JPS6183847A - 間欠作動式ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

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−にの利用分野 本発明は、作動気体Ｑ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 まづ始めにこのよ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。

説明をわかり易くするため吸着材に金・属水素化物１作
動媒体を水素とした時の例について説明する０ 金策１の容器に１つの金属水素化物を形成しうる合金粉
末を充し、第２の容器に前者に比べ、同一温度で平衝圧
の高い金属水素化物を形成する合金粉末を充し、まづ前
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衝圧が高
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Ｃ８１とすれば入力はＱａ
１＋Ｑｓ１になる。Ｑｓ　１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衝圧に対応する第２の容器内の
金属水素化物の平衝温度で吸熱が継続する。この吸熱能
力が出力であるが、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Ｑｓ２を差し引
いた値Ｑａ２　’ｇ２になる。なおＱｓ２　は第２の容
器とその内容物の熱容量Ｃ２と温度下げ幅ｌＪＴρ積で
ある（顕熱損）。

以上の考案から成績係数（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ＣＱＰを太きぐする要因である
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
とは重要であるが、バ１””２を小さくすることも有効
である。

第１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が充されており、配管５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
，８が設けである。

１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５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。次に熱交換器
７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−ＴＬ
が前記ΔＴ１である。

冷暖給湯に使えるシステムを考えると、ＴＭ　＝　５０
”Ｃ、Ｔ　Ｌ　＝　５°Ｃ位必要であり、バー４５°６
位となる。

発明の目的 本発明の目的は、吸着媒体およびその収容容器とそれに
付随する部分の温度を上下させることにより消費される
吸熱ないしは発熱反応熱（顕熱損）を、できるだけ少く
することにより、システムの成績係数を向上させること
にある。

発明の構成 ２種類の吸着作動媒体を収容する容器を中間に弁に有す
る配管で結び、作動媒体を交互に吸脱着せしめることに
より、冷、温出力を得るヒートポンプ装置を２組用い、
交互に逆位相で運転し、時間的に交互に反転する前記作
動媒体の流れの間に、前記弁を閉塞し、作動媒体の流れ
ない時間を設けこの時間帯における前記容器の冷却、加
熱を行う熱媒体の流れを以下の順序とする。■塗出力発
生吸着媒体、（２）前記塗出力発生吸着媒体と対をなし
ていない温出力発生吸着媒体、（３）前記温出力発生吸
着媒体と対をなす被加熱吸着媒体。なおここにそれぞれ
の吸着媒体の作動状態は、前記作動媒体弁の閉塞前の状
態を示す。

実施例の説明 本発明を一実施例に従って詳しく説明する。

第２図に示すごとく容器１１，１２．配管１５゜弁１６
よりなる第１のシステムと、容器２１，２２゜配管２６
．弁２６よりなる第２のシステムを用意し、同一温度で
平衝圧力の低い金属水素化物を１３゜２３とし、同じく
平衝圧力の高い金属水素化物を１４．２４とし、それぞ
れ容器１１．２１および１２．２２に充填し、作動媒体
として水素を導入する。それぞれの容器には熱交換器１
７．１８゜２７．２８が設けである。

余熱交換器１７により金属水素化物１３を加熱すると水
素は配管１５を経て金属水素化物１４に吸着され発熱す
るのでこれを熱交換器１８に冷却水を流して冷却すると
水素はさらに金属水素化物１４に移動しゃかて平衝に達
し反応は停止する。

この過程をフェーズ１と名付ける。次に熱交換器１了に
冷却水を流し、金属水素化物１３を冷却すると金属水素
化物１４の水素は脱着し金属水素化物１３に吸着する。

この際前者において吸熱し後者において発熱するため熱
交換器１８を流れる水は冷却されて冷水を得、熱交換器
１７を流れる水は加熱されて温水を得る。この過程をフ
ェーズ２と名付ける。

通常このようなシステムを第２図に示すごとく２組用い
、第１のシステムがフェーズ１の状態にある時、第２の
システムは７エーズ２の状態にあるごとくすることによ
り、常にいづれかの７ステムで冷水かえられるので、連
続的に冷水がえることができる。

本発明においてはこの２つのフェーズの間に弁１６．２
６を閉じた状態を設け、その時の冷却水の流し方を工夫
することにより、高い成績係数を与えようとするもので
ある。

すなわち第３図に示すごとく、第１のシステムがフェー
ズ１．第２のシステムがフェーズ２の状態にある状態を
あらためてフェーズＡと名付け、逆に第１のシステムが
７ヱーズ２．第２のシステムがフェーズ２の状態にある
時をフェーズＣと名付ける。弁の横に示した矢印は水素
ガスの流れる方向を示す。フェーズＡとフェーズＣの間
に弁１６゜２６の閉じた状態フェーズＢを設ける。この
時冷却水は第２南の熱交換器の番号に従えば２８，１８
゜２７の順に直列に連結し、２８の方から流す。次にフ
ェーズＣとフェーズＡの間にフェーズＤを設ける。この
時も弁１６．２６は閉じ、冷却水路は１８．２８．１７
の順に熱交換器を直列に結び、１８の方から冷却水を流
すごとくする。

第３図はこのＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ各フェーズの冷却水の流れ
を示す図である。このような４つの７エーズを順次くり
返し運転をする。

各部の番号は第２図と対応させである。弁１６゜２６に
添えた矢印は水素ガスの流れ方向を示し、矢印の無い弁
は閉塞状態を示す。熱交換器１７゜１８．２７．２８の
端部矢印の記号Ｃは冷水出力、Ｗは温水出力を示し、丸
を付した端部の記号Ｈは加熱源を示す。

Ａ、Ｃのフェーズの時間と、Ｂ、Ｄのフェーズの時間は
実験的に定められるが通常前者に比べ後者は短くて十分
である。

フェーズＢの直前の状態では第３図の容器２２内の金属
水素化物２４は吸熱反応により、この熱交換ａ２Ｂに供
給されている水温（これは通常能の熱交換器に供給され
ている冷却水温（ＴＣ）とほぼ同一と考えてよい）より
低い温度ＴＬに達していると考えられる。一方容器１２
内の金属水素化物１４は発熱反応により、冷却水温より
高いＴＭ度に達している。又容器１１内の金属水素化物
１３はＴＭよりさらに温度の高い加熱熱源により加熱さ
れＴＨ度の状態にある。

ここでフェーズＢに入ったとすると、熱交換器２８を出
る水はＴＬ度に冷却されており、吸熱反応は停止してい
るのでやがて内部の金属水素化物２４は冷却水温Ｔｃま
で温められる。

ＴＭ＞Ｔｃ＞ＴＬの関係があるから、次にフェーズＣに
入った時、金属水素化物２４が、自らの発熱反応熱によ
って昇温しなければならない温度幅はＴＭ　Ｔｃ　　で
よく、従来のフェーズＡから直接フェーズＣに切り換え
る場合はＴ、−ＴＬであることを考えると出力の顕熱損
失Ｑ３１はほぼ半分位になる。

次にフェーズＢの状態で熱交換器２８を出た冷動水は熱
交換器１８に入るが、これは始めＴ、の温度でここにＴ
Ｌに近い水が供給され急速に冷却されやがて冷却水温Ｔ
ｃ’ｊで冷却されるから、次にフェーズＣに入った時、
金属水素化物１４が、自らの吸熱反応によって降温しな
ければならない温度幅はＴｃ−ＴＬでよく、従来のフェ
ーズＡから直接フェーズＣに切り換える場合の温度幅Ｔ
Ｍ−ＴＬにもとづく出力の顕熱損失Ｑｓ２に比べほぼ半
分位に損失が減少する。又熱交換器１８と２８をそれぞ
れ並列に冷却水を流すのに比べると、熱交換器２８で冷
却された水を熱交換器１８を通すため、金属水素化物１
４の冷却はより効果的である。

さらに熱交換器１８を出た冷却水は熱交換器１７を通る
が、金属水素化物１３はＴＭより高温のＴＨに加熱され
ており、フェーズＣではＴＭの温度に下げねばならない
ので、この熱交換器を出だ水は始めはＴＭより高い温度
から次第にＴＭの温度まで低下するが、温水出力として
利用しつるに十分な温水をうろことができる。

フェーズＤにおける温度の変化はフェーズＢと類似であ
る。

発明の効果 このようにフェーズＡ、Ｃの間にフェーズＢ。

Ｄを入れることにより、吸、脱着反応熱の顕熱損失Ｑｓ
ｆｃはぼ半分に減少させることができるから成績係数を
犬きく改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は間欠作動式ヒートポンプ装置の原理図、第２図
は金属水素化物ヒートポンプ装置の基本構成図、第３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
動作説明図である。 １１．１２，２１．２２・・・・・・容器、１３，２３
゜１４．２４・・・・・・金属水素化物、１６．２６・
・・・・・弁、１７．１Ｂ、２７．２８・・・・・・熱
交換器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図　　Ａ　　　　Ｂ ｃ／Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 温度平衡圧力特性の異なる２種類の吸着媒体をそれぞれ
   収容する容器と、これらを連結する作動媒体通路および
   前記容器を加熱又は冷却する熱媒体通路よりなり、前記
   作動媒体通路に開閉弁を設けた装置を少なくとも２組用
   い、交互に逆位相で運転し、時間的に交互に反転する前
   記作動媒体の流れの間に、前記弁を閉塞し前記作動媒体
   の流れない時間を設け、この時間帯での前記冷却用熱媒
   体の流れを、（１）冷出力発生吸着媒体、（２）前記冷
   出力発生吸着媒体と対をなしていない温出力発生吸着媒
   体、（３）前記温出力発生吸着媒体と対をなす、被加熱
   吸着媒体にすることを特徴とする間欠作動式ヒートポン
   プ装置（なお、それぞれの吸着媒体の作動状態は、前記
   作動媒体弁の閉塞前の状態を示す）。