JPH0481098B2 - - Google Patents

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JPH0481098B2
JPH0481098B2 JP59258023A JP25802384A JPH0481098B2 JP H0481098 B2 JPH0481098 B2 JP H0481098B2 JP 59258023 A JP59258023 A JP 59258023A JP 25802384 A JP25802384 A JP 25802384A JP H0481098 B2 JPH0481098 B2 JP H0481098B2
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JP
Japan
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hydrogen
heat pump
heat
temperature
pressure
Prior art date
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Application number
JP59258023A
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English (en)
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JPS61134551A (ja
Inventor
Nobuyuki Yanagihara
Koji Gamo
Yoshio Moriwaki
Tsutomu Iwaki
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、金属水素化物と水素の吸熱作用と発
熱作用を利用したヒートポンプ装置に関する。
従来の技術 一般にある種の金属単体または合金(以下単に
金属という)は水素を吸蔵し、金属水素化物をつ
くることができる。したがつて、金属水素化物は
水素を吸蔵しうる金属(称して水素吸蔵合金とも
いう)と同意語に解釈されている。この場合、金
属の単位重量当りより多くの水素を吸蔵し、使用
環境温度で可逆的に、その水素を放出する。ま
た、金属水素化物より水素を放出する過程は吸熱
反応であり、逆に水素を吸蔵する過程は発熱反応
である。しかも、この水素吸蔵と放出反応が可逆
的に進行するので、この原理を用いた冷房装置が
特公昭58−19956号公報に提案されている。
この冷房装置は、水素平衡圧力の異なる2種類
の金属水素化物をそれぞれ内蔵する2個の熱交換
可能な金属容器を自動弁などを介して連結し、各
種熱源でもつて低圧側の金属水素化物から水素を
放出させ、高圧側の金属水素化物から水素が放出
する金属容器を介して低温を取得し、この低温を
熱交換器を通して冷房などに利用する装置または
その基本サイクルを提案したものである。
この従来装置のサイクルでは、高圧側金属水素
化物で低温を発生させるためには加熱温度をある
基準レベル以上の温度にする必要がある。しか
し、必ずしもこれに必要な温度レベルの熱源が得
られない場合がある。特に省エネルギーの観点か
ら重要な廃熱源や太陽熱源を利用する場合には、
加熱源の温度幅が不安定になつてくる。加熱温度
がある温度レベルより下がると水素の移動落差が
小さくなり、熱量に関係の深い水素移動量が減少
するとともに移動速度も遅くなる。したがつて効
率が著しく低下し、低温取得量が少なくなり、冷
房装置などを構成すると冷房能力が低下する。
発明が解決しようとする問題点 従来装置のサイクルでは冷房などの低温を取得
するものであり、金属水素化物を選定すると加熱
源の温度領域はある一定の温度基準より高い温度
を必要とし、その温度より低くなると所期の目的
である低温を効率よく得ることが困難となる。
そこで、本発明は加熱源温度が変化しても、所
期の目的の低温を発生する金属水素化物ヒートポ
ンプ装置を提供することを目的としている。特に
産業廃熱や太陽熱のような熱源温度が比較的不安
定要素を含む用途でも適用可能としたものであ
る。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、作動温
度領域において水素平衡圧力の異なる3種類の低
圧用金属水素化物(MH1)、中圧用金属水素化物
(MH2)および高圧用金属水素化物(MH3)を
用い、前記MH1とMH2の金属水素化物を収納し
た容器を水素が移動できるように連通して密閉容
器の作動対とし、この作動対に移動のための水素
を封入してこのMH1とMH2との2つの金属水素
化物により形成した第1のヒートポンプサイクル
と、前記MH1とは別な低圧用金属水素化物
(MH1′)と前記MH3の金属水素化物を収納した
容器を同様に水素が移動できるように連通して密
閉容器の作動対とし、この作動対にも移動のため
の水素を封入してこのMH1′とMH3との2つの
金属水素化物により形成した第2のヒートポンプ
サイクルとを備え、前記第1のヒートポンプサイ
クルのMH2を加熱し、このMH2中の水素を前記
MH1に移動させる際に発生する吸蔵熱を、前記
第2のヒートポンプサイクルのMH1′の昇温に必
要な熱として利用するために熱搬送させ、その搬
送熱で前記第2のヒートポンプサイクルの
MH1′を昇温させ、その温度上昇で発生する前記
MH3との圧力差で水素を前記MH1′から前記
MH3に移動させることによつて第1のモードを
形成し、かつ前記第1のヒートポンプサイクルの
MH2の加熱を停止することで前記第1のモード
の反応を終了させ、前記MH3の水素を前記
MH1′にその圧力差を利用して戻すとともに前記
第1のヒートポンプサイクルのMH1の水素を
MH2にその圧力差を利用して戻すことによつて
第2のモードを形成し、前記第1および第2のヒ
ートポンプサイクルを使用して前記第1および第
2のモードを繰り返すように構成したものであ
る。
作 用 本発明は上記した構成により、低圧−中圧間、
低圧−高圧間の2種のヒートポンプサイクルを形
成し、前記ヒートポンプサイクル間に熱交換する
ことにより、水素平衡圧力の最も高い金属水素化
物(MH3)で低温を発生させ、冷房、冷給水な
どの用途に利用できるようにするとともに、加熱
温度より高い熱を水素の移動によつて得ることが
でき、不安定な熱源を用いても所定の低温を得る
ことができる。すなわち最大加熱源温度が変動し
ても安定した低温と中温を効率よく取得できる機
能を得ることができる。
実施例 以下、本発明のヒートポンプ装置について説明
する。
まず、そのサイクル動作について詳細に説明す
る。
第1図は本発明のヒートポンプサイクルを示す
水素平衡圧力と温度特性の関係図である。縦軸は
水素平衡圧力(気圧)を示し、PM>PH>
PH′>PH″>PM″>PL>PM′の順に圧力は低く
なつている。一方横軸は温度(1000/T)で、
TH>TM>TM′>TLの順に温度は低くなつて
いる。同図において、低圧用金属水素化物
(MH1)と中圧用金属水素化物(MH2)とで構
成する第1のヒートポンプサイクルのMH2を加
熱して圧力PM(13気圧)、温度TM(80℃)に到達
させ、MH2の水素はMH1に圧力差(PM>PH)
で移動し、温度はTH(約120℃)まで上昇し、熱
源温度のTMより高い温度を発生する。この高い
温度を用いて、他の低圧用金属水素化物
(MH1′)と高圧用金属水素化物(MH3)とで構
成する第2のヒートポンプサイクルのMH1′を加
熱してTHの温度まで上昇し、PH(10気圧)>
PH′(8気圧)の圧力差でMH1′からMH3に水素
を移動し、MH3の吸蔵熱でもつて温度TM′(30
℃)に保持し、MH3に水素がすべて移動するよ
うにする。ここまでの動作を第1のモードとす
る。
つぎに第2のヒートポンプサイクルのMH3か
らMH1′に圧力差PL(2気圧)>PM′(0.5気圧)で
MH1′の温度TM′、MH3の温度TL(0℃)の温
度を維持しつつ水素が移動する。したがつて、
MH3の部分で0℃の低温を取得することができ
る。一方、MH2からMH1に移動した水素はさら
にPH″(6気圧)>PM゜(4気圧)の圧力差とTM、
TM′の温度において、MH1からMH2に移動する
サイクルをとるようにする。ここまでの動作を第
2のモードとする。この2つのヒートポンプサイ
クルを使用して第1のモードと第2のモードを繰
り返し運転することによりTHより低い温度TM
でもTLという低い温度をつくることができる。
なお、先に述べた従来サイクルはMH1を加熱
して水素をMH1よりMH3に移動させ、さらに
MH3からMH1に水素を移動させるMH1−MH3
の単1サイクルであるために必ずTH以上の加熱
源が必要となる。
第2図は第1図のヒートポンプサイクルを用い
た金属水素化物ヒートポンプ装置の一実施例を示
すブロツク図である。第2図において、第1モー
ドの動作時で、1は加熱源、2は中圧用金属水素
化物(MH2)3を内蔵した金属容器、4は低圧
用金属水素化物(MH1)5を内蔵した金属容器
で、両金属容器2,4には自動弁6を介して水素
移動用パイプ7で連結してある。金属容器4と他
方の低圧用金属水素化物8(MH1′)を内蔵した
金属容器9間で熱媒体循環用のポンプ11を介し
て熱搬送するための熱交換器10が設置してあ
る。さらに、金属容器9は高圧用金属水素化物
(MH3)12を内蔵した金属容器13と自動弁1
4を介して水素移動用パイプ15で連結してあ
る。金属容器13には放熱用の熱交換パイプ16
が設けられている。またMH2を加熱するための
液体または気体用の熱交換器17も含まれてい
る。
第2モードの動作時では、MH2を冷却する放
熱用熱交換パイプ18を、MH1には加熱用交換
器19を、MH1′にも放熱用熱交換パイプ20を
それぞれ配置する。そして金属容器13に内蔵し
た金属水素化物MH3より圧力差でMH1′に水素
が移動するとき、MH3の吸熱作用で金属水素化
物MH3が冷えるが、この低温熱量をMH3に配し
た冷温媒体用熱交換器21と熱媒体循環用ポンプ
22を介して低温用熱交換器23を通し冷房など
に利用できるようにする。
ここで、金属水素化物の一例として高圧用の
MH3にはTiNn1.5Hx、中圧用のMH2には
LaNi5Hx、低圧用のMH1にはLaNi4CuHxを用
いた。合金重量は加熱用のMH2とMH1(第1の
ヒートポンプサイクル)は第2のヒートポンプサ
イクルりも多量の熱が発生するように金属水素化
物を多く用いて、熱搬送が効率よく行なえるよう
にした。加熱源としてガス燃焼で加熱した熱媒体
(オイル)を用いて、TM′(30℃)をTM(80℃)
まで加熱してMH2の水素をMH1に移動させると
TH(120℃)の温度まで達し、加熱源80℃の温度
で加熱温度120℃の温度と同じ効果が得られた。
このMH1の吸蔵温度でもつて、MH1′を加熱し
圧力差(PH>PH′)で水素をMH1′からMH3に
移動させ、さらに第1図のTM′の温度との
点に保持することによりMH3からMH1′に水素
が自然に、単なる圧力差(PL>PM′)で移動す
る。このとき、MH3の温度TM′(30℃)からTL
(0℃)まで下げることができた。この低温を熱
交換することで冷房などに利用することができ
る。
MH1の水素はMH2に移動して再生され、再び
MH2をTM(80℃)の温度で加熱することによつ
て同様なサイクルが構成される。今回は4個の容
器を用いて加熱源より高温を発生させて低温を得
るサイクルを構成しているが、この4個の容器を
1組として、さらにもう1組以上と組合わせると
連続して低温を取得することができる。
このように、低温は冷房に利用できる一例をあ
げたが、冷給水用としても利用できる。また、実
施例では一例として、TM′を30℃に取つたが、
50℃に設定することも可能であり、水素平衡圧力
の異なる3種以上の金属水素化物の圧力を移動さ
せる他の種類の金属水素化物を用いると、TH>
TM>TM′>TLの温度領域の異なるサイクルが
可能となる。ここでは加熱源が不安定な要素を含
む廃熱源が太陽熱源を用いると温度の確保が不十
分になるので、本発明のサイクル動作をするヒー
トポンプ装置を用いることにより温度を上げる機
能を得ることができる。このため温度が不足して
いる場合には、→→′→′→のサイクル
を加え、またTHにおいて十分な温度が確保でき
るときには、→→→→のサイクルのみ
を用いればよい。すなわち加熱源の温度によつて
両サイクルを効率よく活用すればよい。したがつ
て、無騒音で効率のよいヒートポンプ装置を構成
することができるために省エネルギーの観点から
優れた装置を提供できる。
本実施例では、廃液としてガス熱源を代用とし
て用いたが、その他の熱源であつてもかまわな
い。
発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば、加熱源
の温度幅が変動しても同程度の低温を取得するこ
とができることから不安定な熱源、たとえば廃
熱、太陽熱などを加熱源とする省エネルギー型の
ヒートポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における金属水素化
物ヒートポンプ装置の構成を説明するための水素
平衡圧力と温度との関連図、第2図は本発明の一
実施例における金属水素化物ヒートポンプ装置の
構成を示すブロツク図である。 1……加熱源、2,4,9,13……金属容
器、3……中圧用金属水素化物、5,8……低圧
用金属水素化物、6,14……自動弁、10……
熱搬送用熱交換器、12……高圧用金属水素化
物、21……低温媒体用熱交換器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 作動温度領域において水素平衡圧力の異なる
    3種類の低圧用金属水素化物(MH1)、中圧用金
    属水素化物(MH2)および高圧用金属水素化物
    (MH3)を用い、前記MH1とMH2の金属水素化
    物を収納した容器を水素が移動できるように連通
    して密閉容器の作動対とし、この作動対に移動の
    ための水素を封入してこのMH1とMH2との2つ
    の金属水素化物により形成した第1のヒートポン
    プサイクルと、前記MH1とは別な低圧用金属水
    素化物(MH1′)と前記MH3の金属水素化物を
    収納した容器を同様に水素が移動できるように連
    通して密閉容器の作動対とし、この作動対にも移
    動のための水素を封入してこのMH1′とMH3と
    の2つの金属水素化物により形成した第2のヒー
    トポンプサイクルとを備え、前記第1のヒートポ
    ンプサイクルのMH2を加熱し、このMH2中の水
    素を前記MH1に移動させる際に発生する吸蔵熱
    を、前記第2のヒートポンプサイクルのMH1′の
    昇温に必要な熱として利用するために熱搬送さ
    せ、その搬送熱で前記第2のヒートポンプサイク
    ルのMH1′の昇温させ、その温度上昇で発生する
    前記MH3との圧力差で水素を前記MH1′から前
    記MH3に移動させることによつて第1のモード
    を形成し、かつ前記第1のヒートポンプサイクル
    のMH2の加熱を停止することで前記第1のモー
    ドの反応を終了させ、前記MH3の水素を前記
    MH1′にその圧力差を利用して戻すとともに前記
    第1のヒートポンプサイクルのMH1の水素を
    MH2にその圧力差を利用して戻すことによつて
    第2のモードを形成し、前記第1および第2のヒ
    ートポンプサイクルを使用して前記第1および第
    2のモードを繰り返すようにした金属水素化物ヒ
    ートポンプ装置。
JP25802384A 1984-12-06 1984-12-06 金属水素化物ヒ−トポンプ装置 Granted JPS61134551A (ja)

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01305273A (ja) * 1988-06-03 1989-12-08 Seijiro Suda 金属水素化物ヒートポンプ
FR2877425B1 (fr) * 2004-11-04 2007-01-19 Techn Ice Sarl Production de froid a tres basse temperature dans un dispositif thermochimique.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58173358A (ja) * 1982-04-05 1983-10-12 積水化学工業株式会社 金属水素化物装置

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