JPH06257886A - 熱利用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 顕熱回収率が高く、顕熱回収が効率よく行え
る熱利用装置を提供する。 【構成】 水素を吸収・放出する異なる水素吸蔵合金で
なる熱源側合金２２ａ，…と利用側合金２４ａ，…を収
納しユニット２１ａ，…を形成する容器２３ａ，…，２
５ａ，…内に熱交換部２８ａ，…，２９ａ，…を設け、
これらの熱交換部を用いて少なくとも２つの異なる温度
の合金の間で熱交換を行い、合金の顕熱を回収するよう
にしている。例えば水素を放出して高温となっている第
１のユニット２１ａの熱源合金２２ａの熱交換部２８ａ
と、それより温度の低い第３のユニット２１ｃの熱源側
合金２２ｃの熱交換部２８ｃとの間で熱交換すること
で、第１のユニット２１ａの熱源合金２２ａの顕熱が回
収され、第３のユニット２１ｃの熱源側合金２２ｃが予
熱されて両者の温度が等しくなる。このようにすること
で顕熱回収率が高くなり、また顕熱回収が効率よく行え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作動媒体が反応媒体に
吸着・脱着する際の反応熱を利用した冷凍機またはヒー
トポンプ等の熱利用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】作動媒体やこれを反応させる反応媒体
に、例えば水素や水素吸蔵合金を用いている冷凍機また
はヒートポンプは、フロンを使用していないこと、比較
的低温度で作動すること、構造が簡単なこと、高い効率
が期待できることなどの特徴を有し、実用化するための
研究開発が行われている。

【０００３】以下従来の技術を図８を参照しながら説明
する。図８は冷凍機の接続図である。なお冷凍機とヒー
トポンプとは同一の構成で、熱源流体と熱利用流体の温
度関係が異なるのみであるので、ここでは冷凍機の場合
について説明する。

【０００４】図８において、冷凍機は第１及び第２のユ
ニット１ａ，１ｂで構成され、各ユニット１ａ，１ｂは
反応媒体の水素吸蔵合金でなる熱源側合金２ａ，２ｂを
収納した容器３ａ，３ｂと、熱源側合金２ａ，２ｂと異
なる水素吸蔵合金でなる利用側合金４ａ，４ｂを収納し
た容器５ａ，５ｂと、容器３ａ，３ｂと容器５ａ，５ｂ
との間を水素弁６ａ，６ｂを挿入して接続する水素配管
７ａ，７ｂを備えている。

【０００５】また容器３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂには、そ
れらの内部に設けられた熱交換部８ａ，８ｂ，９ａ，９
ｂに熱源流体Ａ、熱利用流体Ｂ、冷却流体Ｃの流れを切
り替える流体切替弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１
５ａ，１５ｂを有する配管が接続されている。さらに熱
源側合金２ａ，２ｂの側の配管には顕熱回収用ポンプ１
６を含む顕熱回収用配管１７が設けられている。

【０００６】このように構成された冷凍機は次ぎのよう
に作動する。すなわち、図８のような接続状態にあると
き、熱源流体Ａを第１のユニット１ａの容器３ａに流し
その熱交換部８ａを介して熱源側合金２ａを加熱し、容
器３ａ内の熱源側合金２ａに吸収されている水素の圧力
を高める。そして水素弁６ａを開放すると水素が容器５
ａ側に流れ、利用側合金４ａが水素を吸収する。この時
の利用側合金４ａの発熱は冷却流体Ｃを容器５ａの熱交
換部９ａに流すことによって冷却される。

【０００７】次に、水素弁６ａを閉止して流体切替弁１
２ａ，１３ａを図中で９０°反時計方向に回転させ、熱
源側合金２ａを容器３ａの熱交換部８ａに冷却流体Ｃを
流して冷却する。その後、水素弁６ａを開放すると、水
素は今度は容器５ａの利用側合金４ａから容器３ａの熱
源側合金２ａの方向に向かって流れ、この過程で利用側
合金４ａは吸熱する。この時、流体切替弁１４ａ，１５
ａを反時計方向に９０°回転させて熱利用流体Ｂを容器
５ａ内の熱交換部９ａに流すことで冷熱が得られる。

【０００８】このような操作を同様に第２のユニット１
ｂで行うようにして、流体切替弁１０ａ，１０ｂ，〜１
５ａ，１５ｂを切り替えながら第１及び第２のユニット
１ａ，１ｂで交互に繰り返すサイクル運転を行うこと
で、熱利用流体Ｂでは冷熱を得ることができ、冷凍機と
し作動する。

【０００９】ここで、例えば熱源流体Ａを１２０℃の熱
水とし、冷却流体Ｃを３０℃の冷却水を使用した場合、
熱源側合金２ａに水素を吸収させるときには冷却流体Ｃ
で約３０℃に冷却しておき、ここから水素を放出させる
ためには熱源流体Ａで約１２０℃に加熱する。このため
約３０℃にまで冷却されている熱源側合金２ａを約１２
０℃近くにまで昇温（予熱）しなければならない。

【００１０】この際の昇温の熱量は、熱容量の大きい両
合金２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂ及び各容器３ａ，３ｂ，５
ａ，５ｂの温度変化のための顕熱として消費されるだけ
で、冷熱を取り出すことには使われない。すなわち、熱
源流体Ａの持つ熱エネルギの一部が無駄に捨てられ、冷
凍機としての成績係数（ＣＯＰ）の低下をもたらす。そ
こで顕熱回収を行ってＣＯＰの向上をはかるために、第
１及び第２のユニット１ａ，１ｂの作動を切り替える前
に図１２に示された位置から流体切替弁１２ｂ，１３ｂ
を時計方向に、流体切替弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１
１ｂを反時計方向に９０°回転させ、顕熱回収用ポンプ
１６を一定時間運転して熱源側合金２ａ，２ｂの間で熱
交換を行わせる。このようにすると、水素の放出を終え
た熱源側合金の顕熱を次のサイクルで水素を放出する熱
源側合金の予熱に利用できるのでＣＯＰの向上をはかる
ことができる。

【００１１】一方、利用側合金についても同様で、冷熱
を取り出す時には水素を吸収する過程で３０℃近くまで
暖まった利用側合金を熱利用流体で熱利用温度まで冷却
しなければならないから、利用側合金４ａ，４ｂの配管
にも顕熱回収用ポンプを含む顕熱回収用配管を接続すれ
ば利用側合金でも顕熱を回収することができ、より一層
のＣＯＰ向上をはかることができる。

【００１２】しかしながら上記の従来技術においては、
２つの合金の間での熱交換であるため原理的には夫々の
合金２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂは、両者の中間温度にまで
しか到達せず顕熱の半分しか回収できないことになり、
顕熱回収率は原理的に５０％を越えることができない。

【００１３】また、ヒートポンプを構成した場合におい
ても同様であった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のも
のは顕熱回収率が５０％以上とすることができないもの
であり、顕熱回収を十分に行おうとすると運転の中断が
長いものとなる。このような状況に鑑みて本発明はなさ
れたもので、その目的とするところは顕熱回収率が高
く、顕熱回収が効率よく行うことができ、冷熱または温
熱の取り出しができる熱利用装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の熱利用装置は、
作動媒体を可逆的に吸脱着することができ温度平衡圧力
特性の異なる複数の反応媒体を、夫々対を成す複数の容
器に収容すると共に該容器間を互いに作動媒体が流動可
能に連結し、作動媒体が複数の反応媒体に夫々交互に吸
着あるいは脱着する際の反応熱を利用するようにした熱
利用装置において、対を成す容器内に熱交換部を設け、
この熱交換部を用いて少なくとも２つの異なる温度の反
応媒体の間で熱交換を行い、反応媒体の顕熱を回収する
ようにしたことを特徴とするものであり、また、作動媒
体を可逆的に吸脱着することができ温度平衡圧力特性の
異なる複数の反応媒体を、夫々対を成す複数の容器に収
容すると共に該容器間を互いに作動媒体が流動可能に連
結し、作動媒体が複数の反応媒体に夫々交互に吸着ある
いは脱着する際の反応熱を利用するようにした熱利用装
置において、容器内に熱交換部を設けると共に該熱交換
部を流れる流体の流路に等価直径より十分大きい管軸方
向長さを有する蓄熱器が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００１６】

【作用】上記のように構成された熱利用装置は、作動媒
体を可逆的に吸脱着する異なる反応媒体を収納した対を
成す容器内に熱交換部を設け、この熱交換部を用いて少
なくとも２つの異なる温度の反応媒体の間で熱交換を行
い、反応媒体の顕熱を回収するようにしている。それ
故、例えば２つの対の間で高温となっている片方の対の
反応媒体の熱交換部と、それより温度の低い他方の対の
反応媒体の熱交換部との間で熱交換を行なうと、高温側
の反応媒体の顕熱が回収され、この熱によって他方の反
応媒体が予熱されて両者の温度が等しくなる。このよう
に顕熱が回収されることで顕熱回収率が高くなり、また
顕熱回収が効率よく行える。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、実施例は作動媒体やこれを反応させる反応
媒体に、例えば水素や水素吸蔵合金を用いているもので
あり、また熱利用装置である冷凍機とヒートポンプとは
同一の構成で、熱源流体と熱利用流体の温度関係が異な
るのみであるので、ここでは冷凍機の場合について説明
する。

【００１８】先ず、第１の実施例の冷凍機について図１
乃至図３を参照して説明する。図１は接続図であり、図
２は作動状態を説明するために示す図であり、図３は第
１のユニット２１ａの作動状態を説明するために示す図
である。

【００１９】図１乃至図３において、冷凍機は第１乃至
第５のユニット２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１
ｅを設けて構成され、各ユニット２１ａ，２１ｂ，…，
２１ｅは水素吸蔵合金の熱源側合金２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２２ｄ，２２ｅを収納した容器２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ，２３ｄ，２３ｅと、熱源側合金２２ａ，２１
ｂ，…，２２ｅと温度平衡圧力特性を異にする水素吸蔵
合金の利用側合金２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２
４ｅを収納した容器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，
２５ｅと、容器２３ａ，２３ｂ，…，２３ｅと対応する
容器２５ａ，２５ｂ，…，２５ｅとの間を水素弁２６
ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅを挿入して接続す
る水素配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅを
備えている。また容器２３ａ，２３ｂ，…，２３ｅ，２
５ａ，２５ｂ，…，２５ｅには、夫々それらの内部に熱
交換部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２９
ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅを設けており、こ
れらには温度状態が異なる同一の流体、例えば水でなる
熱源流体Ａ、熱利用流体Ｂ、冷却流体Ｃが流通するよう
になっている。そして、熱源側合金２２ａ，２２ｂ，
…，２２ｅが設けられた側には、熱交換部２８ａ，２８
ｂ，…，２８ｅに熱源流体Ａ及び冷却流体Ｃが流れるよ
う流体切替弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０
ｅ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３２
ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３３ａ，３３
ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄ，３４ｅを有し、顕熱回収用ポンプ３５が挿
入された配管３６が接続されている。なお利用側合金２
４ａ，…，２４ｅが設けられた側にも、熱交換部２９
ａ，２９ｂ，…，２９ｅに熱利用流体Ｂ及び冷却流体Ｃ
が切り替えて流れるよう図示しない流体切替弁を備え一
部のみを記載した配管３７が設けられている。

【００２０】このように構成された冷凍機は次ぎのよう
に作動する。すなわち、各流体切替弁３０ａ，３０ｂ，
…，３０ｅ，〜３４ａ，３４ｂ，…，３４ｅが図１に示
す位置にある状態において、第１のユニット２１ａで
は、熱源流体Ａが容器２３ａ内の熱交換部２８ａに流れ
ることで熱源側合金２２ａが加熱され、容器２３ａ内の
熱源側合金２２ａに吸収されている水素の圧力を高め
る。そして水素弁２６ａを開放すると水素が容器２５ａ
側に流れ、利用側合金２４ａが水素を吸収する。この時
の利用側合金２４ａの発熱は冷却流体Ｃを容器２５ａの
熱交換部２９ａに流すことによって冷却される。

【００２１】一方、第３のユニット２１ｃでは水素弁２
６ｃを開放することで水素は容器２５ｃから容器２３ｃ
の方向に向かって流れ、熱源側合金２２ｃに吸収され
る。この際の熱源側合金２２ｃの発熱は容器２３ｃの熱
交換部２８ｃに冷却流体Ｃを流すことによって冷却す
る。そして利用側合金２４ｃが吸収していた水素を放出
することで利用側合金２４ｃは吸熱反応をしており、熱
利用流体Ｂを容器２５ｃ内の熱交換部２９ｃに流すこと
で冷熱を得ることができる。

【００２２】次に顕熱回収について説明する。第１乃至
第５のユニット２１ａ，２１ｂ，…，２１ｅは、図２に
太実線で示す水素放出過程、一点鎖線で示す顕熱回収過
程、細実線で示す水素吸収過程、二点鎖線で示す顕熱予
熱過程を位相をずらして順次繰り返すようにして作動す
る。そして、例えば第１及び第３のユニット２１ａ，２
１ｃで水素を吸着・脱着していると、その間、他のユニ
ット２１ｂ，２１ｄ，２１ｅで顕熱回収及び顕熱予熱が
行われる。

【００２３】ここで第２及び第４、第５のユニット２１
ｂ，２１ｄ，２１ｅで顕熱回収・顕熱予熱の作動状態を
見る。まず顕熱回収・顕熱予熱前の各熱源側合金２２
ｂ，２２ｄ，２２ｅの温度を夫々熱源側合金２２ｂが３
０℃、熱源側合金２２ｄが７０℃、熱源側合金２２ｅが
９０℃であるとし、第２及び第４、第５のユニット２１
ｂ，２１ｄ，２１ｅでの容器２３ｂ，２３ｄ，２３ｅを
含む熱容量が等しく、理想的な熱交換が行われ熱交換後
の二者間の温度は等しくなるものとする。

【００２４】最初、各流体切替弁３０ａ，３０ｂ，…，
３０ｅ，〜３４ａ，３４ｂ，…，３４ｅが図１に示す位
置にある状態で顕熱回収用ポンプ３５を作動させ、第２
及び第４のユニット２１ｂ，２１ｄの熱源側合金２２
ｂ，２２ｄ間で熱交換を行い、両者の温度を５０℃にす
る。次に図中で液体切替弁３２ｄ，３３ｄを９０°反時
計方向に、流体切替弁３４ｄを９０°時計方向に回転さ
せ、冷却流体Ｃで熱源側合金２２ｄを冷却して３０℃に
する。

【００２５】続いて流体切替弁３４ｅを９０°反時計方
向に回転させ、第２及び第５のユニット２１ｂ，２１ｅ
の熱源側合金２２ｂ，２２ｅ間で熱交換を行い、両者の
温度を７０℃にする。そして流体切替弁３０ｂ，３１ｂ
を９０°反時計方向に、流体切替弁３４ｂを９０°時計
方向に回転させ、熱源流体Ａで熱源側合金２２ｂを加熱
し９０℃にする。

【００２６】以上のように作動させることによって、第
２及び第４のユニット２１ｂ，２１ｄは水素が吸着・脱
着可能な状態になり、約６６％の顕熱回収が得られる。

【００２７】また、図３で第１のユニット２１ａの作動
状態を見ると、フェイズＩ〜Ｘのサイクルを順次繰り返
すようにして動作する。ここでフェイズＩ〜Ｘにおける
熱源側合金２２ａ側の各流体切替弁３０ａ，〜３４ａの
位置を、図に示すようにＸ、Ｙ、Ｖで表した通りとする
と、第１のユニット２１ａでの過程は以下の通りであ
る。なお切替弁位置を特定しない場合は空白で示してあ
る。

【００２８】フェイズＩは、熱源側合金２２ａから水素
を利用側合金２４ａに放出する水素放出過程。（図中、
太実線で示す。）フェイズIIは、熱源側合金２２ａ，２
２ｃ間で熱交換を行う過程。

【００２９】フェイズIII は、待ちの状態。

【００３０】フェイズIVは、熱源側合金２２ａ，２２ｄ
間で熱交換を行う過程。

【００３１】フェイズＶは、冷却流体Ｃで熱源側合金２
２ａを冷却する過程。

【００３２】フェイズVIは、利用側合金２４ａからの水
素を熱源側合金２２ａで吸収する水素吸収過程。（図
中、細実線で示す。）フェイズVII は、熱源側合金２２
ａ，２２ｃ間で熱交換を行う過程。

【００３３】フェイズVIIIは、待ちの状態。

【００３４】フェイズIXは、熱源側合金２２ａ，２２ｄ
間で熱交換を行う過程。

【００３５】フェイズＸは、熱源流体Ａで熱源側合金２
２ａを加熱する過程。

【００３６】以上の各過程を経るが、図中に一点鎖線で
示すフェイズII〜Ｖまでが顕熱回収過程であり、同じく
図中に二点鎖線で示すフェイズVII 〜Ｘまでが顕熱予熱
過程である。

【００３７】なお、以上は第１のユニット２１ａの熱源
側合金２２ａでの顕熱回収について説明したが、他のユ
ニット２１ｂ，…，２１ｅにおいても同様に作動するも
のである。

【００３８】そして、利用側合金２４ａ，２４ｂ，…，
２４ｅの側について熱源側と同じ様に流体切替弁や配管
等を設けることによって、顕熱回収率を向上させること
ができるものである。また上述ものでは第１及び第３の
ユニット２１ａ，２１ｃの合金で水素を吸着・脱着して
いる間に、他の３つのユニット２１ｂ，２１ｄ，２１ｅ
の合金で顕熱回収及び顕熱予熱が行われる場合について
説明したが、４つ以上のものの間で顕熱回収及び顕熱予
熱が行われるようにしてもよく、数が多い程顕熱回収率
を向上させることができる。

【００３９】次に、第２の実施例の冷凍機について図４
及び図５を参照して説明する。図４は接続図であり、図
５は作動状態を説明するために示す図である。なお、本
実施例は第１の実施例よりユニット数を１つ減らした構
成となっている。

【００４０】図４及び図５において、冷凍機は第１乃至
第４のユニット２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを設け
て構成され、各ユニット２１ａ，…，２１ｄは水素吸蔵
合金の熱源側合金２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを収
納した容器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、熱源側
合金２２ａ，…，２２ｄと温度平衡圧力特性を異にする
水素吸蔵合金の利用側合金２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２
４ｄを収納した容器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ
と、容器２３ａ，…，２３ｄと対応する容器２５ａ，
…，２５ｄとの間を水素弁２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２
６ｄを挿入して接続する水素配管２７ａ，２７ｂ，２７
ｃ，２７ｄを備えている。

【００４１】また容器２３ａ，…，２３ｄ，２５ａ，
…，２５ｄには、夫々それらの内部に熱交換部２８ａ，
２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２
９ｄ，を設けており、これらには温度状態が異なる同一
の流体、例えば水でなる熱源流体Ａ、熱利用流体Ｂ、冷
却流体Ｃが流通するようになっている。そして、熱源側
合金２２ａ，…，２２ｄが設けられた側には、熱交換部
２８ａ，…，２８ｄに熱源流体Ａ及び冷却流体Ｃが流れ
るよう流体切替弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３２ａ，３２ｂ，３２
ｃ，３２ｄ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３４
ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを有し、顕熱回収用ポンプ
３５が挿入された配管３８が接続されている。なお利用
側合金２４ａ，…，２４ｄが設けられた側にも、熱交換
部２９ａ，…，２９ｄに熱利用流体Ｂ及び冷却流体Ｃが
切り替えて流れるよう図示しない流体切替弁を備え一部
のみを記載した配管３９が設けられている。

【００４２】このように構成された冷凍機は次ぎのよう
に作動する。すなわち、各流体切替弁３０ａ，３０ｂ，
…，３０ｄ，〜３４ａ，３４ｂ，…，３４ｄが図４に示
す位置にある状態において、第１及び第２のユニット２
１ａ，２１ｂでは、熱源流体Ａが容器２３ａ，２３ｂ内
の熱交換部２８ａ，２９ｂに流れることで熱源側合金２
２ａ，２２ｂが加熱され、容器２３ａ，２３ｂ内の熱源
側合金２２ａ，２２ｂに吸収されている水素の圧力を高
める。そして水素弁２６ａ，２６ｂを開放すると水素が
容器２５ａ，２５ｂ側に流れ、利用側合金２４ａ，２４
ｂが水素を吸収する。この時の利用側合金２４ａ，２４
ｂの発熱は冷却流体Ｃを容器２５ａ，２５ｂの熱交換部
２９ａ，２９ｂに流すことによって冷却される。

【００４３】一方、第３及び第４のユニット２１ｃ，２
１ｄでは水素弁２６ｃ，２６ｄを開放することで水素は
容器２５ｃ，２５ｄから容器２３ｃ，２３ｄの方向に向
かって流れ、熱源側合金２２ｃ，２２ｄに吸収される。
この際の熱源側合金２２ｃ，２２ｄの発熱は容器２３
ｃ，２３ｄの熱交換部２８ｃ，２８ｄに冷却流体Ｃを流
すことによって冷却する。そして利用側合金２４ｃ，２
４ｄが吸収していた水素を放出することで利用側合金２
４ｃ，２４ｄは吸熱反応をしており、熱利用流体Ｂを容
器２５ｃ，２５ｄ内の熱交換部２９ｃ，２９ｄに流すこ
とで冷熱を得ることができる。

【００４４】同様にして第１乃至第４のユニット２１
ａ，２１ｂ，…，２１ｄは、図２に太実線で示す水素放
出過程、一点鎖線で示す顕熱回収過程、細実線で示す水
素吸収過程、二点鎖線で示す顕熱予熱過程を位相をずら
し、フェイズＩ〜XII のサイクルを順次繰り返すように
して作動する。

【００４５】次に顕熱回収について説明する。ここで、
顕熱回収・顕熱予熱前の各熱源側合金２２ａ，２２ｂ，
２２ｃ，２２ｄの温度を夫々熱源側合金２２ｃ，２２ｄ
が３０℃、熱源側合金２２ａ，２２ｂが９０℃であると
し、第１乃至第４のユニット２１ａ，…，２１ｄでの容
器２３ａ，…，２３ｄを含む熱容量が等しく、理想的な
熱交換が行われ熱交換後の二者間の温度は等しくなるも
のとする。なお熱源流体Ａの温度が９０℃、冷却流体Ｃ
の温度が３０℃である。また熱源側合金２２ａ，…，２
２ｄ側の各流体切替弁３０ａ，３０ｂ，…，３０ｄ，〜
３４ａ，３４ｂ，…，３４ｄの位置を、図中にＸ、Ｙ、
Ｖで表した通りであるとし、切替弁位置を特定しない場
合は空白で示している。

【００４６】まずフェイズＩの熱源側合金２２ａ，２２
ｂから水素を利用側合金２４ａ，２４ｂに放出する水素
放出過程が終了し、利用側合金２４ｃ，２４ｄからの水
素を熱源側合金２２ｃ，２２ｄで吸収する水素吸収過程
が終了した状態にあり、顕熱回収用ポンプ３５が作動す
る。

【００４７】フェイズIIは、熱源側合金２２ａ，２２ｃ
間で熱交換を行う過程で、両者の温度が６０℃になる。

【００４８】フェイズIII は、熱源側合金２２ａ，２２
ｄ間で熱交換を行う過程で、両者の温度が４５℃にな
る。

【００４９】フェイズIVは、熱源側合金２２ｂ，２２ｃ
間で熱交換を行う過程で、両者の温度が７５℃になる。

【００５０】フェイズＶは、熱源側合金２２ｂ，２２ｄ
間で熱交換を行う過程で、両者の温度が６０℃になる。

【００５１】フェイズVIは、熱源側合金２２ａ，２２ｂ
を冷却流体Ｃで冷却する過程で、両者が３０℃になり、
また熱源側合金２２ｃ，２２ｄを熱源流体Ａで加熱する
過程で、両者が９０℃になる。

【００５２】このようにして熱源側合金２２ａ，…，２
２ｄは温度状態が逆になり、次にフェイズVII において
水素が吸着・脱着可能な状態になる。このときの顕熱回
収率は６２．５％である。

【００５３】そして、利用側合金２４ａ，２４ｂ，…，
２４ｄの側について熱源側と同じ様に流体切替弁や配管
等を設け作動させることによって、顕熱回収率を向上さ
せることができるものである。また上述ものでは４つの
ユニットを設けているが、５つ以上のユニットを設ける
ようにしてもよく、数が多いほど顕熱回収率を向上させ
ることができる。

【００５４】なお、第１及び第２の実施例においては各
熱源側合金、あるいは各熱利用合金の熱容量が同一の場
合について説明したが、熱容量は異なっていてもよい。
また顕熱予熱過程を終了した後、水素弁を開放して水素
を移動させたが、水素を放出する合金の圧力が水素を吸
収する合金の圧力より大きくなった時に水素弁を開放し
水素を移動させてもよい。

【００５５】さらに、顕熱回収用ポンプは１台で熱源側
合金と熱利用が和合金の顕熱回収に用いてるように構成
してもよく、複数の顕熱回収用ポンプを使用することに
よる顕熱回収時間を短縮するようにしてもよい。

【００５６】次に、第３の実施例の冷凍機について図６
を参照して説明する。図６は接続図である。なお、本実
施例は第１の実施例よりユニット数を３つ減らし、１つ
の蓄熱器を設けた構成となっている。

【００５７】図６において、冷凍機は第１及び第２のユ
ニット２１ａ，２１ｂを設けて構成され、各ユニット２
１ａ，２１ｂは水素吸蔵合金の熱源側合金２２ａ，２２
ｂを収納した容器２３ａ，２３ｂと、熱源側合金２２
ａ，２１ｂと温度平衡圧力特性を異にする水素吸蔵合金
の利用側合金２４ａ，２４ｂを収納した容器２５ａ，２
５ｂと、容器２３ａ，２３ｂと対応する容器２５ａ，２
５ｂとの間を水素弁２６ａ，２６ｂを挿入して接続する
水素配管２７ａ，２７ｂを備えている。

【００５８】また容器２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂ
には、夫々それらの内部に熱交換部２８ａ，２８ｂ，２
９ａ，２９ｂを設けており、これらには温度状態が異な
る同一の流体、例えば水でなる熱源流体Ａ、熱利用流体
Ｂ、冷却流体Ｃが流通するようになっている。そして、
熱源側合金２２ａ，２２ｂが設けられた側には、熱交換
部２８ａ，２８ｂに熱源流体Ａ及び冷却流体Ｃが流れる
よう流体切替弁３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２
ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，４０，
４１を有し、顕熱回収用ポンプ３５及び蓄熱器４２が挿
入された配管４３が接続されている。

【００５９】また蓄熱器４２は、軸方向の長さが直径よ
りも大きい筒状を成し、その流体切替弁３０ａ，３４ａ
に接続する端部４４、及び流体切替弁４０，４１に接続
する端部４５に設けられたノズルを介し、顕熱回収用ポ
ンプ３５で駆動されるなどして流れる流体が内部に取り
込まれたり、逆に送り出されたりするように構成されて
いる。

【００６０】なお利用側合金２４ａ，２４ｂが設けられ
た側にも、熱交換部２９ａ，２９ｂに熱利用流体Ｂ及び
冷却流体Ｃが切り替えて流れるよう図示しない流体切替
弁を備え一部のみを記載した配管４６が設けられてい
る。

【００６１】このように構成された冷凍機は次ぎのよう
に作動する。すなわち、各流体切替弁３０ａ，３０ｂ，
〜３４ａ，３４ｂ，４０，４１が図６に示す位置にある
状態において、第１のユニット２１ａでは、熱源流体Ａ
が容器２３ａ内の熱交換部２８ａに流れることで熱源側
合金２２ａが加熱され、容器２３ａ内の熱源側合金２２
ａに吸収されている水素の圧力を高める。そして水素弁
２６ａを開放すると水素が容器２５ａ側に流れ、利用側
合金２４ａが水素を吸収する。この時の利用側合金２４
ａの発熱は冷却流体Ｃを容器２５ａの熱交換部２９ａに
流すことによって冷却される。

【００６２】一方、第２のユニット２１ｂでは水素弁２
６ｂを開放することで水素は容器２５ｂから容器２３ｂ
の方向に向かって流れ、熱源側合金２２ｂに吸収され
る。この際の熱源側合金２２ｂの発熱は容器２３ｂの熱
交換部２８ｂに冷却流体Ｃを流すことによって冷却す
る。そして利用側合金２４ｂが吸収していた水素を放出
することで利用側合金２４ｂは吸熱反応をしており、熱
利用流体Ｂを容器２５ｂ内の熱交換部２９ｂに流すこと
で冷熱を得ることができる。

【００６３】次に顕熱回収・顕熱予熱について説明す
る。上記のように脱着・吸着反応が終了した後、流体切
替弁３０ａ，３１ａ，３２ｂ，３３ｂを図６に示す位置
から９０°時計方向に回転させ、顕熱回収用ポンプ３５
を作動させる。なお、これに先立ち蓄熱器４２の内部に
は、流体切替弁３０ａ，３４ａに接続する端部４４側の
方が、流体切替弁４０，４１に接続する端部４５側より
も温度が低くなるように流体、例えば水が入っている。

【００６４】そのため熱交換部２８ａには、蓄熱器４２
の端部４５から温度の高い方から次第に温度が低くなる
ように流体が流入し、熱交換部２８ａを通流する間に熱
源側合金２２ａを冷やし、熱源側合金２２ａの熱を蓄熱
器４２に溜める。

【００６５】次に、流体切替弁３４ａ，４１を９０°時
計方向に回転させ、流体切替弁３４ｂ，４０を９０°反
時計方向に回転させる。これによって今度は熱交換部２
８ａに、蓄熱器４２の端部４４から温度の低い方から次
第に温度が高くなるように流体が流入し、熱交換部２８
ａを通流する間に熱源側合金２２ａを予熱する。

【００６６】最後に顕熱回収用ポンプ３５を停止させ、
流体切替弁３０ｂ，３１ｂ，３２ａ，３３ａを９０°反
時計方向に回転させると、熱源側合金２２ａは冷却流体
Ｃにより冷却され、熱源側合金２２ｂは熱源流体Ａによ
り加熱され、脱着・吸着反応が可能な状態、すなわち第
１及び第２のユニット２１ａ，２１ｂが逆の状態になり
顕熱が回収されたことになる。

【００６７】次に、第４の実施例の冷凍機について図７
を参照して説明する。図７は接続図である。なお、本実
施例は第３の実施例と蓄熱器部分が異なるのみである。

【００６８】図７において、４７，４８は蓄熱器で、軸
方向の長さが直径よりも大きい筒状を成し、それらの片
端部４９，５０はノズルを介して夫々流体切替弁３４
ａ，３４ｂに接続している。また他端部５１，５２には
流体切替弁５３，５４が接続されている。なお流体切替
弁５３，５４の他の口は１つが高圧空気配管５５に接続
し、残りは大気中に開放した口５６，５７となってい
る。さらに蓄熱器４７，４８は、片方に水などの流体が
入っており、その流体は蓄熱器４７では端部５１より端
部４９の方が温度が高く、また蓄熱器４８であるならば
端部５０より端部５２の方が温度が高くなっている。

【００６９】このように構成されたものでは、顕熱回収
・顕熱予熱は次のように行われる。すなわち、図７に示
すような位置に流体切替弁３４ａ，３４ｂ，５３，５４
がある。そして第１のユニット２１ａの熱源側合金２２
ａから水素を放出し、第２のユニット２１ｂの熱源側合
金２２ｂに水素を吸収した後、高圧空気配管５５から高
圧空気を送り込み、蓄熱器４７内の流体を第１のユニッ
ト２１ａの熱交換部２８ａに流す。

【００７０】これによって蓄熱器４７から高温の側から
低温の側になるよう流れる流体と熱源側合金２２ａとの
熱交換が行われる。熱源側合金２２ａは冷やされ、また
熱源側合金２２ａの熱を蓄熱した流体は高温のものから
蓄熱器４８に入る。なお、先に蓄熱器４８内に入ってい
た空気は流体切替弁５４の口５７から大気中に放出され
る。

【００７１】次に流体切替弁３４ａ，５３を図７に示す
位置から９０°時計方向に回転させ、流体切替弁３４
ｂ，５４を９０°反時計方向に回転させると、再び高圧
空気によって、今度は蓄熱器４８の流体が第２のユニッ
ト２１ｂの熱交換部２８ｂに流れる。これによって蓄熱
器４８から低温の側から高温の側になるよう流れる流体
と熱源側合金２２ｂとの熱交換が行われる。熱源側合金
２２ｂは予熱され、また熱源側合金２２ｂを予熱した流
体は低温のものから蓄熱器４８に入る。なお、蓄熱器４
７内に入っていた空気は流体切替弁５３の口５６から大
気中に放出される。

【００７２】上述の通り、本実施例によっても第３の実
施例と同様の作用・効果が得られる。そして、蓄熱器４
７，４８内で高温の流体と空気が接するため、流体の温
度低下を防ぐことができる。なお空気に替えて熱伝導性
の低い流体を用いるようにしてもよい。また、第３及び
第４の実施例において、蓄熱器に接続する配管等の材質
は熱伝導性が悪いものを用いたほうが顕熱回収率は向上
する。

【００７３】尚、本発明は上記の各実施例のみに限るも
のではなく、顕熱を回収する熱交換器と熱源流体Ａや熱
利用流体Ｂ及び冷却流体Ｃが流れる熱交換器とを同じも
のとしたが、１つの合金内部に２つの熱交換器を設けて
顕熱回収と合金の可熱や冷却を行ってもよい等、要旨を
逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものであ
る。

【００７４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、作動媒体を可逆的に吸脱着する異なる反応媒体を収
納した対を成す容器内に熱交換部を設け、この熱交換部
を用いて少なくとも２つの異なる温度の反応媒体の間で
熱交換を行い、反応媒体の顕熱を回収する構成としたこ
とにより、顕熱回収率が高く、顕熱回収が効率よく行え
る等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す接続図である。

【図２】本発明の第１の実施例の作動状態を説明するた
めに示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例における第１のユニット
の作動状態を説明するために示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す接続図である。

【図５】本発明の第２の実施例の作動状態を説明するた
めに示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す接続図である。

【図７】本発明の第４の実施例を示す接続図である。

【図８】従来例を示す接続図である。

【符号の説明】

２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ…ユニット ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ…熱源側合金 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２５ａ，２
５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ…容器 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ…利用側合金 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ…水素弁 ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ…水素配管 ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２９ａ，２
９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ…熱交換部 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３１ａ，３
１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３２ａ，３２ｂ，３２
ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３
ｄ，３３ｅ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ
…流体切替弁 ３５…顕熱回収用ポンプ ３６，３７…配管 Ａ…熱源流体 Ｂ…熱利用流体 Ｃ…冷却流体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動媒体を可逆的に吸脱着することがで
   き温度平衡圧力特性の異なる複数の反応媒体を、夫々対
   を成す複数の容器に収容すると共に該容器間を互いに前
   記作動媒体が流動可能に連結し、前記作動媒体が前記複
   数の反応媒体に夫々交互に吸着あるいは脱着する際の反
   応熱を利用するようにした熱利用装置において、対を成
   す前記容器内に熱交換部を設け、この熱交換部を用いて
   少なくとも２つの異なる温度の前記反応媒体の間で熱交
   換を行い、前記反応媒体の顕熱を回収するようにしたこ
   とを特徴とする熱利用装置。
2. 【請求項２】 作動媒体を可逆的に吸脱着することがで
   き温度平衡圧力特性の異なる複数の反応媒体を、夫々対
   を成す複数の容器に収容すると共に該容器間を互いに前
   記作動媒体が流動可能に連結し、前記作動媒体が前記複
   数の反応媒体に夫々交互に吸着あるいは脱着する際の反
   応熱を利用するようにした熱利用装置において、前記容
   器内に熱交換部を設けると共に該熱交換部を流れる流体
   の流路に等価直径より十分大きい管軸方向長さを有する
   蓄熱器が設けられていることを特徴とする熱利用装置。