JPH04151471A - 温度調節装置 - 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、水素吸蔵合金を利用する熱利用システムに関
し、詳しくは、水素吸蔵合金を利用したヒートポンプシ
ステム、熱輸送システム、冷熱システムに使用する温度
調節システムに関する。

（ロ）従来の技術 水素吸蔵合金は、一定の反応条件の下で、多量の水素を
繰り返しｒＥＬ収、放出する特性を有し、同時にこの吸
収放出時にかなりの反応熱を伴うことが知られている。

この反応を利用して、温冷熱を得る熱利用システムが特
公昭５８−１９９５５号、特開昭６２−６９０９４号等
に提案されている。

しかしながら、水素吸蔵合金を用いたこれらのシステム
では、合金の水素吸収時の発熱反応、及び水素放出時の
吸熱反応を利用するため、反応初期と反応後期で熱出力
は大きく異なり、さらにバッチ操作で必要熱を取り出す
ため、反応の切替え時の熱出力は大きく変化する欠点が
あった。

そのため、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの対
して温度制御機構を設けることは不可欠であり、従来、
２種類の水素吸蔵合金を充填した容器間の水素流量を操
作量として、熱利用システムからの取出し温度を制御す
る方法が特開昭５７−７４２５９２号、特開昭６１−２
６５４６２号及び特開昭６２−７３０９２号に示されて
いる。

しかしながら、従来の水素吸蔵合金間の水素流量を制御
することは、制御機器が非常に高価になること、水素流
量の操作に対しての熱利用システムの取出し温度の応答
が迅速でないこと、またそのため高精度な温調が困難で
あること、等の理由により、実際の熱利用システムに水
素流量を操作量とする温調制御の適用は極めて困難であ
る。

従って、実際の熱利用システムに対して、比較的容易な
構成で、高精度な温調が可能な制御方法が望まれていた
。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は、上記問題点に鑑み成されたもので、水素吸蔵
合金を利用したヒートポンプ、熱輸送。

冷熱システム等の熱利用システムのシステム取出し温度
の制御を比較的容易な方法で、高精度に行う、熱利用シ
ステムの運転制御方法を提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明では、２種類の水素吸蔵合金間で水素移動を行わ
せた際、同時に発生する水素吸収（発熱反応）による高
温熱と、水素放出（吸熱反応）による低温熱を混合する
ことにより所定温度の出熱を得ている。

更に、上記高温熱と低温熱の混合を熱媒管の切替え弁の
開閉調整により行っている。

（ホ）作用 熱媒の切替え弁の開閉を調整して、熱利用システムで同
時に発生する高温熱と低温熱を混合することによりシス
テム取出し温度を制御するため、操作量（熱媒の切替え
弁の開閉調整）に対するシステム取出し温度の応答が極
めて速く、更に極めて高精度に温度調節を行うことがで
きる。

また、制御機器としては、熱負荷に熱媒を供給する熱媒
管の切替え弁をアナログ的に開閉できる電動弁を設置す
れば制御が可能であり、比較的簡単な構成により高精度
温調システムを提供することができる。

（へ）実施例 〈実施例１　・・・−・１対システムへの適用〉本発明
を、２種類の水Ｘ吸蔵合金１対を用いた熱利用システム
に適用した場合の実施例を図面とともに説明する。

第１図は、冷熱システム等に応用可能な本考案の一実施
例に係る熱利用システムの構成概念図を示したものであ
る。

同図において、１は、その合金組成が希土類−ＮＩ系の
ＡＢ、型合金である水Ｘ吸蔵合金ＭＨＩを収容した槽で
あり、この槽】には熱交換器２も収容され、この熱交換
器２には、熱媒（空気）通路であるダクト３を通して熱
媒が供給されるようになっている。そして、ダクト３に
おいて、熱交換器２に対する熱媒の入口側及び出口側に
は熱媒切替え弁４．５が設けられ、切替えにより、熱源
６により加熱された熱媒（加熱空気）もしくは冷却用空
気７が熱交換器２に流入するようにダクト経路が切替え
形成される構成となっている。

なお、８．９は熱媒（空気）ファンであり、ファン８は
１００〜１５０℃程度の加熱空気を送風し、ファン９は
、１０〜３５℃程度の冷却用空気を送風する。

更に、水素吸蔵合金ＭＨＩとは同一温度で平衡水素圧力
の低い特性をもつ水素ａＥＬ蔵合金合金２を収容した水
素ｇ＆蔵金合金Ｈ１１と槽１１内に設けた熱交換器１２
と、熱交換器１２に熱媒（空気）を供給するダクト１３
と、ダク）１３の熱媒（空気）入口側と出口側にそれぞ
れ設けた切替え弁１４１５とを備える。そして、熱媒切
替え弁１４゜１５を切替え操作することにより、熱交換
器１２には、冷却用空気１７、もしくは、熱負荷（冷凍
庫）２０からの戻り空気がダクト２３を経て流入するよ
うに熱媒経路が切替え形成される構成となっている。な
お、１９は熱負荷（冷凍庫）２０に低温空気を送る送風
ファンである。

そして、水素吸蔵合金ＦＷ１と２とは水素配′ｆＩ３１
で接続され、その中途に設けた開閉弁３２により、水素
の往来を可能としている。

以上の構成で、熱源６により加熱された空気を熱交換器
２に供給し、ダクト１０を経て再び熱源６に循環するよ
う切替え弁４，５を操作し、水素吸蔵合金槽１内に水素
を発生させ、一方、冷却用空気７を熱交換器１２に供給
し、切替え弁１５゜ダクト３４を経て大気に放出するよ
う切替え弁１４．１５を操作する。なお、切替え弁１５
の具体的な操作は、第１図（ａ）に示すような位置にダ
ンパーを操作する。

この状態で、水素配管３１の開閉３２を解放する。

ところで、水素吸蔵合金槽１，１１に収容されている水
素吸蔵合金ＭＨＩ、ＭＨ２は、第２図のｖａｎ’ｔ　Ｈ
ｏｆｆプロットで示す平衡特性を、有している。即ち、
水素吸蔵合金ＭＨＩは、与えられた温度条件の下で、実
線イで示す水素解離特性と点線イ“で示す水素吸収特性
をもつ。また、水素吸蔵合金ＭＨ２を同様に実線口で示
す水素解離特性と口′で示す水素吸収特性を持つ。

従って、今上記の如き熱媒配管であること、高温空気が
供給される水素吸蔵合金１内の水素吸蔵合金ＭＨＩは、
平衡特性イで水ＸＨ，を発生している。そして、この水
素Ｈ１は、冷却用空気７が供給される水素吸蔵合金槽１
１内の水素吸合會ＭＨ２の特性口゛の点Ｃで吸収される
。また、水素吸蔵合金ＭＨ２で発生する１５〜４０℃の
熱は大気に放出される。

以上の過程（再生過程）の水素移動が終了した時点で、
水素配管例の開閉弁３２を閉鎖し、次に熱媒切替え弁４
，５，１４．１５を切替えて、水素Ｈ８を逆の方向に移
動する過程（冷熱発生過程）に移行する。

即ち、冷却用空気７を熱交換器２に供給し、熱媒切替え
弁５．ダクト３３．ダクト３４を経て、大気に放出する
一方、ファン１９を移動させ、熱負荷（冷蔵庫）２０内
の空気をダクト２１に経て、熱交換器１２に供給し、熱
媒切替え弁１５を経て再び冷凍庫に戻るように熱媒切替
え弁４，５゜１４．１５を操作する。

具体的には、第１図（ｂ）に示すような位置にダンパー
３５を操作する。

この状態で水素配管例の開閉弁３２を、解放する。この
場合、第２図に示すように水素吸蔵合金ＭＨＩは、点線
イ“上の点Ｂに、水素吸蔵合金槽１１から水素吸蔵合金
槽１に水素が移動し、水素吸蔵合金槽１１が冷却される
。

ところで、上記冷熱発生過程で温度調節を行わないで運
転した場合には、第３図に示したように水素吸蔵合金槽
から排出される冷熱は、水素移動後３〜５分で最低温度
に達し、その後次第に温度が上昇するため、熱負荷（冷
凍庫）２０を一定温度に保持することはできない。

然し乍ら、本発明では、冷熱発生過程における熱媒切替
え弁】５を第１図の（Ｃ）に示すように冷蔵庫内温度も
しくは、水素吸蔵合金槽から排出される冷熱温度を操作
量として、温熱と冷熱を混合できる構造をしているため
、第３図の制御温度に示すように、極めて高精度に温度
制御することができる。

このように、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの
特徴である。

同時に排出する温熱、冷熱を有効に利用し、熱媒管の切
替え弁の開閉制御という比較的容易な操作及び構造で、
極めて精度の高い温調機能を付加することができる。

〈実施例２・・・・２対システムへの適用〉本発明を、
２種類の水素吸蔵合金２対を用いた熱利用システムに適
用した場合の実施例を第４図に示す。

第４図は、冷熱システムの構成概念図を示し、４１．４
２は水素吸蔵合一＊ＭＨ１，６１，６２は水素ＩＩ＆蔵
合金合金２をそれぞれ収容し、その合金組成は、ともに
希土類−Ｎｉ系のＡＢ、型合金である。なお、合金特性
は実施例１で示した第２図の平衡特性と全く同じである
。

２種類の水素吸蔵合金を２対用いた冷熱システムでは、
再生過程と冷熱発生過程を１対ずつで行い、交互に過程
を切替えることにより、連続的に冷熱を発生する。具体
的には、水素吸蔵合金槽４１に、熱源５１により加熱さ
れた空気を供給し、水Ｘ吸蔵合金槽４２．６１には、冷
却用空気５２を供給する。また、水素吸蔵合金槽６２に
は、熱負荷（冷蔵庫）７２からの戻り空気をダクト７３
を経て供給する。

以上の構成の下で、水素吸蔵合金槽４１から水素吸蔵合
金ＷＩ６１に水素を移動させ再生過程を行う。また同時
に、水素吸蔵合金槽６２から水素吸蔵合金槽４２に水素
移動を行い、冷熱発生過程を行う。

上記の水素移動が終了した時点で一旦水素配管の開閉弁
８２．８３を閉鎖し、熱媒の切替えを行う。即ち、熱源
５１により加熱された空気を水素吸蔵合金槽４２に、冷
却用空気を水素吸蔵合金槽４１．６２に、熱負荷（冷蔵
庫）７２からの戻り空気を水Ｘ吸蔵合金槽６１に供給す
る。その後、水素配管の開閉弁８２．８３を解放するこ
とにより、水素吸蔵合金槽４１．６１で冷熱発生過程。

水素吸蔵合金槽４２，６２で発生過程を行う。

以上の操作を繰り返すことにより、水素吸蔵合金槽４１
．６１で交互に冷熱で連続的に得ることができる。

ところで、上記２種類の水Ｘ吸蔵合金を２対用いた冷熱
システムにおいて、温度調節を行ないで運転した場合に
は、連続的な冷熱は得られるが、その出熱特性は第３図
に示すように大きな温度変化を伴い、熱負荷（冷蔵庫）
７２を一定温度に保持することができない。

しかしながら、本発明では熱媒切替え弁６９゜７０を含
む熱媒配管９０を第４図の拡大図に示すように、ダンパ
ー９１．９２により構成し、同時に排出する温熱と、冷
熱を、冷蔵庫内温度もしくは水素吸蔵合金槽６１．６２
から排出する冷熱温度により自在に開閉を制御すること
により、混合することができるため、温調した冷熱を熱
負荷（冷蔵庫）７２に供給することができる。

このように、本発明によれば、２種類の水素吸蔵合金を
２対用いた熱利用システムにおいても、水素を移動させ
た際の水素吸収（発熱反応）による高温熱と、水素放出
（吸熱反応）による低温熱を有効に利用し、熱媒管の切
替え弁の開閉制御という比較的容易な操作及び構造で極
めて高い温調機が構成される。

（ト）発明の効果 以上述べた如く、本発明では本発明の温度制御装置を採
用することにより、比較的容易な操作、構造で、極めて
高精度な温調機能を付加することが可能であり、その工
業的価値は大である。

また、一般に温調技術において、最も難しいとされる室
温近傍の制御に対して、本発明では、室温の空気を一旦
加熱及び冷却し、再び温度制御するために容易に室温付
近の温調が、高精度に達成できる。

従って、従来困難であった低熱負荷による温度調機器と
して本考案の価値は非常に大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２種類の水素吸蔵合金を１対用いた冷熱シス
テムの構成図、第２図は、ｖａｎ’ｔ　Ｈｏｆｆ図上に
示した冷熱サイクル図、第３図は、冷熱システムの出熱
特性図、第４図は、２種類の水素吸蔵合金を２対用いた
冷熱システムの構成図を示す。 １．１１　　・・・水素吸蔵合金槽、 ２．１２・・・・・・熱交換器、 ３．１３，１０，２１，３３．３４ ・・ダクト（熱媒配管）、 １４．５．１４・・−・切り替え弁、 １５　・　・開閉制御機構を持つ切替え弁、６　・　・
熱源、 ７・　　冷却用空気、 ８．９．１９　　−・・ファン、 ２０・・−・熱負荷（冷蔵庫）、 ３１　−　水素配管、 ３２−　　開閉弁、 ３５　　・ダンパー ４１．４２，６１．６２ 水素吸蔵合金槽、 ４３．４４，６３．６４・・・−・・熱交換器、４５．
４６，６５，６６．５５，７４゜７３・　・・ダクト（
熱媒配管）、 ４７．４８，４９，５０，６７．６８ ・・・・・切替え弁、 ６９．７０・・・・・・開閉制御機構を持つ切替え弁、 ５１・・・・・・熱源、５２・・・・・・冷却用空気、
５３．５４．７１・・・・・・フィン、７２・・・・・
・熱負荷（冷蔵庫）、 ８０．８１・・・・・水素配管、 ８２．８３・・・・・・開閉弁、 ９１．９２・・・・・・ダンパー ９０・・・・・・熱媒配管（ダクト配管）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種類の水素吸蔵合金間で水素移動を行わせた際
   の水素吸収（発熱反応）による高温熱と、水素放出（吸
   熱反応）による低温熱を混合し、温度調節を行うことを
   特徴とする温度調節装置。
2. （２）高温熱と低温熱の混合を、熱媒管の切替え弁で行
   うことを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の温度調
   節装置。
3. （３）２種類の水素吸蔵合金間で水素移動を行わせるシ
   ステムが、水素吸蔵合金を利用した冷熱システムであり
   、冷熱システムの冷熱発生過程で生じる２０〜４０℃の
   温熱と０〜２０℃の冷熱を混合し、０〜４０℃の温調熱
   を発生する事を特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
   温度調節装置。