JPH11118285A - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来では水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を
行う熱交換器としてシェル＆チューブを用いていたため
体格が大きく、熱交換に関与しない水素吸蔵合金による
ヒートロスが大きい。 【解決手段】 水素吸蔵合金を封入する上、中、下段セ
ル容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3を偏平形状に設けるとともに、
それらをデバイダー９で覆い、上、中、下段セル容器Ｓ
1 、Ｓ2 、Ｓ3 、とデバイダー９との間に熱媒体を速く
流す熱媒体通路９ａを形成する。この結果、熱媒体の熱
が効率良く水素吸蔵合金に伝わるとともに、熱交換に関
与しない熱媒体が減り、ヒートロスが抑えられる。ま
た、熱媒体が切り替わる際に上、中、下段セル容器Ｓ1
、Ｓ2 、Ｓ3 の両面が異なる熱媒体に触れる不具合が
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【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を得る、あるいは水素の
吸蔵時に生じる放熱作用を利用して温熱を得る水素吸蔵
合金を利用した熱利用システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水素吸蔵合金を利用した熱利用シ
ステムを、図１１を用いて説明する。水素吸蔵合金を用
いたヒートポンプサイクルＪ1 は、水素吸蔵合金Ｊ2 の
加熱、放熱および冷熱出力を得るためにシェル＆チュー
ブタイプの熱交換器を用いていた。この従来技術で示す
ヒートポンプサイクルＪ1 は、４つのシェル＆チューブ
タイプの熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 を用いたもので、各熱交換
器Ｊ3 〜Ｊ6 は熱媒体が供給されるシェルの中に水素吸
蔵合金を封入した複数本のチューブを配設したものであ
り、シェル内に供給された熱媒体とチューブ内の水素吸
蔵合金Ｊ2 とが熱交換可能に設けられている。第１、第
２熱交換器Ｊ3 、Ｊ4 の水素吸蔵合金Ｊ2 は水素通路を
介して連通し、第３、第４熱交換器Ｊ5 、Ｊ6 の水素吸
蔵合金Ｊ2 も水素通路を介して連通して設けられてい
る。

【０００３】作動は、第１熱交換器Ｊ3 に加熱用の熱媒
体を供給するとともに、第２熱交換器Ｊ4 に放熱用の熱
媒体を供給する。すると、第１熱交換器Ｊ3 の水素が放
出されて第２熱交換器Ｊ4 に吸蔵される。つまり、水素
駆動が行われる。次に、第１熱交換器Ｊ3 に供給してい
た加熱用の熱媒体を、放熱用の熱媒体に切り替えて供給
するとともに、第２熱交換器Ｊ4 に供給していた放熱用
の熱媒体を、冷熱出力用の熱媒体に切り替えて供給す
る。すると、第１熱交換器Ｊ3 が水素を吸蔵し、第２熱
交換器Ｊ4 が水素を放出する。この第２熱交換器Ｊ4 が
水素を放出する時、冷熱出力用の熱媒体が冷却される。
つまり、冷熱出力が得られる。そして、上記のサイクル
を繰り返す。

【０００４】一方、第２熱交換器Ｊ4 から冷熱出力を得
ている時は、第３熱交換器Ｊ5 に加熱用の熱媒体を供給
するとともに、第４熱交換器Ｊ6 に放熱用の熱媒体を供
給する。すると、第３熱交換器Ｊ5 の水素が放出されて
第４熱交換器Ｊ6 に吸蔵される。つまり、第１、第２熱
交換器Ｊ3 、Ｊ4 で冷熱出力を得ている時は、第３、第
４熱交換器Ｊ5 、Ｊ6 で水素駆動が行われる。次に、第
３熱交換器Ｊ5 に供給していた加熱用の熱媒体を、放熱
用の熱媒体に切り替えて供給するとともに、第４熱交換
器Ｊ6 に供給していた放熱用の熱媒体を、冷熱出力用の
熱媒体に切り替えて供給する。すると、第３熱交換器Ｊ
5 が水素を吸蔵し、第４熱交換器Ｊ6 が水素を放出す
る。この第４熱交換器Ｊ6 が水素を放出する時、冷熱出
力用の熱媒体が冷却される。つまり、第１、第２熱交換
器Ｊ3 、Ｊ4 で水素駆動が行われている時は、第３、第
４熱交換器Ｊ5 、Ｊ6 で冷熱出力が得られる。そして、
上記のサイクルを繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵合金を加熱、
放熱する熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 としてシェル＆チューブタ
イプを用いていたため、熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 の熱媒体が
供給される各シェルの体格が大きくなってしまう。この
ようにシェルの体格が大きいと、熱交換器Ｊ3 〜Ｊ6 の
各シェル内に流入した熱媒体のうち、水素吸蔵合金との
熱交換に関与しない熱媒体の部分の熱授受によるヒート
ロスが大きく、結果的に冷却効率が低くなってしまう不
具合があった。また、シェル内における熱媒体の流れ
は、複数のチューブが障害となって円滑に流れない、あ
るいは流れの死角が生じて、熱交換ロスが生じる不具合
があった。

【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、その目的はヒートロスを小さくするとともに、
熱媒体の流れ方を改良した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、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、または水
素の吸蔵時の放熱を利用した水素吸蔵合金を利用した熱
利用システムであって、水素吸蔵合金が封入された偏平
形状を呈する複数のセル容器を水素通路を介して連通し
たセルと、前記複数のセル容器をそれぞれ覆うととも
に、前記セル容器との間に熱媒体を流す熱媒体通路が設
けられたデバイダーと、を備えることを特徴とする。

【０００８】（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、前記熱媒体通路
は、前記セル容器と前記デバイダーとの間の略一定幅の
隙間によって形成されることを特徴とする。

【０００９】（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、前記熱媒体通路
は、前記デバイダーの内面に形成された溝内によって設
けられたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の作用および効果】水素吸蔵合金が封入される複
数のセル容器を偏平形状に設け、その偏平なセル容器と
デバイダーとの間に熱媒体を流すため、熱媒体が偏平な
セル容器に沿って流れ、熱媒体とセル容器内の水素吸蔵
合金とが効率良く熱交換される。このように、水素吸蔵
合金との熱交換に関与しない熱媒体が減り、ヒートロス
が小さく抑えられ、結果的に熱交換効率を高めることが
できる。また、セル容器とデバイダーとの間に形成され
る熱媒体通路を熱媒体が流れるため、熱媒体の流れが円
滑に流れ、結果的に熱交換ロスが抑えられる。

【００１１】請求項２または請求項３を採用することに
より、セル容器に沿って流れる熱媒体の流れが整流され
て流速が速くなり、熱媒体と水素吸蔵合金との熱交換量
が増大し、結果的に熱交換効率を高めることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、実
施例および変形例に基づき説明する。 〔第１実施例の構成〕第１実施例は、本発明の水素吸蔵
合金を利用した熱利用システムを室内空調用の冷房装置
に適用したもので、この第１実施例を図１ないし図６を
用いて説明する。

【００１３】（冷房装置１の概略説明）本実施例の冷房
装置１の概略構成を、図３を用いて説明する。この実施
例では、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル２
の一例として２段式サイクルを用いた。

【００１４】本実施例の適用される冷房装置１は、大別
して、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル２
と、水素吸蔵合金を加熱する加熱水（加熱用の熱媒体に
相当する、本実施例では水）を作り出す燃焼装置３と、
水素吸蔵合金を放熱によって冷却させる放熱水（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。

【００１５】なお、ヒートポンプサイクル２、燃焼装置
３、放熱水冷却手段４および制御装置６は、室外機７と
して室外に設置されるもので、室内には室内空調機５が
配置される。また、本実施例に示す冷房装置１は、１つ
の室外機７に対して、複数の室内空調機５が接続可能な
所謂マルチエアコンである。

【００１６】（ヒートポンプサイクル２の説明）本実施
例のヒートポンプサイクル２は、上述のように２段式サ
イクルを用いたもので、図４に示すように、水素吸蔵合
金が封入された上段セル容器Ｓ1 、この上段セル容器Ｓ
1 内に水素通路Ｓ4 を介して連通し、水素吸蔵合金が封
入された中段セル容器Ｓ2 、中段セル容器Ｓ2 内に水素
通路Ｓ4 を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された下
段セル容器Ｓ3 を備えたセルＳを複数用いる。なお、こ
の実施例では、１２〜１８個のセルＳを用いた。

【００１７】水素吸蔵合金は、水素平衡圧力が異なる３
種を用いたもので、上段セル容器Ｓ1 内には同一平衡水
素圧で水素平衡温度が最も高い高温度水素吸蔵合金（以
下、高温合金ＨＭ）の粉末を封入し、中段セル容器Ｓ2
内には中温度水素吸蔵合金（以下、中温合金ＭＭ）の粉
末を封入し、下段セル容器Ｓ3 内には同一平衡水素圧で
水素平衡温度が最も低い低温度水素吸蔵合金（以下、低
温合金ＬＭ）の粉末を封入したものである。このことを
図６のＰＴ冷凍サイクル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。

【００１８】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用いて、真空ろう付けや溶接
等の接合方法により３つの上、中、下段セル容器Ｓ1 、
Ｓ2、Ｓ3 を最中状に成形し、その３つのセル容器を水
素通路Ｓ4 で連通し、３つのセル容器内に粉末状の水素
吸蔵合金を充填し、真空引きを行ったのち、活性化処理
を施し、水素を高圧充填して開口部に金属蓋をして溶接
により密封したものである。１つのセルＳは、図１およ
び図２に示されるように、上、中、下段セル容器Ｓ1 、
Ｓ2 、Ｓ3 がそれぞれ偏平容器状を呈し、各セル容器の
一辺側が、内部に水素通路Ｓ4 が形成された棒状の連結
部Ｓ5 によって連結された形状を呈する。

【００１９】各上、中、下段セル容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3
は、偏平形状を呈して円弧状に設けられているため、一
方の面が凸状に湾曲して設けられるとともに、対向する
他方の面が凹状に湾曲して設けられている。また、各
上、中、下段セル容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内部は、対向
面が多数の耐圧柱（図示しない、例えばコルゲートフィ
ン、オフセットフィン等）によって接合されている。こ
のように設けられることにより、真空引き時の低圧下、
および水素充填時の高圧下において、各セル容器の対向
する面に引っ張り応力と圧縮応力がかかるとともに、対
向する面の距離を多数の耐圧柱が一定に保つため、各セ
ル容器の変形が小さく抑えられ、結果的に偏平なセル容
器を実現している。複数のセルＳは、略円柱形状を呈す
る回転軸８の周囲に複数のセルＳの各連結部Ｓ5 が固定
されている。この回転軸８は、図示しないセル移動手段
によって回転駆動されるもので、このセル移動手段は、
ゆっくりと連続的に複数のセルＳを回転させるものであ
る（例えば、１時間に２０周ほど）。

【００２０】上、中、下段セル容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の
それぞれは、断熱性に優れた樹脂材料等によって設けら
れたデバイダー９によって覆われている。このデバイダ
ー９は、各セル容器の外面に沿って熱媒体を流し、熱媒
体と内部の水素吸蔵合金とを効率的に熱交換させるもの
で、各セル容器とデバイダー９との間には、熱媒体が流
れる熱媒体通路９ａが形成されている。この熱媒体通路
９ａは、デバイダー９の内面に形成された複数の溝で、
この溝は熱媒体の流れを整流させて流速を速くするとと
もに、セル容器との接触を大きくするために、浅く且つ
幅広に設けられている。また、デバイダー９の外端と内
側上部には、熱媒体通路９ａへ熱媒体の供給を行うとと
もに、熱媒体通路９ａを通過した熱媒体を排出する給排
口９ｂが設けられている。

【００２１】２段式サイクルのヒートポンプサイクル２
は、図４に示すように、上段セル容器Ｓ1 内の水素を強
制的に下段セル容器Ｓ3 内に移動させる水素駆動部α
と、下段セル容器Ｓ3 内に移動した水素を中段セル容器
Ｓ2 に移動させる第１冷熱出力部βと、中段セル容器Ｓ
2 内に移動した水素を上段セル容器Ｓ1 に移動させる第
２冷熱出力部γとを備える。なお、水素駆動部α、第１
冷熱出力部β、第２冷熱出力部γは、略１２０°間隔に
設けられたもので、後述する凹部Ｍ1 、Ｍ2 の配置によ
って区画されている。

【００２２】水素駆動部αは、上段セル容器Ｓ1 と接触
する加熱水（例えば８０℃ほど）が供給される加熱域α
1 、中段セル容器Ｓ2 と接触する昇圧水（例えば５６℃
ほど）が供給される中段昇圧域α2 、下段セル容器Ｓ3
と接触する放熱水（例えば２８℃ほど）が供給される下
段放熱域α3 を備える。第１冷熱出力部βは、上段セル
容器Ｓ1 と接触する昇圧水（例えば５８℃ほど）が供給
される上段昇圧域β1 、中段セル容器Ｓ2 と接触する放
熱水（例えば２８℃ほど）が供給される中段放熱域β2
、下段セル容器Ｓ3 と接触した冷熱出力水（例えば１
３℃ほど）が出力される下段冷熱出力域β3 を備える。
第２冷熱出力部γは、上段セル容器Ｓ1 と接触する放熱
水（例えば２８℃ほど）が供給される上段放熱域γ1 、
中段セル容器Ｓ2 と接触する冷熱出力水（例えば１３℃
ほど）が出力される中段冷熱出力域γ2 を備える。な
お、第２冷熱出力部γにおいて下段セル容器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。

【００２３】そして、図示しないセル移動手段により回
転軸８が回転することにより、上段セル容器Ｓ1 の群が
加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 を循環す
るものであり、中段セル容器Ｓ2 の群が中段昇圧域α2
→中段放熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 を循環するもの
であり、下段セル容器Ｓ3 の群が下段放熱域α3 →下段
冷熱出力域β3 →不問域γ3 を循環するものである。

【００２４】上段セル容器Ｓ1 の群は、上段容器Ｋ1 に
覆われ、内部に加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱
域γ1 が設けられている。また、中段セル容器Ｓ2 の群
は、中段容器Ｋ2 に覆われ、内部に中段昇圧域α2 、中
段放熱域β2 、中段冷熱出力域γ2 が設けられている。
さらに、下段セル容器Ｓ3 の群は、下段容器Ｋ3 に覆わ
れ、内部に下段放熱域α3 、下段冷熱出力域β3 、不問
域γ3 が設けられている。

【００２５】上段容器Ｋ1 、中段容器Ｋ2 、下段容器Ｋ
3 は、連続的に繋がって設けられた容器Ｋ（供給手段に
相当するもので、例えば樹脂製のセル容器）で、この容
器Ｋには、図５に示すように、上、中、下段容器Ｋ1 、
Ｋ2 、Ｋ3 内に熱媒体を給排する１６本の熱媒体配管１
０が接続されている。具体的には、上段容器Ｋ1 には加
熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱域γ1 のための６
本の熱媒体配管１０が接続され、中段容器Ｋ2 には中段
昇圧域α2 、中段放熱域β2 、中段冷熱出力域γ2 のた
めの６本の熱媒体配管１０が接続され、下段容器Ｋ3 に
は下段放熱域α3 、下段冷熱出力域β3 のための４本の
熱媒体配管１０が接続されている。

【００２６】上、中、下段容器Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 には、
熱媒体配管１０によって給排される熱媒体を水素駆動部
α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γの上、中、下
各域内のデバイダー９の給排口９ｂ（外端）に導く凹部
Ｍ1 、そして給排口９ｂ（中心側）から排出される熱媒
体を集合させる凹部Ｍ2 が設けられており、熱媒体配管
１０によって給排される熱媒体が所定の範囲内（略１２
０°間隔の水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱
出力部γ）においてデバイダー９内に直接給排されるよ
うに設けられている。なお、各デバイダー９に設けられ
た給排口９ｂは、凹部Ｍ1 、Ｍ2 が設けられていない容
器Ｋの内壁に接触、あるいは接近して回転し、容器Ｋの
内壁は水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力
部γの仕切りとなっている。また、この実施例では、図
４に示すように熱媒体を、外側の給排口９ｂ→熱媒体通
路９ａ→中心側の給排口９ｂに流す例を示すが、逆に中
心側から外側へ流しても良い。

【００２７】（ヒートポンプサイクル２における上記以
外の構成部品の説明）図２に示す符号１１は、上段昇圧
域β1 と中段昇圧域α2 とに昇圧水を循環させる昇圧水
循環路で、途中に設けられた昇圧水循環ポンプＰ1 ’に
よって昇圧水が循環する。なお、昇圧水は、加熱域α1
で温度上昇した上段セル容器Ｓ1 、上段容器Ｋ1 からの
伝熱により温度上昇した水を用いたもので、ヒートポン
プサイクル２の作動中、上段昇圧域β1 の昇圧水の温度
は例えば５８℃程で、中段昇圧域α2 の昇圧水の温度は
例えば５６℃程になる。

【００２８】（燃焼装置３の説明）本実施例の燃焼装置
３は、燃料であるガスを燃焼して熱を発生させ、発生し
た熱によって加熱水を加熱するガス燃焼装置を用いたも
ので、ガスの燃焼を行うガスバーナ１２、このガスバー
ナ１２へガスの供給を行うガス量調節弁１３およびガス
開閉弁１４を備えたガス供給回路１５、ガスバーナ１２
へ燃焼用の空気を供給する燃焼ファン１６、ガスの燃焼
熱と加熱水とを熱交換する熱交換器１７等から構成され
る。そして、ガスバーナ１２のガス燃焼で得られた熱
で、加熱水を例えば８０℃程に加熱し、加熱された加熱
水を加熱水循環ポンプＰ1 を備えた加熱水循環路１８を
介して加熱域α1 に供給するものである。なお、本実施
例の加熱水循環ポンプＰ1 は、昇圧水循環ポンプＰ1 ’
を駆動する兼用のモータによって駆動されるタンデムポ
ンプである。このため、燃焼装置３から加熱水がヒート
ポンプサイクル２に供給される際は、昇圧水も循環作動
するように設けられている。

【００２９】（室内空調機５の説明）室内空調機５は、
上述のように室内に配置されるもので、内部に室内熱交
換器１９、この室内熱交換器１９に供給される冷熱出力
水と室内空気とを強制的に熱交換し、熱交換後の空気を
室内に吹き出させるための室内ファン２０を備える。室
内熱交換器１９には、下段冷熱出力域β3 および中段冷
熱出力域γ2 から供給される冷熱出力水を循環させる冷
熱出力水循環路２１が接続され、この冷熱出力水循環路
２１の途中（室外機７内）には、冷熱出力水を循環させ
る冷熱出力水ポンプＰ2 が設けられている。

【００３０】（放熱水冷却手段４の説明）放熱水冷却手
段４は、水冷開放型の冷却塔であり、この放熱水冷却手
段４によって冷却された放熱水は、放熱水循環ポンプＰ
3 を備えた放熱水循環路２２によって下段放熱域α3 、
中段放熱域β2 、上段放熱域γ1 に供給される。放熱水
冷却手段４は、下段放熱域α3 、中段放熱域β2 、上段
放熱域γ1 を通過した放熱水を、上方から下方へ流し、
流れている間に外気と熱交換して放熱するとともに、流
れている間に一部蒸発させて、蒸発時に流れている放熱
水から気化熱を奪い、流れている放熱水を冷却するもの
である。また、この放熱水冷却手段４は、図示しない放
熱ファンを備え、この放熱ファンの生じる空気流によっ
て放熱水の蒸発および冷却を促進するように設けられて
いる。なお、この実施例では、放熱水冷却手段４として
水冷開放型の冷却塔を示したが、放熱水（放熱用の熱媒
体）が空気に触れずに熱交換する水冷密閉型または空冷
密閉型の冷却手段を用いても良い。

【００３１】ここで、上記に示す加熱水循環路１８、冷
熱出力水循環路２１および放熱水循環路２２は、それぞ
れシスターンＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 を備えており、シスター
ンＴ1 、Ｔ2 、Ｔ3 内の水位が所定水位以下に低下する
と、それぞれに設けられた給水バルブＴ4 、Ｔ5 、Ｔ6
が開き、給水管２３から供給される水道水をシスターン
Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 内に補充するように設けられている。
また、ヒートポンプサイクル２の下部にはドレンパンＰ
が配置され、ヒートポンプサイクル２に発生したドレン
水を排水管２４から排水するように設けられている。な
お、放熱水冷却手段４で溢れた水も排水管２４から排水
するように設けられている。

【００３２】（制御装置６の説明）制御装置６は、室内
空調機５に設けられたコントローラ（図示しない）から
の操作指示や、複数設けられた各センサの入力信号に応
じて、上述の加熱水循環ポンプＰ1 （昇圧水循環ポンプ
Ｐ1 ’）、冷熱出力水ポンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ
3 、給水バルブＴ4 、Ｔ5 、Ｔ6 、放熱水冷却手段４の
放熱ファンなどの電気機能部品、および燃焼装置３の電
気機能部品（燃焼ファン１６、ガス量調節弁１３、ガス
開閉弁１４、図示しない点火装置等）を制御するととも
に、室内空調機５に室内ファン２０の作動指示を与える
ものである。

【００３３】（冷房運転の作動説明）上記の冷房装置１
による冷房運転の作動を、図６のＰＴ冷凍サイクル線図
を参照して説明する。冷房運転が室内空調機５のコント
ローラによって指示されると、制御装置６によって、燃
焼装置３、セル移動手段、放熱ファンおよび加熱水循環
ポンプＰ1 （昇圧水循環ポンプＰ1 ’）、冷熱出力水ポ
ンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ3 が作動するとともに、
冷房が指示された室内空調機５の室内ファン２０をONす
る。

【００３４】セル移動手段によって、複数のセルＳがゆ
っくりと連続的に回転移動する。これによって、複数の
セルＳが、水素駆動部α→第１冷熱出力部β→第２冷熱
出力部γの順で移動する。つまり、各上段セル容器Ｓ1
が加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1の順で
移動し、各中段セル容器Ｓ2 が中段昇圧域α2 →中段放
熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 の順で移動し、各下段セ
ル容器Ｓ3 が下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不
問域γ3 の順で移動する。

【００３５】水素駆動部αへ進入したセルＳは、上段セ
ル容器Ｓ1 が加熱水に触れ、中段セル容器Ｓ2 が昇圧水
に触れ、下段セル容器Ｓ3 が放熱水に触れる。上段セル
容器Ｓ1 が加熱水（８０℃）に触れることにより、上段
セル容器Ｓ1の内圧が上昇し、高温合金ＨＭが水素を放
出する。中段セル容器Ｓ2 が昇圧水（５６℃）に触れる
ことにより、中段セル容器Ｓ2の内圧が中温合金ＭＭが
水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。下段セル容器Ｓ3
が放熱水（２８℃）に触れることにより、下段セル容器
Ｓ3の内圧が下がり、低温合金ＬＭが水素を吸蔵する。

【００３６】このように、上段セル容器Ｓ1 が加熱域α
1 で加熱水に触れ、中段セル容器Ｓ2 が中段昇圧域α2
で昇圧水に触れ、下段セル容器Ｓ3 が下段放熱域α3 の
放熱水に触れることにより、上段セル容器Ｓ1 内が８０
℃：１．０ＭＰａ、中段セル容器Ｓ2 内が５６℃：１．
０ＭＰａ、下段セル容器Ｓ3 内が２８℃：０．９ＭＰａ
となり、上段セル容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を放出
し（図６の）、下段セル容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水
素を吸蔵する（図６の）。なお、中段セル容器Ｓ2 は
昇圧水によって加熱されて内圧が高く、中温合金ＭＭは
水素の吸蔵は行わない。そして、水素駆動部αを通過し
たセルＳは、その後第１冷熱出力部βへ移動する。

【００３７】第１冷熱出力部βへ進入したセルＳは、上
段セル容器Ｓ1 が昇圧水に触れ、中段セル容器Ｓ2 が放
熱水に触れ、下段セル容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。
上段セル容器Ｓ1 が昇圧水（５８℃）に触れることによ
り、上段セル容器Ｓ1の内圧が高温合金ＨＭが水素を吸
蔵しない圧力まで上昇する。中段セル容器Ｓ2 が放熱水
（２８℃）に触れることにより、中段セル容器Ｓ2の内
圧が下がり、中温合金ＭＭが水素を吸蔵し、下段セル容
器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出する。低温合金ＬＭ
が水素を放出するため、下段セル容器Ｓ3 内で吸熱が生
じ、下段セル容器Ｓ3 に触れる冷熱出力水が例えば１３
℃に冷やされる。なお、低温合金ＬＭは、冷熱出力水が
１３℃くらいでは、下段セル容器Ｓ3 の内圧が中段セル
容器Ｓ2 の内圧より高くなるように設けられている。

【００３８】このように、上段セル容器Ｓ1 が上段昇圧
域β1 で昇圧水に触れ、中段セル容器Ｓ2 が中段放熱域
β2 で放熱水に触れ、下段セル容器Ｓ3 が下段冷熱出力
域β3 の冷熱出力水に触れることにより、上段セル容器
Ｓ1 内が５８℃：０．５ＭＰａ、中段セル容器Ｓ2 内が
２８℃：０．４ＭＰａ、下段セル容器Ｓ3 内が１３℃：
０．５ＭＰａとなり、下段セル容器Ｓ3 の低温合金ＬＭ
が水素を放出し（図６の）、中段セル容器Ｓ2 の中温
合金ＭＭが水素を吸蔵する（図６の）。下段セル容器
Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出する際、吸熱作用によ
り下段セル容器Ｓ3 に触れる冷熱出力水から熱を奪い冷
熱出力水の温度を低下させる。なお、上段セル容器Ｓ1
は、昇圧水によって加熱されて内圧が高く、高温合金Ｈ
Ｍは水素の吸蔵は行わない。そして、第１冷熱出力部β
を通過したセルＳは、その後第２冷熱出力部γへ移動す
る。

【００３９】第２冷熱出力部γへ進入したセルＳは、上
段セル容器Ｓ1 が放熱水に触れ、中段セル容器Ｓ2 が冷
熱出力水に触れ、下段セル容器Ｓ3 が不問水に触れる。
上段セル容器Ｓ1 が放熱水（２８℃）に触れることによ
り、上段セル容器Ｓ1の内圧が下がり、高温合金ＨＭが
水素を吸蔵し、中段セル容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素
を放出する。中温合金ＭＭが水素を放出するため、中段
セル容器Ｓ2 内で吸熱が生じ、中段セル容器Ｓ2 に触れ
る冷熱出力水が例えば１３℃に冷やされる。なお、中温
合金ＭＭは、冷熱出力水が１３℃くらいでは、中段セル
容器Ｓ2 の内圧が上段セル容器Ｓ1 の内圧より高くなる
ように設けられている。

【００４０】このように、上段セル容器Ｓ1 が上段放熱
域γ1 で放熱水に触れることにより、上段セル容器Ｓ1
内が２８℃：０．１ＭＰａ、中段セル容器Ｓ2 内が１３
℃：０．２ＭＰａ、下段セル容器Ｓ3 内は不問状態とな
り、中段セル容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出し
（図６の）、上段セル容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素
を吸蔵する（図６の）。中段セル容器Ｓ2 の中温合金
ＭＭが水素を放出する際、吸熱作用により中段セル容器
Ｓ2 に触れる冷熱出力水から熱を奪い冷熱出力水の温度
を低下させる。なお、下段セル容器Ｓ3 の温度は無関係
で、下段セル容器Ｓ3 の低温合金ＬＭは水素の吸蔵は行
わない。そして、第２冷熱出力部γを通過したセルＳ
は、その後水素駆動部αへ移動する。

【００４１】なお、ヒートポンプサイクル２の下段冷熱
出力域β3 および中段冷熱出力域γ2 で熱を奪われた低
温の冷熱出力水は、冷熱出力水循環路２１を介して室内
空調機５の室内熱交換器１９に供給されて、室内に吹き
出される空気と熱交換されて室内を冷房する。

【００４２】〔実施例の効果〕高、中、低温合金ＨＭ、
ＭＭ、ＬＭがそれぞれ封入される上、中、下段セル容器
Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を偏平形状に設け、その周囲をデバイ
ダー９で覆って、偏平な上、中、下段セル容器Ｓ1 、Ｓ
2 、Ｓ3 の周囲の熱媒体通路９ａに熱媒体を流すため、
熱媒体通路９ａを流れる熱媒体の熱が効率良く、上、
中、下段セル容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 内の高、中、低温合
金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭに伝達される。このため、高、中、
低温合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭとの熱交換に関与しない熱媒
体が減り、ヒートロスが小さく抑えられ、結果的にヒー
トポンプサイクル２の冷却効率を高めることができる。

【００４３】また、熱媒体通路９ａを流れる熱媒体の流
れを整流にして流速を速くしたため、熱媒体と水素吸蔵
合金との熱交換量が増大し、結果的にヒートポンプサイ
クル２の冷却効率を高めることができる。さらに、セル
Ｓが水素駆動部αから第１冷熱出力部βへ移行する際、
セルＳが第１冷熱出力部βから第２冷熱出力部γへ移行
する際、あるいはセルＳが第２冷熱出力部γから水素駆
動部αへ移行する際に、各セル容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の
対向面が異なった熱媒体に触れる不具合が回避でき、結
果的にヒートポンプサイクル２の冷却効率を高めること
ができる。

【００４４】〔第２実施例〕次に、本発明の水素吸蔵合
金を利用した熱利用システムを冷暖房装置に適用した第
２実施例を示す。なお、図７は本発明を適用した冷暖房
装置の概略構成図である。本実施例の冷暖房装置３０
は、上記の実施例で示した冷房運転の実施に加え、暖房
運転時に、燃焼装置３で加熱された加熱水を室内空調機
５の室内熱交換器１９に導いて室内暖房を行うもので、
第１実施例で示した加熱水循環路１８と冷熱出力水循環
路２１とを接続し、その接続部分に流路切替用の３つの
切替バルブＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 （冷房と暖房の切替バル
ブ）を設けたものである。なお、室内空調機５の他に、
床暖房マット、浴セル容器乾燥機などに接続し、加熱水
の供給によって床暖房、浴セル容器暖房などを行うよう
に設けても良い。

【００４５】〔第３実施例〕図８および図９は第３実施
例を示すもので、図８はセルＳが固定されるタイプの冷
房装置の概略構成図である。上記の実施例では、複数の
セルＳを容器Ｋ内で回転させることで各セルＳに接触す
る熱媒体の種類を切り替える例を示したが、この第３実
施例では複数のセルＳ（この実施例では３つ）を固定
し、回転によって複数の熱媒体を切り替えて出力する回
転式の分配器４０と、分配された複数の熱媒体を再び収
集して熱媒体源へ戻す収集器４１とによって、デバイダ
ー９の内側の熱媒体通路９ａ（図９参照）に複数の熱媒
体を切り替えて供給するものである。なお、この第３実
施例のデバイダー９は、図９に示すように、ハウジング
４２によって覆われており、デバイダー９とハウジング
４２との間には断熱材４３が配されている。

【００４６】〔変形例〕上記の実施例では、デバイダー
９内を熱媒体が一方から他方（回転の外側から内側、あ
るいは内側から外側）へ流れる例を示したが、デバイダ
ー９内で熱媒体が蛇行して流れるように設けたり、図１
０に示すようにデバイダー９内に仕切り９ｃを設けて、
熱媒体をＵターンして流すように設けても良い。このよ
うに熱媒体をＵターンさせることにより、熱媒体配管１
０（図５参照）を全て容器Ｋの外側に接続でき、接続が
容易化するとともに、セル回転ユニットの軸方向寸法を
短くできる。

【００４７】上記の実施例では、説明を容易化するため
に、図面の上下に応じて上段セル容器Ｓ1 、中段セル容
器Ｓ2 、下段セル容器Ｓ3 とした例を示したが、他の向
きに配置しても良い。また、上段セル容器Ｓ1 、中段セ
ル容器Ｓ2 、下段セル容器Ｓ3 の配置を入れ替えても良
い。上記の実施例では、ヒートポンプサイクル２の一例
として、２段式サイクルを用いた例を示したが、１段式
サイクルに用いても良いし、３段式以上のサイクルとし
て用いても良い。

【００４８】上記の実施例では、ヒートポンプサイクル
２によって得られた冷熱出力用の熱媒体（実施例中では
冷熱水）で室内を冷房する例を示したが、冷熱出力用の
熱媒体で冷蔵運転や冷凍運転に用いるなど、本発明を他
の冷却装置として用いても良い。上記の実施例では、１
つの室外機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。

【００４９】上記の実施例では、１つのヒートポンプユ
ニットを用いた例を示したが、複数のヒートポンプユニ
ットを搭載して冷却能力を増大させ、ビル用空調システ
ムなど大きな冷却能力が要求される冷却装置に用いても
良い。上記の実施例では、昇圧用の熱媒体として、加熱
域α1 で温度上昇した上段セル容器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。

【００５０】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。

【００５１】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につ
いて説明したが、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暖房装置等の加熱装置に本
発明を適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】デバイダーが設けられたセルの斜視図である
（第１実施例）。

【図２】セルの部分斜視図である（第１実施例）。

【図３】冷房装置の概略構成図である（第１実施例）。

【図４】ヒートポンプサイクルの作動説明図である（第
１実施例）。

【図５】デバイダーに覆われたセルの斜視図である（第
１実施例）。

【図６】ＰＴ冷凍サイクル線図である（第１実施例）。

【図７】冷暖房装置の概略構成図である（第２実施
例）。

【図８】冷房装置の概略構成図である（第３実施例）。

【図９】ハウジングの断面図である（第３実施例）。

【図１０】デバイダー内の熱媒体の流れを示す説明図で
ある（変形例）。

【図１１】冷房装置の概略構成図である（従来例）。

【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） Ｋ 容器 Ｓ セル Ｓ1 上段セル容器 Ｓ2 中段セル容器 Ｓ3 下段セル容器 Ｓ4 水素通路 ９ デバイダー ９ａ 熱媒体通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、また
   は水素の吸蔵時の放熱を利用した水素吸蔵合金を利用し
   た熱利用システムであって、 水素吸蔵合金が封入された偏平形状を呈する複数のセル
   容器を水素通路を介して連通したセルと、 前記複数のセル容器をそれぞれ覆うとともに、前記セル
   容器との間に熱媒体を流す熱媒体通路が設けられたデバ
   イダーと、を備え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、 前記熱媒体通路は、前記セル容器と前記デバイダーとの
   間の略一定幅の隙間によって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。
3. 【請求項３】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、 前記熱媒体通路は、前記デバイダーの内面に形成された
   溝内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。