JPS5819954B2 - レイダンボウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属水素化物の吸熱作用または発熱作用を利
用した冷暖房装置に関するもので、２個の熱交換容器中
に内蔵させた金属水素化物を、圧縮機あるいはポンプで
交互に繰り返し減圧、加圧し、金属水素化物の水素の放
出、吸蔵サイクルによって、冷暖房機能を発揮させるも
のである。

古くから多くの金属は水素を吸蔵し、水素化物をつくる
ことが知られている。

この場合、金属の単位重量当り、より多くの水素を吸蔵
し、使用環境温度で可逆的に、その水素を放出する。

また金属水素化物より水素を放出する過程は、吸熱過程
であり、逆に水素を吸蔵する過程は、発熱過程であるこ
とも知られている。

（Ｍは金属単体または金属合金を示す） なる関係があり金属水素化物の代表的なものを一般化学
式で示すと、ＡＢ５ＨＸとなり、Ａは希土類（レアアー
ス）として知られているランタニドであり、Ｂはニッケ
ルまたはコバルト、Ｈは水素で、工は広い範囲で変化す
る変数である。

その一例としてＬａＮｉ５ ＨＸの特性について説明
する。

温度をパラメーターとするＬａＮｉ５−Ｈ工の水素成分
と平衡圧力の関係を第１図に示す。

そして与えられた温度で、ある圧力（均衡圧）のもとで
、Ｌ ａ Ｎ ｉ ５は互いに均衡している。

こうした均衡状態にある構造は第１図に示す気圧で広い
範囲に変化する。

Ｘ軸の広い範囲で均衡圧は事実上、一定値を持ち、高原
圧と呼ばれている。

こうしたＬａＮｉ５ ＨＸ金属水素化物か均衡圧より少
し高い圧力がかげられた水素に触れると水素は水素分の
多い水素化物ができるまで吸蔵される。

水素か放出できるようになると圧力は急激に高原圧まで
下がって、この一定圧で水素は枯渇する。

水素かにげると、水素分を多く含んだ金属化合物は水素
分のない金属化合物Ｌ ａ Ｎ ｉ ５に変わる。

もし多水素化合物が無水素化合物に完全に変わったとき
、圧力は高原圧以下になる。

高原圧の値は、温度に依存し、高温の時、水素圧は低温
の時より高くなる。

温度と圧力の関係を第２図に示す。

以上のように金属水素化物は、平衡状態から温度を上昇
させるか、平衡圧力を下げることにより水素放出過程と
なる。

そして逆の場合は水素吸蔵過程となる。

この水素放出過程は曲状のように吸熱反応である。

この吸熱量は、金属水素化物の種類によって異なり、第
２図のｌ ｏｇＰ Ｈ２と１／Ｔの傾斜より求めること
ができる。

例えば、Ｌ ａ Ｎ ｉ ５ ＨＸは７．２ Ｋｃａ
ｌ ／ｍｏ ｌ Ｈ２の吸熱量がある。

本発明ではＬ ａ Ｎ ｉ ５ ＨＸの他にＦｅＴ
ｉ −ＸＸ 、 ＶＸＸ 、 ＮｂＨｚ ｓ ＰｄＨＸ
。

Ｍｇ２ ＣｕＨＸ、 Ｍｇ２ Ｎ ｉ ＨＸ 、 Ｍｇ
ＨＸ。

ＳｍＣ０５−ＨＸ 、 Ｌａ Ｃ０５−ＨＸｔ ＭｍＣ
ｏ５ＨＸ （Ｍｍは希土類元素の合金）、のようにア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド等の希土類
元素、遷移金属等の組合わせによる金属水素化物が冷暖
房装置の冷却源および発熱源に利用できる。

本発明は上記技術をもとに新規かつ新しい機能を付加し
た冷暖房装置を提供するものである。

すなわち、金属水素化物から水素を放出する手段は湿度
を上昇させる場合と減圧にする場合とか考えられるが、
前者の場合金属水素化物の吸熱量以上の加熱源が必要と
なる。

従って、水素放出時の吸熱量は、加熱時に全音附失する
ことになり、冷房能力はなくなって来る。

そこで後者の場合において、一方の金属容器を減圧にし
、他方の金属容器内を加圧することにより、金属水素化
物に何ら熱源を加えることなく、水素の放出・吸蔵過程
を進行させることができる。

その手段として、金属容器１と金属容器２間にポンプ（
吸引・加圧型）または圧縮器を用い、この系において圧
縮器の反転動作を効率よくする機能を付加するものであ
る。

以下本発明の実施例について第３図、第４図を診考に説
明する。

金属容器１，２は熱交換兼用型とし、吸熱作用と発熱作
用を効率良く行なわせる構造とした。

Ｒ，Ｓは金属水素化物を示し、水素が枯渇した状態を単
に金属化合物と呼ぶ。

金属水素化物はＬａＮｔ、 ＨＸを採用した。

金属水素化物は周知の製造法（例えばＰｈ１ｌｉｐｓ
Ｒｅ５ｅ −ａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔｓ Ｓｕｐ
ｐｌｅｍｅｎｔｓ 、 １９７３應２に記載）に従っ
て、試料を製造し、実験に供した。

金属水素化物の量と圧縮器出力は次のようにして算出し
た。

一般のルームエアコンの標準冷房能力は約２５００Ｋｍ
／ｈ ｒである。

ＬａＮｉ５−町の吸熱量ΔＱ ＝ ７．２ Ｋｃａｌ／
ｍｏ ｌ Ｈ２で３６００ Ｋａｒｔ／Ｋ ｇ、Ｈ２
に相当する。

なお発熱量も又同熱量である。

ＬａＮｉ５−Ｈ６，７の水素吸蔵能は１．５％（重量比
）であるから、Ｌ ａ Ｎ ｉ ５−ＨＸの１ｋｇ当り
の吸熱量（発熱量）は１５ Ｘ ３．６＝５４Ｋｍとな
る。

い１冷暖房能力を２５００ Ｋｃａｌ／ ｈ ｒとして
いるから、この冷暖房能力を出すための金属水素化物（
ＬａＮｉ５−Ｉ（Ｘ ）の必要量は２’５００１５４＝
４６ｋｇ／ ｈ ｒとなる。

また反応速度を４サイクル／ ｈ ｒにすると、１１．
６ｋｇのＬ ａ Ｎ ｉ ５−ＨＸが１つの金属容器内
に内蔵される量となる。

従って、ＬａＮ１５−Ｈｘ（水素吸蔵粉末）Ｒを金属容
器１に１２ｋｇ内蔵した。

捷だ金属容器２には同様に１１．６ｋｇの金属化合物（
水素吸蔵過程）Ｓを内蔵した。

金属容器１には金属容器２より多くの金属水素化物、金
属化合物を入れた。

その理由は加圧、減圧過程か最後まで円滑に進行し、水
素吸蔵・放出過程を圧力センサー４，４′等により容易
に反転させるためである。

金属容器１，２内の試料体積は約４１である。

従って、全体の内容積が約７１の金属容器を使用した。

その形状の概略図をその１例として第４図に示す。

金属容器１，２の周囲は凹凸状にし、アルミニウムのフ
ィン７．７′を取付けた構成のものである。

試料は各段ごとに通気性を持たせるように配置した。

金属容器１，２内には金属水素化物Ｒ，Ｓを入れ、ネッ
ト、繊維、布等８で粉末を包囲し、水素の流れを良くし
である。

次に圧縮器の出力は次式より算出した。

−１：ｌＩＫｗ＝３６．７Ｘ１０４ｋｇ・ｍここで、Ｇ
−水素の循環量＝ ０．６９４ ｋｇ／ ｈｒＫ＝比熱
比（ｃｐ／ｃｖ）■、４１ Ｔ１−放出時の冷却串度−８℃ ｐ、 ＝絶対圧力＝ １．０ ｋｙ／ｃｍ−ａｂｓ＝
１． ＯＸ １０’ ｋｇ／ ｍ２ Ｕ、 ＝体積＝２：ｌ’（ａｔ８℃）＝ ＝ １１．５ ｒｎ３７ｋｇ 、”、 Ｗｃ＝０．６９４ｋｇ／ｈ ｒ Ｘ １．４
１／ ０．４１Ｘ Ｉ Ｘ １０’ Ｊ／ｍ２Ｘ １１
．５ｍ３７ｋｇいま圧縮比Ｘ、＝６．２として、上式に
代入すると、Ｗｃ＝２７．４５Ｘ １０’ （１，７
−１）＝１９．２２Ｘ １０’ ｋｇ・ｍ Ｗ＝８７０Ｗとなる。

従って約８７０Ｗの圧縮器（又はポンプ）を使用すれば
良いことになる。

また送風機の風量は５ｍ／ｍｉｎである。

次に本発明の冷暖房装置の動作を第３図の実施例で説明
する。

第３図■の例： 第３図に示すような金属容器１に金属水素化物（飽和水
素吸蔵粉末）Ｒ１２ｋｇを内蔵し、金属容器２には、金
属化合物（水素枯渇粉末）８１１．６ｋｇを内蔵した。

容器内部の空気は窒素ガスで置換後水素ガスで更に置換
し、完全密閉型とした。

次に圧縮器３を動作させ、金属容器１内を減圧にすると
同時に、金属容器２内を加圧状態にする。

この時、金属容器１内の金属水素化物Ｒから水素ガスが
放出し始める。

この水素ガスは金属容器２内の金属化合物Ｓに吸蔵され
る。

この過程で、金属容器１内の温度が低下する。

この低下した温度をフィンＴを通して、送風機５により
室内に送り、室内を冷房する。

送風機の風量は５ｍ３７ｍ１ｎ以下で、出口温度は約１
５℃まで下がる。

一方金属容器２内温度は、水素を吸蔵するために上昇す
るので、送風機５′を動作させて、冷却を行なう。

この時の温風は屋外に放出する。

なお冬期には、温風は暖房用として使用することができ
る。

金属水素化物Ｒの含有水素が枯渇状態に近くなると、金
属化合物Ｓは水素を飽和状態まで吸蔵するので第１図に
示すように圧力が上昇する。

この圧力を圧力センサー４′で感知して、水素の放出・
吸蔵過程を反転する。

すなわち、金属容器２の圧力センサー４′により、リレ
ー接点／１が開き、リレー接点１２が閉じて、圧縮機３
が逆回転し、金属容器２内か逆に減圧状態に、金属容器
１が加圧状態になり、水素ガスの流れは逆方向となる。

この結果今度は金属水素化物Ｓが吸熱反応をおこし、金
属容器２内の温度が低下し、室の冷房に供せられる。

この冷房動作糾合金属容器１，２で交互に行なう。

そして水素ガスの放出、吸蔵が完了する点で金属容器１
，２の風向を変えることにより、冷房動作を継続させる
ことができ、また逆の動作を利用すれば、暖房動作を継
続させることができる。

第３図■の例： 圧縮機３は反転させず、水素ガスの流れのみを、電磁弁
６，６′を用いて変化させたものである。

金属容器１が吸熱過程であるときは、電磁弁６゜６１は
ｏｆｆとなり、電磁弁６，６′内を直線的な流れで、金
属容器２に水素ガスが流れる。

（矢印■の流れ方向）これとは逆に金属容器２が吸熱過
程であるときは、リレー接点１２が働き、電磁弁６，６
′はｏｎとなり、電磁弁６，６′を直角方向にジグザグ
状に流れる（矢印■の流れ方向）。

この場合圧縮機３は、常咳一定方向に水素ガスが流れる
ように動作し続ける。

第３図■の例： ２台の圧縮機３，３′と、との圧縮機３，３′の前段に
設けた電磁弁６，６′を並列的に動作させるものである
。

すなわち、金属容器１が吸熱過程の場合はリレー接点１
１が閉じて電磁弁６かＯｎとなり圧縮機３が動作する。

逆に金属容器２が吸熱過程の場合は、リレー接点１２が
閉じて電磁弁６′がｏｎ となり圧縮機３′が動作する
。

なお、Ｅｌ、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は電源端子である。

この動作を交互に継続し続けることにより室内の冷房効
果を発揮するものである。

また、風向きは吸熱過程の時のみ、室向きとし、発熱過
程の時は室外方向に自動的に放出する仕組みである。

なお、この操作を逆にして、発熱過程の時のみ、風向き
を室内向きとすれば暖房効果か得られる。

また第５図に示すように、金属水素化物の重量および体
積は、交互に交換し得る回数／時間（サイクル）が大き
い程軽く、小さくなる。

また放熱量のみを利用すれば冬の暖房装置にもなる。

さらに金属容器内１，２に入れる金属水素化物Ｒ，Ｓは
同種類のものでも、異種のものでも、各種混合物でも良
い。

本発明の冷暖房装置の論理成績係数を現存の冷房機と比
較すると次のようになる。

現存の冷房機の論理成績係数は、モリエル線図を利用（
蒸気圧縮サイクル）して求めるとε中５．７となる。

このことは実際上の効率を無視すれば、本発明の冷暖房
装置は論理的には現存の冷暖房装置と同程度の特性が得
られることを意味する３第５図はＬａＮ１５−ＨＸの特
性であるが、その他、水素吸蔵能力が大きく、しかも吸
熱量（発熱量）の大きい金属水素化物を使用すれば、更
に装置を小型軽量化できる。

例えばＭｇ２ＣＵ −Ｈ。Ｍｇ２ Ｎｉ ＨＸは水素吸
蔵能でＬａＮｉ５−取の約４培（重量比）、吸熱量（発
熱量）は２倍以上である。

したがって前記同様２５００Ｋｍ／ｈｒの冷暖房能力を
出すには、金属水素化合物の量は約５ｋｇでよく、Ｌ
ａ Ｎ １５ ＨＸの約１／８（重量比）で良い事に
なる。

以上Ωように本発明においては圧縮器を介して２つの連
通ずる金属容器内の金属水素化物の量をアンバランスに
しており、したがって、少ない方の金属水素化物は水素
の吸蔵・放出が能力−ぽいに行われ、金属容器内の圧力
変化が大きくとれ、圧力センサーの動作を正確に行なえ
、圧縮器の反転動作をタイミングよくでき、水素の移動
を効率よくできる。

すなわち、系の効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属水素化物ＬａＮ１５−ＨＸの水素成分と平
衡圧力の関係図、第２図は金属水素化物ＬａＮｔ５
ＨＸの温度１／Ｔと圧力ｌｏｇｐＨ２の関係図、第３図
Ｉ、 Ｉ［、Ｉ［はそれぞれ本発明の実施例を示す冷暖
房装置の概略構成図、第４図は金属容器の概略断面図、
第５図は水素吸蔵−放出サイクルとＬａＮｉ５０重量お
よび体積の関係図である。 １．２・・・金属容器（熱交換容器）、３・・・圧縮器
（ポンプ）、Ｒ，Ｓ・・・金属水素化物（金属化合物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 異なる量の金属水素化物を内蔵させた２つの熱交換
   型金属容器間に圧縮器を設け、前記圧縮器により水素ガ
   スの流れを繰り返し反転させ、前記金属水素化物から水
   素が放出過程にある金属容器を介して冷房し、前記金属
   水素化物に水素が吸蔵される過程にある金属容器を介し
   て暖房する冷暖房装置。