JP6417988B2 - ヒートポンプ - Google Patents
ヒートポンプ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6417988B2 JP6417988B2 JP2015020375A JP2015020375A JP6417988B2 JP 6417988 B2 JP6417988 B2 JP 6417988B2 JP 2015020375 A JP2015020375 A JP 2015020375A JP 2015020375 A JP2015020375 A JP 2015020375A JP 6417988 B2 JP6417988 B2 JP 6417988B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature reaction
- heat
- low
- pressure vessel
- storage alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 247
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 219
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 219
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 194
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 122
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 122
- 238000006757 chemical reactions by type Methods 0.000 claims description 111
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 34
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 30
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 25
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 12
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011232 storage material Substances 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 7
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 6
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 3
- ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N calcium magnesium Chemical compound [Mg].[Ca] ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 3
- UMUXBDSQTCDPJZ-UHFFFAOYSA-N chromium titanium Chemical compound [Ti].[Cr] UMUXBDSQTCDPJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Inorganic materials [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
特許文献1に記載のヒートポンプは、低温反応型水素吸蔵合金と高温反応型水素吸蔵合金を用いて熱増幅を行うものである。このヒートポンプは、100−300℃の熱により低温反応型水素吸蔵合金を加熱し、そこから水素を放出させる。次に、ヒートポンプは、その低温反応型水素吸蔵合金から放出された水素を、300−500℃の原子力排熱により加熱した高温反応型水素吸蔵合金に吸蔵させる。これにより、ヒートポンプは、高温反応型水素吸蔵合金を水素吸蔵反応によって発熱させ、800−1200℃の高熱を取り出している。
しかしながら、高温反応型水素吸蔵合金が収容された複数個の圧力容器に対し、高温反応型水素吸蔵合金を再生する際に必要となるコンプレッサをそれぞれ接続すると、複数個のコンプレッサが必要になる。これにより、ヒートポンプの構成が複雑になると共に、その製造コストが増大することが懸念される。
熱機関から受熱可能に設けられる第1低温反応部は、熱機関の熱により水素を放出可能な第1低温反応型水素吸蔵合金、及び、その第1低温反応型水素吸蔵合金を収容する第1高圧容器を有する。ランキンサイクルに熱供給可能な第1高温反応部は、第1低温反応型水素吸蔵合金から放出された水素を吸蔵することにより発熱可能な第1高温反応型水素吸蔵合金、及び、第1高圧容器よりも低圧状態で第1高温反応型水素吸蔵合金を収容する第1低圧容器を有する。水素移送手段は、第1低圧容器から第1高圧容器へ水素を送ることが可能である。動力発生手段は、第1高圧容器から第1低圧容器へ流れる水素の圧力により動力を発生する。
これにより、ヒートポンプは、動力発生手段が発生する動力を利用することによりエネルギ効率を高めることが可能である。
また、本発明は、熱機関の熱により水素を放出可能な第2低温反応型水素吸蔵合金、及び、第2低温反応型水素吸蔵合金を収容する第2高圧容器を有し、熱機関から受熱可能に設けられる第2低温反応部を備える。また、第2低温反応型水素吸蔵合金から放出された水素を吸蔵することにより発熱可能な第2高温反応型水素吸蔵合金、及び、第2高圧容器よりも低圧状態で第2高温反応型水素吸蔵合金を収容する第2低圧容器を有し、ランキンサイクルに熱供給可能な第2高温反応部を備える。また、熱機関から排出される熱を第1低温反応部へ伝熱する第1熱交換器を備える。また、第1高温反応部の発熱をランキンサイクルに伝熱する第2熱交換器を備える。また、熱機関から排出される熱を第2低温反応部へ伝熱する第3熱交換器を備える。また、第2高温反応部の発熱をランキンサイクルに伝熱する第4熱交換器を備える。また、第1から第4熱交換器及び水素移送手段を駆動制御する制御手段を備える。
本発明では、水素移送手段は、第1低圧容器から第1高圧容器への水素の移送、及び、第2低圧容器から第2高圧容器への水素の移送が可能である。動力発生手段は、第1高圧容器から第1低圧容器へ流れる水素の圧力、及び、第2高圧容器から第2低圧容器へ流れる水素の圧力により動力を発生可能である。制御手段は、第1熱交換器及び第2熱交換器を駆動する際、第3熱交換器及び第4熱交換器の駆動を停止すると共に、水素移送手段により第2低圧容器から第2高圧容器へ水素を移送し、第3熱交換器及び第4熱交換器を駆動する際、第1熱交換器及び第2熱交換器の駆動を停止すると共に、水素移送手段により第1低圧容器から第1高圧容器へ水素を移送する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図9に示す。本実施形態のヒートポンプ1は、熱機関としてのエンジン2の排気管3を流れる排ガスの熱(以下「エンジン2の排熱」という)を増幅し、ランキンサイクル4等に熱供給するものである。本実施形態におけるエンジン2は、特許請求の範囲に記載の「熱機関」の一例に相当する。
なお、図1は、第1低温反応部10がエンジン2の排熱を受熱し、第1高温反応部11からランキンサイクル4へ熱供給する状態を示している。一方、図2は、第2低温反応部20がエンジン2の排熱を受熱し、第2高温反応部21からランキンサイクル4へ熱供給する状態を示している。
本実施形において、第1低温反応部10と第1高温反応部11を含む構成を第1系統と称し、第2低温反応部20と第2高温反応部21を含む構成を第2系統と称する。第1系統と第2系統は、ヒートポンプ1の各部を制御するECU60の制御により、ランキンサイクル4に対し、所定時間間隔で交互に熱供給を行う。
第1系統を構成する第1低温反応部10は、第1高圧容器12、及び、低温反応型水素吸蔵合金13を有する。
第1高圧容器12の内側に充満する水素の圧力は、例えば0.1MPa程度である。この第1高圧容器12に低温反応型水素吸蔵合金13が収容される。
なお、第1高圧容器12が収容する低温反応型水素吸蔵合金13は、特許請求の範囲に記載の「第1低温反応型水素吸蔵合金」に相当する。
なお、第1熱交換器14及び後述する第2−4熱交換器18,24,28に用いられる媒体として、硝酸カリウム(NO3)40%−硝酸ナトリウム(NaNO3)60%を含む溶融塩、または水が例示される。これらの媒体は、エンジン2の異常燃焼などにより媒体の温度が例えば600℃程度になった場合でも分解することなく、熱移動を行うことが可能である。
第1低圧容器16の内側に充満する水素の圧力は、例えば0.08MPa程度である。この第1低圧容器16に高温反応型水素吸蔵合金17が収容される。即ち、第1低圧容器16は、第1高圧容器12よりも低圧状態で高温反応型水素吸蔵合金17を収容している。
なお、第1低圧容器16が収容する高温反応型水素吸蔵合金17は、特許請求の範囲に記載の「第1高温反応型水素吸蔵合金」に相当する。
なお、第1高温反応部11は、第1低温反応部10よりも重力方向上側に配置されているので、第1高温反応部11から第1低温反応部10への第1ヒートパイプ71による熱移動は遮断されている。
第1高温反応部11とランキンサイクル4との間の熱交換は、第2熱交換器18により行われる。図1の状態で、第2熱交換器18に設けられたポンプ19は、ECU60の制御により駆動しており、第2熱交換器18の流路を媒体が循環している。高温反応型水素吸蔵合金17の熱は、第2熱交換器18を経由して、ランキンサイクル4へ伝熱される。本実施形態では、ポンプ15による媒体の流量制御により、第2熱交換器18の流路を流れる媒体は例えば600℃程度に調整される。ランキンサイクル4は、その熱を動力又は電気に変換する。
第2系統を構成する第2低温反応部20は、第2高圧容器22、及び、低温反応型水素吸蔵合金23を有する。第2低温反応部20の構成は、第1低温反応部10の構成と実質的に同一である。
第2高圧容器22が収容する低温反応型水素吸蔵合金23は、特許請求の範囲に記載の「第2低温反応型水素吸蔵合金」に相当する。
排気管3を流れる排ガスと第2低温反応部20との間の熱交換は、第3熱交換器24により行われる。図1の状態で、第3熱交換器24に設けられたポンプ25は、ECU60の制御により駆動を停止している。そのため、エンジン2の排熱は、第2低温反応部20の低温反応型水素吸蔵合金23へ伝熱されていない。
第2低圧容器26が収容する高温反応型水素吸蔵合金27は、特許請求の範囲に記載の「第2高温反応型水素吸蔵合金」に相当する。
また、第2低温反応部20と第2高温反応部21とを接続する第2ヒートパイプ74も、第2管体75及びその内側に充填された作動液76を有する。第2ヒートパイプ74の構成は、第1ヒートパイプ71の構成と実質的に同一である。
上述したように、図1の状態で、第1高圧容器12から延びる配管80と第1低圧容器16から延びる配管81とは、バルブ50とタービン40を介して接続されている。
この状態で、第1高圧容器12と第1低圧容器16との差圧により、第1高圧容器12から第1低圧容器16へ水素が流れると、第1高圧容器12から延びる配管80に接続されたタービン40が回転する。なお、タービン40は、第1低圧容器16から延びる配管81に接続されていてもよい。タービン40は、第1高圧容器12から第1低圧容器16へ流れる水素の圧力により動力を発生する。タービン40の回転軸(図示していない)は、ベルトまたはギヤを介して後述するコンプレッサ30の回転軸(図示していない)に接続されている。なお、タービン40の回転軸とコンプレッサ30の回転軸とは直接接続されていてもよい。これにより、タービン40が発生する動力は、コンプレッサ30の駆動に使用される。
本実施形態のタービン40は、特許請求の範囲に記載の「動力発生手段」の一例に相当する。
本実施形態のコンプレッサ30は、特許請求の範囲に記載の「水素移送手段」の一例に相当する。また、本実施形態のバルブ50は、特許請求の範囲に記載の「流路切替手段」の一例に相当する。
本実施形態のヒートポンプ1が備えるコンプレッサ30は1個である。コンプレッサ30は、ECU60の制御により、モータ31が発生した動力、および、タービン40が発生した動力の少なくともいずれか一方を動力源として駆動する。コンプレッサ30は、バキュームコンプレッサであり、第2低圧容器26を減圧し、第2高圧容器22を加圧することが可能である。これにより、第2低圧容器26に収容された高温反応型水素吸蔵合金27が水素を放出し、その水素が第2低圧容器26から第2高圧容器22へ送られる。また、第2高圧容器22に収容された低温反応型水素吸蔵合金23は水素を吸蔵する。その際、低温反応型水素吸蔵合金23は水素の吸蔵により発熱し、高温反応型水素吸蔵合金27は水素の放出により吸熱する。
なお、図1の状態で、第4熱交換器28に設けられたポンプ29は、ECU60の制御により駆動を停止している。そのため、第2高温反応部21の高温反応型水素吸蔵合金27の吸熱によりランキンサイクル4の熱が奪われることはない。
バルブ50は、円柱状のバルブ本体55と、そのバルブ本体55を収容可能な筒状の穴を有するハウジング56とを有する。バルブ本体55は、第1−第4流路51−54を有する。ハウジング56には複数の配管80−87が接続可能である。図3において、ハウジング56には、周方向に、「第1高温反応部11から延びる配管81」、「第1低温反応部10から延びる配管80」、「コンプレッサ30の出口側の配管87」、「タービン40の入口側の配管84」、「第2高温反応部21から延びる配管83」、「第2低温反応部20から延びる配管82」、「コンプレッサ30の入口側の配管86」および「タービン40の出口側の配管85」の順に接続される。
図7に示すように、水素吸蔵合金は、その元素構成により、水素吸蔵発熱反応、及び、水素放出吸熱反応が行われる温度範囲および圧力範囲が異なっている。例えばチタン−クロム合金(TiCr)は、比較的高温領域でそれらの反応が行われる。また、カルシウム−マグネシウム合金(CaMg)は、比較的低温領域でそれらの反応が行われる。
なお、図7では、高温領域と低温領域の一例をそれぞれ図示している。但し、高温領域と低温領域は、図7に示した範囲に限らず、低温反応型水素吸蔵合金または高温反応型水素吸蔵合金として使用される合金の性質によって変わるものである。
一方、図9に示すように、カルシウム−マグネシウム合金(CaMg)は、Mgの含量率1−5wt.%のものにおいて、水素吸蔵発熱反応が320−400℃の比較的低温で生ずる。したがって、低温反応型水素吸蔵合金13、23として、カルシウム−マグネシウム合金(CaMg)を採用することが可能である。
これらの合金は、3kgにて、19kJ/sのエンジン2の排熱を利用することが可能である。
なお、ヒートポンプ1は、高温反応型水素吸蔵合金17、27と低温反応型水素吸蔵合金13、23に関し、上述した合金に限らず、エンジン2の排熱およびランキンサイクル4に必要な熱量に応じて種々の合金を採用してもよい。
(1)第1実施形態では、動力発生手段としてのタービン40が、第1高圧容器12から第1低圧容器16へ流れる水素の圧力により動力を発生する。
これにより、ヒートポンプ1は、第1低温反応部10と第1高温反応部11との差圧により回転するタービン40から動力を取り出すことにより、エネルギ効率を高めることが可能である。
これにより、ヒートポンプ1は、第1低温反応部10と第1高温反応部11による熱増幅と、第2低温反応部20と第2高温反応部21による熱増幅を交互に行うことにより、熱機関から連続して熱を取り出し、ランキンサイクル4に利用することができる。
これにより、ECU60は、第1低温反応部10と第1高温反応部11による熱増幅を行うときに第2低温反応部20と第2高温反応部21を再生し、第2低温反応部20と第2高温反応部21による熱増幅を行うときに第1低温反応部10と第1高温反応部11を再生することが可能である。
これにより、第1低温反応部10と第1高温反応部11の再生と、第2低温反応部20と第2高温反応部21の再生を1個のコンプレッサ30と1個のバルブ50で行うことが可能になる。したがって、ヒートポンプ1の構成を簡素にすると共に、その製造コストを低減することができる。
これにより、ヒートポンプ1は、第1低温反応部10と第1高温反応部11との差圧からの動力の取り出しと、第2低温反応部20と第2高温反応部21との差圧からの動力の取り出しを、1個のタービン40と1個のバルブ50で行うことが可能になる。したがって、ヒートポンプ1の構成を簡素にすると共に、製造コストを低減することができる。
これにより、タービン40により取り出した動力をコンプレッサ30の動力源に使用することにより、ヒートポンプ1はエネルギ効率を高めることができる。
これにより、コンプレッサ30の駆動力を高めることが可能である。そのため、ヒートポンプ1は、第1低温反応部10と第1高温反応部11の再生、及び、第2低温反応部20と第2高温反応部21の再生を確実に行うことができる。
また、コンプレッサ30をモータ31のみで駆動する構成とすれば、タービン40により取り出した動力をコンプレッサ30以外に使用することが可能である。
これにより、第1高温反応部11と第1低温反応部10の再生を行う際、第1ヒートパイプ71により第1高温反応部11の加熱、及び、第1低温反応部10の冷却が行われる。そのため、第1高温反応部11が有する高温反応型水素吸蔵合金17からの水素の放出、及び、第1低温反応部10が有する低温反応型水素吸蔵合金13の水素の吸蔵が促進される。したがって、第1ヒートパイプ71は、第1高温反応部11から第1低温反応部10への水素の移送を促進し、これらの再生を促進することが可能である。
また、第1ヒートパイプ71は、高温反応型水素吸蔵合金17の温度を、水素吸蔵反応が可能な温度まで高めることが可能である。
なお、第2ヒートパイプ74も、第1ヒートパイプ71と同様の作用効果を奏する。
これにより、第1ヒートパイプ71は、第1高温反応部11から第1低温反応部10への熱移動を遮断することが可能である。
また、第2ヒートパイプ74も、第1ヒートパイプ71と同様に熱移動の遮断が可能である。
これにより、ヒートポンプ1は、エンジン2の排熱を熱増幅してランキンサイクル4に利用することが可能である。
これにより、第1−第4熱交換器14,18,24,28は、エンジン2の異常燃焼などにより媒体の温度が例えば600℃程度になった場合にも、媒体が分解することなく、熱移動を安定して行うことが可能である。
本発明の第2実施形態を図10および図11に示す。第2実施形態では、図10および図11の記載において、ヒートポンプ1が備える第1低温反応部10、第1高温反応部11、第2低温反応部20、第2高温反応部21、コンプレッサ30およびタービン40等の配置が、説明の都合上、上述した第1実施形態のものと異なっている。但し、それらの構成は第1実施形態の構成と同一ある。
また、第2実施形態では、図10および図11の記載において、エンジン2、排気管3及びランキンサイクル4が、説明の都合上、2か所に図示されている。但し、それらの構成は、1個のものである。なお、ECU60は、図示を省略している。
図10の状態において、一方のバルブ501(図10の上側のもの)は、ECUの制御により、第1高圧容器12から延びる配管80とタービン40と第1低圧容器16から延びる配管81とを接続している。また、他方のバルブ502(図10の下側のもの)は、第2低圧容器26から延びる配管83とコンプレッサ30と第2高圧容器22から延びる配管82とを接続している。
このとき、ECUの制御により、第1熱交換器14と第2熱交換器18のポンプ15,19が駆動し、第3熱交換器24と第4熱交換器28のポンプ25,29は駆動を停止している。また、タービン40の動力によりコンプレッサ30が駆動している。これにより、第1低温反応部10がエンジン2の排熱を受熱し、第1高温反応部11からランキンサイクル4へ熱供給が行われる。これと同時に、第2高温反応部21から第2低温反応部20へ水素が移行し、第2高温反応部21と第2低温反応部20が再生される。
このとき、第3熱交換器24と第4熱交換器28のポンプ25,29が駆動し、第1熱交換器14と第2熱交換器18のポンプ15,19は駆動を停止している。また、タービン40の動力によりコンプレッサ30が駆動している。これにより、第2低温反応部20がエンジン2の排熱を受熱し、第2高温反応部21からランキンサイクル4へ熱供給が行われる。これと同時に、第1高温反応部11から第1低温反応部10へ水素が移行し、第1高温反応部11と第1低温反応部10が再生される。
第2実施形態は、第1実施形態と同一の作用効果を奏する。
本発明の第3実施形態を図12に示す。第3実施形態では、図12の記載において、ヒートポンプ1が備える第1低温反応部10、第1高温反応部11、第2低温反応部20及び第2高温反応部21等の配置が、説明の都合上、第1、第2実施形態で参照した図の配置と異なっている。但し、それらの構成は第1、第2実施形態の構成と同一ある。
また、第3実施形態でも、図12の記載において、エンジン2、排気管3及びランキンサイクル4が、説明の都合上、2か所に図示されている。但し、それらの構成は、1個のものである。なお、ECU60は、図示を省略している。
図12の状態において、一方のバルブ503(図12の上側のもの)は、第1低圧容器16から延びる配管811と第1高圧容器12から延びる配管801とを接続している。それらの配管811,801に一方のタービン401が設置されている。
また、一方のコンプレッサ301は、一方のバルブ503と一方のタービン401が設けられた配管811,801とは異なる配管812,802に設けられている。
また、他方のコンプレッサ302は、他方のバルブ504と他方のタービン402が設けられた配管831,821とは異なる配管832,822に設けられている。
このとき、他方のバルブ504は、第2低圧容器26から延びる配管831と第2高圧容器22から延びる配管821との水素の流通を遮断している。そのため、他方のタービン402は駆動を停止している。また、他方のコンプレッサ302は、一方のタービン401から供給される動力を主動力源または副動力源として駆動し、第2高温反応部21から第2低温反応部20へ水素を移行している。第3熱交換器24と第4熱交換器28のポンプ25,29は駆動を停止している。
これにより、第1低温反応部10がエンジン2の排熱を受熱し、第1高温反応部11からランキンサイクル4へ熱供給が行われる。これと同時に、第2低温反応部20と第2高温反応部21が再生される。
第3実施形態は、第1、第2実施形態と同一の作用効果を奏する。
本発明の第4実施形態を図13に示す。第4実施形態のヒートポンプ1は、第3実施形態の構成に対し、第1冷却手段91、第1加熱手段92、第2冷却手段93、および第2加熱手段94を備えている。第4実施形態の第1冷却手段91、第1加熱手段92、第2冷却手段93、および第2加熱手段94は、特許請求の範囲に記載の「水素移送手段」の一例に相当する。
なお、第4実施形態のヒートポンプ1は、ヒートパイプを備えていない。但し、第4実施形態の構成に対し、上述した第1〜第3実施形態で説明したヒートパイプを追加してもよい。
第1冷却手段91は、第1熱交換器14から分岐した配管911と切替弁912,913により構成されている。第1冷却手段91は、第1低温反応部10と第1高温反応部11を再生する際、エンジン2の冷却水により、第1低温反応部10が有する低温反応型水素吸蔵合金13を冷却する。
第1加熱手段92は、第2熱交換器18から分岐した配管921と切替弁922,923により構成されている。第1加熱手段92は、第1低温反応部10と第1高温反応部11を再生する際、エンジン2の排熱により、第1高温反応部11が有する高温反応型水素吸蔵合金17を加熱する。
第2加熱手段94は、第4熱交換器28から分岐した配管941と切替弁942,943により構成されている。第2加熱手段94は、第2低温反応部20と第2高温反応部21を再生する際、エンジン2の排熱により、第2高温反応部21が有する高温反応型水素吸蔵合金27を加熱する。
(1)第4実施形態のヒートポンプ1は、水素移送手段として第1冷却手段91と第2冷却手段93を備えている。第1冷却手段91は、第1低圧容器16から第1高圧容器12へ水素を送る際、第1高圧容器12に収容された低温反応型水素吸蔵合金13を冷却する。
これにより、第1冷却手段91は、第1低温反応部10が有する低温反応型水素吸蔵合金13の水素の吸蔵を促進することが可能である。したがって、第1冷却手段91は、その低温反応型水素吸蔵合金13の再生を促進することが可能である。
また、第2冷却手段93は、第2低圧容器26から第2高圧容器22へ水素を送る際、第2高圧容器22に収容された低温反応型水素吸蔵合金23を冷却する。
第2冷却手段93も、第1冷却手段91と同様の作用効果を奏する。
これにより、エンジン2が元々備えている冷却水により第1冷却手段91と第2冷却手段93を構成することにより、ヒートポンプ1の構成を簡素にすることができる。
なお、第1冷却手段91と第2冷却手段93を、空冷式により構成してもよい。
これにより、第1加熱手段92は、第1高温反応部11が有する高温反応型水素吸蔵合金17の水素の放出を促進することが可能である。したがって、第1加熱手段92は、その高温反応型水素吸蔵合金17の再生を促進することが可能である。
また、第2加熱手段94は、第2低圧容器26から第2高圧容器22へ水素を送る際、第2低圧容器26に収容された高温反応型水素吸蔵合金27を加熱する。
第2加熱手段94も、第1加熱手段92と同様の作用効果を奏する。
これにより、ヒートポンプ1の構成を簡素にするとともに、エンジン2の排熱を有効に利用することができる。
本発明の第5実施形態を図14に示す。第5実施形態のヒートポンプ1は、第1−第4実施形態の構成に対し、第2低温反応部と第2高温反応部を備えていない。
バルブ503は、第1低温反応部10から延びる配管801と第1高温反応部11から延びる配管811とを連通または遮断可能である。コンプレッサ301は、バルブ503とタービン401が設けられた配管801,811とは異なる配管802,812に設けられている。
これにより、第1低温反応部10がエンジン2の排熱を受熱し、第1高温反応部11からランキンサイクル4へ熱供給する。タービン40が発生する動力は、例えばエンジン2の動力の一部として利用される。なお、タービン40が発生する動力を電気エネルギ等に変換してもよい。
これにより、ヒートポンプ1は、第1低温反応部10と第1高温反応部11との差圧により回転するタービン401から動力を取り出すことにより、エネルギ効率を高めることが可能である。
(1)上述した実施形態では、第1、第2低温反応部10,20及び第1、第2高温反応部11,21が水素吸蔵合金13,17,23,27を有するものとした。これに対し、他の実施形態では、第1、第2低温反応部10,20及び第1、第2高温反応部11,21は、水素吸蔵合金に代えて、「炭素原子を含む物質を吸蔵するとともに発熱し、炭素原子を含む物質を放出するとともに吸熱する性質を有する炭素吸蔵材」を有するものとしてもよい。この場合、第1、第2低温反応部10,20は、低温反応型の炭素吸蔵材を有し、第1、第2高温反応部11,21は、高温反応型の炭素吸蔵材を有するものとなる。
なお、炭素吸蔵材として、カーボンまたはゼオライトなどが例示される。また、炭素原子を含む物質として、炭化水素(HC)などが例示される。
このように本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
11・・・第1高温反応部
13・・・第1低温反応型水素吸蔵合金
17・・・第1高温反応型水素吸蔵合金
30,301,302・・・コンプレッサ(水素移送手段)
40,401,402・・・タービン(動力発生手段)
91・・・第1冷却手段(水素移送手段)
92・・・第1加熱手段(水素移送手段)
93・・・第2冷却手段(水素移送手段)
94・・・第2加熱手段(水素移送手段)
Claims (14)
- 熱機関(2)から排出される熱を増幅しランキンサイクル(4)に熱供給するヒートポンプにおいて、
前記熱機関の熱により水素を放出可能な第1低温反応型水素吸蔵合金(13)、及び、前記第1低温反応型水素吸蔵合金を収容する第1高圧容器(12)を有し、前記熱機関から受熱可能に設けられる第1低温反応部(10)と、
前記第1低温反応型水素吸蔵合金から放出された水素を吸蔵することにより発熱可能な第1高温反応型水素吸蔵合金(17)、及び、前記第1高圧容器よりも低圧状態で前記第1高温反応型水素吸蔵合金を収容する第1低圧容器(16)を有し、前記ランキンサイクルに熱供給可能な第1高温反応部(11)と、
前記第1低圧容器から前記第1高圧容器へ水素を送ることの可能な水素移送手段(30,301,302,91,92,93,94)と、
前記第1高圧容器から前記第1低圧容器へ流れる水素の圧力により動力を発生する動力発生手段(40,401,402)と、
前記熱機関の熱により水素を放出可能な第2低温反応型水素吸蔵合金(23)、及び、前記第2低温反応型水素吸蔵合金を収容する第2高圧容器(22)を有し、前記熱機関から受熱可能に設けられる第2低温反応部(20)と、
前記第2低温反応型水素吸蔵合金から放出された水素を吸蔵することにより発熱可能な第2高温反応型水素吸蔵合金(27)、及び、前記第2高圧容器よりも低圧状態で前記第2高温反応型水素吸蔵合金を収容する第2低圧容器(26)を有し、前記ランキンサイクルに熱供給可能な第2高温反応部(21)と、
前記熱機関から排出される熱を前記第1低温反応部へ伝熱する第1熱交換器(14)と、
前記第1高温反応部の発熱を前記ランキンサイクルに伝熱する第2熱交換器(18)と、
前記熱機関から排出される熱を前記第2低温反応部へ伝熱する第3熱交換器(24)と、
前記第2高温反応部の発熱を前記ランキンサイクルに伝熱する第4熱交換器(29)と、
前記第1から第4熱交換器及び前記水素移送手段を駆動制御する制御手段(60)と、を備え、
前記水素移送手段は、前記第1低圧容器から前記第1高圧容器への水素の移送、及び、前記第2低圧容器から前記第2高圧容器への水素の移送が可能であり、
前記動力発生手段は、前記第1高圧容器から前記第1低圧容器へ流れる水素の圧力、及び、前記第2高圧容器から前記第2低圧容器へ流れる水素の圧力により動力を発生可能であり、
前記制御手段は、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器を駆動する際、前記第3熱交換器及び前記第4熱交換器の駆動を停止すると共に、前記水素移送手段により前記第2低圧容器から前記第2高圧容器へ水素を移送し、
前記第3熱交換器及び前記第4熱交換器を駆動する際、前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器の駆動を停止すると共に、前記水素移送手段により前記第1低圧容器から前記第1高圧容器へ水素を移送することを特徴とするヒートポンプ。 - 前記第1低温反応部から前記第1高温反応部へ伝熱する第1ヒートパイプ(71)と、
前記第2低温反応部から前記第2高温反応部へ伝熱する第2ヒートパイプ(74)と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ。 - 前記第1ヒートパイプは、前記第1高温反応部と前記第1低温反応部とを接続する第1管体(72)、及び、前記第1管体の内側に充填され蒸発及び凝縮可能な作動液(73)を有し、
前記第2ヒートパイプは、前記第2高温反応部と前記第2低温反応部とを接続する第2管体(75)、及び、前記第2管体の内側に充填され蒸発及び凝縮可能な作動液(76)を有し、
前記第1高温反応部は前記第1低温反応部よりも重力方向上側に配置され、
前記第2高温反応部は前記第2低温反応部よりも重力方向上側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプ。 - 前記第1低圧容器から延びる配管(81)と前記第1高圧容器から延びる配管(80)と前記水素移送手段とを連通または遮断可能であり、且つ、前記第2低圧容器から延びる配管(83)と前記第2高圧容器から延びる配管(82)と前記水素移送手段とを連通または遮断可能な流路切替手段(50)と、をさらに備え、
前記水素移送手段は、1個のコンプレッサ(30)であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 前記流路切替手段は、
前記第1高圧容器から延びる配管と前記第1低圧容器から延びる配管と前記動力発生手段とを連通または遮断可能であり、且つ、前記第2高圧容器から延びる配管と前記第2低圧容器から延びる配管と前記動力発生手段とを連通または遮断可能であることを特徴とする請求項4に記載のヒートポンプ。 - 前記コンプレッサは、前記動力発生手段が発生した動力を動力源として駆動することを特徴とする請求項4または5に記載のヒートポンプ。
- 前記コンプレッサを駆動するモータ(31)を備えることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
- 前記水素移送手段は、
前記第1低温反応型水素吸蔵合金を冷却可能な第1冷却手段(91)と、
前記第2低温反応型水素吸蔵合金を冷却可能な第2冷却手段(93)と、を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 前記熱機関はエンジンであり、
前記第1冷却手段及び前記第2冷却手段は、前記エンジンの冷却水により前記第1低温反応型水素吸蔵合金または前記第2低温反応型水素吸蔵合金を冷却することを特徴とする請求項8に記載のヒートポンプ。 - 前記水素移送手段は、
前記第1高温反応型水素吸蔵合金を加熱可能な第1加熱手段(92)と、
前記第2高温反応型水素吸蔵合金を加熱可能な第2加熱手段(94)と、を有することを特徴とする請求項1から3、8、9のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 前記熱機関はエンジンであり、
前記第1加熱手段及び前記第2加熱手段は、前記エンジンから排出された排ガスにより前記第1高温反応型水素吸蔵合金または前記第2高温反応型水素吸蔵合金を加熱することを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ。 - 前記熱機関はエンジンであり、
前記第1低温反応部及び前記第2低温反応部は、前記エンジンの排ガスから受熱可能であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のヒートポンプ。 - 前記第1から第4熱交換器に用いられる媒体は、溶融塩または水であることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
- 前記第1低温反応型水素吸蔵合金または前記第1高温反応型水素吸蔵合金に代えて、炭素原子を含む物質を吸蔵するとともに発熱し、炭素原子を含む物質を放出するとともに吸熱する性質を有する炭素吸蔵材とすることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015020375A JP6417988B2 (ja) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | ヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015020375A JP6417988B2 (ja) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | ヒートポンプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016142495A JP2016142495A (ja) | 2016-08-08 |
JP6417988B2 true JP6417988B2 (ja) | 2018-11-07 |
Family
ID=56568523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015020375A Expired - Fee Related JP6417988B2 (ja) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | ヒートポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6417988B2 (ja) |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0670534B2 (ja) * | 1985-05-01 | 1994-09-07 | 利明 加部 | ケミカルヒートポンプ装置 |
JPS63265801A (ja) * | 1987-04-21 | 1988-11-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素吸蔵合金利用方法 |
JPH0794935B2 (ja) * | 1987-06-05 | 1995-10-11 | 三菱重工業株式会社 | 水素吸蔵合金による水素ガスの吸放出法及び水素吸蔵合金容器 |
JPH01305273A (ja) * | 1988-06-03 | 1989-12-08 | Seijiro Suda | 金属水素化物ヒートポンプ |
US5497630A (en) * | 1992-09-30 | 1996-03-12 | Thermal Electric Devices, Inc. | Method and apparatus for hydride heat pumps |
JP3126086B2 (ja) * | 1993-08-06 | 2001-01-22 | 株式会社豊田自動織機製作所 | 圧縮式金属水素化物ヒートポンプ |
JPH07279758A (ja) * | 1994-04-13 | 1995-10-27 | Daikin Ind Ltd | コージェネレーション装置 |
JP3480631B2 (ja) * | 1995-11-07 | 2003-12-22 | 株式会社竹中工務店 | エネルギー貯蔵装置 |
JP2002005539A (ja) * | 2000-06-22 | 2002-01-09 | Futaba Corp | ヒートポンプ装置 |
JP2012091547A (ja) * | 2010-10-25 | 2012-05-17 | Toyota Industries Corp | ハイブリッド車両用冷房装置 |
JP5843391B2 (ja) * | 2011-12-14 | 2016-01-13 | 株式会社タクマ | 廃棄物発電システム |
-
2015
- 2015-02-04 JP JP2015020375A patent/JP6417988B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016142495A (ja) | 2016-08-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5630411B2 (ja) | 熱回収式加熱装置 | |
CN1807848B (zh) | 双流体蒸汽式双发电装置 | |
CA2779074A1 (en) | Heat exchanger for direct evaporation in organic rankine cycle systems and method | |
JP6331548B2 (ja) | 吸着式ヒートポンプ | |
JP5141101B2 (ja) | 蒸気生成システム | |
HU219393B (en) | Method for cooling and cooling device | |
JP5200461B2 (ja) | 蒸気生成システム | |
WO2007029680A1 (ja) | 蒸気発生システム | |
EP2449218B1 (en) | Method and apparatus to store energy | |
JP6417988B2 (ja) | ヒートポンプ | |
JP4666641B2 (ja) | エネルギー供給システム、エネルギー供給方法、及びエネルギー供給システムの改造方法 | |
WO2016129451A1 (ja) | 熱交換器、エネルギー回収装置、および船舶 | |
JP2008232534A (ja) | 蒸気生成システム及び蒸気生成方法 | |
JP5658201B2 (ja) | 液体空気と液体水素を利用する発電装置 | |
JP6222014B2 (ja) | 車両用減速回生制御装置 | |
JP5967136B2 (ja) | 水素吸蔵型ヒートポンプ及び水素吸蔵型ヒートポンプシステム | |
JP2014218922A (ja) | 原動機システム | |
JP5056031B2 (ja) | 蒸気生成システム及び蒸気生成方法 | |
JP5169157B2 (ja) | 給湯システム | |
JP6365016B2 (ja) | ヒートポンプ及び冷熱生成方法 | |
JP3148259U (ja) | 給水予熱配管回路をもった蒸気機関車模型 | |
JP2013119942A (ja) | 液化ガスの気化システム | |
JP6739766B2 (ja) | 動力生成システム及び発電システム | |
JP5747864B2 (ja) | 蓄熱システム | |
CN106122758A (zh) | 移动式蒸汽储存装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170602 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180309 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180320 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180508 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180911 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180924 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6417988 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |