JPS6047517B2 - 金属水素化物装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属水素化物装置に関し、例えばヒートポンプ
装置や水素の圧縮機として利用てきる金属水素化物装置
に関する。

ある種の金属や合金が発熱的に水素を吸蔵して金属水素
化物を形成し、また、この金属水素化物が可逆的に吸熱
的に水素を放出することが知られている。

このような金属水素化物の平衡分解圧Ｐは一般に温度Ｔ
の函数であつて、第１図に示すように温度が高い程、平
衡分解圧も大きい。近年、金属水素化物のこのような特
性を利用したヒートポンプ等、種々の金属水素化物装置
が提案されているが、多くは、平衡分解圧特性の異なる
金属水素化物をそれぞれ熱交換器をなす密閉容器に充填
し、一方の熱交換器内の金属水素化物から吸熱的に水素
を放出させると共に、この水素を他方の熱交換器に導き
、他方の金属水素化物に吸蔵させる動作を各熱交換器に
ついて交互に繰返させて、各熱交換器から金属水素化物
の発熱又は吸熱をバッチ式に出力として取出している。

従つて、このような装置においては、各熱交械器を交互
に加熱又は冷却するために複雑な熱媒回路とそのための
制御機構を要すると共に、熱媒回路の切換え時における
熱損失も無視できない。本発明は上記の問題を解決する
ためになされたものであつて、二種の金属水素化物をそ
れぞれ連続循環して移送し、各金属水素化物を熱交換部
を通過させる過程で熱媒と熱交換させ、従つて、複雑な
熱媒回路やそのための制御機構を要せずして、本質的に
連続して出力を得ることができ、しかも各金属水素化物
が閉回路を循環する過程て加熱された一方の金属水素化
物と冷却された他方の金属水素化物を熱交換させること
によつて、熱損失を一層減少させた金属水素化物装置を
提供することを目的とする。

本発明の金属水素化物装置は、密閉された第一のシリン
ダと、このシリンダ内で水素雰囲気下に回転して第一の
金属水素化物を移送するスクリューと、この金属水素化
物が移送される過程で上記シリンダ壁又はスクリュー壁
を介して金属水素化物とそれぞれ熱交換する第一の高温
熱交換部及び第一の低温熱交換部と、この低温熱交換部
で冷却された金属水素化物を第一のシリンダの供給端に
循環輸送する第一の輸送装置と、上記各熱交換部におい
てシリンダ内に連通する各水素管と、密閉された第二の
シリンダと、このシリンダ内で水素雰囲気下に回転して
第二の金属水素化物を移送するスクリューと、この金属
水素化物が移送される過程で上記シリンダ壁又はスクリ
ュー壁を介して金属水素化物とそれぞれ熱交換する第二
の低温熱交換部及び第二の高温熱交換部と、この高温熱
交換部で加熱された金属水素化物を第二のシリンダの供
給端に循環輸送する第二の輸送装置と、上記各熱交換部
においてシリンダ内に連通する各水素管と、上記第一の
輸送装置内の冷却された第一の金属水素化物と上記第二
の輸送装置内の加熱された第二の金属水素化物との間で
熱交換させる熱交．換器とを有するものてある。

以下に実施例を示す図面に基づいて本発明を説明する。

第２図は本発明による金属水素化物装置の実施例を示し
、密閉された第１のシリンダ１内で水素一雰囲気下にス
クリュー５が回転駆動され、第一の金属水素化物ＭｌＨ
が供給端６から排出端７に向かつて移送され、次に第２
のシリンダ２内を同様に供給端８から排出端９に向つて
移送され、さらに第１のシリンダの供給端に戻され、こ
のようにして第１と第２のシリンダからなる閉回路を連
続的に循環移送される。同様に第３及び第４のシリンダ
からなる閉回路を第二の金属水素化物Ｍ２Ｈが循環移送
される。先ず、図面において第１及び第２のシリンダを
含む装置の上半を説明する。

シリンダ壁内又はスクリュー内には所定位置に熱媒流通
路１０及び１１が設けられ、熱媒流通路１０には温度Ｔ
Ｈの高温熱媒が、また、熱媒流通路１１には温度Ｔし（
くＴＨ）の低温熱媒がそれぞれ循環して流通され、各熱
交換部１２及び１３を形成する。また、各熱交換部には
水素の導入又は導出のためにシリンダ内に連通する水素
管１４及び１５が設けられている。図面てはスクリュー
は数個のねじ山を除いて記載が省略されているが、ねじ
山はシリンダ内壁に接触しつつ、又は近接しつつ回転し
、かくして金属水素化物をねじ溝に沿つて移送する。こ
の移送の過程で金属水素化物は先ず高温熱交換部１２て
温度ＴＨの高温熱媒と熱交換し、次に低温熱交換部１３
で温度Ｔしの低温熱媒と熱交換する。このようにして第
１のシリンダの排出端に達した低温の金属水素化物は水
素雰囲気下の密閉された輸送装置１６の供給端に送られ
、再び第１のシリンダの供給端６に循環される。

図示した実施例においては、輸送装置は第２のシリンダ
２とこのなかで回転して金属水素化物を移送するスクリ
ューとからなるが、これに限定されるものではない。装
置の下半についてもほぼ同様であり、第二の金属水素化
物Ｍ２Ｈが第３のシリンダ３内をスクリュー５により供
給端１７から排出端１８に移送され、この過程で低温熱
交換部１９において熱媒流通路２１に循環供給される温
度ＴＬ″の低温熱媒と熱交換した後、高温熱交換部２０
において熱媒流通路２２に循環供給される温度ＴＨ″の
高温熱媒と熱交換する。

各熱交換部にはシリンダ内連通する水素管２５及び２６
が設けられている。高温の金属水素化物は第４のシリン
ダ４の供給端２３から排出端を経て再び第３のシリンダ
の供給端１７に循環される。本発明においては、上記の
ように、第一の輸送装置を移送される低温のＭｌＨと、
第二の輸送装置を移送される高温のＭ２Ｈの間で熱交換
させるために、第一及び第二の輸送装置の間に少なくと
も一つの熱交換器２７が配設される。熱交換器２７は例
えば第２及び第４のシリンダの外壁に水等の熱媒通路２
８及び２９を設け、ポンプ３０により熱媒を循環流通さ
せることにより構成される。熱交換器は好ましくは輸送
装置の移送方向に沿つて多段に設けられ、第一及び第二
の金属水素化物は向流的に熱交換される。例えば、第２
のシリンダの供給端近傍と第４のシリンダの排出端近傍
とが熱交換器２７ａで熱的に接続され、各シリンダの中
央近傍が熱交換器２７ｂにより、また、第２のシリンダ
の排出端近傍と第４のシリンダの供給端近傍とが熱交換
器２７ｃにより、それぞれ熱的に接続される。従つて、
第１のシリンダの排出端から排出された低温の金属水素
化物ＭｌＨは第一の輸送装置を移送される間に加熱され
て供給端に送られ、一方、第３シリンダの排出端から排
出された高温の金属水素化物Ｍ２Ｈは第二の輸送装置を
移送される間に冷却されて第３のシリンダの供給端に送
られる。この結果、それぞれの金属水素化物は他の金属
水素化物によつて予熱又は予冷されて、熱交換部１２及
び１９における加熱又は冷却温度に近ずくので、熱効率
が著しく高められる。本発明の装置は例えは水素圧縮機
として機能する。

即ち、第１のシリンダにおいてＭｌＨは高温熱交換部１
２にて加熱され、この温度における高い平衡分解圧で水
素を放出し、この水素は水素管１４によつて取出される
。次に、水素を放出したＭｌＨは低温熱交換部１３にて
冷却され、この温度における低い平衡分解圧で水素を吸
蔵する。水素を吸蔵したＭｌＨは再び高温熱交換部に移
送される。従つて、低圧の水素を低温熱交換部に供給す
ることによつて高温熱交換部から連続して高圧の水素を
得ることができる。第３のシリンダについても同様であ
る。また、本発明の装置はヒートポンプとしても機能す
る。この場合は、簡単のために、例えば第１のシリンダ
の高温熱交換部１２における熱媒温度をＴＭｌ低温熱交
換部１３における熱媒温度をＴＬ（〈ＴＭ）、第３のシ
リンダの高温熱交換部２０における熱媒温度をＴＨ、低
温熱交換部１９における熱媒温度をＴＭ（くＴＨ）とし
、水素管１４と水素管２６とが接続されて、第１のシリ
ンダの高温熱交換部１２（以下、中温熱交換部と称する
。）と第３のシリンダの高温熱交換部２０とが連通され
、また、水素管１５と水素管２５とが接続されて、第１
のシリンダの低温熱交換部１３と第３のシリンダの低温
熱交換部１９（以下、中温熱交換部と称する。）とが連
通される。このヒートポンプを冷房に用いる場合の動作
を第３図に基づいて説明する。

Ｍ２Ｈは中温熱交換部１９にて温度ＴＭの中温熱媒に冷
却されつつ、水素管２５からの水素を発熱的に吸蔵する
（点Ｃ）。この水素は、ＭｌＨが低温熱交換部１３にて
低温熱媒から吸熱しつつ放出する（点Ｄ）。低温熱媒は
冷房負荷と接続され、冷房機能を行う。水素を吸蔵した
Ｍ２Ｈは次いで輸送装置により高温熱交換部２０に移送
され、温度ＴＨに加熱されて水素を放出し（点Ａ）、こ
の水素は水素管２６を経て第１のシリンダの中温熱交換
部１２に送られ、ここで温度ＴＭに冷却されつつ、Ｍｌ
Ｈが吸蔵する（点Ｂ）。Ｍ２Ｈは次ぎに中温熱交換部１
９に送られて新しくサイクルを繰り返す。このようにし
て低温熱媒には連続して冷熱が与えられる。上記装置を
暖房に用いる場合には、第４図に示すように、Ｍ２Ｈが
中温熱交換部１９で温度ＴＭに加熱されつつ水素を放出
すると共に（点Ｃ）、この水素を低温熱交換部１３でＭ
ｌＨが温度ＴＬに冷却されつつ吸蔵する（点Ｄ）。次ぎ
にＭｌＨは中温熱交換部１２にて温度ＴＭに加熱されつ
つ水素を放出し（点Ｂ）、この水素を高温熱交換部２０
にてＭ２Ｈが発熱的に吸蔵して、温度ＴＨに至り（点Ａ
）、高温熱媒に熱を与える。以上のように本発明の装置
によれは、金属水素化物を連続して移送し、この過程て
熱交換部を通過させることにより水素の吸蔵、放出を行
なわせるので、本質的に連続して作動させることができ
ると共に、二種の金属水素化物をそれぞれ閉回路を循環
して移送し、それぞれの金属水素化物か有する顕熱を回
収し合うことにより、装置における熱損失を小さくし、
その熱効率、経済性を改善す”ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属水素化物の平衡分解圧特性を示し、第２図
は本発明のヒートポンプ装置の一実施例を示す断面図、
第３図は第２図の装置を冷房に用いる場合の動作を説明
するためのサイクル線図、第４図は暖房に用いる場合の
サイクル線図。 １，２，３，４・・・・・それぞれ第１、第２、第３及
び第４のシリンダ、５・・・・・スクリュー、６，８，
１７，２３・・・・供給端、７，９，１８，２４・・・
・排出端、１０，１１，２１，，２２・ ・・熱媒流通
路、１２，１３，１９，２０・・・・・熱交換部、１４
，１５，２５，２６・・・・・水素管、１６，３１・・
・・・・輸送装置、２７・・・・・熱交換器、２８，２
９・熱媒流通路、３０・・・・・・ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密閉された第一のシリンダと、このシリンダ内で水
   素雰囲気下に回転して第一の金属水素化物を移送するス
   クリューと、この金属水素化物が移送される過程で上記
   シリンダ壁又はスクリュー壁を介して金属水素化物とそ
   れぞれ熱交換する第一の高温熱交換部及び第一の低温熱
   交換部と、この低温熱交換部で冷却された金属水素化物
   を第一のシリンダの供給端に循環輸送する第一の輸送装
   置と、上記各熱交換部においてシリンダ内に連通する各
   水素管と、密閉された第二のシリンダと、このシリンダ
   内で水素雰囲気下に回転して第二の金属水素化物を移送
   するスクリューと、この金属水素化物が移送される過程
   で上記シリンダ壁又はスクリュー壁を介して金属水素化
   物とそれぞれ熱交換する第二の低温熱交換部及び第二の
   高温熱交換部と、この高温熱交換部で加熱された金属水
   素化物を第二のシリンダの供給端に循環輸送する第二の
   輸送装置と、上記各熱交換部においてシリンダ内に連通
   する各水素管と、上記第一の輸送装置内の冷却された第
   一の金属水素化物と上記第二の輸送装置内の加熱された
   第二の金属水素化物との間で熱交換させる熱交換器とを
   有することを特徴とする金属水素化物装置。 ２ 第一及び第二の輸送装置の間に複数の熱交換器を有
   し、第一及び第二の金属水素化物の間で向流的に熱交換
   させるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の金属水素化物装置。