JPH11142014A

JPH11142014A - 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム

Info

Publication number: JPH11142014A
Application number: JP9307501A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Maruhashi; 勤丸橋
Original assignee: Japan Metals and Chemical Co Ltd; Rinnai Corp
Current assignee: Japan Metals and Chemical Co Ltd; Rinnai Corp
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】従来では水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換率
を向上させるため、水素吸蔵合金を収納する容器内に発
泡金属を入れていたが、発泡金属と容器との接触は点接
触であったため、伝熱量が限られていた。【解決手段】水素吸蔵合金を封入する偏平形状の上、
中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2、Ｓ3 の内部にフィン形状が方
形波形状のオフセットフィンＦを挿入し、このオフセッ
トフィンＦを容器内に接合した。熱媒体と水素吸蔵合金
との伝熱を行う伝熱面積が容器内のオフセットフィンＦ
によって増大するとともに、オフセットフィンＦと上、
中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の接触は面接触による接
合であるため、発泡金属に比較して伝熱量が増大する。

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
生じる吸熱作用を利用して冷熱を得る、あるいは水素の
吸蔵時に生じる放熱作用を利用して温熱を得る水素吸蔵
合金を利用した熱利用システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水素吸蔵合金を利用した熱利用シ
ステムは、水素吸蔵合金を封入するとともに、水素通路
で連通された複数の容器を備え、容器内の水素吸蔵合金
と、容器に接触させる熱媒体とを熱交換させることで、
容器から他の容器へ水素を移動させ、水素の放出時に生
じる吸熱作用や、水素の吸蔵時に生じる放熱作用を利用
したものである。容器の内部に水素吸蔵合金を充填した
のみでは、容器の内部で発生する熱が粉末状の水素吸蔵
合金を伝って容器に到達し、熱媒体と熱交換するため、
熱の伝導率が悪く、従って熱交換率が低い。そこで、容
器の内部にアルミニウムなどの高熱伝導金属よりなる発
泡金属を挿入し、その後に水素吸蔵合金を充填して熱交
換率を向上する技術が用いられている。この技術では、
水素吸蔵合金から発生する熱が発泡金属を介して容器に
伝達されるため、水素吸蔵合金の熱の伝達率が２倍に向
上した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発泡金属と容
器とは、ほぼ点接触であるため、伝熱容量が限られてい
る。そこで、これまでよりも更に効率的に水素吸蔵合金
から発生する熱を容器に伝達させて、熱媒体との熱交換
効率を向上させる技術の開発が望まれている。また、発
泡金属は容器内に挿入しただけであったため、発泡金属
と容器との接触の仕方にバラツキがあり、信頼性に欠け
る不具合もあった。

【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、水素吸蔵合金と、この水素吸蔵合金
を収納する容器との伝熱量を増大させて、水素吸蔵合金
と熱媒体との熱交換効率を向上させるとともに、水素吸
蔵合金から発生する熱の伝達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】本発明の水素吸蔵合金を
利用した熱利用システムは、上記の目的を達成するため
に、次の技術的手段を採用した。（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
水素吸蔵合金の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
を封入する容器の内面には、熱伝導率の高い金属板によ
って形成されたフィンがろう付けや溶接等の接合手段に
よって接合配置さ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、前記フィンは、
蛇行して形成されたコルゲートフィン、あるいはフィン
ピッチがずれて形成されたオフセットフィンであること
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、前記コルゲート
フィンあるいは前記オフセットフィンは、フィン形状が
方形波形状に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）水素吸蔵合金を封入する容器の内面に、熱伝導率の
高い金属製の薄板によって形成されたフィンを接合して
設けたことにより、水素吸蔵合金から発生する熱が、水
素吸蔵合金に接するフィンを伝わって容器に伝達され、
熱媒体と水素吸蔵合金との間で熱伝達を行う熱伝達部材
の面積が、容器の面積にフィンの面積を加えた面積とな
る。また、フィンと容器とは、線的あるいは面的に確実
に接合しているため、従来の発泡金属に比較して水素吸
蔵合金から容器へ伝える伝熱量が増大する。この結果、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換効率が向上する。

【０００９】（請求項２の作用および効果）コルゲート
フィンまたはオフセットフィンを用いることにより、フ
ィンの一体成形が可能となり、フィンの加工性が向上す
るとともに容器内への装着と接合作業が容易に行える。
また、フィンピッチや形状を任意的に作成することがで
きるため、容器内における熱交換効率をコントロールで
きる。

【００１０】（請求項３の作用および効果）コルゲート
フィンあるいはオフセットフィンのフィン形状を方形波
形状に設けたため、コルゲートフィンあるいはオフセッ
トフィンと、容器内壁との接触面積が増大し、水素吸蔵
合金の熱を容器に伝える伝熱量が増大する。

【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。〔第１実施例の構成〕第１実施例は、本発明の水素吸蔵
合金を利用した熱利用システムを室内空調用の冷房装置
に適用したもので、この第１実施例を図１ないし図７を
用いて説明する。

【００１２】（冷房装置１の概略説明）本実施例の冷房
装置１の概略構成を、図４を用いて説明する。この実施
例では、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル２
の一例として２段式サイクルを用いた。

【００１３】本実施例の適用される冷房装置１は、大別
して、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル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。

【００１４】なお、ヒートポンプサイクル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。

【００１５】（ヒートポンプサイクル２の説明）本実施
例のヒートポンプサイクル２は、上述のように２段式サ
イクルを用いたもので、図５に示すように、水素吸蔵合
金が封入された上段容器Ｓ1 、この上段容器Ｓ1 内に水
素通路Ｓ4 を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された
中段容器Ｓ2 、中段容器Ｓ2 内に水素通路Ｓ4 を介して
連通し、水素吸蔵合金が封入された下段容器Ｓ3 を備え
たセルＳを複数用いる。なお、この実施例では、１２〜
１８個のセルＳを用いた。

【００１６】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、上段容器Ｓ1 内には同一平衡水素圧
で水素平衡温度が最も高い高温度水素吸蔵合金（以下、
高温合金ＨＭ）の粉末を封入し、中段容器Ｓ2 内には中
温度水素吸蔵合金（以下、中温合金ＭＭ）の粉末を封入
し、下段容器Ｓ3 内に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（以下、低温合金ＬＭ）
の粉末を封入したものである。このことを図７のＰＴ冷
凍サイクル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Ｈ
Ｍ、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。

【００１７】１つのセルＳは、ステンレスあるいは銅な
ど、水素透過の無い金属を用いて、真空ろう付けや溶接
等の接合方法により上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3
を偏平容器の最中状に成形し、これらを水素通路Ｓ4 が
形成された棒状の連結部Ｓ5によって結合した後に、
上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内部に粉末状の水
素吸蔵合金を充填し、真空引きを行ったのち、活性化処
理を施し、水素を高圧充填して開口部に金属蓋をして溶
接により密封したものである。

【００１８】各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内
部は、図１の（ａ）に示すように、オフセットフィンＦ
が挿入され、対向面とオフセットフィンＦがろう付けに
より接合されている。オフセットフィンＦは、図１の
（ｂ）に示すようにフィンピッチが例えば１／４ピッチ
ずれて形成されたもので、フィン形状が方形波形状に設
けられるものである。このオフセットフィンＦは、熱伝
導性に優れた金属製（例えば、銅、アルミニウム、ステ
ンレス等）の薄板をプレス加工して形成したもので、最
中状のセル容器を接合する際に、容器内に一体ろう付け
されたものである。

【００１９】各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内
面にオフセットフィンＦを挿入して接合して、水素吸蔵
合金から容器へ伝える伝熱量を増大させるものである。
また、オフセットフィンＦは、引張、圧縮応力の高い材
質（例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等）よりな
り、容器の内部対向面間に亘って配設され、対向面とオ
フセットフィンＦがろう付けで接合されているため、各
容器の内部に封入された水素吸蔵合金に水素を付与する
ための真空引きや水素の高圧充填を行ったり、また、サ
イクル作動中の高圧の水素平衡圧力によって高圧に容器
内が上昇しても、接合されたオフセットフィンＦが容器
の対向面の距離を一定に保つため、容器の変形が抑えら
れる。

【００２０】また、偏平形状を呈する各上、中、下段容
器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、回転軸８の周囲に巻き付けられ
た状態に設けられている。このため、各容器の一方の面
が凸状に湾曲するとともに、対向する他方の面が凹状に
湾曲している。このように、各容器の対向面を同方向に
湾曲して設けることにより、真空引き時の低圧下、およ
び水素充填時、サイクル作動時の高圧の水素平衡圧力の
高圧下において、各容器の対向面に引っ張り応力と圧縮
応力がかかり、この結果からも各容器の変形が小さく抑
えられる。複数のセルＳは、略円柱形状を呈する回転軸
８の周囲に複数のセルＳの各連結部Ｓ5 が固定されてい
る。この回転軸８は、図示しないセル移動手段によって
回転駆動されるもので、このセル移動手段は、例えばモ
ータで、ゆっくりと連続的に複数のセルＳを回転させる
ものである（例えば、１時間に２０周ほど）。

【００２１】各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は、
図１および図２に示すようにデバイダー９によって覆わ
れている。このデバイダー９は、熱媒体を各容器に沿っ
て流すことによって熱媒体の放熱ロスを減少させるとと
もに、熱媒体の流れを整流させて流速を速くして熱交換
量を増大させることで熱交換効率をアップさせるもの
で、さらにセルＳが後述する水素駆動部α→第１冷熱出
力部β→第２冷熱出力部γに移動する境界において容器
の対向面が異なった熱媒体に触れる不具合を回避して熱
交換効率をアップさせるものである。このデバイダー９
は、各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 を覆うもの
で、断熱性に優れた樹脂材料等によって設けられてい
る。このデバイダー９の内面には、熱媒体を容器に沿っ
て流す熱媒体通路９ａが形成されている。この熱媒体通
路９ａは、略溝状に設けられたもので、熱媒体の流れを
整流させて流速を速くするために、浅く設けられてい
る。また、デバイダー９の外端と中心側上部には、熱媒
体通路９ａへ熱媒体の供給を行うとともに、熱媒体通路
９ａを通過した熱媒体を排出する給排口９ｂが設けられ
ている。なお、この実施例では、外端の給排口９ｂが熱
媒体を熱媒体通路９ａへ供給する供給口であり、中心側
の給排口９ｂが熱媒体通路９ａを通過した熱媒体を外部
へ排出する排出口である。

【００２２】２段式サイクルのヒートポンプサイクル２
は、図５に示すように、上段容器Ｓ1 内の水素を強制的
に下段容器Ｓ3 内に移動させる水素駆動部αと、下段容
器Ｓ3 内に移動した水素を中段容器Ｓ2 に移動させる第
１冷熱出力部βと、中段容器Ｓ2 内に移動した水素を上
段容器Ｓ1 に移動させる第２冷熱出力部γとを備える。
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、後述する
凹部Ｍ1 、Ｍ2 の配置によって区画されている。

【００２３】水素駆動部αは、上段容器Ｓ1 と接触する
加熱水（例えば８０℃ほど）が供給される加熱域α1 、
中段容器Ｓ2 と接触する昇圧水（例えば５６℃ほど）が
供給される中段昇圧域α2 、下段容器Ｓ3 と接触する放
熱水（例えば２８℃ほど）が供給される下段放熱域α3
を備える。第１冷熱出力部βは、上段容器Ｓ1 と接触す
る昇圧水（例えば５８℃ほど）が供給される上段昇圧域
β1 、中段容器Ｓ2 と接触する放熱水（例えば２８℃ほ
ど）が供給される中段放熱域β2 、下段容器Ｓ3 と接触
した冷熱出力水（例えば１３℃ほど）が出力される下段
冷熱出力域β3 を備える。第２冷熱出力部γは、上段容
器Ｓ1 と接触する放熱水（例えば２８℃ほど）が供給さ
れる上段放熱域γ1 、中段容器Ｓ2 と接触する冷熱出力
水（例えば１３℃ほど）が出力される中段冷熱出力域γ
2 を備える。なお、第２冷熱出力部γにおいて下段容器
Ｓ3 と接触する熱媒体の温度は不問であり、その部分を
不問域γ3とする。

【００２４】そして、図示しないセル移動手段により回
転軸８が回転することにより、上段容器Ｓ1 の群が加熱
域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 を循環するも
のであり、中段容器Ｓ2 の群が中段昇圧域α2 →中段放
熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 を循環するものであり、
下段容器Ｓ3 の群が下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β
3 →不問域γ3 を循環するものである。

【００２５】上段容器Ｓ1 の群は、上段水槽Ｋ1 に覆わ
れ、内部に加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱域γ
1 が設けられている。また、中段容器Ｓ2 の群は、中段
水槽Ｋ2 に覆われ、内部に中段昇圧域α2 、中段放熱域
β2 、中段冷熱出力域γ2 が設けられている。さらに、
下段容器Ｓ3 の群は、下段水槽Ｋ3 に覆われ、内部に下
段放熱域α3 、下段冷熱出力域β3 、不問域γ3 が設け
られている。

【００２６】上段水槽Ｋ1 、中段水槽Ｋ2 、下段水槽Ｋ
3 は、連続的に繋がって設けられた水槽Ｋ（例えば、樹
脂製の容器）で、この水槽Ｋには、図６に示すように、
上、中、下段水槽Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 内に熱媒体を給排す
る１６本の熱媒体配管１０が接続されている。具体的に
は、上段水槽Ｋ1 には加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上
段放熱域γ1 のための６本の熱媒体配管１０が接続さ
れ、中段水槽Ｋ2 には中段昇圧域α2 、中段放熱域β2
、中段冷熱出力域γ2 のための６本の熱媒体配管１０
が接続され、下段水槽Ｋ3 には下段放熱域α3 、下段冷
熱出力域β3 のための４本の熱媒体配管１０が接続され
ている。

【００２７】上、中、下段水槽Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 には、
熱媒体配管１０によって供給される熱媒体を、水素駆動
部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γの上、中、
下各域内のデバイダー９の外端の給排口９ｂに導く凹部
Ｍ1 が設けられるとともに、中心側の給排口９ｂから排
出される熱媒体を収集させる凹部Ｍ2 が設けられてお
り、この凹部Ｍ1 、Ｍ2 の配置および長さにより略１２
０°間隔の水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱
出力部γが決定される。各デバイダー９に設けられた給
排口９ｂは、凹部Ｍ1 、Ｍ2 が設けられていない水槽Ｋ
の内壁に接触、あるいは接近して回転し、凹部Ｍ1 、Ｍ
2 が設けられていない水槽Ｋの内壁が水素駆動部α、第
１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γの仕切りとなってい
る。なお、この実施例では、図５に示すように熱媒体
を、外側の給排口９ｂ→熱媒体通路９ａ→中心側の給排
口９ｂに流す例を示すが、逆に中心側から外側へ流して
も良い。

【００２８】（ヒートポンプサイクル２における上記以
外の構成部品の説明）図４に示す符号１１は、上段昇圧
域β1 と中段昇圧域α2 とに昇圧水を循環させる昇圧水
循環路で、途中に設けられた昇圧水循環ポンプＰ1 ’に
よって昇圧水が循環する。なお、昇圧水は、加熱域α1
で温度上昇した上段容器Ｓ1 、上段水槽Ｋ1 からの伝熱
により温度上昇した水を用いたもので、ヒートポンプサ
イクル２の作動中、上段昇圧域β1 の昇圧水の温度は例
えば５８℃程で、中段昇圧域α2 の昇圧水の温度は例え
ば５６℃程になる。

【００２９】（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１２、このガスバー
ナ１２へガスの供給を行うガス量調節弁１３およびガス
開閉弁１４を備えたガス供給回路１５、ガスバーナ１２
へ燃焼用の空気を供給する燃焼ファン１６、ガスの燃焼
熱と加熱水とを熱交換する熱交換器１７等から構成され
る。そして、ガスバーナ１２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１８を
介して加熱域α1 に供給するものである。なお、本実施
例の加熱水循環ポンプＰ1 は、昇圧水循環ポンプＰ1 ’
を駆動する兼用のモータによって駆動されるタンデムポ
ンプである。このため、燃焼装置３から加熱水がヒート
ポンプサイクル２に供給される際は、昇圧水も循環作動
するように設けられている。

【００３０】（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１９、この室内熱交換器１９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２０を備える。室
内熱交換器１９には、下段冷熱出力域β3 および中段冷
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２１が接続され、この冷熱出力水循環路
２１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。

【００３１】（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２２によって下段放熱域α3 、
中段放熱域β2 、上段放熱域γ1 に供給される。放熱水
冷却手段４は、下段放熱域α3 、中段放熱域β2 、上段
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したが、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。

【００３２】ここで、上記に示す加熱水循環路１８、冷
熱出力水循環路２１および放熱水循環路２２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２３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、ヒートポンプサイクル２の下部にはドレンパンＰ
が配置され、ヒートポンプサイクル２に発生したドレン
水を排水管２４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２４から排水
するように設けられている。

【００３３】（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（図示しない）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 （昇圧水循環ポンプ
Ｐ1 ’）、冷熱出力水ポンプＰ2 、放熱水循環ポンプＰ
3 、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、および燃焼装置３の電
気機能部品（燃焼ファン１６、ガス量調節弁１３、ガス
開閉弁１４、図示しない点火装置等）を制御するととも
に、室内空調機５に室内ファン２０の作動指示を与える
ものである。

【００３４】（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７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、セル移動手段、放熱ファンおよび加熱水循環
ポンプＰ1 （昇圧水循環ポンプ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２０をONす
る。

【００３５】セル移動手段によって、複数のセルＳがゆ
っくりと連続的に回転移動する。これによって、複数の
セルＳ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、各上段容器Ｓ1 が加
熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 の順で移動
し、各中段容器Ｓ2 が中段昇圧域α2 →中段放熱域β2
→中段冷熱出力域γ2 の順で移動し、各下段容器Ｓ3 が
下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不問域γ3 の順
で移動する。

【００３６】水素駆動部αへ進入したセルＳは、上段容
器Ｓ1 が加熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が昇圧水に触れ、
下段容器Ｓ3 が放熱水に触れる。上段容器Ｓ1 が加熱水
（８０℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1 の内圧が
上昇し、高温合金ＨＭが水素を放出する。中段容器Ｓ2
が昇圧水（５６℃）に触れることにより、中段容器Ｓ2
の内圧が中温合金ＭＭが水素を吸蔵しない圧力まで上昇
する。下段容器Ｓ3 が放熱水（２８℃）に触れることに
より、下段容器Ｓ3 の内圧が下がり、低温合金ＬＭが水
素を吸蔵する。

【００３７】このように、上段容器Ｓ1 が加熱域α1 で
加熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が中段昇圧域α2 で昇圧水
に触れ、下段容器Ｓ3 が下段放熱域α3 の放熱水に触れ
ることにより、上段容器Ｓ1 内が８０℃：１．０ＭＰ
ａ、中段容器Ｓ2 内が５６℃：１．０ＭＰａ、下段容器
Ｓ3 内が２８℃：０．９ＭＰａとなり、上段容器Ｓ1 の
高温合金ＨＭが水素を放出し（図７の）、下段容器Ｓ
3 の低温合金ＬＭが水素を吸蔵する（図７の）。な
お、中段容器Ｓ2 は昇圧水によって加熱されて内圧が高
く、中温合金ＭＭは水素の吸蔵は行わない。そして、水
素駆動部αを通過したセルＳは、その後第１冷熱出力部
βへ移動する。

【００３８】第１冷熱出力部βへ進入したセルＳは、上
段容器Ｓ1 が昇圧水に触れ、中段容器Ｓ2 が放熱水に触
れ、下段容器Ｓ3 が冷熱出力水に触れる。上段容器Ｓ1
が昇圧水（５８℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1
の内圧が高温合金ＨＭが水素を吸蔵しない圧力まで上昇
する。中段容器Ｓ2 が放熱水（２８℃）に触れることに
より、中段容器Ｓ2 の内圧が下がり、中温合金ＭＭが水
素を吸蔵し、下段容器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、下段容器Ｓ
3 内で吸熱が生じ、下段容器Ｓ3 に触れる冷熱出力水が
例えば１３℃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、下段容器Ｓ3 の内圧が中
段容器Ｓ2 の内圧より高くなるように設けられている。

【００３９】このように、上段容器Ｓ1 が上段昇圧域β
1 で昇圧水に触れ、中段容器Ｓ2 が中段放熱域β2 で放
熱水に触れ、下段容器Ｓ3 が下段冷熱出力域β3 の冷熱
出力水に触れることにより、上段容器Ｓ1 内が５８℃：
０．５ＭＰａ、中段容器Ｓ2内が２８℃：０．４ＭＰ
ａ、下段容器Ｓ3 内が１３℃：０．５ＭＰａとなり、下
段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放出し（図７の
）、中段容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵する
（図７の）。下段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を放
出する際、吸熱作用により下段容器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、上段容器Ｓ1 は、昇圧水によって加熱されて内圧が
高く、高温合金ＨＭは水素の吸蔵は行わない。そして、
第１冷熱出力部βを通過したセルＳは、その後第２冷熱
出力部γへ移動する。

【００４０】第２冷熱出力部γへ進入したセルＳは、上
段容器Ｓ1 が放熱水に触れ、中段容器Ｓ2 が冷熱出力水
に触れ、下段容器Ｓ3 が不問水に触れる。上段容器Ｓ1
が放熱水（２８℃）に触れることにより、上段容器Ｓ1
の内圧が下がり、高温合金ＨＭが水素を吸蔵し、中段容
器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出する。中温合金ＭＭ
が水素を放出するため、中段容器Ｓ2 内で吸熱が生じ、
中段容器Ｓ2 に触れる冷熱出力水が例えば１３℃に冷や
される。なお、中温合金ＭＭは、冷熱出力水が１３℃く
らいでは、中段容器Ｓ2 の内圧が上段容器Ｓ1 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、上段容器Ｓ1 が上段放熱域γ
1 で放熱水に触れることにより、上段容器Ｓ1 内が２８
℃：０．１ＭＰａ、中段容器Ｓ2 内が１３℃：０．２Ｍ
Ｐａ、下段容器Ｓ3 内は不問状態となり、中段容器Ｓ2
の中温合金ＭＭが水素を放出し（図７の）、上段容器
Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図７の）。中
段容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出する際、吸熱作
用により中段容器Ｓ2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、下段容器Ｓ3 の
温度は無関係で、下段容器Ｓ3 の低温合金ＬＭは水素の
吸蔵は行わない。そして、第２冷熱出力部γを通過した
セルＳは、その後水素駆動部αへ移動する。

【００４２】なお、ヒートポンプサイクル２の下段冷熱
出力域β3 および中段冷熱出力域γ2 で熱を奪われた低
温の冷熱出力水は、冷熱出力水循環路２１を介して室内
空調機５の室内熱交換器１９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。

【００４３】〔実施例の効果〕上、中、下段容器Ｓ1 、
Ｓ2 、Ｓ3 の内壁に熱伝導率の高い金属製のオフセット
フィンＦを接合して設けたことにより、水素吸蔵合金か
ら発生する熱が、水素吸蔵合金に接するオフセットフィ
ンＦを伝わって容器に伝達される。つまり、熱媒体と水
素吸蔵合金との間で熱伝達を行う熱伝達部材の面積が、
容器の面積にオフセットフィンＦの面積を加えた面積と
なる。また、オフセットフィンＦと容器とは、面的に確
実に接合しているため、従来の発泡金属に比較して水素
吸蔵合金から容器へ伝える伝熱量が増大する。この結
果、水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換効率が向上し、ヒ
ートポンプサイクル２の冷却効率が向上する。

【００４４】フィンとしてオフセットフィンＦを用いた
ことにより、フィンの一体成形が可能となり、フィンの
加工性が向上するとともに容器内への装着と接合作業が
容易に行える。また、フィンピッチや形状等を任意的に
作成することができるため、容器内における熱交換率を
コントロールできる。コルゲートフィンあるいはオフセ
ットフィンのフィン形状を方形波形状に設けたため、コ
ルゲートフィンあるいはオフセットフィンと、容器内壁
との接触面積が増大し、水素吸蔵合金の熱を容器に伝え
る伝熱量が増大する。

【００４５】さらに、オフセットフィンＦを用いること
により、全体的に多数の隙間ａ（図１のｂ参照）が生じ
るため、水素吸蔵合金の吸蔵あるいは放出する水素がフ
ィンの４方（フィンピッチ方向およびフィン高方向）へ
移動できる。このため、各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2
、Ｓ3 内における水素移動のロスが減り、熱交換効率
が向上し、ヒートポンプサイクル２の冷却効率が向上す
る。

【００４６】〔第２実施例〕次に、本発明の水素吸蔵合
金を利用した熱利用システムを冷暖房装置に適用した第
２実施例を示す。なお、図８は本発明を適用した冷暖房
装置の概略構成図である。本実施例の冷暖房装置３０
は、上記の実施例で示した冷房運転の実施に加え、暖房
運転時に、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１９に導いて室内暖房を行うもので、
第１実施例で示した加熱水循環路１８と冷熱出力水循環
路２１とを接続し、その接続部分に流路切替用の３つの
切替バルブＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 （冷房と暖房の切替バル
ブ）を設けたものである。なお、室内空調機５の他に、
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。

【００４７】〔第３実施例〕図９および図１０は第３実
施例を示すもので、図９はセルＳが固定されるタイプの
冷房装置の概略構成図である。上記の実施例では、複数
のセルＳを水槽Ｋ内で回転させることで各容器に触れる
熱媒体の種類を切り替える例を示したが、この第３実施
例では複数（この実施例では３つ）のセルＳを固定し、
回転によって複数の熱媒体を切り替えて出力する回転式
の分配器４０と、分配された複数の熱媒体を再び収集し
て熱媒体源へ戻す収集器４１とによって、デバイダー９
の内側の熱媒体通路９ａ（図１０参照）に熱媒体の種類
を切り替えて供給するものである。なお、図１０に示す
ように、この第３実施例の各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ
2、Ｓ3 は、デバイダー９によって覆われるとともに、
デバイダー９はハウジング４２に覆われており、デバイ
ダー９とハウジング４２との間には断熱材４３が配され
ている。

【００４８】〔変形例〕上記の実施例では、容器の対向
面と対向面とを接合する方形波形状のオフセットフィン
Ｆを例に示したが、図１１の（ａ）に示すように、容器
の対向面間を接合しない状態で方形波形状のオフセット
フィンＦ（あるいはコルゲートフィン）を容器の内面に
接合したり、図１１の（ｂ）に示すように、容器の対向
面間を接合しない状態で方形波形状でないオフセットフ
ィンＦ（あるいはコルゲートフィン）を容器の内面に接
合したり、図１１の（ｃ）に示すように、容器の対向面
間を接合するように方形波形状でないオフセットフィン
Ｆ（あるいはコルゲートフィン）を容器の内面に接合し
ても良い。また、オフセットフィンＦやコルゲートフィ
ンに代わり、多数の板状のフィンを容器の内壁に接合し
ても良い。その場合、断面略コ字型に形成した多数のフ
ィンを容器内に挿入して容器の対向面間を接合しても良
いし、図１１の（ｄ）に示すように、薄板から多数の板
状フィンＦ’を切り起こしたフィンを容器の内面に接合
しても良い。

【００４９】上記の実施例では、オフセットフィンＦを
上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3の内壁に接合して設
けたが、オフセットフィンＦに代わって、金属製の薄板
を蛇行して形成したコルゲートフィンを上、中、下段容
器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の内壁に接合して設けても良い。こ
の場合、コルゲートフィンの薄板にパンチング板を用い
ることにより、本実施例のオフセットフィンＦと同様、
上、中、下段容器Ｓ1、Ｓ2 、Ｓ3 の内部を自由に移動
でき、圧損を低減できる。

【００５０】上記の実施例では、各容器の周囲にデバイ
ダー９を設けた例を示したが、デバイダー９を用いなく
ても良い。具体的な一例を示すと、図１２に示すよう
に、各上、中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2、Ｓ3 を回転軸８の
周りに巻き付けられた状態で配置するとともに、上、
中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 と、隣接する他の上、
中、下段容器Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 との間に略同幅の隙間を
設け、その隙間に熱媒体が流されるように設けても良
い。このようにデバイダー９を廃止しても、隙間が略同
幅であるため、その隙間を流れる熱媒体の流速が一定に
なり、熱媒体の熱交換ロスが減り、ヒートポンプサイク
ル２の冷却効率を高めることができる。

【００５１】上記の第１、第２実施例では、複数のセル
Ｓをセル移動手段によって連続的に回転させた例を示し
たが、セルＳを間欠的に回転移動させても良い。上記の
実施例では、説明を容易化するために、図面の上下に応
じて上段容器Ｓ1 、中段容器Ｓ2 、下段容器Ｓ3 とした
例を示したが、上下の配置を変更したり横に配置するな
どしても良い。このような場合は、勿論、各容器に供給
する各熱媒体もヒートポンプサイクルが成り立つように
入れ替える。

【００５２】上記の実施例では、昇圧用の熱媒体とし
て、加熱域α1 で温度上昇した上段容器Ｓ1 を冷却して
温度上昇した熱媒体（実施例中では昇圧水）を用いた例
を示したが、加熱手段（例えば、燃焼装置による昇温、
電気ヒータによる昇温、排熱を利用した昇温など）によ
って昇温した熱媒体を用いても良い。上記の実施例で
は、ヒートポンプサイクル２の一例として、２段式サイ
クルを用いた例を示したが、１段式サイクルに用いても
良いし、第２容器を３つ以上分割して３段式以上のサイ
クルとして用いても良い。

【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、ヒートポンプサイクル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つのヒートポンプユニット
（１つの容器Ｋ内に複数のセルＳを収納したユニット）
を用いた例を示したが、複数のヒートポンプユニットを
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。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】容器内を示す断面図である（第１実施例）。

【図２】デバイダーが設けられたセルの斜視図である
（第１実施例）。

【図３】セルの部分斜視図である（第１実施例）。

【図４】冷房装置の概略構成図である（第１実施例）。

【図５】ヒートポンプサイクルの作動説明図である（第
１実施例）。

【図６】ヒートポンプユニットの斜視図である（第１実
施例）。

【図７】ＰＴ冷凍サイクル線図である（第１実施例）。

【図８】冷暖房装置の概略構成図である（第２実施
例）。

【図９】冷房装置の概略構成図である（第３実施例）。

【図１０】ハウジングの断面図である（第３実施例）。

【図１１】容器内を示す断面図である（変形例）。

【図１２】回転軸に組付けられた複数のセルを軸方向か
ら見た図である（変形例）。

【符号の説明】

ＦオフセットフィンＨＭ高温合金（水素吸蔵合金）ＭＭ中温合金（水素吸蔵合金）ＬＭ低温合金（水素吸蔵合金）Ｓ1 上段容器Ｓ2 中段容器Ｓ3 下段容器

Claims

【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
いは水素吸蔵合金の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、水素吸蔵合金を封入する容器の内面には、熱伝導率の高
い金属板によって形成されたフィンがろう付けや溶接等
の接合手段によって接合配置さ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、前記フィンは、蛇行して形成されたコルゲートフィン、
あるいはフィンピッチがずれて形成されたオフセットフ
ィンであ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。
【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、前記コルゲートフィンあるいは前記オフセットフィン
は、フィン形状が方形波形状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。