JP2623006B2 - 水素吸蔵合金を用いた冷凍装置 - Google Patents
水素吸蔵合金を用いた冷凍装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は水素吸蔵合金を用いた冷凍装置に関する。
（ロ） 従来の技術 まず従来例を第１図及び第２図に基づき説明する。
（１）（２）は再生用水素吸蔵合金M1を内蔵する高温側
合金槽、（３）（４）は冷凍発生用水素吸蔵合金M2を内
蔵する低温側合金槽で前記合金槽（１）（２）及び
（３）（４）は水素流通路（５）（６）により連絡され
ている。（７）は高温熱源、（８）は低温熱源であり、
四方弁（９）（10）は設けた熱媒体循環路により前記合
金槽（１）（２）内の熱交換器に接続されている。また
（11）は低温熱源、（12）は冷凍負荷であり、四方弁
（13）（14）を設けた熱媒体循環路にて前記合金槽
（３）（４）内の熱交換器に接続されている。
（１）（２）は再生用水素吸蔵合金M1を内蔵する高温側
合金槽、（３）（４）は冷凍発生用水素吸蔵合金M2を内
蔵する低温側合金槽で前記合金槽（１）（２）及び
（３）（４）は水素流通路（５）（６）により連絡され
ている。（７）は高温熱源、（８）は低温熱源であり、
四方弁（９）（10）は設けた熱媒体循環路により前記合
金槽（１）（２）内の熱交換器に接続されている。また
（11）は低温熱源、（12）は冷凍負荷であり、四方弁
（13）（14）を設けた熱媒体循環路にて前記合金槽
（３）（４）内の熱交換器に接続されている。
上記の冷凍装置の動作について第２図のヒートポンプ
の圧力−温度平衡線図に基づいて説明する。
の圧力−温度平衡線図に基づいて説明する。
図において、縦軸は水素の平衡圧力Ｐを対数目盛で示
し、横軸は絶対温度をＴとして、その逆数値1/Tを示
す。また、Ａは再生用水素吸蔵合金M1の圧力−温度平衡
線図、Ｂは冷凍熱発生用水素吸蔵合金M2の圧力−温度線
図である。
し、横軸は絶対温度をＴとして、その逆数値1/Tを示
す。また、Ａは再生用水素吸蔵合金M1の圧力−温度平衡
線図、Ｂは冷凍熱発生用水素吸蔵合金M2の圧力−温度線
図である。
初期状態では、冷凍熱発生用水素吸蔵合金M2が水素吸
蔵状態で、再生用水素吸蔵合金M1が水素放出状態であ
る。この状態において、合金槽（１）（３）を連絡する
水素流通路（５）に設けた開閉弁（15）を開くと、合金
槽（１）（３）間の圧力差により水素ガスは合金層
（３）から合金層（１）へ流れる。
蔵状態で、再生用水素吸蔵合金M1が水素放出状態であ
る。この状態において、合金槽（１）（３）を連絡する
水素流通路（５）に設けた開閉弁（15）を開くと、合金
槽（１）（３）間の圧力差により水素ガスは合金層
（３）から合金層（１）へ流れる。
このとき、次式に従って冷凍熱発生用水素吸蔵合金M2
は水素を放出し吸熱反応により冷却されるので合金層
（３）に設けられた熱交換器及び熱媒体循環路を介して
冷凍熱を冷凍負荷（12）に供給する。
は水素を放出し吸熱反応により冷却されるので合金層
（３）に設けられた熱交換器及び熱媒体循環路を介して
冷凍熱を冷凍負荷（12）に供給する。
MH2＋熱Ｍ＋H2 一方、再生用水素吸蔵合金M1は水素を吸収して発熱す
るので熱交換器及び熱媒体循環路を介して低温熱源
（８）で合金層（１）を冷却する（冷凍熱発生過程：第
２図イ→ロ）。そして圧力差がなくなって水素ガスの移
動が終了すると反応は停止する。
るので熱交換器及び熱媒体循環路を介して低温熱源
（８）で合金層（１）を冷却する（冷凍熱発生過程：第
２図イ→ロ）。そして圧力差がなくなって水素ガスの移
動が終了すると反応は停止する。
次に熱媒体循環路を四方弁（９）（10）（13）（14）
により切換えて、合金槽（１）に高温熱源（７）より熱
を供給し、合金槽（３）を低温熱源（11）で冷却する
と、冷凍熱発生時の逆反応により水素ガスが再び合金槽
（３）に戻される（再生過程：第２図ハ→ニ）。
により切換えて、合金槽（１）に高温熱源（７）より熱
を供給し、合金槽（３）を低温熱源（11）で冷却する
と、冷凍熱発生時の逆反応により水素ガスが再び合金槽
（３）に戻される（再生過程：第２図ハ→ニ）。
従って合金槽（１）（３）及び（２）（４）を用意
し、四方弁（９）（10）（13）（14）の交互切替で冷凍
熱発生過程と再生過程を同時に行うことにより冷凍装置
の連続運転が可能となる。
し、四方弁（９）（10）（13）（14）の交互切替で冷凍
熱発生過程と再生過程を同時に行うことにより冷凍装置
の連続運転が可能となる。
ここで熱媒体循環路を流れる熱交換用の熱媒・冷媒に
注目すると、熱媒はTM〜TH（雰囲気温度〜高温）の温度
域で、冷媒はTM〜TL（雰囲気温度〜低温）の温度域で使
用されている。
注目すると、熱媒はTM〜TH（雰囲気温度〜高温）の温度
域で、冷媒はTM〜TL（雰囲気温度〜低温）の温度域で使
用されている。
熱媒、冷媒として最も一般的なものは水であるが、使
用温度域が100℃以上の場合や、０℃以下の場合は沸
騰、凝固のため使用し難いという欠点がある。また、水
以外にも各種のオイル、ブライン等が通常熱媒、冷媒と
して用いられるが、これらは低温域における粘性が高
く、熱交換能力が低いため装置が大型化するという欠点
や運転中に溶質が析出して熱媒体の循環を妨げるという
欠点があった。
用温度域が100℃以上の場合や、０℃以下の場合は沸
騰、凝固のため使用し難いという欠点がある。また、水
以外にも各種のオイル、ブライン等が通常熱媒、冷媒と
して用いられるが、これらは低温域における粘性が高
く、熱交換能力が低いため装置が大型化するという欠点
や運転中に溶質が析出して熱媒体の循環を妨げるという
欠点があった。
（ハ） 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、使用温度
域において、沸騰、凝固等がなく、また小型熱交換器で
も温度の影響なく十分な熱交換能力を得ることができる
熱媒体を使用する水素吸蔵合金を用いた冷凍装置を提供
することを目的とする。
域において、沸騰、凝固等がなく、また小型熱交換器で
も温度の影響なく十分な熱交換能力を得ることができる
熱媒体を使用する水素吸蔵合金を用いた冷凍装置を提供
することを目的とする。
（ニ） 問題点を解決するための手段 本発明は、水素吸蔵合金を用いた冷凍装置において、
−20〜−30℃において粘度が10cp以下で且つ20〜40℃に
おいて蒸気圧が1atmを越えることのない冷媒と、20〜40
℃において粘度が10cp以下で且つ130〜150℃において蒸
気圧が1atmを越えない熱媒の２種類の熱媒体を使用する
ものである。
−20〜−30℃において粘度が10cp以下で且つ20〜40℃に
おいて蒸気圧が1atmを越えることのない冷媒と、20〜40
℃において粘度が10cp以下で且つ130〜150℃において蒸
気圧が1atmを越えない熱媒の２種類の熱媒体を使用する
ものである。
冷媒としては、アルカン系、アルコール系、フロン系
又はベンゼン系から選択し、熱媒としてはベンゼン系、
ナフタリン系、ジフェニール系又はカルボン酸系から選
択して夫々使用する。
又はベンゼン系から選択し、熱媒としてはベンゼン系、
ナフタリン系、ジフェニール系又はカルボン酸系から選
択して夫々使用する。
（ホ） 作用 本発明によれば、熱媒、冷媒の使用温度域の高温域に
おいて蒸気圧が1atmを越えないので循環路の配管を耐圧
構造にする必要がなく、使用温度域の低温域において粘
性が低いので装置の小型化が図れる。
おいて蒸気圧が1atmを越えないので循環路の配管を耐圧
構造にする必要がなく、使用温度域の低温域において粘
性が低いので装置の小型化が図れる。
（ヘ） 実施例 本発明による水素吸蔵合金を用いた冷凍装置の全体構
成は第１図の従来例と同じであり、その説明は省略す
る。
成は第１図の従来例と同じであり、その説明は省略す
る。
第１図において、高温側合金槽（１）（２）にはジル
コニウム系水素吸蔵合金を充填し、該合金槽に内蔵され
ている熱交換器と高温熱源（７）及び低温熱源（８）を
接続する熱媒体循環路には後述の熱媒が封入されてい
る。また低温側合金槽（３）（４）には希土類系水素吸
蔵合金を充填し、該合金槽に内蔵されている熱交換器と
低温熱源（11）及び冷凍負荷（12）を接続する熱媒体循
環路には後述の冷媒を封入されている。
コニウム系水素吸蔵合金を充填し、該合金槽に内蔵され
ている熱交換器と高温熱源（７）及び低温熱源（８）を
接続する熱媒体循環路には後述の熱媒が封入されてい
る。また低温側合金槽（３）（４）には希土類系水素吸
蔵合金を充填し、該合金槽に内蔵されている熱交換器と
低温熱源（11）及び冷凍負荷（12）を接続する熱媒体循
環路には後述の冷媒を封入されている。
而して、一般に熱媒（冷媒）は温度低下に伴い粘性が
上昇し、特に５〜10cpからの変化が大きい。またスラリ
ー移送等の特別な場合を除いて通常用いられる熱媒循環
用ポンプは低粘性（5cp以下）でしか使用出来ない。こ
のため−20〜−30℃の低温出熱用としてはエチレングリ
コールブライン等は使用出来ず、使用温度域で沸騰する
ことなく且つ粘性が10cp以下であるメチルアルコール系
及びアルキルベンゼン系もしくはフロン系の冷媒を使用
した。
上昇し、特に５〜10cpからの変化が大きい。またスラリ
ー移送等の特別な場合を除いて通常用いられる熱媒循環
用ポンプは低粘性（5cp以下）でしか使用出来ない。こ
のため−20〜−30℃の低温出熱用としてはエチレングリ
コールブライン等は使用出来ず、使用温度域で沸騰する
ことなく且つ粘性が10cp以下であるメチルアルコール系
及びアルキルベンゼン系もしくはフロン系の冷媒を使用
した。
また高温域においても同様の理由で水、シリコンオイ
ル等は用いることが出来ず、アルキルナフタリン及びア
ルキルベンゼン系、ジフェニル系の熱媒を用いた。
ル等は用いることが出来ず、アルキルナフタリン及びア
ルキルベンゼン系、ジフェニル系の熱媒を用いた。
なお、低温域において粘性が2cp程度低くなった時、
熱伝導率は30％程度上昇するという結果を得ており、こ
のことからも、低粘性の熱媒を用いた方が熱効率面で有
利である。
熱伝導率は30％程度上昇するという結果を得ており、こ
のことからも、低粘性の熱媒を用いた方が熱効率面で有
利である。
本発明において使用する冷媒及び熱媒は前記実施例に
限定されることなく以下のものが使用できる。
限定されることなく以下のものが使用できる。
冷媒としては、Ｒ−OHであらわされるアルコールでも
よく、就中、炭素数１〜４のアルコールが適している。
また、Ｒ−Ｘであらわされるハロアルカンでもよく、例
えばジクロロメタン等が使用できる。
よく、就中、炭素数１〜４のアルコールが適している。
また、Ｒ−Ｘであらわされるハロアルカンでもよく、例
えばジクロロメタン等が使用できる。
熱媒としては、ベンゼン誘導体（アニリン、クレゾー
ル、クロロフェノール、ベンゾニトリル、ヨードベンゼ
ン等）、ナフタリン誘導体（ナフタリン、クロロナフタ
リン、ニトロナフタリン等）、ジフエニル誘導体（ジフ
ェニルエーテル、ジフェニルメタン、ジフェニルメタノ
ール、1.1−ジフェニルヒドラジン等）、カルボン酸
（ノルマル酪酸、イソ酪酸、ヘプタン酸等）を使用する
ことができる。
ル、クロロフェノール、ベンゾニトリル、ヨードベンゼ
ン等）、ナフタリン誘導体（ナフタリン、クロロナフタ
リン、ニトロナフタリン等）、ジフエニル誘導体（ジフ
ェニルエーテル、ジフェニルメタン、ジフェニルメタノ
ール、1.1−ジフェニルヒドラジン等）、カルボン酸
（ノルマル酪酸、イソ酪酸、ヘプタン酸等）を使用する
ことができる。
第３図は本発明における冷媒と熱媒を使用したヒート
ポンプ式冷凍装置の作動を圧力−温度線図に基づいて説
明する。
ポンプ式冷凍装置の作動を圧力−温度線図に基づいて説
明する。
縦軸及び横軸は第１図の場合と同様である。
図において、Ａは再生用水素吸蔵合金M1の、Ｂは冷凍
熱発生用水素吸蔵合金吸蔵合金M2の圧力−温度平衡線図
で、図中点線と実線は夫々の合金M1、M2の吸収・解離特
性を示している。
熱発生用水素吸蔵合金吸蔵合金M2の圧力−温度平衡線図
で、図中点線と実線は夫々の合金M1、M2の吸収・解離特
性を示している。
第１図と第３図を参照して説明すると、初期状態（雰
囲気温度20〜40℃）は冷凍熱発生用水素吸蔵合金M2が水
素吸収状態、再生用水素吸蔵合金M1が水素放出状態であ
る。また合金槽（１）（３）間の開閉弁（15）を開く
と、圧力差により水素ガスは合金槽（３）から合金槽
（１）へ流れる。このとき前述の式に従って冷凍熱発生
用水素吸蔵合金M2は水素を放出し吸熱反応により−20〜
−30℃程度に冷却される。そこで合金槽（３）内に設け
られた熱交換器を介して冷媒を封入した熱媒体循環路に
より冷凍熱を冷凍負荷（12）に供給する。
囲気温度20〜40℃）は冷凍熱発生用水素吸蔵合金M2が水
素吸収状態、再生用水素吸蔵合金M1が水素放出状態であ
る。また合金槽（１）（３）間の開閉弁（15）を開く
と、圧力差により水素ガスは合金槽（３）から合金槽
（１）へ流れる。このとき前述の式に従って冷凍熱発生
用水素吸蔵合金M2は水素を放出し吸熱反応により−20〜
−30℃程度に冷却される。そこで合金槽（３）内に設け
られた熱交換器を介して冷媒を封入した熱媒体循環路に
より冷凍熱を冷凍負荷（12）に供給する。
一方、再生用水素吸蔵合金M1は水素を吸収して発熱す
るので、合金槽（１）内に設けられた熱交換器を介して
熱媒を封入した熱媒体循環路により低温熱源（８）によ
り冷却する（冷凍熱発生過程：第３図イ→ロ）。そして
水素ガスの移動が終了すると反応は停止する。
るので、合金槽（１）内に設けられた熱交換器を介して
熱媒を封入した熱媒体循環路により低温熱源（８）によ
り冷却する（冷凍熱発生過程：第３図イ→ロ）。そして
水素ガスの移動が終了すると反応は停止する。
次に熱媒体循環路を四方弁（９）（10）（13）（14）
の切替えにより切替えて、合金槽（２）に高温熱源
（７）より熱を供給し、合金槽（４）を低温熱源（11）
で冷却することで冷凍熱発生時の逆反応により水素ガス
が再び合金槽（４）に戻される（再生過程：第３図ハ→
ニ）。このとき合金槽（１）（２）及び（３）（４）を
用意して四方弁（９）（10）（13）（14）の交互切替に
より冷凍熱発生過程と再生過程を同時に行うことにより
連続運転が可能となる。
の切替えにより切替えて、合金槽（２）に高温熱源
（７）より熱を供給し、合金槽（４）を低温熱源（11）
で冷却することで冷凍熱発生時の逆反応により水素ガス
が再び合金槽（４）に戻される（再生過程：第３図ハ→
ニ）。このとき合金槽（１）（２）及び（３）（４）を
用意して四方弁（９）（10）（13）（14）の交互切替に
より冷凍熱発生過程と再生過程を同時に行うことにより
連続運転が可能となる。
（ト） 発明の効果 本発明による冷媒、熱媒を用いた冷凍装置は、使用温
度域において沸騰、凝固することなく、また粘度も10cp
以下と低いため、熱交換能力が大きく低下することな
く、また熱媒（冷媒）循環用ポンプも小さく出来るため
装置の小型化・簡易化が図れる。
度域において沸騰、凝固することなく、また粘度も10cp
以下と低いため、熱交換能力が大きく低下することな
く、また熱媒（冷媒）循環用ポンプも小さく出来るため
装置の小型化・簡易化が図れる。
第１図は水素吸蔵合金を用いた一般的な冷凍装置のシス
テム構成図、第２図及び第３図はヒートポンプ式冷凍装
置に使用される水素吸蔵合金の圧力−温度平衡線図であ
る。 （１）（２）……高温側合金槽、（３）（４）……低温
側合金槽、（５）（６）……水素流通路、（７）……高
温熱源、（８）（11）……低温熱源、（12）……冷凍負
荷、（９）（10）（13）（14）……四方弁、（15）（1
5）……開閉弁。
テム構成図、第２図及び第３図はヒートポンプ式冷凍装
置に使用される水素吸蔵合金の圧力−温度平衡線図であ
る。 （１）（２）……高温側合金槽、（３）（４）……低温
側合金槽、（５）（６）……水素流通路、（７）……高
温熱源、（８）（11）……低温熱源、（12）……冷凍負
荷、（９）（10）（13）（14）……四方弁、（15）（1
5）……開閉弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−14101（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】−20〜30℃において粘度が10cp以下で且つ
20〜40℃において蒸気圧が1atmを越えることのない冷媒
と、20〜40℃において粘度が10cp以下で且つ130〜150℃
において蒸気圧が1atmを越えない熱媒の２種類の熱媒体
を使用することを特徴とする水素吸蔵合金を用いた冷凍
装置。 - 【請求項２】アルカン系、アルコール系、フロン系又は
ベンゼン系冷媒と、ベンゼン系、ナフタリン系、ジフェ
ニール系、カルボン酸系の熱媒を使用したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9375889A JP2623006B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 水素吸蔵合金を用いた冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9375889A JP2623006B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 水素吸蔵合金を用いた冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02272269A JPH02272269A (ja) | 1990-11-07 |
| JP2623006B2 true JP2623006B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=14091332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9375889A Expired - Fee Related JP2623006B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 水素吸蔵合金を用いた冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2623006B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5351493A (en) * | 1991-12-10 | 1994-10-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Thermally driven refrigeration system utilizing metal hydrides |
| AU4511397A (en) * | 1996-06-21 | 1998-01-07 | World Fusion Limited | Power generating device employing hydrogen absorbing alloy and low heat |
-
1989
- 1989-04-13 JP JP9375889A patent/JP2623006B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02272269A (ja) | 1990-11-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |