專(zhuān)利名稱(chēng)：蓄熱式熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有對(duì)蓄熱材料進(jìn)行加熱·分解、或分離·蓄熱的小型的蓄熱部的熱泵系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
具有傳統(tǒng)的蓄熱部的熱泵系統(tǒng)(例如日本專(zhuān)利特開(kāi)平11-193958號(hào)公報(bào))，是一種利用來(lái)自從壓縮機(jī)排出的高溫高壓的制冷劑的熱輸出、一邊重復(fù)著使熱水在儲(chǔ)存熱水箱內(nèi)循環(huán)地升溫的循環(huán)、一邊將大量的熱水儲(chǔ)存于儲(chǔ)存熱水箱內(nèi)的裝置。
又，蓄熱式熱泵系統(tǒng)(例如日本專(zhuān)利特開(kāi)平5-288425號(hào)公報(bào))，是一種將蓄熱式熱泵與壓縮式熱泵組合、將來(lái)自制冷劑的熱輸出作為反應(yīng)熱來(lái)利用、通過(guò)將由該反應(yīng)生成的物質(zhì)儲(chǔ)存來(lái)執(zhí)行化學(xué)性蓄熱的裝置。
特開(kāi)平11-193958號(hào)公報(bào)和特開(kāi)平5-288425號(hào)公報(bào)所有文獻(xiàn)的揭示，在此照原樣地加以引用(參照)并成為一體化。
在具有上述傳統(tǒng)的蓄熱部的熱泵系統(tǒng)中，需要有大容量的儲(chǔ)存熱水箱。因此，存在著設(shè)置空間、儲(chǔ)存熱水箱的重量、設(shè)置部的耐負(fù)載等的設(shè)置上、施工上的問(wèn)題。
又，在上述傳統(tǒng)的蓄熱式熱泵系統(tǒng)中，存在著不能有效利用來(lái)自反應(yīng)溫度以下的制冷劑的熱輸出、難以確保高的COP的問(wèn)題。
又，在反應(yīng)時(shí)發(fā)生氣體的生成物的場(chǎng)合，為了使儲(chǔ)存空間小型化，必須形成液化的、或與其它物質(zhì)的化合物、或吸合體，存在著不能充分地將此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)熱進(jìn)行熱回收的問(wèn)題。
又，在利用發(fā)熱反應(yīng)而取出熱量時(shí)，因存在該反應(yīng)容器的熱容量的因素，故存在著不能瞬時(shí)性熱輸出的問(wèn)題。并且，存在著此時(shí)為了供給反應(yīng)物而消耗動(dòng)力、或者不能以高能效地供給熱量的問(wèn)題。
又，當(dāng)熱需要增大但缺少進(jìn)行發(fā)熱反應(yīng)用的反應(yīng)物的場(chǎng)合，存在著不能進(jìn)行熱輸出的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供能解決上述傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)的問(wèn)題的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
為了解決上述傳統(tǒng)的問(wèn)題，本發(fā)明第1技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，包括具有壓縮機(jī)、制冷劑的散熱器、膨脹閥、制冷劑的蒸發(fā)器和制冷劑流路的熱泵循環(huán)；儲(chǔ)存蓄熱材料用的第1儲(chǔ)存裝置；通過(guò)從所述制冷劑的傳熱對(duì)所述蓄熱材料進(jìn)行加熱、使其分解或局部分離用的第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置；從所述分解或分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)、向所述制冷劑傳熱用的第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置；將所述分解或分離的蓄熱材料中的至少1種類(lèi)進(jìn)行儲(chǔ)存用的第2儲(chǔ)存裝置；通過(guò)將儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的所述蓄熱材料再次結(jié)合而發(fā)熱、對(duì)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱的發(fā)熱裝置，所述第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置兼用于所述熱泵循環(huán)的散熱器，所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置兼用于所述熱泵循環(huán)的蒸發(fā)器的至少一部分。
又，本發(fā)明第2技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第1儲(chǔ)存裝置與所述第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置及所述發(fā)熱裝置一體化。
又，本發(fā)明第3技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第2儲(chǔ)存裝置與所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置一體化。
又，本發(fā)明第4技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第3技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將從所述分解或分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)的氣體進(jìn)行吸附或吸合的儲(chǔ)存材料，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述氣體，通過(guò)與所述儲(chǔ)存材料形成化合物或復(fù)合體而被儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中，所述復(fù)合體形成時(shí)的發(fā)熱向所述制冷劑傳熱。
又，本發(fā)明第5技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述分解或分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)的氣體，通過(guò)所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置而冷卻，作為液體被儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中。
又，本發(fā)明第6技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第5技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，將所述氣體作為第1氣體，還具有將所述第1氣體以外的、由所述蓄熱材料分解所發(fā)生的第2氣體進(jìn)行吸附或吸合的儲(chǔ)存材料的第3儲(chǔ)存裝置，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述第2氣體，通過(guò)與所述儲(chǔ)存材料形成化合物或復(fù)合體而被儲(chǔ)存在所述第3儲(chǔ)存裝置中。
又，本發(fā)明第7技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將從所述被分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)的氣體進(jìn)行吸附或吸合的儲(chǔ)存材料，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述氣體，通過(guò)與所述儲(chǔ)存材料形成化合物或復(fù)合體而被儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中。
又，本發(fā)明第8技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第5技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述蓄熱材料是水及水的吸附材料，所述氣體是水蒸氣。
又，本發(fā)明第9技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第6技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述蓄熱材料是異丙醇，所述第1氣體是丙酮，所述第2氣體是氫。
又，本發(fā)明第10技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第7技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述蓄熱材料是氫及吸附氫的氫吸附材料，所述氣體是氫。
又，本發(fā)明第11技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置，被配置在所述循環(huán)的蒸發(fā)器的最上游。
又，本發(fā)明第12技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還具有熱回收裝置，用于從流通于所述制冷劑的散熱器與所述膨脹閥之間的制冷劑中進(jìn)行熱回收，向流通于所述冷卻裝置與所述壓縮機(jī)之間的制冷劑傳熱。
又，本發(fā)明第13技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第2技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，具有使所述熱介質(zhì)流動(dòng)的熱介質(zhì)流路，所述第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置，具有設(shè)置于所述制冷劑流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片，所述發(fā)熱裝置具有設(shè)置于所述熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片，所述蓄熱材料，充填在設(shè)置于所述制冷劑流路及所述熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片之間。
又，本發(fā)明第14技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第13技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述蓄熱材料是球狀或顆粒狀，所述第1儲(chǔ)存裝置，在所述多個(gè)傳熱葉片之間，具有比所述蓄熱材料的熱傳導(dǎo)率高但直徑小的、與所述蓄熱材料混合后的高熱傳導(dǎo)率材料。
又，本發(fā)明第15技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第13技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第1儲(chǔ)存裝置，在外側(cè)表面具有比所述蓄熱材料的熱傳導(dǎo)率低的高隔熱材料，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，利用所述蓄熱材料所擁有的顯熱，對(duì)所述熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
又，本發(fā)明第16技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第15技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，仍繼續(xù)執(zhí)行所述熱泵循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使所述蓄熱材料升溫。
又，本發(fā)明第17技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第13技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，設(shè)置于所述制冷劑流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片與設(shè)置于所述熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片至少一部分共用。
又，本發(fā)明第18技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第17技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)，通過(guò)執(zhí)行所述熱泵循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，將來(lái)自所述散熱器的散熱經(jīng)由所述傳熱葉片直接向所述熱介質(zhì)傳熱。
又，本發(fā)明第19技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第17技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)儲(chǔ)存于所述第2儲(chǔ)存裝置內(nèi)的、被分解或分離的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)的空缺進(jìn)行檢測(cè)，執(zhí)行所述熱泵循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，將來(lái)自所述散熱器的散熱經(jīng)由所述傳熱葉片直接向所述熱介質(zhì)傳熱。
又，本發(fā)明第20技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將太陽(yáng)熱、或大氣熱、或自來(lái)水、或浴室的排熱、或者所述熱泵循環(huán)的散熱作為熱源的加熱裝置，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的、被分解或分離的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)進(jìn)行加熱，向所述發(fā)熱裝置供給。
又，本發(fā)明第21技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第1技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將太陽(yáng)熱、或大氣熱、或自來(lái)水、或浴室的排熱、或者所述熱泵循環(huán)的散熱作為熱源的加熱裝置，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，對(duì)所述第2儲(chǔ)存裝置進(jìn)行加熱，使儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的、被分解或分離的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)作為顯熱而蓄熱，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，以所述顯熱為熱源，將儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)向所述發(fā)熱裝置供給。
又，本發(fā)明第22技術(shù)方案的蓄熱式熱泵系統(tǒng)是在本發(fā)明第21技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)中，利用電費(fèi)便宜的時(shí)間區(qū)域的電力。
采用本發(fā)明，通過(guò)以可逆反應(yīng)將來(lái)自熱泵的輸出進(jìn)行蓄熱，與以往的水顯熱方式的蓄熱密度310kJ/kg(75℃升溫時(shí))相比，可實(shí)現(xiàn)高蓄熱密度，故可使蓄熱系統(tǒng)小型化，可提供緊湊的設(shè)置性?xún)?yōu)良的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
又，通過(guò)從成為了反應(yīng)溫度以下的制冷劑中進(jìn)行熱回收，向流入壓縮機(jī)之前的制冷劑進(jìn)行傳熱，還可有效利用反應(yīng)溫度以下的制冷劑，可實(shí)現(xiàn)高的COP，可提供省能源的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)良的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
又，通過(guò)選擇由1種吸附材料或者吸附合金儲(chǔ)存容器可進(jìn)行脫離反應(yīng)和吸合或吸附反應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)，可使蓄熱系統(tǒng)簡(jiǎn)易化和小型化，可提供緊湊的設(shè)置性?xún)?yōu)良的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
通過(guò)使分解反應(yīng)時(shí)發(fā)生的氣體冷凝，作為液體而儲(chǔ)存，或者在儲(chǔ)存時(shí)形成固體的化合物、或吸合體，可使蓄熱所必需的容積小型化，同時(shí)將該冷凝熱作為制冷劑的蒸發(fā)熱來(lái)利用，使從大氣中執(zhí)行熱回收用的制冷劑蒸發(fā)器小型化，又，因此時(shí)供給大氣的風(fēng)扇的風(fēng)量也減小，故還可降低噪音，可提供適合于住宅環(huán)境的靜音的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
通過(guò)將回收冷凝熱的冷卻裝置設(shè)置于制冷劑蒸發(fā)器的上游，因是低溫，故可促進(jìn)氣體的冷凝，從而促進(jìn)加熱裝置內(nèi)的吸熱反應(yīng)，還可提供進(jìn)一步提高了蓄熱密度的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
又，作為使儲(chǔ)存的液體蒸發(fā)的加熱裝置和利用于固體的化合物的分解、或從吸合體的脫離反應(yīng)的執(zhí)行加熱的加熱裝置的熱源，通過(guò)利用來(lái)自太陽(yáng)熱和大氣熱之類(lèi)的系統(tǒng)外的能源，可實(shí)現(xiàn)高的能源效率，可提供省能源的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)良的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
又，作為使儲(chǔ)存的液體蒸發(fā)的加熱裝置和利用于固體的化合物的分解、或從吸合體的脫離反應(yīng)的執(zhí)行加熱的加熱裝置的熱源，通過(guò)利用由熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)輸出的經(jīng)加熱的儲(chǔ)存容器內(nèi)的顯熱，熱利用模式時(shí)，可在無(wú)驅(qū)動(dòng)部分的情況下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，可提供適合于住宅環(huán)境的靜音的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。又，該熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)是在電費(fèi)便宜的時(shí)間區(qū)域(目前的日本電力系統(tǒng)中是指深夜)進(jìn)行，故可提供經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)良的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
又，在熱利用模式剛開(kāi)始后，利用吸熱反應(yīng)、或者利用由熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)輸出的經(jīng)進(jìn)一步升溫的吸附材料儲(chǔ)存容器的顯熱，通過(guò)對(duì)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，因可瞬時(shí)性開(kāi)始熱供給，故可提供即刻成為熱水的便利性?xún)?yōu)良的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
并且，由于在大氣壓以下的減壓下進(jìn)行動(dòng)作，在達(dá)到外氣溫度之前，可作為使儲(chǔ)存的液體蒸發(fā)的加熱裝置和利用于固體的化合物的分解、或從吸合體的脫離反應(yīng)的執(zhí)行加熱的加熱裝置的熱源來(lái)利用，因此，可提供能有效利用低溫排熱的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
又，由于構(gòu)成了可從制冷劑直接向熱介質(zhì)傳熱的結(jié)構(gòu)，因此，熱利用模式時(shí)，可瞬時(shí)性開(kāi)始加熱，又，即使熱需要增大而超出可逆反應(yīng)的蓄熱量那樣的場(chǎng)合，也可確保熱量，可提供可進(jìn)行穩(wěn)定的熱供給的蓄熱式熱泵系統(tǒng)。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖2為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖3為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖4為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的蓄熱模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖5為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖6為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的反應(yīng)容器的細(xì)部構(gòu)成的圖。
圖7為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖8為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式剛開(kāi)始后的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖9為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
圖10為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的需要有蓄熱量以上熱量時(shí)的熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
1-制冷劑壓縮機(jī)；2-加熱裝置；3-制冷劑膨脹閥；4-制冷劑蒸發(fā)器；5-吸附材料儲(chǔ)存容器；6-發(fā)熱裝置；7-熱回收裝置；8-制冷劑流路；9-氣液分離器；10-丙酮儲(chǔ)存容器；11-氫儲(chǔ)存容器；12-異丙醇儲(chǔ)存容器；13-冷卻裝置；14-蓄熱材料流路；15-閥A；16-閥B；17-加熱裝置B；18-加熱裝置C；19-傳熱裝置；20-熱介質(zhì)流路；21-氫吸附合金儲(chǔ)存容器；22-水儲(chǔ)存容器；23-制冷劑·水熱交換裝置A；24-制冷劑·水熱交換裝置B；25-泵；26-水流路；27-反應(yīng)器隔熱部；28-制冷劑·熱介質(zhì)熱交換裝置；29-制冷劑·反應(yīng)熱交換裝置；30-硅膠；31-電熱促進(jìn)纖維；32-傳熱葉片具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施形態(tài)1)下面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1。
圖1、圖2為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式、熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。實(shí)施形態(tài)1中的蓄熱式熱泵循環(huán)，具有發(fā)熱裝置6、氣液分離器9、丙酮儲(chǔ)存容器10、氫儲(chǔ)存容器11、異丙醇儲(chǔ)存容器12、冷卻裝置13、蓄熱材料流路14、閥A15、閥B16、加熱裝置B17、加熱裝置C18、熱介質(zhì)流路20和熱泵循環(huán)。又，熱泵循環(huán)由制冷劑壓縮機(jī)1、起著制冷劑冷凝器作用的加熱裝置A2、制冷劑膨脹閥3、具有對(duì)大氣中的熱量等進(jìn)行吸熱·蒸發(fā)作用的制冷劑蒸發(fā)器4、熱回收裝置7和制冷劑流路8構(gòu)成。
首先，圖1中，對(duì)實(shí)施形態(tài)1的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。一旦開(kāi)始蓄熱模式，閥A15開(kāi)放，作為本發(fā)明的第1儲(chǔ)存裝置一例的異丙醇儲(chǔ)存容器12中儲(chǔ)存的異丙醇流入加熱裝置A2內(nèi)。同時(shí)開(kāi)始熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，由制冷劑蒸發(fā)器4從大氣中進(jìn)行熱回收，使制冷劑蒸發(fā)，然后，由制冷劑壓縮機(jī)1使蒸發(fā)的制冷劑升溫·升壓，從被升溫·升壓的制冷劑由加熱裝置A2進(jìn)行傳熱，被傳遞的熱量，利用于以異丙醇為材料的分解反應(yīng)。在此，分解反應(yīng)在約為80℃的溫度中進(jìn)行。另外，該加熱裝置A2是兼用于本發(fā)明的熱泵循環(huán)的散熱器的第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置的一例。
經(jīng)由加熱裝置A2后成為了約80℃的制冷劑，在熱回收裝置7中與即將流入制冷劑壓縮機(jī)1的制冷劑進(jìn)行熱交換，成為了約30℃之后流入制冷劑膨脹閥3，成為了大致(大氣溫-5)℃的液體。此時(shí)，(大氣溫度-5)℃的含義是比大氣溫度約低5℃的溫度。
其次，由加熱裝置A2的分解反應(yīng)而生成的丙酮和氫，都作為氣體一起從加熱裝置A2排出。然后，在冷卻裝置13中，在丙酮及氫與制冷劑之間進(jìn)行熱交換，在丙酮和氫中，沸點(diǎn)56℃的丙酮進(jìn)行冷凝。接著，在氣液分離器9中，氣體的氫與液體的丙酮分離，氫在充填有氫吸附合金的氫儲(chǔ)存容器11中形成金屬氫化物而被儲(chǔ)存。另一方面，丙酮作為液體被儲(chǔ)存在丙酮儲(chǔ)存容器10中。另外，該冷卻裝置13是兼用于本發(fā)明的熱泵循環(huán)的蒸發(fā)器的至少一部分的第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置的一例。丙酮儲(chǔ)存容器11是本發(fā)明的第2儲(chǔ)存裝置的一例，氫儲(chǔ)存容器11是本發(fā)明的第3儲(chǔ)存裝置的一例。
接著，圖2中，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。一旦開(kāi)始熱利用模式，儲(chǔ)存于丙酮儲(chǔ)存容器10中的丙酮，由將太陽(yáng)熱利用于熱源的加熱裝置B17進(jìn)行加熱而蒸發(fā)，而儲(chǔ)存于氫儲(chǔ)存容器11中的氫，由將大氣熱利用于熱源的加熱裝置C18進(jìn)行加熱，執(zhí)行脫氫反應(yīng)。此時(shí)，閥B16開(kāi)放，丙酮和氫流入發(fā)熱裝置6內(nèi)。在此，在發(fā)熱裝置6內(nèi)，執(zhí)行的是以丙酮和氫為材料的發(fā)熱反應(yīng)，在發(fā)熱裝置6中，將流通于熱介質(zhì)流路20中的水加熱至約90℃。
這樣，通過(guò)以可逆反應(yīng)將來(lái)自熱泵的輸出進(jìn)行蓄熱，與以往的水顯熱方式的蓄熱密度310kJ/kg(75℃升溫時(shí))相比，可實(shí)現(xiàn)1300kJ/kg(異丙醇)的高蓄熱密度，故可使蓄熱系統(tǒng)小型化。
又，由于具有與成為了反應(yīng)溫度以下的制冷劑和流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行熱交換的熱回收裝置7，因此，也可有效利用反應(yīng)溫度以下的制冷劑，確保高的COP。
通過(guò)使分解反應(yīng)時(shí)發(fā)生的氣體冷凝，作為液體而儲(chǔ)存，使儲(chǔ)存所必需的容積小型化，同時(shí)將該冷凝熱作為制冷劑的蒸發(fā)熱來(lái)利用，使從空氣中執(zhí)行熱回收用的制冷劑蒸發(fā)器4小型化，從而，因供給空氣的風(fēng)扇的風(fēng)量也減小，故還可降低噪音。
通過(guò)將回收冷凝熱的冷卻裝置13設(shè)置于制冷劑蒸發(fā)器4的上游，因是低溫，故可促進(jìn)分解反應(yīng)時(shí)發(fā)生的氣體的冷凝，從而促進(jìn)加熱裝置A2內(nèi)的吸熱反應(yīng)，還可提高蓄熱密度。
并且，作為蒸發(fā)丙酮的加熱裝置B17和執(zhí)行利用于脫氫反應(yīng)的加熱的加熱裝置C18的熱源，通過(guò)利用來(lái)自太陽(yáng)熱和大氣熱之類(lèi)的系統(tǒng)外的未利用能源，可實(shí)現(xiàn)高的能源效率。
作為用于執(zhí)行蓄熱的可逆反應(yīng)，采用了作為本發(fā)明的蓄熱材料一例的從異丙醇中生成氫和丙酮的系統(tǒng)，但未必限定于此例，只要是選擇反應(yīng)物的單位重量或單位體積的反應(yīng)熱量大的系統(tǒng)，即可獲得與上述相同的效果。
作為加熱裝置B17和加熱裝置C18的熱源，利用了大氣熱，但也可利用太陽(yáng)熱和浴室的排熱、以及由熱泵輸出的熱量，也可獲得與上述相同的效果。并且，當(dāng)蓄熱模式中的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)加熱裝置B17和加熱裝置C18，將丙酮儲(chǔ)存容器10內(nèi)的丙酮和氫儲(chǔ)存容器11內(nèi)的金屬氫化物進(jìn)行加熱，作為顯熱而儲(chǔ)存，也可利用于熱利用模式開(kāi)始之時(shí)，均可獲得與上述相同的效果。在此，該熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)最好是在電費(fèi)便宜的時(shí)間區(qū)域(目前的日本電力系統(tǒng)中是指深夜)進(jìn)行。
(實(shí)施形態(tài)2)下面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2。
實(shí)施形態(tài)2與實(shí)施形態(tài)1基本相同，但反應(yīng)系統(tǒng)不同，在加熱裝置、發(fā)熱裝置與蓄熱材料的儲(chǔ)存容器一體構(gòu)成的方面、從反應(yīng)溫度以下的制冷劑中進(jìn)行熱回收后、向流入壓縮機(jī)之前的制冷劑傳熱的裝置、以及供給蓄熱狀態(tài)的蓄熱材料時(shí)的加熱源方面是不一樣的。下面以這些方面為中心進(jìn)行說(shuō)明。
圖3、圖4、圖5、圖6為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)中的蓄熱模式、熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的蓄熱模式、熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、吸附材料儲(chǔ)存容器的細(xì)部構(gòu)成的圖。
實(shí)施形態(tài)2中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)具有吸附材料儲(chǔ)存容器5、冷卻裝置13、蓄熱材料流路14、閥A15、加熱裝置B17、發(fā)熱裝置19、熱介質(zhì)流路20、水儲(chǔ)存容器22、泵25、水流路26、反應(yīng)容器隔熱部27和熱泵循環(huán)。又，熱泵循環(huán)由制冷劑壓縮機(jī)1、起著制冷劑冷凝器作用的加熱裝置A2、制冷劑膨脹閥3、具有對(duì)大氣中的熱量等進(jìn)行吸熱·蒸發(fā)作用的制冷劑蒸發(fā)器4、制冷劑·水熱交換裝置A23、制冷劑·熱交換裝置B24和制冷劑流路8構(gòu)成。
首先，圖3、圖4、圖6中，對(duì)實(shí)施形態(tài)2的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。如圖3所示，一旦開(kāi)始蓄熱模式，熱泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，制冷劑由制冷劑蒸發(fā)器4通過(guò)從大氣中進(jìn)行熱回收而蒸發(fā)，然后，由制冷劑壓縮機(jī)1使蒸發(fā)后的制冷劑升溫·升壓，從被升溫·升壓的制冷劑中，由充填有硅膠的加熱裝置A2進(jìn)行傳熱，被傳遞的熱量可利用于水的脫離反應(yīng)的吸熱源。在此，吸熱反應(yīng)約在60℃溫度下進(jìn)行。如圖6所示，充填于吸附材料儲(chǔ)存容器5內(nèi)的物質(zhì)是由硅膠30與由比硅膠30的粒徑小但熱傳導(dǎo)率高的銅所組成的傳熱促進(jìn)纖維31混合后的物質(zhì)。該混合物被充填在傳熱葉片32之間(加熱裝置2的與制冷劑冷凝器的流路接觸的葉片組)、以及傳熱裝置19的傳熱葉片32之間(與熱介質(zhì)流路接觸的葉片組)。
作為本發(fā)明的蓄熱材料一例，硅膠30與水相當(dāng)，作為本發(fā)明的高熱傳導(dǎo)率材料一例，與傳熱促進(jìn)纖維31相當(dāng)。
經(jīng)由加熱裝置2后成為了約60℃的制冷劑，在制冷劑·水熱交換裝置B24中進(jìn)行水與熱的交換，成為了約30℃之后流入制冷劑膨脹閥3，成為了大致(大氣溫-5)℃的液體。另一方面，被加熱的水通過(guò)泵25進(jìn)行循環(huán)，在制冷劑·水熱交換裝置A23中，與流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行熱交換。即，通過(guò)由泵25使水循環(huán)，在制冷劑·水熱交換裝置B24中，經(jīng)由加熱裝置2的制冷劑冷卻，在制冷劑·水熱交換裝置A23中，對(duì)流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行加熱。
接著，閥A15開(kāi)放，通過(guò)脫離反應(yīng)而生成的水蒸氣，作為氣體從吸附材料儲(chǔ)存容器5排出。然后，在冷卻裝置13中，執(zhí)行水蒸氣與制冷劑的熱交換而冷凝，在水儲(chǔ)存容器22中，作為液體而被儲(chǔ)存。
其后，如圖4所示，閥A15閉合，停止熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，利用來(lái)自浴室的排熱，通過(guò)加熱裝置B17對(duì)水儲(chǔ)存容器22中的水進(jìn)行加熱，作為顯熱而被儲(chǔ)存。吸附材料儲(chǔ)存容器5的周?chē)?，被熱傳?dǎo)率小于硅膠的隔熱材料圍住，在熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始之前保持為約60℃。
接著，圖5中，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。一旦開(kāi)始熱利用模式，首先，利用顯熱使吸附材料儲(chǔ)存容器5到達(dá)約45℃，在發(fā)熱裝置19中，將流通于熱介質(zhì)流路20中的水加熱至約45℃。
其后，當(dāng)閥A15開(kāi)放時(shí)，因水儲(chǔ)存容器22處在了預(yù)先減壓的環(huán)境，故利用水儲(chǔ)存容器22內(nèi)的水本身所擁有的顯熱進(jìn)行蒸發(fā)，水流入吸附材料儲(chǔ)存容器5內(nèi)。此時(shí)，在吸附材料儲(chǔ)存容器5內(nèi)，通過(guò)水對(duì)硅膠30的吸合而進(jìn)行發(fā)熱反應(yīng)，將流通于流路20的水加熱至約60℃。
這樣，通過(guò)吸脫反應(yīng)將來(lái)自熱泵的輸出進(jìn)行蓄熱，與以往的水顯熱方式的蓄熱密度310kJ/kg(75℃升溫時(shí))相比，可實(shí)現(xiàn)945kJ/kg(硅膠)的高蓄熱密度，故可使蓄熱部小型化。
又，由于具有從成為了反應(yīng)溫度以下的制冷劑中進(jìn)行熱回收、向流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行傳熱的裝置，因此，還可有效利用反應(yīng)溫度以下的制冷劑，確保高的COP。
通過(guò)選擇在1個(gè)吸附材料儲(chǔ)存容器5內(nèi)可執(zhí)行脫離反應(yīng)和吸合反應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)，可使蓄熱系統(tǒng)簡(jiǎn)易化及小型化。
通過(guò)在脫離反應(yīng)時(shí)使成為氣體的生成物冷凝，作為液體而儲(chǔ)存，使生成物儲(chǔ)存所必需的容積小型化，同時(shí)將該冷凝熱作為制冷劑的蒸發(fā)熱來(lái)利用，使從大氣中執(zhí)行熱回收用的制冷劑蒸發(fā)器4小型化，從而，因供給空氣的風(fēng)扇的風(fēng)量也減小，故還可降低噪音。
又，通過(guò)將回收冷凝熱的冷卻裝置13設(shè)置于制冷劑蒸發(fā)器4的上游，因是低溫，故可促進(jìn)脫離反應(yīng)時(shí)生成的成為水蒸氣的氣體冷凝，從而促進(jìn)加熱裝置2內(nèi)的吸熱反應(yīng)，還可提高蓄熱密度。
將硅膠30與由比硅膠的粒徑小但熱傳導(dǎo)率高的銅所組成的傳熱促進(jìn)纖維31混合后的物質(zhì)，也充填在加熱裝置2的傳熱葉片32之間(加熱裝置2的與制冷劑冷凝器的流路接觸的葉片組)、以及傳熱裝置19的傳熱葉片32之間(與熱介質(zhì)流路接觸的葉片組)，由此，可提高從制冷劑傳向蓄熱材料、以及從蓄熱材料傳向熱介質(zhì)的傳熱性能，可獲得高的熱效率。
又，剛開(kāi)始熱利用模式之后，通過(guò)利用吸附材料儲(chǔ)存容器5的顯熱，對(duì)熱介質(zhì)的水進(jìn)行加熱，因可瞬時(shí)性開(kāi)始熱供給，故便利性?xún)?yōu)良。
作為使水蒸發(fā)的加熱源，通過(guò)利用水儲(chǔ)存容器22內(nèi)的水的顯熱，在熱利用模式中，可在無(wú)驅(qū)動(dòng)部分的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，靜音性?xún)?yōu)良。又，通過(guò)在大氣壓以下的減壓下進(jìn)行動(dòng)作，作為加熱裝置B17的加熱源，可利用水儲(chǔ)存容器22內(nèi)的水的顯熱，直至達(dá)到外氣溫度水平，故可有效地利用低溫排熱。并且，對(duì)水儲(chǔ)存容器22內(nèi)的水的顯熱進(jìn)行蓄熱用的熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，在電費(fèi)便宜的時(shí)間區(qū)域(目前的日本電力系統(tǒng)中是指深夜)進(jìn)行，故經(jīng)濟(jì)性也優(yōu)良。
另外，與本發(fā)明的第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置及發(fā)熱裝置作成一體化的第1儲(chǔ)存裝置的一例，在本實(shí)施形態(tài)2中，與加熱裝置2及發(fā)熱裝置19作成一體化的吸附材料儲(chǔ)存容器5相當(dāng)。
又，本發(fā)明的第2儲(chǔ)存裝置的一例，在本實(shí)施形態(tài)2中與水儲(chǔ)存容器22相當(dāng)。
本發(fā)明的熱回收裝置，在本實(shí)施形態(tài)2中，與制冷劑·水熱交換裝置A23、制冷劑·水熱交換裝置B24及執(zhí)行兩者之間的水循環(huán)用的泵25和水流路26相當(dāng)。
另外，作為用于執(zhí)行蓄熱的可逆反應(yīng)，采用了水對(duì)吸附材料的吸合反應(yīng)，但未必限定于此例，只要是選擇反應(yīng)物的單位重量或單位體積的反應(yīng)熱量大的系統(tǒng)，即可獲得與上述相同的效果。
吸附材料儲(chǔ)存容器5的周?chē)?，被熱傳?dǎo)率小于吸·脫材料的隔熱材料圍住，在剛開(kāi)始熱利用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)之后，利用了維持于吸熱反應(yīng)溫度的吸附材料儲(chǔ)存容器5的顯熱，但也可在蓄熱模式下的運(yùn)轉(zhuǎn)的最后，對(duì)吸附材料儲(chǔ)存容器5進(jìn)行加熱，再使其升溫來(lái)利用，可在此基礎(chǔ)上擴(kuò)大顯熱利用量。
作為蒸發(fā)用的加熱源，利用了水儲(chǔ)存容器22內(nèi)的水的顯熱，但也可利用大氣熱、太陽(yáng)熱、浴室的排熱、或使用熱泵而輸出的熱量，可獲得與上述相同的效果。本實(shí)施形態(tài)中，將水作為了介質(zhì)，若將甲醇等用作介質(zhì)，則可在更低溫度下蒸發(fā)，即使將大氣熱作為熱源來(lái)利用的場(chǎng)合，低外氣溫時(shí)也能獲得充分的輸出。
作為吸熱反應(yīng)，利用了從硅膠的脫水反應(yīng)，作為發(fā)熱反應(yīng)，利用了吸水反應(yīng)，但作為吸熱反應(yīng)，也可利用從氯化鈣、氯化鐵、氯化錳等的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)的氨絡(luò)合體中的氨的脫離反應(yīng)，作為發(fā)熱反應(yīng)，也可利用無(wú)機(jī)鹽類(lèi)的氨化反應(yīng)，因在低溫時(shí)能確保比水高的蒸氣壓，故即使將大氣熱作為熱源來(lái)利用的場(chǎng)合，在低外氣溫時(shí)也能獲得充分的輸出。
作為吸附材料使用了硅膠，但也可使用泡沸石等的無(wú)機(jī)多孔質(zhì)材料、活性碳等的碳系多孔質(zhì)材料、或聚丙烯酰胺等的吸水性高分子材料，可獲得與上述相同的效果。為了使水在低溫下從吸附材料脫離，活性碳、硅膠、聚丙烯酰胺特別有效。
(實(shí)施形態(tài)3)下面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3。
實(shí)施形態(tài)3的不同之點(diǎn)在于，供給蓄熱狀態(tài)的蓄熱材料時(shí)的反應(yīng)熱的供給源、從制冷劑可直接向熱介質(zhì)傳熱的結(jié)構(gòu)。因此，下面以這些方面為中心進(jìn)行就明。
圖7、圖8、圖9、圖10為表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)中的蓄熱模式、熱利用剛開(kāi)始后的熱利用模式、熱利用模式、蓄熱狀態(tài)的蓄熱材料空缺后的熱用模式的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖。
實(shí)施形態(tài)3中的蓄熱式熱泵系統(tǒng)具有氫吸附合金儲(chǔ)存容器21、氫儲(chǔ)存容器11、蓄熱材料流路14、閥A15、加熱裝置C18、熱介質(zhì)流路20、制冷劑·熱介質(zhì)熱交換裝置28、制冷劑·反應(yīng)器熱交換裝置29、泵25、水流路26和熱泵循環(huán)。又，熱泵循環(huán)由制冷劑壓縮機(jī)1、起著制冷劑冷凝器作用的加熱裝置A2、制冷劑膨脹閥3、具有對(duì)大氣中的熱量等進(jìn)行吸熱·蒸發(fā)作用的制冷劑蒸發(fā)器4、制冷劑·水熱交換裝置A23、制冷劑·熱交換裝置B24和制冷劑流路8構(gòu)成。
首先，圖7中，對(duì)實(shí)施形態(tài)3的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的蓄熱模式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。如圖7所示，一旦開(kāi)始蓄熱模式，熱泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，制冷劑由制冷劑蒸發(fā)器4從大氣中進(jìn)行熱回收而蒸發(fā)，然后，由制冷劑壓縮機(jī)1使蒸發(fā)的制冷劑升溫·升壓，從被升溫·升壓的制冷劑由充填有氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)相互交替設(shè)置的加熱裝置2進(jìn)行傳熱，并且，同時(shí)起著從制冷劑向氫吸附合金、從制冷劑向熱介質(zhì)的傳熱作用的制冷劑·熱介質(zhì)熱交換裝置28也進(jìn)行傳熱，在氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)，利用于從金屬氫化物進(jìn)行脫氫反應(yīng)的吸熱源。即，制冷劑在流路8中流動(dòng)，加熱裝置2是與流路8接觸的葉片組。又，流路20是流出熱水時(shí)讓熱水流動(dòng)的流路，制冷劑·熱交換裝置28是使流路8與流路20接觸的葉片。加熱裝置2和制冷劑·熱介質(zhì)熱交換裝置28的葉片交替地配置于容器2內(nèi)。在此，吸熱反應(yīng)在約60℃溫度下進(jìn)行。
經(jīng)由加熱裝置2后成為了約60℃的制冷劑，在制冷劑·水熱交換裝置B24中，與水流路26中循環(huán)的水進(jìn)行熱交換，成為了約30℃之后流入制冷劑膨脹閥3，成為了大致(大氣溫-5)℃的液體。另一方面，被制冷劑·水熱交換裝置B24加熱的水通過(guò)泵25在水流路29中循環(huán)，在制冷劑·水熱交換裝置A23中，與流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行熱交換。即，通過(guò)由泵25使水在水流路26中循環(huán)，在制冷劑·水熱交換裝置B24中，經(jīng)由加熱裝置2的制冷劑冷卻，在制冷劑·水熱交換裝置A23中，對(duì)流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行加熱。
其次，閥A15開(kāi)放，被放出的氫作為氣體從氫吸附合金儲(chǔ)存容器21排出。其后，在充填有與氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)充填的物質(zhì)不同種類(lèi)的氫吸附合金的氫儲(chǔ)存容器11中，執(zhí)行氫化反應(yīng)而被儲(chǔ)存。此時(shí)，該反應(yīng)熱通過(guò)制冷劑·反應(yīng)器熱交換裝置29傳熱給制冷劑。
接著，圖8、圖9、圖10中，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的蓄熱式熱泵系統(tǒng)的熱利用模式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)閥A15開(kāi)放時(shí)，在氫儲(chǔ)存容器11內(nèi)，將從大氣的熱回收作為吸熱源來(lái)利用，執(zhí)行脫氫反應(yīng)，從氫儲(chǔ)存容器11內(nèi)的氫吸附合金中脫離的氫流入氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)。在此，在氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)，通過(guò)氫吸附合金的氫化反應(yīng)而執(zhí)行發(fā)熱反應(yīng)。但是，該反應(yīng)熱被使用于最初使具有熱容量的氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)的氫吸附合金升溫，基本上不利用于對(duì)流通于熱介質(zhì)流路20的水的瞬時(shí)性加熱。
因此，如圖8所示，熱泵也同時(shí)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在制冷劑蒸發(fā)器4中，通過(guò)從大氣的熱回收而蒸發(fā)之后、被制冷劑壓縮機(jī)1升溫·升壓的制冷劑在制冷劑·熱介質(zhì)熱交換裝置28中散熱，向熱介質(zhì)流路20中流通的水進(jìn)行傳熱，將熱介質(zhì)瞬時(shí)性加熱至約45℃。
其后，當(dāng)氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)的氫吸附合金升溫至約45℃時(shí)，如圖9所示，結(jié)束熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，利用在吸·發(fā)熱反應(yīng)器21內(nèi)所執(zhí)行的、由氫吸附合金的氫化反應(yīng)引起的發(fā)熱，將熱介質(zhì)流路20中流通的水加熱至約45℃。
另外，在熱需要增多、而超出可逆反應(yīng)的蓄熱量的場(chǎng)合，如圖10所示，重新執(zhí)行熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，停止對(duì)氫儲(chǔ)存容器11的從大氣中的熱回收，閥A15也閉合。在制冷劑蒸發(fā)器4中，通過(guò)從大氣的熱回收而蒸發(fā)之后、被制冷劑壓縮機(jī)1升溫·升壓的制冷劑在制冷劑·熱介質(zhì)熱裝置28中散熱，向熱介質(zhì)流路20中流通的水進(jìn)行傳熱，將熱介質(zhì)加熱至約45℃。
這樣，通過(guò)可逆反應(yīng)將來(lái)自熱泵的輸出進(jìn)行蓄熱，與以往的水顯熱方式的蓄熱密度310kJ/L(75℃升溫時(shí))相比，可實(shí)現(xiàn)900kJ/L(氫吸附合金)的高蓄熱密度，故可使蓄熱系統(tǒng)小型化。
又，由于具有從成為了反應(yīng)溫度以下的制冷劑中進(jìn)行熱回收、向流入制冷劑壓縮機(jī)1之前的制冷劑進(jìn)行傳熱的裝置，因此，還可有效利用反應(yīng)溫度以下的制冷劑，確保高的COP。
通過(guò)選擇在1個(gè)氫吸附合金儲(chǔ)存容器21內(nèi)可執(zhí)行脫離反應(yīng)和吸合反應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)，可使蓄熱系統(tǒng)簡(jiǎn)易化及小型化。
又，通過(guò)從放出的氣體，在儲(chǔ)存時(shí)形成固體的化合物或吸合體，使儲(chǔ)存所必需的容積小型化，同時(shí)將其反應(yīng)熱作為制冷劑的蒸發(fā)熱來(lái)利用，使從大氣中執(zhí)行熱回收用的制冷劑蒸發(fā)器4小型化，從而，因供給空氣的風(fēng)扇的風(fēng)量也減小，故還可降低噪音。
又，通過(guò)使儲(chǔ)存被放出的氣體用的氫儲(chǔ)存容器11與執(zhí)行向制冷劑傳熱的制冷劑·反應(yīng)器熱交換器29一體化，可實(shí)現(xiàn)緊湊的蓄熱部。
又，作為執(zhí)行利用于脫氫反應(yīng)的加熱的加熱裝置C18的熱源，通過(guò)利用來(lái)自太陽(yáng)熱和大氣熱之類(lèi)的系統(tǒng)外的能源，可實(shí)現(xiàn)高的能源效率。
并且，通過(guò)構(gòu)成了可從制冷劑直接向熱介質(zhì)傳熱的結(jié)構(gòu)，在熱利用模式中，可瞬時(shí)性開(kāi)始加熱，又，即使在熱需要增多而超出可逆反應(yīng)的蓄熱量那樣的場(chǎng)合，也可通過(guò)從熱泵循環(huán)的制冷劑直接向熱介質(zhì)的傳熱來(lái)確保熱量，可進(jìn)行穩(wěn)定的熱供給。
另外，作為執(zhí)行蓄熱用的可逆反應(yīng)，使用了對(duì)氫吸附合金的氫化反應(yīng)，但未必限定于此，只要是選擇反應(yīng)物的單位重量或單位體積的反應(yīng)熱量大的系統(tǒng)，就可獲得與上述相同的效果。
另外，與本發(fā)明的第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置及發(fā)熱裝置一體化的第1儲(chǔ)存裝置的一例，在本實(shí)施形態(tài)3中，與加熱裝置2及發(fā)熱裝置19一體化的氫吸附合金儲(chǔ)存容器21相當(dāng)。
又，與本發(fā)明的第2制冷劑·蓄熱材料交換裝置一體化的第2儲(chǔ)存裝置，在本實(shí)施形態(tài)3中，與制冷劑·反應(yīng)器交換裝置一體化的氫儲(chǔ)存容器11相當(dāng)。
所謂設(shè)于本發(fā)明的制冷劑流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片與設(shè)于熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片的至少一部分共用，在本實(shí)施形態(tài)3中是指加熱裝置A2的葉片與發(fā)熱裝置19的葉片共用，與可執(zhí)行制冷劑與熱介質(zhì)的傳熱的制冷劑·熱介質(zhì)熱交換裝置28相當(dāng)。
又，作為脫氫反應(yīng)的熱源利用了大氣熱，但也可利用太陽(yáng)熱、浴室的排熱、以及由熱泵輸出的熱量，可獲得與上述相同的效果。此時(shí)，本實(shí)施形態(tài)中，與將水作為介質(zhì)的場(chǎng)合相比，特別是在使用大氣熱的場(chǎng)合，即使在低外氣溫下也可獲得充分的輸出。
又，也可在蓄熱模式中的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，使熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)加熱裝置B17和加熱裝置C18，將氫儲(chǔ)存容器11內(nèi)的金屬氫化物進(jìn)行加熱，作為顯熱而儲(chǔ)存，無(wú)論哪1種均可獲得與上述相同的效果。在此，該熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)最好是在電費(fèi)便宜的時(shí)間區(qū)域(目前的日本電力系統(tǒng)中是指深夜)進(jìn)行。
作為氫儲(chǔ)存材料使用了氫吸附合金，但也可使用碳系材料，可獲得與上述相同的效果。另外，作為氫吸附合金，可以使用由La、Mm、Mg、Ti、Fe、Ca、V等構(gòu)成的材料。
作為以上的3種實(shí)施形態(tài)，采用了通過(guò)水來(lái)執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)式的蓄熱的熱量輸出，但不限定于此，比如，也可將空氣作為熱介質(zhì)，應(yīng)用于制暖·干燥等的用途，可獲得與上述相同的效果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，既可確?？煽啃?，又可省空間，具有更高的能量效率，適合作為家庭用制暖供熱水器等使用。又，也可應(yīng)用于工業(yè)用加熱裝置等的用途。
權(quán)利要求
1.一種蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，包括具有壓縮機(jī)、制冷劑的散熱器、膨脹閥、制冷劑的蒸發(fā)器和制冷劑流路的熱泵循環(huán)；儲(chǔ)存蓄熱材料用的第1儲(chǔ)存裝置；通過(guò)從所述制冷劑的傳熱對(duì)所述蓄熱材料進(jìn)行加熱、使其分解或局部分離用的第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置；從所述分解或分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)、向所述制冷劑傳熱用的第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置；將所述分解或分離的蓄熱材料中的至少1種類(lèi)進(jìn)行儲(chǔ)存用的第2儲(chǔ)存裝置；以及通過(guò)將儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的所述蓄熱材料再次結(jié)合而發(fā)熱、對(duì)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱的發(fā)熱裝置，所述第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置兼用于所述熱泵循環(huán)的散熱器，所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置兼用于所述熱泵循環(huán)的蒸發(fā)器的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第1儲(chǔ)存裝置與所述第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置及所述發(fā)熱裝置一體化。
3.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第2儲(chǔ)存裝置與所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置一體化。
4.如權(quán)利要求3所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將從所述分解或分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)的氣體進(jìn)行吸附或吸合的儲(chǔ)存材料，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述氣體通過(guò)與所述儲(chǔ)存材料形成化合物或復(fù)合體而被儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中，所述復(fù)合體形成時(shí)的發(fā)熱向所述制冷劑傳熱。
5.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述分解或分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)的氣體通過(guò)所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置而冷卻，作為液體被儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中。
6.如權(quán)利要求5所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，將所述氣體作為第1氣體，還具有將所述第1氣體以外的、由所述蓄熱材料分解所發(fā)生的第2氣體進(jìn)行吸附或吸合的儲(chǔ)存材料的第3儲(chǔ)存裝置，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述第2氣體，通過(guò)與所述儲(chǔ)存材料形成化合物或復(fù)合體而被儲(chǔ)存在所述第3儲(chǔ)存裝置中。
7.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將從所述被分離的蓄熱材料中的至少一種類(lèi)的氣體進(jìn)行吸附或吸合的儲(chǔ)存材料，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述氣體，通過(guò)與所述儲(chǔ)存材料形成化合物或復(fù)合體而被儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中。
8.如權(quán)利要求5所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄熱材料是水及水的吸附材料，所述氣體是水蒸氣。
9.如權(quán)利要求6所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄熱材料是異丙醇，所述第1氣體是丙酮，所述第2氣體是氫。
10.如權(quán)利要求7所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄熱材料是氫及吸附氫的氫吸附材料，所述氣體是氫。
11.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置，被配置在所述循環(huán)的蒸發(fā)器的最上游。
12.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，還具有熱回收裝置，該裝置用于從流通于所述制冷劑的散熱器與所述膨脹閥之間的制冷劑中進(jìn)行熱回收，向流通于所述冷卻裝置與所述壓縮機(jī)之間的制冷劑進(jìn)行傳熱。
13.如權(quán)利要求2所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，具有使所述熱介質(zhì)流動(dòng)的熱介質(zhì)流路，所述第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置，具有設(shè)置于所述制冷劑流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片，所述發(fā)熱裝置具有設(shè)置于所述熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片，所述蓄熱材料，被充填在設(shè)置于所述制冷劑流路及所述熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片之間。
14.如權(quán)利要求13所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄熱材料是球狀或顆粒狀，所述第1儲(chǔ)存裝置，在所述多個(gè)傳熱葉片之間，具有比所述蓄熱材料的熱傳導(dǎo)率高但直徑小的、與所述蓄熱材料混合后的高熱傳導(dǎo)率材料。
15.如權(quán)利要求13所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第1儲(chǔ)存裝置，在外側(cè)表面具有比所述蓄熱材料的熱傳導(dǎo)率低的高隔熱材料，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，利用所述蓄熱材料所擁有的顯熱，對(duì)所述熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
16.如權(quán)利要求15所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，仍繼續(xù)執(zhí)行所述熱泵循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使所述蓄熱材料升溫。
17.如權(quán)利要求13所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置于所述制冷劑流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片與設(shè)置于所述熱介質(zhì)流路的外側(cè)表面上的多個(gè)傳熱葉片的至少一部分共用。
18.如權(quán)利要求17所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)，通過(guò)執(zhí)行所述熱泵循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，將來(lái)自所述散熱器的散熱經(jīng)由所述傳熱葉片直接向所述熱介質(zhì)傳熱。
19.如權(quán)利要求17所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)儲(chǔ)存于所述第2儲(chǔ)存裝置內(nèi)的、被分解或分離的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)的空缺進(jìn)行檢測(cè)，執(zhí)行所述熱泵循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，將來(lái)自所述散熱器的散熱經(jīng)由所述傳熱葉片直接向所述熱介質(zhì)傳熱。
20.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將太陽(yáng)熱、或大氣熱、或自來(lái)水、或浴室的排熱、或者所述熱泵循環(huán)的散熱作為熱源的加熱裝置，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的、被分解或分離的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)進(jìn)行加熱，向所述發(fā)熱裝置供給。
21.如權(quán)利要求1所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第2儲(chǔ)存裝置，具有將太陽(yáng)熱、或大氣熱、或自來(lái)水、或浴室的排熱、或者所述熱泵循環(huán)的散熱作為熱源的加熱裝置，蓄熱運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，對(duì)所述第2儲(chǔ)存裝置進(jìn)行加熱，使儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的、被分解或分離的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)作為顯熱而蓄熱，熱利用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，以所述顯熱為熱源，將儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置中的所述蓄熱材料中的1種類(lèi)向所述發(fā)熱裝置供給。
22.如權(quán)利要求21所述的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)中，利用電費(fèi)便宜的時(shí)間區(qū)域的電力。
全文摘要
在具有傳統(tǒng)的蓄熱部的熱泵系統(tǒng)中，因需要有大容量的儲(chǔ)存熱水箱，故存在著設(shè)置空間、施工上的問(wèn)題。本發(fā)明的蓄熱式熱泵系統(tǒng)，包括熱泵循環(huán)；儲(chǔ)存蓄熱材料用的第1儲(chǔ)存裝置(12)；通過(guò)來(lái)自制冷劑的熱對(duì)所述蓄熱材料進(jìn)行加熱、使其分解用的第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置(2)；從所述分離后的蓄熱材料、向所述制冷劑進(jìn)行傳熱用的第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置(13)；將所述分解后的蓄熱材料進(jìn)行儲(chǔ)存用的第2儲(chǔ)存裝置(10)；通過(guò)將儲(chǔ)存在所述第2儲(chǔ)存裝置(10)中的所述蓄熱材料再次結(jié)合而發(fā)熱、對(duì)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱的發(fā)熱裝置(6)，第1制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置(2)兼用于所述熱泵循環(huán)的散熱器(2)，第2制冷劑·蓄熱材料熱交換裝置(13)兼用于所述熱泵循環(huán)的蒸發(fā)器(4)的至少一部分。
文檔編號(hào)F25B25/00GK1701208SQ20048000120
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者鈴木基啟, 寺島徹生 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社