JP3734983B2 - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出とを繰り返して行わせ、水素の放出時に生じる吸熱作用を利用して冷熱出力を得る水素吸蔵合金を利用した熱利用システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムとして、２段サイクルが知られている。これは、同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる例えば粉体状の高温、中温、低温度水素吸蔵合金（以下、高温、中温、低温合金）を用いるもので、高温、中温、低温合金を充填する第１、第２、第３容器と、これら第１、第２、第３容器を連通する水素通路と、第１、第２、第３容器に触れる熱媒体温度を変更して、各第１、第２、第３容器の間で水素の移動を行わせる熱媒体変更手段と、を備える。
【０００３】
水素吸蔵合金の水素の放出時に生じる吸熱作用を利用する２段サイクルは、第１容器内の高温合金が吸蔵する水素を第３容器内の低温合金へ吸蔵させる水素駆動と、第３容器内の低温合金が吸蔵する水素を第２容器内の中温合金へ吸蔵させて１段目の吸熱を得る第１冷熱出力と、第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を第１容器内の高温合金へ吸蔵させて２段目の吸熱を得る第２冷熱出力と、を順次繰り返す。
【０００４】
水素駆動では、第１容器に加熱用の熱媒体を触れさせるとともに第３容器に放熱用の熱媒体を触れさせて、第１容器内の高温合金が吸蔵する水素を第３容器内の低温合金へ吸蔵させている。
第１冷熱出力では、第３容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせるとともに第２容器に放熱用の熱媒体を触れさせて、第３容器内の低温合金が吸蔵する水素を第２容器内の中温合金へ吸蔵させている。
第２冷熱出力では、第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせるとともに第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせて、第２容器内の中温合金が放出する水素を第１容器内の高温合金へ吸蔵させている。
【０００５】
上述のように、第２冷熱出力では、第３容器の低温合金は水素の吸蔵および放出に関与していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の２段サイクルでは、第２冷熱出力時、第２容器内の中温合金から第１容器内の高温合金へ水素を移動させる際、第１容器の高温合金に導かれる水素は、第２容器内の中温合金及び第１容器内の高温合金の隙間を通る必要があり、水素移動が短時間で行えず、時間がかかるため、限られた時間（サイクル）のとき、水素の未移動分が生じるので、能力低下となる不具合がある。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、能力の低下防止を図った水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、
同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる高温、中温、低温度水素吸蔵合金を充填する第１、第２、第３容器と、
これら第１、第２、第３容器を連通する水素通路と、
前記第１、第２、第３容器に触れる熱媒体温度を変更して、前記第１、第２、第３容器の間で水素の移動を行わせる熱媒体変更手段と、を備え、
水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱を利用した水素吸蔵合金を利用したものであって、 前記熱媒体変更手段は、
前記第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を前記第１容器内の高温合金へ吸蔵させる際、
前記第３容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設けられたことを特徴とする。
【００１１】
〔請求項２の手段〕
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、
同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる高温、中温、低温度水素吸蔵合金を充填する第１、第２、第３容器と、
これら第１、第２、第３容器を連通する水素通路と、
前記第１、第２、第３容器に触れる熱媒体温度を変更して、前記第１、第２、第３容器の間で水素の移動を行わせる熱媒体変更手段と、を備え、
水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱を利用した水素吸蔵合金を利用したものであって、 前記熱媒体変更手段は、
前記第１容器に加熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第３容器に放熱用の熱媒体を触れさせて、前記第１容器内の高温合金が吸蔵する水素を前記第３容器内の低温合金へ吸蔵させる際、前記第２容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設け、
前記第２容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第３容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第３容器内の低温合金が吸蔵する水素を前記第２容器内の中温合金へ吸蔵させる際、前記第１容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設け、
前記第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を前記第１容器内の高温合金へ吸蔵させる際、前記第３容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設けられたことを特徴とする。
【００１２】
〔請求項３の手段〕
請求項１または請求項２の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を前記第１容器内の高温合金へ吸蔵させる際に前記第３容器の内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体は、
冷熱出力を回収する冷熱出力用の熱媒体であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の作用および効果】
〔請求項１の作用および効果〕
第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を第１容器内の高温合金へ吸蔵させる際（第２冷熱出力時）、熱媒体変更手段により第３容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設けられる。これにより、この第２冷熱出力時において、第２容器内の中温合金および第３容器の低温合金が水素を放出し、第１容器の高温合金が水素を吸蔵するように作用する。
つまり、この第２冷熱出力時において、第２、第３容器から同時に水素が放出され、第３容器内に残った未放出分の水素も第１容器へ移動するため、第１容器の高温合金が吸蔵する水素量が増大する。その結果、限られたサイクル時間のため、未移動分が生じても、水素駆動での水素移動量が確保でき、冷熱出力がダウンせず、能力低下が防止できる。
【００１６】
〔請求項２の作用および効果〕
水素駆動時に、第１、第２容器から同時に水素が放出され、第２容器内に残った未放出分の水素も第３容器へ移動するため、第３容器の低温合金が吸蔵する水素量が増大する。その結果、限られたサイクル時間のため、未移動分が生じても、第１、２冷熱出力での水素移動量が確保され、冷熱出力がダウンせず、能力低下が防止できる。
第１冷熱出力時に、第３容器から第１容器に水素が移動しないため、第２冷熱出力時において、第２容器から第１容器への水素移動量が確保され、第２冷熱出力がダウンせず、能力低下を防止できる。
第２冷熱出力時に、第２、第３容器から同時に水素が放出され、第３容器内に残った未放出分の水素も第１容器へ移動するため、第１容器の高温合金が吸蔵する水素量が増大する。その結果、限られたサイクル時間のため、未移動分が生じても、水素駆動での水素移動量が確保でき、冷熱出力がダウンせず、能力低下が防止できる。
上記作用が奏されるため、結果的に水素駆動時における第３容器内の低温合金が吸蔵する水素量がさらに増大することになる。
これにより、その後の第１、第２冷熱出力での水素移動量がさらに増える結果となり、第１、第２冷熱出力で得られる冷熱出力が増え、従来の２段サイクルに比較して能力が向上する。
【００１７】
〔請求項３の作用および効果〕
第２冷熱出力で第３容器の内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が冷熱出力用の熱媒体であることにより、第２冷熱出力で第３容器内の低温合金が水素を放出する際に発生する冷熱も得ることができる。この結果、第２冷熱出力で得られる冷熱出力が増え、従来の２段サイクルに比較して能力が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、実施例および変形例に基づき説明する。
〔実施例の構成〕
この実施例は、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムを室内空調用の冷房に適用したもので、この冷房装置１を図１〜図１３を用いて説明する。
【００１９】
冷房装置１の概略構成を図２を用いて説明する。冷房装置１は、水素吸蔵合金を用いた熱交換ユニット２と、水素吸蔵合金を加熱する加熱水（加熱用の熱媒体に相当する、本実施例では水）を作り出す燃焼装置３と、水素吸蔵合金を冷却させる放熱水（放熱用の熱媒体に相当する、本実施例では水）を放熱によって冷却する放熱水冷却手段４と、水素吸蔵合金の水素放出作用によって生じた吸熱によって冷却された冷熱出力水（冷熱出力用の熱媒体に相当する、本実施例では水）で室内を空調する室内空調機５と、搭載された各電気機能部品を制御する制御装置６とから構成される。
【００２０】
なお、熱交換ユニット２、燃焼装置３、放熱水冷却手段４および制御装置６は、室外機７として室外に設置されるもので、室内には室内空調機５が配置される。また、本実施例に示す冷房装置１は、１つの室外機７に対して、複数の室内空調機５が接続可能な所謂マルチエアコンである。
【００２１】
（熱交換ユニット２の説明）
熱交換ユニット２は、水素吸蔵合金と複数の熱媒体との熱交換を行う熱交換器８と、複数の熱媒体の供給および排出を行う分配器９とから構成される。この熱交換器８と分配器９とから第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 （後述する）に触れる熱媒体の種類を変更する熱媒体変更手段が構成される。なお、本実施例に示す熱交換器８は回転中心側に円筒穴８ａを備えた円筒形状を呈するもので、水平方向に配置された円柱状の分配器９が前記円筒穴８ａ内に回動自在に挿入され、分配器９の周囲を回転するように設けられている（図２では便宜上、分配器９が垂直方向に配置された図を示す）。
【００２２】
熱交換器８は、図３、図４に示すような、偏平でリング円盤形状を呈したリング円盤Ｒを多数積層したもので、１つのリング円盤Ｒは、内部に水素吸蔵合金を収納する偏平な合金収容室１０｛図５（ａ）のハッチング内参照、後述する第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 ｝を複数放射状に配置し、積層方向の合金容器（合金収容室１０を構成する容器）と合金容器との間に熱媒体通路１１｛図５（ｂ）のハッチング内参照｝を形成するものである。
【００２３】
１つのリング円盤Ｒは、ステンレスあるいは銅など、水素透過の無い金属をプレス成形した一対のプレート１２、１３（図３参照）を対向して接合して構成されるもので、その一対のプレート１２、１３は、一方の面に合金収容室１０形成用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体通路１１形成用の窪みが形成されたものである。
そして、熱交換器８は、図３に示すように一対のプレート１２、１３よりなるリング円盤Ｒを多数積層し、合金容器の外端に水素通路Ｓ4 を確保するための連結パイプＳ5 および端部閉塞蓋Ｓ6 を組付けるとともに、円筒穴８ａの内周に分配器摺接シール用の円筒パイプＳ7 を組付け、真空ろう付けや溶接等の接合方法により接合したものである。
なお、円筒パイプＳ7 には、分配器９の外周面に形成された固定側給排穴Ａ1 （後述する）から、熱交換器８内の各熱媒体通路１１への熱媒体の供給と排出を行う回転側給排穴Ａ2 （後述する）が形成されている。
【００２４】
１つのリング円盤Ｒに形成される合金容器の数は、３×ｎ（ｎ＝正の整数）であり、この実施例では、１つのリング円盤Ｒに６つの合金容器が形成される例を示す。
１つのリング円盤Ｒに形成される複数の合金容器は、円盤中心の周囲に巻付けられる形状で配置される。これによって、熱交換ユニット２の占めるスペース内における水素吸蔵合金の充填有効率が高くなり、結果的に熱交換ユニット２を小型化できる。
【００２５】
多数のリング円盤Ｒを積層して構成される合金容器は、高温合金ＨＭが封入された第１容器Ｓ1 、この第１容器Ｓ1 内に水素通路Ｓ4 を介して連通し、中温合金ＭＭが封入された第２容器Ｓ2 、この第２容器Ｓ2 内に水素通路Ｓ4 を介して連通し、低温合金ＬＭが封入された第３容器Ｓ3 に分類される。
【００２６】
水素吸蔵合金は、水素平衡圧力が異なる３種を用いたもので、第１容器Ｓ1 内に封入される高温合金ＨＭは同一平衡水素圧で水素平衡温度が最も高い高温度水素吸蔵合金の粉末であり、第２容器Ｓ2 内に封入される中温合金ＭＭは中温度水素吸蔵合金の粉末であり、第３容器Ｓ3 内に封入される低温合金ＬＭは同一平衡水素圧で水素平衡温度が最も低い低温度水素吸蔵合金の粉末である。
この関係を図６のＰＴ冷凍サイクル線図を用いて説明すると、水素吸蔵合金の特性が、相対的に高温側（図示左側）にあるのが高温合金ＨＭ、低温側にあるのが低温合金ＬＭ、両者の中間にあるのが中温合金ＭＭである。
なお、粉末状の各合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭは、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 の内部に充填され、真空引きを行い、活性化処理を施し、水素を高圧充填した後、合金充填用開口部１４を金属蓋（図示しない）で封止して封入されるものである。
【００２７】
円筒状の熱交換器８は、円柱形状を呈する分配器９の周囲を回転するように設けられている。熱交換器８は、回転駆動手段（例えば、電動モータによって熱交換器８を直接的あるいはギヤやベルト等を介して間接的に回転駆動する手段）によって連続的に回転駆動されるものである。
【００２８】
分配器９の構成を図７〜図９に示す。分配器９は、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に触れる熱媒体を切り換えて供給するもので、円筒状の熱交換器８が分配器９の周囲で回転することによって、各合金容器の間（積層方向の間）の各熱媒体通路１１に供給される熱媒体が切り換えられ、水素通路Ｓ4 で連結される第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 が水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γに移行する（図１参照）。
【００２９】
水素駆動部αは第１容器Ｓ1 内の水素、および第２容器Ｓ2 内に残されている水素の一部を第３容器Ｓ3 内に移動させる部位である。
第１冷熱出力部βは第３容器Ｓ3 内に移動した水素を第２容器Ｓ2 に移動させる部位である。
第２冷熱出力部γは第２容器Ｓ2 内の水素および第３容器Ｓ3 内に残されている水素の一部を第１容器Ｓ1 に移動させる部位である。
なお、水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γは、略１２０°間隔に設けられたもので、分配器９の外周面に形成された各固定側給排穴Ａ1 （後述する）の連通範囲によって区画されている。
【００３０】
水素駆動部αは、第１容器Ｓ1 と接触する加熱水（例えば８０℃ほど）が供給される第１加熱域α1 、第２容器Ｓ2 と接触する昇圧水（例えば５６℃ほど）が供給される第２加熱補助域α2 、第３容器Ｓ3 と接触する放熱水（例えば２８℃ほど）が供給される第３放熱域α3 を備える。
第１冷熱出力部βは、第１容器Ｓ1 と接触する昇圧水（例えば５８℃ほど）が供給される第１水素移動制限域β1 、第２容器Ｓ2 と接触する放熱水（例えば２８℃ほど）が供給される第２放熱域β2 、第３容器Ｓ3 と接触する冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が供給される第３冷熱出力域β3 を備える。
第２冷熱出力部γは、第１容器Ｓ1 と接触する放熱水（例えば２８℃ほど）が供給される第１放熱域γ1 、第２容器Ｓ2 と接触する冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が供給される第２冷熱出力域γ2 、第３容器Ｓ3 と接触する冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が供給される第３冷熱出力補助域γ3 を備える。
【００３１】
そして、回転駆動手段により熱交換器８が回転することにより、第１容器Ｓ1 の群が第１加熱域α1 →第１水素移動制限域β1 →第１放熱域γ1 を繰り返し、第２容器Ｓ2 の群が第２加熱補助域α2 →第２放熱域β2 →第２冷熱出力域γ2 を繰り返し、第３容器Ｓ3 の群が第３放熱域α3 →第３冷熱出力域β3 →第３冷熱出力補助域γ3 を繰り返す。
【００３２】
次に、分配器９と熱交換器８との熱媒体の受渡しについて説明する。
分配器９は、図７に示すように、第１容器Ｓ1 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第１ブロック９ａと、第２容器Ｓ2 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第２ブロック９ｂと、第３容器Ｓ3 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第３ブロック９ｃとを備えるとともに、第１ブロック９ａと第２ブロック９ｂの間に配置されて熱媒体の流れを１２０°捩じって変更する第１ジョイント９ｄと、第２ブロック９ｂと第３ブロック９ｃの間に配置されて熱媒体の流れを１２０°捩じって変更する第２ジョイント９ｅとから構成される。
【００３３】
なお、この実施例の分配器９は、図８（ｂ）に示すように、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に直列的に熱媒体を供給する直列接続供給タイプを示すが、図８（ａ）に示すように、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に並列的に熱媒体を供給する並列接続供給タイプを採用しても良い。
第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃのそれぞれは、水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γに対応して配置されるもので、各部に応じて熱媒体の給排用の固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
【００３４】
各固定側給排穴Ａ1 を図７を用いて具体的に説明する。
第１ブロック９ａには、第１加熱域α1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に加熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第１水素移動制限域β1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に昇圧水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第１放熱域γ1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
第２ブロック９ｂには、第２加熱補助域α2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に昇圧水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第２放熱域β2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第２冷熱出力域γ2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
第３ブロック９ｃには、第３放熱域α3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第３冷熱出力域β3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第３冷熱出力補助域γ3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に水素移動に関与しない不問水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
なお、各固定側給排穴Ａ1 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向にずれて配置されている。
【００３５】
熱交換器８の内周面には、上述したように、分配器摺接シール用の円筒パイプＳ7 が接合されており、この円筒パイプＳ7 には、分配器９の固定側給排穴Ａ1 を介して熱媒体の給排を行う複数の回転側給排穴Ａ2 が形成されている。
本実施例の熱交換器８は、合金容器が周方向に６つ形成されたリング円盤Ｒを軸方向に多数積層したものであるため、積層方向に隣接する第１容器Ｓ1 の群は、第１ブロック９ａの周囲に周方向に６つ配置され、積層方向に隣接する第２容器Ｓ2 の群は、第２ブロック９ｂの周囲に周方向に６つ配置され、積層方向に隣接する第３容器Ｓ3 の群は、第３ブロック９ｃの周囲に周方向に６つ配置される。
このため、円筒パイプＳ7 には、第１容器Ｓ1 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されており、第２容器Ｓ2 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されており、第３容器Ｓ3 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されている。
なお、各回転側給排穴Ａ2 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向（合金容器の積層方向）にずれて配置されている。
【００３６】
上述したように、積層方向に隣接する合金容器と合金容器との間に熱媒体通路１１が形成されており、合金容器には第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 のそれぞれの範囲内で積層方向に貫通する貫通穴Ａ3 が設けられており、各熱媒体通路１１は、貫通穴Ａ3 を介して隣接する熱媒体通路１１に連通している。
この実施例の熱交換器８は、円筒パイプＳ7 の回転側給排穴Ａ2 の供給側から熱交換器８内に供給された熱媒体を、各熱媒体通路１１に分配して供給する並列接続供給タイプを採用している。このため、各合金容器には、熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 と、熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 の両方が形成されている。なお、熱交換器８は、各合金容器に熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 と熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 の両方が形成されたリング円盤Ｒ1 （図１０、ａ参照）と、第１容器Ｓ1 の群と第２容器Ｓ2 の群との境界の仕切、及び第２容器Ｓ2 の群と第３容器Ｓ3 の群との境界の仕切に用いられ、各合金容器に貫通穴Ａ3 のない仕切用のリング円盤Ｒ2 （図１０、ｂ参照）とを組み合わせて構成されるものである。
【００３７】
熱交換器８内に供給された熱媒体の流れを図８を参照して説明する。
回転側給排穴Ａ2 の供給側（図１１の上方）から熱交換器８内に供給された熱媒体は、各熱媒体通路１１を連通させる熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 を介して熱交換器の軸方向（図１１の下方向）に流れ、その熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 から各熱媒体通路１１に分配して供給される。
各熱媒体通路１１を通過した熱媒体は、各熱媒体通路１１を連通させる熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 にて収集されるとともに、その熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 を介して熱交換器の軸方向（図１１の下方向）に流れる。
そして、熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 によって、図１１の下方に流れた熱媒体は、回転側給排穴Ａ2 の排出側（図１１の下方）から分配器９の固定側給排穴Ａ1 （排出側）に排出される。
つまり、熱交換器８の各容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 内において、合金容器の積層方向に貫通して設けられた貫通穴Ａ3 によって熱媒体は軸方向へ流れるため、熱交換器８の内周に設けられる回転側給排穴Ａ2 の供給側と排出側とを軸方向にずらして配置することができる。
【００３８】
（燃焼装置３の説明）
本実施例の燃焼装置３は、燃料であるガスを燃焼して熱を発生させ、発生した熱によって加熱水を加熱するガス燃焼装置を用いたもので、ガスの燃焼を行うガスバーナ１６、このガスバーナ１６へガスの供給を行うガス量調節弁１７およびガス開閉弁１８を備えたガス供給回路１９、ガスバーナ１６へ燃焼用の空気を供給する燃焼ファン２０、ガスの燃焼熱と加熱水とを熱交換する熱交換器２１等から構成される。
そして、ガスバーナ１６のガス燃焼で得られた熱で、加熱水を例えば８０℃程に加熱し、加熱された加熱水を加熱水循環ポンプＰ1 を備えた加熱水循環路２２を介して第１加熱域α1 に供給するものである。
【００３９】
第２加熱補助域α2 と第１水素移動制限域β1 とに昇圧水を供給する昇圧水供給路１５は、図９に示すように、加熱水循環路２２から分岐したもので、オリフィス１５Ａによって流速を下げ、第１水素移動制限域β1 の昇圧水の温度は例えば５８℃程（第１容器Ｓ1 内において高温合金ＨＭが水素の吸蔵および放出を行わない温度）にするとともに、第２加熱補助域α2 の昇圧水の温度を例えば５６℃程（第２容器Ｓ2 の内部を水素放出圧より高くして、中温合金ＭＭが水素の放出を行う温度）にするものである。
【００４０】
（室内空調機５の説明）
室内空調機５は、上述のように室内に配置されるもので、内部に室内熱交換器２３、この室内熱交換器２３に供給される冷熱出力水と室内空気とを強制的に熱交換し、熱交換後の空気を室内に吹き出させるための室内ファン２４を備える。室内熱交換器２３には、第３冷熱出力域β3 および第２冷熱出力域γ2 から供給される冷熱出力水を循環させる冷熱出力水循環路２５が接続され、この冷熱出力水循環路２５の途中（室外機７内）には、冷熱出力水を循環させる冷熱出力水ポンプＰ2 （出力ポンプに相当する）が設けられている。
【００４１】
（放熱水冷却手段４の説明）
放熱水冷却手段４は、水冷開放型の冷却塔であり、この放熱水冷却手段４によって冷却された放熱水は、放熱水循環ポンプＰ3 を備えた放熱水循環路２６によって第３放熱域α3 、第２放熱域β2 、第１放熱域γ1 に供給される。
放熱水冷却手段４は、第３放熱域α3 、第２放熱域β2 、第１放熱域γ1 を通過した放熱水を、上方から下方へ流し、流れている間に外気と熱交換して放熱するとともに、流れている間に一部蒸発させて、蒸発時に流れている放熱水から気化熱を奪い、流れている放熱水を冷却するものである。また、この放熱水冷却手段４は、図示しない放熱ファンを備え、この放熱ファンの生じる空気流によって放熱水の蒸発および冷却を促進するように設けられている。
なお、この実施例では、放熱水冷却手段４として水冷開放型の冷却塔を示すが、放熱水（放熱用の熱媒体）が空気に触れずに熱交換する水冷密閉型あるいは空冷密閉型の冷却手段を用いても良い。
【００４２】
ここで、上記に示す加熱水循環路２２、冷熱出力水循環路２５および放熱水循環路２６は、それぞれシスターンＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 を備えており、シスターンＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 内の水位が所定水位以下に低下すると、それぞれに設けられた給水バルブＴ4 、Ｔ5 、Ｔ6 が開き、給水管２７から供給される水道水をシスターンＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 内に補充するように設けられている。
また、熱交換ユニット２の下部にはドレンパンＰが配置され、熱交換ユニット２に発生したドレン水を排水管２８から排水するように設けられている。なお、放熱水冷却手段４で溢れた水も排水管２８から排水するように設けられている。
【００４３】
（制御装置６の説明）
制御装置６は、室内空調機５に設けられたコントローラからの操作指示や、複数設けられた各センサの入力信号に応じて、上述の加熱水循環ポンプＰ1 、冷熱出力水ポンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ3 、給水バルブＴ4 、Ｔ5 、Ｔ6 、放熱水冷却手段４の放熱ファンなどの電気機能部品、および燃焼装置３の電気機能部品（図示しない点火装置、ガス量調節弁１７、ガス開閉弁１８、燃焼ファン２０等）を制御するとともに、室内空調機５に室内ファン２４の作動指示を与えるものである。
【００４４】
（冷房運転の作動説明）
上記の冷房装置１による冷房運転の作動を、図６のＰＴ冷凍サイクル線図を参照して説明する。
冷房運転が室内空調機５のコントローラによって指示されると、制御装置６によって、燃焼装置３、回転駆動手段、放熱ファンおよび加熱水循環ポンプＰ1 、冷熱出力水ポンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ3 が作動するとともに、冷房が指示された室内空調機５の室内ファン２４をONする。
【００４５】
回転駆動手段によって、熱交換器８が連続的に回転移動する。これによって、多数の合金容器が、水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γの順で移動する。
つまり、各第１容器Ｓ1 が第１加熱域α1 →第１水素移動制限域β1 →第１放熱域γ1 の順で移動し、各第２容器Ｓ2 が第２加熱補助域α2 →第２放熱域β2 →第２冷熱出力域γ2 の順で移動し、各第３容器Ｓ3 が第３放熱域α3 →第３冷熱出力域β3 →第３冷熱出力補助域γ3 の順で移動する。
【００４６】
水素駆動部αへ移行すると、第１容器Ｓ1 が加熱水に触れ、第２容器Ｓ2 が昇圧水に触れ、第３容器Ｓ3 が放熱水に触れる。
第１容器Ｓ1 が加熱水（８０℃）に触れることにより、第１容器Ｓ1 の内圧が上昇し、高温合金ＨＭが水素を放出する。
第２容器Ｓ2 が昇圧水（５６℃）に触れることにより、第２容器Ｓ2 の内圧が上昇し、中温合金ＭＭが水素を放出する。
第３容器Ｓ3 が放熱水（２８℃）に触れることにより、第３容器Ｓ3 の内圧が下がり、低温合金ＬＭが水素を吸蔵する。
【００４７】
このように、第１容器Ｓ1 が第１加熱域α1 で加熱水に触れ、第２容器Ｓ2 が第２加熱補助域α2 で昇圧水に触れ、第３容器Ｓ3 が第３放熱域α3 の放熱水に触れることにより、第１容器Ｓ1 内が８０℃：１．０ＭＰａ、第２容器Ｓ2 内が５６℃：１．０ＭＰａ、第３容器Ｓ3 内が２８℃：０．９ＭＰａとなり、第１容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を放出（図６の▲１▼）するとともに、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭも少量の水素を放出（図６の▲１▼’）し、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭは高温、中温合金ＨＭ、ＭＭから放出された水素を吸蔵する（図６の▲２▼）。
そして、水素駆動部αを通過すると、その後第１冷熱出力部βへ移動する。
【００４８】
第１冷熱出力部βへ移行すると、第１容器Ｓ1 が昇圧水に触れ、第２容器Ｓ2 が放熱水に触れ、第３容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。
第１容器Ｓ1 が昇圧水（５８℃）に触れることにより、第１容器Ｓ1 の内圧が高温合金ＨＭが水素の吸蔵および放出を行わない圧力に設定される。
第２容器Ｓ2 が放熱水（２８℃）に触れることにより、第２容器Ｓ2 の内圧が下がり、中温合金ＭＭが水素を吸蔵し、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出する。
低温合金ＬＭが水素を放出するため、第３容器Ｓ3 内で吸熱が生じ、第３容器Ｓ3 に触れた冷熱出力水が例えば７℃に冷やされる。なお、低温合金ＬＭは、冷熱出力水が１３℃くらいでは、第３容器Ｓ3 の内圧が第２容器Ｓ2 の内圧より高くなるように設けられている。
【００４９】
このように、第１容器Ｓ1 が第１水素移動制限域β1 で昇圧水に触れ、第２容器Ｓ2 が第２放熱域β2 で放熱水に触れ、第３容器Ｓ3 が第３冷熱出力域β3 の冷熱出力水に触れることにより、第１容器Ｓ1 内が５８℃：０．５ＭＰａ、第２容器Ｓ2 内が２８℃：０．４ＭＰａ、第３容器Ｓ3 内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出（図６の▲３▼）し、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵（図６の▲４▼）する。第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用により第３容器Ｓ3 に触れる冷熱出力水から熱を奪い冷熱出力水の温度を低下させる。なお、第１容器Ｓ1 は、昇圧水に触れて高温合金ＨＭは水素の吸蔵および放出は行わない。
そして、第１冷熱出力部βを通過すると、その後第２冷熱出力部γへ移動する。
【００５０】
第２冷熱出力部γへ移行すると、第１容器Ｓ1 が放熱水に触れ、第２容器Ｓ2 および第３容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。
第１容器Ｓ1 が放熱水（２８℃）に触れることにより、第１容器Ｓ1 の内圧が下がり、高温合金ＨＭが水素を吸蔵する。
中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭが水素を放出するため、第２容器Ｓ2 および第３容器Ｓ3 内で吸熱が生じ、第２容器Ｓ2 および第３容器Ｓ3 に触れた冷熱出力水が例えば７℃に冷やされる。なお、中温合金ＭＭも、冷熱出力水が１３℃くらいでは、第２容器Ｓ2 の内圧が第１容器Ｓ1 の内圧より高くなるように設けられている。
【００５１】
このように、第１容器Ｓ1 が第１放熱域γ1 で放熱水に触れることにより、第１容器Ｓ1 内が２８℃：０．１ＭＰａ、第２容器Ｓ2 内が１３℃：０．２ＭＰａ、第３容器Ｓ3 内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出（図６の▲５▼）するとともに、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭも水素を放出（図６の▲３▼’）し、第１容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図６の▲６▼）。第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭおよび第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用により第２容器Ｓ2 および第３容器Ｓ3 に触れる冷熱出力水から熱を奪い冷熱出力水の温度を低下させる。
そして、第２冷熱出力部γを通過すると、その後水素駆動部αへ移動する。
【００５２】
なお、熱交換ユニット２の第３冷熱出力域β3 、第２冷熱出力域γ2 および第３冷熱出力補助域γ3 で熱を奪われた低温の冷熱出力水は、冷熱出力水循環路２５を介して室内空調機５の室内熱交換器２３に供給されて、室内に吹き出される空気と熱交換されて室内を冷房する。
【００５３】
〔実施例の効果〕
水素駆動部αにおいては、第１容器Ｓ1 に加熱水を触れさせるとともに第３容器Ｓ3 に放熱水を触れさせて、第１容器Ｓ1 内の高温合金ＨＭが吸蔵する水素を第３容器Ｓ3 内の低温合金ＬＭへ吸蔵させる水素駆動部αにおいて、第２容器Ｓ2 に、内部を水素放出圧より高く保つ昇圧水が触れるように設けられる。このように、この水素駆動部αにおいて、第１、第２容器Ｓ1 、Ｓ2 から同時に水素が放出され、第２容器Ｓ2 内に残った未放出分の水素も第３容器Ｓ3 へ移動するため、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが吸蔵する水素量が増大する。その結果、限られたサイクル時間のため、未移動分が生じても、第１、２冷熱出力部β、γでの水素移動量を確保できる。
【００５４】
また、第１冷熱出力部βにおいては、第３容器Ｓ3 から第１容器Ｓ1 に水素が移動しないため、第２冷熱出力部βにおいて、第２容器Ｓ2 から第１容器Ｓ1 への水素移動量が確保される。
【００５５】
さらに、第２冷熱出力部γにおいては、第１容器Ｓ1 に放熱水を触れさせるとともに第２容器Ｓ2 に冷熱出力水を触れさせて、第２容器Ｓ2 内の中温合金ＭＭが吸蔵する水素を第１容器Ｓ1 内の高温合金ＨＭへ吸蔵させる第２冷熱出力部γにおいて、第３容器Ｓ3 に、内部を水素放出圧より高く保つ冷熱出力水が触れるように設けられる。このように、この第２冷熱出力部γにおいて、第２、第３容器Ｓ2 、Ｓ3 から同時に水素が放出され、第３容器Ｓ3 内に残った未放出分の水素も第１容器Ｓ1 へ移動するため、第１容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが吸蔵する水素量が増大する。その結果、限られたサイクル時間のため、未移動分が生じても、水素駆動部αでの水素移動量を確保できる。
【００５６】
上記で示したように、水素の未移動分が生じても、第１冷熱出力部β及び第２冷熱出力部γにおける水素放出量が確保されて出力低下を防止できるため、水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γの切替速度を早くすることができ、結果的に冷房装置１の冷房能力を増大できる。
【００５７】
〔変形例〕
上記の実施例では、熱交換器８の外周側で熱媒体がターンして内側に戻る熱媒体通路１１を採用した並列接続供給タイプを採用した例を示したが、図１２（ａ）に示すように、熱媒体がターンしない熱媒体通路１１を採用した並列接続供給タイプを採用しても良い。また、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すような直列接続供給タイプや、図１２（ｄ）に示すような並列接続供給と直列接続供給の混成タイプを採用しても良い。
【００５８】
上記の実施例では、冷房専用の装置を例に示したが、冷暖房装置に適用しても良い。具体的な一例を示すと、燃焼装置３で加熱された加熱水を室内空調機５の室内熱交換器２３に導いて室内暖房を行うように設けても良い。また、燃焼装置３で加熱された加熱水を床暖房マット、浴室乾燥機などに接続し、加熱水の供給によって床暖房、浴室暖房などを行うように設けても良い。
【００５９】
上記の実施例では、一対のプレート１２、１３を接合したリング円盤Ｒ内に複数の合金容器を構成した例を示したが、図１３に示すように、一対のプレートで１つの合金容器を構成するように設けても良い。つまり、一対のプレートで１つの合金容器を構成し、それらを周方向に組合わせてリング円盤状に構成し、そのリング円盤Ｒ状の複数の合金容器を軸方向に積層して筒状の熱交換器８を構成しても良い。また、上記の実施例では、熱交換器８の外周囲形状を円筒に設けた例を示したが、例えば外周囲形状を六角筒形状に設け、中心側に回転側給排穴Ａ2 が形成される円筒穴８ａを設けるようにしても良い。
【００６０】
上記の実施例では、熱交換器８を回転駆動手段によって連続的に回転させた例を示したが、熱交換器８を間欠的に回転移動させても良い。
上記の実施例では熱交換器８の回転軸（分配器９）を水平に配置した例を示したが、垂直に配置したり、斜めに配置しても良い。また、第１容器Ｓ1 、第２容器Ｓ2 、第３容器Ｓ3 の配置順序を変形し、各合金容器に触れる熱媒体の切替も熱交換ユニットが成り立つようにしても良い。
【００６１】
上記の実施例では、１つの室外機７に複数の室内空調機５が接続可能なマルチエアコンを示したが、１つの室外機７に１つの室内空調機５が接続されるエアコンに本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、熱交換ユニット２によって得られた冷熱出力用の熱媒体（実施例中では冷熱出力水）で室内を冷房する例を示したが、冷熱出力用の熱媒体で冷蔵運転や冷凍運転に用いるなど、本発明を他の冷却装置として用いても良い。
上記の実施例では、１つの熱交換ユニット２（１つの分配器９と１つの熱交換器８によって構成されるユニット）を用いた例を示したが、複数の熱交換ユニット２を搭載して冷却能力を増大させ、ビル用空調システムなど大きな冷却能力が要求される冷却装置に用いても良い。
【００６２】
上記の実施例では、加熱用の熱媒体（実施例中では加熱水）を加熱する加熱手段として、ガスを燃焼するガス燃焼装置を用いたが、石油を燃焼する石油燃焼装置など、他の燃焼装置を用いても良いし、内燃機関の排熱によって加熱用の熱媒体を加熱する加熱手段、ボイラーによる蒸気、電気ヒータを用いた加熱手段など、他の加熱手段を用いても良い。なお、内燃機関の排熱を利用する際は、車両用に用いることもできる。
上記の実施例では、各熱媒体の一例として、水道水を用いたが、不凍液やオイルなど他の液体の熱媒体を用いても良いし、空気など気体の熱媒体を用いても良い。
【００６３】
上記の実施例では、熱交換器８が回転して熱媒体が変更される例を示したが、固定された熱交換器８に熱媒体を切り換えて供給するように設けても良い。
上記の実施例では、複数の容器を軸方向に重ねた熱交換器８を示したが、内部の水素吸蔵合金と熱媒体とが熱交換されるいかなる熱交換器を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換ユニットの作動説明図である（実施例）。
【図２】冷房装置の概略構成図である（実施例）。
【図３】熱交換器の断面図である（実施例）。
【図４】リング円盤の平面図である（実施例）。
【図５】合金収容室および熱媒体通路の説明図である（実施例）。
【図６】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。
【図７】分配器による熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図８】分配器における並列接続供給と直列接続供給の説明図である（実施例）。
【図９】熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図１０】リング円盤の平面図である（実施例）。
【図１１】熱交換器内における熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図１２】熱交換器内における熱媒体の流れを示す説明図である（変形例）。
【図１３】リング円盤の平面図である（変形例）。
【符号の説明】
ＨＭ 高温合金（高温水素吸蔵合金）
ＭＭ 中温合金（中温水素吸蔵合金）
ＬＭ 低温合金（低温水素吸蔵合金）
Ｓ1 第１容器
Ｓ2 第２容器
Ｓ3 第３容器
Ｓ4 水素通路
１ 冷房装置
８ 熱交換器
９ 分配器

Claims (3)

1. 同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる高温、中温、低温度水素吸蔵合金を充填する第１、第２、第３容器と、
   これら第１、第２、第３容器を連通する水素通路と、
   前記第１、第２、第３容器に触れる熱媒体温度を変更して、前記第１、第２、第３容器の間で水素の移動を行わせる熱媒体変更手段と、を備え、
   水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱を利用した水素吸蔵合金を利用した熱利用システムであって、
   前記熱媒体変更手段は、
   前記第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を前記第１容器内の高温合金へ吸蔵させる際、
   前記第３容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設けられたことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
2. 同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる高温、中温、低温度水素吸蔵合金を充填する第１、第２、第３容器と、
   これら第１、第２、第３容器を連通する水素通路と、
   前記第１、第２、第３容器に触れる熱媒体温度を変更して、前記第１、第２、第３容器の間で水素の移動を行わせる熱媒体変更手段と、を備え、
   水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱を利用した水素吸蔵合金を利用した熱利用システムであって、
   前記熱媒体変更手段は、
   前記第１容器に加熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第３容器に放熱用の熱媒体を触れさせて、前記第１容器内の高温合金が吸蔵する水素を前記第３容器内の低温合金へ吸蔵させる際、前記第２容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設け、
   前記第２容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第３容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第３容器内の低温合金が吸蔵する水素を前記第２容器内の中温合金へ吸蔵させる際、前記第１容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設け、
   前記第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第２容器内の中温合金が吸蔵する水素を前記第１容器内の高温合金へ吸蔵させる際、前記第３容器に、内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体が触れるように設けられたことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
3. 請求項１または請求項２の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
   前記第１容器に放熱用の熱媒体を触れさせるとともに前記第２容器に冷熱出力用の熱媒体を触れさせて、前記第２容器内の低温合金が吸蔵する水素を前記第１容器内の中温合金へ吸蔵させる際に前記第３容器の内部を水素放出圧より高く保つ熱媒体は、
   冷熱出力を回収する冷熱出力用の熱媒体であることを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。

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