(57)【要約】【課題】環境温度等の変化に拘わらず吸着式ヒートポンプの出力及び効率が低下することを抑制する。【解決手段】第１流体と配管21を循環される熱交換用流体との熱交換により第１流体を蒸発させる蒸発器12と、蒸発器12から供給された第１流体を吸着し吸着した第１流体を脱離させる流体保持部及び供給された第２流体が流通する流体流通部を備えた吸着器14と、吸着器14から排出された第１流体と配管36を循環される第２流体との熱交換により第１流体を凝縮させる凝縮器16と、吸着器14に供給される第２流体の温度、蒸発器12に供給される熱交換用流体の温度及び凝縮器16に供給される第２流体の温度を検知する温度センサ28,34,40と、検知した流体の温度から飽和蒸気圧を演算し、飽和蒸気圧から相対圧を演算し、相対圧に応じて、吸着器14の吸着期間及び脱離期間を変化させる制御部22と、を備える。【選択図】図３
2015034668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と循環路を循環される熱交換用流体との熱交換により前記第１流体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から前記第１流体が供給され、前記第１流体を吸着し吸着した前記第１流体を脱離させる流体保持部、及び、第２流体が供給され、第２流体が流通する流体流通部を熱的に接続された状態で備えた吸着器と、
前記吸着器の前記流体保持部から排出された第１流体と循環路を循環される第２流体との熱交換により前記第１流体を凝縮させる凝縮器と、
前記吸着器に供給される前記第２流体の温度と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度及び前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度の少なくとも一方と、を検知する検知部と、
前記流体保持部による前記第１流体の吸着及び脱離を切り替えるように制御すると共に、前記検知部によって検知された流体の温度から飽和蒸気圧を演算し、前記蒸発器又は前記凝縮器に供給される流体の温度から演算した飽和蒸気圧と前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧の比である相対圧を演算し、演算した相対圧に応じて、前記吸着器の前記流体保持部が前記第１流体を吸着する吸着期間及び前記吸着器の前記流体保持部から前記第１流体を脱離させる脱離期間の少なくとも一方の長さを変化させる制御部と、
を含む吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記検知部は、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度及び前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度の両方と、を検知し、
前記制御部は、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第１の相対圧を演算すると共に、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第２の相対圧を演算する請求項１記載の吸着式ヒートポンプ
【請求項３】
前記制御部は、前記吸着期間において、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第１の相対圧を演算し、演算した第１の相対圧が第１閾値以上であれば前記吸着期間の長さを延長し、第１の相対圧が第１閾値未満であれば前記吸着期間の長さを短縮する請求項１又は請求項２記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記制御部は、前記脱離期間において、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第２の相対圧を演算し、演算した第２の相対圧が第２閾値以上であれば前記脱離期間の長さを延長し、第２の相対圧が第２閾値未満であれば前記脱離期間の長さを短縮する請求項１又は請求項２記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記吸着器として第１吸着器と第２吸着器が設けられ、
前記制御部は、前記第１吸着器の前記流体保持部による前記第１流体の吸着及び前記第２吸着器の前記流体保持部による前記第１流体の脱離と、前記第１吸着器の前記流体保持部による前記第１流体の脱離及び前記第２吸着器の前記流体保持部による前記第１流体の吸着と、を切り替えるように制御すると共に、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第１の相対圧を演算すると共に、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第２の相対圧を演算し、演算した第１の相対圧が第１閾値以上か否かに応じて求めた前記期間の長さと、演算した第２の相対圧が第２閾値以上か否かに応じて求めた前記期間の長さのうち、長い方を前記切り替えのサイクル期間の長さとして用いる請求項１〜請求項４の何れか１項記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項６】
第１流体と循環路を循環される熱交換用流体との熱交換により前記第１流体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から前記第１流体が供給され、前記第１流体を吸着し吸着した前記第１流体を脱離させる流体保持部、及び、第２流体が供給され、第２流体が流通する流体流通部を熱的に接続された状態で備えた吸着器と、
前記吸着器の前記流体保持部から排出された第１流体と循環路を循環される第２流体との熱交換により前記第１流体を凝縮させる凝縮器と、
を含む吸着式ヒートポンプに対し、
前記吸着器に供給される前記第２流体の温度と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度及び前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度の少なくとも一方と、を検知し、
検知した流体の温度から飽和蒸気圧を演算し、前記蒸発器又は前記凝縮器に供給される流体の温度から演算した飽和蒸気圧と前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧の比である相対圧を演算し、演算した相対圧に応じて、前記吸着器の前記流体保持部が前記第１流体を吸着する吸着期間及び前記吸着器の前記流体保持部から前記第１流体を脱離させる脱離期間の少なくとも一方の長さを変化させる吸着式ヒートポンプの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸着式ヒートポンプ及び吸着式ヒートポンプの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸着式ヒートポンプを利用した熱サイクルシステムが種々の分野で利用されており、冷暖房装置や給湯器などに応用されている。吸着式ヒートポンプは、一対の吸着器、凝縮器及び蒸発器を備えたものが一般的であり(例えば特許文献１参照)、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を高める増熱モードを利用した例として、吸着式ヒートポンプ式給湯機が提案されている(例えば非特許文献１参照)。この方式では、吸着器の一方で流体を吸着し他方で脱離（すなわち吸着器の再生）させる動作と、前記一方の吸着器から流体を脱離し前記他方に吸着させる動作と、を切り替えて交互に行なう。このほか、上記と同様に動作する吸着式冷凍機等も知られている(例えば非特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２５７１３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「第２４回技術開発・調査事業成果発表会  ［Ｐ５.１.２］吸着式ヒートポンプを用いた高効率灯油燃焼機器の開発」、[online]、平成２２年６月、一般財団法人石油エネルギー技術センター、[平成２４年１１月２２日検索]、インターネット＜URL:http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2010report/24data/p512.pdf＞
【非特許文献２】「ユニオン産業の吸着式冷凍機  吸着式冷凍機の原理」、[online]、ユニオン産業株式会社、[平成２４年１１月２２日検索]、インターネット＜URL: http://www.union-reitouki.com/chiller/principle.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸着式ヒートポンプの運転中、吸着器は吸着と脱離を繰り返すが、吸着器の吸着・脱離の期間の長さはサイクル時間と称されており、吸着式ヒートポンプの出力は、１サイクル時間当たりの吸着量である吸着速度で決定される。また、吸着式ヒートポンプは一般にサイクル時間を固定して運転される。詳しくは、図１４に示すように、脱離時の平衡吸着量をｑ1、吸着時の平衡吸着量をｑ2とすると、図１５に示すように、脱離時と吸着時の平衡吸着量差(ｑ1−ｑ2)の90％程度となる時間をサイクル時間に固定的に設定し、固定的に設定したサイクル時間で吸着器が吸着と脱離を繰り返すように制御している。例えば、図１６に示す例では、平衡吸着量差の90％程度となる時間が50秒となるので、吸着器が50秒周期で吸着と脱離を繰り返すように制御される。
【０００６】
しかしながら、本願発明者等が実施した実験(後述)により、吸着器の吸着速度や脱離速度は相対圧に応じて大きく変化することが明らかになった。相対圧は環境温度等の変化に伴って変化するので、環境温度等の変化により吸着式ヒートポンプの出力や効率が低下することがある、という問題があった。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、環境温度等の変化に拘わらず吸着式ヒートポンプの出力及び効率が低下することを抑制することができる吸着式ヒートポンプ及び吸着式ヒートポンプの制御方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明に係る吸着式ヒートポンプは、第１流体と循環路を循環される熱交換用流体との熱交換により前記第１流体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から前記第１流体が供給され、前記第１流体を吸着し吸着した前記第１流体を脱離させる流体保持部、及び、第２流体が供給され、第２流体が流通する流体流通部を熱的に接続された状態で備えた吸着器と、前記吸着器の前記流体保持部から排出された第１流体と循環路を循環される第２流体との熱交換により前記第１流体を凝縮させる凝縮器と、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度及び前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度の少なくとも一方と、を検知する検知部と、前記流体保持部による前記第１流体の吸着及び脱離を切り替えるように制御すると共に、前記検知部によって検知された流体の温度から飽和蒸気圧を演算し、前記蒸発器又は前記凝縮器に供給される流体の温度から演算した飽和蒸気圧と前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧の比である相対圧を演算し、演算した相対圧に応じて、前記吸着器の前記流体保持部が前記第１流体を吸着する吸着期間及び前記吸着器の前記流体保持部から前記第１流体を脱離させる脱離期間の少なくとも一方の長さを変化させる制御部と、を含んで構成されている。
【０００９】
請求項１記載の発明は、蒸発器、吸着器及び凝縮器を備えている。蒸発器は、第１流体と循環路を循環される熱交換用流体との熱交換により第１流体を蒸発させる。吸着器は、蒸発器から第１流体が供給され、第１流体を吸着し吸着した第１流体を脱離させる流体保持部、及び、第２流体が供給され、第２流体が流通する流体流通部を熱的に接続された状態で備えている。凝縮器は、吸着器の流体保持部から排出された第１流体と循環路を循環される第２流体との熱交換により第１流体を凝縮させる。
【００１０】
ここで、請求項１記載の発明は、吸着器に供給される第２流体の温度と、蒸発器に供給される熱交換用流体の温度及び凝縮器に供給される第２流体の温度の少なくとも一方と、が検知部によって検知される。そして、請求項１記載の発明は、制御部により、流体保持部による第１流体の吸着及び脱離を切り替えるように制御されると共に、検知部によって検知された流体の温度から飽和蒸気圧を演算し、蒸発器又は凝縮器に供給される流体の温度から演算した飽和蒸気圧と吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧の比である相対圧を演算し、演算した相対圧に応じて、吸着器の流体保持部が第１流体を吸着する吸着期間及び吸着器の流体保持部から第１流体を脱離させる脱離期間の少なくとも一方の長さを変化させる。
【００１１】
このように、請求項１記載の発明では、吸着器の流体保持部が第１流体を吸着する吸着期間及び吸着器の流体保持部から第１流体を脱離させる脱離期間の少なくとも一方の長さを、演算した相対圧に応じて変化させるので、環境温度等の変化に伴う相対圧の変化に拘わらず、吸着式ヒートポンプの出力及び効率が低下することを抑制することができる。
【００１２】
なお、請求項１記載の発明において、例えば請求項２に記載したように、検知部は、吸着器に供給される第２流体の温度と、蒸発器に供給される熱交換用流体の温度及び凝縮器に供給される第２流体の温度の両方と、を検知し、制御部は、吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、蒸発器に供給される熱交換用流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第１の相対圧を演算すると共に、吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、凝縮器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第２の相対圧を演算するように構成することができる。
【００１３】
なお、請求項１又は請求項２記載の発明において、制御部は、例えば請求項３に記載したように、吸着期間において、吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、蒸発器に供給される熱交換用流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第１の相対圧を演算し、演算した第１の相対圧が第１閾値以上であれば吸着期間の長さを延長し、第１の相対圧が第１閾値未満であれば吸着期間の長さを短縮するように構成することができる。これにより、環境温度等の変化に応じて吸着期間の長さを最適化することができる。
【００１４】
また、請求項１又は請求項２記載の発明において、制御部は、例えば請求項４に記載したように、脱離期間において、吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、凝縮器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第２の相対圧を演算し、演算した第２の相対圧が第２閾値以上であれば脱離期間の長さを延長し、第２の相対圧が第２閾値未満であれば脱離期間の長さを短縮するように構成することができる。これにより、環境温度等の変化に応じて脱離期間の長さを最適化することができる。
【００１５】
また、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の発明において、吸着器として第１吸着器と第２吸着器が設けられており、第１吸着器の流体保持部による第１流体の吸着及び第２吸着器の流体保持部による第１流体の脱離と、第１吸着器の流体保持部による第１流体の脱離及び第２吸着器の流体保持部による第１流体の吸着と、を切り替えるように制御される構成の場合、第１吸着器と第２吸着器により交互に吸着・脱離が行われることになり、第１吸着器の吸着期間と第２吸着器の脱離期間を等しくし、第１吸着器の脱離期間と第２吸着器の吸着期間を等しくする必要が生ずる。
【００１６】
この場合、制御部は、例えば請求項５に記載したように、吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、蒸発器に供給される熱交換用流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第１の相対圧を演算すると共に、吸着器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、凝縮器に供給される第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧と、の比から第２の相対圧を演算し、演算した第１の相対圧が第１閾値以上か否かに応じて求めた前記期間の長さと、演算した第２の相対圧が第２閾値以上か否かに応じて求めた前記期間の長さのうち、長い方を前記期間の長さとして用いることができる。これにより、吸着器として第１吸着器と第２吸着器が設けられた構成において、第１吸着器の吸着期間と第２吸着器の脱離期間を等しくし、第１吸着器の脱離期間と第２吸着器の吸着期間を等しくすることを、吸着式ヒートポンプの出力及び効率の低下を抑制しつつ実現することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明に係る吸着式ヒートポンプの制御方法は、第１流体と循環路を循環される熱交換用流体との熱交換により前記第１流体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から前記第１流体が供給され、前記第１流体を吸着し吸着した前記第１流体を脱離させる流体保持部、及び、第２流体が供給され、第２流体が流通する流体流通部を熱的に接続された状態で備えた吸着器と、前記吸着器の前記流体保持部から排出された第１流体と循環路を循環される第２流体との熱交換により前記第１流体を凝縮させる凝縮器と、を含む吸着式ヒートポンプに対し、前記吸着器に供給される前記第２流体の温度と、前記蒸発器に供給される前記熱交換用流体の温度及び前記凝縮器に供給される前記第２流体の温度の少なくとも一方と、を検知し、検知した流体の温度から飽和蒸気圧を演算し、前記蒸発器又は前記凝縮器に供給される流体の温度から演算した飽和蒸気圧と前記吸着器に供給される前記第２流体の温度から演算した飽和蒸気圧の比である相対圧を演算し、演算した相対圧に応じて、前記吸着器の前記流体保持部が前記第１流体を吸着する吸着期間及び前記吸着器の前記流体保持部から前記第１流体を脱離させる脱離期間の少なくとも一方の長さを変化させるので、請求項１記載の発明と同様に、環境温度等の変化に伴う相対圧の変化に拘わらず、吸着式ヒートポンプの出力及び効率が低下することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、環境温度等の変化に拘わらず吸着式ヒートポンプの出力及び効率が低下することを抑制することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実験により求めた、相対圧と吸着速度の関係を示す線図である。
【図２】実験により求めた、相対圧と脱離速度の関係を示す線図である。
【図３】第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプの概略構成図である。
【図４】吸着器を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【図７】第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプ運転処理のフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係るサイクル時間決定処理のフローチャートである。
【図９】相対圧と平衡吸着量との関係を示す線図である。
【図１０】第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプの概略構成図である。
【図１１】第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプ運転処理のフローチャートである。
【図１２】第２実施形態に係るサイクル時間決定処理のフローチャートである。
【図１３】吸着器、凝縮器、蒸発器の入り口温度の時間変化を示す線図である。
【図１４】相対圧と平衡吸着量との関係を示す線図である。
【図１５】従来の吸着式ヒートポンプにおける吸着率の時間変化を示す線図である。
【図１６】時間と吸着率との関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔実験の説明〕
以下、本発明の実施形態の説明に先立ち、本願発明者等が実施した実験を説明する。
一般的な吸着器は充填層構造であり、吸着及び脱離の速度は、(1)粒子内の反応速度(表面拡散距離)と、(2)充填層における伝熱抵抗、物質移動抵抗(伝熱距離、拡散距離)で決定される。吸着器を小型化するためには、伝熱抵抗と物質移動抵抗を軽減し、表面拡散が支配的にならない吸着材を用いる必要がある。一般的な吸着式ヒートポンプでは、これらの抵抗が支配的になって吸着及び脱離の速度が定まっているため、吸着及び脱離の切替時間(サイクル時間)を固定して運転していても支障は生じない。一方、これらの抵抗を排除していくと、吸着材の細孔内部での流体の相速度変化が支配的となる。この速度は、細孔の構造や細孔内部での吸着のレイヤ数によって異なり、相対圧で整理した場合、相対圧の依存性から幾つかの速度域に分けることができる。本願発明者等はこの点を実験によって明らかにした。
【００２１】
本願発明者等が実施した実験では、吸着材とカーボンファイバーを混ぜたものを、セルメチルセルロース(ＣＭＣ)をバインダーとして、14mm×14mm×1mmに成型した。なお、成型体の熱伝導度は５Ｗ/ｍ/Ｋ以上となるように調整した。上記の成型体を複数挿入した熱交換器に熱交換流体として14℃のアンモニア液を流しながら、圧力Ｐ1[ｋＰａ]の平衡状態から圧力Ｐ2[ｋＰａ]の平衡状態になるまでの吸着及び脱離速度を、次の表１に示す条件で、２種類の活性炭(1),(2)について各々測定した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
なお、反応速度ｒＡＤ[1/ｓ]は次の(１)式で定義した。
ｒＡＤ[1/ｓ]＝１／ｔＡＤ    …(１)
ここで、ｔＡＤは吸着率が90％に到達するまでの時間である。また、脱離速度についても同様に次の(２)式で定義した。
ｒＤＥ[1/ｓ]＝１／ｔＤＥ    …(２)
ここで、ｔＤＥは脱離率が90％に到達するまでの時間である。
【００２４】
図１に吸着速度の測定結果を、図２に脱離速度の測定結果を示す。図１,図２に示すように、２種類の活性炭(図ではＡＣ(1)、ＡＣ(2)と表記)についてほぼ同等の結果が得られた。図１に示すように、吸着速度は相対圧によって異なり、おおよそ３つの速度群に分類される。また、低相対圧で吸着速度が速く、高相対圧域へ行くに従って吸着速度が低下する。図２に示すように、脱離速度はおおよそ２つの速度群に分類される。また、吸着速度と同様に、低相対圧で脱離速度が速く、高相対圧域へ行くに従って遅くなる。
【００２５】
図１と図２を比較すると、低相対圧域(0〜0.2)の範囲では吸着速度と脱離速度はほぼ同等であった。相対圧が0.2〜0.55の範囲においては、吸着と脱離で速度のヒステリシスが存在することが判明した。相対圧が0.55以上の範囲では吸着速度と脱離速度はほぼ同等であった。
【００２６】
このように、吸着材の細孔内での相変化速度は相対圧に依存して変化する。特に脱離時には相対圧が0.2未満と0.2以上で速度が５倍程度異なる。また、吸着時には相対圧が0.55以上と未満で1.3倍程度異なる。このため、吸着式ヒートポンプの運転時に、相変化速度が相対圧に依存して変化することを考慮して制御を行うことで、吸着式ヒートポンプの出力及び効率の低下を抑制することが可能となる。
【００２７】
〔第１実施形態〕
続いて図面を参照し、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図３に示すように、本第１実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１０は、蒸発器１２と、吸着材を有する吸着器１４と、吸着器１４から排出された第１流体を凝縮する凝縮器１６と、第２流体を冷却する冷熱源２０と、制御装置２２と、を備えている。
【００２８】
蒸発器１２は、内部に配管２１が巻回されて配設されており、内部が真空状態に減圧された状態で第１流体であるアンモニア液を配管２１の外面に降り注ぐことで、アンモニア液を気化させてアンモニア蒸気を生成する。蒸発器１２は、アンモニア液の気化により気化熱を奪うため、蒸発器１２では、吸着器１４に供給するアンモニア蒸気の気化熱に相当する冷熱が生成される。
【００２９】
配管２１には冷熱機器７０(例えば室内機等)が接続されており、冷熱の有効利用が可能とされている。配管２１内は熱交換用流体で満たされており、配管２１に取り付けられた図示しない循環用ポンプによって、配管中を熱交換用流体（例えば水又は水と水溶性溶剤との混合溶媒）が循環して流通することで、冷熱機器７０に冷熱が供給される。
【００３０】
配管２１の途中のうち吸着器１４への熱交換用流体の入り口に相当する部位には、配管２１内を流通する熱交換用流体の温度を検出する温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８は制御装置２２に接続されており、温度センサ２８による温度の検出結果は制御装置２２に出力される。
【００３１】
蒸発器１２には配管２４の一端が接続され、配管２４の他端は吸着器１４(の後述する吸着室６２)に接続されており、配管２４を介して蒸発器１２と吸着器１４(の吸着室６２)は連通されている。配管２４の途中にはバルブ２６が設けられている。バルブ２６は制御装置２２に接続されており、バルブ２６は制御装置２２によって開閉が制御される。
【００３２】
図４及び図５に示すように、本実施形態に係る吸着器１４は、第１流体Ｆ１の吸着及び脱着を行う吸着材層６４を含む複数の吸着室６２と、第２流体Ｆ２が流通する複数の流路６６と、を有する吸着器筐体６０を備えている。吸着室６２と流路６６とは隔壁を隔てて互いに分離されており、これにより、流路６６の壁面と、吸着室６２内の吸着材層６４と、の間で熱伝達を行えるようになっている。そして吸着器１４は、吸着室６２と流路６６とが交互に配置されており、これにより、上記の熱伝達を効率よく行えるようになっている。
【００３３】
また、吸着器１４において、吸着室６２は、一端が扁平矩形状の開口端である四角柱状空間とされている。一方、流路６６は、両端が扁平矩形状の開口端である四角柱状空間とされている。そして吸着器１４は、吸着室６２の開口方向（第１流体Ｆ１の流れ方向）と流路６６の開口方向（第２流体Ｆ２の流れ方向）とが側面視で直交する、直交流型の熱交換器として構成されている。
【００３４】
吸着室及び流路の数は、図４及び図５に示す数に限定されないことはもちろんであり、吸着室６２内に吸着される第１流体Ｆ１の量や、流路６６の壁面の保持構造（凹部６８）に保持される第２流体Ｆ２の量、吸着器１４に入出力される熱量等を考慮して適宜設定される。
【００３５】
各吸着室６２内の相対する一対の壁面には、それぞれ吸着材層６４が設けられている。この一対の吸着材層６４において、吸着材層６４の表面と吸着材層６４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、吸着材層６４の表面の全体（即ち、広い範囲）で、第１流体Ｆ１の吸着及び脱着を効率よく行えるようになっている。
【００３６】
この吸着室６２には相対する壁面が二対存在し、面積が広い方の一対の壁面（吸着室６２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６４が設けられている。しかし、吸着材層６４は、面積が広い方の一対の壁面（吸着室６２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２流体Ｆ２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、吸着室６２内の壁面全面（五面）に設けられていてもよい。
【００３７】
吸着材層６４は、第１流体Ｆ１の吸着及び脱着を行う吸着材（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、粘土鉱物等）を含む。
【００３８】
第１流体Ｆ１は、吸着器１４において、作動流体（吸着質）として機能する。本実施形態では、作動流体Ｆ１としてアンモニアを用いている。但し、作動流体Ｆ１として、吸着器において通常用いられるアンモニア以外の作動流体を用いることもでき、例えば、水、炭素数１〜４のアルコール等を用いてもよい。第１流体Ｆ１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。
【００３９】
また、吸着器１４の各流路６６は、上記吸着材層６４を加熱し且つ冷却する第２流体Ｆ２を流通する流路である。詳細には、この吸着器１４では、第２流体Ｆ２が流路６６の壁面で凝縮するときに、その凝縮熱によって吸着材層６４が加熱される。更に、第２流体Ｆ２が流路６６の壁面で蒸発するときに、その蒸発熱によって吸着材層６４が冷却される。
【００４０】
第２流体Ｆ２としては特に制限はないが、凝縮時に後述の凹部６８で保持しやすい点で、水、アンモニア、炭素数１〜４のアルコール等が好ましく、水、アンモニア、メタノール、エタノールがより好ましい。第２流体Ｆ２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。
【００４１】
各流路６６の相対する一対の壁面には、図６に示すように、開口部が正六角形状である凹部６８（保持構造）が複数設けられている。詳細には、各凹部６８は、一端に正六角形状の開口部を有する六角柱状空間となっている。本実施形態では、これらの凹部６８（保持構造）によって、凝縮した第２流体Ｆ２（液体）が保持される。本実施形態では、この凹部６８を備えたことにより、流路６６の壁面で第２流体Ｆ２の蒸発及び凝縮を繰り返し行うことができ、ひいては吸着室６２内で第１流体Ｆ１の吸着及び脱着を繰り返し行うことができる。特に、凹部６８は、開口部が正六角形状であるため、第２流体Ｆ２を取り囲む凹部６８の壁面全体（底面及び６つの側壁面）を通じてこの第２流体Ｆ２を効率よく加熱し、蒸発させることができる。
【００４２】
また、図６に示すように、この吸着器１４では、複数の凹部６８は、流路の壁面（伝熱面）にハニカム状に配列されている。この配列により、流路の壁面における複数の凹部６８の配列密度が高くなっており、流路の壁面の単位面積当たりに保持できる液体状態の第２流体Ｆ２の量（以下、「単位面積当たりの液保持量」ともいう）が高くなっている。なお、凹部６８の数は、図６に示す数に限定されないことはもちろんであり、流路６６内に保持される第２流体Ｆ２の体積や、吸着器１４に入出力される熱量等を考慮して適宜設定される。また、凹部６８の壁面（側壁面及び底面）には、公知の方法により表面処理（例えば親水化処理）が施されていてもよい。
【００４３】
また、吸着器筐体６０（流路６６の壁面を含む）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、第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２に対して耐食性を有する材質が好適である。上述した吸着器１４は、伝熱抵抗と物質移動抵抗が軽減されることで、吸着材層６４の細孔内部での流体の相速度変化が支配的となって吸着及び脱離の速度が定まる構成になっている。
【００４４】
吸着器１４の吸着室６２には配管３０の一端が接続されており、配管３０の他端は凝縮器１６に接続されている。吸着器１４と凝縮器１６は配管３０を介して連通されており、吸着器１４から脱着したアンモニア蒸気は凝縮器１６に案内される。配管３０の途中にはバルブ３２が設けられている。バルブ３２は制御装置２２に接続されており、バルブ３２は制御装置２２によって開閉が制御される。凝縮器１６の中には低温の第２流体の通る配管３６が巻回されて配設されており、吸着器１４から凝縮器１６に送り込まれたアンモニア蒸気は、配管３６の外側で冷やされて凝縮され、アンモニア液へ相変化される。
【００４５】
凝縮器１６には配管３８の一端が接続されており、配管３８の他端は蒸発器１２に接続されている。凝縮器１６と蒸発器１２は配管３８を介して連通されており、凝縮器１６から排出されたアンモニア液は蒸発器１２へ案内される。凝縮器１６から蒸発器１２に送り込まれたアンモニア液は、蒸発器１２で再び気化され、アンモニア蒸気へ相変化される。
【００４６】
また、吸着器１４の流路６６には、配管４２の一端と配管４４の一端が各々接続されている。配管４２の他端には三方弁４６が設けられており、三方弁４６には配管４８の一端と配管５０の一端が各々接続されている。三方弁４６は、配管４２を配管４８と連通させる第１の状態と、配管４２を配管５０と連通させる第２の状態と、に切り替わる。また、配管４４の他端にも三方弁５２が設けられており、三方弁５２には配管４８の他端と配管５６の一端が各々接続されている。三方弁５２は、配管４４を配管４８と連通させる第１の状態と、配管４４を配管５６と連通させる第２の状態と、に切り替わる。
【００４７】
配管５０の他端は、凝縮器１６内を巻回された配管３６の一端に接続されており、配管３６の他端には配管５８の一端が接続されている。配管５８の他端は冷熱源２０(例えば室外機等)に接続されており、冷熱源２０には配管５６の他端も接続されている。冷熱源２０は低温(例えば３０℃程度)に冷却された第２流体を供給する。
【００４８】
三方弁４６,５２は制御装置２２に接続されており、制御装置２２によって第１の状態又は第２の状態に切り替わる。三方弁４６,５２が第１の状態に切り替わった場合、吸着器１４の流路６６には中温の第２流体が供給され、三方弁４６,５２が第２の状態に切り替わった場合、吸着器１４の流路６６には冷熱源２０から低温の第２流体が供給される。
【００４９】
配管４４の途中のうち吸着器１４への第２流体の入り口に相当する部位には、配管４４を流通する第２流体の温度を検出する温度センサ３４が設けられている。温度センサ４０は制御装置２２に接続されており、温度センサ３４による温度の検出結果は制御装置２２に出力される。また、配管５０の途中のうち凝縮器１６への第２流体の入り口に相当する部位には、配管５０を流通する第２流体の温度を検出する温度センサ４０が設けられている。温度センサ４０は制御装置２２に接続されており、温度センサ４０による温度の検出結果は制御装置２２に出力される。
【００５０】
制御装置２２はＣＰＵ、メモリ、バルブ２６,３２や三方弁４６,５２を切り替えるドライバを含んで構成されている。制御装置２２は、温度センサ２８,３４,４０によって検出された温度に基づいてバルブ２６,３２や三方弁４６,５２を切り替えることで、吸着式ヒートポンプ１０を作動させる。
【００５１】
次に本第１実施形態の作用として、まず、図７を参照し、制御装置２２によって行われる吸着式ヒートポンプ運転処理を説明する。なお、図７に示す吸着式ヒートポンプ運転処理は、制御装置２２に対して吸着式ヒートポンプ１０の運転が指示されると実行される。
【００５２】
ステップ１００において、制御装置２２は、蒸発器１２と吸着器１４の間のバルブ２６を開放させる。また、ステップ１０２において、制御装置２２は、吸着器１４と凝縮器１６の間のバルブ３２を閉止させる。更に、ステップ１０４において、制御装置２２は、三方弁４６,５２を、吸着器１４の流路６６と冷熱源２０を連通する状態(第２の状態)に切替える。
【００５３】
このとき、蒸発器１２では、内部が真空状態に減圧された状態でアンモニア液が配管２１の外面に降り注がれることで、アンモニア液が気化されてアンモニア蒸気が生成される。蒸発器１２の配管２１内を流通している熱交換用流体はアンモニア蒸気の気化熱によって冷却され、冷熱機器７０に冷熱が供給される。また、蒸発器１２で生成されたアンモニア蒸気は配管２４を介して吸着器１４の吸着室６２に供給され、吸着器１４の流路６６には三方弁４６,５２を介して冷熱源２０から低温に冷却された第２流体が供給される。これにより、吸着器１４の吸着室６２に供給されたアンモニア蒸気は吸着室６２内の吸着材層６４に吸着される。
【００５４】
次のステップ１０６において、制御装置２２は、設定された吸着時間が経過したか否かに基づいて、吸着期間が終了したか否か判定する。ステップ１０６の判定が否定された場合はステップ１０８へ移行し、ステップ１０８において、制御装置２２は、吸着式ヒートポンプ１０の運転終了が指示されたか否か判定する。ステップ１０８の判定も肯定された場合はステップ１０６に戻り、ステップ１０６又はステップ１０８の判定が肯定される迄、ステップ１０６,１０８を繰り返す。
【００５５】
設定された吸着時間が経過すると、ステップ１０６の判定が肯定されてステップ１１０へ移行し、ステップ１１０において、制御装置２２は、蒸発器１２と吸着器１４の間のバルブ２６を閉止させる。また、ステップ１１２において、制御装置２２は、吸着器１４と凝縮器１６の間のバルブ３２を開放させる。更に、ステップ１１４において、制御装置２２は、三方弁４６,５２を、吸着器１４の流路６６を冷熱源２０から切り離す状態(第１の状態)に切替える。
【００５６】
これにより、吸着器１４の流路６６には三方弁４６,５２を介して中温の第２流体が供給され、吸着器１４の吸着室６２内の吸着材層６４が加熱されることで、加熱された吸着材層６４からアンモニアが脱離し、アンモニア蒸気が生成される。また、吸着器１４で生成されたアンモニア蒸気は配管３０を介して凝縮器１６に供給され、凝縮器１６内の配管３６には冷熱源２０から低温に冷却された第２流体が供給される。従って、凝縮器１６に供給されたアンモニア蒸気は、配管３６の外側で冷却されて凝縮されることでアンモニア液へ相変化され、配管３８を介して蒸発器１２へ還流する。
【００５７】
次のステップ１１６において、制御装置２２は、設定された脱離時間が経過したか否かに基づいて、脱離期間が終了したか否か判定する。ステップ１１６の判定が否定された場合はステップ１１８へ移行し、ステップ１１８において、制御装置２２は、吸着式ヒートポンプ１０の運転終了が指示されたか否か判定する。ステップ１１８の判定も肯定された場合はステップ１１６に戻り、ステップ１１６又はステップ１１８の判定が肯定される迄、ステップ１１６,１１８を繰り返す。
【００５８】
設定された脱離時間が経過すると、ステップ１１６の判定が肯定されてステップ１００に戻る。また、吸着式ヒートポンプ１０の運転終了が指示された場合には、ステップ１０８又はステップ１１８の判定が肯定されることで、吸着式ヒートポンプ運転処理を終了する。
【００５９】
次に図７を参照し、本第１実施形態に係るサイクル時間決定処理を説明する。サイクル時間決定処理は、図６の吸着式ヒートポンプ運転処理と並行して定期的に実行される。サイクル時間決定処理の実行周期は、例えば一定時間毎でもよいし、例えば毎日の吸着式ヒートポンプ１０の運転開始時でもよいし、例えば数日毎〜一週間毎でもよい。
【００６０】
ステップ１３０において、制御装置２２は、吸着器１４の入り口における第２流体の温度を検出するタイミングが到来したか否か判定し、判定が肯定されるまでステップ１３０を繰り返す。図１３に示すように、吸着器１４の入り口における第２流体の温度は、吸着器１４における吸着・脱離の切替えに伴い、周期的に変化する。本実施形態では、吸着器１４で吸着が行われている場合は、吸着器１４の入り口における第２流体の温度が低温で安定したときが温度検出タイミングとされ、吸着器１４で脱離が行われている場合は、吸着器１４の入り口における第２流体の温度が中温で安定したときが温度検出タイミングとされている。このため、例えば、温度センサ３４によって吸着器１４の入り口における第２流体の温度を複数回検出し、複数回検出した温度の偏差が所定範囲内の場合に温度検出タイミングが到来したと判定することができる。
【００６１】
ステップ１３０の判定が肯定されるとステップ１３２へ移行し、ステップ１３２において、制御装置２２は、吸着器１４の入り口の第２流体の温度を温度センサ３４によって検出する。次のステップ１３４において、制御装置２２は、温度センサ３４によって検出された吸着器１４の入り口の第２流体の温度Ｔ[Ｋ]から、次の(３)式に従って吸着器１４の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。
ｌｏｇ１０Ｐ[bar]＝Ａ−Ｂ／(Ｔ[Ｋ]＋Ｃ)    …(３)
但し、(３)式におけるＡ,Ｂ,Ｃはアントワン定数であり、Ａ＝4.86886、Ｂ＝1113.928、Ｃ＝-10.409である。
【００６２】
次のステップ１３６において、制御装置２２は、吸着器１４で吸着が行われているか否か判定する。吸着器１４で吸着が行われている場合は、ステップ１３６の判定が肯定されてステップ１３８へ移行し、ステップ１３８において、制御装置２２は、蒸発器１２の入り口における熱交換用流体の温度を温度センサ２８によって検出する。次のステップ１４０において、制御装置２２は、温度センサ２８によって検出された蒸発器１２の入り口における熱交換用流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式を用いて蒸発器１２の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。
【００６３】
ステップ１４２において、制御装置２２は、吸着器１４の入り口における飽和蒸気圧Ｐと蒸発器１２の入り口における飽和蒸気圧Ｐから、次の(４)式に従って相対圧Φ2を演算する。
相対圧Φ2＝吸着器入り口の飽和蒸気圧Ｐ／蒸発器入り口の飽和蒸気圧Ｐ    …(４)
なお、上記で演算される相対圧Φ2は、図９に示すように平衡吸着量が吸着時の平衡吸着量ｑ2に達する時点での相対圧に相当する。
【００６４】
次のステップ１４４において、制御装置２２は、演算した相対圧Φ2が閾値未満か否か判定する。相対圧Φ2に対する閾値は、図１に示すように、相対圧と吸着速度の関係を示す散布図において、複数の吸着速度群の境界に相当する相対圧が設定されている。相対圧Φ2が閾値未満の場合、吸着速度は比較的速い。
【００６５】
このため、ステップ１４４の判定が肯定された場合はステップ１４６へ移行し、ステップ１４６において、制御装置２２は、吸着期間の長さに時間ｔ1を設定する。時間ｔ1は、図１に示すように、相対圧と吸着速度の関係を示す散布図において、相対圧Φ2に対する閾値を挟んで吸着速度が高速側に位置している吸着速度群を代表する吸着速度に対応する時間が設定されている。
【００６６】
一方、相対圧Φ2が閾値以上の場合、吸着速度は比較的遅い。ステップ１４４の判定が否定された場合はステップ１４８へ移行し、ステップ１４８において、制御装置２２は、吸着期間の長さに時間ｔ2を設定する。時間ｔ2は、図１に示すように、相対圧と吸着速度の関係を示す散布図において、相対圧Φ2に対する閾値を挟んで吸着速度が低速側に位置している吸着速度群を代表する吸着速度に対応する時間が設定されている(ｔ2＞ｔ1)。
【００６７】
上記のように、相対圧Φ2が閾値未満か否かに応じて吸着期間の長さ(サイクル時間)を時間ｔ1又は時間ｔ2に切り替えることで、吸着速度に応じて吸着期間の長さを最適化することができ、環境温度等の変化に伴う相対圧の変化に拘わらず、吸着式ヒートポンプ１０の出力及び効率が低下することを抑制することができる。
【００６８】
また、吸着器１４で脱離が行われている場合は、ステップ１３６の判定が否定されてステップ１５０へ移行し、ステップ１５０において、制御装置２２は、凝縮器１６の入り口における第２流体の温度を温度センサ４０によって検出する。次のステップ１５２において、制御装置２２は、温度センサ４０によって検出された凝縮器１６の入り口における第２流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式を用いて凝縮器１６の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。
【００６９】
ステップ１５４において、制御装置２２は、吸着器１４の入り口における飽和蒸気圧Ｐと凝縮器１６の入り口における飽和蒸気圧Ｐから、次の(５)式に従って相対圧Φ1を演算する。
相対圧Φ1＝吸着器入り口の飽和蒸気圧Ｐ／凝縮器入り口の飽和蒸気圧Ｐ    …(５)
なお、上記で演算される相対圧Φ1は、図９に示すように平衡吸着量が脱離時の平衡吸着量ｑ1に達する時点での相対圧に相当する。
【００７０】
次のステップ１５６において、制御装置２２は、演算した相対圧Φ1が閾値未満か否か判定する。相対圧Φ1に対する閾値は、図２に示すように、相対圧と脱離速度の関係を示す散布図において、複数の脱離速度群の境界に相当する相対圧が設定されている。相対圧Φ1が閾値未満の場合、脱離速度は比較的速い。
【００７１】
このため、ステップ１５６の判定が肯定された場合はステップ１５８へ移行し、ステップ１５８において、制御装置２２は、脱離期間の長さに時間ｔ3を設定する。時間ｔ3は、図２に示すように、相対圧と脱離速度の関係を示す散布図において、相対圧Φ1に対する閾値を挟んで脱離速度が高速側に位置している脱離速度群を代表する脱離速度に対応する時間が設定されている。
【００７２】
一方、相対圧Φ1が閾値以上の場合、脱離速度は比較的遅い。ステップ１５６の判定が否定された場合はステップ１６０へ移行し、ステップ１６０において、制御装置２２は、脱離期間の長さに時間ｔ4を設定する。時間ｔ4は、図２に示すように、相対圧と脱離速度の関係を示す散布図において、相対圧Φ1に対する閾値を挟んで脱離速度が低速側に位置している脱離速度群を代表する脱離速度に対応する時間が設定されている(ｔ4＞ｔ3)。
【００７３】
上記のように、相対圧Φ1が閾値未満か否かに応じて脱離期間の長さ(サイクル時間)を時間ｔ3又は時間ｔ4に切り替えることで、脱離速度に応じて脱離期間の長さを最適化することができ、環境温度等の変化に伴う相対圧の変化に拘わらず、吸着式ヒートポンプ１０の出力及び効率が低下することを抑制することができる。
【００７４】
ステップ１４６又はステップ１４８で吸着期間の長さを設定するか、ステップ１５８又はステップ１６０で脱離期間の長さを設定すると、ステップ１６２へ移行し、ステップ１６２において、制御装置２２は、相対圧Φを演算して吸着又は脱離期間の長さを設定することを吸着と脱離の両方について行ったか否か判定する。ステップ１６２の判定が否定された場合はステップ１３０に戻り、先に吸着について処理を行った場合は脱離について処理を行い、先に脱離について処理を行った場合は吸着について処理を行う。そして、ステップ１６２の判定が肯定されると、サイクル時間決定処理を終了する。
【００７５】
上記のサイクル時間決定処理で決定された吸着期間及び脱離期間の長さは、先に説明した吸着式ヒートポンプ運転処理における吸着期間又は脱離期間の終了判定(ステップ１０６,１１６の判定)に用いられ、吸着期間及び脱離期間の長さが上記のサイクル時間決定処理で決定された長さに一致されることになる。
【００７６】
〔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。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
図１０には本第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプ８０が示されている。本第２実施形態に係る吸着式ヒートポンプ８０は、第１実施形態で説明した吸着式ヒートポンプ１０と比較して、吸着器１４が２個(第１吸着器１４Ａ及び第２吸着器１４Ｂ)が設けられている点で相違している。
【００７８】
蒸発器１２には配管２４Ａ,２４Ｂの一端が各々接続されており、配管２４Ａの他端は第１吸着器１４Ａに接続され、配管２４Ｂの他端は第２吸着器１４Ｂに接続されている。従って、配管２４Ａを介して蒸発器１２と第１吸着器１４Ａの吸着室６２は連通されており、配管２４Ｂを介して蒸発器１２と第２吸着器１４Ｂの吸着室６２は連通されている。配管２４Ａの途中にはバルブ２６Ａが設けられており、配管２４Ｂの途中にはバルブ２６Ｂが設けられている。バルブ２６Ａ,２６Ｂは制御装置２２に接続されており、バルブ２６Ａ,２６Ｂは制御装置２２によって開閉が制御される。
【００７９】
また、凝縮器１６には配管３０Ａ,３０Ｂの一端が各々接続されており、配管３０Ａの他端は第１吸着器１４Ａに接続され、配管３０Ｂの他端は第２吸着器１４Ｂに接続されている。従って、配管３０Ａを介して凝縮器１６と第１吸着器１４Ａの吸着室６２は連通されており、配管３０Ｂを介して凝縮器１６と第２吸着器１４Ｂの吸着室６２は連通されている。配管３０Ａの途中にはバルブ３２Ａが設けられており、配管３０Ｂの途中にはバルブ３２Ｂが設けられている。バルブ３２Ａ,３２Ｂは制御装置２２に接続されており、バルブ３２Ａ,３２Ｂは制御装置２２によって開閉が制御される。
【００８０】
また、第１吸着器１４Ａの流路６６には配管４２Ａの一端と配管４４Ａの一端が各々接続されており、第２吸着器１４Ｂの流路６６には配管４２Ｂの一端と配管４４Ｂの一端が各々接続されている。配管４４Ａの途中のうち第１吸着器１４Ａへの第２流体の入り口に相当する部位には、配管４４Ａを流通する第２流体の温度を検出する温度センサ３４Ａが設けられている。また、配管４４Ｂの途中のうち第２吸着器１４Ｂへの第２流体の入り口に相当する部位には、配管４４Ｂを流通する第２流体の温度を検出する温度センサ３４Ｂが設けられている。温度センサ３４Ａ,３４Ｂは制御装置２２に接続されており、温度センサ３４Ａ,３４Ｂによる温度の検出結果は制御装置２２に出力される。
【００８１】
配管４２Ａ,４２Ｂの他端はバルブ８２に接続されており、バルブ８２には配管５６,４８の一端も接続されている。バルブ８２は、配管４２Ａを配管５６と連通させ、配管４２Ｂを配管４８と連通させる第１の状態と、配管４２Ａを配管４８と連通させ、配管４２Ｂを配管５６と連通させる第２の状態と、に切り替わる。バルブ８２は制御装置２２に接続されており、制御装置２２によってバルブ８２の切り替えが制御される。
【００８２】
また、配管４４Ａ,４４Ｂの他端はバルブ８４に接続されており、バルブ８４には配管５０,４８の一端も接続されている。バルブ８４は、配管４４Ａを配管５０と連通させ、配管４４Ｂを配管４８と連通させる第１の状態と、配管４４Ａを配管４８と連通させ、配管４４Ｂを配管５０と連通させる第２の状態と、に切り替わる。バルブ８４は制御装置２２に接続されており、制御装置２２によってバルブ８４の切り替えが制御される。
【００８３】
次に本第２実施形態の作用として、まず図１１を参照し、制御装置２２によって行われる吸着式ヒートポンプ運転処理を説明する。
【００８４】
ステップ２００において、制御装置２２は、蒸発器１２と第１吸着器１４Ａの間のバルブ２６Ａを開放させる。また、ステップ２０２において、制御装置２２は、第１吸着器１４Ａと凝縮器１６の間のバルブ３２Ａを閉止させる。また、ステップ２０４において、制御装置２２は、蒸発器１２と第２吸着器１４Ｂの間のバルブ２６Ｂを閉止させる。また、ステップ２０６において、制御装置２２は、第２吸着器１４Ｂと凝縮器１６の間のバルブ３２Ｂを開放させる。更に、ステップ２０８において、制御装置２２は、バルブ８２,８４を、第１吸着器１４Ａの流路６６と冷熱源２０を連通させ、第２吸着器１４Ｂの流路６６と冷熱源２０から切り離す状態(第１の状態)に切替える。
【００８５】
これにより、蒸発器１２では、内部が真空状態に減圧された状態でアンモニア液が配管２１の外面に降り注がれることで、アンモニア液が気化されてアンモニア蒸気が生成される。蒸発器１２の配管２１内を流通している熱交換用流体はアンモニア蒸気の気化熱によって冷却され、冷熱機器７０に冷熱が供給される。また、蒸発器１２で生成されたアンモニア蒸気は配管２４Ａを介して第１吸着器１４Ａの吸着室６２に供給され、第１吸着器１４Ａの流路６６にはバルブ８２,８４を介して冷熱源２０から低温に冷却された第２流体が供給される。これにより、第１吸着器１４Ａの吸着室６２に供給されたアンモニア蒸気は吸着室６２内の吸着材層６４に吸着される。
【００８６】
また、第２吸着器１４Ｂの流路６６にはバルブ８２,８４を介して中温の第２流体が供給され、第２吸着器１４Ｂの吸着室６２内の吸着材層６４が加熱されることで、加熱された吸着材層６４からアンモニアが脱離し、アンモニア蒸気が生成される。また、第２吸着器１４Ｂで生成されたアンモニア蒸気は配管３０を介して凝縮器１６に供給され、凝縮器１６内の配管３６には冷熱源２０から低温に冷却された第２流体が供給される。従って、凝縮器１６に供給されたアンモニア蒸気は、配管３６の外側で冷却されて凝縮されることでアンモニア液へ相変化され、配管３８を介して蒸発器１２へ還流する。
【００８７】
次のステップ２１０において、制御装置２２は、設定されたサイクル時間が経過したか否か判定する。ステップ２１０の判定が否定された場合はステップ２１２へ移行し、ステップ２１２において、制御装置２２は、吸着式ヒートポンプ１０の運転終了が指示されたか否か判定する。ステップ２１２の判定も肯定された場合はステップ２１０に戻り、ステップ２１０又はステップ２１２の判定が肯定される迄、ステップ２１０,２１２を繰り返す。
【００８８】
設定されたサイクル時間が経過すると、ステップ２１０の判定が肯定されてステップ２１４へ移行し、ステップ２１４において、制御装置２２は、蒸発器１２と第２吸着器１４Ｂの間のバルブ２６Ｂを開放させる。また、ステップ２１６において、制御装置２２は、第２吸着器１４Ｂと凝縮器１６の間のバルブ３２Ｂを閉止させる。また、ステップ２１８において、制御装置２２は、蒸発器１２と第１吸着器１４Ａの間のバルブ２６Ａを閉止させる。また、ステップ２２０において、制御装置２２は、第１吸着器１４Ａと凝縮器１６の間のバルブ３２Ａを開放させる。更に、ステップ２２２において、制御装置２２は、バルブ８２,８４を、第２吸着器１４Ｂの流路６６と冷熱源２０を連通させ、第１吸着器１４Ａの流路６６を冷熱源２０から切り離す状態(第２の状態)に切替える。
【００８９】
これにより、第２吸着器１４Ｂの吸着室６２に供給されたアンモニア蒸気が吸着室６２内の吸着材層６４に吸着される一方、第１吸着器１４Ａの吸着室６２内の吸着材層６４からアンモニアが脱離することになる。
【００９０】
次のステップ２２４において、制御装置２２は、設定されたサイクル時間が経過したか否か判定する。ステップ２２４の判定が否定された場合はステップ２２６へ移行し、ステップ２２６において、制御装置２２は、吸着式ヒートポンプ１０の運転終了が指示されたか否か判定する。ステップ２２６の判定も肯定された場合はステップ２２４に戻り、ステップ２２４又はステップ２２６の判定が肯定される迄、ステップ２２４,２２６を繰り返す。
【００９１】
設定されたサイクル時間が経過すると、ステップ２２４の判定が肯定されてステップ２００に戻る。また、吸着式ヒートポンプ１０の運転終了が指示された場合には、ステップ２１２又はステップ２２６の判定が肯定されることで、吸着式ヒートポンプ運転処理を終了する。
【００９２】
続いて図１２を参照し、本第２実施形態に係るサイクル時間決定処理を説明する。ステップ２３０において、制御装置２２は、吸着器１４Ａ,１４Ｂの入り口における第２流体の温度を検出するタイミングが到来したか否か判定し、判定が肯定されるまでステップ１３０を繰り返す。第１吸着器１４Ａ及び第２吸着器１４Ｂの入り口における第２流体の温度は、吸着器１４Ａ,１４Ｂにおける吸着・脱離の切替えに伴い、図１３に示すように周期的に変化する。ステップ２３０の判定は、例えば、第１実施形態と同様に、温度センサ３４によって吸着器１４Ａ,１４Ｂの入り口における第２流体の温度を複数回検出し、複数回検出した温度の偏差が所定範囲内の場合に温度検出タイミングが到来したと判定することができる。
【００９３】
ステップ２３０の判定が肯定されるとステップ２３２へ移行し、ステップ２３２において、制御装置２２は、第１吸着器１４Ａの入り口の第２流体の温度を温度センサ３４Ａによって検出する。次のステップ２３４において、制御装置２２は、温度センサ３４Ａによって検出された第１吸着器１４Ａの入り口の第２流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式に従って第１吸着器１４Ａの入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。また、ステップ２３６において、制御装置２２は、第２吸着器１４Ｂの入り口の第２流体の温度を温度センサ３４Ｂによって検出する。次のステップ２３８において、制御装置２２は、温度センサ３４Ｂによって検出された第２吸着器１４Ｂの入り口の第２流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式に従って第２吸着器１４Ｂの入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。
【００９４】
次のステップ２４０において、制御装置２２は、第１吸着器１４Ａで吸着が行われているか否か判定する。第１吸着器１４Ａで吸着が行われている場合は、ステップ２４０の判定が肯定されてステップ２４２へ移行し、ステップ２４２において、制御装置２２は、蒸発器１２の入り口における熱交換用流体の温度を温度センサ２８によって検出する。次のステップ２４４において、制御装置２２は、温度センサ２８によって検出された蒸発器１２の入り口における熱交換用流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式を用いて蒸発器１２の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。そしてステップ２４６において、制御装置２２は、第１吸着器１４Ａの入り口における飽和蒸気圧Ｐと蒸発器１２の入り口における飽和蒸気圧Ｐから、先の(４)式に従って第１吸着器１４Ａについて相対圧Φ2を演算する。
【００９５】
次のステップ２４８において、制御装置２２は、凝縮器１６の入り口における第２流体の温度を温度センサ４０によって検出する。次のステップ２５０において、制御装置２２は、温度センサ４０によって検出された凝縮器１６の入り口における第２流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式を用いて凝縮器１６の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。そしてステップ２５２において、制御装置２２は、第２吸着器１４Ｂの入り口における飽和蒸気圧Ｐと凝縮器１６の入り口における飽和蒸気圧Ｐから、先の(５)式に従って第２吸着器１４Ｂについて相対圧Φ1を演算する。
【００９６】
一方、第１吸着器１４Ａで脱離が行われている場合は、ステップ２４０の判定が否定されてステップ２５４へ移行し、ステップ２５４において、制御装置２２は、凝縮器１６の入り口における第２流体の温度を温度センサ４０によって検出する。次のステップ２５６において、制御装置２２は、温度センサ４０によって検出された凝縮器１６の入り口における第２流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式を用いて凝縮器１６の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。そしてステップ２５８において、制御装置２２は、第１吸着器１４Ａの入り口における飽和蒸気圧Ｐと凝縮器１６の入り口における飽和蒸気圧Ｐから、先の(５)式に従って第１吸着器１４Ａについて相対圧Φ1を演算する。
【００９７】
また、次のステップ２６０において、制御装置２２は、蒸発器１２の入り口における熱交換用流体の温度を温度センサ２８によって検出する。次のステップ２６２において、制御装置２２は、温度センサ２８によって検出された蒸発器１２の入り口における熱交換用流体の温度Ｔ[Ｋ]から、先の(３)式を用いて蒸発器１２の入り口における飽和蒸気圧Ｐ[bar]を演算する。そしてステップ２６４において、制御装置２２は、第２吸着器１４Ｂの入り口における飽和蒸気圧Ｐと蒸発器１２の入り口における飽和蒸気圧Ｐから、先の(４)式に従って第２吸着器１４Ｂについて相対圧Φ2を演算する。
【００９８】
次のステップ２６６において、制御装置２２は、演算した相対圧Φ1が閾値未満で、かつ演算した相対圧Φ2が閾値未満か否か判定する。ステップ２６６の判定が肯定された場合はステップ２７０へ移行し、ステップ２７０において、制御装置２２は、サイクル時間に時間ｔ1を設定する。ここで、相対圧Φ1が閾値未満の場合に対応するサイクル時間は図２よりｔ3であり、相対圧Φ2が閾値未満の場合に対応するサイクル時間は図１よりｔ1である。ｔ1＞ｔ3であるので、ステップ２７０でサイクル時間に時間ｔ1を設定することは、相対圧Φ1,Φ2に対応するサイクル時間ｔ1,ｔ3のうち長い方の時間を用いることに相当する。
【００９９】
また、ステップ２６６の判定が否定された場合はステップ２６８へ移行し、次のステップ２６６において、制御装置２２は、相対圧Φ1が閾値未満で、かつ相対圧Φ2が閾値以上か否か判定する。ステップ２６８の判定が肯定された場合はステップ２７２へ移行し、ステップ２７２において、制御装置２２は、サイクル時間に時間ｔ2を設定する。ここで、相対圧Φ1が閾値未満の場合に対応するサイクル時間は図２よりｔ3であり、相対圧Φ2が閾値以上の場合に対応するサイクル時間は図１よりｔ2である。ｔ2＞ｔ1であるので、ステップ２７２でサイクル時間に時間ｔ2を設定することも、相対圧Φ1,Φ2に対応するサイクル時間ｔ1,ｔ2のうち長い方の時間を用いることに相当する。
【０１００】
なお、ｔ2≒ｔ4の場合、ステップ２７２でサイクル時間に時間ｔ4を設定するようにしてもよい。
【０１０１】
ステップ２６８の判定が否定された場合はステップ２７４へ移行し、ステップ２７４において、制御装置２２は、サイクル時間に時間ｔ4を設定する。ここで、ステップ２６８の判定が否定される場合は、相対圧Φ1が閾値以上でかつ相対圧Φ2が閾値以上の場合か、相対圧Φ1が閾値以上でかつ相対圧Φ2が閾値未満の場合である。
【０１０２】
相対圧Φ1が閾値以上の場合に対応するサイクル時間は図２よりｔ4であり、相対圧Φ2が閾値以上の場合に対応するサイクル時間は図１よりｔ2であり、相対圧Φ2が閾値未満の場合に対応するサイクル時間は図１よりｔ1である。ｔ4≒ｔ2＞ｔ1であるので、ステップ２７２でサイクル時間に時間ｔ4を設定することも、相対圧Φ1,Φ2に対応するサイクル時間ｔ1,ｔ2のうち長い方の時間を用いることに相当する。
【０１０３】
上記のように、相対圧Φ1と閾値との大小関係及び相対圧Φ2と閾値との大小関係に応じて、サイクル時間を時間ｔ1又は時間ｔ2又は時間ｔ4に切り替えることで、吸着速度や脱離速度に応じてサイクル期間の長さを最適化することができ、環境温度等の変化に伴う相対圧の変化に拘わらず、吸着式ヒートポンプ１０の出力及び効率が低下することを抑制することができる。
【０１０４】
なお、上記では、図１に示すように、吸着速度が相対圧の変化に応じておおよそ３つの速度群に分類されるのに対し、単一の閾値によってサイクル時間(吸着時間)をｔ1又はｔ2に切り替えていたが、これに限定されるものではない。例えば、３つの速度群に対応して一対の閾値を用い、相対圧Φ2を一対の閾値と各々比較することで、３つの速度群の何れに対応しているかを判定し、サイクル時間(吸着時間)を各速度群に対応する３つの値の中で切り替えるようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記では相対圧の変化に対してサイクル時間(吸着時間及び脱離時間)を段階的に変化させる例を説明したが、これに限定されるものではなく、相対圧の変化に対してサイクル時間(吸着時間又は脱離時間)を連続的に変化させるようにしてもよい。
【０１０６】
更に、上記では相対圧Φ1,Φ2を各々算出してサイクル時間(吸着時間及び脱離時間)を切り替える例を説明したが、これに限定されるものではなく、相対圧Φ1,Φ2の何れか一方のみを算出してサイクル時間(吸着時間及び脱離時間の何れか一方)を切り替える態様も権利範囲に含むものである。
【０１０７】
また、第１実施形態では吸着器１４を１個設け、第２実施形態では吸着器１４を２個設けた態様を説明したが、本発明は、吸着器を３個以上設けた構成に適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０、８０  吸着式ヒートポンプ
１２  蒸発器
１４  吸着器
１６  凝縮器
２０  冷熱源
２２  制御装置
２６、３２、８２、８４  バルブ
２８、３４、４０  温度センサ
４６、５２  三方弁
６２  吸着室
６４  吸着材層
６６  流路
７０  冷熱機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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