JPS62190392A - 金属水素化物を利用した熱輸送装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は金属水素化物を利用した熱輸送システムに関す
る。

（ロ）従来の技術 従来、太陽熱集熱器や地熱等のローカルエネルギーの熱
輸送方法は、水、油等の熱媒を循環させる方法であった
ため熱輸送効率が良くなかった。

このような点に鑑み出願人は先に金冠水素化物を利用し
て熱発生側から熱利用側に効率良く熱輸送するシステム
を提案した（特願昭６０−２０６２９２号参照）。

これは熱発生側と熱利用側にそれぞれ２つの金属水素化
物容器を設置し、それぞれを２本の水素配管で連結し、
熱発生側で生じる熱を一方の金属水素化物容器に与えて
水素を発生させ、これを一方の水素配管を介して熱利用
側に送り、一方の金属水素化物容器を介して熱を取り出
し利用すると同時に、廃熱を利用して熱利用側の他方の
金属水素化物容器から他方の水素配管を介して熱発生側
の他方の冷却した金属水素化物容器に水素を戻す操作を
交互に切り換えて連続して行なうようにしたものである
。

この熱輸送システムによれば、輸送中の熱損失を少なく
して熱輸送を効率良く行なうことができるようになるも
のの、熱発生側で生じる熱量あるいは熱利用側で使用す
る熱量が大きく変動して熱発生側金属水素化物容器内の
水素圧力が減少した場合に、熱利用側での熱使用量に見
合う水素ガスを熱発生側から供給することが困難になる
問題点があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は出願人が先に提案した熱輸送システムを更に改
善して熱利用側に常にその熱使用量に見合う水素を供給
し得る安定で熱利用効果の高い熱輸送システムを堤供す
ることを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 このため本発明は、熱発生側と熱利用側にそれぞれ２つ
の金属水素化物容器を設置し、それぞれを開閉弁を介し
て２本の水素配管で連結する一方、冷水を供給する熱交
換器と共に金属水素化物を収納した２つの蓄熱用金属水
素化物容器を前記２木の水素配管にそれぞれ接続すると
共に、前記蓄熱用金属水素化物容器には、金属水素化物
の水素平衡圧力が冷却水温度レベルで熱利用過程におけ
る熱発生側金属水素化物容器内の平均的温度レベルの熱
媒供船時の水素平衡圧力と同程度になるものを選択収納
するようにしたことを特徴としている。

（ホ）作用 このように、熱発生側金属水素化物容器と熱利用側金属
水素化物容器と、蓄熱用金属水素化物容器とをそれぞれ
開閉弁を介して水素配管で接続し、熱利用過程における
熱発生側の熱供給量あるいは熱利用側の熱使用量が大き
く変動したときの余剰熱量を水素に変換して蓄熱用金属
水素化物容器に貯える一方、不足熱量に見合う水素をそ
の蓄熱用金属水素化物から取り出し熱利用側に供給する
ことにより、熱利用側に水素を安定供給し、熱負荷を安
定に駆動することができるようになる。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る集輸送システムの概念
構成図を示したものである。図において。

熱発生側には、２つの金属水素化物容器１ａ、ｌｂを備
えた熱輸送ユニット１が８買される一方、熱利用側には
同じく２つの金属水素化物容器２ａ　、　２ｂを備えた
熱再生ユニッ１−２が設置される。

熱発生側の２つの金属水素化物容器１ａ、ｌｂには、そ
れぞれ熱交換器３ａ、３ｂ　；　４ａ、４ｂと共に金属
水素化物５が収納される。熱交換器３ａ　、　３ｂには
、三方切替弁６を介して太陽熱あるいは地熱等の高温熱
源より熱媒７が選択的に供給されるように配管されてい
る。また、熱交換器４ａ　、　４ｂには三方切替弁８を
介して冷却水９が選択的に供給されるように配管されて
いる。

一方、熱利用側の２つの金属水素化物容器２ａ　、　２
ｂには、それぞれ熱交換器１０ａ、１０ｂ　；　ｌｌａ
、ｌｌｂと共に、金属水素化物１２が収納される。熱交
換器１０ａｊＯｂには三方切替弁１３を介して熱負荷よ
り熱媒１４が選択的に供給されるように配管されている
。また、熱交換器１１ａ、ｌｌｂには三方切替弁１５を
介して廃熱源から熱媒１６が選択的に供給されるように
配管されている。

熱発生側の金属水素化物容器１ａ、ｌｂと熱利用側の金
属水素化物容器２ａ　、　２ｂとの間は、それぞれ２本
の水素゛配管１７ａ、１７ｂで接続される。その２本の
水素配管１７ａ、１７ｂには、それぞれ開閉弁１Ｂ、１
９　；　２０，２１が設けられると共に、それぞれ開閉
弁２２．２３を介して蓄熱用金属水素化物容器２４ａ、
２４ｂが水素配管で接続されている。

その蓄熱用金属水素化物容器２４ａ、２４ｂには、それ
ぞれ熱交換器２５ａ　、　２５ｂと共に金属水素化物２
６が収納され、熱交換器２５ａ　、　２５ｂには三方切
替弁２７を介して冷水源から冷水２８が選択的に供給さ
れるように配管されている。

なお、蓄熱用金属水素化物容器２４ａ　、　２４ｂの設
置場所は、図示の熱発生側と熱利用側の中間に限らず、
熱発生側でもよいし、熱利用側でもよい。

以上の構成で、各全屈水素化物容器内には、第２図のｖ
ａｎ’　ｔ、　Ｈｏｆｆプロットで示す平衡特性の金属
水素化物を予め収納しておく。即ち、熱発生側の金属水
素化物容器１ａ、ｌｂには第２図のＱｌで示す平衡特性
の金属水素化物例えばＬａ　−Ｎｄ　−Ｎｉ系の金属水
素化物５を収納する。熱利用側の金属水素化物容器２ａ
　、　２ｂにはＱ２で示す平衡特性の金属水素化物例え
ばＬａ　−Ｎｉ　−ＡΩ系の金属水素化物１２を収納す
る。蓄熱用金属水素化物容器２４ａ　、　２４ｂにはρ
３で示す平衡特性の金属水素化物例えばＬａ　−Ｎｄ　
−Ｎｉ系の金属水素化物２６を収納する。

一方、ソーラコレクタや工場廃熱源等の高温熱源から熱
輸送ユニット１に供給される熱媒７の平均温度レベルを
９０°Ｃ以上とする。また、熱利用側で低質の廃熱源よ
り熱再生ユニット２に供給する熱媒１６の温度レベルを
５０℃程度、冷却水９および冷水２８の温度レベルを２
０℃程度とする。

さて、今、金属水素化物容器１ａ、２ａが熱負荷に熱を
供給する熱利用過程、金属水素化物容器１ｂ。

２ｂが水素を熱発生側に戻す再生過程にあるものとする
と、三方切替弁６の切替操作により、平均として９０°
Ｃ程度の高温熱媒７が熱交換器３ａに、三方切替弁８お
よび２７の切替繰作により、２０℃程度の冷却水９およ
び冷水２８がそれぞれ熱交換器４ａおよび２５ａに、ま
た、三方切替弁１５の切替操作により、５０℃程度の低
質の廃熱源より熱媒１６が熱交換器１１ｂに、更に、三
方切替弁１３の切替操作により熱負荷より戻される熱媒
１４が熱交換器１０ａに供給される。

このとき、金属水素化物容器１ｂ、２ｂ間では開閉弁２
０．２１は開、開閉弁２３は閉に切替操作される。

これにより、第２図の０点よりＤ点に示す如く、金属水
素化物容器２ｂより金属水素化物容器１ｂ［；水素配管
１７ｂを介して水素が移動し、再生過程が行なわれる。

一方、金属水素化物容器１ａ、２ａ間では、熱利用側の
熱負荷の変動あるいは熱発生側の高温熱媒７の温度変動
などによる金属水素化物容器１ａ内の水素圧力の変動に
対しても常に熱負荷が必要とする温度レベルのあるいは
熱量の熱媒を金属水素化物容器２ａ内より取り出せるよ
うに開閉弁１８．１９および２２が切替操作される。

以下、高温熱媒７の温度が変動する場合を例にとり、こ
れを具体的に説明する。

第３図は、熱利用過程における高温熱媒７の温度の典型
的な経時変化を示したものである。高温熱媒７の温度が
９０″Ｃ程度の場合（第３図中（Ｉ））、開閉弁１８．
１９を開、開閉弁２２を閉として、第２図中のＡ点より
Ｂ点に示す如く、金属水素化物容器１ａより金属水素化
物容器２ａに水素配管１７ａを介して水素が移動する。

高温熱媒７の温度が低下して例えば８０°Ｃ以下となっ
た場合（第３図中（■））、金属水素化物容器１ａ内の
水素圧力は第２図中Ｇ点に示す如く、金属水素化物容器
２ａ内の水素圧力（第２図中のＢ点）よりも低くなるた
め、そのときの熱媒７の温度を検知して開閉弁１８が閉
、開閉弁１９．２２が開に切り替わることにより、第２
図中Ｆ点よりＢ点に示す如く、金属水素化物容器２４ａ
より金属水素化物容器２ａに水素が移動する。高温熱媒
温度が上昇して例えば１００℃以上となった場合（第３
図中（■））、そのときの熱媒７の温度を検知して開閉
弁１８，１９および２２のいずれもが開に切り替わるこ
とにより、第２図中Ｅ点よりＢ点およびＥ点よりＦ点に
示す如く、金属水素化物容器１ａより金属水素化物容器
２ａおよび金属水素化物容器２４ａに水素が移動する。

このようにして、熱発生側の高温熱媒７の温度が変動す
る場合でも、温度上昇により金属水素化物容器’ｌａの
水素圧力が通常より上昇した場合は金属水素化物容器２
４ａに圧力上昇分の水素を吸収させる一方、温度低下に
より金属水素化物容器１ａの水素圧力が下降した場合は
その下降分の水素を金属水素化物容器２４ａより放出し
て補うことにより。

常に金属水素化物容器２ａに対して第２図中Ｂ点で示さ
れる熱負荷の必要とする温度レベルに対応する圧力より
高い圧力を保持した水素が供給され。

常に、その水素圧力に対応する安定した温度レベルの熱
媒を熱交換器１０ａより外部の熱負荷に供給することが
可能となる。

なお、金属水素化物容器１ａから金属水素化物容器２ａ
への水素移動が終了した場合は、例えば熱利用側熱媒１
４の温度低下を検出して各三方切替弁６゜８．１３，１
５．２７を切り替え、かつ、各開閉弁１８〜２３を熱媒
７の温度に応じて切り替えることにより、上述同様１！
続して安定した温度レベルの熱媒１４を熱負荷に供給す
ることができる。

ところで、以上は熱媒７の温度を検出して各開閉弁１８
〜２３を切替える例について示したが、各金属水素化物
容器１ａ、ｌｂに圧力センサを取り付は容器内部の圧力
を外部で検知し、この圧力変動に応じて各開閉弁１８〜
２３の切替制御を行なうことにより、金属水素化物容器
２４ａに熱発生側から熱利用側に輸送する水素の余剰分
を貯え、不足分を放出して金属水素化物容器２ａに供給
する水素の圧力を一定に保つことができる。これによっ
て、例えば、熱負荷量が増大して、金属水素化物容器１
ａだけでは十分な水素を金属水素化物容器２ａに移動で
きない場合は金属水素化物容器２４ａからも金属水素化
物容器２ａに水素を移動させて不足分を補うことができ
、金属水素化物容器２ａに対して常に熱負荷量に見合っ
た水素を供給することが可能となる。

なお、上記実施例では、熱発生側金属水素化物容器１ａ
、Ｉｂおよび熱利用側金属水素化物容器２ａ　、　２ｂ
にそれぞれ２つの熱交換器を設けた例について示したが
、各金属水素化物容器に収納する熱交換器は１つのみと
し、各熱交換器に切替弁を介して熱媒あるいは冷却水な
どを切替え供給するようにしてもよい。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば、熱利用側金属水素化物容
器と熱発生側金属水素化物容器との間に開閉弁を介して
設置した水素配管に、更に蓄熱用金属水素化物容器を開
閉弁を介して水素配管を行ない、これら３Ｍｉの金属水
素化物容器の間で、各開閉弁を操作することにより水素
流路を切り替えられるようにしたので、熱利用過程にお
いて熱発生側の温度レベルあるいは供給量が熱利用側の
負荷に対して過剰なときは、熱発生側金属水素化物容器
より、蓄熱用金属水素化物容器へも水素を移動させて過
剰な熱を蓄熱し、逆に熱発生側の温度レベルあるい１よ
供給量が熱利用側の負荷に対して不足なときは、蓄熱用
金属水素化物容器からも熱利用側金属水素化物容器に水
素を移動させて、不足分を補うことができる。このため
、高温熱媒を供給する熱源が熱量あるいは温度レベルの
不安定なソーラコレクタあるいは工場廃熱などであって
も、常に一定レベルの温度および熱量で熱利用側に熱輸
送することができ、更に、変動の大きい給湯などの熱負
荷に対しても対応できるようになり、安定した効率の良
い熱輸送システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱輸送システムの概念
構成図、第２図は第１図の熱輸送システムに用いる金属
水素化物容器の平衡特性図、第３図は熱利用過程におい
て、熱発生側金属水素化物容器内の熱交換器に供給され
る高温熱媒の温度変化の一例を示す時間経過図である。 １・・・熱輸送ユニット、ｌａ、ｌｂ・・・熱発生側金
属水素化物容器、２・・・熱再生ユニット、２ａ　、　
２ｂ・・・熱利用側金属水素化物容器、３ａ、３ｂ、４
ａ、４ｂ、１０ａ。 １０ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂ、２５ａ、２５ｂ−熱交換器、
５，１２．２６　・・・金属水素化物、６，８，１３，
１５．２７・・・三方切替弁、７．１４．１６　・−・
熱媒、９・・・冷却水、１７ａ、１７ｂ　−水素配管、
１８〜２３・・・開閉弁、２４ａ　、　２４ｂ・・・蓄
熱用金属水素化物容器、２８・・・冷水。 ゛＼−ン 第２図 Ａ度（°Ｃ） ］美０／Ｔ　（Ｋ−’） 第３図 助ｌｌｌｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱発生側に設けられ高温熱源から得られる熱媒と冷却水
   とが切り替え可能に供給される熱交換器を金属水素化物
   と共に内部に収納してなる２つの金属水素化物容器と、
   熱利用側に設けられ熱負荷へ供給する熱媒と低質熱源か
   ら得られる熱媒とが切り替え可能に供給される熱交換器
   を金属水素化物と共に内部に収納してなる２つの金属水
   素化物容器と、前記熱発生側と前記熱利用側との間に配
   置されそれぞれ開閉弁を介して前記各金属水素化物容器
   に接続される２本の水素配管と、冷水が供給される熱交
   換器を金属水素化物と共に内部に収納してなりそれぞれ
   開閉弁を介して前記２本の水素配管に接続される２つの
   蓄熱用金属水素化物容器とを備え、前記各開閉弁を前記
   熱発生側の高温熱媒から得られる熱媒の温度レベルある
   いは熱発生側金属水素化物容器内水素圧力に応じて切り
   替えることにより、熱発生側全属水素化物容器から熱利
   用側金属水素化物容器に輸送する水素の余剰分を前記蓄
   熱用金属水素化物容器に貯える一方、不足分を前記蓄熱
   用金属水素化物容器から取り出すことを特徴とする金属
   水素化物を利用した熱輸送システム。