JPS5849493Y2 - 蓄熱装置 - Google Patents

蓄熱装置

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JPS5849493Y2
JPS5849493Y2 JP1978023982U JP2398278U JPS5849493Y2 JP S5849493 Y2 JPS5849493 Y2 JP S5849493Y2 JP 1978023982 U JP1978023982 U JP 1978023982U JP 2398278 U JP2398278 U JP 2398278U JP S5849493 Y2 JPS5849493 Y2 JP S5849493Y2
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JP
Japan
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pressure
heat storage
heat
valve
storage tank
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JP1978023982U
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JPS54127261U (ja
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貴史 酒井
直二郎 本田
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三洋電機株式会社
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、蓄熱装置に関する。
従来、太陽熱や廃熱を利用する蓄熱装置としては顕熱型
媒体、たとえば水に蓄熱させる顕熱型の蓄熱装置があり
、この蓄熱装置は、一般家庭の風呂用として用いられ、
またソーラーハウス等においても実験住宅等でその給湯
、暖房、冷房が試みられているが、蓄熱媒体の保温が問
題となっている。
このような欠点を有しない蓄熱装置として金属水素化物
を利用する蓄熱装置が提案(たとえば、小野修一部、
化学(7) 領域Vol 31. No、 1. P
、 39〜P、 47.1977年、参照)されており
、この蓄熱装置では水素化と脱水素化反応を可逆的に行
い得る金属もしくは合金またはその水素化物の下記の式
によって示される反応により蓄熱およびエネルギーの取
り出しを行う: MHz M+II工(吸熱反応:蓄熱過程)M+T
IX MHX (発熱反応:放熱過程)しかしなが
らこのような金属水素化物を利用した蓄熱装置は未だ実
現されたものはなく、アイデアの状態に止まり、実質的
かつ具体的な検討例はないに等しい。
蓄熱装置としては、蓄熱時に、蓄熱槽に充填した金属水
素化物を脱水素化して発生する水素ガスを蓄熱槽以外の
水素ボンベなどの水素ガス貯蔵槽で水素ガスのままで保
存し、放熱時には、水素ガス貯蔵槽から蓄熱槽へ水素ガ
スを供給して水素化反応を起こさせて発生した熱を放熱
利用する装置も考えられるが、この場合水素ガス貯蔵槽
としては大容量のものを必要とするとともに内部圧力が
極めて高いなどの問題がある。
この考案は、これらの事情に鑑みなされたものであり、
熱により高温側で水素化・脱水素化する金属もしくは合
金またはその水素化物を充填し、熱エネルギー源からの
高温の熱エネルギーを受けて金属水素化物を高温側で脱
水素化するための熱交換器と、金属もしくは合金又は水
素化物を高温側で水素化して高温の熱エネルギーを熱負
荷部へ供給するための熱交換器とをそれぞれ備えた蓄熱
槽1と、熱により低温側で水素化・脱水素化する金属も
しくは合金またはその水素化物を充填し、金属水素化物
を低温側で脱水素化させるための熱エネルギーを受ける
熱交換器を備えた蓄熱槽2と、両蓄熱槽を開閉弁を介し
て連結する水素流通路と、それぞれの槽と開閉弁との間
の水素流通路内に備えた水素ガス圧力を検知する一対の
圧力センサーと、これらの圧力センサーによって検出さ
れる水素ガス圧力が設定圧以上になると開閉弁を開き、
設定圧未満では開閉弁を閉じるよう構成されてなる開閉
弁制御部とを備えたことを特徴とする蓄熱装置を提供す
るものである。
すなわちこの考案は蓄熱槽1で発生する水素ガスを貯蔵
する水素ガス貯蔵槽として低温側で水素化・脱水素化す
る特定の金属水素化物を充填したもう一つの蓄熱槽2を
用いているので水素ガス貯蔵槽としての蓄熱槽2内の圧
力を低下させるとともにその容積を小さくすることがで
きる。
さらにこの考案は、両蓄熱槽を連結する水素ガス流通路
に、水素ガス圧力が設定圧力に達すると開閉する開閉弁
を設けているので、その水素流通路を移動する水素ガス
の圧力を所望の高圧にできるので、蓄熱槽1からの高温
の熱エネルギーが取り出せ有効な熱エネルギーの利用が
可能になる。
以下図を用いてこの考案の基本構成例を説明する。
第1図において蓄熱装置Aは、主として蓄熱槽1と、蓄
熱槽2と、これらの間に両槽間を水素ガスの移動できる
流通路3と、それぞれの槽から発生される水素ガスの圧
力を検知する一対の圧力センサー4,5と、その作動に
よって制御して流通路を開閉させる電磁開閉弁6と、熱
エネルギーを槽外部より蓄熱槽1へ供給できる熱交換器
7と、蓄熱槽2の金属水素化物を分解(脱水素化)させ
るに必要な熱量を供給する熱交換器9と、水素化による
反応熱を槽外部へ取り出し得る熱交換器8とより構成さ
れている。
蓄熱槽1には、高温側で水素化・脱水素化する金属もし
くは合金(便宜的にMlと表す)またはその水素化物(
M、Hと表わす)が充填されており、蓄熱槽2には低温
側で水素化・脱水素化反応する金属もしくは合金(便宜
的にM2と表す)またはその水素化物(便宜的にM2R
と表す)が充填されている。
なお、この考案の基本構成例において圧力センサーとは
、圧力変化を電気量の変化に変換せしめる感圧素子はも
ちろん、圧力変化を力学的変化に変換せしめるものも含
まれる。
蓄熱装置Aの動作を説明すれば以下の通りである。
蓄熱過程においてはまず太陽熱や廃熱などから集熱され
た熱媒体から熱交換器7により蓄熱槽1へ放熱させて槽
内の金属水素化物M、Hを分解(脱水素化反応であり、
吸熱反応である)シ、金属もしくは合金と水素ガスにす
る。
ここで発生した水素ガスのガス圧を圧力センサー4によ
り検知し、設定圧(たとえばM2Rの解離平衡曲線のプ
ラトー圧力PE詳しくは後述する)に達すると、差動増
幅器10および電源回路12を介して電磁開閉弁6が開
かれ、流通路3が通じ、水素ガスは蓄熱槽2に移動し、
蓄熱槽2では設定水素ガス圧の下で水素化反応が進む。
放熱過程(槽外部へのエネルギーの取り出し過程)にお
いては、蓄熱槽2に設けられた熱交換器9により熱せら
れ、金属水素化物M2Hは分解されて水素ガスを発生し
、この水素ガスのガス圧を圧力センサー5で検知し、設
定圧(たとえば上記のPE)に達すると、差動増幅器1
1および電源回路12を介して電磁弁6は開かれ水素ガ
スは蓄熱槽1に移動し、蓄熱槽1では設定圧以上の水素
ガス圧の下で水素化反応が進み、発熱反応が起り蓄熱槽
1は発熱をする。
この熱は熱交換器8中の冷水を加温し、その結果この加
温水を用いて冷暖房が可能となる。
なお、この考案に係る装置では設定圧力未満の圧力では
電磁開閉弁は閉じるようになっている。
次にこの考案の基本構成例における開閉弁の開閉の設定
圧については、上記したようにM2Rすなわち低温側で
脱水素化する金属水素化物の解離平衡曲線(第2図参照
)におけるプラトー圧力が好ましい。
金属水素化物解離平衡曲線をFeTi合金を例に取って
図示すれば第2図の通りである。
縦軸は水素ガス圧力(kg/cm2)、横軸はその水素
ガス圧下において平衡状態に達した時の金属水素化物の
水素原子とFeとTi原子の合計との原子比である。
第2図の曲線は25℃における平衡曲線である。
この図よりわかることは水素ガス圧力8 kg/Cm2
以上ではH/Fe+Tiは広い範囲の値を示す。
すなわち広い範囲で水素化物を形成する。
そこでこの図に示されるようなH/Fe+Tiの変化に
もかかわらず一定の平衡圧(図では8 kg/cnn2
)を示す部分のその平衡圧のことをプラトー圧力と呼ぶ
一方8kg/cm2未満ではH/Fe+Ti”−0〜0
.1程度と水素化の範囲および値も小さく結果的にはこ
の間での水素化は水素化物形成上あまり意味がない。
また、プラトー圧力8 kg/Cm2以上では数分でそ
の水素ガス圧力に対応した水素化物が得られるのに対し
、プラトー圧力8 kg/cm2未満での水素化は水素
化量が小さいと同時にその反応時間は、8kg/cm2
以上の場合の数倍〜数十倍の時間を要し、水素化物形成
上有利とはならない。
以上のことから理解されるように、金属水素化物の解離
平衡曲線の平衡圧近傍で水素ガスの圧力を規制すること
は、水素化サイクルを有効に作動させる上で重要なこと
である。
なお蓄熱槽1に充填する金属水素化物(MlH)として
は蓄熱槽2に充填する金属水素化物(M2R)の解離平
衡曲線のプラトー圧力と同じかまたはそれ以上の圧力で
水素化反応の反応熱の大きいものが選ばれる。
このような異種の金属水素化物(MlHとM2R)の組
み合わせとしてはたとえば以下のような例が挙げられる
注) MlHM、E 例I La)ii5H6FeTiH。
例2 Mg!N1p4Fe’riH。
例8 Mg!Nin4LaNi5H@注) M、H:高温側で脱水素化し得る金属水素化物M、)1
:低温側で脱水素化し得る金属水素化物この考案の基
本構成例においては、蓄熱槽2をいわゆる水素貯蔵槽と
して用いているが、このようにすることにより、通常の
水素ボンベを水素貯蔵槽として用いるよりも、貯蔵圧力
が低く(水素ボンベではその貯蔵圧力が150気圧にも
なるのに対し、金属水素化物の形にすれば10気圧前後
)、従って安全性が高く、保存輸送が容易であり、また
水素化物の種類にもよるが貯蔵槽の容積が小さい(たと
えばLaNi5を用いる場合は通常の水素ボンベの約半
分の容積)等の種々の優れた効果がもたらされる。
以下更に具体的な実施例を挙げてこの考案を説明する。
実施例 1 第1図の蓄熱装置Aにおいて蓄熱槽1にはLaNi5H
6で表わされる化合物を、蓄熱槽2にはFeTiで表わ
される合金を用いた。
その使用量はLaNi5として500 g、 FeTi
として1000 gであった。
なお、電磁開閉弁6の開作動の設定圧力(レベル圧力)
、をFeTiの水素化物の解離平衡曲線のプラトー圧力
8.0 kg/cm2に設定した。
(i)蓄熱過程 集熱された80℃の温水を蓄熱槽1内の熱交換器7を通
すとLaNi5H6が分解して水素が発生〔蓄熱槽1側
のパイプ内のガス圧は電磁弁6を閉じている場合は20
kg/cm2ゲージH2圧にもなる〕し、圧が高くなり
、設定圧8.0kg/cm2以上になると、圧力センサ
ー4によって自ら電磁開閉弁6が開き、つまり圧力セン
サー4によって得られた圧力検知信号が差動増幅器10
を通って設定圧と比較され、その比較信号(ト)が電源
回路12を作動させて電磁開閉弁6を開放し、蓄熱槽2
へ水素ガスが移動し、FeTiの水素化が起った。
これにより蓄熱槽1内の金属水素化物は脱水素化によす
LaNi5になった。
(11)放熱過程 次に、蓄熱槽2内の熱交換器9に50℃の温水を通して
加温すると、蓄熱槽2側のパイプ内のガス圧が設定圧力
である8kg/cm2ゲージH2圧になったとき、前記
圧力センサー4の場合と同様に、圧力センサー5による
流通管3内圧力検知信号にもとづいて電磁開閉弁6が開
き、蓄熱槽1へ水素ガスが移動し、LaNi5が水素ガ
スと反応しLaN1H,が生成すると同時に大きな熱量
が得られ、熱交換器8を通じて温水が作られた。
なお、水素圧が設定圧である8kg/cm2ゲージH2
圧未満になると、電磁開閉弁6は閉じ、2つの蓄熱槽系
は完全に遮断された状態となる。
以上のように設定圧力に連動する電磁開閉弁6の設置は
2つの蓄熱槽を別離する場合、重要な役割りを果たす。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの考案基本構成例の説明図であり、第2図は
FeTi合金の水素化物の解離平衡曲線を表わすグラフ
である。 A・・・・・・蓄熱装置、1,2・・・・・・蓄熱槽、
3・・・・・・水素ガス流通管、4,5・・・・・・圧
力センサー、6・・・・・・電磁開閉弁、7.8.9・
・・・・・熱交換器、10.11・・・・・・差動増幅
器、12・・・・・・電磁開閉弁用電源回路。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 1.熱により高温側で水素化・脱水素化する金属もしく
    は合金またはその水素化物を充填し、熱エネルギー源か
    らの高温の熱エネルギーを受けて金属水素化物を高温側
    で脱水素化するための熱交換器と、金属もしくは合金又
    は水素化物を高温側で水素化して高温の熱エネルギーを
    熱負荷部へ供給するための熱交換器とをそれぞれ備えた
    蓄熱槽1と、熱により低温側で水素化・脱水素化する金
    属もしくは合金またはその水素化物を充填し、金属水素
    化物を低温側で脱水素化させるための熱エネルギーを受
    ける熱交換器を備えた蓄熱槽2と、両蓄熱槽を開閉弁を
    介して連結する水素流通路と、それぞ・れの槽と開閉弁
    との間の水素流通路内に備えた水素ガス圧力を検知する
    一対の圧力センサーと、これらの圧力センサーによって
    検出される水素ガス圧力が設定圧以上になると開閉弁を
    開き、設定圧未満では開閉弁を閉じるよう構成されてな
    る開閉弁制御部とを備えたことを特徴とする蓄熱装置。 2、設定圧が低温側で水素化・脱水素化する金属もしく
    は合金またはその水素化物の解離曲線のプラトー圧力で
    ある実用新案登録請求の範囲第1項記載の蓄熱装置。
JP1978023982U 1978-02-24 1978-02-24 蓄熱装置 Expired JPS5849493Y2 (ja)

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JPS54127261U JPS54127261U (ja) 1979-09-05
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JPS6294762A (ja) * 1985-10-18 1987-05-01 Agency Of Ind Science & Technol 太陽光集熱装置

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JPS54127261U (ja) 1979-09-05

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