JPS6315051A - 間欠式ヒ−トポンプシステム - 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】 産業上の利用分野 この発明は、間欠式ヒートポンプに用いた金属水素化物
の水素ガス吸蔵・放出に伴なう吸・発熱反応を利用し、
冷暖房・給湯・蓄冷熱等に用いられる間欠式ヒートポン
プシステムに関するものである。

従来の技術 従来の間欠式ヒートポンプシステムは、第３図のように
なっており、間欠式ヒートポンプ１は、駆動用容器２内
の金属水素化物３を熱交換器４によシ加熱し、水素ガス
を放出させパルプ５を介して、冷温出力容器θ内の金属
水素化物７へ吸蔵させる。そうすることにより金属水素
化物７は発熱する。金属水素化物３の加熱による水素ガ
ス放出が終了すると、次に熱交換器４で金属水素化物３
の冷却を行なう。すると冷温出力容器ｅ内の金属水素化
物７へ吸蔵されていた水素ガスが放出され駆動用容器２
内の金属水素化物３へ吸蔵される。

そうすると金属水素化物７は放出反応によシ、冷却され
る。

他方の間欠式ヒートポンプ８は、間欠式ヒートポンプ１
と同様、駆動用容器９内の金属水素化物１０を熱交換器
１１により間欠的に加熱・冷却し、水素ガスをパルプ１
２を介して放出・吸蔵させ冷温出力容器１３内の金属水
素化物１４で冷温出力を得ている。以上のように間欠式
ヒートポンプ１゜８は、間欠的に冷温出力を出しており
、運転サイクルをずらすことにより、はぼ連続的に冷温
出力を得ることができる。冷温出力容器６および１３で
得られた冷及び温熱は、熱交換器１５．１６内を循環ポ
ンプ１７．１８の作用によシ流れる熱媒体で蓄冷槽１９
．蓄熱槽２ｏへ、それぞれ貯えられる。三方弁２１によ
シ熱媒体は切換えられ蓄冷槽１９の熱媒体は、冷熱を出
力している冷温出力容器６または１３へ、蓄熱槽２０の
熱媒体は、温熱を出力している冷温出力容器６または１
３へ流れるようになっている。三方弁２１の切換え時の
タイミングは、間欠式ヒートポンプ１及び８の水素ガス
反応終了後、熱交換器１５．１６内の熱媒体を蓄冷・熱
槽１９　、２０へそれぞれ回収した後で切換える。熱媒
体を回収する方法は、蓄冷・熱槽１９・２９の設置位置
を冷温出力容器６，１３より低りくシ、さらに大気開放
槽とし、熱交換器１５．１６の近くて高い位置の管路途
中へ開放弁２２．２３を設は開放することによシ重力で
、熱媒体を蓄冷・熱槽１９，２０へ回収する。回収する
目的は、冷温出力容器６，１３の熱容量を減じ反応熱を
多く取シ出すことである。

発明が解決しようとする問題点 このように熱媒体を回収するためには、蓄冷槽１９、蓄
熱槽２ｏの設置位置を冷温出力容器６゜１３よシ低くす
る必要があり、さらに蓄冷・熱槽１９　、２０は大気開
放としなければならないというシステム上、大きな制約
があシ、冷温出力容器６．１３内の熱交換器１５．１６
においては、熱媒体が内部に滞留しない構造にしなけれ
ばならず冷温出力容器６，１３の設計上制約をうけると
いう問題がある。さらに熱媒体を回収するだけでは不充
分であシ冷温出力容器６，１３及び金属水素化物７，１
４の顕熱によるロスが出力を低下させるという問題があ
る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するための手段は、本発明は複数組の
ヒートポンプを設け、その構成要素である冷温出力容器
間の管路に熱媒体循環用ポンプを設けたことを特徴とす
る。

作用 この手段による作用は、次のようになる。冷温出力容器
反応終了時に熱交換器内に滞留する熱媒体を循環ポンプ
で冷温出力容器間を循環させることによシ、それぞれの
容器間で顕熱交換が行なえ、熱媒体を蓄冷・熱槽へ回収
する必要がなくなる。

従って従来のように、大気へ開放する弁が不用であり蓄
冷・熱槽においても開放にする必要がなく設置位置によ
る制約がなくなる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図において、２６は間欠式ヒートポンプであシ、駆動
用容器２６と冷温出力容器２７とをパルプ２８を介し管
路２９で接続している。３゜はもう一方の間欠式ヒート
ポンプで、間欠式ヒートポンプ２Ｑと同様、駆動用容器
３１１．冷温出力容器３２．パルプ３３．管路３４で構
成されている。３６は蓄冷槽で内部の熱媒体を循環ポン
プ３６で冷温出力容器２７．３２内の熱交換器３７　、
３８へ三方弁３９．４０を用い交互に循環させ冷熱を蓄
熱するようになっている。４１は蓄熱槽で内部の熱媒体
を循環ポンプ４２で前記同様、熱交換器３７．３８へ三
方弁４３．４４を用い交互に循環させ、蓄熱するように
なっている。４６は循環ポンプであり熱交換器３７．３
８の間で熱媒体を循環させるようになっている。４６〜
４９は金属水素化物である。

次に、この一実施例の動作について説明する。

駆動用容器２６内の金属水素化物４６を熱交換器５ｏで
加熱することによシ内部の金属水素化物４６に吸蔵され
ていた水素ガスを放出させ、パルプ２日を介し、冷温出
力容器２ア内にある金属水素化物４７に吸蔵させる。そ
の時吸蔵反応熱を出す。その熱は、冷温出力容器２７内
にある熱交換器３７内を循環ポンプ４２の作用で三方弁
４３゜管路５１．三方弁３６．管路５２と流れる熱媒体
によシ蓄熱槽６６へ蓄熱される。その時循環ポンプ４５
は停止しているため熱媒体に対する抵抗が大きく逆止弁
５３側を流れる。一方他の間欠式ヒートポンプ４６は、
間欠式ヒートポンプ２５とは半サイクルずれて運転され
ている。従って冷温出力容器３２内の金属水素化物４９
からは、水素ガスが放出され吸熱反応（冷熱）を起こす
。この冷熱は熱交換器３８内を循環ポンプ３６０作用に
よって三方弁３９・管路６４・三方弁４０・管路ε５と
流れる熱媒体により蓄冷槽６０へ蓄冷される。

水素ガスの移動が終了するとパルプ２８．３３を閉じ、
循環ポンプ３６．４２は停止し、熱交換器３７．３８を
流れる熱媒体は停止する。水素ガス反応終了時点では冷
温出力容器２７．金属水素化物４７の温度は高く冷温出
力容器３２．金属水素化物４９の温度は低くくなってい
る。そこで循環ポンプ２６を運転し、熱媒体を管路６２
．三方弁４０、熱交換器３８．管路５４．三方弁３９．
熱交換器３７．三方弁４４．管路５２と循環させ、冷温
出力容器２７．３２間で顕熱交換させる。

次に、間欠式ヒートポンプのパルプ２５．３０を開は駆
動用容器２６の熱交換器５０で金属水素化物４６を冷却
し一方の駆動用容器３１の熱交換器１では、金属水素化
物４８を加熱すると、前述とは逆に水素ガスが移動し、
冷温出力容器２７では、水素ガス放出による冷熱が、冷
温出力容器３２では、水素ガス吸蔵による発熱が起こる
。それらの熱は、三方弁３９．４０．４３．４４で切換
えられそれぞれ蓄冷・熱槽３５．４１へ蓄熱される。

水素ガスの反応が終了すると前述同様循環ポンプ４５に
より冷温出力容器２７．３２間で顕熱交換される。以上
の動作が連続的に行なわれ、蓄冷熱槽３５．４１へ徐々
に蓄熱され、冷暖房・給湯などに利用される。この結果
、従来のように熱交換器３７．３８から熱媒体を蓄冷熱
槽３５．４１へ回収する必要がなく従って蓄冷熱槽３５
．４１も開放にする必要がない。

次に第２図に基づいて説明する。第２図の上部には、間
欠式ヒートポンプ２５の冷温出力容器２７内の金属水素
化物４７の温度ＭＨと、下部にはもウ一方の間欠式ヒー
トポンプ３０の冷温出力容器３２内金属水素化物４９の
温度ＭＨ’とを時間軸を合わせ表示している。縦軸は温
度、横軸は時間を表わしている。

そこで動作について説明する。

２つの冷温出力容器２７．３２内の金属水素化物４７．
４９の温度ＭＨ，ＭＨ’は常温であり、駆動用容器２６
は加熱され、他方の駆動用容器３１は冷却された常態で
それぞれのパルプ２８　、３３が開とされたならば（反
応開始Ａ点）金属水素化物４７では、水素ガスの吸蔵反
応により発熱し温度ＭＨが上昇し、Ｈ点以上の温度を利
用しＢ点で反応停止する。他方の金属水素化物４９では
、水素ガスの放出反応によシ吸熱し温度ＭＨ’が低下し
、Ｌ′点以下の温度を利用し、前記同様Ｂ点で反応停止
する。図からも分かるように、反応停止点Ｂにおいては
、それぞれの金属水素化物４７．４９の温度Ｍｌ　、　
ＭＨ’は、利用可能な温度Ｈ、Ｌ／線上にある。この常
態で次の反応サイクルへ移ると、金属水素化物−７の温
度Ｍｌ（では、Ｈ点からＬ点までの温度降下を水素ガス
放出による反応熱を利用しなければならず、反応熱を有
効に出力として取シ出すことができない。他方の金属水
素化物４９の温度ＭＨ’でも同様にＬ′点からＨ′点ま
での昇温は、水素ガス吸蔵による反応熱を利用しなけれ
ばならず、反応熱を有効に出力として取り出すことがで
きないという問題があシ本発明では、Ｂ点の反応停止時
点で、金属水素化物４了の温度ＭＨＯＨ点と金属水素化
物４９の温度ＭＨ’のＬ′点との間で顕熱交換を行ない
Ｈ点及びＬ′点をほぼ常温附近まで温度降下及び温度上
昇させる。そうすることによって、水素ガス吸・放出に
よる反応熱が金属水素化物４７．４９及びそれに接して
いる冷温出力容器２７．３２、熱交換器３７．３８等の
顕熱に消費されることなく、反応熱の有効利用が可能と
なる。次の反応サイクルでは、顕熱の移動方向が逆とな
る。（矢印）Ｌ−Ｌ’は放出時における利用可能温度を
示し、Ｈ−Ｈ’は吸蔵時における利用可能温度を示す。

以上の説明でわかるように、循環ポンプ４５は、冷温出
力容器２７．３２間で顕熱交換するための熱媒体を循環
させるものであり、これにより従来のように熱媒体を回
収するだけでは実現できなかった冷温出力容器２７．３
２間で顕熱交換ができ反応熱をよυ有効に利用すること
が可能となった。

本実施例では、熱媒体を回収する必要がないため冷温出
力容器２了、３２内の熱交換器３７　、３８を自由に設
計でき、しかも蓄冷熱槽３５．４１の設置位置も自由で
あシ、システムとして幅広く対応ができる。

発明の効果 本発明は、冷温出力容器と蓄冷・熱槽とを切換える管路
に循環ポンプを設けたもので、冷温出力容器内の熱交換
器に滞留している熱媒体を回収しなくても冷温出力容器
間で熱交換することによシ顕熱交換ができる。熱交換器
内の熱媒体滞留量は熱交換器の設計によシ多くも少なく
にもなり得るが、冷温出力容器内へ収容される金属水素
化物量は冷温出力に応じて決まるもので、この顕熱を熱
交換する方が出力に対する効果は大きい。

冷温出力容器内熱交換器を設計する上で制約がなく、蓄
冷熱槽を開放とする必要がないため、冷温出力容器との
位置関係にも制約がなくなるというすぐれた効果がある
。

【図面の簡単な説明】

トポンプシステムの構成図である。 ２５．３０・・・・・間欠式ヒートポンプ、２７゜３２
・・・・・・冷温出力容器、３７．３Ｂ、５０．５６・
・・・・・熱交換器、３６．４２．４５・・・・・・循
環ポンプ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名’；
：５，３３−−−　ｈ”Ｑび（ピートポ）フ″２７．３
２−−一冷量出力暮鳳 あ−−−畜々１ 、：ｔｂ４２４Ｓ−−−’７　：衷ポ）ブ３７埒安す一
烈莫橡−匁 ４Ｉ−−一麿被Ｊ帛 第１図 ２５　　ｒ明文式ごビートポレフ。 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）作動媒体が充てんされた２つの容器を構成要素と
   し、前記容器の一方を駆動用容器とし、もう一方を冷温
   出力を交互に出力する冷温出力容器とした間欠式ヒート
   ポンプを２組以上用い、それぞれの組を運転サイクルを
   ずらせ動作させ、前記冷温出力容器から位相をずらせて
   冷温出力が得、反応終了時から次の反応が開始される間
   に、前記冷温出力容器間で、前記冷温出力容器及び作動
   媒体等の顕熱交換を行なう手段を設けた間欠式ヒートポ
   ンプシステム。
2. （２）冷温出力容器から出力された熱を熱媒体を介し蓄
   熱するための蓄冷槽及び蓄熱槽とを設け、前記冷温出力
   容器の冷出力時は前記蓄冷槽と、温出力時は前記蓄熱槽
   とを管路で接続する切換手段を設け、前記切換手段中の
   管路に、前記冷温出力容器間で顕熱交換を行なうための
   循環ポンプを設けた特許請求の範囲第１項記載の間欠式
   ヒートポンプシステム。
3. （３）作動媒体に金属水素化物を用いた特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の間欠式ヒートポンプシステム
   。