JP4149251B2 - 水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置に関し、環境保全及び省エネの効果を得ることができる水素貯蔵合金利用のケミカル又は吸着ヒートポンプと圧縮式又は吸収式ヒートポンプとを組み合わせた冷凍・冷蔵方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水素貯蔵合金（ＭＨ）を利用した冷凍・冷蔵装置は、水素を吸蔵する機能のある金属（ＭＨ）が多量の水素ガスを吸着及び放出する際に化学反応熱つまり解離熱及び吸着熱を生ずる特性を利用し、排熱を含む熱を有用な冷熱に変換するケミカル又は吸着ヒートポンプである。
【０００３】
このようなＭＨ冷凍サイクルを利用した従来のＭＨ冷凍装置（例えば、水素吸蔵合金 第６３２頁 １９９８年４月６日 株式会社エス・ティー・エス 発行）の基本構造を図９に示す。これは、特性が異なる２種類の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈ，Ｍ2 Ｈ、つまり平衡圧−組成−温度（Ｐ−Ｃ−Ｔ）特性の異なる２種類の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈ，Ｍ2 Ｈ又はＰ−Ｃ−Ｔ特性が温度によつて異なる同一種類の水素貯蔵合金をそれぞれ水素吸着合金収納高温タンク２ａ，３ａ（以下「高温ＭＨタンク」に省略。）及び水素吸着合金収納低温タンク２ｂ，３ｂ（以下「低温ＭＨタンク」に省略。）に収容させ、１対の高温ＭＨタンク２ａ，３ａ及び低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂを、ＭＨ冷凍サイクルの再生工程と冷凍工程とに合わせて交互作動が可能としたものである。
【０００４】
ＭＨ冷凍サイクルの再生工程では、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈに水素を吸着させ、その際に生じた吸着反応熱をブライン６’を介して冷熱源である冷却水４ｂにより除去させる。また、冷凍工程では、高温ＭＨタンク２ａ又は３ａ内の水素吸着合金Ｍ1 Ｈによる水素吸着反応熱を冷熱源である冷却水４ａにより除去させながら、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈから水素を放出させ、水素放出の際に生じた水素解離反応熱である冷熱をブライン６’を介して低温環境部５に供給して、低温環境部５内で冷蔵と冷凍が可能となる。
【０００５】
このようなＭＨ冷凍サイクルの再生工程及び冷凍工程は、１対の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂともう１対の高温ＭＨタンク３ａ／低温ＭＨタンク３ｂを位相をずらせて同期して交互作動させることにより行われる。
【０００６】
高温ＭＨタンク２ａ又は３ａ及び低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂにおける再生工程は、高温熱源１を使用して図９の上半部に示すように行われる。先ず、一方の高温ＭＨタンク２ａ内の高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈを多量の水素を吸着ないし吸蔵させている状態で、一旦、高温熱源１によつて加熱されて温度ＴH まで昇温させ、引き続き、高温熱源１から水素解離反応に必要な熱を継続的に供給して水素を放出させる。このようにして放出される水素は、少なくとも数気圧の比較的高圧にある。
【０００７】
前記冷凍工程と再生工程を１組の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂの場合において説明する。低温ＭＨタンク２ｂ内に収容されている水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈは、温度ＴH よりも低く、基本的には室温よりも若干高い温度ＴM 、かつ、高温ＭＨタンク２ａ内の水素圧よりもかなり低い圧力、例えば１気圧近辺において、水素吸蔵能力が与えられる温度ＴM 及び水素圧下で水素吸蔵飽和濃度よりかなり低い飢餓状態にある。この低温ＭＨタンク２ｂ内は、ブライン流路６を介して冷熱源である冷却水４ｂによつて冷却される。
【０００８】
従つて、温度ＴM における低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈは、高温ＭＨタンク２ａから放出されて圧力差によつて流れ込む水素を容易に吸蔵する。その際、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素吸着反応熱は、ブライン６’を介して冷却水４ｂにより速やかに除去され、低温ＭＨタンク２ｂ内は温度ＴM に維持される。
【０００９】
このようにして、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに十分な量の水素を吸蔵させてから、１組の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂの再生工程を終え、図９の下半部に示す様に再生工程から冷凍工程に切り換える。
【００１０】
つまり、一旦、高温ＭＨタンク２ａと低温ＭＨタンク２ｂとの間の水素流路を閉じると共に高温熱源１を冷却水４ａに切換え、冷却水４ａにより高温ＭＨタンク２ａ内を温度ＴMOまで下げ、その中の水素貯蔵合金Ｍ1 ＨをＰ−Ｃ−Ｔ特性により水素吸着能力を有する飢餓状態にさせる。これにより、高温ＭＨタンク２ａ内の水素圧が低温ＭＨタンク２ｂ内の水素圧よりも低くなる。なお、この高温ＭＨタンク２ａ内の温度ＴMOは、冷却水４ｂにより冷却された低温ＭＨタンク２ｂ内の温度ＴM と同一にすることもできる。
【００１１】
この状態において、低温ＭＨタンク２ｂは、一旦、冷却水４ｂを止め、高温ＭＨタンク２ａとの間の水素流路を開ける。これにより、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈが吸蔵の水素を放出し始め、放出される水素は圧力差により高温ＭＨタンク２ａ内の飢餓状態の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈに吸蔵される。その際、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈは、水素解離反応熱により自らの熱を奪つて吸熱し、その中の温度は温度ＴM よりも低い温度ＴL まで下がつてから、引き続き、ブライン６’を介して低温環境部５から吸熱し、低温環境部５に冷蔵を含む冷凍出力が可能になる。
【００１２】
同時に、高温ＭＨタンク２ａ内の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈは低温ＭＨタンク２ｂから流れ込む水素を吸着し、吸着反応熱が発生する。高温ＭＨタンク２ａ内の温度は、吸着反応熱が冷却水４ａにより除去されることにより、温度ＴMOに維持される。
【００１３】
このようにして、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの水素解離工程を終えたら、冷却水４ａを高温熱源１に再度切換え、高温ＭＨタンク２ａは高温熱源１から加熱を受けることにより、再び水素放出が可能な状態になる。かくして、冷凍工程を終え、その時点で１つのＭＨ冷凍サイクルを完了し、次のＭＨ冷凍サイクルの繰り返しが可能になる。
【００１４】
つまり、図９の下半部に示すように１対の高温ＭＨタンク３ａ／低温ＭＨタンク３ｂの冷凍工程−再生工程を、もう一対の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂの再生工程−冷凍工程の順序にあわせて同期で交互に行わせる。
【００１５】
このように、一対の高温ＭＨタンク２ａ（，３ａ）／低温ＭＨタンク２ｂ（，３ｂ）を同期させながら交互に作動させることにより、低温環境部５への連続的な冷凍出力が可能になり、低温環境部５内において冷蔵を含む冷凍を行うことができる。なお、高温ＭＨタンク２ａ，３ａに対する高温熱源１又は冷却水４ａの切り替えは、通常、ブラインの循環装置５９を介して行われ、また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂに対する低温環境部５又は冷却水４ｂの切り替えは、通常、ブライン流路６の切り替えによつて行われる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＨ冷凍サイクルに用いられる冷媒ないし作動流体は水素である。水素はクリーンな燃料である一方、環境に優しい自然冷媒でもあるため、脱フロンの役割が大いに期待される。しかし、現段階では、冷凍の目的に開発された水素貯蔵合金は期待されるＰ−Ｃ−Ｔ特性を満たすものが少なく、エネルギー転換への応用には次のような課題が残されている。
【００１７】
先ず、図９に示す従来のＭＨ冷凍装置だけを用いて低温環境部５に効率的でより低温の冷熱を提供することが困難である。
一方、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈによる冷凍工程においては、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内が、その中に収容されている水素貯蔵合金Ｍ2 ＨのＰ−Ｃ−Ｔ特性により真空の水素圧雰囲気に曝されることが多く、これに起因して、大気からの空気が低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に侵入する恐れがある。しかも、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内が低温になるほど水素圧が低下し、上述した真空の水素圧になる問題が顕著になる。
【００１８】
また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内が低温になるほど、冷凍工程における温度降下及び温度回復に要する時間が長くなり、真の冷凍出力が可能な時間が相対的に短くなる。同時に、水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素放出速度が遅くなり、限られた対数の高温ＭＨタンク／低温ＭＨタンクでは高温熱源１から供給される排熱を含む熱の利用効率の面で問題がある。
【００１９】
また、低温になるほど、同一種類の水素貯蔵合金に関して利用されるＰ−Ｃ−Ｔ特性のプラトーの幅が大きくなる。これにより、その水素の吸・脱着と温度変化に伴う体積膨張・収縮が激しくなり、これが水素貯蔵合金の微粉化を促進する原因になり得る。
【００２０】
また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素解離反応熱は、熱損失を考慮しなければ、冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとその中の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとが比較的高い温度ＴM から低い温度ＴL までの温度変化に必要な全顕熱量と、温度ＴL 下で低温環境部５に供給可能な冷熱量つまり冷凍出力との和である。そして、顕熱量は、温度ＴM と温度ＴL との差ＴM −ＴL に比例するため、冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL が低いほど、顕熱量が大きくなり、低温環境部５への冷凍出力が相対的に少なくなる。要するに、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂに低温を与えるほど、有効冷凍出力が低下してしまう。
【００２１】
従つて、水の氷点温度より大きく離れた低温の温度ＴL 下での冷凍出力が必要な場合、従来のＭＨ冷凍装置のみでは、高温熱源１から供給される排熱を含む熱の有効利用率又は冷凍出力の向上に限界があることになる。
【００２２】
更に、再生工程において、冷却水４ｂのみの使用により水素吸着合金Ｍ2 Ｈに生じた吸着反応熱を除去させるので、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈに短時間で期待される水素吸蔵濃度まで水素を急増させることが困難であり、再生工程に時間を要して非能率的である。
【００２３】
本発明は、上述の技術的課題の解決、低温環境部５に省エネで効率的に冷熱を提供し、ＭＨ冷凍装置に対し、環境に優しい冷媒（二酸化炭素、アンモニア、炭化水素等の自然冷媒）を低温冷媒に用いる冷凍装置又は冷凍機を組み合わせる水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置を提供することをその目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は次の通りである。
本発明の請求項１は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内に、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を内装し、
その中のブラインを循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３２）により冷却されてから、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を冷却し、引き続き、冷凍機（３１）により、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱を前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介してブライン／低温環境部熱交換器（２２）により、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法である。
本発明の請求項２は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内に、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を内装し、
その中のブラインを循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３２）により冷却されてから、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を冷却し、引き続き、冷凍機（３１）により、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱を前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介してブライン／低温環境部熱交換器（２２）により、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置である。
本発明の請求項３は、前記水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）が、低温環境部（５）との間で熱交換を行うブライン／低温環境部熱交換器（２２）を備え、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）内のブラインをブライン／低温環境部熱交換器（２２）に循環させて、冷却状態の該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））から低温環境部（５）に冷熱を与えることを特徴とする請求項２の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置である。
本発明の請求項４は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ、１３ｂ）を内装し、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属するブライン／冷却水熱交換器（３３）により、前記ブラインを冷却水（４ｂ）により冷却可能であり、
また、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ、２６ｂ）の切り替えにより、前記ブラインにより前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を冷却、又は低温環境部（５）への冷凍出力可能であり、
また、前記冷却水（４ｂ）は、前記ブラインの冷却と機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）のコンデンサー（７）の冷却の二重役割を果たし、第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記ブライン／冷却水熱交換器（３３）又は前記コンデンサー（７）の冷却水側の流路（３５）へ交替で流すことが可能であり、
また、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）の冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）をそれぞれ前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、その中の前記低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）をブラインを介しないで冷却できるように設置し、
その中のブラインをブライン用ポンプ（１８ａ，１８ｂ）により循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３３）により冷却されてから、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ又は１３ｂ）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を第１ステップで冷却し、その後、前記第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記冷却水（４ｂ）を前記コンデンサー（７）の冷却水側流路（３５）に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）を作動させて、冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）により、前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を、第２のステップで前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）と冷却水（４ｂ）の流れを止め、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ及び２６ｂ）を切り換え、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱をブライン／低温環境部熱交換器（５７）を介して、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法である。
本発明の請求項５は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ、１３ｂ）を内装し、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属するブライン／冷却水熱交換器（３３）により、前記ブラインを冷却水（４ｂ）により冷却可能であり、
また、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ、２６ｂ）の切り替えにより、前記ブラインにより前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を冷却、又は低温環境部（５）への冷凍出力可能であり、
また、前記冷却水（４ｂ）は、前記ブラインの冷却と機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）のコンデンサー（７）の冷却の二重役割を果たし、第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記ブライン／冷却水熱交換器（３３）又は前記コンデンサー（７）の冷却水側の流路（３５）へ交替で流すことが可能であり、
また、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）の冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）をそれぞれ前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、その中の前記低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）をブラインを介しないで冷却できるように設置し、
その中のブラインをブライン用ポンプ（１８ａ，１８ｂ）により循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３３）により冷却されてから、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ又は１３ｂ）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を第１ステップで冷却し、その後、前記第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記冷却水（４ｂ）を前記コンデンサー（７）の冷却水側流路（３５）に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）を作動させて、冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）により、前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を、第２のステップで前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）と冷却水（４ｂ）の流れを止め、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ及び２６ｂ）を切り換え、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱をブライン／低温環境部熱交換器（５７）を介して、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１参考例を示す。図１中において符号ＩはＭＨ冷凍装置を示し、ＩＩは機械圧縮型冷凍装置を示す。
【００２６】
ＭＨ冷凍装置Ｉは、実質的に従来例と同様の構造を有し、同一機能部分には同一符号を付してある。すなわち、ＭＨ冷凍装置Ｉは、１つの組をなす水素駆動用合金収納高温タンク２ａ，３ａ（高温ＭＨタンク）及び冷熱取出用合金収納低温タンク２ｂ，３ｂ（低温ＭＨタンク）を図１の上半部及び下半部に示すように複数（図上では一対）備える。
【００２７】
各高温ＭＨタンク２ａ，３ａは、高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈを収容し、高温熱源１又は冷熱源である冷却水４ａにブライン循環装置５９を介して選択的に接続可能である。高温熱源１（例えば１２０℃以上）には、工場排熱、焼却排熱（ガス）、バイオガス燃焼排熱ガス、蒸気等の熱を使用できる。冷却水４ａには、地下水、工業用水、上水道、クーリングタワーの冷却水等を使用できる。
【００２８】
ブライン循環装置５９は、冷却水／ブライン熱交換器５１及びブライン／Ｍ1 Ｈ熱交換器５２を有するブライン流路６ｃと、高温熱源／ブライン熱交換器５３及びブライン／Ｍ1 Ｈ熱交換器５４を有するブライン流路６ｄとを切り換え可能に備え、熱交換器５１を冷却水４ａ（冷熱源）と熱交換可能に配置し、熱交換器５２を一方の高温ＭＨタンク２ａと熱交換可能に配置し、熱交換器５３を高温熱源１と熱交換可能に配置し、熱交換器５４を他方の高温ＭＨタンク３ａと熱交換可能に配置すると共に、高温段ブラインポンプ４９ａ，４９ｂを図示のように備える。５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄはそれぞれ３方バルブであり、３方バルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを適宜に切り替えると共に、ブラインポンプ４９ａ，４９ｂを適宜に駆動することにより、一方の高温ＭＨタンク２ａを高温熱源１又は冷却水４ａに選択的に接続させて熱交換を行わせ、また、他方の高温ＭＨタンク３ａを高温熱源１又は冷却水４ａに選択的に接続させて熱交換を行わせることができる。
【００２９】
各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂは、上記水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈとは水素吸着特性の異なる或いは特性が温度によつて異なる低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを収容し、対応する高温ＭＨタンク２ａ，３ａに水素流路用バルブ７０，７１を備える水素流路２０，２１によつて接続されると共に、ブライン流路６ａ，６ｂを介して冷熱源である冷却水４ｂに接続する。冷却水４ｂには、地下水、工業用水、上水道等が使用できる。
【００３０】
これにより、各組の高温ＭＨタンク２ａ，３ａと低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとの間で、水素流路２０，２１を通じて水素の授受を行わせ、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから冷熱を取出可能にするように各組の高温ＭＨタンク２ａ，３ａ／低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから交互作動が可能なＭＨ冷凍装置Ｉを構成する。
【００３１】
機械圧縮型冷凍装置ＩＩは、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈと熱交換可能に配置されたコンデンサー７ａ，７ｂ、冷媒圧縮機１１、冷媒を溜めるレシーバー１０、膨張弁９及び低温環境部５と熱交換可能に配置した冷媒蒸発器１２を、図示のように３方切換弁として機能する第１，第２の電磁弁８ａ，８ｂを備える冷媒配管１６ａ，１６ｂ、１７によつて接続して構成される。コンデンサー７ａ，７ｂは、それぞれ低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの内部に設置する。或いは、後記するブライン循環装置ＩＩＩを介して、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと熱交換できるように設置する。コンデンサー７ａ，７ｂの作動は、１対の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂにおける再生工程と冷凍工程との交互作動に対応して切り換え可能である。
【００３２】
すなわち、冷媒蒸発器１２の一端部が、冷媒レシーバー１０、冷媒圧縮機１１及び冷媒配管１７を介して第１の電磁弁８ａに接続され、冷媒蒸発器１２の他端部が膨張弁９を介して第２の電磁弁８ｂに接続されている。また、第１の電磁弁８ａと第２の電磁弁８ｂとの間は、それぞれコンデンサー７ａ，７ｂを介在する冷媒配管１６ａ，１６ｂによつて接続されている。従つて、第１の電磁弁８ａ及び第２の電磁弁８ｂを切り換えて、各低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂに対応するコンデンサー７ａ又は７ｂが、冷媒配管１６ａ又は１６ｂにより冷媒蒸発器１２に接続される。ＭＨ冷凍装置Ｉの１つの組をなす高温ＭＨタンク２ａ又は３ａ／低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂにおいて冷凍工程を行うとき、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂに対応するコンデンサー７ａ又は７ｂを冷媒蒸発器１２に連通させる。
【００３３】
ここで、図１に実線で示す冷媒配管１６ａと破線で示す冷媒配管１６ｂは、それぞれコンデンサー７ａ，７ｂの作動状態と作動停止状態も表し、また、実線で示す冷媒配管１７は、冷媒配管１６ａ，１６ｂ以外の第１の電磁弁８ａと第２の電磁弁８ｂの間の配管であり、コンデンサー７ａ，７ｂの交互作動を行う機械圧縮型冷凍装置ＩＩの運転が連続可能であることをも示している。つまり、機械圧縮型冷凍装置ＩＩの冷媒は、実線で示す冷媒配管１６ａ及び冷媒配管１７内で循環する。
【００３４】
このようにして、ＭＨ冷凍装置Ｉ及び機械圧縮型冷凍装置ＩＩにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとコンデンサー７ａ，７ｂとはそれらの間の熱交換ができるようにＭＨ／冷媒カスケード２段冷凍サイクルが構成されている。
【００３５】
このように、機械圧縮型冷凍装置ＩＩにおいて、低温環境部５内に配置した冷媒蒸発器１２を吸熱部とし、かつ、コンデンサー７ａ，７ｂとの間で熱交換を行う低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂを放熱部とし、ＭＨ／冷媒カスケード冷凍装置の２段冷凍サイクルを作動させることにより、低温環境部５内の温度ＴLLを冷凍工程時の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの温度ＴL よりも低くすることができる。
【００３６】
ＭＨ／冷媒カスケード冷凍装置の冷凍能力は、熱損失及び低温環境部５への冷熱出力以外の熱回収を考慮しなければ、次のように算出される。先ず、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂからコンデンサー７ａ，７ｂに伝えられる冷熱量ＱL は、次式で表される。
【００３７】
ＱL ＝ｎΔＨTL−ＣPm（ＴM −ＴL ） ・・・・・（１）
ここで、ΔＨTLは温度ＴL 下での低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの脱水素反応熱、ｎは脱水素量、ＣPmは水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを収容している低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの全熱容量、ＴM は再生工程時の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの温度である。但し、ＣPmは、厳密にいえば、コンデンサー７ａ，７ｂ等の付属部品の熱容量も考慮する必要がある。
【００３８】
また、機械圧縮型冷凍装置ＩＩの冷媒冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、蒸発器１２から低温環境部５への冷凍出力ＱLLと圧縮機１１から加えられる圧縮仕事Ｗとにより、次式のように表される。
ＣＯＰ＝ＱLL／Ｗ ・・・・・（２）
【００３９】
そして、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと対応するコンデンサー７ａ，７ｂとの間の熱交換におけるエネルギー収支により、この間の冷熱量ＱL は、次式のように冷凍出力ＱLLと圧縮仕事Ｗとの和でなければならない。つまり、
ＱL ＝ＱLL＋Ｗ ・・・・・（３）
【００４０】
式（１）と式（３）より、次式が得られる。
ＱLL＋Ｗ＝ｎΔＨTL−ＣPm（ＴM −ＴL ）・・・・・（４）
式（４）は、第１参考例に係るＭＨ／冷媒カスケード冷凍装置の冷凍サイクルが成立する条件である。そして、第１参考例における冷熱発生装置の冷凍出力ＱLLは、式（５）により推算される。
ＱLL＝ｎΔＨTL−ＣPm（ＴM −ＴL ）−Ｗ・・・・・（５）
【００４１】
式（５）から分かるように、如何に顕熱量ＣPm（ＴM −ＴL ）を減らすかは、冷凍出力ＱLLの向上に重要である。但し、機械圧縮型冷凍装置ＩＩに加えた圧縮仕事Ｗは、その冷媒冷凍サイクルの高温熱源温度となる温度ＴL が高くなるにつれて増加する傾向にある。
【００４２】
また、冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素圧が高い真空度にならないように、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから高温ＭＨタンク２ａ，３ａに向かう水素放出流速を制御することができる。低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから高温ＭＨタンク２ａ，３ａに向かう水素放出流速及び低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL は、水素流路用バルブ７０，７１により低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の圧力を制御することと、圧縮機１１の圧縮仕事又は回転数に関係するコンデンサー７ａ、７ｂから低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内への放熱量を制御することにより、低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素解離速度を制御することによつて実現することが可能である。また、同様に、水素放出流速と圧縮機１１の圧縮仕事Ｗを制御することにより、低温環境部５の温度を制御することもできる。
【００４３】
次に作用について説明する。
低温環境部５に冷熱を提供する冷凍工程について説明する。ＭＨ冷凍装置Ｉの１つの組をなす高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが冷凍工程を行うとき、両電磁弁８ａ，８ｂを切換え、低温ＭＨタンク２ｂに対応するコンデンサー７ａを冷媒蒸発器１２及び冷媒圧縮機１１に連通させる。すなわち、冷凍工程においては、図１の下半部に示す再生工程を行つて十分量の水素を低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに吸蔵させた状態から、図１の上半部に示す組のように水素を放出させて冷凍工程が実行される。そのとき、温度ＴL の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂが機械圧縮型冷凍装置ＩＩの高温熱源となり、温度ＴLLの低温環境部５が機械圧縮型冷凍装置ＩＩの低温熱源となる。
【００４４】
冷媒蒸発器１２で生じた冷媒蒸気は、冷媒レシーバー１０を経て圧縮機１１に吸引され、圧縮・昇圧されると、比較的高圧かつ高温の蒸気になつてコンデンサー７ａ，７ｂに流入する。高圧かつ高温の蒸気がコンデンサー７ａ，７ｂで放熱して凝縮すると、比較的高圧かつ比較的高温の液体冷媒となる。この高圧液体冷媒は、膨張弁９を通して断熱膨張されると、より低い温度の気液混合物になる。この気液混合状態の冷媒が蒸発器１２を通つて蒸発する際、低温環境部５から熱を奪うことによつて冷凍出力ＱLLが得られる。
【００４５】
このように冷凍工程をＭＨ冷凍装置Ｉの１つの組をなす高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが行うとき、高温ＭＨタンク２ａ内の水素吸着合金Ｍ1 Ｈによる水素吸着反応熱をブライン流路６ｃを介して冷熱源である冷却水４ａにより除去させながら、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈから水素が放出され、水素放出の際に水素解離反応熱である冷熱を生じる。
【００４６】
また、同時に、他の組をなす高温ＭＨタンク３ａ及び低温ＭＨタンク３ｂは、従来例と同様の再生工程を行う。再生工程では、図１の下半部に示すように、高温ＭＨタンク３ａを高温熱源１によつて加熱しながら、高温ＭＨタンク３ａ内の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈから放出された水素を低温ＭＨタンク３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに吸蔵させる。そのとき、低温ＭＨタンク３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈに生じた吸着反応熱は、ブライン流路６ｂを介して冷熱源である冷却水４ｂにより除去させる。
【００４７】
図２は、ＭＨ冷凍装置Ｉの低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと機械圧縮型冷凍装置ＩＩのコンデンサー７ａ，７ｂとの間にブライン循環装置ＩＩＩを介在させる構造例の要部を示し、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとコンデンサー７ａ，７ｂとの間の熱伝達がブラインを介して行われる。すなわち、各ブライン流路６ａ，６ｂの低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂを各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に熱交換可能に配置し、各ブライン流路６ａ，６ｂのブライン側流路２３ａ，２３ｂをそれぞれコンデンサー７ａ，７ｂと熱交換可能に配置する。また、ブライン流路６ａ，６ｂは、３方切換弁からなる第３，第４の電磁弁１５ａ，１５ｂによつてブライン／冷却水熱交換器１４ａ，１４ｂに切換えて接続させることが可能であり、ブライン用ポンプ２４ａ，２４ｂを駆動し、ブライン／冷却水熱交換器１４ａ，１４ｂを介して冷却水４ｂによつて冷却されるブライン流路６ａ，６ｂ内のブラインを循環させて低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金を冷却することができる。
【００４８】
このように、ブライン流路６ａ，６ｂを介して、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂに熱交換可能に配置した低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂと、ブライン／冷却水熱交換器１４ａ，１４ｂ及びコンデンサーのブライン側流路２３ａ，２３ｂとの間で熱交換を行わせることにより、冷却水４ｂ又はコンデンサー７ａ又は７ｂと各低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内と熱交換可能構造が得られる。
【００４９】
再生工程と冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと冷却水４ｂ又はコンデンサー７ａ，７ｂとの間の熱交換は、それぞれブライン流路６ａ，６ｂを介し、冷却水４ｂとコンデンサー７ａ又は７ｂの作動の切り換えにより行われる。ブライン流路６ａ，６ｂのブラインは、常時、液状を保つものである。
【００５０】
再生工程においては、図２の下半部に示すように第４の電磁弁１５ｂを切り換えて低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ｂをブライン／冷却水熱交換器１４ｂに接続した状態で、ブライン用ポンプ２４ｂを駆動し、冷却水４ｂによつて冷却したブライン流路６ｂ内のブラインにより、１つの組をなす低温ＭＨタンク３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを冷却する。他の組をなす低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈも同様の操作で冷却し、再生工程を行うことができる。
【００５１】
冷凍工程においては、図２の上半部に示すように第３の電磁弁１５ａを切り換えて低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａとコンデンサー７ａとを接続した状態で、ブライン用ポンプ２４ａを駆動し、ブライン流路６ａ内のブラインを介して低温ＭＨタンク２ｂからコンデンサー７ａに冷熱量ＱL が伝えられる。これにより、上記第１参考例と同様に、低温環境部５から熱を奪い、冷凍出力ＱLLを得ることができる。他組をなす低温ＭＨタンク３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈも同様の操作で、冷凍工程を行うことができる。かくして、ＭＨ冷凍装置Ｉと機械圧縮型冷凍装置ＩＩとの間の熱伝達をブライン流路６ａ，６ｂ内のブラインを介して行いながら、低温環境部５への冷凍出力ＱLLを得ることができる。
【００５２】
図３は、図２に示す構造例と違つて、低温ＭＨタンク２ｂ、３ｂがそれぞれブライン循環装置ＩＩＩａを介して機械圧縮型冷凍装置ＩＩａに備えられる一つのコンデンサー７だけにカスケードされて熱交換を行う本発明の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置の構造例を示すものである。低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと低温環境部５又は冷却水４ｂとの間の熱伝達の切り替えを、図２に示した構造例のブライン流路６ａ，６ｂに代えて、ブライン流路６の切り替えによつて行う。このため、ブライン循環装置ＩＩＩａ、機械圧縮型冷凍装置ＩＩａのコンデンサー７、冷媒配管１６等の部材についての詳細な説明は、省略してある。
【００５３】
低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとブライン循環装置ＩＩＩａを介して機械圧縮型冷凍装置ＩＩａに熱交換可能に配置したコンデンサー７、冷媒圧縮機１１、冷媒を溜めるレシーバー１０、膨張弁９及び低温環境部５と熱交換可能に配置した冷媒蒸発器１２を、冷媒配管１６，１７によつて接続させてある。
【００５４】
また、ブライン循環装置ＩＩＩａは、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内にそれぞれ熱交換可能に配置した低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂ、コンデンサー７と熱交換可能に配置したコンデンサーのブライン側流路２３及び冷却水４ｂとの間で熱交換を行うブライン／冷却水熱交換器１４を有する。
【００５５】
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄはそれぞれ４方バルブであり、４方バルブ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを適宜に切り替えると共に、低温段ブラインポンプ４８ａ，４８ｂを適宜に駆動することにより、一方の低温ＭＨタンク２ｂをブライン流路６を介してコンデンサー７のブライン側流路２３又はブライン／冷却水熱交換器１４に選択的に接続して熱交換を行わせ、また、他方の低温ＭＨタンク３ｂをブライン流路６を介してコンデンサー７のブライン側流路２３又はブライン／冷却水熱交換器１４に選択的に接続して、熱交換を行わせることができる。
【００５６】
従つて、ブライン流路６を通じて低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂとの熱交換が行われるコンデンサー７が、冷媒蒸発器１２に接続され、両者７，１２内を冷媒が循環可能である。すなわち、冷媒蒸発器１２の一端部が冷媒配管１７、冷媒レシーバー１０と冷媒圧縮機１１を介してコンデンサー７の一端部に接続し、冷媒蒸発器１２の他端部が膨張弁９を介してコンデンサー７の他端部に接続されている。
【００５７】
かくして、図２に示す構造例と比較して、１つのブライン／冷却水熱交換器１４ａ、コンデンサー７ｂ及び冷媒配管１６ｂに相当する部材を省略して構造簡素としながら、冷凍工程及び再生工程に関して同様の作用を得ることができる。但し、ブライン循環装置５９は、上記従来例に使用され、ただし、ブライン流路６は、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂと低温環境部５との間の熱伝達を行うものとして上記従来例に使用されている。
【００５８】
図４は、機械圧縮型冷凍装置ＩＩ又はＩＩａにおける冷媒冷凍サイクルの温度−エントロピー線図と、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度ＴCO2.L 、ＭＨ冷凍装置Ｉと機械圧縮型冷凍装置ＩＩとの間にブライン循環装置ＩＩＩを介在させる場合のコンデンサー７ａ，７ｂ又は７内の冷媒凝縮温度Ｔ’CO2.H と介在させない場合のコンデンサー７ａ，７ｂ内の冷媒凝縮温度ＴCO2.H 、高温熱源温度となる低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL 、低温熱源温度となる低温環境部５内の温度ＴLLとの間の関係を示す。
【００５９】
図４に示すように、冷媒冷凍サイクルは、理論的に冷媒圧縮機１１による等エントロピー圧縮（Ａ〜Ｂ，Ａ〜Ｂ’）、コンデンサー７ａ，７ｂ又は７内の等圧放熱（Ｂ〜Ｃ，Ｂ’〜Ｃ’）、膨張弁９による断熱膨張（Ｃ〜Ｄ，Ｃ’〜Ｄ’）と冷媒蒸発器１２内の等圧吸熱（Ｄ〜Ａ，Ｄ’〜Ａ）という４つの工程から構成される。
【００６０】
従つて、冷媒冷凍サイクルの作動状態では、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度がＴCO2.L であり、低温環境部５に温度ＴLLを生じさせる場合、図１に記載するようにブライン循環装置ＩＩＩを省略するときは、コンデンサー７ａ，７ｂから低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈへ直接的に放熱又は熱伝達できるように、コンデンサー７ａ，７ｂ内の冷媒凝縮温度ＴCO2.H が低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL より高い状態になければならない。そのとき、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂでの放熱は、温度差ＴCO2.H −ＴL により行われる。一方、図２，図３に示すようにブライン循環装置ＩＩＩ又はＩＩＩａを備える場合、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂでの放熱は、温度差Ｔ’CO2.H −ＴL により行われる。
【００６１】
勿論、冷媒凝縮温度がＴCO2.L の蒸発器１２が温度ＴLLの低温環境部５から吸熱して冷凍出力ＱLLが得られるように、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度ＴCO2.L が低温環境部５の温度ＴLLより低くならなければならない。このとき、蒸発器１２の低温環境部５からの吸熱つまり両者間の熱伝達は、温度差ＴLL−ＴCO2.L により行われる。
【００６２】
さらに、図５に示すように蒸発器１２から低温環境部５への冷凍出力が低温ブライン循環装置ＩＶを介する場合には、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度をＴCO2.L よりも低くしなければならない、あるいは蒸発器１２から低温環境部５への冷熱を（ＴLL−ＴCO2.L ）よりも大きい温度差で与える必要がある。この場合、低温ブライン循環装置ＩＶのブライン循環用配管１９、ブライン／低温環境部熱交換器５８内のブラインは、ブライン用ポンプ１８の駆動によつて循環し、冷媒蒸発器１２からの冷熱がその蒸発器のブライン側流路２９内のブラインに伝わつてブライン／低温環境部熱交換器５８を通じて、低温環境部５への冷凍出力ＱLLされる。
【００６３】
なお、機械圧縮型冷凍装置ＩＩ又はＩＩａ内に使われる冷媒としては、ＣＯ2 の他、アンモニア、プロパンにより代表される炭化水素等の自然冷媒を使用することが可能である。
【００６４】
図６は、本発明の第１実施の形態を示し、第１参考例と実質的に同一機能部分には同一符号を付してそれらの詳細な説明は省略する。
【００６５】
第１実施の形態にあつては、高温段の高温ＭＨタンク２ａ及び低温段の低温ＭＨタンク２ｂを１組とするＭＨ冷凍装置Ｉが備えられている。なお、実際は、上記第１参考例と同様に複数組の高温ＭＨタンク２ａ，３ａ及び低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂが備えられ、１の組の高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが冷凍工程を行うとき、他の組の高温ＭＨタンク３ａ及び低温ＭＨタンク３ｂが再生工程を行う。
【００６６】
高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂは、第１参考例と同様に高温ＭＨタンク２ａ（又は３ａ）を高温熱源１又は冷熱源である冷却水４ａに選択的に接続して、高温ＭＨタンク２ａ内の高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈとこれに対応する低温ＭＨタンク２ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で水素の授受を行わせ、低温ＭＨタンク２ｂからの冷熱を低温環境部５に冷蔵を含む冷凍の目的で提供することができる。
【００６７】
低温ＭＨタンク２ｂは、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置３０を付属する。水素貯蔵合金用ブライン冷却装置３０は、低温ＭＨタンク２ｂの水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを冷却する冷凍機３１及び低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを冷却するブライン／冷却水熱交換器３２を有する。すなわち、低温ＭＨタンク２ｂ内に設置した低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７の両端部は、ブライン用ポンプ３４及び圧縮式又は吸収式の冷凍機３１を有するブライン循環用配管３５に接続されると共に、第１，第２の３方切換電磁弁４０，４１を介して、プレート式の熱交換器３２を有するブライン循環用配管３８に接続される。ブライン／冷却水熱交換器３２は、冷熱源である冷却水４ｂとの間で熱交換を行つてブラインを冷却する。冷却水４ｂには、地下水、工業用水、上水道等の他、クーリングタワーの冷却水を使用できる。
【００６８】
また、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７の両端部は、第３，第４の３方切換電磁弁４４，４５を介して、低温環境部５との間で熱交換を行う低温環境部５用のブライン／低温環境部熱交換器２２を有するブライン循環用配管４６に接続される。
【００６９】
従つて、第１，第２の３方切換電磁弁４０，４１を切り換えてブライン用ポンプ３４を駆動することにより、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを熱交換器３２において冷却水４ｂで冷却し、また、３方切換電磁弁４０，４１を切り換えてブライン用ポンプ３４を駆動することにより、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを冷凍機３１で冷却し、低温ＭＨタンク２ｂの低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却して再生工程を行うことができる。後記する第２実施の形態のケースを含め、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置３０のブラインとしては、不凍液のメタノール、メタノール水溶液、エチレングリコール水溶液等を使用することが可能である。
【００７０】
かくして、低温ＭＨタンク２ｂ（又は３ｂ）は低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを循環させながら、熱交換器３２を介して冷却水４ｂによつて十分に冷却してから、引き続き、冷凍機３１によつて冷却して低温ＭＨタンク２ｂ（又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに水素を十分に吸着させかつ望ましい低温まで下げた後、再生過程を終え、次に、第１，第２、第３，第４の切換電磁弁４０，４１、４４，４５を通じてブライン用ポンプ３４を駆動することにより、ブライン／低温環境部熱交換器２２を介して低温環境部５に冷凍出力することができる。
【００７１】
また、前記第１参考例及び本発明の第１実施の形態にあつては、機械圧縮型冷凍装置ＩＩによつて構成したが、機械圧縮型冷凍装置ＩＩを吸収式冷凍機によつて構成することも可能である。その場合には、冷媒として、臭化リチウム、アンモニア等を使用することが可能である。
【００７２】
図７は本発明の第２実施の形態を示し、第１参考例及び第１実施の形態と実質的に同一機能部分には同一符号を付してそれらの詳細な説明は省略する。
また、ＭＨ冷凍装置Ｉの基本構造が変わらないとして、その詳細な説明も省略する。
【００７３】
第２実施の形態にあつては、第１参考例及び第１実施の形態の場合と同様に、１の組の高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが冷凍工程を行うとき、他の組の高
温ＭＨタンク３ａ及び低温ＭＨタンク３ｂが再生工程を行う。
【００７４】
高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂは、第１参考例及び第１実施の形態と同様に高温ＭＨタンク２ａ又は３ａを高温熱源１又は冷熱源である冷却水４ａに選択的に接続して、高温ＭＨタンク２ａ内の高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈとこれに対応する低温ＭＨタンク２ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で水素の授受を行わせ、低温ＭＨタンク２ｂからの冷熱を低温環境部５に冷蔵を含む冷凍の目的で提供することができる。
【００７５】
低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂは、水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂを付属する。水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂは、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂ、ブラインを冷却するためのブライン／冷却水熱交換器３３を有する。すなわち、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に設置した低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂは、第１のブライン流路切り換え用電磁弁２６ａ，２６ｂを介して前記ブライン／冷却水熱交換器３３又はブライン／低温環境部熱交換器５７に連続される。
【００７６】
従つて、水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂのブライン流路切り換え用電磁弁２６ａ，２６ｂは、低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂを、ブライン／冷却水熱交換器３３に接続し、冷却水４ｂを介して冷却したブラインにより水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを冷却し、また、低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂを、低温環境部５と熱交換可能に配置したブライン／低温環境部熱交換器５７に接続し、水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを介して冷却したブラインにより低温環境部５を冷却する。ブライン用ポンプ１８ａ，１８ｂは、水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂのブラインを循環させる。
【００７７】
また、冷却水４ｂは、第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂを介して前記ブライン／冷却水熱交換器３３又は前記機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂのコンデンサー７の冷却水流路側３５に交替で流せるように、前記ブライン循環装置ＩＩＩｂ内のブラインの冷却とコンデンサー７の冷却との二重の役割を果たせる。前記冷却水４ｂには、地下水、工業用水、上水道等の他、クーリングタワーの冷却水を使用できる。すなわち、第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂは、コンデンサー７の冷却水流路側３５を有する冷却水流路２８に冷却水４ｂを流すことにより、コンデンサー７を冷却し、また、ブライン／冷却水熱交換器３３を有する冷却水流路２７に冷却水４ｂを流すことにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを冷却することができる。冷却水用ポンプ（図示せず）の駆動及び第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂの切り換えにより、外部からの冷却水４ｂを冷却水流路側３５に流し、また、ブライン／冷却水熱交換器３３に流すことができる。
【００７８】
この様に、第１の流路切り換え用電磁弁２６ａ，２６ｂ及び第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂの切り替えによるブライン循環装置ＩＩＩｂ内のブラインの切り換え及びブライン流路２７，２８の切り換えにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却した後、ブライン循環装置ＩＩＩｂを介して低温環境部５への冷凍出力が可能となる。
【００７９】
低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの再生過程において、このブラインがブライン／冷却水熱交換器３３により冷却されてから、ブライン用ポンプ１８ａの駆動により、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ又は１３ｂを介して前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを第１ステップで冷却し、その後、前記流路切り換え用電磁弁２5 ａ、２5 ｂの切り替えにより前記冷却水４ｂを前記コンデンサー７の冷却水側流路３５に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂを作動させて、冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂにより、前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを、第２のステップで前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに水素を十分に吸着させることができる。コンデンサー７を介して冷却水４ｂからの冷却効果を受けることにより、冷媒圧縮機１１から吐出される冷媒蒸気が液状になるように冷却され、この液状冷媒を膨張弁９によつて減圧膨張させて冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂに導いて蒸発させることにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却することができる。
【００８０】
前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの冷凍過程において、前記機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂと冷却水４ｂの流れを止め、第１のブライン用流路切替弁２６ａ及び２６ｂを切り換え、ブライン用ポンプ１８ｂの駆動により、該低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの水素解離反応による冷熱でブライン／低温環境部熱交換器５７を介して、低温環境部５に冷凍出力することができる。
【００８１】
図８には、第２参考例を示し、第１参考例及び第２実施の形態と同一機能部分には同一符号を付してある。第２参考例にあつては、その構成が第１参考例及び第２実施の形態に近似し、その作用が第１実施の形態及び第２実施の形態に近似している。
【００８２】
すなわち、第１参考例と同様にＭＨ冷凍装置Ｉを設けるが、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂの冷媒蒸発器１２ａ，１２ｂを配置し、各低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈと冷媒蒸発器１２ａ，１２ｂとの間で選択的に熱交換を行わせる。また、機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂの１つのコンデンサー７は、冷熱源である冷却水４ｂとの間で熱交換を行う。なお、コンデンサー７は、冷却水４ｂによる冷却に代えて、空気を冷熱源とすることもできる。従つて、第２参考例にあつては、第２実施の形態と同様に、機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂの冷媒圧縮機１１が、第１参考例と比較して、逆向きに冷媒を送るように冷媒レシーバー１０よりも下流側に配置されている。
【００８３】
また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂには、それぞれ低温ブライン流路６６ａ，６６ｂが熱交換可能に配置され、両低温ブライン流路６６ａ，６６ｂは、その間に配置した３方切換バルブ６７，６８を介して、低温ブライン／低温環境部熱交換器７２を有する低温ブライン循環用配管７６に接続される。該熱交換器７２は、低温環境部５との間で熱交換を行うように低温環境部５内に配置され、低温ブライン循環用配管７６には、低温ブライン用ポンプ７４が配置されている。
【００８４】
従つて、機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂでは、両電磁弁８ａ，８ｂを切換え、一方の低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂに対応する冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂを冷媒圧縮機１１及びコンデンサー７に連通させ、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内を十分に冷却することにより、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに十分量の水素を吸蔵させかつ望ましい低温まで下げて再生工程を行うことができる。このとき、コンデンサー７を介して冷却水４ｂからの冷却効果を受けることにより、冷媒圧縮機１１から吐出される冷媒蒸気が液状になるように冷却され、この液状冷媒を膨張弁９によつて減圧膨張させて冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂに導いて蒸発させることにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却することができる。この状態から、水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈから水素を放出させれば、冷凍工程が実行される。
【００８５】
冷凍工程では、３方切換バルブ６７，６８を切り換えて低温ブライン用ポンプ７４を駆動することにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素解離反応に基づいて冷却された低温ブライン流路６６ａ，６６ｂ内のブラインが低温ブライン／低温環境部熱交換器７２に導かれる。これにより、低温ブライン／低温環境部熱交換器７２を介して低温環境部５に冷凍出力することができる。低温ブライン流路６６ａ，６６ｂ、低温ブライン循環用配管７６及び低温ブライン／低温環境部熱交換器７２内のブラインとしては、不凍液のメタノール、メタノール水溶液、エチレングリコール水溶液等を使用することが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明により理解されるように、本発明に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置によれば、ＭＨ冷凍装置に対し、環境に優しい冷媒を低温冷媒に用いる冷凍装置又は冷凍機を組み合わせる水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置により、低温環境部に省エネで効率的に冷熱を提供することができるという効果を奏する。
【００９７】
また、請求項１，２、３，４，５の発明によれば、冷却水及び冷凍装置又は冷凍機の併用による冷却により、再生過程における低温ＭＨタンク内の水素貯蔵合金の放熱を十分に行なうことができ、これにより、冷凍過程における低温ＭＨタンク内の水素貯蔵合金からの冷熱放熱量を増大させることができ、低温環境部に効果的に冷凍出力できると共に、低温ＭＨタンク内の水素貯蔵合金の冷却用と機械圧縮型冷凍装置又は冷凍機の熱源あるいはその蒸発器の加熱用のものとして地下水等の安価の水や自然エネルギーを用いることによる運転コストダウンと省エネの効果を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例に係り、複数の低温ＭＨタンク内にそれぞれ複数のコンデンサーを設置して熱交換を行う本発明の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図２】 同じく複数の低温ＭＨタンクがそれぞれブライン循環装置を介して機械圧縮型冷凍機の複数のコンデンサーにカスケードされて熱交換を行う本発明の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図３】 同じく複数の低温ＭＨタンクがそれぞれブライン循環装置を介して機械圧縮型冷凍機に備えられる一つのコンデンサーだけにカスケードされて熱交換を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図４】 温度−エントロピー特性を示し、CO2 冷凍サイクルと、CO2 蒸発器内のCO2 蒸発温度T CO2,L 、 CO2 蒸発器内と低温環境部との間の熱伝達がブラインを介するとしない場合のCO2 コンデンサー内のCO2 凝縮温度T ' CO2,H 、T CO2,H 、CO2 冷凍サイクルに関してその高温熱源とされる冷凍過程の低温ＭＨタンク内の温度T L 、その低温熱源温度とされる低温環境部内の温度T LLとの関係を示す線図。
【図５】 同じく冷媒蒸発器と低温環境部との間に設けるブライン循環装置の構造例を示す図。
【図６】 本発明の第１実施の形態に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図７】 本発明の第２実施の形態に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図８】 本発明の第２参考例に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図９】 従来例を示す図。
【符号の説明】
１：高温熱源
２ａ，３ａ：高温ＭＨタンク（水素駆動用合金収納高温タンク）
２ｂ，３ｂ：低温ＭＨタンク（冷熱取出用合金収納低温タンク）
４ａ，４ｂ：冷却水（冷熱源）
５：低温環境部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６：ブライン流路
７ａ，７ｂ，７：コンデンサー
８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｂ：電磁弁
９：膨張弁
１０：冷媒レシーバー
１１：冷媒圧縮機
１２ａ，１２ｂ，１２：冷媒蒸発器
１３ａ，１３ｂ：低温ＭＨ／ブライン熱交換器
１４ａ，１４ｂ，１４：ブライン／冷却水熱交換器
１６，１６ａ，１６ｂ，１７：冷媒配管
１９，３５，３８，４６：ブライン循環用配管
１８，１８ａ，１８ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４：ブライン用ポンプ
２０，２１：水素流路
２２：ブライン／低温環境部熱交換器
２３，２３ａ，２３ｂ：コンデンサーのブライン側流路
２５：第２の流路切り換え用電磁弁
２６：第１の流路切り換え用電磁弁
２７，２８：冷却水流路
３０：水素貯蔵合金用ブライン冷却装置
３１：冷凍機
３２，３３：ブライン／冷却水熱交換器
３５：冷却水側の流路
３７：低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器
４０，４１，４４，４５：３方切換電磁弁
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ：４方バルブ
４８ａ，４８ｂ：低温段ブラインポンプ
４９ａ，４９ｂ：高温段ブラインポンプ
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ：３方バルブ
５１：冷却水／ブライン熱交換器
５３：高温熱源／ブライン熱交換器
５２，５４：ブライン／Ｍ1 Ｈ熱交換器
５７，５８：ブライン／低温環境部熱交換器
５９：ブライン循環装置
７０，７１：水素流路用バルブ
６６ａ，６６ｂ：低温ブライン流路
６７，６８：３方切換バルブ
７２：低温ブライン／低温環境部熱交換器
７４：低温ブライン用ポンプ
７６：低温ブライン循環用配管
Ｉ：ＭＨ冷凍装置
ＩＩ，ＩＩａ，ＩＩｂ：機械圧縮型冷凍装置（冷媒冷凍装置）
ＩＩＩ，ＩＩＩａ，ＩＩＩｂ：ブライン循環装置
ＩＶ：低温ブライン循環装置
Ｍ1 Ｈ：高温段水素貯蔵合金
Ｍ2 Ｈ：低温段水素貯蔵合金
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置に関し、環境保全及び省エネの効果を得ることができる水素貯蔵合金利用のケミカル又は吸着ヒートポンプと圧縮式又は吸収式ヒートポンプとを組み合わせた冷凍・冷蔵方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水素貯蔵合金（ＭＨ）を利用した冷凍・冷蔵装置は、水素を吸蔵する機能のある金属（ＭＨ）が多量の水素ガスを吸着及び放出する際に化学反応熱つまり解離熱及び吸着熱を生ずる特性を利用し、排熱を含む熱を有用な冷熱に変換するケミカル又は吸着ヒートポンプである。
【０００３】
このようなＭＨ冷凍サイクルを利用した従来のＭＨ冷凍装置（例えば、水素吸蔵合金 第６３２頁 １９９８年４月６日 株式会社エス・ティー・エス 発行）の基本構造を図９に示す。これは、特性が異なる２種類の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈ，Ｍ2 Ｈ、つまり平衡圧−組成−温度（Ｐ−Ｃ−Ｔ）特性の異なる２種類の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈ，Ｍ2 Ｈ又はＰ−Ｃ−Ｔ特性が温度によつて異なる同一種類の水素貯蔵合金をそれぞれ水素吸着合金収納高温タンク２ａ，３ａ（以下「高温ＭＨタンク」に省略。）及び水素吸着合金収納低温タンク２ｂ，３ｂ（以下「低温ＭＨタンク」に省略。）に収容させ、１対の高温ＭＨタンク２ａ，３ａ及び低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂを、ＭＨ冷凍サイクルの再生工程と冷凍工程とに合わせて交互作動が可能としたものである。
【０００４】
ＭＨ冷凍サイクルの再生工程では、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈに水素を吸着させ、その際に生じた吸着反応熱をブライン６’を介して冷熱源である冷却水４ｂにより除去させる。また、冷凍工程では、高温ＭＨタンク２ａ又は３ａ内の水素吸着合金Ｍ1 Ｈによる水素吸着反応熱を冷熱源である冷却水４ａにより除去させながら、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈから水素を放出させ、水素放出の際に生じた水素解離反応熱である冷熱をブライン６’を介して低温環境部５に供給して、低温環境部５内で冷蔵と冷凍が可能となる。
【０００５】
このようなＭＨ冷凍サイクルの再生工程及び冷凍工程は、１対の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂともう１対の高温ＭＨタンク３ａ／低温ＭＨタンク３ｂを位相をずらせて同期して交互作動させることにより行われる。
【０００６】
高温ＭＨタンク２ａ又は３ａ及び低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂにおける再生工程は、高温熱源１を使用して図９の上半部に示すように行われる。先ず、一方の高温ＭＨタンク２ａ内の高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈを多量の水素を吸着ないし吸蔵させている状態で、一旦、高温熱源１によつて加熱されて温度ＴH まで昇温させ、引き続き、高温熱源１から水素解離反応に必要な熱を継続的に供給して水素を放出させる。このようにして放出される水素は、少なくとも数気圧の比較的高圧にある。
【０００７】
前記冷凍工程と再生工程を１組の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂの場合において説明する。低温ＭＨタンク２ｂ内に収容されている水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈは、温度ＴH よりも低く、基本的には室温よりも若干高い温度ＴM 、かつ、高温ＭＨタンク２ａ内の水素圧よりもかなり低い圧力、例えば１気圧近辺において、水素吸蔵能力が与えられる温度ＴM 及び水素圧下で水素吸蔵飽和濃度よりかなり低い飢餓状態にある。この低温ＭＨタンク２ｂ内は、ブライン流路６を介して冷熱源である冷却水４ｂによつて冷却される。
【０００８】
従つて、温度ＴM における低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈは、高温ＭＨタンク２ａから放出されて圧力差によつて流れ込む水素を容易に吸蔵する。その際、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素吸着反応熱は、ブライン６’を介して冷却水４ｂにより速やかに除去され、低温ＭＨタンク２ｂ内は温度ＴM に維持される。
【０００９】
このようにして、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに十分な量の水素を吸蔵させてから、１組の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂの再生工程を終え、図９の下半部に示す様に再生工程から冷凍工程に切り換える。
【００１０】
つまり、一旦、高温ＭＨタンク２ａと低温ＭＨタンク２ｂとの間の水素流路を閉じると共に高温熱源１を冷却水４ａに切換え、冷却水４ａにより高温ＭＨタンク２ａ内を温度ＴMOまで下げ、その中の水素貯蔵合金Ｍ1 ＨをＰ−Ｃ−Ｔ特性により水素吸着能力を有する飢餓状態にさせる。これにより、高温ＭＨタンク２ａ内の水素圧が低温ＭＨタンク２ｂ内の水素圧よりも低くなる。なお、この高温ＭＨタンク２ａ内の温度ＴMOは、冷却水４ｂにより冷却された低温ＭＨタンク２ｂ内の温度ＴM と同一にすることもできる。
【００１１】
この状態において、低温ＭＨタンク２ｂは、一旦、冷却水４ｂを止め、高温ＭＨタンク２ａとの間の水素流路を開ける。これにより、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈが吸蔵の水素を放出し始め、放出される水素は圧力差により高温ＭＨタンク２ａ内の飢餓状態の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈに吸蔵される。その際、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈは、水素解離反応熱により自らの熱を奪つて吸熱し、その中の温度は温度ＴM よりも低い温度ＴL まで下がつてから、引き続き、ブライン６’を介して低温環境部５から吸熱し、低温環境部５に冷蔵を含む冷凍出力が可能になる。
【００１２】
同時に、高温ＭＨタンク２ａ内の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈは低温ＭＨタンク２ｂから流れ込む水素を吸着し、吸着反応熱が発生する。高温ＭＨタンク２ａ内の温度は、吸着反応熱が冷却水４ａにより除去されることにより、温度ＴMOに維持される。
【００１３】
このようにして、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの水素解離工程を終えたら、冷却水４ａを高温熱源１に再度切換え、高温ＭＨタンク２ａは高温熱源１から加熱を受けることにより、再び水素放出が可能な状態になる。かくして、冷凍工程を終え、その時点で１つのＭＨ冷凍サイクルを完了し、次のＭＨ冷凍サイクルの繰り返しが可能になる。
【００１４】
つまり、図９の下半部に示すように１対の高温ＭＨタンク３ａ／低温ＭＨタンク３ｂの冷凍工程−再生工程を、もう一対の高温ＭＨタンク２ａ／低温ＭＨタンク２ｂの再生工程−冷凍工程の順序にあわせて同期で交互に行わせる。
【００１５】
このように、一対の高温ＭＨタンク２ａ（，３ａ）／低温ＭＨタンク２ｂ（，３ｂ）を同期させながら交互に作動させることにより、低温環境部５への連続的な冷凍出力が可能になり、低温環境部５内において冷蔵を含む冷凍を行うことができる。なお、高温ＭＨタンク２ａ，３ａに対する高温熱源１又は冷却水４ａの切り替えは、通常、ブラインの循環装置５９を介して行われ、また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂに対する低温環境部５又は冷却水４ｂの切り替えは、通常、ブライン流路６の切り替えによつて行われる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＨ冷凍サイクルに用いられる冷媒ないし作動流体は水素である。水素はクリーンな燃料である一方、環境に優しい自然冷媒でもあるため、脱フロンの役割が大いに期待される。しかし、現段階では、冷凍の目的に開発された水素貯蔵合金は期待されるＰ−Ｃ−Ｔ特性を満たすものが少なく、エネルギー転換への応用には次のような課題が残されている。
【００１７】
先ず、図９に示す従来のＭＨ冷凍装置だけを用いて低温環境部５に効率的でより低温の冷熱を提供することが困難である。
一方、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈによる冷凍工程においては、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内が、その中に収容されている水素貯蔵合金Ｍ2 ＨのＰ−Ｃ−Ｔ特性により真空の水素圧雰囲気に曝されることが多く、これに起因して、大気からの空気が低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に侵入する恐れがある。しかも、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内が低温になるほど水素圧が低下し、上述した真空の水素圧になる問題が顕著になる。
【００１８】
また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内が低温になるほど、冷凍工程における温度降下及び温度回復に要する時間が長くなり、真の冷凍出力が可能な時間が相対的に短くなる。同時に、水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素放出速度が遅くなり、限られた対数の高温ＭＨタンク／低温ＭＨタンクでは高温熱源１から供給される排熱を含む熱の利用効率の面で問題がある。
【００１９】
また、低温になるほど、同一種類の水素貯蔵合金に関して利用されるＰ−Ｃ−Ｔ特性のプラトーの幅が大きくなる。これにより、その水素の吸・脱着と温度変化に伴う体積膨張・収縮が激しくなり、これが水素貯蔵合金の微粉化を促進する原因になり得る。
【００２０】
また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素解離反応熱は、熱損失を考慮しなければ、冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとその中の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとが比較的高い温度ＴM から低い温度ＴL までの温度変化に必要な全顕熱量と、温度ＴL 下で低温環境部５に供給可能な冷熱量つまり冷凍出力との和である。そして、顕熱量は、温度ＴM と温度ＴL との差ＴM −ＴL に比例するため、冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL が低いほど、顕熱量が大きくなり、低温環境部５への冷凍出力が相対的に少なくなる。要するに、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂに低温を与えるほど、有効冷凍出力が低下してしまう。
【００２１】
従つて、水の氷点温度より大きく離れた低温の温度ＴL 下での冷凍出力が必要な場合、従来のＭＨ冷凍装置のみでは、高温熱源１から供給される排熱を含む熱の有効利用率又は冷凍出力の向上に限界があることになる。
【００２２】
更に、再生工程において、冷却水４ｂのみの使用により水素吸着合金Ｍ2 Ｈに生じた吸着反応熱を除去させるので、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈに短時間で期待される水素吸蔵濃度まで水素を急増させることが困難であり、再生工程に時間を要して非能率的である。
【００２３】
本発明は、上述の技術的課題の解決、低温環境部５に省エネで効率的に冷熱を提供し、ＭＨ冷凍装置に対し、環境に優しい冷媒（二酸化炭素、アンモニア、炭化水素等の自然冷媒）を低温冷媒に用いる冷凍装置又は冷凍機を組み合わせる水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置を提供することをその目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は次の通りである。
本発明の請求項１は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内に、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を内装し、
その中のブラインを循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３２）により冷却されてから、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を冷却し、引き続き、冷凍機（３１）により、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱を前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介してブライン／低温環境部熱交換器（２２）により、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法である。
本発明の請求項２は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内に、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を内装し、
その中のブラインを循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３２）により冷却されてから、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を冷却し、引き続き、冷凍機（３１）により、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱を前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介してブライン／低温環境部熱交換器（２２）により、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置である。
本発明の請求項３は、前記水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）が、低温環境部（５）との間で熱交換を行うブライン／低温環境部熱交換器（２２）を備え、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）内のブラインをブライン／低温環境部熱交換器（２２）に循環させて、冷却状態の該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））から低温環境部（５）に冷熱を与えることを特徴とする請求項２の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置である。
本発明の請求項４は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ、１３ｂ）を内装し、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属するブライン／冷却水熱交換器（３３）により、前記ブラインを冷却水（４ｂ）により冷却可能であり、
また、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ、２６ｂ）の切り替えにより、前記ブラインにより前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を冷却、又は低温環境部（５）への冷凍出力可能であり、
また、前記冷却水（４ｂ）は、前記ブラインの冷却と機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）のコンデンサー（７）の冷却の二重役割を果たし、第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記ブライン／冷却水熱交換器（３３）又は前記コンデンサー（７）の冷却水側の流路（３５）へ交替で流すことが可能であり、
また、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）の冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）をそれぞれ前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、その中の前記低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）をブラインを介しないで冷却できるように設置し、
その中のブラインをブライン用ポンプ（１８ａ，１８ｂ）により循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３３）により冷却されてから、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ又は１３ｂ）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を第１ステップで冷却し、その後、前記第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記冷却水（４ｂ）を前記コンデンサー（７）の冷却水側流路（３５）に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）を作動させて、冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）により、前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を、第２のステップで前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）と冷却水（４ｂ）の流れを止め、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ及び２６ｂ）を切り換え、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱をブライン／低温環境部熱交換器（５７）を介して、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法である。
本発明の請求項５は、高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ、１３ｂ）を内装し、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属するブライン／冷却水熱交換器（３３）により、前記ブラインを冷却水（４ｂ）により冷却可能であり、
また、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ、２６ｂ）の切り替えにより、前記ブラインにより前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を冷却、又は低温環境部（５）への冷凍出力可能であり、
また、前記冷却水（４ｂ）は、前記ブラインの冷却と機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）のコンデンサー（７）の冷却の二重役割を果たし、第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記ブライン／冷却水熱交換器（３３）又は前記コンデンサー（７）の冷却水側の流路（３５）へ交替で流すことが可能であり、
また、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）の冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）をそれぞれ前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、その中の前記低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）をブラインを介しないで冷却できるように設置し、
その中のブラインをブライン用ポンプ（１８ａ，１８ｂ）により循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３３）により冷却されてから、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ又は１３ｂ）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を第１ステップで冷却し、その後、前記第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記冷却水（４ｂ）を前記コンデンサー（７）の冷却水側流路（３５）に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）を作動させて、冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）により、前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を、第２のステップで前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）と冷却水（４ｂ）の流れを止め、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ及び２６ｂ）を切り換え、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱をブライン／低温環境部熱交換器（５７）を介して、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１参考例を示す。図１中において符号ＩはＭＨ冷凍装置を示し、ＩＩは機械圧縮型冷凍装置を示す。
【００２６】
ＭＨ冷凍装置Ｉは、実質的に従来例と同様の構造を有し、同一機能部分には同一符号を付してある。すなわち、ＭＨ冷凍装置Ｉは、１つの組をなす水素駆動用合金収納高温タンク２ａ，３ａ（高温ＭＨタンク）及び冷熱取出用合金収納低温タンク２ｂ，３ｂ（低温ＭＨタンク）を図１の上半部及び下半部に示すように複数（図上では一対）備える。
【００２７】
各高温ＭＨタンク２ａ，３ａは、高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈを収容し、高温熱源１又は冷熱源である冷却水４ａにブライン循環装置５９を介して選択的に接続可能である。高温熱源１（例えば１２０℃以上）には、工場排熱、焼却排熱（ガス）、バイオガス燃焼排熱ガス、蒸気等の熱を使用できる。冷却水４ａには、地下水、工業用水、上水道、クーリングタワーの冷却水等を使用できる。
【００２８】
ブライン循環装置５９は、冷却水／ブライン熱交換器５１及びブライン／Ｍ1 Ｈ熱交換器５２を有するブライン流路６ｃと、高温熱源／ブライン熱交換器５３及びブライン／Ｍ1 Ｈ熱交換器５４を有するブライン流路６ｄとを切り換え可能に備え、熱交換器５１を冷却水４ａ（冷熱源）と熱交換可能に配置し、熱交換器５２を一方の高温ＭＨタンク２ａと熱交換可能に配置し、熱交換器５３を高温熱源１と熱交換可能に配置し、熱交換器５４を他方の高温ＭＨタンク３ａと熱交換可能に配置すると共に、高温段ブラインポンプ４９ａ，４９ｂを図示のように備える。５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄはそれぞれ３方バルブであり、３方バルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを適宜に切り替えると共に、ブラインポンプ４９ａ，４９ｂを適宜に駆動することにより、一方の高温ＭＨタンク２ａを高温熱源１又は冷却水４ａに選択的に接続させて熱交換を行わせ、また、他方の高温ＭＨタンク３ａを高温熱源１又は冷却水４ａに選択的に接続させて熱交換を行わせることができる。
【００２９】
各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂは、上記水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈとは水素吸着特性の異なる或いは特性が温度によつて異なる低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを収容し、対応する高温ＭＨタンク２ａ，３ａに水素流路用バルブ７０，７１を備える水素流路２０，２１によつて接続されると共に、ブライン流路６ａ，６ｂを介して冷熱源である冷却水４ｂに接続する。冷却水４ｂには、地下水、工業用水、上水道等が使用できる。
【００３０】
これにより、各組の高温ＭＨタンク２ａ，３ａと低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとの間で、水素流路２０，２１を通じて水素の授受を行わせ、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから冷熱を取出可能にするように各組の高温ＭＨタンク２ａ，３ａ／低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから交互作動が可能なＭＨ冷凍装置Ｉを構成する。
【００３１】
機械圧縮型冷凍装置ＩＩは、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈと熱交換可能に配置されたコンデンサー７ａ，７ｂ、冷媒圧縮機１１、冷媒を溜めるレシーバー１０、膨張弁９及び低温環境部５と熱交換可能に配置した冷媒蒸発器１２を、図示のように３方切換弁として機能する第１，第２の電磁弁８ａ，８ｂを備える冷媒配管１６ａ，１６ｂ、１７によつて接続して構成される。コンデンサー７ａ，７ｂは、それぞれ低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの内部に設置する。或いは、後記するブライン循環装置ＩＩＩを介して、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと熱交換できるように設置する。コンデンサー７ａ，７ｂの作動は、１対の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂにおける再生工程と冷凍工程との交互作動に対応して切り換え可能である。
【００３２】
すなわち、冷媒蒸発器１２の一端部が、冷媒レシーバー１０、冷媒圧縮機１１及び冷媒配管１７を介して第１の電磁弁８ａに接続され、冷媒蒸発器１２の他端部が膨張弁９を介して第２の電磁弁８ｂに接続されている。また、第１の電磁弁８ａと第２の電磁弁８ｂとの間は、それぞれコンデンサー７ａ，７ｂを介在する冷媒配管１６ａ，１６ｂによつて接続されている。従つて、第１の電磁弁８ａ及び第２の電磁弁８ｂを切り換えて、各低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂに対応するコンデンサー７ａ又は７ｂが、冷媒配管１６ａ又は１６ｂにより冷媒蒸発器１２に接続される。ＭＨ冷凍装置Ｉの１つの組をなす高温ＭＨタンク２ａ又は３ａ／低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂにおいて冷凍工程を行うとき、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂに対応するコンデンサー７ａ又は７ｂを冷媒蒸発器１２に連通させる。
【００３３】
ここで、図１に実線で示す冷媒配管１６ａと破線で示す冷媒配管１６ｂは、それぞれコンデンサー７ａ，７ｂの作動状態と作動停止状態も表し、また、実線で示す冷媒配管１７は、冷媒配管１６ａ，１６ｂ以外の第１の電磁弁８ａと第２の電磁弁８ｂの間の配管であり、コンデンサー７ａ，７ｂの交互作動を行う機械圧縮型冷凍装置ＩＩの運転が連続可能であることをも示している。つまり、機械圧縮型冷凍装置ＩＩの冷媒は、実線で示す冷媒配管１６ａ及び冷媒配管１７内で循環する。
【００３４】
このようにして、ＭＨ冷凍装置Ｉ及び機械圧縮型冷凍装置ＩＩにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとコンデンサー７ａ，７ｂとはそれらの間の熱交換ができるようにＭＨ／冷媒カスケード２段冷凍サイクルが構成されている。
【００３５】
このように、機械圧縮型冷凍装置ＩＩにおいて、低温環境部５内に配置した冷媒蒸発器１２を吸熱部とし、かつ、コンデンサー７ａ，７ｂとの間で熱交換を行う低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂを放熱部とし、ＭＨ／冷媒カスケード冷凍装置の２段冷凍サイクルを作動させることにより、低温環境部５内の温度ＴLLを冷凍工程時の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの温度ＴL よりも低くすることができる。
【００３６】
ＭＨ／冷媒カスケード冷凍装置の冷凍能力は、熱損失及び低温環境部５への冷熱出力以外の熱回収を考慮しなければ、次のように算出される。先ず、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂからコンデンサー７ａ，７ｂに伝えられる冷熱量ＱL は、次式で表される。
【００３７】
ＱL ＝ｎΔＨTL−ＣPm（ＴM −ＴL ） ・・・・・（１）
ここで、ΔＨTLは温度ＴL 下での低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの脱水素反応熱、ｎは脱水素量、ＣPmは水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを収容している低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの全熱容量、ＴM は再生工程時の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの温度である。但し、ＣPmは、厳密にいえば、コンデンサー７ａ，７ｂ等の付属部品の熱容量も考慮する必要がある。
【００３８】
また、機械圧縮型冷凍装置ＩＩの冷媒冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、蒸発器１２から低温環境部５への冷凍出力ＱLLと圧縮機１１から加えられる圧縮仕事Ｗとにより、次式のように表される。
ＣＯＰ＝ＱLL／Ｗ ・・・・・（２）
【００３９】
そして、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと対応するコンデンサー７ａ，７ｂとの間の熱交換におけるエネルギー収支により、この間の冷熱量ＱL は、次式のように冷凍出力ＱLLと圧縮仕事Ｗとの和でなければならない。つまり、
ＱL ＝ＱLL＋Ｗ ・・・・・（３）
【００４０】
式（１）と式（３）より、次式が得られる。
ＱLL＋Ｗ＝ｎΔＨTL−ＣPm（ＴM −ＴL ）・・・・・（４）
式（４）は、第１参考例に係るＭＨ／冷媒カスケード冷凍装置の冷凍サイクルが成立する条件である。そして、第１参考例における冷熱発生装置の冷凍出力ＱLLは、式（５）により推算される。
ＱLL＝ｎΔＨTL−ＣPm（ＴM −ＴL ）−Ｗ・・・・・（５）
【００４１】
式（５）から分かるように、如何に顕熱量ＣPm（ＴM −ＴL ）を減らすかは、冷凍出力ＱLLの向上に重要である。但し、機械圧縮型冷凍装置ＩＩに加えた圧縮仕事Ｗは、その冷媒冷凍サイクルの高温熱源温度となる温度ＴL が高くなるにつれて増加する傾向にある。
【００４２】
また、冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素圧が高い真空度にならないように、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから高温ＭＨタンク２ａ，３ａに向かう水素放出流速を制御することができる。低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂから高温ＭＨタンク２ａ，３ａに向かう水素放出流速及び低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL は、水素流路用バルブ７０，７１により低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の圧力を制御することと、圧縮機１１の圧縮仕事又は回転数に関係するコンデンサー７ａ、７ｂから低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内への放熱量を制御することにより、低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈからの水素解離速度を制御することによつて実現することが可能である。また、同様に、水素放出流速と圧縮機１１の圧縮仕事Ｗを制御することにより、低温環境部５の温度を制御することもできる。
【００４３】
次に作用について説明する。
低温環境部５に冷熱を提供する冷凍工程について説明する。ＭＨ冷凍装置Ｉの１つの組をなす高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが冷凍工程を行うとき、両電磁弁８ａ，８ｂを切換え、低温ＭＨタンク２ｂに対応するコンデンサー７ａを冷媒蒸発器１２及び冷媒圧縮機１１に連通させる。すなわち、冷凍工程においては、図１の下半部に示す再生工程を行つて十分量の水素を低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに吸蔵させた状態から、図１の上半部に示す組のように水素を放出させて冷凍工程が実行される。そのとき、温度ＴL の低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂが機械圧縮型冷凍装置ＩＩの高温熱源となり、温度ＴLLの低温環境部５が機械圧縮型冷凍装置ＩＩの低温熱源となる。
【００４４】
冷媒蒸発器１２で生じた冷媒蒸気は、冷媒レシーバー１０を経て圧縮機１１に吸引され、圧縮・昇圧されると、比較的高圧かつ高温の蒸気になつてコンデンサー７ａ，７ｂに流入する。高圧かつ高温の蒸気がコンデンサー７ａ，７ｂで放熱して凝縮すると、比較的高圧かつ比較的高温の液体冷媒となる。この高圧液体冷媒は、膨張弁９を通して断熱膨張されると、より低い温度の気液混合物になる。この気液混合状態の冷媒が蒸発器１２を通つて蒸発する際、低温環境部５から熱を奪うことによつて冷凍出力ＱLLが得られる。
【００４５】
このように冷凍工程をＭＨ冷凍装置Ｉの１つの組をなす高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが行うとき、高温ＭＨタンク２ａ内の水素吸着合金Ｍ1 Ｈによる水素吸着反応熱をブライン流路６ｃを介して冷熱源である冷却水４ａにより除去させながら、低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈから水素が放出され、水素放出の際に水素解離反応熱である冷熱を生じる。
【００４６】
また、同時に、他の組をなす高温ＭＨタンク３ａ及び低温ＭＨタンク３ｂは、従来例と同様の再生工程を行う。再生工程では、図１の下半部に示すように、高温ＭＨタンク３ａを高温熱源１によつて加熱しながら、高温ＭＨタンク３ａ内の水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈから放出された水素を低温ＭＨタンク３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに吸蔵させる。そのとき、低温ＭＨタンク３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈに生じた吸着反応熱は、ブライン流路６ｂを介して冷熱源である冷却水４ｂにより除去させる。
【００４７】
図２は、ＭＨ冷凍装置Ｉの低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと機械圧縮型冷凍装置ＩＩのコンデンサー７ａ，７ｂとの間にブライン循環装置ＩＩＩを介在させる構造例の要部を示し、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂとコンデンサー７ａ，７ｂとの間の熱伝達がブラインを介して行われる。すなわち、各ブライン流路６ａ，６ｂの低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂを各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に熱交換可能に配置し、各ブライン流路６ａ，６ｂのブライン側流路２３ａ，２３ｂをそれぞれコンデンサー７ａ，７ｂと熱交換可能に配置する。また、ブライン流路６ａ，６ｂは、３方切換弁からなる第３，第４の電磁弁１５ａ，１５ｂによつてブライン／冷却水熱交換器１４ａ，１４ｂに切換えて接続させることが可能であり、ブライン用ポンプ２４ａ，２４ｂを駆動し、ブライン／冷却水熱交換器１４ａ，１４ｂを介して冷却水４ｂによつて冷却されるブライン流路６ａ，６ｂ内のブラインを循環させて低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金を冷却することができる。
【００４８】
このように、ブライン流路６ａ，６ｂを介して、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂに熱交換可能に配置した低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂと、ブライン／冷却水熱交換器１４ａ，１４ｂ及びコンデンサーのブライン側流路２３ａ，２３ｂとの間で熱交換を行わせることにより、冷却水４ｂ又はコンデンサー７ａ又は７ｂと各低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内と熱交換可能構造が得られる。
【００４９】
再生工程と冷凍工程における低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと冷却水４ｂ又はコンデンサー７ａ，７ｂとの間の熱交換は、それぞれブライン流路６ａ，６ｂを介し、冷却水４ｂとコンデンサー７ａ又は７ｂの作動の切り換えにより行われる。ブライン流路６ａ，６ｂのブラインは、常時、液状を保つものである。
【００５０】
再生工程においては、図２の下半部に示すように第４の電磁弁１５ｂを切り換えて低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ｂをブライン／冷却水熱交換器１４ｂに接続した状態で、ブライン用ポンプ２４ｂを駆動し、冷却水４ｂによつて冷却したブライン流路６ｂ内のブラインにより、１つの組をなす低温ＭＨタンク３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを冷却する。他の組をなす低温ＭＨタンク２ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈも同様の操作で冷却し、再生工程を行うことができる。
【００５１】
冷凍工程においては、図２の上半部に示すように第３の電磁弁１５ａを切り換えて低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａとコンデンサー７ａとを接続した状態で、ブライン用ポンプ２４ａを駆動し、ブライン流路６ａ内のブラインを介して低温ＭＨタンク２ｂからコンデンサー７ａに冷熱量ＱL が伝えられる。これにより、上記第１参考例と同様に、低温環境部５から熱を奪い、冷凍出力ＱLLを得ることができる。他組をなす低温ＭＨタンク３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈも同様の操作で、冷凍工程を行うことができる。かくして、ＭＨ冷凍装置Ｉと機械圧縮型冷凍装置ＩＩとの間の熱伝達をブライン流路６ａ，６ｂ内のブラインを介して行いながら、低温環境部５への冷凍出力ＱLLを得ることができる。
【００５２】
図３は、図２に示す構造例と違つて、低温ＭＨタンク２ｂ、３ｂがそれぞれブライン循環装置ＩＩＩａを介して機械圧縮型冷凍装置ＩＩａに備えられる一つのコンデンサー７だけにカスケードされて熱交換を行う本発明の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置の構造例を示すものである。低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂと低温環境部５又は冷却水４ｂとの間の熱伝達の切り替えを、図２に示した構造例のブライン流路６ａ，６ｂに代えて、ブライン流路６の切り替えによつて行う。このため、ブライン循環装置ＩＩＩａ、機械圧縮型冷凍装置ＩＩａのコンデンサー７、冷媒配管１６等の部材についての詳細な説明は、省略してある。
【００５３】
低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとブライン循環装置ＩＩＩａを介して機械圧縮型冷凍装置ＩＩａに熱交換可能に配置したコンデンサー７、冷媒圧縮機１１、冷媒を溜めるレシーバー１０、膨張弁９及び低温環境部５と熱交換可能に配置した冷媒蒸発器１２を、冷媒配管１６，１７によつて接続させてある。
【００５４】
また、ブライン循環装置ＩＩＩａは、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内にそれぞれ熱交換可能に配置した低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂ、コンデンサー７と熱交換可能に配置したコンデンサーのブライン側流路２３及び冷却水４ｂとの間で熱交換を行うブライン／冷却水熱交換器１４を有する。
【００５５】
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄはそれぞれ４方バルブであり、４方バルブ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを適宜に切り替えると共に、低温段ブラインポンプ４８ａ，４８ｂを適宜に駆動することにより、一方の低温ＭＨタンク２ｂをブライン流路６を介してコンデンサー７のブライン側流路２３又はブライン／冷却水熱交換器１４に選択的に接続して熱交換を行わせ、また、他方の低温ＭＨタンク３ｂをブライン流路６を介してコンデンサー７のブライン側流路２３又はブライン／冷却水熱交換器１４に選択的に接続して、熱交換を行わせることができる。
【００５６】
従つて、ブライン流路６を通じて低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂとの熱交換が行われるコンデンサー７が、冷媒蒸発器１２に接続され、両者７，１２内を冷媒が循環可能である。すなわち、冷媒蒸発器１２の一端部が冷媒配管１７、冷媒レシーバー１０と冷媒圧縮機１１を介してコンデンサー７の一端部に接続し、冷媒蒸発器１２の他端部が膨張弁９を介してコンデンサー７の他端部に接続されている。
【００５７】
かくして、図２に示す構造例と比較して、１つのブライン／冷却水熱交換器１４ａ、コンデンサー７ｂ及び冷媒配管１６ｂに相当する部材を省略して構造簡素としながら、冷凍工程及び再生工程に関して同様の作用を得ることができる。但し、ブライン循環装置５９は、上記従来例に使用され、ただし、ブライン流路６は、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂと低温環境部５との間の熱伝達を行うものとして上記従来例に使用されている。
【００５８】
図４は、機械圧縮型冷凍装置ＩＩ又はＩＩａにおける冷媒冷凍サイクルの温度−エントロピー線図と、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度ＴCO2.L 、ＭＨ冷凍装置Ｉと機械圧縮型冷凍装置ＩＩとの間にブライン循環装置ＩＩＩを介在させる場合のコンデンサー７ａ，７ｂ又は７内の冷媒凝縮温度Ｔ’CO2.H と介在させない場合のコンデンサー７ａ，７ｂ内の冷媒凝縮温度ＴCO2.H 、高温熱源温度となる低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL 、低温熱源温度となる低温環境部５内の温度ＴLLとの間の関係を示す。
【００５９】
図４に示すように、冷媒冷凍サイクルは、理論的に冷媒圧縮機１１による等エントロピー圧縮（Ａ〜Ｂ，Ａ〜Ｂ’）、コンデンサー７ａ，７ｂ又は７内の等圧放熱（Ｂ〜Ｃ，Ｂ’〜Ｃ’）、膨張弁９による断熱膨張（Ｃ〜Ｄ，Ｃ’〜Ｄ’）と冷媒蒸発器１２内の等圧吸熱（Ｄ〜Ａ，Ｄ’〜Ａ）という４つの工程から構成される。
【００６０】
従つて、冷媒冷凍サイクルの作動状態では、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度がＴCO2.L であり、低温環境部５に温度ＴLLを生じさせる場合、図１に記載するようにブライン循環装置ＩＩＩを省略するときは、コンデンサー７ａ，７ｂから低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素吸着合金Ｍ2 Ｈへ直接的に放熱又は熱伝達できるように、コンデンサー７ａ，７ｂ内の冷媒凝縮温度ＴCO2.H が低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の温度ＴL より高い状態になければならない。そのとき、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂでの放熱は、温度差ＴCO2.H −ＴL により行われる。一方、図２，図３に示すようにブライン循環装置ＩＩＩ又はＩＩＩａを備える場合、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂでの放熱は、温度差Ｔ’CO2.H −ＴL により行われる。
【００６１】
勿論、冷媒凝縮温度がＴCO2.L の蒸発器１２が温度ＴLLの低温環境部５から吸熱して冷凍出力ＱLLが得られるように、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度ＴCO2.L が低温環境部５の温度ＴLLより低くならなければならない。このとき、蒸発器１２の低温環境部５からの吸熱つまり両者間の熱伝達は、温度差ＴLL−ＴCO2.L により行われる。
【００６２】
さらに、図５に示すように蒸発器１２から低温環境部５への冷凍出力が低温ブライン循環装置ＩＶを介する場合には、蒸発器１２内の冷媒蒸発温度をＴCO2.L よりも低くしなければならない、あるいは蒸発器１２から低温環境部５への冷熱を（ＴLL−ＴCO2.L ）よりも大きい温度差で与える必要がある。この場合、低温ブライン循環装置ＩＶのブライン循環用配管１９、ブライン／低温環境部熱交換器５８内のブラインは、ブライン用ポンプ１８の駆動によつて循環し、冷媒蒸発器１２からの冷熱がその蒸発器のブライン側流路２９内のブラインに伝わつてブライン／低温環境部熱交換器５８を通じて、低温環境部５への冷凍出力ＱLLされる。
【００６３】
なお、機械圧縮型冷凍装置ＩＩ又はＩＩａ内に使われる冷媒としては、ＣＯ2 の他、アンモニア、プロパンにより代表される炭化水素等の自然冷媒を使用することが可能である。
【００６４】
図６は、本発明の第１実施の形態を示し、第１参考例と実質的に同一機能部分には同一符号を付してそれらの詳細な説明は省略する。
【００６５】
第１実施の形態にあつては、高温段の高温ＭＨタンク２ａ及び低温段の低温ＭＨタンク２ｂを１組とするＭＨ冷凍装置Ｉが備えられている。なお、実際は、上記第１参考例と同様に複数組の高温ＭＨタンク２ａ，３ａ及び低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂが備えられ、１の組の高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが冷凍工程を行うとき、他の組の高温ＭＨタンク３ａ及び低温ＭＨタンク３ｂが再生工程を行う。
【００６６】
高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂは、第１参考例と同様に高温ＭＨタンク２ａ（又は３ａ）を高温熱源１又は冷熱源である冷却水４ａに選択的に接続して、高温ＭＨタンク２ａ内の高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈとこれに対応する低温ＭＨタンク２ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で水素の授受を行わせ、低温ＭＨタンク２ｂからの冷熱を低温環境部５に冷蔵を含む冷凍の目的で提供することができる。
【００６７】
低温ＭＨタンク２ｂは、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置３０を付属する。水素貯蔵合金用ブライン冷却装置３０は、低温ＭＨタンク２ｂの水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを冷却する冷凍機３１及び低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを冷却するブライン／冷却水熱交換器３２を有する。すなわち、低温ＭＨタンク２ｂ内に設置した低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７の両端部は、ブライン用ポンプ３４及び圧縮式又は吸収式の冷凍機３１を有するブライン循環用配管３５に接続されると共に、第１，第２の３方切換電磁弁４０，４１を介して、プレート式の熱交換器３２を有するブライン循環用配管３８に接続される。ブライン／冷却水熱交換器３２は、冷熱源である冷却水４ｂとの間で熱交換を行つてブラインを冷却する。冷却水４ｂには、地下水、工業用水、上水道等の他、クーリングタワーの冷却水を使用できる。
【００６８】
また、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７の両端部は、第３，第４の３方切換電磁弁４４，４５を介して、低温環境部５との間で熱交換を行う低温環境部５用のブライン／低温環境部熱交換器２２を有するブライン循環用配管４６に接続される。
【００６９】
従つて、第１，第２の３方切換電磁弁４０，４１を切り換えてブライン用ポンプ３４を駆動することにより、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを熱交換器３２において冷却水４ｂで冷却し、また、３方切換電磁弁４０，４１を切り換えてブライン用ポンプ３４を駆動することにより、低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを冷凍機３１で冷却し、低温ＭＨタンク２ｂの低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却して再生工程を行うことができる。後記する第２実施の形態のケースを含め、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置３０のブラインとしては、不凍液のメタノール、メタノール水溶液、エチレングリコール水溶液等を使用することが可能である。
【００７０】
かくして、低温ＭＨタンク２ｂ（又は３ｂ）は低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器３７内のブラインを循環させながら、熱交換器３２を介して冷却水４ｂによつて十分に冷却してから、引き続き、冷凍機３１によつて冷却して低温ＭＨタンク２ｂ（又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに水素を十分に吸着させかつ望ましい低温まで下げた後、再生過程を終え、次に、第１，第２、第３，第４の切換電磁弁４０，４１、４４，４５を通じてブライン用ポンプ３４を駆動することにより、ブライン／低温環境部熱交換器２２を介して低温環境部５に冷凍出力することができる。
【００７１】
また、前記第１参考例及び本発明の第１実施の形態にあつては、機械圧縮型冷凍装置ＩＩによつて構成したが、機械圧縮型冷凍装置ＩＩを吸収式冷凍機によつて構成することも可能である。その場合には、冷媒として、臭化リチウム、アンモニア等を使用することが可能である。
【００７２】
図７は本発明の第２実施の形態を示し、第１参考例及び第１実施の形態と実質的に同一機能部分には同一符号を付してそれらの詳細な説明は省略する。
また、ＭＨ冷凍装置Ｉの基本構造が変わらないとして、その詳細な説明も省略する。
【００７３】
第２実施の形態にあつては、第１参考例及び第１実施の形態の場合と同様に、１の組の高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂが冷凍工程を行うとき、他の組の高
温ＭＨタンク３ａ及び低温ＭＨタンク３ｂが再生工程を行う。
【００７４】
高温ＭＨタンク２ａ及び低温ＭＨタンク２ｂは、第１参考例及び第１実施の形態と同様に高温ＭＨタンク２ａ又は３ａを高温熱源１又は冷熱源である冷却水４ａに選択的に接続して、高温ＭＨタンク２ａ内の高温段水素貯蔵合金Ｍ1 Ｈとこれに対応する低温ＭＨタンク２ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で水素の授受を行わせ、低温ＭＨタンク２ｂからの冷熱を低温環境部５に冷蔵を含む冷凍の目的で提供することができる。
【００７５】
低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂは、水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂを付属する。水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂは、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈとの間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂ、ブラインを冷却するためのブライン／冷却水熱交換器３３を有する。すなわち、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に設置した低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂは、第１のブライン流路切り換え用電磁弁２６ａ，２６ｂを介して前記ブライン／冷却水熱交換器３３又はブライン／低温環境部熱交換器５７に連続される。
【００７６】
従つて、水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂのブライン流路切り換え用電磁弁２６ａ，２６ｂは、低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂを、ブライン／冷却水熱交換器３３に接続し、冷却水４ｂを介して冷却したブラインにより水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを冷却し、また、低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ，１３ｂを、低温環境部５と熱交換可能に配置したブライン／低温環境部熱交換器５７に接続し、水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを介して冷却したブラインにより低温環境部５を冷却する。ブライン用ポンプ１８ａ，１８ｂは、水素貯蔵合金用ブライン循環装置ＩＩＩｂのブラインを循環させる。
【００７７】
また、冷却水４ｂは、第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂを介して前記ブライン／冷却水熱交換器３３又は前記機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂのコンデンサー７の冷却水流路側３５に交替で流せるように、前記ブライン循環装置ＩＩＩｂ内のブラインの冷却とコンデンサー７の冷却との二重の役割を果たせる。前記冷却水４ｂには、地下水、工業用水、上水道等の他、クーリングタワーの冷却水を使用できる。すなわち、第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂは、コンデンサー７の冷却水流路側３５を有する冷却水流路２８に冷却水４ｂを流すことにより、コンデンサー７を冷却し、また、ブライン／冷却水熱交換器３３を有する冷却水流路２７に冷却水４ｂを流すことにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを冷却することができる。冷却水用ポンプ（図示せず）の駆動及び第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂの切り換えにより、外部からの冷却水４ｂを冷却水流路側３５に流し、また、ブライン／冷却水熱交換器３３に流すことができる。
【００７８】
この様に、第１の流路切り換え用電磁弁２６ａ，２６ｂ及び第２の流路切り換え用電磁弁２５ａ，２５ｂの切り替えによるブライン循環装置ＩＩＩｂ内のブラインの切り換え及びブライン流路２７，２８の切り換えにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂの水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却した後、ブライン循環装置ＩＩＩｂを介して低温環境部５への冷凍出力が可能となる。
【００７９】
低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの再生過程において、このブラインがブライン／冷却水熱交換器３３により冷却されてから、ブライン用ポンプ１８ａの駆動により、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器１３ａ又は１３ｂを介して前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを第１ステップで冷却し、その後、前記流路切り換え用電磁弁２5 ａ、２5 ｂの切り替えにより前記冷却水４ｂを前記コンデンサー７の冷却水側流路３５に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂを作動させて、冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂにより、前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを、第２のステップで前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに水素を十分に吸着させることができる。コンデンサー７を介して冷却水４ｂからの冷却効果を受けることにより、冷媒圧縮機１１から吐出される冷媒蒸気が液状になるように冷却され、この液状冷媒を膨張弁９によつて減圧膨張させて冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂに導いて蒸発させることにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却することができる。
【００８０】
前記低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの冷凍過程において、前記機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂと冷却水４ｂの流れを止め、第１のブライン用流路切替弁２６ａ及び２６ｂを切り換え、ブライン用ポンプ１８ｂの駆動により、該低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈの水素解離反応による冷熱でブライン／低温環境部熱交換器５７を介して、低温環境部５に冷凍出力することができる。
【００８１】
図８には、第２参考例を示し、第１参考例及び第２実施の形態と同一機能部分には同一符号を付してある。第２参考例にあつては、その構成が第１参考例及び第２実施の形態に近似し、その作用が第１実施の形態及び第２実施の形態に近似している。
【００８２】
すなわち、第１参考例と同様にＭＨ冷凍装置Ｉを設けるが、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内に機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂの冷媒蒸発器１２ａ，１２ｂを配置し、各低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈと冷媒蒸発器１２ａ，１２ｂとの間で選択的に熱交換を行わせる。また、機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂの１つのコンデンサー７は、冷熱源である冷却水４ｂとの間で熱交換を行う。なお、コンデンサー７は、冷却水４ｂによる冷却に代えて、空気を冷熱源とすることもできる。従つて、第２参考例にあつては、第２実施の形態と同様に、機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂの冷媒圧縮機１１が、第１参考例と比較して、逆向きに冷媒を送るように冷媒レシーバー１０よりも下流側に配置されている。
【００８３】
また、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂには、それぞれ低温ブライン流路６６ａ，６６ｂが熱交換可能に配置され、両低温ブライン流路６６ａ，６６ｂは、その間に配置した３方切換バルブ６７，６８を介して、低温ブライン／低温環境部熱交換器７２を有する低温ブライン循環用配管７６に接続される。該熱交換器７２は、低温環境部５との間で熱交換を行うように低温環境部５内に配置され、低温ブライン循環用配管７６には、低温ブライン用ポンプ７４が配置されている。
【００８４】
従つて、機械圧縮型冷凍装置ＩＩｂでは、両電磁弁８ａ，８ｂを切換え、一方の低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂに対応する冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂを冷媒圧縮機１１及びコンデンサー７に連通させ、低温ＭＨタンク２ｂ又は３ｂ内を十分に冷却することにより、各低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈに十分量の水素を吸蔵させかつ望ましい低温まで下げて再生工程を行うことができる。このとき、コンデンサー７を介して冷却水４ｂからの冷却効果を受けることにより、冷媒圧縮機１１から吐出される冷媒蒸気が液状になるように冷却され、この液状冷媒を膨張弁９によつて減圧膨張させて冷媒蒸発器１２ａ又は１２ｂに導いて蒸発させることにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の低温段水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈを十分に冷却することができる。この状態から、水素貯蔵合金Ｍ2 Ｈから水素を放出させれば、冷凍工程が実行される。
【００８５】
冷凍工程では、３方切換バルブ６７，６８を切り換えて低温ブライン用ポンプ７４を駆動することにより、低温ＭＨタンク２ｂ，３ｂ内の水素解離反応に基づいて冷却された低温ブライン流路６６ａ，６６ｂ内のブラインが低温ブライン／低温環境部熱交換器７２に導かれる。これにより、低温ブライン／低温環境部熱交換器７２を介して低温環境部５に冷凍出力することができる。低温ブライン流路６６ａ，６６ｂ、低温ブライン循環用配管７６及び低温ブライン／低温環境部熱交換器７２内のブラインとしては、不凍液のメタノール、メタノール水溶液、エチレングリコール水溶液等を使用することが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明により理解されるように、本発明に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置によれば、ＭＨ冷凍装置に対し、環境に優しい冷媒を低温冷媒に用いる冷凍装置又は冷凍機を組み合わせる水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法及びその装置により、低温環境部に省エネで効率的に冷熱を提供することができるという効果を奏する。
【００９７】
また、請求項１，２、３，４，５の発明によれば、冷却水及び冷凍装置又は冷凍機の併用による冷却により、再生過程における低温ＭＨタンク内の水素貯蔵合金の放熱を十分に行なうことができ、これにより、冷凍過程における低温ＭＨタンク内の水素貯蔵合金からの冷熱放熱量を増大させることができ、低温環境部に効果的に冷凍出力できると共に、低温ＭＨタンク内の水素貯蔵合金の冷却用と機械圧縮型冷凍装置又は冷凍機の熱源あるいはその蒸発器の加熱用のものとして地下水等の安価の水や自然エネルギーを用いることによる運転コストダウンと省エネの効果を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例に係り、複数の低温ＭＨタンク内にそれぞれ複数のコンデンサーを設置して熱交換を行う本発明の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図２】 同じく複数の低温ＭＨタンクがそれぞれブライン循環装置を介して機械圧縮型冷凍機の複数のコンデンサーにカスケードされて熱交換を行う本発明の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図３】 同じく複数の低温ＭＨタンクがそれぞれブライン循環装置を介して機械圧縮型冷凍機に備えられる一つのコンデンサーだけにカスケードされて熱交換を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図４】 温度−エントロピー特性を示し、CO2 冷凍サイクルと、CO2 蒸発器内のCO2 蒸発温度T CO2,L 、 CO2 蒸発器内と低温環境部との間の熱伝達がブラインを介するとしない場合のCO2 コンデンサー内のCO2 凝縮温度T ' CO2,H 、T CO2,H 、CO2 冷凍サイクルに関してその高温熱源とされる冷凍過程の低温ＭＨタンク内の温度T L 、その低温熱源温度とされる低温環境部内の温度T LLとの関係を示す線図。
【図５】 同じく冷媒蒸発器と低温環境部との間に設けるブライン循環装置の構造例を示す図。
【図６】 本発明の第１実施の形態に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図７】 本発明の第２実施の形態に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図８】 本発明の第２参考例に係る水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置を示す図。
【図９】 従来例を示す図。
【符号の説明】
１：高温熱源
２ａ，３ａ：高温ＭＨタンク（水素駆動用合金収納高温タンク）
２ｂ，３ｂ：低温ＭＨタンク（冷熱取出用合金収納低温タンク）
４ａ，４ｂ：冷却水（冷熱源）
５：低温環境部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６：ブライン流路
７ａ，７ｂ，７：コンデンサー
８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｂ：電磁弁
９：膨張弁
１０：冷媒レシーバー
１１：冷媒圧縮機
１２ａ，１２ｂ，１２：冷媒蒸発器
１３ａ，１３ｂ：低温ＭＨ／ブライン熱交換器
１４ａ，１４ｂ，１４：ブライン／冷却水熱交換器
１６，１６ａ，１６ｂ，１７：冷媒配管
１９，３５，３８，４６：ブライン循環用配管
１８，１８ａ，１８ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４：ブライン用ポンプ
２０，２１：水素流路
２２：ブライン／低温環境部熱交換器
２３，２３ａ，２３ｂ：コンデンサーのブライン側流路
２５：第２の流路切り換え用電磁弁
２６：第１の流路切り換え用電磁弁
２７，２８：冷却水流路
３０：水素貯蔵合金用ブライン冷却装置
３１：冷凍機
３２，３３：ブライン／冷却水熱交換器
３５：冷却水側の流路
３７：低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器
４０，４１，４４，４５：３方切換電磁弁
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ：４方バルブ
４８ａ，４８ｂ：低温段ブラインポンプ
４９ａ，４９ｂ：高温段ブラインポンプ
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ：３方バルブ
５１：冷却水／ブライン熱交換器
５３：高温熱源／ブライン熱交換器
５２，５４：ブライン／Ｍ1 Ｈ熱交換器
５７，５８：ブライン／低温環境部熱交換器
５９：ブライン循環装置
７０，７１：水素流路用バルブ
６６ａ，６６ｂ：低温ブライン流路
６７，６８：３方切換バルブ
７２：低温ブライン／低温環境部熱交換器
７４：低温ブライン用ポンプ
７６：低温ブライン循環用配管
Ｉ：ＭＨ冷凍装置
ＩＩ，ＩＩａ，ＩＩｂ：機械圧縮型冷凍装置（冷媒冷凍装置）
ＩＩＩ，ＩＩＩａ，ＩＩＩｂ：ブライン循環装置
ＩＶ：低温ブライン循環装置
Ｍ1 Ｈ：高温段水素貯蔵合金
Ｍ2 Ｈ：低温段水素貯蔵合金
Claims (5)
- 高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内に、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を内装し、
その中のブラインを循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３２）により冷却されてから、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を冷却し、引き続き、冷凍機（３１）により、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱を前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介してブライン／低温環境部熱交換器（２２）により、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法。 - 高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ（又は３ａ））を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内に、水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を内装し、
その中のブラインを循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３２）により冷却されてから、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を冷却し、引き続き、冷凍機（３１）により、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱を前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）を介してブライン／低温環境部熱交換器（２２）により、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置。 - 前記水素貯蔵合金用ブライン冷却装置（３０）が、低温環境部（５）との間で熱交換を行うブライン／低温環境部熱交換器（２２）を備え、前記低温ＭＨタンク／ブライン熱交換器（３７）内のブラインをブライン／低温環境部熱交換器（２２）に循環させて、冷却状態の該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ（又は３ｂ））から低温環境部（５）に冷熱を与えることを特徴とする請求項２の水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置。
- 高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ、１３ｂ）を内装し、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属するブライン／冷却水熱交換器（３３）により、前記ブラインを冷却水（４ｂ）により冷却可能であり、
また、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ、２６ｂ）の切り替えにより、前記ブラインにより前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を冷却、又は低温環境部（５）への冷凍出力可能であり、
また、前記冷却水（４ｂ）は、前記ブラインの冷却と機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）のコンデンサー（７）の冷却の二重役割を果たし、第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記ブライン／冷却水熱交換器（３３）又は前記コンデンサー（７）の冷却水側の流路（３５）へ交替で流すことが可能であり、
また、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）の冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）をそれぞれ前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、その中の前記低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）をブラインを介しないで冷却できるように設置し、
その中のブラインをブライン用ポンプ（１８ａ，１８ｂ）により循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３３）により冷却されてから、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ又は１３ｂ）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を第１ステップで冷却し、その後、前記第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記冷却水（４ｂ）を前記コンデンサー（７）の冷却水側流路（３５）に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）を作動させて、冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）により、前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を、第２のステップで前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）と冷却水（４ｂ）の流れを止め、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ及び２６ｂ）を切り換え、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱をブライン／低温環境部熱交換器（５７）を介して、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生方法。 - 高温段の水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）及び低温段の冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を１組とするＭＨ冷凍装置（Ｉ）が備えられ、該水素駆動用合金収納高温タンク（２ａ又は３ａ）を加熱及び冷却させて、その中の高温段水素貯蔵合金（Ｍ1 Ｈ）とこれに対応する冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で水素の授受を行わせ、その中から冷熱を取出し、低温環境部（５）に冷熱を与えるように冷凍工程を行う水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置であつて、
該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属する該冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）との間で熱交換を行う低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ、１３ｂ）を内装し、水素貯蔵合金用ブライン循環装置（ＩＩＩｂ）に付属するブライン／冷却水熱交換器（３３）により、前記ブラインを冷却水（４ｂ）により冷却可能であり、
また、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ、２６ｂ）の切り替えにより、前記ブラインにより前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）を冷却、又は低温環境部（５）への冷凍出力可能であり、
また、前記冷却水（４ｂ）は、前記ブラインの冷却と機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）のコンデンサー（７）の冷却の二重役割を果たし、第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記ブライン／冷却水熱交換器（３３）又は前記コンデンサー（７）の冷却水側の流路（３５）へ交替で流すことが可能であり、
また、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）の冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）をそれぞれ前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内に、その中の前記低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）をブラインを介しないで冷却できるように設置し、
その中のブラインをブライン用ポンプ（１８ａ，１８ｂ）により循環させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の再生過程において、
このブラインがブライン／冷却水熱交換器（３３）により冷却されてから、前記低温ＭＨ／ブライン熱交換器（１３ａ又は１３ｂ）を介して前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を第１ステップで冷却し、その後、前記第２の流路切り換え用電磁弁（２5 ａ、２5 ｂ）の切り替えにより前記冷却水（４ｂ）を前記コンデンサー（７）の冷却水側流路（３５）に流し、同時に、前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）を作動させて、冷媒蒸発器（１２ａ又は１２ｂ）により、前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を、第２のステップで前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）を十分に冷却し、低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）に水素を十分に吸着させ、
前記冷熱取出用合金収納低温タンク（２ｂ又は３ｂ）内の低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の冷凍過程において、
前記機械圧縮型冷凍装置（ＩＩｂ）と冷却水（４ｂ）の流れを止め、第１の流路切り換え用電磁弁（２６ａ及び２６ｂ）を切り換え、
該低温段水素貯蔵合金（Ｍ2 Ｈ）の解離反応による冷熱をブライン／低温環境部熱交換器（５７）を介して、低温環境部（５）に与えることを特徴とする水素貯蔵合金利用の冷熱発生装置。
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