JPS60185073A - 間欠作動式多段第2種ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

間欠作動式多段第2種ヒ−トポンプ装置

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JPS60185073A
JPS60185073A JP4150184A JP4150184A JPS60185073A JP S60185073 A JPS60185073 A JP S60185073A JP 4150184 A JP4150184 A JP 4150184A JP 4150184 A JP4150184 A JP 4150184A JP S60185073 A JPS60185073 A JP S60185073A
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heat pump
adsorption
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功 竹下
孝治 蒲生
良夫 森脇
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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、作動気体の可逆的方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て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−トポ
ンゾの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
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(MHl)で十分に水素を吸着したもの
をTM度で加熱しく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(’MH
2)と連通すると、MHl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
で加熱しくCの状態)、水素を脱着したMHlと連通ず
るとMH2から水素はMHlに移動する。この際発熱反
応によりMHl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
MHlの平衡温度で熱を発生する(Dの状態)0 このようにA −+ B −+C−+ Dの過程を繰り
返すことによって、TMの熱源温度の熱から、これより
高いTH湯温度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捷ってし壕い、そ
れ以上の昇温は望めなかった。
発明の目的 本発明は、低温熱源温度と放熱温度との温度差を有効に
利用し、熱源温度より高い温度の熱出力を得る間欠作動
式第2種ヒートポンプ装置を用い、一つのサイクルでえ
られる昇温幅以上の温度に昇温した熱出力をイυること
を目的とする。
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絹から構成され、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
7、平衡圧力の低い高温側吸脱着反応媒体に吸着せしめ
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し、相対的に低温で作動する
前記第1のサイクルの高温側媒体が作動気体を吸着する
際の吸着反応発熱温度を、相対的に高温で作動する前記
第2のサイクルの高温側媒体の脱着反応加熱温度および
低温側媒体の脱着反応加熱温度より高くし、第1の第2
種ヒートポンプサイクルの前記吸着反応熱を用(/1て
、第2の第2種ヒートポンプサイクルの高温側媒体から
の作動気体の脱着および低温(III媒体からの作動気
体の脱着を共に行わしめると共に第1および第2の第2
種ヒートポンプサイクルの低温側の発熱をほぼ同一温度
で放熱せしめるごとくした2段(多段)第2種ヒートポ
ンプ装置である。
この場合、比較的高温側の第2のヒートポンプサイクル
の低温側吸脱着媒体の温度平衡圧力特性を、比較的低温
側の第1のヒートポンプサイクルの2種類の吸脱着媒体
の温度圧力特性の中間に選ぶことが望ましい。寸だ各ヒ
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を特徴とするも
のである。
実施例の説明 本発明の多段第2種ヒートポンプ装置の一実施例の構成
図を第2図に、まだ、そのヒートポンプサイクル図を第
3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1収って説明する〇第2図に示すように温度・
平衡圧力特性の異なる2朴ず自の金属水素化物を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2図のMHlとMn2で相対的に低温側で動作す
る第1のヒ−トボンブサイクルを形成し、Mn3とlv
i Haで相対的に品温側で動作する第2のヒートポン
プサイクルを形成する」=つに構成した。この2つのヒ
−トポンプサイクルにおいて、同一温度での平衡圧力の
低い高温発熱側は、MHlとMn3である。
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発熱側の金属水素化
物MHガイ−熱源1によりTM度で加熱し、低温発熱側
の金属水素化物MH2をTL度の外気などで冷囚jし弁
2を開放すると、MHlに吸着していた水素はMn2に
移動する。この際MH1では吸熱、Mn2では発熱が起
る。この発熱は放熱器3で捨てる。
水 この動作によって第3図の状態A−+Bへの素素移動が
起る。この抜弁2を閉じMHlへの熱源1からの加熱を
停止し、Mn2を熱a4(TM度)により加熱すると平
衡圧力がPHに−上昇する。ここで加熱を続けながら弁
2を開くと水素ガスはMHlに移るにの際MH2では吸
熱が起り、MHlではTH度の発熱を生ずる。この場合
TH)−TMである。
第2のヒートポンプサイクルの低温発熱fllllの放
熱温度を第1のそれと同じTL度とする。2つのサイク
ルの温度圧力線図」−の相対関係は、第4図に示すごと
く無数に考えられ、(イ)はMHlとMH4に同じ拐料
を用いて高圧側をほぼ同一にしたものであり、(ロ)は
Mn2とMHJを同一の材料とすることにより低圧側は
ほぼ同一となる。(ハ)はMH4の温度平衡圧特性をM
HlとMn2の中間にとったものであり、第1のサイク
ルの高・低圧が共に第2のザーイクルの高低圧の間に選
ばれる。
いづれにせよ第2のヒートポンプサイクルの加熱温度T
M′をTHよりやや低くとることにより、第1のサイク
ルによって生じたTH度の熱により第2のサイクルが駆
動される。
すなわち、TL度でMH−4を冷却し、Mn3とMH4
を連通する配管の弁2′を開きMHlで発生した熱を熱
輸送手段5によってMn3の加熱に用いると、Mn3の
水素はMH4に移動する。
このようにしてMn3からMH4に水素の移動が起ると
MHsでは吸熱、MH4では発熱を生ずる。後者は放熱
器3′によって大気に捨てる。次に弁2′を閉じ、MH
4を再び第1のヒートポンプサイクルによって発生する
TH度の熱源によって加熱すると圧力ばPF5に上昇す
る。ここで弁7を開けばMn3へ水素が吸着されTH′
度での発熱を生ずる。これを熱輸送手段7により取出す
ことにより、熱源温度TMよりはるかに高い温度TH′
の熱かえられる。実際にはTM3の加熱と7M4の加熱
は時間的にずれているため、第3図に示すごとく第1の
サイクルを2組用意し、その発熱をそれぞれTM3,7
M4の加熱に使用できるようにそれぞれ位相をずらして
運転するのがよい。温度差TH’−TMは一段の場合の
温度差TH−T、のほぼ3倍近い値かえられる。なお熱
源1と4は同一でよい。
本発明の具体例として、第2図、第3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、その評価を行なった結果について述べる。
MHlとしてTio 、36Zro、65Mn1.2 
”ro、6000.2 Mn2としてTio、6 Zr
o、4’n1.4Cro、4−。、2 Mn3としてT
io、3 Zro、7Mn1.2Or0.6Co0.2
 MH4としてTio、45 Zro、56 Mn1’
 、2CCのTi−Mn系合金を、MHlと ro、6 oo、2 Mn2の組み合せは各6に9づつ2組、Mn3とMH4
の組み合せは各10Kgづつ1組を第3図のような(1
4成の装置に充填した。そして第1のヒートポンプサイ
クルにそれぞれ約31モルの水素ガス、第2のヒートポ
ンプサイクルでは62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。
そして熱源1.4の温度を72度、外気による放熱温度
を30度として第1段の第2種ヒートポンプの出力温度
として114度かえられた。さしにこの′熱源により加
熱された第2のヒートポンプサイクルの出力温度TH′
とじて186度を得た。
また出力の熱量を入力で除した値、いわゆる成績係数と
(71−10,14を得た。
なお原理的にはそれぞれのサイクルの成績係数をC0P
1.C0P2とし2段サイクルの成績係数をcocoと
すれば C0Po=C0P1XCOP2 で与えられる。また各サイクルの成績係数Ho、sを越
えない。
この実験で行なったようにMB4をMHlとMB2の中
間の圧力温度特性の材料を振ぶことが好ましい。壕だ各
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
形成し得る金属また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、反応速度が非常に早くできるメリットなども有し
ている。
また、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による2段昇温にか
ぎらず3段、4段の昇温も可能である。
金属水素化物を用いたヒートポンプはその使用する材料
が水素ガスと合金である耐熱性が極めて高いため高温の
ヒートポンプに適しているが、第2種のヒートポンプ1
段では、熱源温度と外気などへの放熱温度(ヒートシン
クの温度)の差程度の昇温か可能なだけであった。
発明の効果 本発明により熱源温度と外気などへの放熱温度の温度差
の2.6倍から3倍近い昇温か可能となり、同じ原理で
もう1段以上何段でも重ねることが可能である。壕だ、
第2のヒートポンプサイクルの低温度側吸脱着媒体(M
B4)の平衡温度圧力特性を第1のヒートポンプサイク
ルの2つの媒体の中間の特性のものに選ぶことによって
、第1のサイクルの高圧および低圧を使用上もっとも無
理めない条件に選ぶと亡が可能であり、第1のサイクル
の成績係数を耶想的な値に近づけることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の一実施例の1段の第2種ヒートポンプサ
イクル図、第2図は本発明の一実施例の間欠作動式多段
第2種ヒートポンプ装置の構成図、第3図は第2図に示
すヒートシング装置のヒートポンプサイクル図、第4図
イ〜ハは本発明の一実施例である2段の第2種ヒ=−用
・ポンプサイクルの組み合せ方の代表例の温度−平衡圧
力線図である。 1.4・・・・・・熱の、2.2′・・・・・・水素ガ
ス弁、3゜3′・・・・放熱器、6.了・・・・・・熱
輸送手段。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第1
図 T′4TM γL 温曳グT 手続補正書 昭和tノ年と 月 77口 昭和69年 特 許 願 第 41501 Q2発明の
名称 間欠作動式多段第2種ヒートポンプ装置3補正をする者 事件との関係 特 許 出 願 人 任 所 大阪府門真市大字門真1006番地名 称 (
582)松下電器産業株式会社代表者 山 下 俊 彦 4代理人 〒571 住 所 大阪府門真市大字門真]006番地松下電器産
業株式会社内 5補正の対象 −m− 6、補正の内容 (1) 明細書第10頁第12行目の「10にりJを「
6にり」に補正し捷す。 (功 同店第10頁第15行目の162モル」を131
モル」に補正します。 (→ 同書第11頁第4行目のl’−0,14Jをro
、o9に補正します。 (→ 同省、第12頁第7行目の1合金である耐熱性」
を「合金であり、耐熱性」に補正し捷す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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% fl:の異なる吸脱着反応媒体を2種類用い
    、この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(1jll吸脱
    着反応媒体を熱源により加熱し、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(第1.第2の
    サイクル)として使用し、相対的に低温で作動する前記
    第1のサイクルの高温側媒体が作動気体を吸着する際の
    吸着反応発熱温度を、相対的に高温で作動する前記第2
    のサイクルの高温側媒体および低温側媒体の脱着反応加
    熱温度より高くし、前記第1のサイクルの前記吸着反応
    熱を用いて、前記第2のサイクルの加熱を行わしめ、前
    記第1と第2のサイクルの低温側放熱温度をほぼ同一と
    した間欠作動式多段第2種ヒートポンプ装置。
  2. (2)第2のサイクルの低温(III吸脱着媒体の温度
    平衡圧特性を前記第1のサイクルの2種類の吸脱着媒体
    の温度平衡圧特性の中間に選んだ特許請求の範囲第1項
    記載の間欠作動式多段第2種ヒートポンプ装置。
  3. (3)各サイクルの少くとも1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
    つる金属又はその合金を用いる特rrJ青求の範囲第1
    項記載の間欠作動式多段第2種ヒートポンプ装置。
JP4150184A 1984-03-05 1984-03-05 間欠作動式多段第2種ヒ−トポンプ装置 Granted JPS60185073A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57104063A (en) * 1980-09-17 1982-06-28 Sekisui Chemical Co Ltd Metal hydrogenate heat pump
JPS6064168A (ja) * 1983-09-19 1985-04-12 工業技術院長 ヒ−トポンプシステム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57104063A (en) * 1980-09-17 1982-06-28 Sekisui Chemical Co Ltd Metal hydrogenate heat pump
JPS6064168A (ja) * 1983-09-19 1985-04-12 工業技術院長 ヒ−トポンプシステム

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