JPH02176375A - 水素貯蔵合金を用いた冷暖房装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、水素貯蔵合金を用いた冷暖房装置の改良に関
するものである。

［発明の概要コ 本発明は、水素１貯蔵合金を用いた冷暖房装置において
１間欠的出力運転を余儀なくされていた点を改良し、連
続出力運転を可能としたものである。

［従来の技術］ 水素Ｉ？蔵金合金用いた冷暖房装置ｉ’ｉは、作すク」
媒体として水素を用いることから、環境〆／′ｊ染で問
題となっているフロン系冷媒に替オ〕る冷暖房システム
として広く研究されている。以下に、その作動原理を概
説する。

一般に、水素と反応して金属水素化物を形成する金属に
おいては、その反応は可逆的に進行し。

金属が水素を吸収する際は反応熱を生し、逆に放出する
際は吸熱する。

上記性質を用いて冷暖房装置を構成する手段としては、
平衡水素圧力を異にする２種類の金属水素化物が使用さ
れ、その冷房サイクルの動作は第８図に示す如く行われ
、また暖房サイクルの動作は第９図に示す如く行われる
。図面中、Ｍ　１Ｈ。

Ｍ２Ｏは平衡水素圧力を異にする２種類の金属水素化物
である。

即ち、冷房サイクルにおいては、 （１）Ｍ、Ｈを加熱する。（Ａ点） （２）Ａ点で水素は放出され、温度’ｒ　Ｍ（７）　Ｍ
　２１−Ｉに吸収され、その際の発生熱は大気に捨てる
。

（Ｂ点） （３）次にＭ工Ｈの温度をＴＭＬこ下げると、圧力差に
より、水素はＭ、ＩＩからＭ□Ｉ］に移動する。

この時、Ｍ、Ｈの自己冷却により温度１゛Ｌが生じる。

これを室内冷房に用いる。（Ｃ−＋Ｄ）以上を１サイク
ルとする。

暖房サイクルにおいては、 （１）Ｍ、Ｈを加熱する。（Ａ点） （２）Ａ点で水素は放出され、ＭｌＨに吸収されるが、
その際の発生熱は室内に捨てる。　　Ｃ８点） （３）次にＭ２Ｏの温度をＴＬ（大気など）に下げると
、圧力差により、水素はＭＬＨからＭ２Ｏに移動する。

この時、ＭＩＨの自己冷却により温度ＴＭが生じる。こ
れを室内冷房に用いる。（Ｃ→Ｄ）以上を１サイクルと
する。

（なお、温度はＴｏ＞ＴＭ＞Ｔｔｙ　ＴＭは中間温度）
前述した冷暖房サイクルは、第１０図に示した構成によ
り実現することができる。

［発明が解決しようとするａ題］ しかして、前記作動の１サイクルについてみると、代表
的に冷房時のサイクル時間と温度の関係は第１１図のグ
ラフに示すようになる。

このグラフより、１サイクルの温度変化のなかで、実際
に冷熱を取り出せる時間は、１サイクルの１７２となる
ことが判る。

即ち、冷房システムの全稼動時間の１／２時間しか実際
の冷房出力は得られないことがら、このようなシステム
は実用化は困鷺である。

暖房時にあっても前記と同様であり、現在のところ、水
素貯蔵合金を用いた冷暖房システムは間欠的出力を余儀
なくされている。

［発明の目的］ 本発明は、間欠的出力を余儀なくされる水素貯蔵合金を
用いた冷暖房システムに対し、連続出力運転が可能であ
って、充分に実Ｊｌｌに供し得る冷暖房装置を提供する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するため、同一温度で平衡
水素圧力を異にする２種類の水素貯蔵合金を用い、その
一方の合金を複数の分割されたセル内に収納する第１の
ロータと、他方の合金を複数の分割されたセル内に収納
する第２のロータとを備え、各ロータにはそれぞれ２つ
のジャケットを設け、第１および第２のロータの各一方
のジャケットに中熱源を接続し、第１および第２のロー
タの他方のジャケットの一方に熱源を接続し１両ロータ
を回転させることにより、残りのジャケットによって冷
房または暖房を行うように構成することにより、上述し
た問題点の解決を図ったものである。

［作用］ 上記構成の水素貯蔵合金を用いた冷暖房装置においては
、平衡水素圧力を異にする水素貯蔵合金をそれぞれ収納
した２個のロータを回転Ｉ駆動させ。

同時にジャケット内に温水、冷水を流すことにより、水
素の流動方向は一定となり、反応は連続して行われる。

［実施例］ 第１図および第２図は、本発明の一実施例を示すもので
ある。

同図において、Ｒ４，Ｒ，は熱交換器として機イ）ピす
る第１のロータおよび第２のロータであり、同じ構造に
作られている。■は各ロータを構成している回転軸、２
は回転軸に支持され、複数に分割されたセルを有するセ
ル構造体、３，４はセル構造体の周囲に設けられた２つ
のジャケット、５は水素流入部、６は水素流出部であり
１両日−タＲ１，Ｒ２の各一方のジャケット３，３に中
熱５．Ｋ　７が接続され、他方のジャケット４，４の一
方に高熱源８が接続され、他方に低熱源９が接続されて
いる。Ｍは両ロータを回転駆動する共通のモータである
。両ロータの駆動には、別個にモータを川いてもよい。

前記第１のロータＲ１および第２のロータＲ２のセル構
造体における分割セル内には、同一温度で平衡水素圧力
を異にする２種類の水素貯蔵合金ＭＩＨ，Ｍ、Ｈがそれ
ぞれ収納される。水素貯蔵合金Ｍ１１Ｉには例えばＬａ
Ｎｉ４．、Ａｌｏ、３が、Ｍ、ＨにはＬａＮｉ、が用い
られる。

第１図は冷房運転時の状態を示し、第３図のグラフは冷
房サイクルにおける水素貯蔵合金の温度と水素圧力との
関係を示した特性図である。以下に、冷房運転時の動作
を説明する。なお、説明の便宜上、水素貯蔵合金Ｍ、Ｈ
を収納している第１のロータＲ１についてはＭ、Ｈセル
を呼称し、水素貯蔵合金Ｍ２Ｈを収納している第２のロ
ータＲ２についてはＭ２Ｈセルと呼称する。

冷房運転： ＭＩＨおよびＭ、Ｈは、同一温度で常にＭ、Ｈの圧力〉
Ｍ工Ｈの圧力となる特性の水素貯蔵合金の組み合わせが
用いられる。

まず、熱交換にて大気温度ＴＭとなったＭ１Ｈセルのへ
部にはＭ、ＨセルよりＨ２が流入する（Ｂ点の圧力〉Ａ
点の圧力）。

これよりＭ１１１セルの温度は吸着により」―昇すると
共に、矢印方向に回転するに伴い、例えば石油ボイラ等
の加熱装置により生じる高熱源Ｔｌｌと連続的に熱交換
し、Ｈ２の流入部Ａとほぼ１８０度位相がずれた点、８
部では温度Ｔｏとなる。この段階でＭ、ＨセルのＨ２は
ＭＩＨより放出され、そのＨ２はＭ、Ｈへ向かう（Ｍ２
Ｏの温度は吸着後Ｅ点）。

一方、Ｈ２を放出したＭｌＨは大気１゛Ｈと連続的に熱
交換し、再びＡ点で温度ＴＭとなる。

ここでＭ、ＨのＢ点よりＦＩ２を吸収したＭ、Ｈでは、
Ｈ２を吸着することにより、湿度が上昇するが（Ｅ点）
、大気ＴＭと連続的に熱交換することにより、６点では
ほぼ大気温度Ｔ、となる。この段階で、第３図の特性図
より、Ａ点、６点はほぼ同一温度ＴＭとなるが、圧力は
６点〉Ａ点であるので、Ｈ２はＭ、Ｈへ放出される。　
この過程でＭ２ＯはＨ２を放出することによる冷却効果
が生し、実際にはＭ２Ｈセル内に低温度ＴＬが現れる。

したがって、このＴＬと例えば室内側空気を熱交換させ
ると室内は冷房を生じ、以後Ｍ□Ｈ，Ｍ２Ｈセルの回転
にしたがい、連続的冷房効果が得られる。

暖房運転： 第４図は暖房運転の状態を示し、第５図の特性図は暖房
サイクルにおける水素＋１？蔵合金の湿度と水素圧力と
の関係を示したものである。

暖房時は冷房時とは熱源の与え方が若干異なる。

いま、石油ボイラ等により発生する熱源をＴＭ。

室内をＴＭ（はぼ等しイ）、中熱源”ｒＬ　（ＴＬ＜Ｔ
Ｍ）とする。

まず、Ｍ、Ｈセルにて５温水熱源により加熱されたＭ２
Ｒ内のＨ，はＭ工Ｈへ移動する。ＭよＨセルではＨ２は
吸着され、この時１反応熱が生じＴｌ１（Ａ点）となる
（Ｔｌｌ＞ＴＭ）。この熱源を高熱源とし室内外へ放出
することにより暖房が行われる。

更に室内等へ熱を捨て、はぼ室内温度Ｔ、どなったＭｌ
Ｈは、次に０２を放出する（Ｂ点）、この時、Ｔｌ２の
放出により低温度゛ｒＬが生じるため、これよす大気よ
り熱を吸収して若干温度が上昇する。

方、ＭｌｌＩより放出されたＨ　２はＭ２Ｏにて６点で
吸着し、若干温度を上昇させたあと、温水等により連続
的に熱交換され、その後り点にてＨ２を放出する。放出
後Ｍｄ（は大気ＴＬと熱交換し、６点に戻る。以後、Ｍ
１Ｈセル、Ｍ２Ｈセルの回転にしたがい、連続的暖房効
果が得られる。

上述したように、上記構成の水素貯蔵合金を用いた冷暖
房装置によれば、全稼動時間中、常に冷房あるいは暖房
出力が得られる。

第６図のグラフは、冷房運転時のＭｉＨセル。

Ｍ２Ｈセルについて、運転時間と温度変化の関係を示し
たものであって、各セルは、第７Ａ図および第７Ｂ図に
示すように、４つの分割セル■〜（◇。

■′〜■′を有するものとして表したものである。

即ち、上記第６図のグラフに示すように。

Ｍ　、　Ｉ（セル、Ｍ２Ｉ−１セルにおける一つ一つの
セルは１部４周期毎に変化するため、セルの１回転に対
し、連続的に出力が得られることが判る。暖房運転の場
合も同様である。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば１間欠的出力を余
儀なくされる水素貯蔵合金の冷暖房システムに対して、
連続出力運転を可能とした点で、産業の発達に大きく貢
献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す水素貯蔵合金を用いた
冷暖房装置の概略図、第２図は熱交換器となるロータの
断面図、第３図は冷房時の特性図。 第４＠は装置を暖房運転する場合の概略回、第５図は暖
房時の特性図、第６図は連続出力運転状況を示すグラフ
、第７Ａ図および第７Ｂ図は回転セルの説明図、第８図
は従来技術による冷房時の特性図、第９図は暖房時の特
性図、第１０図は従来装置の概略図、第１１図は従来技
術による冷房運転時の出力状態を示すグラフである。 Ｒ工、Ｒ２・・・・・・・・・熱交換器となるロータ、
■・・・・・・・・ロータの回転軸、２・・・・・・・
・・セル構造体、３，４・・・・・・・・ジャケット、
５・・・・・・・・・水素流入部、６・・・・・・・・
水素流出部、７・・・・・・・・・中熱源、８・・・・
・・・・・高熱源、９・・・・・・・・・低熱源、 Ｍ・・・・・・・・・モータ。 特許出願人　　　　クラリオン株式会社代理人　弁理士
　　永　１）武　三　部ヤ促 第３図 第５図 ■ 第６図 第８図 慢Ｊ神） １湊□ 第７Ａ図 第９図 （９７時） ５工１□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一温度で平衡水素圧力を異にする２種類の水素貯蔵合
   金を用い、その一方の水素貯蔵合金を複数の分割された
   セル内に収納する第１のロータと、他方の水素貯蔵合金
   を複数の分割されたセル内に収納する第２のロータとを
   備え、各ロータにはそれぞれ２つのジャケットを設け、
   第１および第２のロータの各一方のジャケットに中熱源
   を接続し、第１および第２のロータの他方のジャケット
   の一方に熱源を接続し、両ロータを回転させることによ
   り、残りのジャケットによって冷房または暖房が行うよ
   うに構成したことを特徴とする水素貯蔵合金を用いた冷
   暖房装置。