JPH03105172A - 金属水素化物を利用した冷却装置 - 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。

（口）促米の技術 近午、金属水素化物が水素を放出するときの吸熱反応を
利用した冷却装置が種々提案されている。例えば特開昭
５７−９２６７０号公報には金属水素化物を充填した反
応容器を異なる温度の熱媒間を移動させることにより、
複雑な熱媒回路やそのための制御機構を不要にした冷却
装置が開示されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかるに、特開昭５７−９２６７０号公報に示される冷
却方式では、加熱により水素を冷熱発生用反応容器に戻
してやる間、冷却運転が行われないという欠点があり、
また、反応容器と熱媒との熱交換が、反応容器壁面と熱
交換壁面との接触によって行われるため、反応容器の移
動には摩擦力に抗する大きな動力が必要となる。

本発明は上記の点に鑑みて威されたもので、ピストン状
に駆動する反応容器を２組用い連続的に冷却運転を行わ
せる利点を有すると共に、ピストン状反応容器の移動に
際し、全属水素化物自身の水素吸蔵、放出時の平衡圧力
と大気圧との差圧を駆動力として利用することにより、
外部から与える動力を大幅に節約し、また金属水素化物
内蔵の反応容器と熱媒との熱交換を効果的に行えるよう
な溝遣の熱交換器を有する冷却装置を提供することを目
的とするものである。

（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冷却装置は、水素圧力
一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Ｍ，Ｈを収納した細管状反応容器とこ
れらを連通ずる水素流路を１つのピストン状の円筒形容
器として形戊し、水素の再生過程においてはＭ　，　Ｈ
の充填部が高温側に、Ｍ，Ｈの充填部が冷却側に位置す
るよう、また、冷熱発生過程においては、Ｍ　ｔ　Ｈが
冷却部、Ｍ１Ｈが冷熱発生部に位置するよう、前記円筒
形容器を往復させることによって再生過程と冷熱発生過
程との切り換えを行うものである。

この際、円同形容器の先端に水素配管を通したピストン
を設置し、その先端にバルブを取り付け、ピストンの先
端面とピストンリングにより密閉系を溝戒するシリンダ
ーを設けておけば、バルブの開閉により密閉系内に生ず
る金属水素化物〜Ｉ，Ｈの平衡圧と大気圧との差圧を駆
動力としてピストンおよびそれに連結された円筒形容器
を高温部、常温部及び冷熱発生部の３つに区画された熱
媒流路内を往復させることにより再生過程と冷熱発生過
程との切り換えを行わせて冷熱を取出すことができる。

（ホ）作　用 第１の金属水素化物Ｍ．Ｈと第２の金属水素化物Ｍ　．
　Ｈとそれらを連結する水素流路からなる円筒状の容器
をＭ．Ｈ側が廃熱、太陽熱等により加熱された高温熱媒
体が流れる高温部に、また、Ｍ，Ｈ側が冷却媒体の流れ
る冷却部に位置するように制御すると、高圧のＭ　，　
Ｈ側からＭ　，　Ｈ側に水素が移動し、Ｍ　＋　Ｈ側で
吸蔵されてく。そして水素放出に伴う吸熱作用でＭ　ｔ
　Ｈ側は低温、低圧化の傾向を示すが、熱源か　らの加
熱により高温、高圧状態が保持される。一方、Ｍ　，　
Ｈ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、冷却媒体により放熱される。

以上のような再生過程が行われた後、円筒容器に接続さ
れたピストンのバルブを開けると、高温状態でセ衛圧に
達したＭ．Ｈ側の高圧水素ガスが放出され、その圧力に
よってピストンおよび円筒容器は低温側へ移動する。次
に、Ｍ，Ｈ側が被冷却空間に、Ｍ　，　Ｈ側が冷却部に
来た時点でピストンをストゾパーなどで停止させ、バル
ブを閉じる。このときＭ．Ｈ側の高温状態は冷却媒体に
よって常温に戻される。一方Ｍ，Ｈ側は水素を吸蔵した
低温高圧状態にあるから、Ｍ．Ｈ側から水素が放出され
、ＭｔＨ側に水素流路を通して移動する。Ｍ　，　Ｈは
吸熱的に水素を放出するので、Ｍ１■｛側では冷凍熱が
発生し、その結果、吸熱器のファンを回すことで効率的
な吸熱が行なわれ、被冷却空間の冷却が戊される。一方
Ｍ．Ｈ側は冷却媒体により常温、低圧状態が保持されて
いるので水素移動が効果的に行なわれる。

以上のような冷納発生過程が行なわれた後、Ｎ１，Ｈ，
Ｍ，Ｈとも大気圧以下の平衡圧になっているので、この
とき再びピストンの先端に取り付けたバルブを開けると
ピストンとシリンダーによる密閉系内に負圧を生じ、ピ
ストンおよび円筒容器は高温側へ移動し、再び再生過程
が行なわれる。

このようなピストンおよび円筒容器を２組用い、互いに
再生過程、冷熱発生過程を交互に行なわせるようにすれ
ば、連続的に被冷却空間への冷凍出熱が得られる。

（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図は本発明の冷却装置に用いられる２種類の金属水
素化物における水素圧力一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て溝戒し
た冷却装置の構戒図、第３図は各金属水素化物を収納す
る収納容３１３体の構成図を示す。

まず第２図について説明すると、１は第１図で示す水素
圧力一温度平衡特性を有する２種類の金属水素化物を収
納した円筒形容器であり、左側に第１図においてＩＩで
示すＬａＮｉＳ系の金属水素化物Ｍ　，　Ｈを、右側に
Ｉで示すＭｍＮｉ，系の金属水素化物Ｍ，Ｈを収納して
おり、２つの金属水素化物（合金）は水素配管によりつ
ながれている。

この２種類の金属水素化物と水素配管からなる円同形容
器１は２組用意されており、お互いが逆の過程（再生過
程と冷熱発生過程）になるようにサイクルを繰り返すこ
とによって連続的に冷熱を取り出すことを可能にしてい
る。２は円筒形容器１に連結されたピストン、３はピス
トン２と密閉系８處すシリンダー、４はピストン２の先
端に取り付けられた水素バルブである。今円誇形容器１
が再生過程の終了状態にあるとすると、第１図より金属
水素化物■及びＩ１は共に高い平衡圧力状態にある。こ
のとき、バルブ４を開けると、シリンダー３内に高圧の
水素ガスが放出されピストン２及び容器１はストッパー
５によって停止させられるまで右方向に移動し、その時
点でバルブ４を閉じると被冷却空間７を冷却する冷′熱
発生過程が開始される。被玲却空間７とＭｍＮｉ，系金
属水素化物Ｍ　，　Ｈとの間の熱交換は被冷却空間７に
設けたファン１２によって効率的に行なわれる。このよ
うな冷熱発生過程の終了後バルブ・１を開けると、第１
図に示されるように金属水素化物Ｉ及びＩＴは共に大気
圧以下の平衡圧力状態にあるため水素ガスの吸熱により
シリンダー３内は負圧とな１冫ピストン２及び円筒形容
５１はストッパー５によって停止させられるまで左方向
に移動し、その時点でバルブ４を閉じると再生過程に移
行する。

このように２組の金属水素化物を収納した円筒形容Ｓ１
により交互に再生過程、冷熱発生過程を行なわせること
により、連続的に冷熱を取り出すことができる。また、
第２図（ａ）の正面図に示した８、ｌＯはそれぞれ熱源
より加熟された高温熱媒体および常温に冷却するための
常温熱媒体の流路であり、これらの流路８、９１１５お
よび高温熱媒体とシステムの周囲媒体との間は断熱材６
によって熱的に遮断される構造となっており、各熱媒体
と金属水素化物Ｉ、ＴＩとの熱交換はファン９、ｌ１に
よって効率的に行なわれる。

ところで、金属水素化物Ｍ，Ｈ，Ｍ，Ｈを収納する円筒
形容益１およびそれに連結されたピストン２の構造は第
３図のようになっている。

仮に図に示した円誇形容器１が冷熱発生過程にあるとす
ると、Ｍ　ｍ　Ｎ　ｒ　５系の金属水素化物Ｍ，Ｈを収
納した複数本の細管状の容器１５より、水素ガスが放出
され、水素配管Ｉ７を通ってＬ　ａ　Ｎ　ｉ，系の金属
水素化物Ｍ　，　Ｈを収納した複数本の細管状の容器１
４に導入される。このとき細管状の容番１５側では、吸
熱反応が起こり、被冷却空間７内の熱媒体が冷却される
。また、細管状の容５１４側の断熱材１９はこのとき、
熱源側の高温熱媒体と常温への冷却用熱媒体との断熱の
役割を果たし、断熱材ｌ６は常温熱媒体と被冷却空間内
の熱媒体との断熱の役割を果たしている。尚１３は円板
状のフィンで細管状の容器ｌ４、１５が貫通している。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば熱媒配管回路の制却、金属
水素化物容器の位置の制御に対する動力がほとんど不要
であるため、冷凍システムの小容量化、簡略化がはかれ
ると共に、熱交換を水冷式ではなく空冷式で作動できる
ようになっているので冷却水源あるいは冷却塔、冷却水
及び熱媒ボンプが不要となり、小型化した空冷式の金属
水素化物を利用した冷却装置を提供できる。

【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
素化物の水素圧力一温度平衡特性図、第２図は本発明の
冷却装置のＦｆｔ戊図で（ａ）図は外観正面図、（ｂ）
図は平面図、第３図は金属水素化物を収納する収納容器
の構造を示し、（ａ）図は外観正面図、（ｂ）図は筒状
の金属水素化物収納容器群にフィンを付設している（ａ
）図における熱交換部のＡ−Ａ断面図である。 １・・・円箭形容器、２・・・ピストン、３・・・シリ
ンダー　４・・・パルブ、５・・・ストッパー　６，　
　１１９・・・断熱材、７・・・被冷却空間（冷却室）
、１０・・・熱媒管、９、１１、ｌ２・・・ファン、１
フｆン、ｌ４、１５・・・細管状の容益、ｌ７、・・・
水素配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）水素圧力−温度平衡特性の異なる２種類の金属水素
   化物をそれぞれ充填した細管状反応容器と、これらを連
   結する水素流路を１つの円筒形容器として形成し、前記
   円筒形容器の先端に前記水素流路に接続される水素配管
   を通したピストンを連結し、該ピストンの先端にバルブ
   を取付け、前記ピストン先端面とピストンリングにより
   密閉系を構成するシリンダーを設け、前記バルブの開閉
   により密閉系のシリンダー内に生ずる全属水素化物自身
   の平衡圧と大気圧との差圧を駆動力としてピストンに連
   結された円筒形容器を高温部、常温部及び冷熱発生部の
   ３つに区画された熱媒流路内を往復させることにより冷
   熱を取出すようにしたことを特徴とする金属水素化物を
   利用した冷却装置。