JP2000121198A - ガス吸・脱着反応を利用した熱移動システムにおける顕熱回収装置および顕熱回収方法 - Google Patents

ガス吸・脱着反応を利用した熱移動システムにおける顕熱回収装置および顕熱回収方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスの吸・脱着を利用した熱移動システ
ムにおいて、顕熱を効率的に回収する。 【解決手段】 ガス吸・脱着槽1、2との間でブライン
の授受を行う顕熱回収タンク10を設け、該顕熱回収タ
ンクには、高温ブラインを収容する高温領域Hと低温ブ
ラインを収容する低温領域Lとを区画して設け、高温領
域と低温領域とは、それぞれ開閉可能なブライン輸送路
10a、10bを介して、各ガス吸・脱着槽1、2のブ
ライン出入口部1a、1b、2a、2bに対峙して接続
する。 【効果】 ブラインの顕熱が高い回収効率で回収さ
れ、装置のスペースも小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、ガスの吸蔵、脱着反
応を利用して熱を移動させるシステムにおいて、該シス
テムの動作により発生する顕熱を効率的に回収してシス
テムの効率を向上させる顕熱回収装置および顕熱回収方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】水素吸蔵合金やゼオライト等のガス吸・
脱着反応を利用して熱の移動を行うシステムとして冷凍
システム、冷房システム、暖房システム、ヒートポンプ
等がある。上記システムでは、システムの効率を向上さ
せるために、顕熱を回収して有効に利用する方法が実用
化されている。図9は、水素吸蔵合金を用いた従来の冷
凍システムを示すものであり、ガス吸・脱着槽である2
つの水素吸蔵合金槽間でブラインを相互に移動(循環)
させて顕熱の回収、利用を行っている。具体的には、水
素吸蔵合金槽50と水素吸蔵合金槽51とを、互いにブ
ラインの授受を行えるように開閉可能なブライン輸送路
52、53で連結し、該輸送路52の中途に顕熱回収用
ポンプ54を設ける。また上記システムでは、水素吸蔵
合金槽50と水素吸蔵合金槽51とが水素移動路55で
連結されており、該水素移動路55には、複数の弁の動
作によって水素ガス流方向の切換が可能な水素ガス圧縮
装置56が設けられている。該システムでは、水素ガス
圧縮装置56を動作させて一方の水素吸蔵合金槽50ま
たは51で高温ブラインを使用しつつ水素の吸収を行う
とともに、他方の水素吸蔵合金槽51または50で低温
ブラインを使用しつつ水素の放出を行う。上記の水素の
吸放出後は、各水素吸蔵合金槽50、51へのブライン
の供給を停止した後、顕熱回収ポンプ54を作動させて
各水素吸蔵合金槽50、51間で相互にブラインを移動
させて顕熱の回収を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した顕熱
回収方法では、高温のブラインと低温のブラインとがそ
れぞれのガス吸・脱着槽で大量に混ざり合って中間の温
度で顕熱の回収がなされるため、顕熱の回収効率は理論
的にも最大で50%であり、実際は熱損失によりさらに
低い回収効率しか得られず十分な回収効率とはいえな
い。顕熱の回収効率はシステム全体の効率にも影響する
ため、より高い回収効率で顕熱を回収できる回収装置お
よび回収方法の開発が望まれている。そこで、回収効率
を上げる方法としてはバッファ用のタンクを設け、一方
の槽で用いられたブラインが直ちに他方の槽に供給され
ないようにしてブライン同士の混合を防ぐ方法も考えら
れるが、高温のブラインと低温のブラインとでバッファ
用タンクを共用すると熱損失が大きく高い回収効率が得
られず、他方、それぞれのブライン用にタンクを用意す
ると大きなスペースが必要になり、装置が大型化すると
いう問題がある。本願発明は、上記事情を背景としてな
されたものであり、ガス吸・脱着反応を利用した熱移動
システムにおいて、顕熱を効率的に回収することができ
る顕熱回収装置および顕熱回収方法を提供することを目
的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のうち、第1の発明のガス吸・脱着反応を利用し
た熱移動システムにおける顕熱回収装置は、ガス吸・脱
着反応を利用して熱移動させるべく、高温ブラインと低
温ブラインとが選択的に、かつ時期を異にして使用され
る2以上のガス吸・脱着槽との間で該ブラインの授受を
行う顕熱回収タンクを有しており、該顕熱回収タンク
は、高温ブラインを収容する高温領域と低温ブラインを
収容する低温領域とが区画して設けられており、該高温
領域と低温領域とは、それぞれ開閉可能なブライン輸送
路を介して、各ガス吸・脱着槽のブライン出入口部に対
峙して接続されていることを特徴とする。
【0005】第2の発明のガス吸・脱着反応を利用した
熱移動システムにおける顕熱回収装置は、第1の発明の
顕熱回収装置において、顕熱回収タンクの収容部内に可
動ラムが配置されており、該可動ラムによって収容部内
が可変容積の高温領域と低温領域とに区画されているこ
とを特徴とする。第3の発明のガス吸・脱着反応を利用
した熱移動システムにおける顕熱回収装置は、第2の発
明の顕熱回収装置において、可動ラムが、顕熱回収タン
ク収容部内に上下に移動可能に配置されて収容部内を上
下に区画しており、該収容部内のラム上方側が可変容積
の低温領域、ラム下方側が可変容積の高温領域に割り当
てられていることを特徴とする。第4の発明のガス吸・
脱着反応を利用した熱移動システムにおける顕熱回収装
置は、第1〜第3の発明において、熱移動システムが、
対となるガス吸・脱着槽を有しているとともに、該ガス
吸・脱着槽との間にガス流方向を切換可能なガス圧縮装
置が設けられており、さらに、対となるガス吸・脱着槽
に同材料からなる高温ブラインおよび低温ブラインを対
称的に供給する高温ブライン供給装置および低温ブライ
ン供給装置を有していることを特徴とする。
【0006】さらに、本発明のガス吸・脱着反応を利用
した熱移動システムにおける顕熱回収方法は、ガス吸・
脱着反応を利用して熱移動させるべく、高温ブラインと
低温ブラインとが選択的に、かつ時期を異にして使用さ
れる2以上のガス吸・脱着槽との間に、高温ブラインを
収容する高温領域と低温ブラインを収容する低温領域と
が区画して設けられた顕熱回収タンクを連結しておき、
一の動作において、高温ブラインを用いたガス吸・脱着
槽から上記高温ブラインを顕熱回収タンクの高温領域に
導入するとともに、顕熱回収タンクの低温領域に収容さ
れている低温のブラインを高温ブラインを取り出した上
記ガス吸・脱着槽に供給して高温の顕熱の蓄熱および低
温の顕熱の供給を行い、二の動作において、低温ブライ
ンを用いたガス吸・脱着槽から低温のブラインを顕熱回
収タンクの低温領域に導入するとともに、顕熱回収タン
クの高温領域に収容されている高温のブラインを低温ブ
ラインを取り出した上記ガス吸・放出槽に供給して低温
の顕熱の蓄熱および高温の顕熱の供給を行い、上記一の
動作と二の動作とを前後して繰り返し行うことを特徴と
する。
【0007】本願発明は、ガスの吸・脱着反応を利用し
て熱を移動させるシステムに利用されるものである。こ
れらのシステムでは、一例として高温側のガス吸・脱着
槽と低温側のガス吸・脱着槽とを対にして、いずれか一
方のガス吸・脱着槽から温熱または冷熱を取り出すもの
が挙げられる。また他例として、対となるガス吸・脱着
槽間で、ガス圧縮装置等を用いてガスを強制移動させ
て、それぞれのガス吸・脱着槽で交互に温熱と冷熱とを
取り出すものが挙げられる。前者では、通常は、高温側
のガス吸・脱着槽と低温側のガス吸・脱着槽とでそれぞ
れ異なる高温ブラインと低温ブラインとが使用されるの
で、多少のブラインの混合が起こる本願発明を、高温側
のガス吸・脱着槽と低温側とのガス吸・脱着槽と間で適
用することは難しい。ただし、このシステムを複数設
け、その動作サイクルをずらして連続操業を可能にした
ものにおいて、サイクルがずれた高温側のガス吸・脱着
槽間、または低温側のガス吸・脱着槽間で、同材料の高
温ブラインと低温ブラインとが使用される場合には本発
明を適用することができる。また、後者のシステムで
は、通常は、対となるガス吸・脱着槽で、それぞれ高温
ブライン同士および低温ブライン同士には同材料が使用
されており。さらに、高温ブラインと低温ブラインとが
同材料からなるものである場合に、本願発明を適用する
ことができる。上記いずれのシステムも冷熱を取り出す
ものでは、冷凍システムや冷房システム等として使用で
き、温熱を取り出すものでは暖房システム等として使用
することができる。また、熱の移動を意図する場合には
ヒートポンプとして使用することができる。
【0008】上記システムにおけるガスの吸・脱着材料
としては、代表的には水素吸蔵合金を挙げることができ
るが、要は、ガスの吸蔵、脱着を可逆的に行うことがで
きる材料であればよい。例えば吸着剤としてガスの吸
着、離脱を行ったり、反応によってガスの吸収、放出を
行ったりするものを使用することができる。すなわち、
上記ガス吸蔵にはガス吸着やガス吸収が含まれ、ガス脱
着にはガス離脱やガス放出が含まれる。上記材料として
は吸着、離脱を行う材料として活性炭、カーボンファイ
バー、ゼオライト、シリカ、アルミナ等を挙げることが
でき、また反応によって水素ガスの吸収、放出を行う材
料として上記水素吸蔵合金を挙げることができる。該水
素吸蔵合金は排熱や自然エネルギ等を利用して効率的に
水素の吸放出を行うことができるという利点を有してい
る。ガスの吸蔵と脱着とを交互に行わせる方法として
は、各種の材料に適した方法が採られるが、加熱、冷却
による熱駆動や圧縮機等を用いた圧力駆動の方法が挙げ
られる。この場合、雰囲気圧を下げることにより材料に
吸蔵されているガスを脱着でき、雰囲気圧を上げること
によって材料にガスを吸蔵させることができる。
【0009】上記システムに利用される本願発明の装置
では、区画された高温領域と低温領域とが設けられた顕
熱回収タンクを有している。この顕熱回収タンクは、一
つのタンクで構成されて内部が上記領域に区画されてい
るものが望ましいが、本発明としては独立した2以上の
タンクを有し、それぞれが高温領域、低温領域に割り当
てられるものでもあってもよい。このように領域を区画
することにより高温のブラインと低温のブラインとがタ
ンク内で混ざり合って熱を損失するのを避けることがで
きる。なお、顕熱回収タンク内を上記領域に区画する場
合には、可動ラムで内部を区切ることによって可変容積
の高温領域と低温領域とを得るのが望ましい。これによ
り一方の領域でブラインの導入または排出がなされる
と、これに伴って同時に他方の領域においてブラインの
排出または導入が強制的になされるので、最小限のスペ
ースを用いて顕熱の回収作業が効率的になされる。ま
た、この場合、可動ラムを上下に移動可能なものにして
回収タンク内を上下に区画し、ラム上方側を可変容積の
低温領域、ラム下方側を可変容積の高温領域に割り当て
るのが望ましい。これにより、ブラインが回収タンク内
に導入される際に高温のブラインの場合には、早期なも
の程、高温であることから、タンク内で速やかに高温領
域の上方に移動し、一方、低温のブラインの場合には、
早期なもの程、低温であることから、タンク内で速やか
に低温領域の下方に移動して、領域内で温度差による対
流が生じるのを極力さけて顕熱回収の効率を一層向上さ
せることができる。
【0010】本発明では、一方のガス吸・脱着槽で使用
された高温または低温のブラインが、速やかに顕熱回収
タンクに導入されて顕熱が蓄熱されるとともに顕熱回収
タンクに収容されていた低温または高温のブラインは一
方のガス吸・脱着槽に供給されて顕熱の回収がなされ
る。その後、他方のガス吸・脱着槽には、顕熱回収タン
クに導入された上記高温または低温のブラインが供給さ
れて顕熱が蓄熱されるとともに顕熱回収タンクに収容さ
れていた低温または高温のブラインは一方のガス吸・脱
着槽に供給されて顕熱の回収がなされる。なお、上記に
おいて、顕熱回収タンクへの先行するブラインの導入は
高温ブライン、低温ブラインのいずれであってもよい。
上記の先行動作と後の動作とは連続して、または適宜の
間隔をおいて繰り返し行われる。なお、動作間隔はシス
テムの動作上の制約がなければできるだけ短時間とする
のが望ましい。上記の行程により、高温ブラインと低温
ブラインとの混合が抑えられて高い回収効率と優れた作
業効率とにより顕熱が回収されることになる。また、ブ
ラインを一時的に貯蔵する際にも少ないスペースにより
装置を構成することができる。
【0011】
【発明の実施形態】(実施形態1)以下に、本発明の一
実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。本願発明が
適用される熱移動システムである冷凍システムは、水素
吸蔵合金MHを内部収容室に収容した、対の水素吸蔵合
金槽1、2を有しており、該水素吸蔵合金槽1、2がガ
ス吸・脱着槽を構成している。なお、この実施形態で
は、高温ブライン、低温ブラインともに空気を使用する
ものとしており、高温ブラインは30℃、低温ブライン
はー10℃を温度の目途としている。したがって、上記
水素吸蔵合金MHには、上記温度を考慮してその材料が
選定される。上記水素吸蔵合金槽1、2には、内部熱交
換路に連結されたブライン輸送路1a、1b、2a、2
bが設けられており、該ブライン輸送路1a〜2bに
は、それぞれ4ポート2位置の切換弁3a、3b、4
a、4bの1ポートが連結されている。上記切換弁3a
〜4bの他の2つのポートには、それぞれ高温ブライン
供給装置5の高温ブライン流路5a、5bと低温ブライ
ン供給装置6の低温ブライン流路6a、6bとが3ポー
ト2位置の切換弁7a、7b、8a、8bの各ポートを
介して連結されている。また、切換弁3a〜3dの残り
の1ポートには、後述する顕熱回収タンク10のブライ
ン輸送路10a、10bが連結されている。これによ
り、顕熱回収タンク10は、ブライン輸送路を介してガ
ス吸・脱着槽の出入口部に対峙して連結されることにな
る。
【0012】上記切換弁3a、3b、4a、4bでは、
水素吸蔵合金槽1、2側のポートをを基準として、その
一つの位置では高温ブライン供給装置5側の切換弁7
a、7bと連通し、他の一つの位置では低温ブライン供
給装置6側の切換弁8a、8bと連通し、さらに他の位
置では、顕熱回収タンク10側の輸送路10a、10b
と連通するように弁路が切り換えられる。また、切換弁
7a、7b、8a、8bでは、ブライン供給装置5、6
側のポートを基準として、一つの位置では水素吸蔵合金
槽1側の切換弁3a、3bと連通し、他の位置では水素
吸蔵合金槽2側の切換弁4a、4bと連通するように切
り換えられる。
【0013】なお、上記高温ブライン流路5bの中途に
は、高温ブライン供給ポンプ12、低温ブライン流路6
bの中途には低温ブライン供給ポンプ13が設けられて
おり、ブライン輸送路10bには、送方向切換可能なブ
ライン回収ポンプ15が設けられている。これらポンプ
によって各流路、輸送路を通してブラインが移動する。
また、水素吸蔵合金槽1、2の内部収容室同士は、水素
移動路17で連結されており、該移動路17の中途に
は、水素ガス圧縮装置20が設けられている。該水素ガ
ス圧縮装置20は、水素移動路17の中途に設けた複路
21a、21bを有しており、該複路21a、21bに
はそれぞれ開閉弁22a、23aおよび開閉弁22b、
23bが直列に設けられており、上記開閉弁22a、2
3a間の複路21aと開閉弁22b、23b間の複路2
1bとの間にガス圧縮機24が連結されており、上記開
閉22a、22b、23a、23bの開閉動作により、
水素移動路17におけるガス流方向を切り換えるように
構成されている。また、顕熱回収タンク10は、内部に
上下に移動可能なラム11が配置されており、該ラム1
1によってタンク10内が可変容積で上下に区画されて
いる。この区画領域は、上方側が低温領域Lに割り当て
られ、下方側が高温領域Hに割り当てられており、低温
領域Lにブライン輸送路10a、高温領域Hにブライン
輸送路10bが連通している。この結果、低温領域Lと
高温領域Hとは、水素吸蔵合金槽1、2においてそれぞ
れブライン輸送路1aと1bおよびブライン輸送路2a
と2bに対峙して連結されることになる。
【0014】次に、上記冷凍システムの動作について説
明する。図2に示すように、先ず、水素吸蔵合金槽1で
水素の吸収を行い、水素吸蔵合金槽2で水素の放出を行
う行程から説明する。この行程の開始直前には、水素吸
蔵合金槽1内の水素吸蔵合金MHでは、水素を放出した
状態にあり、水素吸蔵合金槽2内の水素吸蔵合金MHで
は、既に水素を吸収した状態にあるものとする。先ず、
切換弁3a、3b、切換弁8a、8bでは、水素吸蔵合
金槽1側のポートと高温ブライン5側のポートとが接続
するように弁位置を切換え、その他のポートは閉鎖す
る。また、同じく、切換弁4a、4b、切換弁7a、7
bでは、水素吸蔵合金槽2側のポートと低温ブライン6
側のポートとが接続するように弁位置を切換え、その他
のポートは閉鎖する。これにより、高温ブライン供給ポ
ンプ12、低温ブライン供給ポンプ13を作動させるこ
とにより、高温ブラインは、高温ブライン供給装置5か
ら、高温ブライン流路5b、ブライン輸送路1bを介し
て水素吸蔵合金槽1内に流入し、その後は、ブライン輸
送路1a、高温ブライン流路5aを介して高温ブライン
供給装置5に環流する。他方、低温ブラインは、低温ブ
ライン供給装置6から、低温ブライン流路6b、ブライ
ン輸送路2bを介して水素吸蔵合金槽2内に流入し、ブ
ライン輸送路2a、低温ブライン流路6aを介して低温
ブライン供給装置6に環流する。
【0015】また、これと同時に、水素ガス圧縮装置2
0では、開閉弁22a、23bを開き、開閉弁23a、
22bを閉じて水素ガス圧縮機24を作動させることに
より、水素吸蔵合金槽2内に吸引圧が生じ、水素吸蔵合
金槽2内の水素吸蔵合金MHから水素ガスが放出され
る。この水素ガスは水素ガス移動路17および複路21
b、21aを通して水素吸蔵合金槽1内に圧送され、槽
内の水素吸蔵合金MHに吸収させる。上記の水素ガスの
吸蔵、放出反応により、水素吸蔵合金槽1では、発熱反
応が起こり、水素吸蔵合金槽2では吸熱反応が起こり、
それぞれの熱が低温ブラインおよび高温ブラインに伝達
される。低温ブラインはさらに図示しない熱交換器等に
送られ、冷凍庫の冷熱として取り出される。
【0016】上記により1サイクルが終了した後には、
図3に示すように、高温ブライン供給ポンプ12、低温
ブライン供給ポンプ13および水素ガス圧縮機24の動
作を停止させる。次いで、切換弁4a、4bの顕熱回収
タンク10側のポートが閉じられるように位置を切換
え、切換弁3a、3bでは、水素吸蔵合金槽1側と顕熱
回収タンク10側のポートとが連通し、その他のポート
が閉じられるように位置を切り換える。この状態で、ブ
ライン回収ポンプ15を上方にブラインが圧送されるよ
うに作動させると、水素吸蔵合金槽1内に残留していた
高温のブラインは、ブライン回収ポンプ15によってブ
ライン輸送路1bを通して吸引され、ブライン出流路1
0bから顕熱回収タンク10の下方側の高温領域Hに次
第に導入される。この導入に伴って可動ラム11がタン
ク10内を上昇するため、低温領域Lの容積が次第に小
さくなり、低温領域Lに収容されていた低温のブライン
がタンク10内から押し出され、ブライン流出路10
a、1aを通して水素吸蔵合金槽1内に導入される。こ
れにより、高温の顕熱が顕熱回収タンク10に蓄熱され
るとともに、低温の顕熱が水素吸蔵合金槽に供給され
る。なお、このとき、顕熱回収タンク10の高温領域H
に導入されるブラインは初期のものほど温度が高いため
(低温のブラインとの混合が少ない)、高温領域Hに導
入されるに際し、速やかに上方に移動して、後に導入さ
れるより温度の低いブラインとの間で対流が生じるのを
極力防止する。
【0017】次いで、図4に示すように、ブライン回収
ポンプ15を停止させた後、切換弁3a、3bの顕熱回
収タンク10側のポートが閉じられるように位置を切換
え、切換弁4a、4bでは、水素吸蔵合金槽2側と顕熱
回収タンク10側のポートとが連通し、その他のポート
が閉じられるように位置を切り換える。その後、ブライ
ン回収ポンプ15を下方にブラインが圧送されるように
作動させると、顕熱回収タンク10の高温領域Hに収容
されていた高温のブラインが、ブライン回収ポンプ15
によってブライン輸送路10bを通して吸引され、ブラ
イン輸送路2bから水素吸蔵合金槽2内に次第に供給さ
れる。上記ブラインの吸引に伴って可動ラム11はタン
ク10内を下降するため、低温領域Lの容積が次第に大
きくなり、水素吸蔵合金槽2から押し出される低温のブ
ラインが低温領域Lに導入される。これにより、低温の
顕熱が顕熱回収タンク10に蓄熱されるとともに、高温
の顕熱が水素吸蔵合金槽に供給される。なお、このと
き、顕熱回収タンク10の低温領域Lに導入されるブラ
インは初期のものほど温度が低いため(高温のブライン
との混合が少ない)、低温領域Lに導入されるに際し、
速やかに下方に移動して、後に導入されるより温度の高
いブラインとの間で対流が生じるのを極力防止する。上
記の一連の動作により、高温のブラインと低温のブライ
ンとの混合を抑えた状態で、高温と低温の顕熱を効率的
に回収することができる。
【0018】また、上記とは逆に、図5に示すように、
水素吸蔵合金槽1に低温ブラインを供給して水素の放出
を行い、水素吸蔵合金槽2に高温のブラインを供給して
水素の吸収を行った場合にも、上記と同様に顕熱を効率
的に回収することができる。図6は、図5に示す動作の
後、水素吸蔵合金槽2に残留した高温のブラインを顕熱
回収タンク10の高温領域Hに収容するとともに、顕熱
回収タンク10に収容していた低温のブラインを水素吸
蔵合金槽2に供給する状態を示すものであり、図7は、
顕熱回収タンク10の高温領域Hに収容した高温のブラ
インを水素吸蔵合金槽1に供給するとともに、水素吸蔵
合金槽1に残留していた低温のブラインを顕熱回収タン
ク10の低温領域Lに収容している状態を示すものであ
る。
【0019】上記の繰り返しにより、システムを継続し
て使用する際にも顕熱を効率的に回収することができ
る。上記装置を実験的に使用したものでは、顕熱を70
%以上の効率で回収することができた。なお、この実施
形態では、一対の水素吸蔵合金槽を用いて熱移動を行う
システムについて説明したが、複数のシステムにおい
て、サイクルをずらして水素の吸収、放出を行って連続
操業を行うものに本願発明を適用できることも勿論であ
る。なお、このとき、顕熱回収タンクを通したブライン
の授受を別のシステムにおける水素吸蔵合金槽との間で
行えるようにブライン輸送路を連結することも可能であ
り、これにより、中断している合金槽との間でブライン
の授受を行ってシステムの休止時間の短縮化または連続
操業を可能にすることができる。
【0020】(実施形態2)図8は、上記冷凍システム
とは異なり、高温側の水素吸蔵合金M1と低温側の水素
吸蔵合金M2との間で水素の吸収、放出を行わせる他の
システムを示すものであり、高温側と低温側とでは、使
用するブラインの種別が異なっている。以下、具体的に
説明する。水素貯蔵合金M1を収容した高温側水素貯蔵
合金槽310と、水素貯蔵合金M20を収容した低温側
水素貯蔵合金槽32とが対になって設けられており、両
素貯蔵合金槽310,320間には、水素を流通させる
水素流通路330が設けられている。また、上記高温側
水素貯蔵合金槽310には、切換バルブ34a、34b
を介して高熱源34が接続されているとともに、切換バ
ルブ35a、35bを介して低熱源35が接続されてい
る。一方、低温側水素貯蔵合金槽320には、切換バル
ブ37a、37bを介して冷凍庫37が連結されている
とともに、切換バルブ38a、38bを介して冷却装置
38が連結されている。
【0021】上記システムに対し、さらに高温側水素貯
蔵合金槽311と低温側水素貯蔵合金槽321とを対に
した同様の構造のシステムが並設されており、高熱源3
4、低熱源35、冷凍庫37、冷却源38は、両組で共
有されて、上記した切換バルブ34a〜38bによって
切り換え使用される。また、水素貯蔵合金槽310、3
11間には、ブラインの出入口部において、内部に可動
ラム41を有する顕熱回収タンク40が連結されてお
り、各連結路は、開閉弁42a、42b、43a、43
bによって開閉可能となっている。
【0022】次に、上記装置の動作について説明する。
一方のシステム側では、水素貯蔵合金M1に水素が吸蔵
され、水素貯蔵合金M2には水素が吸蔵されていないと
すると、バルブ34a、35aの開閉により、高熱源3
4から高温側水素貯蔵合金槽310へブラインを流す
と、水素貯蔵合金M1が加熱され、該合金M1から水素
が放出される。放出された水素は高温側水素貯蔵合金槽
310から低温側水素貯蔵合金槽320へと移動する。
低温側水素貯蔵合金槽320では、低温側水素吸蔵合金
M2に水素が吸収される。この際に、バルブ38a、3
8bを開け、冷却装置38から低温側水素貯蔵合金槽3
2に低温側低温ブラインを流し、水素吸蔵合金M2を冷
却する。上記動作により、水素吸蔵合金M1から水素吸
蔵合金M2への水素の移動が完了する。上記水素の移動
に際しては、冷凍効果は得られないため、上記一連の動
作は、いわゆる再生工程におけるものである。
【0023】上記の状態で高温になっている水素吸蔵合
金M1に対し、切換バルブ35a、34bによって、低
熱源35からブラインを水素貯蔵合金槽31に流すこと
により冷却する。この結果、水素吸蔵合金M2から水素
が放出され、水素は高温側水素貯蔵合金槽310に移動
して水素吸蔵合金M1によって吸収される。この際、水
素吸蔵合金M1は発熱するが、引き続き上記ブラインに
よって冷却され、水素吸収が続行される。一方、水素吸
蔵合金M2では、水素の放出によって吸熱する。この際
に、バルブ36bを開け、冷凍庫37と低温側水素貯蔵
合金槽320との間でブラインを循環させて冷熱を取り
出す。
【0024】水素の吸放出が完了した後は、前記再生工
程を行う。なお、上記動作は、各組で動作サイクルをず
らすことによりシステムの休止時間を短くし、最適には
連続操業する。上記装置においては、各組の高温側また
は低温側で水素貯蔵合金槽で冷凍行程と再生行程とで同
材料のブラインを使用するものとすれば、実施形態1と
同様に高温側同士、または低温側同士の水素貯蔵合金槽
間でブラインの授受を行い、顕熱を効率的に回収するこ
とができる。
【0025】その動作は、開閉弁42a〜45bを適宜
開閉することにより実施形態1と同様にして行うことが
できる。例えば、高温側水素貯蔵合金槽310では水素
の吸収に際し使用した低温のブラインがあり、高温側水
素貯蔵合金槽311には水素の放出に際し使用した高温
のブラインがある状態とする。高温側水素貯蔵合金槽3
11の高温のブラインを顕熱回収タンク40の高温領域
に収容し、一方、顕熱回収タンク40の低温領域に収容
されていた低温のブラインを高温側水素貯蔵合金槽31
1に供給する。次いで、顕熱回収タンク40に収容され
ている高温のブラインを高温側水素貯蔵合金槽310に
供給し、高温側水素貯蔵合金槽310に収容されていた
低温のブラインを顕熱回収タンク40に導入して顕熱の
回収を図る。なお、この実施形態では、高温側で顕熱の
回収を行うものについて説明したが、ブラインの温度の
高低によって低温側において顕熱の回収を行うことも可
能である。また、この実施形態では、2組の装置を並設
したものについて説明したが、本発明としては何組の装
置を並設したものであってもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の顕熱回収
装置によれば、2以上のガス吸・脱着槽との間で該ブラ
インの授受を行う顕熱回収タンクを設け、該顕熱回収タ
ンクに、高温ブラインを収容する高温領域と低温ブライ
ンを収容する低温領域とを区画して設け、該高温領域と
低温領域とを、それぞれ開閉可能なブライン輸送路を介
して、各ガス吸・脱着槽のブライン出入口部に対峙して
接続したので、高温のブラインと低温のブラインとを効
率的に回収することができ、したがってシステム全体の
効率を向上させることができる。また、顕熱回収タンク
の収容部内に可動ラムを配置し、該可動ラムによって収
容部内を可変容積の高温領域と低温領域とに区画すれ
ば、少ないスペースで顕熱をより効率的に回収すること
ができる。さらに、可動ラムを顕熱回収タンク収容部内
に上下に移動可能に配置して収容部内を上下に区画し、
該収容部内のラム上方側を可変容積の低温領域、ラム下
方側を可変容積の高温領域に割り当てれば、ブラインの
熱対流を防止して、一層効率的な顕熱回収が可能にな
る。
【0027】上記装置を用いて、一の動作において、高
温ブラインを用いたガス吸・脱着槽から上記高温ブライ
ンを顕熱回収タンクの高温領域に導入するとともに、顕
熱回収タンクの低温領域に収容されている低温のブライ
ンを高温ブラインを取り出した上記ガス吸・脱着槽に供
給して高温の顕熱の蓄熱および低温の顕熱の供給を行
い、二の動作において、低温ブラインを用いたガス吸・
脱着槽から低温のブラインを顕熱回収タンクの低温領域
に導入するとともに、顕熱回収タンクの高温領域に収容
されている高温のブラインを低温ブラインを取り出した
上記ガス吸・放出槽に供給して低温の顕熱の蓄熱および
高温の顕熱の供給を行い、上記一の動作と二の動作とを
前後して繰り返し行えば、顕熱を効率的な作業によって
高い回収効率で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示すシステム概略図で
ある。
【図2】 同じく、水素の吸放出の一工程を示すシステ
ム概略図である。
【図3】 同じく、高温顕熱の蓄熱および低温顕熱の供
給状態を示すシステム概略図である。
【図4】 同じく、低温顕熱の蓄熱および高温顕熱の供
給状態を示すシステム概略図である。
【図5】 同じく、水素の吸放出の他工程を示すシステ
ム概略図である。
【図6】 同じく、高温顕熱の蓄熱および低温顕熱の供
給状態を示すシステム概略図である。
【図7】 同じく、低温顕熱の蓄熱および高温顕熱の供
給状態を示すシステム概略図である。
【図8】 本発明の他の実施形態を示すシステム概略図
である。
【図9】 従来の熱移動システムを示す概略図である。
【符号の説明】
1 水素吸蔵合金槽 2 水素吸蔵合金槽 5 高温ブライン供給装置 6 低温ブライン供給装置 10 顕熱回収タンク 11 可動ラム 12 高温ブライン供給ポンプ 13 低温ブライン供給ポンプ 15 ブライン回収ポンプ 17 水素移動路 20 水素ガス圧縮装置 24 水素ガス圧縮機 310 高温側水素吸蔵合金槽 311 高温側水素吸蔵合金槽 320 低温側水素吸蔵合金槽 321 低温側水素吸蔵合金槽 33 水素移動路 34 高熱源 35 低熱源 37 冷凍庫 38 冷却装置 40 顕熱回収タンク 41 可動ラム
フロントページの続き (72)発明者 竹田 晴信 北海道室蘭市茶津町4番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 野家 和雄 北海道室蘭市茶津町4番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 河合 政征 北海道室蘭市茶津町4番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 清水 豊 北海道室蘭市茶津町4番地 株式会社日本 製鋼所内 Fターム(参考) 3L093 NN05 PP07 PP13 PP19 QQ05 RR01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス吸・脱着反応を利用して熱移動させ
    るべく、高温ブラインと低温ブラインとが選択的に、か
    つ時期を異にして使用される2以上のガス吸・脱着槽と
    の間で該ブラインの授受を行う顕熱回収タンクを有して
    おり、該顕熱回収タンクは、高温ブラインを収容する高
    温領域と低温ブラインを収容する低温領域とが区画して
    設けられており、該高温領域と低温領域とは、それぞれ
    開閉可能なブライン輸送路を介して、各ガス吸・脱着槽
    のブライン出入口部に対峙して接続されていることを特
    徴とするガス吸・脱着反応を利用した熱移動システムに
    おける顕熱回収装置
  2. 【請求項2】 顕熱回収タンクは、その収容部内に可動
    ラムが配置されており、該可動ラムによって収容部内が
    可変容積の高温領域と低温領域とに区画されていること
    を特徴とする請求項1記載のガス吸・脱着反応を利用し
    た熱移動システムにおける顕熱回収装置
  3. 【請求項3】 可動ラムは、顕熱回収タンク収容部内に
    上下に移動可能に配置されて収容部内を上下に区画して
    おり、該収容部内のラム上方側が可変容積の低温領域、
    ラム下方側が可変容積の高温領域に割り当てられている
    ことを特徴とする請求項2に記載の顕熱回収装置
  4. 【請求項4】 熱移動システムは、対となるガス吸・脱
    着槽を有しているとともに、該ガス吸・脱着槽との間に
    ガス流方向を切換可能なガス圧縮装置が設けられてお
    り、さらに、対となるガス吸・脱着槽に同材料からなる
    高温ブラインおよび低温ブラインを対称的に供給する高
    温ブライン供給装置および低温ブライン供給装置を有し
    ていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
    のガス吸・脱着反応を利用した熱移動システムにおける
    顕熱回収装置
  5. 【請求項5】 ガス吸・脱着反応を利用して熱移動させ
    るべく、高温ブラインと低温ブラインとが選択的に、か
    つ時期を異にして使用される2以上のガス吸・脱着槽と
    の間に、高温ブラインを収容する高温領域と低温ブライ
    ンを収容する低温領域とが区画して設けられた顕熱回収
    タンクを連結しておき、一の動作において、高温ブライ
    ンを用いたガス吸・脱着槽から上記高温ブラインを顕熱
    回収タンクの高温領域に導入するとともに、顕熱回収タ
    ンクの低温領域に収容されている低温のブラインを高温
    ブラインを取り出した上記ガス吸・脱着槽に供給して高
    温の顕熱の蓄熱および低温の顕熱の供給を行い、二の動
    作において、低温ブラインを用いたガス吸・脱着槽から
    低温のブラインを顕熱回収タンクの低温領域に導入する
    とともに、顕熱回収タンクの高温領域に収容されている
    高温のブラインを低温ブラインを取り出した上記ガス吸
    ・放出槽に供給して低温の顕熱の蓄熱および高温の顕熱
    の供給を行い、上記一の動作と二の動作とを前後して繰
    り返し行うことを特徴とするガス吸・脱着反応を利用し
    た熱移動システムにおける顕熱回収方法
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WO2017169511A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Heat pump system and cooling generation method

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