JP3594435B2 - Hydrogen storage type cooling device - Google Patents
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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を得る水素吸蔵式冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
水素吸蔵合金を用いた従来の水素吸蔵式冷却装置を、図8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J2 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。
【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J5 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】
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、従来のヒートポンプサイクルJ1 では多数の切替バルブJ7 〜J14が必要になる。このように、多数の切替バルブJ7 〜J14を用いると、故障確率が上昇し、耐久性の向上の妨げとなる。また、各切替バルブJ7 〜J14は比較的高頻度で切り替わるため、作動音が目立つ不具合もあった。
【0006】
また、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、水素吸蔵合金の熱交換に関与しない部分の熱授受によるヒートロスが大きく、また水素移動時の圧力損失が大きく、結果的に冷却効率が低くなってしまう不具合があった。
【0007】
さらに、シェル&チューブタイプの熱交換器は、体格が大きく、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、結果的に水素吸蔵式冷却装置が大型化する不具合があった。
【0008】
【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、第1の目的は、水素吸蔵合金と熱交換を行う熱媒体の切り替えを行う切替バルブが不要な長期の信頼性の高い水素吸蔵式冷却装置の提供にあり、第2の目的は、水素移動時の圧力損失が小さくヒートロスの小さい熱授受の効率の優れた水素吸蔵式冷却装置の提供にあり、第3の目的は小型化が可能な水素吸蔵式冷却装置の提供にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素吸蔵式冷却装置は、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)
水素吸蔵式冷却装置は、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱を利用したものであって、 水素吸蔵合金が封入された第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第2室を備え、移動可能な複数のセルと、
前記第1室と接触可能に設けられた加熱用の熱媒体が配された加熱域を備えるとともに、前記第2室と接触可能に設けられた放熱用の熱媒体が配された第1放熱域を備える水素駆動部と、
前記第1室と接触可能に設けられた放熱用の熱媒体が配された第2放熱域を備えるとともに、前記第2室と接触可能に設けられた冷熱出力用の熱媒体が配された冷熱出力域を備える冷熱出力部と、
前記複数のセルを前記水素駆動部および前記冷熱出力部に繰り返し移動させるセル移動手段と、を備える。
さらに、前記複数のセルは、前記第2室が2つに分割して設けられ、
前記第1室から分割された一方の第2室に水素の移動を行い、この一方の第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るとともに、前記他方の第2室から前記第1室へ水素を移動させて2段目の冷熱出力を得ることを特徴とする。
【0010】
(請求項2の手段)
請求項1の水素吸蔵式冷却装置において、
前記第1室および前記第2室は、それぞれ偏平状を呈するとともに、一方の面が凸状に湾曲するとともに、一方の面に対向する他方の面が凹状に湾曲して設けられたことを特徴とする。
【0011】
(請求項3の手段)
請求項1または請求項2の水素吸蔵式冷却装置において、
前記第1室および前記第2室がそれぞれ放射状を呈するように前記複数のセルを配置し、
前記セル移動手段が前記複数のセルを放射状に回転駆動し、
前記加熱域と前記第2放熱域は、前記第1室の群を覆う第1容器内で区画され、
前記第1放熱域と前記冷熱出力域は、前記第2室の群を覆う第2容器内で区画されたことを特徴とする。
【0014】
(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式冷却装置において、
前記第1室から前記一方の第2室に水素の移動を行う際、前記他方の第2室に昇圧用の熱媒体が触れ、
前記一方の第2室から前記他方の第2室に水素の移動を行う際、前記第1室に昇圧用の熱媒体が触れ、
前記昇圧用の熱媒体は、前記加熱用の熱媒体、前記放熱用の熱媒体および前記冷熱出力用の熱媒体とは独立した循環路を循環するように設けられ、この循環路にはポンプが設けられたことを特徴とする。
【0016】
【発明の作用】
セル移動手段によってセルが水素駆動部に移動し、第1室が加熱域において加熱用の熱媒体に接触し、一方の第2室が放熱用の熱媒体に接触すると、第1室内の水素吸蔵合金が加熱されるとともに、一方の第2室内の水素吸蔵合金が放熱される。すると、第1室内の水素吸蔵合金から水素が放出されて、一方の第2室内の水素吸蔵合金が水素を吸蔵する。つまり、1つのセル内において水素駆動が行われる。
【0017】
次に、セル移動手段によってセルが第1冷熱出力部に移動し、他方の第2室が放熱用の熱媒体に接触し、一方の第2室が冷熱出力用の熱媒体に接触すると、他方の第2室内の水素吸蔵合金が放熱させられる。すると、他方の第2室内の圧力が下がって他方の第2室内の水素吸蔵合金が水素を吸蔵し、一方の第2室内の水素吸蔵合金が水素を放出する。この一方の第2室の水素吸蔵合金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、1つのセル内において1段目の冷熱出力が得られる。
次に、セル移動手段によってセルが第2冷熱出力部に移動し、第1室が放熱用の熱媒体に接触し、他方の第2室が冷熱出力用の熱媒体に接触すると、第1室内の水素吸蔵合金が放熱させられる。すると、第1室内の圧力が下がって第1室内の水素吸蔵合金が水素を吸蔵し、他方の第2室内の水素吸蔵合金が水素を放出する。この他方の第2室の水素吸蔵合金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、1つのセル内において2段目の冷熱出力が得られる。
そして、セル移動手段が、複数のセルを移動し、上記のサイクルを繰り返すことによって、冷熱出力域から冷却された冷熱出力用の熱媒体を連続的に得ることができる。
【0018】
【発明の効果】
上記の作用で示したように、本発明の水素吸蔵式冷却装置は、水素吸蔵合金に接触する熱媒体の種類を切り換えて水素吸蔵合金と熱交換を行うのではなく、セル移動手段がセルを移動することで水素吸蔵合金自体が移動して熱媒体の種類を変更しているので、従来技術のように、熱媒体の種類の切り替えを行う切替バルブが不要となる。また、第1室と一方の第2室と他方の第2室とは水素通路によって連通しているのみであり、水素通路の開閉バルブも不要である。
このように、本発明の水素吸蔵式冷却装置は、ヒートポンプサイクルにおいて切替バルブが不要であるため、従来に比較して故障確率が減少し、結果的に長期の信頼性が向上する。
【0019】
また、本発明の水素吸蔵式冷却装置は、水素吸蔵合金を内蔵する第1室と一方の第2室と他方の第2室とを水素通路で連通したセルを複数用いているため、シェル&チューブタイプの熱交換器に比較して、熱交換に関与しない部分の熱授受が減ることでヒートロスを小さくできるとともに、水素移動時の圧力損失を小さく抑えることができ、冷却効率が向上する。
【0020】
さらに、水素吸蔵合金を内蔵する複数のセルを、水素駆動部および冷熱出力部に移動することで冷熱出力を得るため、シェル&チューブタイプの熱交換器に比較してヒートポンプサイクルの体格を小型化することができ、結果的に水素吸蔵合金を用いた水素吸蔵式冷却装置を小型化することができる。
【0021】
【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。
〔第1実施例の構成〕
第1実施例は、本発明の水素吸蔵式冷却装置を室内空調用の冷房装置に適用したもので、この第1実施例を図1ないし図6を用いて説明する。
【0022】
(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2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。
【0023】
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、水素吸蔵合金を放熱させる放熱水(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。
【0024】
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。
【0025】
(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1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)、上段室S1 内および中段室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、12〜18個のセルSを用いた。
【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、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厚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6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。
【0027】
1つのセルSは、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、水素吸蔵合金を包む最中状に絞り成形したもので、真空ろう付けや溶接等の接合方法によりセル容器(上、中、下段室S1 、S2 、S3 および水素通路S4 を形成する容器)を成形し、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溶接により密封したものである。
【0028】
1つのセルSの外形は、図3に示されるもので、上、中、下段室S1 、S2 、S3 はそれぞれ板状(偏平な容器形状の一例)を呈し、各室の一辺が、内部に水素通路S4 が形成された棒状の連結部S5 によって連結された形状を呈する。また、上、中、下段室S1 、S2 、S3 のそれぞれは、一方の面が凸状に湾曲して設けられるとともに、対向する他方の面が凹状に湾曲して設けられている。このように、各室は、凹凸状の面を対向して設けたことにより、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、対向する面に引っ張り応力と圧縮応力がかかり、各室の変形が小さく抑えられ、結果的に耐圧性に優れる。
なお、凹凸の方向として、図3では側面から見て各室が湾曲するように設けたが、軸方向から見て湾曲するように設けても良いし、ドーム型など側方と軸方向の両方が湾曲するように設けても良い。
【0029】
複数のセルSは、図4に示すように、上、中、下段室S1 、S2 、S3 が、それぞれ放射状を呈するように配置されるもので、この実施例では回転軸8の周囲に複数のセルSの各連結部S5 が束ねて固定され、複数の上段室S1 の群(第1室の群に相当する)、複数の中段室S2 の群(第2室の群に相当する)、複数の下段室S3 の群(第2室の群に相当する)が、それぞれ放射状に配置されたものである。なお、回転軸8の周囲に固定された複数のセルSは、図示しないセル移動手段によって回転駆動されるもので、このセル移動手段は、ゆっくりと連続的に複数のセルSを回転させるものである(例えば、1時間に20周ほど)。
【0030】
一方、2段式サイクルのヒートポンプサイクル2は、図1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部αと、下段室S3 内に移動した水素を中段室S2 に移動させる第1冷熱出力部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冷熱出力部γとを備える。
水素駆動部αは、上段室S1 と接触する加熱水(例えば80℃ほど)が供給される加熱域α1 、中段室S2 と接触する昇圧水(例えば56℃ほど)が供給される中段昇圧域α2 、下段室S3 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される下段放熱域α3 (第1放熱域に相当する)を備える。
【0031】
第1冷熱出力部βは、上段室S1 と接触する昇圧水(例えば58℃ほど)が供給される上段昇圧域β1 、中段室S2 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される中段放熱域β2 、下段室S3 と接触した冷熱出力水(例えば13℃ほど)が出力される下段冷熱出力域β3 を備える。
第2冷熱出力部γは、上段室S1 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される上段放熱域γ1 (第2放熱域に相当する)、中段室S2 と接触する冷熱出力水(例えば13℃ほど)が出力される中段冷熱出力域γ2 (冷熱出力域に相当する)を備える。なお、第2冷熱出力部γにおいて下段室S3 と接触する熱媒体の温度は不問であり、その部分を不問域γ3 とする。
【0032】
つまり、図示しないセル移動手段により、上段室S1 の群は加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 を循環するものであり、中段室S2 の群は中段昇圧域α2 →中段放熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 を循環するものであり、下段室S3 の群は下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不問域γ3 を循環するものである。
【0033】
上段室S1 の群は、上段容器K1 (1容器に相当する)に覆われ、内部が加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱域γ1 に区画されている。また、中段室S2 の群は、中段容器K2 に覆われ、内部が中段昇圧域α2 、中段放熱域β2 、中段冷熱出力域γ2 に区画されている。さらに、下段室S3 の群は、下段容器K3 に覆われ、内部が下段放熱域α3 、下段冷熱出力域β3 、不問域γ3 に区画されている。なお、中段容器K2 および下段容器K3 が第2容器に相当する。
上段容器K1 、中段容器K2 、下段容器K3 は、連続的に繋がって設けられた容器K(例えば、樹脂製の容器)で、この容器Kは、図5に示すように、軸方向に分割可能に設けられている。
【0034】
(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2に示す符号9は、上段昇圧域β1 と中段昇圧域α2 とに昇圧水を循環させる昇圧水循環路で、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、加熱域α1 で温度上昇した上段室S1 、上段容器K1 からの伝熱により温度上昇した水を用いたもので、ヒートポンプサイクル2の作動中、上段昇圧域β1 の昇圧水の温度は例えば58℃程で、中段昇圧域α2 の昇圧水の温度は例えば56℃程になる。
【0035】
(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10、このガスバーナ10へガスの供給を行うガス量調節弁21およびガス開閉弁22を備えたガス供給回路11、ガスバーナ10へ燃焼用の空気を供給する燃焼ファン12、ガスの燃焼熱と加熱水とを熱交換する熱交換器13等から構成される。
そして、ガスバーナ10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14を介して加熱域α1 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 ’を駆動する兼用のモータによって駆動されるタンデムポンプである。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、昇圧水も循環作動するように設けられている。
【0036】
(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15、この室内熱交換器15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16を備える。室内熱交換器15には、下段冷熱出力域β3 および中段冷熱出力域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17が接続され、この冷熱出力水循環路17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。
【0037】
(放熱水冷却手段4の説明)
放熱水冷却手段4は、蒸発型の冷却塔であり、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18によって下段放熱域α3 、中段放熱域β2 、上段放熱域γ1 に供給される。
放熱水冷却手段4は、下段放熱域α3 、中段放熱域β2 、上段放熱域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として蒸発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密閉型の冷却手段を用いても良い。
【0038】
ここで、上記に示す加熱水循環路14、冷熱出力水循環路17および放熱水循環路18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19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、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20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20から排水するように設けられている。
【0039】
(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 ’)、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(燃焼ファン12、ガス量調節弁21、ガス開閉弁22、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16の作動指示を与えるものである。
【0040】
(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、セル移動手段、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 ’)、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16をONする。
【0041】
セル移動手段によって、複数のセルSがゆっくりと連続的に回転移動する。これによって、複数のセルS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、各上段室S1 が加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 の順で移動し、各中段室S2 が中段昇圧域α2 →中段放熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 の順で移動し、各下段室S3 が下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不問域γ3 の順で移動する。
【0042】
水素駆動部αを移動するセルSは、図1の(α)に示すように、上段室S1 が加熱域α1 で加熱水(約80℃)に触れ、中段室S2 が中段昇圧域α2 で昇圧水(約56℃)に触れ、下段室S3 が下段放熱域α3 の放熱水(約28℃)に触れる。この結果、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となる。
この時、上段室S1 が80℃に加熱(図6の▲1▼)され、下段室S3 が28℃に冷却(図6の▲2▼)されることにより、上段室S1 の高温合金HMが水素を放出し、下段室S3 の低温合金LMが水素を吸蔵する。なお、中段室S2 は昇圧水によって加熱されて内圧が高く、中段室S2 の中温合金MMは水素の吸蔵は行わない。
そして、水素駆動部αを通過したセルSは、その後第1冷熱出力部βへ移動する。
【0043】
第1冷熱出力部βを移動するセルSは、図1の(β)に示すように、上段室S1 が上段昇圧域β1 で昇圧水(約58℃)に触れ、中段室S2 が中段放熱域β2 で放熱水(約28℃)に触れ、下段室S3 が下段冷熱出力域β3 の冷熱出力水に触れる。この結果、上段室S1 内が58℃:0.5MPa、中段室S2 内が28℃:0.4MPa、下段室S3 内が13℃:0.5MPaとなる。
この時、中段室S2 が28℃に冷却されて内圧が低下するため、下段室S3 の低温合金LMが水素を放出し(図6の▲3▼)、中段室S2 の中温合金MMが水素を吸蔵する(図6の▲4▼)。下段室S3 の低温合金LMが水素を放出する際、吸熱作用が発生し、下段室S3 に触れる冷熱出力水から熱を奪う。この結果、下段冷熱出力域β3 内の冷熱出力水の温度が低下する(例えば、13℃)。なお、上段室S1 は昇圧水によって加熱されて内圧が高く、上段室S1 の高温合金HMは水素の吸蔵は行わない。
そして、第1冷熱出力部βを通過したセルSは、その後第2冷熱出力部γへ移動する。
【0044】
第2冷熱出力部γを移動するセルSは、図1の(γ)に示すように、上段室S1 が上段放熱域γ1 で放熱水(約28℃)に触れ、中段室S2 が中段冷熱出力域γ2 の冷熱出力水に触れ、下段室S3 が不問域γ3 の熱媒体(水)に触れる。この結果、上段室S1 内が28℃:0.1MPa、中段室S2 内が13℃:0.2MPa、下段室S3 内は不問状態となる。
この時、上段室S1 が28℃に冷却されて内圧が低下するため、中段室S2 の中温合金MMが水素を放出し(図6の▲5▼)、上段室S1 の高温合金HMが水素を吸蔵する(図6の▲6▼)。中段室S2 の中温合金MMが水素を放出する際、吸熱作用が発生し、中段室S2 に触れる冷熱出力水から熱を奪う。この結果、中段冷熱出力域γ2 内の冷熱出力水の温度が低下する(例えば、13℃)。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冷熱出力部γを通過したセルSは、その後水素駆動部αへ移動する。
【0045】
なお、ヒートポンプサイクル2の下段冷熱出力域β3 および中段冷熱出力域γ2 で熱を奪われた低温の冷熱出力水は、冷熱出力水循環路17を介して室内空調機5の室内熱交換器15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。
【0046】
〔実施例の効果〕
上記の作動で示したように、本実施例の冷房装置1は、従来技術のように水素吸蔵合金に接触する熱媒体の種類を切り換えて水素吸蔵合金と熱交換を行うのではなく、セル移動手段が複数のセルSを移動することで水素吸蔵合金自体が移動して熱媒体の種類(加熱水、放熱水、昇圧水、冷熱出力水)を変更しているので、ヒートポンプサイクル2において熱媒体の種類を切り替える切替バルブが不要となる。また、上段室S1 、中段室S2 、下段室S3 はいずれも水素通路S4 によって連通しているのみであるため、水素通路S4 の開閉バルブも必要ない。
このように、本実施例の冷房装置1は、ヒートポンプサイクル2において熱媒体を頻繁に切り替える切替バルブが不要であるため、従来に比較して故障確率が減少し、結果的に長期の信頼性が向上する。
【0047】
また、本発明を適用した冷房装置1は、水素吸蔵合金を内蔵する上段室S1 、中段室S2 、下段室S3 を水素通路S4 で連通したセルSを複数用いているため、シェル&チューブタイプの熱交換器に比較して、熱交換に関与しない部分の熱授受が減ってヒートロスを小さくできるとともに、水素移動時の圧力損失が小さく抑えられ、結果的にヒートポンプサイクル2の冷却効率を向上することができ、冷房効率が向上する。
【0048】
さらに、複数のセルSを、水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γの順に回転移動することで冷熱出力を得るため、シェル&チューブタイプの熱交換器に比較してヒートポンプサイクル2の体格を小型化することができ、結果的に冷房装置1の室外機7を小型化できる。
【0049】
〔第2実施例〕
次に、本発明の水素吸蔵式冷却装置を冷暖房装置に適用した第2実施例を示す。なお、図7は本発明を適用した冷暖房装置の概略構成図である。
本実施例の冷暖房装置30は、上記の実施例で示した冷房運転の実施に加え、暖房運転時に、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15に導いて室内暖房を行うもので、第1実施例で示した加熱水循環路14と冷熱出力水循環路17とを接続し、その接続部分に流路切替用の3つの切替バルブV1 、V2 、V3 (冷房と暖房の切替バルブ)を設けたものである。
【0053】
〔変形例〕
上記の第1、第2実施例では、説明を容易化するために、図面の上下に応じて上段室S1 、中段室S2 、下段室S3 とした例を示したが、セルSの回転方向を横に向けたり、反転させるなど、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 の配置を入れ換えても良い。さらに、セルSの移動方向を逆にしても良い。このような場合は、勿論、各室に接触する各熱媒体の配置位置もヒートポンプサイクルが成り立つように入れ換える。
【0054】
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、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。
上記の実施例では、昇圧用の熱媒体として、加熱域α1 で温度上昇した上段室S1 を冷却して温度上昇した熱媒体(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。
【0055】
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。
【0056】
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、ボリラーによる蒸気、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。
【0057】
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、複数のセルSをセル移動手段によって連続的に回転させた例を示したが、セルSを間欠的に回転移動させたり、上下や左右等の直線移動や、蛇行移動等を伴うように移動させても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】ヒートポンプサイクルの作動説明図である(第1実施例)。
【図2】冷房装置の概略構成図である(第1実施例)。
【図3】セルの斜視図である(第1実施例)。
【図4】複数のセルの配置状態を示す斜視図である(第1実施例)。
【図5】容器の斜視図である(第1実施例)。
【図6】PT冷凍サイクル線図である(第1実施例)。
【図7】冷暖房装置の概略構成図である(第2実施例)。
【図8】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
α 水素駆動部
α1 加熱域
α3 下段放熱域(第1放熱域)
γ 第2冷熱出力部(冷熱出力部)
γ1 上段放熱域(第2放熱域)
γ2 中段冷熱出力域(冷熱出力域)
K1 上段容器(第1容器)
K2 中段容器(第2容器)
K3 下段容器(第2容器) [0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen-absorbing cooling device in which hydrogen is absorbed and released repeatedly by a hydrogen-absorbing alloy, and cold energy is obtained by utilizing an endothermic effect generated at the time of releasing hydrogen.In placeRelated.
[0002]
[Prior art]
Conventional hydrogen storage type cooling device using hydrogen storage alloy,FIG.This will be described with reference to FIG. In the heat pump cycle J1 using the hydrogen storage alloy, a shell-and-tube type heat exchanger was used in order to obtain heating, heat radiation and cooling output of the hydrogen storage alloy J2.
The heat pump cycle J1 shown in the prior art uses four shell-and-tube type heat exchangers J3 to J6. Each of the heat exchangers J3 to J6 enables heat exchange between the hydrogen storage alloy J2 and the heat medium. Is provided. The hydrogen storage alloy J2 of the first and second heat exchangers J3 and J4 communicates via a hydrogen passage, and the hydrogen storage alloy J2 of the third and fourth heat exchangers J5 and J6 also communicates via a hydrogen passage. Is provided.
[0003]
In operation, a heat medium for heating is supplied to the first heat exchanger J3, and a heat medium for heat radiation is supplied to the second heat exchanger J4. Then, hydrogen in the first heat exchanger J3 is released and occluded in the second heat exchanger J4. That is, hydrogen driving is performed.
Next, the heat medium for heating supplied to the first heat exchanger J3 is switched to a heat medium for heat radiation and supplied, and the heat medium for heat radiation supplied to the second heat exchanger J4 is supplied to the second heat exchanger J4. , And the heat medium for cooling output is switched and supplied. Then, the first heat exchanger J3 stores hydrogen, and the second heat exchanger J4 releases hydrogen. When the second heat exchanger J4 emits hydrogen, the heat medium for cold output is cooled. That is, a cooling output is obtained.
Then, the above cycle is repeated.
[0004]
On the other hand, when a cold heat output is obtained from the second heat exchanger J4, a heat medium for heating is supplied to the third heat exchanger J5 and a heat medium for heat radiation is supplied to the fourth heat exchanger J6. . Then, the hydrogen in the third heat exchanger J5 is released and stored in the fourth heat exchanger J6. In other words, when the first and second heat exchangers J3 and J4 are obtaining the cold heat output, the third and fourth heat exchangers J5 and J6 are driven by hydrogen.
Next, the heat medium for heating supplied to the third heat exchanger J5 is switched and supplied to the heat medium for heat radiation, and the heat medium for heat radiation supplied to the fourth heat exchanger J6 is supplied to the third heat exchanger J6. , And the heat medium for cooling output is switched and supplied. Then, the third heat exchanger J5 absorbs hydrogen, and the fourth heat exchanger J6 releases hydrogen. When the fourth heat exchanger J6 emits hydrogen, the heat medium for cold output is cooled. That is, when the first and second heat exchangers J3 and J4 are driven by hydrogen, the third and fourth heat exchangers J5 and J6 can obtain a cooling output.
Then, the above cycle is repeated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to supply a heat medium for heating and a heat medium for heat dissipation, or a heat medium for heat dissipation and a heat medium for cold heat output to each of the heat exchangers J3 to J6, a large number of switching operations are performed in the conventional heat pump cycle J1. Valves J7 to J14 are required. As described above, when a large number of switching valves J7 to J14 are used, the failure probability increases, which hinders improvement in durability. Further, since the switching valves J7 to J14 are switched relatively frequently, there is a problem that the operation noise is conspicuous.
[0006]
Further, the heat exchangers J3 to J6 which perform heat exchange between the hydrogen storage alloy J2 and the heat medium are once evacuated to supply hydrogen to the hydrogen storage alloy J2, and then hydrogen is supplied under high pressure. Therefore, a shell-and-tube type is used to withstand both low pressure and high pressure. However, since the shell and tube type heat exchangers J3 to J6 are large in size, heat loss due to heat transfer of a portion not involved in heat exchange of the hydrogen storage alloy is large, and pressure loss during hydrogen transfer is large. However, there was a problem that the cooling efficiency was lowered.
[0007]
Furthermore, the heat exchanger of the shell & tube type has a large size, and as shown in the above-mentioned prior art, in order to continuously obtain a cooling output, the heat pump cycle J1 requires at least four heat exchangers J3 to J3. Since J6 is required, the heat pump cycle J1 becomes large, and as a result, there is a problem that the hydrogen storage type cooling device becomes large.
[0008]
[Object of the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide a long-term reliable hydrogen storage type cooling system which does not require a switching valve for switching a heat medium for performing heat exchange with a hydrogen storage alloy. A second object is to provide a hydrogen-absorbing cooling device which has a small pressure loss during hydrogen transfer and a small heat loss and is excellent in heat transfer efficiency, and a third object is to provide a miniaturization. Providing hydrogen storage cooling systemYou.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The hydrogen storage cooling device of the present invention employs the following technical means to achieve the above object.
(Means of claim 1)
The hydrogen-absorbing cooling device utilizes heat absorption of the hydrogen-absorbing alloy at the time of release of hydrogen. The hydrogen-absorbing cooling device communicates with the first chamber in which the hydrogen-absorbing alloy is sealed, and communicates with the first chamber through a hydrogen passage. A plurality of movable cells including a second chamber filled with the storage alloy,
A first heat radiating area provided with a heat medium for heating provided in contact with the first chamber and provided with a heat medium for heat radiating provided in contact with the second chamber; A hydrogen drive unit comprising:
A second heat radiation area provided with a heat medium for heat radiation provided so as to be able to contact the first chamber, and a cold heat provided with a heat medium for heat output provided so as to be able to contact the second chamber; A cooling output unit having an output area,
Cell moving means for repeatedly moving the plurality of cells to the hydrogen drive unit and the cold heat output unit.
Further, in the plurality of cells, the second chamber is provided by being divided into two,
The hydrogen is transferred from the first chamber to one of the divided second chambers, and the hydrogen is transferred from the one second chamber to the other second chamber to obtain the first stage cold output, and The hydrogen is transferred from the second chamber to the first chamber to obtain a second stage cold output.
[0010]
(Means of Claim 2)
The hydrogen storage type cooling device according to
The first chamber and the second chamber each have a flat shape, and have one surface curved in a convex shape and the other surface facing one surface curved in a concave shape. And
[0011]
(Means of Claim 3)
The hydrogen-absorbing cooling device according to
The plurality of cells are arranged such that the first chamber and the second chamber each have a radial shape,
The cell moving means radially drives the plurality of cells,
The heating area and the second heat radiation area are partitioned in a first container that covers the group of the first chamber,
The first heat radiation area and the cold heat output area are defined in a second container that covers the second chamber group.
[0014]
(Claim4Means)
ClaimAny of
When transferring hydrogen from the first chamber to the one second chamber, the heat medium for pressurization touches the other second chamber,
When transferring hydrogen from the one second chamber to the other second chamber, a heating medium for pressurization touches the first chamber,
The heating medium for pressurization is provided so as to circulate in a circulation path independent of the heating medium for heating, the heating medium for heat radiation, and the heating medium for cold heat output, and a pump is provided in the circulation path. It is characterized by being provided.
[0016]
Effect of the Invention
The cell is moved to the hydrogen driving unit by the cell moving means, and the first chamber contacts a heating medium for heating in the heating area,On the other hand, the second roomWhen contacting the heat medium for heat dissipation, the hydrogen storage alloy in the first chamber is heated,OneThe hydrogen storage alloy in the second chamber is radiated. Then, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy in the first chamber,OneThe hydrogen storage alloy in the second chamber stores hydrogen. That is, hydrogen driving is performed in one cell.
[0017]
Next, the cell is moved by the cell moving means.FirstMove to the cold output section,The other second roomContact with heat medium for heat dissipation,On the other hand, the second roomWhen it comes into contact with the heating medium for cold output,Second room of the otherThe hydrogen storage alloy inside is radiated. ThenSecond room of the otherThe pressure insideSecond room of the otherThe hydrogen storage alloy inside stores hydrogen,OneThe hydrogen storage alloy in the second chamber releases hydrogen. thisOneWhen the hydrogen storage alloy in the second chamber releases hydrogen, the heat medium for cooling output is cooled. In other words, in one cellFirst stageA cooling output is obtained.
Next, when the cell moves to the second cold output unit by the cell moving means, the first chamber contacts the heat medium for heat dissipation, and the other second chamber contacts the heat medium for cold output, the first chamber is contacted. Of the hydrogen storage alloy is dissipated. Then, the pressure in the first chamber decreases, and the hydrogen storage alloy in the first chamber stores hydrogen, and the hydrogen storage alloy in the other second chamber releases hydrogen. When the hydrogen storage alloy in the other second chamber releases hydrogen, the heat medium for cooling output is cooled. That is, the second-stage cooling output is obtained in one cell.
Then, the cell moving means moves a plurality of cells and repeats the above-described cycle, whereby the heat medium for cooling and heating output cooled from the cooling and heating output area can be continuously obtained.
[0018]
【The invention's effect】
As shown in the above operation, the hydrogen storage cooling device of the present invention does not perform heat exchange with the hydrogen storage alloy by switching the type of the heat medium in contact with the hydrogen storage alloy, but the cell moving means switches the cells. Since the movement causes the hydrogen storage alloy itself to move and change the type of the heat medium, there is no need for a switching valve for switching the type of the heat medium as in the related art. Also, with the first roomOne second room and the otherIt only communicates with the second chamber through the hydrogen passage, and there is no need for an on-off valve for the hydrogen passage.
As described above, the hydrogen storage cooling device of the present invention does not require a switching valve in the heat pump cycle, so that the failure probability is reduced as compared with the related art, and as a result, long-term reliability is improved.
[0019]
Further, the hydrogen storage type cooling device of the present invention includes a first chamber containing a hydrogen storage alloy.One second room and the otherSince a plurality of cells communicating with the second chamber through a hydrogen passage are used, the heat loss can be reduced by reducing the heat transfer of a portion not involved in the heat exchange as compared with the shell & tube type heat exchanger, Pressure loss during the transfer of hydrogen can be reduced, and cooling efficiency is improved.
[0020]
Furthermore, by transferring multiple cells containing a hydrogen storage alloy to the hydrogen drive unit and the cold heat output unit to obtain cold heat output, the size of the heat pump cycle has been reduced compared to shell and tube type heat exchangers. As a result, the hydrogen storage cooling device using the hydrogen storage alloy can be reduced in size.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples and modifications.
[Configuration of First Embodiment]
In the first embodiment, the hydrogen-absorbing cooling device of the present invention is applied to a cooling device for indoor air conditioning. The first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0022]
(Schematic description of cooling device 1)
A schematic configuration of the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
(Explanation of heat pump cycle 2)
The
[0026]
The hydrogen storage alloy uses three kinds of hydrogen equilibrium pressures different from each other. In the upper chamber S1, powder of a high-temperature hydrogen storage alloy (hereinafter, high-temperature alloy HM) having the same hydrogen equilibrium pressure and the highest hydrogen equilibrium temperature is placed. The middle chamber S2 is filled with a powder of a medium-temperature hydrogen storage alloy (hereinafter, a medium-temperature alloy MM), and the lower chamber S3 is filled with a low-temperature hydrogen storage alloy (having the same equilibrium hydrogen thickness and the lowest hydrogen equilibrium temperature). Hereinafter, the powder of the low temperature alloy LM) is sealed.
This will be described with reference to the PT refrigeration cycle shown in FIG. 6. The characteristics of the hydrogen storage alloy are relatively high on the high-temperature side (left side in the drawing), high-temperature alloy HM, and low-temperature alloy on the low-temperature side. Intermediate temperature is the intermediate temperature alloy MM.
[0027]
One cell S is made of a metal having no hydrogen permeation, such as stainless steel or copper, and is formed by drawing in the middle of enclosing the hydrogen storage alloy. The cell container is formed by a joining method such as vacuum brazing or welding. Containers forming the middle and lower chambers S1, S2, S3 and the hydrogen passage S4) are formed, and the inside thereof is filled with a powdery hydrogen storage alloy, evacuated, activated, and subjected to high pressure hydrogen. Filled and sealed by welding.
[0028]
The outer shape of one cell S is shown in FIG. 3, and the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 each have a plate shape (an example of a flat container shape). It has a shape connected by a rod-shaped connecting portion S5 in which a hydrogen passage S4 is formed. Each of the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 is provided with one surface curved in a convex shape and the other opposing surface curved in a concave shape. As described above, since each chamber is provided with the concavo-convex surfaces opposed to each other, a tensile stress and a compressive stress are applied to the opposed surfaces under a low pressure during evacuation and a high pressure during hydrogen filling. The deformation of the chamber is kept small, resulting in excellent pressure resistance.
In FIG. 3, the direction of the unevenness is such that each chamber is curved when viewed from the side, but may be provided so as to be curved when viewed from the axial direction. May be provided to be curved.
[0029]
As shown in FIG. 4, the plurality of cells S are arranged so that the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 each have a radial shape. In this embodiment, a plurality of cells S are arranged around the
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
The hydrogen driving unit α includes a heating zone α1 to which heated water (for example, about 80 ° C.) that comes into contact with the upper chamber S1 is supplied, and a middle-stage boosted area α2 to which pressurized water (for example, about 56 ° C.) that comes into contact with the middle chamber S2 And a lower radiating area α3 (corresponding to a first radiating area) to which radiating water (for example, about 28 ° C.) that comes into contact with the lower chamber S3 is supplied.
[0031]
The first cooling / heating unit β is provided with an upper boosting region β1 to which pressurized water (for example, about 58 ° C.) that comes into contact with the upper chamber S1 and a middle stage for which facility water (for example, about 28 ° C.) to be brought into contact with the middle chamber S2 The heat radiation region β2 includes a lower cooling power output region β3 in which the cooling power water (for example, about 13 ° C.) that is in contact with the lower chamber S3 is output.
The second cooling output unit γ includes an upper radiating region γ1 (corresponding to a second radiating region) to which radiating water (for example, about 28 ° C.) that comes into contact with the upper chamber S1 and a cold output water (which corresponds to the second radiating region). (For example, about 13 ° C.) is output. Note that the temperature of the heat medium that comes into contact with the lower chamber S3 in the second cooling / heating output section γ is irrelevant, and that portion is referred to as an unquestionable area γ3.
[0032]
In other words, the group of the upper chambers S1 circulates through the heating zone α1 → the upper pressure boosting area β1 → the upper heat radiation area γ1 by the cell moving means (not shown). → Circulation in the middle cooling power output area γ2, and the group of lower chambers S3 circulates in the lower heat radiation area α3 → lower cooling power area β3 → non-contact area γ3.
[0033]
The group of the upper chambers S1 is covered with an upper vessel K1 (corresponding to one vessel), and the inside is divided into a heating area α1, an upper pressure stepping area β1, and an upper heat radiation area γ1. The group of the middle chambers S2 is covered with a middle vessel K2, and the inside thereof is divided into a middle boosted area α2, a middle heat radiation area β2, and a middle cooling output area γ2. Further, the group of lower chambers S3 is covered with a lower vessel K3, and the inside is divided into a lower heat radiation area α3, a lower cooling power output area β3, and a non-interest area γ3. Note that the middle container K2 and the lower container K3 correspond to the second container.
The upper container K1, the middle container K2, and the lower container K3 are containers K (for example, a resin container) provided continuously and can be divided in the axial direction as shown in FIG. It is provided in.
[0034]
(Description of other components in heat pump cycle 2)
[0035]
(Description of combustion device 3)
The
Then, the heating water is heated to, for example, about 80 ° C. by the heat obtained by the gas combustion of the
Note that the heated water circulation pump P1 of this embodiment is a tandem pump driven by a dual-purpose motor that drives the pressurized water circulation pump P1 '. For this reason, when the heating water is supplied from the
[0036]
(Description of indoor air conditioner 5)
The
[0037]
(Explanation of the facility water cooling means 4)
The facility water cooling means 4 is an evaporative cooling tower. The facility water cooled by the facility water cooling means 4 is supplied to the facility
The facility water cooling means 4 allows the facility water passing through the lower heat radiation area α3, the middle heat radiation area β2, and the upper heat radiation area γ1 to flow from above to below, exchange heat with outside air while flowing, and release heat. During the evaporation, a part of the water is evaporated to remove vaporization heat from the facility water flowing at the time of evaporation, thereby cooling the facility water flowing. The radiating water cooling means 4 includes a radiating fan (not shown), and is provided so as to promote evaporation and cooling of the radiating water by an air flow generated by the radiating fan.
In this embodiment, an evaporative cooling tower is shown as the facility water cooling means 4, but a closed type cooling means in which facility water (heat medium for heat release) exchanges heat without contacting air may be used. good.
[0038]
Here, the heating
A drain pan P is provided below the
[0039]
(Description of control device 6)
The
[0040]
(Operation explanation of cooling operation)
The operation of the cooling operation by the
When the cooling operation is instructed by the controller of the
[0041]
The plurality of cells S rotate slowly and continuously by the cell moving means. Thereby, the plurality of cells S move in the order of the hydrogen driving unit α → the first cooling / heating output unit β → the second cooling / heating output unit γ.
In other words, each upper chamber S1 moves in the order of the heating zone α1, the upper boost zone β1, and the upper heat dissipation zone γ1, and each middle chamber S2 moves in the order of the middle boost zone α2, the middle heat dissipation zone β2, and the middle cooling output zone γ2. Then, each lower chamber S3 moves in the order of the lower heat radiation area α3 → the lower cooling power output area β3 → the non-interest area γ3.
[0042]
As shown in FIG. 1 (a), in the cell S moving through the hydrogen driving unit α, the upper chamber S1 is in contact with the heating water (about 80 ° C.) in the heating area α1, and the middle chamber S2 is pressurized in the middle pressure increasing area α2. The lower chamber S3 touches the water (about 56 ° C.) and the facility water (about 28 ° C.) in the lower heat radiation area α3. As a result, the temperature in the upper chamber S1 is 80 ° C .: 1.0 MPa, the temperature in the middle chamber S2 is 56 ° C .: 1.0 MPa, and the temperature in the lower chamber S3 is 28 ° C .: 0.9 MPa.
At this time, the upper chamber S1 is heated to 80 ° C. ((1) in FIG. 6), and the lower chamber S3 is cooled to 28 ° C. ((2) in FIG. 6), whereby the high-temperature alloy HM in the upper chamber S1 is reduced. The hydrogen is released, and the low-temperature alloy LM in the lower chamber S3 stores the hydrogen. The middle chamber S2 is heated by the pressurized water and has a high internal pressure, and the middle temperature alloy MM in the middle chamber S2 does not occlude hydrogen.
Then, the cell S that has passed through the hydrogen driving unit α moves to the first cooling / heating output unit β.
[0043]
As shown in (β) of FIG. 1, in the cell S moving in the first cooling / heating section β, the upper chamber S1 touches the pressurized water (about 58 ° C.) in the upper boost area β1, and the middle chamber S2 is the middle heat radiating area. The facility water (approximately 28 ° C.) is touched by β2, and the lower chamber S3 touches the cold output water in the lower cool output area β3. As a result, the upper chamber S1 has a temperature of 58 ° C .: 0.5 MPa, the middle chamber S2 has a temperature of 28 ° C .: 0.4 MPa, and the lower chamber S3 has a temperature of 13 ° C .: 0.5 MPa.
At this time, since the middle chamber S2 is cooled to 28 ° C. and the internal pressure decreases, the low-temperature alloy LM in the lower chamber S3 releases hydrogen ((3) in FIG. 6), and the middle-temperature alloy MM in the middle chamber S2 releases hydrogen. It is occluded ((4) in FIG. 6). When the low-temperature alloy LM in the lower chamber S3 releases hydrogen, an endothermic action is generated, and heat is taken from the cold output water that contacts the lower chamber S3. As a result, the temperature of the cooling output water in the lower cooling output region β3 decreases (for example, 13 ° C.). The upper chamber S1 is heated by the pressurized water and has a high internal pressure, and the high-temperature alloy HM in the upper chamber S1 does not absorb hydrogen.
Then, the cell S that has passed through the first cooling output unit β moves to the second cooling output unit γ.
[0044]
As shown in FIG. 1 (γ), the cell S moving in the second cooling output section γ is such that the upper chamber S1 touches facility water (about 28 ° C.) in the upper radiating area γ1, and the middle chamber S2 has the middle cooling output. The cold output water in the area γ2 is touched, and the lower chamber S3 is in contact with the heat medium (water) in the unquestioned area γ3. As a result, the interior of the upper chamber S1 is 28 ° C .: 0.1 MPa, the interior of the middle chamber S2 is 13 ° C .: 0.2 MPa, and the interior of the lower chamber S3 is unquestioned.
At this time, since the upper chamber S1 is cooled to 28 ° C. and the internal pressure decreases, the middle temperature alloy MM in the middle chamber S2 releases hydrogen ((5) in FIG. 6), and the high temperature alloy HM in the upper chamber S1 releases hydrogen. It is occluded ([6] in FIG. 6). When the middle temperature alloy MM in the middle chamber S2 releases hydrogen, an endothermic action is generated, and heat is taken from the cold output water in contact with the middle chamber S2. As a result, the temperature of the cooling output water in the middle cooling output region γ2 decreases (for example, 13 ° C.). The temperature of the lower chamber S3 is irrelevant, and the low-temperature alloy LM in the lower chamber S3 does not store hydrogen.
Then, the cell S that has passed through the second cooling output unit γ moves to the hydrogen driving unit α.
[0045]
The low-temperature cold output water whose heat has been deprived in the lower-stage cold output region β3 and the middle-stage cold output region γ2 of the
[0046]
[Effects of the embodiment]
As shown in the above operation, the
As described above, the
[0047]
In addition, the
[0048]
Furthermore, a plurality of cells S are rotated and moved in the order of the hydrogen driving unit α → the first cooling / heating output unit β → the second cooling / heating output unit γ to obtain a cooling output, which is compared with a shell and tube type heat exchanger. As a result, the size of the
[0049]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment in which the hydrogen storage cooling device of the present invention is applied to a cooling and heating device will be described. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a cooling and heating device to which the present invention is applied.
The cooling /
[0053]
(Modification)
In the above-described first and second embodiments, the upper chamber S1, the middle chamber S2, and the lower chamber S3 are shown as upper and lower chambers in order to facilitate the description. It may be arranged in other directions, such as turning sideways or turning over. Further, the arrangement of the upper chamber S1, the middle chamber S2, and the lower chamber S3 may be interchanged. Further, the moving direction of the cell S may be reversed. In such a case, of course, the arrangement positions of the respective heating media in contact with the respective chambers are also changed so that the heat pump cycle is established.You.
[0054]
In the above embodiment, as an example of the
In the above embodiment, an example was shown in which a heating medium (pressurized water in the embodiment) in which the temperature of the upper chamber S1 was increased in the heating zone α1 and the temperature was increased was used as the heating medium for increasing the pressure. A heat medium whose temperature has been raised by a means (for example, a temperature rise by a combustion device, a temperature rise by an electric heater, a temperature rise using exhaust heat, and the like) may be used.
[0055]
In the above embodiment, a multi-air conditioner in which a plurality of
In the above-described embodiment, an example in which the room is cooled with the heat medium for cooling output (cooling water in the embodiment) obtained by the
[0056]
In the above embodiment, a gas combustion device for burning gas is used as a heating means for heating a heat medium for heating (heating water in the embodiment), but other combustion devices such as an oil combustion device for burning oil are used. An apparatus may be used, or other heating means such as a heating means for heating a heating heat medium by exhaust heat of an internal combustion engine, steam by a boiler, or a heating means using an electric heater may be used. When utilizing the exhaust heat of the internal combustion engine, it can also be used for vehicles.
[0057]
In the above embodiment, tap water is used as an example of each heat medium, but another liquid heat medium such as antifreeze or oil may be used, or a gas heat medium such as air may be used.
In the above embodiment, the example in which the plurality of cells S are continuously rotated by the cell moving means has been described. However, the cells S are intermittently rotated, linearly moved up and down, left and right, meandering, and the like. May be moved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of a heat pump cycle (first embodiment).
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cooling device (first embodiment).
FIG. 3 is a perspective view of a cell (first embodiment).
FIG. 4 is a perspective view showing an arrangement state of a plurality of cells (first embodiment).
FIG. 5 is a perspective view of a container (first embodiment).
FIG. 6 is a PT refrigeration cycle diagram (first embodiment).
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a cooling and heating device (second embodiment).
FIG. 8It is a schematic structure figure of a cooling device (conventional example).
[Explanation of symbols]
HM high temperature alloy (hydrogen storage alloy)
MM Medium temperature alloy (hydrogen storage alloy)
LM Low temperature alloy (hydrogen storage alloy)
S cell
S1 Upper Room (Room 1)
S2 Middle room (Room 2)
S3 Lower room (Room 2)
S4 hydrogen passage
α Hydrogen drive
α1 heating area
α3 Lower heat radiation area (first heat radiation area)
γ 2nd cooling output section (cooling output section)
γ1 upper heat radiation area (second heat radiation area)
γ2 middle stage cooling output area (cooling output area)
K1 Upper container (first container)
K2 Middle container (second container)
K3 Lower container (second container)
Claims (4)
前記第1室と接触可能に設けられた加熱用の熱媒体が配された加熱域を備えるとともに、前記第2室と接触可能に設けられた放熱用の熱媒体が配された第1放熱域を備える水素駆動部と、
前記第1室と接触可能に設けられた放熱用の熱媒体が配された第2放熱域を備えるとともに、前記第2室と接触可能に設けられた冷熱出力用の熱媒体が配された冷熱出力域を備える冷熱出力部と、
前記複数のセルを前記水素駆動部および前記冷熱出力部に繰り返し移動させるセル移動手段と、を備え、
前記複数のセルは、前記第2室が2つに分割して設けられ、
前記第1室から分割された一方の第2室に水素の移動を行い、この一方の第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るとともに、前記他方の第2室から前記第1室へ水素を移動させて2段目の冷熱出力を得る
ことを特徴とする水素吸蔵式冷却装置。A hydrogen-absorbing cooling device utilizing heat absorption of a hydrogen-absorbing alloy at the time of release of hydrogen, wherein a first chamber in which the hydrogen-absorbing alloy is sealed communicates with the first chamber via a hydrogen passage, and the hydrogen-absorbing alloy is sealed. A plurality of cells having a second chamber,
A first heat radiating area provided with a heat medium for heating provided in contact with the first chamber and provided with a heat medium for heat radiating provided in contact with the second chamber; A hydrogen drive unit comprising:
A second heat radiation area provided with a heat medium for heat radiation provided so as to be capable of contacting the first chamber, and a cold heat provided with a heat medium for heat output provided so as to be able to contact the second chamber; A cooling output unit having an output area,
Cell moving means for repeatedly moving the plurality of cells to the hydrogen drive unit and the cold heat output unit ,
The plurality of cells are provided by dividing the second chamber into two,
The hydrogen is transferred from the first chamber to one of the divided second chambers, and the hydrogen is transferred from the one second chamber to the other second chamber to obtain a first stage cold output, and the other is cooled. Transfer hydrogen from the second chamber to the first chamber to obtain the second stage cold output
A hydrogen storage type cooling device characterized by the above-mentioned .
前記第1室および前記第2室は、それぞれ偏平状を呈するとともに、一方の面が凸状に湾曲するとともに、一方の面に対向する他方の面が凹状に湾曲して設けられた
ことを特徴とする水素吸蔵式冷却装置。The hydrogen storage type cooling device according to claim 1,
The first chamber and the second chamber each have a flat shape, and one surface is curved in a convex shape, and the other surface facing one surface is curved in a concave shape. Hydrogen storage type cooling device.
前記第1室および前記第2室がそれぞれ放射状を呈するように前記複数のセルを配置し、
前記セル移動手段が前記複数のセルを放射状に回転駆動し、
前記加熱域と前記第2放熱域は、前記第1室の群を覆う第1容器内で区画され、
前記第1放熱域と前記冷熱出力域は、前記第2室の群を覆う第2容器内で区画された
ことを特徴とする水素吸蔵式冷却装置。The hydrogen-absorbing cooling device according to claim 1 or 2,
Arranging the plurality of cells such that the first chamber and the second chamber each have a radial shape,
The cell moving means radially drives the plurality of cells,
The heating area and the second heat radiation area are defined in a first container that covers the first chamber group,
The hydrogen storage type cooling device, wherein the first heat radiation area and the cold heat output area are partitioned in a second container covering the group of the second chambers.
前記第1室から前記一方の第2室に水素の移動を行う際、前記他方の第2室に昇圧用の熱媒体が触れ、
前記一方の第2室から前記他方の第2室に水素の移動を行う際、前記第1室に昇圧用の熱媒体が触れ、
前記昇圧用の熱媒体は、前記加熱用の熱媒体、前記放熱用の熱媒体および前記冷熱出力用の熱媒体とは独立した循環路を循環するように設けられ、この循環路にはポンプが設けられた
ことを特徴とする水素吸蔵式冷却装置。The hydrogen-absorbing cooling device according to any one of claims 1 to 3 ,
When transferring hydrogen from the first chamber to the one second chamber, the pressurizing heat medium contacts the other second chamber,
When transferring hydrogen from the one second chamber to the other second chamber, a heat medium for pressurization touches the first chamber,
The heat medium for pressurization is provided so as to circulate in a circulation path independent of the heat medium for heating, the heat medium for heat radiation, and the heat medium for cold heat output, and a pump is provided in this circulation path. A hydrogen storage-type cooling device, which is provided.
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