吸着ヒートポンプ
【課題】内部に封入された吸着剤を従来以上に効率よく加熱可能な吸着器を備えた吸着ヒートポンプを提供すること。
【解決手段】吸着ヒートポンプ１は、複数の吸着器２と、蒸発器３とを備え、これらの内部間が配管５を介して接続された構造とされている。吸着器２は、光が透過可能な外側容器と、外側容器の内部に設けられた内側容器とを有し、内側容器の外面と外側容器の内面との間には真空状態とされた断熱空間が形成されている。吸着器２が備える内側容器の内部には、雰囲気の温度及び雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、雰囲気中から吸着質を吸着、又はすでに吸着している吸着質を雰囲気中へ脱着する吸着剤が封入されている。吸着剤としては、シリカゲル粒子を使用すると好ましく、特に黒色半透明シリカゲル粒子を用いると好ましい。
【解決手段】吸着ヒートポンプ１は、複数の吸着器２と、蒸発器３とを備え、これらの内部間が配管５を介して接続された構造とされている。吸着器２は、光が透過可能な外側容器と、外側容器の内部に設けられた内側容器とを有し、内側容器の外面と外側容器の内面との間には真空状態とされた断熱空間が形成されている。吸着器２が備える内側容器の内部には、雰囲気の温度及び雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、雰囲気中から吸着質を吸着、又はすでに吸着している吸着質を雰囲気中へ脱着する吸着剤が封入されている。吸着剤としては、シリカゲル粒子を使用すると好ましく、特に黒色半透明シリカゲル粒子を用いると好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光を利用する吸着ヒートポンプシステムは、すでに提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような吸着ヒートポンプシステムでは、吸着器や蒸発器を配管等で結ぶことによって外部空間から隔離された系を構成してあり、その系内において、吸着器に内蔵された吸着剤による吸着・脱着、蒸発器による凝縮・気化などが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の吸着ヒートポンプシステムの場合、吸着器の構造によっては、吸着器が太陽光を受けて吸着器内部の温度が上昇するのと並行して、かなりの熱が吸着器の内部から外部へと逃げてしまうことがあった。
【０００５】
そのため、そのような吸着器を採用している場合、内部の吸着剤を必ずしも効率よく加熱することができず、吸着剤による吸着・脱着も効率よく行われなくなり、このことが吸着ヒートポンプシステムの性能向上を妨げる一因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内部に封入された吸着剤を従来以上に効率よく加熱可能な吸着器を備えた吸着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】
【０００７】
以下、本発明において採用した構成について説明する。
請求項１に記載の吸着ヒートポンプは、光が透過可能な外側容器と、当該外側容器の内部に設けられた内側容器とを有し、当該内側容器の外面と前記外側容器の内面との間には真空状態とされた断熱空間が形成されており、しかも、前記内側容器の内部には、雰囲気の温度及び当該雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、前記雰囲気中から前記吸着質を吸着、又はすでに吸着している前記吸着質を前記雰囲気中へ脱着する吸着剤が封入された吸着器と、少なくとも気体が流通可能な流路を介して前記内側容器の内部に連通しており、前記吸着質が前記吸着剤に吸着される状況下では、内部で液化した状態にある前記吸着質を蒸発させる一方、前記吸着剤から脱着された前記吸着質が凝縮する状況下では、凝縮した吸着質を回収する蒸発器と、前記蒸発器において前記吸着質が蒸発するのに伴って前記蒸発器内の温度が低下する状況下において、前記蒸発器との間で熱交換を行うことにより、前記蒸発器から冷熱を取り出す冷熱取得用熱交換手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように構成された吸着ヒートポンプにおいて、吸着器は、日中に太陽光を受けることが可能な場所に設置される。太陽光が吸着器に照射された際、太陽光は外側容器を透過して内側容器に到達し、内側容器の内部に封入された吸着剤が加熱されることになる。
【０００９】
しかも、この吸着器において、外側容器と内側容器との間には、真空状態とされた断熱空間が形成されているので、内側容器そのものは外気に曝される状態になく、内側容器の外部へ熱が逃げるのを抑制することができる。したがって、内側容器内の温度が効率よく上昇するので、吸着剤を効率よく再生することができる。
【００１０】
一方、蒸発器は、吸着器が太陽光を受けて高温になった場合でも、吸着器ほど高温にならないような設置状態、例えば、ほぼ常温を維持可能な設置状態とされる。より具体的には、蒸発器は、例えば、日中でも太陽光を受けないようにするため、日陰となる場所などに設置される。また、温度が上昇した吸着器からの熱が、熱伝導や対流によって蒸発器へ伝わらないようにするため、例えば、吸着器と蒸発器は十分に離れた場所に設置される。さらに、必要があれば、吸着器と蒸発器との間に放熱を促す手段（例えば、常温の外気との熱交換を行う放熱器）などが設けられていてもよい。
【００１１】
この蒸発器には、常温において液体となり、且つある程度は気化もする吸着質が入れられる。そして、吸着器から流路を経て蒸発器に至る系内は、例えば真空ポンプなどを利用して真空引きが行われ、吸着質以外の気体成分は系外へ除去される。
【００１２】
これに伴い、蒸発器内の吸着質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着質は、吸着器内で吸着剤に吸着されることになる。また、このような吸着の結果、系内の蒸気圧が低下するので、さらに蒸発器内の吸着質は気化することになり、これらの現象は、系内の吸着質が平衡状態に至るまで連続的に起こることになる。
【００１３】
そして、系内が平衡状態に達した状態において、吸着器に太陽光が照射されると、吸着剤の温度が上昇し、すでに吸着剤に吸着されていた吸着質が吸着剤から脱着され、系内の蒸気圧が上がる。ただし、吸着器外の流路や蒸発器内の温度は、吸着器内よりも温度が低いため、吸着器外の流路や蒸発器内では吸着質が凝縮・液化し、液化した吸着質は蒸発器内に溜まる。
【００１４】
一方、夜間になると、吸着器に太陽光が照射されなくなり、しかも、吸着剤からは熱放射により放熱が図られ、吸着剤温度の低下に伴って吸着剤の吸着能が回復するため、系内において気化していた吸着質は、吸着器内で吸着剤に吸着されることになる。また、このような吸着に伴い、蒸発器内の吸着質も気化することになり、その結果、蒸発器内では気化熱が奪われて、蒸発器内の温度が低下する。
【００１５】
こうして低温化した蒸発器からは、冷熱取得用熱交換手段によって冷熱が取り出され、これにより、冷却対象を冷却することができる。具体的には、例えば、冷却対象が室内である場合には、冷熱取得用熱交換手段によって取り出された冷気を室内に送り込むことで、冷房を行うことができる。
【００１６】
請求項２に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着器内で前記吸着剤が加熱されるのに伴って前記吸着質が脱着する状況下において、前記吸着器から前記蒸発器に至る前記流路上で熱交換を行うことにより、前記流路から温熱を取り出す温熱取得用熱交換手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、日中に温熱を取り出して、加熱対象を加熱することもできる。具体的には、例えば、加熱対象を水道水とすれば、加熱されて湯となった水道水を、給湯が必要な箇所（例えば浴槽）に供給することができる。
【００１８】
請求項３に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１又は請求項２に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記内側容器は、光が透過可能なものであることを特徴とする。
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、吸着器に太陽光が照射された際、太陽光は、外側容器を透過した後、内側容器をも透過し、吸着剤に太陽光が直接照射されることになる。したがって、太陽光が吸着剤に直接当たらない構造（例えば、吸着剤を封入した不透明な内側容器に太陽光が照射され、その内側容器の熱が吸着剤に伝わるものなど）に比べ、吸着剤そのものを効率よく加熱することができる。
【００１９】
請求項４に記載の吸着ヒートポンプは、請求項３に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記内側容器の内部には、前記吸着剤として、複数のシリカゲル粒子が封入されており、当該複数のシリカゲル粒子は、一部のシリカゲル粒子又は全部のシリカゲル粒子が、未着色の場合よりも光の吸収を促進可能な着色が施された着色シリカゲル粒子とされていることを特徴とする。
【００２０】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、太陽光が内側容器を透過すると、その太陽光は上述のような着色シリカゲル粒子に照射されることになる。そのため、太陽光が未着色のシリカゲル粒子に照射される場合に比べ、内側容器内では太陽光の吸収が促進されることになり、内側容器内において吸着剤をより一層効率よく加熱することができる。
【００２１】
請求項５に記載の吸着ヒートポンプは、請求項４に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記着色シリカゲル粒子は、黒色の着色剤で着色されるとともに、当該着色剤の含有量が照射された光の一部を透過させる程度に調節された黒色半透明シリカゲル粒子であることを特徴とする。
【００２２】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、太陽光が内側容器を透過すると、その太陽光は上述のような黒色半透明シリカゲル粒子に照射されることになる。このような半透明のシリカゲル粒子に太陽光が照射されると、太陽光の一部は黒色半透明シリカゲル粒子に吸収され、また、別の一部は黒色半透明シリカゲル粒子を透過し、別のシリカゲル粒子に照射される。
【００２３】
そのため、太陽光が未着色のシリカゲル粒子に照射される場合に比べ、内側容器内では太陽光の吸収が促進される。しかも、太陽光が不透明な着色シリカゲル粒子に照射される場合に比べ、太陽光の照射方向についてより奥まった位置にある別のシリカゲル粒子にも太陽光が到達し、この別のシリカゲル粒子についても加熱が促されることになる。したがって、内側容器内において吸着剤をさらにより一層効率よく加熱することができる。
【００２４】
請求項６に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプにおいて、反射させた光を前記吸着器に対して照射する光反射手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、光反射手段によって反射された光が吸着器に対して照射されるので、このような光反射手段相当物が設けられていないものに比べ、内側容器内において吸着剤をより強く加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】吸着ヒートポンプの概略構造を示す図であり、（ａ）は日中の状態を示す説明図、（ｂ）は夜間の状態を示す説明図。
【図２】吸着器を示す図であり、（ａ）は吸着器の長手方向に平行な切断面についての断面図、（ｂ）は吸着器の長手方向に垂直な切断面についての断面図。
【図３】図２に示した吸着器とは異なる構造の吸着器を示す図であり、（ａ）は吸着器の長手方向に平行な切断面についての断面図、（ｂ）は吸着器の長手方向に垂直な切断面についての断面図。
【図４】吸着器と配管の位置が異なる事例を示す図であり、（ａ）は吸着器の下端側に配管が接続されている事例を示す説明図、（ｂ）は吸着器の上端側に配管が接続されている事例を示す説明図。
【図５】吸着ヒートポンプの性能試験結果を示すグラフ（その１）。
【図６】吸着ヒートポンプの性能試験結果を示すグラフ（その２）。
【図７】吸着ヒートポンプの性能試験結果を示すグラフ（その３）。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について具体的な例を挙げて説明する。
［吸着ヒートポンプの構造］
以下に説明する吸着ヒートポンプ１は、図１（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、複数（図１では五つ）の吸着器２と、蒸発器３とを備え、これらの内部間が配管５を介して接続された構造とされている。
【００２８】
吸着器２は、日中に太陽光を受ける場所（例えば、屋根の上、庭、家屋の南側など）に設置される。また、吸着器２には、吸着器２と対向する面が鏡面とされた反射集光板６が付設されており、反射集光板６で反射された太陽光も吸着器２に向かって照射されるように構成されている。
【００２９】
蒸発器３は、ほぼ常温に維持されるような場所（例えば、屋根裏、地下、家屋の北側など）に設置される。この蒸発器３には、蒸発器３と熱交換を行う冷熱取得用熱交換流路７が設けられており、詳しくは後述するが、夜間には、冷熱取得用熱交換流路７に熱交換用媒体を流通させることで、蒸発器３から冷熱を取り出すことができる。
【００３０】
配管５には、配管５と熱交換を行う温熱取得用熱交換流路８が設けられており、詳しくは後述するが、日中には、温熱取得用熱交換流路８に熱交換用媒体を流通させることで、配管５から温熱を取り出すことができる。また、配管５の途中には、排気バルブ９が設けられ、この排気バルブ９を介して真空引きを行うことができる。
【００３１】
［吸着器の構造（その１）］
吸着器２は、図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、ガラス製の透明な外側容器１１と、外側容器１１の内部に設けられたガラス製の透明な内側容器１２とを有する構造とされている。外側容器１１の長さ及び直径は任意であるが、実用上は直径０．５ｃｍ〜３０ｃｍ程度、好ましくは直径３ｃｍ〜１０ｃｍ程度にするとよい。
【００３２】
外側容器１１の内面と内側容器１２の外面との間には、真空状態とされた断熱空間１３が形成されている。このような断熱空間１３が形成されていると、内側容器１２内部の熱が外側容器１１の外部へ逃げにくくなるので、太陽光を受光した際に、内側容器１２の内部を効率よく加熱することができる。
【００３３】
また、内側容器１２の内部には、雰囲気の温度及び当該雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、雰囲気中から吸着質を吸着、又はすでに吸着している吸着質を雰囲気中へ脱着する吸着剤１５が封入されている。
【００３４】
本実施形態において、吸着剤１５としては、シリカゲル中にカーボンブラックを添加することによって構成された黒色半透明シリカゲルが採用されている。この黒色半透明シリカゲルは、低湿度での吸着能力に優れたもので、その特性はＡタイプシリカゲルに準ずるものとされている。
【００３５】
また、ここでいう半透明とは、カーボンブラックが添加されていないシリカゲルを透過する太陽光に対する比率で、その比率が１００％未満となるような透明度を意味する。ただし、好適な透明度は、吸着剤１５の量などに応じて変わり得るものである。
【００３６】
例えば、太陽光の進行方向について吸着剤１５の量が多い場合には、透明度を高くすることで、より多くの吸着剤粒子に太陽光を到達させることができる。一方、太陽光の進行方向について吸着剤１５の量が少ない場合には、透明度を低くすることで、吸着剤１５による太陽光の吸収率を向上させることができる。
【００３７】
したがって、これらのバランスを考慮して透明度を調節するとよい。実用上は、例えば、カーボンブラックが添加されていないシリカゲルを透過する太陽光に対する比率で、太陽光の透過率が２０〜８０％程度となる（すなわち、８０〜２０％程度の光が吸収される）ように調節すると好ましい。
【００３８】
本実施形態の場合、図２（ｂ）に示すように、太陽光は、吸着器２に対して直接照射される他、反射集光板６で反射された太陽光も吸着器２に照射されるので、これらの光が内側容器１２の中心部にある吸着剤１５にも到達する程度以上の透明度にすると好適である。
【００３９】
ちなみに、本実施形態において、黒色半透明シリカゲルは、平均粒子径３ｍｍの球状のものが使用されている。吸着剤１５の粒子径は、吸着器２内に充填された場合でも、吸着質の蒸気がスムーズに流通する程度の隙間ができる程度の粒子径であると好ましく、シリカゲルの場合であれば、平均粒子径０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ程度とされているとよい。また、球状の吸着剤粒子の他、破砕状の吸着剤粒子であってもよい。
【００４０】
なお、内側容器１２の内部には、金網やスポンジなどの多孔質体で形成されたフィルター１７が配設され、このフィルター１７により、吸着剤１５が配管５側へこぼれ落ちないようにされている。また、外側容器１１及び内側容器１２には、ガラス管１８が固着されており、このガラス管１８に配管５（本実施形態では銅管）が接続されている。
【００４１】
以上のような構造の吸着器２であれば、外側容器１１及び内側容器１２が双方ともガラス製の透明なものなので、太陽光を内側容器１２の内部へと透過させることができ、吸着剤１５を太陽光で直接加熱することができる。
【００４２】
なお、内側容器１２は、不透明な容器（例えば、金属製容器や金属膜を蒸着させたガラス製容器）で構成することもでき、この場合は、内側容器１２そのものが太陽光で加熱されて、その熱が吸着剤１５へと伝わることになる。ただし、吸着剤１５を太陽光で直接加熱できる方が効率はよいので、その観点からは、内側容器１２に光透過性があり、且つ、吸着剤１５に光吸収性がある方が好ましい。
【００４３】
［吸着器の構造（その２）］
上述の吸着器２に代えて、図３（ａ）及び同図（ｂ）に示すような吸着器２０を採用してもよい。この吸着器２０も、吸着器２と同様なガラス製の外側容器１１及び内側容器１２を有し、内側容器１２の内部に吸着剤１５が封入された構造になっている。
【００４４】
ただし、先に示した吸着器２が備えるガラス管１８とは異なる形態のガラス管２２を備えており、具体的には、ガラス管２２が吸着剤１５の充填領域を貫通する形態とされている。このような形態になっていると、吸着剤１５が加熱された際に脱着される吸着質の蒸気が内側容器１２内で上昇すると、その蒸気がガラス管２２へスムーズに流れ込むことになり、吸着器２０からの排気を促すことができる。
【００４５】
また、このような形態のガラス管２２を備えているので、上述の吸着器２とは異なり、フィルター１７相当物が設けられていなくても、吸着剤１５が配管５側へこぼれ落ちることがない。そのため、フィルター１７が存在しない分だけ、圧力損失を低減することができ、この点でも吸着器２０からの排気を促すことができる。
【００４６】
さらに、このガラス管２２には、ガラス管２２の外周側から内周側へと貫通する貫通孔を形成しておいてもよい。このような貫通孔を設ける場合、貫通孔の直径については吸着剤１５の粒子径よりも小さくすることにより、吸着剤１５がガラス管２２の内周側へこぼれ落ちないようにされる。あるいは、貫通孔の開口部分を網や不織布などの通気性素材で作られたフィルターで覆ってあれば、貫通孔の直径そのものについては吸着剤１５の粒子径より大きくても構わない。
【００４７】
このような貫通孔を設けておけば、吸着剤１５が加熱された際に脱着される吸着質の蒸気が、貫通孔を介してガラス管２２の外周側から内周側へと流入可能となるので、吸着質の蒸気はより一層スムーズにガラス管２２へ流れ込むようになる。
【００４８】
ちなみに、上述のようにガラス管２２に貫通孔を設ける以外には、網状の素材で管体を形成し、そのような網状管体をガラス管２２の代わりに設けてもよく、この場合でも、ガラス管２２に貫通孔を形成した場合と同様の効果が期待できる。
【００４９】
［吸着器と配管の位置関係］
以上の説明において、吸着器２，２０と配管５との位置関係については、図４（ａ）に例示するように、吸着器２，２０の下端側に配管５が接続されることを前提とする説明を行ったが、図４（ｂ）に例示するように、吸着器２，２０の上端側に配管５が接続されてもよい。
【００５０】
このように吸着器２，２０の上端側に配管５が接続されていれば、吸着剤１５が配管５側へこぼれ落ちることはないので、この場合は、吸着器２においてもフィルター１７が不要となる。
【００５１】
なお、図４（ａ）及び同図（ｂ）では、吸着器２，２０の長手方向を斜め上下方向に向ける例を示したが、吸着器２，２０の長手方向を水平方向に向けて配置してもよい。
［吸着ヒートポンプの作動状態］
以上のように構成された吸着ヒートポンプ１において、蒸発器３には、常温において液体となり、且つある程度は気化もする吸着質が入れられる。本実施形態の場合、吸着質としては、水を利用するように構成してあるが、水以外の物質であってもよく、例えば、アルコール、アンモニア、その他常温で液体となる各種炭化水素類などを利用することができる。
【００５２】
そして、図示しない真空ポンプなどが、排気バルブ９を介して配管５に接続されて真空引きが行われ、これにより、吸着器２，２０から配管５を経て蒸発器３に至る系内から、吸着質以外の気体成分が除去される。
【００５３】
真空引きが行われると、蒸発器３内の吸着質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着質は、吸着器２，２０内で吸着剤１５に吸着されることになる。また、このような吸着の結果、系内の蒸気圧が低下するので、さらに蒸発器３内の吸着質は気化することになり、これらの現象は、系内が平衡状態に至るまで連続的に起こることになる。
【００５４】
この状態において、日中には吸着器２，２０の受光面に太陽光が照射され、これにより吸着剤１５の温度が上昇する。吸着剤１５が加熱されると、吸着質が吸着剤１５から脱着され、吸着器２，２０からは高温・高湿な気体が排出されることになる。
【００５５】
このとき、温熱取得用熱交換流路８に、水道水などの熱交換用媒体を流通させると、温熱取得用熱交換流路８からは温水を得ることができる。このような温水は、いったん保温タンクに貯めておき、必要時に給湯できるように構成してあると好ましい。
【００５６】
また、このような温水が不要な場合には、送風もしくは自然放熱により、配管５から熱を奪ってもよい。いずれの場合とも、配管５内の温度は低下するので、配管５内では吸着質が凝縮することになり、凝縮水が蒸発器３内に流入することになる。
【００５７】
一方、夜間になると、吸着器２，２０に太陽光が照射されなくなり、しかも、吸着剤１５からは熱放射により放熱が図られ、これに伴って吸着剤１５の吸着能が回復するため、系内において気化していた吸着質は、吸着器２，２０内で吸着剤１５に吸着されることになる。
【００５８】
また、このような吸着に伴い、蒸発器３内の吸着質も気化することになり、その結果、蒸発器３内では気化熱が奪われて、蒸発器３内の温度が低下し、本実施形態の場合、蒸発器３内の温度は氷点下となる温度域にまで到達する。
【００５９】
このとき、冷熱取得用熱交換流路７に熱交換用媒体を流通させれば、低温化した蒸発器３から冷熱を取り出すことができるので、これにより、室内の冷房を行うなど、冷却対象を冷却することができる。
【００６０】
［実験例１］
上記吸着ヒートポンプ１の性能試験を行った。この実験例１において、外側容器１１としては直径５０ｍｍ×長さ５０ｃｍ、内側容器１２としては直径３８ｍｍのものを使用し、反射集光板６としては、受光面積２５×６０ｃｍのものを使用した。また、吸着剤１５としては、４２０ｍｌの黒色半透明シリカゲル粒子（３０７ｇ）を充填し、加熱源としては、遠赤ヒーター（５００Ｗ、受光面より３０ｃｍの距離に設置。）を使用した。
【００６１】
そして、日中に相当する時間帯を模して、遠赤ヒーターでの加熱を行い、夜間に相当する時間帯を模して、加熱を停止し、２４時間にわたって吸着ヒートポンプ１各部の温度を測定した。その結果を、図５に示す。
【００６２】
図５に示すグラフから明らかなように、日中に相当する時間帯（遠赤ヒーターでの加熱を行った時間帯）には、吸着器２内部の温度は上昇し、蒸発器３内に溜まった水量も最大となった。このことから、吸着剤１５からは吸着質である水が脱着され、その水蒸気が凝縮水として蒸発器３内に溜まったことがわかる。
【００６３】
一方、遠赤ヒーターでの加熱を停止したところ、その後、吸着器２内部の温度は急激に低下した。このとき、蒸発器３内の温度も低下し、蒸発器３内の温度は気温を下回る温度域に達した。つまり、夜間に相当する時間帯（遠赤ヒーターでの加熱を停止した時間帯）には、冷熱取得用熱交換流路７を利用して蒸発器３内の冷熱を取り出せば、夜間の冷房などに利用することができる。
【００６４】
［実験例２］
実験例１と同様の吸着ヒートポンプ１を、実際に屋外に設置して、２４時間にわたって吸着ヒートポンプ１各部の温度を測定した。その結果を、図６に示す。
【００６５】
日の入り後、蒸発器３内の温度は徐々に低下して、最終的に氷点下にまで達する結果となった。したがって、冷熱取得用熱交換流路７を利用して蒸発器３内の冷熱を取り出せば、夜間の冷房などに利用することができる。
【００６６】
［実験例３］
実験例１と同様の吸着ヒートポンプ１を、実際に屋外に設置して、吸着器２の中心温度と表面温度をそれぞれ熱電対で測定した。その結果を、図７に示す。
【００６７】
吸着器２の表面温度は、太陽光によって４０℃程度までしか加熱されないが、吸着剤１５が充填された部分の中心温度は９０℃近くまで上昇した。また、このとき、蒸発器３内の水位も上昇しており、これらの事実から、吸着剤１５から吸着質である水が脱着され、吸着剤１５が良好に再生されていることが確認された。
【００６８】
また、吸着器２の中心温度及び表面温度が低下すると、蒸発器３の温度も低下し、ほぼ０℃の状態を長時間にわたって維持した。したがって、冷熱取得用熱交換流路７を利用して蒸発器３内の冷熱を取り出せば、夜間の冷房などに利用することができる。
【００６９】
［変形例等］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、吸着剤１５として黒色半透明シリカゲル粒子を用いる例を示したが、より一般的な透明シリカゲル粒子を用いてもよい。あるいは、カーボンブラックに代えて、アルミナを配合することにより、半透明シリカゲル粒子を構成してもよい。
【００７１】
さらに、シリカゲル以外の吸着剤を用いてもよく、例えば、ＦＳＭ（株式会社豊田中研）、メソポーラスシリカ、ゼオライト、活性炭、アルミナなどの吸着剤粒子も使用可能である。ただし、吸着剤の材質によっては透明性を十分に確保できなくなるので、その場合は、充填直径（内側容器１２の直径）を小さくして吸放熱特性を改善することが好ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・吸着ヒートポンプ、２，２０・・・吸着器、３・・・蒸発器、５・・・配管、６・・・反射集光板、７・・・冷熱取得用熱交換流路、８・・・温熱取得用熱交換流路、９・・・排気バルブ、１１・・・外側容器、１２・・・内側容器、１３・・・断熱空間、１５・・・吸着剤、１７・・・フィルター、１８，２２・・・ガラス管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光を利用する吸着ヒートポンプシステムは、すでに提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような吸着ヒートポンプシステムでは、吸着器や蒸発器を配管等で結ぶことによって外部空間から隔離された系を構成してあり、その系内において、吸着器に内蔵された吸着剤による吸着・脱着、蒸発器による凝縮・気化などが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の吸着ヒートポンプシステムの場合、吸着器の構造によっては、吸着器が太陽光を受けて吸着器内部の温度が上昇するのと並行して、かなりの熱が吸着器の内部から外部へと逃げてしまうことがあった。
【０００５】
そのため、そのような吸着器を採用している場合、内部の吸着剤を必ずしも効率よく加熱することができず、吸着剤による吸着・脱着も効率よく行われなくなり、このことが吸着ヒートポンプシステムの性能向上を妨げる一因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内部に封入された吸着剤を従来以上に効率よく加熱可能な吸着器を備えた吸着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】
【０００７】
以下、本発明において採用した構成について説明する。
請求項１に記載の吸着ヒートポンプは、光が透過可能な外側容器と、当該外側容器の内部に設けられた内側容器とを有し、当該内側容器の外面と前記外側容器の内面との間には真空状態とされた断熱空間が形成されており、しかも、前記内側容器の内部には、雰囲気の温度及び当該雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、前記雰囲気中から前記吸着質を吸着、又はすでに吸着している前記吸着質を前記雰囲気中へ脱着する吸着剤が封入された吸着器と、少なくとも気体が流通可能な流路を介して前記内側容器の内部に連通しており、前記吸着質が前記吸着剤に吸着される状況下では、内部で液化した状態にある前記吸着質を蒸発させる一方、前記吸着剤から脱着された前記吸着質が凝縮する状況下では、凝縮した吸着質を回収する蒸発器と、前記蒸発器において前記吸着質が蒸発するのに伴って前記蒸発器内の温度が低下する状況下において、前記蒸発器との間で熱交換を行うことにより、前記蒸発器から冷熱を取り出す冷熱取得用熱交換手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように構成された吸着ヒートポンプにおいて、吸着器は、日中に太陽光を受けることが可能な場所に設置される。太陽光が吸着器に照射された際、太陽光は外側容器を透過して内側容器に到達し、内側容器の内部に封入された吸着剤が加熱されることになる。
【０００９】
しかも、この吸着器において、外側容器と内側容器との間には、真空状態とされた断熱空間が形成されているので、内側容器そのものは外気に曝される状態になく、内側容器の外部へ熱が逃げるのを抑制することができる。したがって、内側容器内の温度が効率よく上昇するので、吸着剤を効率よく再生することができる。
【００１０】
一方、蒸発器は、吸着器が太陽光を受けて高温になった場合でも、吸着器ほど高温にならないような設置状態、例えば、ほぼ常温を維持可能な設置状態とされる。より具体的には、蒸発器は、例えば、日中でも太陽光を受けないようにするため、日陰となる場所などに設置される。また、温度が上昇した吸着器からの熱が、熱伝導や対流によって蒸発器へ伝わらないようにするため、例えば、吸着器と蒸発器は十分に離れた場所に設置される。さらに、必要があれば、吸着器と蒸発器との間に放熱を促す手段（例えば、常温の外気との熱交換を行う放熱器）などが設けられていてもよい。
【００１１】
この蒸発器には、常温において液体となり、且つある程度は気化もする吸着質が入れられる。そして、吸着器から流路を経て蒸発器に至る系内は、例えば真空ポンプなどを利用して真空引きが行われ、吸着質以外の気体成分は系外へ除去される。
【００１２】
これに伴い、蒸発器内の吸着質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着質は、吸着器内で吸着剤に吸着されることになる。また、このような吸着の結果、系内の蒸気圧が低下するので、さらに蒸発器内の吸着質は気化することになり、これらの現象は、系内の吸着質が平衡状態に至るまで連続的に起こることになる。
【００１３】
そして、系内が平衡状態に達した状態において、吸着器に太陽光が照射されると、吸着剤の温度が上昇し、すでに吸着剤に吸着されていた吸着質が吸着剤から脱着され、系内の蒸気圧が上がる。ただし、吸着器外の流路や蒸発器内の温度は、吸着器内よりも温度が低いため、吸着器外の流路や蒸発器内では吸着質が凝縮・液化し、液化した吸着質は蒸発器内に溜まる。
【００１４】
一方、夜間になると、吸着器に太陽光が照射されなくなり、しかも、吸着剤からは熱放射により放熱が図られ、吸着剤温度の低下に伴って吸着剤の吸着能が回復するため、系内において気化していた吸着質は、吸着器内で吸着剤に吸着されることになる。また、このような吸着に伴い、蒸発器内の吸着質も気化することになり、その結果、蒸発器内では気化熱が奪われて、蒸発器内の温度が低下する。
【００１５】
こうして低温化した蒸発器からは、冷熱取得用熱交換手段によって冷熱が取り出され、これにより、冷却対象を冷却することができる。具体的には、例えば、冷却対象が室内である場合には、冷熱取得用熱交換手段によって取り出された冷気を室内に送り込むことで、冷房を行うことができる。
【００１６】
請求項２に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着器内で前記吸着剤が加熱されるのに伴って前記吸着質が脱着する状況下において、前記吸着器から前記蒸発器に至る前記流路上で熱交換を行うことにより、前記流路から温熱を取り出す温熱取得用熱交換手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、日中に温熱を取り出して、加熱対象を加熱することもできる。具体的には、例えば、加熱対象を水道水とすれば、加熱されて湯となった水道水を、給湯が必要な箇所（例えば浴槽）に供給することができる。
【００１８】
請求項３に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１又は請求項２に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記内側容器は、光が透過可能なものであることを特徴とする。
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、吸着器に太陽光が照射された際、太陽光は、外側容器を透過した後、内側容器をも透過し、吸着剤に太陽光が直接照射されることになる。したがって、太陽光が吸着剤に直接当たらない構造（例えば、吸着剤を封入した不透明な内側容器に太陽光が照射され、その内側容器の熱が吸着剤に伝わるものなど）に比べ、吸着剤そのものを効率よく加熱することができる。
【００１９】
請求項４に記載の吸着ヒートポンプは、請求項３に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記内側容器の内部には、前記吸着剤として、複数のシリカゲル粒子が封入されており、当該複数のシリカゲル粒子は、一部のシリカゲル粒子又は全部のシリカゲル粒子が、未着色の場合よりも光の吸収を促進可能な着色が施された着色シリカゲル粒子とされていることを特徴とする。
【００２０】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、太陽光が内側容器を透過すると、その太陽光は上述のような着色シリカゲル粒子に照射されることになる。そのため、太陽光が未着色のシリカゲル粒子に照射される場合に比べ、内側容器内では太陽光の吸収が促進されることになり、内側容器内において吸着剤をより一層効率よく加熱することができる。
【００２１】
請求項５に記載の吸着ヒートポンプは、請求項４に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記着色シリカゲル粒子は、黒色の着色剤で着色されるとともに、当該着色剤の含有量が照射された光の一部を透過させる程度に調節された黒色半透明シリカゲル粒子であることを特徴とする。
【００２２】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、太陽光が内側容器を透過すると、その太陽光は上述のような黒色半透明シリカゲル粒子に照射されることになる。このような半透明のシリカゲル粒子に太陽光が照射されると、太陽光の一部は黒色半透明シリカゲル粒子に吸収され、また、別の一部は黒色半透明シリカゲル粒子を透過し、別のシリカゲル粒子に照射される。
【００２３】
そのため、太陽光が未着色のシリカゲル粒子に照射される場合に比べ、内側容器内では太陽光の吸収が促進される。しかも、太陽光が不透明な着色シリカゲル粒子に照射される場合に比べ、太陽光の照射方向についてより奥まった位置にある別のシリカゲル粒子にも太陽光が到達し、この別のシリカゲル粒子についても加熱が促されることになる。したがって、内側容器内において吸着剤をさらにより一層効率よく加熱することができる。
【００２４】
請求項６に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプにおいて、反射させた光を前記吸着器に対して照射する光反射手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
このように構成された吸着ヒートポンプによれば、光反射手段によって反射された光が吸着器に対して照射されるので、このような光反射手段相当物が設けられていないものに比べ、内側容器内において吸着剤をより強く加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】吸着ヒートポンプの概略構造を示す図であり、（ａ）は日中の状態を示す説明図、（ｂ）は夜間の状態を示す説明図。
【図２】吸着器を示す図であり、（ａ）は吸着器の長手方向に平行な切断面についての断面図、（ｂ）は吸着器の長手方向に垂直な切断面についての断面図。
【図３】図２に示した吸着器とは異なる構造の吸着器を示す図であり、（ａ）は吸着器の長手方向に平行な切断面についての断面図、（ｂ）は吸着器の長手方向に垂直な切断面についての断面図。
【図４】吸着器と配管の位置が異なる事例を示す図であり、（ａ）は吸着器の下端側に配管が接続されている事例を示す説明図、（ｂ）は吸着器の上端側に配管が接続されている事例を示す説明図。
【図５】吸着ヒートポンプの性能試験結果を示すグラフ（その１）。
【図６】吸着ヒートポンプの性能試験結果を示すグラフ（その２）。
【図７】吸着ヒートポンプの性能試験結果を示すグラフ（その３）。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について具体的な例を挙げて説明する。
［吸着ヒートポンプの構造］
以下に説明する吸着ヒートポンプ１は、図１（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、複数（図１では五つ）の吸着器２と、蒸発器３とを備え、これらの内部間が配管５を介して接続された構造とされている。
【００２８】
吸着器２は、日中に太陽光を受ける場所（例えば、屋根の上、庭、家屋の南側など）に設置される。また、吸着器２には、吸着器２と対向する面が鏡面とされた反射集光板６が付設されており、反射集光板６で反射された太陽光も吸着器２に向かって照射されるように構成されている。
【００２９】
蒸発器３は、ほぼ常温に維持されるような場所（例えば、屋根裏、地下、家屋の北側など）に設置される。この蒸発器３には、蒸発器３と熱交換を行う冷熱取得用熱交換流路７が設けられており、詳しくは後述するが、夜間には、冷熱取得用熱交換流路７に熱交換用媒体を流通させることで、蒸発器３から冷熱を取り出すことができる。
【００３０】
配管５には、配管５と熱交換を行う温熱取得用熱交換流路８が設けられており、詳しくは後述するが、日中には、温熱取得用熱交換流路８に熱交換用媒体を流通させることで、配管５から温熱を取り出すことができる。また、配管５の途中には、排気バルブ９が設けられ、この排気バルブ９を介して真空引きを行うことができる。
【００３１】
［吸着器の構造（その１）］
吸着器２は、図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、ガラス製の透明な外側容器１１と、外側容器１１の内部に設けられたガラス製の透明な内側容器１２とを有する構造とされている。外側容器１１の長さ及び直径は任意であるが、実用上は直径０．５ｃｍ〜３０ｃｍ程度、好ましくは直径３ｃｍ〜１０ｃｍ程度にするとよい。
【００３２】
外側容器１１の内面と内側容器１２の外面との間には、真空状態とされた断熱空間１３が形成されている。このような断熱空間１３が形成されていると、内側容器１２内部の熱が外側容器１１の外部へ逃げにくくなるので、太陽光を受光した際に、内側容器１２の内部を効率よく加熱することができる。
【００３３】
また、内側容器１２の内部には、雰囲気の温度及び当該雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、雰囲気中から吸着質を吸着、又はすでに吸着している吸着質を雰囲気中へ脱着する吸着剤１５が封入されている。
【００３４】
本実施形態において、吸着剤１５としては、シリカゲル中にカーボンブラックを添加することによって構成された黒色半透明シリカゲルが採用されている。この黒色半透明シリカゲルは、低湿度での吸着能力に優れたもので、その特性はＡタイプシリカゲルに準ずるものとされている。
【００３５】
また、ここでいう半透明とは、カーボンブラックが添加されていないシリカゲルを透過する太陽光に対する比率で、その比率が１００％未満となるような透明度を意味する。ただし、好適な透明度は、吸着剤１５の量などに応じて変わり得るものである。
【００３６】
例えば、太陽光の進行方向について吸着剤１５の量が多い場合には、透明度を高くすることで、より多くの吸着剤粒子に太陽光を到達させることができる。一方、太陽光の進行方向について吸着剤１５の量が少ない場合には、透明度を低くすることで、吸着剤１５による太陽光の吸収率を向上させることができる。
【００３７】
したがって、これらのバランスを考慮して透明度を調節するとよい。実用上は、例えば、カーボンブラックが添加されていないシリカゲルを透過する太陽光に対する比率で、太陽光の透過率が２０〜８０％程度となる（すなわち、８０〜２０％程度の光が吸収される）ように調節すると好ましい。
【００３８】
本実施形態の場合、図２（ｂ）に示すように、太陽光は、吸着器２に対して直接照射される他、反射集光板６で反射された太陽光も吸着器２に照射されるので、これらの光が内側容器１２の中心部にある吸着剤１５にも到達する程度以上の透明度にすると好適である。
【００３９】
ちなみに、本実施形態において、黒色半透明シリカゲルは、平均粒子径３ｍｍの球状のものが使用されている。吸着剤１５の粒子径は、吸着器２内に充填された場合でも、吸着質の蒸気がスムーズに流通する程度の隙間ができる程度の粒子径であると好ましく、シリカゲルの場合であれば、平均粒子径０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ程度とされているとよい。また、球状の吸着剤粒子の他、破砕状の吸着剤粒子であってもよい。
【００４０】
なお、内側容器１２の内部には、金網やスポンジなどの多孔質体で形成されたフィルター１７が配設され、このフィルター１７により、吸着剤１５が配管５側へこぼれ落ちないようにされている。また、外側容器１１及び内側容器１２には、ガラス管１８が固着されており、このガラス管１８に配管５（本実施形態では銅管）が接続されている。
【００４１】
以上のような構造の吸着器２であれば、外側容器１１及び内側容器１２が双方ともガラス製の透明なものなので、太陽光を内側容器１２の内部へと透過させることができ、吸着剤１５を太陽光で直接加熱することができる。
【００４２】
なお、内側容器１２は、不透明な容器（例えば、金属製容器や金属膜を蒸着させたガラス製容器）で構成することもでき、この場合は、内側容器１２そのものが太陽光で加熱されて、その熱が吸着剤１５へと伝わることになる。ただし、吸着剤１５を太陽光で直接加熱できる方が効率はよいので、その観点からは、内側容器１２に光透過性があり、且つ、吸着剤１５に光吸収性がある方が好ましい。
【００４３】
［吸着器の構造（その２）］
上述の吸着器２に代えて、図３（ａ）及び同図（ｂ）に示すような吸着器２０を採用してもよい。この吸着器２０も、吸着器２と同様なガラス製の外側容器１１及び内側容器１２を有し、内側容器１２の内部に吸着剤１５が封入された構造になっている。
【００４４】
ただし、先に示した吸着器２が備えるガラス管１８とは異なる形態のガラス管２２を備えており、具体的には、ガラス管２２が吸着剤１５の充填領域を貫通する形態とされている。このような形態になっていると、吸着剤１５が加熱された際に脱着される吸着質の蒸気が内側容器１２内で上昇すると、その蒸気がガラス管２２へスムーズに流れ込むことになり、吸着器２０からの排気を促すことができる。
【００４５】
また、このような形態のガラス管２２を備えているので、上述の吸着器２とは異なり、フィルター１７相当物が設けられていなくても、吸着剤１５が配管５側へこぼれ落ちることがない。そのため、フィルター１７が存在しない分だけ、圧力損失を低減することができ、この点でも吸着器２０からの排気を促すことができる。
【００４６】
さらに、このガラス管２２には、ガラス管２２の外周側から内周側へと貫通する貫通孔を形成しておいてもよい。このような貫通孔を設ける場合、貫通孔の直径については吸着剤１５の粒子径よりも小さくすることにより、吸着剤１５がガラス管２２の内周側へこぼれ落ちないようにされる。あるいは、貫通孔の開口部分を網や不織布などの通気性素材で作られたフィルターで覆ってあれば、貫通孔の直径そのものについては吸着剤１５の粒子径より大きくても構わない。
【００４７】
このような貫通孔を設けておけば、吸着剤１５が加熱された際に脱着される吸着質の蒸気が、貫通孔を介してガラス管２２の外周側から内周側へと流入可能となるので、吸着質の蒸気はより一層スムーズにガラス管２２へ流れ込むようになる。
【００４８】
ちなみに、上述のようにガラス管２２に貫通孔を設ける以外には、網状の素材で管体を形成し、そのような網状管体をガラス管２２の代わりに設けてもよく、この場合でも、ガラス管２２に貫通孔を形成した場合と同様の効果が期待できる。
【００４９】
［吸着器と配管の位置関係］
以上の説明において、吸着器２，２０と配管５との位置関係については、図４（ａ）に例示するように、吸着器２，２０の下端側に配管５が接続されることを前提とする説明を行ったが、図４（ｂ）に例示するように、吸着器２，２０の上端側に配管５が接続されてもよい。
【００５０】
このように吸着器２，２０の上端側に配管５が接続されていれば、吸着剤１５が配管５側へこぼれ落ちることはないので、この場合は、吸着器２においてもフィルター１７が不要となる。
【００５１】
なお、図４（ａ）及び同図（ｂ）では、吸着器２，２０の長手方向を斜め上下方向に向ける例を示したが、吸着器２，２０の長手方向を水平方向に向けて配置してもよい。
［吸着ヒートポンプの作動状態］
以上のように構成された吸着ヒートポンプ１において、蒸発器３には、常温において液体となり、且つある程度は気化もする吸着質が入れられる。本実施形態の場合、吸着質としては、水を利用するように構成してあるが、水以外の物質であってもよく、例えば、アルコール、アンモニア、その他常温で液体となる各種炭化水素類などを利用することができる。
【００５２】
そして、図示しない真空ポンプなどが、排気バルブ９を介して配管５に接続されて真空引きが行われ、これにより、吸着器２，２０から配管５を経て蒸発器３に至る系内から、吸着質以外の気体成分が除去される。
【００５３】
真空引きが行われると、蒸発器３内の吸着質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着質は、吸着器２，２０内で吸着剤１５に吸着されることになる。また、このような吸着の結果、系内の蒸気圧が低下するので、さらに蒸発器３内の吸着質は気化することになり、これらの現象は、系内が平衡状態に至るまで連続的に起こることになる。
【００５４】
この状態において、日中には吸着器２，２０の受光面に太陽光が照射され、これにより吸着剤１５の温度が上昇する。吸着剤１５が加熱されると、吸着質が吸着剤１５から脱着され、吸着器２，２０からは高温・高湿な気体が排出されることになる。
【００５５】
このとき、温熱取得用熱交換流路８に、水道水などの熱交換用媒体を流通させると、温熱取得用熱交換流路８からは温水を得ることができる。このような温水は、いったん保温タンクに貯めておき、必要時に給湯できるように構成してあると好ましい。
【００５６】
また、このような温水が不要な場合には、送風もしくは自然放熱により、配管５から熱を奪ってもよい。いずれの場合とも、配管５内の温度は低下するので、配管５内では吸着質が凝縮することになり、凝縮水が蒸発器３内に流入することになる。
【００５７】
一方、夜間になると、吸着器２，２０に太陽光が照射されなくなり、しかも、吸着剤１５からは熱放射により放熱が図られ、これに伴って吸着剤１５の吸着能が回復するため、系内において気化していた吸着質は、吸着器２，２０内で吸着剤１５に吸着されることになる。
【００５８】
また、このような吸着に伴い、蒸発器３内の吸着質も気化することになり、その結果、蒸発器３内では気化熱が奪われて、蒸発器３内の温度が低下し、本実施形態の場合、蒸発器３内の温度は氷点下となる温度域にまで到達する。
【００５９】
このとき、冷熱取得用熱交換流路７に熱交換用媒体を流通させれば、低温化した蒸発器３から冷熱を取り出すことができるので、これにより、室内の冷房を行うなど、冷却対象を冷却することができる。
【００６０】
［実験例１］
上記吸着ヒートポンプ１の性能試験を行った。この実験例１において、外側容器１１としては直径５０ｍｍ×長さ５０ｃｍ、内側容器１２としては直径３８ｍｍのものを使用し、反射集光板６としては、受光面積２５×６０ｃｍのものを使用した。また、吸着剤１５としては、４２０ｍｌの黒色半透明シリカゲル粒子（３０７ｇ）を充填し、加熱源としては、遠赤ヒーター（５００Ｗ、受光面より３０ｃｍの距離に設置。）を使用した。
【００６１】
そして、日中に相当する時間帯を模して、遠赤ヒーターでの加熱を行い、夜間に相当する時間帯を模して、加熱を停止し、２４時間にわたって吸着ヒートポンプ１各部の温度を測定した。その結果を、図５に示す。
【００６２】
図５に示すグラフから明らかなように、日中に相当する時間帯（遠赤ヒーターでの加熱を行った時間帯）には、吸着器２内部の温度は上昇し、蒸発器３内に溜まった水量も最大となった。このことから、吸着剤１５からは吸着質である水が脱着され、その水蒸気が凝縮水として蒸発器３内に溜まったことがわかる。
【００６３】
一方、遠赤ヒーターでの加熱を停止したところ、その後、吸着器２内部の温度は急激に低下した。このとき、蒸発器３内の温度も低下し、蒸発器３内の温度は気温を下回る温度域に達した。つまり、夜間に相当する時間帯（遠赤ヒーターでの加熱を停止した時間帯）には、冷熱取得用熱交換流路７を利用して蒸発器３内の冷熱を取り出せば、夜間の冷房などに利用することができる。
【００６４】
［実験例２］
実験例１と同様の吸着ヒートポンプ１を、実際に屋外に設置して、２４時間にわたって吸着ヒートポンプ１各部の温度を測定した。その結果を、図６に示す。
【００６５】
日の入り後、蒸発器３内の温度は徐々に低下して、最終的に氷点下にまで達する結果となった。したがって、冷熱取得用熱交換流路７を利用して蒸発器３内の冷熱を取り出せば、夜間の冷房などに利用することができる。
【００６６】
［実験例３］
実験例１と同様の吸着ヒートポンプ１を、実際に屋外に設置して、吸着器２の中心温度と表面温度をそれぞれ熱電対で測定した。その結果を、図７に示す。
【００６７】
吸着器２の表面温度は、太陽光によって４０℃程度までしか加熱されないが、吸着剤１５が充填された部分の中心温度は９０℃近くまで上昇した。また、このとき、蒸発器３内の水位も上昇しており、これらの事実から、吸着剤１５から吸着質である水が脱着され、吸着剤１５が良好に再生されていることが確認された。
【００６８】
また、吸着器２の中心温度及び表面温度が低下すると、蒸発器３の温度も低下し、ほぼ０℃の状態を長時間にわたって維持した。したがって、冷熱取得用熱交換流路７を利用して蒸発器３内の冷熱を取り出せば、夜間の冷房などに利用することができる。
【００６９】
［変形例等］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、吸着剤１５として黒色半透明シリカゲル粒子を用いる例を示したが、より一般的な透明シリカゲル粒子を用いてもよい。あるいは、カーボンブラックに代えて、アルミナを配合することにより、半透明シリカゲル粒子を構成してもよい。
【００７１】
さらに、シリカゲル以外の吸着剤を用いてもよく、例えば、ＦＳＭ（株式会社豊田中研）、メソポーラスシリカ、ゼオライト、活性炭、アルミナなどの吸着剤粒子も使用可能である。ただし、吸着剤の材質によっては透明性を十分に確保できなくなるので、その場合は、充填直径（内側容器１２の直径）を小さくして吸放熱特性を改善することが好ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・吸着ヒートポンプ、２，２０・・・吸着器、３・・・蒸発器、５・・・配管、６・・・反射集光板、７・・・冷熱取得用熱交換流路、８・・・温熱取得用熱交換流路、９・・・排気バルブ、１１・・・外側容器、１２・・・内側容器、１３・・・断熱空間、１５・・・吸着剤、１７・・・フィルター、１８，２２・・・ガラス管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が透過可能な外側容器と、当該外側容器の内部に設けられた内側容器とを有し、当該内側容器の外面と前記外側容器の内面との間には真空状態とされた断熱空間が形成されており、しかも、前記内側容器の内部には、雰囲気の温度及び当該雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、前記雰囲気中から前記吸着質を吸着、又はすでに吸着している前記吸着質を前記雰囲気中へ脱着する吸着剤が封入された吸着器と、
少なくとも気体が流通可能な流路を介して前記内側容器の内部に連通しており、前記吸着質が前記吸着剤に吸着される状況下では、内部で液化した状態にある前記吸着質を蒸発させる一方、前記吸着剤から脱着された前記吸着質が凝縮する状況下では、凝縮した吸着質を回収する蒸発器と、
前記蒸発器において前記吸着質が蒸発するのに伴って前記蒸発器内の温度が低下する状況下において、前記蒸発器との間で熱交換を行うことにより、前記蒸発器から冷熱を取り出す冷熱取得用熱交換手段と
を備えたことを特徴とする吸着ヒートポンプ。
【請求項２】
前記吸着器内で前記吸着剤が加熱されるのに伴って前記吸着質が脱着する状況下において、前記吸着器から前記蒸発器に至る前記流路上で熱交換を行うことにより、前記流路から温熱を取り出す温熱取得用熱交換手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項３】
前記内側容器は、光が透過可能なものである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項４】
前記内側容器の内部には、前記吸着剤として、複数のシリカゲル粒子が封入されており、
当該複数のシリカゲル粒子は、一部のシリカゲル粒子又は全部のシリカゲル粒子が、未着色の場合よりも光の吸収を促進可能な着色が施された着色シリカゲル粒子とされている
ことを特徴とする請求項３に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項５】
前記着色シリカゲル粒子は、黒色の着色剤で着色されるとともに、当該着色剤の含有量が照射された光の一部を透過させる程度に調節された黒色半透明シリカゲル粒子である
ことを特徴とする請求項４に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項６】
反射させた光を前記吸着器に対して照射する光反射手段
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項１】
光が透過可能な外側容器と、当該外側容器の内部に設けられた内側容器とを有し、当該内側容器の外面と前記外側容器の内面との間には真空状態とされた断熱空間が形成されており、しかも、前記内側容器の内部には、雰囲気の温度及び当該雰囲気中に含まれる吸着質の分圧に応じて、前記雰囲気中から前記吸着質を吸着、又はすでに吸着している前記吸着質を前記雰囲気中へ脱着する吸着剤が封入された吸着器と、
少なくとも気体が流通可能な流路を介して前記内側容器の内部に連通しており、前記吸着質が前記吸着剤に吸着される状況下では、内部で液化した状態にある前記吸着質を蒸発させる一方、前記吸着剤から脱着された前記吸着質が凝縮する状況下では、凝縮した吸着質を回収する蒸発器と、
前記蒸発器において前記吸着質が蒸発するのに伴って前記蒸発器内の温度が低下する状況下において、前記蒸発器との間で熱交換を行うことにより、前記蒸発器から冷熱を取り出す冷熱取得用熱交換手段と
を備えたことを特徴とする吸着ヒートポンプ。
【請求項２】
前記吸着器内で前記吸着剤が加熱されるのに伴って前記吸着質が脱着する状況下において、前記吸着器から前記蒸発器に至る前記流路上で熱交換を行うことにより、前記流路から温熱を取り出す温熱取得用熱交換手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項３】
前記内側容器は、光が透過可能なものである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項４】
前記内側容器の内部には、前記吸着剤として、複数のシリカゲル粒子が封入されており、
当該複数のシリカゲル粒子は、一部のシリカゲル粒子又は全部のシリカゲル粒子が、未着色の場合よりも光の吸収を促進可能な着色が施された着色シリカゲル粒子とされている
ことを特徴とする請求項３に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項５】
前記着色シリカゲル粒子は、黒色の着色剤で着色されるとともに、当該着色剤の含有量が照射された光の一部を透過させる程度に調節された黒色半透明シリカゲル粒子である
ことを特徴とする請求項４に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項６】
反射させた光を前記吸着器に対して照射する光反射手段
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４１０８７（Ｐ２０１２−１４１０８７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３４３３（Ｐ２０１０−２９３４３３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２３７１１２）富士シリシア化学株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２３７１１２）富士シリシア化学株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
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