JPH0414261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工場廃熱等によつて駆動される間欠作
動式ヒートポンプ装置に関するものである。

従来の技術 一般に間欠作動式ヒートポンプ用作動物質とし
てゼオライトあるいは金属水素化物等が用いら
れ、これらの作動物質と反応する作動気体は前者
に対しては水、後者に対しては水素が相当する。
ここでは金属水素化物を用いた間欠作動式ヒート
ポンプ装置の従来例について説明する。

TiMn系合金に代表される金属水素化物はある
温度・圧力条件のもとで水素ガスを吸蔵して発熱
反応を行ない、別の温度・圧力条件のもとでは水
素ガスを放出して吸熱反応を行なう。金属水素化
物の上記の特性を利用して金属水素化物が水素と
反応する際の反応熱を適当な熱媒により熱交換す
ることによつて外部に取り出し、温熱発生時には
暖房給湯用として、冷熱発生時には冷房用として
利用することができる。駆動用熱源として高温の
工場廃ガスを用いた冷暖房給湯装置の従来の構成
例を第２図に示す。

２つの異なる水素吸蔵平衡圧を有する金属水素
化物１（MH₁と呼ぶ）及び金属水素化物２
（MH₂）は第２図に示すように金属水素化物収容
容器３および４内に充てんされており、特に金属
水素化物収容容器３は複数の管状の容器に分割さ
れている。金属水素化物３および４は水素導管５
によつて連通しており前記導管５の途中にバルブ
６が設けられている。複数に分割された金属水素
化物収容容器３は高温ガス通路７内に設置されて
おり高温ガス８により加熱されるようになつてい
る。

金属水素化物収容容器４には熱媒体流路９が設
けられ金属水素化物が水素を吸蔵解離する際の反
応熱を熱交換により熱媒体に伝達するように構成
されている。

今、MH₁からMH₂へ水素を移動させる場合を
考える。水素移動開始前にはMH₁はMH₂よりも
水素の吸蔵量が多い状態にある。高温ガス８によ
りMH₁は高温に加熱され水素平衡圧力が一方の
MH₂より高くなりバルブ６を開けることによつ
て水素はMH₁からMH₂へ移動する。このとき
MH₂は水素を吸蔵するため発熱反応を起こし発
生した熱は熱媒体により外部へ取りだされる。こ
こで金属水素化物収容容器３が高温ガス８より加
熱される際高温ガス８に最も近接した最前列の
MH₁の温度が最も高く、高温ガス８の流動方向
に従つてMH₁との熱交換により高温ガス８の温
度が低下するとともにまた温度の低下により高温
ガスの流速が減少するため熱伝達率も低下するた
め、後列にいくに従つてMH₁の加熱される温度
は低くなる。このようにMH₁の温度に均一性が
得られず温度分布を有するときには水素解離平衡
圧にも高低差が生じ、バルブ６をあけてMH₁か
らMH₂へ水素を移動させた場合、水素の移動は
圧力差で起こるため水素解離平衡圧の高い部分
（温度の高い部分）のMH₁からの水素移動量が最
も多く、水素解離平衡圧の低い部分（温度の低い
部分）のMH₁からの水素移動量が最も少なくな
る。つまり、分割された金属水素化物収容容器３
にMH₁を等分に充てんしても、加熱温度の不均
一性により水素移動量が異なり合金の利用度に差
が生じて温度の低い部分のMH₁は利用度が悪い
という欠点があつた。

この欠点は他の作動物質例えばゼオライトにお
いても同様である。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように高温ガスによつて複数に分割
された作動物質収容容器を加熱するとき、作動物
質の各収容容器間に温度分布が生じる。温度が低
い部分の作動物質はその作動気体に対する解離平
衡圧が低くなり、対になつた他の収容容器へ作動
気体を移動させる場合作動気体の移動量は温度の
高い部分の作動物質に較べて少なくなり、作動物
質としての利用度が悪くなるという欠点があつ
た。

問題点を解決するための手段 本発明は作動物質が複数の容器に分割されて高
温ガスの通路内に設置されている場合に、高温ガ
スの流動方向に、前記容器の配列を密から粗に配
設するものである。

作 用 本発明は上記構成により高温ガスによつて複数
に分割された作動物質収容容器を加熱して、作動
気体を放出させる際、各収容容器の温度分布を均
一にして作動気体放出量を一定にすることがで
き、作動物質の利用率の均一化が図れる。

実施例 以下本発明の一実施例を添付図面にもとづいて
説明する。第１図は本発明の一実施例の金属水素
化物を用いた間欠作動式ヒートポンプ装置の構成
図である。

金属水素化物１（MH₁）は多数に分割された
管状の金属水素化物収容容器３に等量づつ充てん
されている。金属水素化物２（MH₂）は金属水
素化物容容器４に充てんされている。管状の金属
水素化物収容容器３の端部にはそれぞれ水素ガス
が流出入するための配管が接続されておりそれら
が集合して最終的に一本の水素導管５を形成して
いる。金属水素化物収容器４は水素導管５によつ
て金属水素化物収容容器３と連通している。水素
導管５の途中にはバルブ６が設けられている。

多数の管状の金属水素化物収容容器３は、高温
ガス通路７に設置され高温ガス８により加熱され
るよう構成されている。金属水素化物収容容器３
の配列は、高温ガス８の流動する方向に配列間隔
が密から粗へ変化している。

金属水素化物収容容器４には熱媒体流路９が設
けられ金属水素化物２が水素を吸蔵あるいは解離
する際の反応熱を熱媒体に伝達し外部に取り出せ
るように構成されている。

上記した構成の間欠作動式ヒートポンプ装置に
おいて金属水素化物１（MH₁）から金属水素化
物２（MH₂）へ水素を移動させてMH₂が水素を
吸蔵する際の反応熱を熱媒体流路９内の熱媒体に
伝達し、外部に取り出して暖房あるいは給湯とし
て利用しようとする場合を考える。

金属水素化物１より水素を放出させるために多
数に分割された金属水素化物収容容器３は高温ガ
ス８により加熱されるが、金属水素化物収容容器
３の高温ガラス８の流入側の部分は配列が密で、
後列の容器が前列の容器の陰になり、高温ガス８
と接触して熱伝達を受ける表面積がきわめて少な
いため、高温ガス８の温度は高いものの金属水素
化物１の温度はあまりあがらない。ところが、高
温ガス８の流出側に向かうに従つて収容容器３の
配列間隔が粗になり、前列の容器の後部にまで高
温ガス８が流れこむようになり後列の容器の高温
ガス８と接触する表面積が増大していくため、前
列までの熱伝達によつて高温ガス８の温度は下が
つているものの、金属水素化物１の温度は前列ま
でのものと変わらず、全体的に金属水素化物１の
温度は均一に加熱されることになる。

従つてバルブ６を開けて水素ガスを金属水素化
物２へ向かつて放出させる場合、多数に分割され
た金属水素化物１の温度が均一であるため、水素
解離平衡圧も均一となり、全ての分割された金属
水素化物収容容器３から等量づつの水素が放出さ
れることになる。つまり分割された金属水素化物
収容容器３の各分割要素において、内部に充てん
された金属水素化物１の水素吸蔵放出能力を均一
に利用することができるのである。

以上、金属水素化物を用いた間欠作動式ヒート
ポンプ装置についてその実施例を説明したが、他
の作動物質例えばゼオライト等に対しても同様に
実施できる。

発明の効果 本発明は以上のように分割された作動物質収容
容器内の作動物質の温度を均一に上昇させること
ができる。その結果、他の収容容器へ作動気体を
移動させる際に分割された作動物質収容容器から
等量づつの作動気体が放出されることになり、作
動物質の利用率の均一化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における金属水素化
物利用間欠作動式ヒートポンプ装置の構成図、第
２図は従来の間欠作動式ヒートポンプ装置の構成
図である。 １，２……金属水素化物、３，４……金属水素
化物収容容器、５……水素導管、７……高温ガス
通路、８……高温ガス、９……熱媒体流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 作動物質または前記作動物質と反応する作動
   気体を収容した複数の容器を互いに連通させ、相
   互に作動気体の移動を行わせて作動物質が作動気
   体と反応する際の反応熱を暖房給湯または冷房に
   利用する間欠作動式ヒートポンプ装置の、少なく
   とも一方の作動物質収容容器が、複数の容器に分
   割されて高温ガスの通路内に高温ガスの流動方向
   に、前記作動物質収容容器の配列を密から粗に配
   設した間欠作動式ヒートポンプ装置。