JPS60171370A - 熱移送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、金属水素化物を用いた熱移送装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

従来からある種の金属あるいは合金は、水素と反応し、
熱を発生しながら水素化物になり、逆にこの水素化物を
加熱することにより水素を分離する性質が知られている
。このような金属水素化物を２種類使用して熱を移送す
る装置がある。その−例を第１図及び第２図により略述
する。

第１図は、水素平衡圧と温度との関係を縦軸に水素平衡
圧の対数、横軸に絶対温度の逆数をとって示したもので
ある。同一温度における水素平衡圧の高い方の金属水素
化物をＭＡ、低い方をＭＢで示す。第２図において１は
水素平衡圧の高い方の金属水素化物、２は低い方の金属
水素化物、１ａ、２αはそれぞれの金属水素化物を収納
した容器、１４３−．２４は金属水素化物が水素と結合
あるいけ、分解するときの反応熱を容器１α、２αの外
部の熱媒体と熱交換するための熱交換器、６は容器１ａ
と容器２αとの間で水素の移動ができるようにするため
の水素導通路、４は水素平衡圧の低い方の金属水素化物
２を加熱するための加熱装置である。

轟　この従来例の動作を、すず金属水素化物２から水素
を分解させる時点から述べる。例えば電気ヒータのよう
な加熱装置４で金属水素化物２を加熱する。すると金属
水素化物２の温度は上昇し、それにともない水素平衡圧
力も高くなる。

そして金属水素化物１の温１１’ｌ’ＭＡにおける水素
平衡圧力より高くなると、金属水素化物２は加熱装置４
から熱Ｑ旧を吸収しながら水素を分離する。分離された
水素は、第２図（１）のように水素導通路３を流れ、容
器１ａに流入し、金属水素化物１と反応熱を発生しなが
ら反応する。このとき発生する熱ＱＭＡを中温熱媒体で
利用場所に輸送し利用する。この過程の終了時点では、
金属水素化物２の水素濃度は低くなり、金属水素化物１
の水素濃度は高くなる。

次に、金属水素化物１の熱交換器１にの周囲に低温熱媒
体、金属水素化物２の熱交換器２４の周囲に中温熱媒体
を流す。そして温度ＴＬＡにおける金属水素化物１の水
素平衡圧力が温度ＴＭＢにおける金属水素化物２の水素
平衡圧力より高い状態になる。すると金属水素化物１は
、低温熱媒体から熱Ｑｒ、人を吸収しながら、第２図（
２）のように水素を発生し、その水素が金属水素化物２
と反応熱ＱＭＢを発生しながら反応する。この過程が終
了すると金属水素化物１の水素濃度は低くなり、金属水
素化物２の水゛′素濃度は高くなる。

そして再び先に述べたように加熱装置４で金属水素化物
２を加熱するサイクルを繰返す。

このようにすることにより、金属水素化物１゜２自体、
あるいは容器１ａ、２α、熱交換器１４．２４などの熱
容量その他による各種損失を無視すれば、’ｒｌｌＢの
温度レベル（例えば１００℃程度）の熱ＱＨＢにより、
低温ＴＬＡの質の悪い熱源（例えば１０℃程度の外気）
から熱ＱＬＡを汲み上げ、有効に利用可能な温度レベル
ＴＭＡ　、ＴＭＢ　（例えば、暖房用に４０〜５０℃程
度）で、高温で加熱した熱Ｑｎｎの約２倍程度の熱（Ｑ
ＭＡ　−１−ＱＭｎ　）を得ることができるＯ しかし、従来のこのような装置には、まだ次のような不
十分な点がある。

（１）高温で加熱した熱ＱＭｎに対し、中温で利用でき
る熱ＱＭＡ　＋　ＱＭｎは、各種損失を無視した理想的
な場合でも２倍程度であり、これは蒸気圧縮式のヒート
ポンプの熱出力と圧縮仕事に比較して少なく、効率が悪
い。

（２）安価あるいは無料の低温熱源からの熱を連続的に
利用できない。強いて連続的にしようとすると第２図の
ような装置が２対必要となり、加熱装置が２セツト必要
となるためコスト高となる。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の欠点をなくシ、高効率で低コストな熱
移送装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、基本的には次のような構成とする。

（１）４種類以上の偶数種類の金属水素化物を用いる。

（２）　これをそれぞれの容器に収納する。

（３）　水素平衡圧の最も高い金属水素化物が収納され
ている容器から最も低い金属水素化物が収納されている
容器まで、水素平衡圧の゛高い順に順々に水素導通路で
傍続する。

（４）水素平衡圧の最も低い金属水素化物が収納されて
いる容器と最も高いものが収納されている容器とを同様
に水素導通路で接続する。

（５）　これらの水素導通路に水素の流れを流通あるい
は遮断するための水素制御弁を設ける。

（６）　これらの容器には、金属水素化物が水素と結合
あるいは解離するときの反応熱を熱媒体と熱交換するだ
めの熱交換器を設ける。

（７）水素平衡圧の最も低い金属水素化物を加熱するた
めの高温加熱装置を設ける。

以上のような構成にし、水素制御弁を１個おきに開、残
りを閉にすることにより、水素平衡圧の順に隣接する２
個ずつの容器が連通状態になり、水素の結合あるいは解
離の反応が進む。

そして、反応が終了した時点で、それまで開いていた水
素制御弁を閉に、閉じていた弁を開にする。すると容器
は１個ずれて隣接する２個ずつの容器が連通状態になり
、水素は再び反応する。その結果、水素は順次、水素平
衡圧の低い金属水素化物の収納されている容器の方へ移
行してくる。そして最も低い金属水素化物に結合された
水素は、高温加熱装置により加熱され、高圧になり再び
水素平衡圧の最も高い金属水素化合物へ移行する。

（発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を地下水を利用して床暖房を行
う場合について第３図〜第１０図により説明する。

第６図は、本実施例の水素平衡圧一温度線図である。水
素平衡圧の最も高いものから低いものへ順にＭＡ、　Ｍ
Ｂ、　Ｍｄ、　Ｍｌ）とすると、例えば、それぞれＭｍ
Ｎ＝ｓ　（Ｍ７ｒＬ：ミツシュメタ／Ｌ／　）　、ｊＩ
’４Ｔ＝　。

ＴＱｏ、ｓ　Ｚｆｏ、４　Ｍ？Ｌ＋、９　、　ＬａＣｏ
５などの組合せがある。

これらの水素平衡圧は、水素が結合する際と解離する際
とでヒステリシスがあり多少異なるが、煩雑ｉこなるた
め統一してそれぞれ一本の線で示した。

ＴＭＡ　、　ＴＭＢ　、　’ｌ’Ｍｃ　、　ＴＭＤ　は
、水素が結合するときのそれぞれの金属水素化物の温度
であシ、同一温度でもよいし、多少異なっていても差支
えない。’Ｉ”ＬＡ　、　ＴＬＢ　、　ＴＬＣは、低温
熱媒体により加熱され、それぞれの金属水素化物が水素
を解離するときの温度であり、これらも同一であっても
、多少異なっていても差支えない。ＴＨＤは水素平衡圧
力の最も低い金属水素化物が高温加熱装置（第４図）に
よって加熱され、水素を解離するときの温度である。

第４図〜第７図において、５は水素平衡圧の最も高い金
属水素化合物、６は次に高い金属水素化合物、７は６０
次に高い金属水素化合物、８は最も低い金属水素化合物
、５（Ｚ、６α、７α、　ｆ３ａはそれぞれ金属水素化
物５　、６’、　７　、８を収納した容器、５Ｊ、　６
に、　７４．８４はそれぞれの金属水素化物と容器５（
Ｌ、６α、７α、８αの外部の熱媒体と熱交換させるた
めの熱交換器、９は金属水素化物５゜７と熱媒体と熱交
換させるための熱交換装置、１０は金属水素化物６，８
と熱媒体と熱交換させるための熱交換装置、１１．１２
は熱交換装置９，１０に低温熱媒体及び中温熱媒体を熱
媒切換弁、１３は中温熱媒体を熱交換装置９，１０４こ
送るための中温熱媒ポンプ、１４は低温熱媒体を熱交換
装置９゜１０に送るための低温熱媒ポンプ、１５は加熱
された中温熱媒体の熱を利用するための未熟交換器、１
６は低温熱媒体である地下水を得るための井戸、１７は
用済の地下水を廃棄するための放水路、１８は水素平衡
圧の最も低い金属水素化合物８を加熱するための例えば
電気ヒータのような高温加熱装置、１９　、２０　、２
１　、２２はそれぞれ容器８と５゜５と６，６と７，７
と８との間で水素の移動ができるようにするための水素
導通路、２３，２４゜２５　、２６はそれぞれ水素導通
路１９　、２０　、２１　、２２に設けた水素制御弁を
示す。煩雑になるため第４図においては水素導通路２０
　、２２及び水素制御弁２４゜２６、第６図においては
水素導通路１９　、２１及び水素制御弁２３　、２５を
省略した。なおこれらの水素導通路の接続関係を第５図
及び第７図に示す。

次にこの装置の動作について述べる。まず金属水素化物
８，６からそれぞれ５，７へ水素を移行させる過程から
説明する。

熱媒切換弁１１　、１２を第４図゛のように切換え、井
戸１６から低温熱媒ポンプ１４により汲上げられた低温
熱媒体が熱交換装置１０を通り、放水路１７に廃棄され
るようにする。そして水素制御弁２４　、２６を閉じ、
２ろ、２５を開き、加熱装置１８にて金属水素化物８を
加熱するとともに低温熱媒体にて熱交換器６ｂを通して
金属水素化物６を加熱する。すると金属水素８，６はそ
れぞれ温度ＴＨＤ。

’１”ＬＢで水素を分解する。発生した水素ガスは、水
素導通路１９　、２１を通り、金属水素化物５，７に結
合し、反応熱を発生する。そして発生した反応熱は、熱
交換器５４　、７４を介して、中温熱媒ポンプ１３によ
って循環されている中温熱媒体を加熱し、未熟交換器１
５にて放熱され有効に使用される。この過程をしばらく
続けると金属水素化物８，６の水素濃度が低下し、水素
発生能力がなくなり、逆に金属水素化物５，７の水素濃
度は高くなり、水素と反応する能力が低下する。

この段階に達したら熱媒９ノ換弁１１，１２を第４図の
逆に切換え第６図のようにするとともに、水素制御弁も
第７図のように、今まで開いていた２３及び２５を閉じ
、２４及び２６を開く。すると、熱交換器５４．．７４
を介して低温熱媒体によって加熱された金属水素化物５
，７は、それぞれ温度ＴＩ、Ａ　、　ＴＬＣで水素を分
解する。発生した水素は、水素導通路２０　、＋　２２
を通り、金属水素化物６゜８に結合し、反応熱を発生ず
る。そして発生した反応熱は、中温熱媒体を加熱し、比
熱交換器１５にて放熱し、有効に使用される。

以上の本発明の実施例によれば、第３図から明らかなよ
うに、各種の損失を無視した場合には、高温加熱装置１
８にて加熱したおよそ４倍程度の熱量が取得でき、効率
を従来のおよそ２倍と大幅に改善することができる。ま
た低温熱媒体もはｙ連続的に利用できるため熱出力に対
する運転経費も低減できる。そして同一加熱能力の高温
加熱装置で従来の約２倍の熱出力が得られるため、装置
のコストも低減することができる。

まだ、４種類以上の偶数種類の金属水素化物を使用する
ことにより、水素平衡圧の順に一つおきに同じ熱交換装
置にまとめることができるため、金属水素化物の種類が
増加しても、全体の装置としては、２つの熱交換装ｆＦ
ｆ：９．１０で済むため熱媒体の制御面でも、コスト面
でも有利となる。

第４図及び第６図で示した熱移送装置において高温加熱
装置１８の効率を高めるため、第８図及び第９図に示す
ように高温加熱装置１日を設けた水素平衡圧の一番低い
金属水素化物８の熱交換器師を隔壁２７及び弁２８を設
けることにより、高温加熱装置１８で加熱しているとき
、熱交換器８４が低温熱媒体と熱交換するのを出来る限
シ防止するよう改善することができる。弁２８は第８図
のように低温熱媒体が流れているときには閉じ、第９図
のように中温熱媒体が流れているときには開くような簡
単な構造の逆止弁を用いることもできる。

また、一般に金属水素化物の熱伝率が低いため熱媒体と
の熱交換性能が低下しやすい。この点を改善するため熱
交換器としてヒートパイプを使用することが考えられる
。このヒートパイプを使用した第８図に相当する実施例
を第１０図に示す。同図において５ａ、６ｃ、７ｒ、、
（３ｃｒは、一方の熱交換部を金属水素化物の中ζこ、
他方の熱交換部を熱媒体の流れる熱交換装置の中に設け
たヒートパイプを利用した熱交換器である。こげように
することにより熱交換装置９，１００中の熱交換器５ｃ
　、　６ｃ　、　７ｃ　、　Ｆ２Ｏの配置の自由度も大
きくなり、熱媒体の流通抵抗を少なくすることができる
。

以上の第６図〜第１０図の実施例では、床暖房のための
熱移送装置について述べてきたが、これらの実施例の動
作温度レベルを下げ、第１１図のように低温熱媒体を冷
蔵庫の冷却器２９に循環させ、中温熱媒体の熱を熱交換
器３０によって空気中に放熱することにより、低温を効
率よく発生させる熱移送装置として利用することもでき
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば・、熱移送装置の中で水素平衡圧の一番
低い金属水素化物を高温加熱装置で１ザイクル中に１回
加熱することにより、低温熱媒体から３回以上吸熱し、
中温熱媒に４回以上放熱できるため、極めて効率よく熱
移送を行うことができる。

また、１台の高温加熱装置で、連続的に低温熱媒体から
連続して吸熱できるため装置の低コスト化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の装置の金属水素化物の水素平衡圧一温度
線図、第２図（α）　、　（／；）は従来の装置の模式
図、第６図は本発明の装置の一実施例の動作を示す水素
平衡圧一温度線図、第４図〜第１１図は本発明の装置の
実施例を示す模式図である。 ５，６，７．８・・金属水素化物 ５ａ、６α、７鮨８α・容器 ５寿、６４．７薯、８名・・熱交換器 １９　、２０　、２１　、２２・・・水素導通路２３　
、２４　、２５．２６・・・水素制御弁量１Ｆ？〕　第
２ｍ （α） 第、−す虐　男６ｎ 第７０口 第１１印

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　金属水素化物を用いた熱移送装置において、少な
   くとも、４種類以上の偶数種類の金属水素化物、これら
   の金属水素化物を収納する容器、水素平衡圧の最も高い
   金属水素化物が収納されている容器から水素平衡圧の最
   も低い金属水素化物が収納されている容器まで水素平衡
   圧の高い順にそれぞれ２個の容器を順々に接続する水素
   導通路、水素平衡圧の最も低い金属水素化物が収納され
   ている容器と水素平衡圧が最も高い金属水素化物が収納
   されている容器とを接続する水素導通路、これらの水素
   導通路に設け、た水素制御弁、金属水素化物と容器の外
   部の低温熱媒体あるいは中温熱媒体と熱交換させるため
   の熱交換器、及び水素平衡圧の最も低い金属水素化物を
   加熱する高温加熱装置よシなる熱移送装置。