JPS629162A - ヒ−トポンプ・蓄熱装置 - Google Patents

ヒ−トポンプ・蓄熱装置

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JPS629162A
JPS629162A JP14880885A JP14880885A JPS629162A JP S629162 A JPS629162 A JP S629162A JP 14880885 A JP14880885 A JP 14880885A JP 14880885 A JP14880885 A JP 14880885A JP S629162 A JPS629162 A JP S629162A
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JP
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heat
reaction vessel
reactant
temperature
reaction
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JP14880885A
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全 土井
正毅 池内
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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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〕 この発明は、化学変化や物理変化などを利用するヒート
ポンプ・蓄熱装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第6図はたとえば「エネルギー・資源jVO1゜4、N
O4、(+83)、P2Oに示された従来の化学反応を
利用する蓄熱装置で1反応物質として水素吸蔵合金であ
るLaNi5合金とCaNi1合金を用いな場合の蓄熱
装置を示す構成断面図である。
この第6図において、lは化学反応する反応物質コ(た
とえばCaNi5合金)を収納した容器3とA冷却ある
いは加熱用熱媒体ダ(念とえは水)の流れる熱交換部3
からと構成される反応容器である0 また・6は反応物質7(たとえばL a N 15合金
)を収納した容器ざと、冷却あるいは加熱用熱媒体9(
たとえば水)の流れる熱交換部IOから構成される反応
容器である。
これら容器3と容器gけ配管//で接続されていて\こ
の配管//の途中には開閉弁lユが設置されている。/
3は冷媒ガス(たとえばH,ガス)である。
第、7図はいま例にとっているCaN13合金(以下C
&Nl!で示す)とLaNi5合金(以下LaNi@で
示す)のH,ガスとの反応の温度−圧力平衡線図であり
、縦軸が対数圧力(LogP)、横軸が温度の逆数(”
/、 )を示している。この第7図では、2本の平衡線
がほぼ平行であることが示されている。
次に動作について説明する。反応物質−と冷媒ガス/、
7であるH、ガス(以下H1で示す)との反応はなとえ
は次の(1)式で表わされ、反応が左から右に進むとき
発熱(反応熱量ΔH1)する。
CaNi5+ −H2;II:CaNi、・Hrnl+
ΔH、・(1)同様にL a N i @である反応物
質りとHlの冷媒ガスlJとの反応はたとえば次の(2
)式で表わされ、反応が左から右に進むとき発熱(反応
熱量ΔHりする。
LaNi5+’H1,:LaNi5・Hml+ΔH,・
(21動作として、熱を蓄える蓄熱運転と、熱を放出す
る放熱運転について述べる。蓄熱運転の開始時には9反
応容器lの反応物質コはCaNi5・Hml、反応容器
基の反応物質りはLaN1gの状態にある。
反応容器/の熱交換部3には加熱用熱媒体ダ(たとえば
温度85°C)が流れ、また反応容器基の熱交換部IO
には加熱用熱媒体9 (たとえば温度15℃)が流れて
いる。
反応物質コおよび反応物質7の各状態は第7図でそれぞ
れaおよびbで示される。
ここで開閉弁lコを開とすると、反応容器/では加熱用
熱媒体ダで加熱されたC a N i B・Hm Hの
反応物質コが(1)式の右から左への反応を温度t、 
(SO’C)において生じて吸熱しH2ガスの冷媒ガス
13を放出する。
このH2ガスの冷媒ガス/3は開閉弁lコ、配管l/を
通り、反応容器6へ流入し、LaN1gの反応物質りと
で(2)式の左から右への反応を温度t2(20°C)
において起こし、発生した熱は熱交換部IOを流れる冷
却水による加熱用熱媒体9により取り去られる。
蓄熱運転は反応容器lのCaNi5・Hmlによる反応
物質コがすべてCaNi5になるか・反応容器6のLa
N1gによる反応物質7がすべてLaNi5・Hm2に
なるか・あるいは所定の蓄熱が終了するまで実施される
次に、放熱運転時の動作について述べる。運転開始時に
おいては、反応容器/の反応物質コはCaNiい反応容
器基の反応物質りはLaNi!・Hm2になっている。
反応容器基の熱交換部ioには加熱水q(たとえば温度
55°C)が流れている。ここで開閉弁/コを開とする
と・LaNi5・Hm2の反応物質7は加熱用熱媒体U
Kより加熱されて、第7図のCの状態(温度t3・50
℃)で(2)式の右から左への吸熱反応が進もとともK
 H,ガスの冷媒ガス13を放出する。
このH!ガスの冷媒ガス13ra配管//、開閉弁/コ
を通り、反応容器lに流入し−s  CaN16の反応
物質−との間で(1)式の左から右への反応を温度t、
  (go’c)で起こして発熱するので1熱交換部3
を流れる加熱用熱媒体ダにより温水(たとえば温度75
°C)として出力される。
放熱運転は反応容器6のL a N i @・Hm2の
反応物質りがすべてLaN1Bとなるか、反応容器/の
CaNi5による反応物質−がすべてCa N i s
・HmIとなるか・あるいは所定の放熱が終了するまで
実施され、その間温水を得ることができる。運転終了後
、開閉弁lコは閉じられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の蓄熱装置は以上のように構成されているので・蓄
熱運転時に蓄熱用の加熱水が必要となる他に冷却水が必
要であり・また、放熱運転時には加熱水が必要であると
いう問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので・蓄熱運転時の冷却水が不要になるとともに1放熱
運転時の加熱水を必要としないヒートポンプ・蓄熱装置
を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るヒートポンプ・蓄熱装置は、ある特定の
温度t0において同じ平衡圧力を示し。
濃度−1゜を境に平衡圧力が逆転する反応物質を収納し
た容器を備え、加熱・冷却用熱媒体を両容器間で共用す
る流れとしたものである。
〔作用〕
この発明′においては、蓄熱運転においては一方の容器
からの放熱を他方の容器の加熱源として用いるとともに
熱を蓄え、また、放熱運転においては瓢他方の容器から
の放熱を一方の容器の加熱源として用いるとともに放熱
する。
〔実施列〕
以下、この発明のヒートポンプ・蓄熱装置の実施例を図
に基づき説明する。第1図はその一実施例の構成を示す
断面図である。この第1図において一〜ダ、り、ざ、/
/〜13は上記従来装置と同じであるが、反応容器10
/に備えられた熱交換部10Sは容器3の加熱または冷
却を行なうとともに容器gの加熱または冷却をも同時に
する。
反応容器3には反応物質−としてたとえば、LaNi5
が収納され1反応容器ざには、反応物質りとしてたとえ
ばMmN i 4.5 M no 、1合金(以下Mm
N144Mn6.5で示す)が収納されている。LaN
i5による反応物質コはH,ガスによる冷媒ガス/3と
(2)式の反応を行なうが・ MmN i 4 、s 
M nO、、による反応物質りはH,ガスの冷媒ガス1
3との間で(3)式で表わされる反応が行なわれ、反応
が左から右に進むとき発熱(反応熱量ΔaS)する。
MmN ia、s Mjl。、、 十−N2;: Mm
N i4.5 Mno、5・Hm3+ΔH3・・・(3
) 第2図はいま列にとっているLaN1gとMmNi、、
5M n 6.5がN2と反応するときの温度−圧力平
衡顧図である。2本の平衡線は温度t。(43°C)、
圧力P。で交叉している。
次に動作について説明する。蓄熱運転の運転開始時では
、反応容器Jの反応物質−はLaNi5−Hm2、反応
容器tの反応物質7はMrnN i4.5 Mn6,5
になっている。
反応容器101の熱交換部103には加熱水ダ(たとえ
ば温度55℃)が流れている。LaNi6・Hm2の反
応物質コおよびMmN 44.sMn。、5の反応物質
7の各状態は第2図でそれぞれa、bで示される。
ここで開閉弁/、2を開とすると、反応容器3ではX加
熱用媒体ダで加熱されたLaN1B・Hm2の反応物質
コが状態aの温度t、’、(sooc)、圧力PSIに
おいて(2)式の右から左への反応を生じ・吸熱してH
1ガスの冷媒ガス13を放出する。
H,ガスの冷媒ガス/Jは開閉弁/コ、配管l/を通9
反応容器Sに流入しN MmN i4.5 Mn0.5
の反応物質りとで(3)式の左から右への反応を状態す
の温度t、、(6o°C)・圧力patにおいて起こし
、発熱する。
このように、温度t、(55°C)の加熱用熱媒体ダに
よりL a N i 5・Hmlの反応物質コは加熱さ
れてN2ガスの冷媒ガス13を放出し、MmNi4.5
Mn61gの反応物質りはそのH,ガスの冷媒ガス13
に反応して発熱し1その熱は加熱用熱媒体亭で取り去ら
れるが、(2)式での吸熱量ΔH2の方が(3)式での
発熱量ΔH8よりも大きいので1反応容器10/全体と
しては1加熱用熱媒体ダから熱を吸熱して蓄えることに
なる。
蓄熱運転は反応容器JのLaN13・Hm4  の反応
物質−がすべてLaN1Bになるか、反応容器gのMm
N i 44 Mn5.5がすべてMmN f4.、 
Mn(1,5+ Hm3になるか\あるいは所定の蓄熱
が終了するまで実施される。蓄熱運転終了後、開閉弁l
−は閉じられる。
次に放熱運転時の動作について述べる。運転開始時にお
いて、反応容器3の反応物質コはLaNi、、反応容器
ざの反応物質7はMmN i4.5 Mno、5・Hm
lになっていて1反応容器10/は室1ts(念とえは
温度15°C)にあってそれぞれ状態Cおよびdで示さ
れる。
ここで開閉弁/コを開とすると、反応容器tから反応容
器3へH,ガスの冷媒ガス/3が流れ、反応容器3では
流入するN2ガスの冷媒ガス13とLaN1Bの反応物
質コとが反応して(2)式の左から右への反応が進み発
熱するとともVcm度が上昇する。
反応容器3で生じた熱は熱交換部lO!を介して反応容
器tへ至り、反応容器ざは加熱される。
加熱されることで、反応容器ざの温度は上昇するととも
にMmNi44 Mn(1,5・Hm3の反応物質7は
(3)式の右から左への反応が進み吸熱しつつH,ガス
の冷媒ガス/3を放出する。
ここで\熱交換部lO3の加熱用熱媒体ダを流すと、反
応容器J内のLaN1gの反応物質コは状態eの温度t
!!(たとえば温度40°c)、圧力P□で(2)式の
左から右への発熱反応が生じて加熱用熱媒体ダを加熱し
て、この加熱用熱媒体ダは温度t。
(たとえば温度35°C)となり、反応容器g内のMm
Ni44 Mn、)、5・Hmlの反応物質りは状態f
の温度txt (たとえば温度30°C)、圧力P’1
1て(3)式の右から左への吸熱反応が生じて、加熱用
熱媒体41により加熱される。
(2)式の反応による発熱量ΔH7の方が(3)式の反
応による吸熱量ΔH8よりも大きいので、反応容器10
/全体としては加熱用熱媒体ダを加熱することができ、
温度t、の熱出力を得ることができる。
放熱運転は反応容器ざのMmN i 4.I Mno、
5 ・Hm3の反応物質7がすべてMmN +4,5 
Mn6,5 になるか−反応容器3のLaNi1による
反応物質−がすべてLaN1B・Hm、になるか九ある
いは所定の放熱が終了するまで実施され、その間温水を
得ることができる。放熱運転終了後、開閉弁/−は閉じ
られる。
こノヨうに1室温から放熱できることから長期の蓄熱が
可能である。
なお、上記実施例では、2個の反応容器が同一の熱交換
部を備えていたが、第3図に示すように各々の容器に熱
交換部を備えて、加熱用熱媒体亭の流れが反応容器3の
熱交換部!から反応容器ざの熱交換部IOへ直列に流れ
るよう配管lダを備えても同様の効果が得られる。
まな、開閉弁/コのかわりに通常は逆止弁として、たと
えば第1図の反応容器3から反応容器ざへけ迅ガスの冷
媒ガス/3を流すが1逆には流れないように作用し1通
電時に開となる電磁弁を備えてもよい。
この場合、不定期変動の熱源水を熱交換部lO3に流し
・熱源水の温度が温度1.以上になると、反応容器3の
方の圧力が高くなることによりH。
ガスの冷媒ガス13を反応容器gへ流入させ・熱出力の
必要な時に通電して開とすることで放熱運転のできる蓄
熱装置となる効果がある。
また、上記実施例では蓄熱・放熱を行なう蓄熱装置とし
て利用する場合を述べたが、この装置を第4図に示すよ
うに熱媒体の流れを反応容器/、反応容器6それぞれ独
立に形成することにより暖冷房を行なうヒートポンプ装
置にも適用できる。
すなわち、第4図は従来の蓄熱装置と同じように反応容
器/には、加熱用熱媒体ダの流れる熱交換部3が備えら
れ、反応容器乙には加熱用熱媒体9の流れる熱交換部1
0が備えられている。
反応容器3は反応物質二としてたとえばLaN+5を・
反応容器Sには反応物質7として、たとえばMmN l
 、、、 y(no、、がそれぞれ収納されている。
第5図はいま例にとっているLaNi5の反応物質−と
MmN +4.s Mn6.5の反応物質7がN2の冷
媒ガス13と反応するときの温度−圧力平衡線図である
。2本の平衡mは温度t。(43°C)・圧力P。で交
叉している。
次に動作について説明する。暖房運転の開始時には反応
容器/の反応物質コはLaNi!・Hm4、反応容器乙
の反応物質りはMmN +4.s Mn(1,5の状態
にある。反応容器/の熱交換部jには加熱用熱媒体II
(たとえば温度55°C)が流れている。
ここで開閉弁lコを開とすると、反応容器/では加熱用
熱媒体ダで加熱されたLaNi5・Hm2の反応物質二
が(2)式の右から左への反応を生じN2の冷媒ガス/
3を放出する。H,ガスの冷媒ガス/3は開閉弁/コ、
配管/lを通り反応容器6へ流入し、MmN +4.、
 Mn。、5の反応物質7と反応り、(31式の左から
右への反応が進行して温度t、1(たとえば70°C)
で発熱する。そのとき・反応容器6の熱交換部10に水
による加熱用熱媒体9を流すと温水(たとえば65°C
)が得られる。LaNi5・Mn2の反応物質−および
MmN i 44 Mn6,5の反応物質りの各状態は
第5図でそれぞれbおよびaで示される。
反応容器/では、加熱用熱媒体ダからの加熱により温度
tit (たとえば50°C)、圧力Pitの状6bで
吸熱反応が生じるとともに、H,ガスの冷媒ガス13を
発生し、発生したH、ガスの冷媒ガス/3は反応容器乙
において温度tll、圧力FILの状態aで発熱反応を
するとともIcs加熱用熱媒体ダよりも高い温度の温水
の加熱用熱媒体9を得ることができる。
暖房運転は反応容器/のL a N i 5・Mn2が
すべてL a N f 、になるか、反応容器6のMm
N +44 Mn(1,5がすべてMmN +4.5 
Mn(1,5・Mn3になるか、あるいけ所定の出力が
終了するまで実施される。その後開閉弁/−は閉じられ
る。
次に冷房運転時の動作について述べる◇冷房運転の運転
開始時においては、反応容器lの反応物質コはLaNi
、・反応容器乙の反応物質りはMmNi4.5Mn(1
,5・Mn3  の状態にある。
ここで1開閉弁/−を開とすると、反応容器6から反応
容器/へH,ガスの冷媒ガス/3が流れ)反応容器6で
は吸熱反応が、反応容器lでは発熱反応が生ずる。
反応物質=および反応物質りの各状態は第5図でそれぞ
れdおよびCで示される。
反応容器6では、MmNi44Mn、)、、−Mn3の
反応物質りが温度t□ (たとえば温度5℃)、圧力p
t+の状態Cにおいて、(3)式の右から左への反応を
生じ、H,ガスの冷媒ガス13を放出する。
このとき反応により吸熱するので反応容器乙の熱交換部
10には冷房などに使用された戻り水の加熱用熱媒体9
 (たとえば温度12°C)を流せば1反応で吸熱され
冷却されて冷水(たとえば7°C)となり再び冷房など
に利用される。
反応容器6から放出したH2ガスの冷媒ガス13は配管
l/、開閉弁/コを通り・反応容器/へ流入し、LaN
i1の反応物質−との間で反応して、(2)式の左から
右への発熱反応を温度t、2(たとえば2o°c)、圧
力pttの状9dにおいて生じ、発生した熱は熱交換部
Sを流れる冷却水の加熱用熱媒体4!(たとえば温度1
5’C)により取り去られる。
冷房運転は反応容器乙のMmN +4.5 Mn0.5
 ・Mn3の反応物質りがすべてMmN +4.5 M
n6.5 になるか)反応容器lのLaNi5の反応物
質コがすべてLaNi5・Hmlになるか1あるいは所
定の冷房出力が終了するまで実施され、そののち開閉弁
lコは閉じられる。
このように・熱媒体の流れを各反応容器で独立に形成す
ることにより1暖房運転と冷房運転を交互にできるヒー
トポンプ装置が得られる効果がある。
また)以上の例では蔦反応物質コとしてL a N +
 5、反応物質りとしてMmN 14.5 Mn0.5
 を用いた場合について説明したが、特にこれに限定さ
れることなく、他の水素吸蔵合金や他の反応などの化学
的変化や蒸発・凝縮などの物理的変化をする物質であり
、それらがある特定の温度1oにおける平衡圧力が等し
く温度t0を境に平衡圧力が逆転する物質の組合せを適
用しても上記実施例と同様の効果が得られることは言う
までもない。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、特定の温度t。
で同じ平衡圧力を示し温度t。を境に平衡圧力が逆転す
る反応物質の組合わせを用いたので、蓄熱運転時には冷
却水は必要でなく加熱源のみで蓄熱でき、放熱運転時に
は加熱源は必要ではなく単に開閉弁を開とするのみで放
熱でき、長期蓄熱ができるとともに不定期変動熱源から
の蓄熱の可能な蓄熱装置や、加熱源よりも高い温度の熱
を出力する暖房運転と冷熱を出力する冷房運転を交互に
行なう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のヒートポンプ・蓄熱装置の一実施例
の構成を示す断面図、第2図は同上ヒートポンプ・蓄熱
装置で用いた反応物質の反応の温度−圧力の平衡状態を
示す特性図、第3図および第4図はそれぞれこの発明の
ヒートポンプ・蓄熱装置の他の実施例の構成を示す断面
図、第5図は第4図のヒートポンプ・蓄熱装置で用いた
反応物質の反応の温度−圧力の平衡状態を示す特性図1
第6図は従来の反応物質を用いた蓄熱装置の構成を示す
断面図、第7図は従来の蓄熱装置における反応物質の反
応における温度−圧力の平衡状態を示す特性図である。 /、b、101・・・反応容器、−2り・・・反応物質
、3、ざ・・・反応容器、ダ、9・・・加熱用熱媒体、
!。 10 、10!;・・・熱交換部、l/・・・冷媒流通
管、lコ・−・開閉弁、/3・・・冷媒ガス、/ダ・・
・配管。 なお、図中同一符号は同一まなは相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄  (ほか2名)第6図 →r − 何  N↓ 手続補正書(自発) 昭和  年  月  日 持許庁長宮殿              仁酊1、事
件の表示   特願昭60−148808号2、発明の
名称   ヒートポンプ・蓄熱装置3、補正をする者 代表者志岐守哉 5、?1B正の対象 (1)明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)明細書第8頁最下行目「H2と」とあるを「H2
ガスと」と補正する。 (2)同第14頁7行目r H2の」とあるをl”Jガ
スの」と補正する。 (3)同第18行目「H2の」とあるを「H2ガスの」
と補正する。 (4)同第18頁18行目「なう効果がある。Jとある
を「なうヒートポンプ装置が得られる効果がある。」補
正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 反応物質を収納し、熱交換部を備えた1対の反
    応容器と、この容器上部に設けられ開閉弁を有する冷媒
    流通管からなるヒートポンプ・蓄熱装置において、上記
    冷媒流通管で接続された1対の反応容器がある特定の温
    度t_0で同じ平衡圧力を示し、この温度t_0を境に
    平衡圧力が逆転する反応物質を収納した容器であること
    を特徴とするヒートポンプ・蓄熱装置。 (2) 1対の反応容器が同一の熱交換部を備えたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のヒートポンプ
    ・蓄熱装置。 (3) 温度t_0以上の温度でより高い平衡圧力を示
    す反応容器側から低い平衡圧力を示す反応容器側に熱媒
    体の流れを形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のヒートポンプ・蓄熱装置。(4) 冷媒流通
    管に通常は逆止弁として特定時に開閉弁として作用する
    弁を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項およ
    び第2項または第3項記載のヒートポンプ・蓄熱装置。 (5) 1対の容器が各々独立の熱交換部を備えたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のヒートポンプ
    ・蓄熱装置。
JP14880885A 1985-07-04 1985-07-04 ヒ−トポンプ・蓄熱装置 Pending JPS629162A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008089344A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Hitachi Ltd 超音波探傷装置
JP2011530057A (ja) * 2007-08-09 2011-12-15 インターナショナル フォー エナジー テクノロジー インダストリーズ エル.エル.シー. 二段式低温空気冷却型吸着冷房設備

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JP2008089344A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Hitachi Ltd 超音波探傷装置
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