JPH11294888A - 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】 セル回転式および弁回転式のものは出力が一
定であるため、負荷が下がるとヒートポンプ作動が行え
なくなる不具合があった。 【解決手段】 冷房装置のヒートポンプサイクルを制御
する制御装置６に設けられた回転制御手段６ａは、室内
冷房に使用された冷熱出力水の戻り温度を温度センサＯ
Ｓで検出し、冷房負荷の低下により戻り温度が低下した
場合は、セル回転速度を遅くして出力を低下させる。す
ると、室内温度が上昇して冷熱出力水の戻り温度が上昇
し、安定したヒートポンプサイクルを得ることができ
る。また、冷熱出力水の戻り温度が低下した場合は、制
御装置６に設けられた放熱ファン速度制御手段６ｂおよ
び燃焼量制御手段６ｃが加熱水および放熱水の温度を下
げるため、これによっても安定したヒートポンプサイク
ルを得ることができる。

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】水素吸蔵合金を用いた従来の水素吸蔵合
金を利用した熱利用システムとして、次の２つのシステ
ムを考案した。１つ目のシステムは、水素通路で連通さ
れた複数の容器（例えば、３つの容器）内に水素平衡圧
力が異なる水素吸蔵合金を封入したセルを複数回転さ
せ、各容器を温度の異なる熱媒体に触れさせることで水
素の移動を行い、冷熱出力（あるいは温熱出力）を得る
セル回転式のものである。２つ目のシステムは、水素通
路で連通された複数の容器内に水素平衡圧力が異なる水
素吸蔵合金を封入したセルを複数固定配置し、回転式分
配器によって温度の異なる熱媒体を切り替えて各容器に
触れさせることで水素の移動を行い、冷熱出力（あるい
は温熱出力）を得る弁回転式のものである。

【０００３】上記のセル回転式および弁回転式のシステ
ムでは、温度の異なる熱媒体（例えば、加熱水、放熱
水、昇圧水）を、セルの存在する熱交換部に進入する際
の温度を所定温度（例えば、８０℃、２８℃、５６℃）
に保持し、セル内の容器間に所定の圧力差を生じさせて
水素の移動を行い、水素の吸蔵および水素の放出を行わ
せるものである。このため、温度の異なる熱媒体が常に
一定温度となるように制御される。つまり、例えば、加
熱水は、熱交換部への入水温を８０℃に保持するため
に、加熱水の入水温度センサの検出温度に基づいて加熱
源の加熱量がフィードバック制御されており、放熱水
は、熱交換部への入水温を２８℃に保持するために、放
熱水の入水温度センサの検出温度に基づいて冷却塔の冷
却ファンの回転数がフィードバック制御されている。ま
た、温度の異なる熱媒体の循環を行うポンプは、制御の
簡便さから一定回転に制御されている。つまり、例え
ば、加熱水、放熱水、昇圧水の循環ポンプの回転数は一
定に設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のセル回転式およ
び弁回転式のシステムでは、得られる冷熱出力（あるい
は温熱出力）は一定である。従って、システムにかかる
負荷（冷却負荷や加熱負荷）が大きく変動すると、その
負荷に対応できない不具合が生じる。例えば、上記シス
テムで冷房を行う場合を例に説明する。冷房運転によっ
て室温が低下して冷房負荷が小さくなると、システムの
冷房能力が過多となり、室内空気と熱交換して戻る冷熱
出力水の戻り温度（セルの存在する熱交換部へ戻る温
度）が所定温度（例えば、１３℃）より下がって、平衡
水素圧力が下がり、水素吸蔵合金の水素の放出および吸
蔵が行われず、結果的にサイクルが成立できなくなり、
冷熱出力が得られなくなってしまう。

【０００５】このことを、図７のＰＴ冷凍サイクル線図
を参照に説明すると、冷房負荷の低下によって、冷熱出
力水の戻り温度が１３℃より下がると、図中において
の位置が低圧側に下がることとなり、→への水素移
動が行えない。同様に、図中においての位置が低圧側
に下がることとなり、→への水素移動が行えない。
この結果サイクルが成立できずに冷熱出力が得られなく
なってしまう。なお、冷房負荷が再び大きくなるまで冷
房を中断する所謂ON-OFF制御を採用して上記の不具合を
解決することも考えられるが、ON時とOFF 時とでは室温
が大きく変動することとなり、使用者に不快感を与えて
しまう不具合が残る。

【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、セル回転式および弁回転式の水素
吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、負荷変動
に応じて出力能力を可変できる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ものであって、水素通路で
連通された複数の容器内に水素平衡圧力が異なる水素吸
蔵合金を封入した複数のセルと、この複数のセルを回転
移動し、前記複数の容器に触れる熱媒体を変更させるセ
ル回転手段と、前記水素吸蔵合金を利用した熱利用シス
テムによる冷却負荷あるいは加熱負荷を検出する負荷検
出手段と、この負荷検出手段の検出値に応じた前記セル
の回転速度が得られるように前記セル回転手段を制御す
る回転制御手段と、を備えることを特徴とする。

【０００８】（請求項２の手段）水素吸蔵合金を利用し
た熱利用システムは、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸
熱、または水素の吸蔵時の放熱を利用したものであっ
て、水素通路で連通された複数の容器内に水素平衡圧力
が異なる水素吸蔵合金を封入した複数のセルと、ハウジ
ング内で回転駆動される回転弁、およびこの回転弁を回
転移動させる弁回転手段を備え、前記回転弁の回転によ
って温度の異なる熱媒体を前記複数の容器に切り替えて
供給する回転式分配器と、前記水素吸蔵合金を利用した
熱利用システムによる冷却負荷あるいは加熱負荷を検出
する負荷検出手段と、この負荷検出手段の検出値に応じ
た前記回転弁の回転速度が得られるように前記弁回転手
段を制御する回転制御手段と、を備えることを特徴とす
る。

【０００９】（請求項３の手段）請求項１または請求項
２の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記回転制御手段は、負荷検出手段の検出する冷却負荷
あるいは加熱負荷の最大時に最大冷熱出力あるいは最大
温熱出力が得られる速度にセルあるいは回転弁の回転速
度を設定し、負荷検出手段の検出する冷却負荷あるいは
加熱負荷が最大時よりも小さくなるに従ってセルあるい
は回転弁の回転速度を遅く設定することを特徴とする。

【００１０】（請求項４の手段）請求項１ないし請求項
３のいずれかの水素吸蔵合金を利用した熱利用システム
において、前記負荷検出手段は、水素吸蔵合金の水素放
出時に生じた冷熱エネルギーを伝達する冷熱出力用の熱
媒体の戻り温度、あるいは水素吸蔵合金の水素吸蔵時に
生じた温熱エネルギーを伝達する温熱出力用の熱媒体の
戻り温度を検出する温度センサであることを特徴とす
る。

【００１１】

【発明の作用および効果】（請求項１の作用および効
果）セル回転手段によって、複数のセルを回転駆動する
ことで、各セルにおける複数の容器にそれぞれ別の熱媒
体を触れさせ、各セルにおける複数の容器間に圧力差を
生じさせて容器内の水素吸蔵合金の水素の吸蔵および放
出を行わせる。そして、水素吸蔵合金が水素を放出する
際に生じる吸熱作用で冷熱出力用の熱媒体が冷却されて
冷熱出力が得られる（あるいは、水素吸蔵合金が水素を
吸蔵する際に生じる放熱作用で温熱出力用の熱媒体が加
熱されて温熱出力が得られる）。

【００１２】セルの回転速度は、負荷検出手段の検出値
に基づいて制御される。つまり、例えば負荷の小さい時
は、複数のセルの回転速度を水素吸蔵合金の水素化率が
最大となる適性速度よりずらして冷却出力（あるいは温
熱出力）を低下させ、負荷が大きくなる程、複数のセル
の回転速度を適性速度に近付けて冷却出力（あるいは温
熱出力）を上昇させる。このように、セルの回転速度を
可変することで、安定したヒートポンプサイクル作動を
得ることができるとともに、冷却出力（あるいは温熱出
力）が調節でき、負荷変動に応じた出力能力を得ること
ができる。

【００１３】（請求項２の作用および効果）弁回転手段
によって、回転弁を回転駆動することで、各セルの複数
の容器にそれぞれ別の熱媒体を供給して触れさせ、各セ
ルにおける複数の容器間に圧力差を生じさせて容器内の
水素吸蔵合金の水素の吸蔵および放出を行わせる。そし
て、水素吸蔵合金が水素を放出する際に生じる吸熱作用
で冷熱出力用の熱媒体が冷却されて冷熱出力が得られる
（あるいは、水素吸蔵合金が水素を吸蔵する際に生じる
放熱作用で温熱出力用の熱媒体が加熱されて温熱出力が
得られる）。

【００１４】回転弁の回転速度は、負荷検出手段の検出
値に基づいて制御される。つまり、例えば負荷の小さい
時は、複数の回転弁の回転速度を適性速度よりずらして
冷却出力（あるいは温熱出力）を低下させ、負荷が大き
くなる程、複数のセルの回転速度を適性速度に近付けて
冷却出力（あるいは温熱出力）を上昇させる。このよう
に、セルの回転速度を可変することで、安定したヒート
ポンプサイクル作動を得ることができるとともに、冷却
出力（あるいは温熱出力）が調節でき、負荷変動に応じ
た出力能力を得ることができる。

【００１５】（請求項３の作用および効果）最大負荷時
に水素吸蔵合金の水素化率が水素を吸蔵する水素吸蔵合
金ではちょうど上限値となり、水素を放出する水素吸蔵
合金ではちょうど下限値となって、水素化率の変化幅が
最大となり、単位時間当りの出力が最大となる回転速度
に設定され、負荷が小さくなるに従ってセル（あるいは
回転弁）の回転速度を遅くすることで、水素吸蔵合金の
水素化率が水素を吸蔵する水素吸蔵合金では略上限値ま
で上昇して、水素化率の上昇に寄与しないロスタイムが
生じ、水素を放出する水素吸蔵合金では略下限値まで下
降して、水素化率の下降に寄与しないロスタイムを生じ
させて、水素化率の変化幅は最大範囲であるが、単位時
間当りの出力が低下する。ここで、負荷が小さくなるに
従ってセル（あるいは回転弁）の回転速度を速くするこ
とでも、水素吸蔵合金の水素化率が上限値又は下限値ま
で変化し終わらないようにして、水素化率の変化幅を小
さくすることにより出力が低下するが、セル回転のため
の駆動力（あるいは回転弁の回転のための駆動力）が増
加してエネルギー消費が増えるとともに、多回転化によ
り消耗が大きく耐久性の劣化に繋がってしまう。しかる
に、請求項３の発明では、負荷が小さくなるに従ってセ
ル（あるいは回転弁）の回転速度を遅くするため、セル
回転のための駆動力（あるいは回転弁の回転のための駆
動力）が減少してエネルギー消費を抑えることができる
とともに、少回転化により消耗が少なく耐久性を向上で
きる。

【００１６】（請求項４の作用および効果）温度センサ
の検出する冷熱出力用の熱媒体（あるいは温熱出力用の
熱媒体）の戻り温度は、負荷に対応して変化するため、
セルの回転速度制御（あるいは回転弁の回転速度制御）
を正確に行うことができる。

【００１７】

【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１１
を用いて説明する。

【００１８】（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２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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】（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３に示すように、水素吸蔵合
金が封入された上段容器Ｓ1 、この上段容器Ｓ1 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
中段容器Ｓ2 、中段容器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。

【００２２】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７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Ｈ
Ｍ、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。

【００２３】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上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3
を偏平容器の最中状に成形し、これらを水素通路Ｓ4 が
形成された棒状の連結部Ｓ5によって結合した後に、
上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内部に粉末状の水
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。

【００２４】各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内
部は、コルゲートフィンやオフセットフィンなどの薄板
フィン（図示しない）が挿入され、対向面と薄板フィン
とがろう付けにより接合されている。この薄板フィン
は、熱伝導性に優れた金属製（例えば、銅、アルミニウ
ム、ステンレス等）の薄板をプレス加工して形成したも
ので、最中状のセル容器を接合する際に、容器内に一体
ろう付けされたもので、水素吸蔵合金から容器へ伝える
伝熱量を増大させるとともに、容器の変形を防ぐもので
ある。

【００２５】また、偏平形状を呈する各上、中、下段容
器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、回転軸８の周囲に巻き付けられ
た状態に設けられている。このため、各容器の一方の面
が凸状に湾曲するとともに、対向する他方の面が凹状に
湾曲している。このように、各容器の対向面を同方向に
湾曲して設けることにより、真空引き時の低圧下、およ
び水素充填時、サイクル作動時の高圧の水素平衡圧力の
高圧下において、各容器の対向面に引っ張り応力と圧縮
応力がかかり、この結果からも各容器の変形が小さく抑
えられる。

【００２６】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、セル回転手段Ａ（例えば、電動
モータによって複数のセルＳ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、このセル回転手段Ａは制
御装置６によって回転速度が制御される。なお、制御装
置６によるセルＳの回転速度制御については後述する。

【００２７】各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、
図３および図４に示すようにデバイダー９によって覆わ
れている。このデバイダー９は、熱媒体を各容器に沿っ
て流すことによって熱媒体の放熱ロスを減少させるとと
もに、熱媒体の流れを整流させて流速を速くして熱交換
量を増大させることで熱交換効率をアップさせるもの
で、さらにセルＳが後述する水素駆動部α→第１冷熱出
力部β→第２冷熱出力部γに移動する境界において容器
の対向面が異なった熱媒体に触れる不具合を回避して熱
交換効率をアップさせるものである。

【００２８】デバイダー９は、各上、中、下段容器Ｓ1
、Ｓ2 、Ｓ3 を覆うもので、断熱性に優れた樹脂材料
等によって設けられている。このデバイダー９の内面と
容器Ｓ1 〜Ｓ3 の外面の間には、熱媒体を容器Ｓ1 〜Ｓ
3 の外面に沿って流す熱媒体通路９ａが形成されてい
る。デバイダー９の外端と中心側上部には、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。なお、この実施例では、外端の給排口９ｂが熱媒体
を熱媒体通路９ａへ供給する供給口であり、中心側の給
排口９ｂが熱媒体通路９ａを通過した熱媒体を外部へ排
出する排出口で、図３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。

【００２９】２段式サイクルのヒートポンプサイクル２
は、図３に示すように、上段容器Ｓ1 内の水素を強制的
に下段容器Ｓ3 内に移動させる水素駆動部αと、下段容
器Ｓ3 内に移動した水素を中段容器Ｓ2 に移動させる第
１冷熱出力部βと、中段容器Ｓ2 内に移動した水素を上
段容器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。

【００３０】水素駆動部αは、上段容器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 、
中段容器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 、下段容器Ｓ3 と接触
した冷熱出力水（例えば１３℃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γ
2 を備える。なお、第２冷熱出力部γにおいて下段容器
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。

【００３１】そして、図示しないセル回転手段Ａにより
回転軸８が回転することにより、上段容器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。

【００３２】上段容器Ｓ1 の群は、上段水槽Ｋ1 に覆わ
れ、内部に加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱域γ
1 が設けられている。また、中段容器Ｓ2 の群は、中段
水槽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、
下段容器Ｓ3 の群は、下段水槽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。

【００３３】上段水槽Ｋ1 、中段水槽Ｋ2 、下段水槽Ｋ
3 は、一体的に繋がって設けられた水槽Ｋ（例えば、樹
脂製の容器）で、この水槽Ｋには、図６に示すように、
上、中、下段水槽Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 内に熱媒体を給排す
る１６本の熱媒体配管１０が接続されている。具体的に
は、上段水槽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、中段水槽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、下段水槽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。

【００３４】上、中、下段水槽Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 には、
熱媒体配管１０によって供給される熱媒体を、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の外端の給排口９ｂに導く凹部
Ｍ1 が設けられるとともに、中心側の給排口９ｂから排
出される熱媒体を収集させる凹部Ｍ2 が設けられてお
り、この凹部Ｍ1 、Ｍ2 の配置および長さにより略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が決定される。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水槽Ｋ
の内壁に接触、あるいは接近して回転し、凹部Ｍ1 、Ｍ
2 が設けられていない水槽Ｋの内壁が水素駆動部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。

【００３５】（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容器Ｓ1 、上段水槽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。

【００３６】（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。

【００３７】（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。

【００３８】（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あるいは空
冷密閉型の冷却手段を用いても良い。

【００３９】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。

【００４０】（制御装置６の説明）制御装置６は、図１
に示すように、室内空調機５に設けられたコントローラ
ＣＲからの操作指示や、複数設けられた各センサＳＳ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（燃焼ファン１６、ガス量調節
弁１３、ガス開閉弁１４、点火装置１２ａ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。

【００４１】また、制御装置６は、冷房負荷に基づい
て、セル回転手段Ａを制御して水槽Ｋ内におけるセルＳ
の回転速度を決定する回転制御手段６ａの機能を有す
る。この回転制御手段６ａは、冷房負荷に応じたセルＳ
の回転速度が得られるようにセル回転手段Ａを制御する
もので、冷房負荷を検出する負荷検出手段としてこの実
施例では、室内空調機５からヒートポンプサイクル２に
戻される冷熱出力水の戻り温度を検出する温度センサＯ
Ｓを用いたものである。

【００４２】回転制御手段６ａは、温度センサＯＳによ
って検出される冷熱出力水の戻り温度が１３℃以上の場
合（負荷検出手段の検出する冷却負荷の最大時）は最大
冷熱出力が得られる速度（例えば、１周３分）にセルＳ
の回転速度を設定し、温度センサＯＳによって検出され
る冷熱出力水の戻り温度が１３℃より低い場合は、検出
温度が低いほど（冷却負荷が最大時よりも小さくなるに
従って）セルＳの回転速度を遅く設定するものである。
なお、この実施例では、負荷の低下に従ってセルＳの回
転速度を遅くする例を示すが、逆に負荷の低下に従って
セルＳの回転速度を速くしても良い。

【００４３】上記のように、最大負荷時は最大冷熱出力
が得られる速度にセルＳの回転速度が設定されて、水素
吸蔵合金の水素化率が運転時の圧力範囲内における可変
範囲（水素吸蔵合金における水素化率は図８に示すよう
にヒステリシスを有する特性のもので、可変範囲は例え
ば０．３〜０．７）の中で、水素を吸蔵する合金では上
限値（水素化率０．７）、水素を放出する合金では下限
値（水素化率０．３）に、α、β、γの各部を通過する
時間でちょうど達することとなって最大出力が得られ
る。なお、図８中の縦軸Ｐは容器内の圧力、横軸Ｈ／Ｍ
は水素吸蔵合金の水素化率を示す。負荷の低下が発生
し、冷熱出力水の戻り温度が１３℃より低下した場合
は、回転制御手段６ａが冷熱出力水の戻り温度の低下に
応じてセルＳの回転速度を遅くすることで、水素吸蔵合
金の水素化率が水素を吸蔵する合金では、上限値（水素
化率０．７）、放出する合金では下限値（水素化率０．
３）に達した後に、水素化率の上昇又は下降に寄与しな
いロスタイムを生じさせて、単位時間当りの出力が低下
し、結果的に冷熱出力水の冷却能力が低下する。これに
より、冷熱出力水の戻り温度が１３℃に近づくように作
用し、第１、第２冷熱出力部β、γにおいて、放熱水の
温度に対して所定の温度差を確保でき、結果的に合金間
の水素移動が確保できるようになり、安定したヒートポ
ンプ作動を確保できる。

【００４４】セルＳの回転速度の変化によって出力が変
化することを、図９および図１０を参照して説明する。
なお、図中の縦軸ｔ℃は水素吸蔵合金の温度、縦軸Ｐは
容器内の圧力、縦軸Ｈ／Ｍは水素吸蔵合金の水素化率を
示し、横軸はセルＳの回転角度と時間（’は分、”は
秒）を示す。上述したように、水素吸蔵合金は、運転時
の圧力範囲内において水素化率の可変範囲（例えば０．
３〜０．７）を有し、回転制御手段６ａは、最大負荷時
に最大冷熱出力が得られる速度にセルＳの回転速度（例
えば、１周３分）を設定する。この最大冷熱出力を得る
状態のヒートポンプサイクル２のエネルギー量（加熱水
の加熱エネルギー、放熱水による冷却エネルギー、冷熱
水の冷熱出力エネルギー）の変化を図９に示す。この最
大冷熱出力状態では、セルＳがα、β、γの各部を通過
する時間（１２０°分を１分）経過時に、水素の吸蔵時
にはちょうど水素化率の上限値（０．７）となり、水素
の放出時にはちょうど下限値（０．３）となり、水素化
率の変化幅は、可変範囲と等しく最大となって、エネル
ギー量の変化が最も効率的に行なわれるため、単位時間
当りの冷熱出力は最大となる。

【００４５】負荷状態を一定としたまま、セルＳの回転
速度を速くした場合と、遅くした場合を、低温合金ＬＭ
におけるエネルギー変化を用いて説明する。セルＳの回
転速度を速くすると（例えば、１周１分３０秒）、図１
０の（ａ）に示すように、セルＳがα、β、γの各部を
通過する時間（１２０°分を３０秒）内では熱媒体と水
素吸蔵合金との熱交換が充分に行えず、水素の吸蔵時に
は前記上限値より低い水素化率（例えば０．６）までし
か上昇せず、また水素の放出時には前記下限値より高い
水素化率（例えば０．４）までしか下降せず水素化率の
変化幅は、最大出力時の０．４より小さい０．２となっ
て、その結果エネルギー量が低下し、結果的に冷熱出力
が低下する。逆に、セルＳの回転速度を遅くすると（例
えば、１周６分）、図１０の（ｂ）に示すように、α、
β、γの各部を通過する時間（１２０°分を２分）にお
いて、水素の吸蔵時には前記水素化率の上限値（０．
７）まで上昇し、水素の放出時には下限値（０．３）ま
で下降して熱媒体と水素吸蔵合金との熱交換量が限界に
達しても次の作動に移行しないため、エネルギーの増加
又は減少に寄与しない時間的なロスが生じ、単位時間当
りのエネルギー増減量が低下して結果的に冷熱出力が低
下する。

【００４６】つまり、図１１に示すように、最大冷熱出
力を得るためのセルＳの回転速度が存在し、その最適回
転速度よりも回転速度が速くても、逆に遅くても出力が
低下する。そして、セルＳの回転速度を速くして出力低
下させる場合は、セルＳの回転駆動力が増加してエネル
ギー消費が増えるとともに、多回転化により電動モータ
等のセル回転手段Ａの消耗が大きく耐久性の劣化に繋が
ってしまう。そこで、この実施例では、セルＳの回転速
度を遅くして出力低下させるため、セルＳの回転駆動力
が減少してエネルギー消費を抑えることができるととも
に、少回転化によりセル回転手段Ａの消耗が少なく耐久
性を向上できる。

【００４７】一方、この実施例の制御装置６は、冷房負
荷に応じて放熱水冷却手段４の図示しない放熱ファンの
回転速度を設定する放熱ファン速度制御手段６ｂの機能
を具備する。具体的には、温度センサＯＳによって検出
される冷熱出力水の戻り温度が１３℃以上の場合は所定
温度（例えば２８℃）の放熱水が得られるように放熱フ
ァンを制御し、冷却負荷が小さくなって温度センサＯＳ
によって検出される冷熱出力水の戻り温度が１３℃より
低い場合は、検出温度が低いほど低い温度の放熱水が得
られるように放熱ファンの回転速度を増加して制御す
る。これにより、第１、第２冷熱出力部β、γにおい
て、冷却負荷の低下による冷熱出力水の温度低下に対し
て所定の温度差に基づく圧力差を確保でき、結果的に合
金間の水素移動が確保できるようになり、安定したヒー
トポンプ作動を確保できる。

【００４８】さらに、この実施例の制御装置６は、冷房
負荷に応じて燃焼装置３の燃焼量を設定する燃焼量制御
手段６ｃの機能を具備する。具体的には、温度センサＯ
Ｓによって検出される冷熱出力水の戻り温度が１３℃以
上の場合は所定温度（例えば８０℃）の加熱水が得られ
るように燃焼装置３を制御し、冷却負荷が小さくなって
温度センサＯＳによって検出される冷熱出力水の戻り温
度が１３℃より低い場合は、検出温度が低いほど低い温
度の加熱水が得られるように燃焼装置３の燃焼量を低下
して制御する。これにより、水素駆動部αにおいて、冷
却負荷が低下した場合には、前記冷熱出力水の温度低下
に対応させた放熱水の温度低下によって所定の温度差に
基づく圧力差を確保するに足りる燃焼量まで低下させる
ため過剰な加熱を防止し、省エネルギー化できる。

【００４９】（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７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、セル回転手段Ａ、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。

【００５０】セル回転手段Ａによって、複数のセルＳが
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、各上段容器Ｓ1 が加熱域α
1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 の順で移動し、各
中段容器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。

【００５１】水素駆動部αへ進入したセルＳは、上段容
器Ｓ1 が加熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が昇圧水に触れ、
下段容器Ｓ3 が放熱水に触れる。上段容器Ｓ1 が加熱水
（８０℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1 の内圧が
上昇し、高温合金ＨＭが水素を放出する。中段容器Ｓ2
が昇圧水（５６℃）に触れることにより、中段容器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。下段容器Ｓ3 が放熱水（２８℃）に触れることに
より、下段容器Ｓ3 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、上段容器Ｓ1 が加熱域α1 で
加熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が中段昇圧域α2 で昇圧水
に触れ、下段容器Ｓ3 が下段放熱域α3 の放熱水に触れ
ることにより、上段容器Ｓ1 内が８０℃：１．０ＭＰ
ａ、中段容器Ｓ2 内が５６℃：１．０ＭＰａ、下段容器
Ｓ3 内が２８℃：０．９ＭＰａとなり、上段容器Ｓ1 の
高温合金ＨＭが水素を放出し（図７の）、下段容器Ｓ
3 の低温合金ＬＭが水素を吸蔵する（図７の）。な
お、中段容器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。

【００５３】第１冷熱出力部βへ進入したセルＳは、上
段容器Ｓ1 が昇圧水に触れ、中段容器Ｓ2 が放熱水に触
れ、下段容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。上段容器Ｓ1
が昇圧水（５８℃）に触れることにより、上段容器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。中段容器Ｓ2 が放熱水（２８℃）に触れることに
より、中段容器Ｓ2 の内圧が下がり、中温合金ＭＭが水
素を吸蔵し、下段容器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、下段容器Ｓ
3 内で吸熱が生じ、下段容器Ｓ3 に触れる冷熱出力水が
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、下段容器Ｓ3 の内圧が中段
容器Ｓ2 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、上段容器Ｓ1 が上段昇圧域β
1 で昇圧水に触れ、中段容器Ｓ2 が中段放熱域β2 で放
熱水に触れ、下段容器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、上段容器Ｓ1 内が５８℃：
０．５ＭＰａ、中段容器Ｓ2内が２８℃：０．４ＭＰ
ａ、下段容器Ｓ3 内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、下
段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出し（図７の
）、中段容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵する
（図７の）。下段容器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を通過したセルＳは、その後第２冷熱
出力部γへ移動する。

【００５５】第２冷熱出力部γへ進入したセルＳは、上
段容器Ｓ1 が放熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が冷熱出力水
に触れ、下段容器Ｓ3 が不問水に触れる。上段容器Ｓ1
が放熱水（２８℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1
の内圧が下がり、高温合金ＨＭが水素を吸蔵し、中段容
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、中段容器Ｓ2 内で吸熱が生じ、
中段容器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、中段容器Ｓ2 の内圧が上段容器Ｓ1 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、上段容器Ｓ1 が上段放熱域γ
1 で放熱水に触れることにより、上段容器Ｓ1 内が２８
℃：０．１ＭＰａ、中段容器Ｓ2 内が１３℃：０．２Ｍ
Ｐａ、下段容器Ｓ3 内は不問状態となり、中段容器Ｓ2
の中温合金ＭＭが水素を放出し（図７の）、上段容器
Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図７の）。中
段容器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、下段容器Ｓ3 の
温度は無関係で、下段容器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。

【００５７】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。

【００５８】〔実施例の効果〕冷房運転によって室内の
温度が低下して冷房負荷が低下した場合は、冷熱出力水
の戻り温度が１３℃より下がる。この温度低下を温度セ
ンサＯＳが検出すると、制御装置６の回転制御手段６ａ
が冷熱出力水の戻り温度の低下に従ってセルＳの回転速
度を遅くする。すると、上述したように冷熱出力が低下
し、冷房能力の低下により冷熱出力水の戻り温度が上昇
するように作用し、結果的にヒートポンプ作動が安定し
て行われる。

【００５９】一方、冷房負荷の低下により冷熱出力水の
戻り温度が１３℃より下がると、制御装置６の放熱ファ
ン速度制御手段６ｂが冷熱出力水の戻り温度の低下に従
って回転数を増加させて放熱水の温度を低下させるとと
もに、制御装置６の燃焼量制御手段６ｃが冷熱出力水の
戻り温度の低下に従って燃焼量を低下させて加熱水の温
度を低下させる。つまり、冷房負荷の低下により図７の
、が右下側へ移行した場合は、加熱水および放熱水
の温度を低下させて図７の、、、を右下側へ移
行し、この結果からもヒートポンプ作動が安定して行わ
れるとともに、燃焼量の低下によって省エネを図ること
ができる。

【００６０】このように、冷房負荷が低い場合は、セル
Ｓの回転速度を遅くすることと、加熱水および放熱水の
温度を低下させることで、安定したヒートポンプサイク
ル作動を確保しながら、冷却出力が調節でき、負荷変動
に応じた出力能力を得ることができる。

【００６１】〔第１実施例の変形例〕次に、上記第１実
施例を冷暖房装置に適用した変形例を示す。なお、図１
２は本変形例を適用した冷暖房装置の概略構成図であ
る。本変形例の冷暖房装置３０は、上記の第１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１
９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 、Ｖ
2 、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。

【００６２】〔第２実施例〕図１３ないし図１５は第２
実施例を示すもので、図１３は複数のセルＳが固定配置
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を水槽Ｋ内で回転させることで
各容器に触れる熱媒体の種類を切り替える例を示した
が、この第２実施例では複数（この実施例では３つ）の
セルＳ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回転式分配器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回転式収集器
４１とによって、セルＳとデバイダー９の間に形成され
る熱媒体通路９ａに熱媒体の種類を切り替えて供給する
ものである。

【００６３】上記回転式分配器４０と回転式収集器４１
は、入力方向と出力方向が逆になるだけで、他は同一構
成のものであり、回転式分配器４０を図１４を参照して
説明する。回転式分配器４０は、筒形状を呈したハウジ
ング４２と、このハウジング４２の内部を回転する回転
弁４３と、この回転弁４３を回転駆動する弁回転手段
（図示しない、例えば第１実施例同様にモータを利用し
たもの）とからなる。なお、この弁回転手段は、回転弁
４３を１２０°づつ段階的に回転させるものである（例
えば、１分間毎に１２０°づつの回転）。

【００６４】ハウジング４２の上半部には、加熱水、昇
圧水、放熱水、冷熱出力水、不問水の供給を受ける５つ
の入力ポート４２ａが設けられている。この５つの入力
ポート４２ａは水平方向に一致しないように上下方向
（軸方向）にずらして設けられている。また、ハウジン
グ４２の下半部には、１２０°間隔で、且つ縦方向に３
つづつの合計９つの出力ポート４２ｂが設けられてい
る。各縦列の内の上段の出力ポート４２ｂはそれぞれ同
じ高さに設けられ、中段の出力ポート４２ｂもそれぞれ
同じ高さに設けられ、下段の出力ポート４２ｂもそれぞ
れ同じ高さに設けられている。そして縦方向に３つづつ
並ぶ３列の出力ポート４２ｂは、回転弁４３の回転によ
って分配される加熱水−昇圧水−放熱水、昇圧水−放熱
水−冷熱出力水、放熱水−冷熱出力水−不問水の３組の
熱媒体を、３つのセルＳに向けて出力するものである。

【００６５】回転弁４３は、５つの入力ポート４２ａに
合致して、５つの入力ポート４２ａから入力される５種
類の熱媒体を受ける５つの環状の外周溝４３ａを備え
る。また、回転弁４３は、１２０°間隔で縦方向に３組
の熱媒体（加熱水−昇圧水−放熱水、昇圧水−放熱水−
冷熱出力水、放熱水−冷熱出力水−不問水）を同時に出
力するための５つの傾斜溝４３ｂを備える。なお、各入
力ポート４２ａの上下および各傾斜溝４３ｂの周囲には
図示しないシール用のパッキングが設けられている。外
周溝４３ａと傾斜溝４３ｂとは回転弁４３の内部で連通
している。具体的には、回転弁４３の内部には上下方向
に伸びる５本の内部連通路が設けられており、５つの外
周溝４３ａ内には対応する内部連通路に熱媒体を導く連
通穴がそれぞれ設けられている。また、傾斜溝４３ｂ内
にも対応する内部連通路から熱媒体を導く連通穴がそれ
ぞれ設けられており、各入力ポート４２ａから各外周溝
４３ａに供給された熱媒体が、各外周溝４３ａ内の連通
穴→各内部連通路→各傾斜溝４３ｂ内の連通穴を通って
各傾斜溝４３ｂに導かれ、合致する出力ポート４２ｂを
介して熱交換器に供給されるように設けられている。

【００６６】このように、ハウジング４２内で回転弁４
３が１２０°づつ回転することにより、回転式分配器４
０と回転式収集器４１が、複数のセルＳの各室と熱交換
する熱媒体の供給状態を、複数のセル毎においてそれぞ
れが異なった室に水素移動するように切り替える。つま
り、ハウジング４２に対して回転弁４３が０°の位置の
時、図１５の上段に示すように、３つのセルＳの内、１
列目（図示左側）のセルＳが水素駆動部αになり、２列
目（図示中央）のセルＳが第１冷熱出力部βになり、３
列目（図示右側）のセルＳが第２冷熱出力部γになる。
ハウジング４２に対して回転弁４３が１２０°の位置の
時は、図１５の中段に示すように、３つのセルＳの内、
１列目のセルＳが第１冷熱出力部βになり、２列目のセ
ルＳが第２冷熱出力部γになり、３列目のセルＳが水素
駆動部αになる。ハウジング４２に対して回転弁４３が
２４０°の位置の時は、図１５の下段に示すように、３
つのセルＳの内、１列目のセルＳが第２冷熱出力部γに
なり、２列目のセルＳが水素駆動部αになり、３列目の
セルＳが第１冷熱出力部βになる。さらに、回転弁４３
が１２０°づつ回転することにより、上記が繰り返され
る。

【００６７】回転式分配器４０および回転式収集器４１
の回転速度、つまり熱媒体の切替速度は、制御装置６に
よって制御される。制御装置６は、第１実施例と同様、
回転制御手段６ａ、放熱ファン速度制御手段６ｂおよび
燃焼量制御手段６ｃの機能を有するもので、回転制御手
段６ａは第１実施例のセルＳの回転速度制御に代えて回
転式分配器４０および回転式収集器４１の回転速度を制
御するものである。そして、これら回転制御手段６ａ、
放熱ファン速度制御手段６ｂおよび燃焼量制御手段６ｃ
の機能によって、第１実施例と同様の効果を得ることが
できる。

【００６８】〔変形例〕上記の実施例では、各容器の周
囲にデバイダー９を設けた例を示したが、デバイダー９
を用いなくても良い。具体的な一例を示すと、図１６に
示すように、各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2、Ｓ3 を回
転軸８の周りに巻き付けられた状態で配置するととも
に、上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 と、隣接する他
の上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 との間に略同幅の
隙間を設け、その隙間に熱媒体が流されるように設けて
も良い。このようにデバイダー９を廃止しても、隙間が
略同幅であるため、その隙間を流れる熱媒体の流速が一
定になり、熱媒体の熱交換ロスが減り、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。

【００６９】上記の第１実施例では、複数のセルＳをセ
ル回転手段Ａによって連続的に回転させた例を示した
が、セルＳを間欠的に回転移動させても良い。上記の実
施例では、説明を容易化するために、上下方向に上段容
器Ｓ1 、中段容器Ｓ2 、下段容器Ｓ3 とした例を示した
が、上下の配置を変更したり横に配置するなどしても良
い。このような場合は、勿論、各容器に供給する各熱媒
体もヒートポンプサイクルが成り立つように入れ替え
る。

【００７０】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、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、第２容器を３つ以上分割して３段式以上のサイ
クルとして用いても良い。

【００７１】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、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つのヒートポンプユニット
（１つの水槽Ｋ内に複数のセルＳを収納したユニット）
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。

【００７２】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。

【００７３】上記の実施例では、冷却負荷（温度センサ
ＯＳの検出温度）に応じて放熱水冷却手段４の放熱ファ
ン回転速度を変化させて放熱水の温度を変化させるとと
もに、燃焼装置３の燃焼量を増減させて加熱水の温度を
変化させたが、冷却負荷の大きさに関わらず、入水温セ
ンサの検出温度に基づくフィードバック制御を行なって
熱交換部への放熱水の入水温を一定（２８℃）に制御
し、加熱水の入水温を一定（８０℃）に制御するもので
あっても良い。この場合も、冷却負荷に応じてセル回転
手段Ａ又は弁回転手段の回転速度を変化させることによ
り、冷熱出力水の入水温は略一定（１３℃）に保たれる
ため安定したヒートポンプサイクル作動を確保しながら
出力の調節ができ、負荷変動に応じた出力能力を得ると
いう同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御装置の概略図である（第１実施例）。

【図２】冷房装置の概略構成図である（第１実施例）。

【図３】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４】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５】セルの部分斜視図である（第１実施例）。

【図６】ヒートポンプユニットの斜視図である（第１実
施例）。

【図７】ＰＴ冷凍サイクル線図である（第１実施例）。

【図８】水素吸蔵合金の水素化率を示すグラフである
（第１実施例）。

【図９】セルの回転速度が最適の場合のエネルギー量の
変化を示すグラフである（第１実施例）。

【図１０】セルの回転速度を速くあるいは遅くした場合
のエネルギー量の変化を示すグラフである（第１実施
例）。

【図１１】セルの回転速度に対する出力変化を示すグラ
フである（第１実施例）。

【図１２】冷暖房装置の概略構成図である（第１実施例
の変形例）。

【図１３】冷房装置の概略構成図である（第２実施
例）。

【図１４】回転式分配器の説明図である（第２実施
例）。

【図１５】作動の移り変わりを示す説明図である（第２
実施例）。

【図１６】回転軸に組付けられた複数のセルを軸方向か
ら見た図である（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） Ｓ セル Ｓ1 上段容器（第１容器） Ｓ2 中段容器（第２容器） Ｓ3 下段容器（第２容器） Ｓ4 水素通路 Ａ セル回転手段 ＯＳ 温度センサ（負荷検出手段） ６ 制御装置（制御手段） ６ａ 回転制御手段 ６ｂ 放熱ファン速度制御手段 ６ｃ 燃焼量制御手段 ４０ 回転式分配器 ４１ 回転式収集器 ４２ ハウジング ４３ 回転弁

Claims (4)

【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、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であって、 水素通路で連通された複数の容器内に水素平衡圧力が異
   なる水素吸蔵合金を封入した複数のセルと、 この複数のセルを回転移動し、前記複数の容器に触れる
   熱媒体を変更させるセル回転手段と、 前記水素吸蔵合金を利用した熱利用システムによる冷却
   負荷あるいは加熱負荷を検出する負荷検出手段と、 この負荷検出手段の検出値に応じた前記セルの回転速度
   が得られるように前記セル回転手段を制御する回転制御
   手段と、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】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であって、 水素通路で連通された複数の容器内に水素平衡圧力が異
   なる水素吸蔵合金を封入した複数のセルと、 ハウジング内で回転駆動される回転弁、およびこの回転
   弁を回転移動させる弁回転手段を備え、前記回転弁の回
   転によって温度の異なる熱媒体を前記複数の容器に切り
   替えて供給する回転式分配器と、 前記水素吸蔵合金を利用した熱利用システムによる冷却
   負荷あるいは加熱負荷を検出する負荷検出手段と、 この負荷検出手段の検出値に応じた前記回転弁の回転速
   度が得られるように前記弁回転手段を制御する回転制御
   手段と、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。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２の水素吸蔵合金を
   利用した熱利用システムにおいて、 前記回転制御手段は、負荷検出手段の検出する冷却負荷
   あるいは加熱負荷の最大時に最大冷熱出力あるいは最大
   温熱出力が得られる速度にセルあるいは回転弁の回転速
   度を設定し、 負荷検出手段の検出する冷却負荷あるいは加熱負荷が最
   大時よりも小さくなるに従ってセルあるいは回転弁の回
   転速度を遅く設定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。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの水素
   吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、 前記負荷検出手段は、水素吸蔵合金の水素放出時に生じ
   た冷熱エネルギーを伝達する冷熱出力用の熱媒体の戻り
   温度、あるいは水素吸蔵合金の水素吸蔵時に生じた温熱
   エネルギーを伝達する温熱出力用の熱媒体の戻り温度を
   検出する温度センサ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。