| 【発明の名称】 |
ヒートポンプ |
| 【発明者】 |
【氏名】水落 洋行
【氏名】福森 健
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| 【要約】 |
【課題】水素ガス放出時の金属水素化物の温度低下を少なくし得て大気圧との差圧を確保することができると共に、水素ガスの放出が早くなり、出力及び効率が向上されるヒートポンプを提供する。
【解決手段】低温用金属水素化物が充填された第１の熱交換容器１７，２７と高温用金属水素化物が充填された第２の熱交換容器１８，２８とがポンプ１１，２１を介して連結され、第１，第２の熱交換容器１７，１８の一方から他方へと水素ガスを放出することにより起こる吸熱反応を冷熱として低温用蓄熱槽３５の温度を目標温度まで複数段階に分割して冷却・蓄熱する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】金属水素化物が充填された第１，第２の容器を給排手段を介して連結させたヒートポンプにおいて、前記第１，第２の一方の容器に充填された金属水素化物に吸蔵されていた水素ガスを放出することで起こる吸熱反応を冷熱として蓄熱槽に蓄熱すると共に、金属水素化物の吸熱反応を目標温度まで複数段階に分割して冷却することを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】金属水素化物の吸熱反応を目標温度まで複数段階に分割して冷却する際の第１段階の冷却温度差を５℃以下とした請求項１に記載のヒートポンプ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房装置等に使用されると共に、その熱源に金属水素化物を用いたヒートポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、冷暖房の両方を可能とするヒートポンプには、例えば、特公平６−２３６２９号公報に示すように、その熱源に金属水素化物を用いたものが知られている。
【０００３】特公平６−２３６２９号公報に開示のヒートポンプは、２組の金属水素化物用熱交換器と、一方の組の金属水素化物熱交換器と他方の組の金属水素化物用熱交換器との間で水素ガスを移動させるコンプレッサーと、水素ガスの移動方向を制御する水素ガス用バルブと、２組の金属水素化物用熱交換器の熱媒体用通路と熱源用熱交換ユニット及び室内用熱交換ユニットの熱媒体用通路との接続を切り換える熱媒体用バルブと、各熱交換器内の圧力を検出する圧力検出器とを備えている。
【０００４】このような構成で、他方の組の金属水素化物熱交換器から一方の組の金属水素化物熱交換器に水素ガスを移動させるときに、他方の組の金属水素化物熱交換器の水素平衡圧力が一方の組の金属水素化物熱交換器の水素平衡圧力よりも高い間はコンプレッサを無負荷運転にすると共に、コンプレッサのバイパス通路を形成して両金属水素化物熱交換器の圧力差によって水素ガスを移動させ、他方の組の金属水素化物熱交換器の水素平衡圧力が一方の組の金属水素化物熱交換器の水素平衡圧力に等しくなった後にはバイパス通路を閉鎖すると共にコンプレッサによって水素ガスの移動を行わせ、一方の組の金属水素化物が所定の飽和度に達すると水素ガスの流れを反転させる操作を繰り返すことによって連続運転する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如く構成されたヒートポンプにあっては、金属水素化物を充填した各熱交換器の周囲で循環させて各熱交換器に充填された金属水素化物に吸蔵されていた水素ガスを放出した時に起きる吸熱反応を冷熱として取り出し、その冷却された熱源を冷房などに使用すると共に、その使用に伴って給熱されて暖められた熱源を再び熱交換器まで戻している。
【０００６】従って、１回の反応で熱源を目標温度まで再び冷却する必要があり、冷熱として使用した後の温度から冷熱として使用し得る温度にまで冷却する温度差が大きくなる。
【０００７】例えば、図８に示すように、給熱後の熱源温度が１５℃であった場合に、その熱源温度を５℃にまで冷却する場合、その温度差は１０℃となる。
【０００８】そして、その温度差１０℃を得るための金属水素化物と熱交換器との熱伝達が不十分なため、熱伝達が不足するような速度で水素ガスを放出する必要がある。従って、図９に示すように、急激に金属水素化物の温度が下がってしまい（矢印ｐ参照）、やがて目標温度よりも低温になるため、大気圧との差圧が十分に確保できなくなった結果、水素ガスの放出量が大きく減少する。その後、水素ガスの放出が遅くなったことにより、熱交換器と熱源との熱伝達が釣り合うような範囲で水素ガスが流れる。
【０００９】このため、図１０（Ａ）に示すように、金属水素化物を充填した熱交換器が急激に冷却される（冷却開始も早くなる）ため、熱伝達速度が間に合わず、図１０（Ｂ）に示すように、充填された金属水素化物の温度が目標温度よりも大きく下がって差圧を十分に確保することができず、水素ガスの放出速度が低下して、出力及び効率が著しく低下する問題点があった。
【００１０】このように、熱交換器の周囲を流れる間に温度を１０℃という温度差まで下げなければならないため、水素ガスの放出速度は非常に遅くなってしまい、出力及び効率が低下する。
【００１１】本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、金属水素化物を充填した容器の必要以上の温度低下を防止すると共に、水素ガスの放出速度の低下を防止することができるヒートポンプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、金属水素化物が充填された第１，第２の容器を給排手段を介して連結させたヒートポンプにおいて、前記第１，第２の一方の容器に充填された金属水素化物に吸蔵されていた水素ガスを放出することで起こる吸熱反応を冷熱として蓄熱槽に蓄熱すると共に、前記蓄熱槽の温度を目標温度まで複数段階に分割して冷却する。
【００１３】これにより、水素ガス放出時の金属水素化物の温度低下を少なくし得て大気圧との差圧を確保することができると共に、水素ガスの放出が早くなり、出力及び効率が向上される。尚、ここで、給排手段としては圧縮機やポンプを用いることができる。
【００１４】また、請求項２に記載の発明は、金属水素化物の吸熱反応を目標温度まで複数段階に分割して冷却する際の第１段階の冷却温度差を５℃以下としたことを要旨とする。
【００１５】これにより、熱源の冷却を迅速に行うことができる。また、複数段階での冷却後の出力及び再生運転の時の昇圧幅は０．３ＭＰａ以下であることがより好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明のヒートポンプの実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、この実施の形態では冷暖房装置における冷房時として説明する。
【００１７】図１において、１０と２０とは室内側と熱源側とで各々１つの熱交換ユニット３０，４０を共用した２系統のコンプレッサーユニットである。
【００１８】冷熱発生ユニット１０は、給排手段であるポンプ１１、逆止弁１２、弁１３〜１６、第１の容器としての第１の熱交換容器１７、第２の容器としての第２の熱交換容器１８、バイパス通路１９を備えている。
【００１９】第１の熱交換容器１７には低温用金属水素化物が充填され、第２の熱交換容器１８には高温用金属水素化物が充填されている。尚、金属水素化物は同一または異種のどちらでも良い。
【００２０】ポンプ１１は、熱交換容器１７，１８の水素ガスの圧力に応じて開閉制御される弁１３〜１６及び水素ガスの差圧によってバイパス通路１９を通じて相互に水素ガスを流す。
【００２１】冷熱発生ユニット２０は、給排手段であるポンプ２１、逆止弁２２、弁２３〜２６、第１の容器としての第１の熱交換容器２７、第２の容器としての第２の熱交換容器２８、バイパス通路２９を備えている。
【００２２】また、第１の熱交換容器２７には低温用金属水素化物が充填され、第２の熱交換容器２８には高温用金属水素化物が充填されている。尚、金属水素化物は同一または異種のどちらでも良い。
【００２３】ポンプ２１は、第１，第２の熱交換容器２７，２８の水素ガスの圧力に応じて開閉制御される弁２３〜２６及び水素ガスの差圧によってバイパス通路２９を通じて相互に水素ガスを流す。
【００２４】熱交換ユニット３０と第１の熱交換容器１７との間には配管３１が設けられ、熱交換ユニット３０と第１の熱交換容器２７との間には配管３２が設けられている。また、熱交換ユニット３０は配管３３によって冷却槽３４及び低温用蓄熱槽３５と接続されている。
【００２５】熱交換ユニット４０と第２の熱交換容器１８との間には配管４１が設けられ、熱交換ユニット４０と熱交換容器２８との間には配管４２が設けられている。また、熱交換ユニット４０は配管４３によって冷却槽４４と接続されている。
【００２６】配管３１，３２，３３と配管４１，４２，４３内には熱源が設けられており、例えば、熱交換容器１７に充填された金属水素化物に吸蔵されていた水素ガスをバイパス通路１９を経由して熱交換容器１８に放出することで起こる吸熱反応を冷熱として低温用蓄熱槽３５に蓄熱する。
【００２７】この際、低温用蓄熱槽３５は、例えば、図２に示すように、熱源を１５℃から１０℃以下にまで冷却する第１段階、図３に示すように、１０℃以下から７℃にまで冷却する第２段階、図４に示すように、７℃から５℃にまで冷却する第３段階、の３段階で目標温度にまで熱源の温度を下げる。低温用蓄熱槽３５が目標温度（５℃）にまで下がった場合に冷房３６で使用する。
【００２８】この際、熱交換容器１７から熱交換容器１８へと水素ガスを放出してある温度から目標温度にまで下げるとき、低温用蓄熱槽３５の温度が目標温度に近づいたらポンプ１１の駆動量や弁１３〜１６の開度を減縮若しくは停止することで段階的な熱源の温度制御が可能となる。
【００２９】また、冷房３６として冷熱を使用したことによって、低温用蓄熱槽３５内の温度が１５℃程度にまで上昇すると、再び１５℃→１０℃→７℃→５℃と順に冷却する。尚、低温用蓄熱槽３５を冷却する出力運転は、冷熱発生ユニット１０の系統と、冷熱発生ユニット２０の系統とで交互に行う。
【００３０】従って、冷熱発生ユニット１０が出力運転する時は冷熱発生ユニット２０は再生運転を行い、冷熱発生ユニット１０が再生運転する時は冷熱発生ユニット２０は出力運転を行う。
【００３１】これにより、第１段階での温度下げ幅を示す図５（Ｂ）、第２段階での温度下げ幅を示す図６（Ｂ）、第３段階での温度下げ幅を示す図７（Ｂ）のように、各段階毎で下げる温度幅が小さくなり、金属水素化物の温度が目標温度より急激且つ継続的に下がることを防止できる。
【００３２】その結果、大気圧と金属水素化物の平衡水素圧との差圧を十分に確保することができ、図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）に示すように、各温度領域において水素の放出速度が速くなり（放出開始時間は長くなる）、熱伝達速度を間に合わすことができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のヒートポンプにあっては、一方の水素ガスを放出することにより起こる吸熱反応を冷熱として蓄熱槽に蓄熱すると共に、前記蓄熱槽の温度を目標温度まで複数段階に分割して冷却することにより、水素ガス放出時の金属水素化物の温度低下を少なくし得て大気圧との差圧を確保することができると共に、水素ガスの放出が早くなり、出力及び効率が向上される。
【００３４】また、請求項２に記載の発明は、第１段階の冷却温度差を５℃以下としたことにより、熱源の冷却を迅速に行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１７４
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月３日（１９９９．６．３） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６４８３（Ｐ２０００−３４６４８３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５６６６７ |
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