JPS6017670A - 金属水素化物ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

金属水素化物ヒ−トポンプ装置

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JPS6017670A
JPS6017670A JP12504583A JP12504583A JPS6017670A JP S6017670 A JPS6017670 A JP S6017670A JP 12504583 A JP12504583 A JP 12504583A JP 12504583 A JP12504583 A JP 12504583A JP S6017670 A JPS6017670 A JP S6017670A
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JP
Japan
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hydrogen
container
heat
heating
pressure
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Pending
Application number
JP12504583A
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English (en)
Inventor
伸行 柳原
良夫 森脇
孝治 蒲生
勉 岩城
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は水素との反応による金属水素化物の吸熱量と発
熱量を利用した冷暖房および給湯方法に関し、とくに比
較的高温熱源を採用した金属水素化物ヒートポンプ装置
に関するものである。
従来例の構成とその問題点 一般に、ある種の金属(主に合金)は水素を吸蔵し、金
属水素化物を形成することが知られている。この際、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過程は吸熱反応であり
、逆(C水素を吸蔵する過程は発熱反しである。この過
程(1次式の反応で表わさ牡る。
ここで、Mは金属、MHは金属水素化物、081反応熱
である。
1ず、水素との反応による金属水素化物(水素を吸蔵し
得る金属も称して金属水素化物と云う)の発熱量と吸熱
量に着目して、この吸熱作用を冷+r、i (伶却源)
に、壕だ発熱作用を暖房・給湯(加熱源)などに応用す
るものであり、供給熱源として太陽熱や各種廃熱ヲ11
]い、しかも圧縮機などの駆動装置を用いず低騒音の倹
暖房装置全提案している(特開昭61−22161公報
、特開昭61−82942公報)。ここでは水素平衡比
力の異なる2種類の金属水素化物を用いた単一のヒート
ポンプサイクルであることからンンプルな構造となり、
暖房時の効率(COP:収積係数)が高い特徴を有する
が、冷房時の効率(cop)が低い問題点を持っている
一方、この基本系をさらに応用展開し、水素平普1■圧
力の異なる3種類の金属水素化物金用いたヒートポンプ
サイクルが提案されている(特開昭54−99096)
。この温度−圧力サイクルを第1図に示す。まず冷房に
用いる冷熱踪を得る方法として水素平衡圧力の異なる金
属水素化物MH1゜、MH2,MHsを用い、捷ずMH
lf:F (T2.Pl)からA(T1.p5) まで
加熱して、水素を放出させ13(T3゜P6)で最も水
素平衡圧力の高いMHsに水素を吸蔵させる。ついでC
(T4.P4)でMHs より水素を放出させ、D(T
3.P3)で中間の水素平衡圧力のMH2に水素を吸蔵
させる。さらに、MH2のE(T4.P2)から水素を
放出させてMHlのF (T2−Pl)で水素を吸蔵さ
せる。この八→B −+ C−+D→E→F→Aのヒー
トポンプサイクルを繰り返すことによってP4〉P3の
圧力差にあるMHs(C点)とMH2(E点)で発生す
る吸熱it冷房に利用できるため、先の挙−サイクルよ
りは効率(cop)は向]ニするか、暖房・給湯に利用
できる質の1%い熱か取得できる所はF点のみであり、
暖房効率が逆に低下する。
B、D点における水素吸蔵熱を用いるためには、供給熱
源の昇温によりさらにC,D点の水素平衡圧力を高くす
る必要が出て来る。さらに高瘤4.高圧にする事は、金
属水素化物やその容器などの顕熱損失なとて逆に効率が
下がり、また高圧容器の設計上大きな障害となる。一方
、加熱圧力を下げると圧力差が縮少され、水素の移動能
力が低下し、冷房時の効率は著しく低下する。そこで、
冷・暖房や給湯とも熱効率(cop)が高く、しかも使
用する水素平衡圧力も比較的低く、安全性、信頼性の高
い装置が要望されていた。
発明の目的 本発明は上記従来技術に鑑み、水素平衡圧力の異なる3
種類の金属水素化物ケ用い、圧縮機などの駆動装置を用
いず騒音の少ない、また冷・暖房ともに高効率、安全性
、信頼性の高い冷・暖房と給aを得ることを目的とする
0 発明の構成 本発明は、同じ温度で水素平衡圧力の異なる3わT8稙
の金属水素化物をそれぞれ内蔵した複数個の熱父換可能
な容器から成り、冷房には3種類、暖Jy:vこはその
内[7)2種類の金属水素化物を選択し、上記水素平衡
圧力の最も低い金属水素化物MH46−加熱して水素全
放出させ、最も高い金属水素化物f/1ki3 に吸蔵
さぜる過程と−1−記MH1とMHsの中間に位置する
水素平衡圧力をイ1する金属水素化物IAI(2にM)
13から放出する水素を吸蔵させろ過(′1゛とさらv
r:、士JH2,j:り放出さセタ水素′f:MH1K
1呟腋させる過程からMHsとMH2の水素放出による
吸熱量を冷房に用い、ついて、MHI から放1」3す
る水素IMH2に吸蔵する過程と1vlH2カ・ら放出
する水素2MH1に吸蔵する過程からMH2とMHI 
の水素の吸蔵による発熱量を暖房に利用する各サイクル
をそれぞれ繰返す金属水素化物ヒートポンプ装置である
実施例の説明 第2図と第3図に金属水素化物ヒートポンプによる温度
−圧力ザイクルを示すO第2図は冷房サイクルであり、
第3図は暖房サイクルである。第4図は本発明の一実施
例の金属水素化物ヒートポンプ装置の冷・暖房時の構叫
ヲ示したものである。
第2図において、MHI を供給熱源で加熱してM)1
1 から水素を放出させ、A (T2.Pl)から B
 (T1.P6)’Eで昇温+ JA、圧さぜ、MHs
のC(T3゜p、)で水素を吸蔵させ、ついてMHs 
のD(T4.P41より水素を放出させてMH2のE 
(T3.P3)で水素を吸蔵させる。さらにMH2のF
 (T4.P2)で水素を放出させてMHl のA (
T2.Pl)に吸蔵させる。
このサイクルt<yかえしてD点でのP4〉P3の+、
:: 、jJ差とF点でのP2〉Plの圧力差での吸熱
’lit を冷房などに利用する。
第3図において、1viH1f洪給熱諒で加熱してMH
l から水素を放出させB’ (T1’ 、P4’) 
tで昇温。
Vil:f−1,MH2のC(T2’、P3’)で水素
を吸蔵し、さらに装置が下がってMH2のD (T3’
、P2’)で水素か放出しMHl のE (T2’、P
1’、)に吸蔵される。ここでC点のP4〉P3の圧力
差、E点のP2〉Plの11力差で水素吸蔵熱が質の高
い温度領域で取得できるので、暖房、給湯の高効率利用
が可能となる08点の圧力が10気圧程度の低い所でも
A、C点での温度が高い所で利用できる。
このヒートポンプサイクルを用いて、第4図の冷房時の
(1程成を、捷た第5図に暖房時の構成を示す。第4図
において、MHl 1を含む容器2を供給熱源3.たと
えば、太陽エネルギー、各種廃熱。
ガス、電気などで熱交換媒体をポンプ4などで循環する
熱交換器6でMHl 1全加熱するOMHlより放出さ
れた水素は三方バルブV16’i介して導通管7全通り
、MH38を内蔵した容器9に供給される。バルブV1
6’(i)閉じてMH39とMH210を内蔵する容器
11を連結ぜる通路13間にあるバルブV2 12 f
開くと水素はMH3からMHl に流れ、MH3で発生
する吸熱量をポンプ14を介在している熱交換器15を
通して冷房ユニット16で冷房する。その時1v’lH
2はある一定温変寸で冷却する。水素の移動が完了する
とバルブV212((閉じる。そして容器2と容器1間
を連結する導通管17間にあるバルブV31’8’、y
開くと水素はMH2からMHl に流れ、MH2で発生
する吸熱量をポンプ19の介在する熱交換器20全通し
て冷房ユニット21で冷房する。その時MH1はある一
定の温度まで冷却され、給湯などに利用する。1だ水冷
にはすべて冷却用の配管が内蔵しである。
第6図は本発明の一実施例の吸収式ヒートポンプ装置の
暖房時の構成ケ示すものである。MHllを含む容器2
を供給熱源3で同様に熱交換媒体をポンプ4などで循環
する熱交換器5でMHl i加熱する。MHl より放
出する水素は三方バルブV16を通って、MH210を
内蔵する容器11に供給される。その際、MH2で発生
する熱量をポンプ19などの介在する熱交換器20i通
って暖房ユニット21で暖房する。この時、MHl で
発生する熱量をポンプ23などの介在する熱交換器24
ケ通して暖房ユニット26で暖房する。この時、この/
ステム1″j:冷房と暖房の両用できるために冷房と暖
房ユニットは兼用することができる。
したがって、冷房を専用に動作させることも、暖〕がを
専用に動作させることも可能で、この/ステムをさらに
1組加え交互に運転することで連続使用も可能である。
次Vこより具体的な実施例について説明する。今回実施
した本発明のヒートポンプサイクルのM81相別にTl
C0,TiCOTiC0o5.Tlo9vo1CO合金
を選んで用いた。MH2i料にLaN13.MmCo6
゜T11−xZrxMnl−yCuy系の4元合金を選
んで用いた。MH3桐料にTiMn1.、TiMn16
−xMx (M :Fe 、Ni 、Cu 、Coなど
ン系の3元合金を選んで用いグこ。冷暖房に必要な能力
として2,0OOKCO℃/hとしてMHl、MH2,
MH3の平均反応熱資金50KCon/Kqとして、容
器1個の中に約40に9/1サイクルの割合で用いた。
そして今回は1時間当り4サイクルを採用した。冷房時
は3個の容器を1組とし、暖房の時はこの内2個を1組
としたザイクルケくりかえした時の熱効率はつぎのよう
である。
従来型(第1図)としてT1:200℃、 T2 ++
、 y s C+T3:40℃、T4ニア℃+ ”1 
:12 気圧、P2:15気圧、P3=10気圧、 P
 4: 12気圧、P5:60気圧、P6:58気圧を
採用した場合、40〜50℃の熱量を得るために60気
圧近くの圧力を要し、しかもF点でのみ76℃の熱量が
とれるに過ぎない。A点とB点の幻 rN下げるとさらに、B点での取得温度は低くくなり効
率も悪くなる。冷房能力のCOP は○了程度と高くな
るが、暖房では07〜10程度と低い。
これに対して本発面のヒートポンプサイクル(/llお
いて、冷房時温度Aニア5℃、 B : 200’C、
C:36℃、D:了℃、E:35℃、Fニア℃、圧力A
:02気圧、B:10気圧、C:8気圧、D=3気圧、
E:i5気圧、’F:Q6気圧程度のすイクルであり、
加熱量(A−B)に対してpとFの両点から吸蔵量がと
れるので、容器、金属水素化物の顕熱を考慮してCOP
 は07〜08に寸で達する。その上、高圧を必要とし
ないので安全性。
信頼性が高い利点がある。さらに、暖房の時はA275
℃、02気圧、B:200’C,10気圧、Cニア6℃
、8気圧、D:26℃、15気圧、Eエフ5℃、02気
圧のザイクルである。ここで、CとEの画点からの発熱
旨が得られる暖房、給湯が容易にできる。しかも良質の
熱量が得られるためCOPは約16が可能である0また
、先の単サイクルでは冷房の効率が04と低いことから
効率の向1−に太き−く貢献していることかわかる。本
発明の様VC高い平衡圧力(SO気圧り、」−)ヲ用い
なくとも/廿・MJガの効率が非常に高いヒートポンプ
ザイクル′?し形成する点にとくにqdJ徴かある。平
衡LF力が約ル以−ト、しかもCQP は16〜2倍寸
で向」ニする。
なお、上記実施例においては、水素平衡圧力の異なる3
稗髪1以上の金属水素化物をかむ容器という表現をして
いるが、各容器内の金属水素化物は一種類であっても二
種歩、−七の混合物であってもよい。
発明の効果 以上のように本発明の金属水素化物ヒートポンプ装置は
、供給熱源が260℃以下でしかも加熱時の圧力も10
〜20気圧程度と従来型と比べて%〜%程度と低く、冷
・暖房効率COP も従来型に比べ15〜20倍程度も
同上し、安全性、信頼性の高い0
【図面の簡単な説明】
第1図は室圧型の金属水素化物ヒートポンプの温度−圧
力ザイクル図、第2図は低圧型の金属水素化物ヒートポ
ンプの温度−圧力サイクル図、第3図は低圧型の金属水
素化物ヒートポンプの温度−圧力サイクル図、第4図は
本発明の一実施例の金属水素化物ヒートポンプ装置の構
成図、第6図は本発明の異なる実施例の金属水素化物ヒ
ート、1;ンプ装置の構成図である。 1.8.10・・・・金属水素化物、2,9.11・・
・・・金属容器、3・・・・供給熱蒜、4,14.19
゜23・・・・・・ポンプ、5.15.20.24・・
・・・熱交換器、6・ ・・三方バルブ(自動)、7,
13.17・°・・・・水素導通管、12、.18・・
・・・三方バルブ(自動)、16.21・・・・冷房ユ
ニット、21・・・ 冷暖兼用ユニット、22・・・・
・水冷配管、25・・・・・暖房ユニット。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 金属水素化物が充填され、同一周囲条件において、異な
    る水素平衡圧力を有する少なくとも3個の熱父換可能な
    容器へ、B 、Cを用慧し、冷房時には31【0類の水
    素平衡圧力、暖房時には2種類の水素’F 41u圧力
    勿選択し、前記水素平衡圧力のうち最も低い容器Aを加
    熱17て水素を放出させ、前記水素坐り1■圧力の最も
    高い容器Cに吸蔵させる過程と、前記AとCの中間に位
    置する水素平衡圧力を・11′J−る容器B[前記容器
    Cから放出する水素を吸蔵させる過程と、前記Bから放
    出させた水素を前記容器へに吸蔵させる過程を有し、A
    iJ記容器CとBから水素を放出する際の吸熱量をMJ
    記冷房時Vこ用い、前記容器Bと八が吸蔵する過程にお
    ける発熱量全前記暖房時に供することを%徴とする金属
    水素化物と−トボンプ装置。
JP12504583A 1983-07-08 1983-07-08 金属水素化物ヒ−トポンプ装置 Pending JPS6017670A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57115655A (en) * 1981-01-06 1982-07-19 Sekisui Chemical Co Ltd Heat pump apparatus
JPS57179533A (en) * 1981-04-25 1982-11-05 Seijiro Suda Production of heat source

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57115655A (en) * 1981-01-06 1982-07-19 Sekisui Chemical Co Ltd Heat pump apparatus
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