JPS5916100B2 - 水素化物−脱水素化物動力装置および動力発生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明によれば、新規にして高度に有用な動力および冷
却組合せ装置、および軸動力および冷却発生方法が提供
される。

動力および冷却は、独特の水素化物−説水素化物一水素
（以下においてＨＤＨとして言及される）サイクルにお
いて水素から直接に連続的かつ効率的に発生される。

水素が作動流体として使用され、ＨＤ’Ｈサイクル中に
化学的に圧縮されるが、熱的に解離されない。

水素は、作動流体として、良好な熱的安定性、高サイク
ル効率、低腐食性、好適な臨界特性および低毒性を有す
る利点を備える。

ＨＤＨサイクル中水素化物から化学的に結合された水素
を遊離するため、消耗ないし低等級の熱が利用されうる
。

概括的にいうと、本発明の動力および冷却組合せ装置は
、複数の水素化物−説水素化物リアクタ、位相がずらさ
れた食い違ったサイクルで各リアクタに水素ガスおよび
熱を交互にかつ周期的に供給する手段、リアクタから熱
を除去する手段、リアクタにより発生される加圧水素ガ
スの圧力エネルギを軸の仕事ないし動力および冷却に連
続的に変換する手段、および比較的低圧の水素をリアク
タに再循環する手段を含む。

リアクタに熱を周期的に供給する手段は、好ましくは、
地熱水、太陽エネルギまたは煙突ガスのことき低等級の
熱源を含み、エネルギー動力変換手段は好ましくはター
ビンである。

エネルギー冷却変換手段は好ましくは熱交換器である。

本発明はまた、低熱エネルギ源から軸動力および冷却を
同時に発生するための方法を含むもので、該方法は、理
想的には水素ガスを化学的に蓄積するため、水素を比較
的低圧で水素化物形成物質と可逆的に結合する段階、水
素化物を一定容積で加熱して水素ガスを効率的に化学的
に圧縮する段階、高められた好ましくは一定の温度にて
水素化物質に熱を伝達することにより水素化物質を脱水
素化し、高められた一定圧力下で水素ガスを遊離する段
階、加圧水素ガスを装置中に可逆的かつ断熱的に膨張し
て動力および過冷却水素ガスを発生する段階、使済みの
水素化物を一定容積下で冷却してそれを化学的に減圧し
、もって水素化物形成物質を効率的に再調整する段階、
およびこれらの諸段階を周期的に繰り返えす段階を含む
。

本発明の方法の好ましい実施方法としては、動力装置に
供給するための実質的に連続的加圧水素源を提供するた
め、複数の別個の水素化物形成物質床を使って食違いな
いし位相ずれにある関係で上述の段階を実施するを要す
る。

本発明の特定の具体例においては、水素化物質を脱水素
化する際発生される水素ガスが加熱のために使用される
。

水素化物リアクタに熱を供給するのに使用される熱源と
して、低等級の熱エネルギ源を適当に使用できるという
のが本発明の重要な一側面であり。

そして高温度のエネルギ源も使用できるけれどもこの種
のエネルギ源が好まじり。

この点で、利用される水素化物形成物質は、好ましくは
、比較的低温度で水素化物を形成し、適当の高圧および
約４５０″Ｆより高くない温度にて脱水素化により水素
ガスを遊離するものである。

本発明の重要な目的は、動力発生および冷却発生装置に
通す前にその状態を変化させるために、すなわちそのエ
ネルギ含分を上昇させるために加熱されねばならぬ作動
流体を含む如何なる既存の動力サイクルで達成されうる
よりも効率的かつ経済的態様で低等級の熱エネルギ源が
利用されるエネルギ変換を達成する実際的手段を提供す
ることである。

しかして、前記低等級の熱エネルギ源は、一般に、４５
０″Ｆよりも低くかつ周囲温度よりも高い温度で本発明
の動力装置に供給される熱源である。

本発明の他の目的は、加熱または冷却および動力供給装
置を作動するに使用できる高温加圧水素の連続供給源を
提供する新規な手段を提供することである。

本発明の他の目的は、加圧水素が、軸動力および冷却を
直接発生するために経済的かつ連続的に使用されさる水
素化物−説水素化物一水素サイクルを提案することであ
る。

本発明の他にさらに特定の目的は、ランキンサイクルま
たはその他のパワサイクルを利用せる従来の掘出し燃料
または核燃料発電所であって、高温度熱源を利用し作動
流体および燃失ガスに含まれる排熱を利用するために「
ボトミング」サイクルが利用される発電所に対してボト
ミングサイクルを追加するための実際的な手段を提供す
ることである。

本発明によ°り構成されるか＼るボトミングサイクルは
、熱エネルギの保存に改善をもたらすものである。

本発明の他の目的は、熱エネルギを変換して動力および
冷却な発生する他の既存の手段で経験されるものと比較
して環境の熱的汚染の減少をもたらすような方法で熱的
エネルギを変換する方法および手段を提供することであ
る。

本発明は、異なる１側面として、１または複数の流体層
、１または複数の流動化床−または１または複数の固定
水素化物末またはガス水素化物の使用、前記水素化物に
または該水素化物から熱を伝達する手段、および動力お
よび冷却の発生のため包含される水素を膨張するための
手段を含む上述の方法を遂行しうる装置に関する。

本発明のその他の目的および利点は、本発明の特定の好
ましい応用例を例示せる添附図面と関連してなせる本発
明の特定の具体例およびその詳細な実施例から明らかと
なろう。

まず第１図を参照すると、原子炉１０は、主冷却材循環
ループ１２中の冷却材は、原子炉冷却材ポンプ１４によ
り原子炉１０を通って蒸気発生器熱交換器１６に送られ
る。

熱交換器１６中には。原子炉から放出される熱い冷却材
との熱交換によ。

り蒸気を発生する目的で水が循環される。

水は。供給ポンプ１８により熱交換器１６に供給され、
そして蒸気が熱交換器１６から蒸気タービン２０に放出
される。

蒸気は、タービン中で動力を発生すべく膨張される。

低等級熱エネルギ源を構成するタービン２０から出る蒸
気は、本発明の動力装置を含むボトミング装置２２に供
給される。

このボトミング装置は、第１図に例示された流れ図の破
線のブロック内に含まれた略示の構造を含む。

この点で、表言の便宜上、本発明の水素化物−説水素化
物一水素動力サイクルは、本明細書において、さきにＨ
ＤＨ動力サイクルとして言及されたことを注意されたい
。

そして、前述ならびに以下におけるか＼る表言は、水素
化物が最初にまず可逆的に形成され、ついで脱水素化し
て加圧水素を遊離すべく加熱される本発明の動力サイク
ルをいうものと理解されたい。

ボトミング装置２２は、複数の水素化物リアクタを含む
。

例示の具体例において、これらのリアクタが４つ図示さ
れており、参照番９２４，２６゜２８および３０により
指示されている。

残留熱を運ぶタービン２０から出る用済みの蒸気は、後
述の順序で、弁４２，４４，４６および４８を経、枝導
管３４，３６，３８および４０を通ってリアクタ２４−
３０に通される。

枝導管３４−４０は、それぞれリアクタ２４−３０に位
置される熱交換ループ５０，５２，５４および５６に連
結される。

熱交換ループ５０−５６はまた、それぞれ枝帰還導管５
８．６０．６２および６４を経、それぞれ弁６８，７０
，７２および７４を介して帰還水マニホルド６６に連結
される。

帰還水マニホルド導管６６はまた、各枝導管３４−４０
に連結されており、そしてこれら導管と水帰還マニホル
ド６６間の連通が、複数の弁７６、・７８．８０および
８２により提供される。

弁７８，８０および８２は、帰還水マニホルド導管６６
を枝導管３６゜３８および４０に連結する短かい導管部
分８４゜８６および８８に位置づけされることに留意さ
れたい。

冷却水供給マニホルド導管９０は、１端が弁９１を介し
て枝導管５８に連結、されており１．そして一連の短か
い導管部分９２，９４および９６によりそれぞれ枝導管
６０，６２および６４に連結されている。

これらの短かい導管部分は、それぞれ弁９８，１００お
よび１０２を備えている。

弁１０４は、マニホルド導’！９０および導管５８の接
続点と、後者の導管および帰還水マニホルド導管６６の
接続点との間の枝導管５８間に位置する。

同様に、弁１０６，１０８および１１０は、短かい導管
部分９２，９４および９６およびこれらのそれぞれの枝
導管６０，６２および６４の接続点と、枝導管が帰還水
マニホルド導管６６に接続される点との間において枝導
管６０，６２および６４に位置づけされる。

残りの水導管１１２゜１１４．１１６および１１８は、
熱交換媒体循環系に設けられており、枝導管５８および
枝導管３６間に延在しており、弁１２０を含む。

導管１１４は枝導管６０および枝導管３８を接続し、弁
１２２を含む。

導管１１６は、枝導管６２および枝導管４０間に延在し
、弁１２４を含む。

最後に、導管１１８は、導管６４を導管３４と接続し、
弁１２６を含む。

一般的に述べると、熱交換媒体循還系は、タービン２０
の排出口からの熱水を、交番的ないし逐次的動作で、枝
導管３４−４０を介して数個の熱交換コイルないしルー
プ５０−５６に運び、またリアクタ２４−３０の１つか
ら出る残留熱を含む水をそこから下流に位置する第２の
リアクタに運ぶ働きをする。

蒸気タービン２０から排出される水の熱の１部は、上流
のリアクタを予定された温度に加熱のため利用された。

冷却水マニホルド導管９０は、タービン２・０からの熱
水の供給と交番的に、比較的低温の水を数個の熱交換コ
イルないしループ５０−５６に運ぶ働きをし、また帰還
水マニホルド導管６６は、リアクタ２４−３０の熱交換
ループないしコイル５０−５６を循環された比較的低温
の水を集め、この水の少なくとも１部を原子炉系の供給
ポンプ１８のに戻す働きをする。

熱を交番的かつ周期的にリアクタ２４−３０に供給する
に際して熱交換媒体循環系が採用される態様については
、追って詳細に説明される。

ボトミング装置２２には水素ガス動力ループが含まれて
おり、参照番号１３０で総括的に指示される。

水素ガス動力ループは、リアクタ２４−３０から選択さ
れた交番的かつ周期的態様で加圧水素ガスを連続的に受
は入れるため、収集マニホルド導管１３２を含む。

マニホルド導管１３２は、高められた温度訃よび圧力で
水素ガスをタービン１３４のごとき動力発生水素膨張装
置に供給する。

水素は、タービン中で膨張されてタービンを回転せしめ
、軸１３６の回転中軸動力を発生する。

減ぜられた温度および圧力の水素ガスは、タービン１３
４から水素ガス動力ループの一部を形成する導管１３８
中に放出され、水素ガス供給マニホルド１４０を経、一
連の枝導管１４２，１４４゜１４６および１４８を介し
てリアクタ２４−３０にそれぞれ戻される。

枝導管１４２二１４８は、それぞれ弁１５０ 、１５２
、１５４および１５６を含む。

”高温度および高圧力の水素ガスをリアクタ２４−３０
から収集マニホルド１３２に運ぶため、複数の枝導管１
５８，１６０，１６２゛および１６４が設けられており
、それぞれ弁１６６゜１６８．１７０および１７２を含
む。

各リアクタ２４−３０は閉鎖容器であり、本発明の例示
の具体例においては、比較的低温および低圧力の水素ガ
スと反応して水素化化合物を形成する固体物質を含む。

好ましくは、水素化物の形成のためにリアクタで利用さ
れる固体物質は、約１５０″Ｆ以下の温度、１０気圧を
越えない圧力で水素と反応して適当な水素化物を形成し
うるのがよい。

リアクタで使用するに適当な物質は、限定的ではないが
、ニッケルーマグネシウム合金、鉄−チタン合金、銅−
マグネシウム合金、バナジン金属、ランタン−ニッケル
化合物、ランタン−コバルト化合物、スカンジウム金属
、スカンジウム−コバルト化合物および一般’ｌ＆ＲＴ
５の化合物、こ＼にＲはランタニドイオン、Ｔは３ａ−
Ｍ移金属、を含む。

リアクタを使用するに非常に適当な物質で好ましいもの
は、鉄−チタン合金である。

合金は、約２０重量％ないし約６５重関係の鉄を含み、
残部を実質的にチタンとしたものとしうる。

代表的には、リアクタに利用される固体の水素化物形成
物質は、比較的低い温度および圧力で水素ガスと化学的
に結合して水素化物を形成する物質である。

か＼る化学反応により形成される水素化物は、水素化反
応が起こる圧力および温度にしたがって、水素化物分子
のチタン、鉄および水素の原子比の種々のものを含みう
る。

換言すると。種々の量の水素が水素化化合物において化
学的に結合される種々の平衡状態が存在する。

し示して、結合される水素の量は、利用される平衡温度
および圧力、ならびに採用される特定の基材物質に依存
する。

好ましくは、約１５０’Ｐを越えない平衡温度および約
１０気圧を越えない平衡温度にて。

水素化物形成物質に存在する１原子種の各原子ごとに、
少なくとも１つの水素原子が水素化物中で結合される平
衡状態に達するような水素化物形成物質が採用される。

チタン−鉄合金の場合、５４．１重量係の鉄および４５
．９重量係のチタンを含む合金（原子比１：１）におい
ては、後で説明するように、約１００’Ｆの温度および
約６．８気圧の圧力で平衡の（水素で飽和された）水素
化物を生ずるような条件をリアクタに採用するのが好ま
しい。

これらの条件下で、水素化物は、平衡時に、各水素化物
分子に平均で鉄１原子、チタン１原子、そして水素１．
０４原子を含む。

他の水素化物形成物質に対して採用される選択された平
衡圧力および温度は、もちろん、物質の水素化特性、お
よび水素化物を平衡温度にもたらし、さらに加圧水素ガ
スの遊離に先立ち水素化物を活性化するために熱を供給
するために利用可能な特定の熱源に依存して変わる。

種々の温度および圧力条件下における水素化物形成物質
の水素ガスへの露出に対する応答特性に関して、特定の
水素化物が存在する平衡温度に対する平衡圧力の関係は
、つぎの式により表わされる。

こ＼に、Ｐｅｑは気圧で表わした水素の平衡圧力、Ｔｅ
ｑは度にで表わした対応する平衡圧力−Ａは温度のシメ
ンジョンをもつ定数、そしてＢはシメンジョンをもたな
い定数である。

水素ガスへの露出の際平衡状態まで水−素化な受ける物
質の特性を示す特定の当代に基づいて、本発明において
使用するに好ましい水素化物形成物質が決定できる。

か＼る物質は、最低の平衡温度に対して最高の平衡圧力
を発生するものであり、また、もちろん、か＼る平衡条
件下で最大量の水素ガスと化学的に結合するものである
。

これは、もちろん、出発物質を平衡状態に水素化するに
必要な最低の熱入力で、比較的に最高の圧力にて最大量
の水素ガスの発生をもたらす。

本発明で使用するに非常に適当な水酸化物形成物質は、
Ａが１００００より小さく、Ｂが３０より小さいような
平衡条件下で単位分子中に少なくとも１個の水素原子を
結合するものである。

もつとも好ましい水素化物形成物質は、Ａが４５００よ
り小さく、Ｂが２０よりも小さいような平衡条件下で、
水素化物の単位分子当り少なくとも１．５個の鉄原子を
結合するものである。

第１図に例示されるボトミング装置２２におけるＨＤＨ
動力サイクル動力において、リアクタ２４−３０は、サ
イクル中食い違った順序ですなわち位相のずれた順序で
動作する。

各リアクタでは、各動作サイクル中、水素化、加圧、脱
水素化および減圧部分を経る。

装置の全動作をさらに明快に説明するために、３つのリ
アクタが作動される交番順序を論述する前に、リアクタ
２４の動作についてまず説明する。

最初に、リアクタ２４内の鉄−チタン合金は、減圧され
た脱水素化物状態にあると考える。

すなわち、金属合金の水素化物は形成されておらず、こ
のリアクタの温度は、このリアクタ内の熱交換コイル５
０中に冷却水を循環する結果として、周囲温度またはそ
れ以下に減ぜられている。

この減圧状態は、後述のごとく、サイクルの脱水素化部
分に続いて起こる。

このとき、冷却水マニホルド導管９０から供給される冷
却水は、弁９１．６８および７６を開くことにより、リ
アクタ２４に送られ熱交換コイル５０中を通される。

弁４２，１０４，１２０゜１２６および１６６はこのと
き閉鎖されている。

水素化部分の開始時に、枝導管１４２中の弁１５０は開
き、タービン１３４から送出される水素ガスを導管１３
８および枝導管１４２を介してリアクタ２４に供給する
。

水素は、６．８気圧の代表的圧力および約２１０°Ｋ（
−ｓｌｙ）の代表的温度にてリアクタに充填される。

水素はこれらの温度および圧力条件下でリアクタに入る
とき、発熱化学反応でその中の鉄−チタン合金と化学的
に結合する。

生ずる発熱化学反応は、かなりの熱を発生するから、温
度は、好ましくは、リアクタ中の熱交換ループないしコ
イル５０中を循環される冷却水の使用により制御される
のがよい。

水の温度および循環速度は、リアクタ中の水素化物床の
温度が３１１°Ｋ（１００下）の平衡温度を越すのを防
ぐように調節される。

しかして、この温度は、装置が６．８気圧の圧力にある
とき、水素化化合物中に平衡状態が得られる温度条件で
ある。

平衡状態においては、平均で１．０４個の水素原子が各
水素化物分子内の鉄およびチタン原子と結合し、水素化
物は水素に関して飽和される。

この点は、第２図の温度−エントロピ線図において、点
Ａで表わされる。

水素と合金との化学的結合により平衡状態の飽和水素化
物が発生されると、弁の状態は変更せしめられ、リアク
タ２４はＨＤ）（動力サイクルの加圧ないし活性化部分
に入る。

このとき、熱水が、導管１１８中の弁１２６を開き導管
６４中の弁７４を閉じることにより、リアクタ２４内の
熱交換コイルないしループ５０に循環される。

このと弁４２，１５０，１６６．９１．１２０および７
６は閉じられるから、コイル５０中を循環される熱水は
、そこを通過後、開いた弁６８および１０４を介して帰
還水マニホルド導管６６に戻る。

コイル５０中の熱水の通過は、リアクタ２４の温度を３
１１’Ｋ （１００’Ｆ）から３８６°Ｋ（２３ｓｙ）
に増し、そして圧力は約５５気圧に増大される。

ＨＤＨサイクルのこの加圧ないし活性化部分は、第２図
の温度−エントロピー線図上のＡＢ線により表わされ、
そして完全に加圧された状態の達成は、線図のＢ点によ
り表わされる。

加圧部分の進行中、水素化物中に化学的に結合された水
素ガスは、リアクタ２４内において定容積で熱伝達を行
なうことにより化学的に圧縮される。

３８６°Ｋ（２３５″Ｆ）の最大源の達成による加圧部
分の完了は、蒸気タービン２０から放出される残留蒸気
のごとき多くの低熱エネルギ源を使って比較的容易に達
成できることに留意されたい。

こ＼で、この大きさの温度を発生するためには、地熱水
のごとき他の地熱エネルギ源が使用できることを思い起
こすことが有益であろう。

リアクタ２４で遂行されるＨＰＨサイクルの次の部分は
脱水素化部分である。

この部分の開始時に、弁１６６が開かれて、加圧水素ガ
スを収集マニホルド１３２に放出する。

同時に弁４２が開かれて、タービン２０から放出される
熱水を熱交換ループ５０に供給し、そして弁６８．７６
．９１゜１０４．１２６および１５０は閉じられ、弁１
２０が開かれる。

弁１２０の開放により、なお相当量の熱を含む水が導管
１１２を介して導管３６に供給され、そしてこの導管か
らリアクタ２６の熱交換ループに供給されることに留意
されたい。

このとき、リアクタ２６は、脱水素化に先立ち加圧ない
し活性化部分を行なう。

リアクタ２４に通ずる諸導管内の弁が上述の状態にある
とき、上述の平衡温度よりも相当高い温度にある水素化
物は、化学的に圧縮された水素の遊離を開始する。

水素ガスは、５５気圧の圧力および３８６°にの温度で
制御下に収集マニホルド導管１３２に入る。

かくして、相当高温度の加圧水素ガスが、タービン１３
４に流入せしめられる。

水素ガスは、タービン中で膨張され、軸動力を生ずる。

もちろん、タービン１３４中の膨張により、水素ガスの
圧力は減ぜられ、同時にガスは冷却される。

第２図の温度−エントロピー線図上の等エントロピー膨
張線ＢＣは、タービン１３４中の膨張による熱い加圧水
素ガスからのエネルギの理想的回収を表わす。

破線ＢＤは、タービン中の実際の膨張を表わすもので、
タービン中における摩擦損失に起因するエントロピーの
増大を示している。

タービンから放出された水素ガスは、代表的には２１０
’Ｋ （−８１’Ｆ）の温度を有し、追ッテ論述のご
とく６．８気圧の圧力に膨張される。

ＨＤＨサイクルのこの部分、すなわち水素ガスの減圧お
よび冷却を伴なうタービン中の膨張は、ＨＤＨサイクル
の脱水素化部分と称しうる。

蒸気タービン２０から放出される相当熱い熱による熱の
連続的賦与により、水素ガスが約５５気圧の一定圧力で
水素化物から遊離され続ける。

特徴的なことは、水素化物床から°水素が遊離される圧
力は、実質的にすべての水素が鉄−チタン合金から化学
的に解離されてしまうまではソ一定に留まることである
。

脱水素化は、水素化物に先に結合されたほとんどすべて
の水素が遊離水素として遊離されてしまうまで継続する
。

脱水素化部分の完了後、すなわちすべての水素ガスが脱
水素化物から遊離された後、リアクタ内の物質は減圧過
程に入る。

ＨＤＨサイクルのこの部分においては、弁４２．１０４
．１２０．１２６゜１５０および１６６は閉じられ、弁
９１，６８およびＴ６を開き、冷却水マニホルド９０を
枝導管５８と連通させることにより、冷却水のごとき冷
却材が熱膨張ループないしコイル５０中を循環される。

かくして、リアクタ２４は、前述のごとく、同時の熱の
放出を伴なう水素化物の形成を補助する温度および圧力
下でタービン１３４から放出される水素ガスがリアクタ
２４に導入されるときに生ずる発熱反応の開始に対する
準備が整う。

上述の４部分より成るＨＤＨサイクルは、リアクタ２４
−３０の動作の特徴を示している。

４つのリアクタの゛位相のずれた動作を正見く同期させ
ることにより、高圧の水素ガスが連続的に収集マニホル
ド１３２を経てタービン１３４に供給されるから、ター
ビンの動作は連続的であり、水素ガスからのエネルギの
連続的回収、したがってその軸動力への変換が実現され
る。

４つのリアクタ２４−３０の逐次的動作モードにおいて
は、リアクタの１つ（例えばリアクタ２４）が脱水素化
部分を受は持ち、リアクタ２６のごとき第２のリアクタ
が加圧ないし活性化部分を受は持ち、リアクタ２８のご
とき第３のリアクタが水素化部分を受は持ち、そして第
４のリアクタが減圧部分を受は持つ。

数種のリアクタ２４−３０の動作は、加圧を行なうリア
クタが脱水素化を行なうリアクタに隣接し、該脱水素化
リアクタから、残留熱を運ぶ熱交換水を受は取ることが
できるように配列される。

しかして、該熱交換水は、蒸気タービン２０から脱水素
化リアクタに供給された、該リアクタ内の熱交換コイル
内を通されたものである。

このようにして、脱水素化リアクタで行なわれつ＼ある
熱交換で失なわれない残留熱エネルギは、加圧または活
性化段階で放出され、温度を脱水素化が”開始されうる
点に高める。

ボトミング装置２２の動作中数個のリアクタにより行な
われるＨＤＨサイクルの部分の同期および逐次の動作を
一層詳しく説明するために、第１表を掲げる。

この表は、数個のリアクタが相変化を受けるとき、熱交
換媒体供給系に使用される種種の弁の状態を示すもので
ある。

本発明のＨＤＨサイクルを原子炉に採用される冷却材系
とともに使用されるボトミング装置として利用する方法
を説明する上述の記載から、本発明が、比較的低い熱エ
ネルギ入力で高温の水素ガスを連続的に供給する高度に
有用な方法が提供することが認められるであろう。

蒸気タービン２０から放出される残留熱エネルギの効率
的な利用が行なわれ、そして数個のリアクタの逐次的か
つ位相のずれた動作を通じて、タービン１３４に対して
連続的水素源が供給される。

もちろん、第１図に図示される４個のリアクタ２４−３
０よりも多い数の水素化物リアクタまたはそれよりも少
ない数の水素化物リアクタを採用できるが、高圧水素ガ
スをもつとも有効に連続的に供給するには、３または４
個のリアクタが好ましい。

第３図には、本発明のＨＤＨサイクルが、水素化物リア
クタから連続的に放出される水素の熱エネルギの外部流
体の加熱への利用、およびタービンから放出される冷水
素の外部流体冷却への利用との関連において、タービレ
中への膨張によりシャフト動力の発生するのに利用され
ることが示されている。

第３図に例示の装置には、リアクタ２４．２６．２８お
よび３０が同様に示されており、また同じように、熱交
換ループないしコイル５０．５２，５４および５６、お
よび加熱流体をこれらの熱交換コイルに運搬しまた冷却
材すなわち冷却用液体をコイルに運ぶのに利用される導
管ないしパイプ網が示されている。

装置のこの部分は、第１図に例示のものに同じであり、
それゆえその部分を識別するのに同一の参照番号を利用
した。

第３図に例示される装置において、ＨＤＨサイクルの脱
水素化部分中各リアクタから放出される水素ガスは、４
５気圧の圧力および約３７８°Ｋ（２２１）で収集マニ
ホルド導管１３２に入る。

水素は最初子冷却器熱交換器１７４を通され、そして該
交換器において、熱の相当の部分が、加熱コイルないし
ループ１７６を通る外部液体に賦与される。

予冷却器の熱交換器１７４を通過中、水素ガスの温度は
、３７８°Ｋから３１１°Ｋ（１００″Ｆ）に低下され
る。

この温度および４５気圧の温度の水素ガ扶は、次いでタ
ービン中で膨張される。

タービン１７８中における膨張は、ガスの圧力を６．８
気圧に減じ、温度を１７７°Ｋ（−１４１’Ｆ）に減す
る。

等膨張線は、第４図の温度−エントロピー線図の線ＣＤ
である。

実際の膨張線は、線図の破線ＣＥである。

次いで、タービン１７８から出た水素は、外部熱交換媒
体が循環される熱交換器１８０を通される。

熱交換媒体は、例えば、熱交換器１８０に配置された熱
交換ループまたはコイル１８２の通過により液化される
べきガスである。

熱交換器１８０においてタービン１７８から放出された
冷水素ガスは、コイル１８２を通る熱交換媒体から熱を
吸収し、この媒体を液化し、あるいはその温度を下げる
。

水素の温度はか＼る熱交換により上昇され、水素を、そ
の温度上昇につれ、温度−エントロピー線図のＤＡ線に
沿って移動せしめる。

次いで、水素ガスは、熱交換器１８０における熱交換の
程度に依存する一１４０″Ｆを越えるある温度で、ＨＤ
Ｈサイクルの水素化部分を行なう用意が整ったリアクタ
２４−３０の１つに入る。

第３図の説明から、ＨＤＨ動力サイクルが、ここでは、
タービン中の膨張によるシャフト動力の発生を行なうの
に採用されただけでなく、採用された水素化物リアクタ
から放出される高圧、高温の水素ガスが、加熱および冷
却の両目的に使用されたことが認められるであろう。

本発明の水素化物−説水素化物一水素動力装置およびそ
の利用方法の説明から、比較的コンパクトな源からきれ
いな高圧の水素ガスを連続的に供給する非常に有用な装
置が提供されたことが認められるであろう。

数個のリアクタ内に水素化物の形式で水素ガスを化学的
に蓄積することは、巨大な量の水素ガスをこのように小
容積に化学的に蓄積し、必要に応じて高圧で放出するこ
とを可能ならしめる。

平衡条件下でかつ装置で放出、循環される水素ガスが約
４００−４５０″Ｆを越えないような水素化物形成物質
を使って本発明の装置をつねに作動し、もってガスによ
り接触される装置内の金属の水素による実質的脆化の発
生を避けることが好ましい。

本発明の方法は、もちろん、高い水素温度で有効である
が、本発明の主たる利点の１つは、水素化物床を活性化
し脱水素化段階を実施するのに比較的低い熱エネルギ源
を使用しうることである。

ランキンおよびプレイトンサイクルにおいて採用された
従来の圧縮機は、固体水素化物の形式で化学的蓄積を行
なうことにより水素の化学的圧縮に置き代えられた。

第３図に示される装置は５本質的にプレイトンサイクル
の逆である空気−標準冷却サイクルと等価のＨＤＨサイ
クルを提供することが認められるであろう。

しかしながら、空気−標準冷却サイクルで使用された圧
縮機は、水素ガスを化学的に圧縮するように機能する水
素化物リアクタで置き代えられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子力発電所用のボトミング装置として使用さ
れる本発明の水素化物−脱水素化物動力装置の１具体例
を例示する概略流れ図、第２図は第１図に例示されるボ
トミング装置に使用されるＨＤＨ動力サイクルに対する
水素の温度−エントロピー線図、第３図はＨＤＨサイク
ルが冷却、加熱および動力を発生するのに利用される本
発明の他の具体例を例示する概略流れ図、第４図は第３
図に示されるサイクルに対する水素の温度−エントロピ
ー線図である。 本発明の主要構成は次の通りである。 −１０・・・原子炉、１２・・・冷却材循環ループ、１
４．１８・・・ポンプ、１６・・・蒸気発生器、２０・
・・蒸気タービン、２４−３０・・・リアクタ、１３４
・・・水素膨張装置またはタービン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々順次水素化物形成物質を水素ガスとの反応によ
   り化学的に水素化物を形成する複数の水素化物−脱水素
   化物リアクタと、該リアクタの各々に１位相ずれ関係で
   交番的に水素ガスを周期的に供給する手段と、前記各リ
   アクタに水素ガスの供給と交番的に熱を供給して、一定
   容積にて各リアクタに含まれる水素化物形成物質と化合
   される水素を化学的に圧縮し、各リアクタ内の水素化物
   形成物質を脱水素化する手段と、水素化物形成物質と水
   素ガスとの反応による水素化物の再構成のため、水素ガ
   スの周期的供給に先立ち位相ずれ関係で交番的に各リア
   クタから熱を周期的に除去する、手段と、前記リアクタ
   が脱水素化を受けるとき、位相ずれ関係で作動されるリ
   アクタから連続的に解放される水素ガスの圧力エネルギ
   をシャフト動力に連続的に変換する手段とを含み、この
   シャフト動力への変換が、ガスを動力発生膨張装置に通
   すことにより水素ガスの同時的膨張および冷却により行
   なわれ、前記リアクタが、位相ずれ関係で交番的に作動
   されて、実質的に中断なく連続的に加熱高圧水素を発生
   することを特徴とする動力装置。 ２、特許請求の範囲１に記載の動力装置において、前記
   リアクタが、水素化物を形成することができ、かつ化学
   的圧縮に続いて脱水素化の際４５０’Ｆより低い温度に
   て前記水素化物から加圧水素ガスを遊離しうる水素化物
   形成物質を含む動力装置。 ３ 特許請求の範囲１に記載の動力装置において、前記
   リアクタが、ニッケルーマグネシウム合金、鉄−チタン
   合金、銅−マグネシウム合金、バナジン金属、スカンジ
   ウム金属、スカンジウム−コバルト化合物および一般式
   ＲＴ、、と＼にＲはランタニドイオン、Ｔは３ｄ−遷移
   金属イオンである、より成る群から選択された水素化物
   形成物質を含む閉鎖可能な室である動力装置。 ４ 特許請求の範囲１に記載の動力装置において。 前記のリアクタに熱を供給する手段が、原子炉および該
   原子炉から前記水素化物−脱水素化物リアクタに冷却流
   体を供給する手段を含む原子炉装置を包含する動力装置
   。 ５ 低等級熱エネルギ源から動力および冷却を発生する
   方法において、水素ガスで飽和されかつそれと平衡状態
   にある水素化物が形成されるような温度および圧力条件
   下で水素ガスを水素化物形成物質と結合する段階と、水
   素化物を一定容積にて水素化物の平衡温度を越える温度
   に加熱して水素ガスを化学的に圧縮する段階と、水素化
   物に熱を伝達し、同時に水素化物から水素ガスを遊離す
   る段階と、同時に水素化物から遊離される水素ガスを動
   力発生膨張装置に運ぶ段階と、水素ガスを前記動力発生
   膨張装置中に膨張させて動力を発生し水素ガスを冷却す
   る段階と、水素化物からほとんどすべての水素ガスを遊
   離後、実質的に一定容積下で用済みの水素化物を冷却し
   てそれを在学的に分解する段階と、′上述の諸段階を周
   期的に繰り返えす段階とを含み、上述の段階が複数の別
   個の水素化物形成物質床を使って位相ずれ関係で交番的
   に実施され、実質的に中断なく連続的に加圧水素を発生
   することを特徴とする動力及び冷却発生方法。 ６ 特許請求の範囲５に記載の動力および冷却発生方法
   において、前記水素化物形成物質が、ニッケルーマグネ
   シウム合金、鉄−チタン合金、銅−マグネシウム合金、
   バナジン金属、スカンジウム金属、スカンジウム−コバ
   ルト化合物、および一般式ＲＴ、 、こ＼にＲはランタ
   ニドイオン、Ｔは３ｄ−遷移金属イオンである、より成
   る群から選択された動力および冷却発生方法。 ７ 特許請求の範囲５に記載の動力および冷却発生方法
   において、前記水素化物形成物質が、１２５１以下の平
   衡温度および１０気圧以下の圧力で水素飽和水素化物を
   形成する動力および冷却発生方法。 ８ 特許請求の範囲５に記載の動力および冷却発生方法
   において、加熱および熱伝達段階が、４５０Ｔ以下の温
   度を有する熱交換流体を水素化物中に熱交換関係で通す
   ことにより実施される動力および冷却発生方法。 ９ 特許請求の範囲５に記載の動力および冷却発生方法
   において、前記水素化物形成物質が単位分子当り少なく
   とも１．０の水素原子を含む安定な水素化物を形成し、
   前記水素化物が存在する温度および圧力の平衡条件が、
   下記の式 こ＼にＰｅｑおよびＴｅｑはそれぞれ気圧および度にで
   表わされる平衡圧力および平衡温度、Ａは度にで１００
   ００より小、Ｂは無シメンジョン定数で３０より小さい
   、で表わされる動力および冷却発生方法。 １０ 冷却流体を原子炉に循環するための熱交換冷却
   流体ポンプを含む原子炉装置において、水素化物形成物
   質を含む複数の水素化物−説水素化物リアクタと、水素
   化物−説水素化物リアクタを周期的に加熱するため、原
   子炉から放出される加熱された冷却流体を水素化物−説
   水素化物リアクタに送給するための手段と、水素化物−
   説水素化物リアクタの加熱と交番的に該リアクタを周期
   的に冷却するための手段と、水素化物−説水素化物リア
   クタに接続され、該リアクタから放出される加圧水素ガ
   スを受は入れるガス膨張動力装置と、前記ガス膨張動力
   装置から出る水素ガスを前記水素化物−説水素化物リア
   クタに再循環する手段とを含み、前記複数のリアクタが
   位相ずれ関係で交番的に作動され、前記加圧水素ガスを
   実質的に中断なく連続的に前記ガス膨張動力装置に供給
   することを特徴とする原子炉装置。