JPS60245974A - 多重効用ヒ−トポンプ装置 - Google Patents
多重効用ヒ−トポンプ装置Info
- Publication number
- JPS60245974A JPS60245974A JP10103184A JP10103184A JPS60245974A JP S60245974 A JPS60245974 A JP S60245974A JP 10103184 A JP10103184 A JP 10103184A JP 10103184 A JP10103184 A JP 10103184A JP S60245974 A JPS60245974 A JP S60245974A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- heat pump
- temperature
- pump cycle
- adsorption
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
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。
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て熱駆動の冷暖房、給湯装置
として広く利用できる。
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熱駆動の冷暖房、給湯装置
として広く利用できる。
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。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。
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
。
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
。
この理由どしては、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１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。
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１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。
したがって、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。
ケミカルヒートポンプ装置として重要な課題である。
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（Ｍ
Ｈｌ）を高温熱源を入力してＴＨ湿温度で昇温する（Ａ
の状態）この場合温度に応じてＭＨＩは昇圧され、他方
の平衡圧力の高い金属水素化物（ＭＢ２．）に圧力差を
利用して水素を移動できる。この時のＭＢ２の得られる
温度はＴＭである。（Ｂの状態）。次にＭＨｌを温度Ｔ
Ｍに保持し、ＭＢ２と連通ずれば、ＭＢ２の水素はＭＨ
ｌ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（Ｔ Ｌ）、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って、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、ＣＱＰが１．０以」二で出力が入力より大
きく省エネルギー機器として注目されるところであるが
、冷房時のＣＯＰは０．４〜０．６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。このような単純ザイクルの
低いＣｏＰを改善するために、特開昭６４−９９０９５
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。
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（Ｍ
Ｈｌ）を高温熱源を入力してＴＨ湿温度で昇温する（Ａ
の状態）この場合温度に応じてＭＨＩは昇圧され、他方
の平衡圧力の高い金属水素化物（ＭＢ２．）に圧力差を
利用して水素を移動できる。この時のＭＢ２の得られる
温度はＴＭである。（Ｂの状態）。次にＭＨｌを温度Ｔ
Ｍに保持し、ＭＢ２と連通ずれば、ＭＢ２の水素はＭＨ
ｌ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（Ｔ Ｌ）、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って、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、ＣＱＰが１．０以」二で出力が入力より大
きく省エネルギー機器として注目されるところであるが
、冷房時のＣＯＰは０．４〜０．６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。このような単純ザイクルの
低いＣｏＰを改善するために、特開昭６４−９９０９５
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って可能と
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。この事によって、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、熱容量の増大によって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。
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って可能と
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。この事によって、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、熱容量の増大によって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。
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６８−１２６０４４）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。
クル（特願昭６８−１２６０４４）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。
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
った。
、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
った。
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
応によって得られる発熱で他のサイクルを駆動する２重
（多重）効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、サイクルをよシ効率的に省エネ
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。
応によって得られる発熱で他のサイクルを駆動する２重
（多重）効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、サイクルをよシ効率的に省エネ
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。
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■３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■３
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−プを形成し、相対的に、イ氏温側で動作するヒ
ートポンプサイクルの高温切口熱価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、間欠作動を行なわせる際上記第１．第２の
熱交換ループを、・（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
温吸熱伸吸脱着反応媒体に、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。
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■３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■３
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−プを形成し、相対的に、イ氏温側で動作するヒ
ートポンプサイクルの高温切口熱価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、間欠作動を行なわせる際上記第１．第２の
熱交換ループを、・（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
温吸熱伸吸脱着反応媒体に、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。
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、壕だ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
例にとって説明する。第３図に示すように温度・平衡圧
力特性の異方る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ＭＨｌとＭＢ２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、ＭＢ３とＭＢ４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
ＭＨＩとＭＢ３である。
を第３図に、壕だ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
例にとって説明する。第３図に示すように温度・平衡圧
力特性の異方る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ＭＨｌとＭＢ２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、ＭＢ３とＭＢ４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
ＭＨＩとＭＢ３である。
そしてＭＨｌを充填した容器ｖ１と、ＭＢ３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。
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。
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
（ＭＨｌ）を比較的温度の高い廃熱源１を使って加熱す
る。するとＭＨｌは加熱されて第４図のＡ点丑で昇圧さ
れる。この時水素ガスバルブ２を開けると、ＭＨｌとＭ
Ｂ２の圧力差によって水素はＭＢ２に移動し、ＭＢ２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、ＭＨＩへの廃熱源１から
の加熱を停止することにより、ＭＨＩは徐々に温度が低
下ｌ〜、ＭＢ２より平衡圧力が下がるだめ、逆に、ＭＢ
２よりＭＨｌへの圧力差による水素移動が可能となる。
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
（ＭＨｌ）を比較的温度の高い廃熱源１を使って加熱す
る。するとＭＨｌは加熱されて第４図のＡ点丑で昇圧さ
れる。この時水素ガスバルブ２を開けると、ＭＨｌとＭ
Ｂ２の圧力差によって水素はＭＢ２に移動し、ＭＢ２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、ＭＨＩへの廃熱源１から
の加熱を停止することにより、ＭＨＩは徐々に温度が低
下ｌ〜、ＭＢ２より平衡圧力が下がるだめ、逆に、ＭＢ
２よりＭＨｌ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、Ｍ
Ｂ２では水素放出に伴なう冷熱を、捷だＭＨｌでは水素
吸蔵に伴々う温熱をそれぞれ発生する。
Ｂ２では水素放出に伴なう冷熱を、捷だＭＨｌでは水素
吸蔵に伴々う温熱をそれぞれ発生する。
とのＭＨｌとＭＢ２を用いた動作だけなら、従来の一般
的女ヒートポンプと変わりはない。本発明は、このＭＨ
ｌ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ＭＢ３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ＭＢ３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。
的女ヒートポンプと変わりはない。本発明は、このＭＨ
ｌ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ＭＢ３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ＭＢ３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
とによって、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 。
とによって、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 。
カテ六み− Ｌ′ｉ′ｌ″Ｉ久りのヒートポンプサイク
ルハ間欠作動を行かわせる際、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。
ルハ間欠作動を行かわせる際、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。
第１のヒートポンプサイクルにおいてＭＢ２からＭＨＩ
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、ＭＨＩ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って、ＭＢ３の加熱
を行ない、ＭＨｌの吸着発熱が終了するとバルブ６．５
′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■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、ＭＢ４よりＭＢ３
への水素移動の際にはバルブ６．６′を開き、６．６′
は閉じたま壕で、ＭＢ３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って、温熱出力装置に
取り出し、Ｍ）（３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、運転操作温度によって
同一種類でも、異なってもよい。
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、ＭＨＩ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って、ＭＢ３の加熱
を行ない、ＭＨｌの吸着発熱が終了するとバルブ６．５
′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■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、ＭＢ４よりＭＢ３
への水素移動の際にはバルブ６．６′を開き、６．６′
は閉じたま壕で、ＭＢ３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って、温熱出力装置に
取り出し、Ｍ）（３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、運転操作温度によって
同一種類でも、異なってもよい。
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、その評価を行なった結果について述べる。ＭＨｌ
として、Ｔｌｏ、 ３Ｚｒｏ、 ７Ｍｒ１．２Ｃｆｏ、
ｅ Ｃｏ□、２ 、ＭＨ３としてＴＩＯ，ｅ Ｚｒｏ。
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、Ｔｌｏ、 ３Ｚｒｏ、 ７Ｍｒ１．２Ｃｆｏ、
ｅ Ｃｏ□、２ 、ＭＨ３としてＴＩＯ，ｅ Ｚｒｏ。
Ｍｒ １ 、２ ＣｒＯ，ｅ ”０．２、ＭＨ２とＭＨ
４としてＴ １ ｏ、 ９Ｚ ｒｏ、 １Ｍｒ １．４
Ｃｒｏ、 ４Ｖｏ、 ２ のＴ ｉ −Ｍｎ系合金を
約１０に２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ＭＨｌを約２０
０℃に加熱し、ヒートポンプとしての性能を検討した。
４としてＴ １ ｏ、 ９Ｚ ｒｏ、 １Ｍｒ １．４
Ｃｒｏ、 ４Ｖｏ、 ２ のＴ ｉ −Ｍｎ系合金を
約１０に２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ＭＨｌを約２０
０℃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Ｏ，
９１（冷房）であった。したがっ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がらの問題点で
あったＣＯＰを大きくする必要もない０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。
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Ｏ，
９１（冷房）であった。したがっ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がらの問題点で
あったＣＯＰを大きくする必要もない０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、反応によっ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って利用側で４ 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
きるメリッ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。
ルをほぼ同一にすることによって利用側で４ 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
きるメリッ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、特に金属水素化物の場
合は同一種の材料であっても異なる材料の混合物であっ
てもよい。
合は同一種の材料であっても異なる材料の混合物であっ
てもよい。
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
熱で二枚口が駆動されるため、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った。
熱で二枚口が駆動されるため、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った。
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、かつ無騒音となる。■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
用した構造となっているので、従来の構造に比較して、
容器が小さくて済み、したがっ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。
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、かつ無騒音となる。■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
用した構造となっているので、従来の構造に比較して、
容器が小さくて済み、したがっ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。
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って
いる０
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って
いる０
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パル
７”、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〜ＭＨ４・
・・金属水素化物。 第１図 第２図 第３図
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パル
７”、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〜ＭＨ４・
・・金属水素化物。 第１図 第２図 第３図
Claims (4)
- （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
低温側で動作スる第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Ｃ以下容器ｖ
３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グ装置。 - （２）第１．第２のヒートポンプサイクルは、間欠作動
を行なわせしめる際、第１．第２の熱交換ループを、パ
ルプ操作により、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10103184A JPS60245974A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 多重効用ヒ−トポンプ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10103184A JPS60245974A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 多重効用ヒ−トポンプ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60245974A true JPS60245974A (ja) | 1985-12-05 |
| JPH0573984B2 JPH0573984B2 (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=14289801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10103184A Granted JPS60245974A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 多重効用ヒ−トポンプ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60245974A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0233560A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイパス水路付給湯機 |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP10103184A patent/JPS60245974A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0233560A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バイパス水路付給湯機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0573984B2 (ja) | 1993-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| CN102997484B (zh) | 金属氢化物制冷装置 | |
| Klein et al. | Development of a two-stage metal hydride system as topping cycle in cascading sorption systems for cold generation | |
| KR100358338B1 (ko) | 냉동시스템의구동방법및장치 | |
| Mugnier et al. | Energy storage comparison of sorption systems for cooling and refrigeration | |
| Babu et al. | Thermodynamic analysis of compressor operated resorption thermochemical energy storage system for heat storage, combined cooling and heat upgradation | |
| CN109253559A (zh) | 一种微波吸附式制冷系统及方法 | |
| 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 | |
| Mehari et al. | Thermodynamic evaluation of three-phase absorption thermal storage in humid air with energy storage density over 600 kWh/m3 | |
| EP1550830A1 (en) | Heat pump system | |
| JPS60245974A (ja) | 多重効用ヒ−トポンプ装置 | |
| JPS5819954B2 (ja) | レイダンボウソウチ | |
| Sharma et al. | Assessment of different combinations of ammoniated halide salt for resorption cooling system with and without heat-recovery using sorption thermodynamic properties | |
| Li et al. | A conceptual design and performance analysis of a triple-effect solid–gas thermochemical sorption refrigeration system with internal heat recovery | |
| JP2568484B2 (ja) | 多重効用ヒ−トポンプ装置 | |
| JPS6329183B2 (ja) | ||
| JPS638392B2 (ja) | ||
| de Oliveira | Chemisorption Heat Pumps for Water Heating and Steam Production | |
| CN115420130A (zh) | 一种大规模跨季节储能的冷热联供循环系统及方法 | |
| JPS61119955A (ja) | 冷暖房装置 | |
| Klein et al. | Thermally Driven High-Performance Sorption Heat Pumps | |
| US20110126552A1 (en) | Producing Cold by a Thermochemical Method for Air-Conditioning a Building | |
| KR20240035052A (ko) | 흡착식 냉난방 복합 사이클 히트펌프 시스템 |