(57)【要約】この発明は、水素吸蔵合金の水素吸蔵あるいは水素放出による機能を用い、水素圧の変動からポンプ作用を発生させ、その機械的動力を利用して発電し、あるいは水素の吸蔵、放出による発熱、吸熱作用を利用して冷暖房・冷凍を行う装置に関する。水素吸蔵合金はゴム材と混合してペースト状としたものを密封容器内部のプレートカセットまたはパイプの外面に塗布し、外部熱媒体との間で熱交換を行う。また、水素吸蔵合金から放出した水素気体圧で液体ピストンの液面を押す作用と逆止弁の作用により、機械動力を得るための作動流体が機械的ピストンを用いることなく一方向に循環できる。
2002068882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環熱媒体の切替弁と、プレートカセットまたはパイプの外面に薄膜状で水素吸蔵合金を備えるプレートカセットの積層体または容器内部にパイプの集合体を設けて構成する水素吸蔵合金ユニットの水素吸蔵放出手段を、熱電変換モジュールと温度還元モジュールとで形成する熱電変換に適用する場合では、前記水素吸蔵放出手段と、逆止弁とシリンダーおよび液体ピストンで構成する作動液体ポンプ手段と、前記水素吸蔵放出手段と作動液体ポンプ手段との構成を複数設けて、循環熱媒体の切替弁を電子制御する電子制御手段と、作動液体の循環路に制圧弁およびリザーブタンクを設けた水素化反応時間短縮手段と、作動液体の流動力から電気変換をする発電手段とで熱電変換モジュールを構成し、前記水素吸蔵放出手段の水素吸蔵合金ユニットを相対に設け、熱電変換モジュールの排熱および外部熱を熱源に水素吸蔵合金ユニット間をポンプ圧または水素解離圧の差圧により水素を往復移送して熱電変換モジュールの排熱の温度を昇温還元させる温度還元手段と、発生熱受領媒体の循環系と、前記発生熱受領媒体の循環系の切替弁を電子制御する電子制御手段とで温度還元モジュールを構成して、また、前記水素吸蔵放出手段を冷暖房・冷凍に適用する場合では、前記水素吸蔵放出手段の水素吸蔵合金ユニットを相対に設け、外部熱を熱源に水素吸蔵合金ユニット間をポンプ圧または水素解離圧の差圧により水素を往復移送して冷・温熱を発生させる冷・温熱発生手段と、熱交換器を含む発生熱受領媒体の循環系と、前記発生熱受領媒体の循環系の切替弁を電子制御する電子制御手段とで冷暖房・冷凍の熱源モジュールを構成することを特徴とする水素吸蔵合金ユニットを用いる熱電変換および冷暖房・冷凍の装置。
【請求項２】
相対に水素パイプで連通して設ける水素吸蔵合金ユニット内に水素解離圧特性の異なる水素吸蔵合金を薄膜状で各々用い、熱源によって、水素吸蔵合金ユニット間の水素圧に差圧を発生させる温度還元モジュールの温度還元手段および熱源モジュールの冷・温熱発生手段であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の水素吸蔵合金ユニットを用いる熱電変換および冷暖房・冷凍の装置。
【請求項３】
プレートの平面部内に水素ホールと、全面に複数列が平行で直線な溝の波形溝を形成した金属のプレートを重ねて接合部をロー付したカセットの両面に薄膜状で水素吸蔵合金を装着したものを積層して周囲を溶接するかカセット間の接合部をロー付した積層体、もしくは金属のパイプの外面に薄膜状で水素吸蔵合金を装着した複数のパイプを容器内に備えパイプの両端を両端板材の外部へ貫通させたパイプの集合体を、ともに両端に内部と連通開放する熱媒体ノズルを設けた蓋をそれぞれ取り付け密封にしたことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項記載の水素吸蔵合金ユニット。
【請求項４】
水素吸蔵合金に水素を吸収させ初期粉砕工程を経た粉末とゴム剤または接着剤と混合した水素吸蔵合金ペーストを用い、プレートカセット形状の場合については、金属板のプレートカセット両面の波形溝に水素吸蔵合金ペーストを塗り硬化させ、パイプ形状の場合については、金属のパイプの外周に塗り硬化させ、薄膜状で装着する水素吸蔵合金ユニットの水素吸蔵合金装着方法。
【請求項５】
第一行程では、熱電変換モジュールの排熱を熱源として受領した熱媒体を温度還元モジュールの相対に設ける水素吸蔵合金ユニット内に送り、水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して熱電変換モジュールの加熱源として一巡する熱媒体循環と、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して熱電変換モジュールの冷却熱源として一巡する熱媒体循環と、第二行程では、第一行程での水素化側の水素吸蔵合金ユニットの発生温熱または熱電変換モジュールの排熱を受領し第二行程の水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して一巡する熱媒体循環と、外部冷却熱源を受領し水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して一巡する熱媒体循環である請求の範囲第１項、第２項記載の水素吸蔵放出手段による温度還元手段の熱媒体循環方法。
【請求項６】
一次側の熱源モジュールにおいて、屋外機と屋内機の熱交換器を通過した熱媒体を合流または熱交換して同温にした後、相対に設ける水素吸蔵合金ユニット内を通過させて一巡する熱媒体循環である請求の範囲第１項、第２項記載の水素吸蔵放出手段による冷・温熱発生手段の熱媒体循環方法。
【請求項７】
二次側の熱源モジュールにおいて、第一行程では、一次側の熱源モジュールの発生冷熱を受領した熱媒体を相対に設ける水素吸蔵合金ユニット内に送り、水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して一巡する熱媒体と、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内を通過し冷凍庫内の熱交換器を通過した後、第二行程の水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して、第一行程の水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過する熱媒体とを、合流または熱交換して一巡する熱媒体循環と、第二行程では、一次側の熱源モジュールの発生温熱を受領して水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内を通過して一巡する熱媒体循環である請求の範囲第１項、第２項、第６項記載の水素吸蔵放出手段による冷・温熱発生手段の熱媒体循環方法。
【請求項８】
一次側の熱源モジュールの第一行程において、先の熱媒体循環系では、相対に設ける水素吸蔵合金ユニットの水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過した後、外部冷却熱源を受領して循環する熱媒体と、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内を通過した後、蓄熱して循環する熱媒体とを、合流または熱交換をして一巡する熱媒体循環であり、後の熱媒体循環系では、相対に設ける水素吸蔵合金ユニットの水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内を通過した後、冷凍庫内の熱交換器を通過して循環する熱媒体と、水素化側の水素吸蔵合金ユニット内を通過した後、蓄熱を受領して循環する熱媒体とを、合流または熱交換をして一巡する熱媒体循環である請求の範囲第１項、第２項、第６項、第７項記載の水素吸蔵放出手段による冷・温熱発生手段の熱媒体循環方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、水素吸蔵合金の水素吸蔵および水素放出の機能を用いて、温度差を水素吸蔵合金に与え水素圧の変動によるポンプ作用を発生させ、その機械的運動を利用して電気変換をする熱電変換および水素吸蔵合金の水素化反応による発熱と放出反応による吸熱を発生させ集熱利用をする冷暖房・冷凍に係り、特に水素吸蔵合金の水素化反応と水素放出反応とのストローク時間を最少にして、発生する水素圧および冷・温熱を熱電変換および冷暖房・冷凍の装置に適用できるものである。
背景技術
これまで水素吸蔵合金を利用した関連装置について、熱電変換装置として高温ガス熱と常温空気を熱源とする発電装置（文献１：ＪＰ，０８−２４０１０６）や、全体の構成から発電分野の装置ではないが、ペルチェ素子に電力を投入することで熱源を得て用いる給水装置（文献２：ＪＰ，０９−２５６４２５）等がある。
これら水素吸蔵合金を加熱・冷却する手段として、文献１は、気体の熱媒体に適する水素吸蔵合金粉末を詰めたユニットの機構が提案され、文献２では、水素吸蔵合金粉末に銅めっきを施し圧縮固形化したものを用いているが、双方ともに液体の熱媒体による水素吸蔵合金の加熱・冷却を早くできる水素吸蔵合金の装着方法およびユニットの機構、ベローズやタービンを用いない液面ピストンによるポンプ機構、吸蔵・放出のストローク時間の短縮機構、水素吸蔵合金ユニット間の水素解離差圧の最大化による水素移送および冷・温熱発生の機構並びに吸熱温度の低温化機構、などの技術提案がない。
また、これまでの水素吸蔵合金を利用した冷暖房・冷凍に類似のケミカルポンプ等の装置について、水素吸蔵合金の粉末充填ユニット仕様から、粉末間の空隙によって熱伝播が遅く、水素化反応と水素放出反応のストロークが長時間であり、必然的に水素吸蔵合金量も多い。
本発明は、上述の点を考慮してなされたもので、水素吸蔵合金の水素化反応と水素放出反応とのストローク時間の短縮、液面ピストンによるポンプ作用、水素解離圧の差圧による水素移送、熱源温度の昇温還元、吸熱温度の低温化などの技術から、水素吸蔵合金の使用量を最少にして、熱源の温度が低温であっても水素吸蔵合金の機能を最大限用いることができる熱電変換および冷暖房・冷凍の装置を目的とする。
発明の開示
本発明は、循環熱媒体の切替弁と、プレートカセットまたはパイプの外面に薄膜状で水素吸蔵合金を備えるプレートカセットの積層体またはパイプの集合体を容器内部に設けて構成する水素吸蔵合金ユニットの水素吸蔵放出手段を、熱電変換モジュールと温度還元モジュールとで形成する熱電変換に適用する場合では、前記水素吸蔵放出手段と、逆止弁とシリンダーおよび液体ピストンで構成する作動液体ポンプ手段と、前記水素吸蔵放出手段と作動液体ポンプ手段との構成を複数設けて、循環熱媒体の切替弁を電子制御する電子制御手段と、作動液体の循環路に制圧弁およびリザーブタンクを設けた水素化反応時間短縮手段と、作動液体の流動力から電気変換をする発電手段とで熱電変換モジュールを構成し、前記水素吸蔵放出手段の水素吸蔵合金ユニットを相対に設け、熱電変換モジュールの排熱および外部熱を熱源に水素吸蔵合金ユニット間をポンプ圧または水素解離圧の差圧により水素を往復移送して熱電変換モジュールの排熱の温度を昇温還元させる温度還元手段と、発生熱受領媒体の循環系と、前記発生熱受領媒体の循環系の切替弁を電子制御する電子制御手段、とで温度還元モジュールを構成して、また、前記水素吸蔵放出手段を冷暖房・冷凍に適用する場合では、前記水素吸蔵放出手段の水素吸蔵合金ユニットを相対に設け、外部熱を熱源に水素吸蔵合金ユニット間をポンプ圧または水素解離圧の差圧により水素を往復移送して冷・温熱を発生させる冷・温熱発生手段と、熱交換器を含む発生熱受領媒体の循環系と、前記発生熱受領媒体の循環系の切替弁を電子制御する電子制御手段、とで冷暖房・冷凍の熱源モジュールを構成する。
このように構成したことで、水素吸蔵合金ユニット内においては、水素吸蔵合金の薄膜装着により水素吸蔵合金体積の膨張に伴なう体積変化に対応でき、水素吸蔵合金の微紛の飛散防止をして、薄膜から熱伝播が早くなることで水素吸蔵合金の水素化および放出の反応時間が速くなる。
また、水素吸蔵合金ユニットを熱電変換の熱電変換モジュールに適用する場合においては、加熱媒体が水素吸蔵合金ユニット内の水素吸蔵合金を加熱すると、水素放出反応からの水素気体圧でシリンダー内の液体ピストンの液面を押すことで、作動液体が固体ピストンを用いることなく逆止弁にもより一方向に循環でき、同時に作動液体の循環路に設けるリザーブタンク内には、シリンダー内から押し出され余剰する作動液体が流入してリザーブタンク内部の気体が圧縮されることで、作動液体の循環路全体が加圧される。
一方、冷却媒体に切替えて水素吸蔵合金ユニット内の水素吸蔵合金を冷却すると水素吸蔵合金の水素化反応が開始され、作動液体の循環路の加圧により水素化反応時間が常圧に比べ速い速度でシリンダー内の水素気体を吸蔵し、同時に発熱した発生熱を冷却媒体が受領することができ、シリンダー内が作動液体の循環路の圧力より低圧になると作動液体の循環路の圧力で作動液体がシリンダー内へ逆止弁にもより一方向に循環流入する。
この一連サイクルの連続から作動液体の循環路の流動力により、発電機と連動する回転系を回転させて発電機が発電を行う。
また、水素吸蔵合金ユニットを熱電変換の温度還元モジュールに適用する場合においては、熱電変換モジュールの排熱および外部熱を熱源に、水素吸蔵合金ユニット間をポンプ圧または水素解離圧の差圧により水素を往復移送することで熱電変換モジュール排熱の温度を上昇還元して熱電変換モジュールへ加熱源として再度供給をする。
また、水素吸蔵合金ユニットを冷暖房・冷凍の熱源モジュールに適用する場合においては、外部熱を熱源に、水素吸蔵合金ユニット間をポンプ圧または水素解離圧の差圧により水素を往復移送することで冷・温熱を発生し、発生熱受領媒体によって集熱され熱交換器を介して冷熱および温熱が利用される。
発明を実施するための最良の形態
第２図、第３図の実施例によって説明すると、水素吸蔵合金ユニットに用いる水素吸蔵合金は、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させ初期粉砕工程を経て粒子の径が約５０μｍ程度に調整した粉末とゴム剤または接着剤とを混合して水素吸蔵合金ペーストとして用いる。
この水素吸蔵合金の装着条件として、膨張に伴なう体積変化に対応でき、微紛の飛散防止をするほか熱伝導性がよいことであり、例えば材料としてゴム剤にはシリコンゴムが、接着剤には有機系の高分子が適する。
また、その他の装着方法として、フィルター質で合金を被う方法や粉末に金属メッキを施して高温圧着する方法もある。
第２図のパイプによる集合体の場合は、金属のパイプ９５の外周に水素吸蔵合金を支持する細線またはフィン９６を巻きつけてロー付けして備え、水素吸蔵合金ペースト９２をパイプ９５外面から細線またはフィン９６の突端まで塗り硬化を行う。
また、水素吸蔵合金の剥離防止や補強として、外面にフィルター質のパウンド材９３を巻きつけることもよい。
また、第３図のプレートカセットによる積層体の場合は、金属のプレートカセット両面の波形溝６内に水素吸蔵合金ペースト９２を塗り込み、膨張による体積変化の対応や水素が流動しやすいように溝面に凹部溝９４を設けて硬化を行う。
ほかにも波形溝６内に水素吸蔵合金を装着後、フィルター質など膜状のパウンド材で水素吸蔵合金面を被う方法もよい。
水素吸蔵放出手段では、このように、水素吸蔵合金が薄膜状で用いられると、水素吸蔵合金が膨張による体積変化に対応して、微紛化しても飛散が防止でき、熱伝播が早いため水素化反応と水素放出反応とのストローク時間を短縮することができることで、使用される水素吸蔵合金量を最少にすることができる。
第１図、第４図、第５図の実施例によって説明すると、水素吸蔵合金ユニットにプレートカセットの積層体１５を用いる場合では、長方形の中央の平面部４内に水素ホール５を開けて、縦方向中央に水素誘導溝１１と、水素誘導溝１１に対し４５度方向に直線な溝をプレート全面に複数列を平行に設けた波形溝６を、長辺側の両端面を折り曲げた平面な側面部１０をそれぞれ形成できるようにした金型を用いて、プレス加工により金属のプレート２、３を製造する。
次いで、プレート２とプレート３の間にロー付材の薄膜材を挟み真空炉内で高温処理により平面部４の面と面、波形溝６の山と谷、側面部１０の面と面のそれぞれ接合する部分がロー付けされプレートカセットが製造される。
その後、水素吸蔵合金ペーストによって、プレートカセットの両面に薄膜状で水素吸蔵合金を施して、必要枚数を積層しプレートカセットを密着接合させて、接合する外周の先端部を溶接で水素吸蔵合金部を密封にして、プレートカセット積層体１５が製造される。
また、水素吸蔵合金ペーストに炭化に適する有機系高分子の接着剤を用いる場合、プレートカセットの両面に薄膜状で水素吸蔵合金を施して、カセット間にロー付材の薄膜材を挟み真空炉内で高温処理により、カセットの接合部をロー付けすると同時に接着剤を炭化させ、水素吸蔵合金粉末を炭化物内に閉じ込める。
また、プレートカセット積層体１５には、最上部のプレートカセットの水素ホール５に水素パイプ１４を取り付け、両端部には内部と連通開放する熱媒体ノズルを設けた蓋を取り付けて、水素吸蔵合金ユニットを製造する。
パイプの集合体を用いる場合には、パイプの周囲に硬化または炭化処理して薄膜状で水素吸蔵合金を施した複数のパイプの両端を円筒な密封容器の両端板材の外部へ貫通させパイプの周囲と両端板材との隙間を溶接して密閉なパイプの集合体を形成し、密封容器の側面部には、内部と連通開放する水素ノズルを取り付け、密封容器の両端部には、口金８６と一体化し容器内部と連通開放する熱媒体ノズルを設けた蓋を取り付けて製造する。
このように水素吸蔵合金ユニットが構成されると、熱媒体ノズルから８０℃程度の加熱媒体を通過させながら水素ノズルから真空引きして水素吸蔵合金の脱気を行い、次いで、熱媒体ノズルから２０℃程度の冷却媒体を通過させながら、３０ｋｇ／ｃｍ２程度で水素加圧が行えるため、水素吸蔵合金の活性化が専用チャンバーを用いることなく装置の設置後に直接に行うことができる。
第６図の実施例によって説明すると、熱媒体の切替弁を含む水素吸蔵合金ユニット、逆止弁を含むシリンダー、作動液体の循環系を含むリザーブタンクおよび制圧弁を含む発電機によって熱電変換モジュールを構成して、液体ピストンの液面にかかる水素圧の加減によるポンプ作用から、作動液体の流動力を利用して直接の発電又は水を汲み上げ随時な水力発電が行えるように構成されている。
水素吸蔵合金ユニットの密封容器１８、１８Ａ、１８Ｂについて、熱媒体の入口ノズル１２および熱媒体の出口ノズル１３には、熱媒体の切替弁３８、３７と、３８Ａ、３７Ａと、３８Ｂ、３７Ｂ、がそれぞれ設けられ、熱交換器４０、熱電素子ユニット５５、水素吸蔵合金ユニット、加圧タンク５８、ポンプ５１を経由する加熱媒体の循環路と、熱交換器５３、熱電素子ユニット５５、水素吸蔵合金ユニット、加圧タンク５９、ポンプ５２を経由する冷却媒体の循環路によって、熱媒体がそれぞれ循環できるように配管されている。
液面ピストンは、シリンダー１、１Ａ、１Ｂ内部の作動液体の液面に浮かぶ分離液体層であるが、作動液体にシリコンオイルを用いる場合はアルコールが適して、分離液体層が作動液体の液面を被うことでシリコンオイルが水素吸蔵合金ユニット内に流入して機能を阻害することを防止できるため、これまで提案されたベローズや中空なゴム体などの水素隔壁物が不要となる。
作動液体のシリコンオイルの循環路は、シリンダー１、１Ａ、１Ｂの内部から出たシリコンオイルが合流され、制圧弁６８、６９、ポンプ４９と連動する回転系４７および発電機４６と連動する回転系４５を経由し、アルゴン等の気体が封入されたリザーブタンク５７の内部と連通した配管内を経て元のシリンダーまで循環できるように連通されている。
また、シリンダー１、１Ａ、１Ｂ、の下部には、シリコンオイルパイプ２４、２５と、２４Ａ、２５Ａと、２４Ｂ、２５Ｂ、が各々逆止弁を備えて設けられ、シリコンオイルの逆流防止がされている。
このように逆止弁とシリンダーおよび液体ピストンで構成する作動液体ポンプ手段が、シリンダー内の水素吸蔵合金の水素放出による水素気体圧で作動液体のシリコンオイルをシリンダーから押し出すと、その流動力で発電手段の発電機の回転系を回転させ発電をする。
また、同時に、制圧弁およびリザーブタンクによる水素化反応時間短縮手段によって、シリンダーから押し出されたシリコンオイルがリザーブタンク５７の内部に流入して内部の気体を圧縮することで、その圧力によって水素吸蔵合金の水素化反応時には、水素吸蔵時間を大幅に早められ、水素化による高温な発生熱を熱媒体が受領できる。
また、熱電素子ユニット５５は、内部に加熱媒体用と冷却媒体用の加熱冷却器が熱電素子を挟んで積層されていることで、熱電素子の片面が加熱または冷却されゼーベック効果による発電が行なわれている。
また、加圧タンク５８、５９の内部は気体で必要圧に加圧されて設けられて、この加圧によって、例えば、加熱媒体に水を用いる場合や極低温シリコンオイルを用いる場合において、沸騰防止ができることから広域温度の熱源を利用することができる。
電子制御手段について、予め設定されたデータと温度、圧力および液面レベルの各検知センサーのデータにより、作動液体ポンプ手段の吐出行程が順次連続的にできるように熱媒体の切替弁３８、３７と、３８Ａ、３７Ａと、３８Ｂ、３７Ｂの電源の断続と、熱媒体の温度が一定化するようにポンプ５１、５２の動力電源の周波数を電子制御している。
加熱源の集熱について、熱交換器４０は、冷却源温度との温度差ができるように太陽光の集光熱や地熱等の自然熱、燃料や焼却炉の燃焼熱、プラントの化学反応熱や廃熱等から集熱をしている。
また、熱交換器５３は、通常冷却熱源として外気温または水の気化熱から集熱するものであるが、極低温な冷却熱源として液化天然ガス（ＬＮＧ）等の低温沸点物質の気化熱を集熱して用いる場合は、熱交換器４０が外気温を加熱源として集熱をするために水素吸蔵合金は極低温用を用いる。
また、熱電変換モジュールでは、第一行程の水素吸蔵合金ユニットの水素放出行程を経て降温した熱媒体を、第二行程の水素吸蔵合金ユニットの水素化行程に用いて昇温させた後、外部熱源で熱媒体を加熱昇温して再度循環させて、外部冷却熱源の確保が困難な場合でも外部加熱源のみで作動させることもできる。
また、最終発電量に応じて熱電変換モジュールを必要数据え置き利用する場合は、それぞれの水素吸蔵合金のユニットに設ける熱媒体の入口および出口のノズルと、加熱および冷却の媒体循環路３４、３５、のパイプとを並列に接続して用いる。
また、発電用に水を備蓄する場合は、必要な高さまでポンプ４９によって水を押し上げてプールさせ、発電機４８と連動する回転系５０に必要に応じて落水して回転させ発電を行う。
第７図の実施例によって説明すると、この実施例は、温度還元モジュールの温度還元手段および熱源モジュールの冷・温熱発生手段において、加熱源がない場合、熱媒体の切替弁を含む水素吸蔵合金ユニットの水素吸蔵合金ユニット間にポンプを介して水素パイプが設けられ、ポンプよる水素圧で水素を往復移送することで、水素吸蔵合金の発熱による温熱および吸熱による冷熱が、それぞれ発熱受領媒体および吸熱受領媒体によって集熱が行えるように構成されている。
また、加熱源がある場合は、水素解離圧特性の異なる水素吸蔵合金を相対のユニットに用いて、同温の熱源を用いることにより水素解離圧差を大きくさせて、ポンプを省き水素吸蔵合金ユニット間の水素移送を行う。
第７図の実施例において、相対に設ける水素吸蔵合金ユニットの密封容器１８、１８Ａの水素流路間に動力７１、７２と連動するポンプ７３、７４を介して水素パイプで連通させ、熱交換器４０、ポンプ５１、水素吸蔵合金ユニット、加圧タンク５８、を経由する発熱受領媒体の循環路と、熱交換器５３、ポンプ５２、水素吸蔵合金ユニット、加圧タンク５９、を経由する吸熱受領媒体の循環路によって、熱媒体がそれぞれ循環できるように配管されている。
また、電子制御手段は、予め設定されたデータと温度および圧力の各検知センサーのデータにより、水素吸蔵合金の発熱による温熱および吸熱による冷熱が、それぞれ発熱受領媒体および吸熱受領媒体によって安定した集熱が行えるよう、熱媒体の切替弁３８、３７と、３８Ａ、３７Ａの電源の断続と、ポンプ７３、７４の動力電源の周波数を電子制御している。
第８図、第９図、第１０図の実施例によって説明すると、外部の熱源を用いて、水素解離圧の差圧で水素を往復移送する温度還元方法および冷・温熱発生方法の説明図であって、この実施例は、同温の熱源により水素吸蔵合金ユニット間に水素解離圧の差圧を発生させ、外部力を投入することなく自然に水素の往復移送が行われる熱電変換モジュール排熱を熱源とする温度還元モジュールおよび熱源モジュールの熱媒体の循環を示している。
温度還元モジュールは、水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｄと、１８Ｅ、１８Ｆで構成する複数モジュール化で、一方、熱源モジュールは、水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ、１８Ｈで構成する一次側モジュールと、水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ、１８Ｋで構成する二次側モジュールとで構成され、それぞれの相対に設ける水素吸蔵合金ユニット内には、水素解離圧特性の温度が２０℃から５０℃ほど異なる水素吸蔵合金を薄膜状で各々用い、水素吸蔵合金ユニット間の水素解離圧に差圧によって自然に水素移送が行われる。
第８図の、熱電変換における温度還元モジュールの温度還元方法について、水素吸蔵合金の水素解離圧は、水素吸蔵合金ユニット１８Ｄ、１８Ｆのユニットには高いものが、水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｅには低いものが用いられ、左右のモジュールの行程を相対にして連続に行われる。
熱媒体の循環は、破線の上部に示す第一行程では、熱電変換モジュールの排熱を受領した熱媒体を温度還元モジュールの相対に設ける水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｄと、１８Ｅ、１８Ｆ内に送り、水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｅ内を通過して熱電変換モジュールの加熱源として一巡する熱媒体循環と、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｄ、１８Ｆ内を通過して熱電変換モジュールの冷却熱源として一巡する熱媒体循環と、破線の下部に示す第二行程では、第一行程での水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｅ内の発生温熱または熱電変換モジュールの排熱を受領し第二行程の水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｅ内を通過して一巡する熱媒体循環と、外気温以下の外部冷却熱源を受領し水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｄ、１８Ｆ内を通過して一巡する熱媒体循環で構成している。
このような熱媒体の循環は、まず、破線の上部に示す第一行程において、熱電変換モジュールの加熱及び冷却の循環熱媒体を混合させた同温熱源をそれぞれの水素吸蔵合金ユニット内に送り、水素吸蔵合金ユニット間の水素圧の差圧によって、水素圧が高い水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｄ、１８Ｆは、吸熱作用から通過する熱媒体の温度を降温させ、他方の水素圧の低い水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｅは、発熱作用から通過する熱媒体の温度を昇温させ、熱電変換モジュール排熱の温度還元を行う。
この場合、水素吸蔵合金ユニット１８Ｃで還元された熱を受領した熱媒体は、熱電変換モジュールの加熱源として再度供給循環し、他方の水素吸蔵合金ユニット１８Ｅからの熱媒体は熱媒体タンク８０内の熱交換部によって第二行程の加熱源として蓄熱した後、熱交換器４０によって外部熱で加熱昇温して循環する。
また、水素吸蔵合金ユニット１８Ｄ、１８Ｆを通過して降温した熱媒体は再度熱電変換モジュールの冷却熱源として循環する。
次いで、破線の下部に示す第二行程において、蓄熱された加熱源の熱媒体を水素吸蔵合金ユニット１８Ｃ、１８Ｅ内に送り、他方の水素吸蔵合金ユニット１８Ｄ、１８Ｆ内に熱交換器５３から外気温以下の熱を受領した熱媒体を冷却熱源として送ることで、水素吸蔵合金ユニット間で第一行程と逆方向の水素移送が行われ、温度還元の１サイクルを終了する。
また、第一行程では、熱電変換モジュールの水素吸蔵合金ユニットの水素放出行程を経て降温した熱媒体を温度還元モジュールの相対に設ける水素吸蔵合金ユニット内に送り、水素化側の水素吸蔵合金ユニットの発熱によって熱媒体の温度を昇温して、加熱源として熱電変換モジュールへ一巡させ、第二行程では、一方の水素放出側の水素吸蔵合金ユニット内に熱電変換モジュールの水素化反応時間短縮手段による発熱を受領した熱媒体を加熱源に用いることもできる。
この温度還元モジュールによる温度還元方法は、温度還元モジュールを複数用い多段的に熱源の温度を上昇させることも可能で、たとえば、太陽熱や地熱など熱源温度が６０℃〜７０℃のものを熱源にして、冷却熱源には、外気温または水などの気化熱を用いて、外部から加圧力を投入することなく１００℃以上の高温熱源をつくる給湯器へ適用できる。
第９図は、冷暖房・冷凍における熱源モジュールの冷・温熱発生方法であるが、左側の一次側の熱源モジュールは、外部加熱源が８５℃程度、屋内および屋外の温度３２℃程度の外部冷却熱源を用い、発熱は５５℃程度、吸熱は０℃程度の冷暖房の熱源モジュールを示している。
また、左側の一次側と右側の二次側で構成する熱源モジュールでは、一次側の熱源モジュールの発熱および吸熱の発生熱を、熱交換器８２、８３を介して、二次側の熱源モジュールの加熱および冷却の熱源として用い、−５０℃程度の吸熱を集熱して冷凍機の熱交換器８４で用いる低温冷熱発生の熱源モジュールを示して、ともに破線の上部を第一行程、下部を第二行程としている。
また、一次側または二次側の熱源モジュールは、温度還元モジュールと同様に、冷・温熱発生手段のモジュールを複数化で構成すると、熱媒体の循環に断続をなくすことができる。
冷暖房の熱源モジュールの場合では、熱電変換における温度還元モジュールの温度還元方法と同様に、水素吸蔵合金の水素解離圧は、水素吸蔵合金ユニット１８Ｈには高いものが、水素吸蔵合金ユニット１８Ｇには低いものが用いられる。
熱媒体の循環は、破線の上部に示す第一行程では、相対に設ける水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ、１８Ｈ内に屋内機と屋外機の熱交換器８２、８３を通過した熱媒体を合流または熱交換して一巡する熱媒体循環と、破線の下部に示す第二行程では、外部加熱源を受領し水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内を通過して一巡する熱媒体循環と、屋外機または屋内機の熱交換器８３と熱交換し水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈ内を通過して一巡する熱媒体循環で構成している。
このような熱媒体の循環は、まず、第一行程において、水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ、１８Ｈ内に屋外と屋内の温度から熱を受領した熱媒体を合流または熱交換して、中温化の熱媒体をそれぞれの水素吸蔵合金ユニット内に送り、水素吸蔵合金ユニット間の水素解離圧の差圧によって水素移送が行われることで、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈは、吸熱作用から通過する熱媒体の温度を降温させ、水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｇは、発熱作用から通過する熱媒体の温度を昇温させ、発生熱の冷熱は熱交換器８２で冷房用または大気放熱し、温熱は第二行程の熱交換器８３で暖房用または大気放熱をする。
次いで、破線の下部に示す第二行程において、加熱源として太陽光の集光熱や地熱等の自然熱、燃料や焼却炉の燃焼熱、プラントの化学反応熱や廃熱等の外部熱を熱交換器８１によって集熱して水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内に送り、水素吸蔵合金ユニット１８Ｈ内には、冷却源として熱交換器８３で屋外または屋内の温度を受領した熱媒体を送ることで、第一行程とは逆方向の水素吸蔵合金ユニット間の水素移送が行われ、冷・温熱発生の１サイクルを終了する。
冷凍の熱源モジュールの場合では、二次側の熱源モジュールの水素吸蔵合金は、一次側の熱源モジュールで用いた水素解離圧を更に上げた低温用の水素吸蔵合金を用い、ともに水素吸蔵合金ユニット１８Ｋのユニットには高いものを、水素吸蔵合金ユニット１８Ｊには低いものを用いる。
熱媒体の循環は、破線の上部に示す第一行程では、一次側の熱源モジュールの発生冷熱を受領した熱媒体を、相対に設ける水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ、１８Ｋ内に送り、水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ内を通過して一巡する熱媒体と、他方の水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｋ内を通過して冷凍庫内の熱交換器８４を通過した後、第二行程の水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｋ内を通過して、第二行程の水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ内を通過する熱媒体とを合流または熱交換して一巡する熱媒体循環と、破線の下部に示す第二行程では、一次側の熱源モジュールの発生温熱を受領して水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ内を通過して一巡する熱媒体循環で構成している。
このような熱媒体の循環は、まず、第一行程において、熱交換器８２を介して一次側の熱源モジュールの吸熱を受領した熱媒体は、二次側の熱源モジュールの熱源として、同温熱源を相対に設ける水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ、１８Ｋ内に送り、水素吸蔵合金ユニット間の水素解離圧の差圧によって水素移送が行われることで、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｋは、吸熱作用から通過する熱媒体の温度を降温させ、他方の水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｊは、発熱作用から通過する熱媒体の温度を昇温させ、発生熱の冷熱を受領した熱媒体は、冷凍庫内の熱交換器８４で冷凍熱源として供給した後、第二行程の水素吸蔵合金ユニット１８Ｋ内を通過して、水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ内を通過する熱媒体と合流または熱交換して熱交換器８２へ循環する。
次いで、破線の下部に示す第二行程において、熱交換器８３を介して一次側の熱源モジュールの発熱を受領した熱媒体を加熱源として水素吸蔵合金ユニット１８Ｊ内に送り、他方の水素吸蔵合金ユニット１８Ｋ内には、熱交換器８４から循環する熱媒体を冷却熱源として送ることで、第一行程とは逆方向の水素吸蔵合金ユニット間の水素移送が行われ、低温冷熱発生の１サイクルを終了する。
第１０図は、第９図に示す一次側の熱源モジュールを用いて低温冷熱を発生させる場合で、左側のモジュールを先の熱媒体循環系、右側のモジュールを後の熱媒体循環系とする二循環系統で構成している。
熱媒体の循環は、破線の上部に示す先の熱媒体循環系の第一行程では、相対に設ける水素吸蔵合金ユニットの水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内を通過して外部冷却熱源を受領して循環する熱媒体と、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈ内を通過して蓄熱槽９９と熱交換をして循環をする熱媒体とを合流または熱交換をして一巡する熱媒体循環と、破線の上部に示す後の熱媒体循環系の第一行程では、相対に設ける水素吸蔵合金ユニットの水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈ内を通過した後、冷凍庫内の熱交換器８４を通過して循環する熱媒体と、水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内を通過後、蓄熱槽９９と熱交換をして循環をする熱媒体とを合流または熱交換をして一巡する熱媒体循環と、先の熱媒体循環系および後の熱媒体循環系の第二行程では、外部加熱源を受領し水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内を通過して一巡する熱媒体循環と、外部冷却熱源を受領し水素化側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈ内または水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内を通過して一巡する熱媒体循環で構成している。
このような熱媒体の循環は、まず、先の熱媒体循環系の第一行程において、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈの吸熱を受領した冷熱を蓄熱槽９９に蓄え、後の熱媒体循環系の第一行程において、この蓄えられた冷熱を熱源にすることで、水素放出側の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈの吸熱温度が更に低温化され、低温で集熱された冷熱は冷凍庫内の熱交換器８４で冷凍熱源として用いる。
また、先の熱媒体循環系および後の熱媒体循環系の第二行程では、外部加熱源を熱交換器８１で受領した熱媒体を水素吸蔵合金ユニット１８Ｇ内に送り、他方の水素吸蔵合金ユニット１８Ｈ内には、外部冷却熱源を熱交換器８３で受領した熱媒体を送ることで、第一行程とは逆方向の水素吸蔵合金ユニット間の水素移送が行われる。
産業上の利用可能性
水素吸蔵合金によるため機構が簡単で、騒音もない。また、熱電変換および冷暖房・冷凍の熱源には、無尽蔵な太陽熱や地熱のほか、工場の排熱、ごみ焼却熱等の廃熱を利用できるほか、一旦低温化した温度を上昇させて再利用することもできる。また、冷暖房・冷凍装置では、これまでのフロンを用いないため環境破壊の要因もない。
また、本発明では、排出物質がないという利点もあり環境保全によい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例の見取り図であって、この実施例は、水素吸蔵合金ユニットがプレートカセットを積層して構成している。
第２図および第３図は、本発明の水素吸蔵合金ユニット内のパイプまたはプレートカセットの外面に備える水素吸蔵合金の薄膜装着の手順を示している。
第４図および第５図は、本発明の実施例における展開図であって、水素吸蔵合金ユニット内部のプレートカセットの形状を示している。
第６図は、本発明の熱電変換モジュールの全体概要図であって、この実施例では、液体ピストンの液面にかかる水素圧によるポンプ作用からの作動液体の流動力を利用して直接の発電又は水を汲み上げ随時な水力発電が行えるように構成されている。
第７図は、本発明の温度還元モジュールおよび熱源モジュールの全体概要図であって、この実施例は、水素吸蔵合金ユニット間にポンプを介して水素パイプが設けられて、水素吸蔵合金の発熱による温熱および吸熱による冷熱が、それぞれ発熱受領媒体および吸熱受領媒体によって集熱が行えるように構成されている。
第８図、第９図、第１０図は、温度還元方法および冷・温熱発生方法の説明図であって、この実施例は、同温熱源により水素吸蔵合金ユニット間に水素解離圧の差圧が発生することで、外部圧力を投入することなく自然に水素の往復移送が行われる熱電変換モジュールの排熱を熱源にした温度還元モジュールおよび熱源モジュールの熱媒体の循環を示している。
【図１】
2002068882.tif 000003
【図２】
2002068882.tif 000004
【図３】
2002068882.tif 000005
【図４】
2002068882.tif 000006
【図５】
2002068882.tif 000007
【図６】
2002068882.tif 000008
【図７】
2002068882.tif 000009
【図８】
2002068882.tif 000010
【図９】
2002068882.tif 000011
【図１０】
2002068882.tif 000012
【国際調査報告】
2002068882.tif 000013
2002068882.tif 000014
2002068882.tif 000015
2002068882.tif 000016