JPH01305273A - 金属水素化物ヒートポンプ - Google Patents

金属水素化物ヒートポンプ

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JPH01305273A
JPH01305273A JP13568188A JP13568188A JPH01305273A JP H01305273 A JPH01305273 A JP H01305273A JP 13568188 A JP13568188 A JP 13568188A JP 13568188 A JP13568188 A JP 13568188A JP H01305273 A JPH01305273 A JP H01305273A
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JP
Japan
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hydrogen
metal hydride
heat
exchanger
temperature
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JP13568188A
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English (en)
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Yoshio Komazaki
駒崎 良夫
Seijiro Suda
精二郎 須田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金属水素化物ヒートポンプに関するものである
従来の技術 近年、金属水素化物のの吸熱量と発熱量を利用した金属
水素化物ヒートポンプが開発されている。
しかしながら、このものは、有効に利用できる温度の熱
出力を得るためには高温の熱源を必要とする。すなわち
、熱駆動型の金属水素化物ヒートポンプは、高温の熱を
駆動源として水素化物間の圧力差を作り、この圧力差に
よって金属水素化物間の水素の移動を起させ、水素が金
属水素化物と吸放出反応を起す際の発吸熱現象を利用し
て熱工不ルギーを発生させるものであるため、冷暖房や
各種産業における熱供給装置どして利用する場合、比較
的高温の熱源を必要とし、I 00°C以下の低温廃熱
の有効な回収法としては不適当であるという欠点を有し
ている。
発明か解決しようとする課題 本発明は、このような従来の欠点を克服し、昇降温能力
lこ侵れ、かつ低温の熱源を利用でき低温廃熱を回収し
うる金属水素化物ヒートポンプを提供するごとを目的と
してなされl−ものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、前記目的を達成すべく種々研究を重ねた
結果、水素の移動を従来金属水素化物間の圧力差を利用
して行−)で171だのを、水素圧縮機を用いて強制的
に行わせ、水素の吸蔵側と放出側との圧力差がない場合
や圧力差か逆転している場合にもヒートポンプサイクル
を起させることにより、その目的を達成しうろことを見
出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、たかいに異なる水素平衡圧力を有
する2種類の金属水素化物M1H及びM2Hを選択使用
し、両者の間の水素の移動を水素圧縮機を用いて強制的
に起させることによって昇降温ならびに増熱を行うこと
を特徴とする金属水素化物ヒートポンプを提供するもの
である。
実施例 本発明の詳細な説明する11丁に、本発明の構成の大略
を図面について説明すると、第1図の昇はを目的とした
ヒートポンプサイクル1:おいて、従来の熱駆動型の装
置では高圧側の水素化物(I)をTmの温度の熱源を用
いて熱分解し、水素化物(Iりへ水素を導き、吸蔵反応
全起させることによってThの出力発生を行わせるとと
もに、反応終了後はTmの温度の熱源を水素化物(1)
の分解に再び用い、水素化物(II)から水素化物(1
)へ水素を戻すA −B→C→Dのサイクルであるから
、このサイクルを構成するためには金属水素化物間の圧
力差が必要となり、圧力条件はA>B、C>Dであるべ
きことがら昇温能力はThが限界である。これに対し、
水素圧縮機を用いるとA −E−F−Dのようなサイク
ルが可能となり、このサイクルではAからEへの水素の
移動は、従来型と同様に金属水素化物間の圧力差を用い
るが、FからDへの移動はFの圧力がDより低いため水
素圧縮機を用い、この方法により昇温能力をTh’ ま
で向上させることができる。さらに、AからEへの水素
移動に関しても水素圧縮機を利用すると昇温能力はTh
”まで向上し、従来までのサイクルに比較して大幅な性
能の向上が可能である。また、出力発生温度を従来型と
同じとした場合、熱源温度Tmを大幅に低下させること
か可能となり、低温の熟エネルギーの回収が可能となる
さらに、この方法によれば、昇温能力の向上だけではな
く圧縮動力の軽減が可能となる。すなわち、Tmの熱源
によってTh’ の出力発生を考えた場合、同一種類の
金属水素化物〔例えは水素化物(■)〕を2つ用いてそ
の間で水素の強制的移動を起させるとすれは、水素圧縮
機を用いてFよりEまで昇圧する必要があり、大幅な圧
縮動力を必要とするか、本発明に、VllばFからDま
での圧縮動力ですむことから、FからEまでの圧縮に比
較してわずかな動力で昇温か可能となり、高効率なシス
テムの設計か可能となる。
同様に、第2図の冷却型のヒートボンプサイクルにおい
て、従来型のサイクルはA−hB−C−Dであり、冷却
限界温度はTIである。これに対し、水素圧縮機を水素
化物(1)から水素化物(11)への水素の移動に使っ
た場合は、冷却能力はTIとなり性能の向上が計れる。
さらに、水素圧縮機を併用するとすれば高温熱源温度は
ThよりTh’ まで低下させることが可能となり、低
温の熱エネルギーの回収が計れる。もちろん、水素圧縮
機のみを使用した場合でも、従来型サイクルと同じ冷却
条件下では低い熱IW湿温度サイクルを構成することが
可能であるが、この冷却サイクルではTl11は通常外
気や冷却水の温度であり、一種類の金属水素化物を使っ
て同一の冷却条件を得ようとした場合、EからBまでの
昇圧が必要どなり、本発明におけるEからDまでの昇圧
に比べて大幅な圧縮動力を必要とする。このようjこ、
本発明は冷却用として用いた場合にも高効率の低温発生
が可能である。
次に、本発明の実施例を第3図について説明すると、核
間は前記第1図で説明したと同じ昇温を目的とするもの
である。また、第4図は水素圧縮機を高圧側のMH2か
らMH+への水素の移動に用いた場合のヒートポンプサ
イクル図である。
第3図において、水素は低圧側のLaNi+、5Alo
、sの充てんされた金属水素化物熱交換器11よりMn
Ni4.oFe+、。の充てんされた高圧側金属水素化
物熱交換器21へ水素圧縮機31を介して流れる。
この場合水素用バルブは51,53が開となり、52.
54は閉とする。熱媒側は70°Cに保たれた熱源用タ
ンク42より、ポンプ34を介して熱媒用バルブ65よ
り金属水素化物熱交換器11へ導入され、ここで熱交換
した後バルブ68よりタンク42に戻る。また、金属水
素化物熱交換器21は、冷却タンク43より20℃冷却
水がポンプ35によってバルブ76を通り熱交換器21
を冷却し、バルブ77よりタンク43に戻る。もう一方
の系統は、高圧側の金属水素化物熱交換器22より、水
素用バルブ58.55を通して低圧側金属水素化物熱交
換器12へ水素が流れる。この場合、熱交換器22は熱
源用タンク42よりポンプ34を介して70’Oの温水
がバルブ71を通って供給され、熱交換した後、熱媒は
バルブ74を経てタンク42へ戻る。金属水素化物熱交
換器12では高温か発生し、発生出力は出力発生タンク
41よりポンプ33で供給される熱媒にバルブ62.6
3が開となることで熱交換される。水素の移動が終了し
たならば、金属水素化物熱交換器11.21の系と12
.22の系とが相対的に逆転し、熱交換器21,12に
70℃の熱が供給され、熱交換器22は冷却されて水素
を吸蔵し、熱交換器11で出力が発生する。この場合、
前述したのと同様の操作で水素ならびに熱媒バルブの開
閉が切り換えられる。以上の操作を順次繰り返すことで
連続的に出力の発生が行われる。
上記装置を用い、かつ−例として各金属水素化物熱交換
器にそれぞれ2kgの水素吸蔵合金を充てんしてこれら
の操作手順でシステムを運転した結果、70°Cの熱源
と20°Cの放熱源により150°Cの高温を連続的に
発生させることができた。この場合の圧縮動力と発生出
力の比である成績係数は8.0であった。なお、水素圧
縮機を用いない場合について同じ熱源温度で運転を行っ
た結果、発生出力は11.0℃か限界であった。ただし
、この場合前述の合金系ではサイクルの構成が不可能で
あることから、低圧側の水素吸蔵合金はLaN iい@
Al。、2を用い!二。
さらに、上記第2図において、水素圧縮機を高圧側金属
水素化物MH+から低圧側金属水素化物MH2への水素
の移動についても用いた場合は、金属水素化物熱交換器
22から12への水素の移動は、水素用バルブ5g、5
6が開となり55.57は閉として水素圧縮機32を通
して行われる。熱媒系は上記実施例と同じである。また
、連続運転は金属水素化物熱交換器11.21側で先に
示した金属水素化物熱交換器22から12への水素の移
動と同様の出力発生操作を行い、これを金属水素化物1
2.22側と交互に繰り返すことで可能となる。この結
果、70℃の熱源と20℃の放熱源温度により出力は1
80℃まで向上した。また、成績係数は3.5であった
次に、第5図に示す実施例は、前記第2図で説明したと
同じ冷却を目的とするものであって、第6図はこのヒー
トポンプサイクル図で、水素圧縮機を高圧側の金属水素
化物MH,から低圧側の金属水素化物MH2への水素の
移動に用いた場合である。
第5図において、水素は高圧側のMmN4−+bFeo
−msの充てんされた金属水素化物熱交換器11よりL
aNi5の充てんされた低圧側金属水素化物熱交換器2
1へ水素圧縮機31を介して流れ、一方のユニットでは
低圧側金属水素化物熱交換器22より高圧側金属水素化
物熱交換器12へ、水素圧縮機を通さずに水素が移動す
る。この場合水素用バルブは52.53、・54が開と
なり、51.55.56は閉である。熱媒は70°Cに
保たれた熱源用タンク43より、ポンプ35を介して熱
媒側バルブ72より金属水素化物熱交換器22へ導入さ
れ、ここで熱交換した後バルブ73よりタンク43に戻
る。また、水素か導入される金属水素化物熱交換器12
.21側は、放熱源用タンク42より30℃冷却水がポ
ンプ34によってバルブ61.75を通り熱交換m12
.21へ流れ込み、゛冷却した後バルブ64.78より
タンク42に戻る。
冷却出力の発生側は、熱源用タンク41よりポンプ33
を介して冷却媒体がバルブ66を通って供給され、バル
ブ67を経てタンク41へ戻る。水素の移動が終了した
ならば、金属水素化物熱交換器11,21の系と12.
22の系とが相対的に逆転し、水素用バルブは51.5
5.56が開となり52.53.54が閉となる。これ
によって金属水素化物熱交換器21から11へは水素圧
縮機を通さずに水素が流れ、金属水素化物熱交換器12
から22へは水素圧縮機を介して移動する。
従って、水素圧縮機31は2つのユニットで併用するこ
とになり、同システムでは1台の水素圧縮機でシステム
を構成させることができる。この場合、前述したと同様
の操作で熱媒バルブの開閉か切り換えら41、以上の操
作を順次繰り返tことで連続的に出力の発生か行われる
これらの操作手順でシステムを運転した結果、70°C
の熱源と30°Cの放熱源により一20℃の低温を連続
的に発生させることができた。この場合の圧縮動力と発
生出力の比である成績係数は7.5であった。なお、水
素圧縮機を用いない場合について同じ熱源温度で運転を
行った結果、発生出力はlOoCか限界であった。
発明の詳細 な説明したように、本発明は水素圧縮機の使用により、
従来のサイクルによる装置に比べて、昇温の場合は熱源
温度を大幅に低下させることができる上Iこ、低温の熟
エネルギーの回収が可能であるし、また冷却の場合は高
温熱源の温度を十分に低下させることができるという顕
著な効果を奏する。
以上のように、本発明は熱源又は冷熱源を必要とする場
所での熱又は冷熱の供給装置どして利用できる他、工場
、発電所、ゴミ焼却所等の廃熱を有する施設において、
廃熱の有効利用装置とじて利用でき、さらに、近年注目
されているエンジン式や燃料電池とのコージェネレーシ
ョンにおける熱エネルギーの効果的な利用方法として応
用することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれ本発明の昇温サイクル、冷却
サイクルにおける作用を示す説明図、第3図、第4図は
昇温目的に用いた場合の系統図ならびにサイクル図、第
5図、第6図は冷却目的に用いた場合の系統図ならびに
サイクル図である。 図中符号MH+は高圧側金属水素化物、MH2は低圧側
金属水素化物、11.12は低圧側金属水素化物熱交換
器、21.22は高圧側金属水素化物熱交換器、31,
32は水素圧縮機、33,34.35は熱媒ポンプ、4
Iは出力発生用タンク、42は熱源用タンク、43は冷
却用タンク、51〜58は水素用バルブ、61〜68.
71〜78は熱奴用バルブである。 第1 図 第2メ T 第3図 第4図 温良〔0C〕 1000/T  CK’〕 第5図 第6図 温、斐〔6C〕 1000/T (K−’] ″   □  。 、、  手続補正書 :、・ ・ 昭和63年6月29日 □ ・。 “′” 特許庁長官   吉  1) 文  毅 殿1
、事件の表示 昭和63年特許願第135681号 2、発明の名称 金属水素化物ヒートポンプ 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 神奈川県藤沢市辻堂大平台2−1−48日本空調エンジ
ニアリング株式会社 代表者  須 1)清 二 部 4、代理人 東京都港区新橋2丁目2番2号川志満・邦信ビル8階(
7182)弁理士 阿   形     明、パ・ :
電話(S9+)991(1番 −一118.5、補正命
令の日付  自 発 6、補正により増加する発明の数  07、補正の対象
  明細書の発明の詳細な説明の欄、゛−−−− ’ 、13.・、、、′g 、・ 8、補正の内容 (r)  明細書第4ベーノ第11行のf’Tm」をr
TnJに訂正します。 (2) 同第6ペーレ゛第8行の[冷却能力はTIとな
り」を[冷却能力はTI’となり」に訂正します。 (2) 同第6ページ第15行rTJをrTnJに訂正
しまず。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 たがいに異なる水素平衡圧力を有する2種類の金属
    水素化物M_1H及びM_2Hを選択使用し、両者の間
    の水素の移動を水素圧縮機を用いて強制的に起させるこ
    とによって昇降温ならびに増熱を行うことを特徴とする
    金属水素化物ヒートポンプ。 2 金属水素化物M_1Hから金属水素化物M_2Hへ
    の水素の移動及び金属水素化物M_2Hから金属水素化
    物M_1Hへの水素の移動のうち、そのいずれか一方を
    水素圧縮機を用いて強制的に行い、他方は金属水素化物
    間の平衡圧力差によって起させる請求項1記載の金属水
    素化物ヒートポンプ。 3 金属水素化物の組合せを2組用い、各金属水素化物
    M_1HとM_2Hとの間の水素の移動をそれぞれの金
    属水素化物の組合せに対して相互に逆方向に起し、反応
    過程終了後これを切り換え、これらの操作を順次繰り返
    すことにより、連続的に出力の発生を可能とした請求項
    1または2記載の金属水素化物ヒートポンプ。 4 2組の金属水素化物の組合せに対して水素圧縮機を
    介して水素の移動を起させる際に、共通の水素圧縮機を
    用いる請求項1、2または3記載の金属水素化物ヒート
    ポンプ。
JP13568188A 1988-06-03 1988-06-03 金属水素化物ヒートポンプ Pending JPH01305273A (ja)

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