JPH06193996A - 熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱媒管の耐久性を向上させる。 【構成】 水素吸蔵合金を充填し、フィン５を付設した
容器に、水素配管と熱媒管３とを内装し、この熱媒管３
に接続される熱媒連結管９により外部から供給される熱
媒体と熱媒管３を介して容器内の水素吸蔵合金と熱交換
する熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器におい
て、熱媒管３と熱媒連結管９との接続部内部に円筒状の
補強部材１９を嵌入するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金を利用し
た冷暖房システムの高寿命化に貢献する熱交換器を内蔵
した水素吸蔵合金充填容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、水素吸蔵合金が水素を放出す
るときの吸熱反応を利用した冷却装置は種々提案されて
おり、例えば、特公昭５８ー１９９５５号公報では、水
素平衡圧力の異なる２種類の水素吸蔵合金をそれぞれ内
蔵した熱交換器対を２組設け、各組の一方の容器を交互
に冷暖房源として連続的に冷房あるいは暖房を行う装置
が提案されている。

【０００３】上記した熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金
充填容器（以下、水素吸蔵合金充填容器という）は、例
えば、図６に示す如くの構成のものが用いられ、この水
素吸蔵合金充填容器１は、内部に水素吸蔵合金２が充填
されると共に、この水素吸蔵合金２を貫通して熱媒管３
が配設され、さらに、水素配管４が設けられ、これらに
フィン５を設けて、内ケース６に収納され、外ケース７
に装着されるフランジ７ａのボルト穴７ｂに図示しない
ボルトを用いて筐体８に固定されている。

【０００４】水素吸蔵合金充填容器１は、一対として、
それぞれに水素平衡圧力の異なる水素吸蔵合金２を充填
し、両者の水素配管４を連通させる。

【０００５】そして、冷熱モードでは、一方の低温側の
水素吸蔵合金充填容器１から対応する高温側の水素吸蔵
合金充填容器１へ水素を水素配管４を介して放出させ発
生する冷熱を熱媒管３から取り出し被冷却空間の冷房を
行う。このとき、高温側の水素吸蔵合金充填容器１で発
生する温熱は、熱媒管３から取り出し暖房に用いる。ま
た、再生モードとして他方の高温側の水素吸蔵合金充填
容器１から水素を水素配管４を介して対応する低温側の
水素吸蔵合金充填容器１に戻す。

【０００６】一般に、この種の冷房装置では、冷熱モー
ドの終了後に、次の再生モードに移行する際に、各水素
吸蔵合金充填容器１相互間の水素配管４を閉じて水素の
移動を停止して、次に再生モードとするため高温側の水
素吸蔵合金充填容器１へ熱媒管３から温熱を供給して加
熱する。このようにして、２つの水素吸蔵合金充填容器
１の間に水素を移動させて冷房および暖房がされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の水素吸蔵合金充填容器１では、熱媒管３が熱疲
労や熱応力等により破断し、耐久性に問題があった。

【０００８】すなわち、水素吸蔵合金充填容器１の熱媒
管３は、銅製で図６のＡ矢印部を拡大する図７および図
７のＤーＤ方向断面図に示す如く、熱媒管３の端部３ａ
をやや開口部を広くした中空部の内壁に、他の水素吸蔵
合金充填容器１と連通する銅製の熱媒連結管９のやや開
口部を広くした端部９ａの外壁が挿入されて図示Ｂ部分
が溶接され両者を接続している。

【０００９】上記構成の水素吸蔵合金充填容器１の熱媒
管３では、交互に高温と低温の熱媒体が供給され、放出
されるから熱応力によって、特に図示Ｃ部分が短時間で
破断するという問題があった。

【００１０】かかる問題は、水素吸蔵合金充填容器を用
いて冷暖房システムを連続運転する上で障害となり、水
素吸蔵合金充填容器の熱交換器の耐久性や信頼性を向上
させるために上記問題を解決することが急務となってい
た。

【００１１】そこで、本発明は上記課題を解決するた
め、水素吸蔵合金充填容器の熱媒体導入部の耐久性を向
上させる熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器内部に水
素吸蔵合金を充填し、水素配管を取り付けた水素吸蔵合
金容器内部にフィンを付設した熱媒管を内蔵し、この熱
媒管に熱媒連結管を接続し容器外部に導出し、外部から
供給する熱媒体と熱媒管を介して容器内の水素吸蔵合金
と熱交換する熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器
において、熱媒管と熱媒連結管との接続部内部に円筒状
の補強部材を嵌入するようにしたものである。

【００１３】

【作用】上記構成により、熱媒管と熱媒連結管との接続
部に嵌入された円筒状の補強部材が高温および低温の熱
媒体による熱疲労や熱応力を緩和する。したがって、熱
媒管が短期間で破断することがなく、熱交換器を内蔵し
た水素吸蔵合金充填容器の耐久性が向上し、システムの
連続運転に貢献することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】図１は、本発明の熱交換器を内蔵した水素
吸蔵合金充填容器（以下、水素吸蔵合金充填容器とい
う）を冷房装置に適用した構成図である。図において、
冷房装置には、２つの高温側の水素吸蔵合金充填容器１
ａ，１ｂとこれに対応する２つの低温側の水素吸蔵合金
充填容器１ｃ，１ｄとが設置され、これら高温側の水素
吸蔵合金充填容器１ａ，１ｂと低温側の水素吸蔵合金充
填容器１ｃ，１ｄは、水素バルブ１０ａ，１０ｂを介し
て水素配管４により連通している。そして、高温側の水
素吸蔵合金充填容器１ａ，１ｂの各々には、高温で水素
を吸放出する水素吸蔵合金２が充填されると共に、熱媒
管３が貫通して配置され、さらに、熱媒管３は三方弁１
１を介して冷却水により冷却する冷却器用熱交換器１２
と加熱用熱交換器１３とに交互に選択的に接続されるよ
うになっている。

【００１６】一方、低温側の水素吸蔵合金充填容器１
ｃ，１ｄの各々には、低温で水素を吸放出する水素吸蔵
合金２が充填されると共に、熱媒管３が貫通して配置さ
れ、さらに、熱媒管３は、四方弁１４を介して被冷却空
間用熱交換器１５と冷却器用熱交換器１６とに交互に選
択的に接続されるようになっている。

【００１７】なお、１８はポンプを示している。

【００１８】上記水素吸蔵合金充填容器は、例えば、図
２に示す如くの構成と同様のものが用いられ、この水素
吸蔵合金充填容器１は、内部に水素吸蔵合金２が充填さ
れると共に、この水素吸蔵合金２を貫通して熱媒管３が
配設され、さらに、水素配管４が設けられ、これら全体
にフィン５を設けて、内ケース６に収納され、外ケース
７に装着されるフランジ７ａのボルト穴７ｂに図示しな
いボルトを用いて筐体８に固定されている。

【００１９】図３は、図２に示した水素吸蔵合金充填容
器１のＥ矢印部分の熱媒管３と熱媒連結管９との結合部
を示し、熱媒管３の端部３ａをやや開口部を広くした中
空部の内壁に他の水素吸蔵合金充填容器１に連通する銅
製の熱媒連結管９の端部９ａをやや開口部を広くした外
壁が挿入されＦ部分が溶接されている。さらに、この熱
媒管３と熱媒連結管９の接合部にパイプ１９が挿入され
ている。

【００２０】すなわち、図３のＧ→Ｇ断面を示す図４の
ように熱媒管３の端部３ａの内側の中空部に熱媒連結管
９の端部９ａが内装され、その内側にＳＵＳ製のパイプ
１９が内装されている。このパイプ１９は、補強部材と
して、高温と低温の熱媒体による熱応力を緩和するよう
にしている。なお、補強部材としては熱伝導の悪い管、
例えば、ＳＵＳの他にテフロンなどが好ましい。

【００２１】以上の構成で、高温側の水素吸蔵合金充填
容器１ａ，１ｂには、図５に示す特性の水素吸蔵合金２
として高温で吸放出する水素吸蔵合金ＭＨ１を予め充填
し、また、低温側の水素吸蔵合金充填容器１ｃ，１ｄに
は、図５に示す特性の水素吸蔵合金２として低温で吸放
出する水素吸蔵合金ＭＨ２を予め充填しておく。

【００２２】初期状態として、水素バルブ１０ａは、閉
じられ低温側の水素吸蔵合金充填容器１ｃの水素吸蔵合
金２は、図５に示すサイクル線図のように低温合金ＭＨ
２として水素を吸蔵した状態（図示ｂ１）となってお
り、これに対応する高温側の水素吸蔵合金充填容器１ａ
の水素吸蔵合金２は高温合金ＭＨ１として放出した状態
（図示ａ１）となっている。

【００２３】一方、水素バルブ１０ｂは、閉じられ高温
側の水素吸蔵合金充填容器１ｂの水素吸蔵合金２は、水
素を吸蔵した状態（図示ａ２）となっており、これに対
応する低温側の水素吸蔵合金充填容器１ｃの水素吸蔵合
金２は、水素を放出した状態（図示ｂ２）となってい
る。なお、図示する実線は吸収状態を示し、破線は放出
状態を示している。

【００２４】この状態で、まず、冷熱モードとして水素
バルブ１０ａを開くと、低温側の水素吸蔵合金充填容器
１ｃの水素吸蔵合金２から水素が放出されて連通する高
温側の水素吸蔵合金充填容器１ａの水素吸蔵合金２に吸
蔵されていく（図示ｃ方向）。

【００２５】この冷熱モードのとき、低温側の水素吸蔵
合金充填容器１ｃ内では吸熱反応となり熱媒管３により
切替弁として四方弁１４を介して被冷却空間用熱交換器
１５に接続され、被冷却空間用熱交換器１５から冷熱が
取り出される。これに対して高温側の水素吸蔵合金充填
容器１ａ内では発熱反応となり、熱媒管３は三方弁１１
を介して冷却器用熱交換器１２に接続され、冷却がされ
る。

【００２６】この冷熱モードのとき、他方の高温側の水
素吸蔵合金充填容器１ｂと低温側の水素吸蔵合金充填容
器１ｃとは再生モードとして高温側の水素吸蔵合金充填
容器１ｂから低温側の水素吸蔵合金充填容器１ｄへ水素
を戻す工程が行われる。すなわち、水素バルブ１０ｂが
開かれ、図５に示すサイクル線図のように高温側の水素
吸蔵合金充填容器１ｂの水素吸蔵合金２（図示ａ２）の
水素が放出され、図示ｄ方向へ低温側の水素吸蔵合金充
填容器１ｄの水素吸蔵合金２（図示ｂ２）に吸蔵されて
いく。

【００２７】この再生モードとき、高温側の水素吸蔵合
金充填容器１ｂ内では、吸熱反応となり、熱媒管３によ
り切替弁として三方弁１１を介して加熱用熱交換器１３
に接続され加熱される。これに対して低温側の水素吸蔵
合金充填容器１ｄは発熱反応となっており、熱媒管３に
より切替弁として四方弁１４を介して冷却器用熱交換器
１６に接続され冷却される。

【００２８】その後、水素バルブ１０ａ，１０ｂが閉じ
られ予備モードとして、高温側の水素吸蔵合金充填容器
１ａの熱媒管３により三方弁１１を介して冷却器用熱交
換器１２に接続される一方、高温側の水素吸蔵合金充填
容器１ｂが熱媒管３により三方弁１１を介して冷却器用
熱交換器１２に接続され、次の再生モードに移行する準
備をする。これによって、高温側の水素吸蔵合金充填容
器１ａ内は加熱され、図５に示すようにａ２の位置にあ
り、高温側の水素吸蔵合金充填容器１ｂは冷却されて図
示ａ１の位置にあり、前記した初期状態と同じ状態とな
る。

【００２９】上記した冷熱モードと再生モードとは、交
互に繰り返され、これらのモードの切替えのときに予備
モードが設定されて被冷却空間用熱交換器１５から連続
的な冷熱が取り出される。

【００３０】このように、このような水素平衡圧力の異
なる２種類の水素吸蔵合金を各々内蔵した２つの熱交換
可能な低温側と高温側の水素吸蔵合金充填容器を水素配
管により連通させ、低温側の水素吸蔵合金充填容器から
高温側の水素吸蔵合金充填容器に水素の移動で冷熱を発
熱させる冷熱モードと高温側の水素吸蔵合金充填容器に
移動した水素を前記低温側の水素吸蔵合金充填容器に戻
す再生モードと、これらの冷熱モードと再生モード終了
後に、低温側および高温側の水素吸蔵合金充填容器間の
水素の移動を阻止する予備モードとを交互に実施して水
素吸蔵合金充填容器で発生した冷熱を利用して連続冷房
ができる。

【００３１】その上、水素吸蔵合金充填容器の熱媒管と
熱媒連結管の接合部に補強管としてパイプを配置したか
ら高温と低温の熱媒体によって熱媒管が短期間で破断す
ることがない。本実施例では、従来、約１００時間で破
断したのが、約４００時間〜５００時間の寿命となっ
た。これによって、耐久性の優れた熱交換器となり、冷
房システムの連続運転に寄与することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
媒管と熱媒連結管との接続部に嵌入された円筒状の補強
部材が高温および低温の熱媒体による熱疲労や熱応力を
緩和する。したがって、熱媒管が短期間で破断すること
がなく、熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器の耐
久性が向上し、システムの連続運転に貢献することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水素吸蔵合金充填容器を冷房装置に適
用した構成図。

【図２】図１の水素吸蔵合金充填容器の要部を示す断面
図。

【図３】図２のＥ矢印部分を示す拡大断面図。

【図４】図３のＧ→Ｇ方向の断面図。

【図５】図１の冷房装置に用いる水素吸蔵合金サイクル
線図。

【図６】水素吸蔵合金充填容器の断面図。

【図７】従来例を示す図６のＡ矢印部分の拡大断面図。

【図８】図７のＤ→Ｄ方向の断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 水素吸蔵合金充填容器 ２ 水素吸蔵合金 ３ 熱媒管 ３ａ 端部 ４ 水素配管 ５ フィン ９ 熱媒連結管 ９ａ 端部 １０ａ，１０ｂ 水素バルブ １１ 三方弁 １２ 冷却器用熱交換器 １３ 加熱用熱交換器 １５ 被冷却空間用熱交換器 １６ 冷却器用熱交換器

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 水素吸蔵合金充填容器１は、一対とし
て、それぞれに同一温度で水素平衡圧力の事なる水素吸
蔵合金２を充填し、両者の水素配管４を連通させる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】 その上、水素吸蔵合金充填容器の熱媒管
と熱媒連結管の接合部に補強管としてパイプを配置した
から高温と低温の熱媒体によって熱媒管が短期間で破断
することがない。本実施例では、従来、約１００時間で
破断したのが、約４００時間〜５００時間以上の寿命と
なった。これによって、耐久性の優れた熱交換器とな
り、冷房システムの連続運転に寄与することができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内部に水素吸蔵合金を充填し、水素
   配管を取り付けた水素吸蔵合金容器内部にフィンを付設
   した熱媒管を内蔵し、この熱媒管に熱媒連結管を接続し
   容器外部に導出し、外部から供給する熱媒体と前記熱媒
   管を介して前記容器内の水素吸蔵合金と熱交換する熱交
   換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器において、 前記熱媒管と前記熱媒連結管との接続部内部に円筒状の
   補強部材を嵌入したことを特徴とする熱交換器を内蔵し
   た水素吸蔵合金充填容器。
2. 【請求項２】 前記円筒状の補強部材として熱伝導度の
   小さい材料を用いたことを特徴とする請求項１記載の熱
   交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器。