熱媒体に吸熱させる吸熱部と、
前記分解部と前記第２主流路を介して接続され、前記分解部から送出される前記分解物中の前記ガスと前記混合溶媒を分離する気液分離部と、
前記気液分離部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記ガスを圧縮する圧縮部と、
前記気液分離部、前記圧縮部、および前記生成部と前記第２主流路を介して接続され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒と、前記圧縮部により圧縮された前記ガスとを含む前記混合液を生成し、前記第２主流を介して前記生成部に前記混合液を供給する混合部と、
前記気液分離部と前記混合部との間に配置され、前記気液分離部により分離された前記混合溶媒中の水と前記補助剤を分離する液液分離部と、
前記液液分離部と前記分解部とを接続し、前記液液分離部により前記補助剤が分離された水を前記分解部に供給する第１副流路と、
を備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例２］
適用例１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記生成部と前記第１主流路を介して接続され、前記生成部で生成された前記包接水和物と前記ガスと前記混合溶媒とを含む気固液混合体から前記ガスを分離する気／固液分離部と、
前記気／固液分離部により分離された前記ガスを前記混合部に供給する第２副流路と、
をさらに備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のヒートポンプシステムであって、
前記第１主流路に配置され、前記熱媒体を輸送する輸送ポンプを、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載のヒートポンプシステムであって、
前記気液分離部と前記圧縮部との間に配置され、前記気液分離部にて分離された前記ガス中の前記混合溶媒を吸着する脱水部を、さらに備える、
ヒートポンプシステム。
【符号の説明】
【0082】
１０…生成部
１１ａ…第１生成・分解部
１１ｂ…第１熱交換器
１２…放熱部
１３ａ…第２生成・分解部
１３ｂ…第２熱交換器
１４…第１気液分離部
１５…送液ポンプ
１６…圧縮部
１７…脱水部
１８…混合部
２０…分解部
２２…吸熱部
２４…減圧部
３９…スラリーポンプ
４０…第２主流路
５２…気／固液分離部
５４…液液分離部
５６…第２気液分離部
５８…送液ポンプ
６０…第２副流路
７０…第１副流路
７２…開閉弁
８０…第３副流路
９０…制御部
１００、１００Ａ、１００Ｂ…ヒートポンプシステム
１１０、１１０Ａ…空気調和装置
Ｖ１～Ｖ８…開閉弁
Ｖ９…三方弁
１１ａ…第１生成・分解部
１１ｂ…第１熱交換器
１２…放熱部
１３ａ…第２生成・分解部
１３ｂ…第２熱交換器
１４…第１気液分離部
１５…送液ポンプ
１６…圧縮部
１７…脱水部
１８…混合部
２０…分解部
２２…吸熱部
２４…減圧部
３９…スラリーポンプ
４０…第２主流路
５２…気／固液分離部
５４…液液分離部
５６…第２気液分離部
５８…送液ポンプ
６０…第２副流路
７０…第１副流路
７２…開閉弁
８０…第３副流路
９０…制御部
１００、１００Ａ、１００Ｂ…ヒートポンプシステム
１１０、１１０Ａ…空気調和装置
Ｖ１～Ｖ８…開閉弁
Ｖ９…三方弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】