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JP7650248B2 - Heat Pump System - Google Patents
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JP7650248B2 - Heat Pump System - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to a heat pump system.

吸着式ヒートポンプとして、特許文献1には、蒸発器、吸着器および蓄熱反応器を備え、蓄熱反応器は熱を蓄熱するとともに、熱媒の蒸発潜熱以上の熱を吸着器に対し放熱し、再生温度以上の熱を作用させることで吸着器を再生する構成が記載されている。 Patent Document 1 describes an adsorption heat pump that includes an evaporator, an adsorber, and a heat storage reactor, in which the heat storage reactor stores heat and dissipates heat equal to or greater than the latent heat of vaporization of the heat medium to the adsorber, and regenerates the adsorber by applying heat equal to or greater than the regeneration temperature.

また、電気式ヒートポンプも知られている。また、吸着式ヒートポンプと電気式ヒートポンプを併設したハイブリッドシステムも知られている。 Electric heat pumps are also known. Hybrid systems that combine an adsorption heat pump with an electric heat pump are also known.

特開2014-40959号公報JP 2014-40959 A

従来のハイブリッドシステムでは、図11に示すように、吸着式ヒートポンプ(Adsorption. Heat Pump: AHP)の蒸発器と電気式ヒートポンプ(Electric Heat Pump:EHP)の蒸発器とを、冷水の循環系で直列に接続している。 In a conventional hybrid system, as shown in FIG. 11, an evaporator of an adsorption heat pump (AHP) and an evaporator of an electric heat pump (EHP) are connected in series in a cold water circulation system.

また、吸着式ヒートポンプにおいて、低温での出力が大幅に低下するという課題があるため、実利用では、電気式ヒートポンプが、吸着式ヒートポンプのバックアップとして用いられる。しかし、単にコストが増大してしまう、という問題がある。 In addition, adsorption heat pumps have the problem that their output drops significantly at low temperatures, so in practical use, electric heat pumps are used as a backup for adsorption heat pumps. However, this simply increases costs.

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、吸着式ヒートポンプの冷熱出力が不足している場合に、電気式ヒートポンプの消費電力を低減させることを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to reduce the power consumption of an electric heat pump with a simple configuration when the cold heat output of an adsorption heat pump is insufficient.

本発明に係るヒートポンプシステムは、吸着式ヒートポンプと、電気式ヒートポンプとを備えたヒートポンプシステムであって、前記吸着式ヒートポンプは、第1蒸発器と、前記第1蒸発器で蒸発した流体を吸着するように構成されている複数の吸着器からなる吸着機構と、前記吸着機構から脱着した前記流体を凝縮するように構成されている凝縮器と、前記第1蒸発器で生成された冷熱が供給される負荷と、を備え、前記電気式ヒートポンプは、圧縮した冷媒を生成するように構成されているコンプレッサと、前記冷媒を膨張させるように構成されている膨張弁と、圧縮した冷媒を用いて、前記流体を蒸発させると共に、前記冷媒を前記膨張弁に供給するように構成されている第2蒸発器とを備え、前記吸着機構は、更に、前記第2蒸発器で蒸発した前記流体を吸着するように構成され、前記第1蒸発器を、膨張した冷媒から冷熱を生成し、前記冷媒を前記コンプレッサに供給するように構成されている、前記電気式ヒートポンプの蒸発器として共用する。 The heat pump system according to the present invention is a heat pump system including an adsorption heat pump and an electric heat pump. The adsorption heat pump includes a first evaporator, an adsorption mechanism including a plurality of adsorbers configured to adsorb the fluid evaporated by the first evaporator, a condenser configured to condense the fluid desorbed from the adsorption mechanism, and a load to which cold generated by the first evaporator is supplied. The electric heat pump includes a compressor configured to generate compressed refrigerant, an expansion valve configured to expand the refrigerant, and a second evaporator configured to evaporate the fluid using the compressed refrigerant and supply the refrigerant to the expansion valve. The adsorption mechanism is further configured to adsorb the fluid evaporated by the second evaporator. The first evaporator is configured to generate cold from the expanded refrigerant and supply the refrigerant to the compressor. The electric heat pump shares the evaporator with the electric heat pump.

本発明に係るヒートポンプシステムでは、前記第1蒸発器を、膨張した冷媒から冷熱を生成し、前記冷媒を前記コンプレッサに供給するように構成されている、前記電気式ヒートポンプの蒸発器として共用する。電気式ヒートポンプが冷熱を生成する際に、第2蒸発器が、コンプレッサが圧縮した冷媒を用いて、前記流体を蒸発させると共に、前記冷媒を前記膨張弁に供給する。このとき、吸着式ヒートポンプの吸着機構は、前記第2蒸発器で蒸発した前記流体を吸着する。このように、簡易な構成で、吸着式ヒートポンプの冷熱出力が不足している場合に、電気式ヒートポンプの消費電力を低減させることができる。 In the heat pump system according to the present invention, the first evaporator is used as the evaporator of the electric heat pump, which is configured to generate cold heat from the expanded refrigerant and supply the refrigerant to the compressor. When the electric heat pump generates cold heat, the second evaporator evaporates the fluid using the refrigerant compressed by the compressor and supplies the refrigerant to the expansion valve. At this time, the adsorption mechanism of the adsorption heat pump adsorbs the fluid evaporated in the second evaporator. In this way, with a simple configuration, it is possible to reduce the power consumption of the electric heat pump when the cold heat output of the adsorption heat pump is insufficient.

また、本発明に係る前記凝縮器は、更に、前記第2蒸発器で蒸発した前記流体を凝縮するように構成されていることができる。 The condenser according to the present invention may be further configured to condense the fluid evaporated in the second evaporator.

また、本発明に係る前記第2蒸発器は、前記コンプレッサに対して直列に連通するように設けられた、圧縮した前記冷媒を用いて、前記流体を蒸発させる複数の蒸発器であって、前記コンプレッサに近い方の蒸発器は、蒸発した前記流体を前記凝縮器へ供給するように構成され、前記コンプレッサに遠い方の蒸発器は、蒸発した前記流体を前記吸着機構へ供給するように構成されていることができる。 The second evaporator according to the present invention may be a plurality of evaporators that are arranged in series with the compressor and evaporate the fluid using the compressed refrigerant, and the evaporator closer to the compressor may be configured to supply the evaporated fluid to the condenser, and the evaporator farther from the compressor may be configured to supply the evaporated fluid to the adsorption mechanism.

また、上記の流体を、水とし、前記冷媒を、フロンガスとすることができる。 The fluid may be water and the refrigerant may be fluorocarbon gas.

本発明によれば、簡易な構成で、吸着式ヒートポンプの冷熱出力が不足している場合に、電気式ヒートポンプの消費電力を低減させることができるヒートポンプシステムが提供される。 The present invention provides a heat pump system that has a simple configuration and can reduce the power consumption of an electric heat pump when the cold heat output of an adsorption heat pump is insufficient.

本発明の第1実施形態のヒートポンプシステムの構成例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration example of a heat pump system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態のヒートポンプシステムにおける高効率モードの動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of a high-efficiency mode in the heat pump system of the first embodiment of the present invention. 吸着器温度、排熱温度に対する吸着材の平衡吸着量の散布図を表すコンター図である。FIG. 4 is a contour diagram showing a scatter diagram of the equilibrium adsorption amount of the adsorbent versus the adsorber temperature and the exhaust heat temperature. 電気式ヒートポンプにおける実際のコンプレッサの消費電力と環境温度と冷熱温度の関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the actual power consumption of a compressor, the environmental temperature, and the cold temperature in an electric heat pump. 本発明の第1実施形態のヒートポンプシステムにおけるAHP単独モードの動作を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining operation in an AHP only mode in the heat pump system of the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態のヒートポンプシステムにおける並列駆動モードの動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the heat pump system of the first embodiment of the present invention in a parallel drive mode. 本発明の第1実施形態のヒートポンプシステムにおけるEHP単独モードの動作を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the heat pump system according to the first embodiment of the present invention in an EHP only mode. 吸着器温度、排熱温度に対する吸着材の平衡吸着量の散布図を表すコンター図である。FIG. 4 is a contour diagram showing a scatter diagram of the equilibrium adsorption amount of the adsorbent versus the adsorber temperature and the exhaust heat temperature. 制御装置によるモード切替処理を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a mode switching process performed by the control device. 本発明の第2実施形態のヒートポンプシステムにおける高効率モードの動作を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of a high-efficiency mode in a heat pump system according to a second embodiment of the present invention. 従来技術におけるヒートポンプシステムの構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a heat pump system according to the prior art.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

(本発明の実施形態の概要)
吸着式ヒートポンプは、排熱が十分にあり、かつ外気温が閾値以下の場合は非常に電力消費量が少ない優れたヒートポンプとなりうる。しかし、排熱温度が低くなったり、吸着できる閾値以上の環境温度に到達した場合、低温での出力が大幅に低下する、という課題がある。このため、実利用では電気式ヒートポンプが吸着式ヒートポンプのバックアップとして併設されることが多く、コストが増大する。
(Overview of the embodiment of the present invention)
Adsorption heat pumps can be excellent heat pumps with very low power consumption when there is sufficient exhaust heat and the outside temperature is below a threshold. However, there is an issue that when the exhaust heat temperature becomes low or the environmental temperature reaches a threshold above which adsorption can be performed, the output at low temperatures drops significantly. For this reason, in practical use, an electric heat pump is often installed alongside the adsorption heat pump as a backup, which increases costs.

これは、以下の理由による。吸着式ヒートポンプの出力は、吸着材温度と、所望の冷房温度と、吸着材の性質とで決定されるが、どのような吸着材をもってきたとしても、冷房温度が下がるほど、また吸着材温度が高くなるほど、吸着できる容量が低下することで性能が低下する。 This is for the following reason. The output of an adsorption heat pump is determined by the adsorbent temperature, the desired cooling temperature, and the properties of the adsorbent, but no matter what kind of adsorbent is used, the lower the cooling temperature is and the higher the adsorbent temperature is, the lower the adsorption capacity is and the lower the performance is.

通常使われるシリカゲル等の場合、10℃以下の冷熱を生成したり、環境温度が35℃を超えるような条件においては、大きく低下することが知られている。このため、吸着式ヒートポンプのバックアップ用に電気式ヒートポンプが併設されることが多く、単にコストが増加する。 It is known that commonly used materials such as silica gel generate cold below 10°C, and that the cold drops significantly when the ambient temperature exceeds 35°C. For this reason, an electric heat pump is often installed alongside the adsorption heat pump as a backup, which simply increases costs.

そこで、本発明の実施形態では、吸着式ヒートポンプと電気式ヒートポンプを一体にすることで、凝縮器、蒸発器、及び熱輸送系の配管を共通化する。また、吸着式ヒートポンプの出力が、要求冷熱出力より不足する際に、吸着式ヒートポンプの出力を、電気式ヒートポンプのアシストに用いることで電気式ヒートポンプのCOP(Coefficient of Performance)を大幅に向上させる。 In an embodiment of the present invention, an adsorption heat pump and an electric heat pump are integrated to share the piping of the condenser, evaporator, and heat transport system. In addition, when the output of the adsorption heat pump is insufficient to meet the required cold heat output, the output of the adsorption heat pump is used to assist the electric heat pump, thereby significantly improving the COP (Coefficient of Performance) of the electric heat pump.

具体的には、ヒートポンプシステムには、吸着式ヒートポンプに加えて、電気式ヒートポンプが併設されており、吸着式ヒートポンプの冷熱を電気式ヒートポンプの凝縮器に与える、もしくは吸着式ヒートポンプで生成した環境温度の冷熱を電気式ヒートポンプの凝縮器に与える。 Specifically, the heat pump system includes an electric heat pump in addition to an adsorption heat pump, and the cold energy from the adsorption heat pump is provided to the condenser of the electric heat pump, or the cold energy at the ambient temperature generated by the adsorption heat pump is provided to the condenser of the electric heat pump.

より具体的には、電気式ヒートポンプの蒸発器が吸着式ヒートポンプの蒸発器と一体になっていることで、吸着式ヒートポンプの冷熱を電気式ヒートポンプの凝縮器に与える、もしくは吸着式ヒートポンプで生成した環境温度の冷熱を電気式ヒートポンプの凝縮器に与えることができる。 More specifically, by integrating the evaporator of the electric heat pump with the evaporator of the adsorption heat pump, it is possible to provide the cold energy of the adsorption heat pump to the condenser of the electric heat pump, or to provide the cold energy at the ambient temperature generated by the adsorption heat pump to the condenser of the electric heat pump.

また、電気式ヒートポンプの凝縮器が、吸着式ヒートポンプの第2蒸発器と一体になっており、電気式ヒートポンプで発生する形外に捨てるべき熱源が、吸着式ヒートポンプ内の配管により吸着式ヒートポンプの凝縮器で形外に排出される。 In addition, the condenser of the electric heat pump is integrated with the second evaporator of the adsorption heat pump, and the heat generated by the electric heat pump that should be discarded outside is discharged outside by the condenser of the adsorption heat pump through piping inside the adsorption heat pump.

また、外気温が高い、または排熱温度が低い等の理由で吸着式ヒートポンプの出力が、要求冷熱出力より小さい場合において、第2蒸発器から吸着器に対して水蒸気を吸着させることができるように、吸着器に対して配管の接続が切り替え可能となっている。 In addition, when the output of the adsorption heat pump is smaller than the required cold heat output due to reasons such as high outside air temperature or low exhaust heat temperature, the connection of the pipes to the adsorber can be switched so that water vapor can be adsorbed from the second evaporator to the adsorber.

(第1実施形態に係るヒートポンプシステムの構成)
本発明の第1実施形態に係るヒートポンプシステムを図1~図9を参照して説明する。本実施形態では、吸着器の物理吸着材としてシリカゲルを、吸着器に供給される流体として水蒸気(水)を用いた吸着式ヒートポンプと、冷媒としてフロンガスを用いた電気式ヒートポンプとを用いたヒートポンプシステムを一例に詳細に説明する。
(Configuration of the heat pump system according to the first embodiment)
A heat pump system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 9. In this embodiment, a heat pump system using an adsorption heat pump that uses silica gel as a physical adsorbent of the adsorber and water vapor (water) as a fluid supplied to the adsorber, and an electric heat pump that uses fluorocarbon gas as a refrigerant will be described in detail as an example.

本実施形態のヒートポンプシステム100は、図1に示すように、吸着式ヒートポンプとして、流体(水蒸気)を吸着するように構成されている第1吸着器11及び第2吸着器12からなる吸着機構10と、第1蒸発器21と、第1吸着器11及び第2吸着器12から排出された流体を凝縮する凝縮器30と、負荷40とを備えている。 As shown in FIG. 1, the heat pump system 100 of this embodiment is an adsorption heat pump that includes an adsorption mechanism 10 consisting of a first adsorption device 11 and a second adsorption device 12 configured to adsorb a fluid (water vapor), a first evaporator 21, a condenser 30 that condenses the fluid discharged from the first adsorption device 11 and the second adsorption device 12, and a load 40.

第1蒸発器21は、水を気化し、気化して生成された流体である水蒸気を供給可能に第1吸着器11及び第2吸着器12とそれぞれ接続されている。具体的には、第1蒸発器21には、流通調節弁であるバルブV1を有する流通配管75の一端が接続されている。 The first evaporator 21 is connected to the first adsorption device 11 and the second adsorption device 12 so as to be able to vaporize water and supply the fluid produced by the vaporization, that is, water vapor. Specifically, one end of a flow pipe 75 having a valve V1, which is a flow control valve, is connected to the first evaporator 21.

第1蒸発器21は、上記のように流体の気化により気化熱を奪うため、水蒸気の気化熱に相当する冷熱を生成する。第1蒸発器21は、冷熱需要の例であるエアコン室外機などの負荷40と、循環水が循環する熱交換管85、86を介して熱的に接続されているため、冷熱の有効利用が可能である。 As described above, the first evaporator 21 removes the heat of vaporization by vaporizing the fluid, and generates cold energy equivalent to the heat of vaporization of water vapor. The first evaporator 21 is thermally connected to a load 40, such as an air conditioner outdoor unit, which is an example of a cold energy demand, via heat exchange pipes 85 and 86 through which circulating water circulates, making it possible to effectively utilize the cold energy.

第1吸着器11は、第1蒸発器21から水蒸気が供給され、水蒸気を吸着して保持し、吸着された水蒸気を脱離して凝縮器30へ放出するように構成されている。具体的には、第1吸着器11には、バルブV5を有する流通配管74の一端と、バルブV7を有する流通配管77の一端と、が接続されている。 The first adsorber 11 is configured to receive water vapor from the first evaporator 21, adsorb and hold the water vapor, and desorb and release the adsorbed water vapor to the condenser 30. Specifically, the first adsorber 11 is connected to one end of a flow pipe 74 having a valve V5 and one end of a flow pipe 77 having a valve V7.

第2吸着器12は、第1蒸発器21から水蒸気が供給され、水蒸気を吸着して保持し、吸着された水蒸気を脱離して放出するように構成されている。具体的には、第2吸着器12には、バルブV4を有する流通配管73の一端と、バルブV6を有する流通配管76の一端と、が接続されている。 The second adsorber 12 is configured to receive water vapor from the first evaporator 21, adsorb and retain the water vapor, and desorb and release the adsorbed water vapor. Specifically, the second adsorber 12 is connected to one end of a flow pipe 73 having a valve V4 and one end of a flow pipe 76 having a valve V6.

凝縮器30は、第1吸着器11、第2吸着器12からの水蒸気の供給が可能に接続されており、第1吸着器11、第2吸着器12から供給された水蒸気を凝縮する。具体的には、凝縮器30には、バルブV6を有する流通配管76の一端と、バルブV7を有する流通配管77の一端と、がそれぞれ接続されている。 The condenser 30 is connected so that water vapor can be supplied from the first adsorption device 11 and the second adsorption device 12, and condenses the water vapor supplied from the first adsorption device 11 and the second adsorption device 12. Specifically, the condenser 30 is connected to one end of a circulation pipe 76 having a valve V6 and one end of a circulation pipe 77 having a valve V7.

また、凝縮器30は、バルブV3を有する流通配管71を介して第2蒸発器22と接続されており、第2蒸発器22から供給された水蒸気を凝縮する。 The condenser 30 is also connected to the second evaporator 22 via a flow pipe 71 having a valve V3, and condenses the water vapor supplied from the second evaporator 22.

また、ポンプを有する流通配管(図示省略)によって凝縮器30と第1蒸発器21、第2蒸発器22とが連通されている。凝縮器30で凝縮された水は、流通配管を通じて第1蒸発器21及び第2蒸発器22に供給される。 The condenser 30 is connected to the first evaporator 21 and the second evaporator 22 by a circulation pipe (not shown) having a pump. The water condensed in the condenser 30 is supplied to the first evaporator 21 and the second evaporator 22 through the circulation pipe.

ヒートポンプシステム100は、上記図1に示すように、電気式ヒートポンプとして、圧縮した冷媒を生成するように構成されているコンプレッサ50と、冷媒を膨張させるように構成されている膨張弁60と、第2蒸発器22と、を備えている。 As shown in FIG. 1 above, the heat pump system 100 is an electric heat pump that includes a compressor 50 configured to generate compressed refrigerant, an expansion valve 60 configured to expand the refrigerant, and a second evaporator 22.

第2蒸発器22は、圧縮した冷媒を凝縮して膨張弁60に供給するように構成されている凝縮器として機能する。また、第2蒸発器22は、圧縮した冷媒を用いて、流体を蒸発させて、凝縮器30に供給する。具体的には、第2蒸発器22には、バルブV3を有する流通配管71の一端が接続されている。 The second evaporator 22 functions as a condenser configured to condense the compressed refrigerant and supply it to the expansion valve 60. The second evaporator 22 also uses the compressed refrigerant to evaporate a fluid and supply it to the condenser 30. Specifically, one end of a flow pipe 71 having a valve V3 is connected to the second evaporator 22.

第2蒸発器22は、冷媒であるフロンガスを供給可能にコンプレッサ50及び膨張弁60とそれぞれ接続されている。具体的には、第2蒸発器22には、流通配管81、82の一端が接続されている。 The second evaporator 22 is connected to the compressor 50 and the expansion valve 60 so as to be able to supply the refrigerant, freon gas. Specifically, one end of each of the flow pipes 81 and 82 is connected to the second evaporator 22.

また、第1蒸発器21を、膨張した冷媒から冷熱を生成し、冷媒をコンプレッサ50に供給するように構成されている、電気式ヒートポンプの蒸発器として共用する。 The first evaporator 21 is also used as an evaporator for an electric heat pump that is configured to generate cold heat from the expanded refrigerant and supply the refrigerant to the compressor 50.

第1蒸発器21は、冷媒であるフロンガスを供給可能にコンプレッサ50及び膨張弁60とそれぞれ接続されている。具体的には、第1蒸発器21には、流通配管83、84の一端が接続されている。 The first evaporator 21 is connected to the compressor 50 and the expansion valve 60 so as to be able to supply the refrigerant, freon gas. Specifically, one end of each of the flow pipes 83 and 84 is connected to the first evaporator 21.

制御装置90は、ヒートポンプシステム100の全制御を担う制御手段であり、バルブV1~V7、コンプレッサ50、負荷40、及び外部熱源などと電気的に接続されており、バルブ、熱源、熱交換を制御して冷熱利用をコントロールできるように構成されている。 The control device 90 is a control means that is responsible for overall control of the heat pump system 100, and is electrically connected to the valves V1 to V7, the compressor 50, the load 40, and the external heat source, and is configured to control the valves, heat source, and heat exchanger to control the use of cold energy.

具体的には、制御装置90は、環境温度を検出する環境温度センサ92、排熱温度を検出する排熱温度センサ94、並びに要求冷熱出力、負荷側の室内温度、及び循環水の冷水温度を含む負荷側情報を検出する負荷側センサ96に接続されている。制御装置90は、環境温度、排熱温度、要求冷熱出力、負荷側の室内温度、及び循環水の冷水温度に基づいて、吸着式ヒートポンプを単独で駆動させるAHP単独モード、電気式ヒートポンプを高効率に単独で駆動させる高効率モード、吸着式ヒートポンプ及び電気式ヒートポンプを並列に駆動させる並列駆動モード、並びに電気式ヒートポンプを単独で駆動させるEHP単独モードを切り替えるように制御する。なお、AHP単独モードは第1モードの一例であり、高効率モードは第2モードの一例であり、並列駆動モードは第3モードの一例である。 Specifically, the control device 90 is connected to an environmental temperature sensor 92 that detects the environmental temperature, an exhaust heat temperature sensor 94 that detects the exhaust heat temperature, and a load side sensor 96 that detects load side information including the required cold heat output, the load side indoor temperature, and the circulating cold water temperature. Based on the environmental temperature, the exhaust heat temperature, the required cold heat output, the load side indoor temperature, and the circulating cold water temperature, the control device 90 controls to switch between an AHP alone mode in which the adsorption heat pump is driven alone, a high efficiency mode in which the electric heat pump is driven alone with high efficiency, a parallel drive mode in which the adsorption heat pump and the electric heat pump are driven in parallel, and an EHP alone mode in which the electric heat pump is driven alone. The AHP alone mode is an example of the first mode, the high efficiency mode is an example of the second mode, and the parallel drive mode is an example of the third mode.

ここで各モードについて説明する。 Here we'll explain each mode.

高効率モードでは、図2に示すように、吸着機構10から電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器22へ冷熱を供給するように制御する。 In the high efficiency mode, as shown in FIG. 2, the adsorption mechanism 10 is controlled to supply cold energy to the second evaporator 22, which functions as a condenser for the electric heat pump.

図2は高効率モードのバルブ動作を示しており、ドット塗りのバルブが開状態のバルブを示し、白抜きのバルブが閉状態のバルブを示している。図5、図6、図7、図10も同様である。また、図2の例では、第1吸着器11が、排熱で再生している吸着器であり、第2吸着器12が、環境温度に冷却している吸着器である。 Figure 2 shows valve operation in high efficiency mode, with dotted valves indicating valves in an open state and white valves indicating valves in a closed state. The same is true for Figures 5, 6, 7, and 10. Also, in the example of Figure 2, the first adsorber 11 is an adsorber that is regenerated using exhaust heat, and the second adsorber 12 is an adsorber that is cooled to the ambient temperature.

具体的には、コンプレッサ50を駆動させることにより、電気式ヒートポンプとして冷熱を生成しているときに、バルブV2,V4を開状態とし、第2蒸発器22から水蒸気が流通配管71、72、73を介して第2吸着器12に供給され、第2吸着器12において水蒸気の吸着動作が行われる。これにより、吸着式ヒートポンプから電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器22へ冷熱が供給される。 Specifically, when the compressor 50 is driven to generate cold energy as an electric heat pump, valves V2 and V4 are opened, water vapor is supplied from the second evaporator 22 to the second adsorption device 12 via the circulation pipes 71, 72, and 73, and the water vapor is adsorbed in the second adsorption device 12. This allows cold energy to be supplied from the adsorption heat pump to the second evaporator 22, which functions as a condenser for the electric heat pump.

また、バルブV7を開状態とし、第1吸着器11から脱着された水蒸気が流通配管77を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。 In addition, valve V7 is opened, and the water vapor desorbed from the first adsorption device 11 is supplied to the condenser 30 via the flow pipe 77, and the water vapor is condensed in the condenser 30.

そして、第1吸着器11及び第2吸着器12を、交互に入れ替えて通常の吸着式ヒートパイプのように駆動する。環境温度に冷却された第1吸着器11又は第2吸着器12を、流通配管73又は74と流通配管71、72とを介して第2蒸発器22と連通すると、第2蒸発器22が冷却され、吸着式ヒートポンプの冷熱生成温度まで、電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器22が冷却されることから、電気式ヒートポンプのコンプレッサ50の動力が削減される。 The first adsorber 11 and the second adsorber 12 are alternately operated like a normal adsorption heat pipe. When the first adsorber 11 or the second adsorber 12, cooled to the ambient temperature, is connected to the second evaporator 22 via the circulation pipes 73 or 74 and the circulation pipes 71 and 72, the second evaporator 22 is cooled, and the second evaporator 22, which functions as a condenser for the electric heat pump, is cooled to the cold heat generation temperature of the adsorption heat pump, thereby reducing the power of the compressor 50 of the electric heat pump.

高効率モードにおける効率の利点を示すために、RDシリカゲルを用いた吸着器における、吸着器温度(環境温度に依存)、排熱温度に対する平衡吸着量の散布図を、冷熱生成温度10℃、20℃の2条件について図3(A)、(B)に示す。環境温度が上昇、もしくは排熱温度が低下した場合、冷熱生成温度10℃では、吸着量が0以下の領域が多いが、冷熱生成温度20℃と高くなってくると吸着量が得られる領域が拡大する様子が分かる。 To demonstrate the efficiency advantages of the high-efficiency mode, Fig. 3 (A) and (B) show scatter plots of the equilibrium adsorption amount versus adsorber temperature (which depends on the ambient temperature) and exhaust heat temperature for an adsorber using RD silica gel, for two cold generation temperatures of 10°C and 20°C. When the ambient temperature rises or the exhaust heat temperature falls, there are many areas where the adsorption amount is below 0 at a cold generation temperature of 10°C, but as the cold generation temperature increases to 20°C, it can be seen that the area where an adsorption amount can be obtained expands.

例えば、排熱温度が80℃、環境温度が40℃の時、冷熱生成温度10℃では、吸着式ヒートポンプの出力が0となり、吸着式ヒートポンプでの空調は不可能となる。この際、電気式ヒートポンプの凝縮熱を冷却するモードに移行すると考えると、例えば、冷熱生成温度20℃のいては吸着量が0.07となり、十分な出力が得られる。この冷熱を、電気式ヒートポンプの凝縮器に適応した場合における効果を考える。 For example, when the exhaust heat temperature is 80°C and the ambient temperature is 40°C, the output of the adsorption heat pump will be 0 at a cold heat generation temperature of 10°C, making air conditioning with the adsorption heat pump impossible. In this case, if we consider switching to a mode in which the condensation heat of the electric heat pump is cooled, for example, the adsorption amount will be 0.07 at a cold heat generation temperature of 20°C, and sufficient output will be obtained. Let's consider the effect of applying this cold heat to the condenser of an electric heat pump.

図4は、電気式ヒートポンプにおける実際のコンプレッサの消費電力と環境温度と冷熱温度の関係を示す。電気式ヒートポンプにおける環境温度を、吸着式ヒートポンプの冷熱を利用することで低下できるとし、先ほどの条件で環境温度40℃から20℃程度低下させることができるとすると、コンプレッサ消費電力Qcompを大幅に低下させることが可能となる。例えば、環境温度40℃から20℃程度低下させる場合には、コンプレッサ消費電力Qcompを33%削減することができる。 Figure 4 shows the relationship between the actual compressor power consumption in an electric heat pump, the ambient temperature, and the cold temperature. If it is assumed that the ambient temperature in an electric heat pump can be lowered by using the cold heat from an adsorption heat pump, and that the ambient temperature can be lowered by about 20°C from 40°C under the above conditions, it is possible to significantly reduce the compressor power consumption Qcomp. For example, if the ambient temperature is lowered by about 20°C from 40°C, the compressor power consumption Qcomp can be reduced by 33%.

このとき、電気式ヒートマップによる冷熱出力は、理想的な運転ができた場合、吸着式ヒートポンプによる冷熱出力QAHPからコンプレッサ消費電力Qcompを減算した出力となる。水かけ式の凝縮器を備える吸着式ヒートポンプの消費電力Qconは、冷熱出力QAHPの1/30程度である。大型の蒸気輸送式の吸着式ヒートポンプを考えた場合、バルブの駆動用のエアバルブ等の補器電力を除くと、電力消費は凝縮器の散水ポンプ及びファン動力が支配的であり、冷熱量に対しておよそ1/30の電力が必要となる。ここで、1/30となることを仮定して計算すると

となり、同じ能力で図7に示すように、EHP単独モード(冷熱需要に対して排熱が全く供給できない場合に利用するモードである)で運転した場合は、

となり、電力COPで見た場合においても、向上の効果が大きい。
At this time, the cold output from the electric heat map, if ideal operation is achieved, will be the cold output from the adsorption heat pump QAHP minus the compressor power consumption Qcomp. The power consumption Qcon of an adsorption heat pump equipped with a water-spraying condenser is about 1/30 of the cold output QAHP. When considering a large steam-transporting adsorption heat pump, excluding the power consumed by accessories such as the air valves used to drive the valves, the power consumption is dominated by the condenser's water-spraying pump and fan power, and approximately 1/30 of the power required for the amount of cold is required. If we assume that this is 1/30, then the calculation is

As shown in FIG. 7, when the same capacity is operated in EHP only mode (a mode used when exhaust heat cannot be supplied at all to meet the demand for cold heat),

The effect of improvement is also significant when viewed from the perspective of electricity COP.

次に、AHP単独モードについて説明する。このAHP単独モードは、排熱が十分に存在する場合において利用される。AHP単独モードでは、図5に示すように、コンプレッサ50を駆動させずに、バルブV1,V4を開状態とし、第1蒸発器21から水蒸気が流通配管72、73、75を介して第2吸着器12に供給され、第2吸着器12において水蒸気の吸着動作が行われる。また、バルブV7を開状態とし、第1吸着器11から脱着された水蒸気が流通配管77を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。 Next, the AHP only mode will be described. This AHP only mode is used when there is sufficient exhaust heat. In the AHP only mode, as shown in FIG. 5, the compressor 50 is not driven, valves V1 and V4 are opened, and water vapor is supplied from the first evaporator 21 to the second adsorber 12 via the flow pipes 72, 73, and 75, and the second adsorber 12 performs an adsorption operation of the water vapor. In addition, valve V7 is opened, and water vapor desorbed from the first adsorber 11 is supplied to the condenser 30 via the flow pipe 77, and the condenser 30 performs a condensation operation of the water vapor.

そして、第1吸着器11及び第2吸着器12を交互に入れ替えて吸着動作、脱着動作を行う。 Then, the first suction device 11 and the second suction device 12 are alternately switched to perform the suction and desorption operations.

ここまでの仮定を用いて同じように電力COPを計算すると、

となる。
If we calculate the electricity COP in the same way using the assumptions made so far, we get

It becomes.

並列駆動モードでは、図6に示すように、コンプレッサ50を駆動させることにより、電気式ヒートポンプとして冷熱を生成しているときに、バルブV3を開状態とし、電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器22から水蒸気が流通配管71を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。また、バルブV1,V4を開状態とし、第1蒸発器21から水蒸気が流通配管72、73、75を介して第2吸着器12に供給され、第2吸着器12において水蒸気の吸着動作が行われる。 In the parallel drive mode, as shown in FIG. 6, when the compressor 50 is driven to generate cold heat as an electric heat pump, the valve V3 is opened, water vapor is supplied from the second evaporator 22, which functions as a condenser of the electric heat pump, to the condenser 30 via the flow pipe 71, and the condenser 30 performs a condensation operation of the water vapor. In addition, the valves V1 and V4 are opened, water vapor is supplied from the first evaporator 21 to the second adsorption device 12 via the flow pipes 72, 73, and 75, and the second adsorption device 12 performs an adsorption operation of the water vapor.

また、バルブV7を開状態とし、第1吸着器11から脱着された水蒸気が流通配管77を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。 In addition, valve V7 is opened, and the water vapor desorbed from the first adsorption device 11 is supplied to the condenser 30 via the flow pipe 77, and the water vapor is condensed in the condenser 30.

そして、第1吸着器11及び第2吸着器12を交互に入れ替えて通常の吸着式ヒートパイプとして駆動し、冷熱を供給する。 Then, the first adsorption device 11 and the second adsorption device 12 are alternately switched to operate as a normal adsorption heat pipe to supply cold heat.

並列駆動モードは、冷熱需要が大きく、排熱が十分にあり、吸着式ヒートポンプが定格運転を行った場合においても電気式ヒートポンプの出力が必要なシチュエーションで利用されるモードである。このモードでは、それぞれの稼働割合に応じた電力COPの平均値となる。 Parallel drive mode is used in situations where the demand for cooling is high, there is sufficient exhaust heat, and output from the electric heat pump is necessary even when the adsorption heat pump is operating at rated capacity. In this mode, the power COP is the average value according to the operating ratio of each.

排熱が十分にある場合において、図6の並列駆動モード動作時に、吸着式ヒートポンプにおいて第1蒸発器21からの吸着が完了後、図2の動作モードに切り替えて、今度は第2蒸発器22からの吸着を行うことで、電気式ヒートポンプの高効率運転と吸着式ヒートポンプの運転を両立させることも可能である。 When there is sufficient exhaust heat, during operation in the parallel drive mode of FIG. 6, after adsorption from the first evaporator 21 is completed in the adsorption heat pump, the operation mode of FIG. 2 can be switched to and adsorption from the second evaporator 22 can be performed, thereby achieving both highly efficient operation of the electric heat pump and operation of the adsorption heat pump.

次に、EHP単独モードについて説明する。EHP単独モードでは、図5に示すように、コンプレッサ50を駆動させることにより、電気式ヒートポンプとして冷熱を生成する。このとき、バルブV3を開状態とし、電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器22から水蒸気が流通配管71を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。 Next, the EHP only mode will be described. In the EHP only mode, as shown in FIG. 5, the compressor 50 is driven to generate cold heat as an electric heat pump. At this time, the valve V3 is opened, and water vapor is supplied from the second evaporator 22, which functions as a condenser for the electric heat pump, to the condenser 30 via the flow pipe 71, and the water vapor is condensed in the condenser 30.

次に、各モードの効率について説明する。例として、環境温度が30℃、排熱温度が85℃の場合、冷熱生成温度10℃での吸着量差は、図8(A)より、およそ0.05g/gとなる。一方、冷熱生成温度20℃での吸着量差は、図8(B)より、0.15g/gとなっていることから、吸着式ヒートポンプとして冷熱生成温度10℃で0.05g/gまで吸着したのち、電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器22のアシストとして、冷熱生成温度20℃で、0.15g/gまで吸着する場合を考える。 Next, the efficiency of each mode will be explained. As an example, when the ambient temperature is 30°C and the exhaust heat temperature is 85°C, the adsorption amount difference at a cold heat generation temperature of 10°C is approximately 0.05 g/g, as shown in FIG. 8(A). On the other hand, the adsorption amount difference at a cold heat generation temperature of 20°C is 0.15 g/g, as shown in FIG. 8(B). Therefore, consider a case where the adsorption heat pump adsorbs up to 0.05 g/g at a cold heat generation temperature of 10°C, and then adsorbs up to 0.15 g/g at a cold heat generation temperature of 20°C as an assist for the second evaporator 22 that functions as a condenser for the electric heat pump.

また、吸着式ヒートポンプが0.05g/gまで吸着する単体動作をした際に必要な熱量は、吸着器の顕熱と吸着器の潜熱の和である。このときの熱COPを仮に0.5とすると、電気式ヒートポンプを併用した際の熱効率は、0.05g/g→0.15g/gまで潜熱が増えた分を考慮すればよい。 The amount of heat required when an adsorption heat pump operates independently to adsorb up to 0.05 g/g is the sum of the sensible heat of the adsorber and the latent heat of the adsorber. If the thermal COP at this time is assumed to be 0.5, the thermal efficiency when an electric heat pump is used in combination should take into account the increase in latent heat from 0.05 g/g to 0.15 g/g.

この場合、消費電力は、図2の高効率モードでも同様であることから、電力COPと熱COPは以下のようになる。 In this case, the power consumption is the same as in the high-efficiency mode of Figure 2, so the power COP and thermal COP are as follows:

AHP単独モードでは、電力COP=30、熱COP=0.5である。
高効率モードでは、電力COP=3.28、熱COP=0.7である。
EHP単独モードでは、電力COP=1.53である。
In AHP only mode, power COP=30 and thermal COP=0.5.
In the high efficiency mode, the power COP=3.28 and the thermal COP=0.7.
In EHP only mode, the power COP=1.53.

高効率モードでは、EHP単独モードで運転した場合に比べて高い電力COPが得られる。AHP単独モードと比べると電力COPが低下することから冷熱需要と排熱量のバランスを考えてモード選択を行う必要がある。また、高効率モードでは、一度の吸脱着の切り替えに対して吸着量差が大きくとれる(今回の計算例では3倍)ことに起因して、熱COPが高い。よって熱の消費量の観点では冷熱当たりでみると大幅に低下している点も特徴となる。 In high-efficiency mode, a higher power COP can be obtained compared to operation in EHP-only mode. Since the power COP is lower compared to AHP-only mode, it is necessary to consider the balance between cold heat demand and exhaust heat when selecting the mode. Also, in high-efficiency mode, the heat COP is high due to the large difference in adsorption amount for one adsorption/desorption switch (three times in this calculation example). Therefore, in terms of heat consumption, it is also characterized by a significant decrease in terms of cold heat.

次に、制御装置90によるモードの切り替え処理について具体的に説明する。 Next, we will explain in detail how the control device 90 switches modes.

まず、吸着式ヒートポンプの動作温度(冷熱生成温度、環境温度、排熱温度)に対する吸着量差は、上記図3に示すように、吸着機構10の吸着材の吸着等温線を表す3次元マップとして表現される。なお、上記図3では紙面の都合上2次元で表現している。 First, the adsorption amount difference with respect to the operating temperatures (cold heat generation temperature, ambient temperature, exhaust heat temperature) of the adsorption heat pump is expressed as a three-dimensional map showing the adsorption isotherm of the adsorbent of the adsorption mechanism 10, as shown in Figure 3 above. Note that in Figure 3 above, it is expressed in two dimensions due to space limitations.

環境温度と排熱温度は環境温度センサ92、排熱温度センサ94により取得される値を用いて判断する。ここで冷熱生成温度は、負荷側センサ96により取得される、要求冷熱出力と、負荷側の室内温度と、循環水の冷水温度とから決定される。前述のマップより、吸着量差Δqが求められる。 The environmental temperature and exhaust heat temperature are determined using values acquired by the environmental temperature sensor 92 and the exhaust heat temperature sensor 94. Here, the cold heat generation temperature is determined from the required cold heat output acquired by the load side sensor 96, the indoor temperature on the load side, and the cold water temperature of the circulating water. The adsorption amount difference Δq is obtained from the aforementioned map.

また、吸着式ヒートポンプの出力は、吸着量差Δqと蒸発潜熱(既知の値)と吸着のサイクル時間とで決定される。サイクル時間は、吸着量と同様に、吸着式ヒートポンプの動作温度と、吸着器の設計で変わる値であるため、同様に3次元マップで予め取得したものをもっているものとする。 The output of the adsorption heat pump is determined by the adsorption amount difference Δq, the latent heat of vaporization (a known value), and the adsorption cycle time. Like the adsorption amount, the cycle time is a value that varies depending on the operating temperature of the adsorption heat pump and the design of the adsorber, so it is assumed that the cycle time is similarly obtained in advance using a three-dimensional map.

求めた吸着式ヒートポンプの出力が、要求冷熱出力より大きい場合は、AHP単独モードに切り替えて、冷熱を供給する。これが一番効率の良い運転モードとなる。 If the calculated output of the adsorption heat pump is greater than the required cold output, the system will switch to AHP only mode to supply cold. This is the most efficient operating mode.

次に、吸着式ヒートポンプの出力が要求冷熱出力より小さい場合は、並列駆動モード及び高効率モードのうち、消費電力が少ない方のモードに切り替えて、冷熱を供給する。 Next, if the output of the adsorption heat pump is less than the required cold output, it switches to either the parallel drive mode or the high efficiency mode, whichever consumes less power, to supply cold.

並列駆動モードにおける電気式ヒートポンプの消費電力は、以下のように算出される。まず、電気式ヒートポンプの消費電力が、要求冷熱出力と環境温度から決定されるマップを用いて算出される。あるいは、電気式ヒートポンプの出力=要求冷熱出力-吸着式ヒートポンプの出力とし、電気式ヒートポンプの出力と外気温のマップから、電気式ヒートポンプの消費電力が求められる。 The power consumption of the electric heat pump in parallel drive mode is calculated as follows. First, the power consumption of the electric heat pump is calculated using a map determined from the required cold heat output and the ambient temperature. Alternatively, the output of the electric heat pump = required cold heat output - output of the adsorption heat pump, and the power consumption of the electric heat pump is calculated from the map of the output of the electric heat pump and the outside temperature.

高効率モードにおける消費電力は、以下のように算出される。まず、動作温度から吸着式ヒートポンプでの出力を求める。この高効率モードが成立するためには、吸着式ヒートポンプの出力が、要求冷熱出力とコンプレッサ50の消費電力の概算値より大きいことが求められる。このことから、上述したように動作温度で決定される吸着式ヒートポンプの出力、及びマップから求められる、吸着式ヒートポンプの冷熱温度を用いた場合のコンプレッサ50の消費電力を求め、成立する運転条件のうち、消費電力が最小となる運転条件を求め、このときの消費電力を求める。 The power consumption in the high efficiency mode is calculated as follows. First, the output of the adsorption heat pump is calculated from the operating temperature. For this high efficiency mode to be established, the output of the adsorption heat pump needs to be greater than the required cold heat output and the estimated power consumption of the compressor 50. From this, the power consumption of the compressor 50 is calculated when using the output of the adsorption heat pump, which is determined by the operating temperature as described above, and the cold heat temperature of the adsorption heat pump, which is calculated from the map, and the operating condition that minimizes the power consumption is determined from among the operating conditions that are established, and the power consumption at this time is calculated.

並列駆動モードの消費電力と、高効率モードの消費電力とを比較し、消費電力の少ない方のモードに切り替えて、冷熱を供給する。 The power consumption in parallel drive mode is compared with the power consumption in high efficiency mode, and the mode with the lower power consumption is selected to supply cold heat.

また、吸着式ヒートポンプの出力が閾値より小さい場合においては、排熱を無駄に消費することが懸念される。従って、吸着式ヒートポンプの出力が閾値以下となることが予想される場合においては、吸着式ヒートポンプの出力をやめ、EHP単独モードに切り替えて、冷熱を供給する。 In addition, when the output of the adsorption heat pump is lower than the threshold, there is a concern that exhaust heat will be wasted. Therefore, when it is expected that the output of the adsorption heat pump will be below the threshold, the adsorption heat pump stops outputting and switches to EHP only mode to supply cold heat.

(ヒートポンプシステムの動作)
次に、本実施形態のヒートポンプシステム100における、負荷40に冷熱を供給する動作について説明する。
(Heat pump system operation)
Next, an operation of supplying cold heat to the load 40 in the heat pump system 100 of this embodiment will be described.

制御装置90は、図9に示すモード切替処理を定期的に実行する。 The control device 90 periodically executes the mode switching process shown in FIG. 9.

まず、ステップS100において、制御装置90が、環境温度センサ92によって検出された環境温度、排熱温度センサ94によって検出された排熱温度、並びに負荷側センサ96によって検出された要求冷熱出力、負荷側の室内温度、及び循環水の冷水温度を含む負荷側情報を取得する。 First, in step S100, the control device 90 acquires load-side information including the environmental temperature detected by the environmental temperature sensor 92, the exhaust heat temperature detected by the exhaust heat temperature sensor 94, and the required cold heat output, the load-side indoor temperature, and the circulating cold water temperature detected by the load-side sensor 96.

ステップS102において、制御装置90が、吸着式ヒートポンプの出力を算出する。 In step S102, the control device 90 calculates the output of the adsorption heat pump.

ステップS104において、制御装置90が、吸着式ヒートポンプの出力と、要求冷熱出力とを比較し、吸着式ヒートポンプの出力が大きいか否かを判定する。吸着式ヒートポンプの出力が、要求冷熱出力より大きい場合には、ステップS106へ移行する。一方、吸着式ヒートポンプの出力が、要求冷熱出力以下である場合には、ステップS108へ移行する。 In step S104, the control device 90 compares the output of the adsorption heat pump with the required cold heat output and determines whether the output of the adsorption heat pump is greater. If the output of the adsorption heat pump is greater than the required cold heat output, the process proceeds to step S106. On the other hand, if the output of the adsorption heat pump is equal to or less than the required cold heat output, the process proceeds to step S108.

ステップS106において、制御装置90が、AHP単独モードに切り替えて、運転制御を行う。 In step S106, the control device 90 switches to AHP only mode and performs operation control.

ステップS108において、制御装置90が、吸着式ヒートポンプの出力が、閾値より小さいか否かを判定する。吸着式ヒートポンプの出力が、閾値より小さい場合には、ステップS110へ移行する。一方、吸着式ヒートポンプの出力が、閾値以上である場合には、ステップS112へ移行する。 In step S108, the control device 90 determines whether the output of the adsorption heat pump is less than the threshold value. If the output of the adsorption heat pump is less than the threshold value, the process proceeds to step S110. On the other hand, if the output of the adsorption heat pump is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S112.

ステップS110において、制御装置90が、EHP単独モードに切り替えて、運転制御を行う。 In step S110, the control device 90 switches to EHP only mode and performs operation control.

ステップS112において、制御装置90が、並列駆動モードの消費電力と、高効率モードの消費電力とを算出する。 In step S112, the control device 90 calculates the power consumption in the parallel drive mode and the power consumption in the high efficiency mode.

ステップS114において、制御装置90が、並列駆動モードの消費電力の方が、高効率モードの消費電力より少ないか否かを判定する。並列駆動モードの消費電力の方が、高効率モードの消費電力より少ない場合には、ステップS116へ移行する。一方、高効率モードの消費電力の方が、並列駆動モードの消費電力より少ない場合には、ステップS118へ移行する。 In step S114, the control device 90 determines whether the power consumption in the parallel drive mode is less than the power consumption in the high efficiency mode. If the power consumption in the parallel drive mode is less than the power consumption in the high efficiency mode, the process proceeds to step S116. On the other hand, if the power consumption in the high efficiency mode is less than the power consumption in the parallel drive mode, the process proceeds to step S118.

ステップS116において、制御装置90が、並列駆動モードに切り替えて、運転制御を行う。 In step S116, the control device 90 switches to parallel drive mode and performs operation control.

ステップS118において、制御装置90が、高効率モードに切り替えて、運転制御を行う。 In step S118, the control device 90 switches to high efficiency mode and performs operation control.

以上説明したように、本発明の第1実施形態に係るヒートポンプシステムによれば、膨張した冷媒から冷熱を生成し、冷媒をコンプレッサに供給するように構成されている、電気式ヒートポンプの蒸発器として、吸着式ヒートポンプの第1蒸発器を共用する。電気式ヒートポンプが冷熱を生成する際に、第2蒸発器が、コンプレッサが圧縮した冷媒を用いて、流体を蒸発させると共に、冷媒を膨張弁に供給する。このとき、吸着式ヒートポンプの吸着機構は、第2蒸発器で蒸発した流体を吸着する。このように、簡易な構成で、吸着式ヒートポンプの冷熱出力が不足している場合に、電気式ヒートポンプの消費電力を低減させることができる。 As described above, according to the heat pump system of the first embodiment of the present invention, the first evaporator of the adsorption heat pump is used as the evaporator of the electric heat pump, which is configured to generate cold heat from the expanded refrigerant and supply the refrigerant to the compressor. When the electric heat pump generates cold heat, the second evaporator evaporates a fluid using the refrigerant compressed by the compressor and supplies the refrigerant to the expansion valve. At this time, the adsorption mechanism of the adsorption heat pump adsorbs the fluid evaporated in the second evaporator. In this way, with a simple configuration, it is possible to reduce the power consumption of the electric heat pump when the cold heat output of the adsorption heat pump is insufficient.

また、吸着式ヒートポンプ側で生成する、環境温度に比べると低い冷熱を、電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器に与えることで、凝縮器圧力を下げることが可能となる。これにより、吸着式ヒートポンプが通常モードで動かないような環境温度が高い条件では、コンプレッサの動力が大きくなるが、凝縮器圧力を下げることにより、コンプレッサの動力を大幅に低減することができる。また、排熱源が十分でない場合の電気式ヒートポンプの効率を大幅に向上させることができる。 In addition, by providing the cold energy generated by the adsorption heat pump, which is lower than the ambient temperature, to the second evaporator that functions as the condenser of the electric heat pump, it is possible to lower the condenser pressure. As a result, under conditions of high ambient temperatures where the adsorption heat pump does not operate in normal mode, the compressor power becomes large, but by lowering the condenser pressure, the compressor power can be significantly reduced. Also, the efficiency of the electric heat pump can be significantly improved when the exhaust heat source is insufficient.

また、吸着式ヒートポンプと電気式ヒートポンプを一体にし、凝縮器や蒸発器を共通化することで、電気式ヒートポンプ側の室内機や室外機部品がなくなり、部品点数が削減される。 In addition, by integrating the adsorption heat pump and the electric heat pump and sharing the condenser and evaporator, the indoor and outdoor unit parts on the electric heat pump side are eliminated, reducing the number of parts.

また、外気温が高い、または排熱温度が低い場合において、吸着式ヒートポンプ側で発生する通常の冷房には利用が難しい25℃程度の冷熱を用いて、電気式ヒートポンプ側の凝縮器圧力を下げることにより、電気式ヒートポンプのCOPを向上させることができる。 In addition, when the outside temperature is high or the exhaust heat temperature is low, the COP of the electric heat pump can be improved by using cold heat of about 25°C that is generated on the adsorption heat pump side and is difficult to use for normal cooling, to lower the condenser pressure on the electric heat pump side.

また、冷熱需要が多い場合に、吸着式ヒートポンプの通常の冷熱生成後に、電気式ヒートポンプの凝縮熱を吸着式ヒートポンプの冷熱により低下させることで、電気式ヒートポンプの効率を向上させることができる。 In addition, when there is a high demand for cold energy, after the adsorption heat pump generates cold energy in the normal manner, the condensation heat of the electric heat pump can be reduced by using the cold energy from the adsorption heat pump to improve the efficiency of the electric heat pump.

また、排熱が潤沢にある場合、並列駆動モードによる運転が可能となる。吸着式ヒートポンプにおける冷熱生成分の吸着が完了後、電気式ヒートポンプの凝縮熱を処理するための吸着を行うことで、コンプレッサの電気消費量の減少が可能となる。この際に、AHP単独モードで必要な熱量に加えて、電気式ヒートポンプでの凝縮熱処理に必要な熱処理分の熱量が必要となるが、顕熱の大部分を兼ねることができるから、熱量当たりのトータルの冷熱生成量は多くなる。 In addition, when there is an abundance of exhaust heat, operation in parallel drive mode is possible. After the adsorption of the cold heat generation in the adsorption heat pump is completed, adsorption to process the condensation heat of the electric heat pump is performed, which makes it possible to reduce the electricity consumption of the compressor. At this time, in addition to the heat amount required in the AHP-only mode, heat amount for heat processing required for condensation heat processing in the electric heat pump is required, but since this can also serve as most of the sensible heat, the total amount of cold heat generated per heat amount is greater.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係るヒートポンプシステムについて図10を参照して説明する。本実施形態は、2つの第2蒸発器を用いたシステム構成となっている。第1実施形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
A heat pump system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 10. This embodiment has a system configuration using two second evaporators. Parts having the same configuration as those in the first embodiment are given the same reference numerals and will not be described.

ヒートポンプシステム200は、図10に示すように、電気式ヒートポンプとして、コンプレッサ50と、膨張弁60と、第2蒸発器221、222と、を備えている。なお、図10では、簡単のため、制御装置90、環境温度センサ92、排熱温度センサ94、負荷側センサ96を省略して記載している。 As shown in FIG. 10, the heat pump system 200 is an electric heat pump that includes a compressor 50, an expansion valve 60, and second evaporators 221 and 222. For simplicity, the control device 90, the environmental temperature sensor 92, the exhaust heat temperature sensor 94, and the load side sensor 96 are omitted from FIG. 10.

第2蒸発器221、222は、圧縮した冷媒を凝縮して膨張弁60に供給するように構成されている凝縮器として機能する。 The second evaporators 221, 222 function as condensers configured to condense the compressed refrigerant and supply it to the expansion valve 60.

コンプレッサ50に近い方の第2蒸発器221は、蒸発した流体を凝縮器30へ供給するように構成されている。具体的には、第2蒸発器221は、流通配管71の一端が接続されている。 The second evaporator 221, which is closer to the compressor 50, is configured to supply the evaporated fluid to the condenser 30. Specifically, the second evaporator 221 is connected to one end of the flow pipe 71.

また、コンプレッサ50に遠い方の第2蒸発器222は、蒸発した流体を吸着機構10へ供給するように構成されている。具体的には、第2蒸発器222は、流通配管78の一端が接続されている。 The second evaporator 222, which is farther from the compressor 50, is configured to supply the evaporated fluid to the adsorption mechanism 10. Specifically, one end of the flow pipe 78 is connected to the second evaporator 222.

第2蒸発器221は、流体であるフロンガスを供給可能にコンプレッサ50及び第2蒸発器222とそれぞれ接続されている。具体的には、第2蒸発器221には、流通配管81、85の一端が接続されている。 The second evaporator 221 is connected to the compressor 50 and the second evaporator 222 so as to be able to supply the fluid refrigerant gas. Specifically, one end of the flow pipes 81 and 85 is connected to the second evaporator 221.

第1蒸発器222は、流体であるフロンガスを供給可能に第1蒸発器221及び膨張弁60とそれぞれ接続されている。具体的には、第2蒸発器222には、流通配管82、85の一端が接続されている。 The first evaporator 222 is connected to the first evaporator 221 and the expansion valve 60 so as to be able to supply the fluid refrigerant gas. Specifically, one end of the flow pipes 82 and 85 is connected to the second evaporator 222.

高効率モードでは、図10に示すように、吸着機構10から電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器222へ冷熱を供給するように制御する。 In the high efficiency mode, as shown in FIG. 10, the adsorption mechanism 10 is controlled to supply cold energy to the second evaporator 222, which functions as a condenser for the electric heat pump.

図10の例では、第1吸着器11が、排熱で再生している吸着器であり、第2吸着器12が、環境温度に冷却している吸着器である。具体的には、コンプレッサ50を駆動させることにより、電気式ヒートポンプとして冷熱を生成しているときに、バルブV2,V3,V8を開状態とし、第2蒸発器221から水蒸気が流通配管71を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。また、第2蒸発器222から水蒸気が流通配管72、73、78を介して第2吸着器12に供給され、第2吸着器12において水蒸気の吸着動作が行われる。 In the example of FIG. 10, the first adsorber 11 is an adsorber that is regenerated with exhaust heat, and the second adsorber 12 is an adsorber that is cooled to the ambient temperature. Specifically, when the compressor 50 is driven to generate cold heat as an electric heat pump, the valves V2, V3, and V8 are opened, and water vapor is supplied from the second evaporator 221 to the condenser 30 via the flow pipe 71, and the condenser 30 performs a condensation operation of the water vapor. In addition, water vapor is supplied from the second evaporator 222 to the second adsorber 12 via the flow pipes 72, 73, and 78, and the second adsorber 12 performs an adsorption operation of the water vapor.

また、バルブV7を開状態とし、第1吸着器11から脱着された水蒸気が流通配管77を介して凝縮器30に供給され、凝縮器30において水蒸気の凝縮動作が行われる。 In addition, valve V7 is opened, and the water vapor desorbed from the first adsorption device 11 is supplied to the condenser 30 via the flow pipe 77, and the water vapor is condensed in the condenser 30.

そして、第1吸着器11、第2吸着器12は、交互に入れ替えて通常の吸着式ヒートパイプのように駆動する。環境温度に冷却された第1吸着器11又は第2吸着器12を、流通配管73又は74と流通配管72とを介して第2蒸発器222と連通すると、第2蒸発器222が冷却され、吸着式ヒートポンプの冷熱生成温度まで、電気式ヒートポンプの凝縮器として機能する第2蒸発器222が冷却されることから、電気式ヒートポンプのコンプレッサ50の動力の削減が期待できる。 The first adsorber 11 and the second adsorber 12 are alternately operated like a normal adsorption heat pipe. When the first adsorber 11 or the second adsorber 12, cooled to the ambient temperature, is connected to the second evaporator 222 via the circulation pipe 73 or 74 and the circulation pipe 72, the second evaporator 222 is cooled, and the second evaporator 222, which functions as a condenser for the electric heat pump, is cooled to the cold heat generation temperature of the adsorption heat pump, so that a reduction in the power of the compressor 50 of the electric heat pump can be expected.

なお、ヒートポンプシステム200の他の構成及び作用については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。 The other configurations and operations of the heat pump system 200 are the same as those of the first embodiment, so the explanation is omitted.

10 吸着機構
11 第1吸着器
12 第2吸着器
20 冷熱生成温度
21、221 第1蒸発器
22、222 第2蒸発器
30 凝縮器
40 負荷
50 コンプレッサ
60 膨張弁
71~77 流通配管
81~84 流通配管
85、86 熱交換管
90 制御装置
92 環境温度センサ
94 排熱温度センサ
96 負荷側センサ
100、200 ヒートポンプシステム
V1~V8 バルブ
10 Adsorption mechanism 11 First adsorption device 12 Second adsorption device 20 Cold heat generation temperature 21, 221 First evaporator 22, 222 Second evaporator 30 Condenser 40 Load 50 Compressor 60 Expansion valve 71-77 Flow pipe 81-84 Flow pipe 85, 86 Heat exchange pipe 90 Control device 92 Environmental temperature sensor 94 Exhaust heat temperature sensor 96 Load side sensor 100, 200 Heat pump system V1-V8 Valve

Claims (2)

吸着式ヒートポンプと、電気式ヒートポンプとを備えたヒートポンプシステムであって、
前記吸着式ヒートポンプは、
第1蒸発器と、
前記第1蒸発器で蒸発した流体を吸着するように構成されている複数の吸着器からなる吸着機構と、
前記吸着機構から脱着した前記流体を凝縮するように構成されている凝縮器と、
前記第1蒸発器で生成された冷熱が供給される負荷と、を備え、
前記電気式ヒートポンプは、
圧縮した冷媒を生成するように構成されているコンプレッサと、
前記冷媒を膨張させるように構成されている膨張弁と、
圧縮した冷媒を用いて、前記流体を蒸発させると共に、前記冷媒を前記膨張弁に供給するように構成されている第2蒸発器とを備え、
前記吸着機構は、更に、前記第2蒸発器で蒸発した前記流体を吸着するように構成され、
前記第1蒸発器を、膨張した冷媒から冷熱を生成し、前記冷媒を前記コンプレッサに供給するように構成されている、前記電気式ヒートポンプの蒸発器として共用し、
前記凝縮器は、更に、前記第2蒸発器で蒸発した前記流体を凝縮するように構成され、
前記第2蒸発器が、前記電気式ヒートポンプの凝縮器として機能し、
前記第2蒸発器は、前記コンプレッサに対して直列に連通するように設けられた、圧縮した前記冷媒を用いて、前記流体を蒸発させる複数の蒸発器であって、
前記コンプレッサに近い方の蒸発器は、蒸発した前記流体を前記凝縮器へ供給するように構成され、
前記コンプレッサに遠い方の蒸発器は、蒸発した前記流体を前記吸着機構へ供給するように構成されているヒートポンプシステム。
A heat pump system including an adsorption heat pump and an electric heat pump,
The adsorption heat pump comprises:
A first evaporator;
an adsorption mechanism including a plurality of adsorbers configured to adsorb the fluid evaporated by the first evaporator;
a condenser configured to condense the fluid desorbed from the adsorption mechanism;
a load to which the cold energy generated by the first evaporator is supplied,
The electric heat pump comprises:
a compressor configured to generate a compressed refrigerant;
an expansion valve configured to expand the refrigerant;
a second evaporator configured to evaporate the fluid using compressed refrigerant and to supply the refrigerant to the expansion valve;
The adsorption mechanism is further configured to adsorb the fluid evaporated in the second evaporator,
The first evaporator is used as an evaporator of the electric heat pump, which is configured to generate cold heat from the expanded refrigerant and supply the refrigerant to the compressor;
The condenser is further configured to condense the fluid evaporated in the second evaporator;
The second evaporator functions as a condenser of the electric heat pump ,
The second evaporator includes a plurality of evaporators that are connected in series to the compressor and evaporate the fluid by using the compressed refrigerant,
an evaporator proximate to the compressor configured to supply evaporated fluid to the condenser;
A heat pump system , wherein the evaporator remote from the compressor is configured to supply the evaporated fluid to the adsorption mechanism .
前記流体は、水であり、前記冷媒は、フロンガスである請求項1に記載のヒートポンプシステム。

The heat pump system according to claim 1 , wherein the fluid is water and the refrigerant is a fluorocarbon gas.

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