JPH04113173A - 水素吸蔵ヒートポンプ - 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、熱輸送能力の変動が少ない水素吸蔵ヒートポ
ンプに関する。

［従来の技術］ 特開昭６２−１９４１６４号公報は、水素吸蔵合金を有
し空気と熱交換する一対の水素吸蔵熱交換器と、圧縮機
及び四方弁を有し画然交換器間で水素を往復させる水素
圧送管路部とを備える水素吸蔵ヒートポンプ型式の空調
装置を開示する。

この装置では、上記水素往復により同熱交換器はそれぞ
れ吸熱、放熱を繰返し、結果、同熱交換器から出る低温
空気及び高温空気の一方は室内に供給され、他方は大気
中に排出される。

特開昭６２−２９４８６８号公報は、水素吸蔵合金を有
する二対の水素吸蔵熱交換器を設け、圧縮機により各水
素吸蔵熱交換器対が相互に異なる位相で水素を往復させ
る水素吸蔵ヒートポンプを開示する。そして、この装置
では、水素放出側の２個の水素吸蔵熱交換器と吸熱側熱
交換器との間で熱流体を循環させ、同じく２個の水素吸
収側の水素吸蔵熱交換器と放熱側熱交換器との間で熱流
体を循環させて、熱輸送を実施する。

この装置では二対の水素吸蔵熱交換器の熱輸送ピークが
位相差（時間差）をもつので、総合した熱輸送波形の変
動を抑圧できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記した一対の水素吸蔵熱交換器をもつ水
素吸蔵ヒートポンプは、水素及び空気を切換える度（水
素系の熱容量等の影響などにより熱輸送能力すなわち吸
熱及び放熱能力が低下し、その結果として熱輸送能力が
大きく変動する不具合がある。

一方、上記した二対の水素吸蔵熱交換器をもつ水素吸蔵
ヒートポンプは、熱輸送能力の変動を縮小できるものの
、水素吸蔵熱交換器の増設を必要とし、更に構造が複雑
化するので実用性に欠ける難がある。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものでおり、構
成の複雑化をできるだけ回避しつつ、熱輸送能力の変動
を抑止できる水素吸蔵ヒートポンプを提供することをそ
の解決すべき課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の水素吸蔵ヒートポンプは、水素吸蔵合金を有す
る一対の水素吸蔵熱交換器と、圧縮機を内蔵し該両水素
吸蔵熱交換器間で水素を往復させる水素圧送管路部と、
吸熱側熱交換器及び放熱側熱交換器と、水素放出側の上
記水素吸蔵熱交換器及び上記吸熱側熱交換器の間で熱流
体を循環させる吸熱配管部と、水素吸収側の上記水素吸
蔵熱交換器及び上記放熱側熱交換器の間で熱流体を循環
させる放熱配管部とを備え、上記吸熱配管部及び放熱配
管部の少なくとも一方に、上記吸熱側熱交換器又は放熱
側熱交換器と直列に蓄熱器を設けたことを特徴としてい
る。

［作用］ 本発明の水素吸蔵ヒートポンプにおいて、水素圧送管路
部はその圧縮機の運転及び水素流通経路の切換により一
対の水素吸蔵熱交換器の間で水素を往復させる。水素を
吸収する水素吸蔵熱交換器は放熱し、水素を放出する水
素吸蔵熱交換器は吸熱する。吸熱側熱交換器は吸熱対象
から吸熱し、吸熱配管部は吸熱側熱交換器から水素放出
側の水素吸蔵熱交換器に熱輸送する。放熱配管部は水素
吸収側の水素吸蔵熱交換器から放熱側熱交換器に熱輸送
し、放熱側熱交換器は放熱対象に放熱する。

特に本発明の特徴である蓄熱器は、吸熱側熱交換器から
水素放出側の水素吸蔵熱交換器への熱輸送ピーク時（水
素吸収側の水素吸蔵熱交換器から放熱側熱交換器への熱
輸送ピーク時〉に、熱流体から冷熱及び温熱の少なくと
も一方を吸収し、両水素吸蔵熱交換器間における水素流
通方向の切換時（熱輸送ボトム時）にそれを放出する。

［実施例］ （実施例１） 本発明の水素吸蔵ヒートポンプの一実施例を、第１図に
より説明する。

この装置は、水素吸蔵合金が充填される一対の水素吸蔵
熱交換器１．２を有しており、水素吸蔵熱交換器１．２
はそれぞれ水素吸蔵合金（ＭｍＮ５〉の粉末が充填され
水素ガスが出入可能な通気孔付きの密閉容器（図示せず
）を有する。この密閉容器の周囲にはブラインが流れる
パイプ（図示せず）が巻着されており、また、水素吸蔵
熱交換器１．２は、圧縮機３及び水素配管により水素往
復可能に連結されている。

すなわち、圧縮機３の吸入口と水素吸蔵熱交換器１．２
とは二方弁３１．３２を介して個別に管路接続されてい
る。また、圧縮機３０の吐出口と水素吸蔵熱交換器１．
２とは二方弁３３．３４を介して個別に管路接続されて
いる。圧縮機３、二方弁３１〜３４、及びそれらを連結
する水素配管は本発明でいう水素圧送管路部を構成して
いる。

上記した水素吸蔵熱交換器１に巻着された各パイプの一
端は二方弁６１．６２を介して吸熱側熱交換器４及び放
熱側熱交換器５のブライン流入口に連結され、上記各パ
イプの他端は二方弁６３．６４を介してブライン循環ポ
ンプ７．８の吐出口に接続されている。

同様に、水素吸蔵熱交換器２に巻着された各パイプの一
端は三方弁６５．６６を介して吸熱側熱交換器４及び放
熱側熱交換器５のブライン流入口に連結され、上記各パ
イプの他端は二方弁６７、６８を介してブライン循環ポ
ンプ７．８の吐出口に接続されている。

ブライン循環ポンプ７の吸入口は、蓄熱器９ａを介して
吸熱側熱交換器４′のブライン流出口に連結され、ブラ
イン循環ポンプ８の吸入口は、蓄熱器９ｂを介して放熱
側熱交換器５のブライン流出口に連結されている。

ここで、二方弁６１．６３．６５．６７及びそれらと吸
熱側熱交換器４との間のブライン配管は本発明でいう吸
熱配管部を構成し、同様に、二方弁６２．６４．６６．
６８及びそれらと放熱側熱交換器５との間のブライン配
管は本発明でいう放熱配管部を構成している。なお、こ
こでは冷房モードであって吸熱側熱交換器４が室内側、
放熱側熱交換器５が室外側とするが、暖房時には二方弁
６１〜６８の切換により容易に室内側の吸熱側熱交換器
４を放熱側熱交換器として、室外側の放熱側熱交換器５
を吸熱側熱交換器として作動させ得ることは自明である
。

更に、水素吸蔵熱交換器１のブライン出口に連結される
ブライン配管１ａに温度センサ１ｂが設けられ、同様に
、水素吸蔵熱交換器２のブライン出口に連結されるブラ
イン配管２ａに温度センサ２ｂが設けられている。そし
て、これら温度センサ１ｂ、２ｂの出力信号Ｖ１　ｂ、
Ｖ２ｂは第２図の回路に送られ、二方弁６１〜６８が切
換えられる。

なお、上記蓄熱器９ａ、９ｂはブラインを貯溜するタン
クからなる。

次に、この装置の動作を説明する。

まず水素往復について説明する。最初に水素吸蔵熱交換
器１に水素が貯溜されており、三方弁３１．３４は開、
二方弁３２．３３は閉状態にある。

かかる状態において圧縮機３の運転により水素吸蔵熱交
換器１から水素吸蔵熱交換器２に水素ガスが圧送される
と、水素を放出する水素吸蔵熱交換器１はブラインから
吸熱し、水素を吸収する水素吸蔵熱交換器２はブライン
に放熱する。

水素吸蔵熱交換器１が所定時間、水素ガスを放出した後
、圧縮機３を停止し、二方弁３１．３２を開、二方弁３
３．３４を開状態に切換えれば、大量に水素を吸蔵する
水素吸蔵熱交換器２中の水素カス圧力が高いので、水素
吸蔵熱交換器２から水素吸蔵熱交換器１に水素カスが流
れ、その結果、水素吸蔵熱交換器２はブラインから吸熱
し、水素を吸収する水素吸蔵熱交換器１はブラインに放
熱する。

水素吸蔵熱交換器１．２の圧力差か一定レベル以下にな
れば、ざらに二方弁３Ｌ　３４を閉、二方弁３２．３３
を開状態に切換えれて圧縮機３を運転する。その結果、
水素吸蔵熱交換器２から水素吸蔵熱交換器１に水素ガス
が継続して圧送され、水素を放出する水素吸蔵熱交換器
２はブラインから吸熱し、水素を吸収する水素吸蔵熱交
換器１はブラインに放熱する。

水素吸蔵熱交換器２が所定時間、水素ガスを放出した後
、圧縮機３を停止し、再度二方弁３１．３２を開、三方
弁３３．３４を閉状態に切換えれば、大量に水素を吸蔵
する水素吸蔵熱交換器１中の水素ガス圧力が高いので、
水素吸蔵熱交換器１から水素吸蔵熱交換器２に水素カス
が流れ、その結果、水素吸蔵熱交換器１はブラインから
吸熱し、水素を吸収する水素吸蔵熱交換器２はブライン
に放熱する。

このようにして水素ガスの一往復（１サイクル）か完了
するか、以下このサイクルを繰返すことにより、水素吸
蔵熱交換器１から出るブラインは一定周期で加熱、冷却
される。水素配管系の熱容量などのために、水素吸蔵熱
交換器１．２の温度は例えば第３図（ａ）のようになる
。

次に、−吸熱側熱交換器４に常に冷却ブラインを循環さ
せる吸熱配管部、及び、放熱側熱交換器５に常に加熱ブ
ラインを循環させる放熱配管部の作動について説明する
。

温度センサ１ｂ、２　ｂ（７）出力信号Ｖ　１　ｂ　、
　Ｖ　２ｂは第２図に示すコンパレータ１００に送られ
、コンパレータ１００はＶｌｂがより大きい場合にロー
レヘル、Ｖ２ｂがより大きい場合にハイレベルとなる。

したがって、トランジスタ１０１〜１０４はＶ２ｂがよ
り大きい場合にオンし、逆にインバータ１０５の出力反
転によりトランジスタ１０６〜１０９はＶｌｂがより大
きい場合にオンする。

その結果、水素吸蔵熱交換器２の温度が水素吸蔵熱交換
器１の温度より高い場合（２ｂ＞Ｖｌｂ）に、それぞれ
ソレノイドバルブである二方弁６１．６３．６６．６８
が開き、二方弁６２．６４．６５．６７が閉じる。よっ
て、ポンプ７は水素吸蔵熱交換器１、吸熱側熱交換器４
、蓄熱器９ａに低温ブラインを循環させ、ポンプ８は水
素吸蔵熱交換器２、放熱側熱交換器５、蓄熱器９ｂに高
温ブラインを循環させる。

また、水素吸蔵熱交換器２の温度が水素吸蔵熱交換器１
の温度より低い場合に、二方弁６１．６３．６６．６８
が閉じ、二方弁６２．６４．６５．６７が開く。よって
、ポンプ７は水素吸蔵熱交換器２、吸熱側熱交換器４、
蓄熱器９ａに低温ブラインを循環させ、ポンプ８は水素
吸蔵熱交換器１、放熱側熱交換器５、蓄熱器９ｂに高温
ブラインを循環させる。

これらの結果として、吸熱側熱交換器４には常時、低温
ブラインが供給され、放熱側熱交換器５には常時、高温
ブラインが供給される。

もし、蓄熱器９ａ、９ｂか無い場合、水素吸蔵熱交換器
１又は２から室内機としての吸熱側熱交換器４に供給さ
れる低温ブラインの温度は、水素吸蔵熱交換器１又は２
の上記した動作切換時間帯において高温となり、切換時
刻から離れた時間帯において低温となる（第３図（ｂ）
参照）。逆に、水素吸蔵熱交換器１又は２から室外機と
しての放熱側熱交換器５に供給されるブラインの温度は
、水素吸蔵熱交換器１又は２が水素吸収動作と水素放出
動作との間で切換えられる時間帯において低温となり、
切換時刻から離れた時間帯において高温となる。

その結果、吸熱側熱交換器（室内機）４の冷却能力は大
幅に変動する。

この実施例では蓄熱器９ａ、９ｂか設けられているので
、蓄熱器９ａは、水素吸蔵熱交換器１又は２が水素吸収
動作と水素放出動作との間で切換えられる時間帯におい
て低温ブラインから吸熱し、切換時刻から離れた時間帯
において低温ブラインに放熱する。同様に、蓄熱器９ｂ
は、水素吸蔵熱交換器１又は２が水素吸収動作と水素放
出動作との間で切換えられる時間帯において高温ブライ
ンに放熱し、切換時刻から離れた時間帯において高温ブ
ラインから吸熱する。

以上の結果として、ブライン温度の変動が抑止されるの
で、吸熱側熱交換器（室内機）４の冷却能力（すなわち
、低温ブラインの温度）の変動は第３図（Ｃ）に示すよ
うに大幅に低減される。

なおこの実施例では、弁６１〜６８は、水素水素吸蔵熱
交換器１．２側の作動と無関係に、ただ温度センサ１ｂ
、２ｂの温度差だけによって動作するので、第２図に示
すように、制御が簡単である利点を有する。

（実施例２） 他の実施例を第４図に示す。

この実施例は、実施例１において、放熱側の蓄熱器９ｂ
を省略して構造の簡略化を図ったものであり、動作は同
じであるので、説明を省略する。

蓄熱器９ｂの省略のために、放熱側熱交換器５の温度変
動は大きいが、室内機としての吸熱側熱交換器４の冷却
能力の変動は実施例１と同様に大幅に低減される。

（実施例３） 他の実施例を第５図及び第６図に示す。水素吸蔵熱交換
器１は第５図において水素を吸収し、第６図において水
素を放出している。

この実施例は、実施例２において、二方弁３１〜３４の
代りにバイパス弁４００と四方弁４０１を用い、二方弁
６１．６２．６５．６６の代りに四方弁４０２を用い、
二方弁６３．６４．６７．６８の代りに四方弁４０３を
用いたものである。

バイパス弁４００を遮断し、四方弁４０１を切替えるこ
とにより圧縮機３による水素の両方向への圧送が可能と
なり、バイパス弁４００を開き、圧縮機３を停止するこ
とにより両水素吸蔵熱交換器間の均圧化ができることが
わかるであろう。

また、四方弁４０２．４０３を連動して切替えることに
より、吸熱側熱交換器（至内機）４に常時、低温ブライ
ンを供給し、放熱側熱交換器５に常時高温ブラインを供
給することかできる。

したかつてこの実施例によればより簡単な装置構成によ
り、吸熱側熱交換器４の冷却能力の変動を抑止すること
ができる。

［発明の効果］ 上記説明したように、本発明の水素吸蔵ヒートポ〉・プ
ては、吸熱側熱交換器及び放熱側熱交換器の少なくとも
一方と直列接続された蓄熱器を具備し、？−いるので、
吸熱側熱交換器から水素放出側の水素吸蔵熱交換器への
熱輸送ピーク時（水素吸収側の水素吸蔵熱交換器から放
熱側熱交換器への熱輸送ピーク時）に、蓄熱器が熱流体
から冷熱又は温熱を吸収し、両水素吸蔵熱交換器間にお
ける水素流通方向の切換時（熱輸送ボトム時〉に再び熱
流体に戻ず。

したがって、本発明によれば、簡単な装置構成により熱
輸送能力の変動を抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すブロック図、第２図
は弁制御回路図、第３図は吸熱量変化を示す波形図、第
４図は第２実施例をホすブロック図、第５図及び第６図
は第３実施例を示すブロック図である。 １．２・・・水素吸蔵熱交換器 ３・・・圧縮機 ４・・・吸熱側熱交換器 ５・・・放熱側熱交換器 ９ａ・・・蓄熱器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　水素吸蔵合金を有する一対の水素吸蔵熱交換器と、圧
   縮機を内蔵し該両水素吸蔵熱交換器間で水素を往復させ
   る水素圧送管路部と、吸熱側熱交換器及び放熱側熱交換
   器と、水素放出側の上記水素吸蔵熱交換器及び上記吸熱
   側熱交換器の間で熱流体を循環させる吸熱配管部と、水
   素吸収側の上記水素吸蔵熱交換器及び上記放熱側熱交換
   器の間で熱流体を循環させる放熱配管部とを備え、 上記吸熱配管部及び放熱配管部の少なくとも一方に、上
   記吸熱側熱交換器又は放熱側熱交換器と直列に蓄熱器を
   設けたことを特徴とする水素吸蔵ヒートポンプ。