JPS6359063B2

JPS6359063B2 -

Info

Publication number: JPS6359063B2
Application number: JP58023841A
Authority: JP
Priority date: 1983-02-17
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1988-11-17
Also published as: JPS59150253A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は太陽熱蓄熱利用装置に関する。詳し
くは蓄熱材として金属水素化物を充填しかつ熱交
換器を具備した蓄熱容器に、水素貯蔵材として金
属水素化物を充填しかつ熱交換器を具備した２個
の各水素貯蔵容器をそれぞれ開閉弁を介して水素
輸送管により連結された構成の蓄熱システム並び
に蓄熱システム中の各容器の熱交換器を太陽熱集
熱利用システムに連結してなる太陽熱蓄熱利用装
置に関する。

近年エネルギー供給の逼迫感から化石燃料に代
わる新しいエネルギーの利用に関する開発がさか
んに行われている。なかでも太陽熱エネルギーは
クリーンで無尽蔵であるところから、その利用に
は種々の試みがなされている。太陽熱を利用する
上での欠点は、その希薄性及び不連続性にある
が、希薄性については高効率のコレクターの開発
が活発に行われている。不連続性については蓄熱
が必要とされるが、現在その材料としては水が使
われているにすぎず、長期間の蓄熱には適してい
ない。

上記の問題点に関し、この発明の発明者らは既
に化学蓄熱材である金属水素化物を蓄熱材として
用い、ひとつの蓄熱容器とひとつの水素貯蔵容器
からなる蓄熱システムを太陽熱集熱システムと連
結させた太陽冷暖房蓄熱装置を提案した（特開昭
56−82387号）。この装置では蓄熱システムとして
金属と水素との化学反応を利用しているため長期
間の蓄熱が可能となつている。しかし短期的な集
熱量の変動、あるいは熱負荷量の変動に対しては
蓄熱面で必ずしも十分とは言えない。また高い温
度レベルを必要とする負荷熱への熱媒の供給も、
安定性が十分ではなく、このため補助熱源を使用
する必要がある。

この発明は上記の太陽熱冷暖房蓄熱装置の改良
に関するもので、太陽熱依存率を高めるとともに
高い温度レベルの熱の安定した利用を可能にする
ためになされたものである。

かくしてこの発明は蓄熱材として金属水素化物
を充填し、かつ熱交換器を具備した蓄熱容器と、
水素貯蔵材として金属水素化物を充填しかつ冷却
水注入管・排出管付熱交換器をそれぞれ具備した
ふたつの水素貯蔵容器を有し、この蓄熱容器と前
記ふたつの水素貯蔵容器それぞれとを開閉弁付水
素輸送管で連結した蓄熱システム；並びに太陽熱
集熱コレクター、熱交換器、熱負荷、太陽熱集熱
コレクターと熱交換器とを通じる熱媒体循環管
路、熱交換器と熱負荷と前記蓄熱容器の熱交換器
とを通じる熱媒体循環管路および太陽熱集熱コレ
クターと前記ふたつの水素貯蔵容器それぞれの熱
交換器とを並列に通じる熱媒体循環管路からなる
太陽熱集熱システムで構成してなる太陽熱蓄熱利
用装置を提供するものである。

この発明の装置では独立した熱交換器を有する
２個の水素貯蔵容器を備えており、一方は長期間
の蓄熱用として使用し（長期蓄熱用水素貯蔵容
器）、他方を短期間の蓄熱あるいはヒートポンプ
的に使用（短期蓄熱用水素貯蔵容器）する。ここ
で長期間の蓄熱とは春から夏、秋から冬のような
季節間にまたがる長期間の蓄熱を意味する。また
短期間の蓄熱とは昼から夜あるいは２〜３日間程
度の蓄熱を意味し、ヒートポンプ的使用とは短期
間のの蓄熱と関係して、これらの熱利用時の再生
熱の温度レベルを使用温度レベルに高めるはたら
きを意味する。従つてこの発明の装置内の蓄熱シ
ステムでは長期間の蓄熱のための水素の貯蔵と放
出は、長期蓄熱用水素貯蔵容器への水素の貯蔵と
放出により行い、短期間の蓄熱のためあるいは熱
の利用再生時の温度レベルを高めるための水素の
貯蔵と放出は短期蓄熱用水素貯蔵容器への水素の
貯蔵と放出によつて行われる。

次にこの発明の太陽熱蓄熱利用装置を第１図を
用いて説明する。この発明の装置は蓄熱システム
と太陽熱集熱利用システムに大別される。

蓄熱システムに関しては、水素化反応熱の大き
い金属水素化物M₁H（M₁：金属あるいは合金、
Ｈ：水素）、例えばCaNi₅H₄等を充填した蓄熱容
器１、水素化反応熱の比較的小さく水素吸蔵能力
の優れた金属水素化物M₂H，M₃H（M₂，M₃は金
属または合金、Ｈは水素）、例えばLaNi₅H₆等を
充填した長期蓄熱用水素貯蔵容器２及び短期蓄熱
用水素貯蔵容器３、各々の水素貯蔵容器２，３と
蓄熱容器１をそれぞれ開閉弁４，５を介して連結
する水素輸送管６，７によつて基本的な構成がな
されている。蓄熱容器１及び各水素貯蔵容器２，
３には各々熱交換器８，９，１０が接設されてお
り、熱媒体あるいは冷去水が循環して各容器内の
金属水素化物との熱交換を可能とするとともに太
陽熱集熱システムに連結されている。

ここで長期蓄熱用水素貯蔵容器２に充填する金
属水素化物M₂Hと短期蓄熱用水素貯蔵容器３に
充填する金属水素化物M₃Hとは同一のものでも
よい。蓄熱容器と各水素貯蔵容器の形態としては
特に限定はない。例えばこの発明の発明者らの特
願昭56−145602号に開示されたスリーブ型ヒート
ポンプを用い、その中央中空部に金属水素化物を
充填したものまたは単に耐圧容器に金属水素化物
を充填したものでもよい。

太陽熱集熱利用システムは太陽熱コレクター１
１で集めた熱エネルギーを熱媒体によつて輸送す
る循環熱媒体輸送管１２，１３、集熱した熱を熱
負荷１６あるいは蓄熱システムへ伝達するための
循環熱媒体輸送管１５の熱媒体に与えるための熱
交換器１４及び熱負荷１６により基本的に構成さ
れている。また熱負荷には冷房用（吸収冷凍機
等）、暖房用、給湯用などの熱負荷がある。更に
前記の輸送管１２，１３，１５および冷却水系輸
送管１７には、熱媒体あるいは冷却水を輸送する
ためのポンプ１８〜２１が設置され、また熱媒体
等の経路を設定するための三方バルブ２２〜２９
が設置されている。熱媒体としては通常、水が使
用されるが、熱負荷の温度が高温の場合はシリコ
ンオイル、ポリエチレングリコール等が使用され
る。太陽熱コレクターは特に制限はないが、高性
能のコレクターの使用が望ましく、真空ガラス管
形コレクター、フルネルレンズ併用コレクター等
の使用が挙げられる。

以下この装置の作動について述べる。

(a) 集熱量が熱負荷を作動させてなお余る場合。

上記の状態は通常春あるいは秋の中間期に生
じる状況である。太陽熱コレクター１１により
加熱された熱媒体は、ポンプ１８により熱媒体
輸送管１２を循環し、熱交換器１４において熱
交換して熱媒輸送管１５内の熱媒を加熱し、加
熱された熱媒体がポンプ２０により輸送管１５
を循環する。この時三方バルブ２２，２３は熱
負荷１６の通過する経路をとるように設定し
て、熱負荷１６を作動させるとともに、余剰熱
を熱交換器８を通して蓄熱容器１内の金属水素
化物M₁Hに伝達してこれを分解させ、発生す
る水素ガスを開閉弁５を開けて（開閉弁４は閉
鎖）短期蓄熱用水素貯蔵容器３の金属あるいは
合金M₃に吸収させる。水素貯蔵容器３内への
水素吸蔵が飽和に達した場合には開閉弁５を閉
め４を開け、長期蓄熱用水素貯蔵容器２内の金
属あるいは合金M₂に水素ガを吸収させる。水
素貯蔵容器２，３への水素ガス導入の際には、
その熱交換器９，１０に冷却水輸送管１７を通
してポンプ２１により冷去水を循環させ、水素
吸収を伴う発熱を抑え、水素吸収を円滑に行わ
せる。

(b) 集熱量や熱負荷量の変動により、一時的に熱
が不足する場合、あるいは熱負荷の作動に必要
な温度レベルの熱が得られない場合。

昼と夜あるいは天候の変化等により、集熱量
が変化する場合あるいは熱負荷量が変化する場
合には、熱が一時的に不足する状態となる。こ
の様な場合には以下の方法でシステムを作動さ
せる。

先ずコレクター１１で加熱された熱媒体はポ
ンプ１８により輸送管１２を通して熱交換器１
４に送られ、熱交換して熱媒体輸送管１５中の
熱媒体を加熱する。またコレクター１１で加熱
された熱媒の一部をポンプ１９により輸送管１
３を通じて、三方バルブ２６，２７の設定によ
り短期蓄熱用水素貯蔵容器３の熱交換器１０に
循環させる。この熱媒体により水素貯蔵容器３
中の金属水素化物M₃Hから水素ガスを発生さ
せ、開閉弁５を開き水素輸送管７を通じて、蓄
熱容器１に水素ガスを導入し、蓄熱容器１内の
金属あるいは合金M₁と反応させて熱を発生さ
せ、この熱で熱交換器８を経由して熱媒体輸送
管１５中の熱媒体を加熱し、この熱媒体によつ
て熱負荷１６を作動させる。

上記の方法では、熱負荷１６を作動させる熱
媒体の温度レベルは、水素貯蔵容器３から蓄熱
容器１への水素移動により蓄熱容器１内で発生
する反応熱により高められており、これにより
ヒートポンプ的なはたらきがなされる。従つて
集熱量は不足していないが、その温度レベルが
熱負荷を作動させるのに不十分な場合にも、前
記と同様のプロセスで使用することが可能であ
る。

(c) 集熱量が熱負荷を作動させるのに不足する場
合。

これは、通常熱負荷の大きい冬あるいは夏に
生じる状況である。太陽熱コレクター１１で加
熱された熱媒体はポンプ１８により輸送管１２
を通じて熱交換器１４に循環され、熱媒輸送管
１５の熱媒体に熱伝達される。また一部の熱媒
体はコレクター１１よりポンプ１９により輸送
管１３を通じて三方バルブ２６，２７の設定に
より長期蓄熱用水素貯蔵容器２の熱交換器９を
通過させて、水素貯蔵容器２内の金属水素化物
M₂Hを分解させ、発生した水素ガスを、開閉
弁４を開き〔開閉弁５は閉鎖〕水素輸送管６を
通じて、蓄熱容器１に導入し、蓄熱容器１内の
金属あるいは合金M₁と反応させ、発生した熱
を熱交換器８を通じて熱媒体輸送管１５の熱媒
体に伝達させ、熱負荷１６へ供給し、熱負荷を
作動させる。

この場合でも集熱量の増加あるいは熱負荷の
減小等により、集熱量と発生熱量との和が、熱
負荷量を一時的に上回る場合には、直ちに開閉
弁４を閉じ、ポンプ１９を停止し輸送管１３を
通じての熱媒体の循環を止めるとともに、冷去
水を熱交換器１０に通じ、開閉弁５を開き、蓄
熱容器１から短期蓄熱用水素貯蔵容器３へ水素
ガスを導入することにより、余剰熱を金属水素
化物M₃Hの形で水素貯蔵容器３内へ貯蔵する。
また一時的な熱量の不足あるいは温度レベルの
不足の事態には、(b)と同様の手順で水素貯蔵容
器３から蓄熱容器への水素移動を行わせて熱を
発生させる。

上記の様にこの発明の装置内の蓄熱システムで
は長期間の集熱は、長期蓄熱用水素貯蔵容器での
水素の貯蔵と放出により行い、短期間の蓄熱ある
いは熱利用時の再生熱の温度レベルを高めるには
短期蓄熱用水素貯蔵容器への水素の貯蔵あるいは
放出により行う。従つて、この発明の太陽熱蓄熱
利用装置によると、春秋の余剰熱を夏冬に利用で
きるだけでなく、昼夜あるいは天候変化に対する
集熱量、熱負荷量の短期的な変動を平準化させ、
更に熱負荷に応じた温度レベルを得ることが可能
となり、補助熱源の使用を極めて小さくおさえる
ことができる。また水素貯蔵容器として長期と短
期の２種類設けることにより、長期間の水素の貯
蔵・放出は長期蓄熱用水素貯蔵容器で行い、短期
間の水素の貯蔵・放出は短期蓄熱用水素貯蔵容器
で行う。従つて水素貯蔵槽がひとつの場合のよう
に長期と短期とにかかわらず水素の貯蔵と放出と
をひとつの容器で行うのと比べて、集熱量と熱負
荷量の変動（増減）に対して迅速に対応すること
が可能となるため従来廃棄していた熱エネルギー
を著しく減少させることができる。

この様にこの発明は、従来のものと比較して太
陽熱依存率が高く、経済性に優れた太陽熱蓄熱利
用システムを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽熱蓄熱利用装置の構成説明図であ
る。１……蓄熱容器、２，３……長期および短期の
蓄熱用水素貯蔵容器、４，５……開閉弁、６，７
……水素輸送管、８，９，１０，１４……熱交換
器、１１……太陽熱コレクター、１２，１３，１
５……熱媒体輸送管、１６……熱負荷、１７……
冷却水輸送管、１８，１９，２０，２１……ポン
プ、２２〜２９……三方バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】１蓄熱材として金属水素化物を充填し、かつ熱
交換器を具備した蓄熱容器と、水素貯蔵材として
金属水素化物を充填しかつ冷却水注入管・排出管
付熱交換器をそれぞれ具備したふたつの水素貯蔵
容器を有し、この蓄熱容器と前記ふたつの水素貯
蔵容器それぞれとを開閉弁付水素輸送管で連結し
た蓄熱システム；並びに太陽熱集熱コレクター、
熱交換器、熱負荷、太陽熱集熱コレクターと熱交
換器とを通じる熱媒体循環管路、熱交換器と熱負
荷と前記蓄熱容器の熱交換器とを通じる熱媒体循
環管路および太陽熱集熱コレクターと前記ふたつ
の水素貯蔵容器それぞれの熱交換器とを並列に通
じる熱媒体循環管路からなる太陽熱集熱システム
で構成してなる太陽熱蓄熱利用装置。２ふたつの蓄熱用水素貯蔵容器が、長期間の蓄
熱のための水素の貯蔵と放出を行う長期蓄熱用水
素貯蔵容器と短期間の蓄熱のためもしくは熱の利
用再生時の温度レベルを高めるための水素の貯蔵
と放出を行う短期蓄熱用水素貯蔵容器である特許
請求の範囲第１項に記載の装置。