JP3872913B2 - 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】
【発明の背景】
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とを熱交換し、水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出を行わせる熱交換器を用いている。
従来の熱交換器として、シェル&チューブの熱交換器を用いたタイプや、合金が収容される容器(以下、合金容器と呼ぶ)を回転軸に沿って放射状に配置したフィンタイプ(例えば、特開昭63−161366号公報に開示されるタイプ)のものが知られているが、本出願人は、小型化可能な熱交換器として、偏平に設けられた複数の合金容器を回転軸方向に沿わせ、且つ複数の合金容器を回転軸の周囲に巻付ける形状に配置した熱交換器を出願した(特願平9−265540号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
合金容器巻付けタイプの熱交換器を効率良く製造する一例として、合金容器を1対のプレートを接合して製造することが考えられる。この1対のプレートは、「最中の皮」のように設けられるもので、ろう付け等の接合技術によって接合される。
しかるに、巻付けタイプの合金容器は、組付けのために所定の曲率が要求されるが、ろう付け等の接合時のズレ等によって、合金容器の曲率にバラツキが生じ、回転軸の周囲に所定数の合金容器を組付けることができなくなる不具合が生じる。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、熱交換器の小型化が容易で、且つ熱交換器の製造が容易な水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの提供にある。
【0006】
課題を解決するための手段
本発明の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、上記の目的を達成するために、次の技術的手段を採用した。
(請求項の手段)
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
一方の面に水素吸蔵合金を収容する合金収容室用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体を流す熱媒体通路用の窪みが形成された一対のプレートを複数積層して、前記合金収容室と前記熱媒体通路とを積層方向に交互に形成し、
前記合金収容室内の水素吸蔵合金と、前記熱媒体通路を流れる熱媒体との熱交換を行う熱交換器を備え、
前記一対のプレートは、円盤形状を呈して、複数の前記合金収容室および前記熱媒体通路が円盤中心の周囲に巻付けられる形状で配置され、
前記一対のプレートが複数積層されて円筒形状の熱交換器が形成されることを特徴とする。
【0007】
(請求項の手段)
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
一方の面に水素吸蔵合金を収容する合金収容室用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体を流す熱媒体通路用の窪みが形成された一対のプレートを複数積層して、前記合金収容室と前記熱媒体通路とを積層方向に交互に形成し、
前記合金収容室内の水素吸蔵合金と、前記熱媒体通路を流れる熱媒体との熱交換を行う熱交換器を備え、
前記一対のプレートによって1つの前記合金収容室を形成するように設けられ、
前記一対のプレートが中心軸の周囲に巻付けられる形状で複数配置されて円盤形状に配置されるとともに、前記一対のプレートが軸方向に複数積層されて円筒形状の熱交換器が形成されることを特徴とする。
【0009】
発明の作用および効果
(請求項の作用および効果)
熱交換器を一対のプレートを複数積層した積層型熱交換器で実現できるため、熱交換器を小型にできるとともに、熱交換器を容易に製造できる。
また、積層数の変更によって容易に熱交換器の能力を調節でき、能力に対応した機種のコストを下げることができる。
さらに、合金収容室および熱媒体通路が中心軸の周囲に巻付けられるタイプの熱交換器であるが、プレートが円盤形状を呈するものであるため、接合されるプレートに少量のズレが発生しても、中心軸の周囲に確実に所定数の合金収容室および熱媒体通路が配置される。つまり、円筒形状を呈した巻付けタイプの熱交換器を容易に製造できる。
【0010】
(請求項の作用および効果)
熱交換器を一対のプレートを複数積層した積層型熱交換器で実現できるため、熱交換器を小型にできるとともに、熱交換器を容易に製造できる。
また、積層数の変更によって容易に熱交換器の能力を調節でき、能力に対応した機種のコストを下げることができる。
さらに、一対のプレートによって1つの合金収容室が形成され、その一対のプレートを組合わせて円筒形状の熱交換器が形成されるため、製造時において周方向に隣接する一対のプレート間で円盤の平面度の誤差が吸収され、結果的に円筒形状を呈した巻付けタイプの熱交換器を容易に製造できる。
【0011】
【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8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。
【0012】
冷房装置1の概略構成を図7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。
【0013】
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。
【0014】
(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7では便宜上、分配器9が垂直方向に配置された図を示す)。
【0015】
熱交換器8は、偏平円盤状のセルSを多数積層したもので、1つの円盤状のセルSは、内部に水素吸蔵合金を収納する合金収容室10{図2(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2(b)のハッチング内、図4参照}を形成するものである。
【0016】
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。なお、一方のプレート12と他方のプレート13は、窪みの方向が重なり面に対して対称に設けられたものである。
そして、熱交換器8は、図3に示すように一対のプレート12、13(つまり、円盤状のセルS)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の外周から熱媒体通路11への熱媒体の供給と排出を行う開口S8 が形成されている。
【0017】
1つの円盤状のセルS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つのセルSに6つの合金容器が形成される例を示す。
1つの円盤状のセルS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率有効率が高くなり、結果的に熱交換ユニット2を小型化できる。
【0018】
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、多数の円盤状のセルS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。
【0019】
水素吸蔵合金は、水素平衡圧力が異なる3種を用いたもので、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8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。
【0020】
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。
【0021】
分配器9の構成を図5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6参照)。
【0022】
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、約120°間隔に設けられたもので、分配器9の周囲に設けられた熱媒体供給口および熱媒体排出口の形成範囲によって区画されている。
【0023】
水素駆動部αは、第1容器S1 と接触する加熱水(例えば80℃ほど)が供給される加熱域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。
【0024】
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。
【0025】
(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7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。
【0026】
(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。
【0027】
(室内空調機5の説明)
室内空調機5は、上述のように室内に配置されるもので、内部に室内熱交換器23、この室内熱交換器23に供給される冷熱出力水と室内空気とを強制的に熱交換し、熱交換後の空気を室内に吹き出させるための室内ファン24を備える。室内熱交換器23には、第3冷熱出力域β3 および第2冷熱出力域γ2 から供給される冷熱出力水を循環させる冷熱出力水循環路25が接続され、この冷熱出力水循環路25の途中(室外機7内)には、冷熱出力水を循環させる冷熱出力水ポンプP2 (出力ポンプに相当する)が設けられている。
【0028】
(放熱水冷却手段4の説明)
放熱水冷却手段4は、水冷開放型の冷却塔であり、この放熱水冷却手段4によって冷却された放熱水は、放熱水循環ポンプ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。
【0029】
ここで、上記に示す加熱水循環路22、冷熱出力水循環路25および放熱水循環路26は、それぞれシスターンT1 、T2 、T3 を備えており、シスターンT1 、T2 、T3 内の水位が所定水位以下に低下すると、それぞれに設けられた給水バルブT4 、T5 、T6 が開き、給水管27から供給される水道水をシスターンT1 、T2 、T3 内に補充するように設けられている。
また、熱交換ユニット2の下部にはドレンパンPが配置され、熱交換ユニット2に発生したドレン水を排水管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。
【0030】
(制御装置6の説明)
制御装置6は、室内空調機5に設けられたコントローラからの操作指示や、複数設けられた各センサの入力信号に応じて、上述の加熱水循環ポンプP1 (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。
【0031】
(冷房運転の作動説明)
上記の冷房装置1による冷房運転の作動を、図8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。
【0032】
回転駆動手段によって、熱交換器8が連続的に回転移動する。これによって、多数の合金容器が、水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γの順で移動する。
つまり、各第1容器S1 が加熱域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。
【0033】
水素駆動部αへ移行すると、第1容器S1 が加熱水に触れ、第2容器S2 が昇圧水に触れ、第3容器S3 が放熱水に触れる。
第1容器S1 が加熱水(80℃)に触れることにより、第1容器S1 の内圧が上昇し、高温合金HMが水素を放出する。
第2容器S2 が昇圧水(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。
【0034】
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8の▲1▼)、第3容器S3 の低温合金LMが水素を吸蔵する(図8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。
【0035】
第1冷熱出力部βへ移行すると、第1容器S1 が昇圧水に触れ、第2容器S2 が放熱水に触れ、第3容器S3 が冷熱出力水に触れる。
第1容器S1 が昇圧水(58℃)に触れることにより、第1容器S1 の内圧が高温合金HMが水素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。
【0036】
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8の▲3▼)、第2容器S2 の中温合金MMが水素を吸蔵する(図8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。
【0037】
第2冷熱出力部γへ移行すると、第1容器S1 が放熱水に触れ、第2容器S2 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。
【0038】
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8の▲5▼)、第1容器S1 の高温合金HMが水素を吸蔵する(図8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。
【0039】
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。
【0040】
〔実施例の効果〕
熱交換器8を一対のプレート12、13を積層した積層型熱交換器8で実現できるため、熱交換器8を小型にできるとともに、熱交換器8を容易に製造できる。
また、合金容器巻付けタイプの熱交換器8であるが、プレートが円盤形状を呈するものであるため、接合されるプレートに少量のズレが発生しても、軸(分配器9)の周囲に確実に所定数の合金容器が組付けられる。つまり、合金容器巻付けタイプの熱交換器8を容易に製造できる。
さらに、積層数の変更によって容易に熱交換器8の能力を調節でき、能力に対応した機種のコストを下げることができる。
【0041】
〔変形例〕
上記の実施例では、1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9に示すように、1対のプレート12、13によって、1つ合金収容室10を形成し、その合金収容室10を回転軸の周囲に巻付けるよう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1対のプレート12、13は周方向に接触しているのみで、熔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間で円盤の平面度の誤差が吸収され、結果的に円筒形状を呈した巻付けタイプの熱交換器8を容易に製造できる。
【0042】
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。
上記の実施例では、一対のプレート12、13を接合して複数の合金容器を構成した例を示したが、一対のプレート12、13で1つの合金容器を構成するように設けても良い。つまり、一対のプレート12、13で1つの合金容器を構成し、それらを組合わせて円盤上のセルSを構成し、そのセルSを積層して熱交換器8を構成しても良い。
【0043】
上記の実施例では、熱媒体を内周側から外周側へ流し、外周側でターンさせて再び内周側へ流す熱媒体通路11を例に示したが、熱媒体通路11による流れ方向を変更しても良い。例えば、上記実施例とは逆に熱媒体を外周側から内周側へ流し、内周側でターンさせて再び外周側へ流すように設けたり、内周側から外周側のみ、あるいは外周側から内周側のみ、あるいはこれらの流れ方向を組合わせて適用しても良い。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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】プレートの平面図である(実施例)。
【図2】合金収容室および熱媒体通路の説明図である(実施例)。
【図3】熱交換器の断面図である(実施例)。
【図4】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5】各熱媒体通路に供給される熱媒体の流れを示す説明図である(実施例)。
【図6】熱交換ユニットの作動説明図である(実施例)。
【図7】冷房装置の概略構成図である(実施例)。
【図8】PT冷凍サイクル線図である(実施例)。
【図9】中心軸の周囲に複数の合金収容室を巻付けるように配置した図である(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)
2 熱交換ユニット
8 熱交換器
9 分配器
10 合金収容室
11 熱媒体通路
12 一方のプレート
13 他方のプレート
[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]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In a heat utilization system using a hydrogen storage alloy, a heat exchanger that exchanges heat between the hydrogen storage alloy and the heat medium and stores and releases hydrogen in the hydrogen storage alloy is used.
As a conventional heat exchanger, a type using a shell and tube heat exchanger, or a fin type (for example, a special type) in which a container in which an alloy is accommodated (hereinafter referred to as an alloy container) is arranged radially along a rotation axis. The type disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-161366 is known, but the present applicant, as a heat exchanger that can be reduced in size, has a plurality of flatly arranged alloy containers in the direction of the rotation axis. A heat exchanger has been filed (Japanese Patent Application No. 9-265540) in which a plurality of alloy containers are arranged around the rotating shaft.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As an example of efficiently manufacturing an alloy container winding type heat exchanger, it is conceivable to manufacture an alloy container by joining a pair of plates. The pair of plates is provided like a “middle skin” and is joined by a joining technique such as brazing.
However, the wound type alloy container requires a predetermined curvature for assembly, but the curvature of the alloy container varies due to misalignment at the time of joining such as brazing, and the predetermined around the rotating shaft. There arises a problem that a number of alloy containers cannot be assembled.
[0004]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a heat utilization system using a hydrogen storage alloy in which the heat exchanger can be easily downsized and the heat exchanger can be easily manufactured. is there.
[0006]
[Means for solving the problem]
  The heat utilization system using the hydrogen storage alloy of the present invention employs the following technical means in order to achieve the above object.
(Claims1Means)
  The 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 plurality of pairs of plates each having a recess for an alloy storage chamber for storing a hydrogen storage alloy on one surface and a recess for a heat medium passage through which a heat medium flows are formed on the other surface to store the alloy. Chambers and heat medium passages are alternately formed in the stacking direction,
  A heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen storage alloy in the alloy housing chamber and the heat medium flowing through the heat medium passage;
  The pair of plates have a disk shape and are arranged in a shape in which the plurality of alloy storage chambers and the heat medium passage are wound around the center of the disk,
  A plurality of the pair of plates are stacked to form a cylindrical heat exchanger.
[0007]
(Claims2Means)
  The 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 plurality of pairs of plates each having a recess for an alloy storage chamber for storing a hydrogen storage alloy on one surface and a recess for a heat medium passage through which a heat medium flows are formed on the other surface to store the alloy. Chambers and heat medium passages are alternately formed in the stacking direction,
  A heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen storage alloy in the alloy housing chamber and the heat medium flowing through the heat medium passage;
  Provided to form one alloy housing chamber by the pair of plates;
  A plurality of the pair of plates are arranged in a shape wound around the central axis and arranged in a disk shape, and a plurality of the pair of plates are laminated in the axial direction to form a cylindrical heat exchanger. It is characterized by.
[0009]
[Effects and effects of the invention]
(Claims1Action and effect)
  Since the heat exchanger can be realized by a stacked heat exchanger in which a plurality of pairs of plates are stacked, the heat exchanger can be reduced in size and the heat exchanger can be easily manufactured.
  In addition, the capacity of the heat exchanger can be easily adjusted by changing the number of layers, and the cost of the model corresponding to the capacity can be reduced.
  further,Although the alloy storage chamber and the heat medium passage are a type of heat exchanger wound around the central axis, since the plate exhibits a disk shape, even if a small amount of deviation occurs in the plates to be joined, A predetermined number of alloy storage chambers and heat medium passages are reliably arranged around the central axis. That is, a winding type heat exchanger having a cylindrical shape can be easily manufactured.
[0010]
(Claims2Action and effect)
  Since the heat exchanger can be realized by a stacked heat exchanger in which a plurality of pairs of plates are stacked, the heat exchanger can be reduced in size and the heat exchanger can be easily manufactured.
  In addition, the capacity of the heat exchanger can be easily adjusted by changing the number of layers, and the cost of the model corresponding to the capacity can be reduced.
  further,One by a pair of platesTogetherSince a gold storage chamber is formed and a pair of plates is combined to form a cylindrical heat exchanger, an error in the flatness of the disk is absorbed between a pair of plates adjacent in the circumferential direction during manufacturing, As a result, a winding type heat exchanger having a cylindrical shape can be easily manufactured.
[0011]
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 cooling device 1 will be described with reference to FIGS. In the cooling device 1 of this example, a two-stage cycle was used as an example of the heat exchange unit 2 using a hydrogen storage alloy.
[0012]
A schematic configuration of the cooling device 1 will be described with reference to FIG. The cooling device 1 includes a heat exchange unit 2 using a hydrogen storage alloy, a combustion device 3 that generates heated water for heating the hydrogen storage alloy (water corresponding to a heating medium in this embodiment), a hydrogen storage Facility water cooling means 4 that cools the facility water for cooling the alloy (water in this embodiment, which corresponds to a heat medium for heat dissipation) by heat radiation, and cooling heat that is cooled by heat absorption caused by the hydrogen releasing action of the hydrogen storage alloy It is comprised from the indoor air conditioner 5 which air-conditions a room | chamber interior with output water (it is water in a present Example corresponding to the heat medium for cold-heat output), and the control apparatus 6 which controls each electric functional component mounted.
[0013]
The heat exchange unit 2, the combustion device 3, the facility water cooling means 4 and the control device 6 are installed outside as an outdoor unit 7, and an indoor air conditioner 5 is arranged indoors. The cooling device 1 shown in the present embodiment is a so-called multi-air conditioner in which a plurality of indoor air conditioners 5 can be connected to one outdoor unit 7.
[0014]
(Description of heat exchange unit 2)
The heat exchange unit 2 includes a heat exchanger 8 that performs heat exchange between the hydrogen storage alloy and a plurality of heat media, and a distributor 9 that supplies and discharges the plurality of heat media. The heat exchanger 8 shown in the present embodiment has a cylindrical shape, and is provided so as to rotate around a columnar distributor 9 arranged in the horizontal direction (in FIG. 7, for convenience, the distributor 9 shows a figure arranged vertically).
[0015]
The heat exchanger 8 is formed by laminating a large number of flat disk-shaped cells S, and one disk-shaped cell S contains an alloy storage chamber 10 in which a hydrogen storage alloy is stored (see in hatching in FIG. 2A). A plurality of first to third containers S1 to S3}, which will be described later, are arranged radially, and the heat medium passage 11 {FIG. 2 (b) between the alloy container in the stacking direction (container constituting the alloy housing chamber 10) and the alloy container. In the hatching of b), see FIG.
[0016]
One cell S is formed by facing and joining a pair of plates 12 and 13 (see FIG. 1) formed by press-molding a metal having no hydrogen permeation, such as stainless steel or copper. 13 is formed with a recess for forming the alloy storage chamber 10 on one surface and a recess for forming the heat medium passage 11 on the other surface. In addition, the one plate 12 and the other plate 13 are provided so that the direction of the depression is symmetrical with respect to the overlapping surface.
As shown in FIG. 3, the heat exchanger 8 is a connecting pipe for stacking a large number of pairs of plates 12 and 13 (that is, disk-shaped cells S) to secure a hydrogen passage S4 at the outer end of the alloy container. In addition to assembling S5 and the end closing lid S6, a cylindrical pipe S7 for distributor sliding contact sealing is assembled on the inner periphery and joined by a joining method such as vacuum brazing or welding. The cylindrical pipe S7 is formed with an opening S8 for supplying and discharging the heat medium from the outer periphery of the distributor 9 to the heat medium passage 11.
[0017]
The number of alloy containers formed in one disk-shaped cell S is 2 × n (n = a positive integer) when the heat exchange unit 2 is in a one-stage cycle, and 3 × n in the case of a two-stage cycle. In the case of a three-stage cycle, 4 × n. In this embodiment, a two-stage cycle is adopted and six alloy containers are formed in one cell S.
A plurality of alloy containers formed in one disk-shaped cell S are arranged in a shape wound around the center of the disk. Thereby, the filling rate effective rate of the hydrogen storage alloy in the space occupied by the heat exchange unit 2 is increased, and as a result, the heat exchange unit 2 can be downsized.
[0018]
The heat exchange unit 2 of the present embodiment uses a two-stage cycle as described above, and the alloy container formed by laminating a large number of disk-shaped cells S has a high-temperature alloy HM sealed therein. One container S1, communicated with the first container S1 through a hydrogen passage S4, a second container S2 filled with a medium temperature alloy MM, communicated with the second container S2 through a hydrogen passage S4, and a low temperature alloy. It is classified into a third container S3 in which LM is enclosed.
[0019]
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. 8. 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 opening 14 is sealed and sealed with a metal lid (not shown).
[0020]
The cylindrical heat exchanger 8 is provided so as to rotate around a distributor 9 having a columnar shape. The heat exchanger 8 is continuously rotationally driven by rotational drive means (for example, means for rotationally driving the heat exchanger 8 directly or indirectly via a gear, a belt or the like by an electric motor).
[0021]
The configuration of the distributor 9 is shown in FIG. The distributor 9 switches and supplies the heat medium that touches the first to third containers S1 to S3, and the cylindrical heat exchanger 8 rotates around the distributor 9 so that each alloy container is in contact with each other. The heat medium supplied to each heat medium passage 11 (between the stacking directions) is switched, and the first to third containers S1 to S3 connected by the hydrogen passage S4 are connected to the hydrogen driving unit α → first cooling output unit β. → Transition to the second cooling output unit γ (see FIG. 6).
[0022]
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 unit α, the first cooling output unit β, and the second cooling output unit γ are provided at intervals of about 120 °, and the heating medium supply port and the heating medium discharge provided around the distributor 9 are provided. It is divided by the formation range of the outlet.
[0023]
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.
[0024]
Then, when the heat exchanger 8 is rotated by the rotation driving means, the group of the first containers S1 repeats the heating area α1 → the first pressure increasing area β1 → the first heat radiation area γ1, and the group of the second containers S2 is the second. The step-up region α2 → the second heat radiation region β2 → the second cooling output region γ2 is repeated, and the group of the third container S3 repeats the third heat radiation region α3 → the third cooling output region β3 → the unquestioned region γ3.
[0025]
(Description of components other than the above in the heat exchange unit 2)
Reference numeral 15 shown in FIG. 7 denotes a booster water circulation path for circulating the booster water between the first booster zone β1 and the second booster zone α2, and the booster water is circulated by the booster water circulation pump P1 'provided in the middle. The pressurized water uses water whose temperature has increased due to heat transfer from the first container S1 whose temperature has increased in the heating region α1, and the temperature of the pressurized water in the first pressure region β1 during operation of the heat exchange unit 2. Is approximately 58 ° C., for example, and the temperature of the boosted water in the second pressure increasing region α 2 is approximately 56 ° C.
[0026]
(Description of combustion device 3)
The combustion apparatus 3 according to the present embodiment uses a gas combustion apparatus that burns gas as fuel to generate heat and heats heated water by the generated heat. The gas burner 16 performs gas combustion, and the gas burner. A gas supply circuit 19 having a gas amount adjusting valve 17 and a gas opening / closing valve 18 for supplying gas to the gas 16, a combustion fan 20 for supplying combustion air to the gas burner 16, and heat exchange between the combustion heat of the gas and the heating water It comprises a heat exchanger 21 and the like.
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 combustion device 3 to the heat exchange unit 2, the pressurized water is also provided so as to circulate.
[0027]
(Description of indoor air conditioner 5)
The indoor air conditioner 5 is arranged indoors as described above, and forcibly exchanges heat between the indoor heat exchanger 23 and cold output water supplied to the indoor heat exchanger 23 and indoor air. An indoor fan 24 is provided for blowing the air after heat exchange into the room. The indoor heat exchanger 23 is connected with a cooling output water circulation path 25 for circulating the cooling output water supplied from the third cooling output area β3 and the second cooling output area γ2, and a halfway (outdoors) of the cooling output water circulation path 25 In the machine 7), a cold output water pump P2 (corresponding to an output pump) for circulating the cold output water is provided.
[0028]
(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 water circulation path 26 provided with the facility water circulation pump P3. It is supplied to the heat radiation area β2 and the first heat radiation area γ1.
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.
[0029]
Here, the heating water circulation path 22, the cooling / heating output water circulation path 25, and the facility water circulation path 26 described above have cis-turns T1, T2, and T3, respectively, and the water levels in the cis-turns T1, T2, and T3 are lowered below a predetermined water level. Then, the water supply valves T4, T5, and T6 provided to the respective valves are opened so that the tap water supplied from the water supply pipe 27 is replenished into the cisterns T1, T2, and T3.
In addition, a drain pan P is disposed at the lower part of the heat exchange unit 2 so as to drain the drain water generated in the heat exchange unit 2 from the drain pipe 28. The water overflowing from the facility water cooling means 4 is also provided to drain from the drain pipe 28.
[0030]
(Description of the control device 6)
The control device 6 responds to an operation instruction from a controller provided in the indoor air conditioner 5 and an input signal of each of a plurality of sensors, and the above-described heated water circulation pump P1 (pressurized water circulation pump P1 '), cold output water Pump P2, facility water circulation pump P3, water supply valves T4, T5, T6, electrical function parts such as a heat radiation fan of the facility water cooling means 4, and electrical function parts of the combustion device 3 (ignition device not shown, gas amount control valve 17, The gas on-off valve 18 and the combustion fan 20 are controlled, and an operation instruction for the indoor fan 24 is given to the indoor air conditioner 5.
[0031]
(Description of cooling operation)
The operation of the cooling operation by the cooling device 1 will be described with reference to the PT refrigeration cycle diagram of FIG.
When the cooling operation is instructed by the controller of the indoor air conditioner 5, the control device 6 causes the combustion device 3, the rotation driving means, the heat radiating fan, the heating water circulation pump P1 (pressure-boosting water circulation pump P1 '), the cold output water pump P2, and the heat radiation. The water circulation pump P3 is activated, and the indoor fan 24 of the indoor air conditioner 5 instructed to be cooled is turned on.
[0032]
The heat exchanger 8 continuously rotates by the rotation driving means. As a result, a large number of alloy containers move in the order of the hydrogen drive unit α → the first cold output unit β → the second cold output unit γ.
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.
[0033]
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.
[0034]
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. 8), and the low temperature alloy LM in the third container S3 occludes hydrogen ((2) in FIG. 8). 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.
[0035]
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.
[0036]
In this way, the first container S1 touches the pressurized water in the first pressurization zone β1, the second container S2 touches the tap water in the second heat dissipation zone β2, and the third container S3 touches the cooling water output in the third cooling power output zone 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. 8), and the intermediate temperature alloy MM in the second container S2 occludes hydrogen ((4) in FIG. 8). 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.
[0037]
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.
[0038]
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. 8), and the high temperature alloy HM in the first container S1 occludes hydrogen ((6) in FIG. 8). ). 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.
[0039]
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 heat exchange unit 2 is supplied to the indoor heat exchanger of the indoor air conditioner 5 via the cold output water circulation path 25. Heat is exchanged with the air supplied to the room 23 and blown into the room to cool the room.
[0040]
[Effects of Examples]
Since the heat exchanger 8 can be realized by the stacked heat exchanger 8 in which the pair of plates 12 and 13 are laminated, the heat exchanger 8 can be reduced in size and the heat exchanger 8 can be easily manufactured.
Moreover, although it is the alloy container winding type heat exchanger 8, since the plate exhibits a disk shape, even if a small amount of deviation occurs in the plate to be joined, it is around the shaft (distributor 9). A predetermined number of alloy containers are reliably assembled. That is, the alloy container winding type heat exchanger 8 can be easily manufactured.
Furthermore, the capability of the heat exchanger 8 can be easily adjusted by changing the number of layers, and the cost of the model corresponding to the capability can be reduced.
[0041]
[Modification]
In the above embodiment, an example in which a plurality of alloy storage chambers 10 are formed by a pair of plates 12 and 13 has been shown. However, as shown in FIG. A chamber 10 is formed, and a plurality of the alloy housing chambers 10 are arranged so as to be wound around the rotation shaft to be provided in a flat disk shape, and a cylindrical heat exchanger 8 is manufactured by stacking alloy containers in the axial direction. You may do it. Note that the pair of plates 12 and 13 forming each alloy storage chamber 10 are in contact with each other only in the circumferential direction, and are not welded. By providing the heat exchanger 8 in this way, the flatness error of the disk is absorbed between the pair of plates 12 and 13 adjacent in the circumferential direction at the time of manufacturing the heat exchanger 8, and as a result, the winding type has a cylindrical shape. The heat exchanger 8 can be easily manufactured.
[0042]
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 combustion device 3 may be provided to guide the indoor heat exchanger 23 of the indoor air conditioner 5 to perform indoor heating. Further, the heating water heated by the combustion device 3 may be connected to a floor heating mat, a bathroom dryer, or the like, and floor heating, bathroom heating, or the like may be performed by supplying heated water.
In the embodiment described above, an example in which a plurality of alloy containers are configured by joining a pair of plates 12 and 13 may be provided, but a pair of plates 12 and 13 may be provided so as to configure one alloy container. That is, one alloy container may be constituted by a pair of plates 12 and 13, and a cell S on a disk may be constituted by combining them, and the heat exchanger 8 may be constituted by stacking the cells S.
[0043]
In the above embodiment, the heat medium passage 11 is flowed from the inner peripheral side to the outer peripheral side, turned on the outer peripheral side, and flows again to the inner peripheral side. However, the flow direction by the heat medium passage 11 is changed. You may do it. For example, contrary to the above-described embodiment, the heat medium is flown from the outer peripheral side to the inner peripheral side, is turned on the inner peripheral side, and is flown again to the outer peripheral side, or from the inner peripheral side only to the outer peripheral side, or from the outer peripheral side. Only the inner circumference side or a combination of these flow directions may be applied.
[0044]
In the above embodiment, the example in which the heat exchanger 8 is continuously rotated by the rotation driving means has been described. However, the heat exchanger 8 may be intermittently rotated.
In the above-described embodiment, an example in which the rotation shaft (distributor 9) of the heat exchanger 8 is arranged horizontally has been shown, but it may be arranged vertically or obliquely. Further, the arrangement order of the first container S1, the second container S2, and the third container S3 may be modified so that the heat exchange unit touching each alloy container can also be realized by the heat exchange unit.
[0045]
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 embodiment, an example in which a two-stage cycle is used is shown as an example of the heat exchange unit 2, but it may be used for a one-stage cycle or a three-stage or more cycle.
[0046]
In the above embodiment, a multi air conditioner in which a plurality of indoor air conditioners 5 can be connected to one outdoor unit 7 is shown. However, the present invention is applied to an air conditioner in which one indoor air conditioner 5 is connected to one outdoor unit 7. It may be applied.
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 heat exchange unit 2 has been shown. The present invention may be used as another cooling device such as a freezing operation.
In the above embodiment, an example in which one heat exchange unit 2 (a unit constituted by one distributor 9 and one heat exchanger 8) is used is shown, but a plurality of heat exchange units 2 are mounted. The cooling capacity may be increased and used for a cooling apparatus that requires a large cooling capacity such as a building air conditioning system.
[0047]
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 plan view of a plate (Example).
FIG. 2 is an explanatory view of an alloy storage chamber and a heat medium passage (Example).
FIG. 3 is a cross-sectional view of a heat exchanger (Example).
FIG. 4 is an explanatory view showing a flow of a heat medium by a distributor (Example).
FIG. 5 is an explanatory view showing a flow of a heat medium supplied to each heat medium passage (Example).
FIG. 6 is an operation explanatory view of a heat exchange unit (Example).
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a cooling device (Example).
FIG. 8 is a PT refrigeration cycle diagram (Example).
FIG. 9 is a diagram in which a plurality of alloy storage chambers are arranged around a central axis (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)
2 Heat exchange unit
8 Heat exchanger
9 Distributor
10 Alloy chamber
11 Heat medium passage
12 One plate
13 The other plate

Claims (2)

水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利用した水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、
一方の面に水素吸蔵合金を収容する合金収容室用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体を流す熱媒体通路用の窪みが形成された一対のプレートを複数積層して、前記合金収容室と前記熱媒体通路とを積層方向に交互に形成し、
前記合金収容室内の水素吸蔵合金と、前記熱媒体通路を流れる熱媒体との熱交換を行う熱交換器を備え、
前記一対のプレートは、円盤形状を呈して、複数の前記合金収容室および前記熱媒体通路が円盤中心の周囲に巻付けられる形状で配置され、
前記一対のプレートが複数積層されて円筒形状の熱交換器が形成される
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。
The heat absorption system using the hydrogen storage alloy that uses the heat absorption during the release of hydrogen of the hydrogen storage alloy or the heat dissipation during the storage of hydrogen,
A plurality of pairs of plates each having a recess for an alloy storage chamber for storing a hydrogen storage alloy on one surface and a recess for a heat medium passage through which a heat medium flows are formed on the other surface to store the alloy. Chambers and heat medium passages are alternately formed in the stacking direction,
A heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen storage alloy in the alloy housing chamber and the heat medium flowing through the heat medium passage;
The pair of plates have a disk shape and are arranged in a shape in which the plurality of alloy storage chambers and the heat medium passage are wound around the center of the disk,
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy, wherein a plurality of the pair of plates are stacked to form a cylindrical heat exchanger.
水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利用した水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、
一方の面に水素吸蔵合金を収容する合金収容室用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体を流す熱媒体通路用の窪みが形成された一対のプレートを複数積層して、前記合金収容室と前記熱媒体通路とを積層方向に交互に形成し、
前記合金収容室内の水素吸蔵合金と、前記熱媒体通路を流れる熱媒体との熱交換を行う熱交換器を備え、
前記一対のプレートによって1つの前記合金収容室を形成するように設けられ、
前記一対のプレートが中心軸の周囲に巻付けられる形状で複数配置されて円盤形状に配置されるとともに、前記一対のプレートが軸方向に複数積層されて円筒形状の熱交換器が形成される
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。
The heat absorption system using the hydrogen storage alloy that uses the heat absorption during the release of hydrogen of the hydrogen storage alloy or the heat dissipation during the storage of hydrogen,
A plurality of pairs of plates each having a recess for an alloy storage chamber for storing a hydrogen storage alloy on one surface and a recess for a heat medium passage through which a heat medium flows are formed on the other surface to store the alloy. Chambers and heat medium passages are alternately formed in the stacking direction,
A heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen storage alloy in the alloy housing chamber and the heat medium flowing through the heat medium passage;
Provided to form one alloy housing chamber by the pair of plates;
A plurality of the pair of plates are arranged in a shape wound around the central axis and arranged in a disk shape, and a plurality of the pair of plates are laminated in the axial direction to form a cylindrical heat exchanger. Heat utilization system using hydrogen storage alloy characterized by
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