JPH0771838A - 金属水素化物を用いた冷熱発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被冷却物を急速冷却する。 【構成】 一対の金属容器１、２は、冷熱取り出し部３
ａ，４ａを外側に有する熱交換器３，４と共に、平衡水
素圧力特性の高い金属水素化物ＭＨ２を充填している。
金属容器７は高温付与手段１０と熱交換器１１と共に、
平衡水素圧力特性の低い金属水素化物を充填している。
移動機構６は被冷却物を冷却するとき、被冷却物がそれ
ぞれ冷熱取り出し部とが接触するように被冷却空間の間
隔を自在に変更する。連絡水素配管５は金属容器１、２
の間を接続し、かつ、移動機構６による前記間隔に変更
に対応可能として配設されている。水素配管９は金属容
器２と金属容器７とを水素バルブ８を介して接続して配
設されている。冷熱発生時には、金属容器１、２の各熱
交換器３、４との間をポンプを介して接続する一方、金
属容器７の熱交換器１１と空気式熱交換器１５とをポン
プ１８を介して接続するように切替弁１２ａ，１２ｂを
切替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属水素化物を利用し
た冷熱発生装置に係り、特に、急速冷凍等に最適な金属
水素化物を用いた冷熱発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある種の金属や合金が水素を吸蔵して金
属水素化物を形成することが知られており、この金属水
素化物を放出するときの吸熱反応を利用した冷熱発生装
置が、種々提案されている。

【０００３】例えば、特公昭５８ー１９９５６号公報に
は、水素平衡圧力の異なる２種類の金属水素化物をそれ
ぞれ内蔵する２個の金属容器と、前記金属容器に設けた
熱交換器と、前記金属容器を自動弁を介して連結する手
段とを具備し、前記金属容器から太陽熱あるいは各種廃
熱を用いて水素ガスを放出させ、水素平衡圧力の高い金
属水素化物側で冷房機能を発揮させる金属水素化物を用
いた冷房装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た冷熱発生装置では、金属容器に内蔵される熱交換器と
冷熱取り出し用の熱交換器が別に設けられており、被冷
熱体の急速な冷凍が困難である。

【０００５】すなわち、上記した熱交換器兼用型の金属
水素化物容器は、空気等の冷却媒体を介して負荷を冷却
するため、急速な冷凍効果を得ることが困難であり、そ
の一方で、冷凍発生用の金属容器へ水素を戻す際に、冷
却水等を用いて発生熱を除去するために、その冷却媒体
を供給するための設備を要し、装置全体が大型となって
いた。

【０００６】従って、従来の金属水素化物を用いた冷熱
発生装置は、急速に冷却し、かつ、コンパクトな冷熱発
生装置として用いるには不向きであった。

【０００７】そこで、本発明は、急速に被冷却物を冷却
し、かつ、コンパクトな冷熱発生装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被冷却物を冷
却するための冷熱取り出し部を外側に有する熱交換器と
共に、平衡水素圧力特性の高い金属水素化物を充填し、
互いに前記冷熱取り出し部が対向することにより被冷却
物を冷却する被冷却空間を形成するように配置される一
対の高圧側金属容器と、高温付与手段を熱交換器と共
に、平衡水素圧力特性の低い金属水素化物を充填した低
圧側金属容器と、冷却時に、前記被冷却物が前記それぞ
れ冷熱取り出し部と接触するように前記高圧側金属容器
の前記被冷却空間の間隔を自在に変更する移動機構と、
前記一対の高圧側金属容器の間を接続し、かつ、前記移
動機構による前記間隔に変更に対応可能として配設され
る第１水素配管と、前記低圧側金属容器から水素バルブ
を介して前記第１水素配管に接続される第２水素配管
と、前記一対の高圧側金属容器の熱交換器あるいは前記
低圧側金属容器の熱交換器のいずれかと熱媒配管および
ポンプを介して適宜接続される熱放出用熱交換器と、前
記熱媒配管上に適宜配置されて、冷却時には、前記一対
の高圧側金属容器のそれぞれの熱交換器相互間で循環流
路を形成するように切替えると共に、前記低圧側金属容
器の熱交換器と前記熱放出用熱交換器とを接続するよう
に切替える一方、再生時には、前記一対の高圧側金属容
器の熱交換器と前記熱放出用熱交換器とを接続するよう
に切替える切替弁とを設けるようにしたものである。

【０００９】

【作用】上記構成により、冷熱発生過程では、高圧側金
属容器の冷熱取り出し部と被冷却物との接触による熱伝
導の熱交換を行わせて被冷却物を冷却すると共に、低圧
側金属容器では、熱媒体を介して放熱用熱交換器により
空気との熱交換を行わせる。再生過程では、低圧側金属
容器内に設置された高温付与手段により、金属容器内の
金属水素化物を加熱すると共に、高圧側金属容器内で発
生する吸蔵熱が熱媒体を介して放熱用熱交換器により空
気との熱交換を行わせる。従って、被冷却物を急速に冷
却し、かつ、コンパクトな冷熱発生装置とすることがで
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例を示す金属水素
化物を用いた冷熱発生装置の構成図である。図におい
て、一対の金属容器１と金属容器２とは、対向するよう
に配置され、それぞれに金属水素化物ＭＨ２を充填する
と共に、熱交換器３と熱交換器４を設けている。この熱
交換器３と熱交換器４は、金属容器１と金属容器２と対
向する外側に後述する被冷却物と接触する冷熱取り出し
部３ａと冷熱取り出し部４ａとを金属容器１または金属
容器２の外側に有し、それぞれの冷熱取り出し部３ａ，
３ｂと連通して対応する金属容器１，２の内側に設けら
れる熱交換配管３ｂ，４ｂが蛇行するように配設されて
いる。

【００１２】金属容器１と金属容器２は、後述するフレ
キシブルな連絡水素配管５によって連通すると共に、後
述する移動機構６によって図示上下方向に冷熱取り出し
部３ａと冷熱取り出し部４ａの間の被冷却空間２１の変
更ができるように間隔が移動可能とする構成となってい
る。

【００１３】金属容器７は、水素バルブ８を介して水素
配管９によって金属容器２と連通する一方、金属水素化
物ＭＨ１を充填し、さらに、ヒータからなる高温付与手
段１０と熱交換器１１とを内蔵している。

【００１４】熱交換器３の冷熱取り出し部３ａと熱交換
器４の冷熱取り出し部４ａとは、熱媒配管１２ａによっ
て連絡し、熱交換配管３ｂは、熱媒配管１２ａによって
流路切替弁１４ａに接続されている。金属容器２の熱交
換配管４ｂは、ポンプ１３を介して流路切替弁１４ａに
接続している。また、金属容器７の熱交換器１１は熱媒
配管１２ｂによって流路切替弁１４ｂに接続している。

【００１５】空気式熱交換器１５は、放熱するためのフ
ァン１６と熱交換配管１７とを設けて熱交換配管１７の
一方が流路切替弁１４ａに接続すると共に、他方がポン
プ１８を介して流路切替弁１４ｂに接続している。

【００１６】図２は、図１の図示鎖線矢印方向から見た
一例を示す概略側面構造図である。熱交換器３，４の冷
熱取り出し部３ａ，４ａは、内部に熱媒体を収納する中
空状で、ほぼ、金属容器１，２の外側と同じ長方形の薄
い板状の熱伝導率の良い、例えば、銅等からなり、外側
は、被冷却体と接触して冷熱を伝達するようになってい
る。そして、冷熱取り出し部３ａ，４ａと連通する熱交
換配管３ｂ，４ｂは、それぞれ金属容器１，２の金属水
素化物ＭＨ２内と熱交換するため気密に配置されてい
る。

【００１７】連絡水素配管５は、耐圧、耐熱性に優れた
取付金具を金属容器１，２に取付け、折曲自在とするホ
ースによって形成され、例えば、ＳＷＡＧＥＬＯＫ Ｃ
ａｎａｄａ ＬｔｄのＳｗａｇｅｌｏｋ（商標）のフレ
キシブルメタルホースチューブコネクタを用いている。

【００１８】移動機構６は、モータ６ａに連動する歯車
６ｂと歯車６ｂの回転と噛み合い上下方向の移動に変換
する平歯車６ｃ，６ｄとからなり、一方の平歯車６ｃが
金属容器１に取付けられ、他方の平歯車６ｄが金属容器
２に取付けられ、さらに、金属容器１と金属容器２との
対抗する側の四隅に案内部２０が設けられている。

【００１９】案内部２０は、金属容器２側に図示鎖線で
示す案内穴２０ａを有する支持部２０ｂを有し、この案
内穴２０ａに挿入して摺動自在とする案内棒２０ｃが金
属容器１側に取付けられ、移動機構６の上下方向の移動
によって被冷却空間２１の間隔を円滑に変更できるよう
になっている。

【００２０】ここで、金属水素化物ＭＨ１と金属水素化
物ＭＨ２とは、それぞれ図３に示す如くの温度−平衡特
性を有し、金属容器１，２に充填されるＭＨ２（図示
Ｉ）は金属容器７に充填されるＭＨ１（図示ＩＩ）より
同じ温度で平衡圧力の高い特性をもっている。なお、被
冷却物としては、例えば、シリコン等に袋詰めされた冷
凍保存用血液、蓄冷材等に適用することができる。

【００２１】まず、被冷却物１９を冷却させるときにつ
いて図４を参照して説明すると、初期状態として金属容
器１，２の金属水素化物ＭＨ２が水素吸蔵状態、つま
り、図３に示すＡの状態とし、金属容器７の金属水素化
物ＭＨ１が水素放出状態、つまり、図３に示すＢの状態
とする。

【００２２】このときに、図示矢印のように被冷却物１
９を被冷却空間２１へ挿入すると共に、モータからなる
移動機構６によって金属容器１を金属容器２の方向へ
（図示鎖線）移動させて冷熱取り出し部３ａと冷熱取り
出し部４ａによって被冷却物１９を挟持するようにす
る。これによって被冷却物１９の一方冷熱取り出し部３
ａに接触し、被冷却物１９の他方が冷熱取り出し部４ａ
と接触する。

【００２３】また、熱交換器３と熱交換器４とが熱媒配
管１２ａとポンプ１３を介して閉流路が形成されるよう
に流路切替弁１４ａを切替える。さらに、流路切替弁１
４ｂが熱媒配管１２ｂとこの熱媒配管１２ｂ上のポンプ
１８を介して空気式熱交換器１５の熱交換配管１７に接
続され循環流路が形成されるように切り替える。

【００２４】この初期状態のとき、水素バルブ８を開
き、ポンプ１３とポンプ１８を動作させる。これによっ
て、金属容器１，２内の金属水素化物ＭＨ２の水素が放
出され、金属容器１の放出水素は、連絡水素配管５を介
して金属容器２の放出水素と合流し、水素配管９から金
属容器７内の金属水素化物ＭＨ１へ吸蔵される。

【００２５】金属容器１，２内では、金属水素化物ＭＨ
２の水素放出による吸熱反応により冷熱が発生し、この
冷熱が熱交換器３と熱交換器４とそれぞれ熱交換され、
冷却された熱媒体が熱媒配管１２ａと熱媒配管１２ａ上
のポンプ１３の動作によって閉流路を循環する。次第
に、冷熱取り出し部３ａ，４ａの温度が低下し、冷熱取
り出し部３ａ，４ａから被冷却物１９を熱伝導によって
冷却がされる。この結果、冷熱取り出し部３ａと冷熱取
り出し部４ａに接触する被冷却物１９が急速に冷却され
る。

【００２６】一方、金属容器７では、金属水素化物ＭＨ
１が水素を吸蔵して吸蔵熱を発生する。この熱は、熱交
換器１１の熱媒体と熱交換され、熱媒配管１２ｂと熱媒
配管１２ｂ上のポンプポンプ１８によって空気式熱交換
器１５の熱交換配管１７からファン１６によって放熱さ
れる。

【００２７】上記冷熱工程が終了すると、移動機構６に
よって被冷却被冷却空間２１の間隔が広げられ、冷却さ
れた被冷却物１９が取り出され、ポンプ１３，１８等
は、停止される。取り出された被冷却物１９は、目的に
応じて利用される。

【００２８】次に、再生工程について図５を参照して説
明する。

【００２９】まず、熱交換器１１が閉流路を形成するよ
うに流路切替弁１４ｂが切替えられ、熱交換器３と熱交
換器４と、空気式熱交換器１５の熱交換配管１７とが熱
媒配管１２ａと熱媒配管１２ａ上のポンプ１３により循
環流路が形成されるように流路切替弁１４ａ，１４ｂが
切替えられる。

【００３０】続いて、高温付与手段１０によって金属容
器７の金属水素化物ＭＨ１が加熱されると、水素バルブ
８が開かれ、ポンプ１３とポンプ１８が動作される。こ
れによって、金属容器７の金属水素化物ＭＨ１が高温高
圧となり、図３に示す図示Ｃの状態となり、水素が水素
バルブ８を介して図示Ｄ方向、つまり、金属容器１，２
へ移動して金属水素化物ＭＨ２に吸蔵される。

【００３１】このとき、金属容器１，２の金属水素化物
ＭＨ２では、吸蔵熱が発生するが、この熱は熱交換器３
と熱交換器４から熱媒配管１２ａを介して空気式熱交換
器１５の熱交換配管１７を経て外部へ放熱される。

【００３２】この再生工程が終了すると、次の被冷却物
１９を冷却するための初期状態に戻る。

【００３３】このように、冷熱発生過程では、金属容器
１，２の冷熱取り出し部３ａと冷熱取り出し部４ａと被
冷却物１９との接触による熱伝導の熱交換を行わせて被
冷却物１９を冷却すると共に、吸熱側の金属容器７では
熱媒体を介して空気式熱交換器１５により空気との熱交
換を行わせる。

【００３４】再生過程では、金属容器７内に設置された
高温付与手段１０により、金属容器７内の金属水素化物
ＭＨ１を加熱すると共に、熱媒体を介して空気式熱交換
器１５により金属容器１，２と空気との熱交換を行わせ
る。従って、被冷却物１９の冷凍、発熱側合金の放熱お
よび再生時の合金加熱を効率よく行うことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
熱発生過程では、高圧側金属容器の冷熱取り出し部と被
冷却物との接触による熱伝導の熱交換を行わせて被冷却
物を冷却するようにしたために被冷却物を急速に冷却で
き、かつ、コンパクトで効率の高い冷熱発生装置とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す金属水素化物を用いた
冷熱発生装置の構成図。

【図２】図１の金属水素化物を用いた冷熱発生装置の要
部を示す説明図。

【図３】図１の金属水素化物を用いた冷熱発生装置の水
素圧力−温度平衡特性図。

【図４】図１の金属水素化物を用いた冷熱発生装置の冷
熱工程を示す説明図。

【図５】図１の金属水素化物を用いた冷熱発生装置の再
生工程を示す説明図。

【符号の説明】

１，２ 金属容器 ３，４ 熱交換器 ３ａ，４ａ 冷熱取り出し部 ５ 連絡水素配管 ６ 移動機構 ７ 金属容器 ８ 水素バルブ ９ 水素配管 １０ 高温付与手段 １１ 熱交換器 １３ ポンプ １４ａ，１４ｂ 流路切替弁 １５ 空気式熱交換器 １６ ファン １７ 熱交換配管 １８ ポンプ １９ 被冷却物 ２０ 案内部 ２１ 被冷却空間 ＭＨ１，ＭＨ２ 金属水素化物

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被冷却物を冷
却するための冷熱取り出し部を外側に有する熱交換器と
共に、金属水素化物を充填し、互いに前記冷熱取り出し
部が対向することにより被冷却物を冷却する被冷却空間
を形成するように配置される一対の高圧側金属容器と、
高温付与手段を熱交換器と共に、前記一対の高圧側金属
容器に充填された金属水素化物より平衡水素圧力特性の
低い金属水素化物を充填した低圧側金属容器と、冷却時
に、前記被冷却物が前記それぞれ冷熱取り出し部と接触
するように前記高圧側金属容器の前記被冷却空間の間隔
を自在に変更する移動機構と、前記一対の高圧側金属容
器の間を接続し、かつ、前記移動機構による前記間隔に
変更に対応可能として配設される第１水素配管と、前記
低圧側金属容器から水素バルブを介して前記高圧側金属
容器に接続される第２水素配管と、前記一対の高圧側金
属容器の熱交換器あるいは前記低圧側金属容器の熱交換
器のいずれかと熱媒配管およびポンプを介して適宜接続
される熱放出用熱交換器と、前記熱媒配管上に適宜配置
されて、冷却時には、前記一対の高圧側金属容器のそれ
ぞれの熱交換器相互間で循環流路を形成するように切替
えると共に、前記低圧側金属容器の熱交換器と前記熱放
出用熱交換器とを接続するように切替える一方、再生時
には、前記一対の高圧側金属容器の熱交換器と前記熱放
出用熱交換器とを接続するように切替える切替弁とを設
けるようにしたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】上記冷熱工程が終了すると、移動機構６に
よって被冷却空間２１の間隔が広げられ、冷却された被
冷却物１９が取り出され、ポンプ１３，１８等は、停止
される。取り出された被冷却物１９は、目的に応じて利
用される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被冷却物を冷却するための冷熱取り出し
   部を外側に有する熱交換器と共に、平衡水素圧力特性の
   高い金属水素化物を充填し、互いに前記冷熱取り出し部
   が対向することにより被冷却物を冷却する被冷却空間を
   形成するように配置される一対の高圧側金属容器と、 高温付与手段を熱交換器と共に、平衡水素圧力特性の低
   い金属水素化物を充填した低圧側金属容器と、 冷却時に、前記被冷却物が前記それぞれ冷熱取り出し部
   と接触するように前記高圧側金属容器の前記被冷却空間
   の間隔を自在に変更する移動機構と、 前記一対の高圧側金属容器の間を接続し、かつ、前記移
   動機構による前記間隔に変更に対応可能として配設され
   る第１水素配管と、 前記低圧側金属容器から水素バルブを介して前記第１水
   素配管に接続される第２水素配管と、 前記一対の高圧側金属容器の熱交換器あるいは前記低圧
   側金属容器の熱交換器のいずれかと熱媒配管およびポン
   プを介して適宜接続される熱放出用熱交換器と、 前記熱媒配管上に適宜配置されて、冷却時には、前記一
   対の高圧側金属容器のそれぞれの熱交換器相互間で循環
   流路を形成するように切替えると共に、前記低圧側金属
   容器の熱交換器と前記熱放出用熱交換器とを接続するよ
   うに切替える一方、再生時には、前記一対の高圧側金属
   容器の熱交換器と前記熱放出用熱交換器とを接続するよ
   うに切替える切替弁とを備えたことを特徴とする金属水
   素化物を用いた冷熱発生装置。