JP3407913B2 - 水素吸蔵合金を利用した熱輸送システム - Google Patents
水素吸蔵合金を利用した熱輸送システムInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素供給側から水素使
用側に水素を供給して熱輸送する際に好適な熱輸送シス
テムに関する。 【０００２】 【従来の技術】最近、自然界から無尽蔵に得られる水素
が、クリーンなエネルギーとして注目されてきている。
すなわち、現在の石油等の燃料の需要関係が逼迫し、ま
た、環境破壊の問題などから太陽を中心とするエネルギ
ーの利用がエネルギーの主要部を占めるようになれば、
水素は自然エネルギーによって発生させ、消費地へ輸送
して利用することができるエネルギーとして用途は極め
て広い。従来、水素は、ガス状水素あるいは液体水素の
状態でタンクに充填してトラック等で輸送され利用が図
られているに過ぎない。ところが、将来的な観点から水
素ガスの利用が普及し水素エネルギーの社会になると、
例えば、現在の都市ガスの配管網と同様に水素ガスの配
管網が構築されることが充分に考えられる。 【０００３】かかる観点から水素吸蔵合金を利用して熱
供給側から熱使用側へ水素を供給して水素の利用を図る
熱輸送システムが提案されている（特開昭６２ー９８１
９６号公報）。 【０００４】この種のシステムの構成を図３に示す。 【０００５】図において、熱供給側には、水素吸蔵合金
容器１ａ，１ｂを備えた熱供給ユニット１、熱使用側に
は、水素吸蔵合金容器２ａ，２ｂを備えた熱使用ユニッ
ト２が設けられている。熱供給ユニット１側の各水素吸
蔵合金容器１ａ，１ｂには、それぞれ熱交換器３ａ，３
ｂと共に、水素吸蔵合金４ａ，４ｂが収納される。 【０００６】一方、熱使用ユニット２側の各水素吸蔵合
金容器２ａ，２ｂには、熱交換器５ａ，５ｂと共に、水
素吸蔵合金６ａ，６ｂが収納される。 【０００７】さらに、熱供給ユニット１と熱使用ユニッ
ト２との間には、熱供給側から熱使用側へ水素を移動す
る供給過程専用の水素配管７と、熱使用側から熱供給側
に水素を移動する再生過程専用の水素配管８とを設けて
いる。 【０００８】そして、熱供給ユニット１では、三方弁９
ａを介して水素吸蔵合金容器１ａを供給過程専用の水素
配管７および再生過程専用の水素配管８に配管で接続す
る一方、三方弁９ｂを介して水素吸蔵合金容器１ｂを供
給過程専用の水素配管７および再生過程専用の水素配管
８に配管で接続している。 【０００９】さらに、熱使用ユニット２では、三方弁１
０ａを介して水素吸蔵合金容器２ａを供給過程専用の水
素配管７および再生過程専用の水素配管８に配管で接続
する一方、三方弁１０ｂを介して水素吸蔵合金容器２ｂ
を供給過程専用の水素配管７および再生過程専用の水素
配管８に配管で接続している。 【００１０】また、熱供給側では、熱交換器３ａ，３ｂ
に熱源１１および冷却水１２を切替弁１３により切り替
えて供給する一方、熱使用側では、熱交換器５ａ，５ｂ
に温熱負荷１４および廃熱１５を切替弁１６で切り替え
て供給するようになっている。 【００１１】今、水素吸蔵合金容器１ａ，２ａが供給過
程、水素吸蔵合金容器１ｂ，２ｂが再生過程にあるとす
る。この場合、水素吸蔵合金容器１ａから三方弁９ａと
開閉弁９ｃと供給過程専用の水素配管７と開閉弁１０ｃ
と三方弁１０ａとを経て水素吸蔵合金容器２ａに水素が
移動する。一方、水素吸蔵合金容器２ｂから三方弁１０
ｂと開閉弁１０ｄと再生過程専用の水素配管８と開閉弁
９ｄと三方弁９ｂとを経て水素吸蔵合金容器１ｂに水素
が戻る。 【００１２】次に、各容器内の熱交換器に供給する温熱
負荷が切り替わって、水素吸蔵合金容器１ａ，２ａが再
生過程、水素吸蔵合金容器１ｂ，２ｂが供給過程になっ
たとする。この場合、水素吸蔵合金容器１ｂから三方弁
９ｂ、開閉弁９ｃ、供給過程専用の水素配管７と開閉弁
１０ｃと三方弁１０ｂを経て水素吸蔵合金容器２ｂに水
素が移動する。一方、水素吸蔵合金容器２ａから三方弁
１０ａと開閉弁１０ｄと再生過程専用の水素配管８と三
方弁９ａとを経て水素吸蔵合金容器１ａに水素が戻る。 【００１３】このようにして熱供給側から熱使用側へ効
率的に熱輸送することができる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような熱輸送システムでは、熱供給側と熱使用側とが同
期を取って切替弁や開閉弁を切り替える必要があるため
制御装置が複雑な構成となり、特に、熱使用側を複数に
した場合、さらに、制御装置が複雑な構成になるという
問題があった。 【００１５】すなわち、図３に示す従来の構成では、熱
供給ユニット１の水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいずれ
か一方が水素を供給過程専用の水素配管７に放出してい
るとき、これに対応して必ず熱使用ユニット２の水素吸
蔵合金容器２ａ，２ｂのいずれか一方が水素を吸蔵する
ように同期して切替えると共に、熱使用ユニット２の水
素吸蔵合金容器２ａ，２ｂのいずれか他方が再生過程専
用の水素配管８に水素を放出して水素を熱供給ユニット
１の水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいずれか他方へ同期
して切替えなければならない。 【００１６】このため、まず、第１には、熱供給ユニッ
ト１の切替え弁等の切替え状態を検出して検出信号を信
号線等により熱使用ユニット２へ伝え、この検出信号を
熱使用ユニット２の切替え弁等を切替えるための切替信
号に変換し、切替え弁等を切替信号に基づいて駆動源を
駆動させ切替えるという手段を要し、特に、熱供給ユニ
ット１と熱使用ユニット２とが長距離となると、信号線
等の代わりに伝送装置が必要となり、信号のやり取りや
変換のため制御装置が複雑な構成となる。 【００１７】また、第２には、熱使用ユニット２で得ら
れる熱量は熱供給ユニット１側に依存するから要求に応
じて有効に熱利用を図るためには熱使用ユニット２側に
新たな制御する手段を要するという問題があり、かかる
場合、熱使用ユニット２が複数となると、熱供給ユニッ
ト１からの水素の供給と熱使用ユニット２の使用との調
整が容易でなく、さらに、制御装置が複雑となるという
問題があった。 【００１８】そこで、本発明は簡単な制御で水素使用側
を複数にできる水素吸蔵合金を利用した熱輸送システム
を提供することを目的とする。 【００１９】 【課題を解決するための手段】本発明は、水素供給側に
設けられる水素供給ユニットと、水素使用側に設けられ
る複数の水素使用ユニットと、前記水素供給ユニットに
接続する大容量の第１の水素配管と大容量の第２の水素
配管とから構成され、前記水素供給ユニットは、熱源か
ら得られる熱媒と冷却水とが切り替え可能に供給される
熱交換器を水素吸蔵合金と共に内部に収納してなる一対
の水素吸蔵合金容器と、この一対の水素吸蔵合金容器の
内で水素を供給する側の容器に前記第１の水素配管を接
続すると共に、水素を戻す側の容器に前記第２の水素配
管を接続するように切替える第１の切替弁と、この第１
の切替弁の切り替えに応じて前記水素を供給する側の容
器の熱交換器へ熱源から熱媒を流すと共に、前記水素を
戻す側の容器に冷却水を流すように切り替える第２の切
替弁と、前記第１の水素配管および第２の水素配管の圧
力変動に応じて開動作をして前記第１の水素配管と第２
の水素配管とが前記一対の水素吸蔵合金容器のそれぞれ
と連通させる第１の開閉弁とを備える一方、前記水素使
用ユニットは、温熱負荷へ供給する熱媒と低質熱源から
得られる熱媒、あるいは、冷熱負荷へ供給する熱媒と冷
却水とが切替え可能に供給される熱交換器を水素吸蔵合
金と共に内部に収納してなる一対の水素吸蔵合金容器
と、負荷に応じて開動作して前記第１の水素配管および
第２の水素配管と対応する前記一対の水素吸蔵合金容器
とが連通する第２の開閉弁と、この第２の開閉弁が開動
作しているとき、前記一対の水素吸蔵合金容器のいずれ
か一方へ前記第１の水素配管から水素が供給されると共
に、前記一対の水素吸蔵合金容器のいずれか他方から前
記第２の水素配管へ水素を戻すように前記第１の水素配
管と第２の水素配管と前記一対の水素吸蔵合金容器の一
方と他方とを交互に切替える第３の切替弁と、この第３
の切替弁の切替えに応じて前記一対の水素吸蔵合金容器
のそれぞれの熱交換器から温熱負荷あるいは冷熱負荷を
取り出すように切替える第４の切替弁とを備えるように
したものである。 【００２０】 【作用】上記構成により、水素供給側の水素配管は水素
保持容器の大きいものとしたから、水素供給側では、水
素配管の圧力変動に応じて水素を供給すれば足りる。一
方、水素使用側では、水素供給側の水素配管の圧力が安
定しているから水素供給側と関係なく、すなわち、従来
のように同期を取ること無く、必要に応じて温熱や冷熱
を取り出して熱の使用ができる。これにより、複数の水
素使用ユニットを用いても制御装置が複雑となることが
なく、簡単な構成で熱輸送システムを実現することがで
きる。 【００２１】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 【００２２】図１は、本発明の一実施例を示す熱輸送シ
ステムの概略構成図である。図中、図３と同一符号は、
同一部分または相当部分を示している。図１は水素使用
側に複数の水素使用ユニット２Ａ，２Ｂを設けて、供給
過程専用の水素配管７を複数の分岐水素配管７ａに分岐
する一方、再生過程専用の水素配管８を複数の分岐水素
配管８ｂに分岐し、水素使用ユニット２Ａ，２Ｂに接続
している。さらに、供給過程専用の水素配管７と再生過
程専用の水素配管８には、それぞれ予め水素を充填して
圧力を一定に保った水素保持容量の大きな水素タンク１
７，１８が設けられ、複数の各水素使用ユニット２Ａ，
２Ｂは、水素供給ユニット１Ａおよび水素使用ユニット
２Ａ，２Ｂとが互いに非同期で水素の供給と使用がさ
れ、水素供給ユニット１Ａは、後述するように供給過程
専用の水素配管７と再生過程専用の水素配管８の圧力変
動に応じて駆動するようにしている。 【００２３】以上の構成で、まず、供給過程専用の水素
配管７と再生過程専用の水素配管８について説明する
と、図２に示すように、供給過程専用の水素配管７は、
水素供給側から水素使用側に水素を移動する専用の配管
で形成され、この供給過程専用の水素配管７に図１に示
す水素タンク１７が配設され、予め水素が配管内に充填
され圧力の変動が極めて小さくなるように、例えば、１
０ａｔｍが維持されるようになっている。また、再生過
程専用の水素配管８は、水素使用側から水素供給側に水
素を戻す専用の大容量の配管で形成され、また、再生過
程専用の水素配管８に図１に示す水素タンク１８が配設
され、予め水素が配管内に充填され圧力の変動が極めて
小さくなるように、例えば、１ａｔｍが維持されるよう
になっている。 【００２４】水素供給側では、今、熱源１１が切替弁１
３によって熱交換器３ａに接続されると共に、冷却水１
２が切替弁１３によって熱交換器３ｂに接続されている
とする。これによって、水素吸蔵合金容器１ａの水素吸
蔵合金４ａは、加熱され、供給過程専用の水素配管７の
圧力より高く、例えば、１１ａｔｍに維持され、また、
水素吸蔵合金容器１ｂの水素吸蔵合金４ｂは、冷却され
て再生過程専用の水素配管８の圧力より低く、例えば、
０．９ａｔｍに維持されている。 【００２５】そして、水素吸蔵合金容器１ａの入口側と
水素吸蔵合金容器１ｂの入口側には、圧力センサ１９，
２０がそれぞれ設けられ、圧力センサ１９，２０の値が
所定値になると、三方弁９ａ，９ｂにより水素吸蔵合金
容器１ａを再生過程専用の水素配管８側に接続すると共
に、水素吸蔵合金容器１ｂを供給過程専用の水素配管７
に接続するように切替えられる。これに対応して、切替
弁１３によって熱源１１が熱交換器３ｂに接続されると
共に、冷却水１２が熱交換器３ａに接続されるように切
替えられる。 【００２６】例えば、後述するように供給過程専用の水
素配管７の圧力が低下すると、開閉弁９ｃが開いて水素
吸蔵合金容器１ａから水素が供給されるが、圧力センサ
１９の圧力が急低下したとき、直ちに、水素吸蔵合金容
器１ａを水素再生側とし、水素吸蔵合金容器１ｂを水素
供給側として切替える。これによって、供給過程専用の
水素配管７に水素を供給する側の水素吸蔵合金容器１
ａ，１ｂのいずれかを、例えば、１１ａｔｍに維持し、
水素を回収する側の水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいず
れかが、例えば、０．９ａｔｍに維持される。 【００２７】ここで、上記した状態で、供給過程専用の
水素配管７に設けられた圧力計２１が水素使用側の水素
の使用によって、例えば、１０ａｔｍから９．８ａｔｍ
に低下とし、再生過程専用の水素配管８に設けられた圧
力計２１の水素使用側の水素供給によって、例えば、１
ａｔｍから１．１ａｔｍに上昇したとする。このような
とき、開閉弁９ｃと開閉弁９ｄとが開いて、水素吸蔵合
金容器１ａ，１ｂのいずれか一方から水素が供給過程専
用の水素配管７に供給されると共に、再生過程専用の水
素配管８から水素が水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいず
れか他方へ戻される。この結果、供給過程専用の水素配
管７は、１０ａｔｍに回復し、再生過程専用の水素配管
８は１ａｔｍに戻る。 【００２８】次に、水素使用側について説明すると、水
素使用ユニット２Ａでは、温熱負荷１４の温度に応じて
開閉弁１０ｃ，１０ｄが開いて水素供給側から分岐水素
配管７ａを介して水素の供給がされ、水素供給側へ分岐
水素配管８ａを介して水素を戻して温熱負荷１４へ熱の
供給がされている。 【００２９】まず、温熱負荷１４に対して熱需要が発生
すると、開閉弁１０ｃ，１０ｄが開かれ、三方弁１０ａ
を介して水素吸蔵合金容器２ａに水素が供給され、水素
吸蔵合金６ａの水素の吸蔵による発熱反応により瞬時に
熱負荷が所望の温度に達し（約１分）、その後、温熱が
熱交換器５ａから取り出され、切替弁１６を介して温熱
負荷１４に供給される。例えば、希土類ーＮｉ系の水素
吸蔵合金６ａを用いると、１０ａｔｍでの平衡温度１０
０℃となり、暖房、給湯に利用できる。 【００３０】このとき、低質の廃熱１５が切替弁１６を
介して水素吸蔵合金容器２ｂの熱交換器５ｂに供給され
るから、水素吸蔵合金容器２ｂの水素吸蔵合金６ｂに吸
蔵された水素が放出状態となって、水素吸蔵合金容器２
ｂから三方弁１０ｂを介し、さらに、分岐水素配管８ａ
を経由して再生過程専用の水素配管８へ放出される。例
えば、４０〜５０℃の工場廃熱が供給されると、１．１
ａｔｍ程度の水素が発生し分岐水素配管８ａに放出され
る。これによって、供給過程専用の水素配管７から水素
吸蔵合金容器２ａの水素吸蔵合金６ａへ供給された水素
の量に見合った水素が再生過程専用の水素配管８へ戻さ
れる。 【００３１】また、水素使用ユニット２Ｂでは、冷熱負
荷２２の需要に応じて開閉弁１０ｃ，１０ｄが開いて、
水素供給側から分岐水素配管７ａを介して水素の供給が
され、水素供給側へ分岐水素配管８ａを介して水素を戻
して熱の供給がされている。 【００３２】具体的には、冷熱負荷２２の需要が発生す
ると、開閉弁１０ｃ，１０ｄが開かれ、三方弁１０ａを
介して分岐水素配管７ａから水素が水素吸蔵合金容器２
ａに供給される。水素吸蔵合金容器２ａ，２ｂでは、水
素吸蔵合金６ａが水素を吸蔵して発熱するから熱交換器
５ａが切替弁１６によって冷却水に接続され冷却がされ
る。このとき、水素吸蔵合金容器２ｂでは、水素吸蔵合
金６ｂが水素放出状態となっており、水素が三方弁１０
ｂと開閉弁１０ｄを介して分岐水素配管８ａに戻され
る。これによって、水素吸蔵合金６ａは吸熱反応を起こ
し、瞬時に冷熱負荷が所望の温度に達し（約１分）、そ
の後、熱交換器５ｂから冷熱が切替弁１６によって冷熱
負荷２２に供給される。例えば、希土類ーＮｉ系の水素
吸蔵合金容器２ａ，２ｂでは、１０ａｔｍで供給された
水素を２０〜３０℃の冷却水で冷却しつつ吸蔵させ、そ
の後、１ａｔｍよりやや高い水素を放出させると吸熱反
応によって０〜１０℃の冷熱が回収できる。 【００３３】このように、水素配管を水素保持容量の大
きい配管として水素供給側では、水素配管の圧力変動に
応じて圧力不足分を補うように水素を供給する。一方、
水素使用側では、水素供給側と無関係に、つまり、切替
えの同期を合わせることなく必要に応じて温熱や冷熱の
負荷を取り出して使用することができる。従って、水素
供給側と水素使用側の切替えが簡単で制御装置が複雑と
なることがない。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
保持容量の水素配管の圧力変動に応じて水素供給側から
水素を供給すればよいから水素使用側と水素供給側と同
期して制御する必要がない。したがって、複数の水素使
用ユニットで熱の利用をしても簡単な制御装置となる。
用側に水素を供給して熱輸送する際に好適な熱輸送シス
テムに関する。 【０００２】 【従来の技術】最近、自然界から無尽蔵に得られる水素
が、クリーンなエネルギーとして注目されてきている。
すなわち、現在の石油等の燃料の需要関係が逼迫し、ま
た、環境破壊の問題などから太陽を中心とするエネルギ
ーの利用がエネルギーの主要部を占めるようになれば、
水素は自然エネルギーによって発生させ、消費地へ輸送
して利用することができるエネルギーとして用途は極め
て広い。従来、水素は、ガス状水素あるいは液体水素の
状態でタンクに充填してトラック等で輸送され利用が図
られているに過ぎない。ところが、将来的な観点から水
素ガスの利用が普及し水素エネルギーの社会になると、
例えば、現在の都市ガスの配管網と同様に水素ガスの配
管網が構築されることが充分に考えられる。 【０００３】かかる観点から水素吸蔵合金を利用して熱
供給側から熱使用側へ水素を供給して水素の利用を図る
熱輸送システムが提案されている（特開昭６２ー９８１
９６号公報）。 【０００４】この種のシステムの構成を図３に示す。 【０００５】図において、熱供給側には、水素吸蔵合金
容器１ａ，１ｂを備えた熱供給ユニット１、熱使用側に
は、水素吸蔵合金容器２ａ，２ｂを備えた熱使用ユニッ
ト２が設けられている。熱供給ユニット１側の各水素吸
蔵合金容器１ａ，１ｂには、それぞれ熱交換器３ａ，３
ｂと共に、水素吸蔵合金４ａ，４ｂが収納される。 【０００６】一方、熱使用ユニット２側の各水素吸蔵合
金容器２ａ，２ｂには、熱交換器５ａ，５ｂと共に、水
素吸蔵合金６ａ，６ｂが収納される。 【０００７】さらに、熱供給ユニット１と熱使用ユニッ
ト２との間には、熱供給側から熱使用側へ水素を移動す
る供給過程専用の水素配管７と、熱使用側から熱供給側
に水素を移動する再生過程専用の水素配管８とを設けて
いる。 【０００８】そして、熱供給ユニット１では、三方弁９
ａを介して水素吸蔵合金容器１ａを供給過程専用の水素
配管７および再生過程専用の水素配管８に配管で接続す
る一方、三方弁９ｂを介して水素吸蔵合金容器１ｂを供
給過程専用の水素配管７および再生過程専用の水素配管
８に配管で接続している。 【０００９】さらに、熱使用ユニット２では、三方弁１
０ａを介して水素吸蔵合金容器２ａを供給過程専用の水
素配管７および再生過程専用の水素配管８に配管で接続
する一方、三方弁１０ｂを介して水素吸蔵合金容器２ｂ
を供給過程専用の水素配管７および再生過程専用の水素
配管８に配管で接続している。 【００１０】また、熱供給側では、熱交換器３ａ，３ｂ
に熱源１１および冷却水１２を切替弁１３により切り替
えて供給する一方、熱使用側では、熱交換器５ａ，５ｂ
に温熱負荷１４および廃熱１５を切替弁１６で切り替え
て供給するようになっている。 【００１１】今、水素吸蔵合金容器１ａ，２ａが供給過
程、水素吸蔵合金容器１ｂ，２ｂが再生過程にあるとす
る。この場合、水素吸蔵合金容器１ａから三方弁９ａと
開閉弁９ｃと供給過程専用の水素配管７と開閉弁１０ｃ
と三方弁１０ａとを経て水素吸蔵合金容器２ａに水素が
移動する。一方、水素吸蔵合金容器２ｂから三方弁１０
ｂと開閉弁１０ｄと再生過程専用の水素配管８と開閉弁
９ｄと三方弁９ｂとを経て水素吸蔵合金容器１ｂに水素
が戻る。 【００１２】次に、各容器内の熱交換器に供給する温熱
負荷が切り替わって、水素吸蔵合金容器１ａ，２ａが再
生過程、水素吸蔵合金容器１ｂ，２ｂが供給過程になっ
たとする。この場合、水素吸蔵合金容器１ｂから三方弁
９ｂ、開閉弁９ｃ、供給過程専用の水素配管７と開閉弁
１０ｃと三方弁１０ｂを経て水素吸蔵合金容器２ｂに水
素が移動する。一方、水素吸蔵合金容器２ａから三方弁
１０ａと開閉弁１０ｄと再生過程専用の水素配管８と三
方弁９ａとを経て水素吸蔵合金容器１ａに水素が戻る。 【００１３】このようにして熱供給側から熱使用側へ効
率的に熱輸送することができる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような熱輸送システムでは、熱供給側と熱使用側とが同
期を取って切替弁や開閉弁を切り替える必要があるため
制御装置が複雑な構成となり、特に、熱使用側を複数に
した場合、さらに、制御装置が複雑な構成になるという
問題があった。 【００１５】すなわち、図３に示す従来の構成では、熱
供給ユニット１の水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいずれ
か一方が水素を供給過程専用の水素配管７に放出してい
るとき、これに対応して必ず熱使用ユニット２の水素吸
蔵合金容器２ａ，２ｂのいずれか一方が水素を吸蔵する
ように同期して切替えると共に、熱使用ユニット２の水
素吸蔵合金容器２ａ，２ｂのいずれか他方が再生過程専
用の水素配管８に水素を放出して水素を熱供給ユニット
１の水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいずれか他方へ同期
して切替えなければならない。 【００１６】このため、まず、第１には、熱供給ユニッ
ト１の切替え弁等の切替え状態を検出して検出信号を信
号線等により熱使用ユニット２へ伝え、この検出信号を
熱使用ユニット２の切替え弁等を切替えるための切替信
号に変換し、切替え弁等を切替信号に基づいて駆動源を
駆動させ切替えるという手段を要し、特に、熱供給ユニ
ット１と熱使用ユニット２とが長距離となると、信号線
等の代わりに伝送装置が必要となり、信号のやり取りや
変換のため制御装置が複雑な構成となる。 【００１７】また、第２には、熱使用ユニット２で得ら
れる熱量は熱供給ユニット１側に依存するから要求に応
じて有効に熱利用を図るためには熱使用ユニット２側に
新たな制御する手段を要するという問題があり、かかる
場合、熱使用ユニット２が複数となると、熱供給ユニッ
ト１からの水素の供給と熱使用ユニット２の使用との調
整が容易でなく、さらに、制御装置が複雑となるという
問題があった。 【００１８】そこで、本発明は簡単な制御で水素使用側
を複数にできる水素吸蔵合金を利用した熱輸送システム
を提供することを目的とする。 【００１９】 【課題を解決するための手段】本発明は、水素供給側に
設けられる水素供給ユニットと、水素使用側に設けられ
る複数の水素使用ユニットと、前記水素供給ユニットに
接続する大容量の第１の水素配管と大容量の第２の水素
配管とから構成され、前記水素供給ユニットは、熱源か
ら得られる熱媒と冷却水とが切り替え可能に供給される
熱交換器を水素吸蔵合金と共に内部に収納してなる一対
の水素吸蔵合金容器と、この一対の水素吸蔵合金容器の
内で水素を供給する側の容器に前記第１の水素配管を接
続すると共に、水素を戻す側の容器に前記第２の水素配
管を接続するように切替える第１の切替弁と、この第１
の切替弁の切り替えに応じて前記水素を供給する側の容
器の熱交換器へ熱源から熱媒を流すと共に、前記水素を
戻す側の容器に冷却水を流すように切り替える第２の切
替弁と、前記第１の水素配管および第２の水素配管の圧
力変動に応じて開動作をして前記第１の水素配管と第２
の水素配管とが前記一対の水素吸蔵合金容器のそれぞれ
と連通させる第１の開閉弁とを備える一方、前記水素使
用ユニットは、温熱負荷へ供給する熱媒と低質熱源から
得られる熱媒、あるいは、冷熱負荷へ供給する熱媒と冷
却水とが切替え可能に供給される熱交換器を水素吸蔵合
金と共に内部に収納してなる一対の水素吸蔵合金容器
と、負荷に応じて開動作して前記第１の水素配管および
第２の水素配管と対応する前記一対の水素吸蔵合金容器
とが連通する第２の開閉弁と、この第２の開閉弁が開動
作しているとき、前記一対の水素吸蔵合金容器のいずれ
か一方へ前記第１の水素配管から水素が供給されると共
に、前記一対の水素吸蔵合金容器のいずれか他方から前
記第２の水素配管へ水素を戻すように前記第１の水素配
管と第２の水素配管と前記一対の水素吸蔵合金容器の一
方と他方とを交互に切替える第３の切替弁と、この第３
の切替弁の切替えに応じて前記一対の水素吸蔵合金容器
のそれぞれの熱交換器から温熱負荷あるいは冷熱負荷を
取り出すように切替える第４の切替弁とを備えるように
したものである。 【００２０】 【作用】上記構成により、水素供給側の水素配管は水素
保持容器の大きいものとしたから、水素供給側では、水
素配管の圧力変動に応じて水素を供給すれば足りる。一
方、水素使用側では、水素供給側の水素配管の圧力が安
定しているから水素供給側と関係なく、すなわち、従来
のように同期を取ること無く、必要に応じて温熱や冷熱
を取り出して熱の使用ができる。これにより、複数の水
素使用ユニットを用いても制御装置が複雑となることが
なく、簡単な構成で熱輸送システムを実現することがで
きる。 【００２１】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 【００２２】図１は、本発明の一実施例を示す熱輸送シ
ステムの概略構成図である。図中、図３と同一符号は、
同一部分または相当部分を示している。図１は水素使用
側に複数の水素使用ユニット２Ａ，２Ｂを設けて、供給
過程専用の水素配管７を複数の分岐水素配管７ａに分岐
する一方、再生過程専用の水素配管８を複数の分岐水素
配管８ｂに分岐し、水素使用ユニット２Ａ，２Ｂに接続
している。さらに、供給過程専用の水素配管７と再生過
程専用の水素配管８には、それぞれ予め水素を充填して
圧力を一定に保った水素保持容量の大きな水素タンク１
７，１８が設けられ、複数の各水素使用ユニット２Ａ，
２Ｂは、水素供給ユニット１Ａおよび水素使用ユニット
２Ａ，２Ｂとが互いに非同期で水素の供給と使用がさ
れ、水素供給ユニット１Ａは、後述するように供給過程
専用の水素配管７と再生過程専用の水素配管８の圧力変
動に応じて駆動するようにしている。 【００２３】以上の構成で、まず、供給過程専用の水素
配管７と再生過程専用の水素配管８について説明する
と、図２に示すように、供給過程専用の水素配管７は、
水素供給側から水素使用側に水素を移動する専用の配管
で形成され、この供給過程専用の水素配管７に図１に示
す水素タンク１７が配設され、予め水素が配管内に充填
され圧力の変動が極めて小さくなるように、例えば、１
０ａｔｍが維持されるようになっている。また、再生過
程専用の水素配管８は、水素使用側から水素供給側に水
素を戻す専用の大容量の配管で形成され、また、再生過
程専用の水素配管８に図１に示す水素タンク１８が配設
され、予め水素が配管内に充填され圧力の変動が極めて
小さくなるように、例えば、１ａｔｍが維持されるよう
になっている。 【００２４】水素供給側では、今、熱源１１が切替弁１
３によって熱交換器３ａに接続されると共に、冷却水１
２が切替弁１３によって熱交換器３ｂに接続されている
とする。これによって、水素吸蔵合金容器１ａの水素吸
蔵合金４ａは、加熱され、供給過程専用の水素配管７の
圧力より高く、例えば、１１ａｔｍに維持され、また、
水素吸蔵合金容器１ｂの水素吸蔵合金４ｂは、冷却され
て再生過程専用の水素配管８の圧力より低く、例えば、
０．９ａｔｍに維持されている。 【００２５】そして、水素吸蔵合金容器１ａの入口側と
水素吸蔵合金容器１ｂの入口側には、圧力センサ１９，
２０がそれぞれ設けられ、圧力センサ１９，２０の値が
所定値になると、三方弁９ａ，９ｂにより水素吸蔵合金
容器１ａを再生過程専用の水素配管８側に接続すると共
に、水素吸蔵合金容器１ｂを供給過程専用の水素配管７
に接続するように切替えられる。これに対応して、切替
弁１３によって熱源１１が熱交換器３ｂに接続されると
共に、冷却水１２が熱交換器３ａに接続されるように切
替えられる。 【００２６】例えば、後述するように供給過程専用の水
素配管７の圧力が低下すると、開閉弁９ｃが開いて水素
吸蔵合金容器１ａから水素が供給されるが、圧力センサ
１９の圧力が急低下したとき、直ちに、水素吸蔵合金容
器１ａを水素再生側とし、水素吸蔵合金容器１ｂを水素
供給側として切替える。これによって、供給過程専用の
水素配管７に水素を供給する側の水素吸蔵合金容器１
ａ，１ｂのいずれかを、例えば、１１ａｔｍに維持し、
水素を回収する側の水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいず
れかが、例えば、０．９ａｔｍに維持される。 【００２７】ここで、上記した状態で、供給過程専用の
水素配管７に設けられた圧力計２１が水素使用側の水素
の使用によって、例えば、１０ａｔｍから９．８ａｔｍ
に低下とし、再生過程専用の水素配管８に設けられた圧
力計２１の水素使用側の水素供給によって、例えば、１
ａｔｍから１．１ａｔｍに上昇したとする。このような
とき、開閉弁９ｃと開閉弁９ｄとが開いて、水素吸蔵合
金容器１ａ，１ｂのいずれか一方から水素が供給過程専
用の水素配管７に供給されると共に、再生過程専用の水
素配管８から水素が水素吸蔵合金容器１ａ，１ｂのいず
れか他方へ戻される。この結果、供給過程専用の水素配
管７は、１０ａｔｍに回復し、再生過程専用の水素配管
８は１ａｔｍに戻る。 【００２８】次に、水素使用側について説明すると、水
素使用ユニット２Ａでは、温熱負荷１４の温度に応じて
開閉弁１０ｃ，１０ｄが開いて水素供給側から分岐水素
配管７ａを介して水素の供給がされ、水素供給側へ分岐
水素配管８ａを介して水素を戻して温熱負荷１４へ熱の
供給がされている。 【００２９】まず、温熱負荷１４に対して熱需要が発生
すると、開閉弁１０ｃ，１０ｄが開かれ、三方弁１０ａ
を介して水素吸蔵合金容器２ａに水素が供給され、水素
吸蔵合金６ａの水素の吸蔵による発熱反応により瞬時に
熱負荷が所望の温度に達し（約１分）、その後、温熱が
熱交換器５ａから取り出され、切替弁１６を介して温熱
負荷１４に供給される。例えば、希土類ーＮｉ系の水素
吸蔵合金６ａを用いると、１０ａｔｍでの平衡温度１０
０℃となり、暖房、給湯に利用できる。 【００３０】このとき、低質の廃熱１５が切替弁１６を
介して水素吸蔵合金容器２ｂの熱交換器５ｂに供給され
るから、水素吸蔵合金容器２ｂの水素吸蔵合金６ｂに吸
蔵された水素が放出状態となって、水素吸蔵合金容器２
ｂから三方弁１０ｂを介し、さらに、分岐水素配管８ａ
を経由して再生過程専用の水素配管８へ放出される。例
えば、４０〜５０℃の工場廃熱が供給されると、１．１
ａｔｍ程度の水素が発生し分岐水素配管８ａに放出され
る。これによって、供給過程専用の水素配管７から水素
吸蔵合金容器２ａの水素吸蔵合金６ａへ供給された水素
の量に見合った水素が再生過程専用の水素配管８へ戻さ
れる。 【００３１】また、水素使用ユニット２Ｂでは、冷熱負
荷２２の需要に応じて開閉弁１０ｃ，１０ｄが開いて、
水素供給側から分岐水素配管７ａを介して水素の供給が
され、水素供給側へ分岐水素配管８ａを介して水素を戻
して熱の供給がされている。 【００３２】具体的には、冷熱負荷２２の需要が発生す
ると、開閉弁１０ｃ，１０ｄが開かれ、三方弁１０ａを
介して分岐水素配管７ａから水素が水素吸蔵合金容器２
ａに供給される。水素吸蔵合金容器２ａ，２ｂでは、水
素吸蔵合金６ａが水素を吸蔵して発熱するから熱交換器
５ａが切替弁１６によって冷却水に接続され冷却がされ
る。このとき、水素吸蔵合金容器２ｂでは、水素吸蔵合
金６ｂが水素放出状態となっており、水素が三方弁１０
ｂと開閉弁１０ｄを介して分岐水素配管８ａに戻され
る。これによって、水素吸蔵合金６ａは吸熱反応を起こ
し、瞬時に冷熱負荷が所望の温度に達し（約１分）、そ
の後、熱交換器５ｂから冷熱が切替弁１６によって冷熱
負荷２２に供給される。例えば、希土類ーＮｉ系の水素
吸蔵合金容器２ａ，２ｂでは、１０ａｔｍで供給された
水素を２０〜３０℃の冷却水で冷却しつつ吸蔵させ、そ
の後、１ａｔｍよりやや高い水素を放出させると吸熱反
応によって０〜１０℃の冷熱が回収できる。 【００３３】このように、水素配管を水素保持容量の大
きい配管として水素供給側では、水素配管の圧力変動に
応じて圧力不足分を補うように水素を供給する。一方、
水素使用側では、水素供給側と無関係に、つまり、切替
えの同期を合わせることなく必要に応じて温熱や冷熱の
負荷を取り出して使用することができる。従って、水素
供給側と水素使用側の切替えが簡単で制御装置が複雑と
なることがない。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
保持容量の水素配管の圧力変動に応じて水素供給側から
水素を供給すればよいから水素使用側と水素供給側と同
期して制御する必要がない。したがって、複数の水素使
用ユニットで熱の利用をしても簡単な制御装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す水素吸蔵合金を利用し
た熱輸送システムの構成図。 【図２】図１の水素吸蔵合金を利用した熱輸送システム
の要部を示す構成図。 【図３】従来例を示す水素吸蔵合金を利用した熱輸送シ
ステムの構成図。 【符号の説明】 １Ａ 水素供給ユニット １ａ，１ｂ 水素吸蔵合金容器 ２Ａ，２Ｂ 水素使用ユニット ２ａ，２ｂ 水素吸蔵合金容器 ３ａ，３ｂ 熱交換器 ４ａ，４ｂ 水素吸蔵合金 ５ａ，５ｂ 熱交換器 ６ａ，６ｂ 水素吸蔵合金 ７ 供給過程専用の水素配管 ７ａ，７ｂ 分岐水素配管 ８ 再生過程専用の水素配管 ８ａ，８ｂ 分岐水素配管 ９ａ，９ｂ 三方弁 ９ｃ，９ｄ 開閉弁 １０ａ，１０ｂ 三方弁 １０ｃ，１０ｄ 開閉弁 １１ 熱源 １２ 冷却水 １３ 切替弁 １４ 温熱負荷 １５ 廃熱 １６ 切替弁 １７，１８ 水素タンク １９，２０ 圧力センサ ２１ 圧力計 ２２ 冷熱負荷
た熱輸送システムの構成図。 【図２】図１の水素吸蔵合金を利用した熱輸送システム
の要部を示す構成図。 【図３】従来例を示す水素吸蔵合金を利用した熱輸送シ
ステムの構成図。 【符号の説明】 １Ａ 水素供給ユニット １ａ，１ｂ 水素吸蔵合金容器 ２Ａ，２Ｂ 水素使用ユニット ２ａ，２ｂ 水素吸蔵合金容器 ３ａ，３ｂ 熱交換器 ４ａ，４ｂ 水素吸蔵合金 ５ａ，５ｂ 熱交換器 ６ａ，６ｂ 水素吸蔵合金 ７ 供給過程専用の水素配管 ７ａ，７ｂ 分岐水素配管 ８ 再生過程専用の水素配管 ８ａ，８ｂ 分岐水素配管 ９ａ，９ｂ 三方弁 ９ｃ，９ｄ 開閉弁 １０ａ，１０ｂ 三方弁 １０ｃ，１０ｄ 開閉弁 １１ 熱源 １２ 冷却水 １３ 切替弁 １４ 温熱負荷 １５ 廃熱 １６ 切替弁 １７，１８ 水素タンク １９，２０ 圧力センサ ２１ 圧力計 ２２ 冷熱負荷
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F28D 21/00
F25B 17/12
F28D 20/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 水素供給側に設けられる水素供給ユニッ
トと、水素使用側に設けられる複数の水素使用ユニット
と、前記水素供給ユニットに接続する大容量の第１の水
素配管と大容量の第２の水素配管とから構成され、 前記水素供給ユニットは、熱源から得られる熱媒と冷却
水とが切り替え可能に供給される熱交換器を水素吸蔵合
金と共に内部に収納してなる一対の水素吸蔵合金容器
と、この一対の水素吸蔵合金容器の内で水素を供給する
側の容器に前記第１の水素配管を接続すると共に、水素
を戻す側の容器に前記第２の水素配管を接続するように
切替える第１の切替弁と、この第１の切替弁の切り替え
に応じて前記水素を供給する側の容器の熱交換器へ熱源
から熱媒を流すと共に、前記水素を戻す側の容器に冷却
水を流すように切り替える第２の切替弁と、前記第１の
水素配管および第２の水素配管の圧力変動に応じて開動
作をして前記第１の水素配管と第２の水素配管とが前記
一対の水素吸蔵合金容器のそれぞれと連通させる第１の
開閉弁とを備える一方、 前記水素使用ユニットは、温熱負荷へ供給する熱媒と低
質熱源から得られる熱媒、あるいは、冷熱負荷へ供給す
る熱媒と冷却水とが切替え可能に供給される熱交換器を
水素吸蔵合金と共に内部に収納してなる一対の水素吸蔵
合金容器と、負荷に応じて開動作して前記第１の水素配
管および第２の水素配管と対応する前記一対の水素吸蔵
合金容器とが連通する第２の開閉弁と、この第２の開閉
弁が開動作しているとき、前記一対の水素吸蔵合金容器
のいずれか一方へ前記第１の水素配管から水素が供給さ
れると共に、前記一対の水素吸蔵合金容器のいずれか他
方から前記第２の水素配管へ水素を戻すように前記第１
の水素配管と第２の水素配管と前記一対の水素吸蔵合金
容器の一方と他方とを交互に切替える第３の切替弁と、
この第３の切替弁の切替えに応じて前記一対の水素吸蔵
合金容器のそれぞれの熱交換器から温熱負荷あるいは冷
熱負荷を取り出すように切替える第４の切替弁とを備え
たことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱輸送シス
テム。
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| JPH02242056A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素吸蔵合金を用いた冷熱発生装置 |
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1993
- 1993-12-21 US US08/170,755 patent/US5409676A/en not_active Expired - Fee Related
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