WO2004038304A1

WO2004038304A1 - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: WO2004038304A1
Application number: PCT/JP2003/012624
Authority: WO
Inventors: Motohiro Suzuki; Tetsuo Terashima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2005-04-08
Also published as: CN1692258A; EP1550830A1

Abstract

従来の蓄熱ヒートポンプシステムは、圧縮機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の内部の湯を循環させて昇温するサイクルを繰り返しながら、貯湯タンクの内部に多量の湯を貯め、この湯を蛇口等を通じて給湯するものである。このような従来の蓄熱ヒートポンプシステムには、大容量の貯湯タンクが必要になるという課題があった。所定の熱媒体を流通させる冷媒流路1と、流通させられる熱媒体を、昇圧を利用して昇温する圧縮手段2と、所定の被加熱媒体を流通させる被加熱媒体流路6と、流通させられる被加熱媒体を、流通させられる昇温された熱媒体との熱交換を利用して昇温する放熱手段3と、流通させられる熱媒体および/または流通させられる被加熱媒体を、所定の化学反応を利用して昇温する冷媒加熱手段8とを備えた蓄熱ヒートポンプシステムである。

Description

明細

ヒ―

技分野

本発明は、たとえば、給湯や空調に利用可能なヒートポンプ装置に関する。背景技術

従来の蓄熱ヒー 1、ポンプシステムは、圧縮機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の内部の湯を循環させて昇温するサイクルを繰り返しながら、貯湯タンクの内部に多量の湯を貯め、この湯を蛇口等を通じて給湯するものである（たとえば特開平

1 1一 1 9 3 9 5 8号公報参照）。

ここに、特開平 1 1一 1 9 3 9 5 8号公報の全ての開示は、そつくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。

なお、貯湯タンクの内部の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ある。しかしながら、このような従来の蓄熱ヒートポンプシステムには、大容量の貯湯タンクが必要になるという課題があった。

より具体的に述べると、速やかに給湯を開始するために大容量の貯湯タンクが不可欠となり、設置スペース、貯湯タンクの重量、設置部の耐荷重等の観点から見ると設置上および施工上の困難があったり、貯湯タンクの内部の湯を所定温度に昇温させるまでに時間がかかりすぎてしまうことがあった。

なお、貯湯タンクに電気ヒータ等の補助加熱源を備える場合、貯湯タンクの内部の湯を電気ヒータ等の補助加熱で急速に昇温させる瞬間型熱供給を実現しようとすると、電気ヒータが大容量化してしまうことが多い。また、熱供給量にかかわらず、供給時には一律に昇温を行うため、エネルギーロスが大きくなりがちであった。

本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、たとえば、大容量の貯湯タンクが不要なヒ一トポンプ装置を提供することを目的とするものである。発明の開示

本発明は、たとえば、大容量の貯湯タンクが不要なヒートポンプ装置を提供することができ、有用である。

第 1の本発明は、所定の熱媒体を流通させる熱媒体流路と、前記流通させられる熱媒体を、昇圧を利用して昇温する熱媒体昇圧昇温手段と、

所定の被加熱媒体を流通させる被加熱媒体流路と、

前記流通させ'られる被加熱媒体を、前記流通させられる昇温された熱媒体との熱交換を利用して昇温する被加熱媒体昇温手段と、

前記流通させられる熱媒体および Zまたは前記流通させられる被加熱媒体を、所定の化学反応を利用して昇温する化学反応昇温手段とを備えたヒートポンプ装置である。

第 2の本発明は、前記化学反応昇温手段は、前記流通させられる熱媒体および Zまたは前記流通させられる被加熱媒体を、所定の可逆的な発熱反応の反応熱を利用して昇温する第 1の本発明のヒートポンプ装置である。

第 3の本発明は、所定の作動媒体を貯蔵する作動媒体貯蔵手段をさらに備え、

前記所定の可逆的な発熱反応とは、前記貯蔵されていた所定の作動媒体が所の吸着材に吸着される反応である第 2の本発明のヒートポンプ装置である。

第 4の本発明は、前記吸着された所定の作動媒体は、前記所定の可逆的な発熱反応を利用する昇温が行われる場合以外の場合において、. 前記所定の吸着材から脱離され、

前記作動媒体貯蔵手段は、前記脱離された所定の作動媒体を再び貯蔵する第 3の本発明のヒートポンプ装置である。

第 5の本発明は、前記所定の作動媒体の脱離は、前記流通させられる昇温された熱媒体および/または前記流通させられる昇温された被加熱媒体との熱交換を利用して行われる第 4の本発明のヒートポンプ装置である。

第 6の本発明は、（A ) 前記所定の可逆的な発熱反応を利用する昇温が行われる場合において、前記熱媒体昇圧昇温手段が前記熱媒体流路に関して前記化学反応昇温手段より下流側で前記被加熱媒体昇温手段より上流側に位置するように、前記熱媒体流路を切り替え、（B ) それ以外の場合において、前記化学反応昇温手段が前記熱媒体流路に関して前記熱媒体昇圧昇温手段より下流側で前記被加熱媒体昇温手段より上流側に位置するように、前記熱媒体流路を切り替える熱媒体流路切替手段をさらに備えた第 2の本発明のヒートポンプ装置である。

第 7の本発明は、前記貯蔵されていた所定の作動媒体は、気化または分解されて前記所定の吸着材に吸着される第 3の本発明のヒートポンプ装置である。

第 8の本発明は、前記所定の作動媒体の気化または分解は、加熱および Zまたは減圧を利用して行われる第 7の本発明のヒ一トポンプ装置である。

第 9の本発明は、前記昇温された被加熱媒体は、少なくとも一部が蓄積され、

前記加熱は、前記昇温され蓄積された被加熱媒体を利用して行われる第 8の本発明のヒートポンプ装置である。

第 1 0の本発明は、前記所定の可逆的な発熱反応とは、所定の有機化合物の水素化反応である第 2の本発明のヒートポンプ装置である。第 1 1の本発明は、前記所定の可逆的な発熱反応とは、所定の炭素系多孔質材料、所定の無機系多孔質材料、所定の吸水性高分子材料の内の何れかに対する水の吸着反応である第 2の本発明のヒートポンプ装置である。

第 1 2の本発明は、前記所定の可逆的な発熱反応とは、水素吸蔵能を有する所定の水素吸蔵材料の水素化反応である第 2の本発明のヒ一トポンプ装置である。

第 1 3の本発明は、前記所定の可逆的な発熱反応とは、所定の無機塩類のアンモニア化反応である第 2の本発明のヒートポンプ装置である。

第 1 4の本発明は、前記熱媒体流路および Zまたは前記被加熱媒体流路の外側表面には、所定の受熱フィンが設けられており、

前記設けられた所定の受熱フィンの間には、前記所定の吸着材が充填されている第 3の本発明のヒ一トポンプ装置である。

第 1 5の本発明は、前記充填されている所定の吸着材には、前記所定の吸着材が有する熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する所定の材料が混合されている第 1 4の本発明のヒートポンプ装置である。

第 1 6の本発明は、所定の熱媒体流路を利用して所定の熱媒体を流通させる熱媒体流通ステップと、

前記流通させられる熱媒体を、昇圧を利用して昇温する熱媒体昇圧昇温ステップと、所定の被加熱媒体流路を利用して所定の被加熱媒体を流通させる被加熱媒体流通ステップと、

前記流通させられる被加熱媒体を、前記流通させられる昇温された熱媒体との熱交換を利用して昇温する被加熱媒体昇温ステップと、前記流通させられる熱媒体および/または前記流通させられる被加熱媒体を、所定の化学反応を利用して昇温する化学反応昇温ステップとを備えたヒートポンプ方法である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1における蓄熱ヒートポンプシステムの構成図である。

図 2は、本発明の実施の形態 2における蓄熱ヒートポンプシステムの構成図である。

図 3は、本発明の実施の形態 2における蓄熱ヒートポ

の反応器 7の部分構成図である。

図 4は、本発明の実施の形態 3における蓄熱ヒートポ

の構成図である。

(符号の説明）

1 冷媒流路

2 圧縮手段

3 放熱手段

4 膨張手段

5 蒸発手段

6 被加熱媒体流路 8 冷媒加熱手段

9 貯蔵容器

1 0 容器加熱手段

1 1 容器冷却手段

1 2 被加熱媒体加熱手段

1 3 容器減圧手段

1 4 受熱フィン群

1 5 吸着材

1 6 高熱伝導混合物

1 7 貯湯タンク

1 8 三方弁システム発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明にかかる実施の形態について、図面を参照

明を行う。

(実施の形態 1 )

はじめに、本発明の実施の形態 1における蓄熱ヒートポ

ムの構成図である図 1を主として参照しながら、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの構成について説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段については、詳細な説明を省略する。本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの冷凍サイクルは、冷媒が流通する冷媒流路 1 と、圧縮手段 2と、被加熱媒体流路 6を流通する被加熱媒体に対する放熱手段 3と、膨張手段 4と、冷媒の蒸発手段 5とから構成される。

また、水素吸蔵能を有する水素吸蔵材料に対する水素化 ·脱水素反応を行う反応器 7と、反応熱により冷媒を加熱する冷媒加熱手段 8と、反応器 7の内部の水素吸蔵材料よりも低温で水素化 ·脱水素反応が行われる水素吸蔵材料が内部に充填された、反応器 7に供給される水素を貯蔵する貯蔵容器 9 と、貯蔵容器 9の内部の水素吸蔵材料を加熱する容器加熱手段 1 0と、貯蔵容器 9の内部の水素吸蔵材料を冷却する容器冷却手段 1 1 とを備えている。

つぎに、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの動作について説明する。なお、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの動作について説明しながら、本発明のヒートポンプ方法の一実施の形態についても説明する（その他の実施の形態についても同様である）。

( 1 ) 運転開始時の動作；冷媒の温度が十分に高くない運転開始時のような場合（可逆的な発熱反応を利用する昇温が行われる場合）においては、圧縮手段 2が冷媒流路 1に関して冷媒加熱手段 8より下流側で放熱手段 3より上流側に位置するように、冷媒流路 1を切り替える。

具体的には、ヒートポンプの運転を開始すると、四つの三方弁を有する三方弁システム 1 8の a側（図 1参照）への切り替えにより、冷媒は反応器 7の内部を貫通する冷媒流路 1に流通した後、圧縮手段 2 での昇圧を開始する。

ただし、圧縮手段 2の熱容量が大きい等の理由により、流入する冷媒が定格温度に達するまでには時間を要する。

そこで、この間に、容器加熱手段 1 0により大気熱を利用して、貯蔵容器 9の内部に充填された水素吸蔵材料からの脱水素反応を行う。ここで脱離した水素は、反応器 7に供給され、充填された水素吸蔵材科の水素化反応（発熱）の反応熱を利用して、冷媒を補助的に加熱する。

発生した反応熱は、圧縮手段 2の上流側で冷媒流路 1 の内部を流通する冷媒に伝熱され、その後、放熱手段 3において、'冷媒流路 1の内 •部を流通する冷媒と、流路 A側から被加熱媒体流路 6を通して供給される被加熱媒体（ここでは、水）との熱交換が行われる。

なお、水素吸蔵材料の水素化反応の反応熱を利用しているが、有機化合物（有機化合物の反応系としては、アセトン一イソプロパノール等が用いられる、以下同様）の水素化 ·脱水素反応や炭素系多孔質材料、無機系多孔質材料、または吸水性高分子材料からなる吸着材に対する水の吸 ·脱着反応、または無機塩類のアンモニア錯体のアンモニァ化 ·脱離反応等を用いて冷媒を補助的に加熱しても良い。ただし、寒冷地などにおいても作動媒体が凍結してしまったりしないという観点からは、水素化 ·脱水素反応やアンモニア化 ·脱離反応等は利便性に優れている。

このようにして冷媒を捕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短縮することが可能となるため、必要な時にすぐに湯を使用できる即湯性に優れた利便性の高い蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。

また、水素吸蔵合金としては、 L a、 M n、 M g、 T i、 F e、 C a、 V等から構成されるものを用いている。

なお、水素貯蔵材料として、水素吸蔵合金を用いているが、炭素系材料を用いても良く、上記と同様の効果が得られる。

( 2 )運転継続時の動作；運転継続時や運転停止時のような場合（可逆的な発熱反応を利用する昇温が行われる場合以外の場合）において、冷媒加熱手段 8が冷媒流路 1に関して圧縮手段 2より下流側で放熱手段 3より上流側に位置するように、冷媒流路 1を切り替える。

具体的には、その後、圧縮手段 2の下流側の冷媒温度が所定温度（ 6 0 °C ) 以上に達すると、三方弁システム 1 8の b側（図 1参照）への切り替えが行われる。そして、圧縮手段 2の下流側に切り替えられた冷媒加熱手段 8により、今度は、反応器 7の内部に充填された水素吸蔵材料が加熱され、脱水素反応を開始する。このとき、脱離した水素は、貯蔵容器 9の内部に充填された水素吸蔵材料と水素化反応を行い、再度貯蔵容器 9に貯蔵される。

この間に、流路 B側から被加熱媒体を供給し、容器冷却手段 1 1により水素化反応の反応熱を被加熱媒体に伝熱する。ここで、予熱された被加熱媒体は、放熱手段 3においても、冷媒流路 1の内部を流通する冷媒との熱交換が行われる。

このように、貯蔵容器' 9には、ヒートポンプの運転開始時に必要な補助加熱量に相当する水素を貯蔵するための水素吸蔵材料を充填していることから、貯湯タンクの容量を小さくすることが可能となる。具体的には、給湯装置の場合、貯蔵容器 9の内部に貯蔵された水素を反応熱量に換算すると、従来の貯湯タンクを有する装置と比較して、保有熱量は 1 / 1 0以下で良くなる。そして、さらに貯蔵容器 9の蓄熱密度も 2倍以上に向上し、 1 / 2 0以下の容積を実現できる。

このため、設置スペース、貯蔵容器 9の重量、設置部め耐荷重等の設置性、施工性に優れた蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。もちろん、上述の運転開始時に必要な補助加熱量に相当する貯蔵容器 9 に加えて、速やかに昇温した被加熱媒体（お湯）の供給を開始するために、少量の湯量の貯湯タンクを別途設置しても良い。

所定温度以上に達すると可逆的な吸熱反応を行う化学反応系を利用することにより、反応器 7の再生時に、複雑なシステム、運転方法を必要としない簡易な蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。

なお、本実施の形態では、運転開始時において圧縮手段 2が反応器 7の下流側にくるが、運転開始時において圧縮手段 2が反応器 7の上流側にくるようにしても良く、上記と同様の効果が得られるものである。ただし、蒸発手段 5の温度を低く抑えてそこでの汲み上げ熱量を十分に確保するためには、運転開始時において圧縮手段 2が反応器 7 の下流側にくる方がより望ましい。これに対して、水素を.再度貯蔵容器 9に貯蔵するためには、運転継続時や運転終了時において圧縮手段 2が反応器 7の上流側にくる必要がある（そのために、冷媒流路 1の切り替えが必要になった）。

また、反応器 7での水素化反応の反応熱を冷媒に伝熱した後、冷媒から被加熱媒体に伝熱を行っているが、被加熱媒体に直接伝熱する構成としても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

また、容器加熱手段 1 0により大気熱を利用して、貯蔵容器 9の内部に充填された水素吸蔵材料からの脱水素反応を行っているが、太陽熱、または大気熱、巿水の保有熱、または風呂の排熱等を利用しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

また、可逆的な化学反応の発熱反応を、ヒートポンプの運転開始時の補助加熱に利用しているが、.外気温の低下等の理由により、蒸発手段 5からの汲み上げ熱量が不足する場合の補助加熱に利用しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

さらに、被加熱媒体として水を用いて、蓄熱ヒートポンプシステムを給湯の用途としているが、被加熱媒体として空気を用いて、暖房の用途としても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

なお、本発明のヒートポンプ装置は、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムに対応する。また、本発明の熱媒体流路は冷媒流路 1に対応し、本発明の熱媒体昇圧昇温手段は圧縮手段 2に対応し、本発明の被加熱媒体流路は被加熱媒体流路 6に対応し、本発明の被加熱媒体昇温手段は放熱手段 3に対応し、本発明の化学反応昇温手段は冷媒加熱手段 8に対応する。また、本発明の作動媒体貯蔵手段は、貯蔵容器 9に対応する。また、本発明の熱媒体流路切替手段は、三方弁システム 1 8に対応する。

(実施の形態 2 )

はじめに、本発明の実施の形態 2における蓄熱ヒートポンプシステムの構成図である図 2、および本発明の実施の形態 2における蓄熱ヒ一トポンプシステムの反応器 7の部分構成図である図 3を主として参照しながら、本実施の形態の蓄熱ヒ一トポンプシステムの構成について説明する。

本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの構成は、前述した実施の形態 1の蓄熱ヒートポンプシステムの構成と類似している。そこで、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの構成については、主として実施の形態 1の蓄熱ヒートポンプシステムの構成と異なる点を説明する。

本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムは、水の吸着能を有する吸着材に対する水の吸 ·脱着反応を行う反応器 7 と、反応器 7に供給される水を貯蔵する貯蔵容器 9 と、貯蔵容器 9の内部を減圧し、水を蒸発させる容器減圧手段 1 3 とを備えている。

また、反応器 7は、内部を貫通する被加熱媒体流路 6に備えられた受熱フィン群 1 4間に、吸着材 1 5 と高熱伝導混合物 1 6 とを充填した構成となっている（図 3参照）。

つぎに、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの動作について説明する。

本実施の形態の蓄熱ヒ^トポンプシステムの動作は、前述した実施の形態 1の蓄熱ヒートポンプシステムの動作と類似している。そこで、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシスデムの動作については、主として実施の形態 1の蓄熱ヒートポンプシステムの動作と異なる点を説明する。

( 1 ) 運転開始時の動作；ヒートポンプの運転を開始すると、三方弁 1 1 8の a側（図 2参照）への切り替えにより、圧縮手段 2で昇圧された冷媒は、放熱手段 3の内部を貫通する冷媒流路 1に流通を開始する。ただし、圧縮手段 2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。

この間に、容器減圧手段 1 3により貯蔵容器 9の内部の水を蒸発させる。ここで蒸発した水は、反応器 7に供給され、充填された吸着材 1 5に対する水の吸着熱を利用して、被加熱媒体を補助的に加熱する。具体的には、図 3に示されているように、反応器 7の内部を貫通する被加熱媒体流路 6に備えられた受熱フィン群 1 4間にシリ力ゲルの吸着材 1 5が充填されており、貯蔵容器 9から供給される水蒸気は、吸着材 1 5に吸着され、ここで発熱が起こる。また、発生した反応熱は、上記構成の被加熱媒体加熱手段 1 2において、流路 A側から被加熱媒体流路 6を通して供給された被加熱媒体（ここでは、空気）との熱交換が行われる。ここで、吸着材 1 5中には、繊維状の銅からなる高熱伝導混合物 1 6が分散配置されており、発生した熱の被加熱媒体への伝熱が促進される。

なお、吸着材に対する水の吸 ·脱着反応を利用しているが、有機化合物の水素化 ·脱水素反応や水素吸蔵材料の水素化反応の反応熱、または無機塩類のアンモニア錯体のアンモニア化 ·脱離反応等を用いて冷媒を補助的に加熱してもよい。

このようにして、ヒートポンプの運転開始から所定温度の空気供給が行われるまでの時間を短縮すること.が可能となるため、必要な時にすぐに暖房を行うことができる即暖性に優れた利便性の高い蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。

なお、吸着材として、シリカゲルを用いているが、ゼォライト等の無機多孔質材料、活性炭等の炭素系多孔質材料、あるいはポリアクリルアミド等の吸水性高分子材料を用いても良く、上記と同様の効果が

' 得られる。ただし、吸着材から低温で水を脱離させるためには、活性炭、シリカゲル、ポリアクリルアミドが、特に有効である。

また、吸 ·脱着反応の作動媒体として、水を用いているが、メタノ一ル等を用いても良く、上記と同様の効果が得られる。ただし、作動媒体の供給の観点では、インフラの整備されている水は利便性に優れている。

な.お、反応器 7の内部の被加熱媒体流路 6に受熱フィン群 1 4を設置し、この間に充填した吸着材 1 5中に高熱伝導混合物 1 6が分散配置することにより、伝熱効率が高くなる。

また、容器減圧手段 1 3により、貯蔵容器 9の内部を減圧て、水を蒸発させることにより、貯蔵容器 9の昇温に伴う放熱量を増加を抑制できる。

かくして、エネルギー消費量の少ない経済性に優れた蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。

( 2 ) 運転継続時の動作；その後、圧縮手段 2下流の冷媒温度が所定温度（ 6 0 °C ) 以上に達すると、三方弁 1 1 8の b側（図 2参照）への切り替えが行われる。そして、冷媒加熱手段 8が圧縮手段 2の下流側にくるように流路が切り替えられたため、冷媒加熱手段 8により反応器 7内に充填された吸着材は加熱され、脱水反応が開始される。

このとき、脱離した水は、貯蔵容器 9内に凝縮して貯蔵される。また、被加熱媒体流路 6が流路 B側に切換えられ、放熱手段 3において冷媒と被加熱媒体との熱交換が行われる。なお、本実施の形態では、高熱伝導混合物 1 6 として、繊維状の銅を用いているが、形状は、これに限定されるものではなく、例えば、粒状等でも良い。

また、材質も、これに限定されるものではなく、例えば、金属、炭素等の吸着材ょり熱伝導率の高い材料であれば良く、上記と同様の効果が得られる。

また、反応器 7での水の吸着反応の反応熱を被加熱媒体に直接伝熱しているが、冷媒に伝熱した後、冷媒から被加熱媒体に伝熱を行う構成としても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

また、容器減圧手段 1 3により、貯蔵容器 9の内部を減圧して、蒸発させた水を反応器 7に供給しているが、水を液体のまま反応器 7に供給しても良い。ヒートポンプの運転開始から所定温度の空気供給が行われるまでの時間は、上記より若干長くなるものの、容器減圧手段 1 3が不要となることから、蓄熱ヒートポンプシステムをより簡素化することも可能となる。

また、可逆的な化学反応の発熱反応'を、ヒートポンプの運転開始時の捕助加熱に利用しているが、外気温の低下等の理由により、蒸発手段 5からの汲み上げ熱量が不足する場合の補助加熱に利用しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

また、被加熱媒体を加熱する暖房運転動作について説明してきたが、蓄熱ヒートポンプシステムにおいて、冷凍サイクルを逆方向に循環させた場合には、被加熱媒体は冷却され、冷房運転を行うことも可能である。

さらに、被加熱媒体として空気を用いて、蓄熱ヒートポンプシステムを暖房の用途としているが、被加熱媒体として水を用いて、給湯の用途としても良く、上記と同様の効果が得られるものである。なお、本発明の熱媒体流路切替手段は、三方弁 1 1 8に対応する。 (実施の形態 3 )

はじめに、本発明の実施の形態 3における蓄熱ヒートポンプシステムの構成図である図 4を主として参照しながら、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの構成について説明する。

本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムは、無機塩類に対するァンモユア化 ·脱アンモニア反応を行う反応器 7 と、反応熱により冷媒を加熱する冷媒加熱手段 8 と、反応器 7に供給される水素を貯蔵する貯蔵容器 9 (内部に、反応器 7の内部の無機塩類よりも低温でアンモニァ化 ·脱アンモニア反応が行われる無機塩類を充填）とを備えている。

具体的には、反応器 7の内部に塩化鉄、貯蔵容器 9の内部に塩化力ルシゥムを充填している。

本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの動作は、前述した実施の形態 1の蓄熱ヒートポンプシステムの動作と類似している。そこで、本実施の形態の蓄熱ヒートポンプシステムの動作については、主として実施の形態 1の蓄熱ヒートポンプシステムの動作と異なる点を説明する。 '

( 1 ) 運転開始時の動作；ヒートポンプの運転を開始すると、三方弁システム 1 8の切り替え（a 側）により、冷媒は反応器 7の内部を貫通する冷媒流路 1に流通した後、圧縮手段 2での昇圧を開始する。ただし、圧縮手段 2の熱容量が大きい等の理由により、流入する冷媒が定格温度に達するまでには時間を要する。 ' この間に、容器加熱手段 1 0により貯湯タンク 1 7に貯蔵されたお湯を利用して、貯蔵容器 9の内部に充填された無機塩類からの脱アンモニァ反応を行う。ここで脱離したアンモニアは、反応器 7に供給され、充填された無機塩類のアンモニア化反応（発熱反応）の反応熱を利用して、圧縮手段 2の上流側で冷媒を補助的に加熱する。 .

ここで、貯湯タンク 1 7に貯蔵されたお湯は、電力料金が低い時間帯にヒートポンプを運転し、生成したものである。このお湯の保有熱を利用することにより、電気入力に対して 3倍以上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。さらに、電気料金の低い時間帯の電力を利用して、ヒートポンプシステムの運転に利用することにより、より経済性に優れた蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。

なお、無機塩類のアンモニア錯体のアンモニア化 ·脱離反応の反応熱を利用しているが、有機化合物の水素化 ·脱水素反応や炭素系多孔質材料、無機系多孔質材料、または吸水性高分子材料からなる吸着材に対する水の吸 ·脱着反応、または水素吸蔵材料の水素化 ·脱水素反応等を用いても良い。冷媒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短縮することが可能となるため、必要な時にすぐに湯を使用できる即湯性に優れた利便性の高い蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。 ' なお、無機塩類として、塩化鉄、塩化カルシウムを用いているが、塩化マグネシウム、塩化マンガン等のその他塩化物を用いても良く、上記と同様の効果が得られる。もちろん、貯蔵容器 9に充填される無機塩類の作動温度は、反応器 7に充填される無機塩類の作動温度よりも低いことが望ましい。

( 2 ) 運転継続時の動作；その後、圧縮手段 2の下流側の冷媒温度が所定温度（ 6 0 °C ) 以上に達すると、三方弁システム 1 8の切り替え（b 側）により、圧縮手段 2の下流側に切り替えられた冷媒加熱手段 8により、反応器 7の内部に充填された無機塩類のアンモニア錯体は加熱され、脱アンモニア反応を開始する。このとき、脱離したアンモ-ァは、貯蔵容器 9の内部に充填された無機塩類とアンモニア化反応を行い、再度貯蔵容器 9に貯蔵される。

ここで、ヒートポンプの運転は、ユーザーからの給湯需要が終了しても、反応器 7の内部にアンモニアが残存している場合には、脱離したアンモニアを貯蔵容器 9に貯蔵するために継続して行われる。このため、運転開始時には確実に湯が得られる、即湯性に優れた利便性の高い蓄熱ヒートポンプシステムを実現できる。

なお、本実施の形態では、運転開始時において圧縮手段 2が反応器 7の下流側にくるが、運転開始時において圧縮手段 2が反応器 7の上流側にくるようにしても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

また、反応器 7でのアンモニア化反応の反応熱を冷媒に伝熱した後、冷媒から被加熱媒体に伝熱を行っているが、被加熱媒体に直接伝熱する構成としても良く、上記と同様の効果が得.られるものである。

また、容器加熱手段 1 0により電力料金が低い時間帯にヒートポンプを運転し、生成したお湯の保有熱を利用して、貯蔵容器 9の内部に充填された水素吸蔵材料からの脱'水素反応を行った。しかし、これに限らず、大気熱、太陽熱、巿水の.保有熱、または風呂の排熱等を利用しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。

, また、可逆的な化学反応の発熱反応を、ヒートポンプの運転開始時の補助加熱に利用しているが、外気温の低下等の理由により、蒸発手段 5からの汲み上げ熱量が不足する場合の補助加熱に利用しても良く、上記と同様の効果'が得られるものである。

さらに、被加熱媒体として水を用いて、蓄熱ヒートポンプシステムを給湯の用途としているが、被加熱媒体として空気を用いて暖房の用途としても良く、上記と同様の効果が得られるものである。産業上の利用可能性

以上述べたところから明らかなように、本発明は、蓄熱ヒートボンプシステムにおいて大容量の貯湯タンクが不要になるという長所を有する。

Claims

請求 φ 範囲

1 . 所定の熱媒体を流通させる熱媒体流路と、

前記流通させられる熱媒体を、昇圧を利用して昇温する熱媒体昇圧昇瘟手段と、 .

所定の被加熱媒体を流通させる被加熱媒体流路と、

前記流通させられる被加熱媒体を、前記流通させられる昇温された熱媒体との熱交換を利用して昇温する被加熱媒体昇温手段と、

前記流通させられる熱媒体および/または前記流通させられる被加熱媒体を、所定の化学反応を利用して昇温する化学反応昇温手段とを備えたヒートポンプ装置。

2 . 前記化学反応昇温手段は、前記流通させられる熱媒体および/ または前記流通させられる被加熱媒体を、所定の可逆的な発熱反応の反応熱を利用して昇温する請求項 1記載のヒートポンプ装置。

3 . 所定の作動媒体を貯蔵する作動媒体貯蔵手段をさらに備え、前記所定の可逆的な発熱反応とは、前記貯蔵されていた所定の作動媒体が所定の吸着材に吸着される反応である請求項 2記載のヒートボン

4 . 前記吸着された所定の作動媒体は、前記所定の可逆的な発熱反応を利用する昇温が行われる場合以外の場合において、前記所定の吸着材から脱離され、

前記作動媒体貯蔵手段は、前記脱離された所定の作動媒体を再ぴ貯蔵する請求項 3記載のヒートポンプ装置。

5 . 前記所定の作動媒体の脱離は、前記流通させられる昇温された熱媒体および/または前記流通させられる昇温された被加熱媒体との熱交換を利用して行われる請求項 4記載のヒートポンプ装置。

6 . ( Α ) 前記所定の可逆的な発熱反応を利用する昇温が行われる場合において、前記熱媒体昇圧昇温手段が前記熱媒体流路に関して前記化学反応昇温手段より下流側で前記被加熱媒体昇温手段より上流側に位置するように、前記熱媒体流路を切り替え、（B ) それ以外の場合において、前記化学反応昇温手段が前記熱媒体流路に関して前記熱媒体昇圧昇温手段より下流側で前記被加熱媒体昇温手段より上流側に位置するように、前記熱媒体流路を切り替える熱媒体流路切替手段をさらに備えた請求項 2記載のヒートポンプ装置。

7 . 前記貯蔵されていた所定の作動媒体は、気化または分解されて前記所定の吸着材に吸着される請求項 3記載のヒートポンプ装置。

8 . 前記所定の作動媒体の気化または分解は、加熱および/または減圧を利用して行われる請求項 7記載のヒートポンプ装置。

9 . 前記昇温された被加熱媒体は、少なくとも一部が蓄積され、前記加熱は、前記昇温され蓄積された被加熱媒体を利用して行われる請求項 8記載の給湯装置。

1 0 . 前記所定の可逆的な発熱反応とは、所定の有機化合物の水素化反応である請求項 2記載のヒートポンプ装置。

1 1 . 前記所定の可逆的な発熱反応とは、所定の炭素系多孔質材料、所定の無機系多孔質材料、所定の吸水性高分子材料の内の何れかに対する水の吸着反応である請求項 2記載のヒートポンプ装置。

1 2 . 前記所定の可逆的な発熱反応とは、水素吸蔵能を有する所定の水素吸蔵材料の水素化反応である請求項 2記載のヒートポンプ装置 _c

1 3 . 前記所定の可逆的な発熱反応とは、所定の無機塩類のアンモユア化反応である請求項 2記載のヒートポンプ装置。

1 4 . 前記熱媒体流路および Zまたは前記被加熱媒体流路の外側表面には、所定の受熱フィンが設けられており、

前記設けられた所定の受熱フィンの間には、前記所定の吸着材が充填されている請求項 3記載のヒートポンプ装置。

1 5 . 前記充填されている所定の吸着材には、前記所定の吸着材が有する熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する所定の材料が混合されている請求項 1 4記載のヒートポンプ装置。