JPS6329183B2 - - Google Patents
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- JPS6329183B2 JPS6329183B2 JP55129593A JP12959380A JPS6329183B2 JP S6329183 B2 JPS6329183 B2 JP S6329183B2 JP 55129593 A JP55129593 A JP 55129593A JP 12959380 A JP12959380 A JP 12959380A JP S6329183 B2 JPS6329183 B2 JP S6329183B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/62—Absorption based systems
Description
本発明は金属水素化物を利用するヒートポンプ
の運転方法に関する。 ある種の金属が速やかに発熱的に水素を吸収し
て金属水素化物を形成し、また、この金属水素化
物が可逆的に吸熱的に水素を放出することが知ら
れている。本発明においては、第１図に示すよう
に、水素吸蔵量を表わす原子比Ｈ／Ｍ（Ｈは水素
原子数、Ｍは金属原子数）の比較的広い範囲にわ
たつて平衡分解圧PH2が実質的に一定である金属
水素化物が好ましく用いられる。この平衡分解圧
は温度Ｔ（絶対温度）の関数であつて、温度が高
い程、平衡分解圧も大きい。従つて、第２図に示
すように、平衡分解圧の温度特性が異なる二種の
金属水素化物（M1H及びM2Hで表わす）を用
い、M1Hを温度TMからTHに加熱して水素を放出
させ、この水素を温度TMのM2Hに吸蔵させた
後、吸熱的に放出させて温度TLに至らせ、この
水素を再びM1Hに吸収させるサイクルを構成す
ることによつて、例えばM2Hから温度TMとTLの
差に相当する冷熱を得ることができる。 このような熱駆動型ヒートポンプとして従来か
ら提案されている冷房装置の代表例を第３図に示
す。この装置はいわゆる４ボンベ型と称されてい
る。それぞれ熱交換器をなす容器１及び３には
M1Hが封入され、それぞれ温度THの駆動熱源５
から管路１１及び１３によつて供給される加熱媒
体により加熱される。管路は例えば電磁弁２１及
び２３によつて容器１及び３の間で切換えられ
る。また、容器１及び３は例えば水等を冷却媒体
とする温度TM（TH＞TM）の冷却器６と管路１５
及び１６に接続されており、電磁弁２５によつて
容器１及び３の間で切換えられる。一方、容器２
及び４も同様に電磁弁２６によつて切換え可能に
管路１７及び１８によつて冷却器６に接続されて
おり、さらに電磁弁２２及び２４によつて切換え
可能に管路１２及び１４を介して冷却負荷７に接
続されている。また、容器１と２の間には水素移
動管１９が、容器３と４の間には水素移動管２０
が配設されている。尚、温度TMの冷却器６には
外気熱が使用され得る。 しかしながら、上記のようなヒートポンプにお
いては容器の熱容量がそのまま装置の成績係数に
関与して、これを引下げる欠点がある。以下に第
３図に示す装置について第２図に基き、その冷房
サイクルの成績係数を求める。成績係数は各動作
過程の熱収支より求めることができるが、簡単の
ために各容器においてｍモルの水素が反応すると
し、M1H及びM2Hの水素１モル当りの反応熱を
それぞれΔH1及びΔH2とし、また、M1H1を含む
容器１と３の熱容量をそれぞれJ1とし、M2H3を
含む容器２と４の熱容量をそれぞれJ2とする。 (1) 水素吸蔵放出過程 容器１，２，３及び４は第２図においてそれぞ
れ点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤにあるとする。容器１では
熱源５より熱量Q1＝mΔH1が加えられて、温度
THのM1Hは水素ｍモルを放出する。この水素は
管１９を経て温度TM（例えば外気温）の容器２に
入り、M2Hに吸蔵されて熱量Q2＝mΔH2を発熱
する。この熱量は温度TMの冷却器により奪われ
る。 一方、容器４においては、M2Hは点Ｂから点
Ｄに至る過程で水素ｍモルを放出して熱量mΔH2
を吸熱するが、その容器４自体が温度TMからTL
に冷却するのに熱量Q3＝J2（TM−TL）を吸熱す
るから、結局、容器４は冷却負荷からQ4＝
mΔH2−Q3の熱量を奪う。この過程で放出され
た水素は管路２０により容器３に入り、M1Hは
熱量ΔH1を発熱するが、この熱量は冷却器によ
つて奪われる。 このような水素吸蔵放出過程における水素、加
熱媒体及び冷却媒体の流れを第３図に実線矢印で
示す。 (2) モード反転過程 この過程は水素、加熱媒体及び冷却媒体の流れ
が第３図に破線矢印で示すように反転する過程で
ある。容器４を温度TLからTMに加熱して、M2H
を点ＤからＢに戻すためには外気熱を使うことと
すれば、この過程において考慮すべき熱収支は、
容器３を温度TMからTHに加熱して、M1Hを点Ｃ
からＡに戻すために熱源５から容器３に加えられ
る熱量Q5＝J1（TH−TM）である。 (3) 水素吸蔵放出過程 この過程では容器３が(1)の場合の容器１に、ま
た、容器４が(1)の場合の容器２に対応する。従つ
て、容器３に熱量Q6＝mΔH1が供給され、容器
２は冷却負荷から熱量Q7＝mΔH2−J2（TM−TL）
を奪う。 (4) モード反転過程 この過程はサイクルを完了させる過程である。
従つて、容器１を温度TMからTHに加熱して、
MH1を点ＣからＡに戻すために、熱源５から容
器１に熱量Q8＝J1（TH−TM）が加えられる。 以上から冷房装置としての成績係数COPCは、 COPC＝Q4＋Q7／Q1＋Q5＋Q6＋Q8 ＝２（mΔH2−Q3）／２（mΔH1＋J1（TH−TM）） ＝mΔH2−J2（TM−TL）／mΔH1＋J1（TH−TM）（
） で与えられる。この式から明らかなように、従来
の装置においては成績係数を下げる容器の熱容量
の比重が大きい。 暖房サイクルの場合は、第４図に示すように、
常温TLの容器２を温度TMの熱源にて加熱し、温
度TMに至らせて水素を放出させる。このために
J2（TM−TL）＋mΔH2の熱量が熱源から容器２に
供給される。この水素を容器１中の温度TMの
M1Hが吸蔵し、容器１は温度THに至る。容器１
自体の加熱に要する熱量を考慮して、加熱負荷に
供される熱量はmΔH1−J1（TH−TM）である。次
に、容器２を温度TLに戻すために外気により冷
却し、容器１は温度TLのM2H2に水素を放出して
温度TMに至り、M2H2の水素吸蔵に伴う発熱は外
気により奪われるとすれば、この動作に要する熱
量はmΔH1−J1（TH−TM）である。容器３及び４
は半サイクルの位相差で上記動作を繰返すから、
結局、この装置の成績係数COPHは COPH＝mΔH1−J1（TH−TM）／ｍ（ΔH1＋ΔH2）
−J1（TH−TM）＋J2（TM−TL）（） となる。やはり容器の熱容量が成積係数を小さく
している。 本発明による金属水素化物ヒートポンプの運転
方法は、上記の問題を解決するためになされたも
のであつて、高い成績係数を有する金属水素化物
ヒートポンプの運転方法を提供することを目的と
するものである。 本発明は、第１の金属水素化物が封入された第
１及び第３の容器と、第２の金属水素化物が封入
された第２及び第４の容器を有し、第１の容器の
第１の金属水素化物から水素を放出させ、これを
第２の容器の第２の金属水素化物に吸蔵させると
同時に、第４の容器の第２の金属水素化物から水
素を吸熱的に放出させて、これを第３の容器の第
１の金属水素化物に発熱的に吸蔵させ、次に、第
２の容器の第２の金属水素化物に吸熱的に水素を
放出させ、これを第１の容器の第１の金属水素化
物に発熱的に吸蔵させると同時に、第３の容器の
第１の金属水素化物から水素を放出させ、これを
第４の容器の第２の金属水素化物に発熱的に吸蔵
させるサイクルを有する金属水素化物ヒートポン
プの運転方法において、第１と第３の容器を熱交
換させる第１の熱交換器、及び／又は第２と第４
の容器を熱交換させる第２の熱交換器を有し、第
１の容器の第１の金属水素化物の水素放出または
水素吸蔵が終了し、第３の容器の第１の金属水素
化物の水素吸蔵または水素放出が終了した後に、
上記第１の熱交換器にて第１と第３の容器の間で
熱交換させ、又は第２の容器の第２の金属水素化
物の水素吸蔵または水素放出が終了し、第４の容
器の第２の金属水素化物の水素放出または水素吸
蔵が終了した後に、第２の熱交換器にて第２と第
４の容器の間で熱交換させることを特徴とするも
のである。 第５図に本発明の金属水素化物ヒートポンプの
運転方法の一実施例を示す。図中、第３図と同一
の要素や部材は同一の参照番号を付してある。但
し、暖房サイクルにおいては、５は加熱負荷、６
は駆動熱源、７は冷却器を意味する。 先ず、冷却サイクルについて説明する。第３図
に示す従来の装置と異なる点は、容器１と３との
間に熱交換器３１が、また、容器２と４との間に
熱交換器３２がそれぞれ設けられていることであ
る。熱交換器としては、例えばそれぞれポンプ３
３及び３４により時間的に制御しつつ、熱交換媒
体としての水等を熱交換管３５及び３６を循環さ
せる。 サイクルの設定に関し、熱交換器３１及び３２
を両方設ける利点が少ないときは、いずれか一方
のみを設けることができる。 このような装置の成績係数を求める。簡単のた
めに前記した条件をここでも用いることとし、容
器１，２，３及び４がそれぞれ第２図点Ｃ，Ｄ，
Ａ及びＢにあつて、水素の移動が完了した時点を
サイクルの出発点とする。 (1) 容器間熱交換過程 容器３は熱源５から管路１３を経て送られる加
熱媒体に加熱されて温度THにあり、容器１は冷
却器６の管路１５を流れる冷却媒体により温度
TMに冷却されている。ここで容器の加熱、冷却
を止め、熱交換回路３５のポンプ３３を駆動し
て、容器１と３との間で熱交換させる。この結
果、容器１は温度TFに加熱されると共に、容器
３は温度TEに冷却される。即ち、容器１中の
M1Hは点Ｃから点Ｆに至り、容器３中のM1Hは
点Ａから点Ｅに至る。容器１と３との間で完全に
熱交換が行なわれたと仮定したときの容器の温度
をTOとし、この温度に対応するM1Hの状態を点
Ｏとする。同様に、温度TLの容器２と温度TMの
容器４との間で熱交換回路３６により熱交換さ
せ、この結果、容器２は温度TKに加熱され、容
器４は温度TGに冷却される。即ち、容器２及び
４中のM2Hはそれぞれ点Ｄ及びＢから点Ｋ及び
Ｇに至る。ここでも容器２と４との間で熱交換が
完全に行なわれたと仮定したときの容器の温度を
TO′とし、この温度に対応するM2Hの状態をO′と
する。ここで簡単のために温度TE，TO，TF，
TG，TO′及びTKの間に次の関係が成立するもの
とすれば、この式の値ηは熱交換器３１及び３２
の熱交換効率ηを意味する。即ち、 η＝TH−TE／TH−TO＝TF−TM／TO−TM ＝TM−TG／TM−TO′＝TK−TL／TO′−TL ここで、 TO＝TH＋TM／２及びTO′＝TM＋TL／２ とすると、 TF＝TM＋η（TH−TM）／２ TG＝TM−η（TM−TL）／２ である。 (2) 容器加熱冷却過程 ポンプ３３を停止して上記の熱交換を停止し、
電磁弁２１を熱交換管１１側に開いて再びポンプ
４１により熱媒体を送り、容器１を温度TFから
THに加熱し、M1H1を点ＦからＡに至らせる。こ
の加熱に要する熱量Q11＝J1（TH−TF）は熱源５
から容器１に供給される。一方、容器３側につい
ては、ポンプ３４を停止して容器間の熱交換を止
め、電磁弁２５を容器３側に切換え、ポンプ４３
により冷却器６から冷却媒体を熱交換管１６に送
つて、容器３を温度TEからTCに冷却する。 (3) 水素吸蔵放出過程 上記のようにして熱媒体を送ることによつて容
器１を温度THに保ち、容器３を温度TCに保ちつ
つ、水素移動管１９及び２０の電磁弁２７及び２
８を開いて、容器１中のM1H1から吸熱的に放出
させた水素ｍモルを温度TKにある容器２に流入
させると共に、温度TGの容器４中のM2Hから放
出させた水素ｍモルを温度TCの容器３に流入さ
せる。従つて、容器１には熱量Q12＝mΔH1が熱
源から加えられ、逆に容器２ではM2Hが発熱的
に水素を吸蔵するから、熱量mΔH2を生じ、温度
はTKからTMに上昇する。この後にポンプ４４に
よつて温度TMの冷却媒体を熱交換管１７に送つ
て、容器２の温度をTMに保つ。 一方、容器４は前記したように吸熱的に水素ｍ
モルを放出し、熱量mΔH2を吸熱するが、容器自
体が熱量J2（TG−TL）を吸熱して温度TLに達した
ときにポンプ４２を駆動して冷却負荷７から熱量
Q13＝mΔH2−J2（TG−TL）を奪う。 以上で１サイクルの半分が完了するが、後半の
半サイクルにおいても異なる容器で同じ動作が繰
返されるから、結局、この装置の成績係数COPC
は COPC＝2Q13／２（Q11＋Q12）＝mΔH2−J2（TG−TL／mΔ
H1＋J1（TH−TF）＝mΔH2−J2（TM−TL）（１−η／２
）／mΔH1＋J1（TH−TM）（１−η／２）（） で与えられる。 同様に、暖房サイクルの場合には成積係数
COPHは、 COPH＝mΔH1−J1（TH−TM）（１−η／２）／ｍ（ΔH1
＋ΔH2）−｛J1（TH−TM）−J2（TM−TL）｝（１−η／
２）（） で与えられる。 従つて、本発明の方法によれば、成績係数に占
める容器の熱容量の比重がη／２倍だけ軽減され
ることとなり、特に冷房サイクルの場合に、成績
係数の向上の著しいことが明らかである。 以上、４ボンベ型について説明したが、本発明
は６ボンベ型、８ボンベ型等、隅数ボンベ型にす
べて適用できる。 次に、本発明の方法における成績係数を具体的
に評価するために、M1HとしてCaNi5H4（ΔH1＝
7.5kcal／モルとする）、M2HとしてLaNi5H6
（ΔH2＝7.2kcal／モルとする。）を選べば、水素
１モルを反応させるに要する各金属の量は、M1
が0.17Kg（0.5モル）、M2が0.14Kg（1/3モル）で
ある。いずれも比熱を0.1cal／ｇとすると金属の
熱容量は、M1が0.017kcal／℃、M2が
0.014kcal／℃である。金属水素化物の比重をい
ずれも５とし、容器への充填率を40％とすると、
容器はM1Hに対して0.085、M2Hに対して0.07
の内容積を有することが必要である。容器をス
テンレス製とし、その重量を内容積１当り10
Kg、ステンレスの比熱を0.1cal／ｇとすると、
M1H用容器の熱容量が0.085kcal／℃、M2H用容
器の熱容量が0.07kcal／℃となる。従つて、金属
水素化物を含めた容器の熱容量は、 J1＝0.017＋0.085≒0.1kcal／℃ J2＝0.014＋0.07≒0.08kcal／℃ である。 そこで、冷房サイクルにおいてTH＝90℃、TM
＝35℃、TL＝５℃とし、暖房サイクルにおいて
TH＝60℃、TM＝45℃、TL＝10℃とし、η＝0.9の
ときと、η＝０のときについてそれぞれ成績係数
を求めると次表のようになる。 η＝０の場合は従来の装置の成績係数である。
の運転方法に関する。 ある種の金属が速やかに発熱的に水素を吸収し
て金属水素化物を形成し、また、この金属水素化
物が可逆的に吸熱的に水素を放出することが知ら
れている。本発明においては、第１図に示すよう
に、水素吸蔵量を表わす原子比Ｈ／Ｍ（Ｈは水素
原子数、Ｍは金属原子数）の比較的広い範囲にわ
たつて平衡分解圧PH2が実質的に一定である金属
水素化物が好ましく用いられる。この平衡分解圧
は温度Ｔ（絶対温度）の関数であつて、温度が高
い程、平衡分解圧も大きい。従つて、第２図に示
すように、平衡分解圧の温度特性が異なる二種の
金属水素化物（M1H及びM2Hで表わす）を用
い、M1Hを温度TMからTHに加熱して水素を放出
させ、この水素を温度TMのM2Hに吸蔵させた
後、吸熱的に放出させて温度TLに至らせ、この
水素を再びM1Hに吸収させるサイクルを構成す
ることによつて、例えばM2Hから温度TMとTLの
差に相当する冷熱を得ることができる。 このような熱駆動型ヒートポンプとして従来か
ら提案されている冷房装置の代表例を第３図に示
す。この装置はいわゆる４ボンベ型と称されてい
る。それぞれ熱交換器をなす容器１及び３には
M1Hが封入され、それぞれ温度THの駆動熱源５
から管路１１及び１３によつて供給される加熱媒
体により加熱される。管路は例えば電磁弁２１及
び２３によつて容器１及び３の間で切換えられ
る。また、容器１及び３は例えば水等を冷却媒体
とする温度TM（TH＞TM）の冷却器６と管路１５
及び１６に接続されており、電磁弁２５によつて
容器１及び３の間で切換えられる。一方、容器２
及び４も同様に電磁弁２６によつて切換え可能に
管路１７及び１８によつて冷却器６に接続されて
おり、さらに電磁弁２２及び２４によつて切換え
可能に管路１２及び１４を介して冷却負荷７に接
続されている。また、容器１と２の間には水素移
動管１９が、容器３と４の間には水素移動管２０
が配設されている。尚、温度TMの冷却器６には
外気熱が使用され得る。 しかしながら、上記のようなヒートポンプにお
いては容器の熱容量がそのまま装置の成績係数に
関与して、これを引下げる欠点がある。以下に第
３図に示す装置について第２図に基き、その冷房
サイクルの成績係数を求める。成績係数は各動作
過程の熱収支より求めることができるが、簡単の
ために各容器においてｍモルの水素が反応すると
し、M1H及びM2Hの水素１モル当りの反応熱を
それぞれΔH1及びΔH2とし、また、M1H1を含む
容器１と３の熱容量をそれぞれJ1とし、M2H3を
含む容器２と４の熱容量をそれぞれJ2とする。 (1) 水素吸蔵放出過程 容器１，２，３及び４は第２図においてそれぞ
れ点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤにあるとする。容器１では
熱源５より熱量Q1＝mΔH1が加えられて、温度
THのM1Hは水素ｍモルを放出する。この水素は
管１９を経て温度TM（例えば外気温）の容器２に
入り、M2Hに吸蔵されて熱量Q2＝mΔH2を発熱
する。この熱量は温度TMの冷却器により奪われ
る。 一方、容器４においては、M2Hは点Ｂから点
Ｄに至る過程で水素ｍモルを放出して熱量mΔH2
を吸熱するが、その容器４自体が温度TMからTL
に冷却するのに熱量Q3＝J2（TM−TL）を吸熱す
るから、結局、容器４は冷却負荷からQ4＝
mΔH2−Q3の熱量を奪う。この過程で放出され
た水素は管路２０により容器３に入り、M1Hは
熱量ΔH1を発熱するが、この熱量は冷却器によ
つて奪われる。 このような水素吸蔵放出過程における水素、加
熱媒体及び冷却媒体の流れを第３図に実線矢印で
示す。 (2) モード反転過程 この過程は水素、加熱媒体及び冷却媒体の流れ
が第３図に破線矢印で示すように反転する過程で
ある。容器４を温度TLからTMに加熱して、M2H
を点ＤからＢに戻すためには外気熱を使うことと
すれば、この過程において考慮すべき熱収支は、
容器３を温度TMからTHに加熱して、M1Hを点Ｃ
からＡに戻すために熱源５から容器３に加えられ
る熱量Q5＝J1（TH−TM）である。 (3) 水素吸蔵放出過程 この過程では容器３が(1)の場合の容器１に、ま
た、容器４が(1)の場合の容器２に対応する。従つ
て、容器３に熱量Q6＝mΔH1が供給され、容器
２は冷却負荷から熱量Q7＝mΔH2−J2（TM−TL）
を奪う。 (4) モード反転過程 この過程はサイクルを完了させる過程である。
従つて、容器１を温度TMからTHに加熱して、
MH1を点ＣからＡに戻すために、熱源５から容
器１に熱量Q8＝J1（TH−TM）が加えられる。 以上から冷房装置としての成績係数COPCは、 COPC＝Q4＋Q7／Q1＋Q5＋Q6＋Q8 ＝２（mΔH2−Q3）／２（mΔH1＋J1（TH−TM）） ＝mΔH2−J2（TM−TL）／mΔH1＋J1（TH−TM）（
） で与えられる。この式から明らかなように、従来
の装置においては成績係数を下げる容器の熱容量
の比重が大きい。 暖房サイクルの場合は、第４図に示すように、
常温TLの容器２を温度TMの熱源にて加熱し、温
度TMに至らせて水素を放出させる。このために
J2（TM−TL）＋mΔH2の熱量が熱源から容器２に
供給される。この水素を容器１中の温度TMの
M1Hが吸蔵し、容器１は温度THに至る。容器１
自体の加熱に要する熱量を考慮して、加熱負荷に
供される熱量はmΔH1−J1（TH−TM）である。次
に、容器２を温度TLに戻すために外気により冷
却し、容器１は温度TLのM2H2に水素を放出して
温度TMに至り、M2H2の水素吸蔵に伴う発熱は外
気により奪われるとすれば、この動作に要する熱
量はmΔH1−J1（TH−TM）である。容器３及び４
は半サイクルの位相差で上記動作を繰返すから、
結局、この装置の成績係数COPHは COPH＝mΔH1−J1（TH−TM）／ｍ（ΔH1＋ΔH2）
−J1（TH−TM）＋J2（TM−TL）（） となる。やはり容器の熱容量が成積係数を小さく
している。 本発明による金属水素化物ヒートポンプの運転
方法は、上記の問題を解決するためになされたも
のであつて、高い成績係数を有する金属水素化物
ヒートポンプの運転方法を提供することを目的と
するものである。 本発明は、第１の金属水素化物が封入された第
１及び第３の容器と、第２の金属水素化物が封入
された第２及び第４の容器を有し、第１の容器の
第１の金属水素化物から水素を放出させ、これを
第２の容器の第２の金属水素化物に吸蔵させると
同時に、第４の容器の第２の金属水素化物から水
素を吸熱的に放出させて、これを第３の容器の第
１の金属水素化物に発熱的に吸蔵させ、次に、第
２の容器の第２の金属水素化物に吸熱的に水素を
放出させ、これを第１の容器の第１の金属水素化
物に発熱的に吸蔵させると同時に、第３の容器の
第１の金属水素化物から水素を放出させ、これを
第４の容器の第２の金属水素化物に発熱的に吸蔵
させるサイクルを有する金属水素化物ヒートポン
プの運転方法において、第１と第３の容器を熱交
換させる第１の熱交換器、及び／又は第２と第４
の容器を熱交換させる第２の熱交換器を有し、第
１の容器の第１の金属水素化物の水素放出または
水素吸蔵が終了し、第３の容器の第１の金属水素
化物の水素吸蔵または水素放出が終了した後に、
上記第１の熱交換器にて第１と第３の容器の間で
熱交換させ、又は第２の容器の第２の金属水素化
物の水素吸蔵または水素放出が終了し、第４の容
器の第２の金属水素化物の水素放出または水素吸
蔵が終了した後に、第２の熱交換器にて第２と第
４の容器の間で熱交換させることを特徴とするも
のである。 第５図に本発明の金属水素化物ヒートポンプの
運転方法の一実施例を示す。図中、第３図と同一
の要素や部材は同一の参照番号を付してある。但
し、暖房サイクルにおいては、５は加熱負荷、６
は駆動熱源、７は冷却器を意味する。 先ず、冷却サイクルについて説明する。第３図
に示す従来の装置と異なる点は、容器１と３との
間に熱交換器３１が、また、容器２と４との間に
熱交換器３２がそれぞれ設けられていることであ
る。熱交換器としては、例えばそれぞれポンプ３
３及び３４により時間的に制御しつつ、熱交換媒
体としての水等を熱交換管３５及び３６を循環さ
せる。 サイクルの設定に関し、熱交換器３１及び３２
を両方設ける利点が少ないときは、いずれか一方
のみを設けることができる。 このような装置の成績係数を求める。簡単のた
めに前記した条件をここでも用いることとし、容
器１，２，３及び４がそれぞれ第２図点Ｃ，Ｄ，
Ａ及びＢにあつて、水素の移動が完了した時点を
サイクルの出発点とする。 (1) 容器間熱交換過程 容器３は熱源５から管路１３を経て送られる加
熱媒体に加熱されて温度THにあり、容器１は冷
却器６の管路１５を流れる冷却媒体により温度
TMに冷却されている。ここで容器の加熱、冷却
を止め、熱交換回路３５のポンプ３３を駆動し
て、容器１と３との間で熱交換させる。この結
果、容器１は温度TFに加熱されると共に、容器
３は温度TEに冷却される。即ち、容器１中の
M1Hは点Ｃから点Ｆに至り、容器３中のM1Hは
点Ａから点Ｅに至る。容器１と３との間で完全に
熱交換が行なわれたと仮定したときの容器の温度
をTOとし、この温度に対応するM1Hの状態を点
Ｏとする。同様に、温度TLの容器２と温度TMの
容器４との間で熱交換回路３６により熱交換さ
せ、この結果、容器２は温度TKに加熱され、容
器４は温度TGに冷却される。即ち、容器２及び
４中のM2Hはそれぞれ点Ｄ及びＢから点Ｋ及び
Ｇに至る。ここでも容器２と４との間で熱交換が
完全に行なわれたと仮定したときの容器の温度を
TO′とし、この温度に対応するM2Hの状態をO′と
する。ここで簡単のために温度TE，TO，TF，
TG，TO′及びTKの間に次の関係が成立するもの
とすれば、この式の値ηは熱交換器３１及び３２
の熱交換効率ηを意味する。即ち、 η＝TH−TE／TH−TO＝TF−TM／TO−TM ＝TM−TG／TM−TO′＝TK−TL／TO′−TL ここで、 TO＝TH＋TM／２及びTO′＝TM＋TL／２ とすると、 TF＝TM＋η（TH−TM）／２ TG＝TM−η（TM−TL）／２ である。 (2) 容器加熱冷却過程 ポンプ３３を停止して上記の熱交換を停止し、
電磁弁２１を熱交換管１１側に開いて再びポンプ
４１により熱媒体を送り、容器１を温度TFから
THに加熱し、M1H1を点ＦからＡに至らせる。こ
の加熱に要する熱量Q11＝J1（TH−TF）は熱源５
から容器１に供給される。一方、容器３側につい
ては、ポンプ３４を停止して容器間の熱交換を止
め、電磁弁２５を容器３側に切換え、ポンプ４３
により冷却器６から冷却媒体を熱交換管１６に送
つて、容器３を温度TEからTCに冷却する。 (3) 水素吸蔵放出過程 上記のようにして熱媒体を送ることによつて容
器１を温度THに保ち、容器３を温度TCに保ちつ
つ、水素移動管１９及び２０の電磁弁２７及び２
８を開いて、容器１中のM1H1から吸熱的に放出
させた水素ｍモルを温度TKにある容器２に流入
させると共に、温度TGの容器４中のM2Hから放
出させた水素ｍモルを温度TCの容器３に流入さ
せる。従つて、容器１には熱量Q12＝mΔH1が熱
源から加えられ、逆に容器２ではM2Hが発熱的
に水素を吸蔵するから、熱量mΔH2を生じ、温度
はTKからTMに上昇する。この後にポンプ４４に
よつて温度TMの冷却媒体を熱交換管１７に送つ
て、容器２の温度をTMに保つ。 一方、容器４は前記したように吸熱的に水素ｍ
モルを放出し、熱量mΔH2を吸熱するが、容器自
体が熱量J2（TG−TL）を吸熱して温度TLに達した
ときにポンプ４２を駆動して冷却負荷７から熱量
Q13＝mΔH2−J2（TG−TL）を奪う。 以上で１サイクルの半分が完了するが、後半の
半サイクルにおいても異なる容器で同じ動作が繰
返されるから、結局、この装置の成績係数COPC
は COPC＝2Q13／２（Q11＋Q12）＝mΔH2−J2（TG−TL／mΔ
H1＋J1（TH−TF）＝mΔH2−J2（TM−TL）（１−η／２
）／mΔH1＋J1（TH−TM）（１−η／２）（） で与えられる。 同様に、暖房サイクルの場合には成積係数
COPHは、 COPH＝mΔH1−J1（TH−TM）（１−η／２）／ｍ（ΔH1
＋ΔH2）−｛J1（TH−TM）−J2（TM−TL）｝（１−η／
２）（） で与えられる。 従つて、本発明の方法によれば、成績係数に占
める容器の熱容量の比重がη／２倍だけ軽減され
ることとなり、特に冷房サイクルの場合に、成績
係数の向上の著しいことが明らかである。 以上、４ボンベ型について説明したが、本発明
は６ボンベ型、８ボンベ型等、隅数ボンベ型にす
べて適用できる。 次に、本発明の方法における成績係数を具体的
に評価するために、M1HとしてCaNi5H4（ΔH1＝
7.5kcal／モルとする）、M2HとしてLaNi5H6
（ΔH2＝7.2kcal／モルとする。）を選べば、水素
１モルを反応させるに要する各金属の量は、M1
が0.17Kg（0.5モル）、M2が0.14Kg（1/3モル）で
ある。いずれも比熱を0.1cal／ｇとすると金属の
熱容量は、M1が0.017kcal／℃、M2が
0.014kcal／℃である。金属水素化物の比重をい
ずれも５とし、容器への充填率を40％とすると、
容器はM1Hに対して0.085、M2Hに対して0.07
の内容積を有することが必要である。容器をス
テンレス製とし、その重量を内容積１当り10
Kg、ステンレスの比熱を0.1cal／ｇとすると、
M1H用容器の熱容量が0.085kcal／℃、M2H用容
器の熱容量が0.07kcal／℃となる。従つて、金属
水素化物を含めた容器の熱容量は、 J1＝0.017＋0.085≒0.1kcal／℃ J2＝0.014＋0.07≒0.08kcal／℃ である。 そこで、冷房サイクルにおいてTH＝90℃、TM
＝35℃、TL＝５℃とし、暖房サイクルにおいて
TH＝60℃、TM＝45℃、TL＝10℃とし、η＝0.9の
ときと、η＝０のときについてそれぞれ成績係数
を求めると次表のようになる。 η＝０の場合は従来の装置の成績係数である。
【表】
以上のように、従来の方法によれば、容器の熱
容量が直接成績係数に関与し、これを小さくする
が、本発明の装置によれば容器の熱容量は、成績
係数に占める比重が軽減され、この結果、成績係
数が高められるのである。この傾向は特に冷房サ
イクルについて顕著である。
容量が直接成績係数に関与し、これを小さくする
が、本発明の装置によれば容器の熱容量は、成績
係数に占める比重が軽減され、この結果、成績係
数が高められるのである。この傾向は特に冷房サ
イクルについて顕著である。
第１図は所定温度における金属水素化物の平衡
分解圧を示すグラフ、第２図は金属水素化物の平
衡分解圧の温度特性を示し、冷房サイクルを説明
するためのグラフ、第３図は従来の金属水素化物
ヒートポンプの一例を示す回路図、第４図は暖房
サイクルを説明するためのグラフ、第５図は本発
明の金属水素化物ヒートポンプの一実施例を示す
回路図である。 １，２，３，４……容器、５……熱源（又は加
熱負荷）、６……冷却器（又は熱源）、７……冷却
負荷（又は冷却器）、１９，２０……水素管、３
１，３２……熱交換器、３５，３６……熱交換
管。
分解圧を示すグラフ、第２図は金属水素化物の平
衡分解圧の温度特性を示し、冷房サイクルを説明
するためのグラフ、第３図は従来の金属水素化物
ヒートポンプの一例を示す回路図、第４図は暖房
サイクルを説明するためのグラフ、第５図は本発
明の金属水素化物ヒートポンプの一実施例を示す
回路図である。 １，２，３，４……容器、５……熱源（又は加
熱負荷）、６……冷却器（又は熱源）、７……冷却
負荷（又は冷却器）、１９，２０……水素管、３
１，３２……熱交換器、３５，３６……熱交換
管。
Claims (1)
- １ 第１の金属水素化物が封入された第１及び第
３の容器と、第２の金属水素化物が封入された第
２及び第４の容器を有し、第１の容器の第１の金
属水素化物から水素を放出させ、これを第２の容
器の第２の金属水素化物に吸蔵させると同時に、
第４の容器の第２の金属水素化物から水素を吸熱
的に放出させて、これを第３の容器の第１の金属
水素化物に発熱的に吸蔵させ、次に、第２の容器
の第２の金属水素化物に吸熱的に水素を放出さ
せ、これを第１の容器の第１の金属水素化物に発
熱的に吸蔵させると同時に、第３の容器の第１の
金属水素化物から水素を放出させ、これを第４の
容器の第２の金属水素化物に発熱的に吸蔵させる
サイクルを有する金属水素化物ヒートポンプの運
転方法において、第１と第３の容器を熱交換させ
る第１の熱交換器、及び／又は第２と第４の容器
を熱交換させる熱交換器を有し、第１の容器の第
１の金属水素化物の水素放出又は水素吸蔵が終了
し、第３の容器の第１の金属水素化物の水素吸蔵
又は水素放出が終了した後に、上記第１の熱交換
器にて第１と第３の容器の間で熱交換させ、又は
第２の容器の第２の金属水素化物の水素吸蔵又は
水素放出が終了し、第４の容器の第２の金属水素
化物の水素放出又は水素吸蔵が終了した後に、第
２の熱交換器にて第２と第４の容器の間で熱交換
させることを特徴とする金属水素化物ヒートポン
プの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55129593A JPS57104063A (en) | 1980-09-17 | 1980-09-17 | Metal hydrogenate heat pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55129593A JPS57104063A (en) | 1980-09-17 | 1980-09-17 | Metal hydrogenate heat pump |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57104063A JPS57104063A (en) | 1982-06-28 |
| JPS6329183B2 true JPS6329183B2 (ja) | 1988-06-13 |
Family
ID=15013275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55129593A Granted JPS57104063A (en) | 1980-09-17 | 1980-09-17 | Metal hydrogenate heat pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57104063A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02167589A (ja) * | 1988-09-01 | 1990-06-27 | Toppan Printing Co Ltd | ディスプレイ装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60185073A (ja) * | 1984-03-05 | 1985-09-20 | 松下電器産業株式会社 | 間欠作動式多段第２種ヒ−トポンプ装置 |
| JPS6315051A (ja) * | 1986-07-07 | 1988-01-22 | 松下電器産業株式会社 | 間欠式ヒ−トポンプシステム |
| JPS6334462A (ja) * | 1986-07-28 | 1988-02-15 | 積水化学工業株式会社 | 水素吸蔵合金を利用したヒ−トポンプ方法及び装置 |
| JPH0633977B2 (ja) * | 1990-08-09 | 1994-05-02 | 三洋電機株式会社 | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム |
-
1980
- 1980-09-17 JP JP55129593A patent/JPS57104063A/ja active Granted
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1ST WORLD HYDROGEN ENERGY CONFERENCE=1976 * |
| HYDRIDES FOR ENERGY STORAGE=1977 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02167589A (ja) * | 1988-09-01 | 1990-06-27 | Toppan Printing Co Ltd | ディスプレイ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57104063A (en) | 1982-06-28 |
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