(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートポンプ式冷暖房装置を上回るＣＯＰの冷房および温水生成装置を実現する。【解決手段】温度によって吸湿反応および脱湿反応を起こす物質を内包した槽１〜４の内部に配した加圧ポンプ部１０において、前記槽１〜４内より導入した水蒸気をピストンにより加圧し、その圧縮によって生じる熱を使って前記槽１〜４内の前記物質の脱湿を進め、同時に加圧ポンプ１０部において水蒸気を液化させて槽１〜４外に排出する機構によって効率的に脱湿を行う。吸湿する槽１、加熱する槽２、脱湿する槽３、冷却する槽４の４槽を順次切替えて循環させることにより、継続的に温冷熱を生成する。ピストンの動力は、吸湿する槽１と冷却する槽４から排出される熱で生成する水蒸気の気化膨張力を利用して生み出すものとし、冷却する槽からの水蒸気移動によって加熱する槽の温度を高める。【選択図】図３
2009192206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱による脱湿反応および冷却による吸湿反応を生じる物質を内包した槽の内部に、加圧できる機構を有する管を配し、前記管内において前記槽内より導入した水蒸気を加圧し、その加圧によって生じる熱の伝導により前記槽内に内包された前記物質の脱湿が進み、前記管内では水蒸気の液化が進み、前記液化した水を槽外に排出する機構を有する装置。
【請求項２】
請求項１の装置を有する温熱ないし冷熱の生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、投入するエネルギー量を上回る温冷熱を生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ヒートポンプ式の空調機においては、以下の要因によりＣＯＰの向上には構造上の限界がある。
▲１▼  蒸発熱量と断熱圧縮仕事量の比
ヒートポンプは、冷媒となる気体を圧縮して圧力と温度を上昇させた後、前記気体の圧力が飽和水蒸気圧以下となるまで放熱し、この放熱によって液化を進め、液化した前記冷媒を移動させ、所定の位置で気化膨張させるという循環を進めることで、熱を低温側から高温側に移動させている。その際の断熱圧縮に要する仕事量は、ポアソン式より気体の種類によらず圧力変化によって決まる。このため、モル体積あたりの凝縮熱が大きいほど効率的に熱を移動できることになる。
水はアンモニアなどとともに、モル体積あたりの凝縮熱の大きい数少ない物質の一つであり、その凝縮熱量は１００℃で４０．７ｋＪ／ｍｏｌである。一方、一般的な冷媒に用いられている物質ではモル体積あたりの凝縮熱の値はこれよりはるかに小さい。例えばイソブタン（分子量５８．１２、比熱１．１１）の蒸発熱は１９．１ｋＪ／ｍｏｌ（２５℃、３２９Ｊ／ｇ）である。
常温で作動するヒートポンプではモル体積あたりの凝縮熱の小さい冷媒を使用せざるを得ないことが、ＣＯＰの向上を難しくしている。
▲２▼  冷熱又は温熱を放散するために大気温より一定程度高いあるいは低い温度帯域が必要
要因としては前項より小さな事項ではあるが、ヒートポンプは利用する側で高温（低温）の熱を取り出し、大気中に低温（高温）の熱を排出するという原理であり、その際、比熱が小さく熱伝導効率が劣る空気と熱交換するために、圧縮（膨張）させた冷媒は、大気温度より一定程度低い（高い）温度に設定する必要がある。
この余分に低く（高く）温度設定しなければならないことに加えて、高温で液化させた冷媒を低温で気化膨張させる際の、高温と低温の温度差分の熱容量がロスとなる点と、一定時間内に外気と熱交換するための送風エネルギーも無視できない。
以上の要因により、ヒートポンプでは圧縮仕事量に対する発生熱量は９から１０倍あるものの、前記エネルギーのロスや送風エネルギーを要する結果、最新の家庭用空調機でもＣＯＰは５程度に止まっている。【０００３】  凝縮熱、比熱ともに大きいという水の特性を活かし、物質の吸湿／脱湿過程を利用する空調システムとしてはデシカント空調が代表的であるが、この方式は吸湿／脱湿のために、吸湿／脱湿する水分の数十倍以上の乾燥剤（デシカント）を冷却／加熱しなければならず、熱効率が低いという問題点があり、ヒートポンプのような高いＣＯＰは実現できていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  モル体積あたりの凝縮熱の大きい水の吸湿／脱湿過程を利用しつつ、その吸湿／脱湿過程に必要なエネルギーの大半は本発明の装置内（以下、単に本装置内という）で生じる熱を利用することにより、ヒートポンプを上回るエネルギー効率の冷暖房および温水生成装置を実現する。
夏季に高効率で冷房ができ、熱水も同時に得られるという便益に加え、冬季の弱い太陽熱から得られた低温の熱源を利用した暖房や、１００℃以下であるため従来は捨てられていた排熱を有効利用した地域冷暖房などを実現することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  吸湿／脱湿過程で必要となる熱量は、▲１▼脱湿に要する熱量と、▲２▼脱湿する対象物質（以下、Ａ物質という）を脱湿温度まで上昇させるための熱量である。
脱湿に要する熱量は、Ａ物質から放散される水蒸気を加圧・液化し、その際の液化熱を脱湿の際のエネルギーとして再利用すれば、脱湿に要するエネルギーは最少化できる。Ａ物質を保持する槽の内部に加圧ポンプ部を配し、前記槽内がＡ物質の脱湿温度以上の高温の水蒸気圧により満たされた状態で、前記槽内の水蒸気を前記ポンプ部に導入する。前記ポンプ部を加圧すると、圧縮効果により前記ポンプ部内の水蒸気は温度上昇するが、その熱は前記ポンプ部の壁を通して前記槽内の水蒸気に伝わり、その結果Ａ物質の脱湿が促進される。
一方、前記ポンプ部内では熱の放散により温度が低下し、温度低下に伴う水蒸気の圧力低下よりの飽和水蒸気圧の低下の方が急激なため、飽和水蒸気圧が前記ポンプ部内の水蒸気圧を下回り、液化が始まる。その凝縮熱は、先と同様に前記ポンプ部の壁を通って前記槽内の水蒸気に伝わっていく。
引き続き加圧を続けると、Ａ物質の脱湿と前記ポンプ部内の液化が同時並行的に進み、前記ポンプ部内には液化した高温の水が溜まる。前記ポンプ部は前記槽内に置かれているため、前記ポンプ部に発生した熱の全量が前記槽内の水蒸気の温度上昇およびＡ物質の脱湿に費やされることになる。【０００６】  本装置内で発生させる水の気化膨張力による物理的な力を利用して前記ポンプ部の加圧に要する仕事量を補うこととすれば、前項の脱湿に際して必要なエネルギーは大幅に低減できる。不足する物理的な力は動力によって補う。【０００７】  Ａ物質を脱湿温度まで上昇させるための熱量は、脱湿した後のＡ物質を冷却する際に放出される熱量と、Ａ物質が吸湿する際に放出される熱量を利用することで大幅に低減できる。
Ａ物質を冷却する際に放出される熱、あるいはＡ物質が吸湿する際に放出される熱によって水を気化させ、Ａ物質を内包する槽（以下、前記槽という）の中に前記気化した水蒸気を送り込むことによって、Ａ物質を脱湿温度まで上昇させる。
この場合、前記気化した水蒸気が前記槽の温度より低い場合であっても、動力圧縮ポンプによって加圧・温度上昇させて送り込むことができる。
また、直接に前記槽内に送り込むのではなく、前記槽内に置かれた加圧ポンプ部内に前記水蒸気を送り込み、前記ポンプ部の壁を通して前記槽内の水蒸気に熱を伝えるようにしても良い。これによって、前記槽内の水蒸気圧および液化水量を調節することができる。
動力圧縮ポンプの仕事量が十分小さければ、ヒートポンプ以上の熱効率の冷暖房装置が実現できることになる。
脱湿温度まで加熱する低温の加熱槽、脱湿を行う脱湿槽、吸湿温度まで冷却する高温の冷却槽、吸湿する吸湿槽という４つ槽において、各槽が役割を終えるとそれぞれが機能を交替する循環システムを想定し、冷却槽の熱量を水蒸気として加熱槽に移動させるものとした場合に、冷却槽と加熱槽がほぼ同じ温度になるまで圧力差によって水蒸気は自然に移動する。
冷却槽と加熱槽の温度が同程度になった以降は、動力圧縮ポンプにより、より低温の冷却槽で発生する水蒸気をより高温の加熱槽に圧縮して押し込むこととなるが、この圧縮して押し込む水蒸気量は全移動水蒸気量の半分程度である。
Ａ物質の吸湿可能量にもよるが、吸湿する水の質量がＡ物質の質量の６％程度であれば、前記槽内を温度上昇させるために移動する水蒸気の蒸発熱量は、脱湿槽内で前記加圧により脱湿する際に必要な熱量の数分の一で収まる。
加えて、水のモルあたり蒸発熱量は、一般にヒートポンプに用いられる冷媒のモルあたり蒸発熱量の約２倍であるため、Ａ物質を脱湿温度まで加熱する圧縮ポンプの仕事量は、一般のヒートポンプにおける圧縮仕事量の数分の一となる。【０００８】  槽外のポンプ槽から高圧の槽内の加圧ポンプ部に力を伝える場合には摩擦力や弾性力などが生じるが、この摩擦力や弾性力を十分小さな値に収める機構を採用する。この方法は幾つか考えられ、その選択は任意である。【０００９】  本発明のように温度の上昇／下降によって吸湿性のある物質を脱湿／吸湿させる場合に、その温度の上昇／下降に要する熱量が、脱湿／吸湿する水の蒸発熱より小さい物質がある。その場合、その差分は槽内の温度上昇に寄与するため、熱効率は更に高まる。以上の結果、ヒートポンプの原理より大幅に高いＣＯＰで冷温熱を取り出すことが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】  一般的な空調装置に用いられる冷媒に対して、水では１ｍｏｌあたり約２倍の液化熱が生じる。気体１ｍｏｌ当たりの圧縮に要する仕事量がほぼ同一であれば、媒体に水を使えば約２倍の熱効率を実現できる。
一般的なヒートポンプ式の空調装置のサイクルでは、発生熱量とほぼ同量の液化熱を発生させるための圧縮仕事量が必要であるのに対して、本発明では吸湿体の脱湿自体にエネルギーを投入するのではなく、その温度上昇にエネルギーを投入する構成であるため、その数分の一（実施例では約５分の１）の潜熱量の水蒸気を圧縮、押し込む仕事量で済んでしまう。
更に冷房時の温熱の大気中への放散過程が不要なため、排熱過程での送風仕事量は発生しない。また、圧縮液化した高温の冷媒を気化膨張させるのではなく、冷水自体の気化による吸熱過程によるものであるため、熱効率はその点でも高まる。
この結果、栓の開閉に要する仕事量など本発明固有のエネルギーが別途必要となるものの、全体では既存のヒートポンプ方式の空調機と比較して、３倍から５倍の熱効率を実現できる。また、有効に使える温度帯域の冷熱と温熱を同時に生成するため、両方を同時に使用する用途においては、熱効率は更に高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  システム全体は、▲１▼吸湿を行う１吸湿槽、▲２▼脱湿に必要な温度まで加熱する２加熱槽、▲３▼Ａ物質の脱湿を行う３脱湿槽、▲４▼脱湿が完了した後、吸湿を行う温度まで放熱する４冷却槽と、▲５▼水を気化させる５冷熱生成槽、▲６▼脱湿槽の加圧力を供給する６ポンプ槽、▲７▼６ポンプ槽及び４冷却槽から供給される水蒸気を液化し、熱交換器を通して温熱を水道水などに供給する７液化槽、▲８▼熱伝導媒体として利用するＢ物質の気化（昇華）および液化（固化）を行い、１吸湿槽および４冷却槽に熱伝導媒体を供給・回収する８熱媒体槽、▲９▼６ポンプ槽の力を補完する９電動モーター、▲１０▼４冷却槽の熱を２加熱槽に水蒸気という形で移動させるための１０圧縮ポンプ、▲１１▼各槽の下部に置かれ、機械的機構によって槽外の６ポンプ槽から力を受けて槽内の水蒸気を加圧液化する１１加圧ポンプ部、▲１２▼熱を槽外に放出するために１〜４の各槽の上部に設けられた１２蒸発部、▲１３▼全体の栓の開閉を制御する１３制御部、▲１４▼以上の部位を繋ぎ水蒸気ないし水を送出する複数の１４管、▲１５▼システム制御のための複数の１５栓、▲１６▼１〜４の各槽内において吸湿／脱湿を行うＡ物質、▲１７▼システム全体を収め、内部を低気圧に保つ１７筐体、▲１８▼１７筐体内部の気圧を低下させる１８減圧ポンプ、▲１９▼３脱湿槽から排出される熱水を各槽の１２蒸発部に送る給水ポンプで構成される。
１吸湿槽、２加熱槽、３脱湿槽、４冷却槽は同じ構造とし、役割を終えるごとにその役割を１吸湿槽⇒２加熱槽⇒３脱湿槽⇒４冷却槽の順に交替していく。
Ａ物質は低温域では強い吸湿力を持ち、高温域で脱湿が可能な物質とする。
以下の説明においては、説明を分かり易くするため、多数ある栓を一つ一つ特定することなく単に栓として表現する。開かれた栓は、必要な動作が終了すれば閉じられるものとし、その閉じる動作の表記は説明を簡略化するため省略している場合がある。【００１２】  １吸湿槽と５冷熱生成槽の間の栓が開かれ、蒸気圧差によって５冷熱生成槽から１吸湿槽に水蒸気が移動し、５冷熱生成槽では水の気化に伴い蒸発熱が奪われ、１吸湿槽では吸湿が進み、その吸湿に伴い熱が発生する。
５冷熱生成槽で生じる冷熱は、熱交換器によって本システム外に運ばれ、冷房などに用いられる。【００１３】  １吸湿槽では急速に吸湿が進み、Ａ物質の温度が上昇する。Ａ物質の温度が一定の温度に達するとＡ物質は吸湿力を失う。
ここで、１００℃以上で一定の蒸気圧を有し、２５℃で無視できる程度に小さな蒸気圧となるＢ物質の気体を８熱媒体槽から槽内に導入する。このときのＢ物質の気化（ないし昇華）に費やされる熱は６ポンプ槽の排熱を利用する。このＢ物質の気体によって１吸湿槽内で熱が循環して１２蒸発部に熱が伝えられ、当該１２蒸発部には３脱湿槽から排出される熱水が送出されてきており、気化膨張力によって水蒸気が６ポンプ部に送出される。
槽内の温度が十分下がると、８熱媒体槽は水道水等によって冷やされ、Ｂ物質の液化（ないし固化）が進み、Ｂ物質の気体は１吸湿槽より８熱媒体槽に回収される。【００１４】  このＢ物質は、１００℃で熱伝導媒体として機能するに十分な蒸気圧となり、１５℃では水蒸気圧を大きく下回りほとんど無視できる程度に液化（もしくは固化）して回収でき、石膏および水と反応せず安定的な物質特性で、水に溶けにくく、できれば比重が１．０より大きく、毒性の小さいもの、可燃性の無いものが望ましい。このＢ物質を媒体として熱が蒸発部に伝えられて冷却が進む。
Ｂ物質の候補の一つはヨウ素であり、その蒸気圧は３０℃で０．４６９ｔｏｒｒ、１１７℃で１００ｔｏｒｒ、１３７℃で２００ｔｏｒｒである。水に溶けにくく分離が容易である。加えて毒性もないが、比熱は小さい。融点１１４℃。炭化水素類など他にも候補は多数ある。例えばアクリル樹脂の触媒や増感剤に用いられるアセトフェノンは融点２０℃、沸点２０２℃（１ａｔｍ）、２５℃の蒸気圧は５３Ｐａ、比重は１．０３である。但し麻酔性など毒性が多少ある。【００１５】  前二項の動作を数回繰り返し、１吸湿槽は所定の水蒸気量を吸湿し、所定の温度まで温度上昇した状態で吸湿槽の機能を完了する。
７液化槽との間の栓が開かれ、余剰となった水蒸気が７液化槽に移動して液化する。この結果、１吸湿槽内は極めて低い蒸気圧の水とヨウ素が残るのみの状態となっている。【００１６】  比較的高い所定の温度まで温度上昇した１吸湿槽は、次に２加熱槽としてその役割を変える。
４冷却槽と２加熱槽の間が開栓され、４冷却槽内に当初存する高圧の水蒸気が２加熱槽内に送られる。水蒸気の流れが緩やかになった段階で栓は閉じられる。
４冷却槽の１２蒸発部と２加熱槽の間が開栓され、当該１２蒸発部には３脱湿槽から排出された熱水が適切な量を供給されているものとし、当該１２蒸発部で生成された水蒸気が温度差に起因する圧力差によって２加熱槽に流入し、両者の温度差が縮まるに従い、その水蒸気の流れは緩やかになっていく。
４冷却槽内の温度が１６Ａ物質の吸湿温度まで下がる前に、４冷却槽の１２蒸発部と２加熱槽の間の１５栓は閉じられ、４冷却槽と７液化槽の間の１５栓が開かれ、余剰となった水蒸気は７液化槽に移動し、４冷却槽内の水蒸気圧は７液化槽の温度の飽和水蒸気圧まで低下する。その後、４冷却槽と７液化槽の間の１５栓は閉じられるが、前記４冷却槽内に残留する水蒸気量は微量であり、Ａ物質の温度低下に伴い再び吸湿されるものの、その影響は僅かである。【００１７】  ００１２項と同様にして熱媒体槽よりＢ物質を４冷却槽内に放出し、４冷却槽の１２蒸発部に熱を伝える。
水蒸気の流入速度が遅くなってきた段階で、１０圧縮ポンプによって、４冷却槽の１２蒸発部の水蒸気を相対的に水蒸気圧が高くなった２加熱槽に押し込む。
これらの過程により、２加熱槽の槽内はＡ物質が脱湿する温度まで上昇し、飽和水蒸気圧で満たされる。また余剰となった水は液体として槽内の底部に溜まり、槽外に排出され、１９給水ポンプによって１吸湿槽および４冷却槽の１２蒸発部に送られる。【００１８】  前項において、Ａ物質に水溶性があるなどの理由から２加熱槽内を飽和水蒸気圧まで高めることが望ましくない場合は、１５栓を適宜開閉し、２加熱槽内の１１加圧ポンプ部に４冷却槽の１２蒸発部からの水蒸気を押し込み、前記１１加圧ポンプ部内にて液化を促進させ、１１加圧ポンプ部の壁を通して２加熱槽内の水蒸気に熱を伝えるようにしても良い。この動作は、２加熱槽内に直接に水蒸気を送り込む動作と適宜組み合わせて、２加熱槽内の水蒸気圧を制御する。【００１９】  前二項において、２加熱槽へ送る熱量が不足する場合は、適宜１吸湿槽や３脱湿槽の１２蒸発部において生成する水蒸気を送るようにしても良い。【００２０】  Ａ物質が脱湿する温度まで上昇した２加熱槽は、役割を３脱湿槽に変える。
３脱湿槽内の下部には１１加圧ポンプ部が置かれ、この１１加圧ポンプ部内に導入された同槽内の水蒸気が、同槽外の６ポンプ槽からの力を受けて圧縮されて温度上昇する。
温度差によって熱がポンプ壁を通して水蒸気に伝わり、水蒸気の循環によって３脱湿槽内のＡ物質に伝わり、脱湿が進む。熱の移動により温度が下がった１１加圧ポンプ内では、水蒸気圧が飽和水蒸気圧を上回るようになり、液化が進む。この動作が並行して進行し、１１加圧ポンプ部のピストンが押されきるまで脱湿と液化が進む。この間、３脱湿槽内にはＡ物質の脱湿によって生じた水蒸気が補填されるため、槽内の水蒸気圧はＡ物質が脱湿温度以上にある限り下がらない。
４冷却槽の１２蒸発部に余剰の熱水を送った後も、３脱湿槽内には水滴として一部の水は残留している場合があるが、１１加圧ポンプ部に生じる熱によって気化する。
水蒸気質量当たりの凝縮熱よりもＡ物質における同量の脱湿に要する熱量の方が小さければ、この動作が進むにつれて槽内の温度は次第に上昇していく。【００２１】  前項の動作を反復することにより、当初あった槽内の残留水分とＡ物資が脱湿した際の水蒸気は液化する。
脱湿が完了した後、槽内に残る高圧の水蒸気の一部は、更に同様にして液化しても良い。【００２２】  ６ポンプ槽から１１加圧ポンプ部へ力を伝える機構は任意のものでよい。
一つの方法は、３脱湿槽下部に小さなスリットを設け、槽外に支点を置いた回転軸によって力を伝え、そこに摩擦の小さな円弧上の板を密着させ、円弧状にスライドさせる方法である。その小さな板には槽内の高圧の水蒸気圧が加わっており、仮に槽壁とスライドする板との間に隙間が生じても、高速の水蒸気流により負圧が生じるため再び槽壁と板が密着し、安定的に動く。この他にも、弾力性のある槽壁自体を支点とした軸の回転によって力を伝える方法があり、より小さな摩擦力ないし弾性力の方法を選択することが望ましい。
この力の機械的な伝導により、１１加圧ポンプ部のピストンが加圧動作を行う。
１８減圧ポンプによって１７筐体内部が低気圧に保たれていれば、６ポンプ槽に送られる水蒸気圧と１７筐体内の気圧との差がその分大きくなり、このより大きな力が１１加圧ポンプ部に伝えられ、前記摩擦力ないし弾性力による抵抗を補うことが可能となる。【００２３】  ６ポンプ槽から１１加圧ポンプ部へ力を伝える別の機構としては、耐圧性のシートに軸を通し、シートを折り曲げるようにして力を伝える方法が考えられる。【００２４】  １１加圧ポンプ部内で液化した水は、槽内の水蒸気と熱交換された後、槽外へ排出され、１９給水ポンプによって１吸湿槽および４冷却槽の１２蒸発部と６ポンプ槽、７液化槽に適切に配分して送出される。
脱湿を完了した３脱湿槽は、４冷却槽に役割を変える。【００２５】  ４冷却槽では、最初に２加熱槽との間の１５栓が開かれ、槽内に残留する水蒸気が２加熱槽に移る。
更に残った水蒸気を一部６ポンプ槽に送出することとしても良い。
一定の水蒸気圧まで下降した後、槽内の水蒸気は７液化槽に送出され、槽内の水蒸気圧は熱交換の対象である水道水などの温度の飽和水蒸気圧まで低下する。
その後に残留する水蒸気量は無視できる程度に少ない。【００２６】  ８熱媒体槽では、６ポンプ槽から送られてくる水蒸気および熱水からの加熱によりＢ物質が気体として放散され、４冷却槽内を満たす。このＢ物質の気体を伝導媒体として４冷却槽内のＡ物質の熱が同槽１２蒸発部に伝わる。
当該槽１２蒸発部には３脱湿槽から熱水が給水され、これが気化膨張して２加熱槽および６ポンプ槽に供給される。【００２７】  当初の４冷却槽の温度は２加熱槽より高く、従って４冷却槽蒸発部の水蒸気圧も２加熱槽内の水蒸気圧より高く、その圧力差により４冷却槽蒸発部の水蒸気が２加熱槽内に流入する。
次第に４冷却槽蒸発部の水蒸気圧が低下し、２加熱槽内の水蒸気圧が高まり、その差が小さくなった段階で、１０圧縮ポンプによって更に水蒸気が２加熱槽内に送出され、２加熱槽内はＡ物資の脱湿温度まで上昇する。【００２８】  残った熱量は同様に当該１２蒸発部から水蒸気として６ポンプ槽に供給される。
冷却槽が所定の温度まで低下すると、８熱媒体槽は熱交換の対象となる水道水などにより冷却され、４冷却槽内のＢ物質（気体）を液化ないし固化して回収する。
これにより、４冷却槽としての役割が完了し、１吸湿槽へと役割を変える。【００２９】  ６ポンプ槽には、１吸湿槽から送られてくる水蒸気、４冷却槽内から送られてくる水蒸気、４冷却槽１２蒸発部から送られてくる水蒸気、３脱湿槽から送られてくる熱水（液体）が流入するが、その送出元の選択、流入量の調整は１３制御部が行う１５栓の開閉によって適宜行うものとする。
６ポンプ槽内の水蒸気圧とその周囲の気圧の差が力となって、前記３脱湿槽内の１１加圧ポンプ部に伝えられる。６ポンプ槽内の水蒸気圧から生じる力は、機械的機構と１０圧縮ポンプにおいて力の強さを適切に調整するものとする。また装置全体を気密性の高い筐体に収め、１８減圧ポンプによって筐体内部の気圧を１気圧より低く保てば、より大きな力を伝えることが可能となる。
３脱湿槽の１１加圧ポンプ部へ伝える力が不足する場合は、１４制御部からの指示に基づき９電動モーターによって適宜その力を補完する。
１１加圧ポンプ部のピストンを押し切った後、６ポンプ部の水蒸気は７液化槽に放出され、その途中で必要に応じて８熱媒体槽を温め、液化するとともに、熱交換機を通して８０℃程度の温水を生成する。液化槽で低温の液体となった水は、５冷熱生成槽に送られる。９電動モーターによってピストンは元に戻される。【００３０】  ６ポンプ槽の動作は３脱湿槽の脱湿に必要な回数だけ繰り返し行われる。【００３１】  以上１〜４の各槽と６ポンプ槽の動作は全て同時並行的に進められて一サイクルが完了し、１吸湿槽⇒２加熱槽⇒３脱湿槽⇒４冷却槽の順に役割を順次交替していくことにより、吸湿／脱湿および吸熱／放熱が継続して行われていく。
これにより、温熱と冷熱を同時に生成し続けることが可能になる。【００３２】  尚、栓の開閉については、説明を分かり易くするために詳細な記述を省いたが、１４制御部において適宜開閉を制御するものとする。【００３３】  以上の記述では、水の吸湿／脱湿を前提として記述したが、同様の作用をする物質の組み合わせであれば、水（水蒸気）以外の別の気体としてもよい。
【実施例】
【００３４】  前記Ａ物質として石膏を使用し、その吸湿脱湿反応を利用したシステムを例示する。１６０〜３００℃で生成されるＩＩＩ型無水石膏は、半水石膏への転移による非常に強い吸湿性を持ち、瞬間的に大気中の湿分を吸着して半水石膏に変わる。
この半水石膏の脱湿およびＩＩＩ型無水石膏の吸湿を概ね１２０℃から１９０℃の範囲内で反復して行い、前述のサイクルを実行する。
半水石膏およびＩＩＩ型無水石膏には水溶性があるため、槽内の石膏が液体の水に溶出して槽外に排出されることが無いよう図２のような構造としてもよい。
半水石膏からＩＩＩ型無水石膏に変わる温度の記述は文献によって異なりかなりの幅があるが、これは石膏の熱伝導率が０．２２Ｗ／ｍＫと極めて低く、石膏の厚みが数ｃｍあった場合に深部まで熱を十分に伝えるには数時間の加熱を要し、加熱表面の温度と深部の温度にはかなりの開きが生じることにも起因していると考えられる。尚、半水石膏およびＩＩＩ型無水石膏にはそれぞれα型とβ型という二種の形態がある。
石膏の厚みを０．５ｍｍ程度とすることにより、秒単位で深部まで熱を伝えることが可能となる。熱伝導率の極めて低い素材を薄い板状にした心材の両面に０．５ｍｍ前後の厚みで石膏を貼り付け、これを並べて１吸湿槽、２加熱槽、３脱湿槽、４冷却槽の各槽の中に配する。槽壁の内側にも熱伝導率の極めて低い素材を下地とし、その上に０．５ｍｍ程度の厚みで石膏を貼った状態とする。この厚みはサイクル時間の設定によって多少異なってくる。
全ての槽を図１のように管で接続した後、内部の空気を抜いて真空状態とした後、水蒸気を送り込む。
準備段階として、１吸湿槽は槽内温度１３０℃で内部の石膏はＩＩＩ型無水石膏、２加熱槽は槽内温度１４５℃で内部の石膏は半水石膏、３脱湿槽の内部の石膏は半水石膏で槽内温度を１７０℃に高めて脱湿が始まる状態とし、４冷却槽は１８５℃で内部の石膏はＩＩＩ型無水石膏の状態となるよう加熱／冷却操作を行ったのち、稼動を開始する。
Ｂ物質としてヨウ素を使用し、８熱媒体槽内に挿入しておく。【００３５】  ＩＩＩ型無水石膏１ｍｏｌが吸湿する際の水１／２ｍｏｌの気化熱量は、水の温度を２０℃として約２２ｋＪであるが、半水石膏１ｍｏｌを５０℃温度上昇させるための熱量は約８ｋＪに過ぎない。この８ｋＪの内の約半分は前述のように気圧差で自然に移動するので、残る約４ｋＪの熱量を動力による水蒸気の加圧によって移す場合に、心材やその他の装置の熱容量を勘案しても、前記加圧に要する動力の仕事量は１ｋＪに満たない。
半水石膏１ｍｏｌの脱湿に要する熱量約１７ｋＪは約８ｇの水蒸気の液化によって供給されることになるが、この約８ｇの水蒸気を加圧する際の仕事量は、設定条件によって異なるものの概ね１〜１．５ｋＪ程度であり、１〜１．５ａｔｍ水蒸気０．０１ｍ３の気化膨張力によって供給することができる。水蒸気０．０１ｍ３の気化に要する熱量は約１３ｋＪ（気化温度１００℃として）であるので、この熱量は無水石膏の冷却時に放出される熱量によって概ね賄うことが可能である。
１ｋＪ＝１ｋ・Ｎｍ＝１ｋ・Ｐａ・ｍ３＝１０１３ｈＰａ×０．００９９ｍ３
０．００９９ｍ３／（０．００１２４ｍ３／ｇ×３７３／２７３）×２．２６ｋＪ／ｇ≒１３ｋＪ
従って、栓の開閉に要するエネルギー、摩擦エネルギー（ないし弾性エネルギー）、外部熱流出の程度によって異なってくるが、概ね温熱ＣＯＰが１５程度、冷熱ＣＯＰが１５程度、併せてＣＯＰ計３０程度を実現できる。
尚、水蒸気を気化させる温度、吸湿温度、脱湿温度の設定は、機能する範囲で任意である。【００３６】  半水石膏およびＩＩＩ型無水石膏は水溶性があるため、石膏の表面に水滴が生成するような過程を踏むことは避けたい。そのため、２加熱槽において加熱する際に、槽内が飽和水蒸気圧以上とならないよう１５栓を適宜開閉し、飽和水蒸気圧に近づくと１１加圧ポンプ部内に水蒸気を送り込んで液化させ、２加熱槽内の温度を上昇させるような制御をすることが望まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  本発明では高いエネルギー効率で温熱と冷熱を同時に生成できるため、家庭用および業務用の空調装置として、高効率の冷暖房および温水生成装置を実現できる。その結果、ＣＯ２削減、代替フロンの不使用、化石エネルギー資源の節約、ヒートアイランド現象の緩和など環境問題にも大きく寄与することが期待され、夏季の電力消費量を前提とした発電設備の削減など社会的なコストの削減にも寄与する。
ホテル、公衆浴場など冷房と温水を同時に消費する施設においては一層高いエネルギー効率が期待できる。従来は利用されていなかった低温域の排熱を利用した地域冷暖房システムや冬季の弱い太陽熱を利用した冷暖房システムなども実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】１吸湿槽、２加熱槽、３脱湿槽、４冷却槽となる各槽の構成を示す図
【図２】１６Ａ物質に水溶性がある場合の１〜４各槽の構成を示す図
【図３】本装置の基本構成を示す図で、水蒸気とＢ物質の経路となる管を示した図
【図４】本装置の基本構成を示す図で、熱水移送する管のみを示した図
【図５】本装置の基本構成を示す図で、多数ある１５栓の制御回路を示した図
【符号の説明】
【００３９】１  吸湿槽、    ２  加熱槽、    ３  脱湿槽、    ４  冷却槽、    ５  冷熱生成槽、    ６  ポンプ槽、    ７  液化槽、    ８  熱媒体槽、    ９  電動モーター、    １０  圧縮ポンプ、    １１  加圧ポンプ部、    １２  蒸発部、    １３  制御部、    １４  管、    １５  栓    １６  Ａ物質    １７  筐体、    １８  減圧ポンプ、    １９  給水ポンプ
【図１】
2009192206.tif 000003
【図２】
2009192206.tif 000004
【図３】
2009192206.tif 000005
【図４】
2009192206.tif 000006
【図５】
2009192206.tif 000007