吸着ヒートポンプ
【課題】吸着器の容器そのものは変形しやすい構造であるにもかかわらず、吸着器の耐圧性が十分に確保され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、吸着剤１７が内部に封入された吸着器３と、吸着対象物質の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した際に吸着対象物質を凝縮させる一方、吸着対象物質の蒸気圧が低下した際には、液化していた吸着対象物質を蒸発させる蒸発器５と、吸着器３と蒸発器５との間に介在して、吸着器３の内部空間と蒸発器５の内部空間とを連通させる配管７と、蒸発器５内の温度が低下した際に、蒸発器５との間で熱交換を行うことにより、蒸発器５から冷熱を取り出す熱交換手段９とを備えている。吸着器３は、金属容器１３が、大気圧を受けて吸着剤１７に密着する形態に変形することにより、受光面１１との間に吸着剤１７を挟み込む構造になっている。
【解決手段】吸着ヒートポンプ１は、吸着剤１７が内部に封入された吸着器３と、吸着対象物質の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した際に吸着対象物質を凝縮させる一方、吸着対象物質の蒸気圧が低下した際には、液化していた吸着対象物質を蒸発させる蒸発器５と、吸着器３と蒸発器５との間に介在して、吸着器３の内部空間と蒸発器５の内部空間とを連通させる配管７と、蒸発器５内の温度が低下した際に、蒸発器５との間で熱交換を行うことにより、蒸発器５から冷熱を取り出す熱交換手段９とを備えている。吸着器３は、金属容器１３が、大気圧を受けて吸着剤１７に密着する形態に変形することにより、受光面１１との間に吸着剤１７を挟み込む構造になっている。
【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。
【０００３】
そのため、この種のシステムにおいては、系外から系内に外気が流入しないようにする必要があり、吸着器や蒸発器、それらを結ぶ配管などには、高度な気密性が要求される。また、系内が大気圧よりも低圧になることがあり、それ故、系の内外で圧力差が生じても問題を招かない程度の耐圧性が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、吸着器の気密性や耐圧性を高めるため、従来は、吸着剤を収容する容器そのものの構造を耐圧構造にする、といった対応を行っていたため、そのような耐圧容器にコストがかかり、吸着ヒートポンプシステムの普及を妨げる要因になっていた。
【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、吸着器の容器そのものは変形しやすい構造であるにもかかわらず、吸着器の耐圧性が十分に確保され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、吸着対象物質を吸着可能で、加熱された際には吸着済みの前記吸着対象物質を脱着する吸着剤が、内部に封入された吸着器と、前記吸着対象物質の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した際に、前記吸着対象物質を凝縮させる一方、前記吸着対象物質の蒸気圧が低下した際には、液化していた前記吸着対象物質を蒸発させる蒸発器と、前記吸着器と前記蒸発器との間に介在して、前記吸着器の内部空間と前記蒸発器の内部空間とを連通させる配管と、前記蒸発器内の温度が低下した際に、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熱交換手段とを備え、前記吸着器は、一方の面が太陽光を受光する受光面となっていて、日中には、前記受光面側で太陽光を受光することにより、内部にある前記吸着剤を加熱して、前記吸着剤から前記吸着対象物質を脱着させ、当該脱着させた前記吸着対象物質が前記配管を介して前記蒸発器に到達すると前記蒸発器内で前記吸着対象物質が凝縮し、一方、夜間には、前記吸着剤によって前記吸着対象物質を吸着すると、前記蒸発器内で前記吸着対象物質が蒸発して前記蒸発器内の温度が低下し、その際、前記熱交換手段によって前記蒸発器から取り出される冷熱で、冷却対象を冷却可能に構成されており、しかも、前記吸着器は、少なくとも一部が、大気圧を受けて前記吸着剤に密着する形態に変形することにより、前記受光面との間に前記吸着剤を挟み込む構造になっていることを特徴とする。
【０００８】
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、前記吸着器は、前記受光面が透明材料で形成されることにより、太陽光が受光面を透過して前記吸着剤に照射される構造になっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の吸着ヒートポンプは、請求項２に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着器は、前記受光面が透明なガラス又は透明なプラスチックによって形成されており、しかも、前記吸着剤を挟んで前記受光面とは反対側となる部分が、大気圧を受けて前記吸着剤に密着する形態に変形する金属容器によって構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着器は、前記受光面以外の部分が、断熱材によって包囲されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着剤が、シリカゲルであることを特徴とする。
以下、本発明の構成について、さらに詳しく説明する。
【００１２】
本発明の吸着ヒートポンプにおいて、吸着器は太陽光を受ける場所に設置される。そのため、日中には、太陽光が吸着器に照射され、吸着器の温度が上昇することになる。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、ほぼ常温に維持されるような設置状態とされる。
【００１３】
より具体的には、蒸発器は、例えば、日中でも日陰に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。
【００１４】
以上のような吸着ヒートポンプにおいて、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対象物質が入れられる。そして、吸着器から配管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、吸着対象物質以外の気体成分は系外へ除去される。
【００１５】
これに伴い、蒸発器内の吸着対象物質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着対象物質は、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対象物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。
【００１６】
そして、この状態（例えば、系内が平衡状態に達した状態）において、日中は吸着器の受光面に太陽光が照射され、これにより吸着剤の温度が上昇する。このとき、請求項２に記載したように、受光面が透明材料で形成されていれば、太陽光は透明な受光面を透過して吸着剤に直接当たるので、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金属容器に太陽光が当たるものなど）に比べ、吸着剤そのものを効率良く加熱することができる。
【００１７】
そして、吸着剤が加熱されると、すでに吸着剤に吸着されていた吸着対象物質が吸着剤から脱着され、系内の蒸気圧が上がる。ただし、蒸発器側の温度は、吸着器側よりも温度が低いため、蒸発器内では吸着対象物質が凝縮・液化し、蒸発器内に溜まる。
【００１８】
一方、夜間になると、吸着器の受光面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、これ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対象物質は、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、蒸発器内の吸着対象物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。
【００１９】
こうして低温化した蒸発器からは、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、冷却対象が室内である場合には、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。
【００２０】
さらに、この吸着ヒートポンプにおいて、吸着器は、少なくとも一部が、大気圧を受けて吸着剤に密着する形態に変形することにより、透明材料で形成された受光面との間に吸着剤を挟み込む構造になっている。
【００２１】
このような構造の一例としては、請求項３に記載したように、受光面を透明なガラス又は透明なプラスチックによって形成してあり、吸着剤を挟んで受光面とは反対側となる部分が、大気圧を受けて吸着剤に密着する形態に変形する金属容器によって構成されているものを挙げることができる。
【００２２】
この場合、金属容器としては、例えば、金属の薄板をプレス加工して、透明なガラス板やプラスチック板と重ねた際に、吸着剤の収容空間が形成されるような形態としたものを利用することができる。金属の薄板としては、厚さ１ｍｍ未満程度のものでも十分である。
【００２３】
また、上記のような金属容器の他、さらに薄い金属薄膜とプラスチックフィルムとを積層してなる多層構造のフィルムなどで、大気圧を受けて吸着剤に密着する形態に変形する容器を形成してもよい。
【００２４】
以上のような構造を採用すると、吸着剤そのものが、外部からの圧力を受ける耐圧構造物の一部として機能するので、吸着剤を収容する容器自体には過度な耐圧性能が要求されず、大気圧を受けて変形する程度の材料で容器を構成することができる。
【００２５】
したがって、吸着剤を収容する容器そのものの構造を、内部が減圧しても変形しない程度の耐圧構造にしていた従来技術に比べ、吸着剤を構成する容器にコストがかからなくなり、ひいては吸着ヒートポンプシステム全体の製造コストを抑制することができる。
【００２６】
また、本発明の吸着ヒートポンプにおいて、請求項４に記載のように、吸着器は、受光面以外の部分が、断熱材によって包囲されていると、太陽光を受けたときに吸着器内の温度が効率良く上昇するので、吸着剤を迅速に再生し、吸着能の回復を図ることができる。
【００２７】
さらに、本発明の吸着ヒートポンプにおいては、請求項５に記載のように、吸着剤が、シリカゲルであると好ましい。特に、シリカゲルの場合、他の各種吸着剤に比べ、吸着剤粒子の透明度が高いので、請求項２に記載したように、受光面が透明材料で形成されていれば、吸着器内にシリカゲル粒子を充填した場合に、充填層の奥まで太陽光が透過しやすくなり、吸着剤の充填層を効率良く加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は吸着ヒートポンプの概略構造を示す説明図、（ｂ）は吸着器の縦断面図。
【図２】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３】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４】（ａ）は吸着器の一部を示す縦断面図、（ｂ）は吸着器の一部を金属容器側から見た外観を示す説明図。
【図５】（ａ）はＡ部を拡大して示す説明図、（ｂ）はＡ部の変形例を示す説明図、（ｃ）はＢ部を拡大して示す説明図、（ｄ）はＢ部の変形例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の実施形態について、いくつかの具体的な例を挙げて説明する。
〔１〕第一実施形態
以下に説明する吸着ヒートポンプ１は、図１（ａ）に示すように、吸着器３と、蒸発器５とを備え、これらの内部間が配管７を介して接続された構造になっている。配管７の途中には、三方バルブ７Ａが設けられ、この三方バルブ７Ａを介して真空引きを行うことができる。また、蒸発器５には、蒸発器５と熱交換を行う熱交換流路９が設けられ、この熱交換流路９に熱交換用媒体を流通させることにより、蒸発器５から冷熱を取り出し可能となっている。
【００３０】
これらの構成のうち、吸着器３は、図１（ｂ）に示すように、透明な受光面１１と、金属容器１３と、断熱材１５とを備え、受光面１１と金属容器１３との間に形成される内部空間には、吸着剤１７が充填されている。また、配管７の一端は、受光面１１と金属容器１３との間に形成される内部空間に連通している。配管７の先端にはメッシュ１９が設けられており、配管７内に吸着剤１７が入り込まないようにされている。
【００３１】
受光面１１は、無色透明な板ガラス１１Ａ，１１Ｂを２枚重ねて、それらの板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間にスペーサ１１Ｃを介装することにより、板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間に空間を確保した構造とされている。なお、本実施形態においては、板ガラス１１Ａは９００ｍｍ×９００ｍｍ×３ｍｍ、板ガラス１１Ｂは９００ｍｍ×９００ｍｍ×５ｍｍのものを利用し、板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間の距離は３ｍｍとされている。
【００３２】
このような透明な部材で吸着器３の受光面１１を形成すると、太陽光を吸着器３の内部へと透過させることができ、吸着剤１７を太陽光で直接加熱することができる。ただし、吸着器３の受光面１１は、金属板のような不透明な部材で構成することもでき、この場合は、受光面１１が太陽光で加熱され、その熱が吸着剤１７へ伝わることになる。
【００３３】
また、上記のような二重構造（ペアガラス製）の受光面１１を用いると、吸着器３の保温性を向上させることができる。ただし、いくらか保温性が低下しても問題がない場合は、単一の板ガラスで受光面を形成してもよい。さらに、二重構造の受光面１１を用いる場合、板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間の距離については任意に設定すれば構わないが、実用上は、３〜１０ｍｍ程度の距離が確保されていると好ましい。
【００３４】
金属容器１３は、図４（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、受光面１１によって開口面が塞がれる皿状のものである。本実施形態の場合、厚さ０．３ｍｍのステンレス板をプレス加工したもので、受光面１１と重なり合う部分は、受光面１１と同様９００ｍｍ×９００ｍｍの正方形、プレス加工で形成された凹部の深さは、最大で３０ｍｍとなっている。
【００３５】
この金属容器１３の底面（図４（ｂ）に表れる面）には、プレス加工による折り目１３Ａが形成されており、これにより、同様の折り目が設けられていないものよりも、柔軟性と強度を向上させてある。また、折り目１３Ａは、金属容器１３の底面側から見て略正方形となる形態になっているが、そのコーナー部分１３Ｂには丸みが付けられて、真空引きの際に受ける力が局所に集中しにくい構造とされている。
【００３６】
なお、折り目１３Ａは、金属容器１３の底面側から見て略正方形に見えるものに限らず、例えば、略円形に見えるものなどでもよい。また、略正方形、略円形といった、閉じた環状の形態をなす折り目に限らず、十字状の折り目、格子状の折り目、直線状の折り目などでもよい。また、折り目の数についても、ひとつでもふたつ以上でもよい。
【００３７】
いずれにしても、これらのような折り目を形成しておくと、吸着器３の内部が減圧された際には、金属容器１３の底面が平板状になっているものよりも、金属容器１３の底面が吸着剤１７側へ変形しやすくなり、これにより、金属容器１３の吸着剤１７に対する密着性を向上させることができる。
【００３８】
これら受光面１１と金属容器１３は、両者の周縁部において１０ｍｍ幅で全周にわたってエポキシ樹脂系接着剤を介して互いに接着され、これにより、配管７以外の部分からは気体が透過することのない気密容器を構成している。
【００３９】
断熱材１５は、無数の独立気泡を内包する発泡樹脂（発泡フェノール断熱材、３５ｍｍ厚さ、熱伝導率０．０１９Ｗ／ｍ／ｋ）によって形成されたもので、この断熱材１５と受光面１１との間に形成される空間内に、上述の金属容器１３が収容された構造になっている。
【００４０】
吸着剤１７は、本実施形態においては、平均粒子径３ｍｍのシリカゲル粒子によって構成されている。吸着剤１７の粒子径は、吸着器３内に充填された場合でも、吸着対象物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２０μｍ〜６ｍｍ程度、好ましくは１００μｍ〜３ｍｍ程度とされているとよい。
【００４１】
シリカゲルの場合、他の各種吸着剤に比べ、粒子の透明度が高いので、受光面１１を透過した太陽光は、シリカゲル粒子の充填層のより奥まで透過しやすく、これにより、吸着剤１７の充填層を効率良く加熱することができる。
【００４２】
以上のように構成された吸着ヒートポンプ１において、吸着器３は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、蒸発器５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。
【００４３】
また、吸着器３の温度が上昇した際に、吸着器３からの熱が熱伝導や対流によって蒸発器５へ伝わらないようにする必要がある。通常は、配管７が日陰に配設され、その配管７において放熱が行われるのであれば、それだけで十分であるが、必要があれば、配管７の途中に熱交換器を設けて、空冷又は水冷を行うようにしてもよい。
【００４４】
さらに、蒸発器５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対象物質が入れられる。本実施形態の場合、吸着対象物質としては、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。
【００４５】
そして、図示しない真空ポンプなどが、三方バルブ７Ａを介して配管７に接続されて真空引きが行われ、これにより、吸着器３から配管７を経て蒸発器５に至る系内から、吸着対象物質以外の気体成分が除去される。
【００４６】
真空引きが行われると、金属容器１３は、大気圧を受けて吸着剤１７に密着する形態に変形し、受光面１１との間に吸着剤１７を挟み込む。これにより、吸着剤１７そのものが、外部からの圧力を受ける耐圧構造物の一部として機能する状態になるので、金属容器１３自体には過度な耐圧性能が要求されず、大気圧を受けて変形する程度の材料で金属容器１３を構成してあっても、何ら問題なく運用することができる。
【００４７】
さて、真空引きが行われると、蒸発器５内の吸着対象物質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着対象物質は、吸着器３内で吸着剤１７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５内の吸着対象物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。
【００４８】
この状態において、日中には吸着器３の受光面に太陽光が照射され、これにより吸着剤１７の温度が上昇する。本実施形態においては、実験的に確認したところ、吸着器３内の温度は最大で１００℃を上回る高温にまで達することがあった。
【００４９】
そして、このような高温になる吸着器３内で吸着剤１７が加熱されると、吸着対象物質が吸着剤１７から脱着され、系内の蒸気圧が上がる。ただし、蒸発器５側の温度は、吸着器３側よりも温度が低く、本実施形態の場合、３０℃前後の温度域にあるため、吸着器３側から吸着対象物質（本実施形態の場合は水蒸気）が流入すると、蒸発器５内では吸着対象物質が凝縮・液化し、蒸発器５内に溜まる。
【００５０】
一方、夜間になると、吸着器３の受光面に太陽光が照射されなくなり、しかも、吸着剤１７からは熱放射により放熱が図られ、これに伴って吸着剤１７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対象物質は、吸着器３内で吸着剤１７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５内の吸着対象物質も気化することになり、その結果、蒸発器５内では気化熱が奪われて、蒸発器５内の温度が低下し、本実施形態の場合、蒸発器５内の温度は氷点下となる温度域にまで到達する。
【００５１】
したがって、熱交換流路９に熱交換用媒体を流通させることにより、低温化した蒸発器５から冷熱を取り出すことができ、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。
【００５２】
〔２〕第二実施形態
上記第一実施形態と同様の吸着ヒートポンプ１を構成し、その性能試験を行った。ただし、この第二実施形態において、吸着器３としては、受光面（ガラス）が２３ｃｍ角（厚さは２．５ｃｍ）のものを利用した。また、吸着器３を加熱する熱源としては、投光器（５００Ｗ）を使用し、投光器熱源と受光面（ガラス）の距離は２０ｃｍとした。
【００５３】
そして、日中に相当する時間帯を模して、投光器から吸着器３の受光面に対して光を照射し、夜間に相当する時間帯を模して、投光器を消灯し、４８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２に示す。
【００５４】
図２のグラフにおいて、「表面」は吸着器３内部の表面側で測定した温度、「裏面」は吸着器３内部の裏面側で測定した温度、「連結管」は吸着器３と蒸発器５を結ぶ配管７内で測定した温度、「外気」は吸着ヒートポンプ１の周囲の温度、「蒸発器」は蒸発器５内部の温度を、それぞれ表している。
【００５５】
このグラフから明らかなように、日中に相当する時間帯（投光器を点灯した時間帯）には、吸着器３内部の温度は表面側及び裏面側双方とも急激に上昇し、特に表面側温度については、最大で１００℃を超える温度域にまで到達した。このとき、蒸発器５内の温度も最大となった（図２中の時刻ｔ１）。
【００５６】
一方、この時点で投光器を消灯したところ、その後、吸着器３内部の温度は急激に低下した。このとき、蒸発器５内の温度も低下し、図２中の時刻ｔ２の時点で、蒸発器５内の温度は氷点下に至ることとなった。つまり、夜間に相当する時間帯（投光器を点灯した時間帯）には、蒸発器５内の温度がきわめて低い温度になる。
【００５７】
したがって、熱交換流路９等を利用して蒸発器５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。
〔３〕第三実施形態
上記第一実施形態、第二実施形態と同様の吸着ヒートポンプ１を構成し、その性能試験を行った。ただし、この第三実施形態において、吸着器３としては、３１×５４×２．５ｃｍのものを利用した。また、金属容器１３としては、銅板をプレス加工したものを利用し、受光面１１をなすガラスと金属容器１３をなす銅板は、エポキシ接着剤で接着した。
【００５８】
さらに、吸着器３の内部には、墨汁を混合したシリカゾルをゲル化させて得た球状の半透過黒色シリカ（粒子径５−１０ｍｅｓｈ）を充填した（充填量：２．８５ｋｇ）。このような着色シリカを使用することにより、太陽光の吸収・発熱を促すことができる。蒸発器５としては容積３リットルのガラス瓶を利用し、その蒸発器５に１リットルの水を充填した。
【００５９】
以上のように構成された吸着ヒートポンプ１のうち、吸着器３を太陽光の当たる場所に設置して、４８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３に示す。
【００６０】
図３のグラフにおいて、「吸着器裏」は吸着器３内部の裏面側で測定した温度、「吸着器表」は吸着器３内部の表面側で測定した温度、「蒸発器」は蒸発器５内部の温度、「連結管」は吸着器３と蒸発器５を結ぶ配管７内で測定した温度、「外気温」は吸着ヒートポンプ１の周囲の温度を、それぞれ表している。
【００６１】
このグラフから明らかなように、日中には、吸着器３内部の温度は表面側及び裏面側双方とも上昇し、表面側温度については、最大で８０℃を超える温度域にまで到達した。このとき、蒸発器５内の温度も最大となった（図３中の時刻ｔ３）。この時点で、蒸発器５内の水量は９８０ｍｌあった。
【００６２】
その後、日没の時刻に向かって各部の温度は下降傾向となった。このとき、蒸発器５内の温度も低下し、図３中の時刻ｔ４の時点で、１０℃近くまで低下した。この時点で、蒸発器５内の水量は８２０ｍｌあった。このことから、蒸発器５では、１６０ｍｌの水が蒸発し、その蒸発に伴って蒸発器５内の温度が低下したことがわかる。
【００６３】
〔４〕その他の実施形態
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。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、吸着剤１７を封入する容器（受光面１１及び金属容器１３）として、特定形状・特定寸法のものを例示したが、このような容器の具体的形態は任意であり、他の形態となっていてもよい。
【００６５】
一例を挙げれば、吸着剤１７の充填層の厚さは、上記実施形態では３０ｍｍとしてあったが、これは１〜１０ｃｍ程度であればよく、好ましくは２〜５ｃｍ程度としてあるとよい。また、受光面の面積に関しては特に制限はないが、実用上は０．１〜１０ｍ2程度であると好ましく、少なくとも気体不透過で、耐熱性に関しては１００〜１５０℃程度の温度に耐える耐熱性素材を利用してあると好ましい。
【００６６】
また、上記実施形態では、金属容器１３として、ステンレス板で形成したものを例示したが、銅板、アルミニウム板などの他の金属素材で形成した容器や、プラスチックフィルムなどで形成した容器を利用してもよい。
【００６７】
また、吸着器３内での伝熱を促進するため、太陽光受光面側（受光面１１側）と裏面側（金属容器１３側）との間を、高伝熱性架橋材（例えば、金属部品）で架橋した構造としてもよい。このような高伝熱性架橋材を設ければ、迅速且つ均一に吸着器３内を加熱することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、吸着剤１７としてシリカゲルを用いる例を示したが、シリカゲル以外の吸着剤を用いてもよく、例えば、シリカライト、ゼオライト、活性炭、リン酸アルミニウム、ＭＣＭ（Ｍｏｂｉｌ社）、ＦＳＭ（株式会社豊田中研）などの粒状吸着剤も使用可能である。
【００６９】
また、上記実施形態のように、太陽光の受光面が透明体で構成される場合、受光面近くでは透明な吸着剤をそのまま使用することで、充填層の深層まで太陽光を透過させることができるが、受光面から遠い深層においては、太陽光を吸収する吸着剤を配置してもよい。
【００７０】
このような太陽光を吸収する吸着剤としては、例えば、吸光性の高い活性炭、黒鉛、その他濃色の顔料等といった有色粉体で吸着剤粒子の表面をコーティングしたもの、あるいは、そのような有色粉体を吸着剤粒子の内部に一様に分散させたものなどを挙げることができる。
【００７１】
さらに、上記実施形態では、金属容器１３の形状を、図５（ａ）に拡大して示すような形態としてあったが、この部分に、図５（ｂ）に示すようなベローズ構造２１を設けることにより、真空引きした際に、より柔軟に金属容器１３が変形し、吸着剤１７に密着する構造としてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、金属容器１３において、凹部のコーナー部分１３Ｂの形状を、図５（ｃ）に拡大して示すように、円弧を描く形態としてあったが、図５（ｄ）に示すように、多角形を描く形態としてあってもよく、これでも局所に力が集中するのを緩和することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・吸着ヒートポンプ、３・・・吸着器、５・・・蒸発器、７・・・配管、７Ａ・・・三方バルブ、９・・・熱交換流路、１１・・・ガラス板、１３・・・金属容器、１３Ａ・・・折り目、１３Ｂ・・・コーナー部分、１５・・・断熱材、１７・・・吸着剤、２１・・・ベローズ構造。
【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。
【０００３】
そのため、この種のシステムにおいては、系外から系内に外気が流入しないようにする必要があり、吸着器や蒸発器、それらを結ぶ配管などには、高度な気密性が要求される。また、系内が大気圧よりも低圧になることがあり、それ故、系の内外で圧力差が生じても問題を招かない程度の耐圧性が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、吸着器の気密性や耐圧性を高めるため、従来は、吸着剤を収容する容器そのものの構造を耐圧構造にする、といった対応を行っていたため、そのような耐圧容器にコストがかかり、吸着ヒートポンプシステムの普及を妨げる要因になっていた。
【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、吸着器の容器そのものは変形しやすい構造であるにもかかわらず、吸着器の耐圧性が十分に確保され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、吸着対象物質を吸着可能で、加熱された際には吸着済みの前記吸着対象物質を脱着する吸着剤が、内部に封入された吸着器と、前記吸着対象物質の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した際に、前記吸着対象物質を凝縮させる一方、前記吸着対象物質の蒸気圧が低下した際には、液化していた前記吸着対象物質を蒸発させる蒸発器と、前記吸着器と前記蒸発器との間に介在して、前記吸着器の内部空間と前記蒸発器の内部空間とを連通させる配管と、前記蒸発器内の温度が低下した際に、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熱交換手段とを備え、前記吸着器は、一方の面が太陽光を受光する受光面となっていて、日中には、前記受光面側で太陽光を受光することにより、内部にある前記吸着剤を加熱して、前記吸着剤から前記吸着対象物質を脱着させ、当該脱着させた前記吸着対象物質が前記配管を介して前記蒸発器に到達すると前記蒸発器内で前記吸着対象物質が凝縮し、一方、夜間には、前記吸着剤によって前記吸着対象物質を吸着すると、前記蒸発器内で前記吸着対象物質が蒸発して前記蒸発器内の温度が低下し、その際、前記熱交換手段によって前記蒸発器から取り出される冷熱で、冷却対象を冷却可能に構成されており、しかも、前記吸着器は、少なくとも一部が、大気圧を受けて前記吸着剤に密着する形態に変形することにより、前記受光面との間に前記吸着剤を挟み込む構造になっていることを特徴とする。
【０００８】
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、前記吸着器は、前記受光面が透明材料で形成されることにより、太陽光が受光面を透過して前記吸着剤に照射される構造になっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の吸着ヒートポンプは、請求項２に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着器は、前記受光面が透明なガラス又は透明なプラスチックによって形成されており、しかも、前記吸着剤を挟んで前記受光面とは反対側となる部分が、大気圧を受けて前記吸着剤に密着する形態に変形する金属容器によって構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着器は、前記受光面以外の部分が、断熱材によって包囲されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の吸着ヒートポンプは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプにおいて、前記吸着剤が、シリカゲルであることを特徴とする。
以下、本発明の構成について、さらに詳しく説明する。
【００１２】
本発明の吸着ヒートポンプにおいて、吸着器は太陽光を受ける場所に設置される。そのため、日中には、太陽光が吸着器に照射され、吸着器の温度が上昇することになる。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、ほぼ常温に維持されるような設置状態とされる。
【００１３】
より具体的には、蒸発器は、例えば、日中でも日陰に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。
【００１４】
以上のような吸着ヒートポンプにおいて、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対象物質が入れられる。そして、吸着器から配管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、吸着対象物質以外の気体成分は系外へ除去される。
【００１５】
これに伴い、蒸発器内の吸着対象物質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着対象物質は、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対象物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。
【００１６】
そして、この状態（例えば、系内が平衡状態に達した状態）において、日中は吸着器の受光面に太陽光が照射され、これにより吸着剤の温度が上昇する。このとき、請求項２に記載したように、受光面が透明材料で形成されていれば、太陽光は透明な受光面を透過して吸着剤に直接当たるので、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金属容器に太陽光が当たるものなど）に比べ、吸着剤そのものを効率良く加熱することができる。
【００１７】
そして、吸着剤が加熱されると、すでに吸着剤に吸着されていた吸着対象物質が吸着剤から脱着され、系内の蒸気圧が上がる。ただし、蒸発器側の温度は、吸着器側よりも温度が低いため、蒸発器内では吸着対象物質が凝縮・液化し、蒸発器内に溜まる。
【００１８】
一方、夜間になると、吸着器の受光面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、これ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対象物質は、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、蒸発器内の吸着対象物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。
【００１９】
こうして低温化した蒸発器からは、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、冷却対象が室内である場合には、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。
【００２０】
さらに、この吸着ヒートポンプにおいて、吸着器は、少なくとも一部が、大気圧を受けて吸着剤に密着する形態に変形することにより、透明材料で形成された受光面との間に吸着剤を挟み込む構造になっている。
【００２１】
このような構造の一例としては、請求項３に記載したように、受光面を透明なガラス又は透明なプラスチックによって形成してあり、吸着剤を挟んで受光面とは反対側となる部分が、大気圧を受けて吸着剤に密着する形態に変形する金属容器によって構成されているものを挙げることができる。
【００２２】
この場合、金属容器としては、例えば、金属の薄板をプレス加工して、透明なガラス板やプラスチック板と重ねた際に、吸着剤の収容空間が形成されるような形態としたものを利用することができる。金属の薄板としては、厚さ１ｍｍ未満程度のものでも十分である。
【００２３】
また、上記のような金属容器の他、さらに薄い金属薄膜とプラスチックフィルムとを積層してなる多層構造のフィルムなどで、大気圧を受けて吸着剤に密着する形態に変形する容器を形成してもよい。
【００２４】
以上のような構造を採用すると、吸着剤そのものが、外部からの圧力を受ける耐圧構造物の一部として機能するので、吸着剤を収容する容器自体には過度な耐圧性能が要求されず、大気圧を受けて変形する程度の材料で容器を構成することができる。
【００２５】
したがって、吸着剤を収容する容器そのものの構造を、内部が減圧しても変形しない程度の耐圧構造にしていた従来技術に比べ、吸着剤を構成する容器にコストがかからなくなり、ひいては吸着ヒートポンプシステム全体の製造コストを抑制することができる。
【００２６】
また、本発明の吸着ヒートポンプにおいて、請求項４に記載のように、吸着器は、受光面以外の部分が、断熱材によって包囲されていると、太陽光を受けたときに吸着器内の温度が効率良く上昇するので、吸着剤を迅速に再生し、吸着能の回復を図ることができる。
【００２７】
さらに、本発明の吸着ヒートポンプにおいては、請求項５に記載のように、吸着剤が、シリカゲルであると好ましい。特に、シリカゲルの場合、他の各種吸着剤に比べ、吸着剤粒子の透明度が高いので、請求項２に記載したように、受光面が透明材料で形成されていれば、吸着器内にシリカゲル粒子を充填した場合に、充填層の奥まで太陽光が透過しやすくなり、吸着剤の充填層を効率良く加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は吸着ヒートポンプの概略構造を示す説明図、（ｂ）は吸着器の縦断面図。
【図２】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３】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４】（ａ）は吸着器の一部を示す縦断面図、（ｂ）は吸着器の一部を金属容器側から見た外観を示す説明図。
【図５】（ａ）はＡ部を拡大して示す説明図、（ｂ）はＡ部の変形例を示す説明図、（ｃ）はＢ部を拡大して示す説明図、（ｄ）はＢ部の変形例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の実施形態について、いくつかの具体的な例を挙げて説明する。
〔１〕第一実施形態
以下に説明する吸着ヒートポンプ１は、図１（ａ）に示すように、吸着器３と、蒸発器５とを備え、これらの内部間が配管７を介して接続された構造になっている。配管７の途中には、三方バルブ７Ａが設けられ、この三方バルブ７Ａを介して真空引きを行うことができる。また、蒸発器５には、蒸発器５と熱交換を行う熱交換流路９が設けられ、この熱交換流路９に熱交換用媒体を流通させることにより、蒸発器５から冷熱を取り出し可能となっている。
【００３０】
これらの構成のうち、吸着器３は、図１（ｂ）に示すように、透明な受光面１１と、金属容器１３と、断熱材１５とを備え、受光面１１と金属容器１３との間に形成される内部空間には、吸着剤１７が充填されている。また、配管７の一端は、受光面１１と金属容器１３との間に形成される内部空間に連通している。配管７の先端にはメッシュ１９が設けられており、配管７内に吸着剤１７が入り込まないようにされている。
【００３１】
受光面１１は、無色透明な板ガラス１１Ａ，１１Ｂを２枚重ねて、それらの板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間にスペーサ１１Ｃを介装することにより、板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間に空間を確保した構造とされている。なお、本実施形態においては、板ガラス１１Ａは９００ｍｍ×９００ｍｍ×３ｍｍ、板ガラス１１Ｂは９００ｍｍ×９００ｍｍ×５ｍｍのものを利用し、板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間の距離は３ｍｍとされている。
【００３２】
このような透明な部材で吸着器３の受光面１１を形成すると、太陽光を吸着器３の内部へと透過させることができ、吸着剤１７を太陽光で直接加熱することができる。ただし、吸着器３の受光面１１は、金属板のような不透明な部材で構成することもでき、この場合は、受光面１１が太陽光で加熱され、その熱が吸着剤１７へ伝わることになる。
【００３３】
また、上記のような二重構造（ペアガラス製）の受光面１１を用いると、吸着器３の保温性を向上させることができる。ただし、いくらか保温性が低下しても問題がない場合は、単一の板ガラスで受光面を形成してもよい。さらに、二重構造の受光面１１を用いる場合、板ガラス１１Ａ，１１Ｂ間の距離については任意に設定すれば構わないが、実用上は、３〜１０ｍｍ程度の距離が確保されていると好ましい。
【００３４】
金属容器１３は、図４（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、受光面１１によって開口面が塞がれる皿状のものである。本実施形態の場合、厚さ０．３ｍｍのステンレス板をプレス加工したもので、受光面１１と重なり合う部分は、受光面１１と同様９００ｍｍ×９００ｍｍの正方形、プレス加工で形成された凹部の深さは、最大で３０ｍｍとなっている。
【００３５】
この金属容器１３の底面（図４（ｂ）に表れる面）には、プレス加工による折り目１３Ａが形成されており、これにより、同様の折り目が設けられていないものよりも、柔軟性と強度を向上させてある。また、折り目１３Ａは、金属容器１３の底面側から見て略正方形となる形態になっているが、そのコーナー部分１３Ｂには丸みが付けられて、真空引きの際に受ける力が局所に集中しにくい構造とされている。
【００３６】
なお、折り目１３Ａは、金属容器１３の底面側から見て略正方形に見えるものに限らず、例えば、略円形に見えるものなどでもよい。また、略正方形、略円形といった、閉じた環状の形態をなす折り目に限らず、十字状の折り目、格子状の折り目、直線状の折り目などでもよい。また、折り目の数についても、ひとつでもふたつ以上でもよい。
【００３７】
いずれにしても、これらのような折り目を形成しておくと、吸着器３の内部が減圧された際には、金属容器１３の底面が平板状になっているものよりも、金属容器１３の底面が吸着剤１７側へ変形しやすくなり、これにより、金属容器１３の吸着剤１７に対する密着性を向上させることができる。
【００３８】
これら受光面１１と金属容器１３は、両者の周縁部において１０ｍｍ幅で全周にわたってエポキシ樹脂系接着剤を介して互いに接着され、これにより、配管７以外の部分からは気体が透過することのない気密容器を構成している。
【００３９】
断熱材１５は、無数の独立気泡を内包する発泡樹脂（発泡フェノール断熱材、３５ｍｍ厚さ、熱伝導率０．０１９Ｗ／ｍ／ｋ）によって形成されたもので、この断熱材１５と受光面１１との間に形成される空間内に、上述の金属容器１３が収容された構造になっている。
【００４０】
吸着剤１７は、本実施形態においては、平均粒子径３ｍｍのシリカゲル粒子によって構成されている。吸着剤１７の粒子径は、吸着器３内に充填された場合でも、吸着対象物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２０μｍ〜６ｍｍ程度、好ましくは１００μｍ〜３ｍｍ程度とされているとよい。
【００４１】
シリカゲルの場合、他の各種吸着剤に比べ、粒子の透明度が高いので、受光面１１を透過した太陽光は、シリカゲル粒子の充填層のより奥まで透過しやすく、これにより、吸着剤１７の充填層を効率良く加熱することができる。
【００４２】
以上のように構成された吸着ヒートポンプ１において、吸着器３は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、蒸発器５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。
【００４３】
また、吸着器３の温度が上昇した際に、吸着器３からの熱が熱伝導や対流によって蒸発器５へ伝わらないようにする必要がある。通常は、配管７が日陰に配設され、その配管７において放熱が行われるのであれば、それだけで十分であるが、必要があれば、配管７の途中に熱交換器を設けて、空冷又は水冷を行うようにしてもよい。
【００４４】
さらに、蒸発器５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対象物質が入れられる。本実施形態の場合、吸着対象物質としては、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。
【００４５】
そして、図示しない真空ポンプなどが、三方バルブ７Ａを介して配管７に接続されて真空引きが行われ、これにより、吸着器３から配管７を経て蒸発器５に至る系内から、吸着対象物質以外の気体成分が除去される。
【００４６】
真空引きが行われると、金属容器１３は、大気圧を受けて吸着剤１７に密着する形態に変形し、受光面１１との間に吸着剤１７を挟み込む。これにより、吸着剤１７そのものが、外部からの圧力を受ける耐圧構造物の一部として機能する状態になるので、金属容器１３自体には過度な耐圧性能が要求されず、大気圧を受けて変形する程度の材料で金属容器１３を構成してあっても、何ら問題なく運用することができる。
【００４７】
さて、真空引きが行われると、蒸発器５内の吸着対象物質は、系内の蒸気圧に応じて気化することになり、気化した吸着対象物質は、吸着器３内で吸着剤１７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５内の吸着対象物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。
【００４８】
この状態において、日中には吸着器３の受光面に太陽光が照射され、これにより吸着剤１７の温度が上昇する。本実施形態においては、実験的に確認したところ、吸着器３内の温度は最大で１００℃を上回る高温にまで達することがあった。
【００４９】
そして、このような高温になる吸着器３内で吸着剤１７が加熱されると、吸着対象物質が吸着剤１７から脱着され、系内の蒸気圧が上がる。ただし、蒸発器５側の温度は、吸着器３側よりも温度が低く、本実施形態の場合、３０℃前後の温度域にあるため、吸着器３側から吸着対象物質（本実施形態の場合は水蒸気）が流入すると、蒸発器５内では吸着対象物質が凝縮・液化し、蒸発器５内に溜まる。
【００５０】
一方、夜間になると、吸着器３の受光面に太陽光が照射されなくなり、しかも、吸着剤１７からは熱放射により放熱が図られ、これに伴って吸着剤１７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対象物質は、吸着器３内で吸着剤１７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５内の吸着対象物質も気化することになり、その結果、蒸発器５内では気化熱が奪われて、蒸発器５内の温度が低下し、本実施形態の場合、蒸発器５内の温度は氷点下となる温度域にまで到達する。
【００５１】
したがって、熱交換流路９に熱交換用媒体を流通させることにより、低温化した蒸発器５から冷熱を取り出すことができ、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。
【００５２】
〔２〕第二実施形態
上記第一実施形態と同様の吸着ヒートポンプ１を構成し、その性能試験を行った。ただし、この第二実施形態において、吸着器３としては、受光面（ガラス）が２３ｃｍ角（厚さは２．５ｃｍ）のものを利用した。また、吸着器３を加熱する熱源としては、投光器（５００Ｗ）を使用し、投光器熱源と受光面（ガラス）の距離は２０ｃｍとした。
【００５３】
そして、日中に相当する時間帯を模して、投光器から吸着器３の受光面に対して光を照射し、夜間に相当する時間帯を模して、投光器を消灯し、４８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２に示す。
【００５４】
図２のグラフにおいて、「表面」は吸着器３内部の表面側で測定した温度、「裏面」は吸着器３内部の裏面側で測定した温度、「連結管」は吸着器３と蒸発器５を結ぶ配管７内で測定した温度、「外気」は吸着ヒートポンプ１の周囲の温度、「蒸発器」は蒸発器５内部の温度を、それぞれ表している。
【００５５】
このグラフから明らかなように、日中に相当する時間帯（投光器を点灯した時間帯）には、吸着器３内部の温度は表面側及び裏面側双方とも急激に上昇し、特に表面側温度については、最大で１００℃を超える温度域にまで到達した。このとき、蒸発器５内の温度も最大となった（図２中の時刻ｔ１）。
【００５６】
一方、この時点で投光器を消灯したところ、その後、吸着器３内部の温度は急激に低下した。このとき、蒸発器５内の温度も低下し、図２中の時刻ｔ２の時点で、蒸発器５内の温度は氷点下に至ることとなった。つまり、夜間に相当する時間帯（投光器を点灯した時間帯）には、蒸発器５内の温度がきわめて低い温度になる。
【００５７】
したがって、熱交換流路９等を利用して蒸発器５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。
〔３〕第三実施形態
上記第一実施形態、第二実施形態と同様の吸着ヒートポンプ１を構成し、その性能試験を行った。ただし、この第三実施形態において、吸着器３としては、３１×５４×２．５ｃｍのものを利用した。また、金属容器１３としては、銅板をプレス加工したものを利用し、受光面１１をなすガラスと金属容器１３をなす銅板は、エポキシ接着剤で接着した。
【００５８】
さらに、吸着器３の内部には、墨汁を混合したシリカゾルをゲル化させて得た球状の半透過黒色シリカ（粒子径５−１０ｍｅｓｈ）を充填した（充填量：２．８５ｋｇ）。このような着色シリカを使用することにより、太陽光の吸収・発熱を促すことができる。蒸発器５としては容積３リットルのガラス瓶を利用し、その蒸発器５に１リットルの水を充填した。
【００５９】
以上のように構成された吸着ヒートポンプ１のうち、吸着器３を太陽光の当たる場所に設置して、４８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３に示す。
【００６０】
図３のグラフにおいて、「吸着器裏」は吸着器３内部の裏面側で測定した温度、「吸着器表」は吸着器３内部の表面側で測定した温度、「蒸発器」は蒸発器５内部の温度、「連結管」は吸着器３と蒸発器５を結ぶ配管７内で測定した温度、「外気温」は吸着ヒートポンプ１の周囲の温度を、それぞれ表している。
【００６１】
このグラフから明らかなように、日中には、吸着器３内部の温度は表面側及び裏面側双方とも上昇し、表面側温度については、最大で８０℃を超える温度域にまで到達した。このとき、蒸発器５内の温度も最大となった（図３中の時刻ｔ３）。この時点で、蒸発器５内の水量は９８０ｍｌあった。
【００６２】
その後、日没の時刻に向かって各部の温度は下降傾向となった。このとき、蒸発器５内の温度も低下し、図３中の時刻ｔ４の時点で、１０℃近くまで低下した。この時点で、蒸発器５内の水量は８２０ｍｌあった。このことから、蒸発器５では、１６０ｍｌの水が蒸発し、その蒸発に伴って蒸発器５内の温度が低下したことがわかる。
【００６３】
〔４〕その他の実施形態
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。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、吸着剤１７を封入する容器（受光面１１及び金属容器１３）として、特定形状・特定寸法のものを例示したが、このような容器の具体的形態は任意であり、他の形態となっていてもよい。
【００６５】
一例を挙げれば、吸着剤１７の充填層の厚さは、上記実施形態では３０ｍｍとしてあったが、これは１〜１０ｃｍ程度であればよく、好ましくは２〜５ｃｍ程度としてあるとよい。また、受光面の面積に関しては特に制限はないが、実用上は０．１〜１０ｍ2程度であると好ましく、少なくとも気体不透過で、耐熱性に関しては１００〜１５０℃程度の温度に耐える耐熱性素材を利用してあると好ましい。
【００６６】
また、上記実施形態では、金属容器１３として、ステンレス板で形成したものを例示したが、銅板、アルミニウム板などの他の金属素材で形成した容器や、プラスチックフィルムなどで形成した容器を利用してもよい。
【００６７】
また、吸着器３内での伝熱を促進するため、太陽光受光面側（受光面１１側）と裏面側（金属容器１３側）との間を、高伝熱性架橋材（例えば、金属部品）で架橋した構造としてもよい。このような高伝熱性架橋材を設ければ、迅速且つ均一に吸着器３内を加熱することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、吸着剤１７としてシリカゲルを用いる例を示したが、シリカゲル以外の吸着剤を用いてもよく、例えば、シリカライト、ゼオライト、活性炭、リン酸アルミニウム、ＭＣＭ（Ｍｏｂｉｌ社）、ＦＳＭ（株式会社豊田中研）などの粒状吸着剤も使用可能である。
【００６９】
また、上記実施形態のように、太陽光の受光面が透明体で構成される場合、受光面近くでは透明な吸着剤をそのまま使用することで、充填層の深層まで太陽光を透過させることができるが、受光面から遠い深層においては、太陽光を吸収する吸着剤を配置してもよい。
【００７０】
このような太陽光を吸収する吸着剤としては、例えば、吸光性の高い活性炭、黒鉛、その他濃色の顔料等といった有色粉体で吸着剤粒子の表面をコーティングしたもの、あるいは、そのような有色粉体を吸着剤粒子の内部に一様に分散させたものなどを挙げることができる。
【００７１】
さらに、上記実施形態では、金属容器１３の形状を、図５（ａ）に拡大して示すような形態としてあったが、この部分に、図５（ｂ）に示すようなベローズ構造２１を設けることにより、真空引きした際に、より柔軟に金属容器１３が変形し、吸着剤１７に密着する構造としてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、金属容器１３において、凹部のコーナー部分１３Ｂの形状を、図５（ｃ）に拡大して示すように、円弧を描く形態としてあったが、図５（ｄ）に示すように、多角形を描く形態としてあってもよく、これでも局所に力が集中するのを緩和することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・吸着ヒートポンプ、３・・・吸着器、５・・・蒸発器、７・・・配管、７Ａ・・・三方バルブ、９・・・熱交換流路、１１・・・ガラス板、１３・・・金属容器、１３Ａ・・・折り目、１３Ｂ・・・コーナー部分、１５・・・断熱材、１７・・・吸着剤、２１・・・ベローズ構造。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着対象物質を吸着可能で、加熱された際には吸着済みの前記吸着対象物質を脱着する吸着剤が、内部に封入された吸着器と、
前記吸着対象物質の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した際に、前記吸着対象物質を凝縮させる一方、前記吸着対象物質の蒸気圧が低下した際には、液化していた前記吸着対象物質を蒸発させる蒸発器と、
前記吸着器と前記蒸発器との間に介在して、前記吸着器の内部空間と前記蒸発器の内部空間とを連通させる配管と、
前記蒸発器内の温度が低下した際に、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熱交換手段と
を備え、
前記吸着器は、一方の面が太陽光を受光する受光面となっていて、日中には、前記受光面側で太陽光を受光することにより、内部にある前記吸着剤を加熱して、前記吸着剤から前記吸着対象物質を脱着させ、当該脱着させた前記吸着対象物質が前記配管を介して前記蒸発器に到達すると前記蒸発器内で前記吸着対象物質が凝縮し、一方、夜間には、前記吸着剤によって前記吸着対象物質を吸着すると、前記蒸発器内で前記吸着対象物質が蒸発して前記蒸発器内の温度が低下し、その際、前記熱交換手段によって前記蒸発器から取り出される冷熱で、冷却対象を冷却可能に構成されており、しかも、
前記吸着器は、少なくとも一部が、大気圧を受けて前記吸着剤に密着する形態に変形することにより、前記受光面との間に前記吸着剤を挟み込む構造になっている
ことを特徴とする吸着ヒートポンプ。
【請求項２】
前記吸着器は、前記受光面が透明材料で形成されることにより、太陽光が受光面を透過して前記吸着剤に照射される構造になっている
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】
前記吸着器は、前記受光面が透明なガラス又は透明なプラスチックによって形成されており、しかも、前記吸着剤を挟んで前記受光面とは反対側となる部分が、前記受光面よりも変形しやすい構造とされた金属容器によって構成され、前記吸着器内が減圧された際には、前記金属容器が大気圧によって加圧されることで、前記吸着剤に密着する形態に変形する
ことを特徴とする請求項２に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項４】
前記吸着器は、前記受光面以外の部分が、断熱材によって包囲されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項５】
前記吸着剤が、シリカゲル又は顔料を含む着色シリカゲルである
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項１】
吸着対象物質を吸着可能で、加熱された際には吸着済みの前記吸着対象物質を脱着する吸着剤が、内部に封入された吸着器と、
前記吸着対象物質の蒸気圧が飽和蒸気圧に達した際に、前記吸着対象物質を凝縮させる一方、前記吸着対象物質の蒸気圧が低下した際には、液化していた前記吸着対象物質を蒸発させる蒸発器と、
前記吸着器と前記蒸発器との間に介在して、前記吸着器の内部空間と前記蒸発器の内部空間とを連通させる配管と、
前記蒸発器内の温度が低下した際に、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熱交換手段と
を備え、
前記吸着器は、一方の面が太陽光を受光する受光面となっていて、日中には、前記受光面側で太陽光を受光することにより、内部にある前記吸着剤を加熱して、前記吸着剤から前記吸着対象物質を脱着させ、当該脱着させた前記吸着対象物質が前記配管を介して前記蒸発器に到達すると前記蒸発器内で前記吸着対象物質が凝縮し、一方、夜間には、前記吸着剤によって前記吸着対象物質を吸着すると、前記蒸発器内で前記吸着対象物質が蒸発して前記蒸発器内の温度が低下し、その際、前記熱交換手段によって前記蒸発器から取り出される冷熱で、冷却対象を冷却可能に構成されており、しかも、
前記吸着器は、少なくとも一部が、大気圧を受けて前記吸着剤に密着する形態に変形することにより、前記受光面との間に前記吸着剤を挟み込む構造になっている
ことを特徴とする吸着ヒートポンプ。
【請求項２】
前記吸着器は、前記受光面が透明材料で形成されることにより、太陽光が受光面を透過して前記吸着剤に照射される構造になっている
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】
前記吸着器は、前記受光面が透明なガラス又は透明なプラスチックによって形成されており、しかも、前記吸着剤を挟んで前記受光面とは反対側となる部分が、前記受光面よりも変形しやすい構造とされた金属容器によって構成され、前記吸着器内が減圧された際には、前記金属容器が大気圧によって加圧されることで、前記吸着剤に密着する形態に変形する
ことを特徴とする請求項２に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項４】
前記吸着器は、前記受光面以外の部分が、断熱材によって包囲されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプ。
【請求項５】
前記吸着剤が、シリカゲル又は顔料を含む着色シリカゲルである
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の吸着ヒートポンプ。
【図２】
【図３】
【図１】
【図４】
【図５】
【図３】
【図１】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８３０１５（Ｐ２０１２−８３０１５Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２８８３８（Ｐ２０１０−２２８８３８）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【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４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【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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