JPH07190523A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイクル効率の高い冷凍サイクルを提供す
る。 【構成】 高圧水素ライン２からの高圧水素ガスの圧力
で膨張機４、５を回転駆動し、膨張機４、５における高
圧水素ガスの断熱膨張により発生した冷熱を冷凍熱交換
器９により回収して冷熱利用設備２１に冷凍供給する。
また、膨張機４、５の動力エネルギーを圧縮機６、７に
伝達して、低圧の水素ガスを昇圧することができる。ま
た、冷熱回収後の低温の水素ガスを高圧水素ガス予冷器
８および低圧水素ガス予冷器１０に導入して、膨張機
４、５および圧縮機６、７に導入する水素ガスの予冷に
それぞれ利用する。また、断熱圧縮後の温度上昇した水
素ガスを冷却するための中間冷却器１１の熱交換媒体２
３が金属水素化物昇圧器１２に導入されるようになって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば低温ガス貯蔵、
食品工業等の冷熱利用設備を使用する産業分野に用いて
好適な冷凍サイクルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、次世代のエネルギー源として水素
が注目されており、例えば都市域にて高圧水素ラインと
低圧水素ラインをそれぞれ敷設し、高圧水素、低圧水素
のポテンシャルエネルギー差を利用してフロン等の冷媒
を使用しない冷凍サイクルを実現することが考えられて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように水素を用いた冷凍サイクルでサイクル効率の高い
ものは未だ提案されておらず、この種の冷凍サイクルの
実用化は困難であると考えられていた。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であって、サイクル効率の高い冷凍サイクルを提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の冷凍サイクルは、高圧の水素ガスを流す
高圧水素ラインと、低圧の水素ガスを流す低圧水素ライ
ンと、回転自在な駆動軸を有し、前記高圧水素ラインか
ら高圧水素導入管を介して導入した水素ガスを断熱膨張
させ、その水素ガスを低圧水素排出管を介して前記低圧
水素ラインに導出する膨張機と、該膨張機の駆動軸上に
設置され、前記低圧水素ラインから低圧水素導入管を介
して導入した水素ガスを該駆動軸の回転により断熱圧縮
させ、その水素ガスを高圧水素排出管を介して前記高圧
水素ラインに導出する圧縮機と、前記低圧水素排出管に
おける前記膨張機の後段に設置され、断熱膨張後の水素
ガスが導入されて内部の熱交換媒体との間で熱交換が行
なわれるとともに、該熱交換媒体が任意の冷熱利用設備
との間で循環し、かつ熱交換後の水素ガスの温度が前記
高圧水素ラインおよび前記低圧水素ラインを流れる水素
ガスより低温となるように構成された冷凍熱交換器と、
前記高圧水素導入管における膨張機の前段に設置され、
該膨張機導入前の水素ガスと前記冷凍熱交換器を経た水
素ガスとが内部に導入されて、これら水素ガス同士が熱
交換するように構成された高圧水素ガス予冷器と、前記
低圧水素導入管における前記圧縮器の前段に設置され、
該圧縮機導入前の水素ガスと、前記冷凍熱交換器を経た
前記高圧水素ガス予冷器導入前の水素ガスの一部とが導
入されて、これら水素ガス同士が熱交換するように構成
された低圧水素ガス予冷器と、前記高圧水素排出管にお
ける前記圧縮機の後段に設置され、断熱圧縮後の水素ガ
スが導入されて内部の熱交換媒体との間で熱交換が行な
われるように構成された中間冷却器と、前記高圧水素ラ
インと前記低圧水素ラインとの間に設置されるととも
に、前記中間冷却器との間を前記中間冷却器の熱交換媒
体が循環するように構成され、該熱交換媒体の熱を吸収
することにより前記低圧水素ラインから導入される水素
ガスを昇圧して前記高圧水素ラインに導出するように構
成された金属水素化物昇圧器とが具備されていることを
特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明の冷凍サイクルでは、低圧水素ラインか
ら低圧の水素ガスを金属水素化物昇圧器内に導入したと
きに、内部の水素吸蔵合金が前記低圧の水素ガスを吸蔵
して金属水素化物となり、水素ガスの吸蔵が完了した時
点で金属水素化物昇圧器を密閉する。

【０００７】一方、高圧水素ラインから高圧水素導入管
を介して高圧の水素ガスを膨張機に導入すると、膨張機
においては水素ガスが有する圧力エネルギーにより駆動
軸が回転駆動するとともに、高圧の水素ガスが断熱膨張
して低圧の水素ガスとなり、この水素ガスを低圧水素排
出管へと導出する。

【０００８】ここで、膨張機から低圧水素排出管に導出
された水素ガスは、膨張機にて膨張されたことにより大
幅に温度低下しているので、この低温の水素ガスと冷凍
熱交換器における熱交換媒体との間で熱交換が行なわれ
ることにより熱交換媒体が冷熱を得て、冷熱が奪われた
水素ガスを高圧水素ガス予冷器に導入する一方、熱交換
媒体を冷熱利用設備に循環させることにより得た冷熱を
冷却に利用する。

【０００９】また、冷凍熱交換器から高圧水素ガス予冷
器に導入する水素ガスは、高圧水素ラインから高圧水素
ガス予冷器に導入する水素ガスより低温となっているの
で、高圧水素ガス予冷器においてこれら水素ガスの間で
熱交換が行なわれたときに、膨張機導入前の水素ガスは
冷凍熱交換器導出後の水素ガスがもつ冷熱によって冷却
される。一方、低圧水素排出管側の予冷器を経た水素ガ
スを温度が上昇した状態で低圧水素ラインに導入する。

【００１０】また、冷凍熱交換器から導出される水素ガ
スを、高圧水素ガス予冷器に導入する前にその一部を分
けて低圧水素ガス予冷器に導入する。ここでも、この水
素ガスは、低圧水素ラインから圧縮器に導入される水素
ガスより低温となっているので、低圧水素ガス予冷器に
おいてこれら水素ガスの間で熱交換が行なわれたとき
に、圧縮機導入前の水素ガスは冷凍熱交換器導出後の水
素ガスがもつ冷熱によって冷却され、その後、この水素
ガスを圧縮機に導入する。

【００１１】また、高圧の水素ガスを膨張機に導入する
ことにより得られた駆動軸の回転により圧縮機に導入さ
れた水素ガスが断熱圧縮し、水素ガスは昇圧、昇温す
る。ついで、この水素ガスを中間冷却器に導入して熱交
換媒体により冷却した後、高圧水素ラインに導入する。
一方、温度が上昇した熱交換媒体を金属水素化物昇圧器
に循環供給する。

【００１２】そして、金属水素化物昇圧器に高温の熱交
換媒体を導入すると、この熱交換媒体との熱交換により
金属水素化物が熱を吸収して予め貯蔵していた水素を放
出し、密閉された金属水素化物昇圧器内で水素ガスが昇
圧されるので、この水素ガスが十分に昇圧されて高圧水
素ラインの圧力以上になった時点で高圧の水素ガスを高
圧水素ラインへと導入する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の冷凍サイクルの一実施例を図
１を参照して説明する。図１は冷凍サイクル１の全体構
成を示す図であって、図中符号２は高圧水素ライン、３
は低圧水素ライン、４、５は膨張機、６、７は圧縮機、
８は高圧水素ガス予冷器、９は冷凍熱交換器、１０は低
圧水素ガス予冷器、１１は中間冷却器、１２は金属水素
化物昇圧器である。

【００１４】高圧水素ライン２は圧力１１００ｋＰａ、
温度２０℃の水素ガスを流す管路であり、低圧水素ライ
ン３は圧力２００ｋＰａ、温度２０℃の水素ガスを流す
管路である。

【００１５】膨張機４、５は、回転自在な駆動軸１３の
一端側に前段、後段の２段にわたって設置されたもので
あり、駆動軸１３の他端側には、圧縮器６、７が前段、
後段の２段にわたって設置されている。

【００１６】また、高圧水素ライン２と前段の膨張機４
の入口は高圧水素導入管１４により接続され、後段の膨
張機７の出口と低圧水素ライン３とは低圧水素排出管１
５により接続されている。また、低圧水素ライン３と前
段の圧縮機６の入口は低圧水素導入管１６により接続さ
れ、後段の圧縮機７の出口と高圧水素ライン２とは高圧
水素排出管１７により接続されている。さらに、前段の
膨張機４の出口と後段の膨張機５の入口とが膨張機連絡
管１８により接続され、前段の圧縮機６の出口と後段の
圧縮機７の入口とが圧縮機連絡管１９により接続されて
いる。また、高圧水素導入管１４および低圧水素導入管
１６の上流側には水素取出弁２７、２８が設けられてい
る。

【００１７】また、高圧水素ガス予冷器８が、高圧水素
導入管１４における膨張機４、５の前段、かつ低圧水素
排出管１５における後述する冷凍熱交換器９の後段に設
置されており、高圧水素導入管１４および低圧水素排出
管１５を流れる水素ガスが内部に導入されて、低圧水素
排出管１５側の冷凍熱交換器９を経た低温の水素ガスに
よって高圧水素導入管１４側の水素ガスが膨張機４、５
に導入される前に予冷されるようになっている。

【００１８】また、冷凍熱交換器９が、低圧水素排出管
１５における後段の膨張機５と高圧水素ガス予冷器８と
の間に設置されており、この冷凍熱交換器９においては
低圧水素排出管１５を流れる水素ガスと熱交換媒体２０
との間で熱交換が行なわれるとともに、熱交換により冷
熱を得た熱交換媒体２０が冷凍庫等の冷熱利用設備２１
との間を循環するようになっている。

【００１９】また、低圧水素ガス予冷器１０が、低圧水
素導入管１６における圧縮機６、７の前段に設置されて
おり、低圧水素導入管１６を流れる水素ガスが内部に導
入されるとともに、低圧水素排出管１５が冷凍熱交換器
９と高圧水素ガス予冷器８との間で分岐された低圧水素
バイパス管２２を介して冷凍熱交換器９通過後の水素ガ
スが導入されるようになっている。そして、低圧水素導
入管１６側の水素ガスが、低圧水素バイパス管２２側の
冷凍熱交換器９を経た低温の水素ガスによって圧縮機
６、７に導入される前に予冷されるようになっている。
また、低圧水素バイパス管２２側の水素ガスは低圧水素
ガス予冷器１０を経た後、再度、低圧水素排出管１５側
に合流して低圧水素ライン３に導入されるようになって
いる。

【００２０】また、中間冷却器１１が、高圧水素排出管
１７における後段の圧縮機７の後段に設置されており、
高圧水素排出管１７および圧縮器連絡管１９を流れる水
素ガスがそれぞれ内部に導入されるとともに、熱交換媒
体２３が導入されるようになっている。そして、前段の
圧縮機６から導出された水素ガス、および後段の圧縮機
７から導出された水素ガスの双方が熱交換媒体２３によ
り冷却されるようになっている。

【００２１】一方、金属水素化物昇圧器１２が低圧水素
ライン３と高圧水素ライン２との間に設置されており、
入口弁２４を介して低圧水素ライン３側から水素ガスが
導入され、出口弁２５を介して高圧水素ライン２側へ水
素ガスを導出するようになっている。また、金属水素化
物昇圧器１２の内部には水素吸蔵合金（図示せず）が収
納されており、この水素吸蔵合金に中間冷却器１１の熱
交換媒体２３が循環供給されるようになっているととも
に、工業用水等の比較的低温の熱交換媒体２６も循環供
給されるようになっている。なお、金属水素化物昇圧器
１２は、水素吸蔵済の水素吸蔵合金が熱を吸収すると水
素を再度放出するという水素吸蔵合金の性質を利用し
て、水素ガスを昇圧し得るものである。

【００２２】前記構成の冷凍サイクルを稼動させる際に
は、まず、金属水素化物昇圧器１２の入口弁２４を開け
出口弁２５を閉じた状態とし、低圧水素ライン３から圧
力２００ｋＰａ、温度２０℃の水素ガスを金属水素化物
昇圧器１２内に導入すると、内部の水素吸蔵合金が水素
ガスを吸蔵して金属水素化物となる。

【００２３】このとき、水素ガスの吸蔵反応により水素
吸蔵合金に発熱が生じるが、この熱は工業用水等の比較
的低温の熱交換媒体２６との間の熱交換により回収さ
れ、金属水素化物昇圧器１２内は約２０℃程度に保持さ
れて、水素吸蔵合金はこの温度で平衡状態となるまで水
素ガスを吸蔵し続ける。

【００２４】このようにして、金属水素化物昇圧器１２
における水素ガスの吸蔵が完了した時点で、入口弁２４
を閉じて金属水素化物昇圧器１２を密閉する。

【００２５】ついで、高圧水素導入管１４の水素取出弁
２７を開けると、圧力１１００ｋＰａ、温度２０℃の水
素ガスが流量６２５ｋｇ／ｈで高圧水素ライン２から高
圧水素ガス予冷器８に導入され、ここで冷却されて圧力
１０７５ｋＰａ、温度−５０℃の水素ガスとなる。つい
で、この水素ガスは前段の膨張機４に導入されて、高圧
の水素ガスが有する圧力エネルギーにより駆動軸１３が
回転駆動しつつ、高圧の水素ガスが断熱膨張される。つ
いで、水素ガスは膨張機連絡管１８を通じて前段の膨張
機４から後段の膨張機５に導入され、同様に断熱膨張さ
れて圧力２５０ｋＰａ、温度−１１９℃の低温低圧の水
素ガスとなり、後段の膨張機５から低圧水素排出管１５
を介して冷凍熱交換器９へ導入される。

【００２６】ここで、冷凍熱交換器９に導入された温度
−１１９℃の水素ガスと冷凍熱交換器９の熱交換媒体２
０との間で熱交換が行なわれ、水素ガスは冷熱を奪われ
て温度−７０℃となり、冷熱を得た熱交換媒体２０が冷
凍庫等の冷熱利用設備２１に導入されることにより冷却
に利用される。そして、この冷熱利用設備２１では温度
−６０℃、冷却能力１００ｋＷの冷却が可能となる。

【００２７】また、冷凍熱交換器９から導出された低圧
の水素ガスは、冷凍熱交換器９にて冷熱を奪われた後も
まだ温度−７０℃と十分に低温であり、冷却能力を有す
るものである。そこで、この水素ガスを、高圧水素ライ
ン２から膨張機４、５に導入する水素ガス、および低圧
水素ライン３から圧縮機６、７に導入する水素ガスを予
冷するための冷却媒体として利用するわけである。

【００２８】そこで、この水素ガスを、冷凍熱交換器９
の後段で高圧水素ガス予冷器８に導入する分と低圧水素
バイパス管２２を介して低圧水素ガス予冷器１０に導入
する分とに分け、流量６２５ｋｇ／ｈの水素ガスのう
ち、５４７ｋｇ／ｈ分を高圧水素ガス予冷器８に、７８
ｋｇ／ｈ分を低圧水素ガス予冷器１０に導入する。そこ
で、高圧水素ガス予冷器８では、高圧水素ライン２から
導入された２０℃の水素ガスと冷凍熱交換器９を経た−
７０℃の水素ガスとの間で熱交換が行なわれて、２０℃
の水素ガスは−５０℃に予冷されて前段の膨張機４に導
入され、−７０℃の水素ガスは圧力２２５ｋＰａ、温度
１０℃の低圧の水素ガスとなって低圧水素ライン３に導
入されることになる。

【００２９】一方、低圧水素導入管１６の水素取出弁２
８を開けると、圧力２００ｋＰａ、温度２０℃の水素ガ
スが流量１２７ｋｇ／ｈで低圧水素ライン３から低圧水
素ガス予冷器１０に導入される。低圧水素ガス予冷器１
０には、前述したように、冷凍熱交換器９を経た温度−
７０℃の水素ガスのうち、流量７８ｋｇ／ｈ分が低圧水
素バイパス管２２を介して導入されるので、２０℃の水
素ガスと−７０℃の水素ガスとの間で熱交換が行なわれ
て、２０℃の水素ガスは−２０℃に予冷されて前段の圧
縮機６に導入され、−７０℃の水素ガスは圧力２２５ｋ
Ｐａ、温度１０℃の水素ガスとなり、高圧水素ガス予冷
器８を経た水素ガスと合流して低圧水素ライン３に導入
されることになる。

【００３０】予冷された水素ガスは前段の圧縮機６に導
入され、駆動軸１３の回転により低圧の水素ガスが断熱
圧縮されて昇圧、昇温し、圧力４７０ｋＰａ、温度１１
０℃の水素ガスとなる。ついで、水素ガスは、圧縮機連
絡管１９を通じて中間冷却器１１に導入され、熱交換媒
体２３との間で熱交換が行なわれることにより冷却され
た後、後段の圧縮機７に導入され、水素ガスが再度断熱
圧縮されて昇圧、昇温し、圧力１１２５ｋＰａ、温度１
５０℃となる。そして、この水素ガスは再度中間冷却器
１１に導入され熱交換媒体２３により冷却されて、圧力
１１００ｋＰａ、温度４０℃の水素ガスとなり、高圧水
素排出管１７を介して高圧水素ライン２に導入される。
一方、熱交換媒体２３は１０４ｋＷの熱を得て温度１０
０℃となり、金属水素化物昇圧器１２に導入される。

【００３１】ついで、金属水素化物昇圧器１２では、中
間冷却器１１から導入された熱交換媒体２３との間の熱
交換により金属水素化物が熱を吸収して、予め吸蔵して
いた水素を放出する。すると、密閉された金属水素化物
昇圧器１２内で水素ガスが昇圧されるので、水素ガスが
充分に昇圧されて高圧水素ライン２の圧力以上になった
時点で出口弁２５を開けると、温度１００℃の高圧の水
素ガスが流量２３ｋｇ／ｈで高圧水素ライン２へと導出
される。

【００３２】なお、前述したように、金属水素化物昇圧
器１２による水素ガスの昇圧は間欠的に行われるため、
金属水素化物昇圧器１２から高圧水素ライン２への高圧
水素ガスの導出を完了して出口弁２５を閉じ、再び入口
弁２４を開けて低圧水素ライン３からの水素ガスの吸蔵
を開始する際には、高圧水素導入管１４および低圧水素
導入管１６の水素取出弁２７、２８を閉じて膨張機４、
５および圧縮機６、７の運転を一旦停止し、金属水素化
物昇圧器１２における水素の吸蔵が完了した時点で水素
取出弁２７、２８を開け、膨張機４、５および圧縮機
６、７の運転を再開する。

【００３３】本実施例の冷凍サイクル１においては、高
圧の水素ガスにおける圧力をそのまま利用することによ
り別の駆動源を用いることなく膨張機４、５を回転駆動
し、膨張機４、５における断熱膨張により発生した冷熱
を冷凍熱交換器９により取り出して温度−６０℃、冷却
能力１００ｋＷの冷熱利用設備２１の冷却に利用するこ
とができる。また、膨張機４、５により得られた動力エ
ネルギーを圧縮機６、７で利用することにより低圧の水
素ガスを昇圧することができる。また、断熱膨張後の低
温の水素ガスを利用して、膨張機４、５および圧縮機
６、７に導入する高圧の水素ガスの予冷をそれぞれ行な
うことができる。さらに、断熱圧縮後の水素ガスの冷却
時に中間冷却器１１の熱交換媒体２３が得た熱を金属水
素化物昇圧器１２に供給して利用することにより、低圧
水素ライン３から導いた低圧の水素ガスを昇圧して高圧
水素ライン２に導入することができる。

【００３４】すなわち、この冷凍サイクル１では、膨張
機４、５による動力エネルギーの圧縮機６、７への供
給、高圧水素ガス予冷器８および低圧水素ガス予冷器１
０における有効な熱交換、中間冷却器１１の得た熱の金
属水素化物昇圧器１２への供給というように、これらエ
ネルギーの伝達を有効に利用してエネルギーの無駄を最
小限にしつつ冷凍供給を行なうことができるので、サイ
クル効率の高い冷凍サイクルを実現することができる。

【００３５】本実施例の場合、サイクル効率ηは、冷凍
サイクル１において水素ガスが与えた仕事と、それによ
り作り出した冷凍供給能力とから求めることができ、 η＝（冷凍供給能力）／（水素が与えた仕事） ＝(100［kW］×3600［sec/h］)/｛1925［kJ/kg］×(625-127-23［kg/h］)｝ ＝３９．４％ となる。 （なお、１９２５［kJ/kg］は、１１００ｋＰａの高圧
の水素ガスと２００ｋＰａの低圧の水素ガスのエネルギ
ー差を示す値である。） 一般に、熱機関のサイクル効率は３０％を越えるとその
効率は良好であるということができ、その意味からして
本実施例のものは良好なサイクル効率を有する冷凍サイ
クルということができる。

【００３６】特に、本実施例の場合、前段の圧縮機６の
入口側に低圧水素ガス予冷器１０を設け、圧縮機６、７
に導入する水素ガスの温度を低下させたため、同じ所要
動力であっても、予冷を行なわない場合に比べ、圧縮機
６、７においてより多量の水素ガスを圧縮することがで
きる。すなわち、この冷凍サイクル１では断熱膨張後の
低温の水素ガスの一部を低圧水素ガス予冷器１０側で利
用することにより、圧縮機６、７をより効率的に利用す
ることができる。

【００３７】また、環境に悪影響を及ぼす物質として問
題となっているフロン等の冷媒を使用することなく水素
ガスを使用して冷熱を回収することができ、しかもＣＯ
2等の排ガスや排水の発生を伴う機械動力を全く必要と
せずに冷凍サイクル１を運転することができるため、こ
れらによって環境に及ぼす影響を少なく抑えることがで
きる。

【００３８】なお、本実施例の冷凍サイクル１は、膨張
機４、５および圧縮機６、７それぞれを２段にわたって
備えた構成としたが、この構成に限るものではなく、各
々を単段、または３段以上とすることもできる。また、
本実施例における冷凍サイクル１内の各箇所における設
定圧力や設定温度は一例であって、適宜設定値の変更が
可能であるし、それに伴って冷凍熱交換器９の熱交換媒
体２０や中間冷却器１１の熱交換媒体２３についても種
々のものを用いることが可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
冷凍サイクルにおいては、高圧の水素ガスにおける圧力
を利用して膨張機を回転駆動し、膨張機における断熱膨
張により発生した冷熱を冷凍熱交換器により取り出して
冷熱利用設備への冷凍供給に利用することができる。ま
た、膨張機により得られた動力エネルギーを圧縮機で利
用することにより低圧の水素ガスを昇圧することができ
る。また、断熱膨張後の低温の水素ガスを利用して、膨
張機および圧縮機に導入する高圧の水素ガスの予冷をそ
れぞれ行なうことができる。さらに、中間冷却器の熱交
換媒体が得た熱を金属水素化物昇圧器で利用して低圧の
水素ガスを昇圧することができる。すなわち、この冷凍
サイクルでは、膨張機による動力エネルギーの圧縮機へ
の供給、高圧水素ガス予冷器および低圧水素ガス予冷器
における有効な熱交換、中間冷却器の得た熱の金属水素
化物昇圧器への供給というように、これらエネルギーの
伝達を有効に利用してエネルギーの無駄を最小限にしつ
つ冷凍供給を行なうことができるので、サイクル効率の
高い冷凍サイクルを実現することができる。

【００４０】また、特に、本発明においては、圧縮機の
前段に低圧水素ガス予冷器を設け、すなわち、冷凍熱交
換器を経た低温の水素ガスの一部を低圧水素ガス予冷器
側で利用して圧縮機導入前の水素ガスの温度を低下させ
たことにより、圧縮機をより効率的に利用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である冷凍サイクルの全体構
成を示す図である。

【符号の説明】

１ 冷凍サイクル ２ 高圧水素ライン ３ 低圧水素ライン ４ 前段の膨張機（膨張機） ５ 後段の膨張機（膨張機） ６ 前段の圧縮機（圧縮機） ７ 後段の圧縮機（圧縮機） ８ 高圧水素ガス予冷器 ９ 冷凍熱交換器 １０ 低圧水素ガス予冷器 １１ 中間冷却器 １２ 金属水素化物昇圧器 １３ 駆動軸 １４ 高圧水素導入管 １５ 低圧水素排出管 １６ 低圧水素導入管 １７ 高圧水素排出管 ２０ 冷凍熱交換器の熱交換媒体 ２１ 冷熱利用設備 ２３ 中間冷却器および金属水素化物昇圧器の熱交換媒
体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧の水素ガスを流す高圧水素ライン
   と、 低圧の水素ガスを流す低圧水素ラインと、 回転自在な駆動軸を有し、前記高圧水素ラインから高圧
   水素導入管を介して導入した水素ガスを断熱膨張させ、
   その水素ガスを低圧水素排出管を介して前記低圧水素ラ
   インに導出する膨張機と、 該膨張機の駆動軸上に設置され、前記低圧水素ラインか
   ら低圧水素導入管を介して導入した水素ガスを該駆動軸
   の回転により断熱圧縮させ、その水素ガスを高圧水素排
   出管を介して前記高圧水素ラインに導出する圧縮機と、 前記低圧水素排出管における前記膨張機の後段に設置さ
   れ、断熱膨張後の水素ガスが導入されて内部の熱交換媒
   体との間で熱交換が行なわれるとともに、該熱交換媒体
   が任意の冷熱利用設備との間で循環し、かつ熱交換後の
   水素ガスの温度が前記高圧水素ラインおよび前記低圧水
   素ラインを流れる水素ガスより低温となるように構成さ
   れた冷凍熱交換器と、 前記高圧水素導入管における膨張機の前段に設置され、
   該膨張機導入前の水素ガスと前記冷凍熱交換器を経た水
   素ガスとが内部に導入されて、これら水素ガス同士が熱
   交換するように構成された高圧水素ガス予冷器と、 前記低圧水素導入管における前記圧縮器の前段に設置さ
   れ、該圧縮機導入前の水素ガスと、前記冷凍熱交換器を
   経た前記高圧水素ガス予冷器導入前の水素ガスの一部と
   が導入されて、これら水素ガス同士が熱交換するように
   構成された低圧水素ガス予冷器と、 前記高圧水素排出管における前記圧縮機の後段に設置さ
   れ、断熱圧縮後の水素ガスが導入されて内部の熱交換媒
   体との間で熱交換が行なわれるように構成された中間冷
   却器と、 前記高圧水素ラインと前記低圧水素ラインとの間に設置
   されるとともに、前記中間冷却器との間を前記中間冷却
   器の熱交換媒体が循環するように構成され、該熱交換媒
   体の熱を吸収することにより前記低圧水素ラインから導
   入される水素ガスを昇圧して前記高圧水素ラインに導出
   するように構成された金属水素化物昇圧器とが具備され
   ていることを特徴とする冷凍サイクル。