JPH0573984B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0573984B2
JPH0573984B2 JP10103184A JP10103184A JPH0573984B2 JP H0573984 B2 JPH0573984 B2 JP H0573984B2 JP 10103184 A JP10103184 A JP 10103184A JP 10103184 A JP10103184 A JP 10103184A JP H0573984 B2 JPH0573984 B2 JP H0573984B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
heat pump
temperature
adsorption
pump cycle
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 - Lifetime
Application number
JP10103184A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60245974A (en
Inventor
Keiichi Watanabe
Isao Takeshita
Takashi Inami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP10103184A priority Critical patent/JPS60245974A/en
Publication of JPS60245974A publication Critical patent/JPS60245974A/en
Publication of JPH0573984B2 publication Critical patent/JPH0573984B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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、吸熱を理想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て熱駆
動の冷暖房、給湯装置として広く利用できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a chemical heat pump device that ideally generates heat and absorbs heat through reversible adsorption and desorption reactions of working gas. It can be widely used as air conditioning, heating, and hot water equipment.

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つある。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。これらの作動媒体としては、水素、水蒸
気、アンモニアなどがある。これまでに知られて
いるケミカルヒートポンプ装置は省エネルギー
性、無騒音、無振動など多くの特徴を期待されつ
つも、現在の圧縮機や吸収式のような実用化レベ
ルに達していない。
Conventional configurations and their problems Heat pump devices can be roughly divided into three types: compression type, absorption type, and chemical heat pump. The chemical heat pump according to the present invention has been attracting increasing attention in recent years from the viewpoint of effective energy utilization. Chemical heat pumps are heat pumps that utilize adsorption and desorption reactions of substances or phase change reactions, and the working medium is thought to be made of metal hydrides, inorganic hydrates, organic substances, zeolites, etc. These working media include hydrogen, water vapor, and ammonia. Although the chemical heat pump devices known so far are expected to have many features such as energy saving, no noise, and no vibration, they have not reached the practical level of current compressor and absorption types.

この理由としては、成績係数(COP)を含め
たヒートポンプ装置としての性能が比較的低いこ
とや、使用条件の困難性、経済性などが主なもの
である。具体的には、熱交換器が、媒体充填容器
に比較して、重量的、体積的、熱容量的に占める
割合が大きすぎることや、熱交換の際に熱媒体を
循環するポンプ動力を必要とするため余分なエネ
ルギーを費やすことや、熱交換ループの切換え用
の配管系統を付加する必要があることなどであ
る。したがつて、性能の向上や、低価格化などを
図ることがケミカルヒートポンプ装置として重要
な課題である。
The main reasons for this include relatively low performance as a heat pump device including coefficient of performance (COP), difficult usage conditions, and economic efficiency. Specifically, the heat exchanger occupies a larger proportion in terms of weight, volume, and heat capacity than the medium-filled container, and the heat exchanger requires pump power to circulate the heat medium during heat exchange. This includes expending extra energy and requiring additional piping to switch heat exchange loops. Therefore, improving performance and reducing costs are important issues for chemical heat pump devices.

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を高温熱源
を入力してTH温度まで昇温する(Aの状態)こ
の場合温度に応じてMH1は昇圧され、他方の平
衡圧力の高い金属水素化物MH2に圧力差を利用
して水素を移動できる。この時のMH2の得られ
る温度はTMである。(Bの状態)。次にMH1を
温度TMに保持し、MH2と連通すれば、MH2
の水素はMH1に移動する。この際MH2は吸熱
反応により常温以下に温度が低下して(TL)、一
方MH1では発熱する(C→D)の状態。このよ
うにA→B→C→Dの過程を繰り返す事によつ
て、Aの高温熱源THの入力で状態BとDで反応
の発熱によるTM温度の温熱を得る熱量取得型の
ヒートポンプサイクルや、状態Cで反応の吸熱に
よるTL温度の冷熱を得る冷熱発生型のヒートポ
ンプサイクルを形成することが可能である。この
第1図に示すようなヒートポンプサイクルでは、
暖房時、COPが1.0以上で出力が入力より大きく
省エネルギー機器とし注目されるところである
が、冷房時のCOPは0.4〜0.5程度では比較的性能
はよくない。またこのヒートポンプサイクルにお
いては、入力熱源温度(TH)を質の高い比較的
高温、例えば200〜300℃とした場合に、逆に
COPは低下するという問題を有している。これ
では、良質の高温熱源の有効利用には寄与できな
い。このような単純サイクルの低いCOPを改善
するために、特開昭54−99095公報に示されてい
るような発明がある。第2図はそのヒートポンプ
サイクル図であるが、図のように温度・圧力特性
の異なる種類の金属水素化物を用いた多段式であ
り、状態Aでの入力熱源で、状態B、D、Fから
温熱を出力することや状態C、Eで冷熱を出力す
ることができる。この場合、冷房時のCOPは0.8
〜1.0程度まで向上させることが期待できる。こ
れは入力熱源温度(TH)を高くすることによつ
て可能となるサイクルで、高い入力熱源温度を有
効に利用した方法である。しかし、この多段式ヒ
ートポンプサイクルは、水素の吸脱着反応をスム
ーズに進行させるために第1図の単純サイクルに
比較すれば、サイクルに使用する圧力範囲をかな
り広げる必要がある。この事によつて、高い圧力
領域を選べば、容器の耐圧が重要となり、高価と
なるばかりでなく、熱容量の増大によつてCOP
を低下させる原因となり、逆に低い圧力領域を選
べば、比容積が増大し水素の移動における圧力損
失が大きく、サイクル全体の反応速度が著しく低
下するという問題を有していた。
Next, the configuration of a conventional heat pump device and its problems will be explained using a metal hydride as an example. A conventional general heat pump cycle exhibits the temperature/equilibrium pressure characteristics shown in FIG. Using two types of metal hydrides with different temperature and equilibrium pressure characteristics, the metal hydride MH1, which has a low equilibrium pressure at the same temperature, is heated to the TH temperature by inputting a high-temperature heat source (state A). MH1 is pressurized, and hydrogen can be transferred to the other metal hydride MH2, which has a higher equilibrium pressure, by using the pressure difference. The temperature obtained for MH2 at this time is TM. (State B). Next, if MH1 is maintained at temperature TM and communicated with MH2, MH2
hydrogen moves to MH1. At this time, MH2's temperature drops below room temperature due to an endothermic reaction (TL), while MH1 generates heat (C→D). By repeating the process of A→B→C→D in this way, a heat pump cycle of the heat acquisition type that obtains heat at the TM temperature due to the heat generated by the reaction in states B and D with the input of the high temperature heat source TH of A, In state C, it is possible to form a cold heat generation type heat pump cycle that obtains cold heat at the TL temperature due to the endothermic reaction of the reaction. In a heat pump cycle as shown in Figure 1,
During heating, when the COP is 1.0 or more, the output is greater than the input, and it is attracting attention as an energy-saving device, but when the COP is around 0.4 to 0.5 during cooling, the performance is relatively poor. In addition, in this heat pump cycle, when the input heat source temperature (TH) is set to a high quality, relatively high temperature, e.g. 200 to 300℃,
The problem is that the COP decreases. This cannot contribute to the effective use of high-quality high-temperature heat sources. In order to improve the low COP of such a simple cycle, there is an invention as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-99095. Figure 2 is a diagram of the heat pump cycle. As shown in the figure, it is a multi-stage type using metal hydrides with different temperature and pressure characteristics. It can output hot heat, and in states C and E, it can output cold heat. In this case, the COP during cooling is 0.8
It can be expected to improve up to about 1.0. This cycle is made possible by increasing the input heat source temperature (TH), and is a method that effectively utilizes the high input heat source temperature. However, in this multistage heat pump cycle, the pressure range used in the cycle needs to be considerably expanded compared to the simple cycle shown in FIG. 1 in order to allow the hydrogen adsorption/desorption reaction to proceed smoothly. For this reason, if a high pressure range is selected, the pressure resistance of the container becomes important, which not only increases the cost but also increases the COP due to the increase in heat capacity.
On the other hand, if a low pressure region is selected, the specific volume will increase, the pressure loss during hydrogen transfer will be large, and the reaction rate of the entire cycle will be significantly reduced.

この点に関してさらに、多重効用型のヒートポ
ンプサイクル(特願昭58−125044)が提案され、
原理的に解決されているが、その際、相対的に高
温側で作動するヒートポンプサイクルの高温加熱
側吸脱着媒体の吸着反応熱を、相対的に低温で作
動するヒートポンプサイクルの高温加熱側吸脱着
媒体に移送する必要が生ずる。
In this regard, a multiple effect heat pump cycle (Japanese Patent Application No. 125044/1982) has been proposed.
This has been solved in principle, but in this case, the adsorption reaction heat of the adsorption/desorption medium on the high temperature heating side of a heat pump cycle that operates at a relatively high temperature is transferred to the adsorption/desorption heat on the high temperature heating side of a heat pump cycle that operates at a relatively low temperature. The need arises to transfer it to a medium.

従来、この目的には熱媒体の通路を両媒体の容
器に設け、ポンプにより強制的に熱媒体を循環せ
しめる方法がとられており、余分な電力の消費、
ポンプ、配管などからの熱損失の増加・吸脱着媒
体容器の熱容量の増加、ひいては系全体の成績係
数の低下をきたすなどの問題点があつた。
Conventionally, this purpose has been achieved by providing passages for the heat medium in both media containers and forcibly circulating the heat medium using a pump, resulting in unnecessary power consumption and
There were problems such as increased heat loss from pumps, piping, etc., increased heat capacity of the adsorption/desorption medium container, and a decrease in the coefficient of performance of the entire system.

発明の目的 本発明は高温熱源を有効に利用し、一つのサイ
クルの反応によつて得られる発熱で他のサイクル
を駆動する2重(多重)用のサイクルにおいて、
熱交換容器の小形化、熱交換ポンプ動力の軽減、
熱交換配管系統の簡易化などを行なうことによ
り、サイクルをより効率的に省エネルギー的に運
転できる構造にして、円滑にサイクルを駆動で
き、COP(成績係数)の高いものとすることを目
的とする。
Purpose of the Invention The present invention effectively utilizes a high-temperature heat source to provide a double (multiple) cycle in which the heat generated by the reaction of one cycle drives another cycle.
Downsizing of heat exchange container, reduction of heat exchange pump power,
By simplifying the heat exchange piping system, the aim is to create a structure that allows the cycle to operate more efficiently and in an energy-saving manner, allowing the cycle to run smoothly and with a high COP (coefficient of performance). .

発明の構成 本発明の多重効用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、ヒートポンプサイクルが少な
くとも2組から構成され、高温加熱側吸脱着反応
媒体がより低い平衡圧力特性を有する(相対的に
高温側で動作する)ヒートポンプサイクルの同一
温度で平衡圧力の低い高温加熱側吸脱着反応媒体
の吸着反応発熱温度を高温加熱側吸脱着反応媒体
がより高い平衡圧力特性を有する(相対的に低温
側で動作する)ヒートポンプサイクルの同一温度
で平衡圧力の低い高温加熱側吸脱着反応媒体の脱
着反応加熱温度より高くし、(相対的に高温側で
動作する)ヒートポンプサイクルの前記吸着反応
熱を用いて(相対的に低温側で動作する)ヒート
ポンプサイクルの加熱を行なう装置において、相
対的に高温側で動作するヒートポンプサイクルの
高温加熱側吸脱着反応媒体(以下MH1と称す)
を充填した容器(以下容器V1と称す)と、相対
的に低温側で動作する媒体(以下MH3と称す)
を充填した容器(以下容器V3と称す)との間に
熱交換可能な連結管路として、重力自然循環型ヒ
ートパイプを設けて、第1の熱交換ループを形成
せしめ、相対的に高温側で動作するヒートポンプ
サイクルの前記吸着反応熱を用いて、相対的に低
温側で動作するヒートポンプサイクルの加熱を行
なうと共に、容器V3と温熱冷熱出力装置との間
に、熱交換可能な、連結管路として、重力自然循
環ヒートパイプを設けて、第2の熱交換ループを
形成し、相対的に、低温側で動作するヒートポン
プサイクルの高温加熱側吸脱着媒体の吸着反応に
よる発熱を、圧熱出力装置に取り出すようにし、
さらに前記第1、第2の熱交換ループは容器V3
内において上記ヒートパイプの管路を兼用するよ
うにしたことを特徴とするものである。そして上
記各々のヒートポンプサイクルは、間欠動作を行
なわせる際上記第1、第2の熱交換ループを、バ
ルブ操作により、切換え可能とすること。さらに
各ヒートポンプサイクルの作動気体を可逆的に吸
脱着できる媒体の同一温度で平衡圧力の高い低温
吸熱側吸脱着反応媒体に、同一物質もしくはほぼ
同一の温度平衡圧力特性を有する物質を使用する
こと。また各ヒートポンプサイクルの少なくとも
一つに作動気体として、水素ガスを用い、吸脱着
反応媒に金属水素化物を形成し得る金属又はその
合金を用いることを特徴とするものである。
Structure of the Invention The multiple effect heat pump device of the present invention has a working gas and a temperature at which the working gas can be reversibly adsorbed and desorbed.
This is a chemical heat pump device that stores two types of media with different equilibrium pressure characteristics in a sealed container divided into two rooms, and utilizes heat generation and heat absorption during adsorption and desorption reactions of gas, and the heat pump cycle consists of at least two sets. The adsorption reaction exothermic temperature of the adsorption-desorption reaction medium on the high-temperature heating side with a lower equilibrium pressure at the same temperature in a heat pump cycle where the adsorption-desorption reaction medium on the high-temperature heating side has a lower equilibrium pressure characteristic (operates on the relatively high-temperature side). The high-temperature heating side of the adsorption-desorption reaction medium has a higher equilibrium pressure characteristic (operates on the relatively low-temperature side) and the high-temperature heating side with lower equilibrium pressure at the same temperature of the heat pump cycle (operating on the relatively low-temperature side) has a higher desorption reaction heating temperature of the adsorption-desorption reaction medium. In a device that heats a heat pump cycle (which operates at a relatively low temperature side) using the adsorption reaction heat of a heat pump cycle (which operates at a relatively high temperature side), the heat pump operates at a relatively high temperature side. Adsorption/desorption reaction medium on the high temperature heating side of the cycle (hereinafter referred to as MH1)
(hereinafter referred to as container V1), and a medium that operates at a relatively low temperature side (hereinafter referred to as MH3).
A gravity natural circulation type heat pipe is provided as a connecting pipe line capable of heat exchange between the container filled with (hereinafter referred to as container V3), and a first heat exchange loop is formed. The adsorption reaction heat of the operating heat pump cycle is used to heat the heat pump cycle that operates at a relatively low temperature side, and as a connecting pipe that can exchange heat between the container V3 and the hot/cold output device. A gravity natural circulation heat pipe is installed to form a second heat exchange loop, and the heat generated by the adsorption reaction of the adsorption/desorption medium on the high temperature heating side of the heat pump cycle that operates on the relatively low temperature side is transferred to the pressure heat output device. Try to take it out,
Further, the first and second heat exchange loops are connected to the container V3.
The heat pipe is characterized in that the heat pipe also serves as a conduit in the heat pipe. Each of the heat pump cycles is capable of switching between the first and second heat exchange loops by operating a valve when performing intermittent operation. Furthermore, the same substance or a substance having almost the same temperature equilibrium pressure characteristics should be used for the adsorption/desorption reaction medium on the low temperature endothermic side, which has a high equilibrium pressure at the same temperature of the medium that can reversibly adsorb and desorb the working gas in each heat pump cycle. Further, the present invention is characterized in that hydrogen gas is used as a working gas in at least one of each heat pump cycle, and a metal or an alloy thereof capable of forming a metal hydride is used as an adsorption/desorption reaction medium.

実施例の説明 本発明の多重効用ヒートポンプ装置の一実施例
の構成図を第3図に、またそのヒートポンプサイ
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
に各々収納したものを2組作成した。第3図の
MH1とMH2で相対的に高温側で動作する第1
のヒートポンプサイクルを形成し、MH3とMH
4で相対的に低温側で動作する第2のヒートポン
プサイクルを形成するように構成した。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はMH1とMH3であ
る。そしてMH1を充填した容器V1と、MH3
を充填した容器V3との間に重力自然循環型ヒー
トパイプを設けて、第1の熱交換ループを形成せ
しめ、容器V3と温熱冷熱出力装置との間に重力
自然循環型ヒートパイプを設けて、第2の熱交換
ループを形成せしめ、さらに容器V3内の熱交換
路を第1と第2の熱交換ループが兼用するように
構成した。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 3 shows a configuration diagram of an embodiment of the multi-effect heat pump device of the present invention, and FIG. 4 shows a heat pump cycle diagram thereof. Note that the description will be made using a metal hydride as an example of a medium that can be adsorbed and desorbed. Third
As shown in the figure, two sets of two types of metal hydrides with different temperature and equilibrium pressure characteristics were each housed in two compartmented closed containers. Figure 3
The first one operates on the relatively high temperature side between MH1 and MH2.
form a heat pump cycle, MH3 and MH
4 to form a second heat pump cycle that operates at a relatively low temperature. In these two heat pump cycles, MH1 and MH3 are on the high temperature heating side with lower equilibrium pressure at the same temperature. Then, container V1 filled with MH1 and MH3
A gravitational natural circulation heat pipe is provided between the container V3 filled with the container V3 to form a first heat exchange loop, a gravitational natural circulation heat pipe is provided between the container V3 and the heating/cooling output device, A second heat exchange loop was formed, and the heat exchange path inside the container V3 was configured so that the first and second heat exchange loops were also used.

次に上記ヒートポンプ装置の動作について説明
する。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を比較的温度の高い廃熱源
1を使つて加熱する。するとMH1は加熱されて
第4図のA点まで昇圧される。この時水素ガスバ
ルブ2を開けると、MH1とMH2の圧力差によ
つて水素はMH2に移動し、MH2では反応に伴
なう温熱を発生する。(第4図の状態A→Bへの
水素移動)この後、MH1への廃熱源1からの加
熱を停止することにより、MH1は徐々に温度が
低下し、MH2より平衡圧力が下がるため、逆
に、MH2よりMH1への圧力差による水素移動
が可能となる。(第4図の状態B,C→Dへの水
素移動)この時、MH2では水素放出に伴なう冷
熱を、またMH1では水素吸蔵に伴なう温熱をそ
れぞれ発生する。
Next, the operation of the heat pump device will be explained. The metal hydride MH1 on the high temperature heating side of the first heat pump cycle is heated using the waste heat source 1 having a relatively high temperature. Then, MH1 is heated and the pressure is increased to point A in FIG. When the hydrogen gas valve 2 is opened at this time, hydrogen moves to MH2 due to the pressure difference between MH1 and MH2, and MH2 generates heat accompanying the reaction. (Hydrogen transfer from state A to state B in Figure 4) After this, by stopping the heating from waste heat source 1 to MH1, the temperature of MH1 gradually decreases, and the equilibrium pressure becomes lower than that of MH2, so the reverse occurs. In addition, hydrogen can be transferred from MH2 to MH1 due to the pressure difference. (Hydrogen transfer from states B and C to D in FIG. 4) At this time, MH2 generates cold heat due to hydrogen release, and MH1 generates warm heat due to hydrogen storage.

このMH1とMH2を用いた動作だけなら、従
来の一般的なヒートポンプと変わりはない。本発
明は、このMH1で発生する温熱を単に熱出力と
して使用(従来の暖房時)するとか、又は放熱
(従来の冷房時)するのでなく、別に構成した第
2のヒートポンプサイクルのMH3の加熱用熱源
とするのに、重力自然循環型ヒートパイプを用い
て熱交換を行ない、かつMH3の吸着反応熱の温
熱出力装置への取り出しも容器V3内の熱交換路
を兼用し、重力自然循環型ヒートパイプを用いて
熱交換ループを形成せしめるところに特徴があ
る。熱交換ループに重力自然循環型ヒートパイプ
を用いることによつて、第2のヒートポンプサイ
クルは、A′→B′→C′→D′の順に水素を非常に円
滑に、第1のヒートポンプサイクル同様に移動す
ることができる。上記各々のヒートポンプサイク
ルは間欠作動を行なわせる際、上記熱交換ループ
をバルブ操作のみで切換え可能にした。
As far as operation using MH1 and MH2 is concerned, it is no different from a conventional general heat pump. The present invention does not simply use the heat generated in MH1 as heat output (as in conventional heating) or radiate heat (as in conventional cooling), but instead uses it to heat MH3 in a separately configured second heat pump cycle. A gravity natural circulation type heat pipe is used as the heat source for heat exchange, and the heat exchange path inside the container V3 is also used to take out the adsorption reaction heat of MH3 to the thermal output device. The feature is that a heat exchange loop is formed using pipes. By using gravity natural circulation heat pipes in the heat exchange loop, the second heat pump cycle can transfer hydrogen in the order of A'→B'→C'→D' very smoothly, similar to the first heat pump cycle. can be moved to. When performing intermittent operation in each of the heat pump cycles described above, the heat exchange loops can be switched by simply operating a valve.

第1のヒートポンプサイクルにおいてMH2か
らMH1への水素移動を行なう際にはバルブ5,
5′を開き、バルブ6,6′を閉じておき、MH1
での温熱を上記ヒートパイプの第1の熱交換ルー
プによつて、MH3の加熱を行ない、MH1の吸
着発熱が終了するとバルブ5,5′を閉じて第1
の熱交換ループ内の熱媒流体をループ内の容器V
3内の熱交換路以外の位置に貯溜しておき、第2
のヒートポンプサイクルにおいて、MH4より
MH3への水素移動の際にはバルブ6,6′を開
き、5,5′は閉じたままで、MH3で発生する
温熱を、上記ヒートパイプの第2の熱交換ループ
によつて、温熱出力装置に取り出し、MH3の吸
着発熱が終了するとバルブ6,6′を閉じて、第
2の熱交換ループ内の熱媒流体をループ内の容器
V3内の熱交換路以外の位置に貯溜しておく。第
1の熱交換ループに使用する熱媒流体と第2の熱
交換ループに使用する熱媒流体は、運転操作温度
によつて同一種類でも、異なつてもよい。
When transferring hydrogen from MH2 to MH1 in the first heat pump cycle, valve 5,
5' and close valves 6 and 6', MH1
MH3 is heated by the first heat exchange loop of the heat pipe, and when the adsorption heat generation of MH1 is completed, the valves 5 and 5' are closed and the first heat exchange loop is heated.
The heat transfer fluid in the heat exchange loop is transferred to the vessel V in the loop.
It is stored in a position other than the heat exchange path in the second heat exchange path.
In the heat pump cycle, MH4
When hydrogen is transferred to MH3, valves 6 and 6' are opened, valves 5 and 5' remain closed, and the heat generated in MH3 is transferred to the heat output device through the second heat exchange loop of the heat pipe. When the adsorption heat generation of MH3 is completed, the valves 6 and 6' are closed, and the heat medium fluid in the second heat exchange loop is stored in a position other than the heat exchange path in the container V3 in the loop. The heat transfer fluid used in the first heat exchange loop and the heat transfer fluid used in the second heat exchange loop may be the same type or different depending on the operating temperature.

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ヒート
ポンプ装置を試作し、その評価を行なつた結果に
ついて述べる。MH1として、Ti0.3Zr0.7Mr1.2
Cr0.6Co0.2、MH3としてTi0.6Zr0.4Mr1.2Cr0.6
Cn0.2、MH2とMH4としてTi0.9Zr0.1Mr1.4Cr0.4
V0.2のTi−Mn系合金を約10Kgずつ、第3図のよ
うな構成の装置に充填した。そして第1、第2の
ヒートポンプサイクルのそれぞれに約63モルの水
素ガスが、各サイクルで移動するように金属水素
化物として調整した。そしてMH1を約200℃に
加熱し、ヒートポンプとしての性能を検討した。
その結果、COP値は、1.56(暖房)と1.01(冷房)
と非常に良好な値であり、その運転もスムーズに
繰返し行なうことができた。ちなみに従来の熱交
換方法を用いたヒートポンプの性能は1.36(暖房)
と0.91(冷房)であつた。したがつて上記のヒー
トポンプ装置は多重効用を採用しているため従来
からの問題点であつたCOPを大きくする必要も
ない。なお、各ヒートポンプサイクルの同一温
度・平衡圧力を有する物質を使用することが好ま
しい。それは、反応によつて得られる発熱又は吸
熱の温度レベルをほぼ同一にすることによつて利
用側での温度レベルを一定に出来ると共に、2つ
のサイクルの高低圧をほぼ同一にし得る。また各
ヒートポンプサイクルの少なくとも一つに、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得る金属又はその合金を用い
ることが良い。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
寿命性能に優れているばかりでなく、反応速度が
非常に速くできるメリツトなども有している。さ
らに、本発明に関するケミカルヒートポンプ用材
料の多くは比較的高い温度での反応が可能であ
り、実施例等で示した2つのヒートポンプサイク
ル(2重効用)に限らず、さらに高温の熱源を利
用して、3重、4重の多重効用型も可能であり、
高温廃熱などのエネルギー有効利用にも役立つも
のである。また、容器内に充填する媒体は、特に
金属水素化の場合は同一種の材料であつても異な
る材料の混合物であつてもよい。
As a specific example of the present invention, a heat pump device having a configuration as shown in FIGS. 3 and 4 and a temperature-pressure cycle was prototyped, and the results of its evaluation will be described. As MH1, Ti 0.3 Zr 0.7 Mr 1.2
Cr 0.6 Co 0.2 , Ti 0.6 Zr 0.4 Mr 1.2 Cr 0.6 as MH3
Cn 0.2 , Ti 0.9 Zr 0.1 Mr 1.4 Cr 0.4 as MH2 and MH4
Approximately 10 kg of Ti-Mn alloy having a V of 0.2 was charged into an apparatus having the structure shown in FIG. 3. Approximately 63 moles of hydrogen gas was adjusted as metal hydride to be transferred in each cycle of the first and second heat pump cycles. We then heated MH1 to approximately 200℃ and examined its performance as a heat pump.
As a result, the COP values are 1.56 (heating) and 1.01 (cooling)
This was a very good value, and the operation could be carried out smoothly and repeatedly. By the way, the performance of a heat pump using the conventional heat exchange method is 1.36 (heating)
and 0.91 (air conditioning). Therefore, since the above heat pump device employs multiple effects, there is no need to increase the COP, which has been a problem in the past. Note that it is preferable to use a substance that has the same temperature and equilibrium pressure for each heat pump cycle. By making the exothermic or endothermic temperature levels obtained by the reaction almost the same, the temperature level on the utilization side can be made constant, and the high and low pressures of the two cycles can be made almost the same. Further, it is preferable to use hydrogen gas as the working gas in at least one of each heat pump cycle, and to use a metal or an alloy thereof capable of forming a metal hydride as the adsorption/desorption reaction medium. Heat pump cycles using metal hydrides not only have excellent reversibility of the reaction and long life performance due to repeated operation, but also have the advantage of extremely fast reaction rates. Furthermore, many of the materials for chemical heat pumps related to the present invention are capable of reacting at relatively high temperatures, and are not limited to the two heat pump cycles (double effect) shown in the examples, but can also be used to utilize even higher temperature heat sources. Therefore, triple or quadruple effect types are also possible.
It is also useful for the effective use of energy such as high-temperature waste heat. Furthermore, the medium filled in the container may be the same type of material or a mixture of different materials, especially in the case of metal hydrogenation.

発明の効果 二重効用(多重効用)ヒートポンプ装置は、一
段目の廃熱で二枚目が駆動されるため、原理的に
高い成績係数が期待されるが、熱搬送の方法には
種々の問題があつた。しかし本発明によれば従
来のヒートポンプサイクルでは、熱交換ループを
駆動するのにポンプ動力を必要としたのでエネル
ギー的に不利であり、騒音も生じていたが、本発
明においては、ポンプ動力が不要なので省エネル
ギー的で、かつ無騒音となう。間欠作動の際、
熱媒流体の切換えはバルブ操作のみであるので、
運転操作が非常に簡単になる。2つの熱交換ル
ープの主な流路を兼用した構造となつているの
で、従来の構造に比較して、容器が小さくて済
み、したがつて容器の熱容量が小さくなる。本
発明の熱交換ループは、わずかの温度差で、大量
の熱量を運ぶことができるので、第1のサイクル
の放熱温度と第2のサイクルの加熱温度の差を小
に設計することができ、それだけ第1のサイクル
の加熱温度を低く設計することができる。
Effects of the invention A dual-effect (multiple-effect) heat pump device uses the waste heat from the first stage to drive the second stage, so a high coefficient of performance is expected in principle, but there are various problems with the heat transfer method. It was hot. However, according to the present invention, conventional heat pump cycles require pump power to drive the heat exchange loop, which is disadvantageous in terms of energy and also generates noise, but in the present invention, pump power is not required. Therefore, it is energy saving and noiseless. During intermittent operation,
The heat transfer fluid can be switched only by valve operation.
Driving becomes very easy. Since the structure is such that the main flow paths of the two heat exchange loops are also used, the container can be smaller than the conventional structure, and therefore the heat capacity of the container is reduced. Since the heat exchange loop of the present invention can transport a large amount of heat with a small temperature difference, the difference between the heat radiation temperature of the first cycle and the heating temperature of the second cycle can be designed to be small. Accordingly, the heating temperature in the first cycle can be designed to be lower.

その結果、サイクルの成績係数が高く、省エネ
ルギー性が高い。又本発明の熱搬送ループは、構
造が簡単であり故障する所がなく、安価であるな
ど多くの利点を持つている。
As a result, the cycle has a high coefficient of performance and high energy savings. Furthermore, the heat transfer loop of the present invention has many advantages such as a simple structure, no failures, and low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来からよく知られた一重効用ヒー
トポンプサイクル図、第2図は改良された従来例
の多段式のヒートポンプサイクル図、第3図は本
発明の一実施例の多重効用ヒートポンプサイクル
図、第4図は第3図に示すヒートポンプ装置のヒ
ートポンプサイクル図である。 1……廃熱源、2,2′……水素ガスバルブ、
3……第1の熱交換ループ、4……第2の熱交換
ループ、5,5′……第1の熱交換ループ操作バ
ルブ、6,6′……第2の熱交換ループ操作バル
ブ、7……温熱、冷熱の出力装置、MH1〜MH
4……金属水素化物。
Fig. 1 is a diagram of a single-effect heat pump cycle that is well known in the past, Fig. 2 is a diagram of an improved conventional multi-stage heat pump cycle, and Fig. 3 is a diagram of a multi-effect heat pump cycle of an embodiment of the present invention. , FIG. 4 is a heat pump cycle diagram of the heat pump device shown in FIG. 3. 1...Waste heat source, 2,2'...Hydrogen gas valve,
3...First heat exchange loop, 4...Second heat exchange loop, 5, 5'...First heat exchange loop operating valve, 6,6'...Second heat exchange loop operating valve, 7...Heat and cold output device, MH1~MH
4...Metal hydride.

Claims (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を充填
して温度・平衡圧特性の異なる容器を形成し、前
記容器間に作動媒体を移動可能に充填したケミカ
ルヒートポンプを少なくとも2組用意し、相対的
に高温側で動作する第1のヒートポンプサイクル
の同一温度で平衡圧力の低い高温加熱側吸脱着反
応媒体の吸着反応発熱温度を相対的に低温側で動
作する第2のヒートポンプサイクルの同一温度で
平衡圧力の低い高温加熱側吸脱着反応媒体の脱着
反応加熱温度より高くし、第1のヒートポンプサ
イクルの前記吸着反応熱を用いて第2のヒートポ
ンプサイクルの加熱を行ない、第1のヒートポン
プサイクルの高温加熱側吸脱着反応媒体(以下
MH1と称す)を充填した容器と(以下容器V1
と称す)、相対的に低温側で動作する媒体(以下
MH3と称す)を充填した容器(以下容器V3と
称す)との間に熱交換可能な連絡管路として、重
力自然循環型ヒートパイプを設けて、第1の熱交
換ループを形成せしめ、第1のヒートポンプサイ
クルの前記吸着反応熱を用いて、第2のヒートポ
ンプサイクルの加熱を行なうと共に、容器V3と
温熱出力装置との間に、熱交換可能に、連結管路
として重力自然循環型ヒートパイプを設けて、第
2の熱交換ループを形成し、第2のヒートポンプ
サイクルの高温加熱側吸脱着媒体の吸着反応によ
る発熱を温熱出力装置に取り出すようにし、さら
に前記第1、第2の熱交換ループは、容器V3内
において、前記ヒートパイプの管路を兼用するよ
うにしたことを特徴とする多重効用ヒートポンプ
装置。 2 第1、第2のヒートポンプサイクルは、間欠
動作を行なわせしめる際、第1、第2の熱交換ル
ープを、バルブ操作により、切換え可能にしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多重
効用ヒートポンプ装置。 3 各ヒートポンプサイクルにおける同一温度で
平衡圧力の高い低温吸熱側吸脱着反応媒体として
ほぼ同一の温度・平衡圧力特性を有する物質を使
用する特許請求の範囲第1項記載の多重効用ヒー
トポンプ装置。 4 各ヒートポンプサイクルの少なくとも一つ
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得る金属又はその合
金を用いる特許請求の範囲第1項記載の多重効用
ヒートポンプ装置。
[Scope of Claims] 1. A chemical heat pump comprising at least two containers filled with a substance capable of reversibly adsorbing and desorbing a working gas to form containers having different temperature and equilibrium pressure characteristics, and a working medium being movably filled between the containers. A second heat pump operates at a relatively low temperature side, with the adsorption reaction exothermic temperature of the adsorption/desorption reaction medium on the high temperature heating side having the same temperature and low equilibrium pressure as the first heat pump cycle operating at a relatively high temperature side. The temperature is set higher than the desorption reaction heating temperature of the adsorption/desorption reaction medium on the high temperature heating side where the equilibrium pressure is lower at the same temperature of the cycle, and the second heat pump cycle is heated using the adsorption reaction heat of the first heat pump cycle. The adsorption/desorption reaction medium on the high temperature heating side of the heat pump cycle (hereinafter referred to as
MH1) and a container filled with MH1 (hereinafter referred to as container V1).
media that operate at relatively low temperatures (hereinafter referred to as
A gravity natural circulation type heat pipe is provided as a connecting pipe line capable of heat exchange between the container (hereinafter referred to as container V3) filled with MH3 (referred to as MH3), and a first heat exchange loop is formed. The adsorption reaction heat of the heat pump cycle is used to heat the second heat pump cycle, and a gravity natural circulation heat pipe is provided as a connecting pipe between the container V3 and the thermal output device to enable heat exchange. is provided to form a second heat exchange loop, and the heat generated by the adsorption reaction of the adsorption/desorption medium on the high temperature heating side of the second heat pump cycle is taken out to the thermal output device, and the first and second heat exchange loops are This is a multi-effect heat pump device, characterized in that the heat pipe also serves as a conduit in the container V3. 2. Claim 1, characterized in that when the first and second heat pump cycles perform intermittent operation, the first and second heat exchange loops can be switched by operating a valve. multi-effect heat pump device. 3. The multi-effect heat pump device according to claim 1, wherein a substance having substantially the same temperature and equilibrium pressure characteristics is used as the adsorption/desorption reaction medium on the low-temperature endothermic side with the same temperature and high equilibrium pressure in each heat pump cycle. 4. The multi-effect heat pump device according to claim 1, wherein hydrogen gas is used as a working gas in at least one of each heat pump cycle, and a metal or an alloy thereof capable of forming a metal hydride is used as an adsorption/desorption reaction medium.
JP10103184A 1984-05-18 1984-05-18 Multiple effect heat pump device Granted JPS60245974A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10103184A JPS60245974A (en) 1984-05-18 1984-05-18 Multiple effect heat pump device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10103184A JPS60245974A (en) 1984-05-18 1984-05-18 Multiple effect heat pump device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60245974A JPS60245974A (en) 1985-12-05
JPH0573984B2 true JPH0573984B2 (en) 1993-10-15

Family

ID=14289801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10103184A Granted JPS60245974A (en) 1984-05-18 1984-05-18 Multiple effect heat pump device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60245974A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0233560A (en) * 1988-07-22 1990-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hot water feeder with bypass water passage

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60245974A (en) 1985-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Desai et al. Thermochemical energy storage system for cooling and process heating applications: A review
Li et al. Progress in the development of solid–gas sorption refrigeration thermodynamic cycle driven by low-grade thermal energy
US4623018A (en) Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles
KR100358338B1 (en) Driving method and apparatus of refrigeration system
Klein et al. Development of a two-stage metal hydride system as topping cycle in cascading sorption systems for cold generation
CN102997484A (en) Metal hydride refrigerating device
CN109253559A (en) A kind of microwave adsorption refrigeration system and method
Zhang et al. Energy and exergy analyses of ammoniated salts based thermochemical sorption heat storage system
Li et al. A combined double-way chemisorption refrigeration cycle based on adsorption and resorption processes
JP4889650B2 (en) Generation of cryogenic cooling in thermochemical equipment.
EP1550830A1 (en) Heat pump system
Sun Thermodynamic analysis of the operation of two-stage metal-hydride heat pumps
JPH0573984B2 (en)
JPS5819954B2 (en) Ray Danbo Souchi
Vasil’ev et al. Multisalt-carbon chemical cooler for space applications
JP3126086B2 (en) Compression metal hydride heat pump
JP2568484B2 (en) Multi-effect heat pump device
JPS638392B2 (en)
JPH0220912B2 (en)
KR20240035052A (en) Adsorption type heating/cooling combined cycle heat pump system
JPS5819956B2 (en) Cooling device using metal hydride
Nasako et al. Heat Exchanger for Hydrogen-Absorbing Alloy Refrigeration System
JPH0428984B2 (en)
JPH0830632B2 (en) Intermittent heater
JPH0472142B2 (en)