JP3859379B2 - Heat utilization system using hydrogen storage alloy - 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出力を得る、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】
【従来の技術】
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムでは、水素吸蔵合金と熱媒体の熱交換を行う熱交換器を備える。この熱交換器は、水素吸蔵合金を収容する合金容器を備える。この合金容器は耐圧が要求されるため、ステンレス材を一般に使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
合金容器の内部は水素に触れるため、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムが長期に亘って使用されると、合金容器を構成するステンレス材が水素によって脆性破壊が発生する可能性があり、長寿命化の妨げとなっている。
【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合金容器として耐圧性に優れたステンレス材を使用しても、水素による脆性破壊を招くことのない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、または水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
水素吸蔵合金を収容するステンレス材製の合金容器の内面には、銅の層が設けられたことを特徴とする。
【0006】
〔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、
前記銅の層は、銅の蒸着技術によって設けられたことを特徴とする。
【0007】
〔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、
前記合金容器は一対のプレートを接合して設けられ、
前記一対のプレートは銅材をろう材として接合され、
前記銅の層は、前記接合のためのろう材を過剰に使用し、過剰分のろう材の銅がろう付け時に前記合金容器の内面に蒸着して設けられたことを特徴とする。
【0008】
〔請求項4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、
前記合金容器は、ステンレス板に銅箔を接合したクラッド材を使用し、
前記銅箔は、高温下で溶かされて前記合金容器の内面に蒸着されたことを特徴とする。
【0009】
〔請求項5の手段〕
請求項4の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記合金容器は、前記クラッド材よりなる一対のプレートを接合して設けられ、
その一対のプレートを接合する際に、前記銅箔がろう材として流用されたことを特徴とする。
【0010】
【発明の作用および効果】
〔請求項1の作用および効果〕
合金容器の内面に設けられた銅の層は、水素によって脆性破壊されない。従って、合金容器を構成するステンレス材は、内表面が銅の層で覆われて保護されているため、長期に使用しても水素によって脆性破壊を受けない。このため、合金容器の耐久性を高めることができ、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムを長寿命化できる。
【0011】
〔請求項2の作用および効果〕
蒸着技術によって合金容器の内面に銅の層を設けるため、確実に合金容器の全ての内面に銅の層を形成できる。
【0012】
〔請求項3の作用および効果〕
合金容器を構成する一対のプレートを接合するろう材を使用して合金容器の内面に銅の層を蒸着できるため、製造が容易になる。
【0013】
〔請求項4、5の作用および効果〕
ステンレス材の鋼板に銅箔を接合したクラッド材を使用したため、合金容器の製造時の作業工数を少なくでき、組付け作業を容易に行うことができる。
【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〕
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10を用いて説明する。なお、本実施例の冷房装置1は、水素吸蔵合金を用いた熱交換ユニット2の一例として2段式サイクルを用いた。
【0015】
冷房装置1の概略構成を図9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。
【0016】
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。
【0017】
(熱交換ユニット2の説明)
熱交換ユニット2は、水素吸蔵合金と複数の熱媒体との熱交換を行う熱交換器8と、複数の熱媒体の供給および排出を行う分配器9とから構成される。なお、本実施例に示す熱交換器8は円筒形状を呈するもので、水平方向に配置された円柱状の分配器9の周囲を回転するように設けられている(図9では便宜上、分配器9が垂直方向に配置された図を示す)。
【0018】
熱交換器8は、図1および図2に示すような、偏平でリング円盤形状を呈したリング円盤Rを多数積層したもので、1つのリング円盤Rは、内部に水素吸蔵合金を収納する偏平な合金収容室10{図3(a)のハッチング内参照、後述する第1〜第3容器S1 〜S3 }を複数放射状に配置し、積層方向の合金容器(合金収容室10を構成する容器)と合金容器との間に熱媒体通路11{図3(b)のハッチング内参照}を形成するものである。
【0019】
1つのリング円盤Rは、ステンレス材の鋼板をプレス成形した一対のプレート12、13(図1参照)を対向して接合して構成されるもので、その一対のプレート12、13は、一方の面に合金収容室10形成用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体通路11形成用の窪みが形成されたものである。
そして、熱交換器8は、図1に示すように一対のプレート12、13よりなるリング円盤Rを多数積層し、合金容器の外端に水素通路S4 を確保するための連結パイプS5 および端部閉塞蓋S6 を組付けるとともに、内周に分配器摺接シール用の円筒パイプS7 を組付け、真空ろう付けや溶接等の接合方法により接合したものである。
なお、円筒パイプS7 には、分配器9の外周面に形成された固定側給排穴A1 (後述する)から、熱交換器8内の各熱媒体通路11への熱媒体の供給と排出を行う回転側給排穴A2 (後述する)が形成されている。
【0020】
ここで、熱交換器8を構成するリング円盤R(一対のプレート12、13)、連結パイプS5 、端部閉塞蓋S6 、円筒パイプS7 は、全てステンレス材によって設けられるものであり、水素が触れる合金容器の内面(合金収容室10内)、連結パイプS5 および端部閉塞蓋S6 の内面には、数μm〜数十μmの銅の層が設けられている。
この銅の層は、蒸着技術によって設けられたもので、この実施例では、一対のプレート12、13を接合する際のろう材として銅を用いるとともに、接合のためのろう材を過剰に使用し、過剰分のろう材の銅がろう付け時に合金容器の内面(合金収容室10内)や、連結パイプS5 および端部閉塞蓋S6 の内面に蒸着して形成されたものである。
【0021】
なお、銅は、ろう付け前に予め一対のプレート12、13の接合面に電気メッキ法でメッキしておいても良いし、銅箔を一対のプレート12、13の接合面に挟み込んでおいてろう付けを行っても良いし、ステンレス板に銅箔が接合されたクラッド材で一対のプレート12、13を構成してろう付けを行っても良い。これらの場合、銅のメッキ厚や銅箔厚を厚くして、一対のプレート12、13を接合する際のろう材としてメッキ銅や銅箔の一部を流用することで、作業工数を低減できる。
【0022】
1つのリング円盤Rに形成される合金容器の数は、熱交換ユニット2が1段サイクルの場合は2×n(n=正の整数)であり、2段サイクルの場合は3×nであり、3段サイクルの場合は4×nである。そして、この実施例では、2段サイクルを採用し、1つのリング円盤Rに6つの合金容器が形成される例を示す。
1つのリング円盤Rに形成される複数の合金容器は、円盤中心の周囲に巻付けられる形状で配置される。これによって、熱交換ユニット2の占めるスペース内における水素吸蔵合金の充填有効率が高くなり、結果的に熱交換ユニット2を小型化できる。
【0023】
本実施例の熱交換ユニット2は、上述のように2段式サイクルを用いたもので、多数のリング円盤Rを積層して構成される合金容器は、高温合金HMが封入された第1容器S1 、この第1容器S1 内に水素通路S4 を介して連通し、中温合金MMが封入された第2容器S2 、この第2容器S2 内に水素通路S4 を介して連通し、低温合金LMが封入された第3容器S3 に分類される。
【0024】
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10のPT冷凍サイクル図を用いて説明すると、水素吸蔵合金の特性が、相対的に高温側(図示左側)にあるのが高温合金HM、低温側にあるのが低温合金LM、両者の中間にあるのが中温合金MMである。
なお、粉末状の各合金HM、MM、LMは、第1〜第3容器S1 〜S3 の内部に充填され、真空引きを行い、活性化処理を施し、水素を高圧充填した後、合金充填用開口部14を金属蓋(図示しない)で封止して封入されるものである。
【0025】
円筒状の熱交換器8は、円柱形状を呈する分配器9の周囲を回転するように設けられている。熱交換器8は、回転駆動手段(例えば、電動モータによって熱交換器8を直接的あるいはギヤやベルト等を介して間接的に回転駆動する手段)によって連続的に回転駆動されるものである。
【0026】
分配器9の構成を図6、図7に示す。分配器9は、第1〜第3容器S1 〜S3 に触れる熱媒体を切り換えて供給するもので、円筒状の熱交換器8が分配器9の周囲で回転することによって、各合金容器の間(積層方向の間)の各熱媒体通路11に供給される熱媒体が切り換えられ、水素通路S4 で連結される第1〜第3容器S1 〜S3 が水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γに移行する(図8参照)。
【0027】
水素駆動部αは第1容器S1 内の水素を強制的に第3容器S3 内に移動させる部位で、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、第2冷熱出力部γは第2容器S2 内に移動した水素を第1容器S1 に移動させる部位である。
なお、水素駆動部α、第1冷熱出力部β、第2冷熱出力部γは、略120°間隔に設けられたもので、分配器9の外周面に形成された各固定側給排穴A1 (後述する)の連通範囲によって区画されている。
【0028】
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)が供給される加熱域α1 、第2容器S2 と接触する昇圧水(例えば56℃ほど)が供給される第2昇圧域α2 、第3容器S3 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される第3放熱域α3 を備える。
第1冷熱出力部βは、第1容器S1 と接触する昇圧水(例えば58℃ほど)が供給される第1昇圧域β1 、第2容器S2 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される第2放熱域β2 、第3容器S3 と接触する冷熱出力水(例えば13℃ほど)が供給される第3冷熱出力域β3 を備える。
第2冷熱出力部γは、第1容器S1 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される第1放熱域γ1 、第2容器S2 と接触する冷熱出力水(例えば13℃ほど)が供給される第2冷熱出力域γ2 を備える。なお、第2冷熱出力部γにおいて第3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。
【0029】
そして、回転駆動手段により熱交換器8が回転することにより、第1容器S1 の群が加熱域α1 →第1昇圧域β1 →第1放熱域γ1 を繰り返し、第2容器S2 の群が第2昇圧域α2 →第2放熱域β2 →第2冷熱出力域γ2 を繰り返し、第3容器S3 の群が第3放熱域α3 →第3冷熱出力域β3 →不問域γ3 を繰り返す。
【0030】
次に、分配器9と熱交換器8との熱媒体の受渡しについて説明する。
分配器9は、図6に示すように、第1容器S1 の各間に形成される熱媒体通路11に熱媒体を給排するための第1ブロック9aと、第2容器S2 の各間に形成される熱媒体通路11に熱媒体を給排するための第2ブロック9bと、第3容器S3 の各間に形成される熱媒体通路11に熱媒体を給排するための第3ブロック9cとを備えるとともに、第1ブロック9aと第2ブロック9bの間に配置されて熱媒体の流れを120°捩じって変更する第1ジョイント9dと、第2ブロック9bと第3ブロック9cの間に配置されて熱媒体の流れを120°捩じって変更する第2ジョイント9eとから構成される。
【0031】
なお、この実施例の分配器9は、図6および図7(b)に示すように、第1〜第3容器S1 〜S3 に直列的に熱媒体を供給する直列接続供給タイプを示すが、図7(a)に示すように、第1〜第3容器S1 〜S3 に並列的に熱媒体を供給する並列接続供給タイプを採用しても良い。このような直列接続と並列接続の変更は、第1〜第3ブロック9a〜9cの変更によって容易に可能であり、直列接続と並列接続の設定によって、熱媒体の温度変化が累積的である場合(直列接続)と、均一的である場合(並列接続)とを選択でき、最適な温度の熱媒体を熱交換器8の第1〜第3容器S1 〜S3 に供給することが可能になる。
【0032】
第1〜第3ブロック9a〜9cのそれぞれは、水素駆動部α、第1冷熱出力部β、第2冷熱出力部γに対応して配置されるもので、各部に応じて熱媒体の給排用の固定側給排穴A1 が形成されている。
各固定側給排穴A1 を図6を用いて具体的に説明する。
【0033】
第1ブロック9aには、加熱域α1 に移行した第1容器S1 間の熱媒体通路11に加熱水を給排するための固定側給排穴A1 、第1昇圧域β1 に移行した第1容器S1 間の熱媒体通路11に昇圧水を給排するための固定側給排穴A1 、第1放熱域γ1 に移行した第1容器S1 間の熱媒体通路11に放熱水を給排するための固定側給排穴A1 が形成されている。
第2ブロック9bには、第2昇圧域α2 に移行した第2容器S2 間の熱媒体通路11に昇圧水を給排するための固定側給排穴A1 、第2放熱域β2 に移行した第2容器S2 間の熱媒体通路11に放熱水を給排するための固定側給排穴A1 、第2冷熱出力域γ2 に移行した第2容器S2 間の熱媒体通路11に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴A1 が形成されている。
第3ブロック9cには、第3放熱域α3 に移行した第3容器S3 間の熱媒体通路11に放熱水を給排するための固定側給排穴A1 、第3冷熱出力域β3 に移行した第3容器S3 間の熱媒体通路11に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴A1 、不問域γ3 に移行した第3容器S3 間の熱媒体通路11に水素移動に関与しない不問水を給排するための固定側給排穴A1 が形成されている。
なお、各固定側給排穴A1 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向にずれて配置されている。
【0034】
分配器9の端には、熱交換器8への熱媒体給排用の配管が接続される。この実施例では、図6に示すように、分配器9の一端側(図6左側)には高温系熱媒体(加熱水、昇圧水)の配管が接続され、分配器9の他端側(図6右側)には低温系熱媒体(放熱水、冷熱出力水、不問水)の配管が接続されている。このように、分配器9に接続される配管を、分配器9の一端側に高温系、他端側に低温系とすることにより、高温系熱媒体と低温系熱媒体とが熱交換してヒートロスが発生する不具合を抑えることができる。なお、この実施例では、分配器9の両端に熱媒体給排用の配管を接続する例を示すが、分配器9の一端のみに熱媒体給排用の配管を接続し、配管の搭載スペースを小さくしても良い。
【0035】
熱交換器8の内周面には、上述したように、分配器摺接シール用の円筒パイプS7 が接合されており、この円筒パイプS7 には、分配器9の固定側給排穴A1 を介して熱媒体の給排を行う複数の回転側給排穴A2 が形成されている。
本実施例の熱交換器8は、合金容器が周方向に6つ形成されたリング円盤Rを多数積層したものであるため、積層方向に隣接する第1容器S1 の群は、第1ブロック9aの周囲に周方向に6つ配置され、積層方向に隣接する第2容器S2 の群は、第2ブロック9bの周囲に周方向に6つ配置され、積層方向に隣接する第3容器S3 の群は、第3ブロック9cの周囲に周方向に6つ配置される。
このため、円筒パイプS7 には、第1容器S1 の6つの群のために供給側と排出側の合わせて12コの回転側給排穴A2 が形成されており、第2容器S2 の6つの群のために供給側と排出側の合わせて12コの回転側給排穴A2 が形成されており、第3容器S3 の6つの群のために供給側と排出側の合わせて12コの回転側給排穴A2 が形成されている。
なお、各回転側給排穴A2 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向(合金容器の積層方向)にずれて配置されている。
【0036】
上述したように、積層方向に隣接する合金容器と合金容器との間に熱媒体通路11が形成されており、合金容器には第1、第2、第3合金容器S1 、S2 、S3 のそれぞれの範囲で積層方向に貫通する貫通穴A3 が設けられており、各熱媒体通路11は、貫通穴A3 を介して隣接する熱媒体通路11に連通している。
この実施例の熱交換器8は、円筒パイプS7 の回転側給排穴A2 の供給側から熱交換器8内に供給された熱媒体を、各熱媒体通路11に分配して供給する並列接続供給タイプを採用している。このため、各合金容器には、熱媒体供給用の貫通穴A3 と、熱媒体排出用の貫通穴A3 の両方が形成されている。なお、熱交換器8は、各合金容器に熱媒体供給用の貫通穴A3 と熱媒体排出用の貫通穴A3 の両方が形成されたリング円盤R1 (図4、a参照)と、第1容器S1 の群と第2容器S2 の群との境界の仕切および第2容器S2 の群と第3容器S3 の群との境界の仕切に用いられる貫通穴A3 のない仕切用のリング円盤R2 (図4、b参照)とを組み合わせて構成されるものである。
【0037】
熱交換器8内に供給された熱媒体の流れを図7を参照して説明する。
回転側給排穴A2 の供給側(図5の上方)から熱交換器8内に供給された熱媒体は、各熱媒体通路11を連通させる熱媒体供給用の貫通穴A3 を介して熱交換器の軸方向(図5の下方向)に流れ、その熱媒体供給用の貫通穴A3 から各熱媒体通路11に分配して供給される。
各熱媒体通路11を通過した熱媒体は、各熱媒体通路11を連通させる熱媒体排出用の貫通穴A3 にて収集されるとともに、その熱媒体排出用の貫通穴A3 を介して熱交換器の軸方向(図5の下方向)に流れる。
そして、熱媒体排出用の貫通穴A3 によって、図5の下方に流れた熱媒体は、回転側給排穴A2 の排出側(図5の下方)から分配器9の固定側給排穴A1 (排出側)に排出される。
つまり、熱交換器8の各容器S1 、S2 、S3 内において、合金容器の積層方向に貫通して設けられた貫通穴A3 によって熱媒体は軸方向へ流れるため、熱交換器8の内周に設けられる回転側給排穴A2 の供給側と排出側とを軸方向にずらして配置することができる。
【0038】
(熱交換ユニット2における上記以外の構成部品の説明)
図9に示す符号15は、第1昇圧域β1 と第2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 で温度上昇した第1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、熱交換ユニット2の作動中、第1昇圧域β1 の昇圧水の温度は例えば58℃程で、第2昇圧域α2 の昇圧水の温度は例えば56℃程になる。
【0039】
(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から加熱水が熱交換ユニット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。
【0040】
(室内空調機5の説明)
室内空調機5は、上述のように室内に配置されるもので、内部に室内熱交換器23、この室内熱交換器23に供給される冷熱出力水と室内空気とを強制的に熱交換し、熱交換後の空気を室内に吹き出させるための室内ファン24を備える。室内熱交換器23には、第3冷熱出力域β3 および第2冷熱出力域γ2 から供給される冷熱出力水を循環させる冷熱出力水循環路25が接続され、この冷熱出力水循環路25の途中(室外機7内)には、冷熱出力水を循環させる冷熱出力水ポンプP2 (出力ポンプに相当する)が設けられている。
【0041】
(放熱水冷却手段4の説明)
放熱水冷却手段4は、水冷開放型の冷却塔であり、この放熱水冷却手段4によって冷却された放熱水は、放熱水循環ポンプP3 を備えた放熱水循環路26によって第3放熱域α3 、第2放熱域β2 、第1放熱域γ1 に供給される。
放熱水冷却手段4は、第3放熱域α3 、第2放熱域β2 、第1放熱域γ1 を通過した放熱水を、上方から下方へ流し、流れている間に外気と熱交換して放熱するとともに、流れている間に一部蒸発させて、蒸発時に流れている放熱水から気化熱を奪い、流れている放熱水を冷却するものである。また、この放熱水冷却手段4は、図示しない放熱ファンを備え、この放熱ファンの生じる空気流によって放熱水の蒸発および冷却を促進するように設けられている。
なお、この実施例では、放熱水冷却手段4として水冷開放型の冷却塔を示したが、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。
【0042】
ここで、上記に示す加熱水循環路22、冷熱出力水循環路25および放熱水循環路26は、それぞれシスターンT1 、T2 、T3 を備えており、シスターンT1 、T2 、T3 内の水位が所定水位以下に低下すると、それぞれに設けられた給水バルブT4 、T5 、T6 が開き、給水管27から供給される水道水をシスターンT1 、T2 、T3 内に補充するように設けられている。
また、熱交換ユニット2の下部にはドレンパンPが配置され、熱交換ユニット2に発生したドレン水を排水管28から排水するように設けられている。なお、放熱水冷却手段4で溢れた水も排水管28から排水するように設けられている。
【0043】
(制御装置6の説明)
制御装置6は、室内空調機5に設けられたコントローラからの操作指示や、複数設けられた各センサの入力信号に応じて、上述の加熱水循環ポンプP1 (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(図示しない点火装置、ガス量調節弁17、ガス開閉弁18、燃焼ファン20等)を制御するとともに、室内空調機5に室内ファン24の作動指示を与えるものである。
【0044】
(冷房運転の作動説明)
上記の冷房装置1による冷房運転の作動を、図10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 (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24をONする。
【0045】
回転駆動手段によって、熱交換器8が連続的に回転移動する。これによって、多数の合金容器が、水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γの順で移動する。
つまり、各第1容器S1 が加熱域α1 →第1昇圧域β1 →第1放熱域γ1 の順で移動し、各第2容器S2 が第2昇圧域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 →不問域γ3 の順で移動する。
【0046】
水素駆動部αへ移行すると、第1容器S1 が加熱水に触れ、第2容器S2 が昇圧水に触れ、第3容器S3 が放熱水に触れる。
第1容器S1 が加熱水(80℃)に触れることにより、第1容器S1 の内圧が上昇し、高温合金HMが水素を放出する。
第2容器S2 が昇圧水(56℃)に触れることにより、第2容器S2 の内圧が中温合金MMが水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。
第3容器S3 が放熱水(28℃)に触れることにより、第3容器S3 の内圧が下がり、低温合金LMが水素を吸蔵する。
【0047】
このように、第1容器S1 が加熱域α1 で加熱水に触れ、第2容器S2 が第2昇圧域α2 で昇圧水に触れ、第3容器S3 が第3放熱域α3 の放熱水に触れることにより、第1容器S1 内が80℃:1.0MPa、第2容器S2 内が56℃:1.0MPa、第3容器S3 内が28℃:0.9MPaとなり、第1容器S1 の高温合金HMが水素を放出し(図10の▲1▼)、第3容器S3 の低温合金LMが水素を吸蔵する(図10の▲2▼)。なお、第2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を通過すると、その後第1冷熱出力部βへ移動する。
【0048】
第1冷熱出力部βへ移行すると、第1容器S1 が昇圧水に触れ、第2容器S2 が放熱水に触れ、第3容器S3 が冷熱出力水に触れる。
第1容器S1 が昇圧水(58℃)に触れることにより、第1容器S1 の内圧が高温合金HMが水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。
第2容器S2 が放熱水(28℃)に触れることにより、第2容器S2 の内圧が下がり、中温合金MMが水素を吸蔵し、第3容器S3 の低温合金LMが水素を放出する。
低温合金LMが水素を放出するため、第3容器S3 内で吸熱が生じ、第3容器S3 に触れた冷熱出力水が例えば7℃に冷やされる。なお、低温合金LMは、冷熱出力水が13℃くらいでは、第3容器S3 の内圧が第2容器S2 の内圧より高くなるように設けられている。
【0049】
このように、第1容器S1 が第1昇圧域β1 で昇圧水に触れ、第2容器S2 が第2放熱域β2 で放熱水に触れ、第3容器S3 が第3冷熱出力域β3 の冷熱出力水に触れることにより、第1容器S1 内が58℃:0.5MPa、第2容器S2 内が28℃:0.4MPa、第3容器S3 内が13℃:0.5MPaとなり、第3容器S3 の低温合金LMが水素を放出し(図10の▲3▼)、第2容器S2 の中温合金MMが水素を吸蔵する(図10の▲4▼)。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を通過すると、その後第2冷熱出力部γへ移動する。
【0050】
第2冷熱出力部γへ移行すると、第1容器S1 が放熱水に触れ、第2容器S2 が冷熱出力水に触れ、第3容器S3 が不問水に触れる。
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が水素を吸蔵し、第2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、第2容器S2 内で吸熱が生じ、第2容器S2 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は、冷熱出力水が13℃くらいでは、第2容器S2 の内圧が第1容器S1 の内圧より高くなるように設けられている。
【0051】
このように、第1容器S1 が第1放熱域γ1 で放熱水に触れることにより、第1容器S1 内が28℃:0.1MPa、第2容器S2 内が13℃:0.2MPa、第3容器S3 内は不問状態となり、第2容器S2 の中温合金MMが水素を放出し(図10の▲5▼)、第1容器S1 の高温合金HMが水素を吸蔵する(図10の▲6▼)。第2容器S2 の中温合金MMが水素を放出する際、吸熱作用により第2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、第3容器S3 の温度は無関係で、第3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を通過すると、その後水素駆動部αへ移動する。
【0052】
なお、熱交換ユニット2の第3冷熱出力域β3 および第2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25を介して室内空調機5の室内熱交換器23に供給されて、室内に吹き出される空気と熱交換されて室内を冷房する。
【0053】
〔実施例の効果〕
上記の実施例で示したように、水素が触れる合金容器の内面(合金収容室10内)、連結パイプS5 および端部閉塞蓋S6 の内面には、数μm〜数十μmの銅の層が形成されている。銅の層は、水素によって脆性破壊されない。従って、合金容器、連結パイプS5 および端部閉塞蓋S6 を構成するステンレス材は、内表面が銅の層で覆われて保護されているため、長期に使用しても水素によって脆性破壊を受けない。このため、水素に触れる熱交換器8の耐久性を高めることができ、冷房装置1の耐久性を向上できる。
【0054】
〔変形例〕
上記の実施例では、銅材を蒸着させて銅の層を形成した例を示したが、予め銅の層が形成されたステンレス材(銅箔を接合したクラッド材、銅メッキが成されたステンレス材など)を用い、銅より融点の低いろう材によってプレート12、13を接合しても良い。このように、蒸着以外の技術を用いて合金容器内に銅の層を形成しても良い。
【0055】
上記の実施例では、一対のプレート12、13によって、複数の合金収容室10を形成した例を示したが、図11に示すように、一対のプレート12、13によって、1つの合金収容室10を形成し、その合金収容室10を回転軸の周囲に複数配置して偏平円盤形状に設けるとともに、軸方向に合金容器を積層して円筒形状の熱交換器8を製造しても良い。なお、各合金収容室10を形成する一対のプレート12、13は周方向に接触しているのみで、溶接されていないものである。このように設けることにより、熱交換器8の製造時において、周方向に隣接する一対のプレート12、13間で円盤の誤差が吸収され、結果的に円筒形状を呈した熱交換器8を容易に製造できる。
【0056】
上記の実施例では、外周囲を円形とした円筒形状の熱交換器8を示したが、外周囲を六角形とした六角柱形状の熱交換器8を設け、中心側に回転側給排穴A2が形成された円筒パイプS7 を設けるようしても良い。
【0057】
上記の実施例では、熱交換器8の外周側で熱媒体がターンして内側に戻る熱媒体通路11を採用した並列接続供給タイプを採用した例を示したが、図12(a)に示すように、熱媒体がターンしない熱媒体通路11を採用した並列接続供給タイプを採用しても良い。また、図12(b)、(c)に示すような直列接続供給タイプや、図12(d)に示すような並列接続と直列接続の混成タイプを採用しても良い。
上記の実施例では、偏平なリング円盤Rを積層した熱交換器8に本発明を適用した例を示したが、合金容器を回転軸に沿って放射状に配置したフィンタイプの熱交換器に本発明を適用しても良い。
【0058】
上記の実施例では、冷房専用の装置を例に示したが、冷暖房装置に適用しても良い。具体的な一例を示すと、燃焼装置3で加熱された加熱水を室内空調機5の室内熱交換器23に導いて室内暖房を行うように設けても良い。また、燃焼装置3で加熱された加熱水を床暖房マット、浴室乾燥機などに接続し、加熱水の供給によって床暖房、浴室暖房などを行うように設けても良い。
【0059】
上記の実施例では、熱交換器8を回転駆動手段によって連続的に回転させた例を示したが、熱交換器8を間欠的に回転移動させても良い。
上記の実施例では熱交換器8の回転軸(分配器9)を水平に配置した例を示したが、垂直に配置したり、斜めに配置しても良い。また、第1容器S1 、第2容器S2 、第3容器S3 の配置順序を変形し、各合金容器に触れる熱媒体の切替も熱交換ユニットが成り立つようにしても良い。
【0060】
上記の実施例では、昇圧用の熱媒体として、加熱域α1 で温度上昇した第1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、熱交換ユニット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、3段式以上のサイクルとして用いても良い。
【0061】
上記の実施例では、1つの室外機7に複数の室内空調機5が接続可能なマルチエアコンを示したが、1つの室外機7に1つの室内空調機5が接続されるエアコンに本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、熱交換ユニット2によって得られた冷熱出力用の熱媒体(実施例中では冷熱出力水)で室内を冷房する例を示したが、冷熱出力用の熱媒体で冷蔵運転や冷凍運転に用いるなど、本発明を他の冷却装置として用いても良い。
上記の実施例では、1つの熱交換ユニット2(1つの分配器9と1つの熱交換器8によって構成されるユニット)を用いた例を示したが、複数の熱交換ユニット2を搭載して冷却能力を増大させ、ビル用空調システムなど大きな冷却能力が要求される冷却装置に用いても良い。
【0062】
上記の実施例では、加熱用の熱媒体(実施例中では加熱水)を加熱する加熱手段として、ガスを燃焼するガス燃焼装置を用いたが、石油を燃焼する石油燃焼装置など、他の燃焼装置を用いても良いし、内燃機関の排熱によって加熱用の熱媒体を加熱する加熱手段、ボイラーによる蒸気、電気ヒータを用いた加熱手段など、他の加熱手段を用いても良い。なお、内燃機関の排熱を利用する際は、車両用に用いることもできる。
上記の実施例では、各熱媒体の一例として、水道水を用いたが、不凍液やオイルなど他の液体の熱媒体を用いても良いし、空気など気体の熱媒体を用いても良い。
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】熱交換器の断面図である(実施例)。
【図2】リング円盤の平面図である(実施例)。
【図3】合金収容室および熱媒体通路の説明図である(実施例)。
【図4】リング円盤の平面図である(実施例)。
【図5】熱交換器内における熱媒体の流れを示す説明図である(実施例)。
【図6】分配器による熱媒体の流れを示す説明図である(実施例)。
【図7】分配器における並列接続供給と直列接続供給の説明図である(実施例)。
【図8】熱交換ユニットの作動説明図である(実施例)。
【図9】冷房装置の概略構成図である(実施例)。
【図10】PT冷凍サイクル線図である(実施例)。
【図11】リング円盤の平面図である(変形例)。
【図12】熱交換器内における熱媒体の流れを示す説明図である(変形例)。
【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)
S1 第1容器(合金容器)
S2 第2容器(合金容器)
S3 第3容器(合金容器)
8 熱交換器
12、13 一対のプレート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention repeatedly performs hydrogen occlusion and desorption of a hydrogen occlusion alloy to obtain a cold output by using an endothermic effect that occurs when hydrogen is released, or a thermal output that utilizes a heat dissipation effect that occurs when occludes hydrogen. The present invention relates to a heat utilization system using a hydrogen storage alloy that obtains the above.
[0002]
[Prior art]
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy includes a heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen storage alloy and the heat medium. The heat exchanger includes an alloy container that contains a hydrogen storage alloy. Since this alloy container requires pressure resistance, stainless steel is generally used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the inside of the alloy container is exposed to hydrogen, if a heat utilization system using a hydrogen storage alloy is used for a long time, the stainless steel constituting the alloy container may cause brittle fracture due to hydrogen. This hinders the life span.
[0004]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is not to cause brittle fracture due to hydrogen even when a stainless steel material excellent in pressure resistance is used as an alloy container for storing a hydrogen storage alloy. To provide a heat utilization system using hydrogen storage alloy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
[Means of Claim 1]
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy uses heat absorption when hydrogen is released from the hydrogen storage alloy, or heat dissipation when hydrogen is stored.
A copper layer is provided on the inner surface of an alloy container made of stainless steel that houses the hydrogen storage alloy.
[0006]
[Means of claim 2]
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy of
The copper layer is provided by a copper deposition technique.
[0007]
[Means of claim 3]
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to
The alloy container is provided by joining a pair of plates,
The pair of plates are joined using copper as a brazing material,
The copper layer may be provided by using an excessive amount of brazing material for bonding, and depositing an excess amount of copper on the inner surface of the alloy container during brazing.
[0008]
[Means of claim 4]
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to
The alloy container uses a clad material obtained by bonding a copper foil to a stainless steel plate,
The copper foil is melted at a high temperature and deposited on the inner surface of the alloy container.
[0009]
[Means of claim 5]
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to
The alloy container is provided by joining a pair of plates made of the clad material,
In joining the pair of plates, the copper foil is used as a brazing material.
[0010]
Operation and effect of the invention
[Operation and effect of claim 1]
The copper layer provided on the inner surface of the alloy container is not brittlely broken by hydrogen. Accordingly, since the inner surface of the stainless steel material constituting the alloy container is protected by being covered with a copper layer, it does not undergo brittle fracture due to hydrogen even when used for a long time. For this reason, durability of an alloy container can be improved and the heat utilization system using a hydrogen storage alloy can be prolonged.
[0011]
[Operation and effect of claim 2]
Since the copper layer is provided on the inner surface of the alloy container by the vapor deposition technique, the copper layer can be reliably formed on all inner surfaces of the alloy container.
[0012]
[Operation and effect of claim 3]
Since a copper layer can be deposited on the inner surface of the alloy container using a brazing material that joins a pair of plates constituting the alloy container, the manufacture is facilitated.
[0013]
[Operations and effects of
Since a clad material in which a copper foil is joined to a stainless steel plate is used, the number of work steps at the time of manufacturing the alloy container can be reduced, and the assembly work can be easily performed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples and modifications.
[Configuration of Example]
In this embodiment, a heat utilization system using a hydrogen storage alloy is applied to cooling for indoor air conditioning. The
[0015]
A schematic configuration of the
[0016]
The
[0017]
(Description of heat exchange unit 2)
The
[0018]
The
[0019]
One ring disk R is formed by facing and joining a pair of
As shown in FIG. 1, the
The cylindrical pipe S7 supplies and discharges the heat medium to and from the heat
[0020]
Here, the ring disk R (the pair of
This copper layer is provided by a vapor deposition technique. In this embodiment, copper is used as a brazing material when joining the pair of
[0021]
Copper may be plated in advance on the joint surfaces of the pair of
[0022]
The number of alloy containers formed in one ring disk R is 2 × n (n = a positive integer) when the
A plurality of alloy containers formed on one ring disk R are arranged in a shape wound around the center of the disk. Thereby, the filling effective rate of the hydrogen storage alloy in the space occupied by the
[0023]
The
[0024]
Three kinds of hydrogen storage alloys with different hydrogen equilibrium pressures are used, and the high temperature alloy HM enclosed in the first vessel S1 is a high temperature hydrogen storage alloy powder having the same equilibrium hydrogen pressure and the highest hydrogen equilibrium temperature. The medium temperature alloy MM sealed in the second container S2 is a powder of medium temperature hydrogen storage alloy, and the low temperature alloy LM sealed in the third container S3 is the lowest in hydrogen equilibrium temperature at the same equilibrium hydrogen pressure. Temperature hydrogen storage alloy powder.
This relationship will be described with reference to the PT refrigeration cycle diagram of FIG. 10. The characteristics of the hydrogen storage alloy are relatively high temperature side (left side in the drawing), high temperature alloy HM, low temperature side is low temperature alloy LM, The middle temperature alloy MM is in the middle of both.
The powdered alloys HM, MM, and LM are filled in the first to third containers S1 to S3, evacuated, subjected to activation treatment, and filled with hydrogen at a high pressure, and then filled with alloys. The
[0025]
The
[0026]
The configuration of the
[0027]
The hydrogen drive unit α is a part that forcibly moves the hydrogen in the first container S1 into the third container S3, and the first cold output unit β moves the hydrogen that has moved into the third container S3 to the second container S2. The second cold output part γ is a part for moving the hydrogen moved into the second container S2 to the first container S1.
The hydrogen driving part α, the first cooling output part β, and the second cooling output part γ are provided at approximately 120 ° intervals, and each fixed side supply / discharge hole A1 formed on the outer peripheral surface of the
[0028]
The hydrogen drive unit α is supplied with a heating area α1 in which heated water (for example, about 80 ° C.) is supplied in contact with the first container S1, and a second pressure in which pressurized water (for example, about 56 ° C.) is in contact with the second container S2. The pressure increasing area α2 is provided with a third heat radiating area α3 to which facility water (for example, about 28 ° C.) in contact with the third container S3 is supplied.
The first cooling output unit β is supplied with a first pressure increase region β1 supplied with pressurized water (for example, about 58 ° C.) in contact with the first container S1, and with facility water (for example, about 28 ° C.) in contact with the second container S2. And a third heat output region β3 to which cold output water (for example, about 13 ° C.) in contact with the third container S3 is supplied.
The second cooling output unit γ has a first heat radiation area γ1 supplied with facility water (for example, about 28 ° C.) in contact with the first container S1, and a cold output water (for example, about 13 ° C.) in contact with the second container S2. A second cold power output region γ2 to be supplied is provided. Note that the temperature of the heat medium in contact with the third container S3 in the second cold output part γ is not questioned, and this part is defined as an unquestioned area γ3.
[0029]
Then, when the
[0030]
Next, delivery of the heat medium between the
As shown in FIG. 6, the
[0031]
In addition, although the divider |
[0032]
Each of the first to
Each fixed-side supply / discharge hole A1 will be specifically described with reference to FIG.
[0033]
The
The
In the
Each of the fixed side supply / discharge holes A1 is arranged such that the supply side and the discharge side are shifted in the axial direction.
[0034]
A pipe for supplying / discharging the heat medium to / from the
[0035]
As described above, the cylindrical pipe S7 for the sliding contact seal of the distributor is joined to the inner peripheral surface of the
Since the
For this reason, in the cylindrical pipe S7, 12 rotation side supply / discharge holes A2 in total for the supply side and the discharge side are formed for the six groups of the first containers S1, and the six holes of the second container S2 are formed. A total of 12 rotation-side supply / discharge holes A2 are formed for the group on the supply side and the discharge side, and a total of 12 rotations on the supply side and the discharge side for the six groups of the third container S3. A side supply / discharge hole A2 is formed.
Each of the rotation side supply / discharge holes A2 is arranged such that the supply side and the discharge side are shifted in the axial direction (alloy container stacking direction).
[0036]
As described above, the
The
[0037]
The flow of the heat medium supplied into the
The heat medium supplied into the
The heat medium that has passed through each
Then, the heat medium flowing downward in FIG. 5 through the heat medium discharge through hole A3 flows from the discharge side (downward in FIG. 5) of the rotation side supply / discharge hole A2 to the fixed supply / discharge hole A1 ( Discharged to the discharge side).
That is, in each of the containers S1, S2, and S3 of the
[0038]
(Description of components other than the above in the heat exchange unit 2)
[0039]
(Description of combustion device 3)
The
The heated water is heated to, for example, about 80 ° C. with the heat obtained by gas combustion of the gas burner 16, and the heated heated water is supplied to the heating zone α1 through the heated water circulation path 22 equipped with the heated water circulation pump P1. To do.
The heating water circulation pump P1 of this embodiment is a tandem pump that is driven by a dual-purpose motor that drives the pressurized water circulation pump P1 '. For this reason, when heated water is supplied from the
[0040]
(Description of indoor air conditioner 5)
The
[0041]
(Description of facility water cooling means 4)
The facility water cooling means 4 is a water-cooled open type cooling tower, and the facility water cooled by the facility water cooling means 4 is supplied to the third heat radiation zone α3, second by the facility
The facility water cooling means 4 radiates the facility water that has passed through the third radiating region α3, the second radiating region β2, and the first radiating region γ1 from the top to the bottom and radiates heat by exchanging heat with the outside air. At the same time, it partially evaporates during the flow, takes heat of vaporization from the facility water flowing at the time of evaporation, and cools the flowing facility water. The facility water cooling means 4 includes a heat dissipation fan (not shown), and is provided so as to promote evaporation and cooling of the facility water by an air flow generated by the heat dissipation fan.
In this embodiment, a water-cooled open type cooling tower is shown as the facility water cooling means 4, but a water-cooled sealed type or an air-cooled sealed type in which the facility water (heat-dissipating heat medium) exchanges heat without touching the air. A cooling means may be used.
[0042]
Here, the heating water circulation path 22, the cooling / heating output
In addition, a drain pan P is disposed at the lower part of the
[0043]
(Description of the control device 6)
The
[0044]
(Description of cooling operation)
The operation of the cooling operation by the
When the cooling operation is instructed by the controller of the
[0045]
The
That is, each first container S1 moves in the order of heating area α1 → first pressure increasing area β1 → first heat radiation area γ1, and each second container S2 moves to second pressure increasing area α2 → second heat radiation area β2 → second cold heat. The third container S3 moves in the order of the output region γ2, and the third containers S3 move in the order of the third heat radiation region α3 → the third cooling output region β3 → the unquestioned region γ3.
[0046]
When moving to the hydrogen drive unit α, the first container S1 touches the heated water, the second container S2 touches the pressurized water, and the third container S3 touches the facility water.
When the first container S1 comes into contact with heated water (80 ° C.), the internal pressure of the first container S1 rises, and the high temperature alloy HM releases hydrogen.
When the second container S2 touches the pressurized water (56 ° C.), the internal pressure of the second container S2 rises to a pressure at which the intermediate temperature alloy MM does not occlude hydrogen.
When the third container S3 comes into contact with the facility water (28 ° C.), the internal pressure of the third container S3 decreases, and the low temperature alloy LM occludes hydrogen.
[0047]
Thus, the first container S1 touches the heated water in the heating area α1, the second container S2 touches the pressurized water in the second pressure increasing area α2, and the third container S3 touches the facility water in the third heat radiating area α3. As a result, the inside of the first container S1 is 80 ° C .: 1.0 MPa, the inside of the second container S2 is 56 ° C .: 1.0 MPa, the inside of the third container S3 is 28 ° C .: 0.9 MPa, and the high temperature alloy HM of the first container S1. Releases hydrogen ((1) in FIG. 10), and the low temperature alloy LM in the third container S3 occludes hydrogen ((2) in FIG. 10). The second container S2 is heated by the pressurized water and has a high internal pressure, and the intermediate temperature alloy MM does not occlude hydrogen.
And if it passes hydrogen drive part alpha, it will move to the 1st cold output part beta after that.
[0048]
When moving to the first cold output unit β, the first container S1 touches the pressurized water, the second container S2 touches the facility water, and the third container S3 touches the cold output water.
When the first container S1 comes into contact with the pressurized water (58 ° C.), the internal pressure of the first container S1 rises to a pressure at which the high temperature alloy HM does not occlude hydrogen.
When the second container S2 touches the facility water (28 ° C.), the internal pressure of the second container S2 decreases, the intermediate temperature alloy MM occludes hydrogen, and the low temperature alloy LM of the third container S3 releases hydrogen.
Since the low temperature alloy LM releases hydrogen, heat is generated in the third container S3, and the cold output water touching the third container S3 is cooled to, for example, 7 ° C. The low temperature alloy LM is provided so that the internal pressure of the third container S3 is higher than the internal pressure of the second container S2 when the cold output water is about 13 ° C.
[0049]
In this way, the first container S1 touches the pressurized water in the first pressurizing area β1, the second container S2 touches the facility water in the second heat radiating area β2, and the third container S3 touches the chilled heat output in the third cold power output area β3. By touching water, the inside of the first container S1 is 58 ° C .: 0.5 MPa, the inside of the second container S2 is 28 ° C .: 0.4 MPa, the inside of the third container S3 is 13 ° C .: 0.5 MPa, and the third container S3 The low temperature alloy LM releases hydrogen ((3) in FIG. 10), and the intermediate temperature alloy MM in the second container S2 occludes hydrogen ((4) in FIG. 10). When the low temperature alloy LM in the third container S3 releases hydrogen, the heat is taken from the cold output water that touches the third container S3 due to the endothermic effect, and the temperature of the cold output water is lowered. The first container S1 is heated by the pressurized water and has a high internal pressure, and the high temperature alloy HM does not occlude hydrogen.
And if it passes the 1st cold-heat output part (beta), it will move to the 2nd cold-heat output part (gamma) after that.
[0050]
When the process proceeds to the second cold output unit γ, the first container S1 touches the facility water, the second container S2 touches the cold output water, and the third container S3 touches the unquestioned water.
When the first container S1 touches the facility water (28 ° C.), the internal pressure of the first container S1 decreases, the high temperature alloy HM occludes hydrogen, and the medium temperature alloy MM of the second container S2 releases hydrogen.
Since the intermediate temperature alloy MM releases hydrogen, heat is generated in the second container S2, and the cold output water touching the second container S2 is cooled to, for example, 7 ° C. The intermediate temperature alloy MM is provided so that the internal pressure of the second container S2 is higher than the internal pressure of the first container S1 when the cold output water is about 13 ° C.
[0051]
Thus, when the first container S1 touches the facility water in the first heat radiation zone γ1, the inside of the first container S1 is 28 ° C .: 0.1 MPa, the inside of the second container S2 is 13 ° C .: 0.2 MPa, and the third The inside of the container S3 becomes unquestioned, the intermediate temperature alloy MM in the second container S2 releases hydrogen ((5) in FIG. 10), and the high temperature alloy HM in the first container S1 occludes hydrogen ((6) in FIG. 10). ). When the intermediate temperature alloy MM in the second container S2 releases hydrogen, the heat is taken from the cold output water that touches the second container S2 by the endothermic action, and the temperature of the cold output water is lowered. The temperature of the third container S3 is irrelevant, and the low temperature alloy LM of the third container S3 does not occlude hydrogen.
And if it passes the 2nd cold-power output part (gamma), it will move to the hydrogen drive part (alpha) after that.
[0052]
The low-temperature cold output water deprived of heat in the third cold output area β3 and the second cold output area γ2 of the
[0053]
[Effects of Examples]
As shown in the above-mentioned embodiment, a copper layer of several μm to several tens of μm is formed on the inner surface of the alloy container (inside the alloy containing chamber 10) that comes into contact with hydrogen, the inner surface of the connecting pipe S5 and the end closing lid S6. Is formed. The copper layer is not brittlely destroyed by hydrogen. Therefore, the stainless steel material constituting the alloy container, the connecting pipe S5 and the end closing lid S6 is protected by being covered with a copper layer on the inner surface, so that it does not undergo brittle fracture due to hydrogen even when used for a long time. . For this reason, the durability of the
[0054]
[Modification]
In the above embodiment, an example in which a copper layer is formed by vapor deposition of a copper material has been shown. However, a stainless steel material (a clad material joined with a copper foil, a stainless steel plated with copper). The
[0055]
In the above embodiment, an example in which a plurality of
[0056]
In the above embodiment, the
[0057]
In the above embodiment, an example in which a parallel connection supply type in which the heat medium turns on the outer peripheral side of the
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to the
[0058]
In the above-described embodiment, an apparatus for cooling only is shown as an example, but the present invention may be applied to an air conditioning apparatus. As a specific example, the heating water heated by the
[0059]
In the above embodiment, the example in which the
In the above-described embodiment, an example in which the rotation shaft (distributor 9) of the
[0060]
In the above-described embodiment, an example is shown in which the heat medium (the pressurized water in the embodiment) that has been heated by cooling the first container S1 that has been heated in the heating region α1 is used as the pressure medium. You may use the heat medium heated up by the heating means (For example, the temperature rising by a combustion apparatus, the temperature rising by an electric heater, the temperature rising using exhaust heat, etc.).
In the above-described embodiment, an example in which a two-stage cycle is used as an example of the
[0061]
In the above embodiment, a multi air conditioner in which a plurality of
In the above embodiment, an example in which the room is cooled with the heat medium for cooling output (cold output water in the embodiment) obtained by the
In the above embodiment, an example in which one heat exchange unit 2 (a unit constituted by one
[0062]
In the above embodiment, the gas combustion apparatus for burning gas is used as the heating means for heating the heating medium (heating water in the embodiment), but other combustion such as an oil combustion apparatus for burning oil is used. An apparatus may be used, and other heating means such as a heating means for heating a heat medium for heating by exhaust heat of the internal combustion engine, a steam by a boiler, a heating means using an electric heater, or the like may be used. In addition, when utilizing the exhaust heat of an internal combustion engine, it can also use for vehicles.
In the above embodiment, tap water is used as an example of each heat medium, but other liquid heat medium such as antifreeze liquid or oil may be used, or a gas heat medium such as air may be used.
In the above embodiment, the cooling device that obtains the cold output by the endothermic action when the hydrogen storage alloy releases hydrogen is shown as an example, but the heating that obtains the thermal output by the heat release action when the hydrogen storage alloy absorbs hydrogen. The present invention may be applied to a device (for example, a heating device).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a heat exchanger (Example).
FIG. 2 is a plan view of a ring disk (Example).
FIG. 3 is an explanatory view of an alloy storage chamber and a heat medium passage (Example).
FIG. 4 is a plan view of a ring disk (Example).
FIG. 5 is an explanatory view showing the flow of a heat medium in the heat exchanger (Example).
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a flow of a heat medium by a distributor (Example).
FIG. 7 is an explanatory diagram of parallel connection supply and series connection supply in a distributor (Example).
FIG. 8 is an operation explanatory view of a heat exchange unit (Example).
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a cooling device (Example).
FIG. 10 is a PT refrigeration cycle diagram (Example).
FIG. 11 is a plan view of a ring disk (modified example).
FIG. 12 is an explanatory view showing the flow of the heat medium in the heat exchanger (modified 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)
S1 first container (alloy container)
S2 Second container (alloy container)
S3 3rd container (alloy container)
8
Claims (5)
水素吸蔵合金を収容するステンレス材製の合金容器の内面には、銅の層が設けられたことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。A heat utilization system using a hydrogen storage alloy that utilizes heat absorption during hydrogen release of the hydrogen storage alloy or heat dissipation during hydrogen storage,
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy, characterized in that a copper layer is provided on the inner surface of a stainless steel alloy container containing the hydrogen storage alloy.
前記銅の層は、銅の蒸着技術によって設けられた
ことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy of claim 1,
The heat utilization system using a hydrogen storage alloy, wherein the copper layer is provided by a copper vapor deposition technique.
前記合金容器は、一対のプレートを接合して設けられ、
前記一対のプレートは銅材をろう材として接合され、
前記銅の層は、前記接合のためのろう材を過剰に使用し、過剰分のろう材の銅がろう付け時に前記合金容器の内面に蒸着して設けられた
ことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to claim 2,
The alloy container is provided by joining a pair of plates,
The pair of plates are joined using copper as a brazing material,
The copper layer uses an excessive amount of brazing material for the joining, and an excess amount of brazing material copper is deposited on the inner surface of the alloy container at the time of brazing. Heat utilization system using
前記合金容器は、ステンレス板に銅箔を接合したクラッド材を使用し、
前記銅箔は、高温下で溶かされて前記合金容器の内面に蒸着された
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。In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to claim 2,
The alloy container uses a clad material obtained by bonding a copper foil to a stainless steel plate,
The heat utilization system using a hydrogen storage alloy, wherein the copper foil is melted at a high temperature and deposited on the inner surface of the alloy container.
前記合金容器は、前記クラッド材よりなる一対のプレートを接合して設けられ、
その一対のプレートを接合する際に、前記銅箔がろう材として流用された
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。In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to claim 4,
The alloy container is provided by joining a pair of plates made of the clad material,
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy, wherein the copper foil is diverted as a brazing material when joining the pair of plates.
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