ケミカルヒートポンプ
【課題】蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供する。
【解決手段】ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物が充填され、水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器１１と、反応容器１１における脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンク１３とを備えている。また、ケミカルヒートポンプは、反応容器１１及び貯蔵タンク１３を連通させる配管１２，Ａに設けられた電磁開閉弁１４，Ｖと、反応容器１１における脱水和吸熱反応を進行させるために反応容器１１に熱を供給する加熱用熱交換器１６とを備えている。
【解決手段】ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物が充填され、水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器１１と、反応容器１１における脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンク１３とを備えている。また、ケミカルヒートポンプは、反応容器１１及び貯蔵タンク１３を連通させる配管１２，Ａに設けられた電磁開閉弁１４，Ｖと、反応容器１１における脱水和吸熱反応を進行させるために反応容器１１に熱を供給する加熱用熱交換器１６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルヒートポンプに係り、詳しくは１００℃付近の排熱を利用して蓄熱が可能なケミカルヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用削減（二酸化炭素排出規制）が求められており、各プロセスの省エネルギー化に加え、排熱の利用を進める必要がある。例えば、自動車ガソリンエンジンの場合、燃料がもつエネルギーのうち走行に利用されるのは約２０％で、残る約８０％は最終的に大気中へ放出されている。このような排熱を貯蔵（蓄熱）し、必要に応じて利用できる技術があれば、エネルギー回収、エネルギー再利用の点で非常に有効である。
【０００３】
従来、排熱利用の手段としては、水を利用した１００℃以下の温水蓄熱が知られている。しかし、温水蓄熱に比べてより効率の高い蓄熱技術として化学蓄熱法が挙げられる。化学蓄熱法は、物質の吸着、水和等の化学変化を伴うため、材料自体（水、溶融塩等）の潜熱や顕熱による蓄熱法に比べて単位質量当たりの蓄熱量が大きくなる。環境への負荷や装置の簡便性を考慮すると、水蒸気収脱着法が最も有利であり、水蒸気収脱着法に用いられる化学蓄熱材として、酸化マグネシウムが知られている。
【０００４】
しかし、酸化マグネシウムは、１００〜３００℃の比較的低温域では単独で実用的な蓄熱材として用いることができない。この問題を解消するため、マグネシウム又はカルシウムの酸化物に少なくとも１種の吸湿性金属塩を添加してなる組成物による水和発熱反応と、該酸化物に対応する水酸化物の脱水吸熱反応とを組み合わせたことを特徴とするケミカルヒートポンプが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８６１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で提案されたケミカルヒートポンプでは、蓄熱材として使用されている水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムの脱水吸熱反応は３００℃以下でも進行するが、水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムに少なくとも１種の吸湿性金属塩を添加する必要がある。また、脱水吸熱反応はいずれも２００℃より高い。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用したケミカルヒートポンプである。ここで、「水酸化リチウム１水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）の脱水和反応」とは水酸化リチウム１水和物から水和水が離脱して水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）になる反応を意味する。
【０００９】
この発明では、水酸化リチウム１水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）が水酸化リチウムと水（水蒸気）とに脱水和される脱水和吸熱反応の熱を蓄熱し、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応で発生した水酸化リチウムと水（水蒸気）との水和反応により発生するエネルギーを利用することができる。水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は１００℃付近の比較的低温でも進行する。したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、水酸化リチウム１水和物が充填され、前記水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、前記脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器と、前記反応容器における前記脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクと、前記反応容器及び前記貯蔵タンクを連通させる配管と、前記配管に設けられたバルブと、前記反応容器における前記脱水和吸熱反応を進行させるために前記反応容器に熱を供給する熱供給手段とを備えている。
【００１１】
この発明では、水酸化リチウム１水和物が充填された反応容器と、水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクとがバルブが設けられた配管で連通されているため、バルブが開放された状態で熱供給手段により反応容器に熱が供給されると、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応が進行する。そして、脱水和吸熱反応で発生した水蒸気が貯蔵タンク内に水蒸気及び液体の水として貯蔵されることにより、熱供給手段により供給された熱が効率良く蓄熱される。水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は１００℃付近の比較的低温でも進行し、したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱し、必要に応じて利用することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は請求項２に記載の発明において、前記反応容器で前記脱水和吸熱反応を行うときは、前記バルブを開状態にするとともに前記熱供給手段を前記反応容器の加熱状態に制御し、前記脱水和吸熱反応を停止するときは、前記バルブを閉状態にするとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときは、前記貯蔵タンクから液体の水又は水蒸気を前記反応容器に移送するとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御する制御手段を備えている。
【００１３】
この発明では、水酸化リチウム１水和物が充填された反応容器と、水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクとを連通する配管に設けられたバルブの開閉制御や反応容器に熱を供給する熱供給手段とが制御手段により制御されるため、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応の進行、停止を効率良く行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記熱供給手段は熱源として車両の排熱を利用し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときに前記水和発熱反応で発生する熱を車両の熱要求部に移送する熱移送手段及び前記貯蔵タンクの水の蒸発潜熱により車両の冷却要求部を冷却する冷却手段の少なくとも一方を備えている。
【００１５】
この発明では、ケミカルヒートポンプは車両に利用される。車両には車内の冷暖房、暖機等の温度調整を必要とする箇所がある。車両の排熱を熱源に利用して蓄熱されたエネルギーは、水酸化リチウムの水和発熱反応を行う際に発生する熱が、車両の熱要求部に熱移送手段により移送されて暖房や暖機に利用される。また、貯蔵タンクの水の蒸発潜熱によって発生する冷熱を利用して車両の冷却要求部が冷却手段により冷却されて冷房に利用される。
【００１６】
請求項５に記載の発明は請求項４に載の発明において、前記車両は走行用駆動源として内燃機関を備え、前記熱源に前記内燃機関の排熱を使用する。ここで、「内燃機関の排熱」とは、内燃機関の排気熱や冷却水の廃熱を意味する。この発明では、内燃機関の排熱が有効に利用される。
【００１７】
請求項６に記載の発明は請求項４に載の発明において、前記車両は走行用駆動源として燃料電池を電源とした走行用モータを備え、前記熱源に前記燃料電池の冷却水を使用する。この発明では、燃料電池の冷却水の廃熱が水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応に利用されるため、燃料電池を冷却して加熱された冷却水を冷却するラジエータで使用されるエネルギーの使用量を低下させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の車両用空調システムの概略図。
【図２】第２の実施形態の車両用空調システムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のケミカルヒートポンプを、内燃機関を走行用駆動源とした車両の空調システムに適用した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、車両用空調システムは、反応容器１１と、反応容器１１と配管１２で連通された貯蔵タンク１３とを備えている。配管１２の途中にはバルブとしての電磁開閉弁１４が設けられている。反応容器１１には水酸化リチウム１水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）が充填されており、車両の走行用駆動源で発生する熱を利用して水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応、あるいは、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムと液体の水との水和発熱反応が行われる。
【００２１】
貯蔵タンク１３には、反応容器１１における脱水和吸熱反応で発生し、配管１２を介して貯蔵タンク１３に導かれた水蒸気が液体の水の状態で貯蔵される。
反応容器１１には、走行用駆動源としての内燃機関（エンジン）１５で発生する熱を反応容器１１に供給する熱供給手段としての加熱用熱交換器１６が設けられている。加熱用熱交換器１６は、内燃機関１５の冷却水を循環させる循環路１７に、電磁三方切換弁１８，１９を介して接続された分岐配管２０を介して接続されている。循環路１７には冷却水を循環させる電動ポンプ２１及びラジエータ２２が設けられており、モータ２３で駆動されるファン２３ａにより外気がラジエータ２２に送風されて冷却水が外気により冷却される。電磁三方切換弁１８，１９は、循環路１７においてラジエータ２２より内燃機関１５の出口に近い位置に設けられている。
【００２２】
反応容器１１には反応容器１１で水和発熱反応を行うときにその水和発熱反応で発生する熱を利用するための、熱交換器２４が設けられている。熱交換器２４は反応容器１１で発生した熱を車両の熱要求部２５に移送する移送手段を構成する配管２６に接続されている。熱要求部２５は空調装置２７の空気−熱媒熱交換部（暖房部）を構成する。配管２６の途中には熱媒体を循環させる電動ポンプ２８が設けられている。
【００２３】
貯蔵タンク１３には、貯蔵タンク１３に貯蔵された液状の水を反応容器１１に移送する配管Ａが接続され、配管Ａの途中には液体の水を反応容器１１に移送するための電動ポンプＰ及び電磁開閉弁Ｖが設けられている。
【００２４】
反応容器１１における水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とを制御する制御手段としての制御装置３４は、電磁開閉弁１４，Ｖ及び電磁三方切換弁１８，１９を制御する。また、制御装置３４は、電動ポンプ２１，２８，Ｐ及びモータ２３，３３の制御も行う。制御装置３４には、ラジエータ２２を通過した冷却水の温度を検出する温度センサ３５の検出信号が入力されるようになっている。
【００２５】
制御装置３４は、反応容器１１で脱水和吸熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を開状態にするとともに、電磁三方切換弁１８，１９を、内燃機関１５を冷却した冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する反応容器１１の加熱状態に制御する。制御装置３４は、脱水和吸熱反応を停止するときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに、電磁三方切換弁１８，１９を、内燃機関１５を冷却した冷却水が加熱用熱交換器１６を通過せず、加熱用熱交換器１６による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御する。制御装置３４は、反応容器１１で水和発熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに、電磁三方切換弁１８，１９を、内燃機関１５を冷却した冷却水が加熱用熱交換器１６を通過せず、加熱用熱交換器１６による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御する。さらに、電磁開閉弁Ｖを開状態にし、電動ポンプＰにより貯蔵タンク１３に貯蔵された液体の水を反応容器１１に移送する。
【００２６】
即ち、この車両用空調システムでは、水酸化リチウム１水和物が充填された反応容器１１と、水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンク１３と、反応容器１１及び貯蔵タンク１３を連通させる配管１２，Ａと、配管１２，Ａに設けられた電磁開閉弁１４，Ｖと、反応容器１１に熱を供給する加熱用熱交換器１６によりケミカルヒートポンプが構成されている。ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用している。
【００２７】
次に前記のように構成された車両用空調システムの作用を説明する。
ケミカルヒートポンプに利用されている水酸化リチウム１水和物の脱水和反応と水酸化リチウムの水和反応は、次の反応式で示される。
【００２８】
ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ（ｓ）＝ＬｉＯＨ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋１３７０ｋＪ／ｋｇ
なお、反応熱の１３７０ｋＪ／ｋｇ（＝５７５４０Ｊ／モル）は実験により求めた値である。
【００２９】
ケミカルヒートポンプは、固体である水酸化リチウム１水和物及び水酸化リチウムと液体である水との２相系で起こる可逆反応を利用している。そして、水酸化リチウム１水和物の脱水和反応は吸熱反応であり、水酸化リチウムの水和反応は発熱反応である。したがって、ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物の脱水和反応によって熱エネルギーを貯蔵（蓄熱）することができ、貯蔵された熱エネルギーを水酸化リチウムの水和反応によって放出、供給することができる。水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は、内燃機関１５を冷却後の冷却水の温度である１００℃付近でも効率良く進むため、従来のケミカルヒートポンプでは利用が難しかった冷却水の熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００３０】
詳述すると、蓄熱モードでは、電動ポンプ２１及びモータ２３が駆動される。また、電磁開閉弁１４が開放されるとともに、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する状態に切り換えられる。この状態では、加熱用熱交換器１６により反応容器１１に熱が供給され、反応容器１１に充填されている水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応が進み、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応で発生した水蒸気が配管１２を通って貯蔵タンク１３へ移動し、貯蔵タンク１３内で凝縮液化する。即ち、加熱用熱交換器１６を介して反応容器１１に供給された内燃機関１５の排熱が蓄熱される。蓄熱モードを終了する場合は、電磁開閉弁１４が閉じられ、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に切り換えられる。
【００３１】
蓄熱された熱エネルギーを暖房に利用する熱出力モードでは、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持され、電磁開閉弁１４が閉鎖される。電磁開閉弁Ｖを開くとともに電動ポンプＰを駆動することにより、貯蔵タンク１３内の水が配管Ａを通って反応容器１１内へ移動し、反応容器１１内で水酸化リチウムの水和発熱反応が進む。
【００３２】
この実施形態では、空調装置２７を暖房用に使用する場合は、制御装置３４により電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持される。また、反応容器１１の熱交換器２４に熱媒体を循環させる電動ポンプ２８が駆動され、反応容器１１で発生した熱により熱交換器２４で加熱された熱媒体が空調装置２７の熱要求部２５に供給される。そして、ファン３３ａにより送風される空気が熱要求部２５で温められて、車室内に供給される。
【００３３】
内燃機関１５は所定温度以上で運転を行うことが好ましいため、始動後、内燃機関１５が所定温度以上になるまでは、ラジエータ２２による冷却水の冷却を行わずに暖機運転が行われる。制御装置３４は温度センサ３５の検出信号により、冷却水の温度が予め設定された所定温度以上になるまで、ファン２３ａを駆動せずに電動ポンプ２１を駆動した状態で暖機運転を行う。このとき、電磁三方切換弁１８，１９を内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する状態に保持して、蓄熱された熱エネルギーを利用する熱出力モードを実行し、反応容器１１で発生した熱を内燃機関１５の冷却水の加熱に使用すれば、暖機運転を短時間で終了することができる。
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用したケミカルヒートポンプである。そして、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は１００℃付近の比較的低温でも進行する。したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００３５】
（２）ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物が充填され、水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器１１と、反応容器１１における脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンク１３とを備えている。また、ケミカルヒートポンプは、反応容器１１及び貯蔵タンク１３を連通させる配管１２，Ａと、配管１２，Ａに設けられたバルブ（電磁開閉弁１４，Ｖ）と、反応容器１１における脱水和吸熱反応を進行させるために反応容器１１に熱を供給する熱供給手段（加熱用熱交換器１６）とを備えている。そして、脱水和吸熱反応で発生した水蒸気が貯蔵タンク１３内に水蒸気及び液体の水として貯蔵されることにより、熱供給手段により供給された熱が効率良く蓄熱される。したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関１５の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱し、必要に応じて利用することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００３６】
（３）ケミカルヒートポンプは制御装置３４を備えており、制御装置３４は、反応容器１１で脱水和吸熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を開状態にするとともに熱供給手段（加熱用熱交換器１６）を反応容器１１の加熱状態に制御する。制御装置３４は、脱水和吸熱反応を停止するときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに熱供給手段（加熱用熱交換器１６）による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御し、反応容器１１で水和発熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに熱供給手段による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御する。さらに、電磁開閉弁Ｖを開くとともに電動ポンプＰを駆動して、貯蔵タンク１３内の水を反応容器１１内へ移送する。したがって、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応の進行、停止を手動操作で行う場合に比べて効率良く行うことができる。
【００３７】
（４）車両は走行用駆動源として内燃機関１５を備え、熱源に内燃機関１５の排熱である内燃機関１５の冷却水の廃熱を使用するため、内燃機関の排熱が有効に利用される。
（５）熱供給手段（加熱用熱交換器１６）は、内燃機関１５の冷却水を循環させる循環路１７に、電磁三方切換弁１８，１９を介して接続された分岐配管２０を介して接続されている。循環路１７には冷却水を循環させる電動ポンプ２１及びラジエータ２２が設けられており、モータ２３で駆動されるファン２３ａにより外気がラジエータ２２に送風されて冷却水が外気により冷却される。電磁三方切換弁１８，１９は、循環路１７においてラジエータ２２より内燃機関１５の出口に近い位置に設けられている。したがって、蓄熱モードでは、内燃機関１５の冷却により加熱された冷却水の熱が加熱用熱交換器１６を介して反応容器１１で奪われるため、状況によりラジエータ２２用のモータ２３の駆動を停止して、エネルギー消費を抑制することが可能になる。
【００３８】
（６）暖機運転時に内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する状態に保持して、蓄熱された熱エネルギーを利用する熱出力モードを実行し、反応容器１１で発生した熱を内燃機関１５の冷却水の加熱に使用すれば、暖機運転を短時間で終了することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、内燃機関を走行用駆動源とした車両の空調システムに適用した別の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４０】
図２に示すように、貯蔵タンク１３には、貯蔵タンク１３に貯蔵された液状の水が蒸発する際の蒸発潜熱を冷却用に利用するための熱交換器２９が設けられている。熱交換器２９は車両の冷却要求部３０に冷却媒体を移送する移送手段を構成する配管３１に接続されている。冷却要求部３０は空調装置２７の空気−冷却媒体熱交換部（冷房部）を構成する。配管３１の途中には冷却媒体を循環させる電動ポンプ３２が設けられている。
【００４１】
空調装置２７は、モータ３３で駆動されるファン３３ａにより送風される空気を熱要求部２５又は冷却要求部３０で熱交換した後、図示しない吹出口及び空調ダクトを介して車室内に送風する。
【００４２】
蓄熱された熱エネルギーを冷房に利用する熱出力モードでは、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持され、電磁開閉弁１４が開放される。蓄熱モード終了後には、反応容器１１内の圧力が貯蔵タンク１３内の圧力より低くなっているため、貯蔵タンク１３内の水蒸気が配管１２を通って反応容器１１内へ移動し、反応容器１１内で水酸化リチウムの水和発熱反応が進む。また、貯蔵タンク１３内の水が蒸発するため、蒸発潜熱により貯蔵タンク１３内の温度が低下、即ち冷熱が発生する。そのため、反応容器１１内で発生する熱は車両の熱要求部２５で利用され、貯蔵タンク１３で発生する冷熱は車両の冷却要求部３０で利用される。
【００４３】
空調装置２７を冷房用に使用する場合は、制御装置３４により電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持される。また、貯蔵タンク１３の熱交換器２９に冷却媒体を循環させる電動ポンプ３２が駆動され、貯蔵タンク１３で発生した冷熱により熱交換器２９で冷却された冷却媒体が空調装置２７の冷却要求部３０に供給される。そして、ファン３３ａにより送風される空気が冷却要求部３０で冷却されて、車室内に供給される。
【００４４】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）熱供給手段（加熱用熱交換器１６）は熱源として車両の排熱を利用し、反応容器１１で水和発熱反応を行うときに水和発熱反応で発生する熱を車両の熱要求部２５に移送する熱移送手段及び貯蔵タンク１３の水の蒸発潜熱により車両の冷却要求部３０を冷却する冷却手段を備えている。したがって、車内の冷暖房、暖機装置等の温度調整を必要とする箇所を有する車両において、車両の排熱を熱源に利用して蓄熱されたエネルギーは、水酸化リチウムの水和発熱反応を行う際に発生する熱が、車両の熱要求部２５に熱移送手段により移送されて暖房や暖機運転に利用される。また、貯蔵タンク１３の水の蒸発潜熱によって発生する冷熱を利用して車両の冷却要求部３０が冷却手段により冷却されて冷房に利用される。また、蓄熱反応の熱量が大きいため、蓄熱に必要な熱量が同じ場合、必要な蓄熱材の使用量を少なくでき、装置の小型化を図ることができ、ケミカルヒートポンプを車両に搭載する場合に搭載スペースの確保が容易となり、搭載位置の自由度が高くなる。
【００４５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ケミカルヒートポンプを、走行用駆動源として内燃機関（エンジン）の他にバッテリで駆動される走行用電動モータを備えたハイブリッド車両に適用してもよい。この場合、ケミカルヒートポンプの熱源として内燃機関の冷却水の他に、バッテリ及びインバータ冷却用の冷却水も使用することができる。
【００４６】
○ ケミカルヒートポンプを、走行用駆動源として燃料電池を電源とした走行用モータを備えた車両に適用しても良い。この場合、燃料電池の冷却水の廃熱が水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応に利用されるため、蓄熱モードでは、燃料電池を冷却して加熱された冷却水を冷却するラジエータ用のモータの駆動を停止して、エネルギー消費を抑制することが可能になる。さらに、燃料電池の暖機運転時に燃料電池の冷却水が加熱用熱交換器を通過する状態に保持して、蓄熱された熱エネルギーを利用する熱出力モードを実行し、反応容器で発生した熱を燃料電池の冷却水の加熱に使用すれば、暖機運転を短時間で終了することができる。
【００４７】
○ 第１の実施形態では、貯蔵タンク１３に貯蔵された液体の水を移送するのに電動ポンプＰを用いたが、貯蔵タンク１３を反応容器１１より高い位置に配置し、貯蔵タンク１３から反応容器１１へ水を自重により移送するようにしてもよい。
【００４８】
○ 内燃機関を搭載した車両の場合、ケミカルヒートポンプの熱源として内燃機関の排気（排ガス）を利用してもよい。その場合、内燃機関の排気のみを熱源としても、内燃機関の排気及び内燃機関の冷却水の両方を熱源としてもよい。内燃機関の排気の温度は運転状態により変化し、水酸化リチウム１水和物の融点４６２℃以上の高温になる場合や水酸化リチウム１水和物の脱水和反応で発生した水酸化リチウムが脱水分解する温度に達する場合もある。そのため、排気を熱源に使用する場合は、少なくとも水酸化リチウムが脱水分解する温度に達しない状態で使用する必要があり、できれば水酸化リチウム１水和物の融点４６２℃より低い温度で使用するのが好ましい。内燃機関の排気及び内燃機関の冷却水の両方をケミカルヒートポンプの熱源とした場合は、エネルギーの利用効率がより向上する。
【００４９】
○ ケミカルヒートポンプを、走行用駆動源としてバッテリで駆動される走行用電動モータを備えた電気自動車に適用してもよい。その場合、熱源としてはバッテリ及びインバータ冷却用の冷却水が使用される。この場合、内燃機関の排気や内燃機関の冷却水あるいは燃料電池の冷却水を熱源とした場合に比べて、ケミカルヒートポンプに蓄熱されるエネルギーの量が少ないため、蓄熱されたエネルギーのみで車両の空調を賄うことは難しい。また、バッテリとして化学反応による放電を行なう二次電池を使用した場合、冬季等の低温環境下においては、バッテリの化学反応特性の低下により、バッテリの放電性能が低下する。そのため、特に起動時にバッテリを暖める必要がある。バッテリが放電を開始すると放電に伴う熱によりバッテリが暖められるため、起動時にバッテリを暖めるために必要な熱量は空調を長時間行う場合に比べて少ない。そのため、蓄熱されたエネルギーは主として走行用電動モータの始動時におけるバッテリの温度調整（加熱）に使用し、空調に使用する場合は補助として使用するのが好ましい。
【００５０】
○ 空調装置２７は冷房及び暖房が可能な構成に限らず、冷房及び暖房の少なくとも一方を行う構成であってもよい。
○ 内燃機関の排気や内燃機関の冷却水あるいは燃料電池の冷却水をケミカルヒートポンプの熱源とした場合においても、蓄熱されたエネルギーを空調に使用する場合は、従来構成の空調装置の補助として使用するようにしてもよい。
【００５１】
○ ケミカルヒートポンプは、車両の排熱を利用するために限らず、例えば、船舶やディーゼルカーあるいは工場排熱の利用に適用してもよい。
○ ケミカルヒートポンプを燃料電池を用いた家庭用コジェネシステム（コージェネレーションシステム）に摘要してもよい。燃料電池を用いた家庭用コジェネシステムでは、燃料電池の冷却水を貯湯タンクに貯蔵して浴室や台所で湯として使用する。その場合、コジェネシステムを運転する一方で、貯湯タンクの湯が使われないと、貯湯タンク内の水が全て高温水に置き換わり、冷却水として機能しなくなり、システムを停止する必要がある。また、燃料電池の冷却水からの回収可能熱量は、貯湯可能熱量で規制されるため、回収熱量を多くするには貯湯タンクが大型化する。しかし、ケミカルヒートポンプで蓄熱して、蓄熱された熱エネルギーを必要に応じて利用するようにすれば、蓄熱に必要な装置の小型化を図ることができる。貯湯タンク及びケミカルヒートポンプの両方を使用する構成としてもよい。
【００５２】
○ 車両以外の排熱をケミカルヒートポンプの熱源に使用する場合、例えば、工場排熱や燃料電池を用いた家庭用のコジェネシステムで燃料電池の冷却水を熱源に使用する場合、バルブとして電磁開閉弁１４に代えて手動操作の開閉弁を設けてもよい。
【００５３】
○ ケミカルヒートポンプは、反応容器１１と貯蔵タンク１３とを連結する配管１２にバルブを設けなくてもよい。例えば、蓄熱材に予め設定された量の熱が蓄熱されると、その熱エネルギーをすぐに利用するシステムの場合、蓄熱材に所定量の熱が蓄熱されると、熱供給手段（加熱用熱交換器１６）による加熱を停止する。そして、反応容器１１で水和発熱反応が進行する状態にして、水和発熱反応で発生する熱を熱要求部で使用するか、貯蔵タンク１３の水の蒸発潜熱を利用して冷却要求部を冷却するようにしてもよい。
【００５４】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記熱要求部は、空調装置の暖房部又は暖機装置である。
【００５５】
（２）請求項４〜請求項６及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却要求部は、空調装置の冷房部である。
【符号の説明】
【００５６】
１１…反応容器、１２，Ａ…配管、１３…貯蔵タンク、１４，Ｖ…バルブとしての電磁開閉弁、１５…内燃機関、１６…熱供給手段としての加熱用熱交換器、２５…熱要求部、３０…冷却要求部、３４…制御手段としての制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルヒートポンプに係り、詳しくは１００℃付近の排熱を利用して蓄熱が可能なケミカルヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用削減（二酸化炭素排出規制）が求められており、各プロセスの省エネルギー化に加え、排熱の利用を進める必要がある。例えば、自動車ガソリンエンジンの場合、燃料がもつエネルギーのうち走行に利用されるのは約２０％で、残る約８０％は最終的に大気中へ放出されている。このような排熱を貯蔵（蓄熱）し、必要に応じて利用できる技術があれば、エネルギー回収、エネルギー再利用の点で非常に有効である。
【０００３】
従来、排熱利用の手段としては、水を利用した１００℃以下の温水蓄熱が知られている。しかし、温水蓄熱に比べてより効率の高い蓄熱技術として化学蓄熱法が挙げられる。化学蓄熱法は、物質の吸着、水和等の化学変化を伴うため、材料自体（水、溶融塩等）の潜熱や顕熱による蓄熱法に比べて単位質量当たりの蓄熱量が大きくなる。環境への負荷や装置の簡便性を考慮すると、水蒸気収脱着法が最も有利であり、水蒸気収脱着法に用いられる化学蓄熱材として、酸化マグネシウムが知られている。
【０００４】
しかし、酸化マグネシウムは、１００〜３００℃の比較的低温域では単独で実用的な蓄熱材として用いることができない。この問題を解消するため、マグネシウム又はカルシウムの酸化物に少なくとも１種の吸湿性金属塩を添加してなる組成物による水和発熱反応と、該酸化物に対応する水酸化物の脱水吸熱反応とを組み合わせたことを特徴とするケミカルヒートポンプが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８６１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で提案されたケミカルヒートポンプでは、蓄熱材として使用されている水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムの脱水吸熱反応は３００℃以下でも進行するが、水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムに少なくとも１種の吸湿性金属塩を添加する必要がある。また、脱水吸熱反応はいずれも２００℃より高い。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用したケミカルヒートポンプである。ここで、「水酸化リチウム１水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）の脱水和反応」とは水酸化リチウム１水和物から水和水が離脱して水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）になる反応を意味する。
【０００９】
この発明では、水酸化リチウム１水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）が水酸化リチウムと水（水蒸気）とに脱水和される脱水和吸熱反応の熱を蓄熱し、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応で発生した水酸化リチウムと水（水蒸気）との水和反応により発生するエネルギーを利用することができる。水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は１００℃付近の比較的低温でも進行する。したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、水酸化リチウム１水和物が充填され、前記水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、前記脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器と、前記反応容器における前記脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクと、前記反応容器及び前記貯蔵タンクを連通させる配管と、前記配管に設けられたバルブと、前記反応容器における前記脱水和吸熱反応を進行させるために前記反応容器に熱を供給する熱供給手段とを備えている。
【００１１】
この発明では、水酸化リチウム１水和物が充填された反応容器と、水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクとがバルブが設けられた配管で連通されているため、バルブが開放された状態で熱供給手段により反応容器に熱が供給されると、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応が進行する。そして、脱水和吸熱反応で発生した水蒸気が貯蔵タンク内に水蒸気及び液体の水として貯蔵されることにより、熱供給手段により供給された熱が効率良く蓄熱される。水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は１００℃付近の比較的低温でも進行し、したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱し、必要に応じて利用することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は請求項２に記載の発明において、前記反応容器で前記脱水和吸熱反応を行うときは、前記バルブを開状態にするとともに前記熱供給手段を前記反応容器の加熱状態に制御し、前記脱水和吸熱反応を停止するときは、前記バルブを閉状態にするとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときは、前記貯蔵タンクから液体の水又は水蒸気を前記反応容器に移送するとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御する制御手段を備えている。
【００１３】
この発明では、水酸化リチウム１水和物が充填された反応容器と、水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクとを連通する配管に設けられたバルブの開閉制御や反応容器に熱を供給する熱供給手段とが制御手段により制御されるため、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応の進行、停止を効率良く行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記熱供給手段は熱源として車両の排熱を利用し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときに前記水和発熱反応で発生する熱を車両の熱要求部に移送する熱移送手段及び前記貯蔵タンクの水の蒸発潜熱により車両の冷却要求部を冷却する冷却手段の少なくとも一方を備えている。
【００１５】
この発明では、ケミカルヒートポンプは車両に利用される。車両には車内の冷暖房、暖機等の温度調整を必要とする箇所がある。車両の排熱を熱源に利用して蓄熱されたエネルギーは、水酸化リチウムの水和発熱反応を行う際に発生する熱が、車両の熱要求部に熱移送手段により移送されて暖房や暖機に利用される。また、貯蔵タンクの水の蒸発潜熱によって発生する冷熱を利用して車両の冷却要求部が冷却手段により冷却されて冷房に利用される。
【００１６】
請求項５に記載の発明は請求項４に載の発明において、前記車両は走行用駆動源として内燃機関を備え、前記熱源に前記内燃機関の排熱を使用する。ここで、「内燃機関の排熱」とは、内燃機関の排気熱や冷却水の廃熱を意味する。この発明では、内燃機関の排熱が有効に利用される。
【００１７】
請求項６に記載の発明は請求項４に載の発明において、前記車両は走行用駆動源として燃料電池を電源とした走行用モータを備え、前記熱源に前記燃料電池の冷却水を使用する。この発明では、燃料電池の冷却水の廃熱が水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応に利用されるため、燃料電池を冷却して加熱された冷却水を冷却するラジエータで使用されるエネルギーの使用量を低下させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の車両用空調システムの概略図。
【図２】第２の実施形態の車両用空調システムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のケミカルヒートポンプを、内燃機関を走行用駆動源とした車両の空調システムに適用した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、車両用空調システムは、反応容器１１と、反応容器１１と配管１２で連通された貯蔵タンク１３とを備えている。配管１２の途中にはバルブとしての電磁開閉弁１４が設けられている。反応容器１１には水酸化リチウム１水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）が充填されており、車両の走行用駆動源で発生する熱を利用して水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応、あるいは、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムと液体の水との水和発熱反応が行われる。
【００２１】
貯蔵タンク１３には、反応容器１１における脱水和吸熱反応で発生し、配管１２を介して貯蔵タンク１３に導かれた水蒸気が液体の水の状態で貯蔵される。
反応容器１１には、走行用駆動源としての内燃機関（エンジン）１５で発生する熱を反応容器１１に供給する熱供給手段としての加熱用熱交換器１６が設けられている。加熱用熱交換器１６は、内燃機関１５の冷却水を循環させる循環路１７に、電磁三方切換弁１８，１９を介して接続された分岐配管２０を介して接続されている。循環路１７には冷却水を循環させる電動ポンプ２１及びラジエータ２２が設けられており、モータ２３で駆動されるファン２３ａにより外気がラジエータ２２に送風されて冷却水が外気により冷却される。電磁三方切換弁１８，１９は、循環路１７においてラジエータ２２より内燃機関１５の出口に近い位置に設けられている。
【００２２】
反応容器１１には反応容器１１で水和発熱反応を行うときにその水和発熱反応で発生する熱を利用するための、熱交換器２４が設けられている。熱交換器２４は反応容器１１で発生した熱を車両の熱要求部２５に移送する移送手段を構成する配管２６に接続されている。熱要求部２５は空調装置２７の空気−熱媒熱交換部（暖房部）を構成する。配管２６の途中には熱媒体を循環させる電動ポンプ２８が設けられている。
【００２３】
貯蔵タンク１３には、貯蔵タンク１３に貯蔵された液状の水を反応容器１１に移送する配管Ａが接続され、配管Ａの途中には液体の水を反応容器１１に移送するための電動ポンプＰ及び電磁開閉弁Ｖが設けられている。
【００２４】
反応容器１１における水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とを制御する制御手段としての制御装置３４は、電磁開閉弁１４，Ｖ及び電磁三方切換弁１８，１９を制御する。また、制御装置３４は、電動ポンプ２１，２８，Ｐ及びモータ２３，３３の制御も行う。制御装置３４には、ラジエータ２２を通過した冷却水の温度を検出する温度センサ３５の検出信号が入力されるようになっている。
【００２５】
制御装置３４は、反応容器１１で脱水和吸熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を開状態にするとともに、電磁三方切換弁１８，１９を、内燃機関１５を冷却した冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する反応容器１１の加熱状態に制御する。制御装置３４は、脱水和吸熱反応を停止するときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに、電磁三方切換弁１８，１９を、内燃機関１５を冷却した冷却水が加熱用熱交換器１６を通過せず、加熱用熱交換器１６による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御する。制御装置３４は、反応容器１１で水和発熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに、電磁三方切換弁１８，１９を、内燃機関１５を冷却した冷却水が加熱用熱交換器１６を通過せず、加熱用熱交換器１６による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御する。さらに、電磁開閉弁Ｖを開状態にし、電動ポンプＰにより貯蔵タンク１３に貯蔵された液体の水を反応容器１１に移送する。
【００２６】
即ち、この車両用空調システムでは、水酸化リチウム１水和物が充填された反応容器１１と、水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンク１３と、反応容器１１及び貯蔵タンク１３を連通させる配管１２，Ａと、配管１２，Ａに設けられた電磁開閉弁１４，Ｖと、反応容器１１に熱を供給する加熱用熱交換器１６によりケミカルヒートポンプが構成されている。ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用している。
【００２７】
次に前記のように構成された車両用空調システムの作用を説明する。
ケミカルヒートポンプに利用されている水酸化リチウム１水和物の脱水和反応と水酸化リチウムの水和反応は、次の反応式で示される。
【００２８】
ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ（ｓ）＝ＬｉＯＨ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋１３７０ｋＪ／ｋｇ
なお、反応熱の１３７０ｋＪ／ｋｇ（＝５７５４０Ｊ／モル）は実験により求めた値である。
【００２９】
ケミカルヒートポンプは、固体である水酸化リチウム１水和物及び水酸化リチウムと液体である水との２相系で起こる可逆反応を利用している。そして、水酸化リチウム１水和物の脱水和反応は吸熱反応であり、水酸化リチウムの水和反応は発熱反応である。したがって、ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物の脱水和反応によって熱エネルギーを貯蔵（蓄熱）することができ、貯蔵された熱エネルギーを水酸化リチウムの水和反応によって放出、供給することができる。水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は、内燃機関１５を冷却後の冷却水の温度である１００℃付近でも効率良く進むため、従来のケミカルヒートポンプでは利用が難しかった冷却水の熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００３０】
詳述すると、蓄熱モードでは、電動ポンプ２１及びモータ２３が駆動される。また、電磁開閉弁１４が開放されるとともに、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する状態に切り換えられる。この状態では、加熱用熱交換器１６により反応容器１１に熱が供給され、反応容器１１に充填されている水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応が進み、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応で発生した水蒸気が配管１２を通って貯蔵タンク１３へ移動し、貯蔵タンク１３内で凝縮液化する。即ち、加熱用熱交換器１６を介して反応容器１１に供給された内燃機関１５の排熱が蓄熱される。蓄熱モードを終了する場合は、電磁開閉弁１４が閉じられ、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に切り換えられる。
【００３１】
蓄熱された熱エネルギーを暖房に利用する熱出力モードでは、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持され、電磁開閉弁１４が閉鎖される。電磁開閉弁Ｖを開くとともに電動ポンプＰを駆動することにより、貯蔵タンク１３内の水が配管Ａを通って反応容器１１内へ移動し、反応容器１１内で水酸化リチウムの水和発熱反応が進む。
【００３２】
この実施形態では、空調装置２７を暖房用に使用する場合は、制御装置３４により電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持される。また、反応容器１１の熱交換器２４に熱媒体を循環させる電動ポンプ２８が駆動され、反応容器１１で発生した熱により熱交換器２４で加熱された熱媒体が空調装置２７の熱要求部２５に供給される。そして、ファン３３ａにより送風される空気が熱要求部２５で温められて、車室内に供給される。
【００３３】
内燃機関１５は所定温度以上で運転を行うことが好ましいため、始動後、内燃機関１５が所定温度以上になるまでは、ラジエータ２２による冷却水の冷却を行わずに暖機運転が行われる。制御装置３４は温度センサ３５の検出信号により、冷却水の温度が予め設定された所定温度以上になるまで、ファン２３ａを駆動せずに電動ポンプ２１を駆動した状態で暖機運転を行う。このとき、電磁三方切換弁１８，１９を内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する状態に保持して、蓄熱された熱エネルギーを利用する熱出力モードを実行し、反応容器１１で発生した熱を内燃機関１５の冷却水の加熱に使用すれば、暖機運転を短時間で終了することができる。
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用したケミカルヒートポンプである。そして、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応は１００℃付近の比較的低温でも進行する。したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関や燃料電池の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００３５】
（２）ケミカルヒートポンプは、水酸化リチウム１水和物が充填され、水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器１１と、反応容器１１における脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンク１３とを備えている。また、ケミカルヒートポンプは、反応容器１１及び貯蔵タンク１３を連通させる配管１２，Ａと、配管１２，Ａに設けられたバルブ（電磁開閉弁１４，Ｖ）と、反応容器１１における脱水和吸熱反応を進行させるために反応容器１１に熱を供給する熱供給手段（加熱用熱交換器１６）とを備えている。そして、脱水和吸熱反応で発生した水蒸気が貯蔵タンク１３内に水蒸気及び液体の水として貯蔵されることにより、熱供給手段により供給された熱が効率良く蓄熱される。したがって、蓄熱材として複数の化合物を混合しなくても内燃機関１５の冷却水のように１００℃付近の比較的低温の熱源の熱を蓄熱し、必要に応じて利用することができるケミカルヒートポンプを提供することができる。
【００３６】
（３）ケミカルヒートポンプは制御装置３４を備えており、制御装置３４は、反応容器１１で脱水和吸熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を開状態にするとともに熱供給手段（加熱用熱交換器１６）を反応容器１１の加熱状態に制御する。制御装置３４は、脱水和吸熱反応を停止するときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに熱供給手段（加熱用熱交換器１６）による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御し、反応容器１１で水和発熱反応を行うときは、電磁開閉弁１４を閉状態にするとともに熱供給手段による反応容器１１の加熱を停止する状態に制御する。さらに、電磁開閉弁Ｖを開くとともに電動ポンプＰを駆動して、貯蔵タンク１３内の水を反応容器１１内へ移送する。したがって、水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応の進行、停止を手動操作で行う場合に比べて効率良く行うことができる。
【００３７】
（４）車両は走行用駆動源として内燃機関１５を備え、熱源に内燃機関１５の排熱である内燃機関１５の冷却水の廃熱を使用するため、内燃機関の排熱が有効に利用される。
（５）熱供給手段（加熱用熱交換器１６）は、内燃機関１５の冷却水を循環させる循環路１７に、電磁三方切換弁１８，１９を介して接続された分岐配管２０を介して接続されている。循環路１７には冷却水を循環させる電動ポンプ２１及びラジエータ２２が設けられており、モータ２３で駆動されるファン２３ａにより外気がラジエータ２２に送風されて冷却水が外気により冷却される。電磁三方切換弁１８，１９は、循環路１７においてラジエータ２２より内燃機関１５の出口に近い位置に設けられている。したがって、蓄熱モードでは、内燃機関１５の冷却により加熱された冷却水の熱が加熱用熱交換器１６を介して反応容器１１で奪われるため、状況によりラジエータ２２用のモータ２３の駆動を停止して、エネルギー消費を抑制することが可能になる。
【００３８】
（６）暖機運転時に内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過する状態に保持して、蓄熱された熱エネルギーを利用する熱出力モードを実行し、反応容器１１で発生した熱を内燃機関１５の冷却水の加熱に使用すれば、暖機運転を短時間で終了することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、内燃機関を走行用駆動源とした車両の空調システムに適用した別の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４０】
図２に示すように、貯蔵タンク１３には、貯蔵タンク１３に貯蔵された液状の水が蒸発する際の蒸発潜熱を冷却用に利用するための熱交換器２９が設けられている。熱交換器２９は車両の冷却要求部３０に冷却媒体を移送する移送手段を構成する配管３１に接続されている。冷却要求部３０は空調装置２７の空気−冷却媒体熱交換部（冷房部）を構成する。配管３１の途中には冷却媒体を循環させる電動ポンプ３２が設けられている。
【００４１】
空調装置２７は、モータ３３で駆動されるファン３３ａにより送風される空気を熱要求部２５又は冷却要求部３０で熱交換した後、図示しない吹出口及び空調ダクトを介して車室内に送風する。
【００４２】
蓄熱された熱エネルギーを冷房に利用する熱出力モードでは、電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持され、電磁開閉弁１４が開放される。蓄熱モード終了後には、反応容器１１内の圧力が貯蔵タンク１３内の圧力より低くなっているため、貯蔵タンク１３内の水蒸気が配管１２を通って反応容器１１内へ移動し、反応容器１１内で水酸化リチウムの水和発熱反応が進む。また、貯蔵タンク１３内の水が蒸発するため、蒸発潜熱により貯蔵タンク１３内の温度が低下、即ち冷熱が発生する。そのため、反応容器１１内で発生する熱は車両の熱要求部２５で利用され、貯蔵タンク１３で発生する冷熱は車両の冷却要求部３０で利用される。
【００４３】
空調装置２７を冷房用に使用する場合は、制御装置３４により電磁三方切換弁１８，１９は内燃機関１５の冷却水が加熱用熱交換器１６を通過しない状態に保持される。また、貯蔵タンク１３の熱交換器２９に冷却媒体を循環させる電動ポンプ３２が駆動され、貯蔵タンク１３で発生した冷熱により熱交換器２９で冷却された冷却媒体が空調装置２７の冷却要求部３０に供給される。そして、ファン３３ａにより送風される空気が冷却要求部３０で冷却されて、車室内に供給される。
【００４４】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）熱供給手段（加熱用熱交換器１６）は熱源として車両の排熱を利用し、反応容器１１で水和発熱反応を行うときに水和発熱反応で発生する熱を車両の熱要求部２５に移送する熱移送手段及び貯蔵タンク１３の水の蒸発潜熱により車両の冷却要求部３０を冷却する冷却手段を備えている。したがって、車内の冷暖房、暖機装置等の温度調整を必要とする箇所を有する車両において、車両の排熱を熱源に利用して蓄熱されたエネルギーは、水酸化リチウムの水和発熱反応を行う際に発生する熱が、車両の熱要求部２５に熱移送手段により移送されて暖房や暖機運転に利用される。また、貯蔵タンク１３の水の蒸発潜熱によって発生する冷熱を利用して車両の冷却要求部３０が冷却手段により冷却されて冷房に利用される。また、蓄熱反応の熱量が大きいため、蓄熱に必要な熱量が同じ場合、必要な蓄熱材の使用量を少なくでき、装置の小型化を図ることができ、ケミカルヒートポンプを車両に搭載する場合に搭載スペースの確保が容易となり、搭載位置の自由度が高くなる。
【００４５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ケミカルヒートポンプを、走行用駆動源として内燃機関（エンジン）の他にバッテリで駆動される走行用電動モータを備えたハイブリッド車両に適用してもよい。この場合、ケミカルヒートポンプの熱源として内燃機関の冷却水の他に、バッテリ及びインバータ冷却用の冷却水も使用することができる。
【００４６】
○ ケミカルヒートポンプを、走行用駆動源として燃料電池を電源とした走行用モータを備えた車両に適用しても良い。この場合、燃料電池の冷却水の廃熱が水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応に利用されるため、蓄熱モードでは、燃料電池を冷却して加熱された冷却水を冷却するラジエータ用のモータの駆動を停止して、エネルギー消費を抑制することが可能になる。さらに、燃料電池の暖機運転時に燃料電池の冷却水が加熱用熱交換器を通過する状態に保持して、蓄熱された熱エネルギーを利用する熱出力モードを実行し、反応容器で発生した熱を燃料電池の冷却水の加熱に使用すれば、暖機運転を短時間で終了することができる。
【００４７】
○ 第１の実施形態では、貯蔵タンク１３に貯蔵された液体の水を移送するのに電動ポンプＰを用いたが、貯蔵タンク１３を反応容器１１より高い位置に配置し、貯蔵タンク１３から反応容器１１へ水を自重により移送するようにしてもよい。
【００４８】
○ 内燃機関を搭載した車両の場合、ケミカルヒートポンプの熱源として内燃機関の排気（排ガス）を利用してもよい。その場合、内燃機関の排気のみを熱源としても、内燃機関の排気及び内燃機関の冷却水の両方を熱源としてもよい。内燃機関の排気の温度は運転状態により変化し、水酸化リチウム１水和物の融点４６２℃以上の高温になる場合や水酸化リチウム１水和物の脱水和反応で発生した水酸化リチウムが脱水分解する温度に達する場合もある。そのため、排気を熱源に使用する場合は、少なくとも水酸化リチウムが脱水分解する温度に達しない状態で使用する必要があり、できれば水酸化リチウム１水和物の融点４６２℃より低い温度で使用するのが好ましい。内燃機関の排気及び内燃機関の冷却水の両方をケミカルヒートポンプの熱源とした場合は、エネルギーの利用効率がより向上する。
【００４９】
○ ケミカルヒートポンプを、走行用駆動源としてバッテリで駆動される走行用電動モータを備えた電気自動車に適用してもよい。その場合、熱源としてはバッテリ及びインバータ冷却用の冷却水が使用される。この場合、内燃機関の排気や内燃機関の冷却水あるいは燃料電池の冷却水を熱源とした場合に比べて、ケミカルヒートポンプに蓄熱されるエネルギーの量が少ないため、蓄熱されたエネルギーのみで車両の空調を賄うことは難しい。また、バッテリとして化学反応による放電を行なう二次電池を使用した場合、冬季等の低温環境下においては、バッテリの化学反応特性の低下により、バッテリの放電性能が低下する。そのため、特に起動時にバッテリを暖める必要がある。バッテリが放電を開始すると放電に伴う熱によりバッテリが暖められるため、起動時にバッテリを暖めるために必要な熱量は空調を長時間行う場合に比べて少ない。そのため、蓄熱されたエネルギーは主として走行用電動モータの始動時におけるバッテリの温度調整（加熱）に使用し、空調に使用する場合は補助として使用するのが好ましい。
【００５０】
○ 空調装置２７は冷房及び暖房が可能な構成に限らず、冷房及び暖房の少なくとも一方を行う構成であってもよい。
○ 内燃機関の排気や内燃機関の冷却水あるいは燃料電池の冷却水をケミカルヒートポンプの熱源とした場合においても、蓄熱されたエネルギーを空調に使用する場合は、従来構成の空調装置の補助として使用するようにしてもよい。
【００５１】
○ ケミカルヒートポンプは、車両の排熱を利用するために限らず、例えば、船舶やディーゼルカーあるいは工場排熱の利用に適用してもよい。
○ ケミカルヒートポンプを燃料電池を用いた家庭用コジェネシステム（コージェネレーションシステム）に摘要してもよい。燃料電池を用いた家庭用コジェネシステムでは、燃料電池の冷却水を貯湯タンクに貯蔵して浴室や台所で湯として使用する。その場合、コジェネシステムを運転する一方で、貯湯タンクの湯が使われないと、貯湯タンク内の水が全て高温水に置き換わり、冷却水として機能しなくなり、システムを停止する必要がある。また、燃料電池の冷却水からの回収可能熱量は、貯湯可能熱量で規制されるため、回収熱量を多くするには貯湯タンクが大型化する。しかし、ケミカルヒートポンプで蓄熱して、蓄熱された熱エネルギーを必要に応じて利用するようにすれば、蓄熱に必要な装置の小型化を図ることができる。貯湯タンク及びケミカルヒートポンプの両方を使用する構成としてもよい。
【００５２】
○ 車両以外の排熱をケミカルヒートポンプの熱源に使用する場合、例えば、工場排熱や燃料電池を用いた家庭用のコジェネシステムで燃料電池の冷却水を熱源に使用する場合、バルブとして電磁開閉弁１４に代えて手動操作の開閉弁を設けてもよい。
【００５３】
○ ケミカルヒートポンプは、反応容器１１と貯蔵タンク１３とを連結する配管１２にバルブを設けなくてもよい。例えば、蓄熱材に予め設定された量の熱が蓄熱されると、その熱エネルギーをすぐに利用するシステムの場合、蓄熱材に所定量の熱が蓄熱されると、熱供給手段（加熱用熱交換器１６）による加熱を停止する。そして、反応容器１１で水和発熱反応が進行する状態にして、水和発熱反応で発生する熱を熱要求部で使用するか、貯蔵タンク１３の水の蒸発潜熱を利用して冷却要求部を冷却するようにしてもよい。
【００５４】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記熱要求部は、空調装置の暖房部又は暖機装置である。
【００５５】
（２）請求項４〜請求項６及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却要求部は、空調装置の冷房部である。
【符号の説明】
【００５６】
１１…反応容器、１２，Ａ…配管、１３…貯蔵タンク、１４，Ｖ…バルブとしての電磁開閉弁、１５…内燃機関、１６…熱供給手段としての加熱用熱交換器、２５…熱要求部、３０…冷却要求部、３４…制御手段としての制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用したケミカルヒートポンプ。
【請求項２】
水酸化リチウム１水和物が充填され、前記水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、前記脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器と、
前記反応容器における前記脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記反応容器及び前記貯蔵タンクを連通させる配管と、
前記配管に設けられたバルブと、
前記反応容器における前記脱水和吸熱反応を進行させるために前記反応容器に熱を供給する熱供給手段と
を備えているケミカルヒートポンプ。
【請求項３】
前記反応容器で前記脱水和吸熱反応を行うときは、前記バルブを開状態にするとともに前記熱供給手段を前記反応容器の加熱状態に制御し、前記脱水和吸熱反応を停止するときは、前記バルブを閉状態にするとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときは、前記貯蔵タンクから液体の水又は水蒸気を前記反応容器に移送するとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御する制御手段を備えている請求項２に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項４】
前記熱供給手段は熱源として車両の排熱を利用し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときに前記水和発熱反応で発生する熱を車両の熱要求部に移送する熱移送手段及び前記貯蔵タンクの水の蒸発潜熱により車両の冷却要求部を冷却する冷却手段の少なくとも一方を備えている請求項２又は請求項３に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項５】
前記車両は走行用駆動源として内燃機関を備え、前記熱源に前記内燃機関の排熱を使用する請求項４に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項６】
前記車両は走行用駆動源として燃料電池を電源とした走行用モータを備え、前記熱源に前記燃料電池の冷却水を使用する請求項４に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項１】
水酸化リチウム１水和物の脱水和吸熱反応と、水酸化リチウムの水和発熱反応とを利用したケミカルヒートポンプ。
【請求項２】
水酸化リチウム１水和物が充填され、前記水酸化リチウム１水和物を水酸化リチウム及び水蒸気に分解する脱水和吸熱反応と、前記脱水和吸熱反応により発生した水酸化リチウムの水和発熱反応とが行われる反応容器と、
前記反応容器における前記脱水和吸熱反応で発生した水蒸気及び液体の水を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記反応容器及び前記貯蔵タンクを連通させる配管と、
前記配管に設けられたバルブと、
前記反応容器における前記脱水和吸熱反応を進行させるために前記反応容器に熱を供給する熱供給手段と
を備えているケミカルヒートポンプ。
【請求項３】
前記反応容器で前記脱水和吸熱反応を行うときは、前記バルブを開状態にするとともに前記熱供給手段を前記反応容器の加熱状態に制御し、前記脱水和吸熱反応を停止するときは、前記バルブを閉状態にするとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときは、前記貯蔵タンクから液体の水又は水蒸気を前記反応容器に移送するとともに前記熱供給手段による前記反応容器の加熱を停止する状態に制御する制御手段を備えている請求項２に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項４】
前記熱供給手段は熱源として車両の排熱を利用し、前記反応容器で前記水和発熱反応を行うときに前記水和発熱反応で発生する熱を車両の熱要求部に移送する熱移送手段及び前記貯蔵タンクの水の蒸発潜熱により車両の冷却要求部を冷却する冷却手段の少なくとも一方を備えている請求項２又は請求項３に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項５】
前記車両は走行用駆動源として内燃機関を備え、前記熱源に前記内燃機関の排熱を使用する請求項４に記載のケミカルヒートポンプ。
【請求項６】
前記車両は走行用駆動源として燃料電池を電源とした走行用モータを備え、前記熱源に前記燃料電池の冷却水を使用する請求項４に記載のケミカルヒートポンプ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１９５９２（Ｐ２０１３−１９５９２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３０９４（Ｐ２０１１−１５３０９４）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
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