JPH01201001A - 金属水素化物を用いた水素液化機 - Google Patents

金属水素化物を用いた水素液化機

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JPH01201001A JP63023944A JP2394488A JPH01201001A JP H01201001 A JPH01201001 A JP H01201001A JP 63023944 A JP63023944 A JP 63023944A JP 2394488 A JP2394488 A JP 2394488A JP H01201001 A JPH01201001 A JP H01201001A
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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】 童】−ヒ(2)利用分黙 本発明は、金属水素化物を用いた水素液化機に関する。
袋来技術 金属水素化物(Metal  l1ydrides以下
MHと称する)は温度によって固有の水素平衡圧を持つ
ため、金属水素化物に熱を与えることによって吸蔵して
いた水素を放出し、冷却することによって水素を吸蔵し
て回収することができる。この現象を利用してMHを利
用した水素ガスコンプレッサーを形成することができる
。MHを利用したコンプレッサーは、水素ガスや、MH
を加熱、冷却するための熱媒体流体の流路を切換えるた
めの弁以外に機械的可動部分がないため、機械振動のな
いことを要求される極低温能動素子等の冷却に用いる水
素液化機に適用することができる。
さて、従来のMH利用コンプレッサーを用いた水素液化
機は、第5図に示す如く、1種類のMHを使用していた
。第5図に示す例では、1種類のMH(Ml)を夫々に
収容したMH保持容器23a、23b、23cには夫々
加熱コイル24及び冷却コイル25が設けられ、加熱コ
イル24に加熱媒体を流通させてMH(Ml)を加熱す
ることにより、MH(Ml)に吸蔵された水素ガスを放
出させ、冷却コイル25に冷却媒体を流通させてMH(
Ml)に水素ガスを吸蔵させて回収させる。
3つのMH保持容器23a、23b、23cには夫々放
出された水素ガスを取出す供給弁26a。
26b、26c及び水素ガスを受入れる回収弁27a、
27b、27cが設けられ、弁26a、26b、26c
の吐出側、弁27a、27b、27Cの流入側で夫々1
本の供給管11及び1本の回収管17に接続されている
。供給管11は熱交換器12、液体窒素による冷却器1
3.熱交換器14、ジュールトムソン弁(J−T弁)1
5を経て液体水素溜槽16に接続されている。一方、回
収管17は上記の熱交換器12.14を介して液体水素
溜槽16に接続されている。
例えば、MH保持容器23aのMH22aから水素ガス
を放出して液体水素溜槽16に供給する場合は、MH保
持容器23aのM H22aを加熱し、この容器の供給
弁26aを開き、水素ガスを供給管11に送り出す。管
内を流れる水素ガスは熱交換器12,14、冷却器13
により冷却され、J−T弁15により自由膨張して液化
し、液体水素溜槽16に供給され貯溜される。
液体水素溜槽16からの蒸発水素は、熱交換器14.1
2を通過する回収管17内を戻り、熱交換器14.12
で供給管11内に流れる水素ガスとの間に熱交換をして
昇温し、たり1つ開いている容器23cの回収弁27c
を経てMH保持容器23cに戻り冷却コイル25により
冷却されているM H22cに吸蔵され回収される。
上述の如く、1種類のMHを利用したコンプレッサーを
使用した水素液化機では、LaNi、が通常使用される
ため、冷却媒体として、冷水を用いる場合、J−T弁で
自由膨張した水素の回収圧力を大気圧以下に下げること
ができず、到達液化温度は26°に程度にしか低下しな
かった。又、1種類のMHを使用しているため、冷凍能
力を増大するためにJ−T弁前後の圧力差、すなわち水
素の供給圧力と回収圧力の差が大きくなるように作動温
度範囲を広く取る必要があった。
目   的 本発明は、従来のMH利用コンプレッサーを用いた水素
液化機の上述の欠点にかんがみ、更に低温の液化水素が
得られ、かつ大きな冷凍能力を得ることができるMHを
用いた水素液化機を提供することを目的とする。
パ のための 本発明は、上記の目的を達成するため、複数の金属水素
化物保持容器と液体水素溜槽とを有し、上記金属水素化
物保持容器の1つに保持される金属水素化物を加熱する
ことにより放出された水素ガスを予冷後、自由膨張させ
て液化し上記液体水素溜槽に供給して貯清し、該液体水
素溜槽中の液体水素より気化した水素ガスを加熱し他の
金属水素化物保持容器中の金属水素化物を冷却してこれ
に吸蔵させて回収するようにした水素液化機において、 上記の水素供給側の金属水素化物の水素平衡圧が回収側
の金属水素化物の同温度における水素平衡圧より高い金
属水素化物を用いたことを特徴とする。
去痙1病夏【升 以下に本発明の実施例を、図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は2本発明によるMH利用コンプレッサーを用い
た水素液化機の実施例の概略フローを示す図である9 この実施例では、水素平衡圧の異なる3種類のMH(M
l、M2.M3)が使用され、夫々にMl、M2.M3
を収容する容器4,5.Gを1ユニツトとするA、B、
Cの3ユニツトの容器群が設けられている。以下、A、
B、C各ユニットを表わす添字としてa、b、cを用い
る。3種類のMH(Ml、M2.M3)の温度に対する
水素平衡圧力特性曲線は、第2図に示す如<Mlが最も
高<M3が最も低く、M2がその中間にある。
第2図より、供給側の容器4a、4b、4cにMlを収
容し、回収側の容器6a、6b、6cにM3を収容し、
温度THで水素ガスを放出し、温度TLで水素ガスを回
収する場合、曲線M1の温度THにおける平衡圧力と、
曲線M3の温度TLにおける平衡圧力との差の圧力差が
得られ、一種類のMHを使用した従来の装置に比しては
るかに大きな圧力差が得られる。その結果、水素ガス回
収側のM)〜IM3として常温で大気圧以下の水素平衡
圧を示すMHを使用することによって、J −T弁以降
の圧力を大気圧より下げ、J −T邦画後の圧力差を大
きくすることができる。その結果、20°に以下の液化
温度が得られるとともに同じ作#ll温度で冷凍能力を
増大させることができる。
MHla、lb、lcを収容した容器4a、4b、4c
は、水素ガス供給専用であり各容器には、水素ガス供給
弁9a、9b、9cが接続され、1本の供給管11に接
続されている。また、MH3a、3b、3cを収容して
容器6a、6b、6cは水素ガス回収専用であり、各容
器には、水素ガス回収弁10a、Job、locが接続
され1本の回収管17に接続される。
水素供給管11は熱交換器12.液体窒素による冷却器
13、熱交換器14、J−T弁15を経て液体水M溜槽
16に接続され、−力、水素回収管17は熱交換器14
.12を経て、各回収弁10a、lob、10cに接続
されている点は、前記の従来の装置の例と同じである。
lユニットをなす3個のMH保持容器4,5゜6は夫々
弁18.20を有する連絡管19.21で接続されてい
る。又、各容器には冷却コイル8、加熱コイル7が設け
られている。冷却コイル8には、冷却媒体(たとえば冷
水)、加熱コイル7には、加熱媒体(たとえば温水)が
必要に応じて流通される。また、加熱コイル7は、パイ
プヒータ等でもよい。
液化機の運転初期、水素ガスはMHI a、l b。
1cにのみ充填されており、加熱コイル7によって第2
図に示される温度THに加熱されている。
MH2a、2b、2c及び3a、3b、3cは水素ガス
を放出した状態であり、冷却コイル8によって第2図に
示される温度TLに冷却されている。
水素供給弁9aを開けることにより、容器4a内のMH
laから放出された水素ガスは、供給管11を通り、熱
交換器12,14、冷却器13により冷却され、J−T
弁15により自由膨張して液化し、液体水素溜槽16に
供給され、貯溜される。
液体水素溜槽16からの蒸発水素は、熱交換器14.1
2により供給水素ガスと熱交換して昇温し、水素回収弁
10aを経て容器6a内の温度TLのM H3aに吸蔵
され回収される。
容器4a内のM H1aから水素ガスを供給できなくな
った時点あるいは、必要な水素流量、あるいは、必要な
供給圧力が維持できなくなった時点で、弁9 a + 
l Oaを閉止し、弁9b、10bを開け、水素ガスの
供給をAユニットからBユニットへ切換える。以降、同
様にBユニットからCユニット、CユニットからAユニ
ットへと順次切換えていく。
水素供給の終了したユニット、例えばAユニットは、容
器6a内のMH3aを加熱コイル7により加熱し、容器
5a内のMH2aを冷却コイル8により冷却し、また弁
18aを開けることにより連絡管19aを介してM H
3aから放出された水素ガスをMH2aに吸蔵させ移送
する。次に弁18aを閉止後、容器5a内のM H2a
を加熱コイル7により加熱し、容器4a内のMHlaを
冷却コイル8により冷却し、また弁20aを開けること
により連絡管21aを介してMH2aから放出された水
素ガスをM H1aに吸蔵させ移送する。
他のユニットについても、水素供給後、同様の操作を行
う。この操作により順次、水素供給の終了したユニット
は、水素供給前の状態に戻るためユニットを適時切換え
ていくことにより、連続的に運転することが可能である
。従って、ユニット数は3ユニツトに限るものではなく
、連続運転に必要なユニット数を設けるものとする。
MHの種類として、例えばMmNi4.1. FcO,
8S(M l )。
LLaCeNdN15(2)、LaNi4.7.A Q
、2.(M 3)がある。
また、水素の供給側MH(Ml)と、回収側MH(M3
)の平衡圧力の差があまり大きくない場合は、中間のM
H(M2)を省略して2種類とすることもでき、逆に圧
力差が非常に大きい場合は4種類以上のMHを使用する
ことも可能である。
なお、第2図乃至第4図に各MH間の水素移送状態を太
い実線で示す。
効果 以上の如く、本発明によれば、作動温度範囲を大きくす
ることなく、J−T回前後の圧力差を従来より大きくと
ることができ、冷凍能力を増大させることができるとと
もに、同じ水素流量でMHの水素移動幅を従来より大き
くとることができる。
又、液体水素溜槽からの蒸発水素を大気圧以下の圧力で
M)fに回収できるので、20°に以下の極低温を得る
ことができる。
以上のことにより、現在液体水素温度を得ろために用い
られている各種の冷凍機等と比較して、性能的にも、温
度的にも充分代替し得る信頼性の高い、機械振動のない
水素液化機を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の水素液化機の概略フロー、第
2乃至第4図は上記実施例の装置に用いる3種類のMH
の温度に対する水素平衡圧特性曲線と各M )1間の水
素移送状態を示す曲線図、第5図は従来知られているM
Hを用いた水素液化機の概略フローである。 4a、4b、4c・・・供給側M H保持容器5 a 
、 5 b 、 5 c −中間MH保持容器6 a 
、 6 b 、 6 c −回収側MH保持容器7・・
・加熱コイル 8・・・冷却コイル 9 a 、 9 b 、 9 c −供給弁10a 、
 10b 、 10c −回収弁11・・・供給管 17・・・回収管 12.14・・・熱交換器 13・・・液体窒素による冷却器 15・・・J −T弁 16・・・液体水素溜槽 18.20・・弁 19.21・・・連絡管 (ほか1名) 第2図     第3図 第4図 7二足所

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数の金属水素化物保持容器と液体水素溜槽とを
    有し、上記金属水素化物保持容器の1つに保持される金
    属水素化物を加熱することにより放出された水素ガスを
    予冷後、自由膨張させて液化し上記液体水素溜槽に供給
    して貯溜し、該液体水素溜槽中の液体水素より気化した
    水素ガスを加熱し、他の金属水素化物保持容器中の金属
    水素化物を冷却してこれに吸蔵させて回収するようにし
    た水素液化機において、 上記の水素供給側の金属水素化物の水素平衡圧が回収側
    の金属水素化物の同温度における水素平衡圧より高い金
    属水素化物を用いたことを特徴とする水素液化機。
  2. (2)上記の液体水素溜槽からの蒸発水素を回収する金
    属水素化物が常温で大気圧以下の水素平衡圧を示すもの
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    水素液化機。
  3. (3)上記の水素ガス回収側金属水素化物保持容器から
    上記の水素ガス供給側金属水素化物保持容器への水素ガ
    ス移送路の途中に、上記両容器中の金属水素化物の水素
    平衡圧の中間の水素平衡圧を有する金属水素化物を保持
    する金属水素化物保持容器を設けたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の水素液化機。
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