JP3946414B2 - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出とを繰り返して行わせて、水素の放出時に生じる吸熱作用を利用して冷熱を得る、あるいは水素の吸蔵時に生じる放熱作用を利用して温熱を得る水素吸蔵合金を利用した熱利用システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素吸蔵合金を利用した熱利用システム（例えば、冷却装置）は、水素吸蔵合金を加熱するための加熱用熱媒体（以下、加熱水とする）、水素吸蔵合金を冷却するための冷却用熱媒体（以下、放熱水とする）、水素吸蔵合金によって冷却される冷熱出力用熱媒体（以下、冷熱出力水とする）、水素吸蔵合金の水素吸蔵および水素放出を抑制するための抑制用熱媒体（以下、抑制水）など、複数の熱媒体を切り替えて、水素吸蔵合金と熱交換している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
温度の異なる複数種類の熱媒体を切り替えて水素吸蔵合金に供給する熱媒体切替手段として、図２０に示すように、移動位置に応じて熱媒体を切り替える往復動切替弁体１００を有する熱媒体切替弁を用いることを考察した場合、熱媒体の切り替えを行うために往復動切替弁体１００が移動する際、往復動切替弁体１００の移動前｛図２０（ａ）参照｝において熱媒体のシールが確保されている状態であっても、往復動切替弁体１００の移動中｛図２０（ｂ）参照｝において熱媒体のシールが崩れ、熱媒体の混流が発生してしまう（但し、水圧ａ≠水圧ｂ）。
【０００４】
そこで、図２０（ｃ）に示すように、往復動切替弁体１００の弁長を２倍にするとともに、各間のシール材１０１の数を増やすことにより、上記の不具合を解決することができる。つまり、往復動切替弁体１００の弁長を２倍にするとともに、各間のシール材１０１の数を増やすことにより、往復動切替弁体１００の移動中｛図２０（ｄ）参照｝であっても熱媒体のシールが確保でき、熱媒体の混流を防ぐことができる。
【０００５】
しかし、往復動切替弁体１００の弁長が２倍になることにより、熱媒体切替手段の体格が大きくなってしまう。
また、シール材１０１の数を増やすことにより、往復動切替弁体１００の移動抵抗が大変大きくなってしまい、往復動切替弁体１００の駆動源に高駆動力が求められ、重量の増大、駆動電力量の増大、およびコストアップの要因になってしまう。
【０００６】
一方、本願出願人は、熱媒体切替手段として、回転式分配システムを提案している。この回転式分配システムは、複数の熱媒体の給排を行う複数のポートを備えた固定体と、この固定体に対して回転し、回転位置に応じたポートの断続によって熱媒体の切り替えが行われる回転体とから構成されるものである。
ここで、熱媒体の切り替えを行う際、合金間の水素移動を効果的に行わせるために、複数種類の熱媒体の供給タイミングを変える、いわゆる位相制御の実施が好ましい。
しかし、回転式分配システムでは、位相制御を固定体のポートと回転体のポートとの位相角で調節するため、一旦位相角を決めて回転式分配システムを製作すると、位相角を変更するのは困難であり、例えばサイクルの状態に応じて位相角を変化させて、効率を向上させることはできなくなってしまう。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、熱媒体切替弁における往復動切替弁体の弁長を短縮するとともに、シール材の数を少なくして往復動切替弁体の移動抵抗を低減させて、往復動切替弁体の移動時における熱媒体の混流を防止できる水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの提供にあり、第２の目的は、位相制御を容易に実施できるとともに、位相角も容易に変化させることが可能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。
【０００８】
【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、水素吸蔵合金と熱媒体の熱交換を行う複数の熱交換器と、
温度の異なる熱媒体を前記複数の熱交換器に切り替えて供給する熱媒体切替手段と、を備え、
熱媒体と熱交換して水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出とを行わせ、水素の放出時に生じる吸熱作用や水素の吸蔵時に生じる放熱作用を利用して冷熱や温熱を得るものであって、
前記熱媒体切替手段は、
移動位置に応じて熱媒体を切り替える往復動切替弁体を有する熱媒体切替弁と、
前記往復動切替弁体の移動時に、前記熱媒体切替弁によって切り替えられる熱媒体の流れを停止させる停止手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項１の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの前記停止手段は、熱媒体の流れを停止させる時期、あるいは熱媒体の流れを再開させる時期を、熱媒体の種類等に応じて決定するように設けられたことを特徴とする。
【００１０】
（請求項２の手段）
請求項１の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記停止手段は、前記熱媒体切替弁によって切り替えられる熱媒体の流れを停止させる遮断弁体と、この遮断弁体を駆動する駆動手段とを備え、
この駆動手段は、電磁ソレノイドや電動モータ等の電気的アクチュエータの作動によって前記遮断弁体を直接あるいは間接的に駆動するものであり、
前記電気的アクチュエータは、制御装置によって制御されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用および効果】
（請求項１の作用および効果）
停止手段が往復動切替弁体の移動時に熱媒体の流れを停止させるため、往復動切替弁体の切り替え途中において、シール材によるシールが崩れた状態でも、熱媒体の混流が発生しない。このため、熱媒体切替弁における往復動切替弁体の弁長を短縮できる。また、シール材の数を少なくすることができるため、往復動切替弁体の移動抵抗を低減させることができる。
【００１２】
また、停止手段が熱媒体の流れを停止させる時期、あるいは熱媒体の流れを再開させる時期を決定するものであるため、停止手段によって位相制御を容易に実施できる。
【００１３】
（請求項２の作用および効果）
制御装置によって熱媒体切替弁で切り替えられる熱媒体の流れを制御できるため、位相制御における位相角を容易に変更することができる。また、サイクルの運転状態に応じて位相角を適切に変化させて、効率を向上させることができる。
【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〕
この実施例を図１〜図１５を用いて説明する。水素平衡温度が異なる複数種（この実施例では３種）の水素吸蔵合金が封入されたセルＳは、図２に示すように薄型に設けられて、図３に示すように積層されて使用されるものであり、例えば冷房装置として使用する場合は、セルＳの内部に封入した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、セルＳに沿って流れる冷熱出力用熱媒体（例えば、水）を冷却し、その冷却された冷熱出力用熱媒体で室内に吹き出される空気を冷却して室内を冷房するものである。
【００１５】
この実施例では、２段サイクルを示すものであり、薄型に設けられたセルＳの積層体グループＧが、連続した出力を出すために３つ用いられる。つまり、水素駆動を行う積層体グループＧと、第１冷熱出力を行う積層体グループＧと、第２冷熱出力を行う積層体グループＧとが用いられるものであり、水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γが順次繰り返して実行されることで、連続した出力が得られる。そして、３つの積層体グループＧは、図４に示す第１〜第３熱交換ユニット１ａ〜１ｃ内にそれぞれ組み込まれるものである。
【００１６】
２段サイクルを構成するセルＳは、１つのセルＳの内部に水素平衡温度が異なる３種の水素吸蔵合金が封入される。この３種の水素吸蔵合金は、高温合金ＨＭ（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）と、中温合金ＭＭ（中温度水素吸蔵合金の粉末）と、低温合金ＬＭ（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）とに分類されるものであり、図２に示すように、１つの薄型のセルＳ内に３つの層に分かれて封入される。つまり、セルＳの内部には、高温合金ＨＭによる第１の層Ｓ1 と、中温合金ＭＭによる第２の層Ｓ2 と、低温合金ＬＭによる第３の層Ｓ3 とが設けられる。
なお、各合金種の関係を図５のＰＴ冷凍サイクル線図を用いて説明すると、水素吸蔵合金の特性が、相対的に高温側（図示左側）にあるのが高温合金ＨＭ、低温側（図示右側）にあるのが低温合金ＬＭ、両者の中間にあるのが中温合金ＭＭである。
【００１７】
１つのセルＳの内部の３つの層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、図２に示すように、仕切手段２によって仕切られている。この仕切手段２は、各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 間の水素移動を可能とし、且つ各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 間の水素吸蔵合金の移動を阻止するものである。この実施例の仕切手段２は、各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 に亘って配置されたパイプフィルタ３が複数貫通配置されるものであり、このパイプフィルタ３によって各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 間の水素移動を可能にしている。このパイプフィルタ３は、セルＳの内部の全域にほぼムラなく配置されている。パイプフィルタ３は、水素が素通りできるパイプ状のフィルタであり、パイプに形成された多数の微小穴によって水素が素通りでき、且つ水素吸蔵合金がパイプ内に進入するのを阻止するように設けられている。この微小穴は、金属パイプにエッチング処理して形成されたものである。
【００１８】
セルＳは、プレス成形された一対のプレートをろう付けや溶接等により接合して構成されるものであり、セルＳの内部には上述のように３つの層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 に分けられた水素吸蔵合金（高温合金ＨＭ、中温合金ＭＭ、低温合金ＬＭ）を収容する３つの合金収容室が形成され、各合金収容室の表面には熱媒体が流れる熱媒体通路が形成される。この熱媒体通路は、各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の水素吸蔵合金毎に対応し、独立して熱媒体を流すように設けられるものである。言い換えると、それぞれの熱交換ユニット１ａ〜１ｃの内部は、各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 毎に区切られて熱媒体が流れるように設けられている。
【００１９】
つまり、各熱交換ユニット１ａ〜１ｃは、高温合金ＨＭと熱媒体とを熱交換する高温合金熱交換器Ｓａと、中温合金ＭＭと熱媒体とを熱交換する中温合金熱交換器Ｓｂと、低温合金ＬＭと熱媒体とを熱交換する低温合金熱交換器Ｓｃとから構成されるものである。そして、この実施例では３つの熱交換ユニット１ａ〜１ｃが用いられるため、高温合金熱交換器Ｓａ、中温合金熱交換器Ｓｂ、低温合金熱交換器Ｓｃがそれぞれ３つづつ、合計９つの熱交換器が用いられるものである。
【００２０】
なお、合金収容室を形成する部分のプレートは、波状に形成されており、熱媒体と水素吸蔵合金との熱交換効率を向上するように設けられている。また、各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を仕切る仕切手段２は、パイプフィルタ３が貫通配置される帯状に形成されており、その帯状部分には、各層の熱の伝達を抑制するための断熱穴２ａが形成されている。
【００２１】
２段サイクルは、高温合金ＨＭから低温合金ＬＭへ水素を移動させる水素駆動部αと、低温合金ＬＭから中温合金ＭＭへ水素を移動させる第１冷熱出力部βと、中温合金ＭＭから高温合金ＨＭへ水素を移動させる第２冷熱出力部γとから構成される。
【００２２】
水素駆動部αは、高温合金熱交換器Ｓａへ加熱水（水素吸蔵合金を加熱して水素を放出させるための加熱用熱媒体の一例）を流して加熱水と高温合金ＨＭとを熱交換して高温合金ＨＭを加熱するとともに、低温合金熱交換器Ｓｃへ放熱水（水素吸蔵合金を冷却して水素を吸蔵させるための放熱用熱媒体の一例）を流して放熱水と低温合金ＬＭとを熱交換して低温合金ＬＭを冷却することで、高温合金ＨＭから低温合金ＬＭへ水素を移動させるものである。この時、中温合金熱交換器Ｓｂへ抑制用熱媒体を流して中温合金ＭＭと抑制水（水素吸蔵合金の水素の吸蔵および放出を抑制するための抑制用熱媒体の一例）とを熱交換させて、その中温合金ＭＭを収容する合金収容室の内圧を上昇させ、中温合金ＭＭが水素を放出するように設定されている。
【００２３】
第１冷熱出力部βは、中温合金熱交換器Ｓｂへ放熱水を流して放熱水と中温合金ＭＭとを熱交換して中温合金ＭＭを冷却することで、低温合金ＬＭから中温合金ＭＭへ水素を移動させるものである。この時、高温合金熱交換器Ｓａへ抑制水を流して高温合金ＨＭと抑制水とを熱交換させて、高温合金ＨＭの水素の吸蔵と放出とを抑制する。また、この時、低温合金熱交換器Ｓｃへ冷熱出力水（水素吸蔵合金が水素を放出する際に生じる吸熱作用を利用して冷熱を得るための冷熱出力用熱媒体の一例）を流すことで低温合金ＬＭは室内空気を冷房して冷熱が奪われた冷熱出力水と熱交換されるが、その冷熱出力水の温度（例えば１０℃〜１３℃くらい）では、低温合金ＬＭは水素を放出するように設けられている。
【００２４】
第２冷熱出力部γは、高温合金熱交換器Ｓａへ放熱水を流して放熱水と高温合金ＨＭとを熱交換して高温合金ＨＭを冷却することで、中温合金ＭＭと低温合金ＬＭから高温合金ＨＭへ水素を移動させるものである。この時、低温合金熱交換器Ｓｃおよび中温合金熱交換器Ｓｂへ冷熱出力水を流すことで中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭは室内空気を冷房して冷熱が奪われた冷熱出力水と熱交換されるが、その冷熱出力水の温度（例えば１３℃〜７℃くらい）では、中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭは水素を放出するように設けられている。
【００２５】
ここで、第１、第２冷熱出力部β、γで低温合金ＬＭおよび中温合金ＭＭに熱交換される冷熱出力水は、低温合金ＬＭおよび中温合金ＭＭが水素を放出する際に熱が奪われて冷房に適した低温になる。
上記で示した加熱水は、図示しない加熱手段（例えば、燃焼装置）によって加熱されるものである。
抑制水は、加熱水の一部を用いたものである（図６の熱媒体回路図参照）。
放熱水は、外気と熱交換されて冷却されるものであり、例えばクーリングタワー等の放熱器を使用して放熱水を冷却するように設けられている。
【００２６】
上記で示した水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γは、各層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の水素吸蔵合金（高温合金ＨＭ、中温合金ＭＭ、低温合金ＬＭ）と熱交換される熱媒体を切り替えることによって実行されるものであり、熱媒体の切り替えは、図４に示す熱媒体切替手段５によって成される。つまり、この熱媒体切替手段５による熱媒体の切り替えによって、３つの積層体グループＧが水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γをそれぞれ１段づつずらして実行するように設けられている。
【００２７】
この熱媒体切替手段５の構造を図１および図７〜図１５を用いて説明する。
熱媒体切替手段５は、温度の異なる各熱媒体（加熱水、放熱水、抑制水、冷熱出力水）と、各熱交換器（高温合金熱交換器Ｓａ、中温合金熱交換器Ｓｂ、低温合金熱交換器Ｓｃ）とを個別に対応させた冷媒個別対応択一弁タイプのものである。
【００２８】
この冷媒個別対応択一弁タイプは、第１〜第３熱交換ユニット１ａ〜１ｃにおけるそれぞれの高温合金熱交換器Ｓａに対して熱媒体の切り替えを行う高温合金用切替ユニット５ａと、第１〜第３熱交換ユニット１ａ〜１ｃにおけるそれぞれの中温合金熱交換器Ｓｂに対して熱媒体の切り替えを行う中温合金用切替ユニット５ｂと、第１〜第３熱交換ユニット１ａ〜１ｃにおけるそれぞれの低温合金熱交換器Ｓｃに対して熱媒体の切り替えを行う低温合金用切替ユニット５ｃとを備える。
【００２９】
高温合金用切替ユニット５ａは、第１熱交換ユニット１ａの高温合金熱交換器Ｓａ、第２熱交換ユニット１ｂの高温合金熱交換器Ｓａ、第３熱交換ユニット１ｃの高温合金熱交換器Ｓａに対して熱媒体の切り替えを行うものであり、各熱交換器の両側に、加熱水切替用のａタイプ弁１１、抑制水切替用のｂタイプ弁１２、放熱水切替用のｃタイプ弁１３がそれぞれ配置される。なお、このａ、ｂ、ｃタイプ弁１１、１２、１３は、熱媒体切替弁に相当するものである。
なお、ａタイプ弁１１は、図７（ａ）に示すものであり、ｂタイプ弁１２は、図７（ｂ）に示すものであり、ｃタイプ弁１３は、図７（ｃ）に示すものであり、以下にその構造を説明する。
【００３０】
ａタイプ弁１１は、図７（ａ）に示すように、ａタイプバルブボディ１４と、周囲に複数のシール材（Ｏリング）１０が装着されたａタイプ中空弁１５とから構成される。なお、このａタイプ中空弁１５および後述するｂ、ｃタイプ中空弁２０、２５は、往復動切替弁体に相当するものである。
ａタイプバルブボディ１４は、加熱水循環経路１６（図６参照）に接続される図８（ａ−１）に示す外部加熱水分配・収集用ポート１７と、高温合金熱交換器Ｓａ側に接続される図８（ａ−３）に示すセル側加熱水供給・排出用ポート１８とを備える。
ａタイプ中空弁１５は、図８（ａ−２）に示すものであり、ａタイプバルブボディ１４内で３つの停止位置のいずれかに停止して、外部加熱水分配・収集用ポート１７と、セル側加熱水供給・排出用ポート１８の連通の切り替えを行うものである。
【００３１】
具体的には、第１停止位置では図９（ａ−１）に示すように第１熱交換ユニット１ａの高温合金熱交換器Ｓａへ加熱水の供給（あるいは排出）を行い、第２停止位置（中間停止位置）では図９（ａ−２）に示すように第３熱交換ユニット１ｃの高温合金熱交換器Ｓａへ加熱水の供給（あるいは排出）を行い、第３停止位置では図９（ａ−３）に示すように第２熱交換ユニット１ｂの高温合金熱交換器Ｓａへ加熱水の供給（あるいは排出）を行うものである。
【００３２】
ｂタイプ弁１２は、図７（ｂ）に示すように、ｂタイプバルブボディ１９と、周囲に複数のシール材（Ｏリング）１０が装着されたｂタイプ中空弁２０とから構成される。
ｂタイプバルブボディ１９は、抑制水循環経路１６ａ（図６参照）に接続される図８（ｂ−１）に示す外部抑制水分配・収集用ポート２２と、高温合金熱交換器Ｓａ側に接続される図８（ｂ−３）に示すセル側抑制水供給・排出用ポート２３とを備える。
ｂタイプ中空弁２０は、図８（ｂ−２）に示すものであり、ｂタイプバルブボディ１９内で３つの停止位置のいずれかに停止して、外部抑制水分配・収集用ポート２２と、セル側抑制水供給・排出用ポート２３の連通の切り替えを行うものである。
【００３３】
具体的には、第１停止位置では図９（ｂ−１）に示すように第２熱交換ユニット１ｂの高温合金熱交換器Ｓａへ抑制水の供給（あるいは排出）を行い、第２停止位置では図９（ｂ−２）に示すように第１熱交換ユニット１ａの高温合金熱交換器Ｓａへ抑制水の供給（あるいは排出）を行い、第３停止位置では図９（ｂ−３）に示すように第３熱交換ユニット１ｃの高温合金熱交換器Ｓａへ抑制水の供給（あるいは排出）を行うものである。
【００３４】
ｃタイプ弁１３は、図７（ｃ）に示すように、ｃタイプバルブボディ２４と、周囲に複数のシール材（Ｏリング）１０が装着されたｃタイプ中空弁２５とから構成される。
ｃタイプバルブボディ２４は、放熱水循環経路２１（図６参照）に接続される図８（ｃ−１）に示す外部放熱水分配・収集用ポート２６と、高温合金熱交換器Ｓａ側に接続される図８（ｃ−３）に示すセル側放熱水供給・排出用ポート２７とを備える。
ｃタイプ中空弁２５は、図８（ｃ−２）に示すものであり、ｃタイプバルブボディ２４内で３つの停止位置のいずれかに停止して、外部放熱水分配・収集用ポート２６と、セル側放熱水供給・排出用ポート２７の連通の切り替えを行うものである。
【００３５】
具体的には、第１停止位置では図９（ｃ−１）に示すように第３熱交換ユニット１ｃの高温合金熱交換器Ｓａへ放熱水の供給（あるいは排出）を行い、第２停止位置では図９（ｃ−２）に示すように第２熱交換ユニット１ｂの高温合金熱交換器Ｓａへ放熱水の供給（あるいは排出）を行い、第３停止位置では図９（ｃ−３）に示すように第１熱交換ユニット１ａの高温合金熱交換器Ｓａへ放熱水の供給（あるいは排出）を行うものである。
【００３６】
中温合金用切替ユニット５ｂは、上述した高温合金用切替ユニット５ａと同じ構造のものであり、高温合金用切替ユニット５ａで切り替えた熱媒体が加熱水・抑制水・放熱水であったものを、抑制水・放熱水・冷熱出力水に置き換えたものである。
【００３７】
低温合金用切替ユニット５ｃも、上述した高温合金用切替ユニット５ａと同じ構造のものであり、高温合金用切替ユニット５ａで切り替えた熱媒体が加熱水・抑制水・放熱水であったものを、放熱水・冷熱出力水・戻り冷熱出力水に置き換えたものである。
なお、この戻り冷熱出力水とは、図６に示すように、第２冷熱出力部γの低温合金ＬＭと熱交換される冷熱出力水であり、第１冷熱出力部βの低温合金ＬＭおよび第２冷熱出力部γの中温合金ＭＭと熱交換される冷熱出力水に対して区別したものである。
【００３８】
上記に示した高温合金用切替ユニット５ａ、中温合金用切替ユニット５ｂ、低温合金用切替ユニット５ｃにおける各ａタイプ弁１１、ｂタイプ弁１２、ｃタイプ弁１３が、第１停止位置→第２停止位置→第３停止位置を繰り返す。
この時、第１停止位置では、第１熱交換ユニット１ａが水素駆動部α、第２熱交換ユニット１ｂが第１冷熱出力部β、第３熱交換ユニット１ｃが第２冷熱出力部γを行う。
第２停止位置では、第１熱交換ユニット１ａが第１冷熱出力部β、第２熱交換ユニット１ｂが第２冷熱出力部γ、第３熱交換ユニット１ｃが水素駆動部αを行う。
第３停止位置では、第１熱交換ユニット１ａが第２冷熱出力部γ、第２熱交換ユニット１ｂが水素駆動部α、第３熱交換ユニット１ｃが第１冷熱出力部βを行う。
【００３９】
この第１停止位置→第２停止位置→第３停止位置における各熱交換ユニット１ａ〜１ｃの状態および使用される熱媒体の種類の関係を、図１０（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４０】
この実施例に使用される熱媒体切替弁（ａ、ｂ、ｃタイプ弁１１、１２、１３）は、温度の異なる熱媒体にそれぞれ対応して複数設けられている。そして、それぞれの熱媒体切替弁は、切り替えられることによって複数の熱交換器へ熱媒体を切り替えて供給する。このため、図１１、図１２に示すように、高温合金熱交換器Ｓａに対し、加熱水を切り替えるａタイプ弁１１がセル入口側とセル出口側とで２組、抑制水を切り替えるｂタイプ弁１２がセル入口側とセル出口側とで２組、放熱水を切り替えるｃタイプ弁１３がセル入口側とセル出口側とで２組が用いられている。また、中温合金熱交換器Ｓｂに対しては、抑制水を切り替えるａタイプ弁１１がセル入口側とセル出口側とで２組、放熱水を切り替えるｂタイプ弁１２がセル入口側とセル出口側とで２組、冷熱出力水を切り替えるｃタイプ弁１３がセル入口側とセル出口側とで２組が用いられている。さらに、低温合金熱交換器Ｓｃに対しては、放熱水を切り替えるａタイプ弁１１がセル入口側とセル出口側とで２組、冷熱出力水を切り替えるｂタイプ弁１２がセル入口側とセル出口側とで２組、戻り冷熱出力水を切り替えるｃタイプ弁１３がセル入口側とセル出口側とで２組が用いられている。つまり、熱媒体切替弁の数は、合計１８組用いられている。
【００４１】
上述したように、ａタイプ中空弁１５、ｂタイプ中空弁２０、ｃタイプ中空弁２５は、それぞれ第１、第２、第３停止位置の３つの位置に停止するように設けられている。
ａタイプ中空弁１５、ｂタイプ中空弁２０、ｃタイプ中空弁２５は、それぞれ放熱水の流体圧によって駆動されるものであり、それぞれを中間位置（第２停止位置）に停止させるため、それぞれに親弁３０が配置されている（図１３参照）。なお、放熱水は、各熱交換ユニット１ａ〜１ｃと、図示しない放熱器とを循環するものであり、図１４に示す放熱水循環経路２１に配置された放熱水循環ポンプＰにより駆動されるものである。
【００４２】
ａタイプ中空弁１５、ｂタイプ中空弁２０、ｃタイプ中空弁２５を第１、第２、第３停止位置の３つの位置に停止させる手段を図１４を用いて説明する。なお、ここでは、ａ、ｂ、ｃタイプ中空弁１５、２０、２５を１つのモデル弁（以下、往復動切替弁体３１）として説明し、ａ、ｂ、ｃタイプバルブボディ１４、１９、２４を１つのバルブボディ３２として説明する。そして、ａ、ｂ、ｃタイプ弁１１、１２、１３を１つの熱媒体切替弁２９として説明するものである。
往復動切替弁体３１を第１、第２、第３停止位置の３つの位置に停止させるために、往復動切替弁体３１の一端側（図示上側）には、往復動切替弁体３１より大径の親弁３０が配置されている。
【００４３】
親弁３０および往復動切替弁体３１を収容するバルブボディ３２には、往復動切替弁体３１の下端に連通する下端ポート３２ａ、親弁３０の下端（往復動切替弁体３１の上端でもある）に連通する中間ポート３２ｂ、親弁３０の上端に連通する上端ポート３２ｃが設けられており、下端ポート３２ａ、中間ポート３２ｂ、上端ポート３２ｃに対する放熱水の供給および排出状態によって、図１５に示すように、親弁３０の停止位置および往復動切替弁体３１の停止位置が決定される。
つまり、往復動切替弁体３１の反親弁３０側のバルブボディ内と、親弁３０の往復動切替弁体３１側のバルブボディ３２内と、親弁３０の反往復動切替弁体３１側のバルブボディ３２内とにおける流体の圧力差により、往復動切替弁体３１を、第１、第２、第３停止位置の３つの停止位置に設定するように設けられている。
【００４４】
下端ポート３２ａには、親弁３０の往復動切替弁体３１側のバルブボディ３２内の圧力を正圧と負圧とに切り替える下端電磁弁３３が接続されている。この下端電磁弁３３は、通電OFF で下端ポート３２ａを放熱水循環ポンプＰの吸引側（負圧側）に接続し、通電ONで下端ポート３２ａを放熱水循環ポンプＰの吐出側（正圧側）に接続するものであって、バネ３３ａによって復帰する電磁ソレノイド３３ｂと、バネ３３ａおよび電磁ソレノイド３３ｂによってスライドする正負切替弁３３ｃとから構成される。
【００４５】
中間ポート３２ｂには、親弁３０の往復動切替弁体３１側のバルブボディ３２内の圧力を正圧と負圧とに切り替える中間電磁弁３４が接続されている。この中間電磁弁３４は、通電OFF で中間ポート３２ｂを放熱水循環ポンプＰの吐出側（正圧側）に接続し、通電ONで中間ポート３２ｂを放熱水循環ポンプＰの吸引側（負圧側）に接続するものであって、バネ３４ａによって復帰する電磁ソレノイド３４ｂと、バネ３４ａおよび電磁ソレノイド３４ｂによってスライドする正負切替弁３４ｃとから構成される。
【００４６】
上端ポート３２ｃには、親弁３０の反往復動切替弁体３１側のバルブボディ３２内の圧力を正圧と負圧とに切り替える上端電磁弁３５が接続されている。この上端電磁弁３５は、通電OFF で上端ポート３２ｃを放熱水循環ポンプＰの吸引側（負圧側）に接続し、通電ONで上端ポート３２ｃを放熱水循環ポンプＰの吐出側（正圧側）に接続するものであって、バネ３５ａによって復帰する電磁ソレノイド３５ｂと、バネ３５ａおよび電磁ソレノイド３５ｂによってスライドする正負切替弁３５ｃとから構成される。
【００４７】
具体的な往復動切替弁体３１の駆動を図１５を参照して説明する。
下端電磁弁３３をOFF 、中間電磁弁３４をOFF 、上端電磁弁３５をOFF することにより、下端ポート３２ａが放熱水循環ポンプＰの負圧側に接続され、中間ポート３２ｂが放熱水循環ポンプＰの正圧側に接続され、上端ポート３２ｃが放熱水循環ポンプＰの負圧側に接続される。これにより、往復動切替弁体３１が下側へ駆動されて第１停止位置に停止する｛図１５（ａ）参照｝。
【００４８】
下端電磁弁３３をON、中間電磁弁３４をON、上端電磁弁３５をONすることにより、下端ポート３２ａが放熱水循環ポンプＰの正圧側に接続され、中間ポート３２ｂが放熱水循環ポンプＰの負圧側に接続され、上端ポート３２ｃが放熱水循環ポンプＰの正圧側に接続される。これにより、往復動切替弁体３１が上側へ駆動されるが、駆動力の大きい親弁３０が下側に駆動されて停止するため、往復動切替弁体３１は親弁３０に規制されて中間位置（第２停止位置）で停止する｛図１５（ｂ）参照｝。
【００４９】
下端電磁弁３３をON、中間電磁弁３４をON、上端電磁弁３５をOFF することにより、上記の第２停止位置の状態から上端ポート３２ｃのみが放熱水循環ポンプＰの負圧側に接続される。これにより、駆動力の大きい親弁３０が上側に駆動されて停止するため、往復動切替弁体３１がさらに上側へ駆動されて、第３停止位置で停止する｛図１５（ｃ）参照｝。
【００５０】
続いて、下端電磁弁３３をOFF 、中間電磁弁３４をON、上端電磁弁３５をONすることにより、上端ポート３２ｃが放熱水循環ポンプＰの正圧側に接続され、下端ポート３２ａ、中間ポート３２ｂが放熱水循環ポンプＰの負圧側に接続される。これにより、駆動力の大きい親弁３０が下側に駆動されて往復動切替弁体３１を下側（中間位置）に押し戻す｛図１５（ｄ）参照｝。
その後、上記の接続を繰り返すことで、往復動切替弁体３１が第１停止位置→第２停止位置→第３停止位置を順次繰り返す。なお、下端電磁弁３３、中間電磁弁３４、上端電磁弁３５の通電は、図示しない制御装置により、上述した接続が得られるように通電制御される。
【００５１】
一方、図１に示すように、加熱水循環経路１６、放熱水循環経路２１、冷熱出力水循環経路３７のそれぞれには、上述した往復動切替弁体３１が、停止位置（第１、第２、第３停止位置のいずれか）から次の停止位置（第１、第２、第３停止位置のいずれか）に移動する際に、熱媒体切替弁２９によって切り替えられる熱媒体の流れを停止させる停止弁３６（停止手段に相当する）が配置されている。このように、往復動切替弁体３１が、停止位置から次の停止位置へ移動する際に、熱媒体の流れが停止されることによって、往復動切替弁体３１の移動中、往復動切替弁体３１によって切り替えられる熱媒体が、熱媒体切替弁２９において混流するのを阻止するものである。
【００５２】
また、各停止弁３６は、熱媒体の切り替えを行う際、合金間の水素移動を効果的に行わせるために、複数種類の熱媒体の供給タイミングを変える、いわゆる位相制御にも用いられるものである。
具体的には、停止弁３６によって、熱媒体の流れを停止させる時期、あるいは熱媒体の流れを再開させる時期を熱媒体の種類等に応じてずらすように設定されるものであり、この実施例では水素吸蔵用の放熱水を他の熱媒体よりも先に供給を開始して吸蔵状態にしておき、少し遅れて水素放出用の熱媒体（加熱水や冷熱出力水）を供給して水素の移動速度を速める吸蔵優先位相制御を行うものである。なお、水素放出用の熱媒体（加熱水や冷熱出力水）を他の熱媒体よりも先に供給を開始して放出状態にしておき、少し遅れて水素吸蔵用の熱媒体（放熱水）を供給して水素の移動速度を速める放出優先位相制御を行うように設けても良い。この実施例に示すように、位相制御を各往復動切替弁体３１の切り替えによって行うのではなく、加熱水循環経路１６、放熱水循環経路２１、冷熱出力水循環経路３７のそれぞれに設けられた停止弁３６によってまとめて行えるため、位相制御を容易に実施することができる。
【００５３】
停止弁３６は、図１に示すように、熱媒体循環経路（加熱水循環経路１６、放熱水循環経路２１、冷熱出力水循環経路３７）の連通あるいは遮断を行う遮断弁体３６ａと、この遮断弁体３６ａの一端に配置された弁体復帰用のバネ３６ｂと、遮断弁体３６ａを駆動するための駆動手段３８とから構成される。
【００５４】
この駆動手段３８は、遮断弁体３６ａの他端側（復帰用のバネ３６ｂとは逆側）に放熱水の正圧（放熱水循環ポンプＰの下流側圧力）を印加することで、遮断弁体３６ａを駆動して停止弁３６を作動させるものであり、正圧と排圧とを切り替える正排切替弁体３８ａと、この正排切替弁体３８ａを駆動する電磁ソレノイド３８ｂ（電気的アクチュエータに相当する）とから構成される。
【００５５】
この電磁ソレノイド３８ｂは、図示しない制御装置によって通電制御されるものであり、この電磁ソレノイド３８ｂの通電時期によって、熱媒体切替弁２９の切り替え時に熱媒体の流れを停止させるとともに、位相制御を実施するものであるため、位相制御における位相角を容易に変更することができる。
【００５６】
なお、この実施例では、電磁ソレノイド３８ｂの作動によって遮断弁体３６ａを間接的に駆動する例を示したが、図１６に示すように、遮断弁体３６ａを電磁ソレノイド３８ｂで直接的に駆動するように構成しても良い。
また、サイクルの運転状態に応じて電磁ソレノイド３８ｂの通電時期を制御装置によって変化させることにより、位相角を適切に変化させて効率を向上させても良い。
さらに、電磁ソレノイド３８ｂに代えて、電動モータ等、電気信号によって起動する他の電気的アクチュエータを用いても良い。
【００５７】
次に、熱媒体切替手段５の切り替え作動を説明する。
１８個の往復動切替弁体３１（６本のａタイプ中空弁１５、６本のｂタイプ中空弁２０、６本のｃタイプ中空弁２５）が第１停止位置に設定された状態では、上述したように、第１熱交換ユニット１ａが水素駆動部αに設定され、第２熱交換ユニット１ｂが第１冷熱出力部βに設定され、第３熱交換ユニット１ｃが第２冷熱出力部γに設定される。
次に、１８個の往復動切替弁体３１が第２停止位置に設定された状態では、第１熱交換ユニット１ａが第１冷熱出力部βに設定され、第２熱交換ユニット１ｂが第２冷熱出力部γに設定され、第３熱交換ユニット１ｃが水素駆動部αに設定される。
次に、１８個の往復動切替弁体３１が第３停止位置に設定された状態では、第１熱交換ユニット１ａが第２冷熱出力部γに設定され、第２熱交換ユニット１ｂが水素駆動部αに設定され、第３熱交換ユニット１ｃが第１冷熱出力部βに設定される。
【００５８】
つまり、１８個の往復動切替弁体３１が第１→第２→第３停止位置に順次切り替わることにより、第１熱交換ユニット１ａが水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γに順次切り替わり、第２熱交換ユニット１ｂが第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γ→水素駆動部αに順次切り替わり、第３熱交換ユニット１ｃが第２冷熱出力部γ→水素駆動部α→第１冷熱出力部βに順次切り替わるものである。
【００５９】
次に、水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γの各作動を数値（図６参照）を用いた一例と、図５に示すＰＴ冷凍サイクル線図を用いて説明する。
水素駆動部αに切り替えられた積層体グループＧは、高温合金ＨＭが加熱水と熱交換され、中温合金ＭＭが抑制水と熱交換され、低温合金ＬＭが放熱水と熱交換される。
高温合金ＨＭが加熱水（９５℃）と熱交換されることにより、高温合金ＨＭを収容する合金収容室の内圧が上昇し、高温合金ＨＭが水素を放出（図５の▲１▼）する。
中温合金ＭＭが抑制水（６５℃）と熱交換されることにより、中温合金ＭＭを収容する合金収容室の内圧が上昇し、中温合金ＭＭが水素を放出（図５の▲１▼’）する。
低温合金ＬＭが放熱水（３２℃）と熱交換されることにより、低温合金ＬＭを収容する合金収容室の内圧が下がり、低温合金ＬＭが水素を吸蔵（図５の▲２▼）する。
そして、水素駆動部αが実行された積層体グループＧは、熱媒体切替手段５によって第１冷熱出力部βへ切り替えられる。
【００６０】
第１冷熱出力部βに切り替えられた積層体グループＧは、高温合金ＨＭが抑制水と熱交換され、中温合金ＭＭが放熱水と熱交換され、低温合金ＬＭが冷熱出力水と熱交換される。
高温合金ＨＭが抑制水（６５℃）と熱交換されることにより、高温合金ＨＭを収容する合金収容室の内圧が高温合金ＨＭが水素の吸蔵および放出を行わない圧力に設定される。
中温合金ＭＭが放熱水（３３℃）と熱交換されることにより、中温合金ＭＭを収容する合金収容室の内圧が下がり、中温合金ＭＭが水素を吸蔵（図５の▲４▼）し、低温合金ＬＭが水素を放出（図５の▲３▼）する。
低温合金ＬＭが水素を放出するため、低温合金ＬＭの合金収容室内で吸熱が生じ、低温合金ＬＭと熱交換さ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、第２冷熱出力部γで冷却された冷熱出力水の温度（例えば１０℃くらい）では、低温合金ＬＭを収容する合金収容室の内圧が中温合金ＭＭを収容する合金収容室の内圧より高くなるように設けられている。
そして、第１冷熱出力部βが実行された積層体グループＧは、熱媒体切替手段５によって第２冷熱出力部γへ切り替えられる。
【００６１】
第２冷熱出力部γに切り替えられた積層体グループＧは、高温合金ＨＭが放熱水と熱交換され、中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭが冷熱出力水と熱交換される。
高温合金ＨＭが放熱水（３５℃）と熱交換されることにより、高温合金ＨＭを収容する合金収容室の内圧が下がり、高温合金ＨＭが水素を吸蔵（図５の▲６▼）する。
中温合金ＭＭが水素を放出（図５の▲５▼）するとともに、低温合金ＬＭも水素を放出（図５の▲３▼’）するため、中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭの合金収容室内で吸熱が生じ、中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭと熱交換された冷熱出力水が例えば１０℃に冷やされる。なお、中温合金ＭＭは、室内空気と熱交換して温度上昇した冷熱出力水の温度が１３℃くらいでは、中温合金ＭＭを収容する合金収容室の内圧が高温合金ＨＭを収容する合金収容室の内圧より高くなるように設けられている。
そして、第２冷熱出力部γが実行された積層体グループＧは、熱媒体切替手段５によって水素駆動部αへ切り替えられる。
【００６２】
なお、第１、第２冷熱出力部β、γで低温合金ＬＭおよび中温合金ＭＭが水素を放出する際に熱が奪われて低温（７℃）になった冷熱出力水は、図示しない室内空調機の室内熱交換器に供給されて、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。
【００６３】
〔実施例の効果〕
上述したように、往復動切替弁体３１が、停止位置（第１、第２、第３停止位置のいずれか）から次の停止位置（第１、第２、第３停止位置のいずれか）に移動する際、停止弁３６が熱媒体の流れを停止させるため、往復動切替弁体３１の移動中、往復動切替弁体３１によって切り替えられる熱媒体が、熱媒体切替弁２９において混流しない。このため、往復動切替弁体３１の弁長を約１／２ほどに短縮できるとともに、シール材１０の数を約１／２ほどに少なくすることができる。
【００６４】
ここで、この実施例では、１８本の往復動切替弁体３１を用いるため、往復動切替弁体３１の弁長を約１／２ほどに短縮できる。これによって、熱媒体切替手段５を小型、軽量化できる。
また、各往復動切替弁体３１のシール材１０の数を約１／２ほどに少なくすることができるため、シール材１０による移動抵抗も約１／２ほどに低減できる。このため、各往復動切替弁体３１の切り替えをスムーズに行うことができるとともに、放熱水の圧力によって各往復動切替弁体３１を確実に切り替えることができる。
【００６５】
〔変形例〕
上記の実施例では、抑制用熱媒体（抑制水）、放熱用熱媒体（放熱水）、冷熱出力用熱媒体（冷熱出力水）を各熱交換器に対して直列供給する例を示したが、図１７に示すように並列供給するように設けても良いし、直列供給を行う部分と並列供給を行う部分とを混在して用いても良い。
なお、直列供給と並列供給の変更は、バルブボディ３２側における熱媒体の接続回路の変更によって行うことができる。全て直列供給の場合におけるバルブボディ３２側の熱媒体接続回路の一例を図１８に示し、全て並列供給の場合におけるバルブボディ３２側の熱媒体接続回路の一例を図１９に示す。
【００６６】
上記の実施例では、熱媒体切替弁２９の往復動切替弁体３１、停止弁３６の遮断弁体３６ａを駆動する熱媒体の一例として、放熱用熱媒体（放熱水）を用いた例を示したが、加熱用熱媒体（加熱水）や冷熱出力用熱媒体（冷熱出力水）を用いても良い。
【００６７】
上記の実施例では、熱媒体切替手段５の一例として、各熱媒体（加熱水、放熱水、抑制水、冷熱出力水）と、各熱交換器（高温合金熱交換器Ｓａ、中温合金熱交換器Ｓｂ、低温合金熱交換器Ｓｃ）とを個別に対応させた冷媒個別対応択一弁タイプの例を示したが、各熱交換器（高温合金熱交換器Ｓａ、中温合金熱交換器Ｓｂ、低温合金熱交換器Ｓｃ）に対応して熱媒体を切り替える部分セル対応切替弁タイプや、各熱交換ユニット毎（第１〜第３熱交換ユニット１ａ〜１ｃ毎）に対応して熱媒体を切り替える出力セル対応切替弁タイプに本発明を適用しても良い。
【００６８】
上記の実施例では、室内を冷房する例を示したが、冷熱出力用熱媒体で冷蔵運転や冷凍運転に用いるなど、他の冷却装置として用いても良い。
上記の実施例では、室内を冷房する例を示したが、冷暖房装置に適用しても良い。具体的な一例を示すと、燃焼装置で加熱された加熱水を室内空調機の室内熱交換器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。
【００６９】
上記の実施例では、１サイクルで２段の冷熱出力を得る２段サイクルに本発明を適用した例を示したが、１段サイクルや、３段以上のサイクルに本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、各熱媒体の一例として水を用いたが、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、蒸気、ガスなど気体性の熱媒体を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱媒体の循環経路に配置された停止弁を示す図である（実施例）。
【図２】セルの要部断面斜視図である（実施例）。
【図３】積層されたセルを示す斜視図である（実施例）。
【図４】熱交換ユニットおよび熱媒体切替手段を示す斜視図である（実施例）。
【図５】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。
【図６】熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図７】ａ〜ｃタイプ弁の説明図である（実施例）。
【図８】ポートと切替弁体の説明図である（実施例）。
【図９】ポートと切替弁体を組み合わせた説明図である（実施例）。
【図１０】停止位置に対する熱媒体の供給状態を表で示した図である（実施例）。
【図１１】停止位置に対する熱媒体の供給状態を示した図である（実施例）。
【図１２】停止位置に対する熱媒体の供給状態を示した図である（実施例）。
【図１３】親弁と切替弁体の駆動説明図である（実施例）。
【図１４】親弁と切替弁体の説明図である（実施例）。
【図１５】切替弁体の駆動回路を示す図である（実施例）。
【図１６】停止弁の概略図である（変形例）。
【図１７】並列接続された熱媒体の流れを示す説明図である（変形例）。
【図１８】バルブボディ側における熱媒体の接続状態を示す図である（変形例）。
【図１９】バルブボディ側における熱媒体の接続状態を示す図である（変形例）。
【図２０】往復動切替弁体の作動説明図である（参照例）。
【符号の説明】
ＨＭ 高温合金（高温水素吸蔵合金）
ＭＭ 中温合金（中温水素吸蔵合金）
ＬＭ 低温合金（低温水素吸蔵合金）
Ｓ セル
Ｓａ 高温合金熱交換器
Ｓｂ 中温合金熱交換器
Ｓｃ 低温合金熱交換器
５ 熱媒体切替手段
１０ シール材
１１ ａタイプ弁（熱媒体切替弁）
１２ ｂタイプ弁（熱媒体切替弁）
１３ ｃタイプ弁（熱媒体切替弁）
１５ ａタイプ中空弁（往復動切替弁体）
２０ ｂタイプ中空弁（往復動切替弁体）
２５ ｃタイプ中空弁（往復動切替弁体）
２９ 熱媒体切替弁
３１ 往復動切替弁体
３６ 停止弁（停止手段）
３６ａ 遮断弁体
３８ 駆動手段
３８ｂ 電磁ソレノイド（電気的アクチュエータ）

Claims (2)

1. 水素吸蔵合金と熱媒体の熱交換を行う複数の熱交換器と、
   温度の異なる熱媒体を前記複数の熱交換器に切り替えて供給する熱媒体切替手段と、を備え、
   熱媒体と熱交換して水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出とを行わせ、水素の放出時に生じる吸熱作用や水素の吸蔵時に生じる放熱作用を利用して冷熱や温熱を得る水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
   前記熱媒体切替手段は、
   移動位置に応じて熱媒体を切り替える往復動切替弁体を有する熱媒体切替弁と、
   前記往復動切替弁体の移動時に、前記熱媒体切替弁によって切り替えられる熱媒体の流れを停止させる停止手段と、を備え、
   前記停止手段は、熱媒体の流れを停止させる時期、あるいは熱媒体の流れを再開させる時期を、熱媒体の種類等に応じて決定するように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。
2. 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、
   前記停止手段は、前記熱媒体切替弁によって切り替えられる熱媒体の流れを停止させる遮断弁体と、この遮断弁体を駆動する駆動手段とを備え、
   この駆動手段は、電磁ソレノイドや電動モータ等の電気的アクチュエータの作動によって前記遮断弁体を直接あるいは間接的に駆動するものであり、
   前記電気的アクチュエータは、制御装置によって制御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。

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