JPS6181292A - 浮力発生装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水素吸蔵合金を利用する浮力発生装置に関し、
詳細には上記合金収納部と体積可変室の間で水素を可逆
的に往復させることによって体積可変室の体積を変更し
発生浮力の調節を行なえる様に工夫した浮力発生装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

水素吸蔵合金は、水素の可逆的放出・吸蔵サイクルの応
用分野が拡大するにつれて益々注目を集める様になって
おシ、これを受けて水素吸蔵合金自体についても更に有
力なものが開発されつつある。そして有望な水素吸蔵合
金の実現は、上記可逆的放出・吸蔵サイクルの応用分野
を一層拡大していく方向に資するものであると期待され
ている。

水素吸蔵合金を加熱したときに放出される水素ガスを圧
力として利用するという考え方は公知である。しかしこ
の様な応用例としては、例えばタービンを回したシ、ピ
ストンを動かしたシするという風に、熱媒の有する熱エ
ネルギーを機械エネルギーに変換し有効な仕事を行なわ
せるととに限られていた様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

水素ガスの比重は空気や水に比べて小さいものであるか
ら、例えば気球内に充填して浮力を発生させるという利
用形態が知られている。しかしこの場合は注入用水素ガ
スを高圧容器内に圧縮充填しておき、浮力を発生させた
いときには高圧容器内の水素ガスを非可逆的に気球内へ
注入するという方式にならざるを得なかった。従って浮
力の軽減を図ろうとすれば気球内の水素ガスを大気中へ
放出するという手段を採用する他なかった。即ち従来の
気球型浮力発生装置では、水素ガスを常に消費の方向へ
使うものであって不経済であると共に、水素ガスの消失
に伴なって浮力発生の機能を失なうという欠点があシ、
又更に周囲の環境によっては水素の放出が危険であった
シ、時には技術的に不可能な場合すらある。

本発明は上記の如き事情を考慮してなされたものであっ
て、水素ガスを系外に放出するという経済的表無駄或は
危険を伴なわずに、且つ長期間に亘って浮力の発生成は
調節を行なうことが可能である様な浮力発生装置の提供
を目的とするものである。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明の浮力発生装置とは、体積可変室に水素ガス導入
排出用配管を接続すると共に、該配管の端末を水素吸蔵
合金の収納された熱交換装置に接続した点に要旨を有す
るものである。

〔作用〕

本発明では体積可変室と水素吸蔵合金収納室（熱交換装
置）を水素ガス導入排出用配管で接続しているので、水
素ガスは体積可変室と水素吸蔵合金収納室の間？往復す
ることができる。従って水素吸蔵合金収納室に熱媒を与
えてこれを加熱すれば水素吸蔵合金から水素ガスが解離
され、これが体積可変室に入ってとの部屋の体積を増大
し周囲の液体や気体を排除して浮力を発生する。一方水
素吸蔵合金収納室を冷却すれば、上記配管を介して連通
されている体積可変室内の水素ガスが水素吸蔵合金に吸
収されるので、体積可変室の体積が減少し浮力が減少し
更にはなくなってしまう。

第１図は代表的な水素吸蔵合金に関するＰ−Ｔ線図であ
って、横軸の左側へ行くにつれて（高温側へ移行するに
つれて）解離圧が高くなっていくことを示している。代
表的合金としてＬａＮｉ１を取上げて説明すると、Ｈ２
との間には次式で示す様な平衡関係が存在する。

ＬａＮｉ５＋３Ｈ２＃ＬａＮｆＩＩＨｅ　　−（。

ＬａＮｉ、１の分子量は４３２．５であるから、今仮に
１ｋｇのＬａＮｉ、を用いて（１）式の右方向へ反応を
進行せしめておき、ここでＬａＮｉ、、Ｈ６を加熱して
（１）式の平衡全左方向へ移動させたとすると、解な可
能な水素ガス量は、理論的に次の様に計算される。

４３２．５ 従って体積が零である体積可変室を、比重が１であって
０℃の水面近傍（水圧を無視し得る状態）に置き、該可
変室内へ１５５．４Ｎノの水素ガスを供給すれば１５５
．４ｋｇｆの浮力が発生することになる。尚Ｌ　ａ　Ｎ
　ｉ　ＨのＰ−Ｔ線図（第１図）から見ると、大気圧（
１ｋｇ／ｃ♂）に打ち勝ってＨ２をガス化する為には１
３℃以上の熱媒を与えればよいことになる。どの様な合
金を使用するかについては、使用環境温度を参酌しつつ
第１図のグラフを読んで最適のものを選択すればよい。

尚第１図の合金の表示中、Ｍｍはミツシュメタルを表ワ
ス。

尚現在開発されている水素吸蔵合金の水素吸蔵量はＭｇ
系を除いて２重量％止まルであル、合金１ｋｇ当たシ約
２０ｇまでの水素が吸蔵されている。

この量は１０モルの水素（２０÷２＝１０　）に相当し
体積的には２２４Ｎｌ！（０℃、１気圧）の水素を解離
し得ることになる。従って合金１ｋｇを使用すれば０℃
、１気圧の下で（水面近くで）２２４ｋｇｆの浮力を得
ることができ、装置の自重が仮に１００ｋｇであるとす
れば、１２４ｋｇｆの浮力が発生することになる。但し
水面から１０ｍ深くなると圧力が１　ｋｇ　／ｃ♂上昇
するので、例えば水深６００ｍの海面下であれば６０　
ｋｇ／ｃ♂の圧力が作用することになｈ、Ｈｚガスが０
℃とすれば上記浮力は、　　　１ 海面直下に比へて約韮となるから、本発明の現実的適用
に自たっては、これらの条件を考慮した上で合金の種類
や使用量を決定することが望まれる。

〔実施例〕

第２図は本発明装置の作動説明図である。体積可変室１
をシリンダ型とし、水素吸蔵合金の収納された熱交換装
置２（以下単に熱交換装置２という）との間には水素ガ
ス導入排出配管（以下単に配管とい５）３が設けられる
。げ）は熱交換装置２に温水を通して水素吸蔵合金を加
熱している状態を示し、熱交換装置２から解離された水
素ガスが体積可変室１に入り、その解離圧が環境圧を超
えるときはピストン４を押上げて体積が膨張する。

従って浮力が発生する。一方（ロ）は熱交換装置２に冷
却水を通して水素吸蔵合金を冷却している状態を示し体
積可変室１内の水素ガスが配管３を経由して熱交換装置
２に至）、合金に吸蔵される。従ってピストン４は外圧
に服して降下し、体積可変室１の体積が減少して浮力を
失゛なうに至る。体積可変室ｌはダイヤフラム型やベロ
ーズ型にもできる。

第３図は潜水艇や潜水艦における浮力発生装置であって
、潜水艇６が海中へ降下するときは、モータ（或はエン
ジン）５の排熱を系外に放出しておき、浮上したいとき
は図のパルプ８を開いて排熱を熱交換装置２に供給する
。即ち降下時は水素を熱交換装置２内に吸蔵させておく
のでピストン４は降下しておシ浮力は発生しないが、浮
上するときは熱交換装置２内の水素が解離されてピスト
ン４が上昇するので浮力が発生し、浮上を助ける。

第４，５図は本発明装置を利用して潜水艇６の制御姿勢
を行なう場合の説明図であシ、まず第４図では潜水艇６
の前後に体積可変室１ａ、ｌｂを設けている。そして熱
交換装置２との間に夫々独立した配管３ａ、３ｂを設け
、各配管３ａ、３ｂニハル７’８ａ、８ｂを介設してい
る。従ってパルプ８を開放して熱交換装置２に排熱を供
給し、水素ガスを解離させるに当たシ、パルプ８ａを開
（バルブ８ｂを閉）にすると、解離された水素ガスは配
管３ａを通して体積可変室１ａに入るから、潜水艇６は
頭部側を持上げるととＫなる。逆にバルブ８ａを閉（バ
ルブ８ｂを開）にすると、水素ガスは体積可変室１ｂに
入シ、潜水艇６は尾部側を持上げることになる。又第５
図は正面図で潜水艇６の左右に体積可変室１ｃｙｌｄを
設は夫々に配管３ｃ、３ｄ及びパルプ８ｃ、８ｄを配設
したものであるから、第４図のものに準じてバルブ操作
を行なえば、潜水艇６の左右への傾動姿勢制御を行なう
ことができる。

第６図は深海艇９による重量物１２の運搬操業例を示す
説明図で、（イ）はハンド部１０によって重量物１２を
把持しようとする状態であるから、浮力が発生しない様
にバルブ８を閉としている。（ロ）は重量物１２の積載
が完了して浮上する状態であるからパルプ８を開とし、
体積可変室１に水素ガスを送って体積を大きく浮力を発
生させている。

尚１１はパケットを示す。

第７図は本発明装置を液体の感温センサーとして利用す
る場合の説明図で、げ）がスイッチＯＮの状態、（０）
がスイッチＯＦＦの状態を示す。即ちピ）ではスイッチ
１５がＯＮであるから電源１３からの電流がヒータ１４
に流れている。しかしこの段階では槽１６内の水温がま
だ十分暖まっていない為、熱交換装置２内には水素ガス
が吸蔵された状態に１）、従ってベローズ型の体積可変
室１内には十分な量の水素ガスが入っている訳ではなく
、これらの自重に打勝ち得るほどの浮力は発生しておら
ない。やがて槽１６内の水温が上昇してくると、熱交換
装置２から水素ガスが解離されはじめ、体積可変室１に
入って体積を膨張させていく。その結果浮力が発生した
体積可変室１は、ガイド１７に沿って上昇し、その頭部
でスイッチ１５を持上げスイッチＯＦＦとする。こうし
て通電が停止されると槽１６内の水温が再び低下をはじ
め、体積可変室１は水素を失なって収縮し、浮力を失な
って降下することによ）０）の状態に戻ると共に再びス
イッチをＯＮとするので、以下（−ｒ）と（ロ）の間を
往復する。従って第１図に示したＰ−７曲線から適当な
合金を選択すれば、夫々の解離温度についての精密な感
温センサーとなる。

〔発明の効果〕

本発明は上記の如く構成されているので、合金室の温度
を制御することによって水素の解離を調節し、解離され
た水素ガスによる体積膨張の度合いに応じた浮力を得る
ことができる。従って水素ガスを系外に放出するという
無駄や危険を伴わずに、長期に亘って且つ多数回に亘っ
て浮力発生・浮力消失を繰返すことができる様になった
。又単に熱媒の利用のみで浮力の発生を調節できるので
機構的にも簡単であって作動上のトラブルも少なく、極
めて安全・安定・安価な浮力発生装置が提供されること
となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種水素吸蔵合金のＰ−Ｔ線図、第２図は本発
明装置の原理説明図、第３〜７図は本発明装置の応用例
を示す説明図である。 １・・・体積可変室　　　２・・・熱交換装置３・・・
配管　　　　　　４・・・ピストン６・・・潜水艇　　
　　　８・・・バルブ９・・・深海艇　　　　　１４・
・・ヒータ第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 体積可変室に水素ガス導入排出用配管を接続すると共に
   、該水素ガス導入排出用配管の端末を水素吸蔵合金の収
   納された熱交換装置に接続してなることを特徴とする浮
   力発生装置。