(57)【要約】【課題】太陽光利用効率を増大させたヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】高温熱媒体が循環する経路である高温熱回路と、高温熱媒体から受熱し、かつ、水酸化物あるいは水和物である化学蓄熱材が貯蔵される蓄熱材タンクと、外部空間に配置され、化学蓄熱材から放出される水が貯蔵される水タンクと、化学蓄熱材から受熱する中温熱媒体が循環する経路であり、水酸化物あるいは水和物が高温熱媒体から受熱し、水を乖離する脱水反応に伴う水蒸気凝縮潜熱の回収経路である正行程熱回路と、外部空間からの熱を受熱し、気化した水と脱水された水酸化物あるいは水和物との水和反応に伴う水和熱の回収回路である逆正行程熱回路とを有する中温熱回路と、正行程熱回路への熱媒体流量を制御する第一の流量制御部及び逆行程熱回路への熱媒体流量を制御する第二の流量制御部を備える。【選択図】図３
2015132391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合ヒートポンプシステムであって、
高温熱源から受熱する高温熱媒体が循環する経路である高温熱回路と、
前記高温熱回路と接続されており、前記高温熱媒体から受熱し、かつ、水酸化物あるいは水和物である化学蓄熱材が貯蔵される蓄熱材タンクと、
外部空間に配置され、前記化学蓄熱材から放出される水が貯蔵される水タンクと、
前記蓄熱材タンクと前記水タンクとを接続する導管と、
前記化学蓄熱材から受熱する中温熱媒体が循環する経路であり、前記水酸化物あるいは水和物が前記高温熱媒体から受熱し、水を乖離する脱水反応に伴う水蒸気凝縮潜熱の回収経路である正行程熱回路と、前記外部空間からの熱を受熱し、気化した水と脱水された前記水酸化物あるいは水和物との水和反応に伴う水和熱の回収回路である逆行程熱回路とを有する中温熱回路と、
前記正行程熱回路への熱媒体流量を制御する第一の流量制御部及び前記逆行程熱回路への熱媒体流量を制御する第二の流量制御部を備え、
前記高温熱媒体は、前記中温熱媒体よりも５０度以上高い温度を有する、
複合ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記水酸化物あるいは水和物は、マグネシウムもしくはカルシウムを組成の少なくとも一部として含む、請求項１に記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記正行程熱回路の少なくとも一部が、前記水タンク内もしくは前記導管内に位置し、
前記逆行程熱回路の少なくとも一部が、前記蓄熱材タンク内に位置する、
請求項１又は２に記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記蓄熱材タンク、前記水タンク、および前記導管の少なくとも一部が前記外部空間と断熱されている、
請求項１から３のいずれかひとつに記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項５】
水タンクは蓄熱材タンクよりも低い位置に配置されている、
請求項１から４のいずれかひとつに記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記高温熱回路と前記中温熱回路をバイパスし、かつ、前記高温熱媒体の高温熱入力の少なくとも一部を前期中温熱回路に直接出力する熱回路と、
前記熱回路の熱媒体流量を制御する第三の流量制御部とを備えた、
請求項１から請求項５に記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記中温熱回路中に、前記中温熱媒体からの中温熱出力の一部を分岐して冷凍サイクル系外に取り出すバイパス熱回路と、
前記バイパス熱回路の熱媒体流量を制御する第四の流量制御部とを備えた、
請求項１から６のいずれかひとつに記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記化学蓄熱材の水和状態を検知する検知部を備え、
前記第１の流量制御部及び前記第２の流量制御部は、前記検知部が検知した水和状態の情報により流量を制御する、
請求項１又は２に記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項９】
前記高温熱源が太陽光集熱器である、
請求項１から８のいずれかひとつに記載の複合ヒートポンプシステム。
【請求項１０】
前記高温熱源が産業排熱である、
請求項１から８のいずれかひとつに記載の複合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、複合ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸収式冷凍サイクルもしくは吸着式冷凍サイクルは、電動機（電動コンプレッサー）の出現以前から存在する古典的な冷凍技術である。２０世紀には電力の普及、電動機やコンプレッサーの性能向上、冷媒性能の向上等による性能の飛躍的向上により、電動式冷凍機が大幅に普及したため、主にその利用はビル空調、産業用に用いられる大型の吸収冷凍機等に留まっている。しかし、近年はエネルギー価格の高騰、地球温暖化、これらに端を発した省エネルギー化の潮流があり、太陽熱が利用できるこれら熱式ヒートポンプ技術に対する見直しの機運がある。とりわけ、日射量が多く外気温が高い地域、通称サンベルトといわれる地域（インド、中近東、中南米等）においては、冷凍空調用電力の伸びによる電力需給の逼迫という現状があり、これら熱式ヒートポンプ技術に対する期待が近年高まっている。
【０００３】
太陽熱による吸収式ないし吸着式冷凍空調については、たとえば特許文献１に示す公知例がある。本公知例は比較的単純な太陽熱集熱器と冷凍サイクルの組み合わせであるが、太陽光エネルギーが天候に依存すること、冷熱需要が時間的に増減することなどから、たとえば特許文献２、特許文献３に示すように、蓄熱材による負荷平準機能を持たせるのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３０２８５９号公報
【特許文献２】特許第３１３８７８４号公報
【特許文献３】特許第３１６８３６２号公報
【特許文献４】特許第５１７７３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、太陽光利用型熱式ヒートポンプによる冷凍空調において、大幅に太陽光利用効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係るヒートポンプシステムは、高温熱源を有し、高温熱媒体の循環する高温熱回路と、化学蓄熱材を含有し、前記高温熱回路の高温熱媒体より少なくとも５０℃以上温度の低い中温熱媒体の循環する中温熱回路と、吸着式冷凍機もしくは吸収式冷凍機を有し、前記中温熱回路の中温熱媒体より少なくとも２０℃以上温度の低い低温熱媒体の循環する低温熱回路を有し、前記中温熱回路中に、高温熱媒体から高温熱入力を受熱して中温熱媒体に中温熱出力を出力する正行程熱回路と、周囲温度から低温熱を吸収して中温熱媒体に中温熱出力を出力する逆行程熱回路とを有し、前記正行程熱回路と前記逆行程熱回路とを切り替える手段（弁）を有し、前記正行程熱回路および前記逆行程熱回路の中温熱出力の、双方のうち少なくとも一部を、前記吸着式冷凍機ないしは吸収式冷凍機に供給する熱回路を有することを特徴とする複合ヒートポンプサイクルおよびヒートポンプシステムである。
【発明の効果】
【０００７】
潮力発電においては、例えばタービンの羽の向きを逆転することによって、上げ潮でも引き潮でも発電を行うことが可能であるが、本発明は上記の蓄熱系統に同様の往復動作を付与することにより、従来に比して大幅な動作時間延長を行い、また事実上の太陽光利用効率を倍加させた冷凍空調機器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の冷熱蓄熱型の太陽光利用冷凍空調機器の構成図である。
【図２】従来の温熱蓄熱型の太陽光利用冷凍空調機器の構成図である。
【図３】本開示の一実施形態における正行程動作の説明図である。
【図４】本開示の一実施形態における逆行程動作の説明図である。
【図５】本開示の異なる実施形態における正行程動作の説明図である。
【図６】本開示の異なる実施形態における逆行程動作の説明図である。
【図７】本開示のより改良された実施形態における正行程動作の説明図である。
【図８】本開示のより改良された実施形態における逆行程動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本発明者らの知見）
蓄熱による負荷平準の形態として、冷熱蓄熱型及び温熱蓄熱型がある。
【００１０】
冷熱蓄熱型は、冷凍機から出力される冷熱を蓄熱して冷凍負荷に応じて再出力する。
【００１１】
温熱蓄熱型は、太陽光集熱器から出力される温熱を蓄熱して、冷凍負荷に応じて増減する冷凍機入力に応じて再出力する。
【００１２】
図１及び図２に、冷熱蓄熱型及び温熱蓄熱型の概念図を示す。
【００１３】
図１において、中温熱回路２００に、水または不凍液が循環している。水または不凍液を、熱媒体とも表記する。コレクタ１１０は、外部の熱を吸収し、熱媒体に熱を伝える。コレクタ１１０の例は、太陽光集熱器である。
【００１４】
例えば、熱媒体は、概ね９０度程度の温度を有するように、コレクタ１１０からの熱を受ける。熱媒体の温度は、例えば、循環経路を循環する熱媒体の流量により制御される。
【００１５】
中温熱回路２００から９０度程度を有する温水が入力される。中温熱回路２００と物理的および熱的に接続される冷凍機３５０は駆動される。冷凍機３５０は、低温熱回路４００に、冷熱を出力する。出力される冷熱は、通常１０℃以上３０℃以下程度である。低温熱回路４００から出力された冷熱は、低温熱回路４００と物理的および熱的に接続されている蓄熱材タンク３００内の冷熱用潜熱蓄熱材３０２を相変化（凝固）する。
【００１６】
冷熱用潜熱蓄熱材の例は、パラフィン系蓄熱材である。パラフィン系蓄熱材の相変化温度１０℃〜３０℃で冷熱出力温度と概一致する。また、パラフィン系蓄熱材の典型的な蓄熱容量は、０．２ＧＪ／ｍ３程度である。
【００１７】
さらに、冷熱用潜熱蓄熱材には、第２の低温熱回路４２０が物理的および熱的に接続されており、この低温熱回路４００にはここでは図示されない熱交換要素（ラジエータ等）と接続されている。凝固した冷熱用潜熱蓄熱材は、それ自身は外部からの熱を受けて融解することができ、それは外部へ冷熱を出力する余地があることと同義である。このように、冷熱用潜熱蓄熱材は低温熱回路４００に冷熱を出力し、この冷熱は第２の低温熱出力４３０として前記ラジエータ等から外部に取り出すことができ、需要家はこの冷熱を利用することができる。
【００１８】
図２では中温熱回路２００に加圧水またはシリコーンオイル等の合成油が循環している。この熱媒体は太陽熱を集熱するコレクタ１１０において太陽光により加熱され、例えば概ね１３０度程度の温度となるように循環流量が設計され、制御される。中温熱回路２００からの第１の中温熱入力２５０により、これと物理的および熱的に接続される蓄熱材タンク３００内の温熱用潜熱蓄熱材３０３を相変化（融解）する。冷熱用潜熱蓄熱材は典型的にはエリスリトール系蓄熱材あり、その相変化温度は１１９℃で中温熱出力温度と概一致し、また典型的な蓄熱容量は０．５ＧＪ／ｍ３程度である。
融解した冷熱用潜熱蓄熱材は、それ自身は外部へ熱を放出して凝固することができ、それは外部へ温熱を出力する余地があることと同義である。このように、温熱用潜熱蓄熱材は、第２の中温熱回路２０５に温熱を出力し、この温熱はこの中温熱回路２００と物理的および熱的に接続されている冷凍機３５０を駆動し、低温熱回路４００に冷熱を出力する。この低温熱回路４００にはここでは図示されない熱交換要素（ラジエータ等）と接続されており、前記冷熱は前記ラジエータ等から外部に取り出すことができ、需要家はこの冷熱を利用することができる。
【００１９】
これら既往の蓄熱材との組み合わせにより、例えば日中の天候の変化によらず一定負荷で冷凍機を駆動するとか、または日没後も一定時間冷凍機が利用できる程度の負荷平準は可能となる。しかし、サンベルト地域において夜間外気温は非常に高く、季節によっては一日２４時間の冷房需要があるため、蓄熱技術によってはこれらの地域の冷房需要に十分応える長時間動作は困難である。また、この系の太陽光利用効率は、基本的には冷凍機への熱入力に冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）を乗じたものであり、蓄熱によってエネルギー利用効率が向上する訳ではない。
【００２０】
本開示の一態様におけるヒートポンプシステムは
外部空間に配置される複合ヒートポンプシステムであって、
高温熱源から受熱した高温熱媒体が循環する経路である高温熱回路と  前記高温熱回路と接続され、水酸化物あるいは水和物である化学蓄熱材が貯蔵される蓄熱材タンクと、前記化学蓄熱材から放出された水を貯蔵する水タンクと、前記蓄熱材タンクと前記水タンクとを接続する導管を有し、
前記化学蓄熱材から受熱した前記高温熱媒体よりも５０℃以上低い温度を有する中温熱媒体が循環する経路である中温熱回路とを有し、
前記中温熱回路の内部には、前記高温熱媒体によって前記水酸化物あるいは水和物から水を乖離する脱水反応に伴う水蒸気凝縮潜熱の回収回路である正行程熱回路と、外部空間からの熱によって気化した水と脱水された前記水酸化物あるいは水和物との水和反応に伴う水和熱の回収回路である逆正行程熱回路と、
前記正行程熱回路への熱媒体流量を制御する第一の流量制御部及び前記逆行程熱回路への熱媒体流量を制御する第二の流量制御部を備えることを特徴とする複合ヒートポンプシステムである。
【００２１】
また、前記水酸化物あるいは水和物は、マグネシウムもしくはカルシウムを組成の少なくとも一部として含む複合ヒートポンプシステムである。
【００２２】
特に吸着式冷凍においては近年の吸着材料技術の向上により、再生温度の低温化が進んでおり、８０℃程度の熱入力で効率よく動作する機器開発が進展している。また、サンベルト地域では、例えばジ−ベンジルトルエン等の適切な熱媒の選定によって、トラフ型等の汎用的なコレクタを用いて３５０度程度の熱出力を得ることが可能である。従い、かかる構成と制御様式により、正動作においては、この熱高温出力を用い、例えば特許文献４に示すような化学蓄熱材を用い、正行程においては水和物の脱水反応に伴う水蒸気凝縮潜熱（１００℃程度）により、逆行程においては上記の逆反応である水和物の生成に伴う水和熱（１１０℃程度）により吸着材の再生を行うことが可能であり、その両者でも連続して吸着冷凍サイクルを駆動することが可能である。要すれば、正行程においてはコレクタから供給される熱を用いて冷凍機を駆動し、逆行程においては外気からくみ上げる熱を用いて冷凍機を駆動するという往復動作が可能となる。これはエネルギー保存則に抵触するものではなく、低温外気温をくみ上げることにより、エネルギー効率と動作時間とを倍加させることである。
【００２３】
また、本開示の一態様におけるヒートポンプシステムは、前記正行程熱回路の少なくとも一部が、前記水タンク内もしくは前記導管内に位置し、  前記逆行程熱回路の少なくとも一部が、前記蓄熱材タンク内に位置する複合ヒートポンプシステムである。
【００２４】
かかる構成とすることにより、正行程および逆行程の中温熱出力取り出し機構は、無駄のないコンパクトな形となる。熱機関においてはコンパクトであることは放熱を抑え効率を高めることを意味し、高効率な機器を可能とする。
【００２５】
さらに本発明による複合ヒートポンプシステムは外部空間に配置されており、  前記蓄熱材タンク、前記水タンク、および前記導管の少なくとも一部が、前記外部空間と断熱されている、複合ヒートポンプシステムである。
【００２６】
かかる構成とすることにより、高温熱入力から中温熱出力を取り出す正行程、および低温熱出力から中温熱出力を取り出す逆行程ともに熱損失を抑え、高効率な機器を可能とする。
【００２７】
また、本発明による複合ヒートポンプシステムは水タンクは蓄熱材タンクよりも低い位置に配置されている複合ヒートポンプシステムである。
【００２８】
かかるレイアウトによって、正反応における水酸化物あるいは水和物からの放出水蒸気と凝縮、貯蔵は重力に従ってスムースに移行し、また逆反応における水和反応において密度の高い液体水が直接脱水物に接触することによる熱暴走を防ぐことができる。
【００２９】
また、本開示の一態様におけるヒートポンプシステムは、前記高温熱回路と前記中温熱回路をバイパスし、高温熱入力の少なくとも一部を中温熱回路に直接出力する熱回路を設けたことを特徴とする複合ヒートポンプサイクルおよびヒートポンプシステムである。
【００３０】
正行程が完了して逆動作（＝夜間動作）の準備ができるまでに必要な蓄熱操作熱量は、充填する化学蓄熱材の量に依存する。かかる構成によれば、日射時間の長い夏季においては、正行程が完了してなお日照がある状態では、高温熱源からの高温熱出力を直接冷凍機へ入力することが可能である。
【００３１】
また、本開示の一態様におけるヒートポンプサイクルおよびヒートポンプシステムは、中温熱回路中に、中温熱出力の一部を分岐して冷凍サイクル系外に取り出すバイパス熱回路を設けたことを特徴とする複合ヒートポンプサイクルおよびヒートポンプシステムである。
【００３２】
冬季においては冷房需要がなく、場合によっては暖房が必要であり、かつ暖房需要は日中より夜間に大きい。かかる構成によれば、冷房操作で詳述したと同様の理由により、このヒートポンプサイクルから排出された熱を暖房もしくは温水利用の形で利用することが可能であり、またこの場合においても冷房時と同様の理由により、往復動作による長時間動作と高効率化を行うことができる。
【００３３】
また、本開示の一態様におけるヒートポンプシステムは前記化学蓄熱材の水和状態を検知する検知部を備え、当該検知部の情報により前記第一から第四の流量制御部を制御する制御システムを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合ヒートポンプシステムである。
【００３４】
かかる構成と制御様式を備えることにより、正行程、逆行程、高温熱入力のバイパス動作、中温熱出力のバイパス動作を組み合わせて、上述のような所望の蓄熱動作と熱利用を行うことが可能である。
【００３５】
また、本開示の一態様におけるヒートポンプサイクルおよびヒートポンプシステムは、高温熱源が太陽光集熱器であることを特徴とするか、もしくは高温熱源が産業排熱であることを特徴とする複合ヒートポンプサイクルおよびヒートポンプシステムである。
【００３６】
すなわち、本発明は太陽光利用を念頭においてなされたものであるが、例えば産業排熱等が高温熱源である場合にも作用効果は同様であり、特に熱源の種別を問わない。
【００３７】
（実施の形態１）（図３、図４）
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
【００３８】
図３を参照して、本実施の形態に係るヒートポンプシステム１０００の構成の一例を説明する。
【００３９】
ヒートポンプシステム１０００は、高温熱回路１００と、蓄熱材タンク３００と、中温熱回路２００と、水タンク３１０とを少なくとも備える。なお、ヒートポンプシステム１０００は、さらに、冷凍機３５０と、低温熱回路４００とを備えていても良い。
【００４０】
高温熱回路１００、中温熱回路２００、及び低温熱回路４００は、互いに物理的および熱的に連結される。高温熱回路１００、中温熱回路２００、及び低温熱回路４００のそれぞれは、熱交換器と、ポンプと、弁等の流体機器とを備える。
【００４１】
ヒートポンプシステム１０００は、外部空間に配置される。
【００４２】
＜高温熱回路１００＞
高温熱回路１００は、高温熱媒体が循環する高温循環経路を有する。なお、高温循環経路は、一方方向のみに高温熱媒体を循環させるポンプ等の補機を有しても良い。
【００４３】
高温熱回路１００は、コレクタ１１０と熱的に接続されている。
【００４４】
コレクタ１１０は、熱を吸収する。例えば、コレクタ１１０は、太陽光を受光することにより、熱を吸収する。
【００４５】
高温熱媒体は、コレクタ１１０の熱を受ける。
【００４６】
コレクタ１１０として、トラフ型、フレネル型、又はディッシュ型などの汎用的なコレクタが適用可能である。コレクタ１１０の熱媒として、合成油、水蒸気、又は空気が適用可能である。コレクタ１１０の好適な熱媒は、簡便さの点から、合成油である。コレクタ１１０は、高温循環経路の一部を構成しても良い。
【００４７】
高温熱媒体の温度の一例は、３００℃である。
【００４８】
＜蓄熱材タンク３００＞
蓄熱材タンク３００に、化学蓄熱材３０１が貯められる。蓄熱材タンク３００は、高温熱回路１００と熱的に接続されている。蓄熱材タンク３００に含まれる化学蓄熱材３０１は、高温熱回路１００を循環する高温熱媒体から熱を受ける。
【００４９】
蓄熱材タンク３００は、後述する正行程熱回路２１０を介して、中温熱回路２００と接続される。
【００５０】
＜中温熱回路２００＞
中温熱回路２００は、中温熱媒体が循環する中温循環経路である。
【００５１】
中温熱回路２００は、後述する正行程熱回路２１０を介して、蓄熱材タンク３００と接続される。
【００５２】
中温熱媒体は、化学蓄熱材３０１から熱を受ける。又は、中温熱媒体は、化学蓄熱材３０１に熱を出す。以下、熱を受けることを熱入力とも表記し、熱を出すことを熱出力とも表記する。
【００５３】
例えば、中温熱媒体は、高温熱系統からの３００℃程度の高温熱入力を受け、後述する動作原理により１００℃程度の冷凍機駆動熱を出力する。中温媒体は、高温熱媒体よりも５０℃以上低い温度を有する。
【００５４】
また、中温熱回路２００は、外部空間からくみ上げられた２０℃以上５０℃以下の温度範囲を有する低温熱入力を受け、後述する動作原理により、１００℃程度の冷凍機駆動熱を出力する。また、中温熱回路は冷凍機３５０と接続されており、冷凍機に中温熱を入力する。
【００５５】
なお、中温熱回路２００は、正行程熱回路２１０及び逆行程熱回路２２０を含むように表記することもある。または、中温熱回路２００は、正行程熱回路２１０及び逆行程熱回路２２０を除き、かつ、中温熱媒体が循環する経路として表記することもある。
【００５６】
＜水タンク３１０＞
水タンク３１０は、中温熱回路２００と熱的に接続される。水タンク３１０は、外部空間に配置される。
【００５７】
＜低温熱回路４００＞
低温熱回路４００は、冷凍機３５０から冷熱出力を受けた低温熱媒体が循環する低温循環経路である。低温熱回路４００を循環する低温熱媒体の熱は、ここでは図示されない熱交換要素（ラジエータ等）と接続されており、前記冷熱は前記ラジエータ等から外部に取り出すことができ、需要家はこの冷熱を利用することができる。図３に示す低温熱出力４１０は、低温熱回路４００が外部空間に出力する熱を示す。
【００５８】
低温熱回路４００は、例えば、外部空間のうち所定の空間と接続されており、所定の空間に熱を出力する。所定の空間の例は、家などの建物の内部空間、又は内部空間と接続される管の内部空間などである。低温媒体は、通常中温媒体よりも２０℃以上低い温度を有する。なお、低温熱回路４００が熱を出力する外部空間と、後述する冷凍機３５０が熱交換する外部空間とは、異なる空間であっても良い。
【００５９】
＜冷凍機３５０＞
冷凍機３５０は、中温熱媒体から受けた熱を変換して、冷熱を低温熱媒体へ出力する。冷凍機は、公知の吸着式もしくは吸収式の冷凍機である。
これらの吸着式もしくは吸収式の冷凍機は、複雑な補機構成を有するが、簡便のために入出力系統以外の図示を省略している。回路を流れる流体は、通常は水ないし不凍液である。
【００６０】
＜正行程熱回路２１０及び逆行程熱回路２２０＞
正行程熱回路２１０および逆行程熱回路２２０は、中温熱回路２００の一部である。
【００６１】
中温熱回路２００は、第１の経路と、第２の経路と、第３の経路と、第４の経路とを有する。以下、中温熱媒体の流れる方向を正方向として説明する。
【００６２】
第１の経路は、冷凍機３５０との接続部分から、正方向側に伸びて、正行程熱回路２１０および逆行程熱回路２２０を分岐する点まで経路である。例えば、第１の経路は、一方向にのみ流れるようにバルブを有していても良い。
【００６３】
第２の経路は、正行程熱回路２１０である。第３の経路は、逆行程熱回路２２０である。第４の経路は、第２の経路と第３の経路との合流点から、正方向側に伸びて、冷凍機３５０との接続部分までの経路である。
【００６４】
第二の経路である正行程熱回路中には、その分岐点近傍には正行程熱回路弁Ａ２１１が設置され、またその合流点近傍には正行程熱回路弁Ｂ２１２が設置される。同様に第三の経路である逆行程熱回路中には、その分岐点近傍に逆行程熱回路弁Ａ２２１が設置され、またその合流点近傍には逆行程熱回路弁Ｂ２２２が設置される。これら正行程弁ＡおよびＢ、逆行程弁ＡおよびＢを開閉することにより、熱媒体が第二の経路である前記正行程熱回路２１０を流れるか、あるいは第三の経路である逆行程熱回路２２０を流れるかを切り替えることができる。また、一例として、正行程熱回路２１０は水タンク３１０内に配置されて中温熱回路２００と接続され、高温熱媒体からの熱により放出された水蒸気の凝縮潜熱を回収し中温熱回路２００に出力する。
【００６５】
また、逆行程熱回路２２０は、蓄熱材タンク３００内に配置され、中温熱回路２００と接続し、外部空間からの熱により放出される蓄熱材の水和熱を回収して中温熱回路２００に出力する。
【００６６】
これらの切替回路は図示した形態でなく、例えば三方弁を用いたものであっても構わない。この回路を流れる流体は通常は水ないし不凍液である。
【００６７】
制御部は、正行程熱回路２１０及び逆行程熱回路２２０の流量を調整する。例えば制御部は、正行程熱回路２１０及び逆行程熱回路２２０のいずれか一方のみに流れるように、切り替えを行う切替部を含む。
【００６８】
または、制御部は、正行程熱回路２１０の流量を制御する第１の制御部と、逆行程熱回路２２０の流量を制御する第２の制御部とを含む。
【００６９】
正行程熱回路２１０及び逆行程熱回路２２０の流量は、実質的に一方のみが流れるように、制御することが望ましい。
【００７０】
蓄熱材タンク３００は逆行程熱回路２２０を内包されていても良い。また、蓄熱材タンク３００は、導管３２０を通じて、水タンク３１０に接続されている。
【００７１】
化学蓄熱材の例は、ＭｇＯである。また、化学蓄熱材の他の例は、ＣａＯである。または、化学蓄熱材は、水酸化物あるいは水和物である。例えば、特許文献４に詳述される組成と機能を有する公知の材料でも良い。
【００７２】
水タンク３１０は正行程熱回路２１０を内包しても良い。水タンク３１０は、その内部に水を保有する。
【００７３】
また、言い換えると、Ａ経路は、冷凍機３５０の接続部分から第１の分岐部までの経路である。Ｂ経路は、第１の分岐部から中温熱回路２００までの経路である。Ｃ経路は、第１の分岐部から蓄熱材タンク３００までの経路である。
【００７４】
第２の経路には、正行程弁Ａ２１１が配置される。第３の経路には、逆行程回路弁Ａ２２１が配置される。
【００７５】
また、冷凍機３５０は、Ｄ経路、第２の分岐部、及びＥ経路又はＦ経路を介して、中温熱回路２００及び蓄熱材タンク３００と繋がる。
【００７６】
Ｄ経路は、冷凍機３５０から伸びて第２の分岐部までの経路である。Ｅ経路は、第２の分岐部から中温熱回路２００までの経路である。Ｆ経路は、第２の分岐部から蓄熱材タンク３００までの経路である。
【００７７】
Ｅ経路には、正行程熱回路弁Ｂ２１２が配置される。Ｆ経路には、逆行程弁Ｂ２２２が配置される。
【００７８】
（動作原理）
続いて３５を参照して、ヒートポンプシステム１０００の正行程動作を説明する。
【００７９】
正行程においては、正行程弁Ａ２１１、正行程弁Ｂ２１２を開弁し、逆行程弁Ａ２２１、逆行程弁Ｂ２２２を閉弁することで、逆行程熱回路を閉じ正行程熱回路のみに熱媒体が流れるようにする。
高温熱回路１００では、太陽熱がコレクタ１１０で集熱され、コレクタから３００℃程度の高温の熱媒が蓄熱材タンク３００に供給される。このとき、例えば化学蓄熱材３０１に水酸化マグネシウムを用いたときには、下記の反応を伴って水酸化マグネシウムが水を脱離して酸化マグネシウムに転化する。
【００８０】
（式１）  Ｍｇ（ＯＨ）2  →  ＭｇＯ  ＋  Ｈ2Ｏ
この水は水蒸気として導管３２０を通じて水タンク３１０側に供給される。水蒸気は水タンク内の正行程熱回路２１０により冷却されて凝縮して水タンク内に回収されるが、このとき正行程熱回路２１０は水蒸気凝縮潜熱を回収し９０℃程度の温水が生成される。
【００８１】
この温水は中温熱回路２００を介して冷凍機３５０に供給され、冷熱発生のための所定のエネルギーを失って、再度、正行程熱回路２１０に流入する。
【００８２】
この動作を循環的に行うことにより、正動作では太陽熱から連続的に冷熱を供給することができる。
【００８３】
続いて図４を参照して、ヒートポンプシステム１０００の逆行程動作を説明する。
【００８４】
逆行程においては、正行程弁Ａ２１１、正行程弁Ｂ２１２を閉弁し、逆行程弁Ａ２２１、逆行程弁Ｂ２２２を開弁することで、正行程熱回路を閉じ逆行程熱回路のみに熱媒体が流れるようにする。
【００８５】
正行程において水を失った化学蓄熱材には水和余地があり、周囲に水蒸気があれば、下記の反応を伴って水和物になる。
【００８６】
（式２）  ＭｇＯ  ＋  Ｈ2Ｏ    →      Ｍｇ（ＯＨ）2
導管３２０が開いた状態では、化学蓄熱材は水タンク３１０内の水蒸気を吸収するが、このときタンク内の液体水はこの気化熱を供給するために、水タンク３１０を介して周囲大気の熱を吸収する。逆の言い方をすれば、周囲から供給される低温熱入力によって水タンク内の水が気化し、発生した水蒸気は導管３２０を介して蓄熱材タンク３００に向かい、化学蓄熱材３０１に供給されて水和反応に与る。この水和反応においては水和熱を生じるが、このとき逆行程熱回路２２０ではこの水和熱が回収され、正行程と同様に９０℃程度の温水が生成される。この温水は中温熱回路２００を介して冷凍機３５０に供給され、冷熱発生のための所定のエネルギーを失って、再度、逆行程熱回路２２０に流入する。
【００８７】
この動作を循環的に行うことにより、正動作では太陽熱から連続的に冷熱を供給することができる。
【００８８】
要すれば、上述のように、ヒートポンプシステム１０００は、正動作においては太陽熱から、逆動作においては周囲温度から連続的に冷熱を供給することが可能である。人為的になされる熱入力は正動作における太陽熱からの高温熱入力であるが、この入力によって自動的に逆動作における同熱量の低温熱入力を可能とし、正動作でも逆動作でも中温熱を生成して冷熱出力に転換することができる。これは事実上の太陽光利用効率を倍加させるものであり、また例えば日中の太陽光により一夜中動作するなど、従来に比して大幅な動作時間を延長することを可能とするものであり、サンベルト地帯において利便性の高い冷凍空調機器を提供するものとなる。
【００８９】
（実施の形態２）（図５、図６）
以下、本発明の改良された実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、（実施の形態１）で述べた構成、動作については、その説明を省略する。
【００９０】
図５においては図３に加えて、中温熱回路２００にバイパス回路弁Ａ２３１を通じて分岐されるバイパス回路Ａ２３０が設けられ、このバイパス回路Ａはバイパス熱交換機３４０を介して高温熱回路１００に接続され、高温熱回路から中温熱回路への直接的な熱出力が可能な構成となっている。さらに、中温熱回路２００にはバイパス回路弁Ｂ２４１を通じて分岐されるバイパス回路Ｂ２４０が設けられ、このバイパス回路Ｂより熱出力を冷凍サイクル外部に取り出すことが可能な構成となっている。
【００９１】
化学蓄熱材容量はその需要家の平均的な夜間冷熱需要を勘案して決定される設計事項であり、また所定量の化学蓄熱材３０１を脱水完了するには所定量の熱量が必要である。従い、その市場の立地と要望によっては、要求される蓄熱容量が小さく、夏期においては化学蓄熱材の脱水が完了してなお日照があり、しかも日照があるために冷房需要がある場合もある。このときには、バイパス回路弁Ａ２３１を開いてバイパス回路Ａ２３０に通水し、バイパス熱交換機３４０を介して高温熱回路１００から直接受熱を行い、中温熱回路２００に供給して、直接的に冷凍機を駆動することが可能である。
【００９２】
また、これもその市場の立地と要望によるが、冬季においては日照量はふんだんであっても冷熱需要がなく、逆に暖房や給湯需要がある場合もあり、また冬季にはいかなる熱需要もないという場合もある。このときにはバイパス回路弁Ｂ２４１を開いて、バイパス回路Ｂ２４０に通水し、暖房や給湯用の熱出力を行うか、もしくは廃棄することが可能である。
【００９３】
また、冬季において夜間に冷熱需要がなく、暖房や給湯が必要なときには、前述と同様に逆行程熱回路をアクティブにしてここから中温熱出力をとりだし、これをバイパス回路Ｂを介して、暖房・給湯用の熱出力を行うこともできる。このように、これらバイパス回路は太陽光受熱と蓄熱容量、そして需要家の熱需要とにギャップがある場合の負荷平準に用いられるもので、このヒートポンプシステムの利用価値を増大する。
【００９４】
また、蓄熱材タンク３００には検知部３０４が敷置されている。本図における検知部は重量計であり、蓄熱材重量を検知することにより、化学蓄熱材の水和状態（脱水状態）を検知することが可能であり、正動作あるいは逆動作への準備状況が検知される。
【００９５】
水和状態の情報の一例は、化学蓄熱材の水和割合である。水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2のモル重量（分子量）は５８であり、酸化マグネシウムＭｇＯのモル重量は４０であるので、例えば５８０ｋｇの水酸化マグネシウムを充填した場合、この完全脱水（０％水和）のときの重量は４００ｋｇであり、また重量が４９０ｋｇのときの水和割合は５０％水和である。このような重量検知によって容易に水和状態を検知することができる。
【００９６】
また、ヒートポンプシステム１０００は、この検知部の情報に基づいて第一から第四の流量制御部を制御する、ここには図示されない制御システムを備え、冷熱、温熱の需給状態と正動作、逆動作の準備状況から、上述のような所望の蓄熱動作と熱利用を行うことが可能である。なお、この検知部は重量計のほか、例えば導管内に敷置される露点計（水蒸気分圧検知器）等でも代用でき、本図の様態に限定されるものではない。
【００９７】
（実施の形態３）（図７、図８）
以下、本発明のより改良された実施の形態を、図７および図８を参照して説明する。図５に対する図７の差異は下記の通りである。
【００９８】
水タンク３１０が蓄熱材タンク３００より下方に位置している。
【００９９】
正行程熱回路２１０が水タンク３１０内ではなく導管３２０内に位置している。
【０１００】
蓄熱材タンク３００および導管３２０が断熱材３２１で覆われている。
【０１０１】
水タンク３１０にフィン３１２が設けられている。
【０１０２】
図５において、正行程においては、化学蓄熱材３０１から放出される水蒸気が放熱無く正行程熱回路２１０に伝達されることが好ましいため水タンク３１０も含めて断熱されることが好ましいが、他方逆動作においては周囲から効率よく熱を吸収するために水タンク３１０はむしろ熱伝導性が高いことが好ましいという矛盾を有している。本実施形態はこの矛盾を解消するために、正行程熱回路２１０を水タンク３１０内から導管３２０内に移し、正動作において断熱が好ましい部位、すなわち蓄熱材タンク３００と導管３２０には断熱材３２１を施し、他方、水タンク３１０には高い熱伝導性を与えるためにフィン３１２を施して表面積を増大させたものである。さらに、重力にしたがって移動する凝縮水と、分圧差によって移動する水蒸気の流れ方を考えた場合に、水タンク３１０が蓄熱材タンク３００のより下に位置するのが好ましいことは自明である。このように、本実施の形態は（実施の形態２）よりもさらに実用性の高い形態である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
上述のように、本発明はケミカルヒートポンプの往復動作により、正動作においては太陽熱から、逆動作においては周囲温度から連続的に冷熱ないし温熱を供給することが可能であり、従来に比して大幅な動作時間延長を行い、また事実上の太陽光利用効率を倍加させた冷凍空調機器を提供することを可能とする。
【符号の説明】
【０１０４】
１００  高温熱回路
１１０  コレクタ
１２０  高温熱入力Ａ
１３０  高温熱入力Ｂ
２００  中温熱回路
２０５  第２の中温熱回路
２１０  正行程熱回路
２１１  正行程熱回路弁Ａ
２１２  正行程熱回路弁Ｂ
２２０  逆行程熱回路
２２１  逆行程熱回路弁Ａ
２２２  逆行程熱回路弁Ｂ
２３０  バイパス回路Ａ
２３１  バイパス回路弁Ａ
２４０  バイパス回路Ｂ
２４１  バイパス回路弁Ｂ
２５０  第１の中温熱入力
２６０  低温熱入力
２７０  第２の中温熱入力
３００  蓄熱材タンク
３０１  化学蓄熱材
３０２  冷熱用潜熱蓄熱材
３０３  温熱用潜熱蓄熱材
３０４  検知部
３１０  水タンク
３１１  水
３１２  フィン
３２０  導管
３２１  断熱材
３４０  バイパス熱交換機
３５０  冷凍機
４００  低温熱回路
４１０  低温熱出力
４２０  第２の低温熱回路
４３０  第２の低温熱出力
１０００  ヒートポンプシステム
【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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