(57)【要約】【課題】  吸着式冷凍サイクルを利用して冷熱生成を行うための運転効率の向上を図り得る吸着式ヒートポンプを提供する。【解決手段】  一対の吸着槽２ａ，２ｂ間で脱着−凝縮工程と吸着−蒸発工程との工程切換を交互に繰り返すバッチ処理モードを行う。今回から次回への工程切換の際に顕熱交換モードを介在させる。放熱部４から中温の熱媒を今回は脱着工程の熱交換器２２ａに供給し、通過後にバイパス通路１２を通して次回に脱着工程を行う熱交換器２２ｂに流した上で戻す。冷却部５から低温の熱媒を今回は凝縮工程の熱交換器２３ａに供給し、通過後にバイパス通路１４を通して次回に凝縮工程を行う熱交換器２３ｂに流した上で戻す。バッチ処理モードを単純切換する場合には廃棄されていた顕熱の有効利用により、次工程の熱的条件に予め近付け得る。【選択図】      図５
2009121740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の一体型吸着槽と、各吸着槽に所定の熱媒を循環供給させる熱媒供給系と、この熱媒供給系による熱媒供給を切換制御することで冷熱生成のための運転制御を実行する運転制御手段とを備え、上記各吸着槽は、内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設されて構成され、上記熱媒供給系は、上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し吸着／脱着用及び凝縮／蒸発用のために温度の異なる熱媒を循環供給させる複数の熱媒供給源と、上記各熱媒供給源からの熱媒を上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し個別かつ切換可能に供給する通路及びこの通路を切換える切換部とを備えてなる吸着式ヒートポンプであって、
上記運転制御手段は、運転制御モードとして、上記熱媒供給源から熱媒を循環供給させることにより、一方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で脱着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮させる脱着−凝縮工程を実行させている間に、併行して他方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で吸着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により蒸発させる吸着−蒸発工程を実行させ、この脱着−凝縮工程及び吸着−蒸発工程を上記一対の吸着槽の間で交互に工程切換えさせて繰り返すバッチ処理モードと、その工程切換の間に介在させて一対の吸着槽間で顕熱を交換させる顕熱交換モードと、を備え、
上記顕熱交換モードは、前工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽から次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し熱媒が流れるように熱媒の流れを切換制御するように構成されている
ことを特徴とする吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の吸着式ヒートポンプであって、
一対の吸着槽内の両吸着／脱着用熱交換器の間で一方から他方に熱媒を流すためのバイパス通路と、上記一対の吸着槽内の両凝縮／蒸発用熱交換器の間で一方から他方に熱媒を流すためのバイパス通路とをさらに備え、
上記運転制御手段は、上記一対の吸着槽間で熱媒が上記バイパス通路を通過するように熱媒の流れを切換制御することにより顕熱交換モードを実行するように構成されている、吸着式ヒートポンプ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の吸着式ヒートポンプであって、
上記次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽を通過した後の戻り側の熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段をさらに備え、
上記運転制御手段は、上記顕熱交換モードを、上記熱媒温度検出手段により上記次工程のバッチ処理モードにより開始される脱着−凝縮工程で供給される熱媒温度近傍まで上昇したことが検知されるまで継続させるように構成されている、吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
一対の一体型吸着槽と、各吸着槽に所定の熱媒を循環供給させる熱媒供給系と、この熱媒供給系による熱媒供給を切換制御することで冷熱生成のための運転制御を実行する運転制御手段とを備え、上記各吸着槽は、内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設されて構成され、上記熱媒供給系は、上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し吸着／脱着用及び凝縮／蒸発用のために温度の異なる熱媒を循環供給させる複数の熱媒供給源と、上記各熱媒供給源からの熱媒を上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し個別かつ切換可能に供給する通路及びこの通路を切換える切換部とを備え、上記熱媒供給源から熱媒を循環供給させることにより、一方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で脱着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮させる脱着−凝縮工程を実行させている間に、併行して他方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で吸着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により蒸発させる吸着−蒸発工程を実行させ、この脱着−凝縮工程及び吸着−蒸発工程を上記一対の吸着槽の間で交互に工程切換えさせて繰り返すバッチ処理モードによって冷熱生成を行う吸着式ヒートポンプの運転制御方法であって、
今回のバッチ処理モードの終了後であって次回のバッチ処理モードを開始する前に、今回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽から次回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し熱媒が流れるように熱媒の流れを切換制御する顕熱交換モードを実行し、この顕熱交換モードの実行により一対の吸着槽間で顕熱を交換させた上で、上記次回のバッチ処理モードを開始させるようにする
ことを特徴とする吸着式ヒートポンプの運転制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の吸着式ヒートポンプの運転制御方法であって、
上記今回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽から流された熱媒が上記次回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽を通過した後の温度を検出して、その熱媒の温度が上記次工程のバッチ処理モードにより開始される脱着−凝縮工程で供給される熱媒温度近傍まで上昇したことを条件に、上記顕熱交換モードの実行を終了させて上記次回のバッチ処理モードを開始させるようにする、吸着式ヒートポンプの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着式冷凍サイクルを利用した吸着式ヒートポンプであって、吸着質の吸着又は脱着を行う吸着／脱着用熱交換器と、吸着質を凝縮させる又は凝縮した吸着質を蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器とを１つのハウジング内に配設した一体型吸着槽を用いた吸着式ヒートポンプ及びその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸着式冷凍サイクルを利用したシステムとして、内部に吸着質を封入した１つのハウジング内に吸着／脱着用熱交換器と、凝縮用熱交換器と、蒸発用熱交換器とを配設した吸着槽を４つ備え、各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器に対する熱媒の温度を切換えることにより、脱着−凝縮工程と、吸着−蒸発工程とを４つの吸着槽で順に切換えていき、これにより、連続した冷熱取り出しを行うようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。このものでは、吸着槽の構成として、１つのハウジング内の下側位置に蒸発用熱交換器を、上側位置に吸着／脱着用熱交換器をそれぞれ配設すると共に、吸着／脱着用熱交換器の周囲側方位置に凝縮用熱交換器を配設している。
【０００３】
又、一対の吸着／脱着用熱交換器と、この一対の吸着／脱着用熱交換器の上側位置に配設した１つの凝縮用熱交換器と、上記一対の吸着／脱着用熱交換器の下側位置に１つの蒸発用熱交換器とを組み合わせ、各吸着／脱着用熱交換器と、凝縮用熱交換器と、蒸発用熱交換器とをそれぞれ個別に密閉空間に区画収容して水蒸気バルブにより吸着質を移動させるようにしたものも知られている（例えば特許文献２参照）。このものでは一対の吸着／脱着用熱交換器で脱着−凝縮工程と、吸着−蒸発工程とを交互に切換えて、連続した冷熱取り出しを行うようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５２８８９号公報
【特許文献２】特許３４９０５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、吸着式冷凍サイクルを利用して低温排熱を熱源として冷熱を連続して取り出すためには、吸着／脱着を行うコア部分として同じ構成のものを少なくとも２つ備えるようにして、吸着／脱着を交互に繰り返させることが必要になるため、全体システムの大型化を招くことになる。このため、全体システムの小型化を図る上で、凝縮用熱交換器と蒸発用熱交換器とを１つの熱交換器で共用し、つまり凝縮器と蒸発器とを一体型にして、吸着／脱着用熱交換器と共に１つのハウジング内の同じ空間に配設した一体型吸着槽を用いるようにすることが考えられている。例えば図６に示すように、一体型吸着槽１００として、１つのハウジング１０１内の上側位置に吸着剤(例えばシリカゲル)を設けた吸着／脱着用の１つの熱交換器１０２を、下側位置に凝縮／蒸発用の１つの熱交換器１０３をそれぞれ配設し、真空ポンプ１０４により所定の真空状態にしたハウジング１０１の内部に吸着質(例えば水)Ｗを封入するのである。
【０００６】
このような一体型吸着槽１００，１００を複数個(例えば２つ)用いて構成した場合の吸着式ヒートポンプの例の構成と冷熱取り出しに関する作動原理について図７の例に基づいて簡単に説明すると、次のようになる。図７中の符号、１１０は例えば廃棄温水等の廃熱を利用して熱媒を所定の高温状態にして保持する高温熱媒部、１１１は熱媒を所定の低温状態に維持して保持する放熱部(例えば室外機)、１１２はこれに戻される最も低温の熱媒から熱交換により冷熱を回収して取り出すための冷熱取り出し用熱交換器を内蔵した冷却部、１１３，１１４，１１５，１１６はそれぞれ４つの開閉弁Ｖ１〜Ｖ４を備えて構成された第１〜第４切換部である。
【０００７】
まず、一方(例えば図７の左側)の吸着槽１００での脱着−凝縮工程が次のようにして行われる。すなわち、上記一方の吸着槽１００内の吸着／脱着用熱交換器１０２では、ポンプ１１７の作動により高温熱媒部１１０から温度TH（例えば８０℃）の熱媒が第２切換部１１４（Ｖ３を開）を通して内部に供給されると、その熱媒により吸着剤が加熱されて脱着(脱離・再生)工程を行うようになり、これにより、吸着剤がそれまで吸着していた水蒸気(気相吸着質)を放出して脱着させることになる。その際、併せて上記一方の吸着槽１００内の凝縮／蒸発用熱交換器１０３では、ポンプ１１８の作動により放熱部１１１から温度TM（例えば４０℃）の熱媒の一部が第４切換部１１６（Ｖ１を開）を通して内部に供給されて凝縮器として機能するようになる。このため、上記の脱着した水蒸気は主として凝縮／蒸発用熱交換器１０３の外表面と接触することにより凝縮・液化し、ハウジング１０１内の底部に水（液相吸着質）となって溜まることになる。
【０００８】
これと併行して、他方(図７の右側)の吸着槽１００では吸着−蒸発工程が次のようにして行われることになる。すなわち、上記の他方の吸着槽１００内の吸着／脱着用熱交換器１０２では、ポンプ１１８の作動により放熱部１１１から熱媒の残りが第２切換部１１４（Ｖ２を開）を通して内部に供給されて吸着剤が冷却されると、吸着／脱着用熱交換器１０２の吸着剤はハウジング１０１内の水蒸気を吸着する吸着工程を行うようになる。そして、上記の他方の吸着槽１００内の凝縮／蒸発用熱交換器１０３では、冷却部１１２の冷熱取り出し熱交換器との熱交換により昇温した温度TL（例えば１５℃）の熱媒がポンプ１１９の作動により第４切換部１１６（Ｖ４を開）を通して内部に供給され、これにより、蒸発器として機能するようになる。これにより、前工程での凝縮・液化によりハウジング１０１の底部に溜まった水が蒸発し、この蒸発の気化熱により凝縮／蒸発用熱交換器１０３内の熱媒が冷却されて温度低下し、温度低下した熱媒が第３切換部１１５を介して冷却部１１２に戻されることになる。そして、冷却部１１２に戻された熱媒から冷却部１１２内の冷熱取り出し熱交換器での熱交換によって冷熱の取り出しが行われることになる。
【０００９】
以上の一方の吸着槽１００での脱着−凝縮工程と、他方の吸着槽１００での吸着−蒸発工程とがそれぞれバッチ処理により一対の吸着槽１００，１００間で交互に切換えられ、この交互の工程切換が繰り返し行われることにより上記の冷却部１１２での冷熱取り出しが連続して行われることになる。
【００１０】
しかしながら、このような一体型吸着槽１００，１００を用いた吸着式ヒートポンプによると、各一体型吸着槽１００において上記の工程切換の際にそれまでの工程の進行に伴い生じた顕熱が無駄に廃棄されて顕熱ロスを招いたり、あるいは、その顕熱により冷熱生成の効率低下を招いたりするという不都合を有している。
【００１１】
例えば、脱着−凝縮工程にある上記一方の吸着槽１００の吸着／脱着用熱交換器１０２には高温熱媒部１１０から温度TH（例えば８０℃）の熱媒が供給され、この熱媒により吸着／脱着用熱交換器１０２が加熱されて脱着工程が行われるものの、次の工程切換により同じ吸着／脱着用熱交換器１０２に対し吸着工程を行うために放熱部１１１から温度TM（例えば４０℃）の熱媒が供給され、これにより前工程で８０℃まで暖められた吸着／脱着用熱交換器１０２を冷却することになる。この際の熱交換により昇温された熱媒は放熱部１１１に戻されて、この放熱部１１１で温度TMまで放熱・冷却されることになり、顕熱が無駄に廃棄される結果となっている。
【００１２】
あるいは、脱着−凝縮工程にある上記一方の吸着槽１００の凝縮／蒸発用熱交換器１０３には放熱部１１１から温度TM（例えば４０℃）の熱媒が供給されて凝縮工程が行われていたのが、上記の工程切換によって、同じ凝縮／蒸発用熱交換器１０３に対し冷却部１１２から温度TL（例えば１５℃）の熱媒が供給開始されて冷却部１１２との間で循環されることになり、工程切換の当初はそれまで供給されていた温度TMの熱媒が冷却部１１２に戻されてしまうことになる。これにより、冷却部１１２での冷熱取り出しの効率が一時的に低下する結果を招くことになる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、以上の不都合を抑制・解消することにあり、吸着式冷凍サイクルを利用して冷熱生成を行うための運転効率の向上を図り得る吸着式ヒートポンプ及びその運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、一対の一体型吸着槽と、各吸着槽に所定の熱媒を循環供給させる熱媒供給系と、この熱媒供給系による熱媒供給を切換制御することで冷熱生成のための運転制御を実行する運転制御手段とを備え、上記各吸着槽は、内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設されて構成され、上記熱媒供給系は、上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し吸着／脱着用及び凝縮／蒸発用のために温度の異なる熱媒を循環供給させる複数の熱媒供給源と、上記各熱媒供給源からの熱媒を上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し個別かつ切換可能に供給する通路及びこの通路を切換える切換部とを備えてなる吸着式ヒートポンプを対象にして、次の特定事項を備えるようにした。
【００１５】
すなわち、上記運転制御手段として、運転制御モードとして、上記熱媒供給源から熱媒を循環供給させることにより、一方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で脱着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮させる脱着−凝縮工程を実行させている間に、併行して他方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で吸着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により蒸発させる吸着−蒸発工程を実行させ、この脱着−凝縮工程及び吸着−蒸発工程を上記一対の吸着槽の間で交互に工程切換えさせて繰り返すバッチ処理モードと、その工程切換の間に介在させて一対の吸着槽間で顕熱を交換させる顕熱交換モードと、を備えるようにする。そして、上記顕熱交換モードとして、前工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽から次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し熱媒が流れるように熱媒の流れを切換制御する構成とする（請求項１）。
【００１６】
本発明の場合、単に工程切換するだけでバッチ処理モードを繰り返す単純切換の場合には工程切換直後にそれまでの前工程で受けた顕熱が外部に廃棄されていたのに対し、本発明の如く顕熱交換モードを介在させることによって、その顕熱を次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に付与して次工程の熱的条件に予め近付けて準備させることが可能となり、次工程の進行を開始直後からスムースにさせることが可能となると共に、上記の廃棄されていた顕熱の有効利用が図られる。このため、吸着式冷凍サイクルを利用した吸着式ヒートポンプの運転効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
本発明の吸着式ヒートポンプにおいて、一対の吸着槽内の両吸着／脱着用熱交換器の間で一方から他方に熱媒を流すためのバイパス通路と、上記一対の吸着槽内の両凝縮／蒸発用熱交換器の間で一方から他方に熱媒を流すためのバイパス通路とをさらに備えることとし、上記運転制御手段として、上記一対の吸着槽間で熱媒が上記バイパス通路を通過するように熱媒の流れを切換制御することにより顕熱交換モードを実行する構成とすることができる（請求項２）。この場合、一方の吸着槽から他方の吸着槽へ熱媒を直接的に流すことが上記バイパス通路を通るように熱媒の流れを切換制御するだけで容易に実現させることが可能となり、一方の吸着槽から他方の吸着槽への熱媒の直接的な流れに基づく顕熱の交換によって、上記発明の作用を確実に得られるようになる。
【００１８】
又、本発明の吸着式ヒートポンプにおいて、上記次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽を通過した後の戻り側の熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段をさらに備え、上記運転制御手段として、上記顕熱交換モードを、上記熱媒温度検出手段により上記次工程のバッチ処理モードにより開始される脱着−凝縮工程で供給される熱媒温度近傍まで上昇したことが検知されるまで継続させる構成とすることができる（請求項３）。この場合には、前工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽の顕熱が、上記次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し確実に移動されて顕熱交換が行われたことを確認した上で、次工程のバッチ処理モードを開始させることが可能となる。これによって、本発明の顕熱交換を確実に実現させて、本発明の作用を確実に得られるようになる。
【００１９】
一方、吸着式ヒートポンプの運転制御方法に係る発明では、一対の一体型吸着槽と、各吸着槽に所定の熱媒を循環供給させる熱媒供給系と、この熱媒供給系による熱媒供給を切換制御することで冷熱生成のための運転制御を実行する運転制御手段とを備え、上記各吸着槽は、内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設されて構成され、上記熱媒供給系は、上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し吸着／脱着用及び凝縮／蒸発用のために温度の異なる熱媒を循環供給させる複数の熱媒供給源と、上記各熱媒供給源からの熱媒を上記各吸着槽内の吸着／脱着用熱交換器及び凝縮／蒸発用熱交換器に対し個別かつ切換可能に供給する通路及びこの通路を切換える切換部とを備え、上記熱媒供給源から熱媒を循環供給させることにより、一方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で脱着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮させる脱着−凝縮工程を実行させている間に、併行して他方の吸着槽の吸着／脱着用熱交換器で吸着させつつ凝縮／蒸発用熱交換器により蒸発させる吸着−蒸発工程を実行させ、この脱着−凝縮工程及び吸着−蒸発工程を上記一対の吸着槽の間で交互に工程切換えさせて繰り返すバッチ処理モードによって冷熱生成を行う吸着式ヒートポンプの運転制御方法を対象にして、次の特定事項を備えることとした。
【００２０】
すなわち、今回のバッチ処理モードの終了後であって次回のバッチ処理モードを開始する前に、今回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽から次回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し熱媒が流れるように熱媒の流れを切換制御する顕熱交換モードを実行し、この顕熱交換モードの実行により一対の吸着槽間で顕熱を交換させた上で、上記次回のバッチ処理モードを開始させるようにする（請求項４）。この吸着式ヒートポンプの運転制御方法の場合、上記の請求項１の発明により得られる作用と同様の作用を得ることが可能となる。
【００２１】
又、上記の吸着式ヒートポンプの運転制御方法において、上記今回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽から流された熱媒が上記次回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽を通過した後の温度を検出して、その熱媒の温度が上記次工程のバッチ処理モードにより開始される脱着−凝縮工程で供給される熱媒温度近傍まで上昇したことを条件に、上記顕熱交換モードの実行を終了させて上記次回のバッチ処理モードを開始させるようにすることができる（請求項５）。この場合には、今回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽の顕熱が、次回のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し確実に移動されて顕熱交換が行われたことを確認した上で次回のバッチ処理モードを開始させることが可能となる。これによって、請求項４に係る発明の運転制御方法に基づく顕熱交換を確実に実現させて、その作用を確実に得られるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明したように、請求項１〜請求項３のいずれかの吸着式ヒートポンプによれば、単に工程切換するだけでバッチ処理モードを繰り返す単純切換の場合には前工程で受けた顕熱が工程切換直後に外部に廃棄されていたのに対し、顕熱交換モードを介在させることによって、上記顕熱を次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に付与して次工程の熱的条件に予め近付けて準備させることができるようになる。これにより、次工程の進行を開始直後からスムースにさせることができると共に、上記の廃棄されていた顕熱の有効利用を図ることができるようになる。これにより、吸着式冷凍サイクルを利用した吸着式ヒートポンプの運転効率を向上させることができる。
【００２３】
特に、請求項２によれば、熱媒の流れをバイパス通路へ切換えるだけで、一方の吸着槽から他方の吸着槽へ熱媒を直接的に流すことができるようになり、一方の吸着槽から他方の吸着槽への熱媒の直接的な流れに基づく顕熱の交換によって、本発明の効果を確実に得ることができるようになる。
【００２４】
又、請求項３によれば、前工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が実行された側の吸着槽の顕熱が、上記次工程のバッチ処理モードにより脱着−凝縮工程が開始される側の吸着槽に対し確実に移動されて顕熱交換が行われたことを確認した上で、次工程のバッチ処理モードを開始させることができるようになり、これにより、上記の顕熱交換を確実に実現させることができ、本発明の効果を確実に得ることができるようになる。
【００２５】
一方、請求項４又は請求項５の吸着式ヒートポンプの運転制御方法によれば、上記の請求項１の吸着式ヒートポンプにより得られる効果と同様の効果を得ることができ、特に請求項５によれば、上記請求項３に係る吸着式ヒートポンプにより得られる効果と同様の効果を得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプの例を示す原理図である。同図において、符号２ａ，２ｂは一体型吸着槽、３は例えば廃棄温水等の廃熱を利用して熱媒を所定の高温状態にして保持する高温熱媒部、４は熱媒を所定の低温状態に維持して保持する放熱部(例えば室外機)、５はこれに戻される最も低温の熱媒から熱交換により冷熱を回収して取り出すための冷熱取り出し用熱交換器を内蔵した冷却部、６，７，８，９はそれぞれ４つの開閉弁Ｖ１〜Ｖ４，Ｖ５〜Ｖ８，Ｖ９〜Ｖ１２，Ｖ１３〜Ｖ１６を備えて構成された第１〜第４切換部、１１，１２，１３，１４はそれぞれ開閉弁Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ２４が介装されて各切換部６，７，８，９をバイパスするために配設されたバイパス通路である。上記の高温熱媒部３、放熱部４及び冷却部５及びそれぞれに付設された後述のポンプ３１，４１，５１が熱媒供給源を構成し、後述の各種通路３２，３３、４２〜４７、５２，５３、６１ａ，６１ｂ、７１ａ，７１ｂ、８１ａ，８１ｂ、９１ａ，９１ｂや各切換部６〜９と共に熱媒供給系を構成する。
【００２８】
上記一対の一体型吸着槽２ａ，２ｂは、互いに同じ構成を有しており、吸着槽２ａはハウジング２１ａ内に吸着／脱着用熱交換器２２ａと、凝縮／蒸発用熱交換器２３ａとの双方が配設されて構成されたものであり、吸着槽２ｂも同様にハウジング２１ｂ内に吸着／脱着用熱交換器２２ｂと、凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂとの双方が配設されて構成されたものである。上記各ハウジング２１ａ，２１ｂは内部が図示省略の真空ポンプ等により略真空状態に維持されて、内部には例えば水、アルコール、アンモニア等の吸着質が所要量封入されている。又、上記各吸着／脱着用熱交換器２２ａ，２２ｂにはその外表面に例えばゼオライト、シリカゲル、活性炭等の吸着剤が固定されている。
【００２９】
上記高温熱媒部３からはポンプ３１の作動により温度TH（例えば８０℃）の熱媒が往き路３２を通して第２切換部７に供給され、開閉弁Ｖ７を開にすればその熱媒が通路７１ａを通して吸着槽２ａの吸着／脱着用熱交換器２２ａに，あるいは、開閉弁Ｖ８を開にすればその熱媒が通路７１ｂを通して吸着槽２ｂの吸着／脱着用熱交換器２２ｂに供給されるようになっている。そして、各吸着／脱着用熱交換器２２ａ，２２ｂからは通路６１ａ，６１ｂを通して第１切換部６に戻され、さらに、対応する開閉弁Ｖ３，Ｖ４及び戻り路３３を通して上記高温熱媒部３に戻されて再び上記温度THまで熱媒が昇温されて循環されるようになっている。
【００３０】
上記放熱部４からはポンプ４１の作動により往き路４２を通して温度TM（例えば４０℃）の熱媒が２つに分岐した往き路４３，４４を経て第２切換部７及び第４切換部９に分岐供給されるようになっている。第２切換部７では開閉弁Ｖ５を開にすればその熱媒が通路７１ａを通して吸着槽２ａの吸着／脱着用熱交換器２２ａに，あるいは、開閉弁Ｖ６を開にすればその熱媒が通路７１ｂを通して吸着槽２ｂの吸着／脱着用熱交換器２２ｂに供給されるようになっている。そして、各吸着／脱着用熱交換器２２ａ，２２ｂからは通路６１ａ，６１ｂを通して第１切換部６に戻され、さらに、対応する開閉弁Ｖ１，Ｖ２及び戻り路４６，４７を通して上記放熱部４に戻されて再び上記温度TMまで熱媒が冷却・降温されて循環されるようになっている。又、第４切換部９では開閉弁Ｖ１３を開にすればその熱媒が通路９１ａを通して吸着槽２ａの凝縮／蒸発用熱交換器２３ａに，あるいは、開閉弁Ｖ１４を開にすればその熱媒が通路９１ｂを通して吸着槽２ｂの凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂに供給されるようになっている。そして、各凝縮／蒸発用熱交換器２３ａ，２３ｂからは通路８１ａ，８１ｂを通して第３切換部８に戻され、さらに、対応する開閉弁Ｖ９，Ｖ１０及び戻り路４５，４７を通して上記放熱部４に戻されて再び上記温度TMまで熱媒が冷却・降温されて循環されるようになっている。
【００３１】
上記冷却部５からはポンプ５１の作動により温度TＬ（例えば１５℃）の熱媒が往き路５２を通して第４切換部９に供給され、開閉弁Ｖ１５を開にすればその熱媒が通路９１ａを通して吸着槽２ａの凝縮／蒸発用熱交換器２３ａに，あるいは、開閉弁Ｖ１６を開にすればその熱媒が通路９１ｂを通して吸着槽２ｂの凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂに供給されるようになっている。そして、各凝縮／蒸発用熱交換器２３ａ，２３ｂからは通路８１ａ，８１ｂを通して第３切換部８に戻され、さらに、対応する開閉弁Ｖ１１，Ｖ１２及び戻り路５３を通して上記冷却部５に戻されて、冷熱取り出し後に再び上記温度TLの熱媒が循環されるようになっている。
【００３２】
又、バイパス通路１１は通路６１ｂと通路７１ａとの間を接続するように配設され、開閉弁Ｖ２１を開にすることにより両通路６１ｂ，７１ａとが互いに連通されるようになっている。バイパス通路１２は通路６１ａと通路７１ｂとの間を接続するように配設され、開閉弁Ｖ２２を開にすることにより両通路６１ａ，７１ｂとが互いに連通されるようになっている。バイパス通路１３は通路８１ｂと通路９１ａとの間を接続するように配設され、開閉弁Ｖ２３を開にすることにより両通路８１ｂ，９１ａとが互いに連通されるようになっている。そして、バイパス通路１４は通路８１ａと通路９１ｂとの間を接続するように配設され、開閉弁Ｖ２４を開にすることにより両通路８１ａ，９１ｂとが互いに連通されるようになっている。
【００３３】
以上のポンプ３１，４１，５１の作動制御や、開閉弁Ｖ１〜Ｖ１６，Ｖ２１〜Ｖ２４の開閉切換制御は図示省略の運転制御手段による運転制御によって行われるようになっており、これにより、次に説明する吸着式冷凍サイクルに基づく冷熱取り出しのための運転が行われることになる。以下、かかる冷熱取り出しのための運転制御について説明する。
【００３４】
図２は、吸着槽２ａ（「Ａ槽」と表示）と吸着槽２ｂ（「Ｂ槽」と表示）とで、脱着−凝縮工程と吸着−蒸発工程とを交互に切換えるバッチ処理モードＭodを繰り返すと共に、その工程切換の際に顕熱交換モードＭexを間に介在させるという運転制御を実行した場合における、時間経過−冷熱出力の関係を示している。
【００３５】
本実施形態による運転制御について説明すると、まず、吸着槽２ａ（Ａ槽）で例えば脱着−凝縮工程を行うと同時に、吸着槽２ｂ（Ｂ槽）で吸着−蒸発工程を行うというバッチ処理モードＭodを所定の設定時間が経過するまで実行し、次に、工程切換前に顕熱交換モードＭexを所定の切換条件が成立するまで実行し、そして、工程切換、つまり吸着槽２ａ（Ａ槽）で吸着−蒸発工程を行うと同時に、吸着槽２ｂ（Ｂ槽）で脱着−凝縮工程を行うというバッチ処理モードＭodを所定の設定時間が経過するまで実行し、以後、同様に顕熱交換モードＭexを介して交互にバッチ処理モードＭodの工程切換を繰り返すようになっている。例えば吸着槽２ａ（Ａ槽）では、脱着−凝縮工程、顕熱交換工程、吸着−蒸発工程、顕熱交換工程、脱着−凝縮工程、顕熱交換工程、吸着−蒸発工程、顕熱交換工程、…というように、顕熱交換モードＭexによる顕熱交換工程を間に挟んで脱着−凝縮工程と吸着−蒸発工程とが交互に切換えられるバッチ処理モードＭodが繰り返されることになる。これに対応して吸着槽２ｂ（Ｂ槽）では、吸着−蒸発工程、顕熱交換工程、脱着−凝縮工程、顕熱交換工程、吸着−蒸発工程、顕熱交換工程、脱着−凝縮工程、顕熱交換工程、…というように、顕熱交換モードＭexによる顕熱交換工程を間に挟んで脱着−凝縮工程と吸着−蒸発工程とが交互に切換えられるバッチ処理モードＭodが繰り返されることになる。
【００３６】
図３のフローチャート（図２も併せて参照）に基づいて説明すると、まず運転開始のあたり安定運転のために全て（２つ）の吸着槽２ａ，２ｂの吸着／脱着用熱交換器２２ａ，２２ｂを共に強制脱着させる（ステップＳ１）。このための通路切換制御（開閉弁の開閉切換制御）としては、第２切換部７の開閉弁Ｖ７，Ｖ８及び第１切換部６の開閉弁Ｖ３，Ｖ４をそれぞれ開にし、ポンプ３１を作動させることにより高温熱媒部３から高温（温度TH：例えば８０℃）の熱媒を吸着／脱着用熱交換器２２ａ，２２ｂの双方に供給する。これを強制脱着のために予め設定された時間が経過するまで行う。
【００３７】
次に、冷熱取り出しのための運転を開始し、例えば吸着槽２ａ（Ａ槽）で脱着−凝縮工程、吸着槽２ｂ（Ｂ槽）で吸着−蒸発工程を行うバッチ処理モードＭodを所定の設定時間ｔ１（例えば１２０〜１８０sec）が経過するまで行う（ステップＳ２，ステップＳ３でＮＯ）。この場合のバッチ処理モードＭodにおける通路切換制御や熱媒の流れ（太線と矢印参照）について図４を参照しつつ説明すると、次のようになる。
【００３８】
すなわち、吸着槽２ａ（Ａ槽）内の吸着／脱着用熱交換器２２ａに対し、ポンプ３１を作動させて高温熱媒部３から温度THの高温の熱媒を第２切換部７の開作動させた開閉弁Ｖ７を通して内部に供給する。この熱媒により吸着／脱着用熱交換器２２ａの吸着剤が加熱されて脱着(脱離・再生)工程を行うようになり、これにより、吸着剤がそれまで吸着していた水蒸気(気相吸着質)を放出して脱着させることになる。同時に凝縮／蒸発用熱交換器２３ａに対し、ポンプ４１を作動させて放熱部４から温度TM（例えば４０℃）の熱媒を第４切換部９の開作動させた開閉弁Ｖ１３を通して内部に供給する。この熱媒により凝縮／蒸発用熱交換器２３ａは凝縮器として機能するようになり、上記の脱着した水蒸気は主としてその凝縮／蒸発用熱交換器２３ａの外表面と接触することにより凝縮・液化し、ハウジング２１ａ内の底部に水（液相吸着質）となって溜まることになる。
【００３９】
これと併行して、吸着槽２ｂ（Ｂ槽）内の吸着／脱着用熱交換器２２ｂに対し、第２切換部７の開閉弁Ｖ６を開作動させて上記ポンプ４１の作動により放熱部４から熱媒を供給する。この熱媒により吸着／脱着用熱交換器２２ｂの吸着剤が冷却されて、吸着／脱着用熱交換器２２ｂの吸着剤はハウジング２１ｂ内の水蒸気を吸着する吸着工程を行うようになる。そして、同時に凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂに対し、ポンプ５１を作動させて冷却部５から温度TL（例えば１５℃）の熱媒を第４切換部９の開作動させた開閉弁Ｖ１６を通して内部に供給する。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂは蒸発器として機能するようになり、前工程での凝縮・液化によりハウジング２１ｂの底部に溜まった水が蒸発し、この蒸発の気化熱により凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂ内の熱媒が冷却されて温度低下し、温度低下した熱媒が第３切換部８の開作動させた開閉弁Ｖ１２を通して冷却部５に戻されることになる。そして、冷却部５に戻された熱媒から冷却部５内の冷熱取り出し熱交換器での熱交換によって冷熱の取り出しが行われることになる。
【００４０】
上記の時間ｔ１の経過により（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ２のバッチ処理モードＭodを終了させ、続いて顕熱交換モードＭexを切換条件が成立するまで行う（ステップＳ４，ステップＳ５でＮＯ）。この顕熱交換モードＭexにおける通路切換制御や熱媒の流れ（図４と同様に太線と矢印参照）について図５を参照しつつ説明すると、次のようになる。すなわち、ポンプ３１の作動を停止させ、第１切換部６の開閉弁Ｖ３を閉にして開閉弁Ｖ２を開のままとし、第２切換部７の開閉弁Ｖ６，Ｖ７を共に閉にして開閉弁Ｖ５を開にする。加えてバイパス通路１２の開閉弁Ｖ２２を開にする。すると、作動状態のポンプ４１により放熱部４から温度TMの熱媒が通路４２，４３、開閉弁Ｖ５及び通路７１ａを通して吸着槽２ａの吸着／脱着用熱交換器２２ａに供給されることになる。この温度TMの熱媒によって、それまでの脱着工程で流されていた高温熱媒３からの温度THの熱媒の顕熱を受けて加熱された吸着／脱着用熱交換器２２ａが冷却されて、次工程の吸着工程のための予備冷却が行われることになる。続いて、この熱交換により昇温（最大限で温度THまで）した熱媒が通路６１ａ、開状態にされた開閉弁Ｖ２２を介装したバイパス通路１２、通路７１ｂを通過して吸着槽２ｂの吸着／脱着用熱交換器２２ｂに流される。この昇温した熱媒によって、それまでの吸着工程では温度TMの熱媒が供給されていた吸着／脱着用熱交換器２２ｂが加熱されて、次工程の脱着工程のための予備加熱が行われる。
【００４１】
一方、凝縮／蒸発用熱交換器２３ａ，２３ｂの側でも、第３切換部８の開閉弁Ｖ９を閉にして開閉弁Ｖ１２を開のままとし、第４切換部９の開閉弁Ｖ１３，Ｖ１６を共に閉にして開閉弁Ｖ１５を開にする。加えてバイパス通路１４の開閉弁Ｖ２４を開にする。すると、作動状態のポンプ５１により冷却部５から温度TLの熱媒が通路５２、開閉弁Ｖ１５及び通路９１ａを通して吸着槽２ａの凝縮／蒸発用熱交換器２３ａに供給されることになる。この温度TLの熱媒によって、それまでの凝縮工程で流されていた放熱部４からの温度TMの熱媒の顕熱を受けていた吸着／脱着用熱交換器２２ａの温熱が熱交換されて冷却されて、次工程の蒸発工程のための予備冷却が行われることになる。続いて、この熱交換により昇温（最大限で温度TMまで）した熱媒が通路８１ａ、開状態にされた開閉弁Ｖ２４を介装したバイパス通路１４、通路９１ｂを通過して吸着槽２ｂの凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂに流される。この昇温した熱媒によって、それまでの蒸発工程では温度TLの熱媒が供給されていた凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂが加温されて、次工程の凝縮工程のための予備加熱が行われる。
【００４２】
以上、要するに、顕熱交換モードＭexとは、一対の内の一方の吸着槽（例えば２ａ）と他方の吸着槽（例えば２ｂ）との間でそれまでの工程での顕熱を交換させて、次工程のために有効利用させることである。単に工程切換するだけでバッチ処理モードＭodを繰り返す単純切換の場合には、工程切換直後にそれまでの工程で受けた顕熱を放熱部４では放熱により外部に廃棄していたのに対し、本実施形態の如く顕熱交換モードＭexを介在させることによって、吸着工程から脱着工程に切換られる側の吸着／脱着用熱交換器２２ｂを、単純切換の場合には廃棄されていた顕熱の有効利用で予備加熱させることができる。その上に、脱着工程から吸着工程に切換えられる側の吸着／脱着用熱交換器２２ａを予備冷却して次工程の進行をスムースにすることができる。同様に、蒸発工程から凝縮工程に切換えられる側の凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂをそれまで凝縮工程にあった凝縮／蒸発用熱交換器２３ａの顕熱を有効利用して凝縮工程を開始するための準備をすることができる一方、凝縮工程から蒸発工程に切換えられる側の凝縮／蒸発用熱交換器２３ａを次工程の蒸発工程のための温度条件（温度TL）に近付けて次工程の進行をスムースにすることができる。その上、単純切換の場合には、凝縮工程から蒸発工程に切換えられる側の凝縮／蒸発用熱交換器２３ａから工程切換直後にそれまでの凝縮工程で温度TMの熱媒の顕熱に基づく温熱が冷却部５に戻されることになって、顕熱の廃棄ばかりではなくて冷熱取り出しの効率低下を招いていたのに対し、本実施形態によれば、上記の如くその温熱の有効利用と同時に、その温熱が冷却部５に戻るのを回避して冷熱取り出しの効率向上をも図ることができるようになる。
【００４３】
上記の顕熱交換モードＭexの終了、つまりステップＳ５の切換条件成立としては、戻り側の通路４６，５３を通過する戻り熱媒の温度が所定温度に達したことを検知することにより切換条件成立とする。すなわち、通路４６には内部を通過する熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段４６１が配設され、同様に通路５３にも熱媒温度検出手段５３１が配設されている。温度検知をもって切換条件成立とする方法としては、次の(1)〜(4)のいずれかを採用することができるが、冷熱生成の効率上は(1)の温度検知を優先させること、つまり(1)の温度検知をもって切換条件成立とする又は(1)の温度検知を少なくとも含んで切換条件成立とすることが好ましい。(1)．凝縮／蒸発用熱交換器２３ａ，２３ｂの側の通路５３の熱媒温度検出手段５３１が設定戻り温度T1を超えたことの検知、(2)．吸着／脱着用熱交換器２２ａ，２２ｂの側の通路４６の熱媒温度検出手段４６１が設定戻り温度T2を超えたことの検知、(3)．(1)の温度検知か(2)の温度検知かのいずれか一方、(4)．(1)の温度検知と(2)の温度検知の双方。設定戻り温度T1としては、温度TLより高く温度TM以下の温度範囲の内の温度TMに近い温度値を設定する。温度TMが例えば４０℃であれば３０〜４０℃の範囲内の温度値を設定戻り温度T1として設定すればよい。又、設定戻り温度T2としては、温度TMより高く温度TH以下の温度範囲の内の温度THに近い温度値を設定する。温度THが例えば８０℃であれば６０〜８０℃の範囲内の温度値を設定戻り温度T2として設定すればよい。
【００４４】
ステップＳ５の切換条件が成立すれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、工程切換したバッチ処理モードＭodを開始する（ステップＳ６）。すなわち、吸着槽２ａ（Ａ槽）で吸着−蒸発工程、吸着槽２ｂ（Ｂ槽）で脱着−凝縮工程を行うバッチ処理モードＭodを所定の設定時間ｔ１が経過するまで行う（ステップＳ６，ステップＳ７でＮＯ）。このステップＳ６のバッチ処理モードＭodにおける熱媒の流れは図４に示す場合と左右逆になる。
【００４５】
時間ｔ１の経過により（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ６のバッチ処理モードＭodを終了させ、続いて顕熱交換モードＭexを切換条件が成立するまで行う（ステップＳ８，ステップＳ９でＮＯ）。このステップＳ８の顕熱交換モードＭexにおける熱媒の流れは図５に示す場合と左右逆になる。又、ステップＳ９の切換条件成立の内容はステップＳ５の場合と同様である。
【００４６】
そして、ステップＳ９の切換条件が成立すれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、ステップＳ２に戻って再度工程切換してバッチ処理モードＭodを行い、以後、ステップＳ３以降を繰り返す。
【００４７】
以上によれば、顕熱交換モードＭexを、バッチ処理モードＭodを繰り返す際の工程切換時に介在させることにより、単純切換する場合には廃棄されていた顕熱の有効利用を図ることができる、顕熱の有効利用によって工程切換される各吸着槽２ａ，２ｂを次工程のための温度条件に近付けて次工程をスムースに進行させることができる、このスムースな進行によって運転効率を向上させることができる、単純切換する場合には温熱が冷却部５に戻り冷熱取り出しの効率を阻害していたのに対しその温熱が冷却部５に戻ることを回避させて冷熱生成の効率を向上させることができる、という種々の作用・効果を得ることができるようになる。
【００４８】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、顕熱交換モードＭexの終了タイミングである切換条件成立として所定の温度検知を適用しているが、これに限らず、顕熱交換モードＭexについても所定の設定時間ｔ２（例えば２０〜３０sec）の経過をもって切換条件成立としてもよい。
【００４９】
又、上記の温度検知を行うための熱媒温度検出手段４６１，５３１の配設位置について、顕熱を交換する対象の熱交換器（ステップＳ４の顕熱交換モードＭexであると、吸着／脱着用熱交換器２２ｂ、凝縮／蒸発用熱交換器２３ｂ）の出口から放熱部４又は冷却部５の入口までの通路であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプを示す模式図である。
【図２】吸着−蒸発工程にある吸着槽における経過時間と冷熱出力との関係等を示す図である。
【図３】吸着式ヒートポンプの運転制御を示すフローチャートである。
【図４】バッチ処理モードＭodの熱媒の流れ状況の例を示す図１対応図である。
【図５】顕熱交換モードＭexの熱媒の流れ状況の例を示す図１対応図である。
【図６】本願発明の課題を説明するために一体型吸着槽の例を示す断面説明図である。
【図７】図６の一体型吸着槽を一対用いた吸着式ヒートポンプの例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
２ａ，２ｂ        一体型吸着槽
３                高温熱媒部(熱媒供給源)
４                放熱部(熱媒供給源)
５                冷却部(熱媒供給源)
６〜８            切換部
１１〜１４        バイパス通路
２１ａ，２１ｂ    ハウジング
２２ａ，２２ｂ    吸着／脱着用熱交換器
２３ａ，２３ｂ    凝縮／蒸発用熱交換器
４６１，５３１    熱媒温度検出手段
Ｍod              バッチ処理モード
Ｍex              顕熱交換モード
【図１】
2009121740.tif 000003
【図２】
2009121740.tif 000004
【図３】
2009121740.tif 000005
【図４】
2009121740.tif 000006
【図５】
2009121740.tif 000007
【図６】
2009121740.tif 000008
【図７】
2009121740.tif 000009