(57)【要約】      （修正有）【課題】ケミカルヒートポンプの熱で、外部の熱利用機器を駆動する場合、適切に操作し得るケミカルヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】ケミカルヒートポンプシステムは、化学蓄熱材１３を備える第１タンク１０と、化学蓄熱材の水和反応で、水が供給されるとともに、第１タンクとの連通が行われる第２タンク１１と、外部の熱源からの熱を供給する熱入力装置２０と、水和反応および脱水反応で発生する蒸気の熱を熱利用機器３００へ供給する熱出力装置３０とを備え、熱出力装置は、第１タンクに接続された第１流路３１、第２流路３５と、第１流路に設けられた圧縮機６２と、蒸気が第１流路に流れ、かつ第２流路に流れない第１状態と、蒸気が第２流路に流れ、かつ第１流路に流れない第２状態との間で切り替えが行われる切り替えバルブ６１とを備え、制御装置５０は、切り替えバルブが第１状態および第２状態のいずれか一方となるように制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和反応および脱水反応が行われる化学蓄熱材を備える第１タンクと、
前記化学蓄熱材の脱水反応において、前記第１タンクとの連通が遮断され、前記化学蓄熱材の水和反応において、水が供給されるとともに、前記第１タンクとの連通が行われる第２タンクと、
前記化学蓄熱材の脱水反応において、前記第１タンクの化学蓄熱材に、外部の熱源からの熱を供給するための熱入力装置と、
前記化学蓄熱材の水和反応および脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給するための熱出力装置と、
制御装置と、を備え、
前記熱出力装置は、前記第１タンクに接続された第１流路および第２流路と、前記第１流路に設けられた圧縮機と、前記第２流路に設けられた圧力調整バルブと、蒸気が前記第１流路に流れ、かつ前記第２流路に流れない第１状態と、蒸気が前記第２流路に流れ、かつ前記第１流路に流れない第２状態との間で切り替えが行われる切り替えバルブと、を備え、
前記圧力調整バルブよりも下流の前記第２流路と前記圧縮機よりも下流の前記第１流路とが合流しており、
前記制御装置は、前記切り替えバルブが前記第１状態および前記第２状態のいずれか一方となるように前記切り替えバルブを制御するケミカルヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記切り替えバルブは、前記第１流路に設けられた第１バルブと、前記第２流路に設けられた第２バルブとを備え、
前記制御装置は、前記第１バルブおよび前記第２バルブのいずれか一方が開くように、これらの第１バルブおよび第２バルブの開閉を制御する請求項１に記載のケミカルヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記化学蓄熱材の脱水反応において、前記第１バルブを開き、かつ、前記第２バルブを閉じるように、これらの第１バルブおよび第２バルブの開閉を制御し、前記化学蓄熱材の水和反応において、前記第１バルブを閉じ、かつ、前記第２バルブを開くるように、これらの第１バルブおよび第２バルブの開閉を制御する請求項２に記載のケミカルヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記化学蓄熱材の脱水反応において、前記第１流路を流れている蒸気が所定の圧力にまで圧縮されるように前記圧縮機を制御する請求項１−３のいずれかに記載のケミカルヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記化学蓄熱材の水和反応において、前記第２流路を流れている蒸気の圧力が所望の値となるように前記圧力調整バルブを制御する請求項１−４のいずれかに記載のケミカルヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記第１タンクから延伸する流路が、前記流路の下流端で前記第１流路と前記第２流路とに分岐している請求項１−５のいずれかに記載のケミカルヒートポンプシステム。
【請求項７】
化学蓄熱材を備える第１タンクと水が供給される第２タンクとを連通させ、前記第２タンクから前記第１タンクへと蒸気を送ることで、前記化学蓄熱材において水和反応を行い、
前記第１タンクと前記第２タンクとの連通を遮断するとともに、熱入力装置を用いて、前記第１タンクの化学蓄熱材に熱を供給することで、前記化学蓄熱材において脱水反応を行い、
熱出力装置を用いて、前記化学蓄熱材の脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給する場合、前記熱出力装置の圧縮機を用いて、前記第１タンクから第１流路を流れている蒸気を圧縮し、
熱出力装置を用いて、前記化学蓄熱材の水和反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給する場合、前記熱出力装置の圧力調整バルブを用いて、前記第１タンクから前記第２流路を流れている蒸気の流量を制御することで蒸気圧を調整するケミカルヒートポンプシステムの運転方法。
【請求項８】
前記熱出力装置の圧縮機を用いて、前記第１タンクから前記第１流路を流れている蒸気を圧縮することにより、前記圧縮機の排気口側の蒸気温度が上昇する請求項７に記載のケミカルヒートポンプシステムの運転方法。
【請求項９】
前記熱出力装置の圧縮機を用いて、前記第１タンクから前記第１流路を流れている蒸気を圧縮することにより、前記圧縮機の吸入口側の蒸気圧力が低下する請求項７または８に記載のケミカルヒートポンプシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はケミカルヒートポンプシステムおよびケミカルヒートポンプシステムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学蓄熱とは、化学反応に伴う反応熱を利用した蓄熱方式である。一例として、式（１）および式（２）に示される化学反応式により、酸化マグネシウムの水和反応（放熱動作）および水酸化マグネシウムの脱水反応（蓄熱動作）を利用した蓄熱デバイスが特許文献１に記載されている。一般に、この原理による蓄熱デバイスをケミカルヒートポンプという。
【０００３】
（式１）  Ｍｇ(ＯＨ)２→ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ  δH＝−８１ｋJ/mol  吸熱
（式２）  ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ(ＯＨ)２  δH＝８１ｋJ/mol  発熱
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
しかし、従来例は、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器（例えば、熱式冷凍機）を駆動する場合の問題については検討されていない。
【０００６】
本開示の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器を駆動する場合において、ケミカルヒートポンプを従来よりも適切に操作し得るケミカルヒートポンプシステムを提供する。また、本開示の一態様は、このようなケミカルヒートポンプシステムの運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様のケミカルヒートポンプシステムは、水和反応および脱水反応が行われる化学蓄熱材を備える第１タンクと、前記化学蓄熱材の脱水反応において、前記第１タンクとの連通が遮断され、前記化学蓄熱材の水和反応において、水が供給されるとともに、前記第１タンクとの連通が行われる第２タンクと、前記化学蓄熱材の脱水反応において、前記第１タンクの化学蓄熱材に、外部の熱源からの熱を供給するための熱入力装置と、前記化学蓄熱材の水和反応および脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給するための熱出力装置と、制御装置と、を備え、前記熱出力装置は、前記第１タンクに接続された第１流路および第２流路と、第１流路に設けられた圧縮機と、第２流路に設けられた圧力調整バルブと、蒸気が前記第１流路に流れ、かつ前記第２流路に流れない第１状態と、蒸気が前記第２流路に流れ、かつ前記第１流路に流れない第２状態との間で切り替えが行われる切り替えバルブと、を備え、前記圧力調整バルブよりも下流の第２流路と前記圧縮機よりも下流の前記第１流路とが合流しており、前記制御装置は、前記切り替えバルブが前記第１状態および前記第２状態のいずれか一方となるように前記切り替えバルブを制御する。
【０００８】
本開示の一態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法は、化学蓄熱材を備える第１タンクと水が供給される第２タンクとを連通させ、前記第２タンクから前記第１タンクへと蒸気を送ることで、前記化学蓄熱材において水和反応を行い、前記第１タンクと前記第２タンクとの連通を遮断するとともに、熱入力装置を用いて、前記第１タンクの化学蓄熱材に熱を供給することで、前記化学蓄熱材において脱水反応を行い、熱出力装置を用いて、前記化学蓄熱材の脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給する場合、前記熱出力装置の圧縮機を用いて、前記第１タンクから第１流路を流れている蒸気を圧縮し、熱出力装置を用いて、前記化学蓄熱材の水和反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給する場合、前記熱出力装置の圧力調整バルブを用いて、前記第１タンクから第２流路を流れている蒸気の流量を制御することで蒸気圧を調整する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様のケミカルヒートポンプシステム、および、本開示の一態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法は、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器を駆動する場合において、ケミカルヒートポンプを従来よりも適切に操作し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ケミカルヒートポンプの操作線の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの一例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの脱水反応（蓄熱動作）の一例を説明するための図である。
【図４】図４は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの脱水反応（蓄熱動作）の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの脱水反応（蓄熱動作）における制御対象機器の動作タイミングチャートの一例を示す図である。
【図６】図６は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの水和反応（放熱動作）の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの水和反応（放熱動作）の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの水和反応（放熱動作）における制御対象機器の動作タイミングチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器（例えば、熱式冷凍機）を駆動する場合の問題について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。
【００１２】
ケミカルヒートポンプは、脱水反応（蓄熱動作）および水和反応（放熱動作）の両方において熱式冷凍機を駆動し得る。そして、ケミカルヒートポンプは、かかる蓄熱動作と放熱動作とで利用可能なエネルギーがほぼ等しいという特徴を備える。従って、ケミカルヒートポンプを、例えば、太陽熱を熱源として熱式冷凍機を駆動する太陽熱冷房と組み合わせたケミカルヒートポンプシステムの場合、昼間は蓄熱しながら冷房を行い、夜間は放熱しながら冷房を行い得る。すなわち、これは昼夜にわたり冷房を止めずにバックアップ動作が可能であることを意味する。
【００１３】
つまり、上記のケミカルヒートポンプシステムは、従来の太陽熱冷房技術において望まれていた長時間の夜間バックアップを可能とするという利便性を提供する。とりわけ、年を通じて日照量が多く、年間を通じて昼夜とも高温ゆえに、冷房需要が大きい熱帯地域、もしくは、サンベルト地域において、このようなシステムの高い費用対効果を期待できる。
【００１４】
ところで、（式１）の化学反応における平衡常数Ｋは、その定義に従い、（式３）のとおりであるが、固体の活量は１であることから（式３）は（式４）に変形できる。すなわちこの化学反応は蒸気圧の制御により右にも左にもシフトすることがわかる。
（式３）  Ｋ＝〔Ｍｇ(ＯＨ)２〕／〔ＭｇＯ〕・〔Ｈ２Ｏ〕
（式４）  Ｋ＝１／〔Ｈ２Ｏ〕＝１／Ｐ（Ｈ２Ｏ）
ここで、Ｐ（Ｈ２Ｏ）は蓄熱タンク内の蒸気圧である。
（式１）の脱水反応（蓄熱動作）は、大気圧下では約３５０℃程度で進行する。脱水反応（蓄熱動作）が行われた後、（式２）の水和反応（放熱動作）を行うときに、例えば、絶対圧で２気圧（ゲージ圧で１気圧、蒸気の温度が１２０℃）に蒸気圧を制御すると（これは、蒸気が放出される蒸気回路に、圧力調整バルブを挿入することによって可能となる）、平衡が右にずれて水和反応が進行する。すると、例えば、４００℃の熱を放出することが可能となる。すなわち、蓄熱温度を超える放熱温度が得られ、これは外部からの低い熱を汲み上げて、外部へ高い熱を放出するヒートポンプ動作に他ならないため、化学蓄熱材をデバイス化したものを、一般にケミカルヒートポンプと呼んでいる。
【００１５】
図１は、ケミカルヒートポンプの操作線の一例を示す図である。
【００１６】
図１において、Ｗ線は水の飽和蒸気圧線、Ｍ線は水酸化マグネシウムの水和平衡線、ＰＤ線は（式１）の脱水反応時（蓄熱動作時）の蒸気圧、ＰＨ線は（式２）の水和反応時（放熱動作時）の蒸気圧である。なお、Ｗ線およびＭ線は熱力学におけるGibbs-Helmholtz則から導出され、横軸を１/Ｔ（絶対温度の逆数）、縦軸をＬn（Ｐ)（平衡圧の自然対数）とした場合に、図１に示すように、上記の線は、曲線ではなく直線となる。
【００１７】
図１から明らかなように、化学蓄熱材周囲の圧力（つまり、蓄熱材タンク内圧）が低いほど脱水反応（蓄熱動作）は良く進み、脱水反応に必要な蓄熱操作温度が低くなる。逆に、上記の圧力が高いほど脱水反応（蓄熱動作）は遅くなり、脱水反応に必要な蓄熱操作温度が高くなる。
【００１８】
同様に、上記の圧力が高いほど、水和反応（放熱動作）は良く進み、外部の熱利用機器が利用可能な放熱温度が高くなる。逆に、上記の圧力が低いほど、水和反応（放熱動作）は遅くなり、外部の熱利用機器が利用可能な放熱温度が低くなる。
【００１９】
脱水反応が良く進み（脱水転化率が高く）、かつ、水和反応も良く進む（水和転化率が高い）操作条件では、当然のことながら、化学蓄熱材の実質的な利用効率が高い。逆に、脱水反応が不完全（脱水転化率が低く）、かつ、水和反応も不完全（水和転化率が低い）な操作条件では、当然のことながら、化学蓄熱材の実質的な利用効率は低い。
【００２０】
視認的には図１において、Ｗ線、Ｍ線、ＰＤ線、ＰＨ線で囲まれた四角形の面積が大きいほどこのケミカルヒートポンプの実質利用効率、すなわち蓄熱容量が大きいことを意味している。
【００２１】
従って、ケミカルヒートポンプの性能だけを考慮するならば、脱水反応（蓄熱）においては、極力、化学蓄熱材周囲の圧力を下げ、水和反応（放熱）においては、化学蓄熱材周囲の圧力を極力上げて、ケミカルヒートポンプを操作することが、蓄熱操作温度の低減からも、外部の熱利用機器が利用可能な放熱エネルギーの向上からも、蓄熱大容量化からも有利であり、合理的である。
【００２２】
しかし、ケミカルヒートポンプでは、上記のとおり、脱水反応（蓄熱動作）および水和反応（放熱動作）の両方において、同一の熱利用機器（例示として、熱式冷凍機）を駆動し得る特徴を備えることに鑑みると、かかる熱利用機器は、通常は、熱利用機器へ供給される蒸気の温度および圧力が一定であることで性能が保証されることが多い。また、通常は、蒸気の温度および圧力が高いほど、熱利用機器の性能が高くなることが多い。よって、ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）と水和反応（放熱動作）とで、蒸気の温度および圧力が大幅に異なるのは、熱利用機器の最適な駆動条件からは不合理である。
【００２３】
以下、熱式冷凍機の一種である吸着冷凍機を例に取って、ケミカルヒートポンプの熱で吸着冷凍機を駆動する場合のケミカルヒートポンプの適切な操作条件について詳しく説明する。
【００２４】
吸着冷凍機の所要熱源温度が８５℃程度以上である場合、単効用式の吸着冷凍が行われ、ＣＯＰ（成績係数）は約０．６程度である。従って、吸着冷凍機を蒸気でなく、温水で駆動可能である。
【００２５】
熱源として、例えば、１２０℃の蒸気（絶対圧で２気圧、ゲージで１気圧）が利用可能な場合、二重効用式の吸着冷凍が行われ、ＣＯＰは約１．０程度に向上する。つまり、この場合、単効用式の吸着冷凍に比べ、約６０％、総合エネルギー効率が高いシステムを実現できる。
【００２６】
ここで、単効用式吸着冷凍機とケミカルヒートポンプとを備えるケミカルヒートポンプシステムの場合、先に例示された操作条件（以下、「第一の操作条件」と略す場合がある）に、すなわち、脱水反応（蓄熱動作）の蒸気圧は大気圧（絶対圧で１気圧、蓄熱操作温度が約３５０℃）、水和反応（放熱動作）の蒸気圧は絶対圧２気圧（ゲージ圧で１気圧、蒸気温度が１２０℃）に設定し、この差圧の１気圧によって蓄熱容量を確保するなどの操作を行うことで十分にシステム性能が保証される。
【００２７】
これに対して、二重効用式吸着冷凍機とケミカルヒートポンプを備えるケミカルヒートポンプシステムの場合、ケミカルヒートポンプの操作条件（以下、「第二の操作条件」と略す場合がある）を、例えば、脱水反応時（蓄熱反応）の蒸気圧は絶対圧で２気圧（ゲージ圧で１気圧、蒸気温度が約１２０℃）、水和反応時（放熱反応）の蒸気圧は絶対圧で３気圧（ゲージ圧で２気圧、蒸気温度が約１３０℃）に設定し、この差圧の１気圧によって蓄熱容量を確保するなどの操作を行う方が好ましい。
【００２８】
しかし、この第二の操作条件でケミカルヒートポンプを駆動する場合、図１の操作線から容易に理解し得るとおり、蓄熱操作温度は、例えば、４００℃を超え、通常の方法では、蓄熱が不能となる。蓄熱が不能とならない場合であっても、熱源の選択肢が限られ適用範囲が狭まるなどの不合理が生じ得る。また、水和反応の蒸気圧が高いため、蓄熱材タンクや水タンクが破裂するなどの問題が生じるおそれがある。また、これらのタンクの外殻の厚肉化およびタンクの大型化が必要となり、タンクの設計および製作の自由度が失われる可能性がある。更に、タンクの総重量のアップ、製造コストのアップなどの不都合が生じるおそれがある。
【００２９】
そこで、発明者は、ケミカルヒートポンプの熱で熱式冷凍機を駆動する場合のケミカルヒートポンプの操作条件について鋭意検討の行い、ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）で発生する大気圧の蒸気を断熱圧縮するという着想に到達した。具体的には、ヒートポンプの操作条件は、上記の第一の操作条件のままとする。そして、脱水反応（蓄熱動作）で発生する大気圧の蒸気の断熱圧縮を行い、蒸気の絶対圧が２気圧（ゲージ圧で１気圧、蒸気温度が約１２０℃）まで昇圧する。これにより、ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）および水和反応（放熱動作）の両方の蒸気の圧力が同一の絶対圧２気圧となるので、二重効用式吸着冷凍機を無理なく駆動できることを見出した。
【００３０】
更に、例えば、圧縮機の圧縮率を４である場合、圧縮機の吸入口側の蒸気圧は上記絶対圧２．０気圧の１／４、すなわち、絶対圧０．５気圧（蒸気温度が約８０℃）であり、化学蓄熱材周囲の圧力が大気圧以下に減圧される。これは、図１の操作線のＰＤ線を下方シフトすることに他ならず、ケミカルヒートポンプの動作原理から自明なように、化学平衡をシフトして蓄熱操作温度を、例えば、３２０℃まで低減でき、以って、本ケミカルヒートポンプの適用範囲を拡げ得る。
【００３１】
ここで、蒸気圧縮に必要なエネルギー量は、下記の表１に示す蒸気表から読み取ることができる。５０ｋPa（０．５気圧）蒸気の温度は81.33℃、その飽和蒸気エンタルピーは2645.9KJ/kgである。２００ｋPa（２気圧）の蒸気の温度は120.23℃、その飽和蒸気エンタルピーは2706.7KJ/kgである。従って、０．５気圧の蒸気を２気圧蒸気に断熱圧縮するために必要な仕事量は、両者の飽和蒸気エンタルピーの差分の60.8KJ/kgである。この値は水の蒸発エンタルピー（蒸発潜熱）の代表値（100℃の蒸気の場合、2257KJ/kg）に比して僅少である。つまり、表１から、水の蒸発には、多量の熱が必要であるが、一旦、蒸発した後の蒸気は、僅かな仕事量で高圧化（高温化）が可能であることが理解できる。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
すなわち、本開示の第１の態様のケミカルヒートポンプシステムは、以上の知見に基づいて案出できたものであり、
水和反応および脱水反応が行われる化学蓄熱材を備える第１タンクと、
化学蓄熱材の脱水反応において、第１タンクとの連通が遮断され、化学蓄熱材の水和反応において、水が供給されるとともに、第１タンクとの連通が行われる第２タンクと、
化学蓄熱材の脱水反応において、第１タンクの化学蓄熱材に、外部の熱源からの熱を供給するための熱入力装置と、
化学蓄熱材の水和反応および脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給するための熱出力装置と、
制御装置と、を備え、
熱出力装置は、第１タンクに接続された第１流路および第２流路と、第１流路に設けられた圧縮機と、第２流路に設けられた圧力調整バルブと、蒸気が第１流路に流れ、かつ第２流路に流れない第１状態と、蒸気が第２流路に流れ、かつ第１流路に流れない第２状態との間で切り替えが行われる切り替えバルブと、を備え、
圧力調整バルブよりも下流の第２流路と圧縮機よりも下流の第１流路とが合流しており、制御装置は、切り替えバルブが第１状態および第２状態のいずれか一方となるように切り替えバルブを制御する。
【００３４】
本開示の第２の態様のケミカルヒートポンプシステムは、第１の態様のケミカルヒートポンプシステムにおいて、切り替えバルブは、第１流路に設けられた第１バルブと、第２流路に設けられた第２バルブとを備え、制御装置は、第１バルブおよび第２バルブのいずれか一方が開くように、これらの第１バルブおよび第２バルブの開閉を制御する。
【００３５】
本開示の第３の態様のケミカルヒートポンプシステムは、第２の態様のケミカルヒートポンプシステムにおいて、制御装置は、化学蓄熱材の脱水反応において、第１バルブを開き、かつ、第２バルブを閉じるように、これらの第１バルブおよび第２バルブの開閉を制御し、化学蓄熱材の水和反応において、第１バルブを閉じ、かつ、第２バルブを開くるように、これらの第１バルブおよび第２バルブの開閉を制御する。
【００３６】
本開示の第４の態様のケミカルヒートポンプシステムは、第１の態様から第３の態様のいずれかのケミカルヒートポンプシステムにおいて、制御装置は、化学蓄熱材の脱水反応において、第１流路を流れている蒸気が所定の圧力にまで圧縮されるように圧縮機を制御する。
【００３７】
かかる構成によると、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器（例えば、熱式冷凍機）を駆動する場合において、ケミカルヒートポンプを従来よりも適切に操作し得る。例えば、熱出力装置の圧縮機を用いて、ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）で発生する蒸気を断熱圧縮できるので、二重効用式吸着冷凍機などの様々な外部の熱利用機器を無理なく駆動できる。また、蒸気の断熱圧縮により、ケミカルヒートポンプの蓄熱操作温度を低減でき、以って、ケミカルヒートポンプの適用範囲を拡げ得る。要するに、本態様のケミカルヒートポンプシステムでは、僅かな動力アシストにより脱水反応（蓄熱動作）で発生した蒸気を水和反応（放熱動作）で発生した蒸気と同水準に高位平準化することにより、システムの総合エネルギー効率を改善する。また、ケミカルヒートポンプの蓄熱操作温度を低減して熱源範囲を拡大することでケミカルヒートポンプの適用範囲が拡大する。
【００３８】
本開示の第５の態様のケミカルヒートポンプシステムは、第１の態様から第４の態様のいずれかのケミカルヒートポンプシステムにおいて、制御装置は、化学蓄熱材の水和反応において、第２流路を流れる蒸気の圧力が所望の値となるように圧力調整バルブを制御する。
【００３９】
かかる構成によると、ケミカルヒートポンプシステムの化学蓄熱材の水和反応において、第２流路を流れる蒸気の圧力を所望の値に制御できる。
【００４０】
本開示の第６の態様のケミカルヒートポンプシステムは、第１の態様から第５の態様のいずれかのケミカルヒートポンプシステムにおいて、第１タンクから延伸する流路が、この流路の下流端で第１流路と第２流路とに分岐している。
【００４１】
かかる構成によると、第１流路および第２流路をそれぞれ別個に第１タンクに接続する場合に比べ、第１流路および第２流路を簡易に構成できる。
【００４２】
また、本開示の第１の態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法は、以上の知見に基づいて案出できたものであり、
化学蓄熱材を備える第１タンクと水が供給される第２タンクとを連通させ、第２タンクから第１タンクへと蒸気を送ることで、化学蓄熱材において水和反応を行い、
第１タンクと第２タンクとの連通を遮断するとともに、熱入力装置を用いて、第１タンクの化学蓄熱材に熱を供給することで、化学蓄熱材において脱水反応を行い、
熱出力装置を用いて、化学蓄熱材の脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給する場合、熱出力装置の圧縮機を用いて、第１タンクから第１流路を流れている蒸気を圧縮し、
熱出力装置を用いて、化学蓄熱材の水和反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器へ供給する場合、熱出力装置の圧力調整バルブを用いて、第１タンクから第２流路を流れている蒸気の流量を制御することで蒸気圧を調整する。
【００４３】
本開示の第２の態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法は、第１の態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法において、熱出力装置の圧縮機を用いて、第１タンクから第１流路を流れている蒸気を圧縮することにより、圧縮機の排気口側の蒸気温度が上昇する。
【００４４】
本開示の第３の態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法は、第１の態様または第２の態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法において、熱出力装置の圧縮機を用いて、第１タンクから第１流路を流れている蒸気を圧縮することにより、圧縮機の吸入口側の蒸気圧力が低下する。
【００４５】
以上により、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器（例えば、熱式冷凍機）を駆動する場合において、ケミカルヒートポンプを従来よりも適切に操作し得る。例えば、熱出力装置の圧縮機を用いて、ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）で発生する蒸気を断熱圧縮できるので、二重効用式吸着冷凍機などの様々な外部の熱利用機器を無理なく駆動できる。また、蒸気の断熱圧縮により、ケミカルヒートポンプの蓄熱操作温度を低減でき、以って、ケミカルヒートポンプの適用範囲を拡げ得る。要するに、本態様のケミカルヒートポンプシステムの運転方法では、僅かな動力アシストにより脱水反応（蓄熱動作）で発生した蒸気を水和反応（放熱動作）で発生した蒸気と同水準に高位平準化することにより、システムの総合エネルギー効率を改善する。また、ケミカルヒートポンプの蓄熱操作温度を低減して熱源範囲を拡大することでケミカルヒートポンプの適用範囲が拡大する。
【００４６】
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。
【００４７】
以下で説明する実施形態は、本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。
【００４８】
（実施形態）
［装置構成］
図２は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの一例を示す図である。なお、図面において「上」および「下」が、同図の如く取られており、重力は上から下へ作用するものとする。
【００４９】
図２に示す例では、ケミカルヒートポンプシステム１００は、第１タンク１０と、第２タンク１１と、熱入力装置２０と、熱出力装置３０と、水供給装置７０と、制御装置５０と、を備える。
【００５０】
第１タンク１０は、水和反応および脱水反応が行われる化学蓄熱材１３を備える。化学蓄熱材１３は、水和反応および脱水反応が行われ、ケミカルヒートポンプに使用可能な材料であれば、どのようなものであってもよい。化学蓄熱材１３として、例えば、脱水および水和サイクルが行われる水酸化マグネシウム化学蓄熱材または水酸化カルシウム化学蓄熱材などを例示できる。
【００５１】
本実施形態では、第１タンク１０の上端部と下端部には空間が形成されていて、これらの上部空間および下部空間の間の第１タンク１０内に化学蓄熱材１３が設けられている。第１タンク１０には、第１タンク１０の上蓋に接続された第１圧力センサ１４、および、第１タンク１０の上蓋を貫通し、化学蓄熱材１３に至る第１温度センサ１７などを設けてもよい。第１圧力センサ１４により、第１タンク１０の内圧を検知できる。また、第１温度センサ１７により、化学蓄熱材１３の温度を検知できる。なお、第１温度センサ１７として、例えば、熱電対、サーミスタなどを例示できる。
【００５２】
第２タンク１１は、化学蓄熱材１３の脱水反応において、第１タンク１０との連通が遮断され、化学蓄熱材１３の水和反応において、水が供給されるとともに、第１タンク１０との連通が行われる。なお、本実施形態では、第２タンク１１は、第１タンク１０の側壁の周囲に配置されている。
【００５３】
以上により、第１タンク１０の化学蓄熱材１３の反応熱が、第１タンク１０の側壁を介して第２タンク１１内の水に伝熱し得る。
【００５４】
また、第２タンク１１内と第１タンク１０の上部空間とを接続する流路上に、蒸気供給バルブ１２が配置されている。よって、蒸気供給バルブ１２を開くと、第１タンク１０と第２タンク１１との連通が行われ、蒸気供給バルブ１２を閉じると、第１タンク１０と第２タンク１１との連通が遮断される。なお、蒸気供給バルブ１２として、例えば、電磁バルブなどを例示できる。
【００５５】
水供給装置７０は、第２タンク１１に水を供給する。
【００５６】
水供給装置７０は、水流路１６と水ポンプ１５とを備える。つまり、第２タンク１１と連通する水流路１６上に、第２タンク１１内に水を供給するための水ポンプ１５が配置されている。これにより、図示しない水タンクの水が、水ポンプ１５により第２タンク１１へと送られ、第２タンク１１内に水が貯蔵される。水ポンプ１５は、第２タンク１１内に水を供給できれば、どのような構成であってもよい。水ポンプ１５として、例えば、容積型ポンプなどを例示でき、かかる容積型ポンプとして、例えば、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプなどを例示できる。
【００５７】
熱入力装置２０は、化学蓄熱材１３の脱水反応において、第１タンク１０の化学蓄熱材１３に、外部の熱源２００からの熱を供給するための装置である。
【００５８】
熱入力装置２０は、第１熱交換器２５と、熱媒体ポンプ２１と、熱媒体流路２２と、第２熱交換器２３とを備える。
【００５９】
熱媒体流路２２は、熱媒体が循環する流路である。具体的には、熱媒体流路２２は、第１タンク１０の上蓋、化学蓄熱材１３および第１タンク１０の下蓋を通過するように延伸する環状路であり、この環状路を形成する配管内を上記の熱媒体が流れている。
【００６０】
熱媒体流路２２を流れている熱媒体は、外部の熱源２００から化学蓄熱材１３へ熱を移動させるのに使用される。つまり、熱媒体は、化学蓄熱材１３を加熱するのに十分な高温（例えば、約６００℃以下）まで使用可能な液体であれば、どのようなものであってもよい。かかる熱媒体として、例えば、ダウケミカル社のダウサムＡ（登録商標）などを例示できる。
【００６１】
なお、第１熱交換器２５付近の熱媒体流路２２の適所に、第２温度センサ２４を設けてもよい。第２温度センサ２４により、第１熱交換器２５付近の熱媒体の温度を検知できる。なお、第２温度センサ２４として、例えば、熱電対、サーミスタなどを例示できる。
【００６２】
熱媒体ポンプ２１は、熱媒体流路２２上に配置される。熱媒体ポンプ２１により、熱媒体流路２２内で熱媒体が循環する。熱媒体ポンプ２１は、高温の熱媒体を熱媒体流路２２で循環できれば、どのような構成であってもよい。熱媒体ポンプ２１として、例えば、高温で動作可能な容積型ポンプなどを例示でき、かかる容積型ポンプとして、例えば、マグネットポンプ、ギアポンプなどを例示できる。
【００６３】
第１熱交換器２５は、熱媒体流路２２上に配置される。第１熱交換器２５は、外部の熱源２００からの熱を、熱媒体流路２２を循環する熱媒体に与える。例えば、第１熱交換器２５は、約４００℃の外部の熱を受ける。熱媒体の温度は、外部の熱源２００から熱が与えられる前は、外気温であるので、第１熱交換器２５の熱交換により、熱媒体は昇温する。
【００６４】
なお、外部の熱源２００は、熱媒体流路２２を循環する熱媒体に熱を与えることができれば、どのようなものであってもよい。外部の熱源２００として、例えば、トラフ型太陽熱コレクタなどを例示できる。
【００６５】
第２熱交換器２３は、第１タンク１０内の熱媒体流路２２上に配置される。具体的には、化学蓄熱材１３を通過する熱媒体流路２２の部分が、第２熱交換器２３を構成する。第２熱交換器２３の熱交換により、熱媒体の熱が化学蓄熱材１３に与えられ、化学蓄熱材１３は昇温する。
【００６６】
熱出力装置３０は、化学蓄熱材１３の水和反応および脱水反応で発生する蒸気の熱を、外部の熱利用機器３００へ供給するための装置である。なお、外部の熱利用機器３００は、化学蓄熱材１３の水和反応および脱水反応で発生する蒸気の熱を利用できれば、どのような構成であってもよい。熱利用機器３００として、例えば、熱式冷凍機などを例示でき、熱式冷凍機として、例えば、吸着冷凍機などを例示できる。
【００６７】
熱出力装置３０は、第１流路３１および第２流路３５と、圧縮機６２と、圧力調整バルブ３４と、切り替えバルブ６１と、第３流路３６と、第３熱交換器３８と、凝縮水タンク３９と、重量計４０と、を備える。圧縮機６２よりも下流の第１流路３１と圧力調整バルブ３４よりも下流の第２流路３５とが合流している。具体的には、第１流路３１と第２流路３５とが第３流路３６に連通することで合流している。第３流路３６には、第２圧力センサ３７を設けてもよい。第２圧力センサ３７により、第３流路３６を流れている蒸気の圧力を検知できる。つまり、圧縮機６２の排出口側の蒸気の圧力および圧力調整バルブ３４を通過した蒸気の圧力を第２圧力センサ３７で知ることができる。
【００６８】
切り替えバルブ６１は、蒸気が第１流路３１に流れ、かつ第２流路３５に流れない第１状態と、蒸気が第２流路３５に流れ、かつ第１流路３１に流れない第２状態との間で切り替えが行われる。本実施形態では、切り替えバルブ６１は、第１流路３１に設けられた第１バルブ３２と、第２流路３５に設けられた第２バルブ３３とを備える。そして、第１バルブ３２と圧縮機６２とが、第１タンク１０からこの順に第１流路３１に配置されている。また、第２バルブ３３と圧力調整バルブ３４とが、第１タンク１０からこの順に第２流路３５に配置されている。
【００６９】
なお、第１流路および第２流路はそれぞれ別個に、第１タンク１０の下蓋に接続してもよいし、本実施形態の如く、第１タンク１０の下蓋から延伸する流路６０が、この流路６０の下流端で第１流路３１と第２流路３５とに分岐していてもよい。
【００７０】
つまり、後者の流路構造の場合、第１流路３１は、流路６０の下流端から、第１バルブ３２および圧縮機６２を経由して第３流路３６に延伸している流路である。第２流路３５は、流路６０の下流端から、第２バルブ３３および圧力調整バルブ３４を経由して第３流路３６に延伸している流路である。後者の流路構造の方が、前者の流路構造よりも、第１流路３１および第２流路３５を簡易に構成できる。
【００７１】
また、本実施形態では、切り替えバルブ６１は、第１バルブ３２および第２バルブ３３を備える例を説明したが、これに限らない。切り替えバルブ６１は、例えば、流路６０の下流端に設けられた三方弁などで構成されていてもよい。
【００７２】
ここで、第１バルブ３２が開かれ、かつ、第２バルブ３３が閉じられる場合は、第１タンク１０からの蒸気が圧縮機６２で圧縮（断熱圧縮）された後、第３流路３６を通って第３熱交換器３８に送られる。第１バルブ３２が閉じられ、かつ、第２バルブ３３が開かれる場合は、第１タンク１０から第２流路３５を流れている蒸気が圧力調整バルブ３４で調圧された後、第３流路３６を通って第３熱交換器３８に送られる。
【００７３】
圧縮機６２は、第１タンク１０から第１流路３１を流れている蒸気を断熱圧縮できれば、どのような構成であってもよい。圧縮機６２として、例えば、スクロールコンプレッサーなどを例示できる。
【００７４】
第１バルブ３２および第２バルブ３３はそれぞれ、第１流路３１および第２流路３５のそれぞれを開閉することができれば、どのような構成であってもよい。第１バルブ３２および第２バルブ３３として、例えば、電磁バルブなどを例示できるが、蒸気の流量が多い場合は、大容量のゲートバルブを用いることもできる。
【００７５】
圧力調整バルブ３４は、第１タンク１０から第２流路３５を流れている蒸気の流量を制御することで蒸気圧を調整することができれば、どのような構成であってもよい。圧力調整バルブ３４として、例えば、バタフライバルブなどを例示できる。
【００７６】
第３熱交換器３８は、第３流路３６上に配置される。第３熱交換器３８は、第３流路３６を流れている蒸気の熱を外部の熱利用機器３００へ与える。
【００７７】
熱利用機器３００が、例えば、吸着冷凍機である場合、第３熱交換器３８は、吸着冷凍機の吸着器内を通過しており、第３熱交換器３８の熱交換により、再生時に吸着器の吸着材に蒸気の熱を与える。
【００７８】
凝縮水タンク３９は、第３流路３６の端で接続される。第３流路３６を流れている蒸気は、第３熱交換器３８で熱が奪われと、凝縮水になる。よって、凝縮水タンク３９は、第３流路３６内の凝縮水を貯蔵する。なお、この凝縮水は、第２タンク１１に供給する水として再利用しても構わない。
【００７９】
重量計４０は、凝縮水タンク３９に貯蔵される凝縮水量を測定する。凝縮水量を測定することで、外部の熱利用機器３００への出力熱量を予測できる。よって、この凝縮水量に基づいて、外部の熱利用機器３００への出力熱量が所望の値となるように、ケミカルヒートポンプシステム１００を制御できる。
【００８０】
制御装置５０は、上記の切り替えバルブ６１が、上記の第１状態および第２状態のいずれか一方となるように切り替えバルブ６１を制御する。本実施形態では、制御装置５０は、第１バルブ３２および第２バルブ３３のいずれか一方が開くように、これらの第１バルブ３２および第２バルブ３３の開閉を制御する。
【００８１】
具体的には、制御装置５０は、化学蓄熱材１３の脱水反応において、第１バルブ３２を開き、かつ、第２バルブ３３を閉じるように、これらの第１バルブ３２および第２バルブ３３の開閉を制御し、化学蓄熱材１３の水和反応において、第１バルブ３２を閉じ、かつ、第２バルブ３３を開くるように、これらの第１バルブ３２および第２バルブ３３の開閉を制御する。
【００８２】
つまり、制御装置５０は、化学蓄熱材１３の脱水反応において、第１流路３１を流れている蒸気が所定の圧力にまで圧縮されるように圧縮機６２を制御する。また、制御装置５０は、化学蓄熱材１３の水和反応において、第２流路３５を流れている蒸気の圧力が所望の値となるように圧力調整バルブ３４を制御する。
【００８３】
制御装置５０は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御装置５０は、例えば、演算回路（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶回路（図示せず）と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶回路として、例えば、メモリなどを例示できる。
【００８４】
制御装置５０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。例えば、ケミカルヒートポンプシステム１００におけるポンプ制御機能、バルブ制御機能、圧縮機制御機能、温度検知機能、圧力検知機能および重量測定機能などが単独の制御器で構成されていてもよいし、これらの機能の一部が、別々の制御器で構成されていてもよい。
【００８５】
［動作］
以下、実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００の動作の一例について図面を参照しながら説明する。なお、以下のフローチャートに示す動作は、例えば、制御装置５０の演算回路が記憶回路から制御プログラムを読み出すことで行われる。ただし、以下の動作を制御装置５０で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部または全部の動作を行っても構わない。
【００８６】
＜ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）＞
図３は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの脱水反応（蓄熱動作）の一例を説明するための図である。図４は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの脱水反応（蓄熱動作）の一例を示すフローチャートである。図５は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの脱水反応（蓄熱動作）における制御対象機器の動作タイミングチャートの一例を示す図である。
【００８７】
なお、図３では、便宜上、図２のケミカルヒートポンプシステムの構成要素のうち、脱水反応（蓄熱動作）で使用される構成要素を実線で、脱水反応（蓄熱動作）で使用されない構成要素を点線で示している。
【００８８】
ステップＳ００１で、ケミカルヒートポンプシステム１００の脱水反応（蓄熱動作）の開始判定が行われる。
【００８９】
具体的には、第１熱交換器２５の熱交換により、外部の熱源２００からの熱が、第２温度センサ２４付近の熱媒体流路２２内の熱媒体に与えられる。そして、熱媒体の温度の上昇が第２温度センサ２４で検知されと、第１タンク１０と第２タンク１１との連通を遮断するとともに、熱入力装置２０を用いて、第１タンク１０の化学蓄熱材１３に熱を供給することで、以下のとおり、化学蓄熱材１３の脱水反応（蓄熱動作）が開始される。
【００９０】
まず、ステップＳ００２で、熱媒体ポンプ２１の作動および制御が行われる。
【００９１】
具体的には、まず、熱媒体ポンプ２１の作動により、熱媒体流路２２内の熱媒体を循環させる。次いで、熱媒体の温度が所定温度となるように、熱媒体ポンプ２１の操作量を用いて熱媒体の流量を制御する。
【００９２】
ここで、熱媒体の流量は、以下の（式５）に従う。
【００９３】
（式５）  Ｑ＝α・Ｖ・（Ｔ１−Ｔ２）
式（５）において、Ｑは熱量、αは熱媒体の比熱、Ｖは熱媒体の流量、Ｔ１は外部の熱源２００の温度、Ｔ２は熱媒体の温度である。これにより、αは熱媒体の材料に依存する固定値であるので、熱媒体の流量を調整することにより、熱媒体の温度を所定の温度に制御できる。上記の所定温度は、化学蓄熱材１３の大気圧下での蓄熱操作温度が３５０℃程度であることを考慮して、例えば、約４００℃である。なお、この所定温度は例示であって、本例に限定されない。
【００９４】
例えば、制御装置５０は、第２温度センサ２４の検知温度が上記の所定温度となるように、熱媒体ポンプ２１の操作量をフィードバック制御してもよい。なお、「所定温度となる」とは、第２温度センサ２４の検知温度と目標とする所定温度とが、完全に一致することを要求するものではなく、検知温度が所定温度に近づく場合も含み得る。
【００９５】
このようにして、第２熱交換器２３の熱交換により、熱媒体の熱が熱媒体から化学蓄熱材１３に伝わり、化学蓄熱材１３が昇温することで化学蓄熱材１３の脱水反応（蓄熱動作）が行われる。
【００９６】
なお、かかる脱水反応（蓄熱動作）の具体例は、以下の通りである。
【００９７】
例えば、外部の熱源２００から、３５０℃、８１ＫＪの熱量が与えられ、この熱量が、第２熱交換器２３により化学蓄熱材に伝熱されたとき、（式１）に従い、１モルの水酸化マグネシウムから１モルの酸化マグネシウムと１モルの蒸気を生成する。
【００９８】
この１モルの蒸気は、蒸気供給バルブ１２が閉じられているので、全量、第１タンク１０から熱出力装置３０へと送られ、外部の熱利用機器３００に供給される。熱利用機器３００においては蒸気の復水エネルギーが利用され、復水された凝縮水は凝縮水タンク３９に貯蔵される。このとき、熱利用機器３００が利用可能なエネルギーは、水の気化潜熱の（式６）に示される４０．６ＫＪ（化学蓄熱材１３の反応熱の約半分）、凝縮水タンク３９に貯蔵される凝縮水は１モルである。全体として熱入力８１ＫＪに対し熱消費は４０．６ＫＪであるから、ケミカルヒートポンプに蓄えられる熱エネルギーは４０．４ＫＪである。
【００９９】
（式６）Ｈ２Ｏ(液体)  →  Ｈ２Ｏ(ガス)    δH＝−４０．６J/mol  吸熱
なお、以上の具体例の数値は例示であって、本例に限定されない。
【０１００】
次に、ステップＳ００３で、第１バルブ３２が開放される。
【０１０１】
具体的には、化学蓄熱材１３の脱水反応（蓄熱動作）が進行し、第１タンク１０内に蒸気が発生した後、第１バルブ３２を開けると、第１タンク１０から第１流路３１に蒸気が流通する。
【０１０２】
このとき、制御装置５０は、化学蓄熱材１３が昇温することで、第１タンク１０内に蒸気が発生したか否かを判定してもよい。例えば、第１圧力センサ１４の検知圧力が、所定圧力以上であると、第１タンク１０内に蒸気が発生したと判定してもよい。
【０１０３】
なお、上記の所定圧力は、大気の絶対圧が１気圧であることを考慮して、例えば、絶対圧１．０２気圧である。なお、この所定圧力は例示であって、本例に限定されない。
【０１０４】
次に、ステップＳ００４で、圧縮機６２の作動および制御が行われる。
【０１０５】
具体的には、圧縮機６２の作動により、第１流路３１を流通する蒸気が、所定の蒸気圧に圧縮される。すると、所定の蒸気圧の蒸気が、第１流路３１から第３流路３６に送られる。
【０１０６】
このとき、制御装置５０は、第２圧力センサ３７の検知圧力（圧縮機６２の排出口側の蒸気圧力）が、上記の所定の蒸気圧となるように、圧縮機６２の操作量を用いて圧縮機をフィードバック制御してもよい。なお、「所定の蒸気圧となる」とは、第２圧力センサ３７の検知圧力と目標とする所定の蒸気圧とが、完全に一致することを要求するものではなく、検知圧力が所定の蒸気圧に近づく場合も含み得る。
【０１０７】
上記の所定の蒸気圧は、圧縮機６２の圧縮率が４程度である場合には、例えば、絶対圧２．０気圧である。なお、この圧縮率および所定の蒸気圧は例示であって、本例に限定されない。
【０１０８】
このようにして、化学蓄熱材１３の脱水反応で発生する蒸気の熱を外部の熱利用機器３００へ供給する場合、熱出力装置３０の圧縮機６２を用いて、第１タンク１０から第１流路３１を流れている蒸気が圧縮される。つまり、熱出力装置３０の圧縮機６２を用いて、第１タンク１０から第１流路３１を流れている蒸気を圧縮することにより、圧縮機６２の排気口側の蒸気温度が上昇する。また、熱出力装置３０の圧縮機６２を用いて、第１タンク１０から第１流路３１を流れている蒸気を圧縮することにより、圧縮機６２の吸入口側の蒸気圧力が低下する。
【０１０９】
次に、ステップＳ００５で、ケミカルヒートポンプシステム１００の脱水反応（蓄熱動作）の終了判定が行われる。
【０１１０】
具体的には、ケミカルヒートポンプシステム１００の脱水反応（蓄熱動作）の進行中は、化学蓄熱材１３の温度は、約３５０℃でほぼ一定に維持され、反応終了時は、上昇に転じる。よって、制御装置５０は、第１温度センサ１７の検知温度が所定温度になると、ケミカルヒートポンプシステム１００の脱水反応（蓄熱動作）が終了したと判定する。
【０１１１】
上記の所定温度は、化学蓄熱材１３の大気圧下での蓄熱操作温度が３５０℃程度であることを考慮して、例えば、約３６０℃である。なお、この所定温度は例示であって、本例に限定されない。
【０１１２】
次に、ステップＳ００６で、熱媒体ポンプ２１の作動の停止、圧縮機６２の作動の停止および第１バルブ３２の閉止が行われ、一連のケミカルヒートポンプシステム１００の動作が終了する。
【０１１３】
なお、以上のケミカルヒートポンプシステム１００の動作においては、必要に応じて、各ステップの順序などを変更できる。また、必要に応じて、他の公知のステップを追加できる。例えば、図５では、ステップＳ００３の第１バルブ３２が開放された後、ステップＳ００４の圧縮機６２の作動が開始されているが、ステップＳ００３の動作とステップＳ００４の動作とが同時に行われてもよいし、順序が逆であってもよい。
【０１１４】
＜ケミカルヒートポンプの水和反応（放熱動作）＞
図６は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの水和反応（放熱動作）の一例を説明するための図である。図７は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの水和反応（放熱動作）の一例を示すフローチャートである。図８は、実施形態のケミカルヒートポンプシステムの水和反応（放熱動作）における制御対象機器の動作タイミングチャートの一例を示す図である。
【０１１５】
なお、図６では、便宜上、図２のケミカルヒートポンプシステムの構成要素のうち、水和反応（放熱動作）で使用される構成要素を実線で、水和反応（放熱動作）で使用されない構成要素を点線で示している。
【０１１６】
ステップＳ００１で、ケミカルヒートポンプシステム１００の水和反応（放熱動作）の開始判定が行われる。
【０１１７】
具体的には、化学蓄熱材１３の温度が、水和反応（放熱動作）に適した所定温度以上であるか否かが判定される。上記の所定温度は、化学蓄熱材１３において、水から蒸気が発生できる温度であることを考慮して、例えば、約２５０℃である。なお、この所定温度は例示であって、本例に限定されない。そして、化学蓄熱材１３の温度が、上記の所定温度以上であると、以下のとおり、化学蓄熱材１３の水和反応（放熱動作）が開始される。
【０１１８】
まず、ステップＳ００２で、蒸気供給バルブ１２が開放される。すると、第１タンク１０と第２タンク１１との連通が行われる。
【０１１９】
次に、ステップＳ００３で、第２バルブ３３が開放される。すると、第１タンク１０から第２流路３５へ蒸気の供給が可能な状態となる。
【０１２０】
次に、ステップＳ００４で、水ポンプ１５の作動が開始される。これにより、水流路１６を通じて第２タンク１１内に水が供給される。
【０１２１】
このようにして、化学蓄熱材１３から第２タンク１１への伝熱により第２タンク１１内で蒸気が発生し、蒸気は、第１タンク１０に供給される。すると、第１タンク１０の化学蓄熱材１３で蒸気との水和反応（放熱動作）が行われ、化学蓄熱材１３が発熱する。水和反応（放熱動作）に使用されなかった剰余蒸気は第２流路３５に流れる。
【０１２２】
なお、かかる水和反応（放熱動作）の具体例は、以下の通りである。
【０１２３】
ここでは、化学蓄熱材１３の脱水反応（蓄熱動作）の終了直後、化学蓄熱材１３の温度が、例えば、３５０℃である状態から水和反応（放熱動作）が開始される場合について説明する。
【０１２４】
上記の状態から蒸気供給バルブ１２を開放し、第２タンク１１に水を供給する。なお、ここでは、エネルギーの計算上、水の顕熱（液体の水の温度上昇に伴う熱消費）を無視し、第２タンク１１に供給される水温を１００℃と仮定する。
【０１２５】
このとき、化学蓄熱材１３の保有する熱は、第１タンク１０の側壁から第２タンク１１内の水に伝熱し、第２タンク１１内の水は気化して蒸気になる、この蒸気は、蒸気供給バルブ１２を介して第１タンク１０に供給される。
【０１２６】
第１タンク１０内では、（式２）に従い、１モルの酸化マグネシウムが１モルの蒸気と反応し、１モルの水酸化マグネシウムを生成する。このとき、８１ＫＪの熱を発生する。
この８１ＫＪの反応熱は１．９９モルの水の気化熱に相当する。すなわち、上記反応に預かる１モル（気化熱換算で４０．６ＫＪ）の蒸気のほかに、０．９９モル（気化熱換算で４０．４ＫＪ）の蒸気が第１タンク１０内で生成される。
【０１２７】
よって、１．９９モルの蒸気のうち、１モルが水和反応（放熱反応）に消費され、剰余の０．９９モルの蒸気は、第２流路３５から外部の熱利用機器３００に出力される。この剰余蒸気は、外部の熱利用機器３００においてエネルギー消費され、その後、復水して、凝縮水タンク３９に貯蔵される。このとき、外部の熱利用機器３００で利用可能なエネルギーは当然に４０．４ＫＪである。また、凝縮水タンク３９に貯蔵される水は当然に０．９９モルである。
【０１２８】
すなわち、上記の脱水反応（蓄熱動作）において、ケミカルヒートポンプに蓄えられた４０．４ＫＪの熱が、この水和反応（放熱動作）で回収されることとなる。
【０１２９】
なお、以上の具体例の数値は例示であって、本例に限定されない。
【０１３０】
次に、ステップＳ００５で、圧力調整バルブ３４の開度が制御される。
【０１３１】
具体的には、熱出力装置３０の圧力調整バルブ３４を用いて、第１タンク１０から第２流路３５を流れている蒸気の流量を制御することで蒸気圧が調整される。
【０１３２】
例えば、制御装置５０は、第２圧力センサ３７の検知圧力が、所定の蒸気圧となるように、この圧力調整バルブ３４の開度をフィードバック制御してもよい。これにより、所定の蒸気圧の蒸気が、第２流路３５から第３流路３６に送られる。なお、「所定の蒸気圧となる」とは、第２圧力センサ３７の検知圧力と目標とする所定の蒸気圧とが、完全に一致することを要求するものではなく、検知圧力が所定の蒸気圧に近づく場合も含み得る。
【０１３３】
なお、上記の所定圧力は、例えば、絶対圧２．０気圧である。なお、この所定圧力は例示であって、本例に限定されない。
【０１３４】
次に、ステップＳ００６で、水ポンプ１５の制御が行われる。
【０１３５】
具体的には、制御装置５０は、重量計４０の検知重量に基づいて、外部の熱利用機器３００への出力熱量を演算する。
【０１３６】
この出力熱量は、以下の（式７）に従う。
【０１３７】
（式７）  Ｑ＝Ｈ・Ｗ
（式７）において、Ｑは出力熱量、Ｈは水の凝縮潜熱、Ｗは水重量の増加速度である。水の凝縮潜熱の一般値は2256/ｋｇであり、例えば、一分間に１ｋｇの水重量増加が観測された場合には、出力熱量は毎分2256ＫＪ（＝95.8ｋＷｈ）である。
【０１３８】
よって、制御装置５０の演算回路は、記憶回路に保存された上記（式７）を用いて、重量計４０の検知重量から出力熱量Ｑの演算を行い、この演算結果が、所望の値となるように、水ポンプ１５の操作量をフィードバック制御してもよい。
【０１３９】
次に、ステップＳ００７で、ケミカルヒートポンプシステム１００の水和反応（放熱動作）の終了判定が行われる。
【０１４０】
具体的には、制御装置５０は、第１温度センサ１７の検知温度が所定温度になると、ケミカルヒートポンプシステム１００の水和反応（放熱動作）が終了したと判定する。
【０１４１】
上記の所定温度は、例えば、約１８０℃である。なお、この所定温度は例示であって、本例に限定されない。
【０１４２】
次に、ステップＳ００８で、水ポンプ１５の作動が停止される。これにより、第２タンク１１への水の供給が停止する。
【０１４３】
次に、ステップＳ００９で、圧力調整バルブ３４の開度制御の停止、蒸気供給バルブ１２の閉止および第２バルブ３３の閉止が行われ、一連のケミカルヒートポンプシステム１００の動作が終了する。
【０１４４】
なお、以上のケミカルヒートポンプシステム１００の動作においては、必要に応じて、各ステップの順序などを変更できる。また、必要に応じて、他の公知のステップを追加できる。例えば、図８では、ステップＳ００２の蒸気供給バルブ１２が開放された後、ステップ００３の第２バルブ３３が開放され、その後、ステップＳ００４の水ポンプ１５の作動が開始されている。しかし、ステップＳ００２の動作とステップＳ００３の動作とステップＳ００４の動作が同時に行われてもよいし、順序が逆であってもよい。
【０１４５】
以上により、本実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００、および、本実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００の運転方法は、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器３００（例えば、熱式冷凍機）を駆動する場合において、ケミカルヒートポンプを従来よりも適切に操作し得る。例えば、熱出力装置３０の圧縮機６２を用いて、ケミカルヒートポンプの脱水反応（蓄熱動作）で発生する蒸気を断熱圧縮できるので、二重効用式吸着冷凍機などの様々な外部の熱利用機器３００を無理なく駆動できる。また、蒸気の断熱圧縮により、ケミカルヒートポンプの蓄熱操作温度を低減でき、以って、ケミカルヒートポンプの適用範囲を拡げ得る。要するに、本実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００、および、本実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００の運転方法では、僅かな動力アシストにより脱水反応（蓄熱動作）で発生した蒸気を水和反応（放熱動作）で発生した蒸気と同水準に高位平準化することにより、システムの総合エネルギー効率を改善する。また、ケミカルヒートポンプの蓄熱操作温度を低減して熱源範囲を拡大することでケミカルヒートポンプの適用範囲が拡大する。
【０１４６】
また、本実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００、および、本実施形態のケミカルヒートポンプシステム１００の運転方法は、圧力調整バルブ３４を用いて、化学蓄熱材１３の水和反応において、第２流路３５を流れる蒸気の圧力を所望の値に制御できる。
【０１４７】
特に、以上に例示した化学蓄熱材１３の脱水反応（蓄熱反応）の具体例および水和反応（放熱動作）の具体例から容易に理解できるとおり、ケミカルヒートポンプは、脱水反応（蓄熱反応）および水和反応（放熱動作）の両方において、外部の熱利用機器にエネルギーを供給できるとともに、両方で利用可能なエネルギーはほぼ等しいという特徴を備える。
【０１４８】
従って、例えば、太陽熱を熱源として熱式冷凍機を駆動する太陽熱冷房と組み合わせた場合、昼間は蓄熱しながら冷房を行い、夜間は放熱しながら冷房を行うことができる。そして、このことは、昼夜にわたり冷房を止めずにバックアップ動作し得ることを意味する。よって、本開示の一態様は、従来の太陽熱冷房技術において望まれていた長時間の夜間バックアップを可能とするという利便性を提供し、とりわけ、特に年を通じて日照量が大きく、従って年を通じて昼夜とも気温が高くて冷房需要が大きい熱帯地域、もしくは、サンベルト地域において高い費用対効果が期待できる技術となり得る。
【０１４９】
上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本開示の一態様は、ケミカルヒートポンプの熱で外部の熱利用機器（例えば、熱式冷凍機）を駆動する場合において、ケミカルヒートポンプを従来よりも適切に操作し得るケミカルヒートポンプシステム、および、ケミカルヒートポンプシステムの運転方法に利用できる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０      ：第１タンク
１１      ：第２タンク
１２      ：蒸気供給バルブ
１３      ：化学蓄熱材
１４      ：第１圧力センサ
１５      ：水ポンプ
１６      ：水流路
１７      ：第１温度センサ
２０      ：熱入力装置
２１      ：熱媒体ポンプ
２２      ：熱媒体流路
２３      ：第２熱交換器
２４      ：第２温度センサ
２５      ：第１熱交換器
３０      ：熱出力装置
３１      ：第１流路
３２      ：第１バルブ
３３      ：第２バルブ
３４      ：圧力調整バルブ
３５      ：第２流路
３６      ：第３流路
３７      ：第２圧力センサ
３８      ：第３熱交換器
３９      ：凝縮水タンク
４０      ：重量計
５０      ：制御装置
６０      ：流路
６１      ：切り替えバルブ
６２      ：圧縮機
７０      ：水供給装置
１００    ：ケミカルヒートポンプシステム
２００    ：熱源
３００    ：熱利用機器
【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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