JPS5943720B2 - 蓄熱および蓄熱取出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄熱方法および蓄熱取出方法に関する。

従来の蓄熱方法は蓄熱材に吸熱させ熱のままで蓄熱して
いたので、その周囲の環境への熱の放散を防ぐためには
相当大がかりな断熱措置を必要としたが、完全な断熱構
造および断熱材はないため長期にわたる蓄熱は不可能で
あるとともに蓄熱材を用いて大容量の熱量を蓄熱するた
めには蓄熱材の容積当りの蓄熱量が小さいので非常に多
量の蓄熱材とそれを充填するための大容積の容器が必要
であった。

本発明は上記不具合をなくし長期の蓄熱および大容量の
熱量の蓄熱に好適な蓄熱方法及びかくして蓄熱された熱
の取出方法を提供するものである。

本発明は気体を吸着して発熱する反応と、加熱され吸着
している気体を分離する反応とを可逆的に行いうる物性
を持つ第１及び第２の物質を用いたもので、そのような
第Ｊ及び第２の物質として金属水素化物が知られている
。

上記可逆反応が可能な条件は各物質個有のものであり一
定範囲内の温度（以下、反応温度帯とする）と一定範囲
内の圧力（以下、反応圧力帯とする）においてのみ可能
であり、例えば、金属水素化物の水素化及び水素分解の
反応は、温度と水素圧にのみ依存し、第１図のようなＰ
ＣＴ線図（平衡圧と水素化物成分比と温度との関係を示
したもの）に示す特性をもつものが多い（第１図中、温
度Ｔの関係はＴ ３＞Ｔ２〉Ｔ１である）。

第２図は、多数の金属水素化物についてその平衡圧と温
度との関係をプロットした平衡分解圧曲線で、第２図中
左上りの線が各金属水素化物の平衡分解圧曲線を示して
いる。

たとえば水素化マグネシウムＭｇＨ２の平衡分解圧は２
９０℃でｌａｔｍ１３８０℃で１０ ａｔｍになる。

温度と圧力条件をこの線より上側に設定するとＭｇ 十
Ｈ２＝ＭｇＨ２＋１７．８ （ｋｃａｌ ）で示す反応
式の圧応がおこり水素化の方向へ進行して発熱する３、
逆に、この線より下側の温度圧力条件を与えると、上記
の反応式は逆になり水素を分離する方向に進行し吸熱す
る。

本発明方法における高温度域で反応する第１の物質とは
熱源の温度をその反応温度帯に含みかつ、有効利用が容
易な高温をその反応温度帯に含むものである。

また、低温度域で１刀−己する第２の物質とは、環境に
大量：に存在している常温に近い比較的低温度な熱（例
えば、大気、海水、井戸水等のもつ熱あるいは太陽熱、
排熱等）の温度をその反応温度帯に含んでいるものであ
る。

本発明方法を第３図および第４図により説明する。

第３図は蓄熱時を説明するもので、第３図において、２
は気体を吸着した状態にある第１の物質でこれを熱源１
により加熱する。

すると、第１の物質２に吸着されている気体が分離する
のでこれをライン４、流量調節弁９を通して気体を分離
した状態にある第２の物質３に供給してこれと反応せし
め気体を第２の物質３に吸着させる。

この反応時、発生する反応熱は外部へ放熱６すればよい
。

以−にの反応が終了した時、流量調節弁９を閉じる。

かくして、熱源１かもの熱は第１の物質２を介して気体
に置換され、この気体は第２の物質３に吸着されて貯蔵
されて）。

また、蓄熱された熱を取出す、場合には、第４図に示す
ようにまず、流量調節弁９を開いた後、外部熱７により
、気体を吸着した状態にある第２の物質３を加熱し気体
な分離させる。

次に、この分離された気体をライン４、流量調節弁９を
経て、気体を分離した状態にある第１の物質２に供給し
て、これと反応せしめ、気体を第１の物質２に吸着させ
る。

この反応時に発生する反応熱を取出して需要先８へ供給
すればよい。

しかし第１の物質２が反応温度帯以下に冷却されている
と気体と第１の物質２との間の反応が行なわれないので
加熱丁・段５により第１の物質２の一部を加熱し反応温
度計まで昇温させると反応熱を発生し周囲の第１の物質
２を昇温せしめて連鎖的な反応を生み出すこととなる。

本発明の一実施例を第５図により説明する。

第５図において１６は熱源、１７は需要側、１８は高温
度帯域で反応する物質（例えば水素化マグネシウム・ニ
ッケル合金）、１９はかかる物質の容器、２０は低温度
帯域で反応する物質（例えば水素化チタン鉄合金）、２
１はかかる物質の容器、２２は局部加熱装置、２３は気
体（水素ガス）の導通管、２４は気体の流量を制御する
ノくルブ、２５は高温熱媒流路、２６は低部熱媒流路、
２γは熱源１６から高温熱媒への熱交換パイプ、２８は
高温熱媒と物質１８との間の熱交換パイプ、２９は高温
熱媒から需要側１１への熱交換パイプ、３０は低温熱媒
と物質２００間の熱交換パイプ、３１は低温熱媒と外部
環境３７との間の熱交換パイプ、３８，３９，４０，４
１は高温熱媒の流路及び流量を切換えるためのバルブ、
３３は低温熱媒の流量調節用のバルブ、３４は高温熱媒
を循環させるためのポンプ、３５は高温熱媒を循環させ
るためのポンプ、３６は低温熱媒循環用のポンプである
。

熱を蓄熱するときは、物質１８を気体吸着状態と（−１
物質２０を気体分離状態としておきバルブ３９．４１を
閉じ、バルブ３８，４０，２４゜３３を開き、ポンプ３
４，３６を運転する。

すると、高温熱媒は熱交換パイプ２１、ポンプ３４、バ
ルブ４０、熱交換パイプ２８、バルブ３８をこの順に通
って循環し、熱源１６の熱を高温熱媒を通じて物質１８
を加熱する。

物質１８は気体吸着状態にあるので熱を受けると気体を
分離放出し気体は容器１９内にその分解平衡圧に達する
まで充満する。

充満した気体は導通管２３、バルブ２４を通って容器２
１に供給される。

かくして、容器２１内の気体圧力が昇圧されてい（ので
、気体分離状態にある物質２０は気体を吸着し発熱する
。

この熱は環境との温度差の少ない熱であり、熱交換パイ
プ３０、流路バルブ３３、熱交換パイプ３１、ポンプ３
６をこの順に循環する低温熱媒により、物質２０かも熱
を奪って外部環境３Ｔに与えることにより、外部に放出
させる。

この過程により気体は物質１８から取り出されて物質２
０に吸着される。

かくして、熱源１６の熱は気体に置換され物質２０に貯
蔵される。

反応完了後は全バルブ２４，３３，３８，３９，４０，
４１を閉じポンプ３４．３５．３６を停止させることに
よって蓄熱が完了する。

次に、上記方法により蓄熱された熱を需要側１１に供給
するときは、バルブ３８，４０を閉じ、バルブ３９，４
１，２４，３３を開き、ポンプ３５．３６を運転する。

そして容器２１内の物質２０に外部環境３７から低温熱
媒を通じて比較的低温の熱を供給して、気体吸着状態に
ある物質２０より気体を分離放出せしめる。

この気体は導通管２３を通じて容器１９内に送り込む。

容器２１内の気体圧力が物質２０のモ衡分解以下であり
、容器１９内の気体圧力が物質１８のＡ１分解圧以上な
らば次々と気体から容器２１より容器１９へと送り込ま
わ、容器１９内気体と物質１８が反応し高温度の反応熱
を発生する。

物質１８の反応温度帯と容器１９内の温度との関係で反
応が進まないこともあり得るので、このときは反応開始
前に容器１９内の局部加熱装置２２を用いて物質１８を
局部的に加熱し反応を起こせばこの反応熱は周囲に伝播
され連鎖的に反応を展開せしめる。

この時の反応に伴なう反応熱を高温熱媒を通じて取り出
し需要側１７へ反応が完了するまで供給すればよい。

なお、反応完了後の状態は、物質１８は気体吸着状態で
あり、物質２０は気体分離放出状態となっている。

以上、述べてきたように本発明方法は、同一の気体を吸
着して発熱する反応と、加熱されると吸着している気体
を分離する反応とを可逆的に行いうる物性を持つ第１及
び第２の物質を用い、高温度域で反応し、気体を吸着し
た状態にある第１の物質に熱源より熱を与えて該第１の
物質に吸着されている気体を分離させ、次いでこの気体
を低温度域で反応し、気体を分離放出せしめた状態にあ
る第２の物質に吸着させて該気体の貯蔵を行なう蓄熱方
法であり、以下に示す効果がある。

け）従来のように熱のままの貯蔵でなく、大部分を化学
エネルギーに置換して貯蔵するため蓄熱時の損失熱量が
少な（長期蓄熱が可能である。

そのため熱源と需要側の時間的変動に対して釣合のとれ
た蓄熱装置を形成できる。

なお、受熱量に対する蓄熱量の時間的減少度合は概略的
に第６図のように示される。

（２）熱を化学エネルギーに置換して貯蔵する蓄熱方法
は、その蓄熱効率（容積力たり蓄熱量）が、熱エネルギ
ーのままの効率よりも大きいとともに特定の気体および
これと反応する第１及び第２の物質（固体または液体）
を用いて貯蔵するので、気体のまま高圧で保管する方法
に比べてコンパクトな装置とすることができる。

（３）気体貯蔵用の第２の物質はその反応温度帯が比較
的低温度域にある物質の内より選択され環境との温度差
の少ないありふれた大量の物質のもつ熱（例えば大気、
水、海水、井戸水のもつ低温度差熱や太陽熱、各種排熱
等）により反応が可能とされるので運転経費が低く押え
られる。

また、本発明は気体を吸着して発熱する反応と加熱され
ると吸着している気体を分離する反応とを可逆的に行い
うる物性を持つ第１及び第２の物質を用い、低温度域で
反応し、気体を吸着した状態にある第２の物質に外部環
境に大量にある低温の熱を与えて該第２の物質に吸着さ
れている気体を分離させ、次いでこの気体を高温度域で
反応し吸着気体を分離放出せしめた状態にある第１の物
質に供給し、必要あればこの第１の物質を局部的に加熱
して第１の物質にこの気体を吸着させて発生する熱を取
り出すようにしたので、第１の物質を常に反応温度帯温
度に維持するために、第１の物質を蓄熱期間中高温保温
することおよび熱取出し時において、容器も含めて全体
的に加熱する必要がない、よって、そのための熱エネル
ギーも僅かでよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属水素化物のＰＣＴ線図、第２図は金属水素
化物群の平衡分解圧曲線を示す図、第３図および第４図
は本発明方法の原理を説明するための説明図、第５図は
本発明の一実施例を示す系統図、第６図は本発明の方法
におげろ受熱量に対する蓄熱量の時間的減少度合を示す
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同一の気体を吸着して発熱する反応と、加熱される
   と吸着している気体を分離する反応とを可逆的に行いう
   る物性を持つ第１及び第２の物質を用い、高温度域で反
   応し、気体を吸着した状態にある第１の物質に熱源より
   熱を与えて該第１の物質に吸着されている気体を分離さ
   せ、次いでこの気体を低温度域で反応し、気体を分離放
   出せしめた状態にある第２の物質に吸着させて該気体の
   貯蔵を行なうことを特徴とする蓄熱方法。 ２ 気体を吸着して発熱する反応と、加熱されると吸着
   している気体を分離する反応とをｈＪ逆的に行いうる物
   性を持つ第１及び第２の物質を用い、低温度域で反応し
   、気体を吸着した状態にある第２の物質に外部環境に大
   量にある低温の熱を与えて該第２の物質に吸着されてい
   る気体を分離させ、次いでこの気体を高温度域で反応し
   吸着気体を分離放出せしめた状態にある第１の物質に供
   給し、必要あればこの第１の物質を局部的に加熱して第
   １の物質にこの気体を吸着させて発生する熱を取り出す
   ことを特徴とする蓄熱取出方法。