JPH02233954A - 金属水素化物を利用した製氷装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は金属水素化物を利用した製氷装置に関する。

（口）従来の技術 従来、製氷機はフロン等の冷媒の蒸発潜熱を利用した、
いわゆる電動コンプレッサー式の冷却源を用いているも
のが一般的である。例えば、特開昭６２−１６９９７９
号公報のように、下面開口を、製氷用水が噴出する水皿
で閉塞した製氷小室を多数有する裂氷部の上面に蒸発器
を設け、この蒸発器により製氷小室内の水を凍らせ氷を
作り，出来た氷を製氷小室より剥離させるには、蒸発鼎
にホットガスを流す等して行っている。或いはホットガ
スの代わりに製氷部を加熱するヒータ等による方法も採
られている。いずれにしても、電気的エネルギーを製氷
およびその氷取り出しに利用しているものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題 このように、電動コンプレッサーによる冷凍方法は高効
率で、また作動を電気で行なえるため使用勝手が良いが
、その反面、電力の供給設備が不備であったり、或いは
電気使用量に制限等ある場合は、十分にその効能を発揮
できなくなる。

そして，製氷を終えた氷を取り出すのに用いる熱エネル
ギーをわざわざ電気エネルギーによる発熱作用を使って
得ており、仮に熱エネルギー等が余剰に存在する場合に
それを利用できないと言う欠点があり，省エネルギーの
観点から見て効率的でなかった． 本発明は、上記問題点に鑑み成されたもので、金属水素
化物の吸発熱反応を利用して氷の製造および、その取り
出しを可能とした電気をほとんど用いず、工場廃熱等の
廃熱エネルギーにて作動する熱駆動型の冷凍システムに
よる製氷装置を提供することを目的とする． （二）課題を解決するための手段 本発明の金属水素化物を利用した製氷装置は、水素平衡
圧力の異なる２種類の金属水素化物をそれぞれ収容した
金属水素化物槽を設け、これらの間を開閉弁を有した水
素配管で接続し、一方の金属水素化物槽に冷却源又は熱
源と交互に接続される熱媒管を配し、一方この槽との間
で水素が往来する他方の槽には、水素放出時の吸熱反応
を利用して製氷を行い、水素吸蔵時の発熱反応を利用し
て離氷を行う製氷部を設けたものである。

（ホ）作　用 一方の槽が水素放出状態となっていて、他方の槽、即ち
製氷部を付設してある側の金属水素化物槽が水素吸蔵状
態となっておる条件の下、開閉弁を開くと水素圧力差に
より、他方の槽から前記一方の槽へ水素ガスが移動し、
他方の槽で吸熱反応が起り、金属水素化物温度は−３０
℃程度まで低下する．そこで、冷媒配管等を介してこの
冷凍熱を製氷部に送り製氷を行う． なお同時に水素吸蔵反応を起して熱の発生する一方の槽
は熱媒管を介して冷却源と継げ、例えば冷却水を通流し
てその反応熱を吸収し、この槽を冷却する．こうして水
素ガスの移動が終了したら，今度はこの一方の槽に冷却
源と交替して熱源を継ぐ．その熱源としては例えば工場
廃熱等により高温としだ熱媒を利用してこの一方の槽に
流し，該槽の温度を上昇させて他方の槽との間の圧力差
を逆転させて，水素を再び開閉弁の開放操作によりこの
槽から他方の槽へと戻す再生過程を行う。この時水素が
戻ってくる他方の槽では水素吸蔵反応？起し発熱作用を
生ずるので、この熱の一部を前記冷媒配管を通して製氷
部に送り、氷の表面を溶かし製氷部より氷を剥離して取
り出す。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する． 第１図は本発明の金属水素化物を利用した製氷装置の構
成ブロック図で、（ａ）図は製氷過程を、（ｂ）図は再
生および離氷過程を示す。同図において、第１の金属水
素化物ＭｉＨを収容した耐熱容器からなる第１の金属水
素化物槽１と第２の金属水素化物Ｍ２Ｈを収容した耐熱
，耐圧容器からなる第２の金属水素化物槽２とを設け、
これら両槽１，２の間を水素配管３で接続し、水素配管
３の途中には水素ガス■２の流通用の開閉弁４を設けて
いる。

前記各槽１，２に収容される２種類の金属水素化物　Ｈ
■ＨとＭ，Ｈは、希土類一ニッケル系の合金よりなり、
それぞれ、水素圧力一温度平衡特性の異なるもので、第
２図に示すＶａｎ’ｔ　Ｈｏｆｆ特性を有するものであ
る。即ち、同図で金属水素化物阿、１１は与えられた温
度条件の下で、実線に示す水素解離特性と点線で示す水
素吸収特性を持つ．又、他方の金属水素化物Ｍ２Ｈは実
線で示す水素解に特性と点線で示す水素吸収特性を持っ
ているものである。

このような平衡特性を有する金属水素化物Ｍ１１｛，　
Ｍ２■を利用して１３０°〜１５０℃の廃熱と２０〜３
０℃の冷却水を用いてーｌＯ〜−３０℃の冷熱出熱を得
ることが出来るので、この冷熱を製氷に用いる。５は製
氷部で、第１の金属水素化物槽１とは熱媒配管６を介し
て結ばれている。７はその熱媒配管６の熱交換器である
．また、第２の金属水素化物槽２には、別の熱媒管８が
配されており、これには２０℃〜３０℃の冷却水か又は
工場廃熱にて１３０℃〜１５０℃の高温とされた熱媒と
が送給されるようになっている．そして９はその熱交換
器を示す。

以上の構成で、運転の初期状態は第１の金属水酸化物（
Ｍ，Ｈ）に水素を吸蔵させ、第２の金属水素化物槽２内
は水素放出状態にしておく。この状態で開閉弁４を開け
ると圧力差により水素ガスが水素配管３を通って第１の
金属水素化物槽１から第２の金属水素化物槽２に移動す
る．この時第１の金属水素化物槽１では、金属水素化物
もＨが次の反応を起す．即ちＭ１Ｈ→町＋１／２Ｈ２で
示される吸熱反応を生じ、金属水素化物（Ｍｌ｝ｌ）の
温度は−３０℃程度まで低下する。そこでこの低温熱を
熱交換器７により熱媒配管６内の熱媒に与え低温とし、
製氷部５に冷凍熱を送り製氷する。なお、同時に第２の
金属水素化物槽２では、移動してくる水素ガスＨ２によ
って第１の金属水素化物槽１で起る吸熱反応とは逆に、
次の反応式で示される発熱反応が起る。

即ち、Ｍ２＋　１／２Ｎ２→Ｍ２Ｈによる発熱反応であ
る。

よって第２の金属水素化物槽２中に、熱媒管８により冷
却水を送り、熱交換器９を介して金属水素化物槽２の冷
却を行う。このようにして、水素ガスの移動が終了する
まで製氷を続ける。上記状況は第１図（ａ）の状態であ
る６そして、水素の移動が終了すると、次に第２の金属
水素化物槽２に，工場廃熱等からの高温（１３０℃〜１
５０℃）熱媒を熱媒管８によって流す。即ち適当な切替
バルブ等を用いて、熱媒管８に冷却水に換え高温熱媒を
流す．このように熱媒管８を共通使用する代わりに、そ
れぞれ冷却水専用、高温熱媒専用の配管構成としてもよ
い．いずれにしても第２の金属水素化物槽２には熱媒管
８等を介して、冷却源と熱源が交互に接続される構成で
あればよい。この結果、高温熱媒の送給により、第２の
金属水素化物槽２は温度が上昇して、第１の金属水素化
物槽１と第２の金属水素化物槽２との圧力差が逆転する
。よって、再び開閉弁４を開くと，今度は水素ガスＨ２
が第２の金属水素化物槽２から第１の金属水素化物槽１
へと水素配管３を介して戻る再生過程が行なわれる。こ
の時、第１の金属水素化物槽１ではこの戻ってくる水素
によって第１の金属水素化物（Ｍ．Ｈ）との間で水素吸
蔵反応が起り、発熱現象が生じる。

よってこの発生熱の一部を熱交換器７によって熱媒配管
６内の熱媒に与えられ、製氷部５に送り、製氷部５内の
氷表面を溶かす等して、製氷室から氷を剥離させ取り出
す．この様な氷の取り出し状況は第１図（ｂ）の状態で
ある。

こうして、水素が第１の金属水素化物（ＭＩＨ）に吸蔵
されると再び初期状態に戻るので，熱媒管８の流路を高
温熱媒から冷却水の送給に切換えて、同様の操作を繰り
返す．なお、再生過程時に第３図に示すように、熱媒配
管６にバイパス回路ＩＯを設けて、再生時の反応熱を熱
交換器１１を介して適当に利用する構成として取り去る
ようにすれば、再生時間を短縮出来るのでより効果的で
ある。

また，実施例では、１組の金属水素化物槽を用いた製氷
例を示したが、通常の金属水素化物を利用したヒートポ
ンプと同じく、２組の金属水素化物槽を用いて、熱媒、
冷媒の切替運転を行うことにより、連続的な製氷が可能
となる。この場合，２組の金属水素化物槽の切替時に数
分（２〜５分）の冷凍熱出熱が中断するが、この時間に
上記の発熱反応を利用して離氷操作を行う．また、上記
実施例では第１の金属水素化物槽１で発生した、冷熱を
熱媒配管６を経て製氷部５に送っているが、金属水素化
物槽１の形状を第４図のように工夫して，この金属水素
化物槽１を製氷皿と一体形成して使用しても何ら差支え
ない。例えば、（ａ）図では、下面開口している複数の
製氷小室１２．　１２・・・を形成した製氷室１３内に
金属水素化物（ＭＩＨ）を収蔵し、全体的に冷却する構
成であり、又（ｂ）図では各爬氷小室１２．　１２・・
・に対応して金属水素化物（Ｍ，Ｈ）を円筒ケース１４
．　１４・・・内に収蔵して、個々に効率良く製氷小室
１２．　１２・・・を冷却するように構成したものであ
る。そして、１５は製氷用水を噴出させる水皿を示す。

更に、上記実施例で各金属水素化物ＨエＩ１とＭ２Ｈは
希土類一ニッケル系合金としたが，これに限らずチタン
系，鉄系，コバルト系、クロム系などの金属水素化物を
用いることが出来る。

（ト）発明の効果 以上の様に本発明によれば水素圧力一温度平衡特性の異
なる２種類の金属水素化物を収容した２個の金属水素化
物槽との間で水素を移動させることにより生ずる金属水
素化物の吸熱、発熱反応を利用し、他方の槽から吸熱時
の冷凍熱を取り出し製氷を行い、また発熱時の発生熱に
より離氷させる熱廓動型の製氷装置であるから、電力を
殆んど必要とせず、電気を得難い場所での製氷が可能と
なる．又電方式に比べてランニングコストも低くなる．
そして、氷の取り出しに金属水素化物の再生過程の発熱
反応を利用するため、従来のようにヒータで加熱する等
の特別な操作が不用となり、経済的な製氷が出来る等，
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による製氷装置の構成ブロック図を示し
、（ａ）図は製氷過程、（ｂ）図は離氷過程の状態図、
第２図は本発明の製氷装置に用いられる２種類の金属水
素化物の水素圧力一温度平衡特性図、第３図はバイパス
回路を設けて再生過程時の熱を取り去るようにした本発
明製氷装置の構成ブロック図、第４図（ａ），　（ｂ）
は金属水素化物槽と製氷部を一体化した場合の各構成図
である。 １・・・第１の金属水素化物槽、 ２・・・第２の金属水素化物槽、 ３・・・水素配管、　　４・・・開閉弁、５・・・製氷
部、　　　Ｍ１Ｈ・・・第１の金属水素化物、Ｍ，Ｈ・
・・第２の金属水素化物。 第 図 （ａ） 第１図（ｂ） 第４図 第２図 ａ度 げＣＪ ＋０００／Ｔ 【Ｋ−Ｌコ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素圧力−温度平衡特性の異なる２種類の金属水素化物
   をそれぞれ収容した金属水素化物槽を、中途に開閉弁を
   有する水素配管で接続すると共に、前記金属水素化物槽
   の一方の槽に、冷却源又は熱源が交互に接続される熱媒
   管を設け、この槽との間で水素が前記開閉弁を介して往
   来する他方の金属水素化物槽には、吸熱反応を利用して
   製氷を行い、発熱反応を利用して離氷する製氷部を設け
   てなることを特徴とする金属水素化物を利用した製氷装
   置。