JPH08178466A - 金属水素化物を用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ケース１２の加熱ゾーン１８の外周を断熱材
３２で覆う。断熱材３２の内周面に良熱伝導部材３４を
形成し、良熱伝導部材３４にヒータ３６を埋め込む。ヒ
ータ３６を良熱伝導部材３４に埋め込むことによって、
ヒータ３６とスペース２２内のＭＨ容器２０との熱結合
が密になり、ヒータ３６からＭＨ容器２０への熱伝導が
向上し、熱損失が低減するので、再生工程における加熱
効率が向上する。 【効果】 熱交換効率が良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は金属水素化物を用いた
熱交換器に関し、特にたとえば水素平衡圧力の異なる２
種類の金属水素化物（水素吸蔵合金）の水素放出／吸蔵
に伴う可逆的な吸熱／放熱現象を利用する熱交換器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、たとえば特公昭５８−１９９
５５号〔Ｆ２５Ｂ １７／０８〕，および特開平３−９
９１７０号〔Ｆ２５Ｂ １７／１２〕などにおいて、金
属水素化物を用いたこの種の熱交換器が数多く提案され
ている。これら従来技術では、多くの場合、金属水素化
物を再生するために、金属水素化物充填容器をたとえば
シーズヒータのような加熱手段で加熱する。

【０００３】一方、本件出願人は先に、特願平６−１０
４６９１号において、吸熱ゾーンおよび放熱ゾーンにフ
ィンを形成し、加熱ゾーンにヒータを内蔵したフィン付
伝熱ケースを用い、そのケース内で、水素平衡圧力の異
なる２種類の金属水素化物を長さ方向に区画して充填し
た充填容器を移動させることによって、吸熱工程および
再生工程を交互に行わせることができる熱交換器を提案
した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】いずれの従来技術で
も、シーズヒータと金属水素化物充填容器とは線接触な
いし点接触であったので、両者間の熱伝導効率が悪く、
再生工程における加熱効率が悪く、したがって、熱交換
効率がよくなかった。それゆえに、この発明の主たる目
的は、加熱効率をよくし、熱交換効率を向上させること
ができる、金属水素化物を用いた熱交換器を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、長さ方向
において区画された少なくとも吸熱ゾーン，放熱ゾーン
および加熱手段が設けられた加熱ゾーンを含むケース、
ケース内に長さ方向に延びて形成される少なくとも１つ
の容器収容部、および容器収容部に長さ方向に移動可能
に収容されかつ水素平衡圧力の異なる２種類の金属水素
化物が長さ方向に充填された充填容器を備える金属水素
化物を用いた熱交換器において、加熱ゾーンにおいて充
填容器と加熱手段とを良熱伝導部材によって熱結合する
ようにしたことを特徴とする、熱交換器である。

【０００６】第２の発明は、同様の熱交換器において、
加熱ゾーンにおいて、加熱手段近傍に蓄熱部材を設けた
ことを特徴とする、熱交換器である。

【０００７】

【作用】第１の発明では、加熱ゾーンにおいてヒータ
（加熱手段）をたとえば伝熱セメントなどの良熱伝導部
材に埋め込むことによって、ヒータと充填容器との熱結
合を強くする。応じて、加熱手段から充填容器への熱伝
導効率がよくなり、加熱効率が向上する。

【０００８】第２の発明では、加熱ゾーンにおいてヒー
タ（加熱手段）を覆うように蓄熱部材を設ける。応じ
て、余剰熱（潜熱または顕熱）が蓄積され、加熱ゾーン
における温度変化が小さくなり、充填容器をほぼ一定の
高温で加熱することができ、加熱効率が向上する。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、加熱ゾーンにおける
充填容器の加熱効率が向上するので、熱交換効率を向上
させることができる。この発明の上述の目的，その他の
目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実
施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【実施例】図１を参照して、この実施例の熱交換器１０
は、良熱伝導材料で形成されたケース１２を含む。ケー
ス１２は、長さ方向において、図１の左から順に吸熱ゾ
ーン１４，放熱ゾーン１６および加熱ゾーン１８に区画
される。また、ケース１２の内部には、金属水素化物充
填容器（以下、単に「ＭＨ容器」という）２０をその長
さ方向に移動可能に挿入するためのスペース２２が長さ
方向に延びて複数（この実施例では６つ）形成されてい
る。

【００１１】ＭＨ容器２０は、たとえば図２に示すよう
に、良熱伝導材料で円筒状に形成される。このＭＨ容器
２０内には、異なる温度−平衡圧特性をもつ２種類（１
対）の金属水素化物ＭＨ１およびＭＨ２が長さ方向に区
分して充填されている。金属水素化物ＭＨ１およびＭＨ
２はそれぞれ、高温用および低温用として用いられる。
金属水素化物ＭＨ１およびＭＨ２は、それぞれ、たとえ
ばＭｍＮｉ₅ 系およびＬａＮｉ₅ 系のものであり、断熱
材２４によって隔離されるとともに、それぞれ、断熱材
２６ａおよび２６ｂによって容器２０内に密封される。
また、金属水素化物ＭＨ１およびＭＨ２の間では、断熱
材２４に含まれる水素フィルタ（図示せず）を介して水
素が移動できる。そして、金属水素化物から水素を放出
する過程では吸熱し、水素を吸蔵する過程では放熱す
る。

【００１２】このようなＭＨ容器２０が、スペース２２
の各々に挿入される。すなわち、図１で説明すると、各
スペース２２にそれぞれ挿入されるＭＨ容器２０は、後
述する冷熱発生工程時には、ケース１２の冷却ゾーン１
４および放熱ゾーン１６にまたがって配置され、後述す
る再生工程時には、ケース１２の放熱ゾーン１６および
加熱ゾーン１８にまたがって配置される。なお、各ＭＨ
容器２０は、図１においては、左側に金属水素化物ＭＨ
２が、右側に金属水素化物ＭＨ１がそれぞれくるように
配置される。これらのＭＨ容器２０は、モータ等を含む
駆動機構（図示せず）によってスペース２２内を長さ方
向に往復移動する。

【００１３】なお、吸熱ゾーン１４には、冷却負荷（こ
の実施例では被冷却水）とＭＨ容器２０（冷熱発生側）
との熱交換を効率良く行わせるためのフィン２８が形成
される。また、放熱ゾーン１６には、ＭＨ容器２０から
周囲媒体（この実施例では空気）へ効率良く放熱を行わ
せるためのフィン３０が形成される。そして、放熱ゾー
ン１６には、周囲媒体（空気）への放熱を促進するファ
ン（図示せず）が配置される。

【００１４】加熱ゾーン１８は断熱材３２によってその
外周が覆われ、かつ加熱ゾーン１８と放熱ゾーン１６と
が断熱される。そして、注目すべきは、断熱材３２の内
周面にたとえば伝熱セメントなどの良熱伝導部材３４が
埋め込まれていて、さらに、その良熱伝導部材３４に全
てのスペース２２すなわちＭＨ容器２０を囲繞するよう
にヒータ３６が埋め込まれていることである。ヒータ３
６は、たとえばニクロム線などの発熱体を含む。再生工
程において、この発熱体に電流を流すことによってヒー
タ３４が発熱し、ＭＨ容器２０を加熱することができ
る。このときヒータ３６を良熱伝導部材３４に埋め込む
ことによって、ヒータ３６とスペース２２内のＭＨ容器
２０とが良熱伝導部材３４によって密に熱結合する。な
お、加熱ゾーン１８内のスペース２２は互いに断熱材３
８によって仕切られており、熱的に独立している。

【００１５】なお、ケース１２の吸熱ゾーン１４には、
図示しないが冷水流路が形成され、その冷水流路に被冷
却水を流すことによって、冷水流路を流れる被冷却水を
ＭＨ容器２０の吸熱作用で冷却することができるのであ
る。この実施例の熱交換器１０の一般的な運転方法につ
いて述べる。冷熱発生工程 金属水素化物ＭＨ２が水素を吸蔵し、金属水素化物ＭＨ
１が水素を解離した状態にあるＭＨ容器２０を、金属水
素化物ＭＨ２側が吸熱ゾーン１４に、金属水素化物ＭＨ
１側が放熱ゾーン１６に対応するように配置する。この
とき、両金属水素化物ＭＨ１およびＭＨ２の平衡圧力差
によって、金属水素化物ＭＨ２は水素を放出して吸熱反
応を起こし、上述のように被冷却水を冷却する。また、
金属水素化物ＭＨ１は水素を吸収し発熱するが、ファン
（図示せず）によって周囲媒体である空気へ放熱する。

【００１６】再生工程 次に、水素を吸収した金属水素化物ＭＨ１が加熱ゾーン
１８に、水素を解離した金属水素化物ＭＨ２が放熱ゾー
ン１６に対応するように、駆動機構（図示せず）を用い
てＭＨ容器２０を移動させる。その後、加熱ゾーン１８
に設けられているヒータ３４によって金属水素化物ＭＨ
２とＭＨ１との平衡圧力が逆転するまで、金属水素化物
ＭＨ１を加熱して水素を放出し、金属水素化物ＭＨ２を
初めの水素吸蔵状態に戻す。また、このとき、金属水素
化物ＭＨ２は水素を吸収して発熱するが、その熱は放熱
ゾーン１６で周囲媒体である空気に放熱される。

【００１７】この冷熱発生工程と再生工程との２つの工
程を繰り返すことによって、熱交換器１０を用いてたと
えばＭＨ冷却器を構成することができる。また、この実
施例のように、ＭＨ容器２０を複数本用いてそれぞれ交
互に冷熱発生工程と再生工程とを行わせれば、連続的な
冷熱取得が可能となる。そして、この実施例によれば、
良熱伝導部材３４にヒータ３６を埋め込んでいるので、
ヒータ３６とＭＨ容器２０との接触面積を大きくし、熱
結合を密にすることができる。したがって、ヒータ３６
からＭＨ容器２０への熱伝導効率が向上するとともに、
熱損失が低減され、再生工程におけるＭＨ容器２０の加
熱効率が向上する。また、良熱交換器伝導部材３４を断
熱材３２で覆うことによって、周囲への放熱を防止でき
るので、加熱効率が一層向上する。

【００１８】さらに、この実施例によれば、熱容量を大
きくでき、容器２０を均一加熱することができる。した
がって、たとえばヒータを容器２０の長さ方向に沿わせ
て配置するだけの場合（囲繞しない場合）には加熱の不
均一性が特に問題になるが、この実施例では良熱伝導部
材３４によってその問題点を解消することができる。図
３に示す熱交換器１０′では、図１に示す熱交換器１０
とは異なり、加熱ゾーン１８において、良熱伝導部材３
４を用いることなく、ヒータ３６を巻回して断熱材３２
に埋め込み、ヒータ３６の外周を蓄熱部材からなるヒー
トシンク層４０によって覆う。この点を除いて、熱交換
器１０′は熱交換器１０と同様である。したがって、同
一または類似の部分については同一の参照番号を付すこ
とによって、その重複する説明は省略する。

【００１９】図３実施例の熱交換器１０′によれば、ヒ
ートシンク層４０を設けることによって、ヒータ３６に
よるＭＨ容器２０の加熱を均一化できるとともに、ヒー
トシンク層４０によって余剰熱（潜熱または顕熱）を蓄
積することができ、その蓄熱によって加熱効率および熱
交換効率を向上することができる。なお、ヒートシンク
層４０を構成する蓄熱部材としては、たとえばオイルな
どの顕熱蓄熱部材またはたとえばパラフィン系の有機物
などの潜熱蓄熱部材が用いられ得る。

【００２０】また、この実施例では、吸熱ゾーン１４，
放熱ゾーン１６および加熱ゾーン１８をそれぞれ独立し
て設け、さらに負荷および周囲媒体とＭＨ容器２０との
間で熱交換するためのフィン２８および３０を、ＭＨ容
器２０と分離して形成している。したがって、フィン２
８および３０すなわち熱交換構造部分の熱容量が顕熱損
失に寄与することがなく、また、ＭＨ容器２０の放熱時
にはフィン３０を介して周囲媒体との熱交換を行い、加
熱時には周囲媒体から断熱されたヒータ３４とＭＨ容器
２０とを密着させて熱交換するので、放熱時および加熱
時とも効率の良い熱交換を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す正面断面図である。

【図２】この実施例のＭＨ容器を示す図解図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す正面断面図であ
る。

【符号の説明】

１０，１０′ …熱交換器 １２ …ケース １４ …吸熱ゾーン １６ …放熱ゾーン １８ …加熱ゾーン ２０ …ＭＨ容器 ２２ …スペース ２８，３０ …フィン ３２，３８ …断熱材 ３４ …良熱伝導部材 ３６ …ヒータ ４０ …ヒートシンク層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 輝彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西村 康一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 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５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長さ方向において区画された少なくとも吸
   熱ゾーン，放熱ゾーンおよび加熱手段が設けられた加熱
   ゾーンを含むケース、 前記ケース内に長さ方向に延びて形成される少なくとも
   １つの容器収容部、および前記容器収容部に前記長さ方
   向に移動可能に収容されかつ水素平衡圧力の異なる２種
   類の金属水素化物が前記長さ方向に充填された充填容器
   を備える金属水素化物を用いた熱交換器において、 前記加熱ゾーンにおいて前記充填容器と前記加熱手段と
   を良熱伝導部材によって熱結合するようにしたことを特
   徴とする、熱交換器。
2. 【請求項２】長さ方向において区画された少なくとも吸
   熱ゾーン，放熱ゾーンおよび加熱手段が設けられた加熱
   ゾーンを含むケース、 前記ケース内に長さ方向に延びて形成される少なくとも
   １つの容器収容部、および前記容器収容部に前記長さ方
   向に移動可能に収容されかつ水素平衡圧力の異なる２種
   類の金属水素化物が前記長さ方向に充填された充填容器
   を備える金属水素化物を用いた熱交換器において、 前記加熱ゾーンにおいて、前記加熱手段近傍に蓄熱部材
   を設けたことを特徴とする、熱交換器。