WO2018225602A1

WO2018225602A1 - 蓄熱システム、および蓄熱システムの運転方法

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Publication number: WO2018225602A1
Application number: PCT/JP2018/020726
Authority: WO
Inventors: 理亮川上; 敦史加藤; 高橋　康文
Original assignee: 高砂熱学工業株式会社; パナソニック株式会社
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20200109882A1; EP3637015A1; CN110720018A; JPWO2018225602A1; EP3637015A4; JP7033589B2

Abstract

合金温度に対する解離圧の特性が互いに異なる複数の水素吸蔵合金タンク（１０）、（１１）を備えた蓄熱システム（１）において、第１のタンク（１０）内の水素吸蔵合金（Ａ）から第２のタンク（１１）内の水素吸蔵合金（Ｂ）に水素を移動させて、水素吸蔵反応で生じる温熱を利用して温水を製造する第１の運転モードと、第２のタンク（１１）内の水素吸蔵合金（Ｂ）から第１のタンク（１０）内の水素吸蔵合金（Ａ）に水素を移動させる第２の運転モードとを実行するように構成する。

Description

蓄熱システム、および蓄熱システムの運転方法

　本開示は、給湯需要が増える、少なくとも冬期の給湯負荷を賄う蓄熱システム及び当該蓄熱システムを備えた住宅ならびに当該蓄熱システムの運転方法に関する。

　水素吸蔵合金は水素吸蔵時に発熱反応が生じ、水素放出時に吸熱反応が生じる。特許文献１には水素吸蔵合金のこの特性を利用したヒートポンプシステムによって冷熱負荷を処理する技術が開示されている。特許文献１のヒートポンプシステムでは、複数の水素吸蔵合金タンクを備えており、水素吸蔵合金の種類がそれぞれ異なる第１の水素吸蔵合金タンクと第２の水素吸蔵合金タンクとによって１組のヒートポンプユニットを構成している。ヒートポンプユニット内の各水素吸蔵合金タンクは互いに配管で接続されており、一方の水素吸蔵合金タンクから放出された水素が他方の水素吸蔵合金タンクに流れ込むように構成されている。特許文献１ではこのようなヒートポンプシステムで冷熱出力過程と再生過程とを繰り返し実施し、水素放出時の吸熱反応を利用することによって冷熱負荷と熱交換器との間を循環する熱媒を降温させ、冷熱負荷を処理している。

特開２００２－２７７０９５号公報

　上記従来のヒートポンプシステムは冷熱負荷に対応する技術であり、温水の製造については検討されていない。

　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、蓄熱システムにおいて、温水製造を効率的に行うことを目的とする。

　上記課題を解決するため、本開示の蓄熱システムは、第１の水素吸蔵合金を貯える第１のタンクと、第１の水素吸蔵合金と合金温度に対する解離圧の特性が異なる第２の水素吸蔵合金を貯える第２のタンクと、前記第２の水素吸蔵合金が発生する温熱を貯えるための蓄熱系と、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金と前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金との間で水素が移動可能に構成された水素移動系と、熱源の温熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給するための第１の熱供給系と、外気の冷熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給するための第２の熱供給系と、前記第１の熱供給系を介して第１の水素吸蔵合金を加熱し、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金に水素を移動させる第１の運転モードと、前記第２の熱供給系を介して前記第１の水素吸蔵合金を冷却して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記第１のタンク内の第１の水素吸蔵合金に水素を移動させる第２の運転モードと、を実行する制御器とを備える。

　別の観点による本開示の蓄熱システムの運転方法は、熱源の温熱を第１のタンク内の第１の水素吸蔵合金タンクに供給し、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から第２のタンク内の、前記第１の水素吸蔵合金と合金温度に対する解離圧の特性が異なる、第２の水素吸蔵合金に水素を移動させる第１の運転モードを実行するステップと、外気の冷熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金に水素を移動させる第２の運転モードを実行するステップとを備え、前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、前記第２の水素吸蔵合金が発生する温度を蓄熱器に貯えるステップを備える。

　また、別の観点による本開示の住宅は、上記蓄熱システムを備えている。

　本開示によれば、蓄熱システムにおいて、温水製造をより効率的に行うことができる。

本開示の第１の実施形態に係る蓄熱システムの概略構成を示す図である。本開示の第１の実施形態に係る蓄熱システムの具体例を示す図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムの概略構成を示す図である。本開示の第２の実施形態に係る水素ユニットの概略構成を示す図である。本開示の第２の実施形態に係る水素吸蔵合金の合金特性を示す図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムの運用パターンを示す図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムの通常運用時における水電解運転のフロー図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムの通常運用時における燃料電池運転のフロー図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムのヒートポンプ運用時における給湯運転のフロー図である。本開示の第２の実施形態に係る給湯運転時の水素の移動について説明するための図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムのヒートポンプ運用時における再生運転のフロー図であり、冷却熱媒が第１のタンクの中を通って循環する場合を示す図である。本開示の第２の実施形態に係る蓄熱システムのヒートポンプ運用時における再生運転のフロー図であり、冷却熱媒が第１のタンクと第２のタンクの中をそれぞれ通って循環する場合を示す図である。本開示の第２の実施形態に係る再生運転時の水素の移動について説明するための図である。本開示の第３の実施形態に係る蓄熱システムのヒートポンプ運用時における給湯運転のフロー図である。本開示の第４の実施形態に係る蓄熱システムのヒートポンプ運用時における燃料電池運転のフロー図である。本開示の第５の実施形態に係る水素吸蔵合金の合金特性を示す図である。本開示の第５の実施形態に係る蓄熱システムの水素吸蔵合金タンク周辺の概略構成を示す図である。本開示の第５の実施形態に係るヒートポンプ運用時の水素の移動について説明するための図である。本開示の別の実施形態に係る水素吸蔵合金の合金特性を示す図である。都市部における住宅の敷地配置図の一例である。蓄熱システムを備えた住宅において、蓄電設備としてリチウムイオン電池のみを使用した場合のフットプリントを示す図である。蓄熱システムを備えた住宅において、本開示に係る水素ユニットを使用した場合のフットプリントを示す図である。

　本発明者らは、上記水素吸蔵合金を貯える水素タンクを用いたヒートポンプサイクルを使用した温熱出力について鋭意検討した結果、以下の蓄熱システムに想到した。

　すなわち、本開示の第１態様の蓄熱システムは、第１の水素吸蔵合金を貯える第１のタンクと、第１の水素吸蔵合金と合金温度に対する解離圧の特性が異なる第２の水素吸蔵合金を貯える第２のタンクと、前記第２の水素吸蔵合金が発生する温熱を貯えるための蓄熱系と、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金と前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金との間で水素が移動可能に構成された水素移動系と、熱源の温熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給するための第１の熱供給系と、外気の冷熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給するための第２の熱供給系と、前記第１の熱供給系を介して第１の水素吸蔵合金を加熱し、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金に水素を移動させる第１の運転モードと、前記第２の熱供給系を介して前記第１の水素吸蔵合金を冷却して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記第１のタンク内の第１の水素吸蔵合金に水素を移動させる第２の運転モードと、を実行する制御器とを備える。

　ここで、第１の水素吸蔵合金は、少なくとも冬期において、外気温よりも高い温熱の供給を受けると、第２の水素吸蔵合金よりも解離圧が高くなり、外気の冷熱の供給を受けると第２の水素吸蔵合金よりも解離圧が低くなる。

　本開示の第２態様の蓄熱システムは、上記第１態様の蓄熱システムにおいて、前記水素移動系は、前記第１のタンクから第２のタンクに水素を送る第１のガスポンプを備え、前記制御器は、前記第１の運転モードにおいて、前記第１の水素吸蔵合金の解離圧が前記第２の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第１のガスポンプを動作させてもよい。

　本開示の第３態様の蓄熱システムは、上記第１態様または第２態様の蓄熱システムにおいて、前記水素移動系は、第２のタンクから第１のタンクに水素を送る第２のガスポンプを備え、前記制御器は、前記第２の運転モードにおいて、前記第２の水素吸蔵合金の解離圧が前記第１の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第２のガスポンプを動作させてもよい。

　本開示の第４態様の蓄熱システムは、上記第１態様から第３態様のいずれか１つの蓄熱システムにおいて、水電解装置と、水電解装置で生成した水素を前記第１のタンクに供給する第１の供給器と、を備え、前記制御器は、前記第１の運転モードにおいて、前記第１の供給器を制御して、前記水電解装置で生成した水素を前記第１のタンクに供給させてもよい。

　本開示の第５態様の蓄熱システムは、上記第１態様から第３態様のいずれか１つの蓄熱システムにおいて、水電解装置と、前記水電解装置で生成した水素を前記第２のタンクに供給する第２の供給器とを備え、前記制御器は、前記第１の運転モードにおいて、前記第２の供給器を制御し、前記水電解装置で生成した水素を前記第２のタンクに供給させてもよい。

　本開示の第６態様の蓄熱システムは、上記第１態様から第５態様のいずれか１つの蓄熱システムにおいて、燃料電池装置と、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第３の供給器とを備え、前記制御器は、第１の運転モードの後、前記第３の供給器を制御して、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させてもよい。

　本開示の第７態様の蓄熱システムは、上記第６態様の蓄熱システムにおいて、前記制御器は、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給して、発電させた後、前記第２の運転モードを実行してもよい。

　本開示の第８態様の蓄熱システムは、上記第１態様から第５態様のいずれか１つの蓄熱システムにおいて、燃料電池装置と、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第４の供給器とを備え、前記制御器は、第２の運転モードの後、前記第４の供給器を制御して、前記第２タンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させてもよい。

　本開示の第９態様の蓄熱システムは、上記第１態様から第５態様のいずれか１つの蓄熱システムにおいて、燃料電池装置と、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第３の供給器とを備え、前記制御器は、前記第１の運転モード及び前記第２の運転モードのいずれかを実行中に、停電が生じると、前記第３の供給器を制御して、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池を発電させてもよい。

　本開示の第１０態様の蓄熱システムは、上記第１態様から第５態様のいずれか１つの蓄熱システムにおいて、燃料電池装置と、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第４の供給器とを備え、前記制御器は、前記第１の運転モード及び前記第２の運転モードのいずれかを実行中に、停電が生じると、前記第４の供給器を制御して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させてもよい。

　本開示の第１１態様の蓄熱システムの運転方法は、熱源の温熱を第１のタンク内の第１の水素吸蔵合金に供給し、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から第２のタンク内の、前記第１の水素吸蔵合金と合金温度に対する解離圧の特性が異なる、第２の水素吸蔵合金に水素を移動させる第１の運転モードを実行するステップと、外気の冷熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金に水素を移動させる第２の運転モードを実行するステップとを備え、前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、前記第２の水素吸蔵合金が発生する温度を蓄熱器に貯えるステップを備える。

　本開示の第１２態様の蓄熱システムの運転方法は、上記第１１態様の蓄熱システムの運転方法において、前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、前記第１の水素吸蔵合金の解離圧が前記第２の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第１のタンク内のから前記第２のタンクに水素を送る第１のガスポンプを動作させるステップを備えてもよい。

　本開示の第１３態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様または第１２態様の蓄熱システムの運転方法において、前記第２の運転モードを実行するステップにおいて、前記第２の水素吸蔵合金の解離圧が前記第１の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第２のタンクから前記第１のタンクに水素を送る第２のガスポンプを動作させるステップを備えてもよい。

　本開示の第１４態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様から第１３態様のいずれか１つの蓄熱システムの運転方法において、前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、水電解装置で生成した水素を前記第１のタンクに供給するステップを備えてもよい。

　本開示の第１５態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様から第１４態様のいずれか１つの蓄熱システムの運転方法において、前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、水電解装置で生成した水素を前記第２のタンクに供給するステップを備えてもよい。

　本開示の第１６態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様から第１５態様のいずれか１つの蓄熱システムの運転方法において、前記第１の運転モードを実行するステップの後、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備えてもよい。

　本開示の第１７態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１６態様の蓄熱システムの運転方法において、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給して、発電させるステップの後、前記第２の運転モードを実行するステップを実施してもよい。

　本開示の第１８態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様から第１５態様のいずれか１つの蓄熱システムの運転方法において、前記第２の運転モードを実行するステップの後、前記第２タンク内の前記第２の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備えてもよい。

　本開示の第１９態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様から第１５態様のいずれか１つの蓄熱システムの運転方法において、前記第１の運転モードを実行するステップ及び前記第２の運転モードを実行するステップのいずれかにおいて、停電が生じると、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備えてもよい。

　本開示の第２０態様の蓄熱システムの運転方法において、上記第１１態様から第１５態様のいずれか１つの蓄熱システムの運転方法において、前記第１の運転モードを実行するステップ及び前記第２の運転モードを実行するステップのいずれかにおいて、停電が生じると、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備えてもよい。

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態の蓄熱システム１の概略構成を示す図である。図１に示すように蓄熱システム１は、水素を貯えるタンクを含む水素ユニット４と、水素ユニット４から供給される温熱を貯える貯湯タンク６と、蓄熱システム１の運転を制御するコントローラ７とを備えている。コントローラ７は、後述する給湯運転と再生運転とを実行するよう構成されている。コントローラ７は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。ここで、貯湯タンク６は、本開示の蓄熱器の一例である。また、コントローラ７は、本開示の制御器の一例である。

　図１に示す例では、水素ユニット４は、水素を貯えるタンクとして、２つの水素吸蔵合金タンク１０、１１を備えている。貯湯タンク６は、給湯需要等の熱負荷に応じて温水を供給するように構成されている。また、水素ユニット４は、水電解装置８と接続され、水電解装置８で生成した水素を貯える。水素ユニット４は、燃料電池装置９と接続され、水素ユニット４内の水素を燃料電池装置９に供給する。燃料電池装置９は、水素を用いて発電した電力を電力負荷に供給する。燃料電池装置９は、燃料電池本体（図示せず）と燃料電池本体から取り出す電力を調整する電力調整器（図示せず）と、電力調整器を制御する制御器（図示せず）とを備える。電力調整器は、インバータ等が例示される。なお、水素吸蔵合金タンク１０は、本開示の第１のタンク、水素吸蔵合金タンク１１は、本開示の第２のタンクの一例である。

　図２は、第１の実施形態における蓄熱システムについて、図１よりも、より具体的な例を示す図である。各水素吸蔵合金タンク１０、１１内の水素吸蔵合金はそれぞれ合金温度に対する解離圧の特性（以下、“温度‐解離圧特性”）が異なる合金である。第１の実施形態では、各水素吸蔵合金の温度‐解離圧特性が図５のように異なっており、合金温度が２０℃を超える場合には、水素吸蔵合金Ａ（以下、“合金Ａ”）の解離圧が水素吸蔵合金Ｂ（以下、“合金Ｂ”）の解離圧よりも高くなっている。一方、合金温度が２０℃を下回る場合には、合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも低くなっている。なお、水素吸蔵合金Ａは、本開示の第１の水素吸蔵合金の一例である。水素吸蔵合金Ｂは、本開示の第２の水素吸蔵合金の一例である。

　換言すると、給湯負荷に対応可能な給湯温度域（例えば５０～７０℃）においては、合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも高く、冬期とその周辺期（例えば１１～３月）の外気温度域（例えば５～１０℃）においては合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも低くなっている。また、合金Ａおよび合金Ｂの少なくとも一方で、水電解装置８で発生した水素を吸蔵できる。水電解装置８から水素の供給を受ける、合金Ａ及び合金Ｂの少なくとも一方は、水電解装置８の運転時における、合金温度において、水電解装置８から供給される水素の圧力を下回る、温度‐解離圧特性を有している。

　また、合金Ａおよび合金Ｂの少なくとも一方から燃料電池装置９に水素を供給することができる。このとき、燃料電池装置９に水素を供給する合金Ａおよび合金Ｂの少なくとも一方は、燃料電池装置９の発電時の合金温度において、解離圧が、例えば０．０５ＭＰａ(Ｇ)以上となる温度‐解離圧特性を有している。以降の説明では、合金Ａを備えた第１の水素吸蔵合金タンク１０を“合金タンク１０”と称し、合金Ｂを備えた第２の水素吸蔵合金タンク１１を“合金タンク１１”と称する。

　図２に示すように、合金タンク１０には、ガス流路１２の一端が接続され、合金タンク１１には、ガス流路１２の他端が接続されている。このように、ガス流路１２を介して合金タンク１０内の合金Ａと合金タンク１１内の合金Ｂとの間で水素が移動可能となっている。また、ガス流路１２には弁１３が設けられている。ガス流路１２及び弁１３は、本開示の水素移動系の一例である。

　第１熱媒体流路１４は、合金タンク１１から熱（温熱）を回収する第１熱媒体が流れる流路である。第１熱媒体流路１４は、合金タンク１１から熱を回収する熱交換部１４Ａが設けられている。第１熱媒体流路１４、熱交換部１４Ａ、及び貯湯タンク６は、本開示の蓄熱系の一例である。第１熱媒体は、貯湯タンク６の水であってもよいし、貯湯タンク６の水と異なる熱媒体であってもよい。第１熱媒体が、貯湯タンク６の水と異なるとき、第１熱媒体流路１４には、貯湯タンク６の水と第１熱媒体が熱交換する熱交換部（図示せず）が貯湯タンク６に設けられる。なお、本開示の蓄熱系は、本例に限らず、後述の第２の実施形態のように、第１熱媒体から熱を回収する２次側の熱回収経路を更に備えてもよい。このとき、第１熱媒体流路１４は、１次側の熱回収経路に相当し、熱交換部１４Ａは、１次側の熱回収経路内の第１熱媒体と合金タンク１１内の合金Ｂとが熱交換する熱交換部に相当する。

　第２熱媒体流路１５は、合金タンク１０に熱源からの温熱を供給する第２熱媒体が流れる流路である。第２熱媒体流路１５には、合金タンク１０に温熱を供給する熱交換部１５Ａが設けられている。ここで、第２熱媒体流路１５及び熱交換部１５Ａは、本開示の第１の熱供給系の一例である。また、上記熱源とは、燃焼器、電気ヒーター等の加熱器であってもよいし、家庭内で発生する排熱（例えば、湯船の残り湯）、地中熱、太陽熱システム由来の温水、太陽熱利用機能付きの太陽光発電由来の温水等の排熱であってもよい。また、熱源から第２熱媒体に供給される温熱は、給湯温度域（（例えば５０～７０℃）よりも低い温度であってもよい。また、熱源は、蓄熱システム１内に設けられた内部熱源であってもよいし、蓄熱システム１外に設けられた外部熱源であってもよい。なお、本開示の第１の熱供給系は、本例に限らず、後述の第２の実施形態のように、第２熱媒体に温熱を供給する２次側の熱供給経路を更に備えてもよい。このとき、第２熱媒体流路１５は、１次側の熱供給経路に相当し、熱交換部１５Ａは、第２熱媒体と合金タンク１０の合金Ａと熱交換する熱交換部に相当する。

　第３熱媒体流路１６は、合金タンク１０に外気の冷熱を供給する第３熱媒体が流れる流路である。第３熱媒体流路１６は、合金タンク１０に冷熱を供給する熱交換部１６Ａが設けられている。第３熱媒体流路１６及び熱交換部１６Ａは、本開示の第２の熱供給系の一例である。なお、本開示の第２の熱供給系は、本例に限らず、後述の第２の実施形態のように、第３熱媒体に冷熱を供給する１次側の熱供給経路を更に備えてもよい。このとき、第３熱媒体流路１６は、１次側の熱供給経路に相当し、熱交換部１６Ａは、第３熱媒体と合金タンク１０の合金Ａが熱交換する熱交換部に相当する。

　また、コントローラ７は、第１の運転モードとして、熱交換部１５Ａを介して、第２熱媒体流路１５を流通する第２熱媒体により合金Ａを加熱させるとともに、合金タンク１０内の合金Ａから合金タンク１１内の合金Ｂに水素を移動させるように制御する。

　また、コントローラ７は、第２の運転モードとして、熱交換部１６Ａを介して、第３熱媒体流路１６を流通する第３熱媒体により合金Ｂを冷却させるとともに、合金タンク１１内の合金Ｂから合金タンク１０内の合金Ａに水素を移動させるように制御する。

　第１の実施形態の蓄熱システム１は以上のように構成されている。次に、蓄熱システム１の運転方法について説明する。

　蓄熱システム１には通常運用とヒートポンプ運用といった２つの運用方法があり、季節に応じて運用方法が切り替えられる。例えば、図６に示すように冬期とその周辺期、すなわち、例えば１１～３月においてヒートポンプ運用が行われ、その他の期間においては通常運用が行われる。通常運用とヒートポンプ運用の切り替えは蓄熱システム１の利用者が手動で切り替えるようにしても良いし、予めコントローラ７に運用の切替時期を記憶させておき、切替時期が到来した際に自動的に切り替わるようにしても良い。また、測定された外気温に基づいて自動的に切り替わるようにしても良い。また、本例では、冬期の周辺期も含めてヒートポンプ運用が行われているが、冬期（例えば、１２月－２月）にヒートポンプ運用が行われてもよい。つまり、少なくとも冬期にヒートポンプ運用が行われていればよい。

　まずは蓄熱システム１の通常運用時のフローを説明する。通常運用時は水電解運転と燃料電池運転により温水を製造する。

　（通常運用‐水電解運転）
　水電解運転は、電源装置からの電力を水電解装置８に供給して水の電気分解を行う。ここで製造された１ＭＰａ（Ｇ）未満（例えば０．９ＭＰａ（Ｇ））の水素は、合金タンク１０に送られる。合金タンク１０は水素吸蔵に伴い発熱するため、その排熱が給湯に使える温度（例えば６０℃）以上であれば、貯湯用に利用する。この場合、図示されない熱媒体流路内を流れる熱媒体により合金Ａの発熱を回収し、貯湯タンク６に回収した温熱を貯える。ここで、電源装置は、水電解装置に電力を供給可能な電源装置であれば、いずれの電源装置であってもよい。電源装置は、例えば、系統電源、太陽光発電装置、蓄電装置等が例示される。電源装置は、蓄熱システム１内に設けられた、内部電源装置であってもよいし、蓄熱システム１外に設けられた、外部電源装置であってもよい。

　なお、水電解運転時には水電解装置８から合金タンク１１に水素を供給しても良い。この場合、第１熱媒体流路１４内を第１熱媒体が流れ、熱交換部１４Ａで合金Ｂの発熱を回収し、貯湯タンク６に回収した温熱を貯える。

　（通常運用‐燃料電池運転）
　燃料電池装置９の運転時には、例えば、合金タンク１０から燃料電池装置９に水素が供給される。これと同時にブロワ等（図示せず）を用いて大気中の空気が燃料電池装置９に供給されて発電が行われる。燃料電池装置９の発電に伴う温熱は、図示されない熱媒体流路内を流れる熱媒体により回収され、貯湯タンク６に回収した温熱が貯えられる。

　また、合金タンク１１から燃料電池装置９に水素を供給してもよい。これと同時にブロワ等（図示せず）を用いて大気中の空気が燃料電池装置９に供給されて発電が行われる。燃料電池装置９の発電に伴う温熱は、図示されない熱媒体流路内を流れる熱媒体により回収され、貯湯タンク６に回収した温熱が貯えられる。

　以上が蓄熱システム１の通常運用時の運転方法である。通常運用時においては水電解運転と燃料電池運転を交互に繰り返し実施することで給湯負荷に対応する。

　次にヒートポンプ運用時のフローを説明する。ヒートポンプ運用時の運転方法は２つある。１つは熱源から熱を取り出して貯湯用の熱を発生させる「給湯運転」であり、もう１つは両合金タンク１０、１１の反応熱循環で水素を元々貯蔵しておいたタンクに戻す「再生運転」である。冬期とその周辺期、すなわち、例えば１１～３月のようなエネルギー自立が困難な時期においては、これらの「給湯運転」と「再生運転」を交互に繰り返すことで給湯負荷に対応する。ここで、「給湯運転」は、本開示の第１の運転モードの一例である。また、「再生運転」は、本開示の第２の運転モードの一例である。

　（ヒートポンプ運用‐給湯運転）
　まず再生運転が終了した後の給湯運転について説明する。再生運転終了時点では、両合金タンク１０、１１とも低温（例えば１０℃）になっている。その状態から給湯に必要な給湯温度域（例えば６０℃）の温水を製造するためには、両合金タンク１０、１１を所定温度まで加熱する必要がある。ヒートポンプ運用時の両合金タンク１０、１１の加熱は、熱源からの温熱の供給と、両合金タンク１０、１１間の水素移動に伴う発熱反応を利用することで行う。

　図２に示すように熱源からの温熱は、熱交換部１５Ａを介して、第２熱媒体流路１５を流れる第２熱媒体から合金タンク１０内の合金Ａに供給される。これにより、合金Ａが水素放出に必要な温熱が与えられる。合金Ａとの熱交換で降温した第２熱媒体は、再度、熱源から温熱の供給を受けた後、熱交換部１５Ａを介して、合金Ａに温熱を供給する。

　合金タンク１０内の合金Ａは、熱源から供給される温熱により温度が上昇し、その温度上昇に伴い、合金タンク１０の合金Ａの解離圧が合金タンク１１の合金Ｂの解離圧より高くなると、ガス流路１２を介して、合金タンク１０から合金タンク１１へ水素が移動し始める。このとき、コントローラ７は、弁１３を開放するよう制御している。合金タンク１１に水素が移動すると、合金タンク１１内の合金Ｂにおいて水素の吸蔵反応が起こり、発熱する。合金タンク１１で発生した温熱は、熱交換部１４Ａを介して第１熱媒体流路１４を流れる第１熱媒体に伝えられ、最終的に貯湯タンク６に貯えられる。

　合金Ｂは、水素吸蔵反応により発熱すると共に、第１熱媒体により熱が奪われる。しかしながら、給湯運転初期段階においては合金Ａと合金Ｂとの解離圧差が大きいため、水素が移動しやすく、水素吸蔵反応による発熱量が大きい。このため、合金Ｂの温度は定常状態となるまで温度が上昇していく。一方、合金Ａは、水素の放出反応に伴い、温度が低下するが、熱源からの温熱供給が継続されるため、定常状態となるまで温度は上昇していく。

　なお、両合金タンク１０、１１内の合金Ａ及び合金Ｂの温度が設計温度に到達するまでの給湯運転開始直後は、定常時よりも多くの熱を熱源から供給する必要がある。このため、熱源に必要な熱量は、両合金タンク１０、１１が給湯運転開始の状態から定常温度になるまでの顕熱分を考慮する必要があり、合金の反応熱で昇温する場合にはその顕熱分の温熱は取出せない点に注意が必要である。なお、合金タンク１１内の合金Ｂの加熱に熱源を用いても良い。そうすることで、同一の水素量が移動した際に給湯用として取出せる温水は増加する。但し、その場合には確保すべき熱源の熱量も増加することに注意が必要である。

　給湯運転初期段階の加熱によって、合金タンク１０の合金Ａの温度が熱源の温度である、例えば３５℃となり、合金タンク１１の合金Ｂの温度が給湯温度域における温度である、例えば６０℃で定常状態となった場合、合金タンク１０の合金Ａの熱源の温度における解離圧は、合金タンク１１の合金Ｂの給湯温度域の温度における解離圧よりも高くなっている。このため、給湯運転中は合金タンク１０から合金タンク１１に水素が移動し続け、合金タンク１１は水素吸蔵反応により発熱し続ける。これにより、給湯温度域の温度を有する温水を継続的に製造することができる。

　第１の実施形態におけるヒートポンプ運用時の給湯運転はこのようにして行われる。次に、給湯運転が終了した後の再生運転について説明する。

　（ヒートポンプ運用‐再生運転）
　給湯運転終了時点では、両合金タンク１０、１１内の合金Ａ、合金Ｂとも高温（例えば３５℃、６０℃）になっている。その状態から再生運転に必要な温度（例えば１０℃）にするためには、まず両合金タンク１０、１１の合金Ａ、合金Ｂを、所定温度まで冷却する必要がある。ヒートポンプ運用時の両合金タンク１０、１１の合金Ａ、合金Ｂの冷却は、外気放熱と、両合金タンク１０、１１間の水素移動に伴う吸熱反応を利用することで行う。

　外気放熱は、外気の冷熱を供給された第３熱媒体が、第３熱媒体流路１６を流れ、熱交換部１６Ａを介して、合金タンク１０内の合金Ａに冷熱が供給されることで行われる。合金タンク１０内の合金Ａとの熱交換で加熱された第３熱媒体は、再度、外気により冷却された後、熱交換部１６Ａを介して、合金Ａに冷熱を供給する。

　そして、合金タンク１０内の合金Ａの冷却に伴い、合金タンク１０の合金Ａの解離圧が合金タンク１１の合金Ｂの解離圧よりも小さくなれば、ガス流路１２を介して合金タンク１１から、合金タンク１０に水素が移動し始める。このとき、コントローラ７は、弁１３を開放するよう制御している。合金タンク１１から、合金タンク１０に水素が移動し始めると、合金タンク１１内の合金Ｂでは水素放出に伴う吸熱反応が生じ、合金Ｂの温度が低下していく。一方、合金タンク１０内の合金Ａでは水素吸蔵に伴う発熱反応が起きるが、熱交換部１６Ａを介して、合金タンク１０内の合金Ａに冷熱が供給されるため、合金Ａの温度も低下していく。

　なお、両合金タンク１０、１１の温度が設計温度に到達するまでの再生運転開始直後は、定常時よりも多くの熱を放熱する必要がある。但し、この熱は捨てるだけの熱なので捨てれさえすれば良い。両合金タンク１０、１１の温度が設計温度（例えば１０℃）に到達したら両合金タンク１０、１１間の反応熱循環で水素移動が可能となる。このとき、図示されない熱媒体経路を流れる熱媒体から合金タンク１１内の合金Ｂに、熱源からの温熱を供給し、合金Ｂの温度が下がり過ぎないようにしてもよい。

　再生運転初期段階の冷却によって、両合金タンク１０、１１の合金Ａ、合金Ｂの温度が例えば１０℃で定常状態となった場合は、図１３のように合金タンク１０の合金Ａの解離圧は、合金タンク１１の合金Ｂの解離圧よりも小さくなっている。このため、再生運転中は合金タンク１１から合金タンク１０に水素が移動し続け、次の給湯運転に向けて合金タンク１０に水素が貯蔵されていく。

　第１の実施形態におけるヒートポンプ運用時の再生運転はこのようにして行われる。再生運転の後には給湯運転を再度行い、温水の製造を行う。給湯運転と再生運転を交互に繰り返すサイクルは少なくとも１日１回実施される。例えば夜間の外気温が低い時に再生運転を実施して日中は給湯運転を実施してもよい。また、このサイクルは１日複数サイクル実施しても良い。例えば２サイクル行う場合には、夜間に再生運転と給湯運転をして、日中に再生運転と給湯運転をする。サイクル数を増やすことで給湯用等の温水として利用できる熱量を増やすことが可能となる。

　以上のように第１の実施形態の蓄熱システム１では、水素吸蔵合金の温度‐解離圧特性が互いに異なる合金Ａと合金Ｂとを用いることで、ヒートポンプ運用時において、熱源を利用した給湯運転と、外気放熱を利用した再生運転とを実施して温水を製造することができる。熱源が、家庭内で発生する排熱、地中熱等の従前は未利用あるいは利活用困難だった熱源であれば、蓄熱システム１は、エネルギー自立が困難な時期においても、より効率良く温水を製造することができる。

　合金タンク１０に用いられる合金Ａおよび合金タンク１１に用いられる合金Ｂは、温水の利用目的、熱源の温度、外気温度等に応じて適宜選択されるものであり、例えば、ＭｍＮｉ（ミッシュメタルニッケル）系合金、ＴｉＦｅ系合金、ＴｉＶ系ＢＣＣ合金、ＴｉＶＣｒ系ＢＣＣ合金、ＴｉＣｒ系ＢＣＣ合金が用いられる。なお、ＭｍＮｉ系合金としては、ＭｍＮｉＭｎ系合金が例示される。また、合金タンク１１の合金Ｂは全温度域で解離圧が低く、かつ温度変化に対する圧力変化が極力小さいものであってもよい。

　なお、給湯運転時に必要な合金タンク１０に供給する熱の温度帯が低いほど、利用可能な熱源の選択肢が増えるため、両合金Ａ、Ｂの温度‐解離圧特性の交点は再生運転時の温度（外気放熱によって冷却可能な温度）を下回らない範囲でより低温であってもよい。また、合金Ａ側の「給湯時の合金温度」と「再生時の合金温度」の差が小さければ小さいほど、運転切替の際の顕熱ロスが減るのでエネルギー的により効率的となる。

　また、電力需要に合わせて水素を発電で使い切るよりも、電力需要があっても特定の期間は発電せずに水素を残しておき、元々は利用できずに捨てていた低温排熱を用いてヒートポンプ運用をして高温水を得ることで、ヒートポンプ運用しない場合に比べて最大で７０％分、多くの温水を得ることができる。また、水素の最低備蓄量を設けることで、それを設けない場合よりも水素吸蔵合金の容量を、ヒートポンプ運転１回あたり最大で２０％低減することが可能となる。

　＜第２の実施形態＞
　図３は住宅に設けられた蓄熱システム１の概略構成を示す図である。図３に示すように蓄熱システム１は、太陽光発電装置２と、リチウムイオン電池等の蓄電装置３と、水素を利用して発電及び温水の製造を行う水素ユニット４と、電力を利用して温水の製造を行う給湯機５と、水素ユニット４および給湯機５から供給される温水を一時的に貯留させる貯湯タンク６と、太陽光発電装置２、蓄電装置３、水素ユニット４、給湯機５および貯湯タンク６の運転を制御するコントローラ７を備えている。図３に示す例では、太陽光発電装置２は家屋１００の屋根に設けられ、蓄電装置３、水素ユニット４、給湯機５および貯湯タンク６は家屋１００と同じ敷地内のスペースに設けられ、コントローラ７は家屋１００の屋内に設けられている。第１の実施形態に係る蓄熱システム１では、水素ユニット４とは別に、水電解装置８および燃料電池装置９を備える構成であったが、第２の実施形態に係る蓄熱システム１では、水素ユニット４は水電解装置８と、燃料電池装置９と、２つの水素吸蔵合金タンク（合金タンク）１０、１１を備えている。また、貯湯タンク６は家屋１００内の給湯需要等の熱負荷に応じて温水を供給するように構成されている。

　第２の実施形態に係る蓄熱システム１において、太陽光発電装置２で発電した電力は家屋１００の電力負荷に供給され、余った分は蓄電装置３、又は水素ユニット４の水電解装置８、又は給湯機５に供給される。それでも余る分の電力は系統電力８０に逆潮する。逆潮ができなければ出力抑制等が行われる。太陽光発電装置２で発電した電力が家庭内の電力需要を下回る場合には、蓄電装置３からの電力、または燃料電池装置９からの電力が家屋１００に供給される。蓄熱システム１のコントローラ７は、このような電力需要に応じた電力供給の制御も行う。例えば「太陽光発電の電力＜電力需要」となる場合、まず蓄電装置３から不足分の電力を供給し、それでも足りない場合には燃料電池装置９による発電により電力を供給する。燃料電池装置９による発電は、電力需要対応以外にも電力需要が大きな時間帯に備えて蓄電装置３の蓄電量を増やしておくためにも行われる。例えば、蓄電装置３から放電する必要がない時間帯に燃料電池装置９から蓄電装置３への充電を行う。このように燃料電池装置９から蓄電装置３に充電する理由は、電力需要変動への対応またはピーク電力需要への対応には、燃料電池装置９よりも蓄電装置３の方が即応性の点で優れているためである。そのため、水素関連機器類（水電解装置８、燃料電池装置９、水素吸蔵合金タンク１０、１１）の稼働率は、蓄電装置３の稼働率に比べるとかなり低くなる。

　図４は第２の実施形態における水素ユニット４の概略構成を示す図である。前述の通り、水素ユニット４は、水電解装置８と、燃料電池装置９と、２つの水素吸蔵合金タンク（合金タンク）１０、１１とを備えている。各合金タンク１０、１１内の水素吸蔵合金（合金Ａ、Ｂ）はそれぞれ合金温度に対する温度‐解離圧特性が異なる合金である。第２の実施形態では、水素吸蔵合金（合金Ａ、Ｂ）の温度‐解離圧特性が図５のように異なっており、合金温度が２０℃を超える場合には、合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも高くなっている。一方、合金温度が２０℃を下回る場合には、合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも低くなっている。

　換言すると、給湯負荷に対応可能な給湯温度域（例えば５０～７０℃）においては、合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも高く、冬期とその周辺期（例えば１１～３月）の外気温度域（例えば５～１０℃）においては合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも低くなっている。また、合金Ａおよび合金Ｂともに水電解装置８で発生した水素を吸蔵できるように、水電解運転時の合金温度における解離圧が水電解装置８で発生する水素の圧力を下回る特性を有している。また、合金Ａおよび合金Ｂともに燃料電池装置９に水素を供給することができるように、燃料電池運転時の合金温度における解離圧が例えば０．０５ＭＰａ（Ｇ）以上となる特性を有している。

　図４に示すように合金タンク１０には配管５０の一端が接続され、配管５０の他端は弁Ｖ８に接続されている。弁Ｖ８には別の配管５１の一端が接続されており、配管５１の他端は配管５４の一端に接続されている。合金タンク１１には配管５２の一端が接続され、配管５２の他端は弁Ｖ９に接続されている。弁Ｖ９には別の配管５３の一端が接続されており、配管５３の他端は配管５４に接続されている。配管５４の他端は除湿器２０に接続されている。除湿器２０には別の配管５５の一端が接続され、配管５５の他端には配管５６の一端が接続されている。配管５６の他端は弁Ｖ７に接続されている。弁Ｖ７には別の配管５７の一端が接続され、配管５７の他端は水電解装置８に接続されている。配管５５の途中には配管５８の一端が接続され、配管５８の他端は弁Ｖ１０に接続されている。弁Ｖ１０には別の配管５９の一端が接続され、配管５９の他端は燃料電池装置９に接続されている。以上の配管５０～５９内には水素が流れる。

　燃料電池装置９には別の配管３０の一端が接続され、配管３０の他端は三方弁Ｖ１に接続されている。三方弁Ｖ１には別の配管３１の一端が接続され、配管３１の他端はポンプＰ１に接続されている。ポンプＰ１には別の配管３２の一端が接続され、配管３２の他端は配管３３の一端に接続されている。配管３３の他端は三方弁Ｖ２に接続されている。三方弁Ｖ２には別の配管３４の一端が接続され、配管３４は熱交換器２１の中を経て、ファン付きのラジエータ２２まで延びている。配管３４の、熱交換器２１とラジエータ２２との間には、三方弁Ｖ２に一端が接続された配管３５の他端が接続されている。配管３４の他端は配管３６の一端に接続されている。配管３６の他端は配管４７の一端に接続され、配管３６の途中には弁Ｖ５が設けられている。配管３６の途中には配管３７の一端が接続され、配管３７の他端には配管３８の一端が接続されている。配管３８の他端は三方弁Ｖ３に接続されている。三方弁Ｖ３には別の配管３９の一端が接続され、配管３９の他端は合金タンク１０に接続されている。以上の配管３０～３９内には水などの熱媒が流れる。

　合金タンク１０には別の配管４０の一端が接続され、配管４０の他端は三方弁Ｖ４に接続されている。三方弁Ｖ４には別の配管４１の一端が接続され、配管４１の他端はポンプＰ２に接続されている。ポンプＰ２には別の配管４２の一端が接続され、配管４２は熱交換器２３を経て、他端が三方弁Ｖ３に接続されている。配管３７と配管３８の接続点においては別の配管４３の一端が接続され、配管４３の他端は弁Ｖ６に接続されている。弁Ｖ６には別の配管４４の一端が接続され、配管４４の他端は合金タンク１１に接続されている。以上の配管４０～４４内には水などの熱媒が流れる。

　合金タンク１１には別の配管４５の一端が接続され、配管４５の他端には配管４６の一端が接続されている。配管４６の他端は配管４７の一端に接続され、配管４７の他端は燃料電池装置９に接続されている。配管４５と配管４６の接続点においては配管４８の一端が接続され、配管４８の他端は三方弁Ｖ４に接続されている。また、配管４７の途中においては配管４９の一端が接続され、配管４９の他端は三方弁Ｖ１に接続されている。以上の配管４５～４９内には水などの熱媒が流れる。

　熱交換器２１の内部には、貯湯タンク６に通じる配管７０が通されており、配管７０内を流れる水は、熱交換器２１において配管３４内の熱媒と熱交換が行われる。熱交換器２３の内部には、外部熱源（不図示）に通じる配管７１が通されており、配管７１内を流れる熱媒は、熱交換器２３において配管４２内の熱媒と熱交換が行われる。なお、“外部熱源”とは、家庭内で発生する排熱、地中熱等の通常利用されない熱源のことを指し、水素吸蔵合金タンクを加熱することを目的として設けられた加熱装置のようなものは含まれない。外部熱源としては、例えば家庭内の湯船の残り湯（例えば３５℃）、地中熱、太陽熱システム由来の温水、太陽熱利用機能付きの太陽光発電由来の温水、下水などの未利用エネルギーを含む様々なエネルギー源が活用できる。また、外部熱源は複数組み合わせても良いし、合金仕様によっては水道水を使用しても良い。外部熱源以外の熱源を用いて熱媒を昇温させても良いが、より高いエネルギー効率で温水を製造するという観点では上記のような外部熱源を用いてもよい。

　水素ユニット４が以上の配管構成を有することで、蓄熱システム１には、水電解装置８、両合金タンク１０、１１およびそれらを互いに接続する配管５０～５７により、水電解装置８から両合金タンク１０、１１の少なくともいずれか１つの合金タンクに水素を供給する系（以下、“水素供給系”）が構成されている。

　また、蓄熱システム１には、合金タンク１０と熱交換器２１との間で熱媒が循環するように設けられた配管４０、４８、４６、４７、４９、３１～３９と、合金タンク１１と熱交換器２１との間で熱媒が循環するように設けられた配管４５～４７、４９、３１～３７、４３、４４とにより、両合金タンク１０、１１の少なくともいずれか１つの合金タンクで発生する温熱を、熱交換器２１を介して外部から供給される水に与える系（以下、“第１の温熱供給系”）が構成されている。

　また、蓄熱システム１には、燃料電池装置９、両合金タンク１０、１１及びそれらを互いに接続する配管５０～５５、５８、５９と、燃料電池装置９と熱交換器２１との間で熱媒が循環するように設けられた配管３０～３６、４７とにより、両合金タンク１０、１１の少なくともいずれか１つの合金タンクから燃料電池装置９に水素を供給し、燃料電池発電に伴う温熱を、熱交換器２１を介して外部から供給される水に与える系（以下、“第２の温熱供給系”）が構成されている。

　また、蓄熱システム１には、合金タンク１０、合金タンク１１及びそれらを接続する配管５０～５４により、両合金タンク１０、１１間で水素が移動可能な系（以下、“水素移動系”）が構成されている。

　また、蓄熱システム１には、熱媒を昇温または降温させて、その熱媒を水素吸蔵合金タンク（合金タンク１０、１１）に循環させる熱循環系（第１の熱供給系および第２の熱供給系）が構成されている。本実施形態では、熱媒を昇温させて水素吸蔵合金タンクに循環させる熱循環系として、合金タンク１０と熱交換器２３との間で熱媒が循環するように配管４０～４２、３９を設け、熱交換器２３を介して外部熱源との間で熱交換が行われた熱媒が合金タンク１０中を通るように循環させる系（第１の熱供給系）が構成されている。また、熱媒を降温させて水素吸蔵合金タンクに循環させる熱循環系として、合金タンク１０とラジエータ２２との間で熱媒が循環するように配管４０、４８、４６、４７、４９、３１～３９と、合金タンク１１とラジエータ２２との間で熱媒が循環するように配管４５～４７、４９、３１～３７、４３、４４とをそれぞれ設け、ラジエータ２２を介して外気との間で熱交換が行われた熱媒を両合金タンク１０、１１の中を通るように循環させる系（第２の熱供給系）が構成されている。

　なお、上記の水素供給系、第１の温熱供給系、水素移動系、第１の熱供給系、第２の熱供給系の構成は第２の実施形態で説明した配管構成に限定されない。例えば、第２の実施形態では、水素供給系と第１の温熱供給系で水素が通る配管が一部共通しているが、別の配管であっても良い。

　第２の実施形態の蓄熱システム１は以上のように構成されている。次に、第２の実施形態の蓄熱システム１の運転方法について説明する。

　第２の実施形態の蓄熱システム１には、通常運用とヒートポンプ運用といった２つの運用方法があり、季節に応じて運用方法が切り替えられる。例えば、図６に示すように冬期とその周辺期、すなわち、例えば１１～３月においてヒートポンプ運用が行われ、その他の期間においては通常運用が行われる。通常運用とヒートポンプ運用の切り替えは蓄熱システム１の利用者が手動で切り替えるようにしても良いし、予めコントローラ７に運用の切替時期を記憶させておき、切替時期が到来した際に自動的に切り替わるようにしても良い。また、測定された外気温に基づいて自動的に切り替わるようにしても良い。

　まず、第２の実施形態の蓄熱システム１の通常運用時のフローを説明する。通常運用時は水電解運転と燃料電池運転により温水を製造する。

　（通常運用‐水電解運転）
　水電解運転は、太陽光発電装置２（図３）からの電力を水電解装置８に供給して水の電気分解を行う。ここで製造された１ＭＰａ（Ｇ）未満（例えば０．９ＭＰａ（Ｇ））の水素は、図７に示すように配管５７、弁Ｖ７、配管５６、５５を通り、除湿器２０に送られる。そこで低露点になった水素が合金タンク１０に送られる。このとき、弁Ｖ８は開放されている。ここで、弁Ｖ７及び弁Ｖ８は、本開示の第１の供給器の一例である。合金タンク１０は水素吸蔵に伴い発熱するため、その排熱が給湯に使える温度（例えば６０℃）以上であれば、熱交換器２１において貯湯用に利用する。この場合、水素吸蔵反応により生じる温熱を回収した熱媒が、配管４０、三方弁Ｖ４、配管４８、４６、４７、４９、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４に送られ、熱交換器２１において配管７０内の水との間で熱交換が行われる。ここで降温した熱媒は、配管３４からラジエータ２２、配管３６、３７、３８、三方弁Ｖ３、配管３９を通って合金タンク１０に戻され、再度温熱を回収する。ラジエータ２２は必要に応じて適宜作動する。

　なお、水電解運転時には水電解装置８から合金タンク１１に水素を供給しても良い。この場合、水電解装置８で製造された水素は、配管５７、弁Ｖ７、配管５６、５５、除湿器２０、配管５４、５３、弁Ｖ９、配管５２を介して合金タンク１１に送られる。ここで、弁Ｖ７及び弁Ｖ９は、本開示の第２の供給器の一例である。また、合金タンク１１で生じる温熱を回収した熱媒は、配管４５、４６、４７、４９、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４に送られ、熱交換器２１において配管７０内の水と熱交換が行われる。ここで降温した熱媒は、配管３４からラジエータ２２、配管３６、３７、４３、弁Ｖ６、配管４４を通って合金タンク１１に戻され、再度温熱を回収する。ラジエータ２２は必要に応じて適宜作動する。

　（通常運用‐燃料電池運転）
　燃料電池装置９の運転時には、例えば図８のように合金タンク１０から配管５０、弁Ｖ８、配管５１、５４、除湿器２０、配管５５、５８、弁Ｖ１０、配管５９を介して燃料電池装置９に水素が供給される。これと同時にブロワ等（図示せず）を用いて大気中の空気が燃料電池装置９に供給されて発電が行われる。コントローラ７は、本運転時に、燃料電池装置９内の制御器（図示せず）に燃料電池装置９が発電するよう指示している。燃料電池装置９内の制御器（図示せず）は、この指示を受けて、燃料電池装置９を発電させている。ここで、弁Ｖ８及び弁Ｖ１０は、本開示の第３の供給器の一例である。なお、水素が除湿器２０を通る際、除湿器２０を例えば電気ヒーター等で２００℃程度に加熱しておくことで、除湿した際に吸着した水分を取り除くことができる。これにより、次の水電解運転時にも除湿器２０は所定の除湿性能を発揮することができる。燃料電池発電に伴う温熱を回収した熱媒は、配管３０、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４を通り、熱交換器２１を介して配管７０内の水と熱交換が行われる。その後、配管３４内の熱媒は、ラジエータ２２、配管３６、３７、３８、三方弁Ｖ３、配管３９を通って合金タンク１０に送られ、合金Ａが水素放出する際の吸熱用に利用される。その後、熱媒は合金タンク１０から配管４０、三方弁Ｖ４、配管４８、４６、４７を介して燃料電池装置９に送られ、再度温熱を回収する。

　なお、貯湯用の加熱が必要ない場合には、ラジエータ２２のファンがＯＮにされ、合金に供給する分以上の熱が大気放熱される。また、合金タンク１１から燃料電池装置９に水素を供給する場合には、配管５２、弁Ｖ９、配管５３、５４を通して除湿器２０に水素を送り、配管５５、５８、弁Ｖ１０、配管５９を通して水素を供給する。ここで、弁Ｖ９及び弁Ｖ１０は、本開示の第４の供給器の一例である。また、燃料電池装置９の発電に伴う温熱を回収した熱媒は、配管３０、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４を通り、熱交換器２１を介して配管７０内の水と熱交換が行われる。熱交換器２１で熱交換を終えた熱媒は、配管３４、ラジエータ２２、配管３６、３７、４３、弁Ｖ６、配管４４を通って合金タンク１１に送られ、水素吸蔵合金（合金Ｂ）が水素放出する際の吸熱用に利用される。その後、熱媒は合金タンク１１から配管４５、４６、４７を介して燃料電池装置９に送られ、再度温熱を回収する。ラジエータ２２は必要に応じて適宜作動させる。

　次にヒートポンプ運用時のフローを説明する。ヒートポンプ運用時の運転方法は２つある。１つは外部熱源から熱を取り出して貯湯用の熱を発生させる「給湯運転」であり、もう１つは両合金タンク１０、１１の反応熱循環で水素を元々貯蔵しておいたタンクに戻す「再生運転」である。ここで、「給湯運転」は、本開示の第１の運転モードの一例である。また、「再生運転」は、本開示の第２の運転モードの一例である。冬期とその周辺期、すなわち、例えば１１～３月のようなエネルギー自立が困難な時期においては、これらの「給湯運転」と「再生運転」を交互に繰り返すことで給湯負荷に対応する。

　（ヒートポンプ運用‐給湯運転）
　まず再生運転が終了した後の給湯運転について説明する。再生運転終了時点では、両合金タンク１０、１１とも低温（例えば１０℃）になっている。その状態から給湯に必要な給湯温度域（例えば６０℃）の温水を製造するためには、両合金タンク１０、１１を所定温度まで加熱する必要がある。ヒートポンプ運用時の両合金タンク１０、１１の加熱は、外部熱源からの温熱の回収と、両合金タンク１０、１１間の水素移動に伴う発熱反応を利用することで行う。

　図９に示すように外部熱源からの熱は、熱交換器２３を介して配管７１内の熱媒から回収する。そして、外部熱源の熱を回収した配管４２内の熱媒が、三方弁Ｖ３、配管３９を介して合金タンク１０に送られることで水素放出に必要な熱が合金タンク１０に与えられる。合金タンク１０との熱交換で降温した熱媒は、配管４０、三方弁Ｖ４、配管４１、ポンプＰ２を介して熱交換器２３に送られ、再度外部熱源からの熱を回収する。

　合金タンク１０内の合金Ａは、外部熱源から供給される温熱により温度が上昇し、その温度上昇に伴い、合金タンク１０の合金Ａの解離圧が合金タンク１１の合金Ｂの解離圧より高くなると、合金タンク１０から配管５０、弁Ｖ８、配管５１、５３、弁Ｖ９、配管５２を介して合金タンク１１へ水素が移動し始める。それに伴い、合金タンク１１の合金Ｂにおいて水素の吸蔵反応が起こり、発熱する。合金タンク１１で発生した温熱は、熱媒を介して配管４５、４６、４７、４９、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４、熱交換器２１に送られ、そこで貯湯タンク６に通じる配管７０内の熱媒と熱交換が行われる。熱交換後の熱媒は、配管３４、ラジエータ２２、配管３６、３７、４３、弁Ｖ６、配管４４を介して合金タンク１１に送られ、タンク内にて再度温熱を回収する。

　合金タンク１１における合金Ｂにおいては水素吸蔵反応により発熱すると共に、合金タンク１１の中を通る熱媒により熱が奪われる。しかしながら、給湯運転初期段階においては合金Ａと合金Ｂとの解離圧差が大きいため、水素が移動しやすく、水素吸蔵反応による発熱量が大きい。このため、合金タンク１１における合金Ｂの温度は定常状態となるまで温度が上昇していく。一方、合金タンク１０における合金Ａは、水素の放出反応に伴い温度が低下するが、熱交換器２３で外部熱源の熱を回収した熱媒が合金タンク１０に循環しているため、定常状態となるまで温度は上昇していく。

　なお、両合金タンク１０、１１内の合金Ａ及び合金Ｂの温度が設計温度に到達するまでの給湯運転開始直後は、定常時よりも多くの熱を外部熱源から回収する必要がある。このため、外部熱源に必要な熱量は、両合金タンク１０、１１が給湯運転開始の状態から定常温度になるまでの顕熱分を考慮する必要があり、合金の反応熱で昇温する場合にはその顕熱分の温熱は取出せない点に注意が必要である。なお、合金タンク１１内の合金Ｂの加熱に外部熱源を用いても良い。そうすることで、同一の水素量が移動した際に給湯用として取出せる温水は増加する。但し、その場合には確保すべき外部熱源の熱量も増加することに注意が必要である。

　給湯運転初期段階の加熱によって、図１０に示すように、合金タンク１０の合金Ａの温度が外部熱源の温度である、例えば３５℃となり、合金タンク１１の合金Ｂの温度が給湯温度域における温度である、例えば６０℃で定常状態となった場合、合金タンク１０の合金Ａの外部熱源の温度における解離圧は、合金タンク１１の合金Ｂの給湯温度域の温度における解離圧よりも高くなっている。このため、給湯運転中は合金タンク１０から合金タンク１１に水素が移動し続け、合金タンク１１は水素吸蔵反応により発熱し続ける。これにより、給湯温度域の温度を有する温水を継続的に製造することができる。

　第２の実施形態におけるヒートポンプ運用時の給湯運転はこのようにして行われる。次に、給湯運転が終了した後の再生運転について説明する。

　外気放熱は、配管内の熱媒がラジエータ２２を介して外気との間で熱交換されることで行われる。そして、ラジエータ２２で降温した熱媒は、図１１に示すように配管３６、３７、３８、三方弁Ｖ３、配管３９を介して合金タンク１０に送られる。これにより合金タンク１０内の合金Ａが冷却される。合金タンク１０との熱交換で加熱された熱媒は、配管４０、三方弁Ｖ４、配管４８、４６、４７、４９、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４、ラジエータ２２に送られ、再度、外気により冷却される。

　そして、合金タンク１０内の合金Ａの冷却に伴い、合金タンク１０の合金Ａの解離圧が合金タンク１１の合金Ｂの解離圧よりも小さくなれば、合金タンク１１から、配管５２、弁Ｖ９、配管５３、５１、弁Ｖ８、配管５０を介して合金タンク１０に水素が移動し始める。これにより、合金タンク１１内の合金Ｂでは水素放出に伴う吸熱反応が生じ、合金タンク１１内の合金Ｂの温度が低下していく。一方、合金タンク１０内の合金Ａでは水素吸蔵に伴う発熱反応が起きるが、合金タンク１０にはラジエータ２２を介して外気により降温した熱媒が循環するため、合金タンク１０内の合金Ａの温度も低下していく。

　なお、両合金タンク１０、１１の温度が設計温度に到達するまでの再生運転開始直後は、定常時よりも多くの熱を放熱する必要がある。但し、この熱は捨てるだけの熱なので捨てれさえすれば良い。両合金タンク１０、１１の温度が設計温度（例えば１０℃）に到達したら両合金タンク１０、１１間の反応熱循環で水素移動が可能となる。このため、図１２のように弁Ｖ６を開として合金タンク１１にも熱媒を循環させ、合金タンク１１の温度が下がり過ぎないようにしてもよい。外部に熱を捨てる必要が無くなった場合、ラジエータ２２のファンは停止して良い。もちろん、再生運転初期から弁Ｖ６を開として放熱しても良い。

　第２の実施形態におけるヒートポンプ運用時の再生運転はこのようにして行われる。再生運転の後には給湯運転を再度行い、温水の製造を行う。給湯運転と再生運転を交互に繰り返すサイクルは少なくとも１日１回実施される。例えば夜間の外気温が低い時に再生運転を実施して日中は給湯運転を実施してもよい。また、このサイクルは１日複数サイクル実施しても良い。例えば２サイクル行う場合には、夜間に再生運転と給湯運転をして、日中に再生運転と給湯運転をする。サイクル数を増やすことで給湯用等の温水として利用できる熱量を増やすことが可能となる。

　以上のように第２の実施形態の蓄熱システム１では、水素吸蔵合金の温度‐解離圧特性が互いに異なる合金Ａと合金Ｂとを用いることで、ヒートポンプ運用時において、外部熱源を利用した給湯運転と、外気放熱を利用した再生運転とを実施して温水を製造することができる。外部熱源は、家庭内で発生する排熱、地中熱等の従前は未利用あるいは利活用困難だった熱源である。このため、外部熱源を利用する第２の実施形態の蓄熱システム１によれば、エネルギー自立が困難な時期においても、より効率良く温水を製造することができる。

　なお、合金タンク１０に用いられる合金Ａおよび合金タンク１１に用いられる合金Ｂは、温水の利用目的、外部熱源の温度、外気温度等に応じて適宜選択されるものであり、例えばＭｍＮｉ系合金、ＴｉＦｅ系合金、ＴｉＶ系ＢＣＣ合金、ＴｉＶＣｒ系ＢＣＣ合金、ＴｉＣｒ系ＢＣＣ合金等が用いられる。また、合金タンク１１の合金Ｂは全温度域で解離圧が低く、かつ温度変化に対する圧力変化が極力小さいものであってもよい。

　なお、給湯運転時に必要な合金タンク１０に供給する熱の温度帯が低いほど、利用可能な外部熱源の選択肢が増えるため、両合金Ａ、Ｂの温度‐解離圧特性の交点は再生運転時の温度（外気放熱によって冷却可能な温度）を下回らない範囲でより低温であってもよい。また、合金Ａ側の「給湯時の合金温度」と「再生時の合金温度」の差が小さければ小さいほど、運転切替の際の顕熱ロスが減るのでエネルギー的により効率的となる。

　＜第３の実施形態＞
　第３の実施形態の蓄熱システム１は、第２の実施形態の蓄熱システム１と同様の構成であるが、ヒートポンプ運用時の給湯運転方法が異なっている。第３の実施形態では、エネルギー自立が困難な時期であっても太陽光発電の余剰電力が生じた場合の日中の給湯運転について説明する。

　（ヒートポンプ運用‐給湯運転）
　図１４は第３の実施形態におけるヒートポンプ運用時の給湯運転のフロー図である。第３の実施形態では、ヒートポンプ運用の給湯運転時においても太陽光発電の余剰電力を利用して水電解装置８で水素を製造する。このとき製造された水素は、配管５７、弁Ｖ７、配管５６、５５、除湿器２０、配管５４、５３、弁Ｖ９、配管５２を介して合金タンク１１に供給される。これにより合金タンク１１内の合金Ｂで水素の吸蔵反応が起こり、合金タンク１１内の合金Ｂの温度が上昇していく。一方、第３の実施形態においても第１の実施形態及び第２の実施形態と同様、給湯運転時には合金タンク１０から放出された水素が合金タンク１１に供給される。このため、第３の実施形態の給湯運転では、水素が合金タンク１０と水電解装置８とから合金タンク１１に供給されるため、合金タンク１０から放出される水素量を抑えたとしても合金タンク１１内の合金Ｂの温度を上げることができる。すなわち、合金タンク１０から供給される水素のみで合金タンク１１の合金Ｂを加熱する場合に比べ、合金タンク１０からの水素放出を促進させる必要がない。このため、合金タンク１０に供給する、外部熱源の熱を回収した配管４２内の熱媒の量を低減することができ、結果として熱媒を送るためのポンプ動力を低減することができる。これにより、さらに効率良く温水を製造することができる。なお、合金タンク１１における水素の充填量が所定の充填量に到達したら、水電解を中止し、再生運転に移行する。

　＜第４の実施形態＞
　第４の実施形態の蓄熱システム１では、ヒートポンプ運用の給湯運転と再生運転との間に燃料電池運転を実施する。

　（ヒートポンプ運用‐給湯運転）
　第４の実施形態におけるヒートポンプ運用の給湯運転は、図１４に示す第３の実施形態におけるヒートポンプ運用の給湯運転と同様に、給湯運転時に太陽光発電の余剰電力を利用して水電解装置８で水素を製造する。また、このとき製造された水素を合金タンク１１に供給する。しかしながら、第４の実施形態に係る蓄熱システム１では、合金タンク１１において水素が所定の充填量に到達した後に再生運転に移行せずに、合金タンク１０への水素の供給を開始する点で相違する。そして、合金タンク１０において水素が満充填になったら、たとえ余剰電力がまだあったとしても水電解を中止する。ヒートポンプ運用時において水電解装置８で両合金タンク１０、１１に水素を貯蔵させると、給湯運転終了時点で合金タンク１０に水素が満充填状態にあるため、合金タンク１１から合金タンク１０に水素を移動させることができず、再生運転を実施することができない。そこで、第４の実施形態では、給湯運転と再生運転との間に燃料電池運転を実施する。

　（ヒートポンプ運用‐燃料電池運転）
　図１５に示すように合金タンク１０に残った水素は、配管５０、弁Ｖ８、配管５１、５４、除湿器２０、配管５５、５８、弁Ｖ１０、配管５９を介して燃料電池装置９に送られる。
ここで移動した水素は、「太陽光発電電力＜住宅の電力需要」の関係を満たす時（特に夕方以降）の電力需要向けの発電に利用される。そして、その際に燃料電池装置９から発生する温熱は熱媒を介して、配管３０、三方弁Ｖ１、配管３１、ポンプＰ１、配管３２、３３、三方弁Ｖ２、配管３４、熱交換器２１に送られ、配管７０内の水と熱交換が行われる。これにより温水が製造される。配管３４内の熱媒はその後、ラジエータ２２、配管３６、弁Ｖ５、配管４７を介して燃料電池装置９に送られ、再度温熱を回収する。なお、貯湯タンク６の容量に余裕があり、貯湯タンク６内に温水を貯めることができれば、上記のように燃料電池装置９から発生する温熱を温水の製造に利用すれば良いが、温水を貯めることができなければラジエータ２２で放熱すれば良い。

　燃料電池運転中は、水素放出に伴う吸熱反応により合金タンク１０の温度が低下する。
このため、燃料電池運転後の再生運転で必要となる合金タンク１０の冷却のための動力及び冷熱を低減することができ、さらに効率良く温水を製造することができる。

　なお、合金タンク１０に貯蔵した水素の使い方としては、再生運転時に移動する水素の量を減らすために、合金タンク１０の残水素をそのまま保持しておくことも考えられる。
この場合、再生運転に必要な動力及び外気放熱を低減できるが、再生運転終了時点で合金タンク１１に水素が残るため、次の給湯運転時に十分な水素を移動できず、給湯に必要な熱量を得られなくなるおそれがある。ここで、合金間の水素移動に伴い、一方の合金から得られる単位水素量当たりの熱量と、燃料電池発電に伴い発生する単位水素量当たりの温熱の熱量では、燃料電池発電に伴う熱量の方が約４倍程度多い。そのため、合金タンク１１に水素が余っている場合には、合金タンク１１の水素を用いて燃料電池発電をして、住宅の電力需要を賄いながら貯湯用の加熱及び必要に応じて合金タンク１１の加熱を行えば、給湯運転をしなくても必要な貯湯量を確保できる。もちろん、合金タンク１１の水素残量によっては、燃料電池運転と給湯運転とを組合せれば良く、それにより必要な貯湯量を確保することができる。

　このように必要以上に貯めた水素の活用方法としては、太陽光の発電量が住宅の電力需要を下回る場合の使用が基本であり、給湯運転の代わりに燃料電池運転をする際の燃料として使用するのが最適である。なお、たとえ貯湯が完了しても、電力需要があるうちは余剰分の水素による発電を継続しても良く、余剰分が無くなった時点で、電力需要に関わらず燃料電池運転を終了する。また、余剰の水素は、無理に消費する必要は無く、給湯運転と再生運転を繰り返す間に何度でもタンク間を移動しても問題はない。

　＜第５の実施形態＞
　第５の実施形態では、合金タンク１０の合金Ａおよび合金タンク１１の合金Ｂの温度‐解離圧特性が図１６のように互いに類似している場合の蓄熱システム１について説明する。合金Ａの解離圧は、全温度域にわたって合金Ｂの解離圧よりも高くなっている。このため、例えば第１の実施形態及び第２の実施形態の給湯運転時のように合金タンク１０の温度が３５℃、合金タンク１１の温度が６０℃になったとしても、そのときの合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも低いために、合金タンク１０から合金タンク１１への水素の移動は起こらない。また、第１の実施形態及び第２の実施形態の再生運転時のように両合金タンク１０、１１の温度をともに１０℃としても、合金Ａの解離圧が合金Ｂの解離圧よりも高いため、合金タンク１１から合金タンク１０への水素の移動は起こらない。すなわち、両合金タンク１０、１１の水素吸蔵合金の温度‐解離圧特性の関係が図１６のような場合には、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるヒートポンプ運用を行うことが困難となる。

　一方、第５の実施形態の水素ユニット４は、図１７のような構成を有している。なお、図１７では両合金タンク１０、１１周辺の構成のみを図示しているが、その他の構成については第１～第４の実施形態の水素ユニット４と同一の構成である。

　第５の実施形態における水素ユニット４は、合金タンク１０と弁Ｖ８とを繋ぐ配管５０の途中に配管６０の一端が接続され、配管６０の他端は合金タンク１１と弁Ｖ９を繋ぐ配管５２の途中に接続されている。この配管６０には弁Ｖ１１、および合金タンク１０から合金タンク１１に向けて水素を送るガスポンプＰ３が設けられている。同様に、配管５０の途中には別の配管６１の一端が接続され、配管６１の他端は配管５２の途中に接続されている。配管６１には合金タンク１１から合金タンク１０に向けて水素を送るガスポンプＰ４、および弁Ｖ１２が設けられている。

　このような構成を有する水素ユニット４においては、両合金タンク１０、１１の合金Ａ、Ｂ間の解離圧差によって水素の移動が起こらなくても、ガスポンプＰ３、Ｐ４により与えられる圧力を、水素を移動させる力として利用することにより、図１８のように解離圧が低い合金側から高い合金側へ水素を移動させることができる。

　ガスポンプＰ３、Ｐ４により与えられる圧力で水素を移動させる場合、まず水素を放出する側の合金は水素放出に伴い温度と解離圧が低下する。これにより、水素が放出されにくくなる。このため、水素放出側の合金が一定温度になるように熱を与えて水素が放出されやすいようにしないと、ガスポンプＰ３、Ｐ４の吸込みに必要な圧力が増加し続けて最終的には水素を吸い込めなくなるおそれがある。第５の実施形態においても、水素放出に伴う吸熱分の熱量を外部から与える必要がある点では両合金Ａ、Ｂの解離圧差を利用する場合と変わりはないが、その温度帯は比較的広く、外部熱源を駆動力とする際には使えなかった低温の熱源も利用することができる。

　次に水素を受け取る側の合金は水素吸蔵に伴い温度と解離圧が上昇する。これにより、水素が吸蔵されにくくなる。このため、水素吸蔵側の合金が一定温度になるように熱を取り除いて水素が吸蔵されやすいようにしないと、ガスポンプＰ３、Ｐ４により与えられる圧力では水素を押し込めなくなる。そのため、水素吸蔵に伴う発熱分の熱量を取り除く必要があるが、その温度帯は温水の利用目的に応じて決定すれば良く、両合金Ａ、Ｂの解離圧差を利用する場合には得られなかった高温の温水として回収することもできる。

　以上のような第５の実施形態の蓄熱システム１においては、合金タンク１０から合金タンク１１に向けて水素を送り込むガスポンプＰ３と、合金タンク１１から合金タンク１０に向けて水素を送り込むガスポンプＰ４とが設けられていることで、以下のメリットがある。
（１）両合金Ａ、Ｂの温度－解離圧特性が必ずしも交点を有する必要はない。
（２）水素吸放出のために与えたり取り除いたりする外部熱源の温度帯の選択肢を、両合金Ａ、Ｂの解離圧差を利用して水素を移動させる場合よりも広げることができる。

　但し、吸蔵、放出どちらの場合もガスポンプＰ３、Ｐ４の揚程が高くなるほど消費電力が増えたり、ガスポンプＰ３、Ｐ４のスペックを上げるたりする必要がある。このため、ガスポンプＰ３、Ｐ４の吐出揚程及び吸込揚程が小さく済むように合金特性または運転温度帯を選定してもよい。この考えに基づけば、例えば給湯運転時の外部低温熱源の温度と、再生運転時の運転温度とを同一にできる。具体的には地中熱を利用する場合にこの運用方法が考えられる。また、ガスポンプＰ３、Ｐ４を設ける場合は、設けない場合に比べてガスポンプＰ３、Ｐ４を駆動するための動力分、エネルギー効率が低下する。しかしながら、ガスポンプＰ３、Ｐ４を設けた蓄熱システム１は、外部熱源の熱を利用せずに捨てていた従来の蓄熱システムよりもエネルギー効率が高くなっている。すなわち、従来の蓄熱システムより効率的に温水を製造することが可能である。なお、ガスポンプＰ３、Ｐ４を設けない方がエネルギー効率の点では有利である。このため、両合金タンク１０、１１の合金Ａ、Ｂ間において解離圧差のみを利用した水素の移動が起こりやすいように、合金Ａおよび合金Ｂは、温度‐解離圧特性が交差する温度帯が、冬期とその周辺期の外気温度と、外部熱源温度との間の温度（例えば２０℃前後）となるような組み合わせであってもよい。

　なお、水素を移動させる力を作用させるものとして、解離圧差とガスポンプＰ３、Ｐ４とを、運転状況または電力事情に応じて組み合わせて利用することも可能である。これにより以下のメリットがある。
（１）蓄熱システム１を、基本的には解離圧差を利用して水素を移動させるように設計したとしても、必要な外部熱源量が確保できない場合にガスポンプＰ３、Ｐ４を、水素を移動させる力として使うことで、外部熱源の状況に応じて効率的かつ、より確実にヒートポンプ運用ができる。
（２）蓄熱システム１を、基本的には解離圧差を利用して水素を移動するように設計している場合において、需要側において短時間で貯湯運転を完了させたい、またはより高温の貯湯をしたいといったニーズが発生しうる。そのようなニーズが発生した場合に合金タンク１０から合金タンク１１への水素の移動を促進することができる。
（３）給湯運転時は解離圧差を利用して水素を移動させ、再生運転時はガスポンプＰ３、Ｐ４を駆動させて水素を移動させる、といったように合金特性または外部熱源条件に応じた蓄熱システムを構築することができる。

　以上のように、水素を移動させる力として、両合金Ａ、Ｂの解離圧差とガスポンプＰ３、Ｐ４とを組み合わせることで、ヒートポンプ運用する際の合金仕様または外部熱源の制約をより一層小さくでき、運用中に設計値を外れる条件で運転しなければならない場合にも対応することが可能となる。

　水素を移動させる力として何を使用するかは、合金特性と外部熱源温度および取り出したい給湯温度とにより概ね決定される。しかしながら、日によっては外部熱源の温度が前後したり、所定の外部熱源量を確保できない可能性がある。こういう場合にガスポンプを駆動させて水素を移動させることができれば、ヒートポンプ運用自体は成立するし、通常時は解離圧差により水素を移動させることでエネルギー的に効率的な運転ができる。

　さらに、ヒートポンプ運用を１日に１サイクル行う場合には、夜間の外気温が低い時に再生運転をして、日中に給湯運転するというのが基本となる。ヒートポンプ運用を例えば１日２サイクル行う場合には、夜間に再生運転と給湯運転をして、日中に再生運転と給湯運転をする必要がある。この場合、例えば日中の再生運転時は外気温が高くなるため、再生運転時の温度が設計値よりも高くなる可能性がある。これにより、解離圧差だけでは水素を移動させることができない可能性があるが、ガスポンプを備えることで、水素を移動させることが可能となる。

　また、日中の給湯運転時は外部熱源が不足する可能性があるため、給湯運転時の外部熱源からの供給温度が設計値よりも低くなる可能性がある。この場合、解離圧差だけでは水素を移動できない可能性があるが、ガスポンプを備えることで水素を移動させることができる。また、日中は日によっては太陽光発電の余剰電力が発生することがあるが、この場合にはこの余剰電力でガスポンプを駆動して日中にヒートポンプ運転をすることもできる。ガスポンプがあることで、実用上想定しうる様々な状況に対応できるため、解離圧差とガスポンプの両方を、水素を移動させる力として確保しておいてもよい。特にヒートポンプサイクルを１日に複数サイクル実施したい場合に有効である。

　なお、ガスポンプで水素を移動させる方向を一方向とする場合、「ガスポンプを２台設置する」又は「ガスポンプ１台で水素の移動方向を変えることができるように配管のルート切替回路を作る」必要がなくなるため、実用上メリットがある。水素を移動させる方向を一方向とするためには、想定しうる範囲の外部熱源条件であれば、どちらか一方の運転では必ず解離圧差によって水素が移動可能となるように両合金特性を選定すれば良い。

　表１にヒートポンプ運用時において水素を移動させる力の組み合わせの例を示す。

　以上で説明した実施形態では、合金特性の異なる合金タンク１０、１１を用いて蓄熱システム１を構成したが、水素吸蔵合金タンクの数は上記した２つに限定されるものではなく更に多く備えても良い。図１９に示す例では、合金Ａおよび合金Ｂとは異なる特性の合金Ｃを有する水素吸蔵合金タンクが設けられている。ここで、給湯温度域の温度を６０℃とすると、給湯温度域の温度における合金Ｃの解離圧は合金Ａの解離圧よりも低く、合金Ｂの解離圧よりも高い。また、外部熱源の温度を３５℃とすると、外部熱源の温度における合金Ｃの解離圧は合金Ａの解離圧よりも低く、合金Ｂの解離圧よりも高い。一方で、外気温度を１０℃とすると、外気温度における合金Ｃの解離圧は合金Ａの解離圧よりも高く、合金Ｂの解離圧よりも低い。本例における合金Ａ、合金Ｂ、合金Ｃについては、ＭｍＮｉ系合金、ＴｉＦｅ系合金、ＴｉＶ系ＢＣＣ合金、ＴｉＶＣｒ系ＢＣＣ合金、ＴｉＣｒ系ＢＣＣ合金等が用いられる。

　ここで、給湯温度域における解離圧が相対的に高い水素吸蔵合金タンクを第１の水素吸蔵合金タンク（第１のタンク）とし、相対的に低い水素吸蔵合金タンクを第２の水素吸蔵合金タンク（第２のタンク）とする。例えば、第１の合金タンクを合金Ａのタンクとすれば、第２の合金タンクは合金Ｂのタンクまたは合金Ｃのタンクである。また、第１の合金タンクを合金Ｃのタンクとすれば、第２の合金タンクは合金Ｂのタンクである。この場合、第１の合金タンクに、外部熱源からの熱を供給することで第１の合金タンクから第２の合金タンクに水素が移動する。これにより、第２の合金タンクの水素吸蔵合金（合金Ｂまたは合金Ｃ）で水素吸蔵反応が生じ、その際に温熱を利用して給湯運転を実施することができる。一方で、第１の合金タンクの水素吸蔵合金（合金Ａまたは合金Ｃ）を外気温度まで冷却するように熱媒を循環させれば、第２の合金タンクから第１の合金タンクに水素が移動する。これにより、第１の合金タンクにおいて水素が貯蔵される再生運転を実施することができる。このように水素吸蔵合金タンクの数が増えても、蓄熱システム１の給湯運転と再生運転とを行うことができる。

　図１９に示す例では、給湯運転時には合金Ａのタンク、合金Ｃのタンク、合金Ｂのタンクに順に水素が移動していく。また、再生運転時には合金Ｂのタンク、合金Ｃのタンク、合金Ａのタンクに順に水素が移動していく。図１９のように合金タンクが３つの場合に取り出せる温熱量は、合金タンクが２つの場合を基準とすると概ね２倍となる。さらに合金タンクが４つの場合には概ね３倍となる。つまり、合金タンクを増やす毎に取り出せる温熱量を増やすことができる。なお、合金タンクの増加に応じて、水素放出のために必要となる外部熱源の熱量は増加するが、得られるエネルギーの方が大きいため、従前より効率的に温水を製造することは可能である。

　また、以上で説明した実施形態では、蓄熱システム１として図１または図２に示すような構成を例示したが、蓄熱システム１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、蓄熱システム１が、合金温度に対する解離圧の特性が互いに異なる複数の水素吸蔵合金タンクを備え、水素吸蔵合金タンクで発生する温熱を外部から供給される水に与えることができる構成とする。そして、昇温した熱媒を第１の合金タンクに循環させて、第１の合金タンクから第２の合金タンクに水素を移動させる給湯運転と、熱循環系の降温した熱媒を第１の合金タンクに循環させて、第２の合金タンクから第１の合金タンクに水素を移動させる再生運転とが実施できるように構成する。このように構成されている場合、エネルギー自立が困難な時期であっても水素吸蔵合金タンク間の水素の移動により生じる熱を利用して効率良く温水を製造することができる。

　また、蓄熱システム１では、ヒートポンプ運用時において、例えば災害などにより系統電力８０から送電がないような非常時となったとしても、ヒートポンプ運用のために確保してある水素で燃料電池発電をすることが可能となる。これにより太陽光発電から電力が得られない雨天時または夜間に、別途設置した蓄電装置３の電力と燃料電池装置９からの電力、温水を利用することで、蓄熱システム１の規模にもよるが数日間は通常通り家屋１００にエネルギーを供給することも可能である。

　なお、以上の実施形態に係る蓄熱システム１を住宅に設置した場合には、敷地内の有効スペースを拡大させることも可能である。以下、その理由について説明する。

　図２０は都市部の住宅の一例を示す図であり、家屋及び庭などの位置関係を示した敷地配置図である。図２０で例示する住宅は土地面積が１００ｍ^２であり、建ぺい率が５０％である。図２０のような敷地配置では、蓄熱システム１が備える蓄電設備は家屋の北側のスペースに配置される。

　ここで、蓄熱システムが備える蓄電設備が蓄電容量１０ｋＷｈのリチウムイオン電池（ＬｉＢ）だけで構成される場合、蓄電装置として５０ｋＷｈのエネルギーを溜めるとすると、リチウムイオン電池を図２１のように５台配置することになる。すなわち、リチウムイオン電池だけを用いる場合は、蓄電装置のフットプリントとして家屋北側のスペースの多くを占めてしまう。なお、リチウムイオン電池のサイズは、現在市販されている蓄電容量１０ｋＷｈのリチウムイオン電池の一般的な値を用いている。リチウムイオン電池の高さは１ｍ程度である。また、各リチウムイオン電池間にはメンテナンス実施用のスペースとして０．３ｍの間隔が設けられている。

　一方、本開示に係る蓄熱システム１の場合、電力と温熱とを合わせた出力で５０ｋＷｈのエネルギーを確保するためには、図２２のようなサイズの水素ユニット４を１台配置するだけで良い。すなわち、本開示に係る蓄熱システム１によれば、蓄電設備としてリチウムイオン電池だけを用いる場合に比べ、蓄電設備のフットプリントを半分以下にすることが可能となる。なお、水素ユニット４の高さは１．５ｍ程度である。

　このように本開示に係る蓄熱システム１によれば、従前より効率良く温水を製造することができると共に、蓄電設備のフットプリントを大きく減少させることができ、その分の空いたスペースを有効活用することができる。

　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

　本開示は、住宅、商業用施設等の蓄熱システムに有用である。

１　　　　　　蓄熱システム
２　　　　　　太陽光発電装置
３　　　　　　蓄電装置
４　　　　　　水素ユニット
５　　　　　　給湯機
６　　　　　　貯湯タンク
７　　　　　　コントローラ
８　　　　　　水電解装置
９　　　　　　燃料電池装置
１０　　　　　第１の水素吸蔵合金タンク
１１　　　　　第２の水素吸蔵合金タンク
２０　　　　　除湿器
２１　　　　　熱交換器
２２　　　　　ラジエータ
２３　　　　　熱交換器
３０～６１　　配管
７０　　　　　配管
７１　　　　　配管
１００　　　　家屋
Ｐ１　　　　　ポンプ
Ｐ２　　　　　ポンプ
Ｐ３　　　　　ガスポンプ
Ｐ４　　　　　ガスポンプ
Ｖ１～Ｖ１２　弁

Claims

　第１の水素吸蔵合金を貯える第１のタンクと、
　第１の水素吸蔵合金と合金温度に対する解離圧の特性が異なる第２の水素吸蔵合金を貯える第２のタンクと、
　前記第２の水素吸蔵合金が発生する温熱を貯えるための蓄熱系と、
　前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金と前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金との間で水素が移動可能に構成された水素移動系と、
　熱源の温熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給するための第１の熱供給系と、
　外気の冷熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給するための第２の熱供給系と、
　前記第１の熱供給系を介して第１の水素吸蔵合金を加熱し、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金に水素を移動させる第１の運転モードと、
　前記第２の熱供給系を介して前記第１の水素吸蔵合金を冷却して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記第１のタンク内の第１の水素吸蔵合金に水素を移動させる第２の運転モードと、を実行する制御器とを備えた、蓄熱システム。
　前記水素移動系は、前記第１のタンクから第２のタンクに水素を送る第１のガスポンプを備え、
　前記制御器は、前記第１の運転モードにおいて、前記第１の水素吸蔵合金の解離圧が前記第２の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第１のガスポンプを動作させる、請求項１に記載の蓄熱システム。
　前記水素移動系は、前記第２のタンクから前記第１のタンクに水素を送る第２のガスポンプを備え、
　前記制御器は、前記第２の運転モードにおいて、前記第２の水素吸蔵合金の解離圧が前記第１の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第２のガスポンプを動作させる、請求項１または２に記載の蓄熱システム。
　水電解装置と、
　前記水電解装置で生成した水素を前記第１のタンクに供給する第１の供給器と、を備え、
　前記制御器は、前記第１の運転モードにおいて、前記第１の供給器を制御して、前記水電解装置で生成した水素を前記第１のタンクに供給させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
　水電解装置と、
　前記水電解装置で生成した水素を前記第２のタンクに供給する第２の供給器とを備え、
　前記制御器は、前記第１の運転モードにおいて、前記第２の供給器を制御して、前記水電解装置で生成した水素を前記第２のタンクに供給させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
　燃料電池装置と、
　前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第３の供給器と、を備え、
　前記制御器は、第１の運転モードの後、前記第３の供給器を制御して、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
　前記制御器は、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給して、発電させた後、前記第２の運転モードを実行する、請求項６記載の蓄熱システム。
　燃料電池装置と、
　前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第４の供給器と、を備え、
　前記制御器は、第２の運転モードの後、前記第４の供給器を制御して、前記第２タンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
　燃料電池装置と、
　前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第３の供給器とを備え、
　前記制御器は、前記第１の運転モード及び前記第２の運転モードのいずれかを実行中に、停電が生じると、前記第３の供給器を制御して、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
　燃料電池装置と、
　前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給する第４の供給器とを備え、
　前記制御器は、前記第１の運転モード及び前記第２の運転モードのいずれかを実行中に、停電が生じると、前記第４の供給器を制御して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
　熱源の温熱を第１のタンク内の第１の水素吸蔵合金に供給し、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から第２のタンク内の、前記第１の水素吸蔵合金と合金温度に対する解離圧の特性が異なる、第２の水素吸蔵合金に水素を移動させる第１の運転モードを実行するステップと、
　外気の冷熱を前記第１の水素吸蔵合金に供給して、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金に水素を移動させる第２の運転モードを実行するステップと、を備え、
　前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、前記第２の水素吸蔵合金が発生する温度を蓄熱器に貯えるステップを備える、蓄熱システムの運転方法。
　前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、前記第１の水素吸蔵合金の解離圧が前記第２の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第１のタンク内のから前記第２のタンクに水素を送る第１のガスポンプを動作させるステップを備える、
　請求項１１に記載の蓄熱システムの運転方法。
　前記第２の運転モードを実行するステップにおいて、前記第２の水素吸蔵合金の解離圧が前記第１の水素吸蔵合金の解離圧より低いときに、前記第２のタンクから前記第１のタンクに水素を送る第２のガスポンプを動作させるステップを備える、
　請求項１１または１２に記載の蓄熱システムの運転方法。
　前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、水電解装置で生成した水素を前記第１のタンクに供給するステップを備える、
　請求項１１から１３のいずれか１項に記載された蓄熱システムの運転方法。
　前記第１の運転モードを実行するステップにおいて、水電解装置で生成した水素を前記第２のタンクに供給するステップを備える、
　請求項１１から１４のいずれか１項に記載の蓄熱システムの運転方法。
　前記第１の運転モードを実行するステップの後、前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備える、
　請求項１１から１５のいずれか１項に記載の蓄熱システムの運転方法。
　前記第１タンク内の前記第１の水素吸蔵合金から前記燃料電池装置に水素を供給して、発電させるステップの後、前記第２の運転モードを実行するステップを実施する、
　請求項１６に記載の蓄熱システムの運転方法。
　前記第２の運転モードを実行するステップの後、前記第２タンク内の前記第２の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備える、
　請求項１１から１５のいずれか１項に記載の蓄熱システムの運転方法。
　前記第１の運転モードを実行するステップ及び前記第２の運転モードを実行するステップのいずれかにおいて、停電が生じると、前記第１のタンク内の前記第１の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備える、
　請求項１１から１５のいずれか一項に記載された蓄熱システムの運転方法。
　前記第１の運転モードを実行するステップ及び前記第２の運転モードを実行するステップのいずれかにおいて、停電が生じると、前記第２のタンク内の前記第２の水素吸蔵合金から燃料電池装置に水素を供給するとともに、前記燃料電池装置を発電させるステップを備える、
　請求項１１から１５のいずれか一項に記載の蓄熱システムの運転方法。