JPH02259375A - 金属水素化物利用の冷却装置 - 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冷却装置に関する。

（ロ）従来の技術 一般に冷凍装置の代表的製品である冷蔵庫、冷凍庫は実
公昭６２−２１８９４号公報で示されるように、コンプ
レッサーを用いた膨張式蒸発器による冷却方式が主であ
る。また、これら膨張式の蒸発器を用いない特殊な冷却
装置として、今日例えば特公昭６３−４１１１号公報で
示す如く、金属水素化物が水素を放出するときの吸熱反
応によって部屋を冷房する冷却システムが提案されてい
る。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかるに、実公昭６２−２１８９４号公報に示す従来の
冷却方式では、コンプレッサーやファン等の継続音が発
生し、この騒音が就寝中に不快感を与える欠点がある。

又、特公昭６３−４１１１号公報に示す冷熱エネルギー
取得システムは、熱媒管の配管回路を始め、制御系統も
複雑で駆動用の熱エネルギーも大量に要し、装置も大型
化しており、これをそのまま小型の冷凍庫、冷蔵庫等の
冷却装置として応用するのは不向きであると共に、使用
勝手性にもやや難点がある。

本発明は上記点に鑑みて成されたもので、金属水素化物
を利用することによるこれら騒音を無くせる利点を有す
と共に、装置全体が小型化され、制御も容易でかつ使用
勝手に優れ、小型の冷凍庫、冷蔵庫等に好適なる金属水
素化物を利用した冷却装置を提供することを目的とする
ものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明の金属水素化物利用の冷却装置は、水素圧力−温
度平衡特性の異なる第１の金属水素化物Ｍ、Ｈと第２の
金属水素化物Ｍ２Ｈをそれぞれ収納する収納容器を水素
開閉弁を介して連通し、Ｍ、Ｈ側の収納容器に対して、
それより上方の第１放熱器と、それより下方で被冷却空
間内の適所に配置した吸熱器及び蓄冷材とはそれぞそれ
重力式ヒートパイプにより熱交換的に接続し、Ｘ工Ｈ側
で起る水素放出による吸熱作用を冷凍熱に利用し、一方
、Ｍ２１１側の収納容器に対しても、それより上方で、
間に熱媒開閉弁を配した第２の放熱器とそれより下方・
の加熱部とをそれぞれ重力式ヒートパイプにより熱交換
的に接続し、加熱部でこの収納容器を高温高圧化し、Ｍ
２１（側からＭＬＨ側へ水素帰還する可逆サイクルを行
なわせ、かつ上記水素開閉弁、及び熱媒開閉弁及び上記
加熱部を一元的に制御する制御手段を設けたものである
。

（ホ）作　用 第１の金属水素化物（以下町Ｈと称す）を収納している
収納容器と、第２の金属水素化物（以下Ｍ、Ｈと称す）
を収納している収納容器とを結ぶ水素配管の水素開閉弁
を閉じたまま、一方例えば水素を吸蔵しているＭ２Ｒを
加熱して高圧化し、水素を放出させて行く。これと反対
に水素を吸蔵していない阿、Ｈは放熱器によって常温に
保持する。このような状態で水素開閉弁を開放すると、
高圧のＭ２Ｏ側からＭ１１１側に水素が移動し、Ｍ、Ｈ
側で吸蔵されていく。そして、水素放出に伴う吸熱作用
でＭ２１１側は低温、低圧化の傾向を示すが、加熱部を
バーナで加熱し、熱媒体を介して重力式ヒートパイプに
より、Ｍ２Ｒが加熱され高温、高圧状態を保持する。又
、この際、Ｍ２Ｒとの間に配している開閉弁を閉じて、
放熱器をＭ２１（から断絶する。一方、門、１１側では
水素吸蔵に伴う発熱作用で高温、高圧化の傾向を示すが
、重力式ヒートパイプにより放熱器を介して放熱される
。又、この時、被冷却室内に配されている重力式ヒート
パイプはＭ、Ｈより下側に位置する構造上、これには熱
は移動しない。

このようにしてＭ１日側は低温、低圧状態を保持され、
Ｍ、Ｈ側力鞠、１］側より高い圧力勾配を維持して一〇
Ｈ側で水素を汲置させる。このような８２Ｈ側で吸熱、
Ｍ、Ｉｔ側で発熱の状態がある程度進んだ時に、水素開
閉弁を閉成し、バーナを非作動とする。そして、Ｍ２Ｏ
側の高温状態は開閉弁を開けることで放熱器に接続し、
重力式ヒートパイプにより放熱され常温に戻される。従
って、Ｍ、Ｈ側は水素を吸蔵して低温高圧状態にあり、
ＭよＨ側は水素を放出して常温低圧状態にある。

次に水素開閉を開けると、水素を吸蔵しているＭ、Ｈか
ら水素が放出され、Ｍ２）１側に水素配管を通して移動
する。Ｍ、Ｈは吸熱的に水素に水素を放出するので、Ｍ
ｉＨ側では冷凍熱が発生し、その結果、重力式ヒートパ
イプにより吸熱器は吸熱を行い周囲及び蓄冷材の冷却を
行う。又、この時Ｍ、Ｈの上方に接続されている放熱器
には重力式ヒートパイプの構造上熱の移動はない。

斯るサイクルを繰り返す結果、冷却室内の温度を冷却温
度に下げる。そして、この間の熱の移動は重力式ヒート
パイプから成る吸熱器及び放熱器によって高速で行なわ
れ、効率を上げている。

（へ）実施例 以下１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の冷凍装置に用いられる２種類の金属水
素化物における水素圧力−温度平衡特性図を示し、第２
図は第１図の特性を持つ金属水素化物を使用した構成し
た冷凍装置の構造図である。

先ず、第２図に基づいて説明すると、１は第１図で夏に
示す水素圧力−温度平衡特性を有するＭｍＮｉ、系の第
１の金属水素化物Ｍ１Ｈを収蔵した第１の収納容器、２
は同様に■に示す水素圧力−温度平衡特性を有するＬａ
Ｎｉ５系の第２の金属水素化物Ｍ２Ｈを収蔵した第２の
収納容器にして、共に被冷却空間である冷却室３の外部
に設置される。そして、この第１の収納容器１と第２の
収納容器２とは、中間に水素開閉弁４を有する水素配管
５で結ばれている。６は前記冷却室３内の適所に配置さ
れた吸熱器にして、メタノールを作動液とするウィック
なしの重力式ヒートパイプ７に多数のフィン８゜８・・
・を付設した構造で、重力式ヒートパイプ７は第１の収
納容器１に連なり、モしてヒートパイプ７の先端部分に
は、蓄冷材９を接触保持させている。又、１０は冷凍装
置本体１１の外部で、かつ前記第１の収納容器１より上
方に配置された第１の放熱器で、メタノールを作動液と
した重力式ヒートパイプ１２にフィン１３．１３・・・
を付設して形成した構造であり、第１の収納容器１とは
重力式ヒートパイプ１２により連通状態にある。一方、
同様に第２の放熱器１４が水を作動液としたウィックな
しの重力式ヒートパイプ１５にフィン１６．１６・・・
を付設した構成で形成され、装置本体１１の外部でかつ
第２の収納容器２より上方位置に配置されている。そし
て、この放熱器１４は第２の収納容器２とヒートパイプ
１５により結ばれるが、ヒートパイプ１５の途中には熱
媒開閉弁１７が設けられており、この熱媒開閉弁１７の
開閉により、熱的移動、及びその断熱を行っている。こ
の熱媒開閉弁１７としては、ヒートパイプ内の真空を維
持しつつ操作される弁、熱伝導状態を直接ＯＮ　−ＯＦ
Ｆ操作する手段、熱媒、冷媒を介在させて間接的に０Ｎ
−ＯＦＦ操作する手段等を選ぶことが可能である。又、
１８は第２の収納容器２と連なる重力式ヒートパイプ１
９にフィン２０．２０・・を付設して形成した構成の加
熱部で、装置本体１１外に配設され、バーナ２１で加熱
される。そして、熱媒開閉弁１７、水素開閉弁４、加熱
バーナ２１はマイクロコンピュータ等を用いた制御手段
２２によって一元的に制御される。

以上の構成において、次にこの制御動作を説明する。第
１の金属水素化物ＭｉＨに予め水素を吸蔵させ、第２の
金属水素化物Ｍ２Ｈからは水素を放出し尽くした状態と
してあれば、水素開閉弁４を開放することにより、容器
１，２間では容器１が低温高圧、容器２が常温低圧であ
るので、容器１では水素を放出して、この水素は両容器
１，２の水素圧力等により容器２側に水素配管５を通し
て移動し、第２の金属水素化物Ｍ、Ｈに吸蔵される。即
ち、この状態では第１図で、第１の金属水素化物Ｍ１Ｈ
はａ点に示す低温高圧の平衡特性状態にあり、一方、第
２の金属水素化物Ｍ２Ｈはｂ点に示す常温低圧の平衡特
性状態にある。よって、この平衡特性点ａ、ｂ間の水素
圧力差に基づいて水素は第１の収納容器１より、第２の
収納容器２に移動することどなる。この時、容器１では
その中のＭｌＨが水素を放出して吸熱反応を起す。よっ
てこの吸熱作用が重力式ヒートパイプ７により中のメタ
ノール作動液を介する吸熱器６での吸熱を行なわすこと
となり、冷却室３、蓄冷材９を冷却していく。

この時、重力式ヒートパイプ７が一方向の熱の移動しか
行わないことを利用しているために、放熱器１０と第１
の収納容器１との熱の移動はない。−方水素配管５を通
して移動してくる水素と吸蔵反応を起す第２の収納容器
２では発熱をし、この発生熱は熱媒開閉弁１７が開いて
いるため、重力式ヒートパイプ１５により放熱器１４で
放熱される。

このような吸熱、放熱状態がある程度進んだときに、制
御装置２２の作動により水素開閉弁４、熱媒間−閉弁１
７は閉成される。

次に、水素開閉弁４を閉じたままの状態で、バーナ２１
を作動させ、加熱部１８で第２の収納容器２側を加熱し
、高圧化させる。その結果、水素を吸蔵している第２の
金属水素化物Ｍ、Ｈは第１図のＣ点に示す高温高圧の状
態に変化し、水素を放出させていく。又、水素を吸蔵し
ていない第ｊの収納容器１内の金属水素化物Ｍ１Ｈは、
放熱器１０によって常温に保持されており、第１図のｄ
点に示す常温低圧の状態にある。ここで、水素開閉弁４
を開くと、容ｉｌｌ、２間では０点とｄ点との水素圧力
差があるため、高圧のＭ、Ｈ側から水素を数品し、この
水素は水素配管５を通して、低圧のＭｉＨ側へと移動し
、Ｍ、Ｈ側で吸蔵されていく。この時、Ｍ、Ｈ側で水素
放出に伴う吸熱反応によって低温、低圧化の傾向となる
が、高温状態をバーナ２１の加熱で維持し、一方、Ｍ、
Ｈ側では水素を吸蔵して発熱するが放熱器１０にて放熱
し、低温、低圧状態が保持される。即ち、０点とｄ点間
の圧力勾配が維持されて、ＨｌＨで水素を吸蔵し続ける
。この時、重力式ヒートパイプが一方向の熱の移動しか
行なわないことを利用しているために、吸熱器６と容器
１との熱の移動はない。

又、この間冷却は行なっていないが、蓄冷材９により、
冷却室３は低温を保つ。これが１サイクルである。

斯るサイクルを繰り返す中で、熱の移動は重力式ヒート
パイプを用いたために極めて速やかに行なわれ、動作サ
イクルも時間短縮できるので、冷却室３は一り０℃〜−
２０℃程度の低温に維持される。

又、重力式ヒートパイプの熱の移動が一方向しかないこ
とを利用しているために熱媒開閉弁は１つでよい。

（ト）発明の効果 以上の様に本発明によれば、第１の金属水素化物ＭｉＨ
を収納した容器と重力式ヒートパイプにより熱交換的に
接続された被冷却空間内の吸熱器及び蓄冷材は、第１の
金属水素化物と異なる水素圧力−温度平衡特性を有する
第２の金属水素化物Ｍ２Ｈを収納した容器に、水素がＭ
、ｌ（側からＭ２１４側へ移動する時のＭ２Ｒ側での水
素放出に伴う吸熱を冷凍熱として利用し、被冷却空間内
の冷却を行なうものであるから動作音が極めて少ない。

そして８２Ｈ側での水素吸蔵後、Ｍ２Ｏ側よりＭ、Ｈ側
へ水素を戻すために、ＨｌＨの収納容器の加熱を行なう
のに、小型のバーナ等で賄える等、簡単な燃焼手段で十
分であるため、駆動熱エネルギーを多く必要としないで
作動できる。また、十分な吸熱、発熱反応を行なわすべ
く同容器間の水素往復をスムーズとする圧力勾配を得る
のに必要となる各容器に継げた放熱器も重力式ヒートパ
イプで構成し、各容器の温度、圧力を良好状態に維持で
きる。

そして、動作サイクルの繰り返す中で、熱の移動を重力
式ヒートパイプにて行うようにしたので、極めて速やか
に行なわれ、動作サイクルが短くできるので、冷却室の
低温維持が確実に成せる。更に、制御手段の制御対象と
なるのは、水素開閉弁、熱媒開閉弁、そしてバーナ等の
燃焼手段程度で数少ないので、簡単な制御系で構成でき
、使用性に優れる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却装置に用いられる２種類の金属水
素化物の水素圧力−温度平衡特性図、第２図は本発明の
冷却装置の構成図である。 １・・・第１の金属水素化物の収納容器、２・・・第２
の金属水素化物の収納容器、３・・・被冷却空間、４・
・・水素開閉弁、６・・・吸熱器、７．１２，１５，１
９・・・重力式ヒートパイプ、９・・・蓄冷材、１０・
・・第１の放熱器、１４・・・第２の放熱器、１７・・
・熱媒開閉弁、１８・・加熱部、２１・・・バーナ、２
２・・・制御手段。 （〕 第 図 今 第２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被冷却空間内に配設された重力式ヒートパイプから成る
   吸熱器及びこれと熱交換させる蓄冷材と、この吸熱器よ
   り上部に配設された第１の金属水素化物の収納容器と、
   第１の金属水素化物の収納容器より上部被冷却空間外に
   配設された重力式ヒートパイプからなる第１の放熱器と
   、被冷却空間外に配設された重力式ヒートパイプから成
   る加熱部と、この加熱部より上部に配設され、上記第１
   の金属水素化物と水素圧力−温度平衡特性の異なる第２
   の金水素化物の収納容器と、第２の金属水素化物の収納
   容器より上部被冷却空間外に配設された重力式ヒートパ
   イプからなる第２の放熱器とを備え、上記吸熱器と上記
   第１の放熱器を上記第１の金属水素化物の収納容器に熱
   交換的に接続し、上記加熱部及び熱媒開閉弁を介させた
   上記第２の放熱器とを上記第２の金属水素化物の収納容
   器に熱交換的に接続し、上記第１の金属水素化物の収納
   容器と第２の金属水素化物の収納容器との間を水素開閉
   弁を介して連通すると共に、上記加熱部の加熱、上記熱
   媒開閉弁及び水素開閉弁を一元的に制御する制御手段を
   設けたことを特徴とする金属水素化物利用の冷却装置。