JPH0152666B2

JPH0152666B2 -

Info

Publication number: JPH0152666B2
Application number: JP56083051A
Authority: JP
Inventors: Michoshi Nishizaki; Minoru Myamoto; Kazuaki Myamoto; Takeshi Yoshida; Katsuhiko Yamaji; Yasushi Nakada
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1989-11-09
Also published as: JPS57197230A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は熱エネルギー取得装置に関する。ある
種の金属や合金が発熱的に水素を吸蔵して金属水
素化物を形成し、また、この金属水素化物が可逆
的に吸熱的に水素を放出することが知られてい
る。

近年、このような金属水素化物の特性を利用し
て冷熱や温熱を得るための方法及びそのための装
置が種々提案されているが、効率が一般に低いた
め、その改善が要請されている。

又、金属水素化物の特性を利用、低質の廃熱を
回収する方法も提案されているが、回収した廃熱
をより高質の熱エネルギーに改質することが必要
であり、それを実現する方法及びそのための装置
も熱望されているのである。

第１ａ図は、平衡分解圧特性の異なる二種の金
属水素化物M₁H及びM₂Hを用いる従来の熱エネ
ルギー取得方法のサイクル線図であり、横軸は絶
対温度Ｔの逆数、縦軸は平衡分解圧Ｐの対数を示
す。このサイクル線図によつて、温熱又は冷熱を
取得する場合のカルノー成績係数COPを求めて
みる。

当初、M₁Hは水素を十分に吸蔵しており、
M₂Hは水素を放出しつくしているとし、サイク
ルにおいて水素１モルが吸蔵又は放出され、この
際の反応熱をそれぞれΔH₁におよびΔH₂とする。
M₁Hに温度T_Hにおいて高温熱媒からΔH₁の熱を
与えて水素を放出させ（点Ａ）、この水素を温度
T_M（＜T_H）にてM₂Hに吸蔵させると、M₂Hは
ΔH₂の熱を発生する（点Ｂ）。

次に、M₁Hを中温熱媒にて温度T_Mに冷却する
と共に、M₂Hを低温熱媒にて温度T_L（＜T_M）に
冷却すると、分解平衡圧差によつてM₂HはΔH₂
の熱を吸熱して水素を放出し（点Ｃ）、この水素
をM₁Hが吸蔵し、ΔH₁の熱を発生する（点Ｄ）。
そこで、M₁Hを再び温度T_Hに加熱し、M₂Hを温
度T_Mに加熱すれば１サイクルが完結する。

上記したサイクルにおいて、高温熱媒を高温駆
動熱源とし、中温熱媒として外気を用い、低温熱
媒を冷却負荷に接続して、点ＡにΔH₁の熱を入
力し、点Ｂ及びＣでの発熱ΔH₂及びΔH₁を系外
に排出することにより、点Ｄで冷熱ΔH₂を得る
ことができる。この冷熱サイクルにおける成績係
数は、平衡分解圧特性を示す直線の傾きが反応熱
に等しい、即ち、ΔH₁ΔH₂であることを考慮
して、上記した説明から明らかなように、 COP_C＝ΔH₂／ΔH₁１ ……(1) である。

一方、高温熱媒を高温駆動熱源とし、低温熱媒
として例えば外気を用いれば、中温熱媒から点Ｂ
及びＤにおいて温熱を取得することができる。こ
のような温熱取得サイクルを後述する別の温熱取
得サイクルと区別するために、ここでは第１種温
熱取得サイクルと称する。この第１種温熱取得サ
イクルにおける成績係数は、点ＡにΔH₁の熱を
入力し、点Ｂ及びＤからΔH₁＋ΔH₂の温熱を出
力として取得するから、 COP_H1＝ΔH₁＋ΔH₂／ΔH₁＝１＋COP_C……(2) である。

なお、実際のサイクルにおいては、点Ａ，Ｄ間
及び点Ｂ，Ｃ間での加熱、冷却に伴う熱損失が避
けられないので、実際の成績係数は上記の値より
も相当に小さい。

次に、第１ｂ図に第２種温熱取得サイクルを示
す。このサイクルにおいては、当初、M₂Hは十
分に水素を吸蔵しており、M₁Hは水素を放出し
つくしているとし、中温の駆動熱源により温度
T_MにてM₂HにΔH₂の熱を与えて水素を放出させ
（点Ａ）、平衡分解圧差を利用してこの水素を温度
T_H（＞T_M）でM₁Hに吸蔵させる（点Ｂ）。この
際、M₁HはΔH₁の熱を発生するので、これを温
熱出力として得る。

次に、低温熱媒によつてM₂Hを温度T_L（＞T_M）
に冷却する一方、M₁Hを温度T_Mに冷却し、両者
の平衡分解圧差によつてM₁Hから水素を放出さ
せ（点Ｃ）、M₂Hに吸蔵させる（点Ｄ）。このと
き、M₁Hには駆動熱源からΔH₁の熱を与え、
M₂Hが発生する熱ΔH₂は低温熱媒に排出する。
従つて、この第２種温熱サイクルの成績係数
COP_H2は、 COP_H2＝ΔH₁／ΔH₁＋ΔH₂１／２ ……(3) である。

ほとんどの金属水素化物についてΔH₂≦ΔH₁
であるから、原理的にはCOP_Cが１を越えること
はほぼ不可能であり、従つて、COP_H1が２を越え
ることもほぼ不可能である。なお、冷熱又は第１
種温熱取得サイクルにおいて点Ａ，Ｄ間及び点
Ｂ，Ｃ間の加熱、冷却による熱損失を考慮する
と、一般にT_Mがある限界を越えると成績係数が
低下する傾向がある。第２種温熱サイクルは、中
温の駆動熱源を用いて高温の熱エネルギーを取得
するものであるが、本来、その成績係数は非常に
小さい。

このように従来の方法はいずれも成績係数が低
い。本発明はこのような問題を解決するためにな
されたものであつて、成績係数が改善された熱エ
ネルギー取得装置を提供することを目的とする。

又、第１ａ図の冷熱サイクルにおいて、高温熱
媒として外気を用い、中温熱媒（T_M）として冷
廃熱（ΔH₁＋ΔH₂）を供給すれば、より低温T_L
の冷熱（ΔH₂）がM₂Hより回収される（点Ｃ）。
同様に、第１ｂ図の第２種温熱サイクルにおい
て、低温熱媒を外気とし、温度T_Mの中温熱媒と
して温廃熱（ΔH₁＋ΔH₂）を供給をすれば、よ
り高温T_Hの温熱（ΔH₁）がM₁Hより回収される
（点Ｂ）。しかしながら、低質の熱エネルギーから
高質の熱エネルギーへの改質の程度は第１ａ図及
び第１ｂ図を見れば自ら限界があるのは容易に理
解される。

本発明は廃熱のような低質の熱エネルギーがあ
る時により高質の熱エネルギーとして回収できる
熱エネルギー取得装置を提供することを目的とす
る。

本発明の熱エネルギー取得装置は、作動温度範
囲において平衡分解圧の異なるｎ種（但しｎ≧
３）の金属水素化物の組を少なくとも２組有し第
１の金属水素化物から吸熱的に水素を放出させ、
この水素を第２の金属水素化物に発熱的に吸蔵さ
せ、次に、第２の金属水素化物から吸熱的に水素
を放出させ、この水素を第３の金属水素化物に発
熱的に吸蔵させると共に、順次同様にして第ｎの
金属水素化物から吸熱的に水素を放出させ、この
水素を第１の金属水素化物に発熱的にさせるサイ
クルを有し、金属水素化物の水素吸蔵に伴う発熱
を温熱として取得し、又は金属水素化物の水素放
出に伴う吸熱を冷熱として取得する熱エネルギー
取得装置であつて、一方の組の金属水素化物を内
蔵した反応容器と他方の組の対応する反応容器間
で熱交換させる熱交換器、もしくは同じ組の異な
る金属水素化物を内蔵した反応容器間で熱交換さ
せる熱交換器が備えられていることを特徴とする
ものである。まず、作動温度範囲において平衡分
解圧の異なるｎ種（但しｎ≧３）の金属水素化物
を用い、第１の金属水素化物から吸熱的に水素を
放出させ、この水素を第２の金属水素化物に発熱
的に吸蔵させ、次に、第２の金属水素化物から吸
熱的に水素を放出させ、この水素を第３の金属水
素化物に発熱的に吸蔵させると共に、順次同様に
して第ｎの金属水素化物から吸熱的に水素を放出
させ、この水素を第１の金属水素化物に発熱的に
吸蔵させるサイクルを有し、金属水素化物の水素
吸蔵に伴う発熱を温熱として取得し、又は金属水
素化物の水素放出に伴う吸熱を冷熱として取得す
る方法について説明する。第２図は３種のM₁H
とM₂HとM₃Hとした冷熱または温熱取得サイク
ルを示し、M₁HとM₂HとM₃H間の水素移動を実
線で表わす。M₁H，M₂H，M₃Hは平衡分解圧が
小さい順に統一して説明する。

先ず第２ａ図のサイクルを説明する。Ａ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ａは水素の移動する順序を示す
（第２ｂ〜ｄ図も同じ）。簡単のため水素１モルが
移動するとして、その時の水素吸蔵放出に伴う反
応熱を、M₁H，M₂H，M₃HそれぞれΔH₁，
ΔH₂，ΔH₃とする（第２ｂ〜ｄ図も同じ）。温度
T_LのM₃H（点Ａ）は吸熱的に水素を放出し、中温
熱媒T_Mに冷却されているM₂H（点Ｂ）に水素を
移動する。M₃HはΔH₃の熱を吸収し、M₂Hは
ΔH₂の熱を放出する。次に中温熱媒T_Mに冷却さ
れているM₁H（点Ｄ）へM₂Hから水素が移動さ
れる。M₂Hは低温熱媒でT_Lに保たれる（点Ｃ）。
M₁Hは高温熱媒T_Hで加熱され、水素を放出し
（点Ｅ）中温熱媒でT_Mに保たれているM₃Hへ水
素を移動する。第２ａ図において、高温熱媒T_M
を高温駆動熱源とし、中温熱媒T_Mとして外気を
用い、低温熱媒T_Lを冷却負荷に接続すると、点
ＥでΔH₁の熱を入力すれば、点Ａ及び点Ｃでそ
れぞれΔH₃とΔH₂の冷熱を得ることができる。
ΔH₁ΔH₂ΔH₃とすると、冷熱取得のカルノ
ー成績係数は、 COP_C1＝ΔH₂＋ΔH₃／ΔH₁２ ……(4) であつて、前記(1)式の成績係数より格段に改善さ
れている。

一方、高温熱媒T_Mを高温駆動熱源とし、低温
熱媒T_Lを外気とすれば、点Ｂ，Ｄ，Ｆから温熱
（ΔH₂＋ΔH₁＋ΔH₃）が中温熱媒T_Mに与えられ
る。この第１種温熱取得サイクルのカルノー成績
係数は、 COP_H1＝ΔH₂＋ΔH₁＋ΔH₃／ΔH₁３ ……(5) となり、前記(2)式の成績係数より格段に改善され
ている。

更に、高温熱媒T_Hを外気として、T_Mの冷廃熱
（中温熱媒）が得られた時、点Ｂ，Ｄ，Ｆで
M₁H，M₂H，M₃Hを冷却すれば、点Ａ，Ｃで
M₃H，M₂Hから温度T_Lの冷熱（ΔH₃＋ΔH₂）が
回収される。冷熱回収の成績係数は、COP_W1＝
ΔH₃＋ΔH₂／ΔH₂＋ΔH₁＋ΔH₃2/3 ……(6) であつて、第１ａ図に示される従来のサイクル使
用した場合は1/2であるから成績係数が改善され
ていることがわかる。

尚、点Ａ，ＣにおけるT_L、点Ｂ，Ｄ，Ｆにお
けるT_Mは同じ温度でなくともよい。

次に、第２ｂ図のサイクルを説明する。

中温熱媒T_Mを中温駆動熱源とし、低温熱媒T_L
を外気とし、高温熱媒T_Hを加熱負荷に接続すれ
ば、点Ａ，Ｃ，Ｅでの入力（ΔH₃＋ΔH₂＋ΔH₁）
によつて、点Ｂ，Ｄから温度T_Hの温熱が出力
（ΔH₂＋ΔH₁）される。従つて、この第２種温熱
取得サイクルの成績係数は、 COP_H2＝ΔH₂＋ΔH₁／ΔH₃＋ΔH₂＋ΔH₁2/3 ……(7) であつて、前記(3)式の成績係数より格段に改善さ
れている。

上と同じ運転で、温度T_Mの温廃熱を点Ａ，Ｃ，
Ｅにおいて入力し、温度T_Hの温熱を点Ｂ，Ｄで
回収することができ、温熱回収の成績係数は式(7)
と同じである。

一方、低温熱媒T_Lを低温駆動熱源として、高
温熱媒T_Hを外気とすれば、点Ａ，Ｃ，Ｅにおい
て中温熱媒T_Mを冷却し、冷却負荷に接続すると、
点Ａ，Ｃ，Ｅから冷却出力が得られる。成績係数
は、 COP_C2＝ΔH₃＋ΔH₂＋ΔH₁／ΔH₃３ ……(8) となり、従来のサイクルより大幅に改善される。
次に、第２Ｃ図のサイクルを説明する。

中温熱媒T_Mを中温駆動熱源とし、低温熱媒T_L
を外気とすれば、点Ｆで温度T_Hの温熱出力ΔH₁
が得られ、加熱負荷に接続すれば暖房熱源などと
して使用される。この第３種温熱取得サイクルの
成績係数は COP_H3＝ΔH₁／ΔH₁＋ΔH₂＋ΔH₃1/3 ……(9) であり、成績係数としては劣る。しかしながら第
１ｂ図と比較すれば理解されるように、従来のサ
イクルでは、中温熱媒T_Mが低くて、あるいは低
温熱媒T_Lが高くて必要な高さの温熱を得る温熱
取得サイクルが運転できない場合であつても、高
質（T_H）のそして所望されている温熱出力が得
られるのである。

上と同じ運転で、より低質な温度T_Mの温廃熱
を点Ａ，Ｃ，Ｅにおいて入力し、より高質な温度
T_Hの温熱を回収することができる。温熱回収の
成績係数は式(9)と同じである。

最後に、第２ｄ図のサイクルを説明する。

中温熱媒T_Mを外気として、高温熱媒T_Hを太陽
熱などの高温駆動熱源とすれば、点Ｅで温度T_L
の冷熱出力ΔH₃が得られ、冷却負荷に接続する
と冷房熱源などとして使用される。この第４種冷
熱取得サイクルの成績係数は、 COP_C4＝ΔH₃／ΔH₁＋ΔH₂1/2 ……(10) であり、成績係数としては前記(1)式より劣る。し
かしながら、第１ａ図と比較すれば理解されるよ
うに、従来のサイクルでは高温熱媒T_Hが低く、
あるいは中温熱媒T_Mが高くて、必要な低さの冷
熱を得る冷熱取得サイクルの運転ができない場合
であつても、高質（T_L）のそして所望されてい
る冷熱出力が得られるのである。上と同じ運転
で、より低質な温度T_Lの冷廃熱を点Ｂ，Ｄ，Ｆ
において入力し、より高質な温度T_Lの冷熱を回
収することができる。入力は点Ｂ，Ｄ，Ｆでの
ΔH₂＋ΔH₁＋ΔH₃であるから、冷熱回収の成績
係数は、 COP_W4＝ΔH₃／ΔH₂＋ΔH₁＋ΔH₃1/3……(11) となる。

一方、低温熱媒T_Lを外気とし、高温熱媒T_Hを
高温駆動熱源とすれば、点Ｂ，Ｄ，Ｆから温度
T_Mの温熱出力（ΔH₂＋ΔH₃＋ΔH₁）が得られる。
この第４種温熱取得サイクルの成績係数は、 COP_H4＝ΔH₂＋ΔH₁＋ΔH₃／ΔH₁＋ΔH₂3/2……(12) である。前記(2)式の成績係数より(12)式の成績係数
は劣るが、第１ａ図と比較して、高温熱媒T_Hが
低く、あるいは低温熱媒T_Lが低い場合でも高質
（T_M）の温熱出力が得られるのである。次に、本
発明のエネルギー取得装置について説明する。

第３図は本発明装置の一実施例を示す。

この装置は平衡分解圧の異なる３種の金属水素
化物の組を２組を備えたバツチ式の熱エネルギー
取得装置である。１，４はM₁Hを内蔵した反応
容器、２，５はM₂Hを内蔵した反応容器、３，
６はM₃Hを内蔵した反応容器であつて、反応容
器１，２，３が第１の組、反応容器４，５，６が
第２の組をなしている。

７は温度T_Hの高温熱媒、８は温度T_Mの中温熱
媒、９は温度T_Lの低温熱媒である。高温熱媒７
は反応容器１，４とポンプ１０，１１によつて熱
交換可能に接続されている。中温熱媒８は反応容
器１，２，３，４，５，６とポンプ１２，１３，
１４，１５，１６，１７によつて熱交換可能に接
続されている。低温熱媒９は反応容器２，３，
５，６とポンプ１８，１９，２０，２１によつて
熱交換可能に接続されている。反応容器１，２，
３は水素流通管２２によつて連結され、開閉バル
ブ２３，２４，２５の開閉作動により反応容器
１，２，３のいずれかの対が水素流通可能にされ
る。

反応容器４，５，６は水素流通管２２′によつ
て連結され、開閉バルブ２６，２７，２８の開閉
作動により反応容器４，５，６のいずれかの対が
水素流通可能にされる。

２９はそれぞれの金属水素化物の組のM₁Hを
内蔵する反応容器１，４との間で熱交換すること
ができる熱交換器であり、３０，３１はM₂Hを
内蔵する反応容器２，５とM₃Hを内蔵する反応
容器３，６との間で熱交換させる熱交換器であ
り、金属水素化物の組のそれぞれに設けられてい
る。

第４図にM₁HとしてLaNi_4.7Al_0.3の水素化物、
M₂HとしてLaNi_5.M₃HとしてMmNi_4.7Al_0.3（Mm
はミツシユメタル）の金属水素化物を用いた場合
の冷熱取得サイクルを示し、第５図に前記装置の
作動のタイミングチヤートを示す。

サイクルの出発点として、第１の組の反応容器
１及び２はそれぞれ点Ｄ及びＣにあつて、
（M₂H）₁から（M₁H）₁への水素移動が完了し、反
応容器３は点ＡとＦの中間点ＫよりややＡに近い
点Ｌにあり、第２組の反応容器４及び６はそれぞ
れ点ＥとＦにあつて、（M₁H）₂から（M₃H）₂への
水素移動が完了し、反応容器５は点Ｃにある時点
を考える。この時、第５図の左端の状態にあり、
水素の多くは反応容器１の（M₁H）₁及び反応容
器６の（M₃H）₂に吸蔵されている。

ステツプ１においては異なる組の反応容器１と
４との間の熱交換を熱交換器２９を駆動させて行
ない、第２の組の反応容器５と６との間の熱交換
を熱交換３１を駆動させて行なう。次のステツプ
の各反応容器の加熱又は冷却に要する温熱量又は
冷熱量を小さくする。このステツプ終了後の各反
応容器のサイクル線図上の位置は、第５図のステ
ツプ１欄の右端に示される。

ステツプ２は開閉バルブ２７と２８が開けら
れ、反応容器６の（M₃H）₂から反応容器５の
（M₂H）₂へ水素を移動させる。反応容器６は水素
の移動に伴ない熱を吸収し点Ｊから点Ａまで自己
冷却し、ポンプ２１の駆動により低温熱媒９に冷
熱を与える。反応容器５は熱を放出し点Ｏから点
Ｂまで加熱されるが、ポンプ１６の駆動により中
温熱媒８に冷却され、反応容器５と６の
（M₂H）₂と（M₃H）₂間の平衡分解圧差が保たれ
る。ステツプ３では、開閉バルブ２７，２８が閉
じられ、熱交換器３１が駆動されて反応容器５と
６との間の熱交換を行なう。反応容器５は点Ｂか
ら点Ｍに冷却され、反応容器６は点Ａから点Ｌに
加熱される。

次にステツプ４では、開閉バルブ２３と２５が
開けられて反応容器１と３が水素流通可能になさ
れ、開閉バルブ２６と２７が開けられて反応容器
４と５が水素流通可能になされる。即ち、
（M₁H）₁から（M₃H）₁へ水素が移動し、（M₂H）₂
から（M₁H）₂へ水素が移動する。

更に、ポンプ１０，１４，１５，２０が駆動さ
れて反応容器１，３，４，５は点Ｅ，Ｆ，Ｄ，Ｃ
の温度に保たれる。

（M₁H）₁と（M₃H）₁及び（M₂H）₂と（M₁H）₂
の平衡分解圧差が保たれて、水素をほぼ完全に移
動させる。

従つて、高温熱媒７を高温駆動熱源とし、中温
熱媒８を例えば外気とし、低温熱媒９を冷却負荷
に接続すれば、ステツプ２において反応容器６か
らステツプ４において反応容器５から得られる冷
熱によつて冷房機能が得られる。

一方、高温熱媒７を高温駆動熱源とし、低温熱
媒９を外気として、中温熱媒８を加熱負荷に接続
すれば、ステツプ２において反応容器５から、ス
テツプ４において反応容器３，４から発生する温
熱によつて暖房機能が得られる。

更に、高温熱媒７を外気として、中温熱媒８を
冷廃熱とすれば、ステツプ２において反応容器６
から、ステツプ４において反応容器５から冷熱が
回収される。

このようにして、ステツプ４で第３図の装置の
半サイクルが終了する。ステツプ４終了時には、
反応容器１，２，３はステツプ１開始時の反応容
器４，５，６に反応して点Ｅ，Ｃ，Ｅに位置し、
反応容器４，５，６はステツプ１開始時の反応容
器１，２，３に対応して点Ｄ，Ｃ，Ｌに位置して
いる。従つて、後半のステツプ５，６，７，８か
らなる半サイクルは反応容器１，２，３の作動と
反応容器４，５，６の作動が置換わるのみである
から説明は省略する。

以上の作動について装置の成績係数を求める。
計算を簡単にするため、反応容器１，２，３及び
４と，５，６の間で移動する水素量を１モルと
し、M₁H，M₂H，M₃Hの反応水素量１モル当り
の反応熱をそれぞれΔH₁，ΔH₂，ΔH₃とし、金
属水素化物及び反応容器の反応水素量１モル当り
の熱容量をすべてＪとする。さらに、点Ｅにおけ
る温度をT_H，点Ｂ，Ｄ，Ｆにおける温度をT_M，
点Ａ，Ｃにおける温度をT_Lとして、点Ｄ，Ｅの
中間点Ｈの温度をT_h，点Ａ，Ｆ（点Ｂ、Ｃ）の中
間点Ｋ（Ｎ）の温度をT_K（＝T_o）とし、点Ｄ，Ｂ、
点Ｃ，Ｆ、点Ａ，Ｂで反応容器間で熱交換率ηに
て熱交換すると温度T_i，T₉の点Ｉ，Ｇに至り、
温度T_j（＝T_n），T_L（＝T_p）の点Ｊ（Ｍ）、Ｌ（Ｏ）
に至る。即ち、 η＝T_H−T_i／T_H−T_h＝T_M−T₉／T_M−T_h＝T_M−T_j／T_M−
T_k＝T_L−T_L／T_L−T_k なる関係が成立する。

T_h＝T_H＋T_M／２及びT_k＝T_M＋T_L／２であるから、 T_i＝T_H−η（T_H−T_M）／２ ……(13) T₉＝T_M＋η（T_H−T_M）／２ ……(14) T_j＝T_n＝T_M−η（T_M−T_L）／２ ……(15) T_L＝T_p＝T_L＋η（T_M−T_L）／２ ……(16) で求められる。

ステツプ４で点Ｅの反応容器１から水素１モル
を放出させるには、反応容器１をT₉からT_Hへ加
熱し、水素１モルを放出させる熱量、即ち ΔH₁＋Ｊ（T_H−T₉）＝ΔH1＋Ｊ（T_H−T_M）（１−η／２） ……(17) が必要となる。

ステツプ２，４で反応容器６，５から水素１モ
ルを放出させることで得られる冷熱は、ΔH₂及
びΔH₃であるが、点ＪからＡ（ＭからＣ）へ自己
冷却するのに冷熱が使用されるから、得られる冷
熱は ΔH₃＋Ｊ（T_j−T_L）＝ΔH₃＋Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(18) ΔH₂＋Ｊ（T_n−T_L）＝ΔH₂＋Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(19) であるから、式(4)に相当する冷熱取得サイクルの
成績係数は、ポンプ等の駆動動力及びその他の熱
損失を無視すれば、 COP_C1＝（18）＋（19）／（17） ……(20) となる。

次いで、式(5)に相当する温熱取得サイクルで
は、点Ｂ，Ｄ，Ｆで温熱が下のように得られる。

ΔH₂−Ｊ（T_M−T_p）＝ΔH₂−Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(19) ΔH₁＋Ｊ（T_i−T_M）＝ΔH₁＋Ｊ（T_H−T_M）（１−η／２） ……(17) ΔH₃−Ｊ（T_M−T_L）＝ΔH₃−Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(18) 従つて、温熱取得サイクルの成績係数は COP_H1＝（19）＋（17）＋（18）／（17） ……(21) 次いで、式(6)に相当する冷廃熱取得サイクルを
考えると、点Ｂ，Ｄ，Ｆで入力する冷廃熱は ΔH₂−Ｊ（T_M−T_p）＝ΔH₂−Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(19) ΔH₁＋Ｊ（T_i−T_M）＝ΔH₁＋Ｊ（T_H−T_M）（１−η／２） ……(17) ΔH₃−Ｊ（T_M−T_L）＝ΔH₃−Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(18) であり、点Ａ，Ｃで回収される冷熱は、 ΔH₃−Ｊ（T_j−T_L）＝ΔH₃−Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(18) ΔH₂−Ｊ（T_n−T_L）＝ΔH₂−Ｊ（T_M−T_L）（１−η／２） ……(19) であるから、冷廃熱回収の成績係数は COP_W1＝（18）＋（19）／（19）＋（17）＋（18）…
…(22) となる。

熱交換効率ηが大きくなれば、各サイクルの成
績係数は向上する。熱交換効率ηは通常0.5以上
にすることが可能である。η＝0.5の時の式(20)、
（２１）、(22)の成績係数を求めてみる。

反応熱は ΔH₁（LaNi_4.7Al_0.3）＝8.1kcal／モルH₂ ΔH₂（LaNi₅）＝7.4kcal／モルH₂ ΔH₃（MmNi_4.7Al_0.3）＝6.4kcal／モルH₂ である。T_H＝140℃、T_M＝40℃、T_L＝10℃で第
４図のサイクルを設計し、熱容量Ｊを0.04kcal／
モルH₂・℃とすれば、 (17)＝11.1kcal (18)＝5.5kcal (19)＝6.5kcal 従つて、 (20)＝1.08 (21)＝2.08 (22)＝0.52 となる。従来の装置における成績係数は第４図の
本発明装置のサイクルの設定と単純に比較できな
いが、式(1)、(2)、(3)の熱損失を無視した最大成績
係数と比較すれば、格段に改善されていることが
理解される。

第３図の実施例においては、３種類の平衡分解
圧の異なる金属水素化物の組を２組備えた装置で
あつたが、３種類の金属水素化物間では、反応は
３段階に進むので、金属水素化物の組を３組設
け、1/3サイクルずつ反応をずらせば、より円滑
にサイクルを運転できる。

又、第３図の実施例において、異なる組の反応
容器１，４間、同じ組の反応容器２，３及び反応
容器５，６間で熱交換を行なわせるが、熱交換を
行なわせる反応容器の対は適宜選べる。そして、
T_MとT_Lが外気に近く熱回収の効果が少なけれ
ば、温度T_MとT_L間の反応容器の熱交換は行なわ
なくてもよい。

更に、第５図のタイミングチヤートは、本発明
装置のサイクルの流れを各ステツプ毎に示すもの
であり、横軸は時間の長短と一致しない。従つ
て、ある反応容器であるステツプが他より先に終
了し、部分的に次のステツプに移行してもよく、
全体として一連のサイクルが運転されればよいの
である。

以上の実施例は、独立した反応容器に金属水素
化物を充填し、バツチ式に反応を行なわせるもの
であるが、同一容器の分割された区室にM₁Hと
M₂Hを封入するものや、金属水素化物を異なる
熱源に連続的に移動させるものであつてもよい。

以上の通り、本発明熱エネルギー取得装置は、
例えば１の駆動熱源の入力で、２以上の冷熱又は
温熱取得反応を駆動できるものであり、装置の成
績係数が著しく向上する。

又は、本発明装置はより低質の駆動熱源（例え
ば廃熱）で冷熱又は温熱取得サイクルを運転する
ことができ、より高質の冷熱又は温熱を容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は異なる平衡分解圧特性を有する二種の
金属水素化物を用いる従来の冷熱又は温熱取得サ
イクル線図、第２図は三種の金属水素化物を用い
る冷熱又は熱取得サイクル線図、第３図は本発明
の熱エネルギー取得装置の一例を示す配置図、第
４図は第３図の装置による冷熱又は温熱取得サイ
クル線図、第５図は第３図の装置の作動を示すタ
イミングチヤート図である。１，２，３……金属水素化物を内蔵した第１組
の反応容器、４，５，６……金属水素化物を内蔵
した第２の組の反応容器、７……高温熱媒、８…
…中温熱媒、９……低温熱媒、２２，２２′……
水素連通管、２３，２４，２５，２６，２７，２
８……開閉バルブ、２９，３０，３１……熱交換
器。

Claims

【特許請求の範囲】

１作動温度範囲において平衡分解圧の異なるｎ
種（但しｎ≧３）の金属水素化物の組を少なくと
も２組有し、第１の金属水素化物から吸熱的に水
素を放出させ、この水素を第２の金属水素化物に
発熱的に吸蔵させ、次に、第２の金属水素化物か
ら吸熱的に水素を放出させ、この水素を第３の金
属水素化物に発熱的に吸蔵させると共に、順次同
様にして第ｎの金属水素化物から吸熱的に水素を
放出させ、この水素を第１の金属水素化物に発熱
的にさせるサイクルを有し、金属水素化物の水素
吸蔵に伴う発熱を温熱として取得し、又は金属水
素化物の水素放出に伴う吸熱を冷熱として取得す
る熱エネルギー取得装置であつて、一方の組の金
属水素化物を内蔵した反応容器と他方の組の対応
する反応容器間で熱交換させる熱交換器、もしく
は同じ組の異なる金属水素化物を内蔵した反応容
器間で熱交換させる熱交換器が備えられているこ
とを特徴とする熱エネルギー取得装置。