JPH03267662A - 金属水素化物を利用した熱駆動型冷熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は金属水素化物を利用した熱駆動型冷熱装置に関
する。

（ロ）従来の技術 金属水素化物を高圧水素雰囲気下に置くことにより発熱
的に水素を吸蔵し、金属水素化物を低圧雰囲気下に置く
ことにより吸熱的に水素を放出する特性を利用して、絞
り膨張等により極低温を発生するシステムが例えば特公
昭４７−３７０９０号公報に提案されている。

ある種の金属や合金が発熱的に水素を吸蔵して金属水素
化物を形成し、また、この金属水素化物が可逆的に水素
を放出することが知られている。

（金属水素化物は脱水素化すると金属となるが、この場
合も含めて、金属水素化物ということにする。） 近年この金属水素化物の特性を利用して冷熱や温熱を得
るためのシステムが、例えば特公昭６３−４１１１号に
提案されている。

（ハ）発明が解決しようとする課組 しかしながら、こうした従来の方式では加熱に費やすエ
ネルギーのほとんどは冷却器により外部に放出されるの
で冷凍機としての効率が極めて悪いものであった。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明はこのような点に鑑みて為されたものであって、
平衡水素圧力が低い第２の金属水素化物を用い、この第
２の金属水素化物を加熱するとともに、それによって発
生した水素を第１の金属水素化物に吸蔵させた後、前記
第１の金属水素化物からの水素の放出により冷熱を取り
出す熱駆動型冷熱装置において、前記第１の金属水素化
物からの水素の放出時に冷熱を取り出す第１の冷熱取り
出し手段と、前記第２の金属水素化物から発生された水
素を断熱膨張させる膨張手段と、この膨張手段から冷熱
を取り出す第２の冷熱取り出し手段と、を有している。

（ホ）作用 水素放出時と膨張時の両方において冷熱を取り出してい
るので、無駄なく冷熱の取り出しが行える。

（へ）実施例 第１図は本発明冷熱装置の一実施例を示すブロック図で
あり、１，２はこのシステムの作動温度範囲において水
素平衡圧力が大きいＬ　ａ　Ｎ！　Ｈ系の金属水素化物
Ｍ　Ｈ＋を収納した容器、３，４はこのシステムの作動
温度範囲において水素平衡圧力が小さいＮｉｍＮｉ、系
の金属水素化物Ｍ　ＨＩを収納した容器である。これら
の容！１．２，３゜４には、３方弁５ａ、５ｂ＋　　５
ｃ、５ｄ、５ｅ。

５ｆ、５ｇ、５ｈ及び管体６ａ、　　６ｂ、　　６ｃ、
　　６ｄにより構成される切替手段７，８を介して加熱
部９と放熱部１０とに交互に接続され、さらには放熱部
１０と冷却負荷１１とが交互に接続される。また、前記
加熱部９はボイラ等からなり、オイル等からなる熱媒体
を加熱して前記３方弁５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの切り換
えにより金属水素化物収納容器１または２に熱交換的に
送り込む。

それとは逆に放熱部１０は金属水素化物収納容器１．２
に熱交換的に接続される。さらに、３方弁Ｄ　ｅ　＋　
　５ｆ　＋　　５ｇ　＋　　５ｈの切り換えにより金属
水素化物３，４と、放熱部１０、冷却負荷１１は熱交換
的に接続される。この時の熱媒体は例えばアルコール等
を使用すればよい。一方、前記収納容器１，２にはそれ
ぞれ逆止弁１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄが、収納
容器３，４には逆止弁１２ｅ、１２ｆ、及び１２ｇ、１
２ｈ、ｇが接続されている。この逆止弁１２ａ、１２ｃ
には水素導管１３が、逆止弁１２ｂ、１２ｆには水素導
管１４が、逆止弁１２ｄ、１２ｈには水素導管１５が、
逆止弁１２ｅ、１２ｇには水素導管１６が接続されてい
る。また、水素導管１３．１６間には、ＧＭサイクル冷
凍機、スターリング冷凍機等からなる断熱膨張を利用し
た冷凍機１７が接続されている。１８は前記水素導管１
３を冷却する熱交換機である。こうした装置において前
述の加熱部９及び切り換え手段７，８の３方弁５ａ〜５
　ｈは制御部９より一元的に制御される。

第２図に本発明熱駆動型冷却装置に使用されているＬａ
Ｎｉ、軽金属水素化物、ＭｍＮｉ、軽金属水素化物の温
度と圧力の特性図を示す。第１図及び同図をもちいて動
作を説明する。

最初、加熱部９をボイラにより加熱し、加熱された熱媒
オイルを収納容器１に熱交換的に取り込む。そして、こ
の容器１内の金属水素化物は加熱され第２図Ｓ　、Ａ状
態に示すように容器１内で水素は高温、高圧（２０ａｔ
ｍ）となる。これにより、逆止弁１２ａは開き、水素ガ
スは水素導管１３を通り熱交換機１８へ送られる。熱交
換機には冷却水が送り込まれており、この高温の水素ガ
スは冷却される。冷却により常温高圧となった水素ガス
は、冷凍機１７で断熱膨張され、−１５０度以下の極低
温となる。膨張冷凍により水素ガスは、低圧（１０ａｔ
ｍ以下）になり、水素導管１６及び逆止弁１２ｅを通り
、収納容器３の金属水素化物に発熱的に吸蔵される（Ｓ
Ｂ状態）。斯かるサイクルを第１サイクルとする。

一方、放熱器１０により常温に保持されている金属水素
化物Ｍ　Ｈ、の収納容器２内は常温低圧の状態にあり、
また、水素が吸蔵されている金属水素化物ＭＨ、の収納
容器４内は常温で高圧の状態になっている。このため、
収納容器４から収納容器２に逆止弁１２ｈ、水素導管１
５、逆止弁１２ｄを通って水素が流れ、収納容器４の金
属水素化物ＭＨ，から水素が吸熱的に発生する。この水
素は、収納容器２の金属水素化物ＭＨ，には発熱的に吸
蔵される。従って、制御部１９が３方弁５ｅ、５ｆ、５
ｇ、５ｈを切り換えることにより、冷却負荷１１と収納
容器４とを熱交換的に接続して、収納容器４の金属水素
化物ＭＨ，の吸熱現象によって発生する冷熱が冷却負荷
１１に供給される。この時、金属水素化物ＭＨ，を収納
した収納容器４内は状態ＳＣよりも高圧の状態ＳＤに保
持され、金属水素化物ＭＨ，を収納した容器２は状態Ｓ
Ｃに保持される。この現象は金属水素化物ＭＨ１からの
水素放出がほぼ終了するまで継続する。斯かる現象を第
２サイクルとする。

このようにして第１サイクルと第２サイクルとが行われ
、冷却負荷１１の冷却と冷凍機１８による極低温の発生
が同時になされる。

こうした現象が終了した後、切り換え手段７゜８により
、３方弁５ａ〜５ｈを切り換えて、容器１を放熱部】Ｏ
に、容器２を加熱部９に、容器３を冷却負荷１１に、容
器４を放熱部１０に熱交換的に接続し、前述と同様な第
１，２サイクルを繰り返すことで連続的に出熱が行われ
る。

（ト）発明の効果 以上述べた如く、本発明の金属水素化物を利用した熱駆
動型冷熱装置は、平衡水素圧力が高い第１の金属水素化
物と平衡水素圧力が低い第２の金属水素化物を用い、こ
の第２の金属水素化物を加熱するとともに、それによっ
て発生した水素を第１の金属水素化物に吸蔵させた後、
前記第１の金属水素化物からの水素の放出により冷熱を
取り出す熱駆動型冷熱装置において、前記第１の金属水
素化物からの水素の放出時に冷熱を取り出す第１の冷熱
取り出し手段と、前記第２の金属水素化物から発生され
た水素を断熱膨張させる膨張手段と、この膨張手段から
冷熱を取り出す第２の冷熱取り出し手段と、を有してい
るので、無駄なく冷熱の取り出しが行えて効率の向上が
図れるとともに、複数の目的に冷熱を利用でき利用範囲
の拡張が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属水素化物を利用した熱駆動型冷熱
装置ブロック図、第２図は本発明に使用される金属水素
化物のサイクル線図である。 １．２，３．４・・・金属水素化物容器、５ａ〜５ｈ・
・・３方弁、６・・・管体、７．８・・・切換手段、９
・・・加熱部、１０・・・放熱部、１１・・・冷却負荷
、１２ａ〜１２ｈ・・・逆止弁、１３−１６・・・水素
導管、１７・・・極低温冷凍機、１８・・・熱交換器、
１９・・・制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平衡水素圧力が高い第１の金属水素化物と平衡水
   素圧力が低い第２の金属水素化物を用い、この第２の金
   属水素化物を加熱するとともに、それによって発生した
   水素を第１の金属水素化物に吸蔵させた後、前記第１の
   金属水素化物からの水素の放出により冷熱を取り出す熱
   駆動型冷熱装置において、前記第１の金属水素化物から
   の水素の放出時に冷熱を取り出す第１の冷熱取り出し手
   段と、前記第２の金属水素化物から発生された水素を断
   熱膨張させる膨張手段と、この膨張手段から冷熱を取り
   出す第２の冷熱取り出し手段と、を有してなる金属水素
   化物を利用した熱駆動型冷熱装置。