JPS63500203A - 固体吸着材ヒ−トポンプシステム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 浄書（内容に変更なし） 発明の名称 固体吸着材ビートポンプシステム ■技術分野 本発明は、一般にヒートポンプ、ことに床加熱及び冷却に応答してヒートポンプ ループを駆動するのに固体吸着材の床を使うヒートポンプに関する。

■背景技術 冷媒を吸着し放散するのに固体吸着材を使う熱駆動ヒートポンプは当業界にはよ く知られている。これ等の固体吸着材床は、吸着材の温度の変化に応答して冷媒 蒸気を吸着し放散する現象を示す。このような固体吸着材の一般的な１例にはゼ オライトとして一般に知られている分子ふるいがある。この現象を示す他の材料 にはシリカゲル、及び活性炭がある。気化することのできる液体の多くを冷媒と して使うことができる。

水は一般にゼオライトに対し冷媒として使われる。

このような床は加熱したときは冷媒蒸気を放散し冷却したときは冷媒蒸気を吸着 するから、これ等の床は、所望の空間を加熱し又は冷却するようにヒートポンプ ループ内に冷媒を駆動するのに使うことができる。ヒートポンプループでは、冷 媒は床を加熱すると床から放散され冷媒を床から凝縮器に押し進め蒸気を凝縮す る。この凝縮した冷媒は次いで膨張弁゛を経て膨張させ蒸発器に進める。この蒸 発器で冷媒はふたたび気化する。床を冷却するときは、凝縮器からの冷媒蒸気は 床に吸着されサイクルを完了する。床は冷媒を同時に吸着し放散することはでき ないから、２個の個体吸着材床を使い一方を加熱する間に他方を冷却する。加熱 及び冷却のステップは、サイクル中に所望の温度限度に床を加熱し又冷却したと きに逆にする。

固体吸着材の床を加熱し又冷却するのに若干の互いに異りる構造が提案されてい る。一般的々１方法では熱伝達流体を使いこの流体と各固体吸着材床との間に熱 交換装置を設けて、この熱交換装置を経て熱伝達流体を循環させる際にこの熱伝 達流体及び床の間で熱交換を生じさせる。熱伝達流体は又、外部冷却熱交換器に 送られこの流体を冷却し、外部加熱器に送られこの流体を加熱する。熱伝達ルー プは互いに異なる２通シの方法で作動する。一方の方法では加熱器により加熱さ れた熱伝達流体の一部を加熱しようとする床を経て循環させ次いで再加熱のため に加熱器に直接もどすと共に、冷却熱交換器によ）冷却された他の熱伝達流体部 分を冷却しようとする床を経て循環させ次いで冷却熱交換器に直接もどす。他の 方法では、加熱された熱伝達流体を加熱器から加熱される床を経て次いで冷却熱 交換器を経て循環させ熱伝達流体の冷却を終わシ次いで冷却される床を経て最後 に加熱器にもどし熱伝達流体の加熱を終わる。このような構造はジエイ・グービ ｙ　（Ｊ、　Ｂｏｕｖｉｎ　）等を発明者とする１９８０年１月１５日付米国特 許第４，１８３，２２７号明細書に例示しである。

これ等の従来の装置はどれも、各床を床全体がサイクルステップの最終温度限度 に達するまで単に加熱し又は冷却することを除いて何等特定の作動法を暗示して いない。良好々実際技術では、熱伝達流体及び床の間の平均熱伝達率をできるだ け高い値に保つことを暗示している。このことは、流体及び床が相互に熱伝達関 係にある間に流体及び床の間でつねに熱を伝達しなければ力らないことを暗示す る。従って床の長手方向の温度こう配を避けるようにしである。この基準を使う と、加熱成績係数（ｃｏｐ　）は１ないし１．５の程度であるが、冷却ＣＯＰは 肌１ないし０．５の程度である。この作用に基づくシステム性能は機械式圧縮機 ヒートポンプシステムとは経済的に競合することはでき々い。

厘発明の要約 従来の技術に伴うこれ等の又その他の問題及び欠点は、本発明により固体吸着材 熱駆動ヒートボ／ｆシステムを、その成績係数（ｃａｐ　）を従来の作動法よシ 著しく高めて機械式圧縮機ヒートポンプシステムと経済的に競合するように作動 する方法を提供することによって除くことができる。本発明方法は、固体吸着材 床の縦方向に温度こう配を生成し床内にその軸線方向に動く熱波を生成するよう にする点で良好な実際技術とは異なる作動をする。はぼ全部の熱が床の全長に沿 うので々〈て波面で伝わるのがよい。この基準を使うと、２．５ないし３．０の 程度の加熱成績係数（ＣＯＰ　）と１．５ないし２．０の程度の冷却ＣＯＰとが 得られる。

作動中に固体吸着材床の一方は冷却するが他方の床は加熱して、加熱及び冷却の サイクルステップを逆にして両方の床をサイクル中に加熱し次いで冷却するよう にする。熱交換装置は、各床に協働し熱伝達流体を単一のパスで固体吸着材床を 経て大体軸線方向に移動させることのできる熱交換器を備えている。冷却熱交換 器は各未熟交換器の一端部の間に連結しであるが、加熱器は各未熟交換器の他端 部の間に連結しである。

可逆ポンプ作用手段によシ熱伝達流体を循環路内で各方向に循環させる。すなわ ち熱伝達流体は加熱器から未熟交換器の一方を経てこの床を加熱すると共に熱伝 達流体を冷却するように、次いで冷却熱交換器を経て熱伝達流体をさらに冷却す るように、次いで他方の未熟交換器を経てこの床を冷却すると共に熱伝達流体を 加熱するようにつねに連続的に流れ、最後に加熱器にもどり初期温度にもどるよ うに加熱する。このサイクルは両方の床で本システムに対し選定した高い方及び 低い方の作動温度の間で生ずる。熱伝達流体流量割合と未熟交換器構造とは、各 床内に熱波を生成するように選定する。加熱器は熱伝達流体を高い方の作動温度 に加熱するが、冷却熱交換器は熱伝達流体を低い方の作動温度に冷却する。高温 の熱伝達流体が冷たい方の未熟交換器を通過する際に、この流体はその床出口端 に達するかなシ前に床温度に冷却され、流出熱伝達流体が初めの冷たい床温度に なるようにする。熱波が床の縦方向に移動する際に、床から出る熱伝達流体の温 度は、この熱波が床の出口端に達するまで初めの冷たい床温度のままになってい る。次いで冷却熱交換器によシすでに冷却された熱伝達流体を本システムの低い 方の作動温度に冷却する。冷たい熱伝達流体が熱い方の未熟交換器を通過する際 に、この流体はこれが床の出口端に達するかなシ前に床温度に加熱され、流出す る熱伝達流体が初めの熱い床温度になるようにする。

熱波が床の縦方向に移動する際に、床から出る熱伝達流体の温度は、熱波が床の 出口端に達するまで初めの熱い床温度のままになっている。次いで加熱器は熱伝 達流体を再循環のためにふたたび加熱して高い方の作動温度にもどす。熱波が床 の出口端に達すると、熱伝達流体の流れは逆になシ加熱された床を冷却し又冷却 された床を加熱する。

熱波を得るには長手に沿う所望の床差動温度に床長さよシ短い距離内で達するこ とが必要である。波長はできるだけ短くするのがよい。波長に対するキー相関パ ラメータは１千床／流体熱コンダクタンス比で割った流体ペクレ数であると定め である。さらに熱波はこの波長パラメータが１よシ大きいが床ビオ数よシ小さい ときに生ずることが分った。最も短い熱波長を生ずるこの波長パラメータの最適 値は床ビオ数の平方根であることが分った。

■図面の簡単な説明 第１図は本発明システムを例示した配置図である。

第２図は固体吸着材動作サイクルを示す線図である。

第３図は熱波長を示す線図である。

第４Ａ図ないし第４Ｄ図は第１図のシステムの作動中の温度プロフィルである。

第５図は波長対キー相関波長パラメータの線図である。

第６図は最高許容キー相関波長パラメータ対ビオ数の線図である。

■実施例の詳細な説明 第１図に示すように本発明を実施するシステムはヒートポンプループ１０及び熱 伝達ループ１１を備えている。ヒートボングループ１０は、１対の固体吸着材床 １２，１．４と、両方の床１２．１４に冷媒蒸気を各床１２．１４から凝縮器内 部にだけ流すことのできる逆止め弁１６を経て並列に連結した凝縮器１５と、両 方の床１２．１４に冷媒蒸気を蒸発器内部から各床１２．１４にだけ流すことの できる逆止め弁１９を経て連結した蒸発器１８と、凝縮器１５及び蒸発器１８を 互いに連結し冷媒を凝縮器１５から蒸発器１８に流すことのできる膨張弁２０と を備えている。床１２．１４の一方を加熱する間に他方の床を冷却して、加熱さ れる床から放散される冷媒蒸気が凝縮器１５に流れると共に蒸発器１８からの冷 媒蒸気が冷却される床に流れこの床内に吸着されるようにする。

熱伝達ループ１１は、それぞれ床１２．１４に協働する１対の未熟交換器２１． ２２を備え熱伝達流体を各床１２，１４と熱交換関係にする。加熱器２４は各熱 交換器２１．２２を各床１２．１４の一端部の間に連結するが、冷却熱交換器２ ５は各熱交換器２１．２２を各床１２，１４の他端部の間に連結する。熱伝達流 体を熱伝達ループのまわシに各方向に送るように１個又は複数個のポンプ２６を 設けである。調整バイパス弁２８は、未熟交換器２１及び冷却熱交換器２５０間 のループ１１内の共通点に、加熱器２４及び未熟交換器２２の間の共通点を連結 する。同様な調整バイパス弁２９は、未熟交換器２２及び冷却熱交換器２５の間 のループ１１内の共通点に加熱器２４及び未熟交換器２１間の共通点を連結する 。ポンプ２６及び弁２８゜２９を作動するように制御器３０を設けである。制御 器３０は各床１２．１４の互いに対向する端部に温度ピックアップを備え熱伝達 流体の流体温度をその各床から出る際に監視するようにしである。詳しく後述す るように制御器３０は流出流体温度に対応してポンプ２６及び弁２８．２９を制 御し熱伝達ループ１１内の熱伝達流体の流れを逆にし又床１２，１４の一方をバ イパスする熱伝達流体の量を制御する。

各床１２，１４に使う固体吸着材は、冷媒蒸気を吸着し放散する任意のこのよう な材料でよい。一般的に使われる１つの材料には天然又は合成のゼオライト又は 分子ふるいがあシ前記した例で使われる。本システムに利用できる圧力及び温度 の範囲にわたって蒸発する任意の液体が冷媒として使われる。適宜の液体は、水 であシ、前記した例で冷媒として使われる。前記した特定の固体吸着材及び冷媒 はしかし限定するものでは々い。

第２図はユニオン・カーバイド（Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ　）社から商品名 「分子ふるい５Ａ型」として工業的に利用できるゼオライトの水吸着特性を示す 線図である。

その他のゼオライトは同様な特性を持つ。第２図に示した含有（ローディング） 曲線はゼオライト１００　ｌｂ当だシの吸着される水蒸気の１ｂ数によって表わ しである。約１００°Ｆ′の凝縮温度と約４０°Ｆ′の蒸発温度とを使うと、ゼ オライトを約１００°Ｆ′に冷却したときにゼオライ）　１００　ｌｂ当たシ約 １８１ｂの水蒸気を吸収し又ゼオライトを約６００６Ｆに加熱したときに蒸気を ゼオライ）１００１ｂ当たり約２１ｂの水蒸気まで放散する。これ等の温度は前 記したシステム作動例に対し選定するが限定するものではない。各吸着床１２． １４の作動サイクルを第２図の含有曲線に重ねた。床を蒸発器圧力で約５５０Ｏ Ｆから１００″Ｆに冷却すると、水蒸気含量は約ｉ、５１ｂから約ｉ　７．５　 ｌｂに増す。床を凝縮器圧力に達するまで断熱的に加圧するときは、水蒸気含量 は初めに約１８．５１１）に増す。床を凝縮器圧力で約１５０°Ｆから５００° Ｆ’に加熱すると、水蒸気含量は約１８．５　ｌｂから約２．５　ｌｂに低下す る。床を蒸発器圧力に達するまで断熱的に減圧すると、水蒸気含量は約１．５１ ｂに低下する。次いでサイクルを反復する。

すなわち各床は冷却されて一定の蒸発器圧力及び温度で水蒸気を吸着し、次いで 凝縮器圧力に加圧され、次いで加熱され一定の凝縮器圧力及び温度で水蒸気を放 散し、最後に蒸発器圧力に減圧される。

熱は、加熱器２４によシ熱伝達流体に伝達され、冷却熱交換器２５によシ熱伝達 流体から低い成績係数で伝達する。又熱は凝縮器１５及び蒸発器１８によシ高い 成績係数で伝達する。従って加熱器２４及び熱交換器２５によシ伝達する熱を最 少にし又凝縮器１５及び蒸発器１８により伝達する熱を最高にすると、本システ ムの全ｃｏｐを最高にするのに役立つ。本発明による方法によって、冷却熱交換 器２５の前後の温度降下と加熱器２４の前後の温度上昇とを最少にするが、なお 各床を本システムを作動するのに必要人高い方及び低い方の温度の間で循環させ ることができる。

前記したように床１２．１４の一方が加熱される間に他方の床は冷却される。一 方の床を加熱し他方の床を冷却した後、流体の流れを逆にして加熱された床を冷 却し冷却された床を加熱する。各床は、凝縮器圧力で所望の高い方の作動温度に 加熱され又蒸発器圧力で所望の低い方の作動温度に冷却する。後述する所から明 らかなように流体の流れを逆にすると熱い床を蒸発器圧力に初めに断熱的に減圧 し冷たい床を凝縮器圧力に断熱的に加熱する。このようにして熱い床の温度がこ の初期の減圧中に中間の高い方の温度に低下するが冷たい床の温度はこの初期の 加圧中に中間の低い方の温度に上昇する。す々わち第２図に例示した例では凝縮 器圧力における６００６ＦＩの高い方の温度は蒸発器圧力における約５５０°Ｆ ′の中間の高い方の温度に下がるが、サイクルを逆にしたときに蒸発器圧力にお ける１００°Ｆ′の低い方の温度は凝縮器圧力における約１５０１の中間の低い 方の温度に上昇する。

前記した所から明らかなように加熱される床に入る流体の温度は所望の高い方の 作動温度に少くとも等しい値でなければ力らなくて又冷却する床に入る流体の温 度は所望の低い方の作動温度に少くとも等しいだけ低くなければならない。本発 明方法では、加熱される床から冷却熱交換器２５に入る流体の温度を中間の低い 方の温度に保つことにより冷却熱交換器２５の前後の最少温度降下を保持すると 共に、冷却される床から加熱器２４に入る流体の温度を中間の高い方の温度に保 つことにより加熱器２４の前後の最少温度上昇を保持する。

加熱される床から出る熱伝達流体の温度を中間の低い方の温度に保ち冷却される 床から出る熱伝達流体の温度を中間の高い方の温度に保つには、各床内にこの床 を加熱又は冷却する際にこの床の縦方向に移動する熱波を生成する。加熱される 床内の熱波はこの床を横切り高い方の温度から中間の低い方の温度までの差動温 度を持つが、冷却される床内の熱波はこの床を横切り低い方の温度から中間の高 い方の温度までの差動温度を持つ。この場合、床１２又は床１４が床の長手方向 に大きい差動温度を持つことができなければならないのはもちろんである。

各床１２．１４の長手方向に移動する熱波を生ずるには、熱伝達流体を各床１２ ．１４に熱交換関係にする熱交換器２１．２２によシ熱伝達流体を単一の方向に 床の長手に沿って移動させる。熱交換器２１．２２は、熱伝達流体が流通し固体 吸着材を流体及び吸着材の間に熱を伝えるように・・ウジング殻によシまわシに 保持した１本又は複数本の管によシ構成しである。

床から出る熱伝達流体の温度を所望の温度に保つには、この温度がこの所望の温 度に対して規定量だけ以上に上昇し又は以下に降下し始めるときに加熱又は冷却 のステップを逆にすることが必要である。任意の持続時間のサイクル時間を得る には、熱波が床の長さよシ短い波長を持たなければならないのは明らかである。

後述する所から明らか力ように床の各端部の若干の部分は有効には利用されない 。これ等の利用されない床部分は、熱波長を最小にするときは最小になる。第６ 図は、無次元流体温度Ｔｆ　＝　０．９の点とＴｆ＝　０．１の点との間の軸線 方向の床距離であるとして使う熱波長ｔｗを示す。この場合、 ｔｂ＝選定した軸線方向位置における床温度ｔｌ　＝サイクルの始動時における 初期床温度ｔｏ＝床に入る流体温度 作動 本発明システムの全作動サイクルは４つの各別の過程ステップすなわちステップ ＡないしＤに分けることができる。ステップＡは、一方の床を加熱すると共に他 方の床を冷却する加熱／冷却ステップである。ステップＢは、ステップＡに次い で、熱い床を蒸発器圧力に減圧すると共に冷たい床を凝縮器圧力に加圧する加圧 ／減圧ステップである。ステップＣは、ステップＢに続き、ステップＡで加熱さ れた床が冷却されステップＡで冷却された床が加熱される点でステップＡの逆で ある。ステップＡは、ステップＣに続き、ステップＢで加圧された床が蒸発器圧 力まで減圧されステップＢで減圧された床が凝縮器圧力までふたたび加圧される のでステップＢの逆である。これ等のステップによシ高い方及び低い方の所望の 作動温度の間でサイクルを反復することができる。又この作動サイクルを実施す る駆動力は、熱伝達流体を加熱し又冷却しそしてその循環を制御することだけで 生ずるのは明らかである。

作動サイクルの次の説明では冷媒は水であるが、床１２．１４は第２図の例で述 べたゼオライトから作る。

異なる固体吸着材を使い文具なる冷媒を使っても同様な作動サイクルが得られる のは明らかである。便宜上作動サイクルの次の例では、床を間で循環させる１０ ０乍の低い方の温度及び６００°Ｆの高い方の温度を使う。

しかし異なる温度範囲を全く同様に容易に使うことができるのはもちろんである 。作動サイクルの開始時に床の一方を加熱し他方の床を冷却するから、床１２を 初めに冷たくて凝縮器圧力にあるものとして選定すると共に床１４を初めに熱く て蒸発器圧力にあるものとして選定する。又簡単化のために本システムを定常状 態の条件に達するのに十分なだけ作動した後のサイクルについて述べる。

ステップＡでは床１２は加熱するが床１４は冷却するようにしである。ポンプ２ ６を作動し熱伝達流体を熱伝達ループ１１内で第１図の時計回シに押し進めて、 この熱伝達流体が加熱器２４から床１２を経て、次いで冷却熱交換器２５を経て 、次いで床１４を経て流れ最後に加熱器２４にもどるようにする。加熱器２４は 熱伝達流体を本システムに対する高い方の作動温度につねに加熱する。特定の例 ではこの温度は６００°′Ｆである。冷却熱交換器２５は熱伝達流体を本システ ムを作動しようとする低い方の温度につねに冷却する。この例ではこの低い方の 温度は１００°Ｆ′である。

第４人−１図は作動サイクルのステン７ＯＡ中で冷たい床１２内の温度プロフィ ルを示し、第４Ａ−２図は熱い床１４内の温度プロフィルを示す。サイクルの開 始時の温度プロフィルは第４Ａ−１図及び第４Ａ−２図で実線で示しであるが、 サイクルの終了時の床の温度プロフィルはこれ等の図で破線で示しである。前記 したようにサイクルの開始時の温度プロフィルは、本システムが定常状態の条件 に達するまで作動していることを仮定する。床の長手に沿う温度フ０ロフイルは 熱波が床内に前回のサイクルから残されるように変化するものである。熱波は、 前回のサイクルで床の前回の加熱又は冷却の間に熱伝達流体が流出する特定の床 の端部に位置する。この例では熱波はステップＡの開始時に第１図及び第４Ａ図 に示すように両方の床１２．１４の左端部に位置する。熱伝達流体は、過程ステ ップの開始時に熱波の位置する端部から床内に流入するのがよい。すなわち熱伝 達流体はステップＡ中に両方の床１２．１４の左端部に流入する。

ポンプ２６が熱伝達流体を加熱器２４から床１２内の熱交換器２１を経て押し進 めると、第１図に示した床１２の左端部に入る熱い熱伝達流体は床１２をその左 端部から６００ｃ″Ｆまで加熱し始める。後述する所から明らかなようにシステ ム作動パラメータは、床１２を流通する熱伝達流体が熱伝達流体の床の反対側端 部に達するかなシ前に約１５０乍の初期床温度に冷却されるように選定する。約 １５０″Ｆの冷却された熱伝達流体は次いで熱伝達コイルすなわち熱交換器２５ を経て流れる。熱交換器２５で熱伝達流体は約１００’Ｆの低い方の作動温度に 冷却される。この冷たい熱伝達流体は第１図に示した熱交換器２２を経て床１４ の左端部に入シ床１４をその左端部から約１００ＯＦまで冷却し始める。システ ム作動パラメータは、床１４を流通する熱伝達流体がその反対側床端部に達する かなｐ前に約５５０’Ｆの初期床温度まで加熱されるような値にする。ふたたび 加熱された熱伝達流体は次いで加熱器２４に流れもどる。加熱器２４でこの熱伝 達流体は約６００°Ｆ′の高い方の作動温度までふたたび加熱され熱伝達ループ 内を再循環する。

ポンプ２６によシ熱伝達流体をルーフ°１１内を第１図の時計回りに循環させ続 けると、温度プロフィルの熱波は各床１２．１４の縦方向に各床の流体入口端か ら流体出口端に向かい移動する。第１図でこれ等の熱波は各床に沿い左方から右 方に移動する。第４Ａ−１図に明らかなように床１２の熱波の左側の部分は約６ ００°Ｆ′であるが熱波の右側の床１２０部分は約１５０生である。第４Ａ−２ 図では熱波の左側の床１４の部分は約１０Ｑ事であるが、熱波の右側の床１４０ 部分は約５５０″Ｆである。

床１２はステップＡ中に一様な凝縮器圧力にあるから、熱波差動温度が前後に加 わる床１２の部分は、約１５０°Ｆ′で吸着材１００　ｘｂ轟たシ約１８．５　 ｌｂの水蒸気の初期の高い含有状態から約６００°Ｆ′で吸着材ＩＣｌ０１ｂ当 だシ約２．５　ｌｂの水蒸気の一層低い含有状態まで冷媒蒸気を放散する。熱波 の右側の床１２の部分は高い含有状態のままになっているが、熱波の左側の床部 分は一層低い含有状態になる。すなわち床１２内の水蒸気は、熱波が右方に移動 するに伴いますます放散され凝縮器内に推進される。

床１４はステップＡ中に一様な蒸発器圧力にあるから、熱波差動温度が前後に加 わる床１４の部分は、約５５０’Ｆで吸着材１０．０１ｂ当たシ約１．５１ｂの 水蒸気の初期の低い含有状態から約１００°Ｆで吸着材１００１ｂ当たり約１７ ．５　ｌｂの水蒸気の一層高い含有状態まで冷媒蒸気を吸着する。熱波の右側の 床１４の部分は低い含有状態のままになっているが、熱波の左側の床部分は一層 高い含有状態になる。すなわち蒸発器１８からの水蒸気は熱波が右方に移動する に伴いますます多量に床１４内に吸着される。

ポンプ２６によシ、各床１２．１４内の熱波が第４Ａ−１図及び第４Ａ−２図に 破線の温度プロフィルによシ示したように各床の右側端部に達するまで、熱伝達 流体を熱伝達ループ１１内で時計回）に循環させ続ける。このことは通常、床１ ２から文法１４から出る熱伝達流体の温度を監視することによシ検出する。

ポンプ２６は、床１２の右側端部の流体温度が約１５０生の初期床温度以上に基 準量だけ上昇したとき、又は床１４の右側端部の流体温度が約５５０°Ｆの初期 床温度以下に基準量だけ降下したときに停止する。このようにして、床１２の主 要部分を固体吸着材１００　ｌｂ当たシ約２．５　ｌｂの水蒸気の低い方の含有 状態に残し文法１４の主要部分を固体吸着材Ｉ　Ｄ　Ｄ　１ｂ当たシ約１７．５ １ｂの高い方の含有状態に残す過程ステップＡを完了する。

過程ステップＢを開始するには、ポンプ２６を作動し熱伝達流体を第１図の逆時 計回シに循環させる。加熱器２４は熱伝達流体を６００°Ｆ′に加熱し続けるが 、熱交換器２５は熱伝達流体を約１００°Ｆ′に冷却し続ける。流体が逆方向に 循環するから、加熱器２４からの熱い熱伝達流体は床１４の右側端部に入るが、 熱交換器２５からの冷たい熱伝達流体は床１２の右側端部に入る。過程ステップ Ｂの開始時には床１２は凝縮器圧力にあるが、床１４は蒸発器圧力にある。

加熱器２４から床１４への熱い熱伝達流体は床１４の右側端部を加熱し始め床１ ４の右端部の固体吸着材から水蒸気の放散を始める。床１４から蒸発器１８には 逆止め弁１９によシ又は凝縮器１５には差動圧力によシ水蒸気が流れないから、 床の端部から放散される水蒸気は床１４全体を加圧する作用をする。床１４が熱 波の左方で断熱的に加圧されるのは明らかである。

床１４内の圧力が増すと、熱波の左方の床１４内の吸着材は床１４にわたシ冷媒 蒸気を一層多く吸着するようになる。この吸着によシ吸着された冷媒から吸着熱 を釈放し床１４のその部分の温度を上昇させる。床１４を凝縮器圧力に加圧する ときまでに、釈放された吸着熱によシ第４Ｂ−２図に示すように実線で示した１ ００°Ｆ′から破線で示した１５０°Ｆ’に床１４の温度プロフィルで熱波の左 方の床１４の部分の温度を上昇させる。この圧力増加によシ又、１００″Ｆで固 体吸着材１００１ｂ当たシｉ　７．５　ｌｂの水蒸気から１５０°Ｆ′で固体吸 着材１００　ｌｂ当たシ約１８．５比の水蒸気まで冷媒蒸気含量を増す。第４Ｂ −２図の実線はステラ７’Ｂの開始時のゾロフィルを示すが、破線はステップＢ の終了時のプロフィルを示す。

床１４を流通する熱伝達流体は、熱波の左方の床の温度に冷却されこの低い方の 温度で床１４から熱交換器２５に流れる。熱交換器２５は熱伝達流体を約１００ 生に冷却する。

第１図に示すように床１２の右側端部に入る冷たい熱伝達流体は床１２の右側端 部を冷却し始め床１２に冷媒蒸気を吸着させる。凝縮器１５からは逆止め弁１９ によシ又は蒸発器１８からは差動圧力によシ床１２内に水蒸気が流れないから、 床１２の端部で吸着される水蒸気は床１２の全体を減圧する作用をする。

床１２は熱波の左方で断熱的に減圧されるのは明らかである。この減圧により熱 波の左方の床１２の部分が着干の冷媒蒸気を放散するようになシ、この冷媒蒸気 の放散熱によシ熱波の左方の床部分を冷却する。床１２を蒸発器圧力に減圧する ときまでに、この放散熱は第４Ｂ−１図に示すように実線で示した約６００°Ｆ ′から破線で示した約５５０１に床１２の温度プロフィルで熱波の左方の床１２ の部分を冷却している。圧力のこの低下によシロ００°′Ｆで固体吸着材１００ 　ｌｂ当たシ約２．５　ｌｂの水蒸気から５５０’Ｆで固体吸着材１００１ｂ当 たシ約１．５１ｂの水蒸気に冷媒蒸気含量を減少させる。第４Ｂ−１図の実線は ステップＢの開始時の温度プロフィルを示すが、破線はステップＢの終了時のプ ロフィルを示す。

過程ステツ７°Ｂの終了時には、熱い床１２は蒸発器圧力になシ熱波は床１２の 右側端部に位置する。熱波の左方の床１２の部分は５５０″Ｆの中間の低い方の 温度にある。冷たい床１４は蒸発器圧力にあり熱波は床１４の右側端部に位置す る。熱波の左方の床部分は１５０°Ｆ′の低い方の中間温度にある。

過程ステップＣではポンプ２６を作動し熱伝達流体を第１図に示すように熱伝達 ループ１１のまわシに逆時計回りに循環させ続ける。加熱器２４からの熱い熱伝 達流体が床１４の右端部に入ると、この流体は床１４を右端部から６００’Ｆに 加熱し始める。床１４を流通する熱い熱伝達流体は、この熱伝達流体が床１４の 反対側端部に達するかなシ前に、約１５０°Ｆ′の初めの床温度に冷却される。

約１５０°Ｆ′の冷却された熱伝達流体は次いで冷却熱交換器２５を経て流れる 。この流体は熱交換器２５で約１００°Ｆ′の低い方の作動温度に冷却される。

冷たい熱伝達流体は第１図に示すように床１２の右端部にその熱交換器２１を経 て入り床１２をその右端部から約１００ＯＦ’に冷却し始める。床１２を流通す る熱伝達流体は、この流体が床１２の反対側端部に達するかなシ前に、約５５０ °Ｆ＋の初めの床温度に加熱される。ふたたび加熱された熱伝達流体は次いで加 熱器２４に流れもどる。この流体は加熱器２４で約６００°Ｆの高い方の作動温 度にふたたび加熱され熱伝達ループ内を循環する。ポンプ２６によシ熱伝達流体 をループ１１内に第１図の逆時計回シに循環させ続けると、温度プロフィルの熱 波は各床１２．１４の長手方向にその右端部から左端部に向かい移動する。

第４０−２図に示すように熱波の右側の床１４の部分は約６００１であるが、熱 波の左側の床１２の部分は約１５０°′Ｆ′である。第４０−１図から明らかな ように熱波の右側の床１２の部分は約１［］０°Ｆ′であるが熱波の左側の床１ ２の部分は約５５０’Ｆである。

床１４はステップＣ中に一様な凝縮器圧力にあるから、熱波差動温度が前後に加 わる床１４の部分は、約１５０°ＦＩで固体吸着材１００　ｌｂ当たシ約１８． ５％の水蒸気の初めの高い含有状態から約６００’Ｆで固体吸着材１００　ｌｂ 当たシ約２．５　ｌｂの水蒸気の低い方の含有状態に冷媒蒸気を放散する。熱波 の左側の床１４の部分は高い含有状態のままに力っているが、熱波の右側の床部 分は低い方の含有状態である。すなわち床１４内の水蒸気は、熱波が左方に移動 するに伴いますます多量に放散され凝縮器内に推進される。

床１２はステップＣ中に一様な蒸発器圧力にあるから、熱波差動温度が前後に加 わる床１２の部分は、約５５０″Ｆで固体吸着材１００　ｌｂ当たシ約ｉ、５１ ｂの水蒸気の初めの含有状態から約１００°Ｆ′で固体吸着材１００　ｌｂ当た シ約１７．５　ｌｂの水蒸気の一層高い含有状態まで冷媒蒸気を吸着する。熱波 の左側の床１２０部分は低い含有状態のままになっているが、熱波の右側の床部 分は高い含有状態である。す力わち蒸発器１８からの水蒸気は床１２内に、熱波 が左方に移動するに伴いますます多量に吸着される。

ポンプ２６は、各床１２．１４内の熱波が第４ｃｍ１図及び第４０−２図の破線 の温度プロフィルにより示すように各床屋端部に達するまで熱伝達ループ１１内 に熱伝達流体を逆時計回シに循環させ続ける。これは通常、床１２．１４から流 出する熱伝達流体の温度を監視することによシ検出する。ボン７°２６は、床１ ４の左側端部の流体温度が約１５０’Ｆの初期床温度以上に規定量だけ上昇した とき、又は床１２の左側端部の流体温度が約５５０°Ｆ′の初期床温度以下に規 定量だけ降下したときに停止する。このようにして、床１４の主要部分を固体吸 着材１００　ｌｂ当たシ約２．５１ｂの水蒸気の一〜低い含有状態のままに残し 文法１２の主要部分を固体吸着材１００　ｌｂ当たシ約１７．５　ｌｂの水蒸気 の一層高い含有状態のままに残す過程ステップＣが完了する。

過程ステップＤは、ポンプ２６を作動し熱伝達流体を第１図の時計回夛にふたた び循環させることによシ開始する。加熱器２４は熱伝達流体を約６００°Ｆ′ま で加熱し続けるが、熱交換器２５は未伝達流体を約１０００ＦＩまで冷却し続け る。すなわち加熱器２４からの熱い熱伝達流体は床１２の左側端部にふたたび入 るが、熱交換器２５からの冷たい熱伝達流体は床１４の左側端部にふたたび入る 。過程ステップＤの開始時には床１２は通常蒸発器圧力にあるが、床１４は凝縮 器圧力にある。

加熱器２４から床１２への熱い熱伝達流体は床１２の左側端部を加熱し始めこの 床端部で固体吸着材から水蒸気を放散し始める。床１２かも蒸発器１８には逆止 め弁１９により又は凝縮器１５には差動圧力によシ水蒸気が流れ々いから、放散 される水蒸気は床１２の全体を加圧する作用をする。熱波の右方の床１２０部分 は断熱的に加圧される。床１２内の圧力が増すと、熱波の右方の床１２０部分内 の吸着材は一層多くの冷媒蒸気を吸着する。この吸着によシ吸着された冷媒中に 吸着熱を釈放し熱波の右方の床１２の部分の温度を上昇させる。床１２を凝縮器 圧力に加圧するときまでに、釈放された吸着熱によシ第４Ｄ−１図に示すように 実線で示した１００°Ｆ′から破線で示した１５０乍に床１２の温度プロフィル の熱波の右方の床１２の部分の温度を上昇させている。圧力のこの増加によシ冷 媒蒸気含有量を１００″Ｆで固体吸着材１００　ｘｂ当たシ１７．５　ｌｂの水 蒸気から１５０°Ｆ′で固体吸着材１００１ｂ当たシ約１８．５　ｌｂの水蒸気 に増加させる。床１２を流通する熱伝達流体は、熱波の右方の床１２の温度に冷 却されこの低い温度で床１２から熱交換器２５に流れる。熱交換器２５は熱伝達 流体を約１００°Ｆ′まで冷却する。

第１図に示すように床１４の左端部に入る冷たい熱伝達流体は床１４の左側端部 を冷却し始め床１４に冷媒蒸気を吸着させる。床１４内に凝縮器１５からは逆止 め弁１９により又は蒸発器１８からは差動圧力によシ水蒸気が流入し力いから、 床１４の端部で吸着される水蒸気は床１４全体を減圧する作用をする。熱波の右 方の床１４の部分は断熱的に減圧される。この減圧により熱波の右方の床１４の 部分に若干の冷媒蒸気を放散させる。この蒸気に対する放散熱は熱波の右方の床 部分を冷却する。床１４が蒸発器圧力に減圧されるときまでに、放散熱によシ第 ４Ｄ−２図に示すように床１４の温度プロフィルで実線によシ示した約６００乍 から破線によシ示した約５５０°Ｆ′に熱波の右方の床１４の部分を冷却した。

圧力のこの低下によシ冷媒蒸気含有量を５５０６Ｆで固体吸着材１０　［１ｌｂ 当たり約２．５　ｌｂの水蒸気から減少させる。このようにして本システムの作 動サイクルを完了する。この場合も作動サイクルは簡単に反復される。

制御器３０は、両方の床から出る熱伝達流体の温度を監視し、熱伝達流体の流出 温度が過程ステップの開始時に初期床温度から規定量だけ変わるときに流体の流 れを逆にする。各床から出る流体の温度を制御器３０に利用し熱伝達流体の流れ を逆にする。選定する特定の流出温度は特定のシステム作動パラメータ及びその 構造による。流体流出温度を初期床温度から変らせる特定の量は設計上の考慮に 合うように変える。床を増大したサイクル回数にわたシ熱波効果で加熱し又は冷 却し続けることのできる値を選定し、これと同時にシステム成績係数を最大にす る。過程ステップの開始時における初期値から無次元の流体温度Ｔｆが０．５も 変って熱波がＣＯＰに能動的効果を及ぼすことが分った。温ｉＴででは約０．１ ないし０．２の移行が典型的である。

前記サイクルに従って作動するときは両方の床内の熱波が過程ステップＡ及びＣ において各床の端部に同時に到達するのがよい。しかし各床を通る熱伝達流体の 流れが同じであれは、移動する熱波は両方の床の流体出口端部に同時には到達し ない。調整バイパス弁２８．２９を使い各床を通る熱伝達流体の流れを各別に調 節し各熱波が各床の出口端部にほぼ同時に到達するようにする。床からの熱伝達 流体の流出温度が過程ステップの開始時の初期流出温度に対して移行した量が床 内の熱波の位置を表わすから、制御器３０によシこれ等の値を使い弁２８．２９ を制御する。制御器３０は過程ステップＡの開始時に両方の床からの熱伝達流体 の初期流出温度を検出する。制御器３０は又、過程ステツ７’Ａの終了時に両方 の床からの熱伝達流体の流出温度を検出し、ステップＡの終シに各床１２゜１４ に対する初め及び終シの流出流体温度を比較する。

床の一方に対する流出流体温度が他方の床の温度よシ実質的に大きく変った場合 に、制御器３０は調整バイパス弁を調節して次のステップＣ中に床の一方を通る 熱伝達流体流量割合を変えてこの差を補償する。この過程はステップＣの後に反 復して次のステップＡを通る流体流量を調節する。制御器３０は、制御器３０に よシバイパス弁調節を熱伝達流体の適正なバイパス流量でもとＫもどすまでこの 調節過程を継続し加熱波及び冷却波がそれぞれ各床を通過するのに互いに等しい 時間がかかるようにする。熱波が冷却している床の端部に初めに達すると、この 場合加熱器２４の入口から流体の一部をバイパスさせることによシ次の過程ステ ップで加熱される床を経て一層多量の流体が流れるように調整バイパス弁２８． ２９を調節する。熱波が加熱した床の端部に先ず達すると、この場合流体の一部 を加熱器２４の入口から熱交換器２５の入口にバイパスさせることによシ冷却さ れる床を経て一層多くの流体が流れるように調整バイパス弁２８．２９を調節す る。

又各床を通る熱伝達流体の流れの方向はステップＡ１Ｃの間で逆にする。熱波が ステップＡ、Ｃの終シに各床の出口端に残っても、床を通る流体の流れのこの逆 転によ）ステップＡ、Ｃの終りにおける熱波の外側の各床端部が熱波の前後の全 差動温度を経て循環しないで蒸発器圧力及び凝縮器圧力の間で循環することがで きる。従って熱交換器２５によシ除かれ加熱器２４によシ加えられる熱の量が最 少になシ本システムのＣＯＰを高める。

前記の作動サイクルの説明は、本システムが定常状態の運転に達した後の状態に ついてのものである。任意の運転における第１のサイクルで各床に異なる初期温 度プロフィルが認められるのは明らかである。しかし初期の始動サイクル後には 熱波が十分に発生しなけれはならない。

前記の基準を使うと約６の理論的加熱ＣＯＰと約２の理論的冷却ｃｏｐとが利用 できる。これ等の理論値は加熱器２４による正味熱入力に基づく。加熱器２４に バーナを使う場合には本システムを作動するだめの入力エネルギーは又排出燃焼 ガスのエネルギー損失を含まなければならない。

設計上の考慮 熱交換装置の温度プロフィルにおける熱波の生成は、装置内で温度こう配が最少 であり１０°ＦＴの程度である普通の場合とは異なっている。本発明では各ベッ ド１２．１４内の温度プロフィルの熱波は最高になる。

以上述べた所から明らかなように熱波長ｔｗは熱波が実際上床内に生ずるような 値で々ければならない。

又波長が短いほど、この床を通る熱伝達流体の流れを逆にしなくても加熱し又は 冷却することのできる床の長さが長くなシ、又高い方及び低い方の温度の間で循 環させることのできる床の容積がそれだけ犬きくなシ、そして各温度を経て完全 には循環しないが各端部に必要とする比容積がそれだけ小さくなる。

又熱波が床を流通する熱伝達流体内と法自体の中とに生ずるのはもちろんである 。２つの波長が互いにできるだけ一致し床の長手に沿い軸線方向に相互に整合し て動くことが望せしいが、床を通る熱伝達流体の流れの逆転は通常、ＣＯＰを最 高にするように熱伝達流体内の熱波の床出口端への到達に基づいている。熱波の 到達は、床の出口端における流体の温度を監視することによシ検出する。流出流 体温度が初めの床温度から前記した規定量だけ変るときに流体の流れを逆にする 。

エネルギーの保存の法則とフーリエの熱伝達の法則とを使うことによシ、床に沿 う温度プロフィルが床ビオ数Ｂ１と流体ペクレ数Ｐｅと床及び流体の間の熱拡散 率比ＤＲと床及び流体間の熱コンダクタンス比ＫＡとの関数であることが分った 。この用語は本明細書の終シの表Ａになお詳しく記載しである。温度プロフィル はこれ等のパラメータの関数であるから、熱波長ｔｗモ又これ等のパラメータの 関数である。温度プロフィルに利用できる閉形（クローズド・７オーム）の方程 式の解はないから、波長を発見できる前に、４つの無次元パラメータに対する数 値を必要とする数値解析（定差法）によシこの温度プロフィルを定めなければな らない。これ等のパラメータはさらに熱波長に対する相関パラメータＣＰに組合 せることができる。この場合、 ｅ 熱波長ｔｗは無次元波長として表わすことができる。

波長は又床ビオ数Ｂ１によシ影響を受ける。第５図は互いに異なるビオ数におい て熱伝達流体の熱波に対する無次元の熱波長ＴＶと相関パラメータＣＰとの間の 関係を示す線図である。第５図では熱コンダクタンス比ＫＡは１０００で選定し 又熱拡散率比は１００で選定した。比ＫＡ及び比ＤＲの他の値に対するプロット は、図示の曲線に定性的定量的に類似の曲線を示す。

第５図は１，００［１，１Ｄｏ、００［）及び１［］、０００．ＯＤＤのビオ数 に対する波長曲線を示す。本システムの作動効率は、無次元波長ＴＷが０．９又 はそれ以下のときは影響を受ける。第５図から明らかなように相関パラメータｃ ｐに対する低い方の限度値はビオ数の値に関係なく１．０である。第５図は又波 長ＴＶが０．９の場合に作動パラメータＣＰが各ビオ数に対し上限値を持つこと を示す。第６図はビオ数Ｂ１と各ビオ数に対するパラメータＣＰの上限値におけ る相関パラメータＣＰとの間の関係を示す線図である。相関パラメータＣＰの上 限はビオ数の値であるのは明らかである。前記した所から明らかなように、相関 パラメータＣＰが１より大きいが次のように表わすことができるビオ数より小さ いときに熱波が生成する。

１＜ＣＰ＜Ｂ１　（４） 第５図には又最も短い無次元の熱波長を生ずるビオ数の各値における相関パラメ ータＣＰに対する最適値を示す。パラメータＣＰのこの最適値は使用するビオ数 の平方根であることが分った。第５図は又、得られる最小の無次元の熱波長ＴＶ がビオ数の値の増加に伴い減−小することを示す。従ってビオ数は各設計に対し 最大にしなければならない。

実際のシステムの設計では無次元パラメータＢ１、ＰｅＸＤＲ及びＫＡは、選定 する冷媒及び吸着材と未熟交換器構造と未熟交換器を通る熱伝達流体の速度とに よシ影響を受けるのは明らかである。冷媒及び吸着材を先ず選定し、次いで流体 速度及び熱交換器構造を設計基準に会うようにする。任意の選定した冷媒及び吸 着材に対し互いに異たる熱交換器構造及び流体速度を使うことができるが、次の 例は、選定した吸着材及び冷媒に対しシステム設計基準に入る熱交換器構造及び 流体速度を示す。

この例は、未熟交換器２１．２２に対し熱伝達流体が容管を流通する円筒多管式 熱交換器構造を使う。冷媒として水又吸着材としてゼオライトを使い、次の構造 変数を選定した。

床長さＬ＝４５ｆｔ 管材料＝ステンレス鋼 管　径＝　０．２５　ｉｎ 管壁厚さ＝０．０１ｉｎ 互いに隣接する管の間の距離＝　０．１５　ｉｎ熱伝達流体流量割合＝　０．３ 　ｇｐｍこの選定によシ無次元パラメータに対し次の値を生ずる。

Ｂｉ　＝５６．８８２ Ｐｅ　＝５６．４１６ 相関パラメータＣＰはこのようにして計算すると約１．９９２に力る。この無次 元の熱波長ＴＶは計算すると約０．４６になシ本作動システムで熱波を生ずるこ とができる。加熱される床からの熱伝達流体流出温度が初めの床温度以上にかな りの程度に上昇し始めるとすぐに各床を通る流体流れを逆にするように本システ ムを作動すると、システムサイクル時間が約ｉ、４ｈｒになる。

未熟交換器内の管の数を３００本に選定し、床質量が床当たシ１２９１ｂの吸着 材であシ、高い方の作動温度が６０ＣＩ６Ｆ’であシ、低い方の作動温度が１０ ０°Ｆ′であシ、凝縮器温度が１００°Ｆ′であシ、蒸発器温度が４０’Ｆであ シ、蒸発器内の空気温度が７０′Ｆである場合に、作動ＣＯＰを計算することが できる。加熱ＣＯＰは約２．６で計算されるが、冷却ｃｏｐは約１．６である。

この場合各床内の熱伝達流体流れを前記したように逆にするものとする。

表　Ａ ｂＡｚ ｈ　＝未熟交換器の流体封管の対流伝熱係数Ｐ　＝未熟交換器の管の横断面の内 側製辺長Ｌ　＝床長さ Ｋｂ＝　未熟交換器を含む床の有効軸線方向熱伝導率 Ａｚ＝　単一の未熟交換器管が露出した吸着材の横断面積 ｄｌ）　＝　未熟交換器を含む床の有効熱拡散率ｄｆ＝　流体熱拡散率 ｐｆ＝　流体密度 Ｃｆ＝　流体比熱容量 ■　＝熱交換器の各管内の流体速度 ｋｆ＝　流体熱伝導率 Ａｆ＝　未熟交換器の管内の流体の横断面積浄書（内容に変更なしン 吸着材温度Ｏｐ ＴＷぐ０．９のときｃｐ最大 手続補正書く方式） ％式％ ２、発明の名称　固体吸着材ヒートポンプシステム３、補正をする者　事件との 関係　特許出願人ジェルタン、サミュアル、ヴイ （昭和６２年８月２５日発送） （２）図面の浄書（内容に変更なし） ７、補正の内容　別　紙　の　と　お　リ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ヒートポンプ循環路内の凝縮器及び蒸発器に連結した２個の固体吸着材床を 備え、放散された冷媒が加熱される床から前記凝縮器内に流れることができ又前 記蒸発器からの冷媒が冷却される床内に流れることができるようにしたヒートポ ンプシステムを高い方の作動温度及び低い方の作動温度の間で作動する作動法に おいて、（ａ）各固体吸着材床に対し別個の熱交換器を熱伝達関係に配置しこれ 等の熱交換器を閉じた流体ループ内に相互に直列に連結してこの閉じたループ内 を熱伝達流体が前記各熱交換器を経て連続的に流れるようにし、（ｂ）前記各床 の両端部の各一方の間を流れる熱伝達流体を高い方の作動温度に加熱し、（ｃ） 前記各床の各他端部間を流れる熱伝達流体を低い方の作動温度に冷却し、（ｄ） 前記の閉じた流体ループ内に前記各熱交換器を経て熱伝達流体を連続的に循環さ せこの熱伝達流体が前記の両方の床の大体長手方向に流れるようにし、この場合 熱伝達流体の循環割合を、前記床の端部に流入する加熱された熱伝達流体により 固体吸着材床を低い方の作動温度に近い初めの冷たい床温度から加熱すると共に 、前記床によりこの床の長さより短い距離内で熱伝達流体を高い方の作動温度か らほぼ初めの冷たい床温度に冷却し、そして他方の床の端部に流入する冷却され た熱伝達流体により固体吸着材床を高い方の作動温度に近い初めの熱い床温度か ら冷却すると共に、前記床によりこの床の長さより短い距離内で熱伝達流体を低 い方の作動温度からほぼ初めの熱い床温度に加熱するような割合とし、（ｅ）前 記各床のいずれかから出る熱伝達流体の流出温度がこの床の初めの温度からステ ツプ（ｂ）の初めの床温度及び流入流体温度の間の差の約５０％より小さい規定 量だけ変ったときに、熱伝達流体の循環を変えて加熱された熱伝達流体が冷却さ れた床を流通し又冷却された熱伝達流体が加熱された床を流通するようにし、（ ｆ）前記各床のいずれかから出る熱伝達流体の流出温度がこの床の初めの温度か らステツプ（ｃ）の前記規定量だけ変つたときに熱伝達流体の循環をステツプ（ ｂ）に変えて前記各床を前記の高い方及び低い方の作動温度の間で循環させるよ うにすることから成る作動法。
2. ２．熱伝達流体を、ステツプ（ｂ）中は各床の長手方向に第１の向きに又ステツ プ（ｃ）中は反対の向きに前記各床を経て連続的に循環させる請求の範囲第１項 記載の作動法。
3. ３．加熱中の各床の初めの床温度を、この床を蒸発器圧力から凝縮器圧力に加圧 することにより前記床を低い方の作動温度から上昇させる温度とし、冷却中の前 記各床の初めの床温度を、この床を凝縮器圧力から蒸発器圧力に減圧することに より前記床を高い方の作動温度から下げる温度とする請求の範囲第１項記載の作 動法。
4. ４．各床及び各熱交換器を、前記各床を流通する流体の流体ペクレ数を１＋固体 吸着材床及びこの床を流通する熱伝達流体の熱コンダクタンス比により割つた相 関パラメータが１より大きいが床ビオ数より小さくなるように構成する請求の範 囲第１項記載の作動法。
5. ５．各床を構成するに当たりさらに、前記各床及び各熱交換器を相関パラメータ がビオ数の平方根に実質的に等しくなるように構成する請求の範囲第４項記載の 作動法。
6. ６．各床を流通する熱伝達流体の容積流量割合を各別に調整して、前記各床から 出る熱伝達流体の流出温度がこの床の初めの温度から互いにほぼ同じ時間長さで 規定量だけ変るようにする請求の範囲第１項記載の作動法。
7. ７．１対の固体吸着材床と、これ等の固体吸着材床に連結されこれ等の各床の加 熱及び冷却に応答して駆動されるようにしたヒートポンプ循環路と、熱伝達流体 と、前記各床に一方が作動的に協働して各熟交換手段流通熱伝達流体が協働する 方の前記床の長手方向に単一のパスで流れるようにしそれぞれ互いに対向する端 部を持つ１対の床熱交換手段と、これ等の両方の床熱交換手段の各端部の一方に 連結し前記熱交換流体を規定の高い方の作動温度に加熱するようにした加熱手段 と、前記の両方の床熱交換手段の各端部の他方に連結して前記熱伝達流体が前記 加熱手段から前記床熱交換手段の一方を通り、冷却手段内部を通り、前記床熱交 換手段の他方を通つて流れ前記加熱手段にもどり熱伝達循環路を形成することが てきるようにし前記熱交換流体を規定の低い方の作動温度に冷却するようにした 冷却手段と、前記熱伝達流体を前記熱伝達循環路内に交互に一方向に循環させ前 記床の一方は冷却するが他方の床は加熱するようにし、又前記熱伝達循環路内に 別の方向に循環させ前記の他方の床は冷却するが前記の一方の床は加熱するよう にし、この場合前記の熱伝達流体の循環割合を、一方の前記熱交換手段の端部に 流入する加熱された熱伝達流体によりこの熱交換手段に協働する前記固体吸着材 床を低い方の作動温度に近い初めの冷たい床温度から加熱すると共に前記床によ りこの床の長さより短い距離内で熱伝達流体を高い方の作動温度からほぼ初めの 冷たい床温度に冷却し、そして他方の前記熱交換手段の端部に流入する冷却され た熱伝達流体によりこの熱交換手段に協働する前記固体吸着材床を高い方の作動 温度に近い初めの熱い床温度から冷却すると共に前記床によりこの床の長さより 短い距離内で熱伝達流体を低い方の作動温度からほぼ初めの熱い床温度に加熱す るような割合にして、前記の熱伝達流体及び各床の間で交換される熱により温度 プロフイルで前記各床の長手方向にこれ等の各床を経て移動する熱波を発生する ようにした循環手段と、前記各床から出る前記熱伝達流体及び前記循環手段に作 動的に協働しこの循環手段により前記熱波のいずれかが前記熱伝達流体の出る前 記床の端部に達したときに前記熱伝達循環路内の前記熱伝達流体の循環方向を逆 にするようにした制御手段とを包含するヒートポンプシステム。
8. ８．各熱交換手段を、これ等の各熱交換手段を流通する熱伝達流体の流体ペクレ 数を１＋固体吸着材床及び前記熱伝達流体の熱コンダクタンス比により割つた相 関パラメータが１より大きいが床ビオ数より小さくなるように構成し配置した請 求の範囲第７項記載のヒートポンプシステム。
9. ９．各床熱交換器を、相関パラメータが床ビオ数の平方根とほぼ同じ値になるコ ように構成し配置した請求の範囲第８項記載のヒートポンプシステム。
10. １０．制御手段を、各床のいずれかから出る熱伝達流体の温度が熱伝達流体循環 方向の最後に逆転したときの前記床の温度とこの床に入る熱伝達流体の温度との 間の差の約５０％より小さい規定量だけ変るときに熱伝達循環路内の熱伝達流体 の循環方向を逆にするように構成し配置した請求の範囲第８項記載のヒートポン プシステム。
11. １１．床冷却時には冷媒蒸気を吸着するが床加熱時には冷媒蒸気を放散すること のできる固体吸着材の細長い床を作動する作動法において、（ａ）細長い床に流 入し又この床から流出する冷媒蒸気の流れを妨げ、（ｂ）前記床の規定した小さ い方の部分だけを加熱することによりこの床内の蒸気圧力を高めてこの床の残り の部分を実質的に断熱的に加圧することから成る作動法。
12. １２．細長い床の規定した小さい方の部分だけを冷却することにより前記床内の 蒸気圧をステツプ（ｂ）と交互に下げて前記床の残りの部分を実質的に断熱的に 減圧するようにする請求の範囲第１１項記載の作動法。