JPH02254265A - 金属水素化物利用冷熱システム - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、金属水素化物利用冷熱システムに関する。

（ロ）従来の技術 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水素
を放出することが知られている。

なお、金属水素化物は脱水素化すると金属となるが、こ
の場合も含めて１本明細書中では金属水素化物という。

近年、この金属水素化物の特性を利用して冷熱や温熱を
得るためのシステムが提案されており、例えば、特公昭
６３−４１１１号公報に開示されたものがある。

（ハ）発明が鱗決しようとする課題 しかしながら、この従来方法では、廃ガス等の熱源で加
熱された金属水素化物を冷却水で冷却しており、その水
冷式の冷却系統のための冷却塔、冷却水ポンプ、および
、冷却水配管を設ける必要があるため、システム構成が
大きくなるという不都合を生じていた。

このような不都合を解消するためには、外気を取り入れ
て冷却する空冷式の冷却系統を用いことが考えられるが
、かかる空冷式の冷却方法では熱効率が低）するという
不都合を生じる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり
、装置構成を小さくでき、かつ、熱効率を向上できる金
属水素化物利用冷熱システムを提供することを目的とし
ている。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、平衡水素圧力が高い第１の金属水素化物と、
平衡水素圧力が低い第２の金属水素化物を用い、第２の
金属水素化物を廃熱で加熱するとともにそれによって発
生した水素を外気との熱交換により冷却されている第１
の金属水素化物に発熱的に吸蔵させる第１のサイクルと
、第１の金属水素化物を冷却負荷に接続した状態で吸熱
的に水素を発生させてその水素を外気との熱交換により
冷却されている第２の金属水素化物に発熱的に吸蔵させ
る第２のサイクルを備え、第１のサイクルと第２のサイ
クルを平行して実行し、それぞれのサイクルが終了する
と第１のサイクルと第２のサイクルの組を交換する金属
水素化物利用冷熱システムにおいて、第１のサイクルと
第２のサイクルの組を交換するとき、第１のサイクルの
第２の金属水素化物を噴霧気流により冷却するとともに
それによって得た蒸気流により第２のサイクルの第２の
金属水素化物を加熱するものである。

（ホ）作　用 したがって、第１のサイクルと第２のサイクルの組を交
換するときにおける熱交換の効率が、空冷式に比べて格
段に向上するため、システムの熱効率が向上する。

（へ）実施例 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる冷熱システムを示
している。

同図において、水素化金属物容器１，２は、このシステ
ムの作動温度範囲において水素平衡圧力が大きいＬａＮ
ｉ５系の金属水素化物ＭＨＩを収容し、水素化金属物容
器３，４は、このシステムの作動温度範囲において水素
平衡圧力が小さいＭｄ１ｓ系の金属水素化物ＭＨｚを収
容しており、水素化金属物容器１と水素化金属物容器３
．および、水素化金属物容器２と水素化金属物容器４は
１発生した水素を流通するための水素配管５，６により
それぞれ連絡されており、また、おのおのの水素配管５
，６には、開閉弁７，８が付設されている５ 廃ガス発生器９は、例えば、ガスタービンなどから発生
する排気ガスを、水素化金属物容器３または水素化金属
物容器４のいずれか一方に供給して、水素化金属物容器
３，４に収容されている水素化金属物ＭＨ２を加熱する
ものである。

冷却空気取入器１０は、外気を取り入れて、金属水素化
物言＠３，２，３．４にそれぞれ供給し、それらの金属
水素化物容器１，２，３．４を冷却するためのものであ
る。

噴霧器１１．１２は、水などの液体を噴霧するものであ
り、ファン１３は、噴霧器１１．１２が形成した噴霧を
それぞれ金属水素化物容器３，４に噴霧気流として供給
するものである。また、ファン１３による気流は、ファ
ン１３、噴震器１２、金属水素化物容器４、噴霧器１１
．および、金属水素化物容器３により形成されている循
環路を循環する。また、ドレーン管１４．１５は、金属
水素化物容器３，４に滞留した水をそれぞれ噴霧器１１
．１２に戻すためのものである。

冷却負荷１６は、金属水素化物容器１，２から発生する
冷熱を回収して負荷を冷却するものであり、金属水素化
物容器１，２との熱媒の循環路１７．１８を備え、それ
らの循環路１７．１８のいずれかを選択的に使用して、
金属水素化物容器１または金属水素化物容器２のいずれ
か一方から冷熱を回収する。

制御！１１９は、開閉弁７，８の開閉動作、廃ガス発生
器９の廃ガス供給動作、冷却空気取入器１０の外気供給
動作、噴霧器１．１　、１２の噴霧動作、ファン１３の
動作、および、冷却負荷１６の冷熱回収動作を制御する
ためのものである。

第２図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）は、金属水素化物
容器３の構成例を示している。

この金属水素化物容器３の筺体２０には、蓋付円筒状に
形成されている容器２１の中心に多孔質の金夙管からな
る水素導管２２を挿入し、水素導管２２と容器２１の内
壁面の間の空間に金属水素化物ＭＨ２の粉体２３を充填
］７てなる金属水素化物セル２１が多数配設されている
。

複数の金属水素化物セル２４は、一定間隔を置いで配列
してなる縦列を形成し、隣接する縦列の金属水素化物セ
ル２４が、金属水素化物セル２４の間隙に位置するよう
に配列されている。また、おのおのの金属水素化物セル
２４の水素導管２２の先端部は。

集合管２５に連結されており、金属水素化物に■２が集
合管２５に侵入することを防止するために、水素導管２
２の先端部にはフィルタ２６が付設されている８また５
隻合管２５は水素配管６に連結されている。

給気管２７は、廃ガス発生器９から供給される廃ガス、
あるいは、冷却空気取入器１０から供給される外気を、
筺体２０の内部に取り込むためのものであり、給気管２
８は、噴霧器１１より発生された噴霧が混入した噴霧気
流を筺体２０に取り込むためのものである。

排気管２９は、給気管２７より取り込まれた廃ガスおよ
び外気を排気するためのものである。

なお、金属水素化物容器４は、金属水素化物容器３と同
一の構成をもち、また、金属水素化物容器１，２は、従
来の空冷式のシステムにおいて使用されている容器と同
一の構成であり、例えば１表面に放熱用のフィンを付設
した金属水素化物セルを、筐体に多数収容した構成をも
つ。

以上の構成で、サイクル開始時には、金属水素化物容器
２の金属水素化物Ｈ旧と金１水素化物容器３の金属水素
化物８１１２にそれぞれ水素が吸蔵されており、制御器
１９は、開閉弁７，８を閉じている。

この状態で、制御器１９は、廃ガス発生器９からの廃ガ
スを金属水素化物容器３に供給させるとともに、冷却空
気取入器１０により外気を金属水素化物容器１および金
属水素化物容器４に供給する。

これにより、第３図に示すように、金属水素化物容ｒｉ
３の金属水素化物Ｍ８２は、廃ガスの温度、例えば、２
００℃にまで熱せられて高温高圧の状態ＳＡになり、金
属水素化物容器１の金属水素化物Ｍｌ！＋は、常温（例
えば、４０℃）で、状態ＳＡよりも圧力が低い状態ＳＨ
になる。

そこで、制御器１９が開閉弁７を開くと、金属水素化物
容器３と金属水素化物容器１が水素配管５を介して連絡
され、それによって、金属水素化物容器３の金属水素化
物Ｍ）！２からは水素が吸熱的に発生し、その水素は金
属水素化物容器ｌの金属水素化物Ｍｉｌｌに発熱的に吸
蔵される。

この現象は、金属水素化物容器３が廃ガスにより加熱さ
れ、また、金属水素化物容器１が外気により冷却される
ために、金属水素化物容器３の金属水素化物１４ｔ（ｚ
からの水素の放出がほぼ終了するまで継続する。なお、
以下、かかる現象を第１サイクルという。

一方、常温に保持されている金属水素化物容器４の金属
水素化物氾！２は常温低圧の状ｓｓｃにあり。

また、水素が吸蔵されている金属水素化物容器２の金属
水素化物Ｍｌｂは、常温で高圧の状態ｓＢになっている
。

そこで、制御器１９が開閉弁８を開くと２金属水素化物
容器２と金属水素化物容器４が水素配管６を介して連絡
され、それによって、金属水素化物容器２の金属水素化
物肛１からは水素が吸熱的に発生し、その水素は金属水
素化物容器４の金属水素化物Ｍ）Ｉｚに発熱的に吸蔵さ
れる。

しまたがって、制御器１９が冷却負荷】６を金属水素化
物容器２に接続して、金属水素化物容器２の金属水素化
物ＭＨｘの吸熱現象により得られる冷熱を回収させると
、金属水素化物ＭＨＩが冷却負荷１６の温度１例えば、
−２０℃で、状態ｓｃよりも高圧の状態ｓＤに保持され
るとともに、また、このときには、金属水素化物容器４
の金属水素化物ＭＨ２は、状態ＳＣに保持されているの
で、この現象は、金属水素化物容器２のからの水素の放
出がほぼ終了するまで継続する。なお、以下、かかる現
象を第２サイクルという。

このようにして、第１サイクルおよび第２サイクルが行
なわれ、冷却負荷１６が冷却される。

第１サイクルおよび第２サイクルの動作がほぼ終了した
時点で、制御器１９は、開閉弁７，８を閉じるとともに
、廃ガス発生器９からの廃ガスの供給、および、冷却空
気取入器１０からの外気の供給を停止させる。

そして、この状態で、ファン１３を作動するとともに、
噴ｊｌ器１１の動作を開始させる。

これにより、噴霧器１１により噴霧されだ液粒は、ファ
ン１３により発生された気流にのって、エアーゾル状に
なり、第１サイクルによって高温に熱せられた金属水素
化物容器３に送り出される。

したがって、その噴霧気流は、金属水素化物容器３の金
属水素化物セル２４の表面に接触して、蒸発し、金属水
素化物セル２４から気化熱を奪い、それによって、金属
水素化物セル２４が冷却される。

このようにして、金属水素化物容器３からは、噴霧気流
が蒸発して形成された蒸気が放出され、その蒸気は、第
２サイクルによって常温に保持されていた金属水素化物
容器４に送り出される。

したがって、その蒸気は、金属水素化物容器４の金属水
素化物セル２４の表面に接触し、金属水素化物セル２４
を加熱するとともに、凝縮して液体に戻り、その液体は
、ドレーン管１５を通じて噴霧器１２に与えられる。

このようにして、第１サイクルを終了して高温状態にな
っている金属水素化物容器３が噴霧気流により冷却され
、それによって発生された蒸気により、第２サイクルを
終了して常温の状態になっている金属水素化物容器４が
加熱される。

このように、金属水素化物容器３の顕熱を金属水素化物
容器４に移動する動作、すなわち、顕熱回収動作をほぼ
終了した時点で、制御器１９は、噴霧器１１およびファ
ン１３の動作を終了する。

次に、廃ガス発生器９より廃ガスを金属水素化物容器４
に供給するとともに、冷却空気取入器１０により外気を
金属水素化物容器３および金属水素化物容器２に供給し
、冷却負荷１６を金属水素化物容器１に接続した状態で
、開閉弁７，８を開く。

これにより、金属水素化物容器４の金属水素化物ＭＨｚ
が状ｓＳＡに、金属水素化物容器２の金属水素化物Ｘ旧
が状態ＳＢに、金属水素化物容器３の金属水素化物ＭＨ
ｚが状態ＳＣに、金属水素化物容器１の金属水素化物Ｍ
）＋１が状ＭＳＤになり、それによって、金属水素化物
容器４の金属水素化物Ｍｌ（ｚと金属水素化物容器２の
金属水素化物Ｈ旧の間で第１サイクルが実行され、金属
水素化物容器３の金属水素化物Ｍｌｌｚと金属水素化物
容器１の金属水素化物ＭＨＩの間で第２サイクルが実行
される。

したがって、金属水素化物容器１の金属水素化物Ｍｆｈ
の吸熱現象により得られる冷熱が、冷却負荷１６により
回収され、冷却負荷１６が冷却される。

そして、この第１サイクルおよび第２サイクルがほぼ終
了した時点で、制御器１９は開閉弁７，８を閉じるとと
もに、廃ガス発生器９の廃ガス供給動作。

および、冷却空気取入器１０の外気供給動作を停止する
。

次に、制御器１９は、ファン１３を作動するとともに噴
霧器１２の噴霧動作を開始させる。これにより、上述と
同様に、第１サイクルを終了して高温状態になっている
金属水素化物容器４が噴霧気流により冷却され、それに
よって発生された蒸気により、第２サイクルを終了して
常温の状態になっている金属水素化物容器３が加熱され
る。

このように、金属水素化物容器４の顕熱を金属水素化物
容器３に移動する顕然回収動作をほぼ終了した時点で、
制御器１９は、噴霧器１２およびファン１３の動作を終
了する。

制御部１９は１以上の動作を繰返し行ない、これにより
、冷却負荷１６が連続的に冷却される。

以」−説明したように１本実施例では、第１サイクルで
加熱された金属水素化物容器の顕熱を、第２サイクルで
常温に保持されている金属水素化物容器に移動する顕熱
回収動作を、噴霧気流と蒸気により行なっている。一般
に、噴霧気流と蒸気を用いた顕熱回収動作は、液粒を含
まない単相気流を用いた顕然回収動作、すなわち、空冷
式の顕然回収動作に比べて熱回収率が非常に大きい。

し、たがって１本実施例における顕然回収動作の熱効率
が、空冷式に比べて非常に大きいため、本実施例の装置
の熱効率は、空冷式に比べて良好なものとなる。

すなわち１例えば、金属水素化物容器３の顕熱を金属水
素化物容器４に移動する顕然回収動作では、次のサイク
ルで廃ガスにより加熱される金属水素化物容器４の温度
が廃ガス温度の近くまで上昇するので、加熱のための待
ち時間を短縮できる。

また、次のサイクルで外気により冷却される金属水素化
物容器３の温度が外気温の近くまで下がるので、冷却の
ための待ち時間を短縮できる。

また、廃ガスの熱量をより有効に使用することができる
ので１例えば、廃ガスの温度が変動するときに一定温度
にまで上昇させるために設ける補助熱源の容量を小さく
することができる。

なお、上述した実施例では、噴霧器で噴霧する液体とし
て水を用いているが、それ以外の熱媒を用いることがで
きる。

また、上述した実施例では、噴霧気流で冷却する金属水
素化物容器の金属水素化物セルの断面形状を円形にして
いるが、それ以外の適宜な形状を用いることができる。

また、その金属水素化物セルの配列態様は、噴霧気流お
よび蒸気が全体に行き渡るような態様であれば、適宜な
ものを用いることができる。

また、上述した実施例では、金属水素化物ＭＬ。

Ｍ）ｈとして、それぞれＬａＮｉ５系、および、　Ｍｍ
Ｎｉ５系のものを用いているが、その材料の種類は、こ
れに限ることはない。

（ト）発明の詳細 な説明したように１本発明によれば、第１ナイクルで加
熱された金属水素化物容器の顕熱を、第２サイクルで常
温に保持されている金属水素化物容器に移動する顕然回
収動作を、噴霧気流と蒸気により行なっているので、こ
の顕熱回収動作の熱効率が向上し、システム全体の熱効
率が向上するという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる冷熱システムを示す
ブロック図、第２図（ａ）は金運水素化物容器の構成例
を示す概略斜視図、同図（ｂ）は合成水素化物セルの配
列態様を例示した概略断面図、同図（ｃ）は金属水素化
物セルの概略構成を例示した部分断面斜視図、第３図は
第１図の装置で使用する金属水素化物のサイクル線図を
例示したグラフ図である。 ３．４・・・金属水素化物容器、　１１．１２・・・噴
ａＳ。 １３・・・ファン、１９・・・制御器。 第　１　図 第 Ｚ　図 （ｂ） （ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平衡水素圧力が高い第１の金属水素化物と、平衡水素圧
   力が低い第２の金属水素化物を用い、第２の金属水素化
   物を廃熱で加熱するとともにそれによって発生した水素
   を、外気との熱交換により冷却されている第１の金属水
   素化物に発熱的に吸蔵させる第１のサイクルと、第１の
   金属水素化物を冷却負荷に接続した状態で吸熱的に水素
   を発生させてその水素を外気との熱交換により冷却され
   ている第２の金属水素化物に発熱的に吸蔵させる第２の
   サイクルを備え、第１のサイクルと第２のサイクルを平
   行して実行し、それぞれのサイクルが終了すると第１の
   サイクルと第２のサイクルの組を交換する金属水素化物
   利用冷熱システムにおいて、第１のサイクルと第２のサ
   イクルの組を交換するとき、第１のサイクルの第２の金
   属水素化物を噴霧気流により冷却するとともにそれによ
   って得た蒸気流により第２のサイクルの第２の金属水素
   化物を加熱することを特徴とする金属水素化物利用冷熱
   システム。