JP4059613B2 - 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）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、電磁ソレノイドによって往復動切替弁を直接駆動する電磁弁を多数用いる技術がある。
しかし、電磁ソレノイドによって往復動切替弁を直接駆動しようとすると、熱媒体の流路面積が大きいため、電磁ソレノイドには大きなストロークが要求される。この結果、大型の電磁弁を使用せざるをえなくなる。そして多数の電磁弁を使用するため、大型の電磁弁が多数使用されることになり、コストが大変高くなってしまうとともに、重量も重く、さらに駆動電力量も大変多くなってしまうため、実用的ではない。
【０００４】
そこで、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。
しかし、このような回転式分配システムでは、熱媒体の切り替えを行う際、ポートの重なり変化による流路面積の変化が大きく、切り替え変化期における流量に制限が生じ、効率低下の要因になってしまう。
【０００５】
また、回転式分配システムでは、熱媒体の切り替えを行う際、一旦、ポートの重なりを閉じたのちに、他のポートと重なる必要があるため、固定体側のポートと回転体側のポートとが重ならない部分（ポート閉塞間）を設ける必要がある。このポート閉塞間は、ポートの径より大きく取る必要がある。このため、熱媒体の切り替えを行う際、熱媒体の流れない区間が長くなる。つまり、熱媒体の切り替えが実行されてから、達成されるまでの無効時間が長くなってしまい、効率低下の要因になってしまう。
【０００６】
【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、ストロークの長い往復動切替弁を電磁ソレノイドによって直接駆動する大型電磁弁を多数用いることによる欠点（コストの増大、重量の増大、駆動電力の増大）と、回転式分配システムの欠点（切り替え変化期における流量の制限、切り替え期間における無効期間の長時間化）とを両方克服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る。
【０００７】
【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、熱媒体の切替を行う往復動切替弁を備え、
この往復動切替弁は、流体圧の切り替えによって駆動されることを特徴とする。
【０００８】
また、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往復動切替弁を駆動する流体圧は、電磁弁や電動弁等の電気信号により起動する弁によって切り替えられ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往復動切替弁を駆動する流体圧は、水素吸蔵合金と熱交換される熱媒体の流体圧であることを特徴とする。
【００１０】
（請求項２の手段）
請求項１の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記往復動切替弁を駆動する熱媒体は、水素吸蔵合金を冷却するための放熱用熱媒体であり、その放熱用熱媒体循環経路内に発生している放熱用熱媒体の流体圧によって前記往復動切替弁を駆動す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）
熱媒体切替手段は、熱媒体の切り替えを行う往復動切替弁を流体圧によって駆動するものであるため、大きなストロークが要求される往復動切替弁であっても容易に駆動することができ、従来技術（多数の大型電磁弁で直接往復動切替弁を駆動する技術）に比較して、コストを抑えることができるとともに、軽量化が可能で、さらに駆動電力量も少なくできる。
また、往復動切替弁によって熱媒体を切り替えるものであるため、従来技術（回転式分配システム）のような熱媒体の切り替えを行う際のポートの重なり変化による流路面積の変化がほとんどなく、結果的に切り替え変化期における流量に制限がなく、効率低下を招かない。
さらに、往復動切替弁によって熱媒体を切り替えるものであるため、従来技術（回転式分配システム）に比較して、熱媒体の切り替えを行う際の無効時間が短く、効率低下を招かない。
【００１２】
また、往復動切替弁の切り替えを行う流体圧を、電磁弁や電動弁等の電気信号により起動する弁の制御で切り替えることができるため、熱媒体の切り替え制御を容易に行うことができ、例えば、サイクルの運転状態に応じて効率の向上を図ることが可能になる。
【００１３】
さらに、往復動切替弁を駆動する流体圧は、水素吸蔵合金と熱交換するために用いられている熱媒体の流体圧であるため、往復動切替弁を駆動する専用の流体圧の発生手段が不要であり、コストを抑えることができる。
【００１４】
（請求項２の作用および効果）
往復動切替弁を駆動する熱媒体は、水素吸蔵合金を冷却するための放熱用熱媒体（例えば放熱水）である。この放熱用熱媒体の温度は、水素吸蔵合金を加熱する加熱用の熱媒体（例えば加熱水）の温度と、水素吸蔵合金から冷熱出力を取り出す冷熱出力用の熱媒体（例えば冷熱出力水）の温度との中間温度である。このため、往復動切替弁を駆動する熱媒体の温度が、往復動切替弁によって切り替えられる熱媒体に温度が伝わることによって生じるヒートロスを小さく抑えることができる。
【００１５】
【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１３に示すように薄型に設けられて、図１４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。
【００１６】
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つが用いられる。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１５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。
【００１７】
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１３に示すように、１つの薄型のセルＳ内に３つの層に別れて封入される。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１２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。
【００１８】
１つのセルＳの内部の３つの層Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、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。
【００１９】
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、図１３に示すように、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て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 ごとに区切られて熱媒体が流れるように設けられている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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ものである。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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４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。
【００２７】
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１５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サイクルづつずらして実行するように設けられている。
【００２８】
この熱媒体切替手段５の構造を図１〜図１１、図１５を用いて説明する。
この実施例に示す熱媒体切替手段５は、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。
【００２９】
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とから構成される。
【００３０】
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替を行うものであり、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、ａタイプ弁１１は、図１（ａ）に示すものであり、ｂタイプ弁１２は、図１（ｂ）に示すものであり、ｃタイプ弁１３は、図１（ｃ）に示すものであり、以下にその構造を説明する。
【００３１】
ａタイプ弁１１は、図１（ａ）に示すように、ａタイプバルブボディ１４と、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と、後述するｂタイプ中空弁２０およびｃタイプ中空弁２５は、往復動切替弁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４参照）に接続される図２（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２（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２（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の連通の切替を行うものである。
【００３２】
具体的には、１st停止位置では図３（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、２nd停止位置では図３（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、３rd停止位置では図３（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。
【００３３】
ｂタイプ弁１２は、図１（ｂ）に示すように、ｂタイプバルブボディ１９と、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４参照）に接続される図２（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２（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２（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の連通の切替を行うものである。
【００３４】
具体的には、１st停止位置では図３（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、２nd停止位置では図３（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、３rd停止位置では図３（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。
【００３５】
ｃタイプ弁１３は、図１（ｃ）に示すように、ｃタイプバルブボディ２４と、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４参照）に接続される図２（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２（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。
ｂタイプ中空弁２０は、図２（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の連通の切替を行うものである。
【００３６】
具体的には、１st停止位置では図３（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、２nd停止位置では図３（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、３rd停止位置では図３（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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４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。
【００３９】
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、１st停止位置→２nd停止位置→３rd停止位置を繰り返す。
この時、１st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。
２nd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。
３rd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。
【００４０】
この１st停止位置→２nd停止位置→３rd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５（ａ）、（ｂ）および図６に示す。
なお、この実施例に使用される熱媒体切替弁の数は、図６に示すように、高温合金熱交換器Ｓａに対して加熱水を切り替えるａタイプ弁１１が供給用と排出用とで２組、抑制水を切り替えるｂタイプ弁１２が供給用と排出用とで２組、放熱水を切り替えるｃタイプ弁１３が供給用と排出用とで２組が用いられており、中温合金熱交換器Ｓｂに対して抑制水を切り替えるａタイプ弁１１が供給用と排出用とで２組、放熱水を切り替えるｂタイプ弁１２が供給用と排出用とで２組、冷熱出力水を切り替えるｃタイプ弁１３が供給用と排出用とで２組が用いられており、低温合金熱交換器Ｓｃに対して放熱水を切り替えるａタイプ弁１１が供給用と排出用とで２組、冷熱出力水を切り替えるｂタイプ弁１２が供給用と排出用とで２組、戻り冷熱出力水を切り替えるｃタイプ弁１３が供給用と排出用とで２組が用いられている。つまり、各熱交換器に対して熱媒体を切り替える切替弁は、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１st、２nd、３rd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（２nd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７、図８参照）。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８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１st、２nd、３rd停止位置の３つの位置に停止させる手段を図８を用いて説明する。なお、ここでは、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１つのモデル弁（以下、中空切替弁３１）として説明する。
中空切替弁３１を１st、２nd、３rd停止位置の３つの位置に停止させるために、中空切替弁３１の一端側（図示上側）には、中空切替弁３１より大径の親弁３０が配置されている。
【００４３】
親弁３０および中空切替弁３１を収容するバルブボディ３２には、親弁３０の上端に連通する上端ポート３２ａ、親弁３０の下端（中空切替弁３１の上端でもある）に連通する中間ポート３２ｂ、中空切替弁３１の下端に連通する下端ポート３２ｃが設けられており、上端ポート３２ａ、中間ポート３２ｂ、下端ポート３２ｃに対する放熱水の供給および排出状態によって、図９に示すように、親弁３０の停止位置および中空切替弁３１の停止位置が決定される。
【００４４】
具体的な中空切替弁３１の駆動を図９を参照して説明する。
上端ポート３２ａに循環ポンプＰの負圧を接続し、中間ポート３２ｂに循環ポンプＰの正圧を接続し、下端ポート３２ｃに循環ポンプＰの負圧を接続することで中空切替弁３１が１st停止位置に駆動される｛図９（ａ）参照｝。
上端ポート３２ａに循環ポンプＰの正圧を接続し、中間ポート３２ｂに循環ポンプＰの負圧を接続し、下端ポート３２ｃに循環ポンプＰの正圧を接続することで中空切替弁３１が２nd停止位置に駆動される｛図９（ｂ）参照｝。
上端ポート３２ａに循環ポンプＰの負圧を接続し、中間ポート３２ｂにも循環ポンプＰの負圧を接続し、下端ポート３２ｃに循環ポンプＰの正圧を接続することで中空切替弁３１が３rd停止位置に駆動される｛図９（ｃ）参照｝。
続いて、上端ポート３２ａに循環ポンプＰの正圧を接続し、中間ポート３２ｂに循環ポンプＰの負圧を接続し、下端ポート３２ｃにも循環ポンプＰの負圧を接続することで中空切替弁３１を１st停止位置に戻すための戻り停止位置が得られる｛図９（ｄ）参照｝。
その後、上記の接続を繰り返すことで、中空切替弁３１が１st停止位置→２nd停止位置→３rd停止位置を順次繰り返して駆動設定される。
【００４５】
中空切替弁３１（往復動切替弁）を駆動するための上記の正圧および負圧の切り替えは、図８に示すように、バネ３３ａによって復帰する電磁ソレノイド３３ｂと、スライドによる正負切替弁３３ｃとを用いた電磁弁３３（電気信号により起動する弁に相当する）によって成されるものであり、その電磁弁３３は上端ポート３２ａ、中間ポート３２ｂ、下端ポート３２ｃのそれぞれに独立して配置されており、各電磁ソレノイド３３ｂが図示しない制御装置によって上記の接続が得られるように通電制御される。
なお、電磁弁３３に代わり、電動モータを利用して開閉する電動弁など、他の電気的なアクチュエータによって開閉する弁を用いても良い。
【００４６】
一方、図１０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３５のそれぞれには、熱媒体の流れを停止させるための停止弁３４が配置されている。
各停止弁３４は、上述した中空切替弁３１が、停止位置（１st、２nd、３rd停止位置のいずれか）から次の停止位置（１st、２nd、３rd停止位置のいずれか）に移動する際に、熱媒体の流れを停止して、中空切替弁３１の移動中に熱媒体が他の熱媒体と混濁するのを阻止するものであり、中空切替弁３１の移動後に熱媒体の流れを復帰させるものである。
【００４７】
また、各停止弁３４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用いられるものである。
具体的には、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。
この実施例に示すように、位相制御を各中空切替弁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３５のそれぞれに設けられた停止弁３４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。
【００４８】
停止弁３４は、図１０に示すように、一端に復帰用のバネ３４ａが配置されたものであり、他端に停止弁用電磁弁３６によって放熱水の正圧が供給されることにより、停止弁３４が熱媒体停止側に駆動されるものである。なお、図１１に示すように、停止弁３４そのものを、復帰用のバネ３４ａと電磁ソレノイド３４ｂとを用いた電磁弁で構成しても良い。
【００４９】
次に、熱媒体切替手段５の切り替え作動を説明する。
１８個の中空切替弁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１st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個の中空切替弁３１が２nd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個の中空切替弁３１が３rd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。
【００５０】
つまり、第１熱交換ユニット１ａは１st→２nd→３rd停止位置に順次切り替わることにより、水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γに切り替わり、第２熱交換ユニット１ｂは１st→２nd→３rd停止位置に順次切り替わることにより、第１冷熱出力部β→第２冷熱出力部γ→水素駆動部αに切り替わり、第３熱交換ユニット１ｃは１st→２nd→３rd停止位置に順次切り替わることにより、第２冷熱出力部γ→水素駆動部α→第１冷熱出力部βに切り替わるものである。
【００５１】
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４参照）を用いた一例と、図１２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が水素を吸蔵する。
【００５２】
このように、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ことにより、高温合金ＨＭの合金収容室内が９５℃：１．０ＭＰａ、中温合金ＭＭの合金収容室内が６５℃：１．０ＭＰａ、低温合金ＬＭの合金収容室内が３２℃：０．９ＭＰａとなり、高温合金ＨＭが水素を放出（図１２の▲１▼）するとともに、中温合金ＭＭも少量の水素を放出（図１２の▲１▼’）し、低温合金ＬＭは高温、中温合金ＨＭ、ＭＭから放出された水素を吸蔵する（図１２の▲２▼）。
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。
【００５３】
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が水素を吸蔵し、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、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。
【００５４】
このように、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ことにより、高温合金ＨＭの合金収容室内が６５℃：０．５ＭＰａ、中温合金ＭＭの合金収容室内が３３℃：０．４ＭＰａ、低温合金ＬＭの合金収容室内が１０℃：０．５ＭＰａとなり、低温合金ＬＭが水素を放出（図１２の▲３▼）し、中温合金ＭＭが水素を吸蔵（図１２の▲４▼）する。低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用により低温合金ＬＭと熱交換さ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、高温合金ＨＭは、抑制水と熱交換されて高温合金ＨＭは水素の吸蔵および放出は行わない。
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。
【００５５】
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が水素を吸蔵する。
中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭが水素を放出するため、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。
【００５６】
このように、高温合金ＨＭが放熱水と熱交換されることにより、高温合金ＨＭの合金収容室内が３５℃：０．１ＭＰａ、中温合金ＭＭの合金収容室内が１３℃：０．２ＭＰａ、低温合金ＬＭの合金収容室内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、中温合金ＭＭが水素を放出（図１２の▲５▼）するとともに、低温合金ＬＭも水素を放出（図１２の▲３▼’）し、高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図１２の▲６▼）。中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用により中温合金ＭＭおよび低温合金ＬＭと熱交換さ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。
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。
【００５７】
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。
【００５８】
〔実施例の効果〕
熱媒体を切り替える中空切替弁３１を放熱水の流体圧によって駆動するものであるため、大きなストロークが要求される中空切替弁３１であっても容易に駆動することができ、従来技術（多数の大型電磁弁で往復動切替弁を直接駆動する技術）に比較して、コストを抑えることができるとともに、軽量化が可能で、さらに駆動電力量も少なくできる。
中空切替弁３１によって熱媒体を切り替えるものであるため、従来技術（回転式分配システム）のような熱媒体の切り替えを行う際のポートの重なり変化による流路面積の変化がほとんどない。この結果、切り替え変化期における流量に制限の発生がなく、効率低下を招かない。
中空切替弁３１によって熱媒体を切り替えるものであるため、従来技術（回転式分配システム）に比較して、熱媒体の切り替えを行う際の無効時間が短くでき、効率低下を招かない。
【００５９】
中空切替弁３１の切り替えを行う流体圧を電磁弁３３で制御できるため、熱媒体の切り替え制御を容易に行うことができ、サイクルの運転状態に応じて効率の向上を図ることができる。
また、各中空切替弁３１を駆動する流体圧は、水素吸蔵合金と熱交換するために用いられている放熱水の流体圧であるため、中空切替弁３１を駆動する専用の流体圧の発生手段が不要であり、コストを抑えることができる。
さらに、各中空切替弁３１を駆動する放熱水の温度は、加熱水の温度と、冷熱出力水の温度との中間温度であるため、各中空切替弁３１を駆動する放熱水の温度が、バルブボディ３２を介して、加熱水や冷熱出力水に伝わることによって生じるヒートロスを抑えることができる。
【００６０】
〔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１６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１７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１８に示す。
【００６１】
上記の実施例では、往復動切替弁（中空切替弁３１）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。
【００６２】
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としても良い。
【００６３】
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。
【００６４】
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、空気など気体の熱媒体を用いても良い。
上記の実施例では、２段サイクルを例に示したが、１段あるいは３段以上のサイクルに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ〜ｃタイプ弁の説明図である（実施例）。
【図２】ポートと中空切替弁の説明図である（実施例）。
【図３】ポートと中空切替弁を組み合わせた説明図である（実施例）。
【図４】熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図５】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６】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７】親弁と中空切替弁の説明図である（実施例）。
【図８】中空切替弁の駆動回路を示す図である（実施例）。
【図９】親弁と中空切替弁の駆動説明図である（実施例）。
【図１０】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１１】停止弁の概略図である（変形例）。
【図１２】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。
【図１３】セルの要部断面斜視図である（実施例）。
【図１４】積層されたセルを示す斜視図である（実施例）。
【図１５】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１６】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１７】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）。
【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
１５ ａタイプ中空弁（往復動切替弁）
２０ ｂタイプ中空弁（往復動切替弁）
２１ 放熱水循環経路（放熱用熱媒体循環経路）
２５ ｃタイプ中空弁（往復動切替弁）
３１ 中空切替弁（往復動切替弁）
３３ 電磁弁（電気信号により起動する弁）

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、熱媒体の切替を行う往復動切替弁を備え、
   この往復動切替弁は、流体圧の切り替えによって駆動され、
   前記往復動切替弁を駆動する流体圧は、電磁弁や電動弁等の電気信号により起動する弁によって切り替えられ、
   前記往復動切替弁を駆動する流体圧は、水素吸蔵合金と熱交換される熱媒体の流体圧であることを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
2. 請求項１の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
   前記往復動切替弁を駆動する熱媒体は、水素吸蔵合金を冷却するための放熱用熱媒体であり、その放熱用熱媒体循環経路内に発生している放熱用熱媒体の流体圧によって前記往復動切替弁を駆動することを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。

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