JPH0477222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は金属水素化物を利用した熱輸送装置に
関する。

(ロ) 従来の技術 従来、太陽熱集熱器や地熱等のローカルエネル
ギーの熱輸送方法は、水、油等の熱媒を循環させ
る方法であつたため熱輸送効率が良くなかつた。
このような点に鑑み出願人は先に金属水素化物を
利用して熱発生側から熱利用側に効率良く熱輸送
するシステムを提案した（特願昭60−206292号参
照）。

これは熱発生側と熱利用側にそれぞれ２つの金
属水素化物容器を設置し、それぞれを２本の水素
配管で連結し、熱発生側で生じる熱を一方の金属
水素化物容器に与えて水素を発生させ、これを一
方の水素配管を介して熱利用側に送り、一方の金
属水素化物容器を介して熱を取り出し利用すると
同時に、廃熱を利用して熱利用側の他方の金属水
素化物容器から他方の水素配管を介して熱発生側
の他方の冷却した金属水素化物容器に水素を戻す
操作を交互に切り替えて連続して行なうようにし
たものである。

この熱輸送装置によれば、輸送中の熱損失を少
なくして熱輸送を効率良く行なうことができるよ
うになるものの、熱発生側で生じる熱量あるいは
熱利用側で使用する熱量が大きく変動して熱発生
側金属水素化物容器内の水素圧力が減少した場合
に、熱利用側での熱使用量に見合う水素ガスを熱
発生側から供給することが困難になる問題点があ
つた。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明は出願人が先に提案した熱輸送装置を更
に改善して熱利用側に常にその熱使用量に見合う
水素を供給し得る安定で熱利用効果の高い熱輸送
システムを提供することを目的とする。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、熱発生個所に配置された、熱源から
熱媒を流すための第１の熱交換器３ａ，３ｂと冷
却水源から冷却水を流すための第２の熱交換器４
ａ，４ｂとが金属水素化物５を密封した耐圧容器
内部を気密に貫通配置されてなる２つの金属水素
化物容器１ａ，１ｂと、これらの２つの金属水素
化物容器１ａ，１ｂのうち水素輸送側の容器に設
けられた前記第１の熱交換器３ａ，３ｂを選択し
て前記熱源から熱媒を流すように切り替える第１
の切替弁６と、前記２つの金属水素化物容器１
ａ，１ｂのうち水素貯蔵側の容器に設けられた前
記第２の熱交換器４ａ，４ｂを選択して前記冷却
水を流すように切り替える第２の切替弁８と、熱
利用個所側に配置された、熱負荷へ熱媒を流すた
めの第３の熱交換器１０ａ，１０ｂと低質熱源か
ら熱媒を流すための第４の熱交換器１１ａ，１１
ｂとが金属水素化物１２を密封した耐圧容器内部
を気密に貫通配置されてなる２つの金属水素化物
容器２ａ，２ｂと、これらの２つの金属水素化物
容器２ａ，２ｂのうち水素貯蔵側の容器に設けら
れた前記第３の熱交換器１０ａ，１０ｂを選択し
て前記熱負荷へ熱媒を流すように切替える第３の
切替弁１３と、前記２つの金属水素化物容器２
ａ，２ｂのうち水素輸送側の容器に設けられた前
記第４の熱交換器１１ａ，１１ｂを選択して前記
低質熱源から熱媒を流すように切替える第４の切
替弁１５と、前記熱発生個所側に設けられた水素
輸送側の容器と前記熱利用個所側に設けられた水
素貯蔵側の容器および前記熱発生個所側に設けら
れた水素貯蔵側の容器と前記熱利用個所側に設け
られた水素輸送側の容器をそれぞれ連絡する２本
の水素配管１７ａ，１７ｂと、冷水を流して冷却
するための第５の熱交換器２５ａ，２５ｂと金属
水素化物２６とが密封した耐圧容器内部を気密に
貫通配置され、それぞれ前記２本の水素配管１７
ａ，１７ｂに接続される２つの蓄熱用金属水素化
物容器２４ａ，２４ｂと、これらの２つの蓄熱用
金属水素化物容器２４ａ，２４ｂのうちの前記熱
発生個所側の金属水素化物容器１ａ，１ｂの水素
輸送側に接続する蓄熱用金属水素化物容器２４
ａ，２４ｂの前記第５の熱交換器２５ａ，２５ｂ
を選択して前記冷水を流すように切替える第５の
切替弁２７と、前記熱発生個所側の高温媒体から
の熱媒の温度レベルまたは前記熱発生個所側の金
属水素化物容器内水素圧力に応じて前記熱発生個
所側から前記熱利用個所側に輸送する水素が余剰
するとき前記蓄熱用金属水素化物容器２４ａ，２
４ｂに水素を貯えるように切替える一方、不足す
るとき前記蓄熱用金属水素化物容器２４ａ，２１
ｂから取り出すように切替える第６の切替弁１
８，１９，２０，２１，２２，２３とを設けるよ
うにしたものである。

(チ) 作用 このように、熱発生側金属水素化物容器と熱利
用側金属水素化物容器と、蓄熱用金属水素化物容
器とをそれぞれ開閉弁を介して水素配管で接続
し、熱利用過程における熱発生側の熱供給量ある
いは熱利用側の熱使用量が大きく変動したときの
余剰熱量を水素に変換して蓄熱用金属水素化物容
器に貯える一方、不足熱量に見合う水素をその蓄
熱用金属水素化物から取り出し熱利用側に供給す
ることにより、熱利用側に水素を安定供給し、熱
負荷を安定に駆動することができるようになる。

(ヘ) 実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る熱輸送装置の
概念構成図を示したものである。図において、熱
発生側には、２つの金属水素化物容器１ａ，１ｂ
を備えた熱輸送ユニツト１が設置される一方、熱
利用側には同じく２つの金属水素化物容器２ａ，
２ｂを備えた熱再生ユニツト２が設置されてい
る。

熱発生側の２つの金属水素化物容器１ａ，１ｂ
には、それぞれ熱交換器３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ
と共に金属水素化物５が収納される。熱交換器３
ａ，３ｂには、三方切替弁６を介して太陽熱ある
いは地熱等の高温熱源より熱媒７が選択的に供給
されるように配管されている。また、熱交換器４
ａ，４ｂには三方切替弁８を介して冷却水９が選
択的に供給されるように配管されている。

一方、熱利用側の２つの金属水素化物容器２
ａ，２ｂには、それぞれ熱交換器１０ａ，１０
ｂ；１１ａ，１１ｂと共に、金属水素化物１２が
収納される。熱交換器１０ａ，１０ｂには三方切
替弁１３を介して熱負荷より熱媒１４が選択的に
供給されるように配管されている。また、熱交換
器１１ａ，１１ｂには三方切替弁１５を介して廃
熱源から熱媒１６が選択的に供給されるように配
管されている。

熱発生側の金属水素化物容器１ａ，１ｂと熱利
用側の金属水素化物容器２ａ，２ｂとの間は、そ
れぞれ２本の水素配管１７ａ，１７ｂで接続され
る。その２本の水素配管１７ａ，１７ｂには、そ
れぞれ開閉弁１８，１９；２０，２１が設けられ
ると共に、それぞれ開閉弁２２，２３を介して蓄
熱用金属水素化物容器２４ａ，２４ｂが水素配管
で接続されている。

その蓄熱用金属水素化物容器２４ａ，２４ｂに
は、それぞれ熱交換器２５ａ，２５ｂと共に金属
水素化物２６が収納され、熱交換器２５ａ，２５
ｂには三方切替弁２７を介して冷水源から冷水２
８が選択的に供給されるように配管されている。

なお、蓄熱用金属水素化物容器２４ａ，２４ｂ
の設置場所は、図示の熱発生側と熱利用側の丁度
中間に限らず、熱発生側に近いところでもよい
し、熱利用側に近い所でもよい。

以上の構成で、各金属水素化物容器内には、第
２図のvan′t Hoffプロツトで示す平衝特性の金
属水素化物を予め収納しておく。即ち、熱発生側
の金属水素化物容器１ａ，１ｂには第２図のl₁で
示す平衝特性の金属水素化物例えばLa−Nd−Ni
系の金属水素化物５を収納する。熱利用側の金属
水素化物容器２ａ，２ｂにはl₂で示す平衝特性の
金属水素化物例えばLa−Ni−Al系の金属水素化
物１２を収納する。蓄熱用金属水素化物容器２４
ａ，２４ｂにはl₃で示す平衝特性の金属水素化物
例えばLa−Nd−Ni系の金属水素化物２６を収納
する。

一方、ソーラコレクタや工場廃熱源等の高温熱
源から熱輸送ユニツト１に供給される熱媒７の平
均温度レベルを90℃以上とする。また、熱利用側
で低質の廃熱源より熱再生ユニツト２に供給する
熱媒１６の温度レベルを50℃程度、冷却水９およ
び冷水２８の温度レベルを20℃程度とする。

さて、今、金属水素化物容器１ａ，２ａが熱負
荷に熱を供給する熱利用過程、金属水素化物容器
１ｂ，２ｂが水素を熱発生側に戻す再生過程にあ
るものとすると、三方切替弁６の切替操作によ
り、平均として90℃程度の高温熱媒７が熱交換器
３ａに、三方切替弁８および２７の切替操作によ
り、20℃程度の冷却水９および冷水２８がそれぞ
れ熱交換器４ａおよび２５ａに、また、三方切替
弁１５の切替操作により、50℃程度の低質の廃熱
源より熱媒１６が熱交換器１１ｂに、更に、三方
切替弁１３の切替操作により熱負荷より戻される
熱媒１４が熱交換器１０ａに供給される。

このとき、金属水素化物容器１ｂ，２ｂ間では
開閉弁２０，２１は開、開閉弁２３は閉に切替操
作される。これにより、第２図のＣ点よりＤ点に
示す如く、金属水素化物容器２ｂより金属水素化
物容器１ｂに水素配管１７ｂを介して水素が移動
し、再生過程が行なわれる。

一方、金属水素化物容器１ａ，２ａ間では、熱
利用側の熱負荷の変動あるいは熱発生側の高温熱
媒７の温度変動などによる金属水素化物容器１ａ
内の水素圧力の変動に対しても常に熱負荷が必要
とする温度レベルのあるいは熱量の熱媒を金属水
素化物容器２ａ内より取り出せるように開閉弁１
８，１９および２２が切替操作される。

以下、高温熱媒７の温度が変動する場合を例に
とり、これを具体的に説明する。

第３図は、熱利用過程における高温熱媒７の温
度の典型的な経時変化を示したものである。高温
熱媒７の温度が90℃程度の場合（第３図中）、
開閉弁１８，１９を開、開閉弁２２を閉として、
第２図中のＡ点よりＢ点に示す如く、金属水素化
物容器１ａより金属水素化物容器２ａに水素配管
１７ａを介して水素が移動する。高温熱媒７の温
度が低下して例えば80℃以下となつた場合（第３
図中）、金属水素化物容器１ａ内の水素圧力は
第２図中Ｇ点に示す如く、金属水素化物容器２ａ
内の水素圧力（第２図中のＢ点）よりも低くなる
ため、そのときの熱媒７の温度を検知して開閉弁
１８が閉、開閉弁１９，２２が開に切り替わるこ
とにより、第２図中Ｆ点よりＢ点に示す如く、金
属水素化物容器２４ａより金属水素化物容器２ａ
に水素が移動する。高温熱媒温度が上昇して例え
ば100℃以上となつた場合（第３図中）、そのと
きの熱媒７の温度を検知して開閉弁１８，１９お
よび２２のいずれもが開に切り替わることによ
り、第２図中Ｅ点よりＢ点およびＥ点よりＦ点に
示す如く、金属水素化物容器１ａより金属水素化
物容器２ａおよび金属水素化物容器２４ａに水素
が移動する。

このようにして、熱発生側の高温熱媒７の温度
が変動する場合でも、温度上昇により金属水素化
物容器１ａの水素圧力が通常より上昇した場合は
金属水素化物容器２４ａに圧力上昇分の水素を吸
収させる一方、温度低下により金属水素化物容器
１ａの水素圧力が下降した場合はその下降分の水
素を金属水素化物容器２４ａより放出して補うこ
とにより、常に金属水素化物容器２ａに対して第
２図中Ｂ点で示される熱負荷の必要とする温度レ
ベルに対応する圧力より高い圧力を保持した水素
が供給され、常に、その水素圧力に対応する安定
した温度レベルの熱媒を熱交換器１０ａより外部
の熱負荷に供給することが可能となる。

なお、金属水素化物容器１ａから金属水素化物
容器２ａへの水素移動が終了した場合は、例えば
熱利用側熱媒１４の温度低下を検出して各三方切
替弁６，８，１３，１５，２７を切り替え、か
つ、各開閉弁１８〜２３を熱媒７の温度に応じて
切り替えることにより、上述同様継続した安定し
た温度レベルの熱媒１４を熱負荷に供給すること
ができる。

ところで、以上は熱媒７の温度を検出して各開
閉弁１８〜２３を切替える例について示したが、
各金属水素化物容器１ａ，１ｂに圧力センサを取
り付け容器内部の圧力を外部で検知し、この圧力
変動に応じて各開閉弁１８〜２３の切替制御を行
なうことにより、金属水素化物容器２４ａに熱発
生側から熱利用側に輸送する水素の余剰分を貯
え、不足分を放出して金属水素化物容器２ａに供
給する水素の圧力を一定に保つことができる。こ
れによつて、例えば、熱負荷量が増大して、金属
水素化物容器１ａだけでは十分な水素を金属水素
化物容器２ａに移動できない場合は金属水素化物
容器２４ａからも金属水素化物容器２ａに水素を
移動させて不足分を補うことができ、金属水素化
物容器２ａに対して常に熱負荷量に見合つた水素
を供給することが可能となる。

なお、上記実施例では、熱発生側金属水素化物
容器１ａ，１ｂおよび熱利用側金属水素化物容器
２ａ，２ｂにそれぞれ２つの熱交換器を設けた例
について示したが、各金属水素化物容器に収納す
る熱交換器は１つのみとし、各熱交換器に切替弁
を介して熱媒あるいは冷却水などを切替え供給す
るようにしてもよい。

(ト) 発明の効果 以上のように本発明によれば、熱利用側金属水
素化物容器と熱発生側金属水素化物容器との間に
開閉弁を介して設置した水素配管に、更に蓄熱用
金属水素化物容器を開閉弁を介して水素配管を行
ない、これら３種の金属水素化物容器の間で、各
開閉弁を操作することにより水素流路を切り替え
られるようにしたので、熱利用過程において熱発
生側の温度レベルあるいは供給量が熱利用側の負
荷に対して過剰なときは、熱発生側金属水素化物
容器より、蓄熱用金属水素化物容器へも水素を移
動させて過剰な熱を蓄熱し、逆に熱発生側の温度
レベルあるいは供給量が熱利用側の負荷に対して
不足なときは、蓄熱用金属水素化物容器からも熱
利用側金属水素化物容器に水素を移動させて、不
足分を補うことができる。このため、高温熱媒を
供給する熱源が熱量あるいは温度レベルの不安定
なソーラコレクタあるいは工場廃液などであつて
も、常に一定レベルの温度および熱量で熱利用側
に熱輸送することができ、更に、変動の大きい給
湯などの熱負荷に対しても対応できるようにな
り、安定した効率の良い熱輸送装置を実現するこ
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に係る熱輸送装置の
概念構成図、第２図は第１図の熱輸送装置に用い
る金属水素化物容器の平衝特性図、第３図は熱利
用過程において、熱発生側金属水素化物容器内の
熱交換器に供給される高温熱媒の温度変化の一例
を示す時間経過図である。 １…熱輸送ユニツト、１ａ，１ｂ…熱発生側金
属水素化物容器、２…熱再生ユニツト、２ａ，２
ｂ…熱利用側金属水素化物容器、３ａ，３ｂ，４
ａ，４ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，２
５ａ，２５ｂ…熱交換器、５，１２，２６…金属
水素化物、６，８，１３，１５，２７…三方切替
弁、７，１４，１６…熱媒、９…冷却水、１７
ａ，１７ｂ…水素配管、１８〜２３…開閉弁、２
４ａ，２４ｂ…蓄熱用金属水素化物容器、２８…
冷水。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱発生個所側に配置された、熱源から熱媒を
   流すための第１の熱交換器と冷却水源から冷却水
   を流すための第２の熱交換器とが金属水素化物を
   密封した耐圧容器内部を気密に貫通配置されてな
   る２つの金属水素化物容器と、これらの２つの金
   属水素化物容器のうち水素輸送側の容器に設けら
   れた前記第１の熱交換器を選択して前記熱源から
   熱媒を流すように切り替える第１の切替弁と、前
   記２つの金属水素化物容器のうち水素貯蔵側の容
   器に設けられた前記第２の熱交換器を選択して前
   記冷却水を流すように切り替える第２の切替弁
   と、 熱利用個所側に配置された、熱負荷へ熱媒を流
   すための第３の熱交換器と低質熱源から熱媒を流
   すための第４の熱交換器とが金属水素化物を密封
   した耐圧容器内部を気密に貫通配置されてなる２
   つの金属水素化物容器と、これらの２つの金属水
   素化物容器のうち水素貯蔵側の容器に設けられた
   前記第３の熱交換器を選択して前記熱負荷へ熱媒
   を流すように切替える第３の切替弁と、前記２つ
   の金属水素化物容器のうち水素輸送側の容器に設
   けられた前記第４の熱交換器を選択して前記低質
   熱源から熱媒を流すように切替える第４の切替弁
   と、 前記熱発生個所側に設けられた水素輸送側の容
   器と前記熱利用個所側に設けられた水素貯蔵側の
   容器および前記熱発生個所側に設けられた水素貯
   蔵側の容器と前記熱利用個所側に設けられた水素
   輸送側の容器をそれぞれ連絡する２本の水素配管
   と、 冷水を流して冷却するための第５の熱交換器と
   金属水素化物とが密封した耐圧容器内部を気密に
   貫通配置され、それぞれ前記２本の水素配管に接
   続される２つの蓄熱用金属水素化物容器と、これ
   らの２つの蓄熱用金属水素化物容器のうちの前記
   熱発生個所側の金属水素化物容器の水素輸送側に
   接続する蓄熱用金属水素化物容器の前記第５の熱
   交換器を選択して前記冷水を流すように切替える
   第５の切替弁と、前記熱発生個所側の高温媒体か
   らの熱媒の温度レベルまたは前記熱発生個所側の
   金属水素化物容器内水素圧力に応じて前記熱発生
   個所側から前記熱利用個所側に輸送する水素が余
   剰するとき前記蓄熱用金属水素化物容器に水素を
   貯えるように切替える一方、不足するとき前記蓄
   熱用金属水素化物容器から取り出すように切替え
   る第６の切替弁とを備えたことを特徴とする金属
   水素化物を利用した熱輸送装置。