JPH11118284A - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の水素吸蔵合金を用いた冷却装置では、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器が大型
であるため、設置場所に制限があった。 【解決手段】 偏平形状の上段室Ｓ1 、中段室Ｓ2 、下
段室Ｓ3 に水素吸蔵合金を封入して水素通路で連通した
セルＳと、各室を覆うハウジング９とからなる１つのモ
ジュールにおいて熱媒体を切り換えて供給すると、水素
駆動α→第１冷熱出力β→第２冷熱出力γの１サイクル
で２度の冷熱出力を得ることができる。このモジュール
を３つ用いることにより、連続的に安定した冷熱出力が
得られる。この３つのモジュールは、積層配置したり、
平らに配置できるため、コンパクト化や壁設置等が可能
になり、設置場所の確保が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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て、水素の放出時
に生じる吸熱作用を利用して冷熱を得る、あるいは水素
の吸蔵時に生じる放熱作用を利用して温熱を得る水素吸
蔵合金を利用した熱利用システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】水素吸蔵合金を用いた従来の水素吸蔵合
金を利用した熱利用システムを、図９を用いて説明す
る。水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクルＪ1
は、水素吸蔵合金Ｊ2 の加熱、放熱および冷熱出力を得
るためにシェル＆チューブタイプの熱交換器を用いてい
た。この従来技術で示すヒートポンプサイクルＪ1 は、
４つのシェル＆チューブタイプの熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 を
用いたもので、各熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 は水素吸蔵合金Ｊ
2 と熱媒体とが熱交換可能に設けられている。第１、第
２熱交換器Ｊ3 、Ｊ4 の水素吸蔵合金Ｊ2 は水素通路を
介して連通し、第３、第４熱交換器Ｊ5 、Ｊ6 の水素吸
蔵合金Ｊ2 も水素通路を介して連通して設けられてい
る。なお、各熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 に、加熱用の熱媒体と
放熱用の熱媒体、あるいは放熱用の熱媒体と冷熱出力用
の熱媒体を切り換えて供給するため、多数の切替バルブ
Ｊ7 〜Ｊ14を必要としていた。

【０００３】作動は、第１熱交換器Ｊ3 に加熱用の熱媒
体を供給するとともに、第２熱交換器Ｊ4 に放熱用の熱
媒体を供給する。すると、第１熱交換器Ｊ3 の水素が放
出されて第２熱交換器Ｊ4 に吸蔵される。つまり、水素
駆動が行われる。次に、第１熱交換器Ｊ3 に供給してい
た加熱用の熱媒体を、放熱用の熱媒体に切り換えて供給
するとともに、第２熱交換器Ｊ4 に供給していた放熱用
の熱媒体を、冷熱出力用の熱媒体に切り換えて供給す
る。すると、第１熱交換器Ｊ3 が水素を吸蔵し、第２熱
交換器Ｊ4 が水素を放出する。この第２熱交換器Ｊ4 が
水素を放出する時、冷熱出力用の熱媒体が冷却される。
つまり、冷熱出力が得られる。そして、上記のサイクル
を繰り返す。

【０００４】一方、第２熱交換器Ｊ4 から冷熱出力を得
ている時は、第３熱交換器Ｊ5 に加熱用の熱媒体を供給
するとともに、第４熱交換器Ｊ6 に放熱用の熱媒体を供
給する。すると、第３熱交換器Ｊ5 の水素が放出されて
第４熱交換器Ｊ6 に吸蔵される。つまり、第１、第２熱
交換器Ｊ3 、Ｊ4 で冷熱出力を得ている時は、第３、第
４熱交換器Ｊ5 、Ｊ6 で水素駆動が行われる。次に、第
３熱交換器Ｊ5 に供給していた加熱用の熱媒体を、放熱
用の熱媒体に切り換えて供給するとともに、第４熱交換
器Ｊ6 に供給していた放熱用の熱媒体を、冷熱出力用の
熱媒体に切り換えて供給する。すると、第３熱交換器Ｊ
5 が水素を吸蔵し、第４熱交換器Ｊ6 が水素を放出す
る。この第４熱交換器Ｊ6 が水素を放出する時、冷熱出
力用の熱媒体が冷却される。つまり、第１、第２熱交換
器Ｊ3 、Ｊ4 で水素駆動が行われている時は、第３、第
４熱交換器Ｊ5 、Ｊ6 で冷熱出力が得られる。そして、
上記のサイクルを繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵合金Ｊ2 と熱
媒体との熱交換を行う熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 は、水素吸蔵
合金Ｊ2 に水素を付与するために、一旦真空引きされた
後、水素が高圧下で供給されるため、低圧と高圧の両方
に耐えられるように、シェル＆チューブタイプが用いら
れている。しかし、シェル＆チューブタイプの熱交換器
Ｊ3 〜Ｊ6 は、体格が大きいため、設置場所の確保が困
難になってしまう。特に、上記の従来技術で示したよう
に、連続的に冷熱出力を得るためには、ヒートポンプサ
イクルＪ1 は最低４個の熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 を必要とす
るため、ヒートポンプサイクルＪ1 が大型化し、結果的
に水素吸蔵合金を利用した熱利用システムが大型化する
不具合があった。また、シェル＆チューブタイプの熱交
換器Ｊ3 〜Ｊ6 は、体格が大きいため、水素吸蔵合金と
の熱交換に関与しない熱媒体の部分の熱授受によるヒー
トロスが大きく、結果的に冷却効率が低くなってしまう
不具合があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は設置場所の確保が容易で、ヒートロ
スが小さく熱授受効率に優れ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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の水素吸蔵合金を
利用した熱利用システムは、上記の目的を達成するため
に、次の技術的手段を採用した。 （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、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、または水
素の吸蔵時の放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、水素吸蔵合金が封入された偏平
形状を呈した第１室、この第１室内と水素通路を介して
連通し、水素吸蔵合金が封入された偏平形状を呈した第
２室を備え、前記第１、第２室を同一平面上に配置した
セルと、前記第１室および前記第２室をそれぞれ覆うと
ともに、前記第１室との間、および前記第２室との間
に、熱媒体を流す熱媒体通路をそれぞれ形成し、それら
の熱媒体通路を非連通状態に区分するハウジングと、温
度の異なる熱媒体を各熱媒体通路に切り替え供給する熱
媒体切替手段と、を備えることを特徴とする。

【０００８】（請求項２の手段）請求項１の水素吸蔵合
金を利用した熱利用システムにおいて、前記セルは、複
数設けられることを特徴とする。

【０００９】（請求項３の手段）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、前記熱媒体切替
手段は、前記各熱媒体通路への熱媒体の供給状態を、そ
れぞれのセル毎においてそれぞれが異なった室に水素移
動するように切り替えることを特徴とする。

【００１０】（請求項４の手段）請求項１ないし請求項
３のいずれか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２室は水素通路を介して複数に分割し
て設けられるとともに、分割されたそれぞれの室と前記
ハウジングとの間に形成される熱媒体通路は互いに非連
通状態に設けられ、前記熱媒体切替手段によって、各第
２室の触れる熱媒体を変更し、分割された第２室から他
の第２室へ水素を移動させるとともに、分割された第２
室から前記第１室へ水素を移動させ、１つのセルにおけ
る複数の第２室から複数の冷熱出力を得ることを特徴と
する。

【００１１】

【発明の作用】熱媒体切替手段によって第１室と第２室
にそれぞれ別の熱媒体を触れさせて水素を移動させる。
具体的一例を示すと、第１室の周囲の熱媒体通路に加熱
用の熱媒体を供給すると、第１室が加熱を受けて水素吸
蔵合金が水素を放出する。この時、第２室の周囲の熱媒
体通路に放熱用の熱媒体を供給すると、第２室内の水素
吸蔵合金が水素を吸蔵する。つまり、第１室内の水素吸
蔵合金から第２室の水素吸蔵合金へ水素が移動する。次
に、第１室の周囲の熱媒体通路に放熱用の熱媒体を供給
すると、第１室が放熱による温度低下を受けて水素吸蔵
合金が水素を吸蔵する。この時、第２室内の水素吸蔵合
金から水素が放出されるため、第２室の周囲の熱媒体通
路に冷熱出力用の熱媒体を供給すると、冷熱出力用の熱
媒体が冷却され、冷熱出力が得られる。

【００１２】

【発明の効果】偏平形状を呈した第１、第２室を同一平
面上に備えた１つのセル、およびそのセルの第１、第２
室を覆うハウジングよりなる１つのモジュールから、冷
熱出力を得ることができる。そして、１つのモジュール
は、薄型偏平化が可能であるとともに、このモジュール
は、用いる個数や配置の自由度が大きい。このため、従
来のシェル＆チューブタイプの熱交換器を用いたヒート
ポンプサイクルに比較して、設置の自由度が大変大き
い。つまり、複数のモジュールをブロック状に組付けて
小型、高効率化が可能であるとともに、１つあるいは複
数のモジュールを平らに設置することも可能になるた
め、壁付けや壁埋込、あるいは床埋込等が可能になる。
また、第１、第２室の偏平化により水素吸蔵合金と熱交
換しない熱媒体の部分の熱授受が減り、ヒートロスが小
さくなるため熱交換効率が向上する。

【００１３】なお、請求項２を採用することにより、セ
ルの数に応じた出力を得ることができる。また、請求項
３を採用することにより、複数のセルのうちのどれかが
冷熱あるいは温熱を出力することができ、連続的な出力
を得ることができる。さらに、請求項４を採用すること
により、１つのセルにおいて、１回の水素駆動によって
複数回の出力を得ることができ、効率を向上できる。

【００１４】

【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〕実施例は、本発明の水素吸蔵合金を利
用した熱利用システムを室内空調用の冷房装置に適用し
たもので、この実施例を図１ないし図８を用いて説明す
る。

【００１５】（冷房装置１の概略説明）本実施例の冷房
装置１の概略構成を、図１を用いて説明する。この実施
例では、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル２
の一例として２段式サイクルを用いた。なお、２段式サ
イクルとは、本発明の第２室を分割し、第１室から分割
された一方の第２室に水素の移動を行い、一方の第２室
から他方の第２室へ水素を移動させて１段目の冷熱出力
を得、他方の第２室から第１室へ水素を移動させて２段
目の冷熱出力を得るもので、詳細は後述する。

【００１６】本実施例の適用される冷房装置１は、大別
して、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル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して温度上昇した放熱水（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。

【００１７】なお、ヒートポンプサイクル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。

【００１８】（ヒートポンプサイクル２の説明）本実施
例のヒートポンプサイクル２は、上述のように２段式サ
イクルを用いたもので、図２に示すように、水素吸蔵合
金が封入された上段室Ｓ1 （第１室に相当する）、この
上段室Ｓ1 内に水素通路Ｓ4 を介して連通し、水素吸蔵
合金が封入された中段室Ｓ2 （第２室に相当する）、中
段室Ｓ2 内に水素通路Ｓ4 を介して連通し、水素吸蔵合
金が封入された下段室Ｓ3 （第２室に相当する）を備え
たセルＳを複数用いる。なお、この実施例では、３個の
セルＳを用いた。

【００１９】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、上段室Ｓ1 内に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（以下、高
温合金ＨＭ）の粉末を封入し、中段室Ｓ2 内には中温度
水素吸蔵合金（以下、中温合金ＭＭ）の粉末を封入し、
下段室Ｓ3 内に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（以下、低温合金ＬＭ）の粉末
を封入したものである。このことを図７のＰＴ冷凍サイ
クル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。

【００２０】１つのセルＳは、図３ないし図５に示され
るもので、ステンレスあるいは銅など、水素透過の無い
金属を用いて偏平な上、中、下段室Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を
最中状に成形し、上、中、下段室Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の一
辺側を水素通路Ｓ4 が形成された棒状の連結部Ｓ5 で連
結した形状を呈する。そして、各室の内部に粉末状の水
素吸蔵合金を充填し、真空引きを行ったのち、活性化処
理を施し、水素を高圧充填して開口部に金属蓋をして溶
接により密封したものである。なお、各室の偏平方向の
対向面は、図５に示すように、内部に挿入されたフィン
８を介して接合されており、真空引き時の低圧下、およ
び水素充填時の高圧下においてもフィン８による接合に
よって各室の変形が小さく抑えられている。

【００２１】一方、各上、中、下段室Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3
は、略箱形状を呈したハウジング９内に収容されてい
る。本実施例のハウジング９は、図５に示すように２重
構造のもので、各室を覆う樹脂製のデバイダー９ａと、
このデバイダー９ａを覆う樹脂製のケース９ｂとからな
り、デバイダー９ａとケース９ｂの間には断熱材９ｃが
配置されている。デバイダー９ａは、各室に熱媒体を効
率的に接触させるもので、各室とデバイダー９ａとの間
には熱媒体が流れる複数の熱媒体通路９ｄが形成される
とともに、ハウジング９の両端には熱媒体通路９ｄへの
熱媒体の給排を行う給排口９ｅが設けられている。

【００２２】２段式サイクルのヒートポンプサイクル２
は、後述する熱媒体切替手段による熱媒体の切替供給に
よって、図２に示すように、上段室Ｓ1 内の水素を強制
的に下段室Ｓ3 内に移動させる水素駆動αと、下段室Ｓ
3 内に移動した水素を中段室Ｓ2 に移動させる第１冷熱
出力βと、中段室Ｓ2 内に移動した水素を上段室Ｓ1に
移動させる第２冷熱出力γとに切り替わる。

【００２３】水素駆動αでは、上段室Ｓ1 の周囲の熱媒
体通路９ｄに加熱水（例えば８０℃ほど）が供給され、
中段室Ｓ2 の周囲の熱媒体通路９ｄに昇圧水（例えば５
６℃ほど）が供給され、下段室Ｓ3 の周囲の熱媒体通路
９ｄに放熱水（例えば２８℃ほど）が供給される。第１
冷熱出力βでは、上段室Ｓ1 の周囲の熱媒体通路９ｄに
昇圧水（例えば５８℃ほど）が供給され、中段室Ｓ2 の
周囲の熱媒体通路９ｄに放熱水（例えば２８℃ほど）が
供給され、下段室Ｓ3 の周囲の熱媒体通路９ｄに冷熱出
力水（例えば１３℃ほど）が供給される。第２冷熱出力
γでは、上段室Ｓ1 の周囲の熱媒体通路９ｄに放熱水
（例えば２８℃ほど）が供給され、中段室Ｓ2 の周囲の
熱媒体通路９ｄに冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が供
給される。なお、下段室Ｓ3 の周囲の熱媒体通路９ｄに
供給される熱媒体の温度は不問であり、この実施例では
単に循環する不問水を下段室Ｓ3 の周囲の熱媒体通路９
ｄに供給するが、第２冷熱出力γでは下段室Ｓ3 の周囲
に何も供給しないように設けても良い。

【００２４】つまり、後述する熱媒体切替手段により、
上段室Ｓ1 の周囲の熱媒体通路９ｄには加熱水→昇圧水
→放熱水が順次切替供給されるものであり、中段室Ｓ2
の周囲の熱媒体通路９ｄには、昇圧水→放熱水→冷熱出
力水が順次切替供給されるものであり、下段室Ｓ3 の周
囲の熱媒体通路９ｄには、放熱水→冷熱出力水→不問水
が順次切替供給されるものである。

【００２５】熱媒体切替手段は、この実施例では回転式
を採用するもので、図１、図６に示すように、回転式の
分配器１０と、回転式の収集器１１とからなる。なお、
この分配器１０と収集器１１は、入水方向と出水方向が
逆になるだけで、他は同一構成のものであり、分配器１
０を例に説明する。分配器１０は、筒形状を呈した固定
筒１２と、この固定筒１２の内部を回転する回転弁１３
と、この回転弁１３を回転駆動するモータの如き駆動装
置（図示しない）とからなる。なお、この駆動装置は、
回転弁１３を１２０°づつ段階的に回転させるものであ
る（例えば、１時間に２０周ほど）。

【００２６】固定筒１２には、加熱水、昇圧水、放熱
水、冷熱出力水、不問水の供給を受ける５つの入水ポー
ト１２ａが設けられている。また、固定筒１２には、１
２０°間隔で、且つ縦方向に３つづつの合計９つの出水
ポート１２ｂが設けられている。この出水ポート１２ｂ
は、回転弁１３の回転によって分配された加熱水−昇圧
水−放熱水、昇圧水−放熱水−冷熱出力水、放熱水−冷
熱出力水−不問水の３組の熱媒体を、３つのセルＳに向
けて出力するものである。回転弁１３は、５つの入水ポ
ート１２ａから入水する５種類の熱媒体を受ける５つの
環状の外周溝１３ａを備える。また、回転弁１３は、１
２０°間隔で縦方向に３組の熱媒体（加熱水−昇圧水−
放熱水、昇圧水−放熱水−冷熱出力水、放熱水−冷熱出
力水−不問水）を同時に出水するための５つの傾斜溝１
３ｂを備え、この傾斜溝１３ｂは上記外周溝１３ａと回
転弁１３の内部で連通している。

【００２７】（ヒートポンプサイクル２における上記以
外の構成部品の説明）図１に示す符号１４は、水素駆動
αの中段室Ｓ2 および第１冷熱出力βの上段室Ｓ1 の周
囲の熱媒体通路９ｄへ供給される昇圧水を循環する昇圧
水循環路で、途中に設けられた昇圧水循環ポンプＰ1 ’
によって昇圧水が循環する。なお、昇圧水は、水素駆動
αで温度上昇した上段室Ｓ1 からの伝熱により温度上昇
した水である。また、図１に示す符号１５は、第２冷熱
出力γの下段室Ｓ3 の周囲の熱媒体通路９ｄへ供給され
る不問水を循環する不問水循環路で、途中に設けられた
不問水循環ポンプＰ1 ”によって不問水が循環する。

【００２８】（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
介して水素駆動αの上段室Ｓ1 の周囲の熱媒体通路９ｄ
に供給するものである。なお、本実施例の加熱水循環ポ
ンプＰ1 は、昇圧水循環ポンプＰ1 ’および不問水循環
ポンプＰ1 ”を駆動する共通のモータによって駆動され
るトリプルポンプである。このため、燃焼装置３から加
熱水がヒートポンプサイクル２に供給される際は、昇圧
水と不問水も循環作動するように設けられている。

【００２９】（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１冷熱出力βの下段室Ｓ3 の周
囲の熱媒体通路９ｄから供給される冷熱出力水、および
第２冷熱出力γの中段室Ｓ2 の周囲の熱媒体通路９ｄ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 が設けられている。

【００３０】（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Ｐ
3 を備えた放熱水循環路２６、および熱媒体切替手段に
よって水素駆動αの下段室Ｓ3 、第１冷熱出力βの中段
室Ｓ2 、第２冷熱出力γの上段室Ｓ1 の周囲の熱媒体通
路９ｄに供給される。また、放熱水冷却手段４は、水素
駆動αの下段室Ｓ3 、第１冷熱出力βの中段室Ｓ2 、第
２冷熱出力γの上段室Ｓ1 の周囲の熱媒体通路９ｄ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
冷却塔を示したが、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。

【００３１】ここで、上記に示す昇圧水循環路１４、不
問水循環路１５、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Ｔ
1 〜Ｔ5 を備えており、シスターンＴ1 〜Ｔ5 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Ｔ6 〜Ｔ10が開き、給水管２７から供給される
水道水をシスターンＴ1 〜Ｔ5 内に補充するように設け
られている。また、ヒートポンプサイクル２の下部には
ドレンパンＰが配置され、ヒートポンプサイクル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。

【００３２】（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（図示しない）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 （昇圧水循環ポンプ
Ｐ1 ’、不問水循環ポンプＰ1 ”）、冷熱出力水ポンプ
Ｐ2 、放熱水循環ポンプＰ3 、給水バルブＴ6 〜Ｔ10、
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（燃焼ファン２０、ガス
量調節弁１７、ガス開閉弁１８、図示しない点火装置
等）を制御するとともに、室内空調機５に室内ファン２
４の作動指示を与えるものである。

【００３３】（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７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、分配器１０および収集器１１の駆動装置、放
熱ファンおよび加熱水循環ポンプＰ1 （昇圧水循環ポン
プＰ1 ’、不問水循環ポンプ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。

【００３４】駆動装置によって、分配器１０および収集
器１１が同期して１２０°づつ回転移動する。これによ
って、３つのセルＳが、水素駆動α→第１冷熱出力β→
第２冷熱出力γの順で移動する。つまり、各上段室Ｓ1
の周囲の熱媒体通路９ｄに加熱水→昇圧水→放熱水の順
で供給され、各中段室Ｓ2 の周囲の熱媒体通路９ｄに昇
圧水→放熱水→冷熱出力水の順で供給され、各下段室Ｓ
3 の周囲の熱媒体通路９ｄに放熱水→冷熱出力水→不問
水の順で供給される。

【００３５】この様子を図８を用いて説明する。３つの
セルＳの内、１列目（図示左側）のセルＳが水素駆動α
の時に、２列目（図示中央）のセルＳが第１冷熱出力β
になり、３列目（図示右側）のセルＳが第２冷熱出力γ
になる。つぎに、分配器１０および収集器１１が１２０
°回転すると、３つのセルＳの内、１列目のセルＳが第
１冷熱出力βの時に、２列目のセルＳが第２冷熱出力γ
になり、３列目のセルＳが水素駆動αになる。さらに、
分配器１０および収集器１１が１２０°回転すると、３
つのセルＳの内、１列目のセルＳが第２冷熱出力γの時
に、２列目のセルＳが水素駆動αになり、３列目のセル
Ｓが第１冷熱出力βになる。そして上記を繰り返す。

【００３６】水素駆動αのセルＳでは、上段室Ｓ1 が加
熱水に触れ、中段室Ｓ2 が昇圧水に触れ、下段室Ｓ3 が
放熱水に触れる。上段室Ｓ1 が加熱水（８０℃）に触れ
ることにより、上段室Ｓ1 の内圧が上昇し、高温合金Ｈ
Ｍが水素を放出する。中段室Ｓ2 が昇圧水（５６℃）に
触れることにより、中段室Ｓ2 の内圧が中温合金ＭＭが
水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。下段室Ｓ3 が放熱
水（２８℃）に触れることにより、下段室Ｓ3 の内圧が
下がり、低温合金ＬＭが水素を吸蔵する。

【００３７】このように、上段室Ｓ1 が加熱水に触れ、
中段室Ｓ2 が昇圧水に触れ、下段室Ｓ3 が放熱水に触れ
ることにより、上段室Ｓ1 内が８０℃；１．０ＭＰａ、
中段室Ｓ2 内が５６℃；１．０ＭＰａ、下段室Ｓ3 内が
２８℃；０．９ＭＰａとなり、上段室Ｓ1 の高温合金Ｈ
Ｍが水素を放出し（図７の）、下段室Ｓ3 の低温合金
ＬＭが水素を吸蔵する（図７の）。なお、中段室Ｓ2
は昇圧水によって加熱されて内圧が高く、中温合金ＭＭ
は水素の吸蔵は行わない。そして、水素駆動αが行われ
たセルＳは、その後第１冷熱出力βへ移行する。

【００３８】第１冷熱出力βのセルＳでは、上段室Ｓ1
が昇圧水に触れ、中段室Ｓ2 が放熱水に触れ、下段室Ｓ
3 が冷熱出力水に触れる。上段室Ｓ1 が昇圧水（５８
℃）に触れることにより、上段室Ｓ1 の内圧が高温合金
ＨＭが水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。中段室Ｓ2
が放熱水（２８℃）に触れることにより、中段室Ｓ2 の
内圧が下がり、中温合金ＭＭが水素を吸蔵し、下段室Ｓ
3 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、下段室Ｓ3 内で吸熱が生じ、下段室
Ｓ3に触れる冷熱出力水が例えば１３℃に冷やされる。

【００３９】このように、上段室Ｓ1 が昇圧水に触れ、
中段室Ｓ2 が放熱水に触れ、下段室Ｓ3 が冷熱出力水に
触れることにより、上段室Ｓ1 内が５８℃；０．５ＭＰ
ａ、中段室Ｓ2 内が２８℃；０．４ＭＰａ、下段室Ｓ3
内が１３℃；０．５ＭＰａとなり、下段室Ｓ3 の低温合
金ＬＭが水素を放出し（図７の）、中段室Ｓ2 の中温
合金ＭＭが水素を吸蔵する（図７の）。下段室Ｓ3 の
低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用により下段
室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、上段室Ｓ1 は、昇圧水によって
加熱されて内圧が高く、高温合金ＨＭは水素の吸蔵は行
わない。そして、第１冷熱出力βが行われたセルＳは、
その後第２冷熱出力γへ移行する。

【００４０】第２冷熱出力γのセルＳでは、上段室Ｓ1
が放熱水に触れ、中段室Ｓ2 が冷熱出力水に触れ、下段
室Ｓ3 が不問水に触れる。上段室Ｓ1 が放熱水（２８
℃）に触れることにより、上段室Ｓ1 の内圧が下がり、
高温合金ＨＭが水素を吸蔵し、中段室Ｓ2 の中温合金Ｍ
Ｍが水素を放出する。中温合金ＭＭが水素を放出するた
め、中段室Ｓ2 内で吸熱が生じ、中段室Ｓ2に触れる冷
熱出力水が例えば１３℃に冷やされる。

【００４１】このように、上段室Ｓ1 が放熱水に触れる
ことにより、上段室Ｓ1 内が２８℃；０．１ＭＰａ、中
段室Ｓ2 内が１３℃；０．２ＭＰａ、下段室Ｓ3 内は不
問状態となり、中段室Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出
し（図７の）、上段室Ｓ1の高温合金ＨＭが水素を吸
蔵する（図７の）。中段室Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素
を放出する際、吸熱作用により中段室Ｓ2 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、下段室Ｓ3 の温度は無関係で、下段室Ｓ3の低温合
金ＬＭは水素の吸蔵は行わない。そして、第２冷熱出力
γが行われたセルＳは、その後水素駆動αへ移行する。

【００４２】なお、ヒートポンプサイクル２の第１冷熱
出力βおよび第２冷熱出力γ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。

【００４３】〔実施例の効果〕偏平形状を呈する上、
中、下段室Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を備えた１つのセルＳ、お
よびそのセルＳの上、中、下段室Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を覆
うハウジング９よりなる１つのモジュールは、１サイク
ル（水素駆動α、第１冷熱出力β、第２冷熱出力γ）に
おいて２度の冷熱出力を得ることができる。そして、こ
の実施例では、３つのモジュールを用いることにより、
連続的に安定した冷熱出力を得ることができる。この１
つのモジュールは、薄型偏平化が可能であり、複数用い
る場合は配置の自由度が大きい。このため、従来のシェ
ル＆チューブタイプの熱交換器を用いたヒートポンプサ
イクルに比較して、設置の自由度が大変大きくなる。つ
まり、この実施例に示すように、３つのモジュールをブ
ロック状に積層配置してコンパクト化したり、あるいは
複数のモジュールを平らに並べて設置して、壁付けや壁
埋込、あるいは床埋込可能にしても良い。また、上、
中、下段室Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の偏平化により水素吸蔵合
金と熱交換しない熱媒体の割合が減り、ヒートロスを小
さくできるため、結果的にヒートポンプサイクル２の冷
却効率が向上する。

【００４４】〔変形例〕上記の実施例では、冷房運転の
み行う例を示したが、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に導いて温風吹出によ
る室内暖房を行うように設けても良い。また、室内空調
機５の他に、床暖房マット、浴室乾燥機などに加熱水を
供給可能に設け、床暖房や浴室暖房などを行うように設
けても良い。

【００４５】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、ヒートポンプサイクル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。

【００４６】上記の実施例では、説明を容易化するため
に、図面の上下に上段室Ｓ1 、中段室Ｓ2 、下段室Ｓ3
とした例を示したが、他の向きに配置しても良い。ま
た、上段室Ｓ1 、中段室Ｓ2 、下段室Ｓ3 の配置を入れ
替えても良い。

【００４７】上記の実施例では、昇圧用の熱媒体とし
て、加熱水によって温度上昇した上段室Ｓ1 の熱を受け
て昇温した熱媒体（実施例中では昇圧水）を用いた例を
示したが、加熱手段（例えば、燃焼装置による昇温、電
気ヒータによる昇温、排熱を利用した昇温など）によっ
て昇温した熱媒体を用いても良い。上記の実施例では、
ヒートポンプサイクル２の一例として、２段式サイクル
を用いた例を示したが、１段式サイクルに用いても良い
し、第２室を３つ以上分割して３段式以上のサイクルと
して用いても良い。

【００４８】上記の実施例では、３つのセルＳを組み合
わせたヒートポンプサイクル２を例に示したが、セルＳ
の数を減らしたり、逆に数を増大させて冷却能力を増大
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。つまり、セルＳの数によ
って、冷却能力を容易に可変することができる。

【００４９】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。

【００５０】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。上記の実施例では、回転式の熱媒体切替手段
を例に示したが、複数の切替バルブを切り替えて熱媒体
を切り換えるように設けても良い。上記の実施例では、
水素吸蔵合金が水素を放出する際の吸熱作用により冷熱
出力を得る冷却装置を例に示したが、水素吸蔵合金が水
素を吸蔵する際の放熱作用により温熱出力を得る加熱装
置（例えば暖房装置など）に本発明を適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷房装置の概略構成図である（実施例）。

【図２】ヒートポンプサイクルの作動説明図である（実
施例）。

【図３】セルの斜視図である（実施例）。

【図４】ハウジングに覆われた室の側面図である（実施
例）。

【図５】図４のＩ−Ｉ線に沿う断面図である（実施
例）。

【図６】熱媒体切替手段を示す斜視図である（実施
例）。

【図７】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。

【図８】作動の移り変わりを示す説明図である（実施
例）。

【図９】冷房装置の概略構成図である（従来例）。

【符号の説明】

ＨＭ 高温合金（水素吸蔵合金） ＭＭ 中温合金（水素吸蔵合金） ＬＭ 低温合金（水素吸蔵合金） Ｓ セル Ｓ1 上段室（第１室） Ｓ2 中段室（第２室） Ｓ3 下段室（第２室） Ｓ4 水素通路 ９ ハウジング ９ｄ 熱媒体通路 １０ 分配器（熱媒体切替手段） １１ 収集器（熱媒体切替手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、また
   は水素の吸蔵時の放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、 水素吸蔵合金が封入された偏平形状を呈した第１室、こ
   の第１室内と水素通路を介して連通し、水素吸蔵合金が
   封入された偏平形状を呈した第２室を備え、前記第１、
   第２室を同一平面上に配置したセルと、 前記第１室および前記第２室をそれぞれ覆うとともに、
   前記第１室との間、および前記第２室との間に、熱媒体
   を流す熱媒体通路をそれぞれ形成し、それらの熱媒体通
   路を非連通状態に区分するハウジングと、 温度の異なる熱媒体を各熱媒体通路に切り替え供給する
   熱媒体切替手段と、を備え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。
2. 【請求項２】請求項１の水素吸蔵合金を利用した熱利用
   システムにおいて、 前記セルは、複数設けられ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。
3. 【請求項３】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、 前記熱媒体切替手段は、前記各熱媒体通路への熱媒体の
   供給状態を、それぞれのセル毎においてそれぞれが異な
   った室に水素移動するように切り替えることを特徴とす
   る水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの水素
   吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、 前記第２室は水素通路を介して複数に分割して設けられ
   るとともに、分割されたそれぞれの室と前記ハウジング
   との間に形成される熱媒体通路は互いに非連通状態に設
   けられ、 前記熱媒体切替手段によって、各第２室の触れる熱媒体
   を変更し、分割された第２室から他の第２室へ水素を移
   動させるとともに、分割された第２室から前記第１室へ
   水素を移動させ、１つのセルにおける複数の第２室から
   複数の冷熱出力を得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。