JPH0395366A - 熱利用装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、水素吸蔵合含を用いた熱利用装置に関し、よ
り詳細には、水素吸蔵合令の水素の吸収、枚出に伴う発
熱、吸熱を利用したヒードボンプ装置、又は冷凍装置に
関する。

（口）従来の技術 水素吸蔵合金を用いた熱利用技術については、既に比較
的温度レベルの低い熱源から、熱エネルギーを汲み上げ
て、高温の熱として利用するヒートボンブ技術、もしく
は熱エネルギーから直接冷熱を取り出す冷熱発生技術等
が提案、開発されている（特公昭３８−１９９３３号、
特公昭３８−１９９３６号 また、冷熱発生技術の応用として自動車用の冷房装置（
特公昭６２−４１１３８号）、及び冷凍車（特開昭６　
２　−　４９　１　６　５号）が提案されている。しか
し、水素吸蔵合金を用いたヒートボンプ又は、冷熱発生
装置は、圧縮機を用いた従来の電動式ヒートボンプ及び
冷熱発生装置に比べて５構造が極めて複雑であり、また
運転に際しても高度な制９ＩＩ技術を必要とする欠点が
あった。より具体的には、従来の水素吸蔵合金を用いた
熱利用装置の運転では、少なくとも４個の水素吸蔵合金
充填容器を用い、更に温度レベルの違う熱媒を交互に切
り替えて運転する必要があるため、少なくとも１０個以
上の切替バルブを必要としていた。これらのバルブは、
予め設定したサイクル時間により、順次切替えが必要で
あり、高度なシーケンス制御もしくは温度制御が不可欠
であった。

一方、水素吸蔵合金を用いた熱利用装置を実用化するた
めには、上記の複雑な構或及び制御技術は、逆に信頼性
の面から問題があり、特に自動車及び携帯用の冷凍庫等
の熱利用装置では、装置購戊の簡略化、制御の簡略化が
大きな課題であった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は、上記事情に鑑み、水素吸蔵合金の熱利用装置
の実用化に即し運転制御法の簡便化及び装置購戊の簡便
化を図ることを目的とする。

（二）課題を解決するための手段 本発明では、水素吸蔵合金が充填された一対の反応漕間
で水素ガスを交換し、熱媒回路を介して反応槽から冷熱
あるいは温熱を取り出す熱利用装置において、反応槽内
の水素の圧力を検出して熟媒回路の連通、遮断を切り換
えている。

（ホ）作用 駆動熱源及び冷却源の付与に連動して熱媒回路の連通、
遮断の制御が行なわれる。

（へ）実施例 本発明の１実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明を水素吸蔵合金を利用する車載用ポ７ク
スクーラーに適用したものであり、（１）は水素吸蔵罰
金Ｍ　Ｈ　，が充填された反応槽を有した熟交換器、（
２）は平衡分解圧が異なる水素吸蔵合金Ｍ　Ｉ｛　＋が
充填された反応槽を有した熱交換器、（３）はボックス
クーラーである。エンジン徘カ゛ス（４）は切替弁（６
）により、水素吸蔵合ｆ；．ＭＨ２が充填されている熱
交換器（２）に供給できる。

また、冷却源と１，ての空気（５）は、切替弁（６）゛
配管（１２）、切替弁（７）を介して、水素吸蔵合金Ｎ
１■ｌ１が充填されている熱交換ｉｆ！Ｂ（１）、及び
切替弁（６）’．切替弁（６）、配管（１０）を介して
水素吸蔵合金ＭＨ．が充填されている熱交換器（２）に
供給できる。更に、熟交換器（２）は冷風ファン（９）
により、切替弁（７）、（８）を介してボンクスクーラ
ー（３）の熱交換部分（２０）と熱交換可能な構造とな
っている。また、切替弁（７）、（８）は、水素吸鷹合
令ＭＨ１と水素吸臓合金Ｍ　Ｈ　．を開閉弁（ｌ７）を
介して連絡されている水素ガス配管（１８）の水素吸俺
合金Ｍ　Ｈ　ｌ　ｆｔｌｉに、水素圧力を１云達可能な
細管（１９）で連結され、水素ガス配管（１８）内の圧
力により、切替弁が作動する。また、細管（１９）ｊよ
冷風ファン（９）に連絡され、圧力スイッチ等により冷
虱ファンの発停を制御できる。

第２図は、第１図の水素口及蔵合金が充填されている熱
交換器（１）もしくは（２）の内部構造の一実施例を示
し、（３０）は、熱煤体（排ガス、空気、冷風）の入口
、（３１）は熱媒体の出口である。本溝造ｊよ、シェル
アンドチューブ型の熱交換器を応用したもので、Ｍ　Ｈ
　，もしくはＭ　Ｈ　ｒの水素吸蔵合金（３２）は耐圧
容器（３３）内に充填され、フィルター（３４）を介し
て水素配管（３５）と按続されている。また、耐圧容５
（３３）の外周には、熱交換能力を増加させるために熱
伝導性の高いアルミ、銅等の材質を用いたフィン（３７
）が挿着され、熱媒体入口（３０）より供給される熟媒
と迅速に熟交換できる構造となりている。ここて−、熟
媒体は、入口（３０）上り熟交換器（１〉内によダ入さ
れ、邪魔板（３６）により、よどみなく水素吸蔵合金（
３２）と熱交換された後、出口（３１）より排出される
。

第３図は第１図の水素配管（１８）の水素圧力によ）駆
動する切替弁（７）、（８）の構造に関する池の一実施
例を示したものであり、第４図は、同様に水素圧力によ
り駆動する切替弁（７）、（８）のＦｆＲ造に関する池
の一実施例を示したものである。第３図の切替バルブを
第１図の切替弁（７）に適用した場合、熱媒洪給口（４
０）は、熱交換器（１）に接続され，熱媒出口（４１）
、（４２）は、それぞれ配管（１６）、（１２）に接続
される。また、切替弁（８）に適用した場合、熱媒供給
口（４０）は、熱交換器（１）に接続され、熱媒出口（
４１）、（４２）は、それぞれ配管（１４）、（１３）
に接続される。ここで、第１図の水素配管（１８）と、
水素ガスが連通可能に接続された細管（１９）は、第３
図に示すベローズ（４３）部と水素ガスが連通可能に接
続され、ベローズ部（４３）の先端に接続された切替弁
（４４）とともに、水素ガスが低圧の場１は縮小して短
かくなり、高圧の場合は膨張して長くなる。同様に第４
図の切替バルブを第１図の切替弁（７）に適用した場合
、熱媒供給口（５０）は、熱交換器（１）に接続され、
熱媒出口（５１）、〈５２）はそれぞれ配管（ｌ２）、
（１６）に接続される。また切替弁（８）に適用した場
合、熱媒供給口（５０）は、熱交換！（１　）に接続さ
れ、熱媒出口（５１）、（５２）はそれぞれ（１３）、
（１４）に接続される。ここで、第１図の水素配管（１
８）と水素ガスが連通可能に接続された細管（１９）は
第４図に示すベローズ部（５３）と水素ガスが連通可能
に後続され、ベローズ部（５３）の先端に接続された熱
媒経路切替用ダンパー（５４）とともに、水素ガスが低
圧の場合は、縮小して短かくなり、熱媒経路が熱媒供給
口（５０〉と熱媒出口（５２）に連絡され、また水素ガ
スが高圧の場合は、膨張して長くなり、熱媒経路が熱媒
供給口（５０）と熱媒出口（５１）に連絡される。

次に第１図の車載用ボックスクーラーの作動を、第５図
に示す運転サイクル図を参照して説明する。第５図は水
素吸蔵合含ＭＨ．、Ｍ　Ｈ　＋の温度、平衡分解圧線図
であ｝冫、水素吸蔵合金では一般に絶対温度の逆数と水
素圧の対数値の関係は直線となる。ここで、熱源温度Ｔ
８と水素吸蔵合金Ｎｉ　Ｈ　１の交点を（Ａ）、冷却水
温度ＴＭと水素吸蔵合金ＭＨ！の交点を（Ｂ）、冷却水
温度Ｔ，と水素吸蔵詮全Ｍ　Ｈ　．どの交点を（Ｄ）、
冷凍熱出熱温度ＴＬと水ｆ：吸蔵合金ＭＨ．との交点を
（Ｃ）とする。さて、第１図において熱交換器（１）、
（２）にそれぞれ充填されている水素＋１＆蔵合金ＭＨ
１、ＭＨ．で水素再生過程が行われているとすると、切
替バルブ６は制御器（タイマー）２３によＩ冫、４−６
→１０の経路が連結され、バルブ（７）は、作動圧が８
〜１０ａｔｍの高圧であるためｌ２→７→１の経路が連
絡されている。従って、エンジン排ガス（４）が、切替
バルブ（６〉、配管（１０）を介して熱交換器（２）（
水素吸蔵合金Ｍ　Ｈ　．　）に供給され（第５図上の（
Ａ）、冷却源（５）は配管（１２）、切替バルブ（７）
を介して熱交換！（７）（水素吸ｉ合金ＭＨ）に供給さ
れる（第５図上の（Ｂ））．また水素ガスの開閉弁（１
７）は開状態となり、水素ガスは、水素吸蔵合金ＭＨ！
より水素吸蔵合金Ｍ　Ｈ　＋に移動する。なお、この状
態の水素配管（１８）は、８〜９ａｔｔｎのライン圧で
作動するため、切替バルブ（８）は５　８〜９　ａｔｍ
の高圧により、熱交換器（１）の排出熱媒（空気）は、
配管（１３）に連結され、系外に放出される。次に第３
図の（Ａ）から（Ｂ）への水素移動が終了した時点（こ
の設定は、制御器２３を用いた簡単な時間制御等により
行われる）で、切替バルブ（６）、（６）゜が切り替わ
り、同時に水素ガス開閉弁（１７）が閉じる。

この状態では、高温状態であった熱交換器（２）（水素
吸蔵合金？ＶＩ　Ｈ　．）は、冷却ｉ！ｉ（５）より切
替弁（６）“、切替弁（６）、配管（１０）を介して、
冷却用空気が供給され、約２５℃の常温状態になる（第
５図の（Ｄ））。熱交換器（１）は、熱媒供給が停止状
態となる。

その後、開閉バルブ（１７）を開放すると、水素ガスは
、熱交換器１内に充填されている水素ｌＩ＆蔵合金ＭＨ
，よワ、熱交換器（２）内に充填されている水素吸蔵合
金ＭＨ．に移動し、水素吸蔵合金ＭＨ．は吸熱反応によ
り次第に冷却され、第５図の（Ｂ）から（Ｃ）に移動す
る。

この状態での水素配管（ｌ８）の水素圧力は（Ｂ）の作
動圧８〜９ａｔｍより次第に低下し約０　．　５　ａＬ
ｎに低下する。また、作動圧が０．５ａｔ’ｍになった
状態では、水素吸蔵合金ＭＨ．は充分に冷却され、その
温度は−２０℃以下となる。ここで、水素配管（１８）
に連結され、そのライン圧により切替わる切替バルブ（
７）、（８）及びライン圧により作動する冷風ファン（
９）を、Ｑ　．　５　ａｔｍのライン圧に到達した時点
で切替わるように設定すると、水素吸蔵合金Ｍ　Ｈ　．
の温度が−２０”Ｃ以下に到達した時点で熱交換唇（１
）は、ボックスクーラー（３）の熱交換部分２０と閉回
路を組み、冷風ファン（９）により、水素吸蔵合＊　Ｍ
　Ｈ　＋の冷熱がボックスクーラー（３）の熱交換器（
２０）に供給され、ボックスクーラーを−２０℃以下に
保持できるようになる。なお、この状態では、第５図の
（Ｃ）から（Ｄ）に水素移動が進行する（冷凍熱発生過
程）。次に（Ｃ）から（Ｄ）に水素移動が終了した時点
（この設定も、制御！　（２３）を用いた簡単な時間制
御等により行われる）で、切替バルブ（６）、（６）゜
を切り替え、開閉弁（１７）を閉じ、エンジン排ガスが
然交換器（２）に供給される。一方、熟交換器（１）は
、水Ｘ吸蔵合金ＭＨ，の温度が、顕熟のため十分低いた
め、ボックスクーラー（３）ｌ＼の冷凍熱供給を引き続
いて行わｔ′Ｌ（切替バルブ７が１６→７−１の経路を
形或）水素吸蔵合金ＭＨ１の温度が上昇し、水素圧力が
０　．　５　ａｔｍ以上になった時点で、切替えバルブ
、（７）、（８）が切り替わり、冷風ファンが停止して
、冷凍熱供給が停止する。この状態では、熱交換器（１
）には、冷却源（５）から空気が供給され、熟交換器（
２）は、引き続いてエンジン排ガスから熟供給が行われ
、開閉バルブ（ｌ７）が開状聾となって再生過程が行わ
れる。以上説明した作動が連続してサイクルを繰り返し
て行われる。

本発明のボックスクーラーの冷凍能力は次の通りである
。即ち、ＭＨ．とじて、希土類−Ｎｌ系き金、Ｍ　Ｈ　
．とじて組戒の異なる希ｔ類一Ｎｉ系合金をそれぞれｌ
　ｋｇを用い、１００〜１５０゜Ｃのエンジン排ガス、
２５〜３５℃の空気を用いた場合、冷凍出熱は−２５℃
となり、内容積３０ｌのボックスクーラーを、Ｆ級冷凍
域（−２０℃以Ｆ）である−２０℃に保持することがで
きる（冷凍負荷５　０　ｋｃａ！／ｍ）。なお、本発明
の冷凍機では水素再生過程が行われている場合、冷凍熱
供給が行われないため、ボンクスクーラー（３）内には
、約３３％濃度のエチレングリコール水溶液等の凝固点
が−２０’Ｃ程度の潜熱蓄熱材（２１）を充填している
。そのため冷凍熱の供給がない場合でも、冷凍庫内（２
２）は常に−２０℃に保持できる。

以上説明したように、本発明実施例のボックスクーラー
は、簡単な制御により運転でき、持に冷庫熱を回収する
熱媒回路は、水素吸蔵合金の特性により自動制御される
ため、装置全体も極めて簡素化でき、高信頼性の装置が
構戊できる。また、上記の水素吸蔵合金の特性を利用し
た自動制御は、水素吸蔵合金を用いたヒー１・ポンプ等
の熱利用システム全般に適用できるのは言うまでもない
。

クト）発明の効果 以上述べた如く、本発明熱利用装置は反応槽内の水素の
圧力を検出して熱媒回路の連通、遮断を切り換えている
ので、駆動用熱源及び冷却源の付与をするだけで、複雑
な制御をすることなしに、熟利用を行なうことが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるボックスクーラのブロ
ンク図、第２図は熟交換盛の断面模式図，第３図、第４
図は圧力駆動経路切替弁の断面閃、第５図は冷凍熱発生
原理を示す温度一圧力特性図である。 （１　）（２　）・・・熟交換器、（３）・・・ボック
スクーラ、（ｔｓ）（６）’　・・・切替弁、（７）＜
８）・・・圧力駆動切替弁、（９）・・・冷風ファン、
（１７）・・・開閉弁、（１８）・・・水素配管、（１
９）・・・細管、（２１）・・・潜熱蓄熱材、（２２）
・・・冷凍庫、（２３）・・・制御器、（４３）（５３
）・・・ベローズ部、（４４）・・・切替弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水素吸蔵合金が充填された一対の反応槽間で水素ガ
   スを交換し、熱媒回路を介して反応槽から冷熱あるいは
   温熱を取り出す熱利用装置において、反応槽内の水素の
   圧力を検出して熱媒回路の連通、遮断を切り換えること
   を特徴とした熱利用装置。 ２）駆動用熱源としてエンジン排ガスを用いるとともに
   冷却源として空気を用いることを特徴とした特許請求の
   範囲第１項記載の熱利用装置。