JP3850558B2 - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出とを繰り返して行わせて、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】
従来の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムとして、特開昭６３−１６１３６６号公報に開示された技術が知られている。この技術は、水素吸蔵合金を収納する容器を偏平に設けるとともに、回転軸の周囲に放射状に配置したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の技術に示される容器は、回転軸の周囲に放射状に配置されるものであるため、隣接する容器と容器との間は、外側へ向かうほど大きくなる。このため、同体積内における容器の枚数が少なく、結果的にヒートポンプサイクルの熱交換効率が低くなってしまう不具合があった。
そこで、偏平薄型の複数の容器を回転中心の周囲に巻き付けた状態で積層配置することで、上記の不具合を解決する手段を見出した（周知技術ではない）。
しかるに、容器に熱媒体を触れさせる熱媒体通路を形成する手段を、高耐圧化するとともに、低熱容量化する要望があった。
【０００４】
また、容器に熱媒体を触れさせるための熱媒体通路と、その熱媒体通路に熱媒体を給排する固定された熱媒体給排手段との摺動シール箇所を少なくしてシール性を確保する要望がある。
【０００５】
【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、複数の容器を渦巻き配置して同体積内における偏平容器の密度を高くした水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、容器に熱媒体を触れさせる熱媒体通路を形成する手段を、高耐圧化するとともに、低熱容量化することにある。
また、第２の目的は、容器に熱媒体を触れさせるための熱媒体通路と、その熱媒体通路に熱媒体を給排する固定された熱媒体給排手段との摺動シール箇所を少なくしてシール性を確保することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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において、
内部に水素吸蔵合金を封入する容器は、偏平薄型形状を呈し、複数の容器が回転中心の周囲に巻き付けられた状態で積層配置され、
各容器間に挟まれた空間の外周を閉塞手段を用いて閉じることにより、熱媒体が流れる熱媒体通路が形成されることを特徴とする。
【０００７】
（請求項２の手段）
請求項１に記載の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記容器を積層して形成される多層回転体の周面には、前記熱媒体通路に熱媒体を給排する給排口が設けられ、
この給排口と、固定された熱媒体給排手段との間は、摺動シールされて連通することを特徴とする。
【０００８】
（請求項３の手段）
請求項２に記載の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記容器は、隣接する容器に締結手段によって締結されて積層されたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の作用および効果】
（請求項１の作用および効果）
複数の容器を渦巻き配置するため、同体積内における偏平容器の密度を高くでき、結果的にヒートポンプサイクルの熱交換効率を高くできる。そして、容器に熱媒体を触れさせる熱媒体通路は、各容器間に挟まれる空間の外周を閉塞手段を用いて閉じることによって形成される。
【００１０】
（請求項２の作用および効果）
熱媒体通路の給排口を各容器が積層した多層回転体の周面に設け、固定されて設けられる熱媒体給排手段が各容器と摺動シール状態で摺接しながら、あるいは容器との間に介在し容器と一体に回転するコネクターに摺動シール状態で摺接しながら、直接的に熱媒体を熱媒体通路に給排するように設けることで、摺動シールが必要な部分は容器に熱媒体を触れさせるための熱媒体通路の給排口と、その熱媒体通路に熱媒体を給排する熱媒体給排手段との間のみで良いため、摺動シール箇所を少なくしてシール性を確保することができる。
【００１１】
（請求項３の作用および効果）
積層配置された容器は、隣接する容器に締結手段によって締結されるため、給排口が設けられる容器の回転外周面の真円度を高めることができる。このため、熱媒体給排手段と熱媒体通路の給排口との間の摺動シール性を高めることができる。
【００１２】
【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、この第１実施例を図１ないし図６を用いて説明する。
【００１３】
（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４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。
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。
【００１４】
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。
【００１５】
（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、水素吸蔵合金が封入された上段容器Ｓ1 、この上段容器Ｓ1 内に図示しない水素通路を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された中段容器Ｓ2 、中段容器Ｓ2 内に図示しない水素通路を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された下段容器Ｓ3 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。
【００１６】
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、上段容器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、中段容器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、下段容器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。
【００１７】
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２枚の金属プレートを真空ろう付けや溶接等の接合方法により接合して偏平な上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 および水素通路を形成し、その後に上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 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。
【００１８】
上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、図１および図２に示すように、２枚の波形プレートＦの山を交差させて重ね合わせ、２枚の波形プレートＦの周囲（水素通路の形成部分を除く）と、交差する山の頂点とを接合したもので、波形プレートＦの波形は、重ね合わせた際に波山が交差するように互いに異なった方向の傾斜角に設けられている。なお、上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の一方の波形プレートＦの波形を図１の（ａ）に示し、他方の波形プレートＦの波形を図１の（ｂ）に示す。
【００１９】
複数のセルＳは、図３に示すように、回転中心の周囲に巻き付けられた渦巻き状に積層配置されるもので、上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の各容器は、図１に示すように、一方の面が凸状に湾曲するとともに、他方の面が凹状に湾曲している。そして、重ね合わされた各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の間には、熱媒体を容器（上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 ）に沿って流す熱媒体通路９ａが形成される。
【００２０】
この熱媒体通路９ａは、各容器と容器との間に挟まれる樹脂あるいは金属によって設けられたパッキング８によって形成される。熱媒体通路９ａは、容器の外周側の給排口９ｂから供給された熱媒体を内側に導いた後に再び外周側の給排口９ｂへ導くために、パッキング８は容器間に挟まれてＵターン形の熱媒体通路９ａを形成するように設けられている。なお、各容器には、パッキング８が嵌め合わされる窪み９ｃが形成されている。
熱媒体通路９ａは、熱媒体を各容器に沿って流すことによって熱媒体の放熱ロスを減少させるとともに、熱媒体の流れを整流させて流速を速くして熱交換量を増大させることで熱交換効率をアップさせるものである。尚、熱媒体通路９ａを容器と容器をろう付けして形成しても良い（パッキン不要）。
【００２１】
各容器が積層された多層回転体の外周面（各容器が渦巻き状に積層されて円柱形状を成す回転体の外周面）には、この外周面の内側の熱媒体通路９ａに熱媒体を給排する給排口９ｂが貫通して設けられている。この給排口９ｂは、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、円柱形状を成す複数のセル集合体の外周面にリング状に装着された合計６つ（上段、中段、下段に各２つ）のセルコネクター１０ａ内に給排口９ｂに対応して貫通形成された給排口９ｂ´に連通する。給排口９ｂの回転外周面側には、熱媒体シール用のＯリング１０ｂが配置されており、給排口９ｂとセルコネクター１０ａとの間で熱媒体が漏れる不具合を防いでいる。
なお、セルコネクター１０ａの給排口９ｂ´への熱媒体の給排は、上段、中段、下段に各２つのセルコネクター１０ａにそれぞれ摺接される熱媒ヘッダ１０ｃ（熱媒体給排手段に相当する）によって成され、回転するセルコネクター１０ａと、固定された熱媒ヘッダ１０ｃとは熱媒ヘッダ１０ｃに設けた給排用長穴１０ｄの周囲に取付けた摺動シールパッキン１０ｅによって、摺動シール性が確保されるものである。
【００２２】
一方、複数のセルＳは、渦巻き状に積層された状態において、隣接するセルＳにビス１０ｆ（締結手段に相当する）によって締結されるもので、各セルＳがビス１０ｆで締結されることで、複数のセルＳを渦巻き状に積層されてなる円柱形状を呈するセル集合体の外周回転面の真円度合が高まる。この真円度合の高まりによって、外周側に装着されるセルコネクター１０ａとのＯリング１０ｂによるシール性が向上する。
【００２３】
なお、各セルＳは略円柱形状に組付けられ、熱媒ヘッダ１０ｃを除く部分を断熱性樹脂よりなる断熱カバーＫで覆った状態で、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ある。なお、このセル移動手段は、例えばモータによって直接的、あるいはギヤやベルト、プーリ等の動力伝達手段を介して間接的に駆動されるもので、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）。
【００２４】
２段式サイクルのヒートポンプサイクル２は、上段容器Ｓ1 内の水素を強制的に下段容器Ｓ3 内に移動させる水素駆動部αと、下段容器Ｓ3 内に移動した水素を中段容器Ｓ2 に移動させる第１冷熱出力部βと、中段容器Ｓ2 内に移動した水素を上段容器Ｓ1 に移動させる第２冷熱出力部γとを備える。
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、略１２０°間隔に異なる熱媒体を供給、排出するために上述した熱媒ヘッダ１０ｃ内において内部空間を仕切る仕切壁（図示しない）によって区画されている。
【００２５】
水素駆動部αは、上段容器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 、中段容器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 、下段容器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 を備える。
第１冷熱出力部βは、上段容器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 、中段容器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 、下段容器Ｓ3 と接触した冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が供給される下段冷熱出力域β3 を備える。
第２冷熱出力部γは、上段容器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 、中段容器Ｓ2 と接触する冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が供給される中段冷熱出力域γ2 を備える。なお、第２冷熱出力部γにおいて下段容器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。
【００２６】
そして、図示しないセル移動手段によりセルＳが回転することにより、上段容器Ｓ1 の群が加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 を循環するものであり、中段容器Ｓ2 の群が中段昇圧域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、下段容器Ｓ3 の群が下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不問域γ3 を循環するものである。
【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４に示す符号１１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容器Ｓ1 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。
【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１２、このガスバーナ１２へガスの供給を行うガス量調節弁１３およびガス開閉弁１４を備えたガス供給回路１５、ガスバーナ１２へ燃焼用の空気を供給する燃焼ファン１６、ガスの燃焼熱と加熱水とを熱交換する熱交換器１７等から構成される。
そして、ガスバーナ１２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１８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。
【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１９、この室内熱交換器１９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２０を備える。室内熱交換器１９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（例えば７℃）を循環させる冷熱出力水循環路２１が接続され、この冷熱出力水循環路２１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Ｐ3 を備えた放熱水循環路２２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、上記に示す加熱水循環路１８、冷熱出力水循環路２１および放熱水循環路２２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２３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２４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２４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 ´）、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１６、ガス量調節弁１３、ガス開閉弁１４、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２０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２０をONする。
【００３４】
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、各上段容器Ｓ1 が加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 の順で移動し、各中段容器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、各下段容器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。
【００３５】
水素駆動部αへ進入したセルＳは、上段容器Ｓ1 が加熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が昇圧水に触れ、下段容器Ｓ3 が放熱水に触れる。
上段容器Ｓ1 が加熱水（８０℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1 の内圧が上昇し、高温合金ＨＭが水素を放出する。
中段容器Ｓ2 が昇圧水（５６℃）に触れることにより、中段容器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。
下段容器Ｓ3 が放熱水（２８℃）に触れることにより、下段容器Ｓ3 の内圧が下がり、低温合金ＬＭが水素を吸蔵する。
【００３６】
このように、上段容器Ｓ1 が加熱域α1 で加熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が中段昇圧域α2 で昇圧水に触れ、下段容器Ｓ3 が下段放熱域α3 の放熱水に触れることにより、上段容器Ｓ1 内が８０℃：１．０ＭＰａ、中段容器Ｓ2 内が５６℃：１．０ＭＰａ、下段容器Ｓ3 内が２８℃：０．９ＭＰａとなり、上段容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を放出し（図６の▲１▼）、下段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を吸蔵する（図６の▲２▼）。なお、中段容器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。
【００３７】
第１冷熱出力部βへ進入したセルＳは、上段容器Ｓ1 が昇圧水に触れ、中段容器Ｓ2 が放熱水に触れ、下段容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。
上段容器Ｓ1 が昇圧水（５８℃）に触れることにより、上段容器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。
中段容器Ｓ2 が放熱水（２８℃）に触れることにより、中段容器Ｓ2 の内圧が下がり、中温合金ＭＭが水素を吸蔵し、下段容器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、下段容器Ｓ3 内で吸熱が生じ、下段容器Ｓ3 に触れる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、下段容器Ｓ3 の内圧が中段容器Ｓ2 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、上段容器Ｓ1 が上段昇圧域β1 で昇圧水に触れ、中段容器Ｓ2 が中段放熱域β2 で放熱水に触れ、下段容器Ｓ3 が下段冷熱出力域β3 の冷熱出力水に触れることにより、上段容器Ｓ1 内が５８℃：０．５ＭＰａ、中段容器Ｓ2 内が２８℃：０．４ＭＰａ、下段容器Ｓ3 内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、下段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出し（図６の▲３▼）、中段容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵する（図６の▲４▼）。下段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用により下段容器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、上段容器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。
【００３９】
第２冷熱出力部γへ進入したセルＳは、上段容器Ｓ1 が放熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が冷熱出力水に触れ、下段容器Ｓ3 が不問水に触れる。
上段容器Ｓ1 が放熱水（２８℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1 の内圧が下がり、高温合金ＨＭが水素を吸蔵し、中段容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出する。
中温合金ＭＭが水素を放出するため、中段容器Ｓ2 内で吸熱が生じ、中段容器Ｓ2 に触れる冷熱出力水が例えば７℃に冷やされる。なお、中温合金ＭＭは、冷熱出力水が１３℃くらいでは、中段容器Ｓ2 の内圧が上段容器Ｓ1 の内圧より高くなるように設けられている。
【００４０】
このように、上段容器Ｓ1 が上段放熱域γ1 で放熱水に触れることにより、上段容器Ｓ1 内が２８℃：０．１ＭＰａ、中段容器Ｓ2 内が１３℃：０．２ＭＰａ、下段容器Ｓ3 内は不問状態となり、中段容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出し（図６の▲５▼）、上段容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図６の▲６▼）。中段容器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容器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、下段容器Ｓ3 の温度は無関係で、下段容器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。
【００４１】
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２１を介して室内空調機５の室内熱交換器１９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。
【００４２】
〔実施例の効果〕
複数のセルＳを渦巻き状に配置するため、同体積内における上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の密度を高くでき、結果的にヒートポンプサイクル２の熱交換効率を高くできる。そして、各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 に熱媒体を触れさせる熱媒体通路９ａは、各容器間に挟まれるパッキング８によって形成される。つまり、各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 に熱媒体を触れさせる熱媒体通路９ａを形成する手段は、各容器間に挟まれるパッキング８であるため、熱媒体通路９ａを高耐圧化できるとともに、低熱容量化できる。
【００４３】
熱媒体通路９ａの給排口９ｂを各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の回転外周面に貫通して設け、セルコネクター１０ａが熱媒ヘッダ１０ｃに摺動シール状態で摺接しながら回転し、熱媒ヘッダ１０ｃの給排用長穴１０ｄから給排される熱媒体が、セルコネクター１０ａの給排口９ｂ´、給排口９ｂを介して熱媒体通路９ａに供給され、Ｕターンして他の給排口９ｂ→給排口９ｂ´→給排用長穴１０ｄへ排出される。このため、固定された熱媒ヘッダ１０ｃと回転する熱媒体通路９ａとの間で摺動シールが必要なのはセルコネクター１０ａと熱媒ヘッダ１０ｃの間のみであり、摺動シール箇所を少なくしてシール性を確保することができる。
【００４４】
また、積層配置されたセルＳは、隣接するセルＳにビス１０ｄによって締結されるため、複数のセルＳを渦巻き状に積層されてなる円柱形状を呈するセル集合体の外周回転面の真円度合が高まる。この真円度合の高まりによって、回転するセルコネクター１０ａと、固定された熱媒ヘッダ１０ｃとの摺動シール性が向上する。
【００４５】
〔変形例〕
次に、本発明の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムを冷暖房装置に適用した変形例を示す。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１９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１８と冷熱出力水循環路２１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。
なお、室内空調機５の他に、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。
【００４６】
上記の実施例では、外周に設けた給排口９ｂ→給排口９ｂで通路をＵターンさせたが、内周側の給排口→外周側の給排口に熱媒体を流したり、外周側の給排口→内周側の給排口に熱媒体を流したり、あるいは給排口を供給も排出も内周側に設けてＵターンさせても良い。
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ても良い。
上記の実施例では、説明を容易化するために、図面の上下に応じて上段容器Ｓ1 、中段容器Ｓ2 、下段容器Ｓ3 とした例を示したが、上下の配置を入れ替えたり各容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を横に配置して水平な回転軸の周りを回転させるなどしても良い。このような場合は、勿論、各容器に供給する各熱媒体もヒートポンプサイクルが成り立つように入れ替える。
【００４７】
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容器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。
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容器を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、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。
上記の実施例では、１つのヒートポンプユニット（複数のセルＳからなる１つの回転体）を用いた例を示したが、複数のヒートポンプユニット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。
【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。
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、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。
【００５０】
尚、上記実施例は、セルＳの外周にセルコネクター１０ａを装着して、給排口９ｂ´を介して給排口９ｂに給排させたが、セルコネクター１０ａを設けず、熱媒ヘッダ１０ｃの給排用長穴１０ｄから直接給排口９ｂに給排させても良い。この場合、給排口９ｂ側のＯリング１０ｂは不要となり、摺動シールは固定された熱媒ヘッダ１０ｃと回転するセルＳの回転外周面の給排口９ｂとの間で行われる。
又、熱媒体通路９ａはパッキング８で仕切られてＵ字状の通路となるが、熱媒体通路９ａの両端に位置することになる上下の給排口９ｂ、９ｂは一方を供給口、他方を排出口とするならば、上下を問わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルおよびパッキングの概略斜視図である（第１実施例）。
【図２】波形プレートの重なり状態を示す概略斜視図である（第１実施例）。
【図３】渦巻き状に積層された複数のセルの概略図である（第１実施例）。
【図４】冷房装置の概略構成図である（第１実施例）。
【図５】ヒートポンプユニットの斜視図である（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（変形例）。
【符号の説明】
Ｆ 波形プレート
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 上段容器
Ｓ2 中段容器
Ｓ3 下段容器
８ パッキング
９ａ 熱媒体通路
９ｂ 給排口
１０ｂ Ｏリング
１０ｆ ビス（締結手段）

Claims (3)

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において、
   内部に水素吸蔵合金を封入する容器は、偏平薄型形状を呈し、複数の容器が回転中心の周囲に巻き付けられた状態で積層配置され、
   各容器間に挟まれた空間の外周を閉塞手段を用いて閉じることにより、熱媒体が流れる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１記載の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
   前記容器を積層して形成される多層回転体の周面には、前記熱媒体通路に熱媒体を給排する給排口が設けられ、
   この給排口と、固定された熱媒体給排手段との間は、摺動シールされて連通する
   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２記載の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
   前記容器は、隣接する容器に締結手段によって締結されて積層された
   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。

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