(57)【要約】【課題】作動媒体の圧力損失が低減され、小型化された吸着式ヒートポンプを提供する。【解決手段】作動媒体の吸着及び脱着を行う第１吸着材を壁面の少なくとも一部に備える複数の反応室２０、及び、反応室２０と反応室２０との間に配置され第１熱交換流体Ｆ１を流通する第１流路１４を含む吸着器１０と、前記複数の反応室２０内に挿入され作動媒体の保持及び脱離を行うとともに内部に第２熱交換流体Ｆ２を流通する第２流路５４を有する作動媒体保持部６０を含む熱交換器５０と、を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体の吸着及び脱着を行う第１吸着材を壁面の少なくとも一部に有する複数の反応室、及び、前記反応室間に配置され第１熱交換流体が流通する第１流路を含む吸着器と、
前記複数の反応室内に挿入され前記作動媒体の保持及び脱離を行うとともに内部に第２熱交換流体が流通する第２流路を有する作動媒体保持部を含む熱交換器と、
を備えた吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記反応室が、前記第１吸着材を含む吸着材層を相対する壁面に有し、
前記作動媒体保持部が、前記吸着材層間に挿入されている請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項３】
前記複数の反応室が、扁平形状の空間であり、該空間の厚さ方向に配置されている請求項１又は請求項２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記作動媒体の沸点が、６０℃〜１６０℃である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記作動媒体が、水及び炭素数１〜４のアルコールからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項６】
前記作動媒体保持部が、前記作動媒体の保持及び脱離を、前記作動媒体の凝縮及び蒸発によって行う請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項７】
前記作動媒体保持部が、前記作動媒体の吸着及び脱着を行う第２吸着材を有し、前記作動媒体の保持及び脱離を、前記第２吸着材への前記作動媒体の吸着及び前記第２吸着材からの前記作動媒体の脱着によって行う請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項８】
前記作動媒体保持部が、化学反応によって前記作動媒体の固定化及び脱離を行う化学蓄熱材を有し、前記作動媒体の保持及び脱離を、前記化学蓄熱材への前記作動媒体の固定化及び前記化学蓄熱材からの前記作動媒体の脱離によって行う請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項９】
前記第１吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１０】
前記第２吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項７に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１１】
前記化学蓄熱材が、金属塩化物及び金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項８に記載の吸着式ヒートポンプ。
【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】
従来より、吸着器と蒸発凝縮器とを組み合わせた構成の吸着式ヒートポンプが知られている。
この吸着式ヒートポンプとして、例えば、容器内の上部に吸着器を、この容器内の下部に蒸発凝縮器を、それぞれ配置した構造の吸着式ヒートポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７８７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の吸着式ヒートポンプのように、容器内の上部に吸着器を、この容器内の下部に蒸発凝縮器を、それぞれ配置した構造の吸着式ヒートポンプでは、下部に配置された蒸発凝縮器から生じた蒸気（作動媒体）が上部の吸着器に移動し、吸着器内の吸着材に吸着する。
しかし、この構造の吸着式ヒートポンプでは、吸着器と蒸発凝縮器との間に距離があるため、蒸気がこの間を移動する際に圧力損失が生じ、この圧力損失により作動性能が低下する場合がある。また、吸着器と蒸発凝縮器との間に距離があるため、吸着式ヒートポンプが大型化する傾向がある。
【０００５】
一方、作動性能の低下を軽減する手法として、吸着器として、吸着材を収容した複数の反応室を備えた吸着器を用いる手法も考えられる。
しかしこの手法の場合、蒸気（作動媒体）が反応室内を移動する際の圧力損失を低減させる観点から、反応室内に蒸気が流通されるための空間（隙間）を設ける必要があり、この空間の分、吸着器ひいては吸着式ヒートポンプが大型化する傾向がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、作動媒体の圧力損失が低減され、小型化された吸着式ヒートポンプを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
即ち、本発明の吸着式ヒートポンプは、作動媒体の吸着及び脱着を行う第１吸着材を壁面の少なくとも一部に有する複数の反応室、及び、前記反応室間に配置され第１熱交換流体が流通する第１流路を含む吸着器と、前記複数の反応室内に挿入され前記作動媒体の保持及び脱離を行うとともに内部に第２熱交換流体が流通する第２流路を有する作動媒体保持部を含む熱交換器と、を備えて構成される。
【０００８】
本発明の吸着式ヒートポンプでは、吸着器の反応室内の第１吸着材と、この反応室内に挿入された作動媒体保持部と、の間で作動媒体の授受を行うことにより作動する。
この際、作動媒体保持部が反応室内に挿入されていることにより、上部に吸着器を、下部に蒸発凝縮器を備えた従来の吸着式ヒートポンプと比較して、作動媒体の移動距離を短くすることができるので、この移動時の作動媒体の圧力損失を低減することができる。
更に、反応室内に作動媒体保持部が挿入されていることにより、空間利用率が上がるので、吸着式ヒートポンプ全体の体積を小さくする（即ち、吸着式ヒートポンプを小型化する）ことができる。
以上のように、本発明によれば、作動媒体の圧力損失が低減され、小型化された吸着式ヒートポンプが提供される。
【０００９】
前記第１吸着材としては、作動媒体の吸着及び脱着を行える吸着材であれば特に制限はないが、例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。
【００１０】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記反応室が、前記第１吸着材を含む吸着材層を相対する壁面に備え、前記作動媒体保持部が、前記吸着材層間に挿入されていることが好ましい。
これにより、作動媒体の移動距離をより短くすることができるので、作動媒体の圧力損失をより低減できる。
【００１１】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記複数の反応室が、扁平形状の空間であり、該空間の厚さ方向に配置されていることが好ましい。
これにより、これらの反応室を有する吸着器全体の体積を更に小さくすることができる。また、この態様では、作動媒体の移動距離をより短くすることができるので、作動媒体の圧力損失をより低減できる。
【００１２】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記作動媒体の沸点が、６０℃〜１６０℃であることが好ましい。
作動媒体の沸点が６０℃以上であれば、吸着時及び脱着時の作動媒体の蒸気密度をある程度低くすることができるので、作動媒体の対流伝熱による作動性能の低下をより抑制できる。
また、作動媒体の沸点が１６０℃以下であれば、吸着時及び脱着時の作動媒体の蒸気密度をある程度高くすることができ、比較的高温が要求される脱着時の作動温度（即ち、第１熱交換流体の温度）をある程度低くすることができるので、輻射伝熱による作動性能の低下をより抑制できる。
【００１３】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記作動媒体が、水及び炭素数１〜４のアルコールからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
これにより、対流伝熱や輻射伝熱による性能低下をより低減できる。
【００１４】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記作動媒体保持部が、前記作動媒体の保持及び脱離を、前記作動媒体の凝縮及び蒸発によって行う態様が好ましい。
この態様は、作動媒体を保持した際のエネルギー密度の点で有利である。
【００１５】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記作動媒体保持部が、前記作動媒体の吸着及び脱着を行う第２吸着材を有し、前記作動媒体の保持及び脱離を、前記第２吸着材への前記作動媒体の吸着及び前記第２吸着材からの前記作動媒体の脱着によって行う態様も好ましい。
この態様は、吸着による作動媒体の保持により、液（作動媒体）の突沸を抑制できる点で有利である。
前記第２吸着材としては、作動媒体の吸着及び脱着を行える吸着材であれば特に制限はないが、例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。
この態様では、第１吸着材としてゼオライト及びシリカゲルの少なくとも一方を用い、第２吸着材として活性炭を用いた組み合わせが好ましい。この組み合わせは、活性炭が高相対圧域で吸脱着する事から、作動温度の点で有利である。
【００１６】
また、本発明の吸着式ヒートポンプでは、前記作動媒体保持部が、化学反応によって前記作動媒体の固定化及び脱離を行う化学蓄熱材を有し、前記作動媒体の保持及び脱離を、前記化学蓄熱材への前記作動媒体の固定化及び前記化学蓄熱材からの前記作動媒体の脱離によって行う態様も好ましい。
この態様は、蒸発潜熱より大きな化学反応熱を使うことから、熱の変換効率の点で有利である。
ここで、化学反応には、配位反応も含まれる。
前記化学蓄熱材としては、金属塩化物及び金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、作動媒体の圧力損失が低減され、小型化された吸着式ヒートポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプを示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプを示す、断面を含んだ概略斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプの断面の一部を示す概略断面図である。
【図４】第１実施形態における吸着材再生モードの一例を示す概念図である。
【図５】第１実施形態における冷熱生成モードの一例を示す概念図である。
【図６】比較用吸着式ヒートポンプを概念的に示す、断面を含んだ概略斜視図である。
【図７】比較用吸着式ヒートポンプの断面の一部を示す概略断面図である。
【図８】第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプについて、図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されることはない。なお、全図面通し、実質的に同一の機能を有する部材には全図面通して同じ符合を付与し、その説明を省略する場合がある。
【００２０】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００を示す概略斜視図であり、図３は、吸着式ヒートポンプ１００の断面の一部を示す概略断面図である。
図１及び図２に示すように、吸着式ヒートポンプ１００は、吸着器１０と熱交換器５０とを含んで構成されている。
図１では、吸着式ヒートポンプ１００の構成をわかり易くするために、吸着器１０と熱交換器５０との距離を離して表しているが、実際には、図２に示すように、吸着式ヒートポンプ１００は、吸着器１０と熱交換器５０とが組み合わさった構成となっている。詳細には、この吸着式ヒートポンプ１００は、熱交換器５０の一部である作動媒体保持部６０が、吸着器１０の反応室２０内（詳細には、吸着材層２２と吸着材層２２との間）に挿入された構成となっている。
また、図２は、吸着式ヒートポンプ１００を、第１熱交換流体Ｆ１の流通方向に対し直交する平面（反応室２０の奥行き方向及び反応室２０の厚み方向に平行な平面）で切断したときの断面を含んだ概略斜視図となっている。
図３は、図２における断面の一部を拡大して表した概略断面図である。
【００２１】
図３に示すように、吸着式ヒートポンプ１００は、吸着器１０（詳細には吸着材層２２）と熱交換器５０（詳細には作動媒体保持部６０）との間で、作動媒体Ｗ１の授受を行うことにより作動する。
具体的には、作動時において、吸着材層２２に含まれる第１吸着材から作動媒体Ｗ１が脱着し、脱着した作動媒体Ｗ１が作動媒体保持部６０の外壁面で凝縮し、作動媒体保持部６０の外壁面に液滴として保持される。更に、作動媒体保持部６０の外壁面に液滴として保持されていた作動媒体Ｗ１が蒸発することによりこの外壁面から脱離し、脱離した作動媒体Ｗ１が、吸着材層２２に含まれる第１吸着材に吸着する。
本実施形態では、作動媒体保持部６０が反応室２０内に挿入されていることにより、作動媒体Ｗ１が、吸着器１０（詳細には吸着材層２２）と熱交換器５０（詳細には作動媒体保持部６０）との間を移動する際の移動距離が短くなっているので、この移動時の作動媒体Ｗ１の圧力損失が低減される。
吸着式ヒートポンプ１００の更に詳細な作動モードの一例については後述する。
【００２２】
上述のとおり、第１実施形態は、作動媒体保持部が、作動媒体の保持及び脱離を、作動媒体の凝縮及び蒸発によって行う形態である。
この第１実施形態は、作動媒体を保持した際のエネルギー密度の点で有利である。
【００２３】
作動媒体Ｗ１としては特に制限はなく、吸着式ヒートポンプの作動媒体として通常用いられる物質を用いることができる。
作動時の対流伝熱及び輻射伝熱をより抑制する観点からは、作動媒体Ｗ１の沸点は、６０℃〜１６０℃が好ましく、７０℃〜１３０℃がより好ましい。ここでいう沸点は、１気圧（１０１．３３ｋＰａ）下での沸点を指す。
一般論としては、作動媒体Ｗ１の移動距離が短くなるに従い、輻射伝熱や作動媒体Ｗ１の対流伝熱が大きくなる傾向となり、この輻射伝熱や対流伝熱により、吸着式ヒートポンプの作動性能が低下する傾向となる。
しかし、作動媒体Ｗ１の沸点が６０℃以上であれば、吸着時及び脱着時の作動媒体の蒸気密度をある程度低くすることができるので、作動媒体Ｗ１の対流伝熱をより低減できる。
また、作動媒体Ｗ１の沸点が１６０℃以下であれば、吸着時及び脱着時の作動媒体の蒸気密度をある程度高くすることができ、これにより、比較的高温が要求される脱着時の作動温度（第１熱交換流体Ｆ１の温度）をある程度低くすることができるので、輻射伝熱をより抑制できる。
【００２４】
作動媒体Ｗ１としては、水、炭素数１〜４のアルコールが好ましく、水、炭素数１〜３のアルコールがより好ましく、水、エタノールが更に好ましく、水が特に好ましい。
作動媒体Ｗ１としては、単一物質を用いてもよいし、２種以上の混合物を用いてもよい。
例えば、作動媒体Ｗ１が水である場合、吸着時における蒸気の圧力を０．５ｋＰａ〜２ｋＰａ程度、脱着時における蒸気の圧力を４ｋＰａ〜１０ｋＰａ程度と、ある程度低くすることができるので、対流伝熱をより抑制できる。
また、作動媒体Ｗ１が水である場合、脱着時における作動温度を８０℃程度と、ある程度低くすることができるので、輻射伝熱をより抑制できる。
【００２５】
次に、吸着器１０について説明する。
図１及び図２に示すように、吸着器１０は、３つの反応室２０と４つの第１流路１４とが設けられた吸着器筐体１２を有して構成されている。ここでは、説明の便宜上、反応室２０の数を３つ、第１流路１４の数を４つとしているが、反応室２０及び第１流路１４の数には特に限定はなく、吸着器１０に出入りする熱量や、吸着材層２２の伝熱面の面積（反応室内壁との接触面積）等を考慮して適宜設定される。
【００２６】
ここで、第１流路１４と反応室２０とは交互に配置されており、隔壁を隔てて互いに分離されている。これにより、外部から供給され外部に排出される第１熱交換流体Ｆ１と反応室２０内の吸着材層２２との間で効率よく熱交換を行えるようになっている。
反応室２０は、一端として開口端を有する扁平形状の空間となっている。そして、複数の反応室２０の配置は、この空間の厚み方向に並ぶ配置となっている。なお、後述の作動媒体保持部６０は、この開口端から反応室２０内に挿入されている。
第１流路１４は、両端として開口端を有する扁平形状の空間となっており、一端から供給された第１熱交換流体Ｆ１を他端から排出できるようになっている。
【００２７】
各反応室２０内の相対する一対の壁面には、それぞれ吸着材層２２が設けられている。
この一対の吸着材層２２において、吸着材層２２の表面と吸着材層２２の表面との間には空間（隙間）が設けられている。これにより、各吸着材層２２の表面の全体（即ち、広い範囲）で、作動媒体Ｗ１の吸着及び脱着を効率よく行えるようになっている。
後述の作動媒体保持部６０は、この一対の壁面に設けられた吸着材層２２と吸着材層２２との間に挿入される。
【００２８】
なお、反応室２０には相対する壁面が二対存在し、この実施形態では面積が広い方の一対の壁面（反応室２０の空間の厚み方向に直交する一対の壁面）にのみ吸着材層２２が設けられている。
しかし、吸着材層２２は、面積が広い方の一対の壁面（反応室２０の空間の厚み方向に直交する一対の壁面）に加え、面積が狭い方の一対の壁面（第１熱交換流体Ｆ１の流通方向に直交する一対の壁面）にも設けられていてもよいし、更には、反応室２０内の壁面全面（五面）に設けられていてもよい。
【００２９】
ところで、一般論としては、この吸着器１０のように反応室を複数備える吸着器では、反応室内の全体積に吸着材を充填するのではなく、反応室内の一部にのみ吸着材を配置させることで、作動媒体が移動する空間を設けることが好ましいと考えられる。反応室内の全体積に吸着材を充填したのでは、作動媒体が（空間ではなく）吸着材の粒子間を移動することとなり、この際の移動抵抗によって吸着及び脱着の効率が低下するためである。
しかし一方で、反応室内に空間を設けた場合には、この空間の分だけ吸着器全体の体積が増大するので、吸着式ヒートポンプが大型化する傾向となる。
この点に鑑み、本実施形態では、反応室内の空間に熱交換器の作動媒体保持部が挿入され、空間利用率が上がるので、吸着式ヒートポンプの大型化が抑制される。
【００３０】
吸着材層２２は、作動媒体Ｗ１の吸着及び脱着を行う第１吸着材を含む。
本実施形態では、熱源から第１熱交換流体Ｆ１を媒体として高温（例えば８０℃）の熱が供給されたときに、この熱が吸着材層２２に伝わり、吸着材層２２に含まれる第１吸着材（以下、便宜上、「吸着材層２２」ともいう）から作動媒体Ｗ１が脱着する（吸熱反応）。脱着した作動媒体Ｗ１は、作動媒体保持部６０の外壁面で凝縮し、この外壁面に保持される。
更に、本実施形態では、熱源から第１熱交換流体Ｆ１を媒体として中温（例えば３０℃）の熱が供給されたときに、吸着材層２２に作動媒体Ｗ１が吸着する（発熱反応）。この作動媒体Ｗ１は、作動媒体保持部６０の外壁面で蒸発し、この外壁面から脱離することにより供給される。
第１吸着材及び吸着材層２２の好ましい範囲については後述する。
【００３１】
吸着器筐体１２の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の、熱伝導性が高く、かつ、作動媒体Ｗ１及び第１熱交換流体Ｆ１に対して耐食性を有する材質が好適である。
【００３２】
第１熱交換流体Ｆ１としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱交換流体として通常用いられる流体を用いることができる。
【００３３】
次に、本実施形態における吸着材層２２について説明する。
本実施形態における吸着材層２２は、吸着質としての作動媒体Ｗ１の吸着及び脱着を行う第１吸着材を少なくとも１種含有する。
前記第１吸着材の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
このうち、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲルが好ましく、活性炭、ゼオライト、シリカゲルが更に好ましく、ゼオライト、シリカゲルが特に好ましい。
作動媒体Ｗ１として水を用いる場合には、第１吸着材としては、ゼオライト、シリカゲルが特に好ましく、ゼオライトが最も好ましい。
【００３４】
前記活性炭としては、ＢＥＴ法による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上４０００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、１０００ｍ２／ｇ以上２０００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
前記メソポーラスシリカとしては、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上１５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、７００ｍ２／ｇ以上１３００ｍ２／ｇ以下）であるメソポーラスシリカが好ましい。
前記ゼオライトとしては、ＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、１００ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下）であるゼオライトが好ましい。
前記シリカゲルとしては、ＢＥＴ法による比表面積が１００ｍ２／ｇ以上１５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、３００ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下）であるシリカゲルが好ましい。
前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物（架橋粘土鉱物）であってもよい。前記粘土鉱物としては、セピオライト、スメクタイト系粘土（サポナイト、モンホリロナイト、ヘクトライト、等）、４−珪素雲母、雲母、バーミキュライト等が挙げられる。中でも、セピオライトが好ましい。
【００３５】
吸着材層２２中における第１吸着材の充填密度は、０．１０ｇ／ｍＬ〜０．８０ｇ／ｍＬが好ましい。充填密度が０．１０ｇ／ｍＬ以上であると、吸脱着反応に関与する作動媒体Ｗ１の量をより多くすることができる。充填密度が０．８０ｇ／ｍＬ以下であると吸着材層２２中における作動媒体Ｗ１の移動抵抗をより低減できる。
【００３６】
吸着材層２２中における吸着材の含有量は、吸脱着反応の反応性向上の観点より、吸着材層２２の全量に対し、５０体積％以上であることが好ましく、６０体積％以上であることがより好ましく、７０体積％以上であることが特に好ましい。
【００３７】
吸着材層２２は、繊維状の熱伝導性材料を少なくとも１種含有していてもよい。
繊維状の熱伝導性材料は、伝熱面（反応室２０の壁面）に対して交差する方向に含有されることが好ましい。
前記繊維状の熱伝導性材料としては、無機材料が好ましく、金属繊維及び炭素繊維（カーボンファイバー（Carbon Fiber）；ＣＦ）からなる群から選択される少なくとも１種がより好ましい。前記金属繊維としては、アルミニウム繊維、銅繊維、等が挙げられる。
前記繊維状の熱伝導性材料としては、炭素繊維が特に好ましい。
前記炭素繊維の中でも、特に好ましくは、アスペクト比が１０〜５００で、繊維長が１０μｍ〜５００μｍ（より好ましくは１００μｍ〜３００μｍ）の炭素繊維である。
前記繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向の熱伝導率は、前記吸着材の熱伝導率よりも高ければ特に制限はないが、例えば、１．０Ｗ（ｍ・Ｋ）以上とすることができ、２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましい。
【００３８】
吸着材層２２中における前記熱伝導性材料の量は、前記吸着材層２２の全量に対し、１体積％〜３０体積％が好ましく、１体積％〜２０体積％がより好ましく、５体積％〜２０体積％が特に好ましい。
【００３９】
吸着材層２２は、上記以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、例えば、バインダー、造孔材、等が挙げられる。
前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも１種であることが好ましい。
前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等が挙げられる。中でも、トリメチルセルロースが好ましい。
前記バインダーの含有量は、前記吸着材層２２の全量に対し、１〜５体積％であることが好ましく、１〜２体積％であることがより好ましい。
【００４０】
本実施形態において、反応室２０の壁面に吸着材層２２を形成する方法には特に制限はないが、例えば、少なくとも第１吸着材を含む塗布液を用いて塗布形成する方法や、少なくとも第１吸着材を含む吸着材成形体を作製し、この吸着材成形体を吸着材層２２として壁面に接着する方法等が挙げられる。
【００４１】
次に、熱交換器５０について説明する。
図３に示すように、この熱交換器５０は、作動媒体保持部６０の外壁面の少なくとも一部で、作動媒体Ｗ１の蒸発及び凝縮を行う蒸発凝縮器として機能する。
【００４２】
熱交換器５０の構成は、平板形状のベース部５２と、このベース部５２から垂直方向に延びる平板形状の３つの作動媒体保持部６０と、を有する構成となっている。
ここでは、説明の便宜上、作動媒体保持部６０の数を３つとしているが、作動媒体保持部６０の数には特に限定はなく、熱交換器５０に対し入出力する熱量や、作動媒体保持部６０において蒸発及び凝縮を行う面の総面積等を考慮し、適宜設定される。
また、ベース部５２と作動媒体保持部６０とは一体に成形されていてもよい。
【００４３】
熱交換器５０の内部には、ベース部５２の内部及び各作動媒体保持部６０の内部を含めた全体に第２熱交換流体Ｆ２を流通させる第２流路５４が設けられている。これにより、外部から供給され、ベース部５２の内部及び作動媒体保持部６０の内部を経由した後に外部に排出される第２熱交換流体Ｆ２と、作動媒体保持部６０の外壁面と、の間で熱交換を行えるようになっている。
なお、第２流路５４の形状（経路）については特に制限はなく、ベース部５２の内部及び各作動媒体保持部６０の内部を含めた全体に第２熱交換流体Ｆ２が効率よく流通し得る形状（経路）を適宜選択できる。
【００４４】
作動媒体保持部６０は、それぞれ、吸着器１０の反応室２０内に、反応室２０の開口端から挿入されている。
そして作動媒体保持部６０は、反応室２０内の相対する壁面に設けられた吸着材層２２と吸着材層２２との間に配置される。
また、この実施形態では、作動媒体保持部６０と吸着材層２２とが接触しないようになっている。これにより、作動媒体保持部６０と吸着材層２２との間での伝熱がより抑制され、この伝熱による性能低下がより抑制される。
【００４５】
作動媒体保持部６０と吸着材層２２との距離には特に制限はないが、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍとすることが好ましい。
【００４６】
作動媒体保持部６０は、吸着材層２２から脱着された作動媒体Ｗ１を外壁面で凝縮させることにより、外壁面に作動媒体Ｗ１を液滴として保持する構成となっている。更に、この作動媒体保持部６０は、外壁面に液滴として保持された作動媒体Ｗ１を蒸発させることにより、外壁面から作動媒体Ｗ１を脱離させる構成となっている。脱離した作動媒体Ｗ１は、吸着材層２２に吸着される。
【００４７】
作動媒体保持部６０の外壁面は、作動媒体Ｗ１を液体状態で容易に保持し得る構造を有することが好ましい。
例えば、作動媒体保持部６０の外壁面は、少なくとも一部に溝部（例えば、溝や窪み状のグルーブ（groove）構造や、網細現象を持つ例えばメッシュ状等のウィック構造）を有していることが好ましい。作動媒体保持部６０の外壁面が上記溝部を有することにより、表面張力によって作動媒体Ｗ１が外壁面に容易に保持される。
【００４８】
作動媒体保持部６０の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の、熱伝導性が高く、かつ、作動媒体Ｗ１及び第２熱交換流体Ｆ２に対して耐食性を有する材質が好適である。
ベース部５２の好適な材料についても、作動媒体保持部６０の好適な材料と同様である。
【００４９】
以上、吸着器１０及び熱交換器５０について説明したが、本実施形態では、公知の手段により、反応室２０内の空間を、閉じた空間（密閉系の空間）とする形態が好適である。
公知の手段としては、吸着器１０及び熱交換器５０をヒートポンプ筐体（不図示）に収容する手段や、吸着器１０の吸着器筐体１２と熱交換器５０のベース部５２とを熱伝導性が低い部材を介して接着する手段、等が挙げられる。
【００５０】
次に、吸着式ヒートポンプ１００の動作の一例である、吸着材再生モード及び冷熱生成モードについて、図１〜図５を参照しながら説明する。
この一例では、吸着材層２２における第１吸着材としてゼオライトを用い、作動媒体Ｗ１として水を用いている。
図４は、第１実施形態における吸着材再生モードを示す概念図であり、図５は、第１実施形態における冷熱生成モードを示す概念図である。
図４及び図５では、便宜上、吸着器１０と熱交換器５０とを分離して示している。
【００５１】
（吸着材再生モード）
図１〜図４に示すように、吸着材再生モードでは、熱源から熱を得た高温（８０℃）の第１熱交換流体Ｆ１を、吸着器１０の第１流路１４に供給する。更に、中温（３０℃）の第２熱交換流体Ｆ２を、熱交換器５０の第２流路５４に供給する。これにより、反応室２０内の吸着材層２２が加熱され、吸着材層２２に含まれる第１吸着材から作動媒体Ｗ１が脱着する。脱着された作動媒体Ｗ１は、熱交換器５０の作動媒体保持部６０で凝縮し、作動媒体保持部６０の外壁面に保持される。
以上により、第１吸着材が再生される（即ち、第１吸着材から作動媒体Ｗ１が脱着する）。
図４に示すように、吸着器１０内の第１流路１４では、作動媒体Ｗ１の脱着（吸熱過程）により、第１熱交換流体Ｆ１の温度が７０℃に低下する。この７０℃の第１熱交換流体Ｆ１が吸着器１０外に排出される。
また、図４に示すように、熱交換器５０内の第２流路５４では、作動媒体Ｗ１の凝縮（発熱過程）により、第２熱交換流体Ｆ２の温度が４０℃に上昇する。この４０℃の第２熱交換流体Ｆ２が熱交換器５０外に排出される。排出された第２熱交換流体Ｆ２は、室外機等によって３０℃に冷却され、再度熱交換器５０に供給される。または、この４０℃の第２熱交換流体Ｆ２を温熱利用に供してもよい。
【００５２】
（冷熱生成モード）
冷熱生成モードが実行される前の第１吸着材は、上記吸着材再生モードによって再生されているものとする。
図１〜図３及び図５に示すように、冷熱生成モードでは、中温（３０℃）の第１熱交換流体Ｆ１を、吸着器１０の第１流路１４に供給する。更に、低温（２０℃）の第２熱交換流体Ｆ２を、熱交換器５０の第２流路５４に供給する。
これにより、反応室２０内の吸着材層２２が、吸着材再生モード終了時点での７０℃から３０℃に冷却され、吸着材層２２に含まれる第１吸着材に作動媒体Ｗ１が吸着する。この吸着により、熱交換器５０の作動媒体保持部６０の外壁面での作動媒体Ｗ１の蒸発が促進される。
図５に示すように、熱交換器５０内の第２流路５４では、作動媒体Ｗ１の蒸発（吸熱過程）により、第２熱交換流体Ｆ２の温度が１５℃に低下する（即ち、冷熱が生成される）。この１５℃の第２熱交換流体Ｆ２が熱交換器５０外に排出され、冷熱利用（例えば、冷房）に供される。
また、図５に示すように、吸着器１０内の第１流路１４では、作動媒体Ｗ１の吸着（発熱過程）により、第１熱交換流体Ｆ１の温度が４０℃に上昇する。この４０℃の第１熱交換流体Ｆ１が吸着器１０外に排出される。排出された第１熱交換流体Ｆ１は、室外機等によって３０℃に冷却され、再度吸着器１０に供給される。または、この４０℃の第１熱交換流体Ｆ１を温熱利用に供してもよい。
【００５３】
吸着式ヒートポンプ１００は、上記の吸着材再生モード及び冷熱生成モードを繰り返すことで、連続運転される。
吸着材再生モードと冷熱生成モードとの切り替えは、第１流路１４への第１熱交換流体Ｆ１の供給経路及び第２流路５４への第２熱交換流体Ｆ２の供給経路をそれぞれ切り替えることにより行う。供給経路の切り替えは、バルブ操作等の公知の手段によって行われる。
【００５４】
また、この吸着式ヒートポンプ１００を２つ含んだ吸着式ヒートポンプシステムを構成し、一方で吸着材再生モードを実行し他方で冷熱生成モードを実行する過程と、一方で冷熱生成モードを実行し他方で吸着材再生モードを実行する過程と、を交互に繰り返すことで、連続的に冷熱を生成することも可能である。
【００５５】
上記の動作の一例では、「高温」として８０℃を挙げたが、「高温」はこの温度に限定されることはなく、作動媒体Ｗ１の種類や第１吸着材の種類等に応じて適宜設定される。「高温」は、例えば６０℃〜２００℃、好ましくは８０℃〜２００℃である。
また、上記の動作の一例では、「中温」として３０℃を挙げたが、「中温」はこの温度に限定されることはなく、作動媒体Ｗ１の種類や第１吸着材の種類等に応じて適宜設定される。「中温」は、例えば２０℃〜６０℃、好ましくは２０℃〜４０℃である。
また、上記の動作の一例では、「低温」として２０℃を挙げたが、「低温」はこの温度に限定されることはなく、作動媒体Ｗ１の種類や第１吸着材の種類等に応じて適宜設定される。「低温」は、例えば５℃〜３０℃、好ましくは５℃〜２０℃、更に好ましくは５℃〜１５℃とすることができる。
また、第１吸着材の種類や作動媒体Ｗ１の種類等のその他の条件についても適宜設定でき、これらの好ましい範囲は前述のとおりである。
【００５６】
〔比較用吸着式ヒートポンプ〕
次に、比較用吸着式ヒートポンプについて、図６及び図７を参照しながら説明する。
図６は、比較用吸着式ヒートポンプ３００を示す概略斜視図である。
図６は、図２と同様に、第１熱交換流体Ｆ１の流通方向に対し直交する平面で切断した切断面を含んだ斜視図となっている。
図７は、図６における切断面の一部を拡大して表した断面図である。
【００５７】
比較用吸着式ヒートポンプ３００は、吸着器３１０と熱交換器３５０とを含んで構成されている。
ここで、比較用吸着式ヒートポンプ３００の吸着器３１０の構成は、その反応室内に熱交換器３５０の作動媒体保持部が挿入されていないことを除き、第１実施形態の吸着器１０の構成と同様である。
また、熱交換器３５０の構造は、その作動媒体保持部が吸着器３１０の反応室内に挿入されていないこと及び作動媒体保持部の数が６つであることを除き、第１実施形態の熱交換器５０の構成と同様である。なお、作動媒体保持部の数は本質的な相違点ではなく、この数は任意に設定される。
また、比較用吸着式ヒートポンプ３００において、吸着器３１０及び熱交換器３５０は、不図示の筐体内に配置されている。
【００５８】
この比較用吸着式ヒートポンプ３００は、筐体内の上部に吸着器を、この筐体内の下部に蒸発凝縮器を、それぞれ配置した従来の吸着式ヒートポンプにおいて、吸着器として吸着器３１０を用い、蒸発凝縮器として熱交換器３５０を用いた場合を想定したものである。
【００５９】
比較用吸着式ヒートポンプ３００では、熱交換器２５０の作動媒体保持部が吸着器２１０の反応室内に挿入されていないため、第１実施形態と比較して、作動時の作動媒体Ｗ１の移動距離（作動媒体保持部と反応室内の吸着材層との距離）が長い。従って、第１実施形態と比較して、移動時の作動媒体Ｗ１の圧力損失が大きい。
【００６０】
更には、この比較用吸着式ヒートポンプ３００では、吸着器の反応室内においても、作動媒体Ｗ１が吸着材層と吸着材層との間の空間を、反応室の奥行き方向（ここでは上下方向）に移動することから、作動媒体Ｗ１の圧力損失が大きくなる。この圧力損失は、吸着材層に含まれる吸着材の性能が向上する程、また、作動媒体Ｗ１の移動速度が速くなる程（即ち、出力が高くなる程）、大きくなる傾向となる。
従って本発明では、第１吸着材として、吸脱着性能が高いゼオライト及びシリカゲルの少なくとも一方（特に、シリカゲル）を、作動媒体Ｗ１として沸点が１６０℃以下の作動媒体（特に、水）を、それぞれ用いた場合に、本発明による圧力損失低減の効果が特に顕著に奏される。
【００６１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図８を参照しながら説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプ２００を概念的に示す斜視図である。
図８は、図１と同様に、吸着式ヒートポンプ２００の構成をわかり易くするために、吸着器１０と熱交換器２５０との距離を離して表しているが、実際には、熱交換器２５０の作動媒体保持部２６０が、吸着器１０の反応室２０内（詳細には、吸着材層２２と吸着材層２２との間）に挿入された構成となっている。
【００６２】
第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプ２００の吸着器１０の構成は、第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００における吸着器１０の構成と同様であり、好ましい形態も同様である。
第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプ２００の熱交換器２５０の構成は、各作動媒体保持部２６０の一対の外壁面（詳しくは、作動媒体保持部２６０の厚み方向に直交する一対の外壁面）に、第２吸着材を含む吸着材層２６２が設けられていること以外は、第１実施形態における熱交換器５０の構成と同様であり、好ましい形態も同様である。
【００６３】
この第２実施形態は、作動媒体保持部による作動媒体Ｗ１の保持及び脱離を、それぞれ、作動媒体保持部２６０に設けられた吸着材層２６２（詳細には第２吸着材）へ作動媒体Ｗ１の吸着及び吸着材層２６２（詳細には第２吸着材）からの作動媒体Ｗ１の脱着によって行う形態である。
第２実施形態における熱交換器２５０は、吸着器として機能する。
この第２実施形態は、吸着材の再生時の高温熱源温度の低下、及び、液の飛散防止の点で有利である。
【００６４】
吸着式ヒートポンプ２００の反応室２０内において、第１吸着材を含む吸着材層２２と、第２吸着材を含む吸着材層２６２と、の間には、空間（不図示）が設けられており、この隙間を作動媒体Ｗ１が移動できるようになっている。
【００６５】
吸着材層２６２における第２吸着材としては、上述の第１吸着材と同様の物質を用いることができ、好ましい範囲も第１吸着材と同様である。
また、吸着材層２６２の好ましい範囲も、上述の吸着材層２２の好ましい範囲と同様である。
その他、吸着式ヒートポンプ２００の好ましい形態は、吸着式ヒートポンプ１００の好ましい形態と同様である。
【００６６】
吸着式ヒートポンプ２００の動作は、上述の吸着式ヒートポンプ１００の動作において、作動媒体保持部６０での作動媒体Ｗ１の凝縮が、吸着材層２６２への作動媒体Ｗ１の吸着に置き換わり、かつ、作動媒体保持部６０での作動媒体Ｗ１の蒸発が、吸着材層２６２からの作動媒体Ｗ１の脱着に置き換わること以外は、上述の吸着式ヒートポンプ１００の動作と同様である。
【００６７】
吸着式ヒートポンプ２００では、第１吸着材としてゼオライト及びシリカゲルの少なくとも一方を用い、かつ、第２吸着材として活性炭を用いた場合に、作動性能をより向上させることができる。
その理由は、水に対する吸着等温線において、活性炭は、ゼオライトやシリカゲルと比べて、高相対圧域で吸脱着することに起因する。
【００６８】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態は、上記第２実施形態における第２吸着材を、化学反応によって作動媒体の固定化及び脱離を行う化学蓄熱材に置き換えた形態である。この点以外は、第２実施形態と同様であり、好ましい範囲も同様である。
【００６９】
即ち、第３実施形態は、作動媒体保持部における作動媒体の保持及び脱離を、作動媒体保持部に設けられた化学蓄熱材への作動媒体の固定化及び化学蓄熱材からの作動媒体の脱離によって行う形態である。第３実施形態における熱交換器は、化学蓄熱器として機能する。
第３実施形態は、蒸発潜熱に比べて反応熱が大きいことから、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）が向上する点で有利である。
【００７０】
上記化学反応には、配位反応も含まれる。
前記化学蓄熱材としては、金属塩化物及び金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。このうち配位反応の場合には金属塩化物を用いることが好ましい。
前記金属塩化物としては、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、遷移金属の塩化物が挙げられ、より具体的には、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２が挙げられる。
前記金属酸化物としては、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、遷移金属の酸化物が挙げられ、より具体的には、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯが挙げられる。
【００７１】
第３実施形態に係る吸着式ヒートポンプの動作は、上述の吸着式ヒートポンプ１００の動作において、作動媒体保持部６０での作動媒体Ｗ１の凝縮が、作動媒体保持部に設けられた化学蓄熱材への作動媒体Ｗ１の固定化に置き換わり、かつ、作動媒体保持部６０での作動媒体Ｗ１の蒸発が、作動媒体保持部に設けられた化学蓄熱材からの作動媒体Ｗ１の脱離に置き換わること以外は、上述の吸着式ヒートポンプ１００の動作と同様である。
【符号の説明】
【００７２】
１０、２１０、３１０  吸着器
１２  吸着器筐体
１４  第１流路
２０  反応室
２２、２６２  吸着材層
５０、２５０、３５０  熱交換器
５２  ベース部
５４  第２流路
６０  作動媒体保持部
１００、２００  吸着式ヒートポンプ
３００  比較用吸着式ヒートポンプ
Ｆ１  第１熱交換流体
Ｌ２  第２熱交換流体
Ｗ１  作動媒体
【図１】
2014181892.tif 000003
【図２】
2014181892.tif 000004
【図３】
2014181892.tif 000005
【図４】
2014181892.tif 000006
【図５】
2014181892.tif 000007
【図６】
2014181892.tif 000008
【図７】
2014181892.tif 000009
【図８】
2014181892.tif 000010