JP2642830B2 - 冷房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金の水素の
吸放出により発生する冷熱を利用した冷房装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ある種の金属水素化物が水素を吸蔵、放
出を可逆的に行い、その際に発熱、吸熱することは知ら
れている。このような水素を吸蔵しうる水素吸蔵合金の
例としては、ランタンーニッケル水素化物、ミッシュメ
タルーニッケル水素化物、鉄ーチタン水素化物などを挙
げることができる。これらの水素吸蔵合金は、それぞれ
異なった温度ー水素圧平衡を有するので、これらの複数
を組合せて両者の間で水素の授受を可逆的に行わせ、そ
の際の吸熱を利用して、冷房や暖房を行うことができ
る。

【０００３】例えば、図５は、水素吸蔵合金Ａと水素吸
蔵合金Ｂに関する温度ー水素圧平衡状態を示す図であ
る。このような水素吸蔵合金Ａと水素吸蔵合金Ｂとそれ
ぞれ別々の熱交換器に充填し、この両者を水素ガス導入
管で連結して、水素吸蔵合金Ａを温度Ｔ１、水素吸蔵合
金Ｂを温度Ｔｍに保つと水素が水素吸蔵合金Ａから放出
されて水素吸蔵合金Ｂに吸収されると共に、水素吸蔵合
金Ａは熱Ｑ１を吸収する。水素が水素吸蔵合金Ｂに完全
に吸収されたところで、水素吸蔵合金Ｂの温度をＴｍか
らＴｋに上げ、水素吸蔵合金ＡをＴｍに上げると、今度
は水素吸蔵合金Ｂから水素が放出され、これが水素吸蔵
合金Ａに流れて吸収される。このような操作を繰り返す
ことにより、加熱、冷却を同期的に得ることができる。

【０００４】上記した原理を利用して、水素平衡圧力の
異なる２種類の水素吸蔵合金を各々内蔵した２つの熱交
換可能な低温側熱交換器と高温側熱交換器とを連通させ
て、冷熱モードでは一方の低温側熱交換器容器から対応
する高温側熱交換器へ水素を放出させ発生する冷熱によ
り被冷却空間の冷房を行うと共に、この冷熱モードのと
き再生モードとして他方の高温側熱交換器容器から水素
を対応する低温側熱交換器容器に戻して再生する工程を
交互に行い各熱交換器容器相互間の水素の移動により連
続冷房を行う冷房装置が提案されている。一般に、この
種の冷房装置では、冷熱モードが終了後に、次の再生モ
ードに移行する際に各熱交換器容器相互間の水素の移動
を停止して次に再生モードとする高温側熱交換器容器を
加熱する予備モードを設けて円滑に冷熱モードと再生モ
ードとを交互に繰り返すようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た冷房装置の高温側熱交換器容器では高温のとき水素吸
蔵合金の水素吸蔵量が大きく高圧となり、システムの安
全性が保てないという問題があった。

【０００６】特に、次に再生モードとする高温側熱交換
器容器を加熱する予備モードでは各熱交換器容器相互間
の水素の移動を停止して予備加熱をするため、容器の水
素圧力が１０ｋｇ／ｃｍ²以上となり、高圧ガス取締法
で定める１０ｋｇ／ｃｍ²未満の運転が困難という問題
があった。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであって、運転時の安全性の確保ができる冷房
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】請求項１の発明は、熱交
換器と共に水素吸蔵圧力の高い第１の水素吸蔵合金を充
填した少なくとも２つの低温側容器と、熱交換器と共に
水素吸蔵圧力の低い第２の水素吸蔵合金を充填した少な
くとも２つの高温側容器と、前記低温側容器のそれぞれ
と前記高温側容器のそれぞれを水素バルブを介して連通
する２本の接続管と、前記低温側容器の内の一方から対
応する高温側容器の一方へ水素を移動させると共に、前
記高温側容器の内の他方から対応する低温側容器の他方
へ水素を移動させる水素移動モードを前記一方と他方と
で交互に切替える切替手段と、この切替手段に対応して
前記低温側容器の内で冷熱の発生する低温側容器の熱交
換器を被冷却空間へ接続する一方、温熱の発生する低温
側容器の熱交換器を冷却源に接続する低温側接続切替手
段と、この前記切替手段に対応して前記高温側容器の内
で温熱が発生する高温側容器の熱交換器を冷却源へ接続
する一方、冷熱の発生する高温側容器の熱交換器を加熱
源へ接続する高温側接続切替手段と、前記２本の接続管
のそれぞれに配置され前記高温側容器の圧力に応じて前
記水素バルブの開度を増減させることにより前記高温側
容器の圧力を所定値以下に抑制する圧力調節計とを設け
るようにしたものである。

【０００９】請求項２の発明は、高温側容器の圧力を１
０ｋｇ／ｃｍ²未満で、かつ、温度を１４０℃〜１５０
℃で加熱するようにしたものである。

【００１０】

【作用】請求項１の発明は、切替手段が低温側容器の内
の一方から対応する高温側容器の一方へ水素を移動させ
ると共に、高温側容器の内の他方から対応する低温側容
器の他方へ水素を移動させる水素移動モードを前記一方
と他方とで交互に切替える。この切替に対応して低温側
接続切替手段が低温側容器の内で冷熱の発生する低温側
容器の熱交換器を被冷却空間へ接続する一方、温熱の発
生する低温側容器の熱交換器を冷却源に接続する。これ
と共に、前記切替に対応して高温側接続切替手段が高温
側容器の内で温熱が発生する高温側容器の熱交換器を冷
却源へ接続する一方、冷熱の発生する高温側容器の熱交
換器を加熱源へ接続する。圧力調節計は高温側容器の圧
力に応じて水素バルブの開度を増減させることにより高
温側容器の圧力を所定値以下に抑制する。これにより、
水素移動モードの終了後の高温側容器の圧力を所定値未
満に維持することができる。従って、装置の安全性が保
持できる。

【００１１】請求項２の発明は、水素移動モードの終了
後の高温側容器の圧力を１０ｋｇ／ｃｍ^２ 未満で、か
つ、１４０℃〜１５０℃の加熱ができ、装置の安全性が
保持され、冷却効率も向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例を示す冷房装置
の構成図である。図において、冷房装置１には、２つの
高温側の金属水素化物容器２ａ，２ｂとこれに対応する
２つの低温側の金属水素化物容器３ａ，３ｂとが設置さ
れ、これら高温側の金属水素化物容器２ａ，２ｂと低温
側の金属水素化物容器３ａ，３ｂは、水素バルブ４ａ，
４ｂを介して水素配管５により連通している。そして、
高温側の金属水素化物容器２ａ，２ｂの各々には、高温
で水素を吸放出する水素吸蔵合金６が充填されると共
に、熱交換器７ａ，７ｂが貫通して配置され、さらに、
熱交換器７ａ，７ｂは三方弁８を介して冷却水により冷
却する冷却器９の熱交換器９ａと加熱器１０の熱交換器
１０ａとに交互に選択的に接続されるようになってい
る。

【００１４】一方、低温側の金属水素化物容器３ａ，３
ｂの各々には、低温で水素を吸放出する水素吸蔵合金１
１が充填されると共に、熱交換器１２ａ，１２ｂが貫通
して配置され、さらに、熱交換器１２ａ，１２ｂは、四
方弁１３を介して被冷空間１４の熱交換器１４ａと冷却
器１５の熱交換器１５ａとに選択的に接続されるように
なっている。

【００１５】また、水素配管５の各々には、圧力調節計
１６が配置されて水素バルブ４を開閉して高温側の金属
水素化物容器２ａ，２ｂの水素圧力を所定値未満とする
ようにしている。なお、１７はポンプを示している。

【００１６】以上の構成で、高温側の金属水素化物容器
２ａ，２ｂには、図２に示す特性の水素吸蔵合金６とし
て高熱で吸放出し、例えば、吸蔵時に１４０℃となる水
素吸蔵合金を予め充填し、また、低温側の金属水素化物
容器３ａ，３ｂには、図３に示す特性の水素吸蔵合金１
１として低温で吸放出し、例えば、放出時に−２０℃と
なる水素吸蔵合金を予め充填しておく。

【００１７】初期状態として、水素バルブ４ａは、閉じ
られ低温側の金属水素化物容器３ａの水素吸蔵合金１１
は、図４に示すサイクル線図のように低温合金ＭＨ２と
して水素を吸蔵した状態（図示ｂ１）となっており、こ
れに対応する高温側の金属水素化物容器２ａの水素吸蔵
合金６は高温合金ＭＨ１として放出した状態（図示ａ
１）となっている。

【００１８】一方、水素バルブ４ｂは閉じられ、高温側
の金属水素化物容器２ｂの水素吸蔵合金６は、水素を吸
蔵した状態（図示ａ２）となっており、これに対応する
低温側の金属水素化物容器３ｂの水素吸蔵合金１１は、
水素を放出した状態（図示ｂ２）となっている。

【００１９】この状態で、まず、冷熱モードとして水素
バルブ４ａを開くと、低温側の金属水素化物容器３ａの
水素吸蔵合金１１から水素が放出されて連通する高温側
の金属水素化物容器２ａの水素吸蔵合金６に吸蔵されて
いく（図示ｃ方向）。

【００２０】この冷熱モードのとき、低温側の金属水素
化物容器３ａ内では吸熱反応となり、熱交換器１２が熱
媒体配管により切替弁としての四方弁１３を介して被冷
却空間１４の熱交換器１４ａに接続され被冷却空間１４
の熱交換器１４ａから冷熱が取り出される。これに対し
て高温側の金属水素化物容器２ａ内では発熱反応とな
り、熱交換器７ａは三方弁８を介して冷却器９の熱交換
器９ａに接続され、冷却がされる。

【００２１】この冷熱モードのとき、他方の高温側の金
属水素化物容器２ｂと低温側の金属水素化物容器３ｂと
は再生モードとして高温側の金属水素化物容器２ｂから
低温側の金属水素化物容器３ｂへ水素を戻す工程が行わ
れる。すなわち、水素バルブ４ｂが開かれ、図４に示す
サイクル線図のように高温側の金属水素化物容器２ｂの
水素吸蔵合金６（図示ａ２）の水素が放出され、図示ｄ
方向へ低温側の金属水素化物容器３ｂの水素吸蔵合金１
１（図示ｂ２）に吸蔵されていく。

【００２２】この再生モードでは、高温側の金属水素化
物容器２ｂ内では、吸熱反応となり、熱交換器７ｂが熱
媒体配管により切替弁としての三方弁８を介して加熱器
１０の熱交換器１０ａに接続され加熱される。これに対
して低温側の熱交換器１２ｂは発熱反応となっており、
熱交換器１２ｂが熱媒体配管により切替弁としての四方
弁１３を介して冷却器１５の熱交換器１５ａに接続され
冷却される。

【００２３】その後に、水素バルブ４ａ，４ｂが閉じら
れ予備モードとして高温側の金属水素化物容器２ａの熱
交換器７ａが熱媒体配管により三方弁８を介して加熱器
１０の熱交換器１０ａに接続される一方、高温側の金属
水素化物容器２ｂの熱交換器７ｂが熱媒体配管により三
方弁８を介して冷却器９の熱交換器９ａに接続され次の
再生モードに移行する準備をする。これによって、高温
側の金属水素化物容器２ａ内は加熱され、図４に示すよ
うにａ２方向となり、高温側の金属水素化物容器２ｂは
冷却されて図示ａ１方向となり、前記した初期状態と同
じ状態となる。

【００２４】この予備モードでは、次に再生モードとな
る高温側の金属水素化物容器２ａの水素吸蔵合金６は、
水素吸蔵量が多く、高圧となり、例えば、１０ｋｇ／ｃ
ｍ^２以上となる場合がある。このとき、圧力調節計１６
は、高温側の金属水素化物容器２ａ内１０ｋｇ／ｃｍ^２
以上とならないように圧力調節計１６が水素バルブ４ａ
を徐々に開くようにして次の再生モードに移行してい
く。

【００２５】この再生モードでは、圧力調節計１６の信
号により水素バルブ４ａの開度が増減され、高温側の金
属水素化物容器２ａの水素吸蔵合金６から高圧の水素が
放出されて低温側の金属水素化物容器３ａの水素吸蔵合
金１１に吸蔵される（図示ｄ）。この状態のとき、高温
側の金属水素化物容器２ａは吸熱反応となり、熱交換器
７ａが熱媒体配管により三方弁８を介して加熱器１０の
熱交換器１０ａに接続され加熱される一方、低温側の金
属水素化物容器３ａの水素吸蔵合金１１は、発熱反応と
なり、熱交換器１２ａが熱媒体配管により四方弁１３を
介して冷却器１５の熱交換器１５ａに接続され、冷却さ
れる。

【００２６】上記した再生モードのとき、高温側の金属
水素化物容器２ｂと低温側の金属水素化物容器３ｂで
は、冷熱モードとなっており、水素バルブ４ｂが開か
れ、低温側の金属水素化物容器３ｂの水素吸蔵合金１１
から水素が放出され、高温側の金属水素化物容器２ｂの
水素吸蔵合金６（図示ｃ方向）に吸蔵される。このとき
低温側の金属水素化物容器３ｂ内では、吸熱反応とな
り、熱交換器１２ｂが熱媒体配管により切替弁としての
四方弁１３を介して熱交換器１４ａに接続され被冷却空
間１４に冷熱が発生する一方、高温側の金属水素化物容
器２ｂ内では、発熱反応となり、熱交換器７ｂは熱媒体
配管により三方弁８を介して冷却器９の冷却器９ａに接
続され冷却がされる。

【００２７】上記した冷熱モードと再生モードは、交互
に繰り返され、これらのモードの切替えのときに予備モ
ードが設定されて被冷却空間１４の連続的な保冷がされ
る。

【００２８】このように、水素平衡の異なる２種類の水
素吸蔵合金を各々内蔵した２つの熱交換可能な低温側と
高温側との熱交換容器を水素配管により連通させ、低温
側の熱交換容器から高温側の熱交換器に水素の移動で冷
熱を発生させる冷熱モードと前記高温側の熱交換器に移
動した水素を前記低熱側の熱交換器に戻す再生モード
と、これらの冷熱モードと再生モード終了後に、低温側
および高温側の熱交換器間の水素の移動を阻止する予備
モードとを交互に実施して低温側の熱交換器で発生した
冷熱を利用して連続冷房ができる。その上、高温側の熱
交換器側に圧力調節計と水素バルブとを配置したから冷
熱発生終了後の予備モードにおいて、水素バルブを閉じ
予備加熱の際に、水素の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ²未満
で、１４０℃〜１５０℃の加熱ができる。これにより、
高圧ガス取締法に定める１０ｋｇ／ｃｍ²未満の運転が
でき装置の安全性が確保される。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
力調節計が高温側容器の圧力に応じて水素バルブの開度
を増減させるようにしたから水素移動モードの終了後の
高温側容器の圧力を所定値未満に維持することができ
る。従って、装置の安全性が保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す冷房装置の構成図。

【図２】図１の冷房装置に用いる高温側の水素吸蔵合金
の特性図。

【図３】図１の冷房装置に用いる低温側の水素吸蔵合金
の特性図。

【図４】図１の作用を示すサイクル線図。

【図５】水素平衡圧力の異なる水素吸蔵合金による熱交
換する例を示す説明図。

【符号の説明】

１ 冷房装置 ２ａ，２ｂ 高温側の金属水素化物容器 ３ａ，３ｂ 低温側の金属水素化物容器 ４ａ，４ｂ 水素バルブ ５ 水素配管 ６ 水素吸蔵合金 ７ａ，７ｂ 熱交換器 ８ 三方弁 ９ 冷却器 １０ 加熱器 １１ 水素吸蔵合金 １２ａ，１２ｂ 熱交換器 １３ 四方弁 １４ 被冷却空間 １５ 冷却器 １６ 圧力調節計

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器と共に水素吸蔵圧力の高い第１
   の水素吸蔵合金を充填した少なくとも２つの低温側容器
   と、 熱交換器と共に水素吸蔵圧力の低い第２の水素吸蔵合金
   を充填した少なくとも２つの高温側容器と、 前記低温側容器のそれぞれと前記高温側容器のそれぞれ
   を水素バルブを介して連通する２本の接続管と、 前記低温側容器の内の一方から対応する高温側容器の一
   方へ水素を移動させると共に、前記高温側容器の内の他
   方から対応する低温側容器の他方へ水素を移動させる水
   素移動モードを前記一方と他方とで交互に切替える切替
   手段と、 この切替手段に対応して前記低温側容器の内で冷熱の発
   生する低温側容器の熱交換器を被冷却空間へ接続する一
   方、温熱の発生する低温側容器の熱交換器を冷却源に接
   続する低温側接続切替手段と、 この前記切替手段に対応して前記高温側容器の内で温熱
   が発生する高温側容器の熱交換器を冷却源へ接続する一
   方、冷熱の発生する高温側容器の熱交換器を加熱源へ接
   続する高温側接続切替手段と、 前記２本の接続管のそれぞれに配置され前記高温側容器
   の圧力に応じて前記水素バルブの開度を増減させること
   により前記高温側容器の圧力を所定値以下に抑制する圧
   力調節計とを備えたことを特徴とする冷房装置。
2. 【請求項２】 高温側容器の圧力を１０ｋｇ／ｃｍ²未
   満で、かつ、温度を１４０℃〜１５０℃で加熱するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の冷房装置。