JP2000320924A - 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】 １対のプレートを接合して水素吸蔵合金を封
入する容器を形成するとともに、これらを積層して容器
間に熱媒体通路を形成して熱交換器を小型化する技術を
提案したが、プレート成形のためのプレス金型等の設備
費によりコストが上昇するとともに、容器や熱媒体通路
の容量変更等を行うためには、新たなプレス金型が必要
になってしまう。 【解決手段】 高温、中温、低温合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭ
を外管Ｋｏと内管Ｋｉの間の外スペースに封入し、内管
Ｋｉの内側の内スペースに熱媒体通路１１を形成する。
つまり、高温、中温、低温合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭを封入
する第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、および熱
媒体通路１１は、外管Ｋｏと内管Ｋｉの２重管によって
構成される。このため、プレス金型が不要になり、設備
コストを抑えることができる。また、外管Ｋｏと内管Ｋ
ｉの長さや太さ、本数等によって第１、第２、第３容器
Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 や熱媒体通路１１の容量変更を容易に
行うことができる。

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、水素の放出時に
生じる吸熱作用、あるいは水素の吸蔵時に生じる放熱作
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
は、水素吸蔵合金と熱媒体とを熱交換する熱交換器を用
いる。この熱交換器として、シェル＆チューブタイプが
一般的であるが、大型化する不具合がある。そこで、プ
レス加工した一対のプレートによって水素吸蔵合金を収
容する容器を形成し、その容器を積層し、容器と容器と
の間に熱媒体通路を形成する熱交換器を考案し、コンパ
クト化を可能にした。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一対のプレー
トによって容器を製造する場合、プレートを成形するた
めに高価なプレス金型が必要になり、容器に要するコス
トが高くなる不具合がある。また、熱交換器の能力を大
きく、あるいは小さくするためなど、容器や熱媒体の容
量を変更する場合は、新たに高価なプレス金型を準備す
る必要があり、例えば少量生産の場合は、容器の製造コ
ストが大変高くなってしまう不具合が生じる。

【０００４】

【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、水素吸蔵合金を収容する容器や熱
媒体通路に要するコストを抑えることができるととも
に、容器の大きさや熱交換器の能力も容易に変更できる
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの提供にある。

【０００５】

【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、水素吸蔵合金の
水素の放出時の吸熱、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利
用したものであって、水素吸蔵合金を封入する容器、お
よびこの容器に触れて熱媒体を流す熱媒体通路は、径の
大きな外管の中に径の小さな内管を挿通して設けられ、
前記外管と前記内管との間の外スペースに水素吸蔵合金
が封入され、前記内管の内部の内スペースに前記熱媒体
通路が形成されることを特徴とする。

【０００６】〔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、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸
熱、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利用したものであっ
て、水素吸蔵合金を封入する容器、およびこの容器に触
れて熱媒体を流す熱媒体通路は、径の大きな外管の中に
径の小さな内管を挿通して設けられ、前記外管と前記内
管との間の外スペースに前記熱媒体通路が形成され、前
記内管の内部の内スペースに水素吸蔵合金が封入される
ことを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用および効果】水素吸蔵合金をそれぞれ封入
する容器、およびこの容器に触れて熱媒体を流す熱媒体
通路は、外管の中に内管を挿通する単純な構造であり、
一対のプレートによって容器を製造する場合のように高
価なプレス金型を準備する必要がなく、熱交換器のコス
トを抑えることができる。また、熱交換器の能力を大き
く、あるいは小さくするためなど、容器や熱媒体通路の
容量等は、外管や内管の太さや長さ、本数などによって
容易に変更することができ、例え少量生産であっても熱
交換器のコストを抑えることができる。

【０００８】

【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９を用いて説明する。な
お、本実施例の冷房装置１は、多段サイクルの一例とし
て２段サイクルを用いたものである。

【０００９】冷房装置１の概略構成を図８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。

【００１０】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。

【００１１】（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、この熱交換器８の両端にそれぞれ配置さ
れた第１、第２分配収集器９、１０とから構成される。
この第１、第２分配収集器９、１０によって第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は回転軸を中心に回転駆
動されて第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 に触れ
る熱媒体の種類が変更されるものであるが、図８では便
宜上、回転軸が垂直方向に配置された図を示す。

【００１２】この実施例に示す熱交換器８は、図１、図
２に示すようなセルＳを、図３に示すように６つ用いて
構成される。各セルＳはそれぞれ同一のもので、３つの
２重管よりなるセルパートＳＰを接合した構造を採用し
ている。１つのセルパートＳＰは、径の大きな外管Ｋｏ
と径の小さな内管Ｋｉとを組み合わせたもので、外管Ｋ
ｏおよび内管Ｋｉはともに、ステンレスあるいは銅な
ど、水素透過の無い金属よりなる。外管Ｋｏと内管Ｋｉ
との間に形成される外スペースに水素吸蔵合金を封入す
る第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 が構成され、内管Ｋｉの内
側の内スペースに熱媒体通路１１が形成される。外管Ｋ
ｏおよび内管Ｋｉはともに直管であり、第１〜第３容器
Ｓ1 〜Ｓ3 および熱媒体通路１１は一方向に延びる直線
状に設けられ、回転軸に対して平行に配置される。

【００１３】また、水素吸蔵合金が封入される外管Ｋｏ
と内管Ｋｉの間には、図４に示すように、内管Ｋｉに伝
わった熱媒体の熱を効率良く水素吸蔵合金に伝達すると
ともに、水素吸蔵合金に生じる熱を効率良く内管Ｋｉに
伝えるための伝熱フィンＦが配置されている。この伝熱
フィンＦは、銅やアルミニウムなど熱伝導性に優れた金
属の薄板を波状に曲折したコルゲートフィンで、その山
谷が管長に沿って配置されるとともに、外管Ｋｏと内管
Ｋｉの間において巻き付けられた状態で配置されたもの
である。これによって、２重管内における伝熱フィンＦ
の配置割合が高まる。また、少なくとも伝熱フィンＦの
内周端は全て、内管Ｋｉにろう付けされるもので、伝熱
フィンＦと内管Ｋｉの伝熱、つまり伝熱フィンＦに触れ
る水素吸蔵合金と内管Ｋｉ内を流れる熱媒体との伝熱の
向上が図られている。なお、この実施例における伝熱フ
ィンＦは、２重管内に配置された状態で、内側のフィン
ピッチと外側のフィンピッチがほぼ同じになるように設
けられている。

【００１４】一方、セルパートＳＰの両端には、水素封
止用のキャップＫｃが接合されている。このキャップＫ
ｃには、隣接するセルパートＳＰのキャップＫｃとの間
で水素移動を行うとともに、水素充填を行うための小孔
Ｋａが設けられている。この小孔Ｋａには、図１に示す
ように、容器間における水素移動用の水素通路Ｓ4 、も
しくは閉塞蓋Ｋｂが組み付けられるものである。これ
ら、外管Ｋｏ、内管Ｋｉ、伝熱フィンＦ、キャップＫｃ
および水素通路Ｓ4 は、組み付けられた後に、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。

【００１５】なお、各セルＳは、図３および図４に示す
ように、各セルパートＳＰの配置が軸方向から見て略く
字形に配置され、結果的に熱交換器の回転軸の周囲に各
セルパートＳＰが巻き付けられるように配置されてい
る。これによって、熱交換器８の占めるスペースが小さ
くなり、結果的に熱交換ユニット２が配置される室外機
７を小型化できる。

【００１６】セルＳを構成する３つのセルパートＳＰの
うち、第１のセルパートＳＰは高温合金ＨＭが封入され
た第１容器Ｓ1 であり、第２のセルパートＳＰは第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 であり、第３のセルパートＳ
Ｐは第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 である。

【００１７】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９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
充填用の小孔Ｋａを閉塞蓋Ｋｂで封止して封入されるも
のである。

【００１８】６つのセルＳは、一端が第１分配収集器９
の第１回転盤９ａに挿入され、他端が第２分配収集器１
０の第２回転盤１０ａに挿入され、第１、第２回転盤９
ａ、１０ａとともに回転するように設けられている。６
つのセルＳおよび第１、第２回転盤９ａ、１０ａは、図
２に示すように、第１分配収集器９の第１固定盤９ｂ
と、第２分配収集器１０の第２固定盤１０ｂとの間にお
いて回転可能に設けられている。これら回転体は、支持
フレーム１２に固定された電動モータ１３によって直接
または間接的に回転駆動されるもので、この実施例では
第１回転盤９ａの周囲に形成されたギヤ９ｃと電動モー
タ１３のギヤ１３ａとの噛合により、電動モータ１３に
よって連続的に回転駆動されるものである。

【００１９】第１、第２分配収集器９、１０の構成を図
１、図２、図５を用いて説明する。なお、図５は第１、
第２固定盤９ｂ、１０ｂに形成された第１、第２熱媒体
溝Ｍ1 、Ｍ2 を一方向から見た透視図である。第１、第
２分配収集器９、１０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、第１回転盤
９ａが第１固定盤９ｂに対して回転することで、第１固
定盤９ｂに形成された複数の第１熱媒体溝Ｍ1 と、第１
回転盤９ａを貫通して設けられた各セルパートＳＰの内
管Ｋｉと連通する第１出入口Ｍ1 ’との接続状態が切り
替わるものである。同様に、第２回転盤１０ａが第２固
定盤１０ｂに対して回転することで、第２固定盤１０ｂ
に形成された複数の第２熱媒体溝Ｍ2 と、第２回転盤１
０ａを貫通して設けられた各セルパートＳＰの内管Ｋｉ
と連通する第２出入口Ｍ2 ’との接続状態が切り替わる
ものである。これらの切り替わりによって、第１〜第３
容器Ｓ1 〜Ｓ3 に触れる熱媒体が切り替えられ、各セル
Ｓの第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６参
照）。なお、第１、第２回転盤９ａ、１０ａおよび第
１、第２固定盤９ｂ、１０ｂは、金属製あるいは樹脂製
のもので、円盤材料を切削して形成される。あるいは鋳
型等の金型によって成形されるものである。

【００２０】また、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂの外
面には、図１に示すように、第１、第２出入口Ｍ1 ’、
Ｍ2 ’に連通して熱媒体を給排する配管接続部材Ｈが設
けられており、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂの外面に
接続された配管によって第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2
’に熱媒体が給排される。ここで、複数の第１容器Ｓ1
は回転軸の中心側を回転するものであり、複数の第３
容器Ｓ3 は回転軸の外周側を回転するものであり、複数
の第２容器Ｓ2 は第１、第３容器Ｓ1 、Ｓ3 の中間を回
転するものである。

【００２１】なお、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂのそ
れぞれの第１、第２熱媒体溝Ｍ1 、Ｍ2 の周囲は、図１
に示すようにシール材Ｃによって囲まれており、第１、
第２回転盤９ａ、１０ａのシール材当接面はフッ素フィ
ルム等の低摩擦材をコーティングするなどの摩擦低減手
段が施されている。また、図２に示すように、第１回転
盤９ａと６つのセルＳと第２回転盤１０ａを挟む第１固
定盤９ｂと第２固定盤１０ｂは、１本のボルトＢとナッ
トＮによって軸方向に適度に締めつけられる。また、第
１、第２固定盤９ｂ、１０ｂの周囲は、第１、第２回転
盤９ａ、１０ａとの隙間を一定に保持するための広がり
防止手段（図示しない）が複数取り付けられている。こ
の広がり防止手段は、例えばベアリングを用いたもの
で、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂのそれぞれの周囲に
等間隔で３つづつ配置されている。これらボルトＢとナ
ットＮの締めつけ、および複数の広がり防止手段とによ
って、シール材Ｃの圧縮代を一定に保ち、第１、第２分
配収集器９、１０における熱媒体の洩れの発生を防いで
いる。

【００２２】次に、図６の概略図を用いて水素駆動部
α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γを説明する。
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、上述のように、第１、第２固定盤９
ｂ、１０ｂに形成された第１、第２熱媒体溝Ｍ1 、Ｍ2
の連通範囲によって区画されている。

【００２３】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α
1 、第２容器Ｓ2 と接触する昇圧水（例えば５８℃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Ｓ
1 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Ｓ
2 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。

【００２４】そして、電動モータの作動により、第１、
第２回転盤９ａ、１０ａが第１、第２固定盤９ｂ、１０
ｂに対して回転することにより、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
を繰り返し、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 を繰り返し、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 を繰り返す。

【００２５】（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。

【００２６】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７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 の昇圧水の温度を例えば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５８℃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。

【００２７】（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 が設けられている。

【００２８】（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。

【００２９】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２
８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。

【００３０】（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、電動モータ
１３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。

【００３１】（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９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。

【００３２】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α
1 →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。

【００３３】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（５８℃）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。

【００３４】このように、第１容器Ｓ1 が第１加熱域α
1 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５８℃：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９の）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９の’）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９の）。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。

【００３５】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。

【００３６】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β
3 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９の
）し、第２容器Ｓ2の中温合金ＭＭが水素を吸蔵（図
９の）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。

【００３７】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。

【００３８】このように、第１容器Ｓ1 が第１放熱域γ
1 で放熱水に触れ、第２容器Ｓ2 が第２冷熱出力域γ2
で冷熱出力水に触れ、第３容器Ｓ3 が第３冷熱出力補助
域γ3 の冷熱出力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
９の）するとともに、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭも
水素を放出（図９の’）し、第１容器Ｓ1 の高温合金
ＨＭが水素を吸蔵する（図９の）。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。

【００３９】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γ
3 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。

【００４０】〔実施例の効果〕上記の実施例で示したよ
うに、各第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 、および各熱媒体通
路１１は、それぞれ外管Ｋｏの中に内管Ｋｉを挿通する
単純な構造であり、一対のプレートによって容器を製造
する場合のように高価なプレス金型を準備する必要がな
く、熱交換器８のコストを抑えることができる。また、
熱交換器８の能力を大きく、あるいは小さくするためな
ど、各第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 や各熱媒体通路１１の
容量等の変更は、外管Ｋｏや内管Ｋｉの太さや長さ、本
数などによって容易に変更することができ、例え少量生
産であっても一対のプレートによって容器を製造する場
合に比較して熱交換器８のコストを抑えることができ
る。

【００４１】〔変形例〕上記の実施例では、２重管より
なるセルパートＳＰを直線状に設けて熱媒体が一方向に
流れる例を示したが、一端側でＵターンして設け、熱媒
体通路１１への入口と出口を同一側に設けても良い。こ
の場合は、１つの熱交換ユニット２において１対の回転
盤と固定盤とで済む。具体的な例を図１０、図１１を用
いて説明する。図１０に示すように、セルパートＳＰの
内管Ｋｉを一端側でＵターンして設け、内管Ｋｉの入口
Ｍ1 ａ’と出口Ｍ1 ｂ’を同一側に設ける。そして、第
２分配収集器１０を廃止するとともに、図１１に示すよ
うに、第１分配収集器９に内管Ｋｉの入口Ｍ1 ａ’、出
口Ｍ1ｂ’に対応した熱媒体溝Ｍ1 ａ、Ｍ1 ｂを設けた
ものである。なお、図１１における熱媒体溝Ｍ1 内のハ
ッチング側が流入側の熱媒体溝Ｍ1ａを示し、白抜き側
が流出側の熱媒体溝Ｍ1 ｂを示す。また、図１０におけ
る符号Ｍ3 は、第１固定盤９ｂの反セルパートＳＰ側に
おいて熱媒体溝Ｍ1 ｂから熱媒体溝Ｍ1 ａへの連通溝で
ある。この場合、第１固定盤９ｂを、内側（セルパート
ＳＰ側）の内側固定盤９ｂ1 と、外側（反セルパートＳ
Ｐ側）の外側固定盤９ｂ2 の２つに分け、内側固定盤９
ｂ1 の外側に連通溝Ｍ3 を形成し、外側固定盤９ｂ2 に
よって外側から閉塞して設けると良い。上記の変形例で
は、図１２に示すように直列的に熱媒体を流すことが可
能になる。

【００４２】上記実施例では、複数のセルパートＳＰに
よって構成される複数のセルＳを回転させて各熱媒体通
路１１に給排される熱媒体の種類を切り替える例を示し
たが、セルを回転させることなく、別途設けられた熱媒
体の切替手段によって熱媒体を切り換えて各熱媒体通路
１１に給排しても良い。このようなセル固定式であって
も、複数のセルパートＳＰの数を増減させて熱交換器８
の能力を変更しても良いし、複数のセルパートＳＰを構
成する外管Ｋｏや内管Ｋｉの太さや長さを変更して熱交
換器８の能力を変更しても良い。

【００４３】上記の実施例では、水素吸蔵合金を収容す
る容器および熱媒体通路１１を構成するセルパートＳＰ
を直管を用いて構成したが、偏平な容器や熱媒体通路１
１等、他の断面形状のセルパートＳＰによって構成して
も良い。上記の実施例では、外管Ｋｏの内部に１本の内
管Ｋｉを貫通させる例を示したが、１本の外管Ｋｏの内
部に複数の内管Ｋｉを貫通配置させても良い。上記の実
施例では、外管Ｋｏと内管Ｋｉとの間の外スペースに水
素吸蔵合金を封入し、内管Ｋｉの内側の内スペースに熱
媒体通路１１を形成した例を示したが、逆に外管Ｋｏと
内管Ｋｉとの間の外スペースに熱媒体通路１１を形成
し、内管Ｋｉの内側の内スペースに水素吸蔵合金を封入
しても良い。

【００４４】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。

【００４５】上記の実施例では、水素駆動部αにおい
て、昇圧水によって容器（第２容器Ｓ2 ）内を水素放出
圧より高く保つようにして、その容器の水素吸蔵合金
（中温合金ＭＭ）から水素を放出させた例を示したが、
水素駆動部αにおいて昇圧水の触れる容器の水素吸蔵合
金（中温合金ＭＭ）から水素の放出禁止を行うようにし
ても良い。上記の実施例では、第２冷熱出力部γにおい
て、冷熱出力水によって容器（第３容器Ｓ3 ）内を水素
放出圧より高く保つようにして、その容器の水素吸蔵合
金（低温合金ＬＭ）から水素を放出させた例を示した
が、第２冷熱出力部γにおいて冷熱出力水の触れる容器
の水素吸蔵合金（低温合金ＬＭ）から水素の放出禁止を
行うようにしても良い。

【００４６】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（第１、第２分配収集器９、１
０）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ても良い。
上記の実施例では、熱交換ユニット２の一例として、２
段サイクルを用いた例を示したが、１段サイクルや、３
段サイクル以上としても良い。

【００４７】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
の第１、第２分配収集器９、１０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。

【００４８】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。

【００４９】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】セルの断面図である（実施例）。

【図２】熱交換ユニットの分解斜視図である（実施
例）。

【図３】熱交換器の横断面図である（実施例）。

【図４】セルの横断面図である（実施例）。

【図５】第１、第２熱媒体溝を示す図である（実施
例）。

【図６】熱媒体と水素移動との関係を示す作動説明図で
ある（実施例）。

【図７】各容器に対する熱媒体の流れを示す説明図であ
る（実施例）。

【図８】冷房装置の概略構成図である（実施例）。

【図９】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。

【図１０】第１分配収集器の要部断面図である（変形
例）。

【図１１】第１、第２熱媒体溝を示す図である（変形
例）。

【図１２】各容器に対する熱媒体の流れを示す説明図で
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） Ｋｉ 内管 Ｋｏ 外管 Ｓ1 第１容器 Ｓ2 第２容器 Ｓ3 第３容器 １１ 熱媒体通路

Claims (2)

【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、ある
   い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、 水素吸蔵合金を封入する容器、およびこの容器に触れて
   熱媒体を流す熱媒体通路は、 径の大きな外管の中に径の小さな内管を挿通して設けら
   れ、 前記外管と前記内管との間の外スペースに水素吸蔵合金
   が封入され、 前記内管の内部の内スペースに前記熱媒体通路が形成さ
   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。
2. 【請求項２】水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、ある
   い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、 水素吸蔵合金を封入する容器、およびこの容器に触れて
   熱媒体を流す熱媒体通路は、 径の大きな外管の中に径の小さな内管を挿通して設けら
   れ、 前記外管と前記内管との間の外スペースに前記熱媒体通
   路が形成され、 前記内管の内部の内スペースに水素吸蔵合金が封入され
   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。