JPS60114672A - 金属水素化物によるヒ−トポンプ方法 - 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】 ートポンプ方法に関する。

水素吸蔵特性をもつ金属や合金が、水素ガスと反応して
金属水素化物を牛成発熱し、まだ可逆的分解反応によっ
て水素を放出し、吸熱することはよく知られている。近
年、この種金属水素化物の水素吸蔵特性を熱エネルギー
変換システムや、一種のヒートポンプとして利用する提
案が種々行われている。しかし、従来のこれら提案は、
粉砕した金属または合金を容器に充填し、固定層として
使用し、まだ複数の容器を交互に切替えて使用するもの
であって、一基の容器を吸蔵及び放出、すなわち発熱、
冷却に使用するために、切替えによる容器及び金属また
は合金の顕熱ロスを生じ、必したものの熱伝導率が極端
に悪いことから、熱交換器容積が大きくなること、さら
に粉状金属水素化物の水素ガスとの分離に、フイルター
が必要なこと、また金属水素化物の水素吸蔵による膨張
対策、複一数の容器の切替のため複雑な計装設備となる
こと、などにより装置コヌトが相当高くなるため、金属
水素化物利用による装置の実用化が阻害されていた。

本発明は、微粉の金属水素化物を液体中に分散させ、ス
ラリー状として使用し、複数の容器間を循環させて、水
素の吸蔵、放出をそれぞれの容器で連続的に行わせるよ
うにし、−基の容器に排熱等を入熱することによって、
他の容器で、低温またはより高温の流体を連続して得ら
れるようにした新規なヒートポンプ方法であって、流動
化、連続化によって、前記不利な点及び諸問題を一挙に
する。図は４基の容器を使用し、排熱を利用して冷水を
発生する一実施例を示すフローシートである。

本発明の方法で使用する金属水素化物スラリーは、金属
または合金を微粉砕したものまたは水素で予め活性化し
微粉化したものを、金属または合金に不活性（腐食まだ
は被毒などさせないもの）の熱媒流体（例えばシリコー
ン・オイル、流動パラフィンなど高沸点のものがのぞま
しい）と混合し、流動性をもだしたものであるっ 図において、ＡＩ、Ａ２．Ｂｌ、Ｂ２はそれぞれ熱交換
器８を備えだ容器で、前の容器Ａｌ、　Ａ２には第１種
の金属水素化物〔例えばミツシュメタル系で、４０℃前
後で約１０　ａｔｍの平衡水素圧（吸蔵）を有し、°約
Ｏ′Ｃで５ａｔｍの平衡水素圧（放出）を示す合金〕の
スラリー１を、後の容器Ｂｌ、　Ｂ２には、第２種の金
属水素化物〔例えばランタン系する。前の第１の容器Ａ
１、第２の容器Ａ２間において、Ａ１からＡ２へのスラ
リー移動は差圧を利用し、液面コントロール弁１３によ
り行ない、Ａ２からＡ１へのスラリー移動はスラリーポ
ンプ１５により行ない、スラリーを流動、循環させる。

またスラリー配管中には、スラリー熱交換器９を設置す
る。後の第１の容器Ｂ１、第２の容器Ｂ２間も同様に液
面コントロール弁１３、スラリーポンプ１５によりスラ
リーを流動循環させ、ヌラリー配、管中にスラリー熱交
換器９を設置する。なお容器Ａ２．Ｂ２のスラリー液面
は液面コントロール装置１４により一定に保持される。

また図では省略されているが、スラリ−ポンプ１５出に
コントロール弁を設け、熱出力に応じてスラリー循環量
を調節可能とする。

本発明の方法で使用する装置は、Ｕ上の構成からなって
おり、−例として冷水を発生させるヒー、１水素化物ヌ
ラリーを加熱して、約１　５　ａｔｍの水素６を放出さ
せ、この水素を前の第１容器Ａ１の下部に導き、容器内
を流動する第１種の金属水素化物スラリー１に吸蔵させ
る。前の第１の容器Ａ１の熱交換器８には冷却水１０を
通し、反応温度を４０℃に抑える。

水素の補給については、装置の起動時のみ系外の水素供
給源（ボンベなど）３から直接第１の容器Ａ１へ導入、
吸蔵させるが、一定量吸蔵されたあとは糸外からの水素
の補給は必要なく、装置内で密閉循環されるだけでよい
。

次に水素を吸蔵した水素リッチ金属水素化物スラリー４
はスラリー熱交換器９で温度を下げ、液面コントロール
弁１３で液面コントロールされて第２の容器Ａ２に入る
。ここで３ａｔｍ程度に減圧、水により加温され水素を
放出し、この時金属水素化物の吸熱作用により、熱交換
器８に通しだ１２℃の水は７℃程度に冷却され冷水を得
る。一方、水素を放出した水素リーン金属水素化物スラ
リー５は０°Ｃ程度となり、スラリーポンプ５により昇
温２の容器Ａ２から放出された水素７は、次に後の第１
の容器Ｂ１の底部に導き、ここで後の第２の容器Ｂ２か
ら水素を放出して循環された水素リーン金属水素化物ス
ラリー５に４０℃、３ａｔｍ程度で吸蔵される。この時
の反応熱は熱交換器８に冷却水１０を通して冷却する。

水素を吸蔵した水素リッチ金属水素化物スラリー４はヌ
ラリーポンプ−１５によりダ・圧され、ヌラリー熱交換
器９を径で昇温され、後の第２の容器Ｂ２にポンプテッ
プされる。第２の容器Ｂ２では第２種の金属水素化物ス
ラリー２が熱交換器８で排熱流体により加Ｍ）され、放
出水素が差圧により前の第１の容器Ａ１へ循環されるこ
とは前記したとおりでちる。

以上のとお抄本発明のヒートポンプ方法によると、中高
温の排熱を一基の容器に入熱することによって、他の容
器で連続的に冷水を発生すること鹸＝できる。

上記実施例では、中高温排熱源より冷水を得るヒートポ
ンプ方法の一例について説明しだが、同様構成の装置を
使用し、水素平衡特性の異なる２種の金属水素化物スラ
リーを適当に選定使用することによって、４０〜２００
℃程度の中高温排熱源から、より高温の流体を発生させ
ることも可能である。この場合は、図の前の第１の容器
Ａ１の熱交換器８に、冷却水９代りに温水を通し、水素
吸蔵熱を受熱して熱水を得る。なお後の第１の容器Ｂ１
に温水を通し、同様熱水を得ることもできる。

また以上の説明では４基の容器を使用する場合を述べだ
が、吸蔵、放出の組合せで４基−１上偶数基なら同様ヒ
ートポンプ方法が可能であり、容器は４基とは限らない
。

本発明のヒートポンプ方法は、以上の構成からなってい
るので、従来提案の交互切替式金属水素化物利用と一ト
ポンプ方法に比べ次の利点がある。

すなわち、従来方式では切替えによる容器及び合金など
の顕熱ロヌがあったが、本方法では、各容器は吸蔵また
は放出専用となり、かつ連続使用され、さらにヌラリー
熱交換器により熱回収されるぺ よりヌラリー化されているので、伝熱効率は向上し、従
って熱交換器伝熱面積は従来型式のものより小型となる
。さらに水素ガス側への微粉状金属水素化物の飛散がな
くなるので高価な特殊フィルターの設置を必要としない
。また水素吸蔵による合金の膨張に対する考慮を必要と
しないし、容器切替使用のためのタイムシーケンヌ等の
複雑な計装が不要で、連続方式に伴ない非常にシンプル
な計装システムでよい。

さらに有利な点は、成程度の能力の増減は、合金容量を
変えることなく、単に金属水素化物ヌラリーの循環量を
増減することによって可能である。

この時、容器容量変化は熱交伝熱面積の増減に伴う分だ
けでよい。

結局、容器大きさは、熱交換器小、フィルター不要とな
ることにより、従来型に比べ小型となり、に大容量の場
合程有利となる。

以上により、全体の装置コストは、従来の切替方式に比
べ格段に安くなる。

また、従来方式では運転中に合金を交換することは不可
能であるが、本発明の方法ではヌラリー取扱のため、停
止中はもちろん、運転中でも容易に水素吸蔵合金（金属
水素化物）の補充、抜き出し、交換が可能である利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のと一トポンプシステムのフローシートで
ある。 Ａｌ、Ａ２．Ｂｌ、Ｂ２　：容器 １　゛　第１種の金属水素化物スラＩＪ　、−２：　第
２種の金属水素化物スラＩＪ　−３：　水素供給源 ６．７：水素 ８　：　熱交換器 ９　、ヌラリー熱交換器 １０　°　冷却水 １１：冷水 １２：　排熱流体 特許出願人　日本化学技術株式会社 代表者佐野司朗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱交換器を備えた前後各々複数の容器の、前の容器には
   第１種の金属水素化物スラリーを、後の／ 容器には第２種の金属水素化物スラリーをそれ′ぞれ循
   環させ、後の第２の容器を排熱流体で加熱し、その放出
   水素をＭＪの第１の容器に送り第１種の金属水素化物ス
   ラリーに吸蔵させ、このスラリーを前の第２の容器に導
   き水素を放出させ、この水素をさらに後の第１の容器に
   送り、第２種の金属水素化物スラリーに吸蔵させ、この
   スラリーは後の第２の容器に導き水素を放出する。以上
   の工程を連続して行なうことによって、前の第１の容器
   まだは後の第１の容器で温水を、前の第２の容器で冷水
   を、任意に連続して得ることを特徴とする金属水素化物
   によるヒートポンプ方法。