(57)【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、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、
水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を容器内を連通させて多数積層し、積層方向の前記合金容器と前記合金容器との各間には、熱媒体を流す熱媒体通路が形成され、
前記合金容器は、前記合金容器の積層方向に貫通して積層方向に隣接する熱媒体通路を連通させる貫通穴を備え、
前記熱交換器は、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の両端に設けられた第１パターン容器、
および前記貫通穴のない第２パターン容器を組み合わせて積層して、貫通穴で並列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を分配して供給して供給口から排出口へ至る通路に並列接続通路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。
【請求項２】
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、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、
水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を多数積層し、積層方向の前記合金容器と前記合金容器との各間には、熱媒体を流す熱媒体通路が形成され、
前記合金容器は、前記合金容器の積層方向に貫通して積層方向に隣接する熱媒体通路を連通させる貫通穴を備え、
前記熱交換器は、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の一端に設けられた第３パターン容器、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の他端に設けられた第４パターン容器、
および前記貫通穴のない第２パターン容器を組み合わせて積層して、貫通穴で直列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を順次連続的に供給して供給口から排出口へ至る通路に直列接続通路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。
【請求項３】
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、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、
水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を多数積層し、積層方向の前記合金容器と前記合金容器との各間には、熱媒体を流す熱媒体通路が形成され、
前記合金容器は、前記合金容器の積層方向に貫通して積層方向に隣接する熱媒体通路を連通させる貫通穴を備え、
前記熱交換器は、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の一端に設けられた第３パターン容器、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の他端に設けられた第４パターン容器、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の両端に設けられた第１パターン容器、
および前記貫通穴のない第２パターン容器を組み合わせて積層して、供給口から排出口へ至る通路に、貫通穴で並列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を分配して供給する並列接続通路と、貫通穴で直列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を順次連続的に供給する直列接続通路が交互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。
【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出力を得る、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】
【発明の背景】
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムでは、水素吸蔵合金と熱媒体とを熱交換し、水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出を行わせる熱交換器を用いている。
従来の熱交換器として、シェル＆チューブの熱交換器を用いたタイプや、合金容器を回転軸に沿って放射状に配置したフィンタイプ（例えば、特開昭６３−１６１３６６号公報に開示されるタイプ）のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
熱交換器には、能力に応じた熱交換性能が要求される。このため、能力を変更する場合、熱交換器の大きさを変えて対応する必要があるが、シェル＆チューブの熱交換器でも、フィンタイプの熱交換器でも、容易に大きさを変更することができず、能力変化の対応が困難になる。つまり、複数の能力のシステムを製造する場合、各能力別に熱交換器を設計、製造する必要が生じ、各システムの製造コストが上昇する不具合がある。
【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、能力変更に容易に対処できる熱交換器を搭載し、コストを抑えることができる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、または水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、
水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を容器内を連通させて多数積層し、積層方向の前記合金容器と前記合金容器との各間には、熱媒体を流す熱媒体通路が形成され、
前記合金容器は、前記合金容器の積層方向に貫通して積層方向に隣接する熱媒体通路を連通させる貫通穴を備え、
前記熱交換器は、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の両端に設けられた第１パターン容器、
および前記貫通穴のない第２パターン容器を組み合わせて積層して、貫通穴で並列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を分配して供給して供給口から排出口へ至る通路に並列接続通路が設けられたことを特徴とする。
【０００６】
（請求項２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、または水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、
水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を多数積層し、積層方向の前記合金容器と前記合金容器との各間には、熱媒体を流す熱媒体通路が形成され、
前記合金容器は、前記合金容器の積層方向に貫通して積層方向に隣接する熱媒体通路を連通させる貫通穴を備え、
前記熱交換器は、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の一端に設けられた第３パターン容器、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の他端に設けられた第４パターン容器、
および前記貫通穴のない第２パターン容器を組み合わせて積層して、貫通穴で直列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を順次連続的に供給して供給口から排出口へ至る通路に直列接続通路が設けられたことを特徴とする。
【０００７】
（請求項３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、または水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、
水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を多数積層し、積層方向の前記合金容器と前記合金容器との各間には、熱媒体を流す熱媒体通路が形成され、
前記合金容器は、前記合金容器の積層方向に貫通して積層方向に隣接する熱媒体通路を連通させる貫通穴を備え、
前記熱交換器は、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の一端に設けられた第３パターン容器、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の他端に設けられた第４パターン容器、
前記貫通穴が前記熱媒体通路の両端に設けられた第１パターン容器、
および前記貫通穴のない第２パターン容器を組み合わせて積層して、供給口から排出口へ至る通路に、貫通穴で並列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を分配して供給する並列接続通路と、貫通穴で直列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を順次連続的に供給する直列接続通路が交互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）
水素吸蔵合金と熱媒体との熱交換を行う熱交換器は、水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器を多数積層し、積層された合金容器と合金容器との各間に形成した熱媒体通路に熱媒体を流す構成を採用するため、合金容器の積層数で熱交換器の能力を変更できる。
このように、合金容器の積層数で熱交換器の能力を容易に変更できるため、熱交換器の製造コストを抑えることができ、結果的に水素吸蔵合金を利用した熱利用システムのコストを抑えることができる。
また、貫通穴が熱媒体通路の両端に設けられた第１パターン容器と、貫通穴のない第２パターン容器とを組み合わせて積層することで、貫通穴で並列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を分配して供給する並列接続通路が形成された熱交換器が容易に製造できる。
【０００９】
（請求項２の作用および効果）
請求項１の作用および効果で示したように、合金容器の積層数で熱交換器の能力を変更できるため、熱交換器の製造コストを抑えることができ、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムのコストを抑えることができる。
また、貫通穴が熱媒体通路の一端に設けられた第３パターン容器と、貫通穴が熱媒体通路の他端に設けられた第４パターン容器と、貫通穴のない第２パターン容器とを組み合わせて積層することで、貫通穴で直列的に連結された各熱媒体通路に熱媒体を順次連続的に供給する直列接続通路が形成された熱交換器が容易に製造できる。
【００１０】
（請求項３の作用および効果）
請求項１の作用および効果で示したように、合金容器の積層数で熱交換器の能力を変更できるため、熱交換器の製造コストを抑えることができ、水素吸蔵合金を利用した熱利用システムのコストを抑えることができる。
また、貫通穴が熱媒体通路の一端に設けられた第３パターン容器と、貫通穴が熱媒体通路の他端に設けられた第４パターン容器と、貫通穴が熱媒体通路の両端に設けられた第１パターン容器と、貫通穴のない第２パターン容器とを組み合わせて積層することで、貫通穴で連結された各熱媒体通路に熱媒体を分配して供給する並列接続通路と、貫通穴で連結された各熱媒体通路に熱媒体を順次連続的に供給する直列接続通路の両方を交互に組み合わせた混成通路の熱交換器が容易に製造できる。
【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。
〔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９を用いて説明する。なお、本実施例の冷房装置１は、水素吸蔵合金を用いた熱交換ユニット２の一例として２段式サイクルを用いた。
【００１２】
冷房装置１の概略構成を図８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。
【００１３】
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。
【００１４】
（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、複数の熱媒体の供給および排出を行う分配器９とから構成される。なお、本実施例に示す熱交換器８は円筒形状を呈するもので、水平方向に配置された円柱状の分配器９の周囲を回転するように設けられている（図８では便宜上、分配器９が垂直方向に配置された図を示す）。
【００１５】
熱交換器８は、偏平でリング円盤形状を呈したリング円盤Ｒ（図１、図２参照）を多数積層したもので、１つのリング円盤Ｒは、内部に水素吸蔵合金を収納する偏平な合金収容室１０｛図３（ａ）のハッチング内参照｝を複数放射状に配置し、積層方向の合金容器（合金収容室１０を構成する容器、後述する第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 ）と合金容器との間に熱媒体通路１１｛図３（ｂ）のハッチング内参照｝を形成するものである。
【００１６】
１つのリング円盤Ｒは、ステンレスあるいは銅など、水素透過の無い金属をプレス成形した一対のプレート１２、１３（図１参照）を対向して接合して構成されるもので、その一対のプレート１２、１３は、一方の面に合金収容室１０形成用の窪みが形成され、他方の面に熱媒体通路１１形成用の窪みが形成されたものである。
そして、熱交換器８は、図１に示すように一対のプレート１２、１３よりなるリング円盤Ｒを多数積層し、合金容器の外端に水素通路Ｓ4 を確保するための連結パイプＳ5 および端部閉塞蓋Ｓ6 を組付けるとともに、内周に分配器摺接シール用の円筒パイプＳ7 を組付け、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。
なお、円筒パイプＳ7 には、分配器９の外周面に形成された固定側給排穴Ａ1 （後述する）から、熱交換器８内の各熱媒体通路１１への熱媒体の供給と排出を行う回転側給排穴Ａ2 （後述する）が形成されている。
【００１７】
１つのリング円盤Ｒに形成される合金容器の数は、熱交換ユニット２が１段サイクルの場合は２×ｎ（ｎ＝正の整数）であり、２段サイクルの場合は３×ｎであり、３段サイクルの場合は４×ｎである。そして、この実施例では、２段サイクルを採用し、１つのリング円盤Ｒに６つの合金容器が形成される例を示す。
１つのリング円盤Ｒに形成される複数の合金容器は、円盤中心の周囲に巻付けられる形状で配置される。これによって、熱交換ユニット２の占めるスペース内における水素吸蔵合金の充填有効率が高くなり、結果的に熱交換ユニット２を小型化できる。
【００１８】
本実施例の熱交換ユニット２は、上述のように２段式サイクルを用いたもので、多数のリング円盤Ｒを積層して構成される合金容器は、高温合金ＨＭが封入された第１容器Ｓ1 、この第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 、この第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 に分類される。
【００１９】
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９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ＭＭ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、合金充填用開口部１４を金属蓋（図示しない）で封止して封入されるものである。
【００２０】
円筒状の熱交換器８は、円柱形状を呈する分配器９の周囲を回転するように設けられている。熱交換器８は、回転駆動手段（例えば、電動モータによって熱交換器８を直接的あるいはギヤやベルト等を介して間接的に回転駆動する手段）によって連続的に回転駆動されるものである。
【００２１】
分配器９の構成を図４に示す。分配器９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、円筒状の熱交換器８が分配器９の周囲で回転することによって、各合金容器の間（積層方向の間）の各熱媒体通路１１に供給される熱媒体が切り換えられ、水素通路Ｓ4 で連結される第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７参照）。
【００２２】
水素駆動部αは第１容器Ｓ1 内の水素を強制的に第３容器Ｓ3 内に移動させる部位で、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、第２冷熱出力部γは第２容器Ｓ2 内に移動した水素を第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、分配器９の外周面に形成された各固定側給排穴Ａ1 （後述する）の連通範囲によって区画されている。
【００２３】
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）が供給される加熱域α1 、第２容器Ｓ2 と接触する昇圧水（例えば５６℃ほど）が供給される第２昇圧域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Ｓ1 と接触する昇圧水（例えば５８℃ほど）が供給される第１昇圧域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Ｓ2 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 を備える。なお、第２冷熱出力部γにおいて第３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、回転駆動手段により熱交換器８が回転することにより、第１容器Ｓ1 の群が加熱域α1 →第１昇圧域β1 →第１放熱域γ1 を繰り返し、第２容器Ｓ2 の群が第２昇圧域α2 →第２放熱域β2 →第２冷熱出力域γ2 を繰り返し、第３容器Ｓ3 の群が第３放熱域α3 →第３冷熱出力域β3 →不問域γ3 を繰り返す。
【００２５】
次に、分配器９と熱交換器８との熱媒体の受渡しについて説明する。
分配器９は、第１容器Ｓ1 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第１ブロック９ａと、第２容器Ｓ2 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第２ブロック９ｂと、第３容器Ｓ3 の各間に形成される熱媒体通路１１に熱媒体を給排するための第３ブロック９ｃとを備えるとともに、第１ブロック９ａと第２ブロック９ｂの間に配置されて熱媒体の流れを１２０°変更する第１ジョイント９ｄと、第２ブロック９ｂと第３ブロック９ｃの間に配置されて熱媒体の流れを１２０°変更する第２ジョイント９ｅとから構成される。
本実施例では、分配器９に対し、加熱水及び昇圧水は第１ブロック９ａから給排され、冷熱出力水、放熱水及び不問水は第３ブロック９ｃの端部から給排される。なお、後述するように各ブロックの所定の固定側給排穴Ａ１から所定の熱媒体を給排できるのであれば、各熱媒体を分配器９のどの部分から給排するかは任意である。例えば、全ての熱媒体を第３ブロック９ｃ側から給排させても良い。
【００２６】
第１〜第３ブロック９ａ〜９ｃのそれぞれは、水素駆動部α、第１冷熱出力部β、第２冷熱出力部γに対応して配置されるもので、各部に応じて熱媒体の給排用の固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
各固定側給排穴Ａ1 を図４を用いて具体的に説明する。
【００２７】
第１ブロック９ａには、加熱域α1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に加熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第１昇圧域β1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に昇圧水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第１放熱域γ1 に移行した第１容器Ｓ1 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
第２ブロック９ｂには、第２昇圧域α2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に昇圧水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第２放熱域β2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第２冷熱出力域γ2 に移行した第２容器Ｓ2 間の熱媒体通路１１に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
第３ブロック９ｃには、第３放熱域α3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に放熱水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、第３冷熱出力域β3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に冷熱出力水を給排するための固定側給排穴Ａ1 、不問域γ3 に移行した第３容器Ｓ3 間の熱媒体通路１１に水素移動に関与しない不問水を給排するための固定側給排穴Ａ1 が形成されている。
なお、各固定側給排穴Ａ1 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向にずれて配置されている。
【００２８】
熱交換器８の内周面には、上述したように、分配器摺接シール用の円筒パイプＳ7 が接合されており、この円筒パイプＳ7 には、分配器９の固定側給排穴Ａ1 を介して熱媒体の給排を行う複数の回転側給排穴Ａ2 が形成されている。
本実施例の熱交換器８は、合金容器が周方向に６つ形成されたリング円盤Ｒを多数積層したものであるため、積層方向に隣接する第１容器Ｓ1 の群は、第１ブロック９ａの周囲に６つ配置され、積層方向に隣接する第２容器Ｓ2 の群は、第２ブロック９ｂの周囲に６つ配置され、積層方向に隣接する第３容器Ｓ3 の群は、第３ブロック９ｃの周囲に６つ配置される。
このため、円筒パイプＳ7 には、第１容器Ｓ1 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されており、第２容器Ｓ2 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されており、第３容器Ｓ3 の６つの群のために供給側と排出側の合わせて１２コの回転側給排穴Ａ2 が形成されている。
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、各々１２０°の範囲に設けられるから、各範囲内には、６つの群のうち２つ分の群が配置されることになる。
なお、各回転側給排穴Ａ2 のそれぞれは、供給側と排出側が軸方向（合金容器の積層方向）にずれて配置されている。
【００２９】
上述したように、積層方向に隣接する合金容器と合金容器との間に熱媒体通路１１が形成されており、合金容器には積層方向に貫通する貫通穴Ａ3 が設けられており、各熱媒体通路１１は、貫通穴Ａ3 を介して隣接する熱媒体通路１１に連通している。
この実施例の熱交換器８は、円筒パイプＳ7 の回転側給排穴Ａ2 の供給側から熱交換器８内に供給された熱媒体を、各熱媒体通路１１に分配して供給する並列接続通路が形成されている。このため、各合金容器には、熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 と、熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 の両方が形成されている。
【００３０】
熱交換器８は、各合金容器に熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 と熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 の両方が形成された第１パターンリング円盤Ｒ1 （図５、ａ参照）と、各合金容器に貫通穴Ａ3 のない仕切用の第２パターンリング円盤Ｒ2 （図５、ｂ参照）とを組み合わせて構成されるものである。
つまり、第１パターンリング円盤Ｒ1 は、図５（ａ）に示すように、熱媒体通路１１の両端に貫通穴Ａ3 が形成された偏平な第１パターン容器Ｒ1 ’を６つ放射状に備えるものであり、第２パターンリング円盤Ｒ2 は、貫通穴Ａ3 のない仕切用の偏平な第２パターン容器Ｒ2 ’を６つ放射状に備えるものであって、熱交換器８は、第１パターン容器Ｒ1 ’を備える第１パターンリング円盤Ｒ1 と、第２パターン容器Ｒ2 ’を備える第２パターンリング円盤Ｒ2 とを組み合わせて設けられたものである。
【００３１】
熱交換器８内に供給された熱媒体の流れを図６を参照して説明する。
回転側給排穴Ａ2 の供給側（図６の上方）から熱交換器８内に供給された熱媒体は、各熱媒体通路１１を連通させる熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 を介して熱交換器の軸方向（図６の下方向）に流れ、その熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 から各熱媒体通路１１に分配して供給される。
各熱媒体通路１１を通過した熱媒体は、各熱媒体通路１１を連通させる熱媒体排出用の貫通穴Ａ3 にて収集されるとともに、その熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 を介して熱交換器の軸方向（図６の下方向）に流れる。
そして、熱媒体供給用の貫通穴Ａ3 によって、図６の下方に流れた熱媒体は、回転側給排穴Ａ2 の排出側（図６の下方）から熱交換器８外に排出される。
つまり、熱交換器８内において、合金容器の積層方向に貫通して設けられた貫通穴Ａ3 によって熱媒体は軸方向へ流れるため、熱交換器８の内周に設けられる回転側給排穴Ａ2 の供給側と排出側とを軸方向にずらして配置することができる。
【００３２】
（熱交換ユニット２における上記以外の構成部品の説明）
図８に示す符号１５は、第１昇圧域β1 と第２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 で温度上昇した第１容器Ｓ1 からの伝熱により温度上昇した水を用いたもので、熱交換ユニット２の作動中、第１昇圧域β1 の昇圧水の温度は例えば５８℃程で、第２昇圧域α2 の昇圧水の温度は例えば５６℃程になる。
【００３３】
（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から加熱水が熱交換ユニット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。
【００３４】
（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 （出力ポンプに相当する）が設けられている。
【００３５】
（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Ｐ3 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。
【００３６】
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２８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。
【００３７】
（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 （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 、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（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。
【００３８】
（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９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 （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２４をONする。
【００３９】
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 が加熱域α1 →第１昇圧域β1 →第１放熱域γ1 の順で移動し、各第２容器Ｓ2 が第２昇圧域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 →不問域γ3 の順で移動する。
【００４０】
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（５６℃）に触れることにより、第２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。
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。
【００４１】
このように、第１容器Ｓ1 が加熱域α1 で加熱水に触れ、第２容器Ｓ2 が第２昇圧域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５６℃：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が水素を放出し（図９の▲１▼）、第３容器Ｓ3 の低温合金ＬＭが水素を吸蔵する（図９の▲２▼）。なお、第２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を通過すると、その後第１冷熱出力部βへ移動する。
【００４２】
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が水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。
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。
【００４３】
このように、第１容器Ｓ1 が第１昇圧域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β3 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が水素を放出し（図９の▲３▼）、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を吸蔵する（図９の▲４▼）。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を通過すると、その後第２冷熱出力部γへ移動する。
【００４４】
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 が冷熱出力水に触れ、第３容器Ｓ3 が不問水に触れる。
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が水素を吸蔵し、第２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、第２容器Ｓ2 内で吸熱が生じ、第２容器Ｓ2 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は、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。
【００４５】
このように、第１容器Ｓ1 が第１放熱域γ1 で放熱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 内は不問状態となり、第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出し（図９の▲５▼）、第１容器Ｓ1 の高温合金ＨＭが水素を吸蔵する（図９の▲６▼）。第２容器Ｓ2 の中温合金ＭＭが水素を放出する際、吸熱作用により第２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、第３容器Ｓ3 の温度は無関係で、第３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を通過すると、その後水素駆動部αへ移動する。
【００４６】
なお、熱交換ユニット２の第３冷熱出力域β3 および第２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。
【００４７】
〔実施例の効果〕
熱交換器８は、水素吸蔵合金を収納する偏平な合金容器（第１〜第３容器Ｓ1 〜Ｓ3 ）を形成するリング円盤Ｒを多数積層し、積層された合金容器と合金容器との各間に形成した熱媒体通路１１に熱媒体を流す構成を採用するため、合金容器の積層数で熱交換器の能力を容易に変更できる。
このように、合金容器の積層数で熱交換器８の能力を容易に変更できるため、異なった冷房能力の冷房装置１を製造する際の熱交換器８の製造コストを抑えることができ、結果的に冷房装置１のコストを抑えることができる。
【００４８】
また、この実施例では、貫通穴Ａ3 が熱媒体通路１１の両端に設けられた第１パターン容器Ｒ1 ’を備える第１パターンリング円盤Ｒ1 と、貫通穴Ａ3 のない第２パターン容器Ｒ2 ’を備える第２パターンリング円盤Ｒ2 を組み合わせて積層することで、並列接続通路が形成された熱交換器８を容易に製造できる。
【００４９】
〔変形例〕
上記の実施例では、熱交換器８の内部に供給された熱媒体を各熱媒体通路１１に分配して供給する並列接続供給タイプを採用した例を示したが、図１０の（ａ）に示すように熱媒体を内周から外周（または逆）へ流す並列接続通路や、図１０の（ｂ）、（ｃ）に示すような直列接続通路や、図１０の（ｄ）に示すような並列接続通路と直列接続通路の混成通路を採用しても良い。
なお、図１０の（ｂ）に示すような直列接続通路は、図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、貫通穴Ａ3 が熱媒体通路１１の一端に設けられた第３パターン容器Ｒ3 ’を備える第３パターンリング円盤Ｒ3 と、貫通穴Ａ3 が熱媒体通路１１の他端に設けられた第４パターン容器Ｒ4 ’を備える第４パターンリング円盤Ｒ4 と、貫通穴Ａ3 のない第２パターン容器Ｒ2 ’を備える第２パターンリング円盤Ｒ2 を組み合わせて積層して設けることができる。
また、図１０の（ｄ）に示すような混成タイプは、図１２の（ａ）〜（ｄ）に示すように、貫通穴Ａ3 が熱媒体通路１１の一端に設けられた第３パターン容器Ｒ3 ’を備える第１パターンリング円盤Ｒ3 と、貫通穴Ａ3 が熱媒体通路１１の他端に設けられた第４パターン容器Ｒ4 ’を備える第４パターンリング円盤Ｒ4 と、貫通穴Ａ3 が熱媒体通路１１の両端に設けられた第１パターン容器Ｒ1 ’を備える第１パターンリング円盤Ｒ1 と、貫通穴Ａ3 のない第２パターン容器Ｒ2 ’を備える第２パターンリング円盤Ｒ2 を組み合わせて積層して設けることができる。
【００５０】
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。
上記の実施例では、一対のプレート１２、１３を接合したリング円盤Ｒ内に複数の合金容器を構成した例を示したが、図１３に示すように一対のプレートで１つの合金容器を構成するように設けても良い。つまり、一対のプレートで１つの合金容器を構成し、それらを周方向に組合わせてリング円盤状に構成し、そのリング円盤状の複数の合金容器を軸方向に積層して円筒形状の熱交換器８を構成しても良い。
また、上記実施例は、熱交換器の外周囲を円形として円筒形状の熱交換器としたが、例えば外周囲を六角形として六角栓形状の熱交換器とし、中心側に回転側給排穴が形成される円筒穴を設けるようにしても良い。
【００５１】
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（分配器９）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、各合金容器に触れる熱媒体の切替も熱交換ユニットが成り立つようにしても良い。
【００５２】
上記の実施例では、昇圧用の熱媒体として、加熱域α1 で温度上昇した第１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、熱交換ユニット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、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、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つの分配器９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。
【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】熱交換器の断面図である（実施例）。
【図２】リング円盤の平面図である（実施例）。
【図３】合金収容室および熱媒体通路の説明図である（実施例）。
【図４】分配器による熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図５】リング円盤の平面図である（実施例）。
【図６】熱交換器内における熱媒体の流れを示す説明図である（実施例）。
【図７】熱交換ユニットの作動説明図である（実施例）。
【図８】冷房装置の概略構成図である（実施例）。
【図９】ＰＴ冷凍サイクル線図である（実施例）。
【図１０】熱交換器内における熱媒体の流れを示す説明図である（変形例）。
【図１１】リング円盤の平面図である（変形例）。
【図１２】リング円盤の平面図である（変形例）。
【図１３】リング円盤の平面図である（変形例）。
【符号の説明】
Ａ3   貫通穴
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）
Ｒ1 ’第１パターン容器
Ｒ2 ’第２パターン容器
Ｒ3 ’第３パターン容器
Ｒ4 ’第４パターン容器
Ｓ1   第１容器（合金容器）
Ｓ2   第２容器（合金容器）
Ｓ3   第３容器（合金容器）
８    熱交換器
１１    熱媒体通路
【図１】
0003911357.tif 000002
【図２】
0003911357.tif 000003
【図３】
0003911357.tif 000004
【図４】
0003911357.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003911357.tif 000007
【図７】
0003911357.tif 000008
【図８】
0003911357.tif 000009
【図９】
0003911357.tif 000010
【図１０】
0003911357.tif 000011
【図１１】
0003911357.tif 000012
【図１２】
0003911357.tif 000013
【図１３】
0003911357.tif 000014