JPS61285356A - 金属水素化物利用冷暖房給湯装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は特に工場廃熱等により駆動される金属水素化物
を利用した冷暖房給湯装置に関する。

従来の技術 ＴｉＭｎ系合金に代表される金属水素化物は、ある温度
・圧力条件のもとて水素ガスを吸蔵して発熱反応を行な
い、別の温度・圧力条件のもとて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って外部に取シ出し、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。このような冷暖房装置の従
来の構成例を第６図、第６図に示す。

２つの異なる水素平衡圧力を有する金属水素化物１（以
後ＭＨＩと呼ぶ）及び金属水素化物２（ＭＨ２）は第６
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
填されておシ、金属水素化物収容容器３および４は水素
導管５によって連通しており、導管６の途中にパルプ９
が設けられている◇金属水素化物収容容器３及び４には
それぞれ熱媒体流路７および８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シ熱媒
体に伝達するように構成されている。さらに金属水素化
物収容容器３は廃熱源１０よシ高温に加熱されるように
なっている。廃熱源１ｏは工場等から排出される高温の
廃ガス、あるいは燃焼ガス等が相当する。

今、ＭＨＩからＭＢ２へ水素を移動させる場合を考える
。廃熱源１０よｊ５ＭＨ１は高温に加熱され、水素平衡
圧力が一方のＭＢ２の水素平衡圧力よシ高くなシ、パル
プ９を開くことによって水素はＭＨＩからＭＢ２へ移動
する０このときＭＢ２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シ外部へ取りだされる
。

ここで金属水素化物収容容器１が廃熱源１ｏよシ加熱さ
れる際、第２図ａに示すように、前記収容容器３内に充
填されたＭＨＩの層の厚みは極めて厚く、かつＭＨＩは
微粉化しているため熱伝導率の悪い層を形成しているの
で、廃熱源１ｏに近接した部分のＭＨＩの温度が一番高
くなり、廃熱源から遠ざかるにつれてＭＩｌｌの温度は
低くなる。

第６図のようにＭＨＩが多数の管状の金属水素化物収容
容器３に分割されて収容されている場合でも第２図ａの
場合はど温度差は大きくつかないが廃熱源１ｏから遠ざ
かるにつれて１目との熱交換により高温気体の温度が低
下していくため、収容容器ａ内のＭＨＩの温度は低くな
る。

以上、従来例のいづれの場合でもＭＨｌの温度の均一性
が得られず、また得られるとしても非常に長い時間を要
することになり、従って水素移動量の減少、冷暖房出力
の低下、単位時間当りの反応サイクルの減少等の悪影響
がでてくる。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、気体等の高温廃熱によって金属水素
化物を加熱する場合、金属水素化物の極めて低い熱伝導
率と、高温廃熱気体の極めて低い熱伝達率とによって金
属水素化物の温度を均一に素早く上昇させることが難し
く、このことが冷暖房給湯装置の出力を低下させる原因
となっていた。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、連通した２種の金
属水素化物収容容器のうち加熱される方にヒートパイプ
流路を設け、このヒートパイプ流路の中に適当な作動媒
体を封入して作動させるものである。

作用 本発明は上記した構成により、気体等の高温廃熱によっ
て金属水素化物収容容器内の金属水素化物を加熱する際
、前記収容容器内に設けたヒートパイプを作動させて廃
熱源に近接し高温になった部分の金属水素化物の熱を廃
熱源より遠ざかったより低い温度の部分の金属水素化物
へ移送し金属水素化物全体の温度を均一に素早く上昇さ
せることができる。

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を示した冷暖房給湯装置
の構成図である。金属水素化物１（ＭＨｌ）及び金属水
素化物２　（ＭＢ２　）は金属水素化物収容容器３及び
４に充填されている。前記金属水素化物収容容器３と４
は水素導管６によって連通しており、導管６の途中にパ
ルプ９が設けられている。金属水素化物収容容器３及び
４にはそれぞれ熱媒体流路７及び８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
熱媒体に伝達し外部に取り出せるように構成されている
。金属水素化物収容容器３にはヒートパイプ流路６が上
下２段設けられ、それらはお互いに連通している。金属
水素化物収容容器３の下方には廃熱源１０が位置してお
シ、廃熱源１ｏより高温の気体が上昇し金属水素化物収
容容器３を加熱する。前記ヒートパイプ流路６の内部に
は廃熱源１ｏの温度レベルに適応したヒートパイプ作動
液が封入されている。

上記した構成の冷暖房給湯装置において、金属水素化物
１　（ＭＨＩ　）から金属水素化物２（ＭＢ２）へ水素
を移動させＭＢ２が水素を吸蔵する際の反応熱を熱媒体
流路８内の熱媒体に伝達し外部に増シ出して暖房あるい
は給湯として利用しようとする場合を考える。金属水素
化物収容容器３内のＭＨＩは廃熱源１０により加熱され
るが、ＭＨＩは極めて熱伝導率が低いため、廃熱源に近
接した部分のＭＨＩ（下部）と遠い部分のＭＨＩ（上部
）との間に温度差が生じる。そのとき温度の高い部分の
ＭＨＩと接している下側のヒートパイプ流路６内で作動
媒体が沸騰し、沸騰して気化したガス状の作動媒体は温
度の低い部分のＭＨＩと接した上側のヒートパイプ流路
に移動し、そこで凝縮して再び液体となシ重力落下して
下側のヒートパイプ流路に戻り、さらに沸騰・凝縮のサ
イクルを繰りかえす。このとき、廃熱源に近接した１ｌ
Ｈ１の下部ではヒートパイプ作動媒体の沸騰によシ熱が
奪われ温度が低下する。反対に廃熱源から遠い側のＭＨ
Ｉの上部ではヒートパイプ作動媒体の凝縮によりＭＨＩ
への入熱が起こり温度が上昇するＯＭＨｌの上部と下部
とに温度差がある限りヒートパイプは作動して温度差を
減少させるように働くが、ＭＨＩの上下の温度差がなく
なればヒートパイプの作動は停止する。一般にヒートパ
イプ作動媒体の沸騰あるいは凝縮は極めて熱の伝達係数
が高く、ヒートパイプによる熱の移送は、金属水素化物
層の熱伝導によるよりもはるかに効率的で迅速である。

本実施例ではヒートパイプは上下２段に設置されている
が、さらに段数を増やして設置すれば金属水素化物層の
等温性が一層向上し効果的である〇上記のように、廃熱
源１ｏにより金属水素化物収容容器３が加熱されると、
ヒートパイプの働きにより収容容器３内部の金属水素化
物１の温度は均一に素早く上昇して吸蔵していた水素を
放出することによシ金属水素化物収容容器３内部の水素
圧力が上昇する。

一方、金属水素化物収容容器４内のＭＢ２は熱媒体によ
シ適当な温度に保持されその水素圧力は金属水素化物収
容容器３内の水素圧力よシ低くなっている。そこで、二
つの金属水素化物収容容器間を連通している水素導管６
に設けられたバルブ９を開けると水素は金属水素化物収
容容器３から金属水素化物収容容器４へ移動し、金属水
素化物２に吸蔵され、反応熱が熱媒体により外部へ取り
だされ、暖房給湯に使用される。

従来例として第６図で示したように、金属水素化物収容
容器３が多数の管に分割されて管の内部に金属水素化物
が充てんされている場合でも第２図に示すように分割さ
れた管の全てをヒートパイプで連通ずることにより、廃
熱源による加熱時のＭＨＩの温度ムラをなくすことがで
き、ヒートパイプによる収容容器３内部からのＭＨＩの
加熱と、高温気体による収容容器３外部からの対流加熱
とによって、ＭＨＩを所定の温度まで素早く上昇させる
ことができる。

また第３図、第４図のようにヒートパイプ流路６と熱媒
体流路７を共用して、ＭＨｌが高温に加熱され水素を放
出する際にはバルブ１１及び１２を閉じてヒートパイプ
を作動させ、反対にＭＨＩが水素を吸蔵し発熱する場合
にはバルブ１１及び１２を開いて熱媒体流路として用い
反応熱を外部に取り出すようにすることもできる。

なお本実施例では水素平衡圧力の低い方のみを加熱する
構成としたが金属水素化物収容容器３゜４をともに加熱
する構成であってもよい０発明の効果 本発明は以上のように、水素吸蔵平衡圧の異なる２種の
金属水素化物を内蔵した一対の金属水素化物収容容器を
互いに連通させて相互に水素の移動を行なわせて、金属
水素化物が水素を吸蔵（あるいは放出）する際の反応熱
を暖房・給湯（あるいは冷房）に利用する冷暖房給湯装
置において、少くとも一方の金属水素化物収容容器に複
数段のヒートパイプ流路を設け、それらを互いに連通さ
せることにより、金属水素化物の温度を均一に素早く所
定の温度まで変化させることができ、その結果、冷暖房
出力の増大、単位時間あたシの反応サイクルの増加を図
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よる金属水素化物利用冷暖
房給湯装置の構成図、第２図、第３図。 第４図は本発明の他の実施例による同装置の構成図、第
５図、第６図は従来の金属水素化物利用冷暖房給湯装置
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、６・・・・・・ヒートパイプ流
路、７，８・・・・・・熱媒体流路、１ｏ・・・・・・
廃熱源、９，１１゜１２・川・・バルブ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ＩＯ
・・・奏然孫 第２図 第　３　図 第５図 窮６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素平衡圧力の異なる２種の金属水素化物を内蔵した一
   対の金属水素化物収容容器を、互いに連通させ、前記金
   属水素化物収容容器のうち少なくとも水素平衡圧力の低
   い方を加熱する構成とし、この加熱される金属水素化物
   収容容器内に、内部に作動媒体を有する複数段のヒート
   パイプ流路を設け、それらを互いに連通させた金属水素
   化物利用冷暖房給湯装置。