JPH01291072A - 間欠作動式加熱器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、作動媒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よる間欠作動
式加熱器に関するものである。特に本発明は限られた空
間又は部分を短時間に加熱する必要のある種々の機械装
置に適用した場合極めて有用である。

また大容量のエネルギー源が無いが、加熱の必要もあま
り頻繁でない場合で、かつ急速な加熱が必要な場合に用
いるに適したものである。

（従来の技術） ヒートポンプ装置は圧縮式、吸収式、ケミカルヒートポ
ンプの三つに大別できる。このうち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の中で、物質の吸脱着反応を利用
した場合の吸着媒体としては、例えば金属水素化物や、
無機水和物、有機物、ゼオライト等があり、被吸着媒体
としては、例えば水素、水蒸気、アンモニア等がある。

従来の間欠作動式加熱器の一般的な間欠式加熱サイクル
の原理は第３図に示す温度（横軸）、平衡圧力（縦軸）
の関係（加熱サイクルＡ４Ｂ−４ｃ→Ｄ４Ａ）で示され
る。以下金属水素化物−水素系を例にとって具体的に説
明する。

温度平衡圧力特性の異なる二種類の金属水素化物を用い
、まず同一温度で平衡圧力の低い金属水素化物（ＭＨｌ
、）で十分に水素を吸着したものを再生加熱温度Ｔ、ま
で加熱しくＡの状態）、外気温度ＴＡ度で十分に水素を
脱着した、かつ同一温度で平衡圧力の高い金属水素化物
（Ｍｎ２）と連通して水素の移動を行う（Ｂの状態）、
この際。

Ｍｎ２は発熱反応により熱を発生する。

次にＭＨＩを冷却しくこの熱は利用する）、Ｍｎ２と連
通すると、Ｍｎ２の水素はＭＨＩに移動し、ＭＨＩは発
熱するのでこの熱も利用する。

この場合最初にＭＨＩを加熱したときの熱量のほぼ二倍
の熱量がＭｎ２とＭＨＩで得られる。但しこの場合はＭ
　Ｈ２とＭＨＩの両者の熱を交互に取り出すための熱回
路を別に設ける必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 上述した一般的な間欠式加熱サイクルの場合は一回の反
応で利用出来る熱量が出来るだけ大きいことが肝要であ
る。そのためにはＭＨＩとその収容容器はできるだけ熱
容量の少ないものであることが望まれる。

しかし先にも述べた如＜　Ｍ　Ｈ１の水素をＭｎ２に返
すためにはＭＨＩを加熱（再生）温度Ｔ、とする必要が
ある。（以下再生過程と呼ぶ）このような加熱手段を設
けることによってＭＨＩの周辺の熱容量は大幅に増加す
る。

又ＭＨＩとその容器は出来るだけ被加熱体に密着してい
ることが望ましいが、そのことは即ち再生過程における
熱が直接被加熱体に伝わってくることを意味する。この
加熱（再生）温度ＴＮは利用温度Ｔ、よりかなり高いた
め装置Ｒが大掛かりとなり目的の場所に組込めない等い
ろいろ不都合が生ずる場合が多い。

本発明の目的はこのような不都合を解決し、出来るだけ
有効に発生する熱を利用し再生時に温度が上がりすぎる
と言った困難を生じない間欠作動式加熱器を提供するも
のである。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、被加熱空間に置かれ
た容器に収容された第一の吸着物質に、これより低温の
空間に置かれた容器に収容された第二の吸着物質に吸着
された被吸着物質を、弁及び配管を介して移動吸着せし
める間欠作動式加熱器に加えて、前記第一の吸着物質な
いしはそれにほぼ近い温度圧力特性を有する吸着物質を
前記第一の吸着物質より少ない量を収容しかつ加熱手段
を有する第三の容器を、前記第二の吸着物質を収容する
容器の置かれた空間に設け、弁を介して配管により第一
及び第二の吸着物質を収容する容器と連結したことを特
徴とする。

（作　用） 本発明は、従来例において述べた如く被加熱体に密着し
て設けられたＭＨＩに外部空間に置かれたＭｎ２より水
素を移動し、ＭＨＩを発熱させた後の再生行程を本発明
の着眼点であるから、この部分の作用を特に説明する。

ＭＨＩに吸蔵された水素をＭｎ２に返すには、ＭＨＩを
再生加熱温度Ｔ、に加熱する必要があることは先にも述
べた。本発明では再生行程においてＭＨＩの水素を直接
ＭＨ２に返すのではなく、まず外部空間に置かれた第三
の容器と第一の容器を弁を開いて連通ずることにより第
一の容器内のＭＨＩに吸蔵された水素の一部を第三の容
器内の金属水素化物に吸蔵せしめることから始める。

第一の容器及び第三の容器内の金属水素化物は同一ない
しはほぼ類似の温度平衡圧力特性を有するものであり、
第三の容器の置かれた空間は第一の容器の置かれた空間
よりも温度が低いため水素は徐々に第一の容器から第三
の容器に移動する。

この反応は比較的緩慢であるから、反応による第一の容
器の吸熱速度も遅いので、被加熱体の温度が急速に低下
することはない。

第三の容器内の金属水素化物が飽和して水素の吸蔵反応
が停止したところで第一の容器との間の弁を閉じ、次に
第二の容器との間の弁を開き第三の容器を加熱し再生加
熱温度ＴＭにすると、第三の容器の水素は第二の容器に
移動する。移動が終われば弁を閉じ、第三の容器を外気
温度まで冷却し、再び第一の容器との間の弁を開くと残
っていた水素の一部が第三の容器に移動する。

以下同様の操作を繰り返し第一の容器内のＭＨＩがほぼ
水素を放出し終われば、再生行程は終了する。

（実施例） 例えば寒冷地において放置された自動車のハンドルは非
常に冷たくなっているので、エンジンを起動しても直ぐ
には暖まらないため、起動早々の車のハンドルをしっか
りと握って車を運転することは苦痛である。こういうと
きにハンドルを即熱する方法が強く求められている。本
実施例はこのような自動車のステアリングハンドルの急
速加熱に応用した例であるが、勿論用途は他にいろいろ
考えられ、用途に応じて使用される金属水素化物の量や
合金組成を変わる。更には吸着材、被吸着媒体の種類も
変わる。

今ハンドルホイールの熱容量が約４００ｃａｌ／℃であ
るとして、これを０℃から３５℃まで温度上昇させる。

又金属水素化物収容容器の重量は金属水素化物の重量と
等しいとする。

使用する金属水素化物は以下の如くにした。

ＭＨＩ　：　’ｒｉ、、、、　Ｚｒ１１．４．　Ｍｎａ
、、　Ｃｒ、、。Ｃｕ、、。

ＭＨ２：　Ｔｉ、、、、　ｚｒｏ、ｔｓ　Ｍｎ１ｌ、、
　Ｃｒ、、。Ｃｕ、、。

又これら金属水素化物の反応熱量及び分子量は夫々以下
の如くである。

ＭＨ１：　−８，８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、　１７６．０Ｍ
　Ｈ２：　−５，６ｋｃａｌ／＋＋＋ｏｌ、　１６４．
８有効水素移動量ΔＨｘ＝１．５ この前提にしたがって必要金属水素化物量を計算すると
ＭＨＩは６５７ｇ、ＭＨ２は６１５ｇ必要であることが
わかる。ＭＨｌの量はステアリングホイールの中に十分
入りうる程度の量である。

この組合せによるＭＨＩ、ＭＨ２の基本サイクル図は第
３図であり、この時の加熱（再生）温度Ｔ、は１００度
、利用温度Ｔ。は３５度、外気温度ＴＡは７度、吸熱温
度Ｔｃは一１０度である。

第１図は自動車に実施した本発明の一実施例の構成図で
あり、図に示すとと＜ＭＨＩは自動車のステアリングホ
イール１の中に、ＭＨ２は自動車の室外容器２に設置し
、弁６を介して配管接続されている・又ＭＨＩに近いが
やや低い温度よりの温度圧力特性を有する金属水素化物 Ｔｌａ、ｓｖ　　Ｚｒ、、。Ｍ　ｎａ、ｍ　Ｃｒ１．。

ｃ　ｕ、　、　ｚ　（Ｍ　Ｈａ　）を１００ｇ、内管を
温水通路とする二重管型の容器に収容し、これを自動車
の室外容器３に設置すると共に、それぞれ弁４，５を介
してＭＨＩ、ＭＨ２と連通する水素配管を設けである。

又前記内管は弁７を介してエンジン冷却水配管８に接続
されており、必要に応じてエンジン冷却水を用いて、８
０度以上にＭＨ３を加熱することができるようになって
いるが、外壁面は十分には断熱してはいないので加熱を
停止すると自然放冷で外気温度まで低下する。

第２図はＭＨＩ、ＭＨ２，ＭＨ３を付加した本発明の場
合の加熱サイクル図（Ａ−＞Ｂ−＋Ｃ→Ｄ→Ｅ−）Ａ）
である、その働きについては既に作用の項目で述べた如
くであり、ＭＨ２にほとんどの水素が吸蔵されているス
タンバイの状態から説明を始めると、急速加熱を必要と
するとき弁６を開けば水素は急速にＭＨ２からＭＨＩに
移動し、ＭＨＩは約１９ｋｃａｌの発熱をする。この際
ＭＨ２は吸熱温度Ｔｃ（−１０度）まで温度が下がるの
で、十分外気から吸熱することができる。

反応終了後はまず弁６を閉じ、弁４を開くとＭＨ１の水
素の一部がＭＨ３へ移動する。この反応によってＭＨＩ
は冷却するので、せっがく暖めたものを又冷やすことに
なるから、室内温度が上がってから徐々に水素をＭＨ３
に移動するよう弁の開度などを調整する必要がある。

ＭＨ３の量はＭＨＩの量に比べて、１５％程度であるか
ら当然全水素移動量の１５％程度しか移動しない０反応
の終わったところで弁４を閉じ、弁５を開くと共に温水
弁７を開きＭＨ３の加熱を始める。ＭＨ３がほぼ８０度
にまで暖められると、水素はＭＨ２に移動し、やがてＭ
Ｈ３は空の状態になる。そこで今度は弁５を閉じ弁４を
開き、温水弁７を閉じるとＭＨ３は次第に冷却し再びＭ
ＨＩからＭＨ３への水素の移動が始まる。

以下同様な手順を７〜８回繰り返すと、ＭＨＩの水素は
ほとんど完全にＭＨ２に移動し、元のスタンバイの常態
に戻る。

以上一実施例について説明したが、ＭＨ３の加熱方法や
容器の形態等については、ここにあげた例に拘束される
ものではない、又ＭＨ３の量をさらに少なくすることも
もちろん可能である。

またＭＨ３とＭＨＩを幾分具なる材料としたが、これは
加熱温度の都合上こうしたもので、同一材料でも勿論こ
の発明は成立する。又金属水素化物−水素系の例を挙げ
たが、他の吸着材−被吸着気体の組合せでも良い事はい
うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように１通常の２種類の吸着媒体の間を被
吸着媒体が移動して、吸熱、発熱を繰り返すシステムで
は、第一の容器（ＭＨＩ）に加熱装置が付加されなけれ
ばならない、しかし本発明による第一の容器は金属水素
化物を収容している以外に何等の付属物をも持たないた
め熱容量が小さく反応熱が有効に利用できるばかりでな
く加熱速度も早く、急速加熱器としての特性をいかんな
く発揮することができる。

また第一の容器（ＭＨＩ）に加熱装置を設は再生時に加
熱を行う様にすると、装置が大掛かりとなり目的の場所
に組み込めない可能性があるばかりでなく、被加熱部の
温度が上がりすぎて不都合を生ずる場合が多い０例えば
先に述べた実施例の場合、ハンドルが熱くなりすぎて使
用できなくなる。しかし本発明によれば再生時にはむし
ろ逆に幾分温度が低下するが、室温が上がってから徐々
に水素を移動させるように調整して置けば、なんら使用
に差し支えない。

本発明はＭＨＩとＭＨ２以外にＭＨ３を使用するのでそ
の分コスト高になるが、ＭＨ３の使用量はＭＨＩより十
分少なくしであるので、全体のコストに及ぼす影響は少
ない。

このように気体の吸脱着加熱サイクルの蓄熱性を利用し
た急速加熱器の再生過程を簡単な補助吸着部（ＭＨ３）
の付加で実用性を高めることができるので、種々の分野
に応用ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は本
発明の一実施例の加熱サイクル図、第３図は間欠式加熱
サイクルの原理図である。 １　・・・第１の金属水素化物収容容器（ＭＨｌ）、２
　・・・第２の金属水素化物収容容器（ＭＨ２）、　　
３　・・・第３の金属水素化物収容容器（ＭＨ２）、　
　４，５．６・・・弁（水素ガス用）、　７・・・弁（
温水用）、　８　・・・エンジン冷却水管、Ｔ。 ・・・加熱（再生）温度、ＴＡ・・・外気温度、ＴＯ・
・・利用温度、　ＴＣ・・・吸熱温度。 特許出願人　松下電器産業株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加熱空間に置かれた容器に収容された第一の吸着物質
   に、これより低温の空間に置かれた容器に収容された第
   二の吸着物質に吸着された被吸着物質を、弁及び配管を
   介して移動吸着せしめる間欠作動式加熱器に加えて、前
   記第一の吸着物質ないしはそれにほぼ近い温度圧力特性
   を有する吸着物質の前記第一の吸着物質より少ない量を
   収容しかつ加熱手段を有する第三の容器を、前記第二の
   吸着物質を収容する容器の置かれた空間に設け、弁を介
   して配管により第一及び第二の吸着物質を収容する容器
   と連結したことを特徴とする間欠作動式加熱器。