JPH11323466A - Hydrogen storage alloy unit for heat pump - Google Patents
Hydrogen storage alloy unit for heat pumpInfo
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- JPH11323466A JPH11323466A JP10126968A JP12696898A JPH11323466A JP H11323466 A JPH11323466 A JP H11323466A JP 10126968 A JP10126968 A JP 10126968A JP 12696898 A JP12696898 A JP 12696898A JP H11323466 A JPH11323466 A JP H11323466A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、ヒートポンプシス
テムに用いられる水素吸蔵合金ユニットに関し、特に、
10atm以下の作動圧力かつ作動温度10〜100 ℃の温度範
囲にて２段式の高効率ヒートポンプシステムを効率良く
作動させることができる水素吸蔵合金ユニットについて
の提案である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen storage alloy unit used for a heat pump system.
This is a proposal for a hydrogen storage alloy unit capable of efficiently operating a two-stage high-efficiency heat pump system at an operating pressure of 10 atm or less and an operating temperature of 10 to 100 ° C.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水素平衡圧の異なる２種以上の水素吸蔵
合金を組み合わせることにより、水素吸蔵合金が水素を
吸蔵する際の発熱および水素を放出する際の吸熱を利用
して、温熱出力や冷熱出力を得るシステムが知られてい
る。2. Description of the Related Art By combining two or more kinds of hydrogen storage alloys having different hydrogen equilibrium pressures, the heat generation when the hydrogen storage alloy absorbs hydrogen and the heat absorption when releasing hydrogen are used to generate heat output and cold heat. Systems for obtaining output are known.
【０００３】このシステムによれば、例えば、高温ガス
や温熱水等の供給熱源に、まず、上記組み合わせにかか
る合金のうちの水素平衡圧の低い水素吸蔵合金を接触さ
せ、該合金中に吸蔵されている水素を吸熱的に放出させ
る一方、この放出水素を、他の熱源（中温熱源）に接触
させた水素平衡圧の高い水素吸蔵合金に移動させて発熱
的に吸蔵させる。次に、この水素平衡圧の高い水素吸蔵
合金を他の熱源（低温熱媒）に接触させ、この合金から
吸熱的に水素を放出させることにより冷熱出力を得る一
方、この放出水素を水素平衡圧の低い水素吸蔵合金に移
動させて発熱的に吸蔵させることにより温熱出力を得る
ことができる。そして、このような吸熱−放熱サイクル
を繰り返すことで、排ガス等のもつエネルギーを冷房な
どの冷熱出力や暖房給湯などの温熱出力として利用する
ことができる。According to this system, for example, a hydrogen storage alloy having a low hydrogen equilibrium pressure among the alloys in the above combination is first brought into contact with a supply heat source such as a high-temperature gas or hot water, so that the alloy is occluded in the alloy. While releasing the absorbed hydrogen endothermically, the released hydrogen is transferred to a hydrogen storage alloy having a high hydrogen equilibrium pressure and brought into contact with another heat source (medium temperature heat source) to cause exothermic occlusion. Next, the hydrogen storage alloy having a high hydrogen equilibrium pressure is brought into contact with another heat source (low-temperature heat medium), and hydrogen is absorbed endogenously from the alloy to obtain a cold heat output. A thermal output can be obtained by transferring to a hydrogen storage alloy having a low temperature and storing it exothermically. By repeating such a heat absorption-radiation cycle, the energy of exhaust gas or the like can be used as a cooling output for cooling or the like and a thermal output for heating or hot water supply.
【０００４】このようなシステムとして、従来、特公昭
63−4112号公報や特公平１−14268号公報等に記載され
た技術が提案されている。特公昭63−4112号公報に記載
された技術は、給湯や冷暖房システムに用いて好適な
「金属水素化物装置」であって、「平衡分解圧の異なる
３種の金属水素化物を用い、平衡分解圧の異なる２種の
金属水素化物を充填した２個の密閉容器を水素が移動し
得るように連通して作動対となし、平衡分解圧の小さい
第一の金属水素化物を第一の作動対の一方の密閉容器に
充填し、平衡分解圧の次に小さい第二の金属水素化物を
作動対の一方の容器に充填し、平衡分解圧の大きい第三
の金属水素化物を第一および第二の作動対の残る密閉容
器に充填し、より高温の駆動熱源によって駆動される作
動対の金属水素化物量をより低温の駆動熱源によって駆
動される作動対の金属水素化物の充填量よりも多くした
こと」を主たる特徴とする。[0004] As such a system, there has been a conventional
Techniques described in JP-A-63-4112 and JP-B-1-14268 have been proposed. The technique described in Japanese Patent Publication No. 63-4112 is a "metal hydride apparatus" suitable for use in hot water supply and cooling / heating systems, and "equilibrium decomposition using three types of metal hydrides having different equilibrium decomposition pressures. Two closed vessels filled with two kinds of metal hydrides having different pressures communicate with each other so that hydrogen can move, and form an operating pair, and a first metal hydride having a small equilibrium decomposition pressure is used as a first working pair. And the second metal hydride having the next lower equilibrium decomposition pressure is charged into one of the working pairs, and the third metal hydride having the higher equilibrium decomposition pressure is charged into the first and second containers. The working pair driven by the higher temperature driving heat source was filled with metal hydride in the closed container where the remaining working pair remained, and the amount of metal hydride of the working pair driven by the lower temperature driving heat source was larger than the filling amount of the metal hydride. "Is the main feature.
【０００５】また、特公平１−14268 号公報に記載され
た技術は、「高温発生方法」であって、「互いに異なる
水素平衡圧特性を有する３種の金属水素物または混合体
を使用し、最も高い水素平衡圧を示す金属水素化物を供
給熱源によって加熱し、放出された水素を最も低い水素
平衡圧を示す金属水素化物に吸収させて所望の高温を発
生させ、次いで、最も低い水素平衡圧を示す金属水素化
物を加熱し、放出された水素を中間の水素平衡圧を示す
金属水素化物に吸収させ、この金属水素化物に吸収させ
た水素を加熱することで放出させ、最も高い水素平衡圧
を示す金属水素化物に吸収させる、この過程をくりかえ
す高温発生方法」である。The technique described in Japanese Patent Publication No. 1-14268 is a "high-temperature generation method", which "uses three kinds of metal hydrides or mixtures having different hydrogen equilibrium pressure characteristics, The metal hydride having the highest hydrogen equilibrium pressure is heated by the supply heat source, and the released hydrogen is absorbed by the metal hydride having the lowest hydrogen equilibrium pressure to generate a desired high temperature, and then the lowest hydrogen equilibrium pressure is obtained. Is heated, the released hydrogen is absorbed by a metal hydride exhibiting an intermediate hydrogen equilibrium pressure, and the hydrogen absorbed by the metal hydride is released by heating, and the highest hydrogen equilibrium pressure is obtained. This is a method of generating a high temperature that repeats this process by absorbing the metal hydride.
【０００６】このような「金属水素化物装置」または
「高温発生方法」において好適に用いられる水素平衡圧
の異なる３種の金属水素化物として、特公昭63−4112号
公報では、LaNi4.75Al0.25、LaNi4.85Al0.15およびLaNi
5.4 からなる合金の組み合わせが開示され、特公平１−
14268 号公報では、 LaNi5−TiMn1.5 −MmNi5 の組み合
わせ、 LaNi4.7 Al0.3− MmNi4.5Al0.5 −Ti0.8Zr0.2Cr
0.8Mn1.8の組み合わせが開示されている。As three kinds of metal hydrides having different hydrogen equilibrium pressures suitably used in such a “metal hydride apparatus” or “high temperature generation method”, Japanese Patent Publication No. 63-4112 discloses LaNi 4.75 Al 0.25 , LaNi 4.85 Al 0.15 and LaNi
An alloy combination consisting of 5.4 is disclosed,
No. 14268, LaNi 5 −TiMn 1.5 −MmNi 5 combination, LaNi 4.7 Al 0.3 − MmNi 4.5 Al 0.5 −Ti 0.8 Zr 0.2 Cr
A combination of 0.8 Mn 1.8 is disclosed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術のう
ち、上記特公平１−14268 号公報において開示された金
属水素化物の組合わせによれば、例えば、80℃程度の比
較的低い温度のエネルギーから 160℃程度の高温のエネ
ルギーを取り出すことができ、特にＴｉＭｎ1.5の水素
化物を組み合わせることで、40℃以下という低温熱源を
用いてＭｍＮｉ5合金を再生することができる。Among these prior arts, according to the combination of metal hydrides disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-14268, for example, energy at a relatively low temperature of about 80 ° C. High temperature energy of about 160 ° C. can be taken out, and in particular, by combining a hydride of TiMn 1.5 , the MmNi 5 alloy can be regenerated using a low-temperature heat source of 40 ° C. or less.
【０００８】しかしながら、このような高温発生方法に
おいては、30atm と４atm で水素の吸蔵放出が行われる
ような水素平衡圧が大きく異なる合金の組み合わせを採
用することから、システム設計の際に、合金のもつヒス
テリシス（水素吸蔵放出の際の圧力差）およびプラトー
を考慮する必要がないという利点がある反面、このよう
な合金の組み合わせでは、 100℃以下の低温熱源を利用
した冷暖房システムまたはヒートポンプシステムを設計
できないという課題があった。However, in such a high-temperature generation method, a combination of alloys having significantly different hydrogen equilibrium pressures at which hydrogen is absorbed and released at 30 atm and 4 atm is employed. It has the advantage that it is not necessary to consider the hysteresis (pressure difference when storing and releasing hydrogen) and the plateau, but with such a combination of alloys, a cooling and heating system or heat pump system using a low-temperature heat source of 100 ° C or less is designed. There was a problem that could not be done.
【０００９】特に、水素平衡圧の異なる３種の合金を組
み合わせることにより、冷熱出力を２段階かつ高効率で
得る目的で設計する、いわゆる２段式のヒートポンプシ
ステムは、水素平衡圧の異なる２種の合金を組み合わせ
て一段で冷熱出力を得る方式のヒートポンプシステムに
比較して、水素平衡圧差の少ない合金を用いる必要性が
あり、上記従来技術にかかる合金の組み合わせでは対応
できない。In particular, a so-called two-stage heat pump system designed to obtain two stages of cooling power with high efficiency by combining three kinds of alloys having different hydrogen equilibrium pressures is used. It is necessary to use an alloy having a small hydrogen equilibrium pressure difference as compared with a heat pump system of a type that obtains a cooling output in a single step by combining the above alloys.
【００１０】これに対し、特公昭63−4112号公報に開示
の金属水素化物装置では、10atm 以下の作動圧力で水素
を吸蔵放出する合金を組み合わせて用いているため、低
温の熱源から冷熱出力または温熱出力を得ることができ
るが、この公報に開示されている合金の組み合わせは、
基本的に２種の合金の組み合わせであり（但し、３種の
合金を用いるのは成績係数を高める目的である）、組み
合わせられた２種の合金は、水素平衡圧差が大きな合金
の組み合わせである。On the other hand, the metal hydride apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 63-4112 uses a combination of alloys that occlude and release hydrogen at an operating pressure of 10 atm or less. Although a thermal output can be obtained, the combination of alloys disclosed in this publication is:
Basically, it is a combination of two alloys (however, the use of three alloys is for the purpose of improving the coefficient of performance), and the two alloys combined are alloys having a large hydrogen equilibrium pressure difference. .
【００１１】同公報の記載からは直接わからないが、一
般的に、ＬａＮｉ5.4 合金の水素平衡圧が５atm 程度で
あり、ＬａＮｉ4.75Ａｌ0.25の水素平衡圧が１atm 程度
であることを考慮すると、この公報に開示された金属水
素化物の組合わせは、上記特公昭63−4112号公報の技術
と同様に、冷熱出力または温熱出力を得るための合金の
組合わせを考えればヒステリシスやプラトーを考慮する
必要がない、合金の組み合わせであると考えられる。[0011] Although the description of the publication do not know directly, generally, the hydrogen equilibrium pressure of LaNi 5.4 alloy is about 5 atm, the hydrogen equilibrium pressure of LaNi 4.75 Al 0.25 to consider that it is about 1 atm, the publication In the combination of metal hydrides disclosed in the above-mentioned JP-B-63-4112, it is necessary to consider hysteresis and plateau when considering a combination of alloys for obtaining a cooling output or a heating output. Not considered to be a combination of alloys.
【００１２】従って、この公報に開示された合金の組み
合わせでは、２段サイクルのような高効率ヒートポンプ
の合金として適用するには、水素吸蔵放出のための合金
の水素平衡圧差が確保できないという課題があった。Therefore, in the combination of the alloys disclosed in this publication, there is a problem that a hydrogen equilibrium pressure difference of the alloy for hydrogen storage and release cannot be secured in order to apply the alloy to a high-efficiency heat pump such as a two-stage cycle. there were.
【００１３】本発明の目的は、２段サイクル式の高効率
ヒートポンプシステムを、 10atm以下の作動圧力かつ作
動温度10〜100 ℃の温度範囲にて効率良く作動させるこ
とができる水素吸蔵合金ユニットを提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a hydrogen storage alloy unit capable of efficiently operating a two-stage cycle type high efficiency heat pump system at an operating pressure of 10 atm or less and an operating temperature of 10 to 100 ° C. Is to do.
【００１４】[0014]
【問題を解決する手段】発明者らは、上記目的の実現に
向け鋭意研究した。その結果、水素吸蔵合金ユニットと
して、互いに異なる水素平衡圧がいずれも10atm 以下
で、かつ10〜100℃の温度範囲の熱源で作動する３種の
合金を採用し、より好ましくは、ヒステリシスおよびプ
ラトーの良好な３種の合金を組み合わせることにより、
高効率ヒートポンプを効率良く作動させることができる
ことを見出し、下記内容を要旨構成とする本発明の水素
吸蔵合金ユニットに想到した。 (1)すなわち、本発明のヒートポンプ用水素吸蔵合金ユ
ニットは、互いに異なる水素平衡圧特性を有する３種の
水素吸蔵合金を組み合わせて供給熱源から冷熱出力また
は温熱出力を得るヒートポンプシステムに用いる水素吸
蔵合金ユニットであって、最も高い水素平衡圧を示す高
圧側の合金は、一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b)Ｃｏa Ｍｎb
からなる合金であり、最も低い水素平衡圧を示す低圧側
の合金および中間の水素平衡圧を示す中圧側の合金は、
一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) ＣｏaＭｎb Ａｌc で示さ
れ、かつＭｎの原子配合比率ｂを低圧側＞中圧側とした
成分組成からなる合金であることを特徴とする。Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies for realizing the above object. As a result, as the hydrogen storage alloy unit, three kinds of alloys each having a hydrogen equilibrium pressure different from each other being 10 atm or less and operating with a heat source in a temperature range of 10 to 100 ° C. are employed, and more preferably, a hysteresis and a plateau are used. By combining three good alloys,
They have found that a high-efficiency heat pump can be operated efficiently, and have conceived of a hydrogen storage alloy unit of the present invention having the following configuration as a gist. (1) That is, the hydrogen storage alloy unit for a heat pump of the present invention is a hydrogen storage alloy used for a heat pump system that obtains a cold output or a hot output from a supply heat source by combining three types of hydrogen storage alloys having different hydrogen equilibrium pressure characteristics. The alloy on the high pressure side which is the unit and has the highest hydrogen equilibrium pressure is represented by a general formula: MmNi (xab) Co a Mn b
An alloy on the low-pressure side showing the lowest hydrogen equilibrium pressure and an alloy on the medium-pressure side showing an intermediate hydrogen equilibrium pressure,
The alloy is represented by the general formula: MmNi (xabc) Co a Mn b Al c , and is characterized by being an alloy having a component composition in which the atomic composition ratio b of Mn is such that the low pressure side> the medium pressure side.
【００１５】なお、上記(1) に記載のヒートポンプ用水
素吸蔵合金ユニットにおいて、最も高い水素平衡圧を示
す高圧側の合金、最も低い水素平衡圧を示す低圧側の合
金および中間の水素平衡圧を示す中圧側の合金は、それ
ぞれ下記一般式からなる合金であることがより好ましい
構成である。 〔高圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b) Ｃｏa Ｍｎb ａ； 0.3〜0.8 より好ましくは 0.4〜0.8 、 ｂ； 0.1〜0.6 より好ましくは 0.1〜0.4 、 ｘ； 4.9〜5.1 〔中圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 より好ましくは 0.4〜0.8 、 ｂ；0.1 〜0.6 より好ましくは 0.1〜0.4 、 ｃ；0.05〜0.2 より好ましくは0.05〜0.1 、 ｘ；4.9 〜5.1 、 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0 〔低圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 より好ましくは 0.4〜0.8 、 ｂ；0.1 〜0.6 より好ましくは 0.1〜0.4 、 ｃ；0.05〜0.2 より好ましくは0.05〜0.1 、 ｘ；4.9 〜5.1 、 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0In the hydrogen storage alloy unit for a heat pump described in the above (1), the high pressure side alloy exhibiting the highest hydrogen equilibrium pressure, the low pressure side alloy exhibiting the lowest hydrogen equilibrium pressure, and the intermediate hydrogen equilibrium pressure are used. It is more preferable that the medium-pressure side alloys shown are alloys each having the following general formula. [High-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xab) Co a Mn b a; 0.3~0.8 more preferably 0.4 to 0.8, b; 0.1 to 0.6 more preferably 0.1 to 0.4, x; from 4.9 to 5.1 [mid-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8 more preferably 0.4~0.8, b; 0.1 ~0.6 more preferably 0.1 to 0.4, c; 0.05 to 0.2, more preferably 0.05 to 0.1 , x; 4.9 ~5.1, b / c = 1.0~8.0 [low-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8 more preferably 0.4~0.8, b; 0.1 ~0.6 More preferably 0.1-0.4, c; 0.05-0.2, more preferably 0.05-0.1, x; 4.9-5.1, b / c = 1.0-8.0.
【００１６】(2) 本発明のヒートポンプ用水素吸蔵合金
ユニットは、互いに異なる水素平衡圧特性を有する３種
の水素吸蔵合金を組み合わせて供給熱源から冷熱出力ま
たは温熱出力を得るヒートポンプシステムに用いる水素
吸蔵合金ユニットであって、最も高い水素平衡圧を示す
高圧側の合金、最も低い水素平衡圧を示す低圧側の合金
および中間の水素平衡圧を示す中圧側の合金がいずれ
も、一般式；ＭｍＮｉ(x-a -b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌ
c （ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.
2、ｘ；4.9 〜5.1 ）からなる同一種の合金であり、こ
れらの合金の水素平衡圧は、その合金を構成するＭｎの
配合原子比率を高圧側≦中圧側＜低圧側の順に変動させ
ることにより調整し、かつこれらの合金のヒステリシス
およびプラトーは、その合金を構成するＡｌの配合原子
比率を高圧側＞中圧側＞低圧側の順に変動させることに
より、各合金のヒステリシスを0.3 以下、プラトーを
0.6以下に調整したことを特徴とする。(2) The hydrogen storage alloy unit for a heat pump according to the present invention is a hydrogen storage alloy used for a heat pump system that obtains a cold output or a hot output from a supply heat source by combining three types of hydrogen storage alloys having different hydrogen equilibrium pressure characteristics. In the alloy unit, the alloy on the high pressure side showing the highest hydrogen equilibrium pressure, the alloy on the low pressure side showing the lowest hydrogen equilibrium pressure, and the alloy on the medium pressure side showing the intermediate hydrogen equilibrium pressure are all represented by the general formula: MmNi ( xa -bc) Co a Mn b Al
c (a; 0.3-0.8, b; 0.1-0.6, c; 0.05-0.
2, x; 4.9 to 5.1) are the same kind of alloys. The hydrogen equilibrium pressure of these alloys is such that the mixing atomic ratio of Mn constituting the alloy is changed in the order of high pressure side ≦ medium pressure side <low pressure side. And the hysteresis and plateau of these alloys are varied by changing the compounding atomic ratio of Al constituting the alloy in the order of high pressure side> medium pressure side> low pressure side, so that the hysteresis of each alloy is 0.3 or less and the plateau is reduced.
It is characterized by being adjusted to 0.6 or less.
【００１７】なお、上記(2) に記載のヒートポンプ用水
素吸蔵合金ユニットにおいて、最も高い水素平衡圧を示
す高圧側の合金、最も低い水素平衡圧を示す低圧側の合
金および中間の水素平衡圧を示す中圧側の合金は、それ
ぞれ下記一般式からなる合金であることがより好ましい
構成である。 〔高圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 より好ましくは 0.4〜0.8 、 ｂ；0.1 〜0.6 より好ましくは 0.1〜0.5 、 ｃ；0.05〜0.2 より好ましくは0.05〜0.1 、 ｘ；4.9 〜5.1 、 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0 〔中圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 より好ましくは 0.4〜0.8 、 ｂ；0.1 〜0.6 より好ましくは 0.1〜0.5 、 ｃ；0.05〜0.2 より好ましくは0.05〜0.1 、 ｘ；4.9 〜5.1 、 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0 〔低圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 より好ましくは 0.4〜0.8 、 ｂ；0.1 〜0.6 より好ましくは 0.1〜0.5 、 ｃ；0.05〜0.2 より好ましくは0.05〜0.1 、 ｘ；4.9 〜5.1 、 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0In the hydrogen storage alloy unit for a heat pump described in the above (2), the high pressure side alloy exhibiting the highest hydrogen equilibrium pressure, the low pressure side alloy exhibiting the lowest hydrogen equilibrium pressure, and the intermediate hydrogen equilibrium pressure are used. It is more preferable that the medium-pressure side alloys shown are alloys each having the following general formula. [High-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8 more preferably 0.4~0.8, b; 0.1 ~0.6 more preferably 0.1 to 0.5, c; preferably from 0.05 to 0.2 is 0.05~0.1, x; 4.9 ~5.1, b / c = 1.0~8.0 [medium pressure side alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8 more preferably 0.4 to 0.8, b 0.1-0.6, more preferably 0.1-0.5, c; 0.05-0.2, more preferably 0.05-0.1, x; 4.9-5.1, b / c = 1.0-8.0 [low pressure side alloy] General formula: MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8 more preferably 0.4~0.8, b; 0.1 ~0.6 more preferably 0.1 to 0.5, c; 0.05 to 0.2, more preferably 0.05~0.1, x; 4.9 ~5.1, b / c = 1.0-8.0
【００１８】なお、上記(1) または(2) に記載の水素吸
蔵合金ユニットは、２段式の高効率ヒートポンプシステ
ムに好適に用いられる。また本発明において、Ｍｍはミ
ッシュメタルを意味する。ヒステリシスは、プラトー領
域の吸蔵側と放出側の圧力の差を意味し、式In（Pa／P
d）で表され、プラトーは、プラトー領域の傾きを意味
し、式In（Pd(H/M0.5)／Pd(H/M0.3)）／（0.5 −0.3 ）
で表される。The hydrogen storage alloy unit described in the above (1) or (2) is suitably used for a two-stage high efficiency heat pump system. In the present invention, Mm means misch metal. Hysteresis means the difference between the pressure on the storage side and the pressure on the discharge side in the plateau region, and is expressed by the formula In (Pa / P
d), and the plateau means the slope of the plateau region, and the formula In (Pd (H / M0.5) / Pd (H / M0.3)) / (0.5−0.3)
It is represented by
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】本発明の水素吸蔵合金ユニット
は、互いに異なる水素平衡圧特性を有する３種の水素吸
蔵合金の組み合わせとして、一般式がＭｍＮｉ(x-a-b)
Ｃｏa Ｍｎb またはＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａ
ｌc で示される合金を用いて構成され、特に水素平衡圧
が高圧側の合金としてヒステリシスおよびプラトーの良
好な合金を用いている点に特徴がある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The hydrogen storage alloy unit of the present invention is a combination of three types of hydrogen storage alloys having different hydrogen equilibrium pressure characteristics, and has a general formula of MmNi (xab)
Co a Mn b or MmNi (xabc) Co a Mn b A
is constituted by an alloy represented by l c, it is characterized especially in that the hydrogen equilibrium pressure is used good alloy hysteresis and plateau as the high-pressure side alloy.
【００２０】このような構成にした本発明の水素吸蔵合
金ユニットによれば、冷熱出力および温熱出力を１段の
処理で得る、いわゆる１段式のヒートポンプの場合に
は、利用する熱源の温度が比較的近い温度であっても当
該熱源を利用して冷熱出力および温熱出力を得ることが
でき、特に、２段式の高効率ヒートポンプの場合には、
高圧側、中圧側および低圧側の合金の水素平衡圧力差が
小さくても供給熱源から効率よく熱エネルギーを得るこ
とができる。According to the hydrogen storage alloy unit of the present invention having such a configuration, in the case of a so-called one-stage heat pump in which a cold output and a hot output are obtained by one-stage processing, the temperature of the heat source used is reduced. Even at a relatively close temperature, it is possible to obtain a cooling output and a heating output using the heat source. Particularly, in the case of a two-stage high-efficiency heat pump,
Even when the hydrogen equilibrium pressure difference between the high-pressure side, the medium-pressure side, and the low-pressure side alloy is small, heat energy can be efficiently obtained from the supplied heat source.
【００２１】以下、本発明の水素吸蔵合金ユニットを２
段式のヒートポンプに適用した場合の放熱−吸熱サイク
ルを図１に従って説明する。なお、図１は、熱サイクル
を説明するための水素平衡圧特性を示すグラフである。
この図において、点線は、吸蔵側の水素平衡圧特性を示
し、実線は、放出側の水素平衡圧特性を示す。また、縦
軸は水素平衡圧であり、横軸は絶対温度の逆数を表した
ものである。Ａ合金は、最も高い水素平衡圧を示すＭｍ
ＮｉＣｏ0.6Ｍｎ0.25の成分組成からなる高圧側の合金
であり、Ｂ合金は、ＭｍＮｉＣｏ0.6Ｍｎ0.25Ａｌ0.1
の成分組成からなる中圧側の合金であり、Ｃ合金は、最
も低い水素平衡圧を示すＭｍＮｉＣｏ0.6 Ｍｎ0.37Ａｌ
0.09の成分組成からなる低圧側の合金であり、かつ予め
水素が吸蔵された合金である。また、図２は、２段式の
ヒートポンプに適用した本発明（実施例１）の水素吸蔵
合金ユニットを構成する高圧側の合金（Ａ合金）、中圧
側の合金（Ｂ合金）および低圧側の合金（Ｃ合金）の28
℃でのＰＣＴ曲線（圧力組成等温線）を示すグラフであ
る。この図から明らかなように、本発明の水素吸蔵合金
ユニットは、ヒステリシスとプラトーが共に小さい３種
の合金を選択的に組合わせて構成されている。Hereinafter, the hydrogen storage alloy unit of the present invention
A heat radiation-heat absorption cycle when applied to a step heat pump will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a graph showing a hydrogen equilibrium pressure characteristic for explaining a thermal cycle.
In this figure, the dotted line indicates the hydrogen equilibrium pressure characteristic on the occlusion side, and the solid line indicates the hydrogen equilibrium pressure characteristic on the release side. The vertical axis indicates the hydrogen equilibrium pressure, and the horizontal axis indicates the reciprocal of the absolute temperature. A alloy has the highest hydrogen equilibrium pressure, Mm
An alloy on the high pressure side having a component composition of NiCo 0.6 Mn 0.25 , and the B alloy is MmNiCo 0.6 Mn 0.25 Al 0.1
Is a medium-pressure side alloy having the following composition, and C alloy is MmNiCo 0.6 Mn 0.37 Al exhibiting the lowest hydrogen equilibrium pressure.
It is an alloy on the low pressure side having a component composition of 0.09 and an alloy in which hydrogen has been previously absorbed. FIG. 2 shows a high pressure side alloy (A alloy), a medium pressure side alloy (B alloy), and a low pressure side alloy constituting the hydrogen storage alloy unit of the present invention (Example 1) applied to a two-stage heat pump. Alloy (C alloy) 28
It is a graph which shows a PCT curve (pressure composition isotherm) in ° C. As is apparent from this figure, the hydrogen storage alloy unit of the present invention is constituted by selectively combining three kinds of alloys having small hysteresis and plateau.
【００２２】まず、予め水素が吸蔵されたＣ合金を80℃
に加熱するとその合金の水素平衡圧が9.7atm（図１）
になり、Ａ合金の温度を28℃に冷却するとその合金の水
素吸蔵圧が９atm （図１）になり、Ｃ合金からＡ合金
に水素が移動する。次いで、Ａ合金の温度を13℃にして
Ｂ合金を28℃の温度に作用させると、Ａ合金の水素平衡
圧が５atm （図１）、Ｂ合金の水素吸蔵圧が3.5atm
（図１）になり、水素は、Ａ合金からＢ合金に移動す
る。この時、Ａ合金は、水素を放出する際に生じる吸熱
作用により、接触している熱媒から熱を奪ってその温度
を下げるので、その熱媒において冷熱出力を得ることが
できる。First, a C alloy preliminarily storing hydrogen is heated to 80 ° C.
When heated to 9.7 atm (Fig. 1)
When the temperature of the alloy A is cooled to 28 ° C., the hydrogen storage pressure of the alloy becomes 9 atm (FIG. 1), and hydrogen moves from the alloy C to the alloy A. Next, when the temperature of the alloy A is 13 ° C. and the alloy B is operated at a temperature of 28 ° C., the hydrogen equilibrium pressure of the alloy A is 5 atm (FIG. 1), and the hydrogen absorbing pressure of the alloy B is 3.5 atm.
(FIG. 1), and hydrogen moves from the A alloy to the B alloy. At this time, the A alloy removes heat from the contacting heat medium and lowers its temperature by an endothermic action generated when releasing hydrogen, so that a cool heat output can be obtained in the heat medium.
【００２３】次に、Ｂ合金の温度を13℃にしてＣ合金の
温度を28℃にすると、Ｂ合金の水素平衡圧力が1.5atm
（図１）になり、Ｃ合金の水素吸蔵圧力が1.0atm（図
１）になり、水素は、Ｂ合金からＣ合金に移動する。
この時、Ｂ合金は、水素を放出する際に生じる吸熱作用
により、接触している熱媒から熱を奪ってその温度を下
げるので、その熱媒において冷熱出力が得られると同時
に、Ｃ合金に再び水素が吸蔵されＣ合金が再生される。Next, when the temperature of the B alloy is set to 13 ° C. and the temperature of the C alloy is set to 28 ° C., the hydrogen equilibrium pressure of the B alloy becomes 1.5 atm.
(FIG. 1), the hydrogen storage pressure of the C alloy becomes 1.0 atm (FIG. 1), and hydrogen moves from the B alloy to the C alloy.
At this time, the B alloy removes heat from the contacting heat medium and lowers its temperature due to an endothermic effect generated when releasing hydrogen, so that a cold output is obtained in the heat medium, and at the same time, the C alloy is cooled. Hydrogen is stored again, and the C alloy is regenerated.
【００２４】このような２段式ヒートポンプの熱サイク
ルにおいて、水素吸蔵合金ユニットを構成する各合金の
ヒステリシスが 0.3よりも大きいと、図１および図１
の水素吸蔵圧力がそれぞれ図１および図１の水素
平衡圧力に近づきすぎるかあるいは超えてしまい、水素
の移動がスムーズに行われなくなり、ヒートポンプが駆
動しないか、駆動しても十分な冷熱出力が得られなくな
る。また、プラトーが 1.0よりも大きいと、有効利用水
素量が少なくなり水素吸蔵合金の利用効率が低下してし
まう。In the heat cycle of such a two-stage heat pump, if the hysteresis of each alloy constituting the hydrogen storage alloy unit is larger than 0.3, FIG. 1 and FIG.
1 or too close to or exceed the hydrogen equilibrium pressure in FIG. 1 and FIG. 1, respectively, so that the movement of hydrogen is not performed smoothly, and the heat pump does not operate, or a sufficient cold heat output is obtained even if the heat pump is driven. Can not be. On the other hand, if the plateau is larger than 1.0, the amount of effectively used hydrogen decreases, and the use efficiency of the hydrogen storage alloy decreases.
【００２５】そこで、本発明の水素吸蔵合金ユニットで
は、作動最高圧力が高圧ガス規制法の 10atm以下でかつ
常圧の温水（100 ℃以下）を熱源として動作させるとい
う基本設計思想において、ヒステリシスが小さく、かつ
プラトーが小さい水素吸蔵合金を用いる必要がある。そ
のための水素吸蔵合金として、本発明では、最も高い水
素平衡圧を示す高圧側の合金が、一般式；ＭｍＮｉ
(x-a-b) Ｃｏa Ｍｎb からなる合金であり、最も低い水
素平衡圧を示す低圧側の合金および中間の水素平衡圧を
示す中圧側の合金が、一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏ
a Ｍｎb Ａｌc で示され、かつＭｎの配合原子比率ｂを
低圧側＞中圧側とした成分組成からなる合金を用いてい
る。特に、最も高い水素平衡圧を示す高圧側の合金、最
も低い水素平衡圧を示す低圧側の合金および中間の水素
平衡圧を示す中圧側の合金がいずれも、一般式；ＭｍＮ
ｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc （ａ；0.3 〜0.8 、
ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、ｘ；4.9 〜5.1 ）か
らなる同一種の合金の場合には、これらの合金の水素平
衡圧を、その合金を構成するＭｎの配合原子比率を高圧
側≦中圧側＜低圧側の順に変動させることにより調整
し、かつこれらの合金のヒステリシスおよびプラトー
を、その合金を構成するＡｌの配合原子比率を高圧側＞
中圧側＞低圧側の順に変動させることにより、各合金の
ヒステリシスを0.3 以下、プラトーを0.6 以下に調整し
たものを用いる。Therefore, in the hydrogen storage alloy unit of the present invention, the hysteresis is small in the basic design concept of operating at a maximum operating pressure of 10 atm or less under the High Pressure Gas Control Law and using warm water at normal pressure (100 ° C. or less) as a heat source. It is necessary to use a hydrogen storage alloy having a small plateau. In the present invention, an alloy on the high pressure side showing the highest hydrogen equilibrium pressure as a hydrogen storage alloy for that purpose is represented by a general formula: MmNi
(xab) Co a Mn b is an alloy comprising a low-pressure side alloy exhibiting the lowest hydrogen equilibrium pressure and an intermediate-pressure side alloy exhibiting an intermediate hydrogen equilibrium pressure are represented by a general formula: MmNi (xabc) Co
An alloy represented by a Mn b Al c and having a component composition in which the mixing atomic ratio b of Mn is such that the low pressure side> the medium pressure side is used. In particular, the alloy on the high pressure side showing the highest hydrogen equilibrium pressure, the alloy on the low pressure side showing the lowest hydrogen equilibrium pressure, and the alloy on the medium pressure side showing the intermediate hydrogen equilibrium pressure are all represented by the general formula: MmN
i (xabc) Co a Mn b Al c (a; 0.3 to 0.8;
b; 0.1 to 0.6, c; 0.05 to 0.2, x; 4.9 to 5.1), the hydrogen equilibrium pressure of these alloys is increased by increasing the mixing atomic ratio of Mn constituting the alloy. Side ≦ medium pressure side <low pressure side in order to adjust, and the hysteresis and plateau of these alloys, the compounding atomic ratio of Al constituting the alloys to high pressure side>
Hysteresis of each alloy is adjusted to 0.3 or less and the plateau is adjusted to 0.6 or less by varying the order from the medium pressure side to the low pressure side.
【００２６】さらに、上記成分組成からなる水素吸蔵合
金の好ましい構成は、下記のとおりである。すなわち、
ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc の合金におい
て、配合原子比率ａを 0.3〜0.8 より好ましくは 0.4〜
0.8 とし、配合原子比率ｂを 0.1〜0.6 より好ましくは
0.1〜0.5 とし、配合原子比率ｃを０〜0.2 より好まし
くは0.05〜0.1 とし、ｘの値を 4.9〜5.1 の範囲内と
し、かつａを一定の組成に固定したときの、図１のＢ合
金（中圧側の合金）およびＣ合金（低圧側の合金）にお
けるｂ／ｃを 1.0〜8.0 とし、Ａ合金（高圧側の合金）
におけるＡｌを不可避的不純物量かあるいはｂ／ｃを
1.0〜8.0 の比率内でコントロールすることがより好ま
しい構成である。これにより、水素吸蔵合金ユニットを
構成する各合金は、ヒステリシスが 0.3以下になり、か
つ水素平衡圧のコントロールが容易になる。なお、Ｍｍ
Ｎｉx 系の合金において、ＮｉをＣｏ，Ｍｎ，Ａｌと置
換したＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc は、上述
のように、配合原子比率ａを 0.3〜0.8 好ましくは 0.4
〜0.8 、配合原子比率ｂを 0.1〜0.6 好ましくは 0.1〜
0.5、配合原子比率ｃを０〜0.2 好ましくは0.05〜0.1
、ｘの値を 4.9〜5.1 の範囲内とすることにより、図
２に示すような３種類の合金のヒステリシスおよびプラ
トーが小さくなる。Further, the preferred constitution of the hydrogen storage alloy having the above-mentioned composition is as follows. That is,
In MmNi (xabc) alloy Co a Mn b Al c, more preferably 0.3 to 0.8 the mixing atomic ratio a 0.4 to
0.8, and the mixing atomic ratio b is more preferably 0.1 to 0.6.
The B alloy of FIG. 1 when 0.1 to 0.5, the compounding atomic ratio c is 0 to 0.2, more preferably 0.05 to 0.1, the value of x is in the range of 4.9 to 5.1, and a is fixed to a constant composition. B / c of alloy (middle pressure side alloy) and C alloy (low pressure side alloy) is 1.0-8.0, and A alloy (high pressure side alloy)
In the case of Al, the amount of unavoidable impurities or b / c
It is more preferable to control the ratio within a range of 1.0 to 8.0. Thereby, each alloy constituting the hydrogen storage alloy unit has a hysteresis of 0.3 or less, and the control of the hydrogen equilibrium pressure becomes easy. In addition, Mm
In the Ni x -based alloy, MmNi (xabc) Co a Mn b Al c in which Ni is replaced with Co, Mn, and Al has a compounding atomic ratio a of 0.3 to 0.8, preferably 0.4 as described above.
0.8, the compounding atomic ratio b is 0.1-0.6, preferably 0.1-
0.5, the mixing atomic ratio c is 0 to 0.2, preferably 0.05 to 0.1
, X within the range of 4.9 to 5.1, the hysteresis and plateau of the three alloys as shown in FIG. 2 are reduced.
【００２７】このような構成とすることにより、10atm
以下の作動最高圧力でも、図１のＡ合金の放出圧力とＢ
合金の吸蔵圧力間、Ｂ合金の放出圧力とＣ合金の吸蔵圧
力間、Ｃ合金の放出圧力とＡ合金の吸蔵圧力間での水素
の圧力差を大きくとることができる。With this configuration, 10 atm
The discharge pressure of alloy A in FIG.
The hydrogen pressure difference between the alloy occlusion pressure, the B alloy discharge pressure and the C alloy occlusion pressure, and the hydrogen pressure difference between the C alloy discharge pressure and the A alloy occlusion pressure can be increased.
【００２８】ここで、Ｃｏの配合原子比率を 0.3〜0.8
とするのは、0.3 より小さいとヒステリシスが大きくな
り、0.8 よりも大きいとプラトーが大きくなり好ましく
ないからである。特に、同じ成分系の合金を使用して、
Ｃｏの配合原子比率を上記範囲内で固定し、ＡｌとＭｎ
の比率を変化させることにより、ヒートポンプとして作
動させる合金の組合せ（設計）が容易になる。つまり、
ａを配合原子比率で 0.3〜0.8 、ｂを配合原子比率で
0.1〜0.6 、ｃを配合原子比率で０〜0.2 、ｘの値を 4.
9〜5.1 の範囲内とし、かつａを一定の組成に固定した
ときの、図１のＢ合金（中圧側の合金）およびＣ合金
（低圧側の合金）におけるｂ／ｃを 1.0〜8.0 とし、Ａ
合金（高圧側の合金）におけるＡｌを不可避的不純物量
かあるいはｂ／ｃを 1.0〜8.0 の比率内でコントロール
することによって、作動最高圧力 10atm以下、作動温度
100℃以下の２段式ヒートポンプのシステムに適した水
素吸蔵合金になる。Here, the compound atomic ratio of Co is 0.3 to 0.8.
The reason is that if it is smaller than 0.3, the hysteresis increases, and if it is larger than 0.8, the plateau increases, which is not preferable. In particular, using alloys of the same component system,
With the compound atomic ratio of Co fixed within the above range, Al and Mn
, The combination (design) of the alloys to be operated as a heat pump is facilitated. That is,
a in the compound atomic ratio of 0.3 to 0.8, b in the compound atomic ratio
0.1-0.6, c is 0-0.2 in the compound atomic ratio, and x is 4.
B / c in the alloy B (the alloy on the medium pressure side) and the alloy C (the alloy on the low pressure side) in FIG. 1 when the value of a is fixed to a constant composition within the range of 9 to 5.1, and 1.0 to 8.0; A
By controlling Al in the alloy (alloy on the high-pressure side) or the amount of unavoidable impurities or b / c within a ratio of 1.0 to 8.0, the maximum operating pressure is 10atm or less, and the operating temperature is
A hydrogen storage alloy suitable for a two-stage heat pump system at 100 ° C or lower.
【００２９】従って、ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb
Ａｌc 合金において、ａおよびｂ／ｃ比をコントロール
することによって、ヒステリシスを小さくし、かつｂ／
ｃ比によりプラトー圧力をコントロールし、ヒートポン
プの設計を容易にすることが可能となる。Therefore, MmNi (xabc) Co a Mn b
By controlling the a and b / c ratios in the Alc alloy, the hysteresis can be reduced and b / b
It is possible to control the plateau pressure by the c ratio and to facilitate the design of the heat pump.
【００３０】なお、成分組成および配合原子比率を上記
範囲とするのは、上記範囲を逸脱すると、作動最高圧力
10atm以下、作動温度 100℃以下で２段式ヒートポンプ
を作動することができなくなるからである。The reason why the component composition and the compounding atomic ratio are set in the above-mentioned ranges is that, if the above-mentioned range is exceeded, the maximum operating pressure is set.
This is because it becomes impossible to operate a two-stage heat pump at a temperature of 10 atm or less and an operating temperature of 100 ° C. or less.
【００３１】[0031]
【実施例】（実施例１）表１の実施例１に示すように、
ｘ値を5.0 、Coを配合原子比率ａで 0.6、Mnを配合原子
比率ｂで0.25〜0.37、Alを配合原子比率ｃで0.09〜0.1
あるいは不可避的不純物とし、Alの配合原子比率ｃが0.
09〜0.1 のときのｂ／ｃを 2.5〜4.1 に調整した組成を
有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ雰囲気下の
高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，Ｃの各水素
吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような２段式ヒー
トポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユニットを作
製し、80、28、13℃の熱媒によりヒートポンプを駆動さ
せたところ、そのヒートポンプシステムは良好に作動し
冷熱出力を得ることができた。EXAMPLES (Example 1) As shown in Example 1 of Table 1,
x value is 5.0, Co is 0.6 in compound atomic ratio a, Mn is 0.25 to 0.37 in compound atomic ratio b, and Al is 0.09 to 0.1 in compound atomic ratio c.
Or, as an inevitable impurity, the compounding atomic ratio c of Al is 0.
Each of the hydrogen storage alloys A, B, and C having a composition in which b / c at 09-0.1 was adjusted to 2.5-4.1 was melted in a high-frequency induction melting furnace under an Ar atmosphere. By combining the hydrogen storage alloys A, B, and C, a hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 is manufactured, and the heat pump is driven by a heat medium at 80, 28, and 13 ° C. As a result, the heat pump system operated well and was able to obtain a cold output.
【００３２】（実施例２）表１の実施例２に示すよう
に、ｘ値を5.1 、Coを配合原子比率ａで 0.4、Mnを配合
原子比率ｂで0.19〜0.45、Alを配合原子比率ｃで 0.1〜
0.12とし、このときのｂ／ｃを1.58〜4.5 に調整した組
成を有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ雰囲気
下の高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，Ｃの各
水素吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような２段式
ヒートポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユニット
を作製し、80、28、13℃の熱媒によりヒートポンプを駆
動させたところ、そのヒートポンプシステムは良好に作
動し冷熱出力を得ることができた。(Example 2) As shown in Example 2 of Table 1, the value of x was 5.1, Co was 0.4 at a compound atomic ratio a, Mn was 0.19 to 0.45 at a compound atomic ratio b, and Al was a compound atomic ratio c. At 0.1 ~
Each hydrogen storage alloy of A, B, and C having a composition wherein b / c was adjusted to 1.58 to 4.5 at this time was melted in a high frequency induction melting furnace under an Ar atmosphere. By combining the hydrogen storage alloys A, B, and C, a hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 is manufactured, and the heat pump is driven by a heat medium at 80, 28, and 13 ° C. As a result, the heat pump system operated well and was able to obtain a cold output.
【００３３】（実施例３）表１の実施例３に示すよう
に、ｘ値を5.0 、Coを配合原子比率ａで 0.8、Mnを配合
原子比率ｂで0.11〜0.46、Alを配合原子比率ｃで0.06〜
0.11とし、このときのｂ／ｃを 1.0〜6.67に調整した組
成を有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ雰囲気
下の高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，Ｃの各
水素吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような２段式
ヒートポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユニット
を作製し、90、28、13℃の熱媒によりヒートポンプを駆
動させたところ、そのヒートポンプシステムは良好に作
動し冷熱出力を得ることができた。(Example 3) As shown in Example 3 of Table 1, the x value was 5.0, Co was 0.8 in the compound atomic ratio a, Mn was 0.11 to 0.46 in the compound atomic ratio b, and Al was the compound atomic ratio c. 0.06 ~
Each hydrogen storage alloy of A, B, and C having a composition of 0.11 and b / c adjusted to 1.0 to 6.67 was melted in a high-frequency induction melting furnace in an Ar atmosphere. By combining the hydrogen storage alloys A, B, and C, a hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 is manufactured, and the heat pump is driven by a heat medium at 90, 28, and 13 ° C. As a result, the heat pump system operated well and was able to obtain a cold output.
【００３４】（実施例４）表１の実施例４に示すよう
に、ｘ値を4.9 、Coを配合原子比率ａで 0.7、Mnを配合
原子比率ｂで0.08〜0.34、Alを配合原子比率ｃで0.05〜
0.07とし、このときのｂ／ｃを1.14〜6.80に調整した組
成を有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ雰囲気
下の高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，Ｃの各
水素吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような２段式
ヒートポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユニット
を作製し、90、28、13℃の熱媒によりヒートポンプを駆
動させたところ、そのヒートポンプシステムは良好に作
動し冷熱出力を得ることができた。(Example 4) As shown in Example 4 of Table 1, the x value was 4.9, Co was 0.7 at the compound atomic ratio a, Mn was 0.08 to 0.34 at the compound atomic ratio b, and Al was the compound atomic ratio c. 0.05 ~
Each of the hydrogen storage alloys A, B, and C having a composition in which b / c was adjusted to 1.14 to 6.80 and the b / c at this time was adjusted to 1.14 to 6.80 was melted in a high-frequency induction melting furnace under an Ar atmosphere. By combining the hydrogen storage alloys A, B, and C, a hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 is manufactured, and the heat pump is driven by a heat medium at 90, 28, and 13 ° C. As a result, the heat pump system operated well and was able to obtain a cold output.
【００３５】（比較例１）表１の比較例１に示すよう
に、ｘ値を4.9 、Coを配合原子比率ａで 0.1、Mnを配合
原子比率ｂで0.07〜0.36、Alを配合原子比率ｃで0.05〜
0.1 とし、このときのｂ／ｃを0.70〜7.20に調整した組
成を有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ雰囲気
下の高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，Ｃの各
水素吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような２段式
ヒートポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユニット
を作製し、90、28、13℃の熱媒によりヒートポンプを駆
動させようとしたが、ヒートポンプはうまく作動しなか
った。(Comparative Example 1) As shown in Comparative Example 1 in Table 1, the x value was 4.9, Co was 0.1 in the compound atomic ratio a, Mn was 0.07 to 0.36 in the compound atomic ratio b, and Al was the compound atomic ratio c. 0.05 ~
Each of the hydrogen storage alloys A, B, and C having a composition in which b / c was adjusted to 0.70 to 7.20 at this time was melted in a high-frequency induction melting furnace under an Ar atmosphere. By combining the hydrogen storage alloys A, B, and C, a hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 is manufactured, and the heat pump is driven by a heat medium at 90, 28, and 13 ° C. Attempted, but the heat pump did not work.
【００３６】（比較例２）表１の比較例２に示すよう
に、ｘ値を5.0 、Coを配合原子比率ａで 0.9、Mnを配合
原子比率ｂで0.24〜0.33、Alを配合原子比率ｃで 0.1〜
0.11とし、このときのｂ／ｃを 2.4〜3.0 に調整した組
成を有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ雰囲気
下の高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，Ｃの各
水素吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような２段式
ヒートポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユニット
を作製し、90、28、13℃の熱媒によりヒートポンプを駆
動させようとしたが、ヒートポンプはうまく作動しなか
った。(Comparative Example 2) As shown in Comparative Example 2 in Table 1, the x value was 5.0, Co was 0.9 at the compound atomic ratio a, Mn was 0.24 to 0.33 at the compound atomic ratio b, and Al was the compound atomic ratio c. At 0.1 ~
Each of the hydrogen storage alloys A, B, and C having a composition in which b / c was adjusted to 2.4 to 3.0 at 0.11 was melted in a high-frequency induction melting furnace under an Ar atmosphere. By combining the hydrogen storage alloys A, B, and C, a hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 is manufactured, and the heat pump is driven by a heat medium at 90, 28, and 13 ° C. Attempted, but the heat pump did not work.
【００３７】（比較例３）表１の比較例３に示すよう
に、ｘ値を 5.1〜5.2 、Coを配合原子比率ａで 0.9、Mn
を配合原子比率ｂで 0.2〜0.41、Alを配合原子比率ｃで
0.11〜0.15とし、このときのｂ／ｃを1.33〜3.73に調整
した組成を有するＡ，Ｂ，Ｃの各水素吸蔵合金を、Ａｒ
雰囲気下の高周波誘導溶解炉で溶製した。このＡ，Ｂ，
Ｃの各水素吸蔵合金を組み合わせて、図１に示すような
２段式ヒートポンプのシステムに用いる水素吸蔵合金ユ
ニットを作製し、90、28、13℃の熱媒によりヒートポン
プを駆動させようとしたが、ヒートポンプはうまく作動
しなかった。(Comparative Example 3) As shown in Comparative Example 3 in Table 1, the x value was 5.1 to 5.2, Co was 0.9 at the compound atomic ratio a, and Mn was
Is 0.2 to 0.41 at the compound atomic ratio b and Al is the compound atomic ratio c.
Each of the hydrogen storage alloys A, B, and C having a composition in which b / c was adjusted to be from 1.31 to 3.73 and b / c was adjusted to be from 1.33 to 3.73,
It was melted in a high-frequency induction melting furnace under an atmosphere. A, B,
A hydrogen storage alloy unit used in a two-stage heat pump system as shown in FIG. 1 was prepared by combining the hydrogen storage alloys of C, and the heat pump was driven by a heat medium at 90, 28 and 13 ° C. , The heat pump did not work well.
【００３８】[0038]
【表１】 [Table 1]
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように本発明の水素吸蔵合
金ユニットによれば、水素平衡圧のコントロールが容易
になり、しかも、作動最高圧力が高圧ガス規制法の10at
m 以下でかつ 100℃以下の温度にて、２段式ヒートポン
プを効率良く作動させることができる。As described above, according to the hydrogen storage alloy unit of the present invention, the control of the hydrogen equilibrium pressure is facilitated, and the maximum operating pressure is 10 atm of the high pressure gas regulation law.
It is possible to operate the two-stage heat pump efficiently at a temperature of 100 mC or less and 100 m or less.
【図１】本発明の水素吸蔵合金ユニットを用いた熱サイ
クルを説明するための水素平衡圧特性を示すグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing a hydrogen equilibrium pressure characteristic for explaining a thermal cycle using a hydrogen storage alloy unit of the present invention.
【図２】図１におけるＡ合金、Ｂ合金およびＣ合金のＰ
ＣＴ図を示すグラフである。FIG. 2 shows P of A alloy, B alloy and C alloy in FIG.
It is a graph which shows a CT figure.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 孝志 茨城県つくば市東光台５丁目９番６号 日 本重化学工業株式会社筑波研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Takashi Endo 5-9-6 Tokodai, Tsukuba, Ibaraki Pref.
Claims (5)
種の水素吸蔵合金を組み合わせて供給熱源から冷熱出力
または温熱出力を得るヒートポンプシステムに用いる水
素吸蔵合金ユニットであって、最も高い水素平衡圧を示
す高圧側の合金は、一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b) Ｃｏa Ｍ
ｎb からなる合金であり、最も低い水素平衡圧を示す低
圧側の合金および中間の水素平衡圧を示す中圧側の合金
は、一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc で
示され、かつＭｎの配合原子比率ｂを低圧側＞中圧側と
した成分組成からなる合金であることを特徴とするヒー
トポンプ用水素吸蔵合金ユニット。1. A fuel cell having different hydrogen equilibrium pressure characteristics.
A hydrogen storage alloy unit used in a heat pump system for obtaining a cold output or a hot output from a supply heat source by combining various types of hydrogen storage alloys, and the alloy on the high pressure side showing the highest hydrogen equilibrium pressure is represented by a general formula: MmNi (xab) Co a M
an alloy consisting of n b, alloys of the compression side in showing the alloy and intermediate hydrogen equilibrium pressure of the low pressure side showing the lowest hydrogen equilibrium pressure is represented by a general formula MmNi (xabc) Co a Mn b Al c, A hydrogen storage alloy unit for a heat pump, wherein the alloy has a composition in which the atomic ratio b of Mn is such that the low-pressure side> the medium-pressure side.
金、最も低い水素平衡圧を示す低圧側の合金および中間
の水素平衡圧を示す中圧側の合金が、それぞれ下記一般
式からなる合金であることを特徴とする請求項１に記載
のヒートポンプ用水素吸蔵合金。 〔高圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b) Ｃｏa Ｍｎb ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｘ；4.9 〜5.1 〔中圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、
ｘ；4.9 〜5.1 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0 〔低圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、
ｘ；4.9 〜5.1 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.02. The alloy on the high pressure side showing the highest hydrogen equilibrium pressure, the alloy on the low pressure side showing the lowest hydrogen equilibrium pressure, and the alloy on the medium pressure side showing the intermediate hydrogen equilibrium pressure are alloys having the following general formulas, respectively. The hydrogen storage alloy for a heat pump according to claim 1, wherein: [High-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xab) Co a Mn b a; 0.3 ~0.8, b; 0.1 ~0.6, x; 4.9 ~5.1 [medium pressure side alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8, b; 0.1 ~0.6, c; 0.05~0.2,
x; 4.9 ~5.1 b / c = 1.0~8.0 [low-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8, b; 0.1 ~0.6, c; 0.05~0.2,
x; 4.9 to 5.1 b / c = 1.0 to 8.0
種の水素吸蔵合金を組み合わせて供給熱源から冷熱出力
または温熱出力を得るヒートポンプシステムに用いる水
素吸蔵合金ユニットであって、最も高い水素平衡圧を示
す高圧側の合金、最も低い水素平衡圧を示す低圧側の合
金および中間の水素平衡圧を示す中圧側の合金がいずれ
も、一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌ
c (a；0.3〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、
ｘ；4.9 〜5.1 ）からなる同一種の合金であり、これら
の合金の水素平衡圧は、その合金を構成するＭｎの配合
原子比率を高圧側≦中圧側＜低圧側の順に変動させるこ
とにより調整し、かつこれらの合金のヒステリシスおよ
びプラトーは、その合金を構成するＡｌの配合原子比率
を高圧側＞中圧側＞低圧側の順に変動させることによ
り、各合金のヒステリシスを0.3 以下、プラトーを 0.6
以下に調整したことを特徴とするヒートポンプ用水素吸
蔵合金ユニット。3. Hydrocarbons having different hydrogen equilibrium pressure characteristics from each other.
A hydrogen storage alloy unit used in a heat pump system that obtains a cold output or a hot output from a supply heat source by combining various types of hydrogen storage alloys, wherein the high-pressure side alloy exhibits the highest hydrogen equilibrium pressure, and the low pressure indicates the lowest hydrogen equilibrium pressure. Both the alloy on the medium side and the alloy on the medium pressure side showing an intermediate hydrogen equilibrium pressure have a general formula: MmNi (xabc) Co a Mn b Al
c (a; 0.3 to 0.8, b; 0.1 to 0.6, c; 0.05 to 0.2,
x; 4.9 to 5.1) are the same kind of alloys, and the hydrogen equilibrium pressure of these alloys is adjusted by changing the mixing atomic ratio of Mn constituting the alloy in the order of high pressure side ≦ medium pressure side <low pressure side. In addition, the hysteresis and plateau of these alloys are varied in the order of high-pressure side> medium-pressure side> low-pressure side by changing the compounding atomic ratio of Al constituting the alloys, so that the hysteresis of each alloy is 0.3 or less and the plateau is 0.6 or less.
A hydrogen storage alloy unit for a heat pump, which is adjusted as follows.
金、最も低い水素平衡圧を示す低圧側の合金および中間
の水素平衡圧を示す中圧側の合金が、それぞれ下記一般
式からなる合金であることを特徴とする請求項３に記載
のヒートポンプ用水素吸蔵合金。 〔高圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、
ｘ；4.9 〜5.1 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0 〔中圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、
ｘ；4.9 〜5.1 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.0 〔低圧側の合金〕 一般式；ＭｍＮｉ(x-a-b-c) Ｃｏa Ｍｎb Ａｌc ａ；0.3 〜0.8 、ｂ；0.1 〜0.6 、ｃ；0.05〜0.2 、
ｘ；4.9 〜5.1 ｂ／ｃ＝ 1.0〜8.04. An alloy on the high pressure side showing the highest hydrogen equilibrium pressure, an alloy on the low pressure side showing the lowest hydrogen equilibrium pressure, and an alloy on the medium pressure side showing the intermediate hydrogen equilibrium pressure are alloys each having the following general formula: The hydrogen storage alloy for a heat pump according to claim 3, wherein: [High-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8, b; 0.1 ~0.6, c; 0.05~0.2,
x; 4.9 ~5.1 b / c = 1.0~8.0 [medium pressure side alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8, b; 0.1 ~0.6, c; 0.05~0.2,
x; 4.9 ~5.1 b / c = 1.0~8.0 [low-pressure side of the alloy] formula; MmNi (xabc) Co a Mn b Al c a; 0.3 ~0.8, b; 0.1 ~0.6, c; 0.05~0.2,
x; 4.9 to 5.1 b / c = 1.0 to 8.0
用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の水素吸蔵合金ユニット。5. The hydrogen storage alloy unit according to claim 1, which is used for a two-stage high-efficiency heat pump system.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12696898A JP3350445B2 (en) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | Hydrogen storage alloy unit for heat pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12696898A JP3350445B2 (en) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | Hydrogen storage alloy unit for heat pump |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11323466A true JPH11323466A (en) | 1999-11-26 |
| JP3350445B2 JP3350445B2 (en) | 2002-11-25 |
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ID=14948364
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350445B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004035205A3 (en) * | 2002-10-17 | 2004-06-03 | Univ Carnegie Mellon | Catalyst comprising an interstitial metal hydride for the treatment of organic compounds |
| US7387712B2 (en) | 2002-10-17 | 2008-06-17 | Carnegie Mellon University | Catalytic process for the treatment of organic compounds |
| US8039652B2 (en) | 2004-06-15 | 2011-10-18 | Carnegie Mellon University | Methods for producing biodiesel |
-
1998
- 1998-05-11 JP JP12696898A patent/JP3350445B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004035205A3 (en) * | 2002-10-17 | 2004-06-03 | Univ Carnegie Mellon | Catalyst comprising an interstitial metal hydride for the treatment of organic compounds |
| US7157401B2 (en) | 2002-10-17 | 2007-01-02 | Carnegie Mellon University | Catalyst for the treatment of organic compounds |
| US7387712B2 (en) | 2002-10-17 | 2008-06-17 | Carnegie Mellon University | Catalytic process for the treatment of organic compounds |
| US7625832B2 (en) | 2002-10-17 | 2009-12-01 | Carnegie Mellon University | Catalyst for the treatment of organic compounds |
| US8039652B2 (en) | 2004-06-15 | 2011-10-18 | Carnegie Mellon University | Methods for producing biodiesel |
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|---|---|
| JP3350445B2 (en) | 2002-11-25 |
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