JP2539696Y2 - 水素吸蔵合金を利用した冷暖房装置用の圧縮機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、水素吸蔵合金を利用し
た冷暖房装置用の圧縮機に係り、詳しくは水素の吸蔵及
び放出に伴う水素吸蔵合金の発熱作用及び吸熱作用を利
用した冷暖房装置に具備されて水素吸蔵合金への水素移
送を行う圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−１３０３６０号公報に開示さ
れているような水素吸蔵合金を用いた冷暖房装置におい
ては、例えば図３に示すような水素圧縮機が用いられて
いる。即ち、シリンダブロック３１とクランクルーム３
２との間にはディスタンスルーム３３が設けられ、シリ
ンダブロック３１内のピストン３４とクランクルーム３
２内のクランクシャフト３５とは、ピストンロッド３８
及びコネクティングロッド３９を介して連結されてい
る。ピストンロッド３８はディスタンスルーム３３の上
部隔壁３６及び下部隔壁３７を貫通し、上下両隔壁３
６，３７とピストンロッド３８との摺接部分にはロッド
パッキン４０，４１がそれぞれ装着されている。

【０００３】ディスタンスルーム３３には常時不活性ガ
ス（通常は窒素ガス）が流通されており、これによりロ
ッドパッキン４０の存在にもかかわらず、上部隔壁３６
とピストンロッド３８との間から漏洩する圧縮水素ガス
を遠く離れた屋外へパージし、水素ガスがクランクルー
ム３２を経由して圧縮機の設置された周辺環境へ洩れ出
すのを防止して安全を確保している。

【０００４】クランクルーム３２内には潤滑油として一
定量の鉱物油が貯溜されている。しかし、鉱物油は水素
吸蔵合金の水素吸着作用に悪影響を及ぼすことが知られ
ているため、鉱物油のミストが圧縮水素ガス中に混入し
ない工夫が必要となる。従来、前記ディスタンスルーム
３３内においてピストンロッド３８に油返し４２を取り
付け、これにより鉱物油がピストンロッド３８に沿って
シリンダブロック３１内へ侵入するのを阻止していた。
又、ディスタンスルーム３３に常時流通される不活性ガ
スは、鉱物油中の揮発性成分を漏洩水素ガスと共に屋外
へパージするため、圧縮水素ガス中への鉱物油ミストの
混入阻止にも役立っていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記従来の圧
縮機では、ディスタンスルーム構築のための一定のスペ
ースを必要とし、圧縮機本体の小型化及び構造の簡略化
が容易でなく、コストが高くなる。本考案の目的は、水
素吸蔵合金の水素吸着作用を低下させることなく、小型
化及び低コスト化を図ることができる圧縮機を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本考案は、ピストンによって水素ガスを吸入圧縮する
シリンダと、前記ピストンを往復動するクランクシャフ
トを収容するクランク室とをピストンを挟んで隣り合わ
せ、クランク室にはシリコーンオイルを貯溜することに
より、圧縮機を構成した。

【０００７】

【作用】シリンダとクランク室とをピストンを挟んで隣
り合わせたことにより、圧縮機の構造が簡略化され、装
置の小型化、低コスト化が容易に達成される。このよう
な構成では潤滑油が従来構成よりもシリンダ内に侵入し
易いが、潤滑油としてのシリコーンオイルが圧縮ガス中
にミストとして少量混入しても、シリコーンオイルは水
素吸蔵合金の水素吸着作用を阻害しない。従って、水素
吸蔵合金は安定して吸発熱作用を発揮することができ
る。

【０００８】

【実施例】以下に、本考案を具体化した一実施例を図１
に従って説明する。シリンダブロック１の上半部に並設
された一対のシリンダ２には、それぞれピストン３が上
下動可能に嵌装されている。各ピストン３には複数のピ
ストンリング４が嵌められ、ピストンリング４間にはオ
イルシール２０が装着されている。シリンダブロック１
の下半部の左右開口部には一対の封止部材５ａ，５ｂが
それぞれ複数のボルト６ａ，６ｂ（各一本のみ図示）に
よって締付固定されており、シリンダブロック１と各封
止部材５ａ，５ｂとの間にはシールリング１０が介在さ
れている。各封止部材５ａ，５ｂは軸受けをも兼用し、
両封止部材５ａ，５ｂ間にはクランクシャフト７が回転
可能に支持されると共に、クランクシャフト７には各ピ
ストン３がコネクティングロッド８を介して駆動連結さ
れている。

【０００９】クランクシャフト７の一端は左側封止部材
５ａから突出しており、このクランクシャフト７の端部
と封止部材５ａとの間にはリップシール１５が設けられ
ている。シリンダブロック１の下端開口は蓋９によって
閉成されており、シリンダブロック１の下半部のクラン
ク室Ｓが密閉構成されている。このクランク室Ｓには潤
滑油として一定量のシリコーンオイルＬが貯溜されてい
る。シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーン、
メチルフェニルシリコーン、ジフェニルシリコーン等が
あげられる。

【００１０】シリンダブロック１にはベーン型の油圧モ
ータ１１が封止部材５ａを介してボルト６ａにより締付
固定されている。油圧モータ１１のケーシングには、油
圧モータ１１の駆動軸１２を包囲するフランジ部１３が
形成されており、このフランジ部１３がボルト６ａによ
って左側封止部材５ａと共にシリンダブロック１に止着
されている。封止部材５ａとフランジ部１３との間には
シールリング１４が介在されている。フランジ部１３の
内側には駆動軸１２の一端部が突出しており、この突出
端部とクランクシャフト７の突出端部とが連結されてい
る。

【００１１】シリンダヘッド１６には各シリンダ２と連
通するガス吸入口１７及びガス吐出口１８が設けられて
いる。ガス吸入口１７及びガス吐出口１８はそれぞれ切
替え弁２７に接続されると共に、第１ガス経路２３又は
第２ガス経路２４を介して第１熱交換器２１及び第２熱
交換器２２に接続されている。第１熱交換器２１及び第
２熱交換器２２にはそれぞれＭｍＮｉ系（Ｍｍはミッシ
ュメタル）、ＴｉＦｅ系、又はＴｉＶ系等の水素吸蔵合
金が収納されている。又、第１及び第２ガス経路２３，
２４上にはそれぞれオイルフィルタ２５，２６が設けら
れ、ポンプから吐出された圧縮ガス中に混入するオイル
ミストの除去を図っている。

【００１２】図１の状態で、駆動軸１２の回転駆動に基
づきクランクシャフト７が回転し、ピストン３がシリン
ダ２内で上下動すると、第１熱交換器２１から放出され
た水素ガスが第１ガス経路２３、切替え弁２７及びガス
吸入口１７を経てシリンダ２内へ吸入される。吸入水素
ガスは圧縮され、ガス吐出口１８、切替え弁２７及び第
２ガス経路２４を経て第２熱交換器２２に供給され、第
２熱交換器２２の水素吸蔵合金に吸収される。尚、図１
に示す切替え弁２７の状態では、第１熱交換器２１から
放出された水素ガスは圧縮機を経て第２熱交換器２２に
供給されるが、切替え弁２７の切り替えによって水素ガ
スの供給方向を逆方向に切り替えることができる。

【００１３】第１熱交換器２１での水素放出反応及び第
２熱交換器２２での水素吸蔵反応は、水素吸蔵合金を
Ｍ、反応熱をΔＨで表すと、 Ｍ ＋ 1/2Ｈ₂ ＝ ＭＨ ＋ ΔＨ という反応式に従う。即ち、図１の状態では第１熱交換
器２１内が減圧状態とされるため、水素放出方向に平衡
状態が移行する。故に、第１熱交換器２１では吸熱反応
が進行し、熱交換器２１の周辺が冷却される。一方、第
２熱交換器２２内は水素ガスによる加圧状態とされるた
め、水素吸収方向に平衡状態が移行する。故に、第２熱
交換器２２では発熱反応が進行し、熱交換器２２の周辺
が加熱される。

【００１４】従来、潤滑油として使用されてきた鉱物油
は、原油を精製して得た炭化水素混合物であり、含窒素
（Ｎ）、含酸素（Ｏ）、及び含硫黄（Ｓ）化合物を少な
からず含んでいる。これら含有化合物のうち、含酸素炭
化水素化合物はアルデヒド基（−ＣＨＯ）等の活性な官
能基を備え、一旦水素化された水素吸蔵合金（ＭＨ）に
吸着すると共に、ＭＨから水素を離脱させ、結果として
水素吸蔵合金（Ｍ）による水素（Ｈ₂ ）の吸蔵を阻害す
る。又、炭化水素混合物中の硫黄分は一般に触媒毒とし
て知られるものであり、水素吸蔵合金（Ｍ）に結合して
水素の吸着活性を極度に低下させる。

【００１５】これに対し、前述のシリコーンオイルは合
成潤滑油であり、前記含窒素（Ｎ）、含酸素（Ｏ）、及
び含硫黄（Ｓ）化合物を不純物としてほとんど含んでい
ない。従って、これら化合物によって水素吸蔵合金
（Ｍ）が被毒される虞れがなく、水素吸着活性を低下さ
せることがない。シリコーンオイル自体はシロキサン結
合（Ｓｉ−０）を主骨格とするが、シロキサン結合は極
めて安定であり、その酸素が水素吸蔵合金（Ｍ）に悪影
響を及ぼすことはない。又、シリコーンオイルは一般に
分子量等に応じて各種のグレードが市販されている。従
って、圧縮水素ガス中に容易に混入せず、ミスト化し難
い潤滑油として、比較的分子量が大きく、鉱物油のよう
に蒸気圧の低い成分を含まないシリコーンオイルを選択
することも容易である。

【００１６】水素吸蔵合金に対するシリコーンオイルの
混入量が、水素吸蔵合金の水素吸蔵作用に与える影響を
調べたところ、図２に示すような結果が得られた。図２
のグラフは水素吸蔵合金における反応水素量の経時変化
を示し、三本の実線データは、水素吸蔵合金に対しシリ
コーンオイルをそれぞれ０〜０．０５重量％、０．２５
重量％、１．００重量％混入させた場合を示し、破線デ
ータは同じ水素吸蔵合金を鉱物油に浸漬した場合を示
す。

【００１７】このグラフから、鉱物油は水素吸蔵合金を
被毒して水素吸着活性を劣化させるのに対し、シリコー
ンオイルは水素吸蔵合金の吸着活性を劣化させることが
ないということが証明される。又、水素吸蔵合金に対す
るシリコーンオイルの混入量が０〜０．０５重量％の範
囲であれば、水素吸蔵合金の水素との反応速度（グラフ
の傾きで示される）は経時的にそれほど低下しないとい
うことが言える。シリコーンオイルの混入量が０．２５
重量％以上になると水素との反応速度が低下する傾向に
あるのは、シリコーンオイルの混入量の増大に伴ってシ
リコーンオイルによって覆われる水素吸蔵合金の表面積
が大きくなり、水素ガスと水素吸蔵合金との物理的接触
面積が少なくなるためと考えられる。

【００１８】仮にシリコーンオイルが水素吸蔵合金中に
少しずつ混入して蓄積される場合でも、水素吸蔵合金が
その実用上の耐用時間ｔの間、その機能を有効に発揮し
続けるためには、 Ｍ：水素吸蔵合金の重量、 ｔ：水素吸蔵合金の耐用時間、 Ｑ：単位時間当たりのガス吐出量、 Ｐ：シリコーンオイルの密度、 とした場合、水素吸蔵合金に吸収される圧縮水素ガス中
のシリコーンオイルの濃度Ｃが、 Ｃ＝０．０５Ｍ／ｔＱＰ 〔ｐｐｍ〕 以下という条件を満たしていればよい。

【００１９】圧縮機のガス吐出口１８から吐出された圧
縮水素ガスが、そのままでは上記シリコーンオイル濃度
の条件を満たしていないならば、オイルフィルタ２６
（又は２５）のコンディションを調整して第２熱交換器
２２（又は第１熱交換器２１）側において上記条件を満
たすようにすべきであり、ガス吐出口１８から吐出直後
の圧縮水素ガスがそのままの状態で上記シリコーンオイ
ル濃度の条件を満たしているならば、敢えてオイルフィ
ルタ２６（又は２５）を設ける必要はない。

【００２０】このように本実施例の圧縮機によれば、従
来のようにディスタンスルームを設ける必要がないた
め、圧縮機本体を従来よりも容易に小型化することがで
きる。又、構造の簡略化により製造コスト等を低減する
ことができる。

【００２１】

【考案の効果】以上詳述したように本考案によれば、ピ
ストンによって水素ガスを吸入圧縮するシリンダと、前
記ピストンを往復動するクランクシャフトを収容するク
ランク室とをピストンを挟んで隣り合わせ、クランク室
にはシリコーンオイルを貯溜することとしたので、水素
吸蔵合金の水素吸着活性を低下させることなく、水素吸
蔵合金を利用した冷暖房装置用の圧縮機の小型化及び低
コスト化を図ることができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を具体化した一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】潤滑油を含んだ水素吸蔵合金における反応水素
量の経時変化を示すグラフである。

【図３】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

２ シリンダ、３ ピストン、７ クランクシャフト、
Ｌ シリコーンオイル、Ｓ クランク室。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素の吸蔵及び放出に伴う水素吸蔵合金
   の発熱作用及び吸熱作用を利用した冷暖房装置に具備さ
   れて水素吸蔵合金への水素移送を行う圧縮機であって、 ピストンによって水素ガスを吸入圧縮するシリンダと、
   前記ピストンを往復動するクランクシャフトを収容する
   クランク室とをピストンを挟んで隣り合わせ、クランク
   室にはシリコーンオイルを貯溜した水素吸蔵合金を利用
   した冷暖房装置用の圧縮機。