JPH04139363A - 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、熱輸送能力の変動か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画然交換器はそれぞ
れ吸熱、放熱を繰返し、結果、画然交換器から出る低温
空気及び高温空気の一方は学内に供給され、使方は大気
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
交換器との間でブラインを循環させ、同じく水素吸収側
の２個の水素吸蔵熱交換器と放熱側熱交換器との間でブ
ラインを循環させて、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か
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に水
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おる。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、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１ 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、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、上記両水素吸蔵熱交換器間における水素流
通方向の切換による熱輸送能低下期間に、上記吸熱側熱
交換器及び放熱側熱交換器の少なくとも一方を上記水素
吸蔵熱交換器対の双方から分離する分離手段を設けたこ
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分離手段は、両水素吸蔵熱交換
器間における水素流通方向の切換による熱輸送能低下期
間に、吸熱側熱交換器及び放熱側熱交換器の少なくとも
一方を水素吸蔵熱交換器対の双方から熱分離する。

このようにすれば、ある程度の運転時間経過後には、熱
流体を含む吸熱側熱交換器及び吸熱配管部はある平均温
度範囲内に冷却され、放熱側熱交換器及び放熱配管部は
ある平均温度範囲内に加熱されているために、自己の熱
容量により吸熱又は放熱を実施する。そして、水素流通
方向を切換えて一定時間が経過し、水素を吸収する水素
吸蔵熱交換器が十分高温となり、水素を放出する水素吸
蔵熱交換器が十分低温となると、上記分離手段は分離を
解除し、それにより、両水素吸蔵熱交換器から吸熱側熱
交換器及び放熱側熱交換器に個別に熱輸送が再開される
。

「実施例１ （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（ＭｍＮｉｓ）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（本発
明でいう熱流体）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３Ｌ　３２を介して個別に管路接続されてい
る。また、圧縮ｌ１１３０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＠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索圧送管路部を構成
している。

上記した水素吸蔵熱交換器１に巻着されたパイプの一端
は配管１ａ及び二方弁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
、上記パイプの他端は配管１ｂ及び二方弁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に巻着されたパイプの一端
は配管２ａ及び二方弁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
、上記パイプの他端は配管２ｂ及び二方弁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、暖房時には三方弁
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もちろんで
ある。

また、ブライン配管１ａ、１ｂは水素吸蔵熱交換器１を
バイパスするべくバイパス弁６ａを通じて連結されてお
り、ブライン配管２ａ、２ｂは水素吸蔵熱交換器２をバ
イパスするべくバイパス弁６ｂを通じて連結されている
。更にブライン配管１ｂにはバイパス弁６ａの下流側か
つ水素吸熱交換器１の上流側において三方弁６Ｃか設け
られ、同様に、ブライン配管２ｂにはバイパス弁６ｂの
下流側かつ水素吸熱交換器２の上流側において三方弁６
ｄが設けられている。

これらバイパス弁５ａ、５ｂ及び二方弁６Ｃ１６ｄは本
発明でいう分離手段を構成している。

更に、水素吸蔵熱交換器１の水素出入口付近に温度セン
サ１１が設けられ、同様に、水素吸蔵熱交換器２の水素
出入口付近に温度センサ１２が設けられている。そして
、これら温度センサ１１．１２の出力信号Ｖ１１、Ｖ１
２は第２図及び第３図の回路に送られ、二方弁６１〜６
８及びバイパス弁６ａ、６ｂ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、二方弁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＠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、三方弁３
３．３４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２中の水素ガス圧力が高いので、水素
吸蔵熱交換器２から水素吸蔵熱交換器１に水素ガスが流
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の圧力差が一定レベル以下にな
れば、ざらに二方弁３１．３４を閉、二方弁３２．３３
を開状態に切換えて圧縮機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か所定時間、水素ガスを放出した後
、圧縮ｌ１１３を停止し、再度三方弁３１．３２を開、
二方弁３３．３４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
ガスが流れ、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（して水素ガスの一往復（１サイクル）が完了
するが、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。

なお、このサイクル運転における二方弁３１〜３４の切
換及び圧縮機３の断続運転は全てタイマにより一定時間
毎に定周期制御すればよいので、それ以上の説明は省略
する。

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４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１１．１２の出力信号Ｖ１１、ｖ１２は第２
図に示す」ンパレータ１００に送られ、コンパレータ１
００はＶｌｌがＶｌ２より大きい場合（すなわち、水素
吸蔵熱交換器１が水素吸蔵熱交換器２より高温の場合）
にローレベル、ｖ１２がＶｌｌより大きい場合（すなわ
ち、水素吸蔵熱交換器２が水素吸蔵熱交換器１より高温
の場合）にハイレベルとなる。したがって、トランジス
タ１０１〜１０４はＶｌ２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１
０６〜１０９はＶｌｌ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（Ｖｌ　２＞Ｖｌｌ）に、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か閉じる。よって、
ブライン循環ポンプ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、ブラ
イン循環ポンプ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の温度か水素吸蔵熱交換器１
の温度より低い場合（Ｖｌｌ＞Ｖｌ２）に、二方弁６１
．６３．６６．６８が閉じ、二方弁６２．６４．６５．
６７が開く。よって、ブライン循環ポンプ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、ブライン循環ポンプ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。

蓄熱器９ａは、上記した動作切換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、上記
した動作切換時間帯（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）の変動は低減される。

次に、バイパス弁６ａ、６ｂ及び二方弁６Ｃ１６ｄの切
換動作を第３図の制御回路で説明する。

コンパレータ１００（第２図参照）から出力される二値
信号はモノマルチバイブレータ１１０に入力され、イン
バータ１０５（第２図参照）から出力される二値信号は
モノマルチバイブレータ１１１に入力される。その結果
、モノマルチバイブレータ１１０はＶｌ２がＶｌｌより
大きくなった時点から一定期間ハイレベルとなり、モノ
マルチバイブレータ１１１はＶｌｌがＶｌ２より大きく
なった時点から一定期間ハイレベルとなる。モノマルチ
バイブレータ１１０．１１１はオア回路１１２を介して
ドライバトランジスタ１１３．１１４を駆動する。すな
わち、モノマルチバイブレタ１１０．１１１がハイレベ
ルとなると（すなわち、ＶｌｌがＶ１２より高温になっ
た時点及びＶ１２がＶｌｌより高温になった時点からそ
れぞれ一定期間だけ）、ドライバトランジスタ１１３．
１１４は、それぞれソレノイドバルブであるバイパス弁
５ａ、６ｂを開き、ドライバトランジスタ１１５．１１
６はソレノイドバルブである二方弁５ｃ、５ｄを閉じる
。

その結果、水素流通方向を切換えた直後（水素吸蔵熱交
換器１．２の温度がほぼ同程度である期間）の一定期間
、ブラインはバイパス弁６ａ、６ｂを通過するので、水
素吸蔵熱交換器１．２にはブラインが流れず、その結果
、水素吸蔵熱交換器１．２により吸熱熱交換器４が加熱
され、放熱熱交換器５が冷却されることがない。

第４図（ｂ）にバイパス弁６ａ、６ｂを設けない場合に
おける低温ブラインの温度変動例を示し、第４図（Ｃ）
に本実施例にかかる（バイパス弁６ａ、６ｂを設けた場
合の）低温ブラインの温度変動例を示す。

なお、上記実施例では、水素吸蔵熱交換器１．２の温度
逆転によりバイパス弁６ａ、６ｂ及び二方弁６Ｃ１６ｄ
を制御したが、その前にバイパス弁６ａ、６ｂ及び二方
弁６Ｃ１６ｄを制御してもよい。

例えば、二方弁３１〜３４及び圧縮機３をタイマにより
定周期運転する場合、水素吸蔵熱交換器１．２の温度が
ほぼ同程度である期間すなわちバイパス弁６ａ、６ｂを
開き、三方弁６Ｃ１６ｄを閉じるべき期間は予め分かつ
ているので、バイパス弁６ａ、６ｂ及び二方弁６Ｃ１６
ｄを二方弁３１〜３４及び圧縮機３と同期してタイマ制
御すればよい。

なお、上記実施例において水素輸送を圧縮機３による機
械駆動に代えて熱駆動により実施できることは従前通り
である。

［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ンプで
は、両水素吸蔵熱交換器間における水素流通方向の切換
による熱輸送ボトム期間に吸熱側熱交換器及び放熱側熱
交換器の少なくとも一方を水素吸蔵熱交換器対の両方か
ら分離する分離手段を具備している。

したがって、水素流通方向の切換による水素吸蔵熱交換
器と吸熱側熱交換器及び放熱側熱交換器の少なくとも一
方との間における熱輸送能低下期間に、平均温度範囲内
に冷却された吸熱側熱交換器及び吸熱配管部（熱流体を
含む）が高温の水素吸蔵熱交換器を冷却することを防止
することができる。又は、平均温度範囲内に加熱された
放熱側熱交換器及び放熱配管部（熱流体を含む）が低温
の水素吸蔵熱交換器を加熱することを防止することがで
きる。

それにより、水素吸蔵熱交換器から吸熱側熱交換器及び
放熱側熱交換器の少なくとも一方への熱輸送能力が減少
することを防止できまた、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図はバイパス弁制御回路図、第４
図は吸熱量変化を示す波形図である。 １．２・・・水素吸蔵熱交換器 ３・・・圧縮機（水素圧送管路部の一部）４・・・吸熱
側熱交換器 ５・・・放熱側熱交換器 ６ａ、６ｂ・・・バイパス弁（分離手段）６Ｃ１６ｄ・
・−二方弁（分離手段） ７．８・・・ポンプ

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、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、 上記両水素吸蔵熱交換器間における水素流通方向の切換
   による熱輸送能低下期間に、上記吸熱側熱交換器及び放
   熱側熱交換器の少なくとも一方を上記水素吸蔵熱交換器
   対の双方から分離する分離手段を設けたことを特徴とす
   る水素吸蔵ヒートポンプ。