JPH01155158A - 蓄熱式ヒートポンプ - 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） 本発明は水素吸蔵合金を用いる蓄熱式ヒートポンプに関
し、より詳しくは２種類の水素吸蔵合金を用いたより省
エネルギー型の蓄熱式ヒートポンプに関する。

（従来の技術） ヒートポンプは省エネルギー機器として各種開発され例
えば、一般家庭用の冷暖房には熱の移動を冷媒（例えば
フロンなど）の気化、圧縮の可逆操作により行うヒート
ポンプが開発されている。

他方、化学反応の熱の吸収、放出を伴う可逆反応を利用
する化学式ヒートポンプあるいは化学式冷凍機が開発さ
れており、水素吸蔵合金の利用も提案されている。

（発明か解決しようとする闇題点） しかしながら、効率のよい省エネルギー機器として期待
される化学式ヒートポンプあるいは化学式冷凍機である
が、例えば従来の水素吸蔵合金利用のものでは、高い温
度をかけて合金から高圧水素を発生させなければならず
、また、水素を吸蔵する際は、合金に発生する熱を取り
去るために冷水を作らなければならず高温及び低温の２
種の熱源が豊富に必要であり、それか汁及のネックとな
っていた。さらに汀及をはかるためには、熱源が１種類
でも運転できる化学式ヒートポンプあるいは冷凍機の開
発が望まれている。

また一方には、冷房による夏期の昼間の電力需要のピー
クは増大を続けており、それに対応するための発電設備
等の９．＠が間に合わない状況にある。他方、ピーク時
以外は、電力の負荷は設備に対してはるかに小さく、極
めて経済性が悪いという事情がある。したかってこれら
の問題を一挙に解決するために、夜間の余剰電力を用い
て冷熱を蓄積し、昼間に電力を殆ど使わずに冷房するシ
ステムの開発が望まれている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、２種
類の水素吸蔵合金をそれぞれ収納した耐圧容器を連結し
て内容器間を水素を循環させる水素サイクルを形成する
とともに、２種の水素吸蔵合金のうちのより高温て水素
を放出する水素吸蔵合金からより低温で水素を放出する
水素吸蔵合金への水素移送ラインに圧縮機を設けてなる
ことを特徴とする蓄熱式ヒートポンプを提供するもので
ある。

次に本発明を図示の１実施態様に従って説明すると、第
１図は本発明の蓄熱式ヒートポンプの構成を説明する模
式図であり、Ｈは蓄熱式ヒートポンプ、１．２は水素吸
蔵合金（図示せず）をそれぞれ内蔵する耐圧容器を示し
、容器ｌには２のものより高温で水素を放出する水素吸
蔵合金が内蔵されている。３は容器１内の水素を容器２
に移す水素移送ライン、４は容器２内の水素を容器ｌに
送る水素移送ラインである。こうして容器ｌ、ライン３
、容器２、ライン４からなる水素循環サイクルが形成さ
れるがここで、水素移送ライン３には圧縮機５が設けら
れている。また容器１及び２にはそれぞれその内部で熱
交換を行う冷却又は加熱用媒体（例えば水）の導管６及
び７、ならびに高圧水素用の導管８及び９が付設されて
いる。

本発明において使用される水素吸蔵合金は特に制限はな
いが例として希土類あるいはカルシウムとＮｉ、ＡＪｌ
、Ｃｏ等を１対５の割合で溶解した合金類を挙げること
ができ、特により高温で水素を放出する合金にはＬ　ａ
　Ｎ　１５より低温で水素を放出する合金にはＭｍＮｉ
　５　（Ｍｍ：ミツシュメタル）か好ましく使用される
。これらの水素吸蔵合金は通常０，５〜５ＪＬｍ程度の
粉末状で用いられる。

（作用） 上記構成よりなる本発明の蓄熱式ヒートポンプＨの作用
を第１図及び水素吸蔵合金Ｍ１．Ｍ２のそれぞれの平衡
圧力線図を示す第２図を参照して説明する。

なお以下において、同一平衡水素分圧を示す温度か高い
方の合金Ｍ１を高温合金、低い方の合金Ｍ２を低温合金
と呼ぶことにする。

はじめに冷房運転をする場合、夜間に、安価な余剰電力
を用いて、冷熱を蓄熱し、昼間の冷房必要時に電力を消
費することなく冷房を行うため、以下のように運転する
。まず夜間には、耐圧容器１中の高温合金Ｍ１を導管６
に室温程度の温度（例えば２５°Ｃ）の水を通すことに
より保温し水素を発生させ、水素ライン３より送り出し
、圧縮Ｒ５により圧縮し、低温合金Ｍ２を収納した容器
２へと導く（第２図Ａ→Ｂ）。この場合Ｍ１へ室温程度
の熱を供給して水素を発生させても、Ｍ２へ室温の冷却
水を供給した時に必要な水素圧力まで圧ＮｉＩ機を用い
て加圧できるので、特別な熱源がいらない。

ここで水素は容器２内の水素吸蔵合金Ｍ２に吸収される
。低温合金Ｍ２が水素を吸蔵する際の発熱は、これも導
管７へ室温程度の冷却水を通すことにより冷却される。

」二記の容器ｌにおける水素の放出と容器２における水
素の吸収の関係については、２種類の合金Ｍ１、Ｍ２の
種類及び水素の圧縮比を最適化して、高温合金Ｍ１の水
素放出温度と低温合金Ｍ２の水素吸蔵温度をマツチング
させることにより、高温合金Ｍ１の水素放出時の吸熱作
用で冷却された水等を用いて低温合金Ｍ２の水素吸蔵に
よる発熱を冷却することができ、外界へ放出するエネル
ギーを最小にすることができる。２種の水素吸蔵合金の
同一平衡水素分圧での温度差は通常２０℃以−し、好ま
しくは２０〜５０℃であり、圧縮比は３以上、好ましく
は３〜１０とする。

一方昼間は、低温合金容器２へは冷房用の導管から導管
７へ冷房機器からの戻り水等の冷媒を導き、これで加温
して水素を放出させ、これをライン４に取り出し容器１
に移送する（第２図Ｃ→Ｄ）。その時吸熱反応により熱
が奪われるので冷奴を冷却する。そこで発生した冷熱を
冷房に用いる６発生した水素は、室温程度の温度に保た
れた容器２内の高温合金Ｍ１に吸蔵される。また、高圧
水素導管８を経て水素ガスの供給をうけてもよい。その
時の、高温合金Ｍ１における発熱は、例えば、導管６に
通す冷却水をクリーングタワー等で冷却することにより
容易に外界に放出される。

この時（第２図Ｃ−＋Ｄ−＋Ａの行程）は、圧縮機５は
運転する必要がないので、殆ど動力を用いずに冷房する
ことができる。

暖房運転をする場合は低温合金へ冷房時より高い温度（
室温程度）の冷媒を通すことによりこれを行うことがで
きる（第２図Ｃ′→Ｄ′）。

さらに、未発１ｊのヒートポンプては、第２図に示した
ようなりローズドサイクルのピー１−ポンプとしての他
に、夜間に工場等で発生ずる余剰の高圧水素ガスの供給
を受け、それを導管９を経て低温合金容器２へと導入し
て合金Ｍ２に吸蔵させることて蓄熱することができる（
第２図Ｅ→Ｂ）。

この際導管７に室温程度の冷却水を通して冷却すること
は前記と同様である。このようにすれば、圧縮機５をも
必要としないので全く電力を必要とせず、高圧水素ガス
の持つ圧力エネルギーと化学エネルギーを蓄蔵すること
となる。また、このようにオープンサイクルとして利用
できることから、これを水素貯蔵容器に組み込んで用い
ることができる。

（発明の効果） このように、本発明によれば通常の熱駆動式ヒートポン
プで必要とされる高温の熱源を必要とせず、室温付近の
熱源のみで運転でき、しかも圧縮機を夜間電力を用いて
作動させて蓄熱し、昼間に電力をほとんど使用しないで
冷熱を供給することができるという優れた効果を奏する
。また電力ばかりでなく適宜に、高圧水素によっても蓄
熱することかできる蓄熱式ヒートポンプとなる。さらに
、本発明によれば合金の組み合わせを変えることにより
、利用可能な温度レベルを変えることかできる。また、
冷房のみならず、暖房あるいは産業用に低温の熱から高
温の熱を生み出すことも可能である。したがって本発明
の蓄熱式ヒートポンプは冷暖房、給湯及び産業用熱源供
給に好適に使用され、電力消費のピークを低減し、また
副産物水素の貯蔵及び有効利用に顕著な効果を奏する。

さらに本発明のヒートポンプは化学式冷凍機に適用する
ことかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の蓄熱式ヒートポンプの構成説明図であ
り、第２図は本発明のヒートポンプの作動サイクルを説
明するための水素吸蔵合金の平衡圧力線図である。 符号の説明 Ｈ−・・：！ｈ熱式ヒートポンプ、１．２・・・耐圧容
器３．４・・・水素移送ライン、５・・・圧縮機６．７
・・・冷媒導管、８．９−・・水素導管特許出願人　工
業技術院長　飯　塚　幸　三、；・　　　嘗（ １１：１　　　　　）；じ： 第１図 第２図 ３．０　　　　３．２　　　３．４　　　　３．６　　
　３．８１／Ｔ（Ｋ）　ｘ　１０３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種類の水素吸蔵合金をそれぞれ収納した耐圧容
   器を連結して両容器間を水素を循環させる水素サイクル
   を形成するとともに、上記２種の水素吸蔵合金のうちの
   より高温で水素を放出する水素吸蔵合金からより低温で
   水素を放出する水素吸蔵合金への水素移送ラインに圧縮
   機を設けてなることを特徴とする蓄熱式ヒートポンプ。