| 【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
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| 【要約】 |
【課題】水素吸蔵合金を封入した容器を回転して容器に触れる熱媒体を変更する技術を提案したが、熱媒体を回転軸に対して垂直方向に流す構成であったため、熱媒体通路のターンや、出入口で圧損が発生したり、熱交換器周囲の径が大径化する不具合が発生する。
【解決手段】高温、中温、低温合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭを封入する第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を、ストレートの外管Ｋｏ、内管Ｋｉの２重管によって構成し、内管Ｋｉの内側に熱媒体通路１１を形成する。これらは回転軸に対して平行に配置され、第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’は軸方向両端に配置される。これによって、熱媒体通路１１内で熱媒体が円滑に流れ、第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’の開口面積を適正化でき、熱交換器の周囲の径が大径化する不具合がない。 |
【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、同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる複数種類の水素吸蔵合金をそれぞれ封入し、水素通路で連通された複数の容器と、この複数の容器を回転移動させ、前記各容器に触れる熱媒体の種類を変更する熱媒体変更手段とを備え、前記各容器に触れて熱媒体を流すそれぞれの熱媒体通路は、前記複数の容器とともに回転軸に対して平行な直線状に設けられ、前記熱媒体通路に熱媒体を給排する出入口は、前記回転軸に沿う前記熱媒体通路の端部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。
【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、前記水素通路で連通された複数の容器よりなるセルが前記回転軸の周囲に複数用いられ、回転軸の中心側を回転する前記熱媒体通路に高温系の熱媒体を給排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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【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、あるいは水素の吸蔵時に生じる放熱作用を利用して冷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として、本願発明者は、特願平９−２４８８９号で出願したように、同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる複数種類の水素吸蔵合金をそれぞれ封入し、水素通路で連通された複数の容器を回転移動させ、各容器に触れる熱媒体の種類を変更する技術を提案した。この特願平９−２４８８９号で出願した技術では、熱媒体を回転軸に対して垂直方向に流す構成を採用していた。このことは、その後出願した特願平１０−２０４０７９号、特願平１０−３５９４６７号等でも同様であり、熱媒体を回転軸に対して垂直方向に流す実施例を開示していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱媒体を回転軸に対して垂直方向に流す構成を採用する場合、（ａ）回転する容器の外周側から熱媒体の給排を行う場合と、（ｂ）回転する容器の内周側から熱媒体の給排を行う場合と、（ｃ）回転する容器の内周側（あるいは外周側）から熱媒体の供給を行うとともに外周側（あるいは内周側）から熱媒体の排出を行う場合と、がある。
【０００４】上記の場合では、容器に触れて熱媒体を流す熱媒体通路の流路面積を等しくするため、回転軸の回りに巻き付けるように曲折させる必要があり、曲折による熱媒体流の抵抗増加によって圧損が発生し、効率が悪くなる要因になってしまう。また、外周側に出入口を設けた場合、回転する容器よりなる回転体の周囲に熱媒体給排用の配管を設ける必要があり、配管の組付けによって熱交換器が大径化する不具合がある。逆に、内周側に出入口を設けた場合、出入口の開口面積が小さくなって熱媒体流の抵抗増加によって圧損が発生し、効率が悪くなる要因になってしまう。そこで、内周側の出入口の開口面積を大きくすると、回転体の内周側に配置される熱媒体分配手段の径が大きくなり、熱交換器が大径化する不具合がある。
【０００５】
【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、容器に触れて熱媒体を流す熱媒体通路内における熱媒体の流れを円滑にして、熱媒体流の圧損を低減するとともに、各容器に触れる熱媒体通路の出入口の開口面積を最適に確保して、熱媒体流の圧損を低減し、さらに熱交換器の大径化を防ぐ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。
【０００６】
【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、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、同一平衡水素圧で水素平衡温度が異なる複数種類の水素吸蔵合金をそれぞれ封入し、水素通路で連通された複数の容器と、この複数の容器を回転移動させ、前記各容器に触れる熱媒体の種類を変更する熱媒体変更手段とを備え、前記各容器に触れて熱媒体を流すそれぞれの熱媒体通路は、前記複数の容器とともに回転軸に対して平行な直線状に設けられ、前記熱媒体通路に熱媒体を給排する出入口は、前記回転軸に沿う前記熱媒体通路の端部に設けられたことを特徴とする。
【０００７】〔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、前記水素通路で連通された複数の容器よりなるセルが前記回転軸の周囲に複数用いられ、回転軸の中心側を回転する前記熱媒体通路に高温系の熱媒体を給排することを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用および効果】〔請求項１の作用および効果〕水素吸蔵合金を封入する容器、およびこの容器に触れて熱媒体を流す熱媒体通路が、それぞれ回転軸に対して平行な直線状に設けられているため、容器に触れて熱媒体を流す熱媒体通路内における熱媒体の流れが円滑に流れる。このため、熱媒体通路内を流れる熱媒体流の圧損を低減でき、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの効率を向上できる。
【０００９】また、熱媒体通路に熱媒体を給排する出入口が、回転軸に沿う熱媒体通路の端部に設けられるため、出入口の開口面積を適切化（例えば大径化）して、出入口における熱媒体流の圧損を低減しても、出入口は容器や熱媒体通路の軸方向にあるため、熱交換器の大径化を防ぐことができる。
【００１０】〔請求項２の作用および効果〕回転軸の中心側を回転する熱媒体通路に高温系の熱媒体を給排することにより、高温系の熱媒体が回転中に周囲に放熱することにより生じるヒートロス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９を用いて説明する。なお、本実施例の冷房装置１は、多段サイクルの一例として２段サイクルを用いたものである。
【００１２】冷房装置１の概略構成を図８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、この熱交換器８の両端にそれぞれ配置された第１、第２分配収集器９、１０とから構成される。この第１、第２分配収集器９、１０によって第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 （後述する）に触れる熱媒体の種類を変更する熱媒体変更手段が構成される。なお、本実施例に示す熱交換器８は回転軸を中心に回転駆動されて第１、第２、第３容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 に触れる熱媒体の種類が変更されるものであるが、図８では便宜上、回転軸が垂直方向に配置された図を示す。
【００１５】この実施例に示す熱交換器８は、図１に示すようなセルＳを、図２に示すように６つ用いて構成される。各セルＳはそれぞれ同一のもので、３つの２重管よりなるセルパートＳＰを接合した構造を採用している。１つのセルパートＳＰは、径の大きな外管Ｋｏと径の小さな内管Ｋｉとを組み合わせたもので、外管Ｋｏおよび内管Ｋｉはともに、ステンレスあるいは銅など、水素透過の無い金属よりなる。外管Ｋｏと内管Ｋｉによって水素吸蔵合金を封入する第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 が構成され、内管Ｋｉの内側に熱媒体通路１１が形成される。外管Ｋｏおよび内管Ｋｉはともに直管であり、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 および熱媒体通路１１は一方向に延びる直線状に設けられ、回転軸に対して平行に配置される。
【００１６】また、水素吸蔵合金が封入される外管Ｋｏと内管Ｋｉの間には、図３に示すように、内管Ｋｉに伝わった熱媒体の熱を効率良く水素吸蔵合金に伝達するとともに、水素吸蔵合金に生じる熱を効率良く内管Ｋｉに伝えるための伝熱フィンＦが配置されている。この伝熱フィンＦは、銅やアルミニウムなど熱伝導性に優れた金属の薄板を波状に曲折したコルゲートフィンで、その山谷が管長に沿って配置されるとともに、外管Ｋｏと内管Ｋｉの間において巻き付けられた状態で配置されたものである。これによって、２重管内における伝熱フィンＦの配置割合が高まる。また、少なくとも伝熱フィンＦの内周端は全て、内管Ｋｉにろう付けされるもので、伝熱フィンＦと内管Ｋｉの伝熱、つまり伝熱フィンＦに触れる水素吸蔵合金と内管Ｋｉ内を流れる熱媒体との伝熱の向上が図られている。なお、この実施例における伝熱フィンＦは、２重管内に配置された状態で、内側のフィンピッチと外側のフィンピッチがほぼ同じになるように設けられている。
【００１７】一方、セルパートＳＰの両端には、水素封止用のキャップＫｃが接合されている。このキャップＫｃには、隣接するセルパートＳＰのキャップＫｃとの間で水素移動を行うとともに、水素充填を行うための小孔Ｋａが設けられている。この小孔Ｋａには、図１に示すように、容器間における水素移動用の水素通路Ｓ4 、もしくは閉塞蓋Ｋｂが組み付けられるものである。これら、外管Ｋｏ、内管Ｋｉ、伝熱フィンＦ、キャップＫｃおよび水素通路Ｓ4 は、組み付けられた後に、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。
【００１８】なお、各セルＳは、図２および図４に示すように、各セルパートＳＰの配置が軸方向から見て略く字形に配置され、結果的に熱交換器の回転軸の周囲に各セルパートＳＰが巻き付けられるように配置されている。これによって、熱交換器の示すスペースが小さくなり、結果的に熱交換ユニット２が配置される室外機７を小型化できる。
【００１９】セルＳを構成する３つのセルパートＳＰのうち、第１のセルパートＳＰは高温合金ＨＭが封入された第１容器Ｓ1 であり、第２のセルパートＳＰは第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 であり、第３のセルパートＳＰは第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 である。
【００２０】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９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、合金充填用の小孔Ｋａを閉塞蓋Ｋｂで封止して封入されるものである。
【００２１】６つのセルＳは、一端が第１分配収集器９の第１回転盤９ａに挿入され、他端が第２分配収集器１０の第２回転盤１０ａに挿入され、第１、第２回転盤９ａ、１０ａとともに回転するように設けられている。６つのセルＳおよび第１、第２回転盤９ａ、１０ａは、図４に示すように、第１分配収集器９の第１固定盤９ｂと、第２分配収集器１０の第２固定盤１０ｂとの間において回転可能に設けられている。これら回転体は、支持フレーム１２に固定された電動モータ１３によって直接または間接的に回転駆動されるもので、この実施例では第１回転盤９ａの周囲に形成されたギヤ９ｃと電動モータ１３のギヤ１３ａとの噛合により、電動モータ１３によって連続的に回転駆動されるものである。
【００２２】第１、第２分配収集器９、１０の構成を図１、図４、図５に示す。なお、図５は第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂに形成された第１、第２熱媒体溝Ｍ1 、Ｍ2 を一方向から見た透視図である。第１、第２分配収集器９、１０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、第１回転盤９ａが第１固定盤９ｂに対して回転することで、第１固定盤９ｂに形成された複数の第１熱媒体溝Ｍ1 と、第１回転盤９ａを貫通して連通する各セルパートＳＰの内管Ｋｉの第１出入口Ｍ1 ’との接続状態が切り替わるものである。同様に、第２回転盤１０ａが第２固定盤１０ｂに対して回転することで、第２固定盤１０ｂに形成された複数の第２熱媒体溝Ｍ2 と、第２回転盤１０ａを貫通して連通する各セルパートＳＰの内管Ｋｉの第２出入口Ｍ2 ’との接続状態が切り替わるものである。これらの切り替わりによって、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 に触れる熱媒体が切り換えられ、各セルＳの第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６参照）。
【００２３】また、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂの外面には、図１に示すように、第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’に連通して熱媒体を給排する配管接続部材Ｈが設けられており、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂの外面に接続された配管によって第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’に熱媒体が給排される。
【００２４】ここで、複数の第１容器Ｓ1 は回転軸の中心側を回転するものであり、複数の第３容器Ｓ3 は回転軸の外周側を回転するものであり、複数の第２容器Ｓ2 は第１、第３容器Ｓ1 、Ｓ3 の中間を回転するものであり、高温の加熱水（高温系熱媒体に相当する）は、回転軸の中心側に給排されるように設けられている（図５参照）。
【００２５】一方、第１、第２回転盤９ａ、１０ａにそれぞれ設けた第１、第２出入口Ｍ1’、Ｍ2 ’が熱媒体通路１１の出入口に相当するもので、この第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’において熱媒体流の圧損が発生しないように第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’ともに適切な開口面積に設けられている。
【００２６】なお、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂのそれぞれの第１、第２熱媒体溝Ｍ1 、Ｍ2 の周囲は、図１に示すようにシール材Ｃによって囲まれており、第１、第２回転盤９ａ、１０ａのシール材当接面は鏡面加工されている。また、図４に示すように、第１回転盤９ａと６つのセルＳと第２回転盤１０ａを挟む第１固定盤９ｂと第２固定盤１０ｂは、１本のボルトＢとナットＮによって軸方向に適度に締めつけられ、第１、第２分配収集器９、１０における熱媒体の洩れの発生が防がれている。
【００２７】次に、図６の概略図を用いて水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γを説明する。水素駆動部αは第１容器Ｓ1 内の水素、および第２容器Ｓ2 内に残されている水素の一部を第３容器Ｓ3 内に移動させる部位である。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ある。第２冷熱出力部γは第２容器Ｓ2 内の水素および第３容器Ｓ3 内に残されている水素の一部を第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、上述のように、第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂに形成された第１、第２熱媒体溝Ｍ1 、Ｍ2 の連通範囲によって区画されている。
【００２８】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）が供給される第１加熱域α1 、第２容器Ｓ2 と接触する昇圧水（例えば５８℃ほど）が供給される第２加熱補助域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水素移動制限域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 、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冷熱出力補助域γ3 を備える。
【００２９】そして、電動モータの作動により、第１、第２回転盤９ａ、１０ａが第１、第２固定盤９ｂ、１０ｂに対して回転することにより、各第１容器Ｓ1 が第１加熱域α1 →第１水素移動制限域β1 →第１放熱域γ1 を繰り返し、各第２容器Ｓ2が第２加熱補助域α2 →第２放熱域β2 →第２冷熱出力域γ2 を繰り返し、各第３容器Ｓ3 が第３放熱域α3 →第３冷熱出力域β3 →第３冷熱出力補助域γ3 を繰り返す。
【００３０】（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を介して第１加熱域α1 に供給するものである。
【００３１】第２加熱補助域α2 と第１水素移動制限域β1 とに昇圧水を供給する昇圧水供給路１５は、図７に示すように、加熱水循環路２２から分岐したもので、オリフィス１５Ａによって流速を下げ、第１水素移動制限域β1 の昇圧水の温度を例えば５８℃程（第１容器Ｓ1 内において高温合金ＨＭが水素の吸蔵および放出を行わない温度）にするとともに、第２加熱補助域α2 の昇圧水の温度を例えば５８℃程（第２容器Ｓ2 の内部を水素放出圧より高くして、中温合金ＭＭが水素の放出を行う温度）にするものである。
【００３２】（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 が設けられている。
【００３３】（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すが、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。
【００３４】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。
【００３５】（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 、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、電動モータ１３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。
【００３６】（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９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 、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。
【００３７】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 が第１加熱域α1 →第１水素移動制限域β1 →第１放熱域γ1 の順で移動し、各第２容器Ｓ2 が第２加熱補助域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 →第３冷熱出力補助域γ3 の順で移動する。
【００３８】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（５８℃）に触れることにより、第２容器Ｓ2 の内圧が上昇し、中温合金ＭＭが水素を放出する。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。
【００３９】このように、第１容器Ｓ1 が第１加熱域α1 で加熱水に触れ、第２容器Ｓ2 が第２加熱補助域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５８℃：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（図９の■）するとともに、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭも少量の水素を放出（図９の■’）し、第３容器Ｓ3 の低温合金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９の■）。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。
【００４０】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が水素の吸蔵および放出を行わない圧力に設定される。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。
【００４１】このように、第１容器Ｓ1 が第１水素移動制限域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（図９の■）し、第２容器Ｓ2の中温合金ＭＭが水素を吸蔵（図９の■）する。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、昇圧水に触れて高温合金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を通過すると、その後第２冷熱出力部γへ移動する。
【００４２】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および第３容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。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、第２容器Ｓ2 および第３容器Ｓ3 内で吸熱が生じ、第２容器Ｓ2 および第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、中温合金ＭＭも、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。
【００４３】このように、第１容器Ｓ1 が第１放熱域γ1 で放熱水に触れ、第２容器Ｓ2 が第２冷熱出力域γ2 で冷熱出力水に触れ、第３容器Ｓ3 が第３冷熱出力補助域γ3 の冷熱出力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 内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出（図９の■）するとともに、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭも水素を放出（図９の■’）し、第１容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図９の■）。第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭおよび第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２容器Ｓ2 および第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。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。
【００４４】なお、熱交換ユニット２の第３冷熱出力域β3 、第２冷熱出力域γ2 および第３冷熱出力補助域γ3 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。
【００４５】〔実施例の効果〕上記の実施例で示したように、セルＳを構成する各セルパートＳＰは、ストレートの外管Ｋｏおよび内管Ｋｉによって２重管を構成するもので、その外管Ｋｏと内管Ｋｉによって水素吸蔵合金を封入する第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 が構成され、内管Ｋｉの内側に熱媒体通路１１が形成される。つまり、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 および熱媒体通路１１は一方向に延びる直線状に設けられる。この直線状に延びる第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 および熱媒体通路１１が、回転軸に対して平行に配置されているため、熱媒体通路１１内における熱媒体の流れが円滑に流れる。このため、熱媒体通路１１内における熱媒体流の圧損が低減でき、結果的にサイクル効率が向上し、冷房装置１の効率も向上できる。
【００４６】また、熱媒体通路１１に熱媒体を給排する第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’が、回転軸に沿う熱媒体通路１１の両端に設けられるため、第１、第２出入口Ｍ1’、Ｍ2 ’の開口面積を適切化して、第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’における熱媒体流の圧損を低減しても、第１、第２出入口Ｍ1 ’、Ｍ2 ’は第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 や熱媒体通路１１の軸方向にあるため、熱交換器８の大径化を防ぐことができる。さらに、回転軸の中心側を回転する熱媒体通路１１に高温の加熱水（高温系）を給排することにより、高温系の熱媒体が回転中に周囲に放熱することにより生じるヒートロスを抑えることができるとともに、万一破損した場合に、高温の加熱水が直接周囲に飛散する不具合がなく、安全性に優れる。
【００４７】一方、熱媒体通路１１内における熱媒体流の圧損が低減できることにより、加熱水循環ポンプＰ1 、冷熱出力水ポンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ3 の負荷を低減できる。このように、加熱水循環ポンプＰ1 、冷熱出力水ポンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ3 の負荷の低減により、各熱媒体駆動ポンプを小型化でき、結果的にこれらを搭載する室外機７を小型、軽量化できる。
【００４８】〔変形例〕上記の実施例では、水素吸蔵合金を収容する容器および熱媒体通路１１を構成するセルパートＳＰを直管を用いて構成したが、偏平な容器や熱媒体通路１１等、他の断面形状のセルパートＳＰによって構成しても良い。また、この実施例のように、セルパートＳＰを複数の直管で構成する場合、上記の実施例では容器の内部に熱媒体通路１１を１本貫通させる例を示したが、１つの容器に対して２本以上の複数の熱媒体通路１１を貫通させても良い。さらに、外側に水素吸蔵合金を収容する容器を配置し、その内側を熱媒体が流れる構成を採用したが、逆に内側に水素吸蔵合金を収容する容器を配置し、その外側を熱媒体が流れる構成を採用しても良い。
【００４９】〔変形例〕上記の実施例では、２重管よりなるセルパートＳＰを直線状に設けて熱媒体が一方向に流れる例を示したが、一端側でＵターンして設け、熱媒体通路１１への入口と出口を同一側に設けても良い。この場合は、１つの熱交換ユニット２において１対の回転盤と固定盤とで済む。具体的な例を図１０、図１１を用いて説明する。図１０に示すように、セルパートＳＰの内管Ｋｉを一端側でＵターンして設け、内管Ｋｉの入口Ｍ1 ａ’と出口Ｍ1 ｂ’を同一側に設ける。そして、第２分配収集器１０を廃止するとともに、図１１に示すように、第１分配収集器９に内管Ｋｉの入口Ｍ1 ａ’、出口Ｍ1ｂ’に対応した熱媒体溝Ｍ1 ａ、Ｍ1 ｂを設けたものである。なお、図１１における熱媒体溝Ｍ1 内のハッチング側が流入側の熱媒体溝Ｍ1ａを示し、白抜き側が流出側の熱媒体溝Ｍ1 ｂを示す。また、図１０における符号Ｍ3 は、第１固定盤９ｂの反セルパートＳＰ側において熱媒体溝Ｍ1 ｂから熱媒体溝Ｍ1 ａへの連通溝である。この場合、第１固定盤９ｂを、内側（セルパートＳＰ側）の内側固定盤９ｂ1 と、外側（反セルパートＳＰ側）の外側固定盤９ｂ2 の２つに分け、内側固定盤９ｂ1 の外側に連通溝Ｍ3 を形成し、外側固定盤９ｂ2 によって外側から閉塞して設けると良い。上記の変形例では、図１２に示すように直列的に熱媒体を流すことが可能になる。
【００５０】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。
【００５１】上記の実施例では、水素駆動部αにおいて、昇圧水によって容器（第２容器Ｓ2 ）内を水素放出圧より高く保つようにして、その容器の水素吸蔵合金（中温合金ＭＭ）から水素を放出させた例を示したが、水素駆動部αにおいて昇圧水の触れる容器の水素吸蔵合金（中温合金ＭＭ）から水素の放出禁止を行うようにしても良い。上記の実施例では、第２冷熱出力部γにおいて、冷熱出力水によって容器（第３容器Ｓ3 ）内を水素放出圧より高く保つようにして、その容器の水素吸蔵合金（低温合金ＬＭ）から水素を放出させた例を示したが、第２冷熱出力部γにおいて冷熱出力水の触れる容器の水素吸蔵合金（低温合金ＬＭ）から水素の放出禁止を行うようにしても良い。
【００５２】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（第１、第２分配収集器９、１０）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段サイクルを用いた例を示したが、１段サイクルや、３段サイクル以上としても良い。
【００５３】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つの第１、第２分配収集器９、１０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。
【００５４】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。
【００５５】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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１５８５４
【氏名又は名称】リンナイ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１１日（１９９９．５．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８００４５
【弁理士】
【氏名又は名称】石黒 健二
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２０９２１（Ｐ２０００−３２０９２１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１３０５８２ |
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