JP2000320923A - 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、水素吸蔵合金を収容する容器内に発砲
金属を挿入して水素吸蔵合金の伝熱性を向上させる手段
を用いていたが、容器として２重管を採用する場合、発
砲金属では水素吸蔵合金の充填性が悪い。 【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 は、
外管Ｋｏと内管Ｋｉの２重管によって構成され、外管Ｋ
ｏと内管Ｋｉの間には、伝熱フィンＦが配置されてい
る。この伝熱フィンＦは薄板面が管長方向に沿うため、
２重管の奥まで容易に合金粉末を充填できる。また、伝
熱フィンＦは、内周から外周に亘ってフィンピッチが一
定の渦巻き状に配置されているため、高温、中温、低温
合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭの伝熱ムラの発生が抑えられる。
さらに、伝熱フィンＦの内周側が内管Ｋｉにろう付けさ
れているため、高温、中温、低温合金ＨＭ、ＭＭ、ＬＭ
と内管Ｋｉ内を流れる熱媒体との熱交換率が高く、また
熱伝達のバラツキの発生がない。

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、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】

【従来の技術】水素吸蔵合金を利用した熱利用システム
では、水素吸蔵合金を金属製の容器内に収納して熱媒体
と熱交換させる熱交換器を用いる。容器内に水素吸蔵合
金を充填したのみでは、容器内は粉末状の水素吸蔵合金
のみとなり、熱の伝達性が大変悪い。そこで、容器の内
部にアルミニウムなどの高熱伝導性の発泡金属を挿入
し、その後に粉末状の水素吸蔵合金を充填する技術が用
いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水素吸蔵合金
を収納する容器として２重管を採用する場合は、発泡金
属を容器内に挿入すると、容器の奥まで円滑に水素吸蔵
合金を充填するのが困難になり、容器内における水素吸
蔵合金の充填率が低下する不具合が発生する。また、単
に容器内に発泡金属を挿入しただけでは、発泡金属と容
器との接触の仕方にバラツキがあり、伝熱特性が低下し
て信頼性に欠ける不具合もある。

【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、水素吸蔵合金を収納する容器とし
て２重管を採用する場合であっても、容器内における水
素吸蔵合金の充填率を向上できるとともに、水素吸蔵合
金と熱媒体との熱交換率を向上し、さらに伝熱ムラの生
じない信頼性の高い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、あるいは水素の吸蔵時の放熱を利
用したものであって、水素吸蔵合金が封入される容器
は、外管と内管とを組み合わせた２重管構造を採用する
とともに、内管の内側に熱媒体が流れる構造を採用し、
前記外管と前記内管との間には、薄板面が管長に沿って
配置されるとともに、前記外管と前記内管との間におい
て前記薄板面が巻き付けられた状態で複数の伝熱フィン
が配置され、この伝熱フィンは、少なくとも前記内管側
がその内管に接合して設けられたことを特徴とする。

【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、前記複数の伝熱
フィンは、各伝熱フィン間のフィンピッチが同じに配置
されるとともに、前記外管と前記内管との間において内
側のフィンピッチと外側のフィンピッチがほぼ同じに配
置されていることを特徴とする。

【０００７】〔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、前記伝熱フィン
は、各伝熱フィン間の所定ピッチを確保するための突起
が設けら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〕水素吸蔵合金封入容器を構成する外管と内管との間
には、巻き付けられた状態の伝熱用伝熱フィンが配置さ
れ、その伝熱フィンは熱媒体通路を構成する内管に接合
していることにより、伝熱フィンと水素吸蔵合金との熱
伝達面積が大きく、また容器内に充填された水素吸蔵合
金と熱媒体通路を構成する内管との伝熱量が確実に増大
する。このため、水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換率が
向上する。

【０００９】また、伝熱フィンは、熱媒体が流れる内管
と接合して設けられているため、伝熱フィンと内管との
伝熱性に優れるとともに、伝熱フィンと内管との不接触
箇所の発生が防がれ、伝熱フィンと内管との熱伝達にバ
ラツキがなく、高い信頼性を得ることができる。

【００１０】さらに、外管と内管との間に配置される伝
熱フィンは、その薄板面が管長に沿って配置されるた
め、水素吸蔵合金を収納する容器が２重管であっても、
伝熱フィンの薄板面に沿って粉末状の水素吸蔵合金を容
易に奥まで充填することができる。このため、発泡金属
を容器内における熱伝達用部材として用いる場合に比較
して、容器内への水素吸蔵合金の充填率を高めることが
できる。

【００１１】〔請求項２の作用および効果〕伝熱フィン
は、各伝熱フィン間のフィンピッチが同じに配置される
とともに、外管と内管との間において内側のフィンピッ
チと外側のフィンピッチがほぼ同じに配置されているこ
とによって、容器内における伝熱フィンと水素吸蔵合金
との熱伝達を均一にすることができ、容器内における水
素吸蔵合金の伝熱ムラを抑えることができる。このた
め、水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換率が向上する。

【００１２】〔請求項３の作用および効果〕伝熱フィン
に各伝熱フィン間のフィンピッチを同じに配置すること
が、容易且つ確実に行うことができる。

【００１３】

【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１０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。

【００１４】冷房装置１の概略構成を図９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。

【００１５】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。

【００１６】（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から第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９では便宜上、
回転軸が垂直方向に配置された図を示す。

【００１７】この実施例に示す熱交換器８は、図１、図
３に示すようなセルＳを、図４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Ｋ
ｏ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で、回転軸に対して平行に配置さ
れるものである。

【００１８】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１、図２に示すように、内管Ｋ
ｉ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用の伝熱フィン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（例えば厚さが約０．１ｍｍ）
を波状に曲折したコルゲートフィンで、フィンを構成す
る薄板面が管長に沿って配置されるとともに、外管Ｋｏ
と内管Ｋｉの間で渦巻き状に配置されている。なお、こ
の実施例では、伝熱フィンＦの一例としてコルゲートフ
ィンを用いる例を示すが、例えばセルパートＳＰが大型
の場合などでは、複数のプレートフィンを内管Ｋｉの周
囲に接合して設けても良い。

【００１９】伝熱フィンＦは、内側のフィンピッチと外
側のフィンピッチがともに同じピッチ（例えば約１ｍ
ｍ）に設けられており、外管Ｋｏと内管Ｋｉの間におけ
る伝熱フィンＦの総表面積を高めるとともに、内周側と
外周側における水素吸蔵合金との間の熱伝達を均一にし
て伝熱ムラを抑えるように設けられている。この実施例
では、伝熱フィンＦには、図２（ｂ）に示すように、隣
合う各伝熱フィンＦ間の所定ピッチ（約１ｍｍ）を確保
するための突起Ｆａが設けられている。この突起Ｆａ
は、伝熱フィンＦの長手方向に対して適切な間隔（例え
ば数ｃｍ間隔）で設けられたものでも良いし、伝熱フィ
ンＦの長手方向に沿って連続的に設けたものであっても
良い。このように伝熱フィンＦに所定ピッチ確保用の突
起Ｆａを設けることにより、フィン製造時のフィンピッ
チの確保が容易に行えるとともに、粉末状の水素吸蔵合
金を充填する際に、フィンピッチが変化する不具合を防
ぐことができる。

【００２０】また、少なくとも伝熱フィンＦの内周は全
て内管Ｋｉにろう付けされる。これによって、伝熱フィ
ンＦと内管Ｋｉの伝熱性が高まり、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性
が向上する。

【００２１】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Ｋ
ｃ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３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。

【００２２】なお、各セルＳは、図１および図５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。

【００２３】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Ｓ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。

【００２４】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１０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Ｍ
Ｍ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。

【００２５】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１
０の第２回転盤１０ａに挿入され、第１、第２回転盤９
ａ、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
５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。

【００２６】第１、第２分配収集器９、１０の構成を図
５、図６に示す。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の内部との接続状態が切
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１０
ｂ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
の内部との接続状態が切り替わるものである。これら接
続状態の切り替わりによって、第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ
3 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）。なお、図６
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。

【００２７】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３
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５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。

【００２８】次に、図７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９
ｂ、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。

【００２９】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α
1 、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Ｓ
1 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Ｓ
2 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。

【００３０】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、１０
ｂ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。

【００３１】（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。

【００３２】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８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。

【００３３】（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。

【００３４】（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。

【００３５】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２
８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。

【００３６】（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。

【００３７】（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１０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。

【００３８】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α
1 →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。

【００３９】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。

【００４０】このように、第１容器Ｓ1 が第１加熱域α
1 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１０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１０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１０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。

【００４１】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。

【００４２】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β
3 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１０
の）し、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵
（図１０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Ｈ
Ｍ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。

【００４３】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。

【００４４】このように、第１容器Ｓ1 が第１放熱域γ
1 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
１０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１０の’）し、第１容器Ｓ1 の高温
合金ＨＭが水素を吸蔵する（図１０の）。第２容器Ｓ
2 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。

【００４５】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γ
3 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。

【００４６】〔実施例の効果〕上記の実施例で示したよ
うに、各第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 を構成する外管Ｋｏ
と内管Ｋｉとの間には、内外に亘って所定ピッチの状態
で巻き付けられた伝熱フィンＦが配置され、その伝熱フ
ィンＦが熱媒体通路１１を構成する内管Ｋｉにろう付け
されていることにより、伝熱フィンＦと各高温〜低温合
金ＨＭ〜ＬＭとの接触面積が大きく、また各第１〜第３
容器Ｓ1 〜Ｓ3 内に充填された高温〜低温合金ＨＭ〜Ｌ
Ｍと熱媒体通路１１を構成する内管Ｋｉとの伝熱量が確
実に増大する。このため、各第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3
内に封止された高温〜低温合金ＨＭ〜ＬＭと、熱媒体通
路１１内を流れる熱媒体との熱交換率が向上し、ヒート
ポンプサイクルにおける冷却効率が向上する。

【００４７】伝熱フィンＦの内周端の全てが内管Ｋｉと
ろう付けされているため、伝熱フィンＦと内管Ｋｉとの
伝熱性に優れるとともに、伝熱フィンＦと内管Ｋｉとの
不接触箇所の発生が防がれ、伝熱フィンＦと内管Ｋｉと
の熱伝達にバラツキがなく、熱交換器８に対して高い信
頼性を得ることができる。

【００４８】伝熱フィンＦの山谷は、管長に沿って配置
されるため、各第１〜第３容器Ｓ1〜Ｓ3 が２重管であ
っても、伝熱フィンＦの薄板面に沿って粉末状の高温〜
低温合金ＨＭ〜ＬＭを容易に配管の奥まで充填すること
ができる。つまり、発泡金属を容器内における熱伝達用
部材として用いる場合に比較して、各第１〜第３容器Ｓ
1 〜Ｓ3 内への水素吸蔵合金の充填率を高めることがで
きる。

【００４９】伝熱フィンＦは、各伝熱フィンＦ間のフィ
ンピッチが同じに配置されるとともに、外管Ｋｏと内管
Ｋｉとの間において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配置されていることによって、各第
１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 内における伝熱フィンＦと水素
吸蔵合金との熱伝達を均一にすることができ、各第１〜
第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 内における水素吸蔵合金の伝熱ムラ
を抑えることができる。このため、水素吸蔵合金と熱媒
体との熱交換率が向上し、ヒートポンプサイクルにおけ
る冷却効率が向上する。

【００５０】さらに、この実施例では、伝熱フィンＦに
所定ピッチ確保用の突起Ｆａを設けたことにより、フィ
ン製造時のフィンピッチの確保が容易に行えるととも
に、粉末状の水素吸蔵合金を充填する際に、フィンピッ
チが変化する不具合を防ぐことができる。つまり、隣合
う各伝熱フィンＦ間のフィンピッチを同じに配置するこ
とが容易且つ確実に行える。

【００５１】〔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。

【００５２】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１１、図１２を用いて説明す
る。図１１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１２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１２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１１における符号Ｍ
3 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１
３に示すように直列的に熱媒体を流すことが可能にな
る。

【００５３】上記の実施例では、熱交換器８が回転して
熱媒体が変更される例を示したが、固定された熱交換器
８に熱媒体を切り換えて供給するように設けても良い。
つまり、熱交換器８と第１、第２分配収集器９、１０と
を独立させても良い。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。

【００５４】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。

【００５５】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、１
０）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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】セルの横断面図である（実施例）。

【図２】伝熱フィンを示す斜視図である（実施例）。

【図３】セルの断面図である（実施例）。

【図４】熱交換器の横断面図である（実施例）。

【図５】熱交換ユニットの分解斜視図である（実施
例）。

【図６】第１、第２熱媒体溝を示す図である（実施
例）。

【図７】熱媒体と水素移動との関係を示す作動説明図で
ある（実施例）。

【図８】各容器に対する熱媒体の流れを示す説明図であ
る（実施例）。

【図９】冷房装置の概略構成図である（実施例）。

【図１０】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。

【図１１】第１分配収集器の要部断面図である（変形
例）。

【図１２】第１、第２熱媒体溝を示す図である（変形
例）。

【図１３】各容器に対する熱媒体の流れを示す説明図で
ある（変形例）。

【符号の説明】

Ｆ 伝熱フィン Ｆａ 突起 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） Ｋｉ 内管 Ｋｏ 外管 Ｓ1 第１容器 Ｓ2 第２容器 Ｓ3 第３容器 １１ 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、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、 水素吸蔵合金が封入される容器は、外管と内管とを組み
   合わせた２重管構造を採用するとともに、内管の内側に
   熱媒体が流れる構造を採用し、 前記外管と前記内管との間には、薄板面が管長に沿って
   配置されるとともに、前記外管と前記内管との間におい
   て前記薄板面が巻き付けられた状態で複数の伝熱フィン
   が配置され、 この伝熱フィンは、少なくとも前記内管側がその内管に
   接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。
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、 前記複数の伝熱フィンは、各伝熱フィン間のフィンピッ
   チが同じに配置されるとともに、前記外管と前記内管と
   の間において内側のフィンピッチと外側のフィンピッチ
   がほぼ同じに配置されてい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、 前記伝熱フィンは、各伝熱フィン間の所定ピッチを確保
   するための突起が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。