JPH0833262B2 - 熱化学的蓄排熱方法及び装置 - Google Patents

熱化学的蓄排熱方法及び装置

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JPH0833262B2
JPH0833262B2 JP61127856A JP12785686A JPH0833262B2 JP H0833262 B2 JPH0833262 B2 JP H0833262B2 JP 61127856 A JP61127856 A JP 61127856A JP 12785686 A JP12785686 A JP 12785686A JP H0833262 B2 JPH0833262 B2 JP H0833262B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱変換器、即ち熱ポテンシャルを２倍に上昇
させるようなプロセスにより外部熱源よりも高い温度で
熱量を供給することが可能な熱ポンプに係る。特に本発
明は、気体と不活性溶媒中に例えば懸濁されている固体
との間の反応、又は気体と例えば飽和されている溶液と
の間の吸収に相当する物理化学的プロセスを行なう熱変
換器に係る。
1985年１月９日付で公開されたヨーロッパ特許出願第
130908号は既に、気体と固体の飽和溶液又は相混和し得
ない２種の液体から構成される液体相との反応時に熱源
と反応媒体との間で熱量の交換が生じる熱化学的熱ポン
プを記載している。
熱量が一定の温度で放出されるようにこの反応は一変
性（monovariante）のものである。前記ヨーロッパ特許
出願の第３図を参照すると、排熱に対応する反応時に、
温度Taは温度Thよりも低いので熱ポテンシャルの低下が
認められる。
これに対して本発明は、排熱階段中に熱ポテンシャル
が低下しないような装置及び方法を提供するものであ
る。
このために本発明は、それぞれ外部媒体と接触してお
り且つ連通管により相互に連結された２個の反応器を備
える蓄熱及び排熱用熱化学装置を提供するものであり、
前記反応器と管は閉鎖容積を画成し、各反応器は気体の
存在下で可逆的な発熱又は吸熱反応を生起させ得る少な
くとも１種の反応剤を収容している。該装置は、前記反
応のクラペーロン曲線が装置の使用温度の範囲内で相交
わるものであることを特徴とする。
このような装置は熱エネルギーの管理に特に有利に適
用される。
好ましくは、各反応器内の前記気体は同一であり、一
好適具体例によると反応の少なくとも１つは一変性であ
る。
本発明は更に、少なくとも１種の反応媒体と少なくと
も１種の外部媒体との間で熱量を交換せしめ得る２つの
物理化学的プロセスを閉鎖囲障内で実施する熱化学的蓄
熱及び排熱方法を提供するものであり、前記物理化学的
プロセスは、クラペーロン曲線が該方法の実施温度の範
囲内で相交わるものである物理化学的反応であることを
特徴とする。
本発明の方法を熱ポンプで実施することもでき、この
ためには上記プロセスを同時に実施すれば十分であり、
一方のプロセスによって発生された熱量を他方のプロセ
スに供給することができる。
この方法の実施時においては、それぞれの物理化学的
反応は好ましくは、気体と該気体の存在下で可逆的な発
熱又は吸熱反応を生起させ得る少なくとも１種の反応剤
との間で形成される。
好ましくは、各反応の気体は同一のものである。気体
はH2、水蒸気、CO2、SO2、SO3、SO2/SO3混合物、アンモ
ニアとその誘導体、NO2及びアルコール類から選択され
る。
付加的な特徴であるが、反応の少なくとも１つは一変
性である。この場合、反応の自由度は単一であり、例え
ば反応温度を固定すると圧力が決定される。
本発明の第１の具体例によると、前記反応剤は固体で
あり、好ましくは前記気体を侵入させ得る固体である。
該固体は好ましくは、CeNi3Cu2、CeNi2.5Cu2.5、Ce11Ni
2.5Cu2.5、LaNi5、LaNi4.9Al0.1、LaNi4.75Al0.25、LaN
i4.6Al0.4、LaNi4.5Al0.5、LaNi4.25Al0.75、LaNi4Al、
LaNi4.95Mn0.05、LaNi4.83Mn0.17、LaNi4.65Mn0.35、La
Ni4.56Mn0.44、LaNi4.30Mn0.70、LaNi4.06Mn0.94、Zr
0.8Ti0.2MnFe、ZrCr0.6Fe1.4、Zr0.8Ti0.2Cr0.6Fe1.4、
Zr0.7Ti0.3Mn2、Zr0.8Ce0.2Mn2、ZrMn2.8、ZrMn3.8、Zr
Mn2Cu0.8、NiZr、Mg2.4Ni、Mg（LaNi5）20％から選択さ
れる。
一方、本発明の別の具体例によると、前記反応剤は固
体の飽和溶液であり、例えばアンモニア化硝酸塩、アン
モニア化硫酸亜鉛、アンモニア化塩化カルシウムであ
る。
本発明は、添付図面を参考に非限定的な以下の説明か
ら更によく理解されよう。
第１図は本発明の熱変換器の装置を概略的に示してお
り、第２図はクラペーロン座標による物理化学的平衡曲
線を示している。
第１図の装置は管３により相互に連結された２個の反
応器１及び２から構成されている。各反応器は、囲障６
及び７内に収容された外部媒体４及び５と接触してい
る。
可逆的且つ一変性の発熱又は吸熱反応により同一気体
と反応し得る反応剤を各反応器内に配置する。このよう
な反応剤の例については後述する。
反応器１には、以下の反応式： に従って気体Ｇと反応する反応剤R1及びR2を収容させ
る。同様に反応器２では下式の反応を形成する。
第２図はこれ等の反応の平衡曲線を示しており、曲線
10は反応器１、曲線11は反応器２に相当し、これらの曲
線は温度t0に対応する点で交わっている。
装置は以下のように作動する。
（１）蓄熱段階 温度t1で熱量ΔH1を反応器１に供給する。圧力P1で気
体Ｇの生成方向に反応（Ｉ）が生じる。この気体は管３
を介して同一圧力で反応器２に導入される。
こうして温度t2で反応（II）が生じ、熱量ΔH2が発生
する。温度t2は温度t1よりも高く且つt0よりも低い。
（２）排熱段階 温度t0よりも高い温度t3で反応器２に熱量ΔH3を供給
する。圧力P3で気体Ｇの生成方向に反応が生じる。気体
Ｇは反応器１内に入った時に、反応（Ｉ）の発熱方向に
R2と反応して温度t4で熱量ΔH4を発生する。
従来技術の装置は排熱段階に熱ポテンシャルが低下す
るが、本発明の装置では温度が２倍に上昇することが理
解されよう。第３図は、以下の実施例で記載される特定
の反応剤に対応するクラペーロン曲線を示している。
実施例１ 以下の反応式： に従って反応し得るアンモニア化硝酸塩水溶液を反応器
１内に収容させた。この平衡は、第３図の曲線20に示し
てある。
従ってこの反応器内で気体と飽和溶液との可逆的一変
性平衡反応が生じた。
反応器２には、以下の一変性反応： に従って、（NH3）ガスとアンモニア化硫酸亜鉛の固体
との反応を生起せしめた。この平衡を曲線40に示した。
作動にあたり、蓄熱段階は−12℃（t1）で熱量を汲上
げることにより実施した。この熱量を５℃で排出した
（第３図の点Ａ及びＢ）。排熱に際しては、40℃（点
Ｃ）の熱源を使用して115℃（点Ｄ）で熱量を発生させ
た。
実施例２ 反応器１内の反応は実施例１と同様に実施し、反応器
２内では下式： に従ってアンモニアとアンモニア化塩化カルシウムとを
反応させた。
反応の平衡曲線を第３図に30で示した。
作動にあたっては５℃の熱量を汲上げ、20℃で回収し
た（点Ａ′及びＢ′）。排熱に際しては70℃の熱量を使
用し、115℃で回収した（Ｄ及びＣ′）。
この他に例えばメチルアミンCH3NH2等の気体を使用し
ても本発明を実施することができる。
例えば、メチルアミンと反応するチオシアン酸カリウ
ムの飽和溶液を反応器１に充填し、反応器２内に以下の
平衡： を形成することができる。
この平衡の曲線を第４図に示した。
本発明方法の主要な利点は、反応剤の選択時の柔軟性
にある。従って以下の例は、金属又は金属混合物により
水素を吸収し水素化物を生成する反応に基づくものであ
る。
第５図は第２、３及び４図と同様であるが、温度の逆
数の関数として示しており、従って直線の傾きの符号が
逆である。
この第５図は、水素及び対応する水素化物とについて
の平衡状態を示す合金系のクラペーロン線図である。
同図中、各符号は以下の合金を表している。
101:CeNi3Cu2 102:CeNi2.5Cu2.5 103:Ce11Ni2.5Cu2.5 104:LaNi5 105:LaNi4.9Al0.1 106:LaNi4.75Al0.25 107:LaNi4.6Al0.4 108:LaNi4.5Al0.5 109:LaNi4.25Al0.75 110:LaNi4Al 111:LaNi4.95Mn0.05 112:LaNi4.83Mn0.17 113:LaNi4.65Mn0.35 114:LaNi4.56Mn0.44 115:LaNi4.30Mn0.70 116:LaNi4.06Mn0.94 117:Zr0.8Ti0.2MnFe 118:ZrCr0.6Fe1.4 119:Zr0.8Ti0.2Cr0.6Fe1.4 120:Zr0.7Ti0.3Mn2 121:Zr0.8Ce0.2Mn2 122:ZrMn2.8 123:ZrMn3.8 124:ZrMn2Cu0.8 125:NiZr 126:Mg2.4Ni 127:Mg（LaNi5）20％ 本発明方法を実施するためには、２組の合金例えばZr
0.8Ti0.2MnFe（曲線117）及びLaNi4.75Al0.25（曲線10
7）を選択すれば十分である。
ｔ（1/Tではなく）の関数として表されたクラペーロ
ン線図に転換した２つの曲線117及び107は、第２〜４図
の曲線と非常によく似た傾きを示している。
一たん反応剤を選択すると、本発明方法は例えば水素
のような気体媒体が配置されるや否や機能する。
合金混合物又は非化学量論的水素化物により本発明方
法を使用することもできる。この場合、第６図に示すよ
うな等量的（isosterique）曲線（131,132）により行な
われ、曲線130が化学量論的曲線である。即ちこれ等は
一変性反応でなく二変性反応条件であることが明らかで
ある。
熱交換を改良するために反応媒体を均一化し得る任意
の構成を使用することができ、特に超音波による撹拌を
使用することができる。
また、当業者であれば本発明を実施するために他の任
意の物理化学的反応の組み合わせを選択することが可能
であり、要はこれらの反応のクラペーロン曲線が使用温
度範囲内で相交わるものであるようにすることにある。
そのように固体と気体の２つの平衡反応を選択すれば
よく、例えば以下の反応： を得るように、一方の反応器にアンモニア化硫酸亜鉛、
他方の反応器にアンモニア化塩化ストロンチウムを収容
させてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の概略説明図、第２図〜第４図
は、所与の熱化学反応の圧力の自然対数の変化を温度の
関数として示したクラペーロン線図、第５図及び第６図
は水素と対応する水素化物との合金系での平衡を表すク
ラペーロン線図である。 1,2……反応器、３……管、4,5……外部媒体、6,7……
囲障。
フロントページの続き (72)発明者 シルヴアン・モーラン フランス国、66000・ペルピニヤン、リ ユ・ドウ・テザ、２ (72)発明者 ベルナール・スピネール フランス国、66000・ペルピニヤン、ブル ヴアール・ケネデイ、11 (56)参考文献 特開 昭55−46372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−126562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−226674（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２個の反応器から構成されており、それぞ
    れの反応器は外部媒体と接触しており且つそれぞれの反
    応器は閉鎖囲障を画成するべく連通管によって相互に連
    結されている蓄熱及び排熱用熱化学装置であって、各反
    応器はアンモニア及びメチルアミンから選択される気体
    の存在下で一変性で可逆的な発熱又は吸熱反応を生起し
    得る少なくとも１種の反応剤として塩を収容しており、
    前記反応のクラペーロン曲線が前記装置の使用温度の範
    囲内で相交わるものであることを特徴とする熱化学装
    置。
  2. 【請求項２】少なくとも１種の反応媒体と少なくとも１
    種の外部媒体との間で熱量を交換させ得る２つの物理化
    学的プロセスを閉鎖囲障内で実施する熱化学的蓄熱及び
    排熱方法であって、前記物理化学的プロセスはクラペー
    ロン曲線が該方法の実施温度の範囲内で相交わるもので
    ある物理化学的反応から構成され、前記物理化学的反応
    の各々が、アンモニア及びメチルアミンから選択される
    気体と該気体の存在下で一変性で可逆的な発熱又は吸熱
    反応を生起させ得る少なくとも１種の反応剤としての塩
    によって行なわれることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】前記気体がそれぞれの反応に共通であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記反応剤が固体の飽和溶液であることを
    特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項に記載の
    方法。
JP61127856A 1985-06-04 1986-06-02 熱化学的蓄排熱方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0833262B2 (ja)

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