JPS60226677A - 間欠作動式多段2重効用冷却方法 - Google Patents

間欠作動式多段2重効用冷却方法

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JPS60226677A
JPS60226677A JP8220384A JP8220384A JPS60226677A JP S60226677 A JPS60226677 A JP S60226677A JP 8220384 A JP8220384 A JP 8220384A JP 8220384 A JP8220384 A JP 8220384A JP S60226677 A JPS60226677 A JP S60226677A
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JP
Japan
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adsorption
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heat
temperature
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JP8220384A
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功 竹下
孝治 蒲生
良夫 森脇
伸行 柳原
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Panasonic Holdings Corp
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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 31、 本発明は、作動媒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、十分低い温度をうるための
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。
従来の一般的々間欠式冷却サイクルは第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TH
度で加熱しくAの状態)、TA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
通ずると、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
大気などのヒートシンクに捨てる。次にMHlを大気な
どで冷却し、MH2と連通ずると、MH2の水素はMH
lに移動し、MH2は吸熱するため10度まで温度が下
る(Cの状態)。一方MH1は発熱するのでこれはヒー
トシンクに捨てる(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って、TH度の熱源の熱
をを用いてTcの温度の冷熱を発生することができる。
このように、熱エネルギーを用いて冷却をすることがで
きる極めて有用なものであるが、ヒートシンク温度と得
られる低温との温度差をさらに大きくしたい時は第2図
に示すごとく、同じ温度での平衡圧が、先に述べたMH
2よりさらに高い、MH3を用い、第2図ノA′→B′
−+c′→Dノサイクルを形成することにより、先述の
Tcより低い6ベージ Tc′がえらるが同時に加熱温度THはTH′に上り、
高圧もPHからPH1に上昇することになる。
このことは容器の耐圧、安全性などの観点から実用上の
大きな障害となっていた。
また、第3図に示すごとく、MHI、MH2という同一
の材料の組み合せで、さらに15.−+ B−+C“→
D“ というサイクルを作り、Bにおける発熱は、A−
、B→C→Dサイクルと同じくTA度のヒートシンクに
捨てるが、D“における発熱は、先のA→B−+C→D
サイクルのCにおける吸熱によって処理されるようにす
ることにより、加熱温度THを高めることなく前記A′
→B′→C′→D′サイクルとはソ同等の低温かえられ
る方法が発明されている(特開昭58−99663)。
しかしこの方法も高低圧差が増大するという難点はさけ
られない。
この難点を解決する方法として第4図に示すごとき新し
い2段冷却のサイクルが発明されており(本発明者出願
中)段数を重ねることによって生ずる圧力の増大という
難点は兄事に解決されたが、6ページ 段数を重ねることの宿命として、成績係数が低下すると
いう問題が生じた。
発明の目的 本発明の目的は、1段の冷却サイクルで得られるより低
い温度を、2組の冷却サイクルの組み合せで達成し、そ
の場合、この2段サイクルの成績係数を一段のサイクル
の成績係数とはソ同一にすると共に、サイクルの高圧お
よび低圧の値を、一段のサイクルとはソ同一の値とする
ことによって、容器の耐圧上の問題、および低圧側圧力
損失および反応速度の低下の問題を解決することである
発明の構成 本発明の2段2重効用冷却装置は、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
7ページ 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ヒートシンク(前記ヒートシンクと
同一温度である必要はない)温度に冷却し、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、低温側吸脱着媒体温度を前記ヒートシ
ンク温度以下で吸熱する冷却サイクルとして使用するも
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の冷却サイクルの高温側
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廃熱で
前記第2のサイクルの高温側吸脱着媒体を加熱し、かつ
同媒体の冷却は大気などのヒートシンクによって行い、
又前記第2のサイクルの低温側吸脱着媒体の吸着による
発熱温度を、前記第1の冷却サイクルの冷却出力温度よ
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のサイクルの冷却出力で
処理することにより、前記第2のサイクルに第1のサイ
クルの冷出方より低い温度の冷出刃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2重効用冷却装置の一実施例を第4図に、
そのサイクル図を第6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って説明する。
第4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5図のMHlとMH2で
相対的に高温側で動作する第1の冷却サイクルを形成し
、MH3とM H4で相対的に低温側で動作する第2の
冷却サイクルを構成した。この2つの冷却サイクルにお
いて、同一温度での平衡圧力の低い高温加熱側媒体はM
HlとMH3である。
次に前記冷却装置の動作について説明する。
第1ステツプ、第1の冷却サイクルの高温加熱側の金属
水素化物を熱源4によりTH度で加熱し、eページ 放熱器子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。
このステップでは熱源4よりMHlに熱が与えられ、M
H2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のステップ) 第1のステップの終了した所で弁5を閉じ熱輸送手段6
によってMHlからMH3に熱を移し、弁6を再び開く
と、水素はMH2からMHIに移動し、MHl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rriM H4に吸着され発熱
するので、熱輸送手段6′によってこの熱をMH2に送
ると、MH2ではますます水素が発生し、MHlではさ
らに熱を発生し、MH3を加熱し、といった具合に反応
が進行し、結果として水素はMH2からMHlへ、又M
H3からMH4へ移る。こ\で反応が終ると弁1o、−
ッ 5.6′は閉まる。
第3ステツプ(矢印3のステップ) MH3を放熱器7′で冷却し、弁5′を開くと水素はM
H4からMH3に移動しMH4で吸熱、MH3で発熱す
るが、この発熱は放熱器7′で放出しつソけると、出力
取出し端8に冷出力を得る。
これを第6図のサイクル図で見ると、MHlの加熱温度
はTf(、放熱温度はTD、MH3の加熱温度はTH′
、放熱温度はTAでTH′〈TDにしであるので、熱を
MHlからMH3に移すことができる。次にMH2の放
熱温度はTA、吸熱温度はTcで、一段目のサイクルの
冷出力温度であるが、MH4の放熱温度TB′をTB’
 > TCにとっであるのでMH4からMH2へ熱を移
すことができる。
その結果MH4はTc′で吸熱する。勿論Tc〈Tcで
、一段サイクルより低い温度が得られる。
本発明の具体例として第4図、第5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
評価を行った結果についてのべる。
MHlとしてT’0.33” rO,67”1.4Cr
O,4CuO,211 ページ MH2としてTlo、aZro、 2Mn1.2Cro
、 6Cuo、2MH3として”’0.45 zro、
sa”1.2C’o、eCuO,2MH4としてTlo
、8ZTo、2Mn0.8Cr1.。Feo、2のT 
i −Mn 系合金を、それぞれ5#づ\第4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170°Cとし、大気への放熱温度
を45°Cとすると、第1のサイクルの廃熱温度は約1
00’C,冷却出力は13°Cを得、これによって駆動
され次第2のサイクルの大気への放熱温度も45°Cで
、冷却出力は一16°Cを得た。
又このサイクルの高圧はいづれも10気圧以下であり、
低圧は1気圧以上である。
又この2段2重効用冷却サイクルの成績係数は1段のサ
イクルのそれと同一ではソ0.8を得た。
なお作動原理の説明で3つのステップに分けたが、第3
のステップと第1のステッ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
し、1ステツプずらせて運転すればはy連続的に出力が
得られる。
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
せも可能である。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
性能にすぐれておシ、反応速度が非常に速いというメリ
ットがあり、さらに、合金の組成を変ることにより、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 従来間欠式の冷却サイクルを用いて低温を得ようとする
場合、より低い温度を得ようとすると、高低圧差が大き
くなり、高圧側では容器の耐圧、安全上の問題を生じ、
低圧側では反応容器内での圧力損失の影響の増大と反応
速度の低下が実用上の障害となるのに対し、高、低圧を
殆んど変えな13ベージ い多段サイクルが発明されているが、多段化することに
よって成績係数が低下するという難点が残されていた。
しかし本発明によれば、成績係数は一段の場合と同じで
、高、低圧も殆んど変えないで多段化することが可能と
なり、低温を得るための極めて有効な手段となる。
【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冷却サイクルの原
理図、第2図は単一サイクルでより低温をうるためのサ
イクルを示す図、第3図は従来の2段冷却サイクルを示
す図、第4図は本発明の一実施例の2段2重効用冷却装
置の構成図、第5図は同装置の冷却サイクルを示す図で
ある。 4・・・・・・熱源、5,5′・・・・・・弁、6,6
′・・・・・・熱輸送手段、7,7′・・・・・・放熱
器、8・・・・・;出力端。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)作動媒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2種類用い、前記
    媒体をそれぞれ容器内に収容し、前記作動媒体をそれぞ
    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くとも2組用意し、
    各々のヒートポンプサイクルにおいて、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ヒートシンク温度
    に冷却し、低温側吸着媒体から作動気体を再び高温側吸
    着媒体に吸着せしめることにより、低温側吸脱着媒体温
    度を前記ヒートシンク温度以下で吸熱する冷却サイクル
    として使用とし、第1のサイクルの低温側吸脱着媒体の
    吸着による2ベーン 発熱は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の冷却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、前記第1のサイクルの高
    温側吸脱着媒体から生ずる廃熱で前記第2のサイクルを
    加熱し、かつ前記第2のサイクルの高温側吸脱着媒体の
    吸着による発熱をヒートシンクに捨て、前記第2のサイ
    クルの低温側吸脱着媒体の吸着による発熱温度を前記第
    1の冷却サイクルの冷出力温度より幾分高くし、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
    イクルの冷却出力で処理することにより前記第2のサイ
    クルに冷出力を得ることを可能にした間欠作動式多段2
    重効用冷却装置。
  2. (2)各サイクルの少くとも1つに作動媒体として水素
    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重効用冷却装置。
JP8220384A 1983-07-08 1984-04-24 間欠作動式多段2重効用冷却方法 Granted JPS60226677A (ja)

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JP8220384A JPS60226677A (ja) 1984-04-24 1984-04-24 間欠作動式多段2重効用冷却方法
DE8484107926T DE3474338D1 (en) 1983-07-08 1984-07-06 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles
EP84107926A EP0131869B1 (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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JPS6331715B2 JPS6331715B2 (ja) 1988-06-24

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JP (1) JPS60226677A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01219455A (ja) * 1988-02-26 1989-09-01 Aisin Seiki Co Ltd メタルハイドライド加熱冷却装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01219455A (ja) * 1988-02-26 1989-09-01 Aisin Seiki Co Ltd メタルハイドライド加熱冷却装置

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JPS6331715B2 (ja) 1988-06-24

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