JP3734983B2 - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム - Google Patents
水素吸蔵合金を利用した熱利用システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP3734983B2 JP3734983B2 JP15862899A JP15862899A JP3734983B2 JP 3734983 B2 JP3734983 B2 JP 3734983B2 JP 15862899 A JP15862899 A JP 15862899A JP 15862899 A JP15862899 A JP 15862899A JP 3734983 B2 JP3734983 B2 JP 3734983B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- container
- hydrogen
- heat
- heat medium
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
【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)
- 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15862899A JP3734983B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15862899A JP3734983B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000346485A JP2000346485A (ja) | 2000-12-15 |
JP3734983B2 true JP3734983B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
ID=15675873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15862899A Expired - Fee Related JP3734983B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3734983B2 (ja) |
-
1999
- 1999-06-04 JP JP15862899A patent/JP3734983B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000346485A (ja) | 2000-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3734983B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3734984B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3911364B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3838801B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3911357B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3644661B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3859379B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3694577B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3872913B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3850587B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3850558B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3694575B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3734960B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP2000205694A (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JPH11294888A (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3534560B2 (ja) | 水素吸蔵式冷却装置 | |
JP3694571B2 (ja) | 水素吸蔵合金を使用した冷却システム | |
JP3734950B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP2000111194A (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP4059613B2 (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JP3594436B2 (ja) | 水素吸蔵式冷却装置 | |
JP3534559B2 (ja) | 水素吸蔵式冷却装置 | |
JP3594435B2 (ja) | 水素吸蔵式冷却装置 | |
JP2000320921A (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム | |
JPH11190565A (ja) | 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050201 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050209 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050407 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051005 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051020 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |