JPS6331715B2 - - Google Patents

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JPS6331715B2
JPS6331715B2 JP8220384A JP8220384A JPS6331715B2 JP S6331715 B2 JPS6331715 B2 JP S6331715B2 JP 8220384 A JP8220384 A JP 8220384A JP 8220384 A JP8220384 A JP 8220384A JP S6331715 B2 JPS6331715 B2 JP S6331715B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
adsorption
cycle
medium
heat
desorption
Prior art date
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Expired
Application number
JP8220384A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60226677A (ja
Inventor
Isao Takeshita
Koji Gamo
Yoshio Moriwaki
Nobuyuki Yanagihara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP59082203A priority Critical patent/JPS60226677A/ja
Priority to DE8484107926T priority patent/DE3474338D1/de
Priority to EP84107926A priority patent/EP0131869B1/en
Priority to US06/629,072 priority patent/US4623018A/en
Publication of JPS60226677A publication Critical patent/JPS60226677A/ja
Publication of JPS6331715B2 publication Critical patent/JPS6331715B2/ja
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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

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
にによる冷却方法に関するものであり、優れた性
能を生かし、十分低い温度をうるためのものであ
る。
従来例の構成とその問題点 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3つの大別できる。本発明に係る
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は、物質の吸脱着反応も
しくは相変化反応を利用したヒートポンプであ
り、作動媒体としては金属水素化物や、無機水和
物、有機物、ゼオライトなどがその材料として考
えられている。これらの作動媒体としては水素、
水蒸気、アンモニアなどがある。
従来の一般的な間欠式冷却サイクルは第1図に
示す温度、平衡圧力特性を示す。以下金属水素化
物、水素系を例に取つて具体的に説明する。温度
平衡圧力特性の異る2種類の金属水素化物を用
い、同一温度で平衡圧力の低い金属水素化物
(MH1)で十分に水素を吸着したものをTH度で加
熱し(Aの状態)、TA度の十分水素を脱着した同
一温度で平衡圧力の高い金属水素化物(MH2)
と連通すると、MH1の水素はMH2に移動する
(Bの状態)。この際MH2は発熱反応により熱を
発生するが、これは大気などのヒートシンクに捨
てる。次にMH1を大気などで冷却し、MH2と連
通すると、MH2の水素はMH1に移動し、MH2は
吸熱するためTC度まで温度が下る(Cの状態)。
一方MH1は発熱するのでこれはヒートシンクに
捨てる(Dの状態)。このようにA→B→C→D
の過程を繰り返すことによつて、TH度の熱源の
熱を用いてTCの温度の冷熱を発生することがで
きる。
このように、熱エネルギーを用いて冷却をする
ことができる極めて有用なものであるが、ヒート
シンク温度と得られる低温との温度差をさらに大
きくしたい時は第2図に示すごとく、同じ温度で
の平衡圧が、先に述べたMH2よりさらに高い、
MH3を用い、第2図のA′→B′→C′→Dのサイク
ルを形成することにより、先述のTCより低い
TC′がえられるが同時に加熱温度THはTH′に上
り、高圧もPHからPH′に上昇することになる。
このことは容器の耐圧、安全性などの観点から
実用上の大きな障害となつていた。
また、第3図に示すごとく、MH1,MH2とい
う同一の材料の組み合せで、さらにA→B→
C″→D″というサイクルを作り、Bにおける発熱
は、A→B→C→Dサイクルと同じくTA度のヒ
ートシンクに捨てるが、D″における発熱は、先
のA→B→C→DサイクルのCにおける吸熱によ
つて処理されるようにすることにより、加熱温度
THを高めることなく前記A′→B′→C′→D′サイク
ルとほゞ同等の低温がえられる方法が発明されて
いる(特開昭58−99663)。
しかしこの方法も高低圧差が増大するという難
点はさけれない。
この難点を解決する方法として第6図に示すご
とき新しい2段冷却サイクルが発明されており
(本発明者出願中)段数を重ねることによつて生
ずる圧力の増大という難点は見事に解決された
が、段数を重ねることの宿命として、成績係数が
低下するという問題が生じた。
発明の目的 本発明の目的は、1段の冷却サイクルで得られ
るより低い温度を、2組の冷却サイクルの組み合
せで達成し、その場合、この2段サイクルの成績
係数を一段のサイクルの成績係数とほゞ同一にす
ると共に、サイクルの高圧および低圧の値を、一
段のサイクルとほゞ同一の値とすることによつ
て、容器の耐圧上の問題、および低圧側圧力損失
および反応速度の低下の問題を解決することであ
る。
発明の構成 本発明の2段2重効用冷却方法は、作動気体と
その作動気体を可逆的に吸脱着できる温度・平衡
圧力特性の異なる2種類の媒体2つの部屋に区画
した密閉容器内に各々収納し、気体の吸脱着反応
時の発熱、吸熱を利用したケミカルヒートポンプ
装置による冷却方法であり、2組のサイクルから
構成されており、各々、同一温度で平衡圧力の低
い、高温側吸脱着反応媒体を、熱源により加熱
し、作動媒体を平衡圧力の高い低温側吸脱着媒体
に吸着せしめ、その際に発生する吸着熱をヒート
シンクに捨て、次に前記高温側吸脱着反応媒体を
ヒートシンク(前記ヒートシンクと同一温度であ
る必要はない)温度に冷却し、低温側吸脱着媒体
から作動気体を再び高温側吸着媒体に吸着せしめ
ることにより、低温側吸着媒体温度を前記ヒート
シンク温度以下で吸熱する冷却サイクルとして使
用するもので、第1のサイクルの低温側吸脱着媒
体の吸着による発熱は大気などのヒートシンクに
捨て、高温側吸脱着媒体の吸着による発熱温度を
第2の冷却サイクルの高温側吸脱着媒体の加熱温
度より幾分高くすることにより、前記第1のサイ
クルの高温側吸脱着媒体から生ずる廃熱で前記第
2のサイクルの高温側吸脱着媒体を加熱し、かつ
同媒体の冷却は大気などのヒートシンクによつて
行い、又前記第2のサイクルの低温側吸脱着媒体
の吸着による発熱温度を、前記第1の冷却サイク
ルの冷却出力温度より幾分高くすることにより、
前記第2のサイクルの低温側吸脱着媒体の発熱を
前記第1のサイクルの冷却出力で処理することに
より、前記第2のサイクルに第1のサイクルの冷
出力より低い温度の冷出力を得るようにしたもの
である。
実施例の説明 本発明の2段2重効用冷却方法の一実施例を第
4図に、そのサイクル図を第5図に示す。なお、
吸脱着できる媒体として金属水素化物を例にとつ
て説明する。
第4図に示すように温度・平衡圧力特性の異な
る2種類の金属水素化物を2つの区画された密閉
容器内に各々収容したものを2組作成した。第5
図のMH1とMH2で相対的に高温側で動作する第
1の冷却サイクルを形成し、MH3とMH4で相対
的に低温側で動作する第2の冷却サイクルを構成
した。この2つの冷却サイクルにおいて、同一の
温度での平衡圧力の低い高温加熱側媒体はMH1
とMH3である。
次に前記冷却方法を用いた装置の動作について
説明する。
第1ステツプ、第1の冷却サイクルの高温加熱
側の金属水素化物を熱源4によりTHで加熱し、
放熱器7により低温発熱側の金属水素化物
(MH2)をTA度の外気などで冷却し、弁5を開
放すると、MH1に吸着した水素はMH2に移動す
る。第4図において実線の矢印は水素の移動、点
線の矢印は熱の移動を示し、矢印の番号1は第1
ステツプを示す。
このステツプでは熱源4よりMH1に熱が与え
られ、MH2は発熱するので、この熱は放熱器7
で除去される。
第2ステツプ(矢印2のステツプ) 第1のステツプの終了した所で弁5を閉じ熱輸
送手段6によつてMH1からMH3に熱を移し、弁
5を再び開くと、水素はMH2からMH1に移動
し、MH1で発熱し、この熱でMH3が加熱され、
水素を発生するので、弁5′も開くと、この水素
はMH4に吸着され発熱するので、熱輸送手段
6′によつてこの熱をMH2に送ると、MH2では
ますます水素が発生し、MH1ではさらに熱を発
生し、MH3を加熱し、といつた具合に反応が進
行し、結果として水素はMH2からMH1へ、又
MH3からMH4へ移る。こゝで反応が終ると弁
5,5′は閉まる。
第3ステツプ(矢印3のステツプ) MH3を放熱器7′で冷却し、弁5′を開くと水
素はMH4からMH3に移動しMH4で吸熱、MH3
で発熱するが、この発熱は放熱器7′で放出し
つゞけると、出力取出し端8に冷出力を得る。
これを第5図のサイクル図で見ると、MH1の
加熱温度はTH、放熱温度はTD、MH3の加熱温度
はTH′、放熱温度はTAでTH′<TDにしてあるの
で、熱をMH1からMH3に移すことができる。次
にMH2の放熱温度はTA、吸熱温度はTCで、一段
目のサイクルの冷出力温度であるが、MH4の放
熱温度TB′をTB′>TCにとつてあるのでMH4から
MH2へ熱を移すことができる。その結果MH4は
TC′で吸熱する。勿論TC′<TCで、一段サイクル
より低い温度が得られる。
本発明の具体例として第4図、第5図に示すよ
うな構成と、温度圧力サイクルを有する冷却装置
を試作し、その評価を行つた結果についてのべ
る。
MH1として Ti0.33Zr0.67Mn1.4Cr0.4Cu0.2 MH2として Ti0.8Zr0.2Mn1.2Cr0.6Cu0.2 MH3として Ti0.45Zr0.55Mn1.2Cr0.6Cu0.2 MH4として Ti0.8Zr0.2Mn0.8Cr1.0Fe0.2 のTi―Mn系合金を、それぞれ5Kgづゝ第4図の
ような構成の装置に充填した。そして各ヒートポ
ンプサイクルで約31モルの水素が移動するよう金
属水素化物として調整した。
そして熱源の温度を170℃とし、大気への放熱
温度を45℃とすると、第1のサイクルの廃熱温度
は約100℃、冷却出力は13℃を得、これによつて
駆動された第2のサイクルの大気への放熱温度も
45℃で、冷却出力は−15℃を得た。
又このサイクルの高圧はいづれも10気圧以下で
あり、低圧は1気圧である。
又この2段2重効用冷却サイクルの成績係数は
1段のサイクルのそれと同一でほゞ0.6を得た。
なお作動原理の説明で3つのステツプに分けた
が、第3のステツプと第1のステツプは時間的に
同時進行が可能であるから、上記組合せサイクル
をさらにもう一組用意し、ステツプずらせて運転
すればほゞ連続的に出力が得られる。
この実施例は、水素と金属水素化物を作る合金
の組み合せによるものであるが、他の気体と吸脱
着媒体の組み合せも可能である。しかし、金属水
素化物を用いたヒートポンプサイクルは反応の可
逆性や繰返し運転による寿命性能にすぐれてお
り、反応速度が非常に速いというメリツトがあ
り、さらに、合金の組成を変えることにより、か
なり任意に温度・平衡圧力特性の異なる材料が入
手できるため、このような巧妙な組み合せの実現
が容易である。
なお実施例は2段の例であるが同様な原理で多
段化することは勿論可能である。
発明の効果 従来間欠式の冷却サイクルを用いて低温を得よ
うとする場合、より低い温度を得ようとすると、
高低圧差が大きくなり、高圧側では容器の耐圧、
安全上問題を生じ、低圧側では反応容器内での圧
力損失の影響の増大と反応速度の低下が実用上の
障害となるのに対し、高、低圧を殆んど変えない
多段サイクルが発明されているが、多段化するこ
とによつて成績係数が低下するという難点が残さ
れていた。
しかし本発明によれば、成績係数は一段の場合
と同じで、高、低圧も殆んど変えないで多段化す
ることが可能となり、低温を得るための極めて有
効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来から知られている間欠式冷却サイ
クルの原理図、第2図は単一サイクルでより低温
をうるためのサイクルを示す図、第3図は従来の
2段冷却サイクルを示す図、第4図は本発明の一
実施例の2段2重効用冷却装置の構成図、第5図
は同装置の冷却サイクルを示す図、第6図は改良
された2段冷却サイクル図である。 4……熱源、5,5′……弁、6,6′……熱輸
送手段、7,7′……放熱器、8……出力端。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 作動媒体を可逆的に吸脱着できる物質で、温
    度平衡圧力特性の異なる吸脱着反応媒体を2種類
    用い、前記媒体をそれぞれ容器内に収容し、前記
    作動媒体をそれぞれの前記媒体間に移動せしめる
    際の発熱吸熱を利用するケミカルヒートポンプサ
    イクルを少くとも2組用意し、各々のヒートポン
    プサイクルにおいて、同一温度で平衡圧力の低い
    高温側吸脱着反応媒体を、熱源により加熱し、作
    動媒体を、平衡圧力の高い低温側吸脱着媒体に吸
    着せしめ、その際に発生する吸着熱をヒートシン
    クに捨て、次に前記高温側吸脱着反応媒体をヒー
    トシンク温度に冷却し、低温側吸着媒体から作動
    気体を再び高温側吸着媒体に吸着せしめることに
    より、低温側吸脱着媒体温度を前記ヒートシンク
    温度以下で吸熱する冷却サイクルとして使用し、
    第1のサイクルの低温側吸脱着媒体の吸着による
    発熱はヒートシンクに捨て、高温側吸脱着媒体の
    吸着による発熱温度を、第2の冷却サイクルの高
    温側吸脱着媒体の加熱温度より幾分高くし、前記
    第1のサイクルの高温側吸脱着媒体から生ずる廃
    熱で前記第2のサイクルを加熱し、かつ前記第2
    のサイクルの高温側吸脱着媒体の吸着による発熱
    をヒートシンクに捨て、前記第2のサイクルの低
    温側吸脱着媒体の吸着による発熱温度を前記第1
    の冷却サイクルの冷出力温度より幾分高くし、前
    記第2のサイクルの低温側吸脱着媒体の発熱を前
    記第1のサイクルの冷却出力で処理することによ
    り前記第2のサイクルに冷出力を得ることを可能
    にした間欠作動式多段2重効用冷却方法。 2 各サイクルの少くとも1つに作動媒体として
    水素ガスを用い、吸脱着反応媒体に金属水素化物
    を形成しうる金属又はその合金を用いる特許請求
    の範囲第1項記載の間欠作動式多段2重効用冷却
    方法。
JP59082203A 1983-07-08 1984-04-24 間欠作動式多段2重効用冷却方法 Granted JPS60226677A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59082203A JPS60226677A (ja) 1984-04-24 1984-04-24 間欠作動式多段2重効用冷却方法
DE8484107926T DE3474338D1 (en) 1983-07-08 1984-07-06 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles
EP84107926A EP0131869B1 (en) 1983-07-08 1984-07-06 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles
US06/629,072 US4623018A (en) 1983-07-08 1984-07-09 Thermal system based on thermally coupled intermittent absorption heat pump cycles

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59082203A JPS60226677A (ja) 1984-04-24 1984-04-24 間欠作動式多段2重効用冷却方法

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JPS60226677A JPS60226677A (ja) 1985-11-11
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60226677A (ja) 1985-11-11

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