JPS5925957B2 - 金属水素化物蓄熱装置 - Google Patents

金属水素化物蓄熱装置

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JPS5925957B2
JPS5925957B2 JP56153817A JP15381781A JPS5925957B2 JP S5925957 B2 JPS5925957 B2 JP S5925957B2 JP 56153817 A JP56153817 A JP 56153817A JP 15381781 A JP15381781 A JP 15381781A JP S5925957 B2 JPS5925957 B2 JP S5925957B2
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JP
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heat
metal hydride
hydrogen
heat storage
filled
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JP56153817A
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JPS5855690A (ja
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貴史 酒井
直二郎 本田
育郎 米津
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属水素化物を使用する蓄熱装置に関し、詳
しくはドーナツ形ヒートパイプの両端中央開口を閉鎖し
、その閉鎖されたヒートパイプ中央中空部に金属水素化
物を充填し、その閉鎖部材に開閉弁付きの水素出入導管
を設けた金属水素化物容器の複数個と、これらを挿入支
持できる断熱本体と熱交換器及び水素ガス分配器とから
構成され且つ充填される金属水素化物が水素化反応熱が
犬で80〜100℃近傍での脱水素化及び常温近傍での
水素化を行いつるものである蓄熱部と、この蓄熱部と同
様に構成され且つ充填される金属水素化物が常温近傍で
水素化及び脱水素化しうるものである水素貯蔵部とを、
開閉弁を有する導管で連結してなる金属水素化物蓄熱装
置に関する。
金属水素化物を使用する蓄熱技術によれば熱(例えば太
陽熱、工場廃熱など)を長期にわたつつ蓄熱することが
でき新しい蓄熱法として注目されている。
この方法の長所としては、(1)長期蓄熱が可能々こと
、(2)金属と水素との反応が速いこと、(3)反応の
制御がガス流量制御だけで行えるので制御しやすいこと
、(4)単位体積当りの蓄熱量が大きいこと々とが挙げ
られる。
一方欠点としては、(1)金属水素化物は水素化脱水素
化を繰り返すと微粉化し、体積減少を起こすことと、(
2)金属水素化物自体の熱伝導率が低いことから伝熱(
反応熱の伝達)面で不利なことが挙げられる。
この欠点の改善策としては、できるだけ金属水素化物の
容器を分割して、体積減少が生じたときでも伝熱管との
接触の可能性を犬に子る多管式熱交換法が有利になる。
また(2)の欠点の改善策についそも上記多管式熱交換
法が有利であり更に金属水素化物に熱伝導性の粉末(例
えば銅、銀、アルミニウムなど)を混在させることも有
効である。
更に金属水素化物を用いる蓄熱装置は、金属水素化物の
反応熱がその容器への顕熱分として失われるという欠点
も有している。
従って前記多管式熱交換法とか、単に耐圧容器中に金属
水素化物を充填し反応熱を直接に(容器内へ銅コイルな
どの熱交換器を入れ、水などの熱媒により反応熱を回収
する方法)、あるいは間接に(容器内へ予めヒートパイ
プ々どの伝熱管を挿入し、ヒートパイプの他の一端に設
けられた熱交換器を介して反応熱を回収する方法)回収
する方法では顕熱損失を小さくするという点では満足す
べきものではない。
この発明は、前記の欠点を解消するためになされたもの
であって、ドーナツ形ヒートパイプの中央中空部に、金
属水素化物を充填し、その中央中空部の両端中央開口を
閉鎖部材で閉鎖し、その閉鎖部材には開閉弁を有する水
素出入導管を、水素は通過しつるが金属水素化物を通過
しえない区画体を介して、ヒートパイプ中央中空部に通
じるよう設置してなる複数個の金属水素化物容器と、直
方体状でそのひとつの側面にこれらの金属水素化物容器
をそれぞれ挿入支持できる横凹条を並設してなる断熱本
体と、これらの横凹条の開口に対する断熱蓋体と、断熱
本体及び断熱蓋体に付設され、各金属水素化物容器の熱
交換部を内部の熱媒と接触させた熱交換器と、各金属水
素化物容器の水素出入部に連結された水素ガス分配器と
から構成され、且つ充填される金属水素化物が水素化反
応熱が大で80〜100°C近傍での脱水素化及び常温
近傍での水素化を行いつるものである蓄熱部と、この蓄
熱部と同様に構成され、且つ充填される金属水素化物が
常温近傍で水素化及び脱水素化しつるものである水素貯
蔵部とを、開閉弁を有する導管で連結してなる金属水素
化物蓄熱装置を提供するものである。
この発明の蓄熱装置は、その蓄熱部と水素貯蔵部におい
て、熱伝達に用いられるドーナツ形ヒートパイプ自体が
金属水素化物の容器をも兼ねていることを特徴とするも
のである。
すなわちドーナツ形ヒートパイプの両端中央開口を閉鎖
し、その中央中空部に金属水素化物が充填され、該中央
中空部からの水素出入導管を具備する金属水素化物容器
が用いられる。
その結果前記のよ5な顕熱としての損失が少なくなり、
ヒートパイプと金属水素化物との接触面積が大きいので
効果的な熱交換が可能であり、金属水素化物が水素の吸
収・放出を繰り返して微粉化しても接触面積の減少の程
度ははるかに小さいていう利点を有する。
また蓄熱部に充填される金属水素化物は水素化反応熱が
大で80〜100℃近傍での脱水素化及び常温近傍での
水素化を行いつるもので、例えばCaNi5、Ca0.
8Mm0.5Ni 5 1どの合金の水素化物が挙げら
れる。
一方水素貯蔵部に充填される金属水素化物は常温近傍で
水素化及び脱水素化を行いつルモので、例えばLaNi
5などのような合金の水素化物が挙げられる。
更に蓄熱部と水素貯蔵部とは、それぞれに充填される金
属水素化物が異なるし外は同様の構成を有するものでろ
る。
すなわち、上記金属水素化物容器の複数個を、直方体状
の断熱本体のひとつの側面に並列に設けた横凹条内に挿
入支持し、その横凹条に断熱蓋体で蓋を々し、この断熱
本体と蓋体に付設され、各金属水素化物容器の熱交換部
を内部の、熱媒ど接触させた熱交換器と、各金属水素化
物容器の水素出入部に連結された水素ガス分配器とから
構成され、この蓄熱部と水素貯蔵部とが開閉弁を有する
導管で結合されている。
このように複数個の金属水素化物容器を並列に連結して
いるので必要な熱量に応じて段階点な容量で稼動させる
ことができまた1台の金属水素化物容器が使用不能とな
っても残りの金属水素化物容器で稼動させることができ
る。
次にこの発明の金属水素化物蓄熱装置に用いられる金属
水素化物容器を図面によって説明する。
第1図と第2図はそれぞれ、この発明の金属水素化物蓄
熱装置に用いられる金属水素化物容器の一実施例の縦断
面とA−B横断図である。
1及び2ばそれぞれ、ドーナツ形ヒートパイプの外管と
内管を、3はウィックを示す。
そしてこのドーナツ形ヒートパイプの両端開口は閉鎖板
4a、4bで閉鎖され、閉鎖板4aには開閉弁7を有す
る水素出入導管8が取付けられ、更にこの水素出入導管
8の閉鎖板4aへの取付は部からヒートパイプ中央中空
部5に、水素は通過しつるが金属水素化物は通過し得な
い例えば焼結合金のごとき多孔性導管9が同軸に延出さ
れ、該中央中空部5に金属水素化物6が充填されている
この金属水素化物容器は多孔性導管9によって金属水素
化物の系外への飛散が防止されると共に水素の出入が迅
速に行われる。
々おこの導管9がこの実施例のように対向する閉鎖板4
bまで延出されず中央中空部の途中まで突出したもの、
また円筒状以外の形態のも。
のでもよい。
第3図と第4図はそれぞれ、金属水素化物容器の他の実
施例の縦断面図(!:A’−B’横断面図を示す。
そしてドーナツ形ヒートパイプの両端開口は閉鎖板14
a、14bで閉鎖され、閉鎖板14aには開閉弁17を
有する水素出入導管18が取付けられている。
そして閉鎖板14aの内壁に、水素は通過しつるが金属
水素化物は通過しえhい例えば焼結合金のごとき多孔性
板19が接設され、また中央中空部15には金属水素化
物16が充填されている。
々お多孔性板19は外周がヒートパイプの内管12に接
しているが、これとは異なり開口20を閉鎖するだけの
小径の円板でもよい。
更に多孔性板19の代りに開閉弁17と開口20との間
の水素出入導管に水素は通過しつるが金属水素化物は通
過しえない多孔性板状体を設置したものもこの発明に含
まれる。
これらの容器も、該多孔板によって水素化金属の系外へ
の飛散が防止される。
次にこの発明の金属水素化物蓄熱装置を図面によ2て説
明する。
第5図は、前記第1図に示した金属水素化物容器を3台
づ\用いた蓄熱部Aと水素貯蔵部」とを有するこの発明
の金属水素化物蓄熱装置の一実施例の内部構造を説明す
る部分断面を含む斜視図である。
蓄熱部へと水素貯蔵部上とにおいて金属水素化物容器2
1a、21b、21cと31a、31b。
31cは、1本づつ、断熱本体22と32の横面に水平
に並設した凹条23a、23b、23cと33a、33
b、33cとに挿入される。
またこの凹条と金属水素化物容器との間には断熱材が充
填され、次いで断熱本体の断熱蓋体でふたが々される。
一方断熱本体22と32には、内部に熱媒が充填された
熱交換器24と34がそれぞれ接設されている。
この熱交換器24と34の断熱本体22と32の側面に
は各凹条に対応してそれぞれ切欠きが設けられており、
凹条に各金属水素化物容器をその熱交換部30a、30
b、30cと40a、40b、40cとがそれぞれ熱交
換器24と34の中に突出するように挿入され、シール
部材25a、25b、25cと35a、35b。
35cとでそれぞれシールされる。
もちろん熱交換器24と34には更にシール材を介して
側蓋が装着される(図示せず)。
また金属水素化物容器21a、21b、21cと31a
、31b、31cとはそれぞれ結合部27a、27b
、27cと37a、37b、37cとで水素分配器28
と38に連結され更にこれら蓄熱部Aと水素貯蔵部下は
開閉弁26dを有する導管で連結される。
また29a、29bと39a、39bとはそれぞれ熱交
換器24と34の熱媒出入口でるる。
次にこの蓄熱装置の作動方法を説明する。
例えば太陽熱を集熱した熱媒が29bの熱媒人口から熱
交換器24に導かれ、その熱によって金属水素化物容器
の熱交換器内への突出した熱交換部30a、30b、3
0cを加熱することによって金属水素化物容器21a、
21b、21c内の金属水素化物を加熱して脱水素化さ
せる。
発生した水素ガスを開閉弁26a、26b、26c。
26d、36a、36b、36cを開いて水素貯蔵部ヱ
の金属水素化物容器31a、31b、31cに導き、内
部に充填された金属と反応させて金属水素化物とし水素
を貯蔵する。
次いで蓄熱した熱を利用したいときは、廃熱を集熱した
低温の熱媒を熱媒入口39bから熱交換器34に導入し
、その熱によって金属水素化物容器の熱交換部40a。
40b、40cを加熱することによって金属水素化物容
器31a、31b、31c内の金属水素化物を加熱して
脱水素化させ、発生した水素を開放した開閉弁37a、
37b、37c 、26a。
26b、26c、26dを通じて蓄熱部Aの金属水素化
物容器21a、21b、21cに導き、内部の金属と反
応させ発生した熱を金属水素化物容器の熱交換部30a
、30b、30cを通じて熱媒に伝達し、この熱媒によ
って冷暖房や給湯用などの用途に利用される。
そしてこの蓄熱装置は、その蓄熱部と水素貯蔵部とにお
いて次のような利点を有する。
す々わち前記のよ5々ヒートパイプを用いているので顕
熱としての損失が少ない。
また金属水素化物容器の数を増減することによって蓄熱
装置自体の容量を簡単に変えることができる。
また複数飼の金属水素化物容器を用いているので1台の
蓄熱装置で、該容器の数に対応する段階の容量で稼動さ
せることができる。
更に各金属水素化物容器はそれぞれ他の容器とは独立し
て取換えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図並びに第3図と第4図はそれぞれ、この
発明の金属水素化物蓄熱装置に用いられる金属水素化物
容器の2実施例の縦断面図と横断面図、第5図はこの発
明の金属水素化物蓄熱装置の一実施例の内部構造を説明
する部分断面を含む斜視図である。 A・・・・・・蓄熱部、月・・・・・・水素貯蔵部、1
及び11・・・・・・ドーナツ形ヒートパイプの外管、
2及び12・・・・・・ドーナツ形ヒートパイプの内管
、3及び13・・・・・・ドーナツ形ヒートパイプのウ
ィック、4a。 4b及び14a、14b・・・・・・閉鎖板、5及び1
5・・・・・・ドーナツ形ヒートパイプの中央中空部、
6及び16・・・・・・金属水素化物、?、17.26
a。 26b、26c 、26d、36a、36b及び36c
・・・・・・開閉弁、8及び18・・・・・・水素出入
導管、9・・・・・・管状区画体、19・・・・・・板
状区画体、20・・・・・・水素出入導管の開口、21
a、21 b、21c。 31a、31b、31c・・・・・・金属水素化物容器
、22及び32・−・・−断熱本体、23a、23b。 23c、33a、33b、33cm凹条、24及び34
−・・・熱交換器、25a、25b、25c。 35a、35b及び35c・・・・・・シール部材、2
7a、27b、27c、37a、37b及び37c・・
・・・・結合部、28及び38・・・・・・水素ガス分
配器、29a、29b及び39 a 、 39 b=熱
媒出入口並びに30a、30b、30c 、40a。 40b及び40c・・・・・・金属水素化物容器の熱交
換部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ドーナツ形ヒートパイプの中央中空部に金属水素化
    物を充填し、その中央中空部の両端中央開口を閉鎖部材
    で閉鎖し、その閉鎖部材には開閉弁を有する水素出入導
    管を、水素は通過し5るが金属水素化物を通過しえない
    区画体を介して、ヒートパイプ中央中空部に通じるよう
    設置してなる複数個の金属水素化物容器と、直方体状で
    そのひとつの側面にこれらの金属水素化物容器をそれぞ
    れ挿入支持できる横凹条を並設して々る断熱本体と、こ
    れらの横凹条の開口に対する断熱蓋体と、断熱本体及び
    断熱蓋体に付設され、各金属水素化物容器の熱交換部を
    内部の熱媒と接触させた熱交換器と、各金属水素化物容
    器の水素出入部に連結された水素ガス分配器とから構成
    され、且つ充填される金属水素化物が水素化反応熱が犬
    で80〜100℃近傍での脱水素化及び常温近傍での水
    素化を行いうるものである蓄熱部と、この蓄熱部と同様
    に構成され、且つ充填される金属水素化物が常温近傍で
    水素化及び脱水素化しつるものである水素貯蔵部とを、
    開閉弁を有する導管で結合して々る金属水素化物蓄熱装
    置。
JP56153817A 1981-09-30 1981-09-30 金属水素化物蓄熱装置 Expired JPS5925957B2 (ja)

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JPS5855690A JPS5855690A (ja) 1983-04-02
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