JP2017223424A - heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプに関する。 The present invention relates to a heat pump.
特許文献１には、蒸発部の外表面に付着させた冷媒液を蒸発させることで、流路を流れる熱媒の温度を低下させる吸着式冷凍機が記載されている。この吸着式冷凍機では、温度が低下された（冷却された）熱媒は、熱交換器に流入して、室内の空気を冷却する。 Patent Document 1 describes an adsorption refrigerator that lowers the temperature of a heat medium flowing through a flow path by evaporating a refrigerant liquid attached to the outer surface of an evaporation unit. In this adsorption refrigerator, the heat medium whose temperature has been lowered (cooled) flows into the heat exchanger and cools the indoor air.
特許文献１に記載の構成では、蒸発部と凝縮器とは熱交換器との間での熱媒の循環経路が別々に設けられており、各々の経路に熱媒を循環させるポンプが設けられている。このように、蒸発部と凝縮器について別々の循環経路を設けると、各々の経路にポンプが必要であり、装置構造の複雑化を招く。 In the configuration described in Patent Document 1, a circulation path for the heat medium between the evaporator and the condenser is provided separately between the heat exchanger, and a pump for circulating the heat medium is provided in each path. ing. As described above, if separate circulation paths are provided for the evaporator and the condenser, a pump is required for each path, resulting in a complicated apparatus structure.
本発明は上記事実を考慮し、簡易な構造のヒートポンプを提供することを目的とする。 In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a heat pump having a simple structure.
請求項１に係るヒートポンプは、熱媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と接続され、前記熱媒と結合すると共に結合した前記熱媒を再生温度で脱離して再生される反応剤、を有する反応器と、前記反応器と接続され、前記反応剤から脱離された熱媒を凝縮させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間で熱交換流体を循環させる熱交換循環路と、前記熱交換循環路に設けられ、前記熱交換流体を送出するポンプと、を備えている。 A heat pump according to claim 1 comprises: an evaporator that evaporates a heat medium; and a reactant that is connected to the evaporator and that is combined with the heat medium and desorbed at the regeneration temperature and regenerated. Having a reactor, a condenser connected to the reactor and condensing the heat medium desorbed from the reactant, and a heat exchange circuit for circulating a heat exchange fluid between the evaporator and the condenser And a pump that is provided in the heat exchange circuit and delivers the heat exchange fluid.
請求項１に係るヒートポンプでは、蒸発器で熱媒が蒸発することにより、気化熱が奪われて冷熱が生成される。また、凝縮器で熱媒が凝縮することにより、凝縮熱により温熱が生成される。生成された冷熱、温熱は、熱交換流体によって運搬される。熱交換流体は、蒸発器と凝縮器との間で熱交換流体を循環させる熱交換循環路を流れる。このように、凝縮器と蒸発器との間で熱交換流体を流通させる熱交換循環路を設けることにより、凝縮器からの温熱及び蒸発器からの冷熱を、共通のポンプで運搬することができる。したがって、ヒートポンプの構成を簡易にすることができる。 In the heat pump according to the first aspect, when the heat medium evaporates in the evaporator, the heat of vaporization is taken and cold heat is generated. Further, when the heat medium is condensed in the condenser, warm heat is generated by the condensation heat. The generated cold and warm heat is conveyed by a heat exchange fluid. The heat exchange fluid flows through a heat exchange circuit that circulates the heat exchange fluid between the evaporator and the condenser. Thus, by providing the heat exchange circuit for circulating the heat exchange fluid between the condenser and the evaporator, it is possible to carry the hot heat from the condenser and the cold heat from the evaporator with a common pump. . Therefore, the configuration of the heat pump can be simplified.
請求項２に係るヒートポンプは、前記熱交換循環路に、前記蒸発器出口側からの前記熱交換流体と前記凝縮器出口側からの前記熱交換流体との間で熱交換を行う顕熱交換器が配置されている。 The heat pump according to claim 2, wherein the heat exchange circuit performs heat exchange between the heat exchange fluid from the evaporator outlet side and the heat exchange fluid from the condenser outlet side in the heat exchange circuit. Is arranged.
通常、凝縮器側からの熱交換流体は蒸発器から送出された熱交換流体よりも温度が高い。したがって、顕熱交換器での熱交換により、凝縮器出口側からの熱交換流体は温度を低下させた後に蒸発器へ送出され、蒸発器出口側からの熱交換流体は温度を上昇された後に凝縮器へ送出される。これにより、熱交換流体の温度を平均化することができ、ヒートポンプの顕熱ロスを少なくすることができる。 Normally, the heat exchange fluid from the condenser side has a higher temperature than the heat exchange fluid delivered from the evaporator. Therefore, the heat exchange fluid from the condenser outlet side is sent to the evaporator after the temperature is lowered by heat exchange in the sensible heat exchanger, and the heat exchange fluid from the evaporator outlet side is raised after the temperature is raised. It is sent to the condenser. Thereby, the temperature of the heat exchange fluid can be averaged, and the sensible heat loss of the heat pump can be reduced.
請求項３に係るヒートポンプは、前記熱交換循環路には、前記蒸発器から前記顕熱交換器へ向かう途中に外気から吸熱する吸熱交換器が配置され、前記凝縮器から前記顕熱交換器へ向かう途中に外気へ放熱する放熱交換器が配置されている、ことを特徴とする。 In the heat pump according to claim 3, an endothermic exchanger that absorbs heat from outside air is disposed in the heat exchange circuit on the way from the evaporator to the sensible heat exchanger, and from the condenser to the sensible heat exchanger. A heat dissipation exchanger that dissipates heat to the outside air is arranged on the way to the road.
このように、吸熱交換器及び放熱交換器を配置することにより、蒸発器で生成された冷熱や凝縮器で生成された温熱を利用することができる。 In this manner, by arranging the heat absorption exchanger and the heat dissipation exchanger, it is possible to use the cold heat generated by the evaporator and the warm heat generated by the condenser.
請求項４に係るヒートポンプは、前記ポンプは、前記凝縮器と前記室外熱交換器との間に設けられている。 In the heat pump according to a fourth aspect, the pump is provided between the condenser and the outdoor heat exchanger.
ポンプは、駆動により発熱するため、熱交換流体に温熱が伝達される。そこで、ポンプを室外熱交換器の上流側に配置することにより、効率よく熱交換流体からの放熱を行うことができる。 Since the pump generates heat when driven, warm heat is transmitted to the heat exchange fluid. Therefore, by disposing the pump upstream of the outdoor heat exchanger, it is possible to efficiently dissipate heat from the heat exchange fluid.
請求項５に係るヒートポンプは、前記蒸発器は、前記熱交換流体の一部を前記熱媒として蒸発させる、ことを特徴とする。 The heat pump according to a fifth aspect is characterized in that the evaporator evaporates a part of the heat exchange fluid as the heat medium.
通常、潜熱の出入りを行わせる熱媒と、生成された冷熱、温熱を運搬して熱交換対象との間で熱交換を行う熱交換流体とは、別々の流路を流通し、互いに混合されることはない。請求項５に係る発明では、熱交換流体が熱媒を兼ねているので、熱運搬の効率を高めると共に、蒸発器で生成された冷熱や、凝縮器で生成された温熱を熱交換流体で直接運搬でき、ヒートポンプ構造の簡素化を図ることができる。 Usually, the heat medium that allows the latent heat to enter and exit, and the heat exchange fluid that carries the generated cold and heat and exchanges heat with the heat exchange target flow through separate channels and are mixed with each other. Never happen. In the invention according to claim 5, since the heat exchange fluid also serves as a heat medium, the efficiency of heat transport is improved, and the cold heat generated by the evaporator and the warm heat generated by the condenser are directly used by the heat exchange fluid. It can be transported and the heat pump structure can be simplified.
請求項６に係るヒートポンプは、前記熱交換流体は溶媒に溶質が溶解された溶液である、ことを特徴とする。 The heat pump according to claim 6 is characterized in that the heat exchange fluid is a solution in which a solute is dissolved in a solvent.
熱交換流体は、溶液にすることにより、凝固点が降下する。これにより、例えば、溶媒が水の場合、氷点下においても、ヒートポンプを稼働させることができる。 When the heat exchange fluid is made into a solution, the freezing point is lowered. Thereby, for example, when the solvent is water, the heat pump can be operated even under freezing.
また、蒸気圧も低下するので、同一温度でも相対圧を低下させることができる。したがって、溶媒、溶質の種類や溶質の濃度で再生温度を調整することにより、反応剤で結合及び脱離できる熱媒の量を増加させて、ヒートポンプの運転効率を高めることができる。 Further, since the vapor pressure also decreases, the relative pressure can be decreased even at the same temperature. Therefore, by adjusting the regeneration temperature with the type of solvent, solute, and solute concentration, the amount of heat medium that can be bound and desorbed by the reactant can be increased, and the operating efficiency of the heat pump can be increased.
さらに、通常は、溶液中の溶質が蒸発しないため、蒸発器において溶質の濃度が上昇するが、熱交換流体が熱媒を兼ねているので、凝縮器で凝縮された溶媒が熱交換流体として蒸発器に戻される。したがって、蒸発器における溶質の濃度の上昇を抑制することができる。 In addition, since the solute in the solution usually does not evaporate, the concentration of the solute in the evaporator increases. However, since the heat exchange fluid also serves as a heat medium, the solvent condensed in the condenser evaporates as a heat exchange fluid. Returned to the vessel. Therefore, an increase in the concentration of the solute in the evaporator can be suppressed.
請求項７に係るヒートポンプは、前記溶液中の溶質は希釈熱が正の物質である、ことを特徴とする。 The heat pump according to claim 7 is characterized in that the solute in the solution is a substance having a positive heat of dilution.
希釈熱が正の物質を溶質とする場合、希釈熱分だけ蒸発熱が増加する。したがって、同量の熱媒を蒸発させたときの冷熱生成量を増加させることができる。 When a substance having a positive heat of dilution is used as a solute, the heat of evaporation increases by the heat of dilution. Therefore, the amount of cold heat generated when the same amount of heat medium is evaporated can be increased.
請求項８に係るヒートポンプは、前記熱交換流体は水とイオン液体との混合流体である、ことを特徴とする前記溶質がイオン液体である、ことを特徴とする。 The heat pump according to claim 8 is characterized in that the heat exchange fluid is a mixed fluid of water and an ionic liquid, and the solute is an ionic liquid.
イオン液体と水との混合流体は、水よりも凝固点及び蒸気圧が低い。これにより、氷点下においても、ヒートポンプを稼働させることができると共に、同一温度でも相対圧を低下させることができる。したがって、イオン液体の種類や濃度で再生温度を調整することにより、反応剤で結合及び脱離できる熱媒の量を増加させることができる。また、イオン液体は希釈熱が正であるため、希釈熱分だけ蒸発熱が増加する。したがって、同量の熱媒を蒸発させたときの冷熱生成量を増加させることができる。 A mixed fluid of ionic liquid and water has a freezing point and a vapor pressure lower than water. As a result, the heat pump can be operated even under freezing, and the relative pressure can be reduced even at the same temperature. Therefore, by adjusting the regeneration temperature based on the type and concentration of the ionic liquid, the amount of the heat medium that can be bound and desorbed by the reactant can be increased. Further, since the ionic liquid has a positive heat of dilution, the heat of evaporation increases by the amount of heat of dilution. Therefore, the amount of cold heat generated when the same amount of heat medium is evaporated can be increased.
さらに、イオン液体は水よりも沸点が高く蒸発しないため、蒸発器においてイオン液体の濃度が上昇するが、熱交換流体が熱媒を兼ねているので、凝縮器で凝縮された溶媒が熱交換流体として蒸発器に戻される。したがって、蒸発器における混合流体中のイオン液体の濃度上昇を抑制することができる。 Further, since the ionic liquid has a boiling point higher than that of water and does not evaporate, the concentration of the ionic liquid increases in the evaporator. However, since the heat exchange fluid also serves as a heat medium, the solvent condensed in the condenser is the heat exchange fluid. To the evaporator. Therefore, an increase in the concentration of the ionic liquid in the mixed fluid in the evaporator can be suppressed.
本発明では、ヒートポンプを簡易な構造にすることができる。 In the present invention, the heat pump can have a simple structure.
［第１実施形態］
図１には、本実施形態に係るヒートポンプ１０が示されている。ヒートポンプ１０は、蒸発器１２、吸着器２０、吸着器２２、凝縮器１４、ポンプ１８、顕熱交換器２４、室内熱交換器２６、及び室外熱交換器２８を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a
図２に示されるように、蒸発器１２は、内部が中空の容器状である、蒸発器１２の内部には、液相状態の熱交換流体が貯留された液相部１２Ａと、その上の気相空間１２Ｂが形成されている。蒸発器１２には、第１流路３１、第６流路３６が接続されている。液相部１２Ａに貯留されている熱交換流体は、第１流路３１から流出する。また、液相部１２Ａへは、第６流路３６から熱交換流体が流入する。第１流路３１は、液相部１２Ａの下部に設けられた流出口と接続されている。気相空間１２Ｂには、第６流路３６から延出された噴霧ノズル３６Ａが挿入されている。噴霧ノズル３６Ａは、気相空間１２Ｂを横切るように配置され、下向きに液体を噴霧する複数の吐出口３６Ｂを有している。熱交換流体は、噴霧ノズル３６Ａの吐出口３６Ｂから吐出される。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態において、熱交換流体は、後述するように、蒸発器１２の液相部１２Ａにおいて液相の状態で存在し、特定の条件（圧力、温度）において、その一部が気相空間１２Ｂに蒸発（気化）して、熱媒を兼ねる。
In this embodiment, as will be described later, the heat exchange fluid exists in a liquid phase state in the
図１に示されるように、蒸発器１２は、室内熱交換器２６と、第１流路３１を介して液密に接続されている。蒸発器１２から第１流路３１を通って液相の熱交換流体が室内熱交換器２６へ流れる。
As shown in FIG. 1, the
室内熱交換器２６では、室内の空気と蒸発器１２からの熱交換流体が運搬する冷熱との間で熱交換が行われる。室内熱交換器２６は、顕熱交換器２４と、第２流路３２を介して液密に接続されており、第２流路３２を通って、室内熱交換器２６から熱交換流体が顕熱交換器２４へ流れる。
In the
蒸発器１２の気相空間１２Ｂには、配管Ｐ１、Ｐ２を介して、吸着器２０、２２が接続されている。複数（２つ）の吸着器２０、２２が気相空間１２Ｂに対し並列に接続されていることにより、吸着器２０、２２を後述する吸着モードと脱離モードとに交互に切り替えることで、吸着器の連続運転が可能である。配管Ｐ１には、開閉弁Ｂ１が設けられ、配管Ｐ２には、開閉弁Ｂ２が設けられている、開閉弁Ｂ１、Ｂ２は、制御部４０と接続されており（図３参照）、制御部４０によって開閉が制御されている。開閉弁Ｂ１、Ｂ２の開弁状態では、蒸発器１２の気相空間１２Ｂと吸着器２０、２２との間で熱媒（気相の熱交換流体）の移動が可能である。開閉弁Ｂ１、Ｂ２の閉弁状態では、蒸発器１２の気相空間１２Ｂと吸着器２０、２２との間で熱媒の移動が阻止される。
Adsorbers 20 and 22 are connected to the
制御部４０はＣＰＵ、メモリ、開閉弁の開閉等を切換えるドライバ、ポンプ駆動用のドライバ等を含んで構成されている。制御部４０は、予め記録されたプログラムに基づいて、ポンプ１８を作動させると共に開閉弁を切換えることで、ヒートポンプ１０を作動させる。
The
吸着器２０、２２には吸着剤が収容されている。吸着剤は、気相の熱媒を吸着及び脱離するものであり、例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト等を用いることができる。吸着剤は、吸着モード時には、蒸発器１２からの熱媒を吸着し、脱離モード時には吸着した熱媒を脱離する。なお、脱離モード時には、吸着器を加熱することにより脱離を促進することができる。
Adsorbents are accommodated in the
吸着器２０、２２は、配管Ｐ３、Ｐ４で凝縮器１４の後述する気相空間１４Ｂと各々接続されている。配管Ｐ３には開閉弁Ｂ３が設けられており、配管Ｐ４には開閉弁Ｂ４が設けられている。開閉弁Ｂ３、Ｂ４は、制御部４０と接続されており（図３参照）、制御部４０によって開閉が制御されている。開閉弁Ｂ３、Ｂ４を開放することにより、吸着器２０、吸着器２２から凝縮器１４への熱媒（気相）の移動が可能となる。開閉弁Ｂ３、Ｂ４の閉弁状態では、吸着器２０、２２と凝縮器１４との間で熱媒の移動が阻止される。
The
図４に示されるように、凝縮器１４は、内部が中空の容器状である、凝縮器１４内部には、液相状態の熱交換流体が貯留された液相部１４Ａと、その上の気相空間１４Ｂが形成されている。凝縮器１４には、第３流路３３、第４流路３４が接続されている。液相部１４Ａの熱交換流体は、第４流路３４から流出する。また、液相部１４Ａへは、第３流路３３から熱交換流体が流入する。気相空間１４Ｂには、第３流路３３から延出された噴霧ノズル３３Ａが挿入されている。噴霧ノズル３３Ａは、気相空間１４Ｂを横切るように配置され、下向きに液体を噴霧する複数の吐出口３３Ｂを有している。熱交換流体は、噴霧ノズル３３Ａの吐出口３３Ｂから吐出される。吸着器２０、２２から配管Ｐ３、Ｐ４を経て気相空間１４Ｂへ流入した気相の熱媒は、エネルギーを奪われて凝縮（液化）する。凝縮した熱媒は、凝縮器１４内の液相部１４Ａで熱交換流体と混合される。
As shown in FIG. 4, the
図１に示されるように、凝縮器１４は、室外熱交換器２８と、第４流路３４を介して液密に接続されている。第４流路３４には、ポンプ１８が設けられている。ポンプ１８は、制御部４０と接続されて（図３参照）駆動が制御され、熱交換流体を室外熱交換器２８へ送出する。熱交換流体は、第４流路３４を通って、凝縮器１４から室外熱交換器２８へ流れる。
As shown in FIG. 1, the
室外熱交換器２８は、外気と凝縮器１４から送出された熱交換流体が運搬する温熱との間で熱交換を行う。室外熱交換器２８は、顕熱交換器２４と、第５流路３５を介して液密に接続されており、熱交換流体は、第５流路３５を通って、室外熱交換器２８から顕熱交換器２４へ流れる。
The
顕熱交換器２４は、冷熱部２４Ａと温熱部２４Ｂを有している。冷熱部２４Ａと温熱部２４Ｂは、互いに隣接しつつ区画された流路構成とされており、相互の熱交換が可能となっている。冷熱部２４Ａは、第２流路３２及び第３流路３３と接続されている。第２流路３２から流入した熱交換流体は、冷熱部２４Ａで温熱部２４Ｂから熱を得て昇温し、第３流路３３へ送出される。温熱部２４Ｂは、第５流路３５及び第６流路３６と接続されている。第５流路３５から流入した熱交換流体は、冷熱部２４Ａで熱を奪われて降温し、第６流路３６へ送出される。第３流路３３へ送出された熱交換流体は、凝縮器１４へ供給され、第６流路３６へ送出された熱交換流体は、蒸発器１２へ供給される。
The
ヒートポンプ１０には、第１流路３１、第２流路３２、第３流路３３、第４流路３４、第５流路３５、及び第６流路３６により、熱交換循環路３０が構成されている。熱交換流体は、蒸発器１２、第１流路３１、室内熱交換器２６、第２流路３２、顕熱交換器２４（２４Ａ）、第３流路３３、凝縮器１４、第４流路３４、室外熱交換器２８、第５流路３５、顕熱交換器２４（２４Ｂ）、第６流路３６、蒸発器１２の順に流れて熱交換循環路３０内を循環する。
In the
上記のヒートポンプ１０に用いられる熱交換流体としては、例えば、水を溶媒として塩を溶解させた溶液を挙げることができる。熱交換流体として溶液を用いることにより、凝固点が降下する。これにより、氷点下においても、ヒートポンプ１０を稼働させることができる。また、蒸気圧も低下し、同一温度でも相対圧を低下させることができる。したがって、溶媒、溶質の種類や溶質の濃度で、吸着器２０、２２で熱媒が脱離される再生温度を調整することができる。
As a heat exchange fluid used for said
また、熱交換流体としては、希釈熱が正の物質を溶質として水に溶解させた水溶液を用いたり、希釈熱が正の物質を水と混合させた混合流体を用いたりすることができる。希釈熱が正の物質を用いれば、希釈熱分だけ蒸発熱が増加する。したがって、同量の熱媒を蒸発させたときの冷熱生成量を増加させることができる。希釈熱が正の物質としては、硫酸や、参考資料：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ２０１０，１１４，１０４９６−１０５０１に記載された［表１］の陽イオンと陰イオンを組み合わせたイオン液体を挙げることができる。 As the heat exchange fluid, an aqueous solution in which a substance having a positive heat of dilution is dissolved in water as a solute can be used, or a mixed fluid in which a substance having a positive heat of dilution is mixed with water can be used. If a substance having a positive heat of dilution is used, the heat of evaporation increases by the amount of heat of dilution. Therefore, the amount of cold heat generated when the same amount of heat medium is evaporated can be increased. Substances with a positive heat of dilution include sulfuric acid and reference materials: Phys. Chem. The ionic liquid which combined the cation and anion of [Table 1] described in B2010,114,10496-10501 can be mentioned.
次に、本実施形態の作用を説明する。
ヒートポンプ１０は、制御部４０で、図５に示される冷熱生成運転処理が実行されることにより作動される。制御部４０は、まずステップＳ１０で、ポンプ１８を作動させる。これにより、熱交換流体が、蒸発器１２、第１流路３１、室内熱交換器２６、第２流路３２、顕熱交換器２４、第３流路３３、凝縮器１４、第４流路３４、室外熱交換器２８、第５流路３５、顕熱交換器２４、第６流路３６、蒸発器１２の順に流れて熱交換循環路３０内を矢印Ｆ１方向（図１参照）に循環する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The
次に、ステップＳ１２で、開閉弁Ｂ１、Ｂ４を開放し、開閉弁Ｂ２、Ｂ３を閉鎖する。この状態では、吸着器２０と蒸発器１２とが連通されているので、吸着器２０は吸着剤が熱媒を吸着する吸着モードになる。蒸発器１２の液相部１２Ａの熱交換流体は、一部が蒸発し、気相の熱媒が吸着器２０の吸着剤に吸着される。蒸発器１２では、この蒸発により冷熱が生成され、噴霧ノズル３６Ａの吐出口３６Ｂから吐出された霧状の熱交換流体と共に、液相部１２Ａの熱交換流体が冷却される。冷却された熱交換流体は、第１流路を経て室内熱交換器２６へ送出され、室内に冷熱を供給する。室内熱交換器２６で熱交換して室内に冷熱を供給すると、熱交換流体は昇温し、第２流路３２を経て顕熱交換器２４へ送出される。
Next, in step S12, the on-off valves B1 and B4 are opened, and the on-off valves B2 and B3 are closed. In this state, since the
一方、吸着器２２は、凝縮器１４と連通されており、脱離モードとなる。脱離モードでは、吸着剤に吸着していた熱媒が脱離され、吸着剤が再生される。脱離された熱媒は、配管Ｐ４を介して凝縮器１４へ送られ、凝縮されて凝縮熱を発生させる。凝縮されて液相となった熱媒は、液相部１４Ａで熱交換流体と混合される。熱交換流体は、凝縮熱により温度が上昇する。液相部１４Ａの熱交換流体は、第４流路３４を経て、室外熱交換器２８へ送出され、室外へ放熱する。室外へ放熱すると、熱交換流体は降温し、第５流路３５を経て顕熱交換器２４へ送出される。
On the other hand, the
顕熱交換器２４では、第２流路３２からの熱交換流体が冷熱部２４Ａへ流入し、第５流路３５からの熱交換流体が温熱部２４Ｂへ流入する。そして、冷熱部２４Ａと温熱部２４Ｂとで熱交換が行われる。冷熱部２４Ａの熱交換流体は、昇温して第３流路３３へ送出され、凝縮器１４へ供給される。温熱部２４Ｂの熱交換流体は降温して第６流路３６へ送出され、蒸発器１２へ供給される。
In the
次に、ステップＳ１４で、所定の吸着時間Ａが経過したかどうかを判断する。この吸着時間Ａは、吸着器２０の吸着剤が熱媒を吸着する時間であり、且つ、吸着器２２内の吸着剤が吸着した熱媒を脱離して再生する時間である。吸着時間Ａが経過していないと判断された場合には、吸着時間Ａが経過するまでステップＳ１４で待機する。
Next, in step S14, it is determined whether a predetermined adsorption time A has elapsed. The adsorption time A is a time for the adsorbent of the
吸着時間Ａが経過したと判断されると、ステップＳ１６で、開閉弁Ｂ１、Ｂ４を閉鎖し、開閉弁Ｂ２、Ｂ３を開放する。この状態では、吸着器２２と蒸発器１２とが連通されているので、吸着器２２は吸着剤が熱媒を吸着する吸着モードになる。蒸発器１２の液相部１２Ａの熱交換流体は、一部が蒸発し、気相の熱媒が吸着器２２の吸着剤に吸着される。一方、吸着器２０は、凝縮器１４と連通されており、脱離モードとなる。脱離モードでは、吸着剤に吸着していた熱媒が脱離され、吸着剤が再生される。脱離された熱媒は、配管Ｐ３を介して凝縮器１４へ送られ、凝縮されて凝縮熱を発生させる。凝縮されて液相となった熱媒は、液相部１４Ａで熱交換流体と混合される。蒸発器１２、凝縮器１４における作用は、ステップＳ１２と同様である。
If it is determined that the adsorption time A has elapsed, the on-off valves B1 and B4 are closed and the on-off valves B2 and B3 are opened in step S16. In this state, since the
次に、ステップＳ１８で、所定の吸着時間Ａが経過したかどうかを判断する。この吸着時間Ａは、吸着器２２の吸着剤が熱媒を吸着する時間であり、且つ、吸着器２０内の吸着剤が吸着した熱媒を脱離して再生する時間である。吸着時間Ａが経過していないと判断された場合には、吸着時間Ａが経過するまでステップＳ１８で待機する。
Next, in step S18, it is determined whether a predetermined adsorption time A has elapsed. The adsorption time A is a time for the adsorbent of the
吸着時間Ａが経過したと判断されると、ステップＳ２０で、ユーザーから終了の指示があったかどうかを判断し、終了の指示があれば、ステップＳ２２でポンプを停止し、冷熱生成運転処理を終了する。終了の指示がなければ、ステップＳ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。 If it is determined that the adsorption time A has elapsed, it is determined in step S20 whether or not there has been an end instruction from the user. If there is an end instruction, the pump is stopped in step S22 and the cold heat generation operation process is ended. . If there is no instruction to end, the process returns to step S12 and the above processing is repeated.
本実施形態のヒートポンプ１０では、熱交換循環路３０が設けられ、蒸発器１２と凝縮器１４との間で熱交換流体を循環させるので、蒸発器１２からの冷熱及び凝縮器１４からの温熱を、共通のポンプ１８で運搬することができる。したがって、複数のポンプを設置する必要がなく、ヒートポンプ１０の構成を簡易にすることができる。
In the
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、熱交換循環路３０に、蒸発器１２出口側からの熱交換流体と凝縮器１４出口側からの熱交換流体との間で熱交換を行う顕熱交換器２４が配置されている。したがって、顕熱交換器２４での熱交換により、凝縮器１４出口側からの熱交換流体は温度を低下させた後に蒸発器１２へ送出され、蒸発器１２出口側からの熱交換流体は温度を上昇された後に凝縮器１４へ送出される。これにより、熱交換流体の温度を平均化してヒートポンプ１０の顕熱ロスを少なくすることができる。
Further, in the
また、ポンプ１８は、凝縮器１４と室外熱交換器２８との間に設けられている。したがって、熱交換流体は、ポンプ１８の駆動による発熱で温度上昇した後に、室外熱交換器２８へ送られる。これにより、効率よく熱交換流体の放熱を行うことができる。
The
また、本実施形態では、熱交換流体の一部を蒸発器で蒸発させて、熱媒として利用する。したがって、熱運搬の効率を高めることができると共に、蒸発器１２で生成された冷熱や、凝縮器１４で生成された温熱を熱交換流体で直接運搬でき、ヒートポンプ１０の構造の簡素化を図ることができる。
In this embodiment, a part of the heat exchange fluid is evaporated by an evaporator and used as a heat medium. Therefore, the efficiency of heat transport can be increased, and the cold heat generated by the
また、熱交換流体として、溶媒に溶質が溶解された溶液を用いた場合や、イオン液体と水との混合流体を用いた場合には、蒸気圧が低下し、同一温度でも相対圧を低下させることができる。したがって、溶液の溶質の種類や溶液の濃度、イオン液体の種類や濃度で再生温度を調整することにより、吸着剤において吸着及び脱離できる熱媒の量を増加させることができ、ヒートポンプの運転効率を高めることができる。 In addition, when a solution in which a solute is dissolved in a solvent is used as the heat exchange fluid, or when a mixed fluid of ionic liquid and water is used, the vapor pressure decreases, and the relative pressure is decreased even at the same temperature. be able to. Therefore, the amount of heat medium that can be adsorbed and desorbed in the adsorbent can be increased by adjusting the regeneration temperature with the solute type, solution concentration, and ionic liquid type and concentration. Can be increased.
熱媒と熱交換流体とを別々の経路で流通させると、また、熱交換流体として、溶媒に溶質が溶解された溶液を用いた場合や、イオン液体と水との混合流体を用いた場合には、熱交換流体の溶質やイオン液体が蒸発しないため、蒸発器１２において溶質、イオン液体の濃度が上昇する。したがって、熱媒と熱交換流体とを別々の経路で流通させると、前述の相対圧低下に起因した吸着剤での熱媒の吸着及び脱離量の増加という効果が得られにくい。本実施形態では、熱交換循環路３０が設けられており、熱媒（溶媒、水）は、蒸発して吸着剤に吸着された後、脱離され、凝縮器１４で凝縮され、熱交換流体として蒸発器１２に戻される。したがって、蒸発器１２における溶液、混合流体の濃度の上昇を抑制することができ、吸着剤において吸着及び脱離できる熱媒の量を増加させることができる。
When the heat medium and the heat exchange fluid are circulated through different paths, or when a solution in which a solute is dissolved in a solvent is used as the heat exchange fluid, or when a mixed fluid of ionic liquid and water is used. Since the solute and ionic liquid of the heat exchange fluid do not evaporate, the concentration of the solute and ionic liquid increases in the
さらに、熱交換流体として、溶媒に溶質が溶解された溶液を用いた場合や、イオン液体と水との混合流体を用いた場合には、凝固点降下により、低温でも運転を行うことができる。ここで、凝固点は、熱交換流体のモル濃度に比例して降下する。溶液や、イオン液体と水との混合流体では、水のみの場合と比較して、解離によりモル濃度が大きい。したがって、凝固点降下を大きくすることができる。 Furthermore, when a solution in which a solute is dissolved in a solvent is used as the heat exchange fluid, or when a mixed fluid of ionic liquid and water is used, the operation can be performed even at a low temperature due to the freezing point depression. Here, the freezing point falls in proportion to the molar concentration of the heat exchange fluid. In a solution or a mixed fluid of ionic liquid and water, the molar concentration is large due to dissociation as compared with the case of water alone. Therefore, the freezing point depression can be increased.
また、熱交換流体として、希釈熱が正の物質を溶質とした場合や、希釈熱が正のイオン液体を用いた場合には、希釈熱分だけ蒸発熱が増加する。したがって、同量の熱媒を蒸発させたときの冷熱生成量を増加させることができる。 Further, when a substance having a positive dilution heat is used as a solute as the heat exchange fluid, or when an ionic liquid having a positive dilution heat is used, the heat of evaporation increases by the amount of the dilution heat. Therefore, the amount of cold heat generated when the same amount of heat medium is evaporated can be increased.
例えば、参考資料：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ２０１０，１１４，１０４９６−１０５０１のＦＩＧ．１に記載されている、図６（Ａ）に示すグラフよると、水とイオン液体［ＯＨｅｍｉｎ］［ＴＦＡ］（表１参照）を混合した場合、水のモル分率が０．６の場合に、１４００Ｊ／ｍｏｌのエンタルピー変化が確認されている。したがって、水とイオン液体［ＯＨｅｍｉｎ］［ＴＦＡ］の混合流体で水のモル分率を０．６とした場合、水の蒸発潜熱２４５０Ｊ／ｇ、水の分子量１８で計算すると、約５％の潜熱を増加させることができる。
For example, reference material: J.M. Phys. Chem. B2010, 114, 10496-10501. According to the graph shown in FIG. 6A described in FIG. 1, when water and the ionic liquid [OHemin] [TFA] (see Table 1) are mixed, the molar fraction of water is 0.6. An enthalpy change of 1400 J / mol has been confirmed. Therefore, when the molar fraction of water is 0.6 in the mixed fluid of water and the ionic liquid [OHemin] [TFA], the latent heat of about 5% is calculated by calculating the latent heat of vaporization of water 2450 J / g and the molecular weight of
また、上記の参考資料のＦＩＧ．９に記載されたに記載されている、図６（Ｂ）に示すグラフよると、水とイオン液体［ｅｍｉｎ］［ＭｅＳＯ３］（表１参照）を混合した場合、水のモル分率が０．７の場合に、２８００Ｊ／ｍｏｌのエンタルピー変化が確認されている。したがって、水とイオン液体［ＯＨｅｍｉｎ］［ＭｅＳＯ３］の混合流体で水のモル分率を０．７とした場合、水の蒸発潜熱２４５０Ｊ／ｇ、水の分子量１８で計算すると、約９％の潜熱を増加させることができる。
In addition, the FIG. According to the graph shown in FIG. 6 (B) described in 9 described above, when water and the ionic liquid [emin] [MeSO 3 ] (see Table 1) are mixed, the molar fraction of water is 0. In the case of .7, an enthalpy change of 2800 J / mol was confirmed. Therefore, when the molar fraction of water is 0.7 in a mixed fluid of water and the ionic liquid [OHemin] [MeSO 3 ], when calculated with the latent heat of vaporization of water 2450 J / g and the molecular weight of
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図７に示されるように、本実施形態のヒートポンプ５０は、熱媒と熱交換流体とが、別々の経路で循環されている。蒸発器１２では、熱媒と熱交換流体とが隔離され、熱媒を収容する蒸発部１２Ｃと、熱交換流体を収容する熱交換流体部１２Ｄに区画されている。また、凝縮器１４でも、熱媒と熱交換流体とが隔離され、熱媒を収容する凝縮部１４Ｃと、熱交換流体を収容する熱交換流体部１４Ｄに区画されている。凝縮部１４Ｃと蒸発部１２Ｃとは、第７流路３７で接続されており、凝縮部１４Ｃで凝縮された熱媒が、蒸発部１２Ｃへ戻される。
As shown in FIG. 7, in the
本実施形態のヒートポンプ５０では、熱交換循環路３０が設けられ、蒸発器１２と凝縮器１４との間で熱交換流体を循環させるので、蒸発器１２からの冷熱及び凝縮器１４からの温熱を、共通のポンプ１８で運搬することができる。したがって、複数のポンプを設置する必要がなく、ヒートポンプ１０の構成を簡易にすることができる。
In the
また、本実施形態のヒートポンプ１０では、熱交換循環路３０に、蒸発器１２出口側からの熱交換流体と凝縮器１４出口側からの熱交換流体との間で熱交換を行う顕熱交換器２４が配置されている。したがって、顕熱交換器２４での熱交換により、凝縮器１４出口側からの熱交換流体は温度を低下させた後に蒸発器１２へ送出され、蒸発器１２出口側からの熱交換流体は温度を上昇された後に凝縮器１４へ送出される。これにより、ヒートポンプ１０の顕熱ロスを少なくすることができる。
Further, in the
また、ポンプ１８は、凝縮器１４と室外熱交換器２８との間に設けられている。したがって、熱交換流体は、ポンプ１８の駆動による発熱で温度上昇した後に、室外熱交換器２８へ送られる。これにより、効率よく熱交換流体の放熱を行うことができる。
The
なお、本実施形態では、反応材として熱媒を吸着する吸着材を用いた例について説明したが、本発明の放熱システム、放熱方法においては、他の反応材を用いてもよい。例えば、化学反応により熱媒と結合すると共に、可逆反応で熱媒を脱離させる物質（例えば、熱媒として水を用いる場合、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、及び酸化バリウム（ＢａＯ）、熱媒としてアンモニアを用いる場合、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）、塩化バリウム（ＢａＣｌ２）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ２）、及び塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）など）を用いることもできる。また、熱媒として水素を用いると共に、水素吸蔵合金を反応材として用いることもできる。 In the present embodiment, the example using the adsorbent that adsorbs the heat medium as the reaction material has been described. However, in the heat dissipation system and the heat dissipation method of the present invention, another reaction material may be used. For example, a substance that combines with a heat medium by a chemical reaction and desorbs the heat medium by a reversible reaction (for example, when water is used as the heat medium, calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), and barium oxide (BaO ), When ammonia is used as a heating medium, lithium chloride (LiCl), magnesium chloride (MgCl 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ), strontium chloride (SrCl 2 ), barium chloride (BaCl 2 ), manganese chloride (MnCl 2 ) , Cobalt chloride (CoCl 2 ), nickel chloride (NiCl 2 ), and the like. Further, hydrogen can be used as a heat medium, and a hydrogen storage alloy can be used as a reaction material.
１０ ヒートポンプ
１２ 蒸発器
１４ 凝縮器
１８ ポンプ
２０ 吸着器
２２ 吸着器
２４ 顕熱交換器
２６ 室内熱交換器
２８ 室外熱交換器
３０ 熱交換循環路
５０ ヒートポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記蒸発器と接続され、前記熱媒と結合すると共に結合した前記熱媒を再生温度で脱離して再生される反応剤、を有する反応器と、
前記反応器と接続され、前記反応剤から脱離された熱媒を凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器との間で熱交換流体を循環させる熱交換循環路と、
前記熱交換循環路に設けられ、前記熱交換流体を送出するポンプと、
を備えたヒートポンプ。 An evaporator for evaporating the heating medium;
A reactor connected to the evaporator, coupled to the heat medium and desorbed at the regeneration temperature to regenerate the bound heat medium, and a reactor,
A condenser connected to the reactor and condensing the heat medium desorbed from the reactant;
A heat exchange circuit for circulating a heat exchange fluid between the evaporator and the condenser;
A pump provided in the heat exchange circuit and delivering the heat exchange fluid;
With heat pump.
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