JPS61265465A - 間欠作動式ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

間欠作動式ヒ−トポンプ装置

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JPS61265465A
JPS61265465A JP10741385A JP10741385A JPS61265465A JP S61265465 A JPS61265465 A JP S61265465A JP 10741385 A JP10741385 A JP 10741385A JP 10741385 A JP10741385 A JP 10741385A JP S61265465 A JPS61265465 A JP S61265465A
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heat
medium
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temperature
container
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功 竹下
敬 井波
実 田頭
努 原田
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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の原理による間欠作
動式ヒートポンプ装置に関する。
従来の技術 まず始めにこの上・うな間欠作動式のヒートポンプ装置
の性能をあられす成績係数、すなわち、出力エネルギー
を入力エネルギーで除した値を左右する要因について説
明する。
説明をわかシ易くするため吸着材に金属水素化物2作動
様体を水素とした時の例について説明する。
今第1の容器に1つの金属水素化物を形成しうる合金粉
末を充たし、第2の容器に前者に比べ、同一温度で平衡
圧の高い金属水素化物を形成する合金粉末を充し、前者
を十分水素化したとする。
次に両容器を管で連結すると水素は第2の容器に移動し
うるが、第2の容器の合金の水素化物の方が平衡圧が高
いので、第1の容器内の水素ガス圧を第2の圧力以上に
するためには、第1の容器を加熱する必要がある。この
際第2の容器は常温に保つものとする。又水素ガスを脱
着させるためには脱着熱が必要でこの熱を供給する必要
がある。
この熱をQal とし、容器とその内容物を所定の温度
にまで暖めるに必要な熱量をQ、1とすれば入力はQa
1+Qs1になる。Qlllは容器とその内容物との熱
容量の和(C1)と、昇温幅ΔT1の積である(これを
顕熱損と呼ぶ)。
このように加熱をすると、第1の容器から第2の容器に
水素が移動し、第2の容器の合金は、はぼ全部が金属水
素化物となり、第1の容器の内容物は殆んどもとの合金
の状態になる。
次に第1の容器を常温にもどし、第1と第2容器を再び
連通ずると、第2の容器の水素は解離し第1の容器の合
金は水素化されてゆくが、この際、第2の容器では吸熱
反応が生じ、容器およびその内容物の温度が下り、第1
の容器の温度で定まる平衡圧に対応する第2の容器内の
金属水素化物の平衡温度で吸熱が継続する。この吸熱能
力が冷却出力であるが、この値は、反応によって生ずる
全吸熱Qa2から、容器および内容物を常温から低温吸
熱が持続する温度まで下げるのに必要な熱量Q6□を差
し引いた値Qa2−Q、2になる。なおC8゜は第2の
容器とその内容物の熱容量C2と@度下げ幅ΔT2の積
である(顕熱損)。
以上の考案から収積係数(COP)は で与えられる。
このことから明らかなことはC81,Qs2  をいか
に小さくするかということがCOPを大きくする要因で
あるということである。
以上の考案から容器の熱容量C1,C2を小さくするこ
とは重要でちるが、ΔT1.ΔT2を小さくすることも
有効である。
第3図は間欠作動式ヒートポンプ装置の基本的な構成を
模式的に表わした図であり、容器1,2に吸着媒体3,
4が充たされており、配管6によって連結されており、
この間に弁6が存在する。
それぞれの容器には熱交換器7、Bが設けである。
まず熱交換器7を介して容器1の中の吸着媒体3を加熱
し、作動媒体を放出せしめると作動媒体は配管6を通っ
て容器2に至り、吸着媒体4に吸着される。この時発熱
するので熱交換器8を介して冷却する。この際吸着媒体
4は冷却水温より高い温度となり、熱交換器8より温出
力をうる。この時の吸着媒体4の温度をTMとする。
次に熱交換冊子を介して吸着媒体3を冷却し、弁6を開
くと、作動媒体は、吸着媒体4から同3に移りその際吸
着媒体4で吸熱が起り、まず自らの温度がTLまで下り
、さらに熱交換器8から温度TLの冷出力を得る。ここ
でTM −T Lが前記ΔT1である。このように間欠
式ヒートポンプは2つの位相状態を交互にくり返す。
冷暖給湯に使えるシステムを考えると、”M= 50°
C,TL=ts’C位必要であり、ΔT=45°C位と
なる。
次に二重効用について説明すると、それぞれのサイクル
の収積係数は先に説明した通りであるが、第2のサイク
ルは第1のサイクルの廃熱によって駆動されているため
、いうなれば無償で働いていることになる。この場合の
収積係数(COP)は第1第2のサイクルの収積係数を COP、C0P2 とfれば、 C0P=COP  +C0P2 で与えられ、収積係数は大幅に向上する。
発明が解決しようとする問題点 二重効用にすることによって収積係数は原理的には大幅
に向上するはずだが、高温で作動するサイクルは、高温
側媒体の昇温幅が原理的に大きいという問題がある。
すなわち前記Δt1が大きいため第1のサイクルの問題
点を解決するだめの手段 第1のサイクルと第2のサイクルを有する二重効用ケミ
カルヒートポンプ装置をA、B2組用いる。この場合、
第2のサイクルは第1のサイクルの高温側媒体の吸着に
除して生ずる発熱によって加熱されるようになっている
ここでそれぞれのサイクルの高温側媒体の収容容器に内
部の吸着媒体と熱交換可能な流体通路を設け、これら通
路をA組41?B組第1.B組第2、A組第2の順に連
結し最後は再びA組第1にもどる循環路を設け、又この
循環路には熱媒体を封入し、この熱媒体を前記順序又は
逆循環するよう、ポンプなどの手段を途中に設ける。
さらにこの循環路の、A組第1とB組第1を結ぶ管路の
途中およびA組第2とB組第2を結ぶ管路の途中に開閉
可能な弁を設け、又各組の第1゜第2のサイクルの高温
側容器の熱媒通路の前記循環路で直接結ばれていない他
端間に、途中に開閉弁を有する熱媒路を設ける。
作   用 ヒートポンプとして運転している状態では、前記循環路
はその途中の弁を閉じ、熱媒循環手段も停止しており全
く機能させない。
今1つのサイクルが終了しようとする状態を考えるO 例えばA組の第1のサイクルは外部から加熱され、高い
温度T1  に達し、内部の水素を殆んど放出している
とする。
この時B組の第1のサイクルは、T1  より低いT2
  の温度で水素を吸蔵しつつあり、その反応は殆んど
終ろうとしている。そしてこの時の発熱は、何らかの手
段でB組の第2のサイクルの高温側媒体容器へ搬送され
、この容器および中の媒体はT3にほぼ近い、しかしそ
れより幾分低い温度T2になっておりB組の第2のサイ
クルの高温側吸着媒体は、水素を殆んど放出した状態で
ある。一方この時のA組の第2のサイクルはT3よりさ
らに低いT4の温度でこのサイクルの低温側吸着媒体か
らの水素を吸蔵し、その反応は殆んど終ろうとしている
すなわち、A1(A組の第1サイクル高温側吸着媒体と
その容器のこと、以下同様)はT1  度、B1は12
度、A2は74度、B2は73度でT1〉T2〉T3〉
T4である。
こ\で次の位相状態ではA組とB組の状態が反転してA
1はT2.B1はT1.A2はT3. B2は74度に
なり吸着と脱着の動作が逆になる。
従ってこの位相の反転に際し、A1はT1−T2だけ温
度が下り、B1はT、−T2だけ温度を上げねばならな
い。
又、A2はT3−T4だけ昇温、B2はT3−T4だけ
降温せねばならない。
この温度差に、その容器および吸着媒体の比熱を乗じた
ものが始めに述べた顕熱損失であり、収積係数低下の原
因をなすものである。
そこでこの位相の反転の際に熱回収の位相と呼ぶ状態を
作る。すなわち、各サイクルの容器間の水素の通路の弁
を閉じ、次の位相に移らないようにし、前記の循環路に
、この説明の状態ではA1゜B1.B2.A2の順に熱
媒体を循環せしめうるよう熱媒路の弁を開き、熱媒循環
手段としてのポンプを働かせる。
このようにすると11度のA1は次第に冷却し又、73
度のB2は次第に冷却し12度のA2は次第に暖められ
、両者の温度は理想的には一5当−にヶ、。
この後人の逆位相の状態に入り、水素流路の弁を開くと
、水素は前とは逆の方向に流れ、A1゜B1.A2.B
2はそれぞれ” ” ’ ” j t ” 3 + 7
4度にな机 そしてこの位相が終了した時、前と同様に水素また二重
効用ヒートポンプとしての運転の位相の時、前記熱媒体
の循環路のA1.A2間、B1.B2間の弁を閉めると
共に、二重効用化のため第1のサイクルから第2のサイ
クルに熱を搬送する必要にある側の、(例えばこれがA
I、A2間とすれば)、前記循環路で直接結ばれてない
、容器熱媒体通路の他端を結ぶ管路の弁を開けば、AI
 、A2間に熱媒体循環路が出来上るから先の顕熱回収
と同一熱媒を用いこの循環路でA1からA2に熱を搬送
することができる。
実施例 第1図に本発明の一実施例を示す。
図の中心より左がA組、右がB組の二重効用ケミカルヒ
ートポンプで、A組の部品番号はすべて1桁台に1、B
組には2を付し、1oないしそれ以上の桁の番号は2つ
の組の対応する部分で同じ数字を付した。
11(12)、21(22)、31(32)。
41(42)はそれぞれ金属水素化物を収容する容器を
示し、容器11と容器21で第1のサイクル、容器31
と容器41で第2のサイクルを形成し、容器11、容器
31、はそれぞれのサイクルの高温側、容器21と容器
41は低温側である。
弁51.61はそれぞれのサイクルの水素流路を開閉す
る弁である。
各容器内に設けた管路101,111などは、その内容
物である金属水素化物と熱交換可能な熱媒通路(伝熱管
)であり、容器21(22)。
41(42)にも、冷出力を取出す伝熱管が必要だが、
説明に必要ないので省略した。又第2サイクルの高温側
の容器31 (32)の冷却の際の伝熱管についても省
略する。
このように2組の二重効用ヒートポンプサイクルにおい
て、管路101.102,112,111を連結する管
路、15.16を設け、管路101゜18.102,1
22,112,15,111゜121、そして管路10
1にもどる循環路を構成する。この時、管路131,1
32に設けられた弁71.72は閉じている。又この循
環路にはバイパス弁81(82)を持つ液ポンプ91(
92)があり、ポンプ91を動かし、バイパス弁81を
閉じ、バイパス弁82を開くと、図で反時計まわりに前
述の循環路を熱媒が循環し、逆にポンプ92を動かしバ
イパス弁82を閉じ、同81を開くと、時計まわりに熱
媒は循環する。
又、弁13,14を閉じた状態で、ポンプ91を動かし
バイパス弁81を閉じ、管路131の弁71を開くと、
A組の第1のサイクルの高温側吸着媒体容器11と第2
のサイクルの高温側吸着媒体容器31の間の熱交換を行
う、伝熱管101゜管路131.伝熱管111.管路1
21の循環路に熱媒を循環させることができる。前記ポ
ンプ91以下の説明の数字の1の桁を2にすれば、B組
において全く同じことが行われる。
第2図は、このシステムの弁の開閉、ポンプの運転およ
び、第1サイクルの高温側の外部熱源による加熱の有無
を示した図で、A組の外部熱源による加熱をシステムの
運転の第1の位相とすれば、これと逆の位相はB組の方
が外部熱源により加熱される状態であるが、この2つの
状態の間に、顕熱再生の位相、これにも2つの状態が存
在するが・・・・・・、はさんで運転が行われる。
このシステムの熱搬送は液体の温度差で搬送するいわゆ
る顕熱搬送でもよいが、蒸発、凝縮によるいわゆる潜熱
搬送によるのがさ・らによい。すなわち、例えば反時計
まわりの循環では伝熱管101で蒸発し、102で凝縮
し、112で蒸発し、111で凝縮させる。何故なら、
伝熱管111と101の間には大きな温度差があり、顕
熱搬送では、この温度差により、金属水素化物11が冷
却されるからである。
発明の詳細 な説明した如く、運転の2つの位相の間に顕熱再生の位
相を設け、この時熱媒体は4つの金属水素化物を、定め
られた頭序で流れることにより、両組の第1のサイクル
の高温側媒体および容器101.102は両者の平均温
度(T1+T2 )/2となり、第2のサイクルの容器
111.112は(T3十T4)/2の温度となり、そ
の後人の運転位相に入るため、次に加熱される容器の昇
温幅は従来のT1−T2またはT3−T4から、T1−
(T1 +T2 )/2=(T1−T2)/2、または
(T3−T4)/2 と半分になり、前に述べた顕熱損
失も半分になるたべ各サイクルの底積係数は、 を求めると と明らかに1より大きくなる。すなわち底積係数が増大
することを示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による間欠作動式ヒートポン
プ装置の構成図、第2図は、同装置の動作説明図、第3
図は一般的な間欠作動式ヒートポンプ装置の基本構成図
である。 11.21.31.41・・・・・・容器、1o1゜1
11・・・・・・管路、91,92・・・・・・熱媒ポ
ンプ、61.81・・、、、81,71,13,16.
、中Y+5.弁。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 If、12.21.n、ylJl、41.42−°−容
巻Qf、Q’−−−に’Jj’ A紘    B紙 第′3図

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、この媒体を
    それぞれ容器内に収容しこれらの容器を連結する作動媒
    体通路を設けてサイクルを構成し、前記作動媒体熱をそ
    れぞれのサイクル間を移動させるポンプを有し、第1の
    サイクルの高温側媒体の吸着発熱温度を第2のサイクル
    の高温側媒体の加熱脱着温度より高くし、前記第1のサ
    イクルの発熱により、前記第2のサイクルの加熱を行う
    A組、B組の二重効用ケミカルヒートポンプを用い、交
    互に逆位相で運転し、前記作動媒体通路に開閉弁を設け
    、前記A組、B組の第1、第2のサイクルの高温側媒体
    の容器に、内部の吸着媒体と熱交換可能な伝熱管を設け
    これらを結び、A組第1、B組第1、B組第2、A組第
    2を径てA組第1にもどる循環路を設け、熱媒体を前記
    循環路に封入し、前記熱媒体を前記順序および逆順序に
    循環せしめる手段を設けた間欠作動式ヒートポンプ装置
JP10741385A 1985-05-20 1985-05-20 間欠作動式ヒ−トポンプ装置 Granted JPS61265465A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57179549A (en) * 1981-04-28 1982-11-05 Sekisui Chemical Co Ltd Method and device for obtaining thermal energy

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57179549A (en) * 1981-04-28 1982-11-05 Sekisui Chemical Co Ltd Method and device for obtaining thermal energy

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