| 【発明の名称】 |
水素吸蔵合金を利用した熱利用システム |
| 【発明者】 |
【氏名】丸橋 勤
|
| 【要約】 |
【課題】回転する熱交換器の周囲にリング状を呈した固定された分配器を配置し、熱媒体切替用の電磁バルブを不要にしたものを考案したが、熱媒体給排用の配管接続部分が周囲に分散して離れ、熱交換ユニットの実質的な外形寸法が大きくなってしまう不具合があった。
【解決手段】円柱状の分配器９が円筒状の熱交換器の中心に配置される構造を採用する。これによって、熱媒体給排用の配管接続部分が熱交換器の中心側に集中配置されるため、熱交換ユニットの実質的な外形寸法を小さくできる。また、シール距離も短くできるため、摺動抵抗が小さくなり、駆動力を低減できる。 |
【特許請求の範囲】
【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、複数の熱媒体の供給および排出を行う固定側給排穴が外周面に形成された円柱形状の分配器と、この分配器の周囲を摺接して回転するとともに、複数の熱媒体の供給および排出を行う回転側給排穴が中心に設けた円筒穴の内周面に形成され、前記分配器の固定側給排穴から前記回転側給排穴を介して給排される熱媒体と内部に収容される水素吸蔵合金との熱交換を行う熱交換器と、を備える水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
【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、前記分配器は、前記固定側給排穴が形成された複数の円柱状を呈したブロックと、この複数のブロック間に配置され、ブロック間において熱媒体の流れを捩じって変更するジョイントと、を結合し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。
【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、前記分配器の一端側には高温系熱媒体の配管が接続され、前記分配器の他端側には低温系熱媒体の配管が接続さ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。
|
【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】水素吸蔵合金を利用した熱利用システムでは、水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器に熱媒体を切り換えて供給する手段を採用している。この熱媒体の切替供給手段として、熱媒体の切替用電磁バルブが不要で、且つ熱容量を低下させて熱交換効率を向上するシステムを提案した（特願平１０−２０４０７９号）。この技術は、回転軸の周囲に合金を収容する複数の容器（以下、合金容器）を熱媒体容器で覆い、合金容器とともに回転する熱媒体容器の外周囲にリング状の分配器を固定配置したもので、熱媒体容器と分配器との間の摺接面でシールが成されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記に示した分配器が外輪タイプのものは、熱媒体給排用の配管を接続すると、各接続部分が離れるため、結果的に配管接続部分が分散して複雑になるとともに、熱交換ユニットの実質的な外形寸法が大きくなって、大きな設置スペースを必要とする不具合が生じる。また、摺接部分の総距離が長くなり、摺接抵抗が増大し、熱交換器の回転駆動力を増大化させる必要があり、回転駆動源となる電動モータのコストが増加したり、消費電力が増加する不具合がある。
【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、熱交換ユニット小型化が可能で、且つ熱交換器を回転駆動する駆動源のコストを抑えることの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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】〔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、複数の熱媒体の供給および排出を行う固定側給排穴が外周面に形成された円柱形状の分配器と、この分配器の周囲を摺接して回転するとともに、複数の熱媒体の供給および排出を行う回転側給排穴が中心に設けた円筒穴の内周面に形成され、前記分配器の固定側給排穴から前記回転側給排穴を介して給排される熱媒体と内部に収容される水素吸蔵合金との熱交換を行う熱交換器と、を備えることを特徴とする。
【０００６】〔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、前記分配器は、前記固定側給排穴が形成された複数の円柱状を呈したブロックと、この複数のブロック間に配置され、ブロック間において熱媒体の流れを捩じって変更するジョイントと、を備えることを特徴とする。
【０００７】〔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、前記分配器の一端側には高温系熱媒体の配管が接続され、前記分配器の他端側には低温系熱媒体の配管が接続されたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用および効果】〔請求項１の作用および効果〕分配器が熱交換器の中心側に設けた円筒穴内に配置される構造を採用するため、熱媒体給排用の配管を分配器に接続した場合に各接続部分が集合配置される。このように、各配管の接続部分が熱交換器の中心側の分配器に集合配置されるため、配管接続がシンプルになるとともに、熱交換ユニットの実質的な外形寸法を小さくできる。また、分配器が熱交換器の中心側に設けた円筒穴内に配置される構造を採用するため、分配器と熱交換器との摺接部分の総距離が短くなり、摺接抵抗が減少し、熱交換器の回転駆動力を小さくできる。このため、回転駆動源となる電動モータのコストを抑えることができるとともに、消費電力が低減し、ランニングコストを抑えることができる。
【０００９】〔請求項２の作用および効果〕分配器は、固定側給排穴が形成されたブロックと、ブロック間に配置されるジョイントとで構成されるため、例えば熱交換器の複数の回転側給排穴への熱媒体の供給方法を並列接続供給から直列接続供給に変更する場合や、その逆に変更する場合、ブロックを変更するのみで済むため、供給方法変更に伴う分配器のコストアップを極力抑えることができる。
【００１０】〔請求項３の作用および効果〕分配器の一端側に高温系熱媒体の配管を接続し、分配器の他端側に低温系熱媒体の配管を接続することにより、高温系熱媒体と低温系熱媒体とが熱交換してヒートロスが発生する不具合を抑えることができる。
【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１１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１０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は回転中心側に円筒穴８ａを備えた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が前記円筒穴８ａ内に回動自在に挿入され、分配器９の周囲を回転するように設けられている（図１０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、図２および図５に示すような、偏平でリング円盤形状を呈したリング円盤Ｒを多数積層したもので、１つのリング円盤Ｒは、内部に水素吸蔵合金を収納する偏平な合金収容室１０｛図６（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６（ｂ）のハッチング内参照｝を形成するものである。
【００１６】１つのリング円盤Ｒ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２参照）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。そして、熱交換器８は、図２に示すように一対のプレート１２、１３よりなるリング円盤Ｒ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、円筒穴８ａの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の外周面に形成された固定側給排穴Ａ1（後述する）から、熱交換器８内の各熱媒体通路１１への熱媒体の供給と排出を行う回転側給排穴Ａ2 （後述する）が形成されている。
【００１７】１つのリング円盤Ｒ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つのリング円盤Ｒに６つの合金容器が形成される例を示す。１つのリング円盤Ｒ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、多数のリング円盤Ｒ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１１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１、図３、図４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９参照）。
【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、略１２０°間隔に設けられたもので、分配器９の外周面に形成された各固定側給排穴Ａ1 （後述する）の連通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】次に、分配器９と熱交換器８との熱媒体の受渡しについて説明する。分配器９は、図１、図３に示すように、第１容器Ｓ1 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第１ブロック９ａと、第２容器Ｓ2 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第２ブロック９ｂと、第３容器Ｓ3 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第３ブロック９ｃとを備えるとともに、第１ブロック９ａと第２ブロック９ｂの間に配置されて熱媒体の流れを１２０°捩じって変更する第１ジョイント９ｄと、第２ブロック９ｂと第３ブロック９ｃの間に配置されて熱媒体の流れを１２０°捩じって変更する第２ジョイント９ｅとから構成される。
【００２６】第１、第２ジョイント９ｄ、９ｅは、それぞれ熱媒体通過用の穴が形成された円盤を該穴が連通するように少しづつずらして複数積層したものである。また、第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃおよび第１、第２ジョイント９ｄ、９ｅは、棒状に組み付けられた後に、長ボルト９ｆおよびナット９ｇによって強固に結合されたものである。なお、図１に示す符号９ｈは、シール用Ｏリングを組付けるための溝である。
【００２７】なお、この実施例の分配器９は、図３および図４（ｂ）に示すように、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に直列的に熱媒体を供給する直列接続供給タイプを示すが、図４（ａ）に示すように、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に並列的に熱媒体を供給する並列接続供給タイプを採用しても良い。このような直列接続と並列接続の変更は、第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃの変更によって容易に可能であり、直列接続と並列接続の設定によって熱媒体の温度変化が累積的である場合（直列接続）と、均一的である場合（並列接続）を選択でき、最適な温度の熱媒体を熱交換器８の第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に供給することが可能になる。
【００２８】第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃのそれぞれは、水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γに対応して配置されるもので、各部に応じて熱媒体の給排用の固定側給排穴Ａ1 が形成されている。各固定側給排穴Ａ1 を図３を用いて具体的に説明する。
【００２９】第１ブロック９ａには、加熱域α1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に加熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第１昇圧域β1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に昇圧水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第１放熱域γ1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。第２ブロック９ｂには、第２昇圧域α2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に昇圧水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第２放熱域β2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第２冷熱出力域γ2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。第３ブロック９ｃには、第３放熱域α3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第３冷熱出力域β3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、不問域γ3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に水素移動に関与しない不問水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。なお、各固定側給排穴Ａ1 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向にずれて配置されている。
【００３０】分配器９の端には、分配器８への熱媒体給排用の配管が接続される。この実施例では、図３に示すように、分配器９の一端側（図３左側）には高温系熱媒体（加熱水、昇圧水）の配管が接続され、分配器９の他端側（図３右側）には低温系熱媒体（放熱水、冷熱出力水、不問水）の配管が接続されている。このように、分配器９に接続される配管を、分配器９の一端側に高温系、他端側に低温系とすることにより、高温系熱媒体と低温系熱媒体とが熱交換してヒートロスが発生する不具合を抑えることができる。なお、この実施例では、分配器９の両端に熱媒体給排用の配管を接続する例を示すが、分配器９の一端のみに熱媒体給排用の配管を接続し、配管の搭載スペースを小さくしても良い。
【００３１】熱交換器８の内周面には、上述したように、分配器摺接シール用の円筒パイプＳ7 が接合されており、この円筒パイプＳ7 には、分配器９の固定側給排穴Ａ1を介して熱媒体の給排を行う複数の回転側給排穴Ａ2 が形成されている。本実施例の熱交換器８は、合金容器が周方向に６つ形成されたリング円盤Ｒを軸方向に多数積層したものであるため、積層方向に隣接する第１容器Ｓ1 の群は、第１ブロック９ａの周囲に周方向に６つ配置され、積層方向に隣接する第２容器Ｓ2 の群は、第２ブロック９ｂの周囲に周方向に６つ配置され、積層方向に隣接する第３容器Ｓ3 の群は、第３ブロック９ｃの周囲に周方向に６つ配置される。このため、円筒パイプＳ7 には、第１容器Ｓ1 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されており、第２容器Ｓ2 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されており、第３容器Ｓ3 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されている。なお、各回転側給排穴Ａ2 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向（合金容器の積層方向）にずれて配置されている。
【００３２】上述したように、積層方向に隣接する合金容器と合金容器との間に熱媒体通路１１が形成されており、合金容器には第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 のそれぞれの範囲内で積層方向に貫通する貫通穴Ａ3 が設けられており、各熱媒体通路１１は、貫通穴Ａ3 を介して隣接する熱媒体通路１１に連通している。この実施例の熱交換器８は、円筒パイプＳ7 の回転側給排穴Ａ2 の供給側から熱交換器８内に供給された熱媒体を、各熱媒体通路１１に分配して供給する並列接続供給タイプを採用している。このため、各合金容器には、熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 と、熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 の両方が形成されている。なお、熱交換器８は、各合金容器に熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 と熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 の両方が形成されたリング円盤Ｒ1 （図７、ａ参照）と、第１容器Ｓ1 の群と第２容器Ｓ2 の群との境界の仕切、及び第２容器Ｓ2 の群と第３容器Ｓ3 の群との境界の仕切に用いられ、各合金容器に貫通穴Ａ3 のない仕切用のリング円盤Ｒ2 （図７、ｂ参照）とを組み合わせて構成されるものである。
【００３３】熱交換器８内に供給された熱媒体の流れを図８を参照して説明する。回転側給排穴Ａ2 の供給側（図８の上方）から熱交換器８内に供給された熱媒体は、各熱媒体通路１１を連通させる熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 を介して熱交換器の軸方向（図８の下方向）に流れ、その熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 から各熱媒体通路１１に分配して供給される。各熱媒体通路１１を通過した熱媒体は、各熱媒体通路１１を連通させる熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 にて収集されるとともに、その熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 を介して熱交換器の軸方向（図８の下方向）に流れる。そして、熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 によって、図８の下方に流れた熱媒体は、回転側給排穴Ａ2 の排出側（図８の下方）から分配器９の固定側給排穴Ａ1 （排出側）に排出される。つまり、熱交換器８の各容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 内において、合金容器の積層方向に貫通して設けられた貫通穴Ａ3 によって熱媒体は軸方向へ流れるため、熱交換器８の内周に設けられる回転側給排穴Ａ2 の供給側と排出側とを軸方向にずらして配置することができる。
【００３４】（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１０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。
【００３５】（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。
【００３６】（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。
【００３７】（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。
【００３８】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。
【００３９】（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。
【００４０】（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１１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。
【００４１】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。
【００４２】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。
【００４３】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１１の■）、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を吸蔵する（図１１の■）。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。
【００４４】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。
【００４５】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１１の■）、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵する（図１１の■）。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。
【００４６】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。
【００４７】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１１の■）、第１容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図１１の■）。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。
【００４８】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。
【００４９】〔実施例の効果〕上記の実施例で示したように、円柱状の分配器９が円筒状の熱交換器８の中心側に設けた円筒穴８ａ内に配置される構造を採用するため、熱媒体給排用の配管を分配器９に接続した場合に各接続部分が集合配置される。このように、各配管の接続部分が熱交換器８の中心側の分配器９に集合配置されるため、配管接続がシンプルになるとともに、熱交換ユニット２の実質的な外形寸法を小さくできる。分配器９が円筒状の熱交換器８の中心側に設けた円筒穴８ａ内に配置される構造を採用するため、分配器９と熱交換器８との摺接部分の総距離が短くなり、摺接抵抗が減少し、熱交換器８の回転駆動力を小さくできる。このため、回転駆動源となる電動モータのコストを抑えることができるとともに、消費電力が低減し、ランニングコストを抑えることができる。
【００５０】分配器９は、固定側給排穴Ａ1 が形成された第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃ、および第１、第２ジョイント９ｄ、９ｅで構成されるため、熱交換器８の回転側給排穴Ａ2 への熱媒体の供給方法を並列接続供給から直列接続供給に変更する場合や、その逆に変更する場合、第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃの変更で済むため、供給方法変更に伴う分配器９のコストアップを極力抑えることができる。さらに、分配器９の一端側に高温系、他端側に低温系の熱媒体の配管を接続するため、高温系熱媒体と低温系熱媒体とが熱交換してヒートロスが発生する不具合を抑えることができる。
【００５１】〔変形例〕上記の実施例では、熱交換器８の外周側で熱媒体がターンして内側に戻る熱媒体通路１１を採用した並列接続供給タイプを採用した例を示したが、図１２（ａ）に示すように、熱媒体がターンしない熱媒体通路１１を採用した並列接続供給タイプを採用しても良い。また、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すような直列接続供給タイプや、図１２（ｄ）に示すような並列接続供給と直列接続供給の混成タイプを採用しても良い。なお、図１２（ｂ）に示すような直列接続供給タイプは、図１３（ａ）〜（ｃ）に示す３つのタイプ（貫通穴Ａ3 の位置や有無が異なるタイプ）のリング円盤Ｒ2 〜Ｒ4 を組み合わせて実現でき、図１２（ｄ）に示すような混成タイプは、図１４（ａ）〜（ｄ）に示す４つのタイプ（貫通穴Ａ3 の数や位置、有無が異なるタイプ）のリング円盤Ｒ1 〜Ｒ4 を組み合わせて実現できる。
【００５２】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を接合したリング円盤Ｒ内に複数の合金容器を構成した例を示したが、図１５に示すように、一対のプレートで１つの合金容器を構成するように設けても良い。つまり、一対のプレートで１つの合金容器を構成し、それらを周方向に組合わせてリング円盤状に構成し、そのリング円盤Ｒ状の複数の合金容器を軸方向に積層して筒状の熱交換器８を構成しても良い。また、上記の実施例では、熱交換器８の外周囲形状を円筒に設けた例を示したが、例えば外周囲形状を六角筒形状に設け、中心側に回転側給排穴Ａ2が形成される円筒穴８ａを設けるようにしても良い。
【００５３】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。
【００５４】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。
【００５５】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。
【００５６】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。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１５８５４
【氏名又は名称】リンナイ株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年１月１８日（１９９９．１．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８００４５
【弁理士】
【氏名又は名称】石黒 健二
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−２０５６９４（Ｐ２０００−２０５６９４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８９５１ |
|