(57)【要約】【課題】従来のヒートポンプ装置では、大容量の補助タンクが必要となるため、設置スペース、設置部の耐荷重等の設置上などの課題があった。また、ヒートポンプ装置が所定の温度を出力するまでに長い時間を要するという課題があった。【解決手段】冷媒を高温高圧にする圧縮器１と、圧縮器１から排出された冷媒の凝縮によって、水若しくは空気を加熱する凝縮器２と、凝縮器２から排出された冷媒を減圧するための膨張弁３と、減圧された冷媒の蒸発によって、水若しくは空気を冷却する蒸発器４と、冷媒、又は水若しくは空気との熱の授受を行う化学蓄熱器７とを備えたヒートポンプ装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を高温高圧にする圧縮器と、
前記圧縮器から排出された前記冷媒の凝縮によって、水若しくは空気を加熱する凝縮器と、
前記凝縮器から排出された前記冷媒を減圧するための膨張弁と、
減圧された前記冷媒の蒸発によって、水若しくは空気を冷却する蒸発器と、
前記冷媒、又は水若しくは空気との熱の授受を行う化学蓄熱器とを備えたヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記化学蓄熱器は、前記冷媒の流通方向を基準にして、前記蒸発器の下流側かつ前記凝縮器の上流側に設置され、
暖房運転時、立ち上げ状態にて、前記冷媒、又は水若しくは空気を加熱し、
暖房運転時、定常状態にて、前記冷媒、又は水若しくは空気から蓄熱する化学蓄熱器である請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記化学蓄熱器は、前記冷媒の流通方向を基準にして、前記凝縮器の下流側かつ前記蒸発器の上流側に設置され、
冷房運転時、立ち上げ状態にて、蓄熱によって前記冷媒、又は水若しくは空気を冷却し、
冷房運転時、定常状態にて、放熱する化学蓄熱器である請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記化学蓄熱器は、
前記冷媒の流路に設置された化学蓄熱部と、
前記化学蓄熱部にて可逆的な発熱又は吸熱を伴う化学反応を行う反応性媒体の吸熱反応における反応物の一部を分離する分離手段と、
分離された前記反応物の一部を貯蔵する貯蔵手段とを有する化学蓄熱器である請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記分離手段は、
前記反応性媒体の吸熱反応における反応物の一部を冷却することによって分離する凝縮器として作用し、前記水又は空気の流路と熱的に接触している分離手段である請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記化学蓄熱部は、
前記反応性媒体の化学反応を促進させる触媒と、
前記触媒を加熱するヒータとを有している化学蓄熱部である請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記反応性媒体は、
主に有機物から構成され、更に伝熱媒体が混在されている反応性媒体である請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記化学蓄熱部は、
断熱又は物理的蓄熱手段を有している化学蓄熱部である請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記化学蓄熱器は、
前記冷媒を第１の冷媒、前記蒸発器を第１の蒸発器とし、
前記第１の冷媒から第２の冷媒に熱を伝えることにより、前記第１の冷媒を冷却する第２の蒸発器と、
前記第２の蒸発器にて蒸発した前記第２の冷媒を可逆的に吸着させる吸着部とを有する化学蓄熱器である請求項３記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
前記化学蓄熱器を第２の化学蓄熱器とし、
前記蒸発器の下流かつ前記凝縮器の上流に第１の化学蓄熱器を更に設置し、
前記第２の化学蓄熱器の吸熱の熱源に、前記第１の化学蓄熱器の発熱を利用する請求項３記載のヒートポンプ装置。
【請求項１１】
前記第２の化学蓄熱器は、
前記冷媒を第１の冷媒、前記蒸発器を第１の蒸発器とし、前記第１の冷媒から第２の冷媒に熱を伝えることにより、前記第１の冷媒を冷却する第２の蒸発器と、
前記第２の蒸発器にて蒸発した前記第２の冷媒を可逆的に吸着させる吸着部とを有する化学蓄熱器であり、
前記第２の冷媒の前記吸着部からの脱離に、前記第１の化学蓄熱器の発熱を利用する請求項１０記載のヒートポンプ装置。
【請求項１２】
冷媒を高温高圧にする圧縮工程と、前記圧縮工程から排出された前記冷媒の凝縮によって、水若しくは空気を加熱する凝縮工程と、
前記凝縮工程から排出された前記冷媒を減圧する減圧工程と、
減圧された前記冷媒の蒸発によって、水若しくは空気を冷却する蒸発工程と、
前記冷媒、又は水若しくは空気との熱の授受を行う化学蓄熱工程とを備えたヒートポンプ装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ装置、およびヒートポンプ装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯用ヒートポンプ装置の場合は、圧縮器から吐出された高温高圧の冷媒ガスの凝縮熱を利用して、貯湯タンク内のお湯を循環させて昇温するサイクルを繰り返しながら、貯湯タンク内に多量のお湯を貯めて、蛇口等を通じて給湯する貯湯型のヒートポンプ給湯装置が知られており、すでに実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、貯湯タンク内のお湯を所定温度に昇温させる時間を短縮するため、貯湯タンクに電気ヒータ等の補助加熱源を備えたものが提案されている。
【０００４】
一方、エアコンなどの冷暖房の場合は、冷媒の気化熱や凝縮熱を用い、室内の空調を行うものに加え、近年深夜電力を利用して氷を製造し、使用時にその氷を用いて冷房する氷蓄熱式ヒートポンプも開発されている。
【０００５】
また、このような特にエアコンなどに関わる即暖性を向上させるために、燃焼等の手段により冷媒を直接加熱する手段を設けたものや、潜熱蓄熱材を組み合わせたもの（例えば、特許文献２参照。）、膨張弁の制御を変化させることなどによる冷媒サイクルの制御を工夫するなどの方法によるものなどが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０６−２８８６４４号公報
【特許文献２】
特開平０４−１８６０６１号公報
【特許文献３】
特開平０７−１９０５０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のヒートポンプ装置では、圧縮器が所定の圧力に到達するのに時間を要するため、ヒートポンプ単独では速やかに加熱・冷却能力を発揮することができず、例えば給湯の場合は大容量の貯湯タンクが必要となっており、その設置スペース、貯湯タンクの重量、設置部の耐荷重等の設置上、施工上の課題があった。この課題は冷房における氷蓄熱の場合も共通する。
【０００８】
また、ヒートポンプ装置の出力を速やかに所定の温度にして給湯や暖房を行うためには、電気ヒータ等の補助加熱源で一度に昇温させる必要があり、電気ヒータが大容量化するという課題があった。
【０００９】
また、別途燃焼などの手段によって補助することによって速やかな加熱を行うこともできるが、高いＣＯＰが得られるというヒートポンプ装置の特徴を十分に活かしているものとは言えない。
【００１０】
また、潜熱蓄熱材を利用してヒートポンプ装置による高いＣＯＰの蓄熱による利用を検討された例もあるが、潜熱蓄熱材では十分な蓄熱密度（熱容量）が得にくく、また相変化に伴う体積変化があり、効果的な出力速度が得られない問題点があった。
【００１１】
また、膨張弁などの開度などにより冷媒サイクルを調整することで部分的な加熱・冷却能力を向上させる場合も、同じ原理である以上、各段に性能を向上する効果は得られなかった。
【００１２】
本発明は、上記従来のヒートポンプ装置の課題を考慮して、設置性に優れた、又は始動時の所定温度までに要する時間を短縮することが出来、又はヒートポンプ装置の特徴を十分に活かしたヒートポンプ装置又はヒートポンプ装置の運転方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の本発明は、冷媒を高温高圧にする圧縮器（１）と、前記圧縮器から排出された前記冷媒の凝縮によって、水若しくは空気を加熱する凝縮器（２）と、前記凝縮器から排出された前記冷媒を減圧するための膨張弁（３）と、減圧された前記冷媒の蒸発によって、水若しくは空気を冷却する蒸発器（４）と、前記冷媒、又は水若しくは空気との熱の授受を行う化学蓄熱器（７、１９）とを備えたヒートポンプ装置である。
【００１４】
また、第２の本発明は、前記化学蓄熱器は、前記冷媒の流通方向を基準にして、前記蒸発器の下流側かつ前記凝縮器の上流側に設置され、暖房運転時、立ち上げ状態にて、前記冷媒、又は水若しくは空気を加熱し、暖房運転時、定常状態にて、前記冷媒、又は水若しくは空気から蓄熱する化学蓄熱器（７）である第１の本発明のヒートポンプ装置である。
【００１５】
また、第３の本発明は、前記化学蓄熱器は、前記冷媒の流通方向を基準にして、前記凝縮器の下流側かつ前記蒸発器の上流側に設置され、冷房運転時、立ち上げ状態にて、蓄熱によって前記冷媒、又は水若しくは空気を冷却し、冷房運転時、定常状態にて、放熱する化学蓄熱器（１９）である第１の本発明のヒートポンプ装置である。
【００１６】
また、第４の本発明は、前記化学蓄熱器は、前記冷媒の流路に設置された化学蓄熱部（２７）と、前記化学蓄熱部にて可逆的な発熱又は吸熱を伴う化学反応を行う反応性媒体の吸熱反応における反応物の一部を分離する分離手段（１４）と、分離された前記反応物の一部を貯蔵する貯蔵手段（１７）とを有する化学蓄熱器である第１の本発明のヒートポンプ装置である。
【００１７】
また、第５の本発明は、前記分離手段は、前記反応性媒体の吸熱反応における反応物の一部を冷却することによって分離する凝縮器として作用し、前記水又は空気の流路と熱的に接触している分離手段である第４の本発明のヒートポンプ装置である。
【００１８】
また、第６の本発明は、前記化学蓄熱部は、前記反応性媒体の化学反応を促進させる触媒（１２）と、前記触媒を加熱するヒータとを有している化学蓄熱部（２７）である第４の本発明のヒートポンプ装置である。
【００１９】
また、第７の本発明は、前記反応性媒体は、主に有機物から構成され、更に伝熱媒体が混在されている反応性媒体である第４の本発明のヒートポンプ装置である。
【００２０】
また、第８の本発明は、前記化学蓄熱部は、断熱又は物理的蓄熱手段を有している化学蓄熱部である第４の本発明のヒートポンプ装置である。
【００２１】
また、第９の本発明は、前記化学蓄熱器は、前記冷媒を第１の冷媒、前記蒸発器を第１の蒸発器（４）とし、前記第１の冷媒から第２の冷媒に熱を伝えることにより、前記第１の冷媒を冷却する第２の蒸発器（２２）と、前記第２の蒸発器にて蒸発した前記第２の冷媒を可逆的に吸着させる吸着部（２３）とを有する化学蓄熱器である第３の本発明のヒートポンプ装置である。
【００２２】
また、第１０の本発明は、前記化学蓄熱器を第２の化学蓄熱器（１９）とし、前記蒸発器の下流かつ前記凝縮器の上流に第１の化学蓄熱器を更に設置し、前記第２の化学蓄熱器の吸熱の熱源に、前記第１の化学蓄熱器の発熱を利用する第３の本発明のヒートポンプ装置である。
【００２３】
また、第１１の本発明は、前記第２の化学蓄熱器は、前記冷媒を第１の冷媒、前記蒸発器を第１の蒸発器とし、前記第１の冷媒から第２の冷媒に熱を伝えることにより、前記第１の冷媒を冷却する第２の蒸発器（２２）と、前記第２の蒸発器にて蒸発した前記第２の冷媒を可逆的に吸着させる吸着部（２３）とを有する化学蓄熱器であり、前記第２の冷媒の前記吸着部からの脱離に、前記第１の化学蓄熱器の発熱を利用する第１０の本発明のヒートポンプ装置である。
【００２４】
また、第１２の本発明は、冷媒を高温高圧にする圧縮工程と、前記圧縮工程から排出された前記冷媒の凝縮によって、水若しくは空気を加熱する凝縮工程と、前記凝縮工程から排出された前記冷媒を減圧する減圧工程と、減圧された前記冷媒の蒸発によって、水若しくは空気を冷却する蒸発工程と、前記冷媒、又は水若しくは空気との熱の授受を行う化学蓄熱工程とを備えたヒートポンプ装置の運転方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図を示す。本実施の形態１におけるヒートポンプ装置は、主に給湯の供給を目的としたものであり、冷却された冷媒を高温高圧にする圧縮器１と、冷媒から市水へ伝熱することによって、市水を加熱する凝縮器２とを備えている。また、本実施の形態１におけるヒートポンプ装置は、冷媒を減圧する膨張弁３と、冷媒を蒸発させる蒸発器４を備えている。これら、圧縮器１から、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を経て再び圧縮器１に冷媒を流通させるために冷媒流路５が設置されており、冷凍サイクルを構成している。さらに、凝縮器２には、市水を流通するための液流体流路６が通っている。
【００２７】
また、冷媒の流通方向を基準として、圧縮器１と凝縮器２の間に化学蓄熱器７が設置されている。ここで、図２に化学蓄熱器７の構成図を示す。図２に示すように、化学蓄熱器７は冷媒流路５上に化学蓄熱部２７を有している。また、化学蓄熱部２７は、反応性媒体が化学反応を行う化学反応部１０と、化学反応部１０上に設置されている触媒１２と、触媒１２を加熱するヒータ１３と、化学反応部１０と冷媒流路５との間で熱交換を行うための熱交換フィン１１とを有している。
【００２８】
また、化学蓄熱器７は、化学反応部１０への反応性媒体の流入を制御する作動弁８と、反応性媒体を供給する液体供給ポンプ９と、反応性媒体の吸熱反応による反応物を分離する凝縮部１４とを有している。また、化学蓄熱器７は、凝縮部１４にて分離された反応物の一部である水素を吸着することにより貯蔵する水素貯蔵部１７と、水素貯蔵部１７と凝縮部１４との間の反応物の流入出を制御する作動弁１６を有している。さらに、これら作動弁８から、化学反応部１０、凝縮部１４、液体供給ポンプ９を経て、再び作動弁８に反応性媒体を流通させるために反応性媒体流路２８が設置されている。また、化学反応部１０に、化学反応部１０の温度を検知するために温度センサ１５が設置されている。
【００２９】
また、図３に化学蓄熱部２７をａ〜ａ’間で切断した切断面を示す。ここで、熱交換フィン１１と触媒１２は、化学反応部１０によって発生した熱を冷媒に伝えるために、適度に一体化している必要がある。このため、図３に示すように金属等を基材として形成することで実現できる薄片上の触媒１２を反応性媒体流路２８に、のこ歯形状に設置し、その歯の部分に熱交換フィン１１が冷媒流路５から突出し設置されている。このように、触媒１２と熱交換フィン１１を一体化した形としている。なお、適度に一体化していれば、本形状以外の構成でもよい。
【００３０】
以上のような構成をした、本実施の形態１におけるヒートポンプ装置を用いた運転方法について以下に説明する。
【００３１】
ヒートポンプの運転を開始すると、圧縮器１で昇温・昇圧された冷媒ガスは、圧縮器１〜凝縮器２の間に設けられた化学蓄熱部２７内を貫通する冷媒流路５に流通を開始する。ただし、圧縮器１の熱容量が大きい等の理由により、流入する冷媒ガスが定格温度に達するまでには時間を要する。
【００３２】
この間に、化学蓄熱器７における可逆的な化学反応の反応熱を利用して、冷媒ガスを補助的に加熱する。具体的には、図２に示す作動弁８が開かれ、液体供給ポンプ９が作動することによって、反応性媒体が化学蓄熱部２７内に設けられた化学反応部１０に供給される。
【００３３】
次に、触媒１２がヒータ１３によって瞬時に活性化温度１００℃程度以上に加熱されることで、触媒１２上で反応性媒体が発熱反応を生じることになり、ここで発熱する。熱交換フィン１１と触媒１２は、一体化した構成をしているため、化学反応速度と熱交換速度のバランスを保持させている。
【００３４】
ここで、反応性媒体に所定温度で触媒により可逆的な化学反応を生じる有機物を用いると、蓄熱密度が潜熱蓄熱材の数倍〜１０倍程度得られ、使用する固体量は触媒のみであるため、その他の固体−気体反応を伴う無機化学反応や吸着反応を用いた場合に比べて小さくすることができる。そのため、昇温までの熱容量を小さくすることができ、可逆反応に伴う熱量が多い系を選択することで高い熱発生速度を得ることが可能となる。ここで例えば代表的な可逆的有機反応は次式で示されるものがあり、それを化学反応部１０で生じさせることで化学蓄熱器７を形成することができる。
【００３５】
【化１】
2004263976.tif 000003
（化１）式で示されるアセトンの水素化反応の場合、反応によって発熱し、イソプロピルアルコールが生成し、そのまま未反応のアセトンや水素とともに反応性媒体流路２８内を循環する。
【００３６】
その後、ヒートポンプが定常運転に達した時点、あるいは、すべての水素化反応が終了することを化学反応部の温度を熱電対などの温度センサ１５で検知した時点で、必要に応じ作動弁８、液体供給ポンプ９が停止し、発熱反応が終了するようになっている。
【００３７】
次に、発生した熱は、冷媒流路５内を流通する冷媒ガスに熱交換フィン１１によって伝熱され、その後、凝縮器２において、冷媒流路５内を流通する冷媒ガスと、液流体流路６を通して供給される市水との熱交換が行われる。
【００３８】
ここで、（化１）式の反応ではガス成分が発生するため、熱交換性能をより向上させて熱交換部を小型化するために、化学反応部内において反応温度で液状となっている伝熱媒体を混在させるようにしている。伝熱媒体としては、主目的の化学反応に悪影響を及ぼしにくい反応性が乏しいもの、例えば水などを用いることができる。
【００３９】
続いて、ヒートポンプが定常運転に達すると、ヒートポンプで汲み上げられた熱の一部を用いて化学蓄熱部２７でイソプロピルアルコールが吸熱的な脱水素反応を行うことで蓄熱反応を行う。すなわち、上記（化１）式に示すアセトンの水素化反応の例であれば、逆反応であるイソプロピルアルコールが分解反応を生じるようになる。吸熱反応に伴う触媒１２の温度低下は、必要に応じてヒータ１３によって補助的に加熱することで抑制することができる。分解反応によって生じたアセトンと水素は凝縮部１４によって分離される。
【００４０】
また、蓄熱反応が開始されることを温度センサ１５が検知すると、作動弁１６が開くことによって分解して生成した水素が水素貯蔵部１７で貯蔵されるようになっており、反応系外に分離・貯蔵されるようになる。一方、アセトンは凝縮部１４によって液化されており、同様に反応性媒体流路を循環するようになる。ここで、水素貯蔵部１７で水素を貯蔵することによって、（化１）式の水素化反応が生じにくくなり、イソプロピルアルコールの吸熱分解反応が優先的に生じ、蓄熱される。
【００４１】
このように、化学蓄熱器７は、ヒートポンプの運転開始時に必要な最低限の熱量を貯めれば良いことから、容量を小さくすることが可能となる。このため、貯湯型のヒートポンプ装置に比べて、設置スペース、設置部の耐荷重等の設置性、施工性に優れたヒートポンプ装置を実現できる。
【００４２】
また、化学蓄熱器７において可逆的な化学反応の反応熱を利用した加熱装置を構成し、冷媒ガスを補助的に加熱することにより、ヒートポンプの運転開始から所定温度の出湯が行われるまでの時間を、貯湯タンクを用いることなく短縮することが可能となる。このため、必要な時にすぐにお湯を使用できる即湯性に優れた利便性の高い給湯用ヒートポンプ装置を実現できる。
【００４３】
さらに、化学反応させる加熱源として、ヒートポンプで汲み上げられた空気の熱を利用することにより、電気入力に対してヒートポンプのＣＯＰ相当の加熱量を確保できることから、電気ヒータ等で加熱した空気を供給する場合と比較して、エネルギー効率が高くなる。このため、エネルギー消費量の少ない、経済性に優れたヒートポンプ装置を実現できる。
【００４４】
なお、本発明の分離手段は、本実施の形態１では、凝縮部１４に相当し、本発明の貯蔵手段は、本実施の形態１では、水素貯蔵部１７に相当する。ここで、水素貯蔵部１７は、本条件で水素を可能な限り高密度で貯蔵できるものが好ましいが、例えば比較的低温で金属水素化物を形成するＴｉ−Ｍｎ系や、Ｖ系などの水素吸蔵合金を用いることができる。また、伝熱媒体を用いる場合は、吸蔵量の抑制を防ぐため、凝縮部１４において可能な限り分離することが好ましい。
【００４５】
また、水素貯蔵部１７における水素の水素吸蔵合金に対する吸着熱、および凝縮部１４において凝縮によって発生する熱は、熱的に接触した冷媒流路５や液流体流路６に供給され、熱回収することができる（詳細は図示せず）。
【００４６】
さらに、始動時にヒータ１３の加熱容量が少なくて済むように、一度運転を終わった後の化学蓄熱部２７は、図４に示すように、断熱材や潜熱蓄熱材などの物理的な保温手段１８により保温されていることが望ましい。
【００４７】
なお、実施の形態１における化学蓄熱部２７の位置は、図１に示すように圧縮器１と凝縮器２の間に位置しているが、蒸発器４と圧縮器１の間に設けたり、蒸発器４の汲み上げ熱源として用いてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態１では、給湯用ヒートポンプ装置を示したが、エアコン等の冷媒による室内暖房をより速やかに行うことを目的とする場合のヒートポンプ装置も同様の構成となる。図５に室内暖房を目的としたヒートポンプ装置の構成図を示す。図に示すように、本実施の形態１におけるヒートポンプ装置と異なり、暖房目的のため、液流体流路６が設けられていない点が異なる。
【００４９】
図５に示すヒートポンプ装置では、実施の形態１と同様に、化学蓄熱部２７にて、必要な最低限の熱量を定常運転中に貯蔵し、ヒートポンプの運転開始時に一気に発熱することができるため、設置スペース、設置部の耐荷重等の設置性、施工性等を鑑みながら、ヒートポンプで汲み上げられた空気の熱を利用した経済性、および即暖房性に優れたヒートポンプ装置を実現できる。
【００５０】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の構成図であり、実施の形態１と同様に給湯を目的としたものである。本実施の形態２におけるヒートポンプ装置の基本的な構成は、実施の形態１と同じであるが、化学蓄熱器７の設置されている場所が異なるため、本相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素には、同一番号を付している。
【００５１】
図に示すように、本実施の形態２におけるヒートポンプ装置は、市水を加熱するために、液流体流路６上の市水の流通方向を基準にして、凝縮器２の下流側に設置されている化学蓄熱器７を備えている。
【００５２】
図６において、本実施の形態２におけるヒートポンプ装置の動作について、実施の形態１と異なる点のみ説明する。ヒートポンプの運転を開始後、実施の形態１と同様に冷媒ガスが定格温度に達するまでには時間を要する。
【００５３】
この間に、可逆的な化学反応の反応熱を利用して、給湯用の水を補助的に加熱する。実施の形態１と同様に、作動弁８が開かれ、液体供給ポンプ９によって反応性媒体が化学蓄熱部２７内に設けられた反応部１０に供給されると、触媒１２上で反応性媒体が（化１）式によって発熱反応を生じ、ここで発熱する。
【００５４】
本実施の形態２では、実施の形態１のように冷媒ガスを補助加熱する方法と異なり、市水を直接補助加熱する。この構成をとることで、熱交換フィン１１において液流体により効率的な熱交換が行われるため、より熱交換フィン１１を小型にし、化学蓄熱部７を小型に形成することが可能となる。
【００５５】
また、本実施の形態２においては、給湯目的のヒートポンプ装置を示しているが、図５に示す暖房目的のヒートポンプ装置において、本実施の形態２にて市水を直接加熱するように、送風空気を直接加熱する構成をとってもよい。
【００５６】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の構成図を示す。本実施の形態３におけるヒートポンプ装置は、エアコンなどとして用い、室内冷房を目的としたものである。本実施の形態３におけるヒートポンプ装置は、基本的な構成は、実施の形態１と同様であるが、室内冷房を目的としているため、冷媒を冷却する第２の化学蓄熱器１９を備えている点が異なる。そこで、本相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態１と同一の構成要素には、同一番号を付している。また、本実施の形態３においては、実施の形態１における化学蓄熱器７を第１の化学蓄熱器７と、実施の形態１における冷凍サイクルを流通する冷媒を第１の冷媒という。
【００５７】
本実施の形態４におけるヒートポンプ装置は、膨張弁３と蒸発器４の間に冷媒を冷却する第２の化学蓄熱器１９を備えている。また、図８に、第２の化学蓄熱器１９の構成図を示す。第２の化学蓄熱器１９は、第１の冷媒から第２の冷媒に熱を伝熱することで、第１の冷媒を冷却する液溜め２２と、第１の冷媒と第２の冷媒の熱交換を行うために、液溜め２２と冷媒流路５とを熱的に接触させる熱交換フィン２４とを有している。さらに、第２の化学蓄熱器１９は、第２の冷媒を吸着させるための吸着部２３と、吸着部２３と液溜め２２とを繋ぐ媒体流路２０とを有している。また、媒体流路２０には、第２の冷媒の移動を制御するための作動弁２１が設置されている。
【００５８】
さらに、第１の化学蓄熱器７にて発生した熱を吸着部２３に伝熱するために、反応性媒体が流通する媒体流路２６が、第１の化学蓄熱器７から、吸着部２３までに設置されている。さらに、反応性媒体を媒体流路２６を通じて吸着部２３に供給するために液体供給ポンプ２５が媒体流路２６上に設置されている。
【００５９】
以上のような構成をした、本実施の形態２におけるヒートポンプ装置を用いた運転方法について以下に説明する。
【００６０】
ヒートポンプの運転を開始後、実施の形態１と同様に冷媒ガスが定格温度に達するまでには時間を要する。
【００６１】
この間に、図８に示す第２の化学蓄熱器１９を用い、冷媒を補助的に冷却する。図８では、液溜め２２と吸着部２３の間の媒体流路２０に設けられた作動弁２１が開かれる。ここで吸着部２３があらかじめ吸着可能な状態（脱水状態）にあると、液溜め２２に含まれる水は吸着部２３に移動する。その時、液溜め２２は水の気化熱によって冷却される。液溜め２２は冷媒流路と熱的に接触している熱交換フィン２４を通じて接触して設けられているため、速やかに第１の冷媒を冷却し、即冷性に優れたヒートポンプ装置を形成することが可能となる。
【００６２】
次に、吸着部２３にて、飽和吸着に達した場合、吸着部２３から水蒸気を脱離させる再生が必要になる。この再生操作は、冷房運転が定常運転に達した時点以降、終了時、あるいは停止時のタイミングに一定時間かけて行う。
【００６３】
ここで、吸着部２３は、液体供給ポンプ２５から供給される媒体流路２６によって、化学蓄熱器７による加熱を受けられるようになっている。上記の操作で水分が飽和吸着に達した吸着部２３は、化学蓄熱器７の熱によって水分が吸熱的に脱離することにより、再び水蒸気が吸着される状態にされるようになる。すなわち、実施の形態１と同様に、液体供給ポンプ９によって反応性媒体が化学蓄熱器７内に設けられた化学反応部１０に供給され、触媒１２上で反応性媒体が発熱反応を生じることによる発熱を再生に用いる。
【００６４】
また、再生に伴い、液溜め２２で発生する凝縮熱は、冷媒流路５に戻されることになる。また、停止時に再生する場合は、冷媒が停止しており、高圧化のおそれがある。この場合は、液溜め２２から熱を回収し、別途水素貯蔵部１７に戻して水素の脱離熱を用いるか、化学反応部１０または反応性媒体流路２８の予熱に再利用することが出来る。ここで、第２の化学蓄熱器１９は脱離を促進するためにあらかじめ減圧されていることが好ましく、必要に応じては第２の圧縮器を設けて、脱離時にのみ減圧することも可能である。
【００６５】
このように、第１の化学蓄熱器７と吸着部２３を熱的に接合し、第１の化学蓄熱器７の反応熱を第２の化学蓄熱器１９における吸熱反応の熱源とすることによって、ヒートポンプの運転開始時に必要な最低限の熱量を貯めることができる。
【００６６】
このことにより、設置スペース、設置部の耐荷重等の設置性、施工性等を鑑みながら、ヒートポンプの機能を活用しながら、経済的に、即冷性に優れたヒートポンプ装置を実現できる。
【００６７】
なお、本発明の第２の蒸発器は、本実施の形態３では、第２の化学蓄熱器１９における水の蒸発により第１の冷媒を冷却する液溜め２２に相当し、液溜め２２の位置は、図７に示すように膨張弁３と蒸発器４の間に位置しているが、化学蓄熱部２７と膨張弁３の間に設けたり、第１の化学蓄熱器７の熱源として用いてもよい。
【００６８】
なお、本実施の形態３に用いられる第２の化学蓄熱器１９では、本発明の第２の冷媒の一例として、水を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、メタノールなどの揮発性有機溶媒を用いても構わない。また、吸着部  で用いられる吸着材については、シリカゲル、活性炭、ゼオライト、金属塩化物等を用いることができる。
【００６９】
また、第２の化学蓄熱器１９の作動原理は、実施の形態３では水の吸着・脱離反応を用いているが、吸蔵特性の異なる水素吸蔵合金などの水素の吸蔵・脱離作用を用いることも出来る。
【００７０】
さらに、第１の化学蓄熱器７と同様に有機物の反応性媒体を用いた系として、例えば、第２の化学蓄熱器１９においてパラアルデヒドの解重合でアセトアルデヒドを形成する反応を用いることができる。この場合、化学反応には酸触媒をしようする必要があるとともに冷却時は減圧操作によって、図８における吸着部２３に相当するアセトアルデヒド凝縮容器にアセトアルデヒドを移行させて貯蔵する必要がある。また、再生時はこの逆反応を行う。
【００７１】
また、本実施の形態２に記載の構成の液流体流路６を、凝縮器２の代わりに蒸発器４と熱交換器を介して接触させて、本実施の形態３に記載されている第２の化学蓄熱器１９の構成を組み合わせることで、冷水製造装置に適用することも可能である。
【００７２】
なお、本発明の実施の形態１〜４に用いられる化学反応については、（化１）式の例を中心に述べているが、本用途に用いられる条件に適合する可逆反応であれば、任意に選択することが可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、ヒートポンプ装置の給湯、冷暖房までに要する時間を短縮することが可能な、又は、給湯器を設けないことによる設置性、又は、ヒートポンプ装置の特徴を活かした経済性に優れたヒートポンプ装置及びその運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における化学蓄熱部の部分構成図
【図３】本発明の実施の形態１における化学蓄熱部のａ−ａ’断面図
【図４】本発明の実施の形態１における断熱材を設けた化学蓄熱部のａ−ａ’断面図
【図５】本発明の実施の形態１における暖房目的のヒートポンプ装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の構成図
【図７】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の構成図
【図８】本発明の実施の形態４における第１の化学蓄熱器と第２の化学蓄熱器の部分構成図
【符号の説明】
１  圧縮器
２  凝縮器
３  膨張弁
４  蒸発器
５  冷媒流路
６  液流体流路
７  化学蓄熱器
【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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