JPH0755284A

JPH0755284A - 圧縮式金属水素化物ヒートポンプ

Info

Publication number: JPH0755284A
Application number: JP19650493A
Authority: JP
Inventors: Hideto Kubo; 秀人久保; Takashi Fuji; 敬司藤; Nobuo Fujita; 信雄藤田; Hiroyuki Mitsui; 宏之三井; Akihiko Asano; 明彦浅野
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-03-03
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: JP3126086B2

Abstract

(57)【要約】【目的】連続的な冷熱供給が可能な圧縮駆動式水素吸蔵
ヒートポンプを提供する。【構成】金属水素化物を収蔵する３個以上の熱交換器付
き吸発熱槽１〜３は、弁８１〜８９により吸入側移送管
路５及び吐出側移送管路６に順次に連結され、吸発熱槽
１〜３の一つは吸入側移送管路４へ水素放出して吸熱動
作を行い、残りは吐出側移送管路６から水素吸蔵して発
熱動作を行う。水素吸蔵終期の吸発熱槽２を両移送管路
５、６から切離し、水素吸蔵可能な補助吸発熱槽４に連
通させて、水素吸蔵終期の吸発熱槽２を予冷する。予冷
が終了した吸発熱槽２は補助吸発熱槽４から切り離され
て吸入側移送管路５に接続され、被冷却流体を冷却す
る。補助吸発熱槽４も吸入側移送管路５に接続されて吸
蔵した水素ガスを再放出する。冷却不能時間の比率を低
下でき、冷房能力の変動が低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属水素化物を利用する
圧縮機駆動水素吸蔵式のヒートポンプシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特公平３−１６５９４号公報の圧縮式金
属水素化物ヒートポンプを図４に示す。この装置は、吸
発熱槽を吸熱動作と発熱動作とで順次交互に切り換える
バッチ運転方式を採用するものであって、熱交換器（図
示せず）が付設されるとともに金属水素化物を収蔵する
３個以上の吸発熱槽ＭＨ１〜ＭＨ３と、水素ガスを圧縮
する圧縮機１００と、それぞれ弁Ｖを介して各吸発熱槽
ＭＨ１〜ＭＨ３と圧縮機１００の吸入側とを水素ガス移
送可能に連結する吸入側移送管路１０４と、それぞれ弁
Ｖを介して各吸発熱槽ＭＨ１〜ＭＨ３と圧縮機１００の
吐出側とを水素ガス移送可能に連結する吐出側移送管路
１０５と、各弁Ｖを順次に開閉制御して各吸発熱槽ＭＨ
１〜ＭＨ３と両管路１０４，１０５のどちらかとの連通
を順次切替える制御手段１０６とを備えている。

【０００３】図５にこの装置の弁切替えタイミングを示
し、図６に起動後の冷房出力を示す。図５において、サ
イクル１は吸発熱槽ＭＨ１の水素放出（吸熱）動作期間
を示し、サイクル２は吸発熱槽ＭＨ２の水素放出（吸
熱）動作期間を示し、サイクル３は吸発熱槽ＭＨ３の水
素放出（吸熱）動作期間を示す。各吸発熱槽ＭＨ１〜Ｍ
Ｈ３は図５に示すように、１サイクル期間の水素放出
（吸熱）動作を終了した後、０．５サイクル期間休止
し、その後、１サイクル期間の水素吸蔵（発熱）動作を
実施し、その後、０．５サイクル期間休止する。そし
て、各吸発熱槽ＭＨ１〜ＭＨ３の運転モードは１サイク
ル期間づつ位相がずれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た装置では、以下の問題点が生じた。すなわち上記説明
したように、１サイクル期間の水素吸蔵（発熱）動作を
終了した任意の吸発熱槽は、０．５サイクル期間休止し
つつこの間に熱交換器を通じて冷却流体に放熱し、その
後、次の水素放出（吸熱）動作に入る。

【０００５】しかしながら、水素放出（吸熱）動作の開
始時点での吸発熱槽の温度は冷却流体温度より所定温度
高い温度となるので、水素放出によりこの温度から冷房
に充分な低温まで吸発熱槽の温度が低下する間の時間は
実質的に冷房能力を発揮できないことになる。なお、通
常はこの水素放出中の吸発熱槽の温度が冷房に充分低下
したことを検出した後、この吸発熱槽の熱交換器に被冷
却流体が供給される。

【０００６】これらの結果、従来の装置では、間欠的な
冷熱供給しか実施できないという大きな欠点があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、連続的
な冷熱供給が可能な圧縮式金属水素化物ヒートポンプを
提供することを、その解決すべき技術課題をしている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の圧縮式金属水素
化物ヒートポンプは、熱交換器が付設されるとともに金
属水素化物を収蔵する３個以上の吸発熱槽と、水素ガス
を圧縮する圧縮機と、それぞれ弁を介して前記各吸発熱
槽と前記圧縮機の吸入側とを水素ガス移送可能に連結す
る吸入側移送管路と、それぞれ弁を介して前記各吸発熱
槽と前記圧縮機の吐出側とを水素ガス移送可能に連結す
る吐出側移送管路と、前記各弁を順次に開閉制御して前
記各吸発熱槽と前記両管路のどちらかとの連通を順次切
替える制御手段とを備える圧縮式金属水素化物ヒートポ
ンプにおいて、それぞれ弁を通じて前記圧縮機の吸入側
移送管路及び前記各吸発熱槽に連通するとともに金属水
素化物を収蔵する補助吸発熱槽を備え、前記制御手段
は、水素吸蔵終了予定の吸発熱槽と前記吐出側移送管路
との連通を遮断し、前記水素吸蔵終了予定の吸発熱槽と
前記補助吸発熱槽とを連通して所定時間が経過した後、
前記水素吸蔵終了予定の吸発熱槽と前記補助吸発熱槽と
の連通を遮断し、前記水素吸蔵終了予定の吸発熱槽と前
記吸入側移送管路とを連通し、前記補助吸発熱槽と前記
吸入側移送管路とを連通するものであることを特徴とし
ている。

【０００８】好適な態様において、前記制御手段は、前
記補助吸発熱槽と前記吸発熱槽との連通を遮断している
第一期間に全部の吸熱する吸発熱槽を前記吸入側移送管
路に、全部の発熱する吸発熱槽を前記吐出側移送管路に
連通させ、前記補助吸発熱槽と一部の前記吸発熱槽とを
連通する第二期間に残りの吸発熱槽の内の吸熱する吸発
熱槽を前記吸入側移送管路に、発熱する吸発熱槽を前記
吐出側移送管路に連通させるものである。

【０００９】

【作用及び発明の効果】金属水素化物を収蔵する３個以
上の熱交換器付き吸発熱槽は、それぞれ弁により吸入側
移送管路及び吐出側移送管路に順次に連結される。これ
により、一部の吸発熱槽は吸入側移送管路へ水素放出し
て吸熱動作を行い、他の一部の吸発熱槽は吐出側移送管
路から水素吸蔵して発熱動作を行い、これら吸熱動作と
発熱動作が順次切り換えて行われる。

【００１０】特にこの発明では、水素吸蔵終期の吸発熱
槽を両移送管路から切離し、水素吸蔵可能な補助吸発熱
槽に連通させて、水素吸蔵終期の吸発熱槽を予冷する。
予冷が終了した吸発熱槽は、補助吸発熱槽から切り離さ
れて吸入側移送管路に接続され、被冷却流体を冷却す
る。そして、補助吸発熱槽も吸入側移送管路に接続され
て吸蔵した水素ガスを再放出する。

【００１１】このようにすれば、水素吸蔵終期の吸発熱
槽から補助吸発熱槽への水素ガスの放出によりこの水素
吸蔵終期の吸発熱槽はその過剰な顕熱熱量（＝温度差×
平均比熱×重量）を急速に放出し、その結果、水素吸蔵
終期の吸発熱槽は短時間に被冷却流体を冷却可能とな
り、従来装置に比べて冷却不能時間の比率を低下でき、
冷房能力の変動を低減して冷房感を向上することができ
る。

【００１２】好適な態様において、補助吸発熱槽と吸発
熱槽との連通を遮断している第一期間に全部の吸発熱槽
を両移送管路のどちらかに連通させ、補助吸発熱槽と一
部の吸発熱槽とを連通する第二期間に残りの吸発熱槽を
両移送管路のどちらかに連通させる。なお、常に少なく
とも１個の吸発熱槽は吐出側移送管路に連結され、他の
１個の吸発熱槽は吸入側移送管路に連結されるのは当然
である。

【００１３】このようにすれば、従来装置のように吸発
熱槽の一部が長期にわたって水素放出吸蔵による吸熱又
は発熱を休止することが不要となり、運転効率の一層の
向上を図ることができる。

【００１４】

【実施例】本発明の装置の一実施例を図１に示すブロッ
ク図、図２に示す動作サイクル図、図３に示す被冷却流
体温度変化図を参照して説明する。１〜３はタンク状の
吸発熱槽であり、４は吸発熱槽１〜３より小型でタンク
状の補助吸発熱槽である。各吸発熱槽１〜４はそれぞれ
金属水素化物を収蔵するとともに、熱交換器が個別に付
設されている。５は水素ガス輸送用の吸入側移送管路で
あり、６は水素ガス輸送用の吐出側移送管路である。７
は水素ガス圧縮用の圧縮機であり、１０は制御用のコン
トローラ（本発明でいう制御手段）であり、８１〜９０
は電磁開閉弁（以下単に弁という）である。

【００１５】吸発熱槽１は、弁８１を通じて吐出側移送
管路６に連結され、弁８４を通じて吸入側移送管路５に
連結され、弁８７を通じて補助吸発熱槽４に連結されて
いる。吸発熱槽２は、弁８２を通じて吐出側移送管路６
に連結され、弁８５を通じて吸入側移送管路５に連結さ
れ、弁８８を通じて補助吸発熱槽４に連結されている。
吸発熱槽３は、弁８３を通じて吐出側移送管路６に連結
され、弁８６を通じて吸入側移送管路５に連結され、弁
８９を通じて補助吸発熱槽４に連結されている。補助吸
発熱槽７は弁９０を通じて吸入側移送管路５に連結され
ている。吸入側移送管路５は圧縮機７の吸入口に連結さ
れ、吐出側移送管路６は圧縮機７の吐出口に連結されて
いる。

【００１６】圧縮機７は不図示の駆動手段例えばモータ
などにより駆動されて水素ガスの圧縮を行い、各吸発熱
槽１〜４は弁８１〜９０の開閉に制御されて水素ガスの
吸蔵、放出を行う。吸発熱槽１〜４に収蔵される金属水
素化物としては、ＬａＮｉ₅・ＭｍＮｉ₅（Ｍｍはミツ
シュメタル）、ＦｅＴｉなどが挙げられる。これらの金
属水素化物は、脱水素化反応により吸熱し、水素化反応
により発熱するものとして周知である。吸発熱槽１〜４
に付設された熱交換器（図示せず）には不図示の上記吸
蔵、放出により産成される冷熱、温熱を受け取って被冷
却流体（例えば冷水）又は受熱流体（例えば暖房用温水
又は外部放熱用の冷却水）に伝達する。なお、上記各熱
交換器への被冷却流体又は受熱流体の切替えは各熱交換
器から流出する流体の温度に基づいて不図示の三方切替
え弁を作動させるのが簡単である。コントローラ１０
は弁８１〜９０を定期的に又は各部の温度に基づいて開
閉制御する。

【００１７】以下、この装置の作動を説明する。ただし
説明を簡単にするために、コントローラ１０は、図２に
示すように定期的に弁８１〜９０を開閉するものとし、
圧縮機７は所定回転数で駆動されているものとする。（サイクル１）サイクル１の開始は、弁８１、８５、８
６閉、弁８４、８２、８３開により、吸発熱槽１を水素
放出、吸熱動作とし、吸発熱槽２、３を水素吸蔵、発熱
動作とする。そして、弁８７〜８９閉、弁９０開とし
て、補助吸発熱槽４の蓄積された水素ガスを吸入側移送
管路５に放出する。

【００１８】この動作により吸発熱槽１、４から放出さ
れた水素ガスは良好に吸発熱槽２、３により吸蔵され
る。吸発熱槽４は小さくその放出水素ガスは少ないの
で、吸発熱槽２、３は冷却水温度が高くても吸発熱槽１
から放出された水素ガスを良好に吸蔵することができ、
吸発熱槽１の吸熱動作は良好となる。サイクル１の終期
において、弁８２、９０閉、弁８８開として、吸発熱槽
２の水素吸蔵動作を終了し、吸発熱槽２から補助吸発熱
槽４へ水素ガスの一部を差圧により放出し、これにより
吸発熱槽２はここでは約４０℃から約１５℃まで短期間
に予冷される。

【００１９】（サイクル２）サイクル１の終了とサイク
ル２の開始は、弁８２、８４、８６閉、弁８１、８３、
８５開により、吸発熱槽２を水素放出、吸熱動作とし、
吸発熱槽１、３を水素吸蔵、発熱動作とする。そして、
弁８７〜８９閉、弁９０開として、補助吸発熱槽４の蓄
積された水素ガスを吸入側移送管路５に放出する。

【００２０】この動作により吸発熱槽２、４から放出さ
れた水素ガスは良好に吸発熱槽１、３により吸蔵され
る。吸発熱槽４は小さくその放出水素ガスは少ないの
で、吸発熱槽１、３は冷却水温度が高くても吸発熱槽２
から放出された水素ガスを良好に吸蔵することができ、
吸発熱槽２の吸熱動作は良好となる。サイクル２の終期
において、弁８３、９０閉、弁８９開として、吸発熱槽
３の水素吸蔵動作を終了し、吸発熱槽３から補助吸発熱
槽４へ水素ガスの一部を差圧により放出し、これにより
吸発熱槽３はここでは約４０℃から約１５℃まで短期間
に予冷される。

【００２１】（サイクル３）サイクル２の終了とサイク
ル３の開始は、弁８３、８４、８５閉、弁８１、８２、
８６開により、吸発熱槽３を水素放出、吸熱動作とし、
吸発熱槽１、２を水素吸蔵、発熱とする。そして、弁８
７〜８９閉、弁９０開として、補助吸発熱槽４の蓄積さ
れた水素ガスを吸入側移送管路５に放出する。

【００２２】この動作により吸発熱槽３、４から放出さ
れた水素ガスは良好に吸発熱槽１、２により吸蔵され
る。吸発熱槽４は小さくその放出水素ガスは少ないの
で、吸発熱槽１、２は冷却水温度が高くても吸発熱槽３
から放出された水素ガスを良好に吸蔵することができ、
吸発熱槽３の吸熱動作は良好となる。サイクル３の終期
において、弁８１、９０閉、弁８７開として、吸発熱槽
１の水素吸蔵動作を終了し、吸発熱槽１から補助吸発熱
槽４へ水素ガスの一部を差圧により放出し、これにより
吸発熱槽１はここでは約４０℃から約１５℃まで短期間
に予冷される。

【００２３】以上説明したように本実施例の装置によれ
ば、常時２台の吸発熱槽が水素吸蔵を行い、このために
冷却水温度が高くても良好な水素吸蔵が可能となる。更
に、補助吸発熱槽４による吸発熱槽１〜３の急速予冷に
より、常に充分低温の吸発熱槽を水素放出（吸熱動作）
に供することができ、図３に示すように、ほとんど温度
変化がない冷房能力又は被冷却水（冷水ともいう）をほ
ぼ連続的に供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の装置の動作サイクル図である。

【図３】図１の装置による被冷却流体温度変化図であ
る。

【図４】従来の装置を示すブロック図である。

【図５】図４の装置の動作サイクル図である。

【図６】図４の装置による被冷却流体温度変化図であ
る。

【符号の説明】

１〜３は吸発熱槽、４は補助吸発熱槽、５は吸入側移送
管路、６は吐出側移送管路、７は圧縮機、１０はコント
ローラ、８１〜９０は弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保秀人愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者藤敬司愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者藤田信雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者三井宏之愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者浅野明彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器が付設されるとともに金属水素化
物を収蔵する３個以上の吸発熱槽と、水素ガスを圧縮す
る圧縮機と、それぞれ弁を介して前記各吸発熱槽と前記
圧縮機の吸入側とを水素ガス移送可能に連結する吸入側
移送管路と、それぞれ弁を介して前記各吸発熱槽と前記
圧縮機の吐出側とを水素ガス移送可能に連結する吐出側
移送管路と、前記各弁を順次に開閉制御して前記各吸発
熱槽と前記両管路のどちらかとの連通を順次切替える制
御手段とを備える圧縮式金属水素化物ヒートポンプにお
いて、それぞれ弁を通じて前記圧縮機の吸入側移送管路及び前
記各吸発熱槽に連通するとともに金属水素化物を収蔵す
る補助吸発熱槽を備え、前記制御手段は、水素吸蔵終了予定の吸発熱槽と前記吐
出側移送管路との連通を遮断し、前記水素吸蔵終了予定
の吸発熱槽と前記補助吸発熱槽とを連通して所定時間が
経過した後、前記水素吸蔵終了予定の吸発熱槽と前記補
助吸発熱槽との連通を遮断し、前記水素吸蔵終了予定の
吸発熱槽と前記吸入側移送管路とを連通し、前記補助吸
発熱槽と前記吸入側移送管路とを連通するものであるこ
とを特徴とする圧縮式金属水素化物ヒートポンプ。
【請求項２】前記制御手段は、前記補助吸発熱槽と前記
吸発熱槽との連通を遮断している第一期間に全部の吸熱
する吸発熱槽を前記吸入側移送管路に、全部の発熱する
吸発熱槽を前記吐出側移送管路に連通させ、前記補助吸
発熱槽と一部の前記吸発熱槽とを連通する第二期間に残
りの吸発熱槽の内の吸熱する吸発熱槽を前記吸入側移送
管路に、発熱する吸発熱槽を前記吐出側移送管路に連通
させるものである請求項１記載の圧縮式金属水素化物ヒ
ートポンプ。