JPH02130360A - 金属水素化物を利用した冷暖房装置 - Google Patents

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、金属水素化物の吸熱作用および発熱作用を利
用した冷暖房装置に関する。

［従来の技術］ 一般に金属単体または合金（以下、金属と総称する）は
水素を吸蔵し、金属水素化物を作ることが知られている
。ここで金属と水素との反応は可逆反応であり、圧力を
高くするか温度を低くすれば水素を吸蔵しやすくなる。

また逆に、金属水素化物の圧力を低くするか温度を高く
すれば、水素を放出しやすくなる。また金属水素化物よ
り水素を放出する反応は吸熱反応であり、金属が水素を
吸蔵する反応は発熱反応である。そしてこの原理を用い
た冷暖房装置が提案されている。

すなわち、金属水素化物の入った２つの容器を圧縮機を
介して連通させ、一方の容器から他方の容器へ強制的に
水素を移動させる。そして金属水素化物から水素が放出
過程にある容器を介して冷房を行ない、金属に水素が吸
蔵過程にある容器を介して暖房を行なうものである。し
かしこの冷暖房装置では、圧縮機の動作でのみ水素の移
動を行なっているため、エネルギーが多大となっていた
。

そこで特開昭６１−１１９９５５号公報にみられるよう
に、水素平衡圧力の異なる２種類以上の金属水素化物を
用い、その圧力差を利用して水素を移動させるようにし
た冷暖房装置が提案されている。この冷暖房装置では、
水素平衡圧力の低い金属水素化物が内蔵された第１容器
から、圧縮機により水素を水素平衡圧力の高い金属水素
化物が内蔵された第２容器へ送る。すると第６図に示す
ように第２容器内の圧力がＦ点からＧ点まで上昇して水
素吸蔵による発熱が生じ、第１容器では水素放出による
吸熱が生じる。圧縮機の停止１１１？（Ｇ点）には、圧
力差により第２容器から第１容器へ水素が移動し、第２
容器では圧力がＧ点から８点まで低下して吸熱が生じ、
第１容器では発熱が生じる。このように圧縮機の運転、
停止により容器の発熱と吸熱を交互に行なわせ、両方の
過程から得られる低温とａ温とを熱源として冷房と暖房
とを行なわせるものである。この場合、圧縮機の仕事ｍ
　ｔ、を第６図の斜線で示す面積で表わされる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した特開昭６１−１１９９５５＠公報に係る冷ｎ）
１房装置では、２ｆｌ類以上の金属水素化物の圧力差を
利用するため、金属水素化物の選択の自由度が小さかっ
た。また金属水素化物の梯類が異なるため、水素の吸蔵
量も異なり、発熱量と吸熱量とを同一とするには金属水
素化物の使用量が容器毎に異なる場合も多く、システム
の設計の工数が多大となっていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、同一種類の金属水素化物を用いることができ、
かつ省エネルギーに冷暖Ｓ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］ 本発明の金属水素化物を利用した冷暖房装置は、同一温
度における水素平衡圧力が同一の金属水素化物又は同一
組成の金属水素化物をそれぞれ内蔵する少なくとも２個
の容器と、圧縮機をもち一方の容器から他方の容器へあ
るいは他方の容器から一方の容器へ水素を強制的に移動
させる強制移動通路と、強制移動通路と並列に配置され
それぞれの容器に連通し圧縮機の駆動が停止している時
に水素圧力の高い第１の容器から水素圧力の低い第２の
容器へ圧力差により水素が移動する自由移動通路と、そ
れぞれの容器の熱を熱交換して外部へ取出す熱媒体回路
と、を備え、　水素圧力の高い第１の容器から水素圧力
の低い第２の容器へ自由移動通路を介して水素が移動し
、それぞれの容器内の水素圧力が平衡に達した後、強制
移動通路を介してさらに第１の容器から第２の容器へ水
素を供給するように構成されたことを特徴とする。

金属水素化物として用いられる金属としては、鉄−チタ
ン合金、ランタン−ニッケル合金、チタン−マンガン合
金など、従来公知の金属を用いることができる。そして
本発明の冷暖房装置では、少なくとも２個の容器に同一
温度における水素平衡圧力が同一の金属水素化物が内蔵
される。同組成の金属水素化物を用いるのが便利である
が、異種のものでもよい。内蔵する量は通常は同市とさ
れるが、容器毎に異なっていてもよい。

強制移動通路は一方の容器と他方の容器に連通ずるよう
に設けられ、圧縮機をもつ。そして圧縮機の駆動により
容器間を双方向に水素が強制移動できるように構成され
ている。この圧縮機としては、従来用いられている通常
の圧縮機、あるいは高圧ポンプなどが利用できる。

自由移動通路も一方の容器と他方の容器に連通ずるよう
に、強制移動通路と並列に設けられ、圧力差により水素
が双方向に自由に移動するように構成される。

熱媒体回路は熱交換器をもち、気体または液体の熱媒体
が内蔵された従来と同様のものを用いることができる。

［作用］ 本発明の金属水素化物を利用した冷［ｉ！房装置の作動
を、第５図を参照しながら説明する。容器は２個用いる
ものとし、同一の金属水素化物が同情内蔵されている場
合で説明する。

まず第１容器には予めＰ＋の高圧で、第２容器にはＰ２
の低圧または負圧で水素が充填されているものとする（
Ａ点）。ここで自由移動通路が開かれ、圧力の高い第１
容器から圧力の低い第２容器へ向かって、自由移動通路
を通って水素が移動する。これにより第１容器内の圧力
が低下し、第１容器内の金属水素化物は水素を放出して
吸熱する。一方、第２容器の圧力は上昇し、第２容器内
の金属は水素を吸蔵して発熱する。

そして第１容器と第２容器の圧力が平衡状態であるＰｏ
となるとくＢ点）、自由移動通路が閉じられた状態で圧
縮機が駆動され、第１容器から第２容器へ強制移動通路
より水素を強制的に移動させる。これにより第２容器の
圧力がさらに上昇し、第２容器内の金属は水素を吸蔵し
てさらに発熱する。一方、第１容器内の圧力はさらに低
下し、第１容器内の金属水素化物は水素を放出してさら
に吸熱する。したがってＡ点から０点の間で、熱媒体回
路が第２容器内の発熱を利用して暖房し、第１容器内の
吸熱を利用して冷房することができる。

第２容器内の圧力が所定値になると（０点）圧縮機の駆
動が停止され、熱媒体の温度差が小さくなったところで
自由移動通路が間かれる。すると圧力の高い第２容器か
ら圧力の低い第１容器へ向かって、自由移動通路を通っ
て水素が移動する。

これにより第２容器内の圧力が低下し、第２容器内の金
属水素化物は水素を放出して吸熱する。

方、第１容器の圧力は上昇し、第１容器内の金属は水素
を吸蔵して発熱する。そして熱媒体回路が第２容器内の
発熱を利用して暖房し、第１容器内の吸熱を利用して冷
房する。

第１容器と第２容器の圧力が同一となって平衡状態にな
るとくＤ点）、自由移動通路が再び閉じられた状態で圧
縮機が駆動され、第２容器から第１容器へ強制移動通路
より水素を強制的に移動させる。これにより第１容器の
圧力が上昇し、第１容器内の金属は水素を吸蔵して発熱
する。一方、第２容器内の圧力は低下し、第２容器内の
金属水素化物は水素を放出して吸熱する。そして熱媒体
回路が第１容器内の発熱を利用して暖房し、第２容器内
の吸熱を利用して冷房する。

そして第１容器内の圧力が所定値になると（Ｅ点）圧縮
機の駆動が停止され、熱媒体の温度差が小さくなったと
ころで自由移動通路が再び間かれる。これにより本発明
の冷ｒｕＩ房装置の１サイクルが終了する。

すなわち本発明の冷暖房装置では、第５図の斜３で示す
面積部分が圧縮機の仕事出となっている。

ちなみに特開昭６１−１１９９５５号に開示された従来
の冷暖房装置では、圧縮機の駆動は水素平衡圧力が低い
金属水素化物が内蔵された容器から水素平衡圧力が高い
金属水素化物が内蔵された容器へ水素を移動させる場合
だけである（第６図Ｆ点からＧ点）。また圧力差により
水素が移動するのは、水素平衡圧力が高い金属水素化物
が内蔵された容器から水素平衡圧力が低い金属水素化物
が内蔵された容器へ水素が移動する場合だけである（第
６図Ｑ点から１１点）。すなわち、水素の強制的な移動
および圧力差による移動は、互いに逆向きの一定方向で
あり、本発明の装置のように方向が交互に入替わること
はない。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

第１図〜第４図に本発明の一実施例の金属水素化物を利
用した冷暖房装置の構成説明図を示す。

この冷＠房装置は、金属製の第１容器１および第２容器
２と、強制移動通路３と、自由移動通路４と、熱媒体回
路５とより構成されている。

第１容器１および第２容器２には、それぞれ同一の鉄−
チタン合金が同量内蔵されている。

強制移動通路３は、圧縮機３０をもつ第１通路３１と、
第１通路３１と並列に設けられた第２通路３２および第
３通路３３と、戻し通路３４とからなる。第１通路３１
には、第１通路３１を開閉するバルブ３１１が設けられ
ている。第２通路３２には、チエツクバルブ３２１と、
第２通路３２を開閉するバルブ３２２とが直列に設けら
れ、第１通路３１の圧縮Ｉａ３０をバイパスしている。

第３通路３３にはチエツクパルプ３３１が設けられ、第
１通路３１の圧縮機３０をバイパスしている。

そして圧縮機３０の下流側では、第３通路３３は第１通
路３１とバルブ３３２を介して連結され、圧縮機３０か
ら吐出される水素の流路は第１通路３１または第３通路
３３の一方に切替え可能とされている。戻し通路３４は
チエツクバルブ３４１をもち、第１通路３１の圧縮機３
０をバイパスしている。そして圧縮機３０の下流側では
、戻し通路３４は安全弁３４２を介して第１通路３１と
連結されている。この安全弁３４２には圧縮機３０下流
側の第１通路３１内の圧力が導入され、その圧力が所定
値を越えた場合に戻し通路３４が開いて水素を圧縮機３
０の上流側へ戻すように構成されている。

自由移動通路４は強制移動通路３と並列に設けられ、絞
り弁４１と、自由移動通路４を開閉するバルブ４２とが
直列に設けられている。

強制移動通路３と自由移動通路４とは、それぞれ第１容
器１および第２容器２に連結されて開回路を構成し−Ｃ
いる。

熱媒体回路５は、第１容器１に設けられた熱交換機１０
を含む回路と、第２容器２に設けられた熱交換機２０を
含む回路とよりなり、それぞれの回路はバルブ５０を介
してクーラー５１と給湯リザーバ５２に連結されている
。なお、用いられている熱媒体は水である。バルブ５０
は、それぞれの回路とクーラー５１および給湯リザーバ
５２との連結を切替える機能をもつ。そして給湯リザー
バ５２からは温水が取出され給湯リザーバを含む回路は
開回路であるが、クーラー５１を含む回路は開回路を構
成している。

上記のように構成された本実施例の冷暖房装置の作動を
以下に説明する。初期状態として第１容器１には高圧で
、第２容器２には低圧または負圧で水素がそれぞれ充填
されている。

それぞれのバルブを第１図に示す状態とし、自由移動通
路４を開く。すると圧力の高い第１容器１の水素は、圧
力差により絞り弁４１、バルブ４２を通って自由移動通
路４から圧力の低い第２容器２へ移動する。これにより
第２容器２内の圧力が上界し、合金に水素が吸蔵されて
発熱する。

方第１容器１内の圧力は低下し、金属水素化物から水素
が放出されるため温度が低下する。そして第２容器２の
熱は熱交換器２０により熱媒体回路５を流れる水と熱交
換され、得られた温水は給湯リザーバ５２より取出され
る。また第１容器１の冷熱は熱交換器１０により熱媒体
回路５を流れる水と熱交換され、冷水はクーラー５１に
供給されてファン５３から供給される空気と熱交換され
る。

そして第１容器１内部と第２容器２内部とが平衡状態と
なると、それぞれのバルブを第２図に示す状態とし、圧
縮ｌ１１３０を駆動する。すると第１容器１内の水素は
バルブ３２２を通って第２通路３２から圧縮！１１３０
に吸引され、バルブ３３２から第３通路３３を通って第
２容器２内に導入される。このとき自由移動通路４はバ
ルブ４２で閉じられているため、移動した水素は第２容
器２内に次々に蓄えられる。これにより第２容器２内の
圧力が一層上饗し、合金に水素が吸蔵されてさらに発熱
する。一方第１容器１内の圧力は一府低下し、金属水素
化物から水素が放出されるため温度がさらに低下する。

そして第２容器２の熱は熱交換器２０により熱媒体回路
５を流れる水と熱交換され、得られた温水は給湯リザー
バ５２より取出される。

また第１容器１の冷熱は熱交Ｊ！！［１０により熱媒体
回路５を流れる水と熱交換され、冷水はクーラー５１に
供給されて）１ン５３から供給される空気と熱交換され
る。暖められた水は熱媒体回路５内を流れて第１容器１
の入口側に戻る。

第２容器２内の圧力が所定値となると、圧縮機３０の駆
動が停止され、熱媒体の温度差が小さくなったところで
バルブ３１１、バルブ３２２、バルブ３３２およびバル
ブ４２が第３図に示すように切替えられる。すると圧力
の高い第２容器２の水素は、圧力差によりバルブ４２、
絞り弁４１を通って自由移動通路４から圧力の低い第１
容器１へ移動する。これにより第１容器１内の圧力が上
畔し、合金に水素が吸蔵されて発熱する。一方策２容器
２内の圧力は低下し、金属水素化物から水素が放出され
るため温度が低下する。そして第１容器１の熱は熱交換
器１０により熱媒体回路５を流れる水と熱交換され、得
られた温水は給湯リザーバ５２より取出される。また第
２容器２の冷熱は熱交換器２０により熱媒体回路５を流
れる水と熱交換され、冷水はクーラー５１に供給されて
ファン５３から供給される空気と熱交換される。そして
吹き出す冷風により冷房が行なわれ、暖められた水は熱
媒体回路５内を流れて第１容器１の入口側に戻る。

そして第１容器１内部と第２容器２内部とが平衡状態と
なると、それ以上は水素の移動ができないため、バルブ
３１１およびバルブ４２は第４図に示す状態とされ、圧
縮機３０が再び駆動される。

すると第２容器２内の水素は圧縮Ｒ３０に吸引され、第
１通路３１を通って第１容器１内に導入される。このと
き自由移動通路４はバルブ４２で閉じられているため、
移動した水素は第１容器１内に次々に蓄えられる。これ
により第１容器１内の圧力が一層上昇し、合金に水素が
吸蔵されてさらに発熱する。一方策２容器２内の圧力は
一層低下し、金属水素化物から水素が放出されるため温
度がさらに低下する。そして第１容器１０発熱は熱交換
器１０により熱媒体回路５を流れる水と熱交換され、得
られた温水は給湯リザーバ５２より取出される。また第
２容器２の冷熱は熱交ｅ器２０により熱媒体回路５を流
れる水と熱交換され、冷水はクーラー５１に供給されて
ファン５３から供給される空気と熱交換される。

第１容器１内の圧力が所定値となると、圧縮機３０の駆
動が停止され、１サイクルが終了する。

［発明の効果］ すなわち本発明の金属水素化物を利用した冷暖房装置に
よれば、同一種類の金属を同最用いることがでさるため
、放出水素量と吸蔵水素ｍが同一となり、発熱量と吸熱
ｍが同一となる。従って各サイクルで同一の仕事量とな
り、システムの設計の工数が削減されるとともに、安定
した冷暖房を行なうことができる。

また、従来の冷暖房装置では、圧力差により水素を移動
させる場合、平衡状態となるとそれ以上水素は移動しな
い。しかし本発明では圧力差による移動に加えて、平衡
後圧縮機によりさらに水素を移動させるため、従来に比
べて高い冷暖だ能力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図および第４図は本発明の一実施
例の冷暖房装置の各工程を示す構成説明図である。第５
図は本発明の一実施例の冷暖房装置の各容器の圧力状態
を示すタイムチャートである。第６図は従来の冷暖房装
置の高圧側の容器の圧力状態を示すタイムチャートであ
る。 １・・・第１容器　　　　　２・・・第２容器３・・・
強制移動通路　　　４・・・自由移動通路５・・・熱媒
体回路 １０１２０・・・熱交換器　３０・・・圧縮機きへ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一温度における水素平衡圧力が同一の金属水素
   化物又は同一組成の金属水素化物をそれぞれ内蔵する少
   なくとも２個の容器と、 圧縮機をもち一方の前記容器から他方の前記容器へある
   いは他方の前記容器から一方の前記容器へ水素を強制的
   に移動させる強制移動通路と、前記強制移動通路と並列
   に配置されそれぞれの前記容器に連通し前記圧縮機の駆
   動が停止している時に水素圧力の高い第１の前記容器か
   ら水素圧力の低い第２の前記容器へ圧力差により水素が
   移動する自由移動通路と、 それぞれの前記容器の熱を熱交換して外部へ取出す熱媒
   体回路と、を備え、 水素圧力の高い前記第１の容器から水素圧力の低い前記
   第２の容器へ前記自由移動通路を介して水素が移動し、
   それぞれの前記容器内の水素圧力が平衡に達した後、前
   記強制移動通路を介してさらに前記第１の容器から前記
   第２の容器へ水素を供給するように構成されたことを特
   徴とする金属水素化物を利用した冷暖房装置。