JPH0220912B2 - - Google Patents

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JPH0220912B2
JPH0220912B2 JP9904384A JP9904384A JPH0220912B2 JP H0220912 B2 JPH0220912 B2 JP H0220912B2 JP 9904384 A JP9904384 A JP 9904384A JP 9904384 A JP9904384 A JP 9904384A JP H0220912 B2 JPH0220912 B2 JP H0220912B2
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JP
Japan
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temperature
cycle
adsorption
heat
temperature side
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Expired
Application number
JP9904384A
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English (en)
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JPS60243462A (ja
Inventor
Isao Takeshita
Koji Gamo
Yoshio Moriwaki
Nobuyuki Yanagihara
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to EP84107926A priority patent/EP0131869B1/en
Priority to DE8484107926T priority patent/DE3474338D1/de
Priority to US06/629,072 priority patent/US4623018A/en
Publication of JPS60243462A publication Critical patent/JPS60243462A/ja
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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、作動気体の可逆的な吸脱着反応での
発熱、吸熱を利用したケミカルヒートポンプ装置
に関するものであり、優れた性能を生かし、低質
の熱源を用いて暖房、給湯、或いは工業用の熱を
供給することのできるものである。
従来例の構成とその問題点 ヒートポンプ装置は圧縮式、吸収式、ケミカル
ヒートポンプの3つに大別できる。本発明に係る
ケミカルヒートポンプは、近年エネルギー有効利
用の観点から次第に関心が高まりつゝある。
ケミカルヒートポンプは、物質の吸脱着反応も
しくは相変化反応を利用したヒートポンプであ
り、作動媒体としては金属水素化物や、無機水和
物、有機物、ゼオライトなどがその材料として考
えられている。これらの作動気体としては、水
素、水蒸気、アンモニアなどがある。
次に、従来のヒートポンプ装置の構成やその問
題点を金属水素化物の場合を例に説明する。
従来の一般的なヒートポンプサイクルは第1図
に示す温度・平衡圧力特性を示す。温度・平衡圧
力特性の異なる2種類の金属水素化物を用い、同
一温度で平衡圧力の低い金属水素化物(MH1)
で十分に水素を吸着したものをTM度で加熱し
(Aの状態)、TL度の十分水素を脱着した同一温
度で平衡圧力の高い金属水素化物(MH2)と連
通すると、MH1の水素はMH2に移動する(B
の状態)、この際MH2は発熱反応により熱を発
生するが、これは大気などに捨てる。
次にMH2を温度TMで加熱し(Cの状態)、
水素を脱着したMH1と連通するとMH2から水
素はMH1に移動する。この際発熱反応により
MH1は暖められTM度からTH度に上昇し、
MH2のTM度における平衡圧力に近い圧力に対
応する。MH1の平衡温度で熱を発生する(Dの
状態)。
このようにA→B→C→Dの過程を繰り返すこ
とによつて、TMの熱源温度の熱から、これより
高いTH温度の高温の熱を取得することができ
る。
しかし、この方法でえられる昇温幅は熱源温度
TM度と、放熱温度TL度との温度幅でほぼきま
つている。又第2図から明らかなごとく、TMが
高い温度になり(TM→TM′)、TM−TLが大き
くなるとTH−TMも大きくなるが、C点の圧力
が増大する(P→P′)という問題があつた。例え
ばTLが20℃で圧力が1気圧とするとTMが100℃
では20気圧となり、容器の耐圧等安全面で困難な
問題を生じ、容器を丈夫にすると、熱容量が増大
し、成積係数が低下する。
無機材料、特に金属水素化物などは、耐熱性が
高いので、高温廃熱を、さらに高温にして再利用
する場合に使用しうる数少い材料であるが、この
ように圧力が上りすぎるという欠点がある。
又高温をうるという目的だけでは多段化する方
法があるが、1段の場合の成績係数が1より小さ
く、2段にすると2乗になるので非常に成績係数
が低下する。
発明の目的 本発明の目的は、相対的に大きい熱源とヒート
シンクの温度差の存在する条件下で、高い温度が
えられる第2種のヒートポンプ装置の高低圧差を
大きくしないで、前記温度差に見合う高い温度が
えられ、かつ成績係数は1段の場合とほゞ等しい
2段の第2種ヒートポンプ装置を構成することで
ある。
発明の構成 本発明の2段第2種ヒートポンプ装置は、作動
気体とその作動気体を可逆的に吸脱着できる温
度・平衡圧力特性の異なる2種類の媒体を2つの
部屋に区画した密閉容器内に各々収納し、気体の
吸脱着反応時の発熱、吸熱を利用したケミカルヒ
ートポンプ装置であり、2組のサイクルから構成
されており、各々、同一温度で平衡圧力の低い、
高温側吸脱着反応媒体を、熱源により加熱し、作
動媒体を平衡圧力の高い低温側吸脱着媒体に吸着
せしめ、その際に発生する吸着熱をヒートシンク
に捨て、次に前記高温側吸脱着反応媒体を熱源で
加熱し、低温側吸脱着媒体から作動気体を再び高
温側吸脱着媒体に吸着せしめることにより、熱源
温度より高い温度を発生せしめる第2種ヒートポ
ンプとして使用するもので、第1のサイクルの低
温側吸脱着媒体の吸着による発熱は大気などのヒ
ートシンクに捨て、高温側吸脱着媒体の吸着によ
る発熱温度を第2のヒートポンプサイクルの高温
側吸脱着媒体の加熱温度より幾分高くすることに
より、前記第1のサイクルの高温側吸脱着媒体か
ら生ずる熱で前記第2のサイクルの高温側吸脱着
媒体を加熱し、水素を脱着せしめ、この水素がこ
の第2のサイクルの低温側吸脱着媒体に吸着され
る際の発熱温度を、第1のサイクルの低温側吸脱
着媒体の加熱温度より幾分高くすることにより、
前記第2のサイクルの低温側吸脱着媒体の発熱を
前記第1のサイクルの低温側吸脱着媒体の加熱に
用いることにより、前記第2のサイクルに、第1
のサイクルの熱出力より高い温度を得るようにし
たものである。
実施例の説明 本発明の2段第2種ヒートポンプ装置の一実施
例を第3図に、そのサイクル図を第4図に示す。
なお吸脱着できる媒体として金属水素化物を例
にとつて説明する。
第3図に示すように温度・平衡圧力特性の異な
る2種類の金属水素化物を2つの区画された密閉
容器内に各々収容したものを2組作成した。第4
図のMH1とMH2で相対的に低温側で動作する
第1のヒートポンプサイクルを形成し、MH3と
MH4で相対的に高温側で動作する第2のヒート
ポンプサイクルを構成した。この2つのヒートポ
ンプサイクルにおいて、同一温度での平衡圧力の
低い高温加熱側媒体はMH1とMH3である。
次に前記ヒートポンプ装置の動作について説明
する。
第1ステツプ、第1のヒートポンプサイクルの
高温加熱側の金属水素化物MH1を熱源4により
TH度で加熱し、放熱器7により低温発熱側の金
属水素化物(MH2)をTA度の外気などで冷却
し、弁5を開放するとMH1に吸着した水素は
MH2に移動する。第3図において、実線の矢印
は水素の移動、点線の矢印は熱の移動を示し、矢
印の番号1は第1ステツプを示す。
このステツプでは熱源4よりMH1に熱が与え
られ、MH2は発熱するので、この熱は放熱器7
で除去される。
第2ステツプ(矢印2のステツプ) 第1のステツプの終了した所で弁2を閉じ熱輪
送手段6によつてMH1からMH3に熱を移し、
弁5を再び開くと、水素はMH2からMH1に移
動し、MH1で発熱し、この熱でMH3が加熱さ
れ、水素を発生するので、弁5′も開くと、この
水素はMH4に吸着され発熱するので、熱輪送手
段6′によつてこの熱をMH2に送ると、MH2
ではますます水素が発生し、MH1ではさらに熱
を発生し、MH3を加熱し、といつた具合に反応
が進行し、結果として水素はMH2からMH1
へ、又MH3からMH4へ移る。こゝで反応が終
ると弁5,5′は閉じる。
第3ステツプ(矢印3のステツプ) MH4を熱源4′によつて加熱し、弁5′を開く
と水素はMH4からMH3に移動しMH4で吸
熱、MH3で発熱する。この熱は出力取出し端8
によつて取出される。
これを第4図のサイクル図で見ると、MH1の
加熱温度はTM、発熱温度はTD、MH3の加熱
温度はTaでTa<TDにしてあるので熱をMH1
からMH3に移すことができる。又MH4の加熱
温度TM、放熱温度Tbで、MH2の加熱温度Tc
に対し、Hc<Tbになつているので、熱をMH4
からMH2に移すことができる。このように組合
わせることによつてMH3にTHの温度の熱を生
じさせることができる。
本発明の具体例として第3図、第4図に示すよ
うな構成と、温度圧力サイクルを有する冷却装置
を試作し、その評価を行つた結果についてのべ
る。
MH1として Ti0.33Zr0.67Mn1.4Cr0.4Cu0.2 MH2として Ti0.6Zr0.4Mn1.4Cr0.4Cu0.2 MH3として Ti0.3Zr0.7Mn1.2Cr0.6Co0.2 MH4として Ti0.35Zr0.65Mn1.2Cr0.6Co0.2 のTi−Mn系合金を、それぞれ5Kgづゝ第3図の
ような構成の装置に充填した。そして各ヒートポ
ンプサイクルで約31モルの水素が移動するよう金
属水素化物として調整した。
そして熱源の温度を100℃、放熱温度を20℃と
すると、第1のサイクルの発生する高温は146℃
であり、低温側の必要加熱温度は60℃である。
これに対し第2のサイクルの高温側の加熱温度
は140℃、低温側の発熱温度は66℃であり、第1
のサイクルの発熱で第2のサイクルは駆動され、
第2のサイクルの廃熱は第1のサイクルの低温側
の駆動に利用された。その結果第2のサイクルの
高温側に173℃を得た。
又このサイクルの高圧はいずれも5気圧以下、
低圧も1気圧以上と極めて取扱い易い圧力域域に
ある。
又この2段第2種ヒートポンプ装置の成積係数
は1段の第2種ヒートポンプのそれとほゞ同一
で、0.3を得た。
なお作動原理の説明で3つのステツプに分けた
が、第3のステツプと第1のステツプは時間的に
同時進行が可能であるから、上記組合せサイクル
をさらにもう一組用意すればほゞ連続的に出力が
えられる。
この実施例は、水素と金属水素化物を作る合金
の組み合せによるものであるが、他の気体と吸脱
着媒体の組み合せも考えられる。しかし、金属水
素化物を用いたヒートポンプサイクルは反応の可
逆性や繰返し運転による寿命性能にすぐれてお
り、反応速度が非常に速いというメリツトがあ
り、さらに、合金の組成を変えることにより、か
なり任意に温度・平衡圧力特性の異なる材料が入
手できるため、このような巧妙な組み合せの実現
が容易である。
なお実施例は2段の例であるが同様な原理で多
段化することは勿論可能である。
発明の効果 従来間欠式の第2種ヒートポンプサイクルを用
いて高温を得ようとする場合、その昇温幅は、熱
源温度と、ヒートシンク温度との差程度である
が、無機の吸脱着媒体、特に金属水素化物と水素
ガスの組み合せは、耐熱温度が極めて高いため、
高い温度を得たい時には唯一ともいえるべき昇温
手段である。この場合熱源温度もかなり高く昇温
幅が広いのであるが、従来の1段方式では高圧が
高くなりすぎて安全上も、成績係数の点でも不利
であつた。本発明は実施例の説明でも明らかなご
とく、圧力関係は一段の場合と殆んど同一で、し
かも成績係数も一段の場合と同一で、高い温度が
えられるもので、高温廃熱を利用してさらに高温
を得たいといつた工業的な利用面で極めて有用な
方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来から知られている間欠式第2種ヒ
ートポンプの原理図、第2図は単一サイクルで、
熱源温度がより高く、高い温度がえられる場合の
サイクルを示す図、第3図は本発明の一実施例の
2段第2種ヒートポンプ装置の構成図、第4図は
本発明の一実施例におけるヒートポンプサイクル
を示す図である。 4,4′……熱源、5,5′……弁、6,6′…
…熱輸送手段、7……放熱器、8……出力端。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 作動気体を可逆的に吸脱着できる物質で、温
    度平衡圧力特性の異なる吸脱着反応媒体をそれぞ
    れ容器内に収容し、作動気体をそれぞれの前記媒
    体間を移動せしめる際の発熱吸熱を利用するケミ
    カルヒートポンプサイクルを少なくとも2組用意
    し、各々同一温度で平衡圧力の高い低温側吸脱着
    反応媒体を、熱源により加熱し、作動気体を平衡
    圧力の低い高温側吸脱着媒体に吸着せしめること
    により熱源温度より高い温度を得る第2種ヒート
    ポンプサイクルとして使用するもので、第1のサ
    イクルの高温側吸脱着媒体の発熱温度を第2のサ
    イクルの高温側吸脱着媒体の加熱温度より幾分高
    くし、第1のサイクルの高温側吸脱着媒体の発熱
    により第2のサイクルの高温側吸脱着媒体の加熱
    を行い、かつ、第2のサイクルの低温側吸脱着媒
    体の発熱温度を、第1のサイクルの低温側吸脱着
    媒体の加熱温度より幾分高くし、第2のサイクル
    の低温側吸脱着媒体の発熱により第1のサイクル
    の低温側吸脱着媒体の加熱を行い、第1のサイク
    ルの高温側吸脱着媒体および第2のサイクルの低
    温側吸脱着媒体の加熱を外部熱源より加熱し、第
    2のサイクルの高温側吸脱着媒体に高温を発生し
    うるごとくした間欠作動式多段2重効用第2種ヒ
    ートポンプ装置。 2 各ヒートポンプサイクルの少くとも一つに、
    作動気体として水素ガスを用い、吸脱着反応媒体
    に金属水素化物を形成しうる金属又はその合金を
    用いる特許請求の範囲第1項記載の間欠作動式多
    段2重効用第2種ヒートポンプ装置。
JP9904384A 1983-07-08 1984-05-17 間欠作動式多段2重効用第2種ヒ−トポンプ装置 Granted JPS60243462A (ja)

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EP84107926A EP0131869B1 (en) 1983-07-08 1984-07-06 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles
DE8484107926T DE3474338D1 (en) 1983-07-08 1984-07-06 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles
US06/629,072 US4623018A (en) 1983-07-08 1984-07-09 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles

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JPS60243462A JPS60243462A (ja) 1985-12-03
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JPH03114568U (ja) * 1990-03-09 1991-11-25

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JPH03114568U (ja) * 1990-03-09 1991-11-25

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JPS60243462A (ja) 1985-12-03

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