JPH05296677A

JPH05296677A - 水素吸放出熱交換器

Info

Publication number: JPH05296677A
Application number: JP4044691A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Hirose; 達也広瀬; Koji Akashi; 幸治明石; Seiji Ikeda; 清二池田; Kenji Nasako; 賢二名迫; Koichi Sato; 広一佐藤; Shin Fujitani; 伸藤谷; Ikuro Yonezu; 育郎米津; Masato Osumi; 正人大隅
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、各合金充填容器の小径化を実現
し、熱交換効率を向上させた水素吸放出熱交換器を提供
することを目的とする。【構成】水素吸放出熱交換器において、水素平衡圧力
の異なる水素吸蔵合金を夫々内蔵した２つの熱交換可能
な低温側、及び高温側熱交換容器５，６は、夫々前記水
素吸蔵合金を充填したフィン付管型合金充填容器２０
１，２０４の集合体とした構造のものとすると共に、該
フィン付管型合金充填容器２０１，２０４の一端には水
素配管２０２が接続され、他端には前記水素吸蔵合金を
充填するための合金充填管２０８，２１３が接続されて
いることを特徴とする水素吸放出熱交換器である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金による水
素の吸放出によって、冷熱または温熱を発生する水素吸
放出熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、水素平衡圧力の異なる２種類の水
素吸蔵合金を夫々内蔵した２つの熱交換器を連通させ
て、熱交換器間の水素の移動、再生を利用して連続冷
房、暖房運転を行う冷暖房装置が種々提案されている。
そして、その装置に用いられる熱交換器として、例えば
特開昭６０−６９４６５号公報には、水素フィルターを
囲んで水素吸蔵合金及び多孔質金属体を充填したフィン
付管型の合金充填容器を複数本並列的に束ねて集合体と
した空冷式熱交換器が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱交換器では各合金充填容器内に予め水素フィルタ
ーの挿通、及び水素吸蔵合金の充填を行わなければなら
ず、各合金充填容器の小径化が困難であった。このた
め、各合金充填容器に充填された水素吸蔵合金とフィン
部との熱伝達効率が悪かった。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、各合金充填容器の小径化を実現し、熱交換
効率を向上させた水素吸放出熱交換器を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は水素吸放出熱交
換器において、水素平衡圧力の異なる水素吸蔵合金を夫
々内蔵した２つの熱交換可能な低温側、及び高温側熱交
換容器は、夫々前記水素吸蔵合金を充填したフィン付管
型合金充填容器の集合体とした構造のものとすると共
に、該フィン付管型合金充填容器の一端には水素配管が
接続され、他端には前記水素吸蔵合金を充填するための
合金充填管が設けられていることを特徴とする水素吸放
出熱交換器である。

【０００６】

【作用】本発明によれば、フィン付管型合金充填容器の
小径化が可能となり熱伝達率が向上され、熱交換効率の
高い水素吸放出熱交換器が作製される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の水素吸放出熱交換器を花卉育
成システムの保冷に適用した実施例について図面に基づ
いて詳細に説明する。ここでいう花卉育成システムとは
花にとって最も適した温度、湿度を供給し、開花時期を
調節したり、寿命を延ばしたりするため、花を収納する
ショーケースに冷熱を供給する冷房装置を搭載したもの
である。

【０００８】図１は花卉育成システムの概略斜視図、図
２は図１実施例の花卉育成システムの側部概略断面図で
あり、１は花卉育成システムの外形を構成する筐体、２
は筐体１の上部を占有し花を収納するショーケース（容
積：約１m³）、３はショーケース２の下方に位置しショ
ーケース２に冷熱を供給する冷房装置（８０cm×１００
cm×高さ６０cm）である。

【０００９】冷房装置３は、図２に示すようにショーケ
ース２の下方に位置し融点９℃のパラフィン系蓄冷材を
３kg充填した蓄冷器４（７５cm×３５．８cm×高さ１
５．４cm）と、その蓄冷器４の下方に位置し、［化１］
に示される水素吸蔵合金Ａ

【００１０】

【化１】

【００１１】を１２kg充填した低温側熱交換容器５と、
その低温側熱交換容器５（７９cm×３０cm×高さ１８．
５cm）の下方に位置し、［化２］に示される同一温度で
水素吸蔵合金Ａより水素平衡圧力の低い水素吸蔵合金Ｂ

【００１２】

【化２】

【００１３】を１２kg充填した高温側熱交換容器６（７
９cm×３０cm×高さ１８．５cm）と、低温側熱交換容器
５の近傍に設けられ蓄冷器４、及びショーケース２に送
る空気流を形成するためのファン７と、高温側熱交換容
器６の近傍に設けられ低温側熱交換容器５の冷熱発生時
に高温側熱交換容器６にて発生する温熱を装置３外部に
排出する空気流を形成するためのファン８と、高温側熱
交換容器６内に設けられ低温側熱交換容器５の再生時に
発熱する加熱ヒータ（図示せず）と、ショーケース２、
及び蓄冷器４、並びに低温側熱交換容器５との連通状態
を切り換えてショーケース２に冷熱を供給するためのダ
ンパ１０〜１２と、高温側熱交換容器６と外気との連通
状態を切り換えて装置３外部に温熱を排出するためのダ
ンパ１３と、から構成されている。そして、低温側熱交
換容器５と高温側熱交換容器６とは後述の水素配管にて
連結され両者の間を水素が移動可能になされている。
尚、ダンパ１０〜１３は夫々交流モータ（図示せず）に
より回転駆動可能に支持されている。

【００１４】また、ショーケース２には、蓄冷器４、及
び低温側熱交換容器５にて発生する冷熱を吸引し、ショ
ーケース２内に循環させる空気流を形成するためのファ
ン１４が設けられている。尚、ファン７，８，１４に
は、空気流の均一化、ファン駆動時の静音化を図るため
クロスフローファン（無負荷時最大吸込流量：１０m³／
min，最大出力３０Ｗ）が用いられている。

【００１５】次に、蓄冷器４の構成について図３ないし
図５により説明する。図３は図２に図示されている面か
ら見た蓄冷器４の外観図、図４は図３の側面図である。

【００１６】図に示すように、蓄冷器４は９８本の円筒
状の蓄冷材容器１０１（直径１cm，長さ７０cm）にＵ字
管１０２により直列接続され、パラフィン系の蓄冷材を
蓄冷材充填端１０３から流し込み、蓄冷材充填後にその
充填端１０３を封着している。そして、各蓄冷材容器１
０１の外部に多数のアルミフィン１０４が約２mmのピッ
チで並設されている。

【００１７】また、各蓄冷材容器１０１は図５に示すよ
うに、その内部にアルミフィン１０４、及び蓄冷材容器
１０１での冷熱を、蓄冷材１０５に効率よく伝達するた
めのアルミからなる内部伝達促進体１０６を設けてい
る。これにより、低温側熱交換容器５からの冷熱が効率
よく蓄冷器４に蓄冷されることになる。

【００１８】次に、低温側熱交換容器５及び高温側熱交
換容器６の構成について図６ないし図９により説明す
る。

【００１９】図６は図２に図示されている面から見た低
温側熱交換容器５、及び高温側熱交換容器６の外観図、
図７は図６の側面図、図８は図６に図示されている低温
側合金充填容器の要部断面図、図９は図６に図示されて
いる高温側合金充填容器の要部断面図である。

【００２０】図６及び図７に示すように、低温側熱交換
容器５は並列接続した３３本の円筒状の低温側合金充填
容器２０１（直径１．６cm，長さ７０cm）から構成さ
れ、その各低温側合金充填容器２０１は、バルブ（図示
せず）を途中に有する共通の水素配管２０２を介して高
温側熱交換容器６と連結され、同時に水素ガスを吸排気
している。

【００２１】また、各低温側合金充填容器２０１は上記
水素吸蔵合金Ａが封入され、外部に多数のアルミフィン
２０３が約５mmのピッチで装着されている。

【００２２】高温側熱交換容器６も同様に、並列接続し
た３３本の円筒状の高温側合金充填容器２０４（直径
１．６cm，長さ７０cm）から構成されている。そして、
その各高温側合金充填容器２０４は、バルブを途中に有
する共通の水素配管２０２を介して低温側熱交換容器５
と連結され、同時に水素ガスを吸排気しており、各高温
側合金充填容器２０４には上記水素吸蔵合金Ｂが封入さ
れ、外部に多数のアルミフィン２０５が約５mmのピッチ
で装着されている。

【００２３】そして、各低温側合金充填容器２０１は図
８に示すように、その一端には水素配管２０２が接続さ
れ、その水素配管２０２の水素吸排気孔２０５には、各
低温側合金充填容器２０１の水素吸蔵合金Ａの略中心部
に水素ガスを流通させるための水素フィルター２０７が
接続されている。尚、水素フィルター２０７は焼結金
属、ガラスウールなどの多孔質フィルターで形成され、
水素ガスを各低温側合金充填容器２０１の始端から終端
まで満遍無く行き渡るようにしている。また、各低温側
合金充填容器２０１の他端には、水素吸蔵合金Ａを各低
温側合金充填容器２０１に充填するための合金充填管２
０８が接続されており、合金充填後にその合金充填管２
０８の外部露出端を封着している。このように、各低温
側合金充填容器２０１に対する水素配管２０２、及び合
金充填管２０８の接続を夫々各低温側合金充填容器２０
１の対向側端部で行ったので、各低温側合金充填容器２
０１の小径化が可能となり、その結果、熱伝達効率、及
び操作性が向上した。

【００２４】更に、各低温側合金充填容器２０１のアル
ミフィン２０３が装着されていない両端内部には、水素
吸蔵合金Ａを挟み込むようにカオウール等のセラミック
ファイバー系断熱材２０９が設けられている。この断熱
材２０９は、水素吸蔵合金Ａが水素を吸排気する際の容
積変化を吸収すると共に、アルミフィン２０３が設けら
れていない部分での熱影響による冷熱発生効率の低下を
防止している。

【００２５】次に、各高温側合金充填容器２０４は各低
温側合金充填容器２０１と同様に、図９に示すようにそ
の一端には水素配管２０２が接続され、その水素配管２
０２の水素吸排気孔２１０には、各高温側合金充填容器
２０４の水素吸蔵合金Ｂの上部に水素ガスを流通させる
ための水素フィルター２１２が接続されている。尚、水
素フィルター２１２は上記水素フィルター２０７と同様
のものを用いている。そして、各高温側合金充填容器２
０４の他端には水素吸蔵合金Ｂを充填するための合金充
填管２１３が接続されており、合金充填後にその合金充
填管２１３の外部露出端を封着している。

【００２６】更に、各高温側合金充填容器２０４の下側
には、水素吸蔵合金Ｂを加熱するための加熱ヒータ２１
４を合金充填管２１３と同一側から挿着するための挿着
孔２１５が設けられている。従って、この挿着孔２１５
を設けたことにより、各高温側合金充填容器２０４に水
素吸蔵合金Ｂを充填した後であっても、加熱ヒータ２１
４を容易に交換、及び検査することができる。また、各
高温側合金充填容器２０４において、加熱ヒータ２１４
を下部に位置させているのは、温熱上昇による加熱ムラ
を無くすためである。尚、この加熱ヒータ２１４はニク
ロム線からなり、低温側熱交換容器５の再生時に各高温
側合金充填容器２０４の水素吸蔵合金Ｂを１１０℃に加
熱する。更に、各高温側合金充填容器２０４のアルミフ
ィン２０５が装着されていない両端内部には、各低温側
合金充填容器２０１と同様の目的で、水素吸蔵合金Ｂを
挟み込むようにセラミックファイバー系断熱材２１６が
設けられている。

【００２７】以上のように、各高温側合金充填容器２０
４に対する合金充填管２１３の接続、及び加熱ヒータ２
１４の挿着を、水素配管２０２の接続端部と反対側端部
から行ったので、各高温側合金充填容器２０４の小径化
が可能となり、その結果、熱伝達効率、及び操作性が向
上した。

【００２８】次に、上記構成の花卉育成システムにおけ
る保冷動作について、図１０、及び図１１を参照し、低
温側熱交換容器５の冷熱発生モードと再生モードに分け
て説明する。［冷熱発生モード］初期状態では、低温側熱交換容器５
内の水素吸蔵合金Ａは水素平衡圧が高温側熱交換容器６
内の水素吸蔵合金Ｂよりも高く、水素配管２０２のバル
ブを開くと水素吸蔵合金Ａから水素が解離して水素吸蔵
合金Ｂに移動する。この際、低温側熱交換容器５では吸
熱反応となり、一方の高温側熱交換容器６では発熱反応
となる。

【００２９】尚、水素配管２０２のバルブは、バルブ開
放による騒音発生を防止するために、水素流量が１５l/
min（２５℃，１気圧，充填水素吸蔵合金１kg当り）以
下になるようにバルブの開放制御がなされている。

【００３０】また、図１０に示すようにダンパ１０〜１
３の状態は、ダンパ１０，１１がショーケース２、及び
蓄冷器４と、低温側熱交換容器５とが連通状態となる、
装置３外部との閉塞位置に、ダンパ１２がショーケース
２と蓄冷器４との連通状態を制限する斜め位置に、ダン
パ１３が高温側熱交換容器６と外気とが連通状態となる
水平位置にある。ダンパ１２を斜め位置に配置させたの
は、低温側熱交換容器５からの冷熱の一部を必ず蓄冷器
４に供給するためである。また、ファン７，８，１４は
共に出力３０Ｗにて駆動されている。

【００３１】このとき、低温側熱交換容器５で約０℃の
冷熱が発生し、その冷熱空気が図１０に示すようにショ
ーケース２、及び蓄冷器４に供給され、ショーケース２
を約１３℃に冷やすと共に、余った冷熱を蓄冷器４に供
給し蓄冷器４を約５℃に冷やす。また高温側熱交換容器
６で生じた温熱はファン８に吸引され高温側排気孔３０
１から装置３外部に放出され、高温側熱交換容器６は約
３０℃に維持される。尚、図中矢印はその際の空気流の
向きを示している。

【００３２】そして、以上の冷熱発生過程を１９分間行
わせた後、後述する再生モードに移るための予備動作過
程Ｉを行う。

【００３３】予備動作過程Ｉでは、ダンパ１０を回動さ
せて低温側吸込孔３０２を閉塞し、これと同時にダンパ
１３を高温側熱交換容器６と外気とが遮断状態となる垂
直位置に回動させ、加熱ヒータ２１４を起動させる。そ
して、ファン７の駆動出力を２０Ｗに低減させると共
に、ファン８を停止状態とする。尚、加熱ヒータ２１４
の起動中は、高温側熱交換容器６の上部、及び下部に夫
々設けられた温度センサの出力が１１０℃になるよう
に、個別に印加電圧制御が行われている。また、水素配
管２０２のバルブは、冷熱発生過程終了と同時に閉じら
れている。

【００３４】そして、ダンパ１０により低温側吸込孔３
０２を閉塞後、ダンパ１１を低温側排気孔３０３からの
空気が装置３外部に放出する位置に回動させると共に、
ダンパ１２を垂直位置に回動させる。

【００３５】従って、ダンパ１０，１１を同時に回動さ
せずに、先ずダンパ１０を回動させ低温側吸込孔３０２
を閉塞後にダンパ１１を回動させたので、ショーケース
２内の冷却空気を基に低温側熱交換容器５にて熱交換さ
れた空気が装置３外部に漏出することがなくなり、シス
テムの冷却効率の向上につながる。

【００３６】以上の予備動作過程Ｉを３分間行わせた
後、以下の再生モードを行う。［再生モード］上記予備動作過程Ｉ終了後には、加熱ヒ
ータ２１４の起動により高温側熱交換容器６が１１０℃
に維持されているので、高温側熱交換容器６内の水素吸
蔵合金Ｂは水素平衡圧が低温側熱交換容器５内の水素吸
蔵合金Ａよりも高くなり、水素配管２０２のバルブを開
くと水素吸蔵合金Ｂから水素が解離して水素吸蔵合金Ａ
に移動する。

【００３７】このとき、図１１に示すようにショーケー
ス２には蓄冷器４から約７℃の冷熱空気が供給されて、
引き続きショーケース２内を約１３℃に冷房する一方、
水素が復帰した低温側熱交換容器５での発熱による温熱
は低温側排気孔３０３を介して外気に放出され、低温側
熱交換容器５の温度上昇は約３３℃に維持される。尚、
図中矢印はその際の空気流の向きを示している。

【００３８】また、水素配管２０２のバルブは、冷熱発
生過程と同様に、バルブ開放による騒音発生を防止する
ために、水素流量が１５l/min（２５℃，１気圧，充填
水素吸蔵合金１kg当り）以下になるようにバルブの開放
制御がなされている。

【００３９】この再生過程を１９分間行わせた後、上述
した冷熱発生モードに移るための予備動作過程IIを行
う。

【００４０】予備動作過程IIでは、先ずダンパ１０を装
置３外部との閉塞位置に回動させ、、これと同時にダン
パ１３を高温側熱交換容器６と外気とが連通状態となる
水平位置に回動させ、加熱ヒータ２１４を遮断する。そ
して、ファン８を出力３０Ｗにて駆動開始すると共に、
ファン７を再生過程時と同様に出力２０Ｗにて駆動す
る。また、水素配管２０２のバルブは、再生過程終了と
同時に閉じられている。

【００４１】そして、ダンパ１０により低温側吸込孔３
０２を開放後、ダンパ１１を装置３外部との閉塞位置
に、ダンパ１２を斜め位置に回動させる。

【００４２】従って、ダンパ１０，１１を同時に回動さ
せずに、先ずダンパ１０を回動させ低温側吸込孔３０２
を開放後にダンパ１１を回動させたので、再生過程にお
ける低温側熱交換容器５での温熱がショーケース２内に
供給されることがなくなり、システムの冷却効率の向上
につながる。

【００４３】この予備動作過程IIを３分間行わせた後、
上述した冷熱発生過程に移る。そして、上記再生モー
ド、及び冷熱発生モードを繰り返し行うことにより連続
して冷房運転を行う。

【００４４】以上のように、再生過程、及び予備動作過
程Ｉ，IIの場合には、ダンパ１０，１１の回動によりフ
ァン７と装置３外部が連通状態となり、装置３外部にフ
ァン７の駆動音が漏れやすくなるため、冷熱発生過程に
おけるファン７の駆動出力より小さい出力で駆動させ、
システムの静音維持を図っている。

【００４５】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、フィン
付管型合金充填容器の小径化が可能となり熱伝達率が向
上され、熱交換効率の高い水素吸放出熱交換器が作製す
ることができる。

【００４６】従って、水素吸蔵合金との熱交換が効率的
に行えるコンパクトな水素吸放出熱交換器が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水素吸放出熱交換器を利用した花卉育
成システムの概略斜視図である。

【図２】図１実施例の花卉育成システムの側部断面図で
ある。

【図３】図２に図示されている面から見た蓄冷器の外観
図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】図３に図示されている各蓄冷材容器の概略斜視
図である。

【図６】図２に図示されている面から見た低温側熱交換
容器、及び高温側熱交換容器の外観図である。

【図７】図６の側面図である。

【図８】図６に図示されている低温側合金充填容器の要
部断面図である。

【図９】図６に図示されている高温側合金充填容器の要
部断面図である。

【図１０】本発明の水素吸放出熱交換器を利用した花卉
育成システムの冷熱発生過程における動作を示すシステ
ム概略図である。

【図１１】本発明の水素吸放出熱交換器を利用した花卉
育成システムの再生過程における動作を示すシステム概
略図である。

【符号の説明】

１筐体２ショーケース３冷房装置４蓄冷器５低温側熱交換容器６高温側熱交換容器７、８、１４ファン１０〜１３ダンパ２０１低温側合金充填容器２０２水素配管２０３、２０５アルミフィン２０４高温側合金充填容器２０７、２１２水素フィルター２０８、２１３合金充填管２０９、２１６セラミック系ファイバー断熱材２１４加熱ヒータ（加熱手段）２１５ヒータ挿入孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者名迫賢二大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者佐藤広一大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者藤谷伸大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者米津育郎大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者大隅正人大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素吸蔵圧力の高い水素吸蔵合金を内蔵し
た低温側熱交換容器と、水素吸蔵圧力の低い水素吸蔵合
金を内蔵した高温側熱交換容器と、該低温側、及び高温
側熱交換容器間を連通させて水素経路を形成する水素配
管とを有する水素吸放出熱交換器において、前記低温側、及び高温側熱交換容器は、夫々前記水素吸
蔵合金を充填したフィン付管型合金充填容器の集合体と
した構造のものとすると共に、該フィン付管型合金充填
容器の一端には前記水素配管が接続され、他端には前記
水素吸蔵合金を充填するための合金充填管が設けられて
いることを特徴とする水素吸放出熱交換器。
【請求項２】前記低温側、及び高温側熱交換容器のフィ
ン付管型合金充填容器は、夫々フィンが装着されていな
い両端内部に、前記水素吸蔵合金を挟持するセラミック
ファイバー系断熱材を設けたことを特徴とする請求項１
記載の水素吸放出熱交換器。
【請求項３】前記高温側熱交換容器のフィン付管型合金
充填容器には、前記水素吸蔵合金を加熱するための加熱
手段が設けられ、該加熱手段を前記合金充填管の接続端
と同一側から挿着することを特徴とした請求項１または
２記載の水素吸放出熱交換器。
【請求項４】前記高温側熱交換容器のフィン付管型合金
充填容器には、前記加熱手段を前記合金充填管の接続端
と同一側から挿着自在とする挿着孔を設けたことを特徴
とする請求項３記載の水素吸放出熱交換器。