JP2799866B2 - 水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システム - Google Patents
水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システムInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、水素吸蔵合金が水素を吸着する際に発熱
し、かつ水素を解離する際に吸熱する現象を利用して加
熱もしくは冷却を行なうシステムに関するものであり、
特に水素平衡圧力を異ならしめた２種以上の水素吸蔵合
金からなり、各水素吸蔵合金を備えたモジュールについ
て、水素吸蔵合金との間の熱授受をヒートパイプを介し
て行なうよう構成した加熱冷却システムに関するもので
ある。
し、かつ水素を解離する際に吸熱する現象を利用して加
熱もしくは冷却を行なうシステムに関するものであり、
特に水素平衡圧力を異ならしめた２種以上の水素吸蔵合
金からなり、各水素吸蔵合金を備えたモジュールについ
て、水素吸蔵合金との間の熱授受をヒートパイプを介し
て行なうよう構成した加熱冷却システムに関するもので
ある。
従来の技術 水素吸蔵合金は発熱反応を伴って水素と化合し、また
吸熱反応を伴って水素を放出する特殊な合金であって、
LaNi5やFeTi、Mg2Niなどの合金が知られている。この種
の合金中への水の吸脱蔵は金属−水素ガスの相平衡反応
であり、したがって特定の水素吸蔵合金における相平衡
は、温度および圧力によって制御できる。一方、平衡水
素圧力は金属の組成によって異なっているため、平衡水
素圧力の異なる二種類の水素吸蔵合金を用い、それらの
合金の間で水素を吸着・解離させることにより、冷却や
加熱もしくは蓄熱などの操作を行なうことができる。
吸熱反応を伴って水素を放出する特殊な合金であって、
LaNi5やFeTi、Mg2Niなどの合金が知られている。この種
の合金中への水の吸脱蔵は金属−水素ガスの相平衡反応
であり、したがって特定の水素吸蔵合金における相平衡
は、温度および圧力によって制御できる。一方、平衡水
素圧力は金属の組成によって異なっているため、平衡水
素圧力の異なる二種類の水素吸蔵合金を用い、それらの
合金の間で水素を吸着・解離させることにより、冷却や
加熱もしくは蓄熱などの操作を行なうことができる。
すなわち第３図においてMLは平衡水素圧力の低い水素
吸蔵合金（以下、仮にＬ合金と記す）であり、またMHは
平衡水素圧力の高い水素吸蔵合金（以下、仮にＨ合金と
記す）であって、それぞれは水素ガスを流通させるパイ
プおよびバルブで連通させたチャンバーに収容し、かつ
各水素吸蔵合金ML,MHは熱交換器1,2を介して加熱冷却可
能としておく。冷却を行なう場合、水等の熱媒体３によ
ってＨ合金MHの温度を、水素ガスの解離の生じる温度に
する一方、Ｌ合金MLを水素ガスの吸着の可能な温度に維
持しておき、この状態で前記パイプに介在させたバルブ
を開くと、Ｈ合金MHで水素ガスの解離が継続して生じる
とともに、その水素ガスがＬ合金ML側に流れて吸着さ
れ、その結果、Ｈ合金MHの温度が低下する。したがって
このＨ合金MHとブライン等の熱媒体４との間で前記熱交
換器２を介して熱交換を行なわせれば、所謂冷却熱を得
ることができる。このようにして水素ガスの解離・吸着
がある程度進行すると、その反応が停止するので、その
場合には、Ｌ合金MLを廃熱等の低質熱源５によって加熱
することにより、圧力の高い水素ガスをＬ合金MLから放
出させ、これをＨ合金MHに送って吸着させる。
吸蔵合金（以下、仮にＬ合金と記す）であり、またMHは
平衡水素圧力の高い水素吸蔵合金（以下、仮にＨ合金と
記す）であって、それぞれは水素ガスを流通させるパイ
プおよびバルブで連通させたチャンバーに収容し、かつ
各水素吸蔵合金ML,MHは熱交換器1,2を介して加熱冷却可
能としておく。冷却を行なう場合、水等の熱媒体３によ
ってＨ合金MHの温度を、水素ガスの解離の生じる温度に
する一方、Ｌ合金MLを水素ガスの吸着の可能な温度に維
持しておき、この状態で前記パイプに介在させたバルブ
を開くと、Ｈ合金MHで水素ガスの解離が継続して生じる
とともに、その水素ガスがＬ合金ML側に流れて吸着さ
れ、その結果、Ｈ合金MHの温度が低下する。したがって
このＨ合金MHとブライン等の熱媒体４との間で前記熱交
換器２を介して熱交換を行なわせれば、所謂冷却熱を得
ることができる。このようにして水素ガスの解離・吸着
がある程度進行すると、その反応が停止するので、その
場合には、Ｌ合金MLを廃熱等の低質熱源５によって加熱
することにより、圧力の高い水素ガスをＬ合金MLから放
出させ、これをＨ合金MHに送って吸着させる。
上記のサイクルを、平衡水素圧力と温度との関係を示
すグラフに表わせば第４図の通りであって、各合金ML,M
HをT0℃の温度に設定した後に、両者の間で水素ガスの
流通を可能にすると、Ｈ合金MHからＬ合金MLに水素ガス
が送られ、Ｈ合金MHで水素ガスの放出が生じることによ
りその温度がT1℃に低下（の状態）し、ここで冷却熱
が取出され、一方、Ｌ合金MLはT0℃の温度で水素ガスを
吸着する（の状態）。また再生のためにＬ合金MLをT2
℃まで加熱すると、その温度での平衡水素圧力に相当す
る圧力の水素ガスがＬ合金MLから放出され（の状
態）、これがＨ合金MHに送られて吸着される（の状
態）。
すグラフに表わせば第４図の通りであって、各合金ML,M
HをT0℃の温度に設定した後に、両者の間で水素ガスの
流通を可能にすると、Ｈ合金MHからＬ合金MLに水素ガス
が送られ、Ｈ合金MHで水素ガスの放出が生じることによ
りその温度がT1℃に低下（の状態）し、ここで冷却熱
が取出され、一方、Ｌ合金MLはT0℃の温度で水素ガスを
吸着する（の状態）。また再生のためにＬ合金MLをT2
℃まで加熱すると、その温度での平衡水素圧力に相当す
る圧力の水素ガスがＬ合金MLから放出され（の状
態）、これがＨ合金MHに送られて吸着される（の状
態）。
上述した所謂冷却サイクルは、各合金ML,MHの温度お
よび水素ガスの圧力を制御することによって行われるの
であるが、水素吸蔵合金は粉末であるうえに熱伝導率が
極めて悪く、したがって水素吸蔵合金との間での熱交換
の良否が冷却もしくは加熱のサイクルの効率を大きく左
右することになる。
よび水素ガスの圧力を制御することによって行われるの
であるが、水素吸蔵合金は粉末であるうえに熱伝導率が
極めて悪く、したがって水素吸蔵合金との間での熱交換
の良否が冷却もしくは加熱のサイクルの効率を大きく左
右することになる。
そこで従来、チャンバーに充填した水素吸蔵合金を広
い範囲に亘って均一に加熱もしくは冷却するために、ヒ
ートパイプを用いることが試みられている。その例が特
公昭61−35479号公報や特開昭58−47989号公報、実開昭
61−101270号公報に記載されている。これらの公報に記
載された構成は、水素吸蔵合金を収容した容器自体を中
空円筒状のヒートパイプを主体にして形成し、あるいは
円筒容器内に収容した水素吸蔵合金中にヒートパイプの
一方の端部を挿入したものである。このような構成であ
れば、水素吸蔵合金に対する実質的な熱授受面積が広く
なり、しかもヒートパイプが優れた均温特性を有してい
るために、水素吸蔵合金の加熱や冷却を効率良く行なう
ことができる。
い範囲に亘って均一に加熱もしくは冷却するために、ヒ
ートパイプを用いることが試みられている。その例が特
公昭61−35479号公報や特開昭58−47989号公報、実開昭
61−101270号公報に記載されている。これらの公報に記
載された構成は、水素吸蔵合金を収容した容器自体を中
空円筒状のヒートパイプを主体にして形成し、あるいは
円筒容器内に収容した水素吸蔵合金中にヒートパイプの
一方の端部を挿入したものである。このような構成であ
れば、水素吸蔵合金に対する実質的な熱授受面積が広く
なり、しかもヒートパイプが優れた均温特性を有してい
るために、水素吸蔵合金の加熱や冷却を効率良く行なう
ことができる。
発明が解決しようとする課題 しかるに前述した二種類の水素吸蔵合金を用いた冷却
もしくは加熱のためのシステムにおいても、水素吸蔵合
金との間の熱交換手段としてヒートパイプを使用するこ
とが有効であると考えられるが、その場合、従来のヒー
トパイプをそのまま使用するのでは大きな問題がある。
もしくは加熱のためのシステムにおいても、水素吸蔵合
金との間の熱交換手段としてヒートパイプを使用するこ
とが有効であると考えられるが、その場合、従来のヒー
トパイプをそのまま使用するのでは大きな問題がある。
すなわち第５図はＬ合金MLとＨ合金MHとを用いた冷熱
発生システムの模式図であって、Ｌ合金ML側のモジュー
ル10は、Ｌ合金MLを円筒状のチャンバー11の内部に充填
するとともに、ヒートパイプ12の一方の端部側をそのチ
ャンバー11内にその軸線に沿って挿入し、またそのヒー
トパイプ12の他方の端部側を、流入口13および流出口14
を有する熱交換用のシェル15内に配置して構成されてい
る。またＨ合金MH側のモジュール20も上記のモジュール
10とほぼ同様な構成であって、Ｈ合金MHを円筒状のチャ
ンバー21の内部に充填するとともに、ヒートパイプ22の
一方の端部側をそのチャンバー21内にその軸線に沿って
挿入し、またそのヒートパイプ22の他方の端部側を、流
入口23および流出口24を有する熱交換用のシェル25内に
配置して構成されている。そして各チャンバー11,21は
バルブ30を介装した水素流路31によって互いに接続され
ている。一方、Ｌ合金用モジュール10における流入口13
には、開閉弁32を介装した冷却水供給管33と、開閉弁34
を介装した低質熱源としての温排水などを供給する温排
水供給管35とが接続されている。これに対して流出口14
には、開閉弁36を介装した冷却水排出管37と、開閉弁38
を介装した温排水排出管39とが接続されている。さらに
Ｈ合金用モジュール20における流入口23には、冷却水供
給管40が接続される一方、流出口24には、開閉弁41を介
装した冷却水排出管42と開閉弁43を介装した冷水取出管
44とが接続されている。
発生システムの模式図であって、Ｌ合金ML側のモジュー
ル10は、Ｌ合金MLを円筒状のチャンバー11の内部に充填
するとともに、ヒートパイプ12の一方の端部側をそのチ
ャンバー11内にその軸線に沿って挿入し、またそのヒー
トパイプ12の他方の端部側を、流入口13および流出口14
を有する熱交換用のシェル15内に配置して構成されてい
る。またＨ合金MH側のモジュール20も上記のモジュール
10とほぼ同様な構成であって、Ｈ合金MHを円筒状のチャ
ンバー21の内部に充填するとともに、ヒートパイプ22の
一方の端部側をそのチャンバー21内にその軸線に沿って
挿入し、またそのヒートパイプ22の他方の端部側を、流
入口23および流出口24を有する熱交換用のシェル25内に
配置して構成されている。そして各チャンバー11,21は
バルブ30を介装した水素流路31によって互いに接続され
ている。一方、Ｌ合金用モジュール10における流入口13
には、開閉弁32を介装した冷却水供給管33と、開閉弁34
を介装した低質熱源としての温排水などを供給する温排
水供給管35とが接続されている。これに対して流出口14
には、開閉弁36を介装した冷却水排出管37と、開閉弁38
を介装した温排水排出管39とが接続されている。さらに
Ｈ合金用モジュール20における流入口23には、冷却水供
給管40が接続される一方、流出口24には、開閉弁41を介
装した冷却水排出管42と開閉弁43を介装した冷水取出管
44とが接続されている。
したがって第５図に示す構成では、バルブ30によって
水素流路31を閉じた状態で、各シェル15,25内に所定温
度の冷却水を供給すれば、Ｈ合金MHはその冷却水の熱が
ヒートパイプ22を介して全体に与えられて水素を解離す
る状態になり、またＬ合金MLでは冷却水の熱がヒートパ
イプ12によって全体に与えられて水素を吸着する状態に
なる。この状態でバルブ30を開けば、Ｈ合金MHから解離
した水素ガスがＬ合金ML側に送られてＬ合金MLに吸着さ
れ、その結果、Ｈ合金MHが吸熱反応により温度が低下す
る。したがってこの状態でＨ合金MH側のモジュール20に
おけるシェル25を冷水取出管44に連通させれば、Ｈ合金
MHによって所定の温度に冷却された冷水を得ることがで
きる。また水素ガスの解離および吸着がほぼ終了した後
には、Ｌ合金ML側のシェル15を温排水供給管35および温
排水排出管39に連通させてＬ合金MLをヒートパイプ12を
介して温排水の有する熱で加熱し、またＨ合金MH側のシ
ェル25を冷却水供給管40および冷却水排出管42に連通さ
せてそれ以前の状態に対して加熱し、これによりＬ合金
MLから水素を解離させるとともにＨ合金MHにその水素を
吸着させる。
水素流路31を閉じた状態で、各シェル15,25内に所定温
度の冷却水を供給すれば、Ｈ合金MHはその冷却水の熱が
ヒートパイプ22を介して全体に与えられて水素を解離す
る状態になり、またＬ合金MLでは冷却水の熱がヒートパ
イプ12によって全体に与えられて水素を吸着する状態に
なる。この状態でバルブ30を開けば、Ｈ合金MHから解離
した水素ガスがＬ合金ML側に送られてＬ合金MLに吸着さ
れ、その結果、Ｈ合金MHが吸熱反応により温度が低下す
る。したがってこの状態でＨ合金MH側のモジュール20に
おけるシェル25を冷水取出管44に連通させれば、Ｈ合金
MHによって所定の温度に冷却された冷水を得ることがで
きる。また水素ガスの解離および吸着がほぼ終了した後
には、Ｌ合金ML側のシェル15を温排水供給管35および温
排水排出管39に連通させてＬ合金MLをヒートパイプ12を
介して温排水の有する熱で加熱し、またＨ合金MH側のシ
ェル25を冷却水供給管40および冷却水排出管42に連通さ
せてそれ以前の状態に対して加熱し、これによりＬ合金
MLから水素を解離させるとともにＨ合金MHにその水素を
吸着させる。
したがって各合金ML,MHに対する熱の供給および取出
しは、ヒートパイプ12,22を介して良好に行なわれる
が、例えばＬ合金ML側のシェル15には冷却水供給管33お
よび冷却水排出管37と、温排水供給管35と温排水排出管
39との二系統の配管を接続する必要があり、そのために
配管が錯綜して構成が複雑化する問題があり、しかも同
一のシェル15内に冷却水と温排水とを供給するから冷却
水と温排水とが混合してしまう不都合があり、それに伴
いＬ合金MLの加熱冷却の熱応答性が悪化する問題があ
る。このような事情はＨ合金MH側のモジュール20におい
ても同様であって、そのシェル25に接続する配管系統が
二種類となるから、構成が複雑化し、しかも冷却水と冷
水との混合による熱応答性の低下などの問題がある。
しは、ヒートパイプ12,22を介して良好に行なわれる
が、例えばＬ合金ML側のシェル15には冷却水供給管33お
よび冷却水排出管37と、温排水供給管35と温排水排出管
39との二系統の配管を接続する必要があり、そのために
配管が錯綜して構成が複雑化する問題があり、しかも同
一のシェル15内に冷却水と温排水とを供給するから冷却
水と温排水とが混合してしまう不都合があり、それに伴
いＬ合金MLの加熱冷却の熱応答性が悪化する問題があ
る。このような事情はＨ合金MH側のモジュール20におい
ても同様であって、そのシェル25に接続する配管系統が
二種類となるから、構成が複雑化し、しかも冷却水と冷
水との混合による熱応答性の低下などの問題がある。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、水素
吸蔵合金を用いた加熱もしくは冷却システムとして、そ
の配管を簡素化でき、しかも各モジュールにおける熱応
答性を良好ならしめることのできるようにした加熱冷却
システムを提供することを目的とするものである。
吸蔵合金を用いた加熱もしくは冷却システムとして、そ
の配管を簡素化でき、しかも各モジュールにおける熱応
答性を良好ならしめることのできるようにした加熱冷却
システムを提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 この発明の加熱冷却システムは、上記の目的を達成す
るために、それぞれ水素吸蔵合金を備えたモジュールに
ついて、水素吸蔵合金を貫通させたヒートパイプを実質
的に三区分しかつ各区分を選択的に動作させるよう構成
し、このヒートパイプを介して水素吸蔵合金に対する入
熱および出熱を選択的に行うよう構成したものである。
るために、それぞれ水素吸蔵合金を備えたモジュールに
ついて、水素吸蔵合金を貫通させたヒートパイプを実質
的に三区分しかつ各区分を選択的に動作させるよう構成
し、このヒートパイプを介して水素吸蔵合金に対する入
熱および出熱を選択的に行うよう構成したものである。
より具体的には、この発明は、 それぞれ水素を吸着することにより発熱しかつ水素を
解離することにより吸熱する水素吸蔵合金を備えた２以
上のモジュールからなり、かつ各モジュールの水素吸蔵
合金の水素平衡圧力が異ならしめられており、しかも各
モジュールの相互間で水素を送給し得るように構成し
た、水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システムにおいて、 前記各モジュールが、 前記水素吸蔵合金を、水素の供給・排出が可能なチャ
ンバー内に収容するとともに、ヒートパイプを、その両
端部が前記チャンバーから突出されかつ中間部が前記水
素吸蔵合金に接触した状態でチャンバーに貫通させ、ま
たそのヒートパイプの前記チャンバーからの両突出端部
のうち、一方の突出端部を加熱源に、また他方の突出端
部を冷却源に配置し、さらに前記ヒートパイプのうち前
記チャンバー内に位置する中間部と加熱源に位置する突
出端部との間、および中間部と冷却源に位置する突出端
部との間に、少なくとも作動流体蒸気の流動を選択的に
阻止する弁機構をそれぞれ設けた構成とされていること
を特徴とするものである。
解離することにより吸熱する水素吸蔵合金を備えた２以
上のモジュールからなり、かつ各モジュールの水素吸蔵
合金の水素平衡圧力が異ならしめられており、しかも各
モジュールの相互間で水素を送給し得るように構成し
た、水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システムにおいて、 前記各モジュールが、 前記水素吸蔵合金を、水素の供給・排出が可能なチャ
ンバー内に収容するとともに、ヒートパイプを、その両
端部が前記チャンバーから突出されかつ中間部が前記水
素吸蔵合金に接触した状態でチャンバーに貫通させ、ま
たそのヒートパイプの前記チャンバーからの両突出端部
のうち、一方の突出端部を加熱源に、また他方の突出端
部を冷却源に配置し、さらに前記ヒートパイプのうち前
記チャンバー内に位置する中間部と加熱源に位置する突
出端部との間、および中間部と冷却源に位置する突出端
部との間に、少なくとも作動流体蒸気の流動を選択的に
阻止する弁機構をそれぞれ設けた構成とされていること
を特徴とするものである。
作用 この発明の加熱冷却システムにおいて、各モジュール
内の水素吸蔵合金に熱を与える場合、ヒートパイプのう
ち加熱源側の突出端と水素吸蔵合金に接触する中間部と
の間に介装した弁機構を開き、かつ他方の弁機構を閉じ
ることにより、加熱源側の突出端と中間部とのみで作動
流体蒸気の流動を可能ならしめる。その結果、ヒートパ
イプは加熱源から水素吸蔵合金に対して熱を輸送し、た
とえ他方の突出端が冷却源に接触させられていても、そ
の部分に対して熱を与えることはない。また水素吸蔵合
金を冷却する場合は、各弁機構の開閉状態を反転させ
る。このようにすると、ヒートパイプの内部において
は、中間部と冷却源に接触する突出端との間のみで作動
流体蒸気の流動が可能になるので、水素吸蔵合金の有す
る熱がヒートパイプによって冷却源に運ばれ、水素吸蔵
合金が冷却される。したがってこの発明のモジュールで
は、加熱源や冷却源における熱媒体の流動状態を特に変
化させずに、水素吸蔵合金の加熱および冷却を行なうこ
とができ、また当然、加熱源と冷却源とが完全に分離さ
れるために両者の熱媒体が混合することがなく、その結
果、加熱・冷却の熱応答性が良好になる。また加熱源と
冷却源とがそれぞれ互いに独立しているから、配管系統
が簡素化される。さらに加熱源が下側で冷却源が上側と
なるよう垂直に設置すれば、液相の作動流体の還流が促
進されて効率良く動作させることができる。
内の水素吸蔵合金に熱を与える場合、ヒートパイプのう
ち加熱源側の突出端と水素吸蔵合金に接触する中間部と
の間に介装した弁機構を開き、かつ他方の弁機構を閉じ
ることにより、加熱源側の突出端と中間部とのみで作動
流体蒸気の流動を可能ならしめる。その結果、ヒートパ
イプは加熱源から水素吸蔵合金に対して熱を輸送し、た
とえ他方の突出端が冷却源に接触させられていても、そ
の部分に対して熱を与えることはない。また水素吸蔵合
金を冷却する場合は、各弁機構の開閉状態を反転させ
る。このようにすると、ヒートパイプの内部において
は、中間部と冷却源に接触する突出端との間のみで作動
流体蒸気の流動が可能になるので、水素吸蔵合金の有す
る熱がヒートパイプによって冷却源に運ばれ、水素吸蔵
合金が冷却される。したがってこの発明のモジュールで
は、加熱源や冷却源における熱媒体の流動状態を特に変
化させずに、水素吸蔵合金の加熱および冷却を行なうこ
とができ、また当然、加熱源と冷却源とが完全に分離さ
れるために両者の熱媒体が混合することがなく、その結
果、加熱・冷却の熱応答性が良好になる。また加熱源と
冷却源とがそれぞれ互いに独立しているから、配管系統
が簡素化される。さらに加熱源が下側で冷却源が上側と
なるよう垂直に設置すれば、液相の作動流体の還流が促
進されて効率良く動作させることができる。
実 施 例 つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図はこの発明の加熱冷却システムに用いられるモ
ジュールの一例を示す概略的な断面図であって、水素吸
蔵合金Ｍは水素ガスの給排口50を設けたチャンバー51に
充填されている。このチャンバー51は、後述するヒート
パイプ52と水素吸蔵合金Ｍとの接触面積を可及的に広く
するために、内径に対して軸長の長い円筒形状や横断面
積に対して長さの長い直方体などの形状とされている。
このチャンバー51には、その軸線方向もしくは長手方向
に沿ってヒートパイプ52が貫通させられおり、したがっ
てヒートパイプ52はその中間部が水素吸蔵合金Ｍに接触
し、かつ両端部がチャンバー51から突出している。この
ヒートパイプ52は、真空脱気した密閉管52aの内部に水
などの目的とする温度範囲で蒸発および擬縮を行なう流
体を作動流体52bとして封入し、かつ毛細管圧力を生じ
させるためウイック52cを必要に応じて内部に設けたも
のであり、前記チャンバー51から突出した部分でかつチ
ャンバー51の外面に可及的に接近した位置に、弁機構5
3,54がそれぞれ設けられている。これらの弁機構53,54
は、外部から操作することによりヒートパイプ52の内部
での作動流体蒸気の流動を選択的に阻止するためのもの
であって、ボールバルブやゲートバルブなどが使用され
ている。なお、ヒートバルブ52は、作動流体の漏洩や外
気の侵入をほぼ完全に阻止する必要があるので、各弁機
構53,54としては、操作軸と本体部分との間の気密性維
持のために例えばベローズを取付けた構成のものを使用
することが好ましい。
ジュールの一例を示す概略的な断面図であって、水素吸
蔵合金Ｍは水素ガスの給排口50を設けたチャンバー51に
充填されている。このチャンバー51は、後述するヒート
パイプ52と水素吸蔵合金Ｍとの接触面積を可及的に広く
するために、内径に対して軸長の長い円筒形状や横断面
積に対して長さの長い直方体などの形状とされている。
このチャンバー51には、その軸線方向もしくは長手方向
に沿ってヒートパイプ52が貫通させられおり、したがっ
てヒートパイプ52はその中間部が水素吸蔵合金Ｍに接触
し、かつ両端部がチャンバー51から突出している。この
ヒートパイプ52は、真空脱気した密閉管52aの内部に水
などの目的とする温度範囲で蒸発および擬縮を行なう流
体を作動流体52bとして封入し、かつ毛細管圧力を生じ
させるためウイック52cを必要に応じて内部に設けたも
のであり、前記チャンバー51から突出した部分でかつチ
ャンバー51の外面に可及的に接近した位置に、弁機構5
3,54がそれぞれ設けられている。これらの弁機構53,54
は、外部から操作することによりヒートパイプ52の内部
での作動流体蒸気の流動を選択的に阻止するためのもの
であって、ボールバルブやゲートバルブなどが使用され
ている。なお、ヒートバルブ52は、作動流体の漏洩や外
気の侵入をほぼ完全に阻止する必要があるので、各弁機
構53,54としては、操作軸と本体部分との間の気密性維
持のために例えばベローズを取付けた構成のものを使用
することが好ましい。
上記のヒートパイブ52の両端部は、熱交換用のシェル
55,56の内部に挿入されており、またその端部には表面
積を増大させるためにフィン57が取付けられている。な
お、各シェル55,56には流入口58,59と流出口60,61とが
設けられており、一方のシェル（例えば55）の内部に低
温流体を流すことによりここを冷却源とし、かつ他方の
シェル（例えば56）の内部に高温流体を流すことにより
ここを加熱源とするようになっている。
55,56の内部に挿入されており、またその端部には表面
積を増大させるためにフィン57が取付けられている。な
お、各シェル55,56には流入口58,59と流出口60,61とが
設けられており、一方のシェル（例えば55）の内部に低
温流体を流すことによりここを冷却源とし、かつ他方の
シェル（例えば56）の内部に高温流体を流すことにより
ここを加熱源とするようになっている。
したがって第１図に示すモジュールでは、第１図の左
側のチャンバー55の内部に例えば冷却水を流しておき、
また右側のチャンバー56に例えば温排水を流しておき、
その状態で左側の弁機構53を開けば、ヒートパイプ52と
しては温度差のある左側端部と中間部との間で作動流体
蒸気の流動が可能になり、その結果、水素吸蔵合金Ｍの
有する熱がヒートパイプ52によって冷却水側に運ばれ、
水素吸蔵合金Ｍが冷却される。この状態から第１図の左
側の弁機構53を閉じるとともに、右側の弁機構54を開け
ば、ヒートパイプ52内の作動流体蒸気は、相対的に温度
の低い中間部と相対的に温度の高い右側端部との間で流
動可能になり、その結果、右側チャンバー56内を流れる
温排水の有する熱がヒートパイプ52によって水素吸蔵合
金Ｍに対して運ばれ、水素吸蔵合金Ｍが加熱される。す
なわち第１図に示す構成のモジュールでは、冷却水や温
排水などの冷却源や加熱源の流動状態を変化させること
なく、弁機構53,54の切換えによって水素吸蔵合金Ｍの
冷却および加熱を簡単に行なうことができる。なお、上
述した構成では、冷却および加熱のいずれの場合であっ
てもヒートパイプ52の左側の部分が作動流体の凝縮する
箇所となるので、液相の作動流体の還流を促進するため
に、左側の端部を右側より若干高く設置することが好ま
しい。
側のチャンバー55の内部に例えば冷却水を流しておき、
また右側のチャンバー56に例えば温排水を流しておき、
その状態で左側の弁機構53を開けば、ヒートパイプ52と
しては温度差のある左側端部と中間部との間で作動流体
蒸気の流動が可能になり、その結果、水素吸蔵合金Ｍの
有する熱がヒートパイプ52によって冷却水側に運ばれ、
水素吸蔵合金Ｍが冷却される。この状態から第１図の左
側の弁機構53を閉じるとともに、右側の弁機構54を開け
ば、ヒートパイプ52内の作動流体蒸気は、相対的に温度
の低い中間部と相対的に温度の高い右側端部との間で流
動可能になり、その結果、右側チャンバー56内を流れる
温排水の有する熱がヒートパイプ52によって水素吸蔵合
金Ｍに対して運ばれ、水素吸蔵合金Ｍが加熱される。す
なわち第１図に示す構成のモジュールでは、冷却水や温
排水などの冷却源や加熱源の流動状態を変化させること
なく、弁機構53,54の切換えによって水素吸蔵合金Ｍの
冷却および加熱を簡単に行なうことができる。なお、上
述した構成では、冷却および加熱のいずれの場合であっ
てもヒートパイプ52の左側の部分が作動流体の凝縮する
箇所となるので、液相の作動流体の還流を促進するため
に、左側の端部を右側より若干高く設置することが好ま
しい。
第２図は上記のモジュールを一対使用して構成した冷
却用のシステムの略解図である。一方のモジュールのチ
ャンバー51にはＬ合金MLを充填し、かつ他方のモジュー
ルのチャンバー51にはＨ合金MHを充填し、そしてこれら
のチャンバー51同士をバルブ70を介装した水素流路71に
よって接続する。またそれぞれのモジュールにおける一
方のシェル55にはT0℃の冷却水を流しておき、Ｌ合金用
モジュールの他方のシェル56内には加熱源としてT2℃の
温排水を流しておき、さらにＨ合金用モジュールの他方
のシェル56内にはT1℃の冷熱を取出すための熱媒体を流
しておく。先ず、各モジュールにおける符号53で示す弁
機構のみを開き、Ｈ合金MHは水素を解離する状態とし、
かつＬ合金MLは水素を吸着する状態にする。この状対で
バルブ70を開くと、Ｈ合金MHから解離した水素ガスがＬ
合金ML側に流れてＬ合金MLに吸着される。その結果、Ｈ
合金MHの温度が低下するので、Ｈ合金用モジュールにお
いては、弁機構53,54の開閉状態を反転させて符号54で
示す弁機構のみを開けば、冷却水とは反対側のシェル56
内の熱媒体がヒートパイプ52を介してＨ合金MHに熱を奪
われ、T1℃に冷却される。さなわちＨ合金MHからの水素
解離に伴う吸熱によって冷熱を得ることができる。
却用のシステムの略解図である。一方のモジュールのチ
ャンバー51にはＬ合金MLを充填し、かつ他方のモジュー
ルのチャンバー51にはＨ合金MHを充填し、そしてこれら
のチャンバー51同士をバルブ70を介装した水素流路71に
よって接続する。またそれぞれのモジュールにおける一
方のシェル55にはT0℃の冷却水を流しておき、Ｌ合金用
モジュールの他方のシェル56内には加熱源としてT2℃の
温排水を流しておき、さらにＨ合金用モジュールの他方
のシェル56内にはT1℃の冷熱を取出すための熱媒体を流
しておく。先ず、各モジュールにおける符号53で示す弁
機構のみを開き、Ｈ合金MHは水素を解離する状態とし、
かつＬ合金MLは水素を吸着する状態にする。この状対で
バルブ70を開くと、Ｈ合金MHから解離した水素ガスがＬ
合金ML側に流れてＬ合金MLに吸着される。その結果、Ｈ
合金MHの温度が低下するので、Ｈ合金用モジュールにお
いては、弁機構53,54の開閉状態を反転させて符号54で
示す弁機構のみを開けば、冷却水とは反対側のシェル56
内の熱媒体がヒートパイプ52を介してＨ合金MHに熱を奪
われ、T1℃に冷却される。さなわちＨ合金MHからの水素
解離に伴う吸熱によって冷熱を得ることができる。
また上述のようにして水素の解離および吸着がほぼ完
了した後は、Ｌ合金側モジュールでは加熱源側の弁機構
54のみを開いて温排水の有する熱によってＬ合金MLを加
熱昇温し、またＨ合金側モジュールでは冷却水側の弁機
構53のみを開いてＨ合金MHをT0℃に維持し、このような
操作を行なうことにより、Ｌ合金MLに吸着されていた水
素を解離させてＨ合金MHに吸着させる。
了した後は、Ｌ合金側モジュールでは加熱源側の弁機構
54のみを開いて温排水の有する熱によってＬ合金MLを加
熱昇温し、またＨ合金側モジュールでは冷却水側の弁機
構53のみを開いてＨ合金MHをT0℃に維持し、このような
操作を行なうことにより、Ｌ合金MLに吸着されていた水
素を解離させてＨ合金MHに吸着させる。
このようにして再生した後は、上述した操作を繰り返
して行なう。
して行なう。
発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の加熱冷却シ
ステムによれば、各モジュール内において、水素吸蔵合
金から水を解離させ、また反対に吸着させるための加熱
・冷却を、ヒートパイプに介装した一対の弁機構の開閉
によって行なうことができ、したがって加熱源や冷却源
としての熱媒体の流路の切換えが不要があってそれぞれ
の熱媒体を所定の箇所に常時流しておくことが可能であ
るために、配管系統が簡素化さるのみならず、制御が容
易になり、また各熱媒体が混合することもないので熱応
答性を良好なものとすることができる。
ステムによれば、各モジュール内において、水素吸蔵合
金から水を解離させ、また反対に吸着させるための加熱
・冷却を、ヒートパイプに介装した一対の弁機構の開閉
によって行なうことができ、したがって加熱源や冷却源
としての熱媒体の流路の切換えが不要があってそれぞれ
の熱媒体を所定の箇所に常時流しておくことが可能であ
るために、配管系統が簡素化さるのみならず、制御が容
易になり、また各熱媒体が混合することもないので熱応
答性を良好なものとすることができる。
第１図はこの発明の加熱冷却システムに用いられるモジ
ュールの一例を示す略解断面図、第２図はそのモジュー
ルを一対使用して構成した冷却システムの略解図、第３
図は二種類の水素吸蔵合金を使用したこの発明のシステ
ムの概念図、第４図はその冷却サイクルを表示した平衡
水素圧と温度との関係を示すグラフ、第５図はヒートパ
イプを介して水素吸蔵合金を加熱・冷却する従来のモジ
ュールを使用した冷却システムの概略図である。 51……チャンバー、52……ヒートパイプ、53,54……弁
機構、55,56……シェル、M,MH,ML……水素吸蔵合金。
ュールの一例を示す略解断面図、第２図はそのモジュー
ルを一対使用して構成した冷却システムの略解図、第３
図は二種類の水素吸蔵合金を使用したこの発明のシステ
ムの概念図、第４図はその冷却サイクルを表示した平衡
水素圧と温度との関係を示すグラフ、第５図はヒートパ
イプを介して水素吸蔵合金を加熱・冷却する従来のモジ
ュールを使用した冷却システムの概略図である。 51……チャンバー、52……ヒートパイプ、53,54……弁
機構、55,56……シェル、M,MH,ML……水素吸蔵合金。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−190261（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−149048（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 17/12 F25B 17/08
Claims (1)
- 【請求項１】それぞれ水素を吸着することにより発熱し
かつ水素を解離することにより吸熱する水素吸蔵合金を
備えた２以上のモジュールからなり、かつ各モジュール
の水素吸蔵合金の水素平衡圧力が異ならしめられてお
り、しかも各モジュールの相互間で水素を送給し得るよ
うに構成した、水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システム
において、 前記各モジュールが、 前記水素吸蔵合金を、水素の供給・排出が可能なチャン
バー内に収容するとともに、ヒートパイプを、その両端
部が前記チャンバーから突出されかつ中間部が前記水素
吸蔵合金に接触した状態でチャンバーに貫通させ、また
そのヒートパイプの前記チャンバーからの両突出端部の
うち、一方の突出端部を加熱源に、また他方の突出端部
を冷却源に配置し、さらに前記ヒートパイプのうち前記
チャンバー内に位置する中間部と加熱源に位置する突出
端部との間、および中間部と冷却源に位置する突出端部
との間に、少なくとも作動流体蒸気の流動を選択的に阻
止する弁機構をそれぞれ設けた構成とされていることを
特徴とする、水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63303219A JP2799866B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63303219A JP2799866B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02150676A JPH02150676A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2799866B2 true JP2799866B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=17918312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63303219A Expired - Fee Related JP2799866B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | 水素吸蔵合金を用いた加熱冷却システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2799866B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6030981A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-16 | 株式会社日立製作所 | 蒸発器 |
| JPS61190261A (ja) * | 1985-02-18 | 1986-08-23 | 株式会社日本製鋼所 | 水素貯蔵合金を利用したヒ−トパイプ式冷房・冷凍装置 |
| JPH0224059Y2 (ja) * | 1985-03-05 | 1990-07-02 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63303219A patent/JP2799866B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02150676A (ja) | 1990-06-08 |
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|---|---|---|---|
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