ヒートポンプ(英: heat pump)は、外部から電気・熱などの駆動エネルギーを与えて、低い温度の部分から温度の高い部分へ熱を移動させる装置。
理論上は逆カルノーサイクルが最高効率である。19世紀後半より、熱力学の理論としては確立されていた。
冷却にも加熱にも同じ原理が使える。熱の移送の方向を逆にして同じ装置を加熱にも冷却にも使ったり(エアコンなど)、冷温熱同時取り出し(給湯製氷機など)も可能である。
冷却(冷房・冷蔵・冷凍・製氷)には実用的な代替手段が乏しいため、ほぼ全ての分野でヒートポンプが使われている。加熱(暖房・給湯)の場合、発熱現象そのもの(燃焼など)を利用する従来の方法に徐々に取って代わりつつある。大気・水(地下水・河川・下水道)・排熱から、投入エネルギー(電気が多いがその他の動力・熱のものもある)の3?6倍の熱を回収し省エネルギーを可能とする。
すなわちヒートポンプの特徴は2点あり、ひとつは1世紀以上も歴史がある熱移動による冷却技術と、もうひとつは1970年代後半に実用化された熱回収によって加熱を行う省エネルギー技術である。
目次
1 原理
2 種類
3 普及・技術改善の背景
3.1 社会的要因
3.2 日本の気候
4 普及
4.1 日本
4.2 世界
5 環境問題
6 関連項目
7 外部リンク
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原理気体液化ヒートポンプのしくみ。
1:凝縮器、2:膨張弁、3:蒸発器、4:圧縮機
赤が高温、青が低温。
広く普及しているヒートポンプは、冷媒または熱媒(本質的に同じもので、加熱に使うか冷却に使うかで呼び名が変わる)に起こる、可逆な発熱現象と吸熱現象の組を利用する。たとえば冷房では、冷媒に室内と室外を往復させ、室内で吸熱現象、室外で発熱現象を起こさせる。冷媒・熱媒の移送には、実際は流体を連続的に循環させることが多い。
ただし、これらとは根本的に動作原理の異なるヒートポンプもある。
種類ペルティエ素子(半導体ヒートポンプ)
冷媒・熱媒に起こる発熱・吸熱現象を利用するもの
蒸気圧縮ヒートポンプ(気体液化ヒートポンプ) - 気化熱と液化熱を利用する。
スターリングヒートポンプ - スターリングエンジン(温度差からエネルギーを得る)の逆現象
化学ヒートポンプ(ケミカルヒートポンプ) - 互いに可逆な発熱反応と吸熱反応を利用する。
吸収式ヒートポンプ
吸着式ヒートポンプ
化学反応式ヒートポンプ - これのみを化学ヒートポンプと言うこともある。
その他 - ハイドレートヒートポンプ、水素吸蔵ヒートポンプなど。
その他の発熱・吸熱現象を利用するもの
磁気冷却 - 磁気熱量効果を利用する。
熱音響冷却 - 熱音響現象(熱と音波の相互変換)を利用する。
温度差を直接生み出すもの
ペルティエ素子(半導体ヒートポンプ) - ペルティエ効果を利用する。
ペルティエ素子は、エネルギーを費やして熱を移送するヒートポンプではあるが、通常のヒートポンプとは大きく動作原理が異なり、冷媒・熱媒を循環等させるポンプや相当する駆動部品もない。そのため、ヒートポンプに含めないこともある。
冷媒・熱媒を移送する(循環させる)動力源による種類もある。これらは動作原理を示したものではない。
電気ヒートポンプ (EHP) - 電気モーター
ガスヒートポンプ (GHP) - ガス燃料(主に都市ガスまたはLPG)
石油ヒートポンプ - 石油(主に灯油)
ヒートポンプは地球温暖化問題で削減対象となっているCO2の排出抑制技術として注目されている。近年のさまざまな要素技術の改善(インバータによる運転制御、冷却ファンの高効率化、熱交換器の性能向上、コンプレッサの改良など)の積み重ねにより、ヒートポンプの成績係数(COP)はここ数年で大幅に向上してきた。そのCOPの向上には主に技術改善を促す二つの背景があった。