JPH067030B2 - 正逆相互駆動式加熱冷蔵方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は加熱冷蔵方法および装置に関し、より詳細には
加熱冷蔵容器と熱発生容器とからなり、金属水素化物の
水素の吸蔵、放出に伴う発熱、吸熱、を利用して、前記
発熱・吸熱反応とその反応の可逆反応を交互に繰り返し
て絶え間なく高温あるいは低温を連続的に得る正逆相互
駆動式加熱冷蔵方法および装置に関する。

［従来の技術］ 従来、加熱冷蔵方法および装置としては、温水やヒータ
などの加熱源あるいは氷、ドライアイスなどの冷熱源を
断熱容器に収容する熱源方式や液化窒素を利用した低温
貯蔵方式ならびにペルチェ・エレメントを断熱容器に配
設した電気方式が知られている。熱源方式によれば使用
するたびに熱源を用意しなければならない点が非常に不
便である。また、温水などの加熱源は短時間で温度が低
下し、氷やドライアイスなどの冷熱源も時間が経過すれ
ば消費されてしまうので、安定した加熱冷蔵能力を示さ
ない。それらを収納・排出するための機構とスペースを
必要とするため大型で複雑な構成になる一方、液化窒素
を利用した低温貯蔵方式では、液化窒素が容器からパイ
プを通りスプレー・ヘッダから断熱した冷蔵・冷凍容器
に直接噴射され、良好な低温状態を保つが、長時間貯蔵
の場合、液化窒素を補給する必要があり、長時間連続し
て一定の低温を保つことがむづかしく、しかもコストが
高くつくという欠点がある。また、電気方式によれば長
時間にわたって安定に加熱冷蔵することができるが、電
源のないところでは用いることができない。これらはま
すます複雑で高価な機構とスペースと、運転監視機能を
必要とするため大型で複雑な構成になる。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記の各加熱冷蔵装置は、夫々の特徴を有しているが、
一般に温水などの加熱源は短時間で温度が低下し、氷、
ドライアイス、液化窒素など冷熱源が時間の経過ととも
に消費されるので、連続的に低温を保持するためには、
熱源を補給しなければならず、コストも高くなり、また
ヒータや冷蔵庫等は電源のないところでは使用できない
という問題点がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、従来の加熱冷蔵方法および装置が有す
る諸欠点ならびに問題点を除去、解決した正逆相互駆動
式加熱冷蔵方法および装置を提供することにある。本発
明者らは、ある種の合金が速やかに水素を吸蔵し、その
際発熱して金属水素化物を形成し、また、この金属水素
化物が可逆的に水素を放出し、その際吸熱する特性を利
用した熱発生容器を設け、使用に当って加熱あるいは冷
蔵熱源を用意する必要もなく、しかも電源を必要とせ
ず、長時間にわたって連続的に加熱あるいは冷蔵するこ
とができる加熱冷蔵方法および装置を新規に見い出し、
ここに本発明を完成するに至った。

本発明法は、第１の金属水素化物を装填した第１の容器
が加熱冷蔵容器空間と熱交換し得るよう配設され、第１
の容器と第２の金属水素化物を装填した第２の容器とを
少なくとも一対連結した熱発生容器を設け、金属水素化
物と水素化物形成合金とが装填される２つの容器に圧力
変化で水素を交互にかつ連続的に充填および排出し、そ
れによって得られた反応熱を有効に利用して高温あるい
は低温を得るために、これらの反応とこの可逆反応に要
するエネルギーを迅速無駄なく交互に伝達交換しあうと
ともに、相手の正反応を自分の逆反応による温度変化で
この各対の容器間の温度差を広げてその反応を互いに促
進することを特徴とするものである。

また、第１の金属水素化物として、ミツシュメタル−ニ
ッケル系水素化物および第２の金属水素化物としてミツ
シュメタル−ニッケル−アルミニウム系水素化物を使用
し、その組み合せによって得られた反応熱を利用して高
温あるいは低温を得ることを特徴とするものである。

また、第１の容器と第２の容器を一対以上連結した熱発
生容器において、第２の容器の合金と水素との反応熱を
他の第２の容器の金属水素化物の加熱に利用できるよう
に熱交換板を設置することに特徴がある。

以下に実施例を示す図面に基づいて本発明を説明する。

［実施例］ 第１図は本発明方法の実施に直接使用する加熱冷蔵装置
の一実施例を示したものである。本発明の加熱冷蔵装置
Ａは断熱した加熱冷蔵容器１と当該加熱冷蔵容器１下口
に内嵌し自由に脱着できる断熱した熱発生容器２からな
っている。

熱発生容器２内には第１の金属水素化物を装填した第１
の容器３，４と第２の金属水素化物を装填した第２の容
器５，６を配設するとともに、熱発生容器２は断熱隔壁
７を画成して第１の容器３，４の反応熱が第１の容器
３，４相互に伝導しないようにし、一方の第１の容器４
の反応熱が大気と、また残るもう一方の第１の容器３の
反応熱が加熱冷蔵容器１の収容空間８と熱交換できるよ
うに、第１の容器３，４の上下両側に網窓９，１０を開
設し、更に熱発生容器２は断熱外壁１１で第２の容器
５，６を囲い第２の容器５，６の反応熱が外部に伝わら
ないようにするとともに、第２の容器５，６の対向面間
に熱伝導率の良好な伝熱板１２を介在させ一方の第２の
容器５からの反応熱を残るもう一方の第２の容器６での
可逆反応を起こすための熱源となるように迅速無駄なく
伝達交換するとともに、各組の容器間の温度差を広げ、
お互いの反応を促進することによって、ヒータやドライ
アイス等の冷熱源の配置スペースを設けずに簡易に、し
かも交互に運転するので見かけ上連続的に発熱・吸熱を
行いながら容器６の水素圧を高める。

前記第１の容器３，４と第２の容器５，６は夫々フィル
ター１３，１４，１５，１６を両端に取付けた連通管１
７，１８にて接続し、当該連通管１７，１８には第１の
容器３，４と第２の容器５，６間の水素の流通と停止を
制御する連通弁１９，２０を介設してある。フィルター
１３，１４，１５，１６は水素の流通時に金属水素化物
が随伴したり、連通管１７，１８を詰まらせるのを防止
するもので、例えば孔径１０μｍ以下の多孔性焼結金属
が用いられる。

第１の容器３，４および第２の容器５，６は以下に限定
されるわけではないが、好ましくは複数の筒状容器から
形成され、複数組を上下二段並列に配して各対毎に連通
管１７，１８で接続する。また複数組を一段並列に配し
各対毎に連通管１７，１８で接続しても良い。この第２
の容器は熱伝導を迅速無駄なく行うためになるべく接近
並設する。

第１の容器３，４および第２の容器５，６からなる熱発
生容器２は、１つのセットとして加熱冷蔵容器１に、脱
着自在であり、網窓１０が加熱冷蔵容器２内に向くよう
に反転しても取り付けできる。

断熱した加熱冷蔵容器１内には温度センサー２１が配設
され、この温度センサー２１の検知する温度によって上
記の夫々の連通弁１９，２０が開閉できるようにし、連
通弁１９，２０を通過する水素の流通量が制御される。

第１の金属水素化物Ｍ_１Ｈと第２の金属水素化物Ｍ_２Ｈ
は、相互に平衡分解圧特性の異なるものが用いられる。
具体的には、Ｍ_１ＨとしてはＬａＮｉ_５，ＬａＮｉ_５ｚ
Ａｚ，ＭｍＮｉ_５，ＭｍＮｉ_５−ｚＡｚ，ＭｍｘＴ
ｉｙＮｉ_５，ＭｍｘＺｒｙＮｉ_５，ＭｍｘＮｂｙＮｉ_５
（ただし、０．７５＜ｘ＜１．２，０＜ｙ＜０．２５，
０＜ｚ≦０．５）などの水素化物とＭ_２ＨとしてＬａＮ
ｉ_５−ｚＡｚ，ＭｍＮｉ_５−ｚＡｚ，ＭｍｘＴｉｙ
Ｎｉ_５−ｚＡｚ，ＭｍｘＺｒｙＮｉ_５−ｚＡｚ，Ｍ
ｍｘＮｂｙＮｉ_５−ｚＡｚ（ただし、０．７５＜ｘ＜
１．２，０＜ｙ＜０．２５，０＜ｚ≦０．５）などの水
素化物との組み合せが用いられる。

［作用］ 本発明の装置Ａを冷蔵装置として用いる場合には、第２
図に示すように、第１の容器３，４にはＴ_Ｍ＝２０℃で
平衡分解圧の高いＭ_１Ｈが高圧の水素雰囲気下に充填さ
れ、第２の容器５，６にはＴ_Ｍ＝２０℃で平衡分解圧の
低いＭ_２Ｈが好ましくは水素を放出した合金の状態で低
圧の水素雰囲気下に充填される。即ち、Ｍ_１Ｈの状態は
点に、Ｍ_２Ｈの状態が点に夫々対応するようにして
おく。

温度センサー２１の作動温度を断熱した加熱冷蔵容器１
内の所要冷却温度Ｔ_Ｌ＝０℃に設定すると、第２の容器
を空気で冷却してＭ_１Ｈの解離圧を下げて、点の状態
とする。加熱冷蔵容器１内の温度が設定温度に到達する
まで連通弁１９が開かれ、第１の容器３と第２の容器５
が連通するので、水素は高圧の第１の容器３から低圧の
第２の容器５へと移動し、Ｍ_１Ｈは吸熱して水素を放出
して温度Ｔ_Ｌ＝０℃に至り、加熱冷蔵容器１内を冷却す
る。これが点の状態であり、低温発生工程である。一
方、第２の容器５のＭ_２Ｈは水素を吸蔵して発熱する
が、この発熱はアルミニウムあるいは銅などの伝熱板１
２を通して残るもう一つの容器６を加熱しながら内部に
充填してあるＭ_２Ｈを加熱する。断熱した加熱冷蔵容器
１内の温度が設定温度Ｔ_Ｌ＝０℃に達すると、温度セン
サー２１が作動して連通弁１９を閉じ、第１容器３と第
２の容器５間の水素の流通は中断される。加熱冷蔵容器
１内の温度が所定温度より上昇すると再び温度センサー
２１が作動し、連通弁１９を開くので水素の流通が起り
加熱冷蔵容器１内を所定温度まで冷却する。

第１の容器３と第２の容器５が前記の低温発生の動作を
行っている間に残る第１の容器４と第２の容器６では水
素吸蔵金属の性質である可逆反応を用いた再生の動作を
行う。即ち、水素を第２の容器６の低圧側のＭ_２Ｈに吸
蔵させて水素化物を生成させておく。この第２の容器に
前記の低温発生の動作で得られた発熱が伝熱板１２を通
して加熱される。この状態が点に対応する（Ｍ２Ｈの
平衡分圧がＭ１Ｈよりも高くなった状態）。連通弁２０
が開かれ、第２の容器６と第１の容器４が連通するの
で、水素は高圧の第２の容器６から低圧の第１の容器４
へと移動し、第１の容器４のＭ_１Ｈは水素を吸蔵して発
熱する。この発熱は第１の容器４から窓１０を通して大
気中に放散される。これが点の当初の状態であり、再
生工程である。

熱発生容器２の第１の容器３および第２の容器５の系列
と第１の容器４および第２の容器６の系列が逆になるよ
うに熱発生容器２を入れかえて、低温発生と再成工程の
２系列を交互に運転することで、連続的な加熱冷蔵容器
１の冷却が可能であるとともに、今まで別途設けた冷熱
源の収納スペースやヒータ等の運転を管理する機構もい
らなく装置自体の発生する熱を有効に利用できる。

このような化学反応は、平衡状態になるまで続けられる
が、各時間の反応速度と強度は平衡状態から遠い、つま
り温度差があるほど速く強く行われる。よって各容器間
の温度差を広げるほど良好であり、本発明ではこれを正
逆反応を行う各第２の容器から発生する冷熱と発熱を迅
速に相互伝達することによって、相手の容器の温度低下
を他方の発熱で、その温度上昇をその他方の冷熱反応を
用いることによって抑制し、相互の反応を促進してい
る。

本発明の加熱冷蔵装置Ａを加熱装置として用いる場合に
は、上記とは逆に第２の容器５にはＭ_１Ｈを高圧の水素
雰囲気下に充填し、第１の容器３にはＭ_２Ｈを低圧の水
素雰囲気下に充填する。断熱した加熱冷蔵容器１内が所
定の温度に達するまで連通弁１９が開いて第２の容器５
と第１の容器３が連通するので、水素は高圧の第２の容
器５から低圧の第１容器３へ移動し、第１の容器３内の
Ｍ_２Ｈは水素を発熱的に吸蔵し、温熱が網窓９を通して
加熱冷蔵容器１内に与えられ加熱する。これが高温発生
工程である。再生工程では、高温発生工程で得られた第
２の容器５の吸熱を伝熱板１２を通して水素化物形成合
金の状態にした残るもう一つの第２の容器６を冷却する
と、内部に充填されたＭ_１Ｈは水素を吸蔵する。従って
連通弁２０が開かれると水素は高圧の第１の容器４から
低圧の第２の容器６へ移動する。この時第１の容器４で
発生する冷熱は網窓１０を通して大気中に放散する。

熱発生容器２の入れ替えによって連続的な加熱が可能で
ある。

［実施例］ 容器内容積約３６の断熱した加熱冷蔵容器を有する小
型の加熱冷蔵装置を用い、約１KgのＭｍＮｉ_４．７Ａ
_０．３を充填した第１の容器と約１KgのＬａＮｉ_５を充
填した第２の容器を一対配設し、第１の容器には２０℃
の温度で水素を約７気圧に加圧してＬａＮｉ_５水素化物
に吸蔵させ、一方、第２の容器は２０℃の温度で約１．
２気圧に減圧して、設定温度を０℃とし、加熱冷蔵容器
内に配したセンサーに接続すると、容器内の温度は約０
℃に達し、以後連続して加熱冷蔵容器はほぼ約０℃に保
たれた。

［効果］ 本発明は、金属水素化物の水素の吸蔵、放出反応を利用
して加熱あるいは冷却を行なうため、何ら電源も要せ
ず、しかも従来の加熱冷蔵方法および装置にみられるよ
うに、熱源を消費したり、補給したりすることを要せ
ず、この冷熱源を収納するスペースも要らず小型がで
き、ヒータ等の高価な機構も必要ないので安価で、しか
も装置自体の発冷熱を再利用して相互の容器間の反応を
促進しているので高能率な運転が行え、さらに必要に応
じて長時間にわたって安定に所要の温度を取り出して使
用することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加熱冷蔵装置の一実施例を示す断面
図、第２図はその動作を説明するためのＭ_１ＨおよびＭ
_２Ｈの平衡分解圧と温度の関係図を示す。 Ａ…加熱冷蔵装置 １…加熱冷蔵容器、２…熱発生容器 ３，４…第１の容器、５，６…第２の容器 ７…断熱隔壁、８…収容空間 ９，１０…網窓、１１…断熱外壁 １２…伝熱板 １３，１４，１５，１６…フィルター １７，１８…連通管、１９，２０…連通弁 ２１…温度センサー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相互を通気連結した各対の第１の容器と第
   ２の容器を少なくとも２組並設し、当該各対の第１の容
   器と第２の容器に平衡分解圧特性の異なる金属水素化物
   を夫々装填して分解圧の差による圧力変化で前記各対の
   前記第１の容器と前記第２の容器に水素を交互に充填お
   よび排出を連続繰り返すことで前記金属水素化物に水素
   の吸蔵と放出を交互に行わしめるに当たり、 前記組相互の前記第１の容器間は当該第１の容器群同士
   による伝熱を遮断するとともに一方の容器を外気と放熱
   ・吸熱自在に接触し、他方の容器を外気と断熱した加熱
   冷蔵容器の収容空間内気と放熱・吸熱自在に接触し、 前記第２の容器群同士を接近並設し、かつ当該第２の容
   器間では当該第２の容器群同士のみ無駄なく相互伝熱す
   るとともに外部と断熱し、 前記対の第１の容器と第２の容器の各対間毎に通気連通
   し所定温度で第１の容器と第２の容器に貯蔵される気体
   の流通量を制御し、 一方の組の対の当該第１の容器と当該第２の容器では加
   熱冷却反応をさせ、 かつ他方の組の対の当該第１の容器と当該第２の容器で
   は前記加熱冷却反応の可逆再生反応を夫々同時平行して
   遂行させるとともに、 当該各組相互の第１と第２の容器間の温度差を広げて反
   応を促進し、温熱あるいは冷熱を連続して発生させるこ
   とを特徴とする正逆相互駆動式加熱冷蔵方法
2. 【請求項２】第１の容器と第２の容器に夫々装填される
   金属水素化物は、ミツシュメタル−ニッケル系水素化物
   とミツシュメタル−ニッケル−アルミニウム系水素化物
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の正
   逆相互駆動式加熱冷蔵方法
3. 【請求項３】断熱した収容空間を内設する加熱冷蔵容器
   と、 平衡分解圧特性の異なる金属水素化物を夫々装填した一
   対の第１の容器と第２の容器を複数組、前記収容空間内
   設置の温度センサーにて開閉制御される連結弁を介して
   各対毎に通気自在に相互連結するとともに、複数組の隣
   接する前記第１の容器相互間を断熱しかつ当該隣接する
   一つを外気と他の一つを前記収容空間内気とそれぞれ放
   熱・吸熱自在に開放接触する一方、複数組の隣接する前
   記第２の容器相互間同志が伝熱自在に伝熱板を介在しか
   つ他外側を断熱して加熱冷蔵容器１側に差し換え自在に
   内嵌した熱発生容器とからなることを特徴とする正逆相
   互駆動式加熱冷蔵装置
4. 【請求項４】第１の容器と第２の容器に夫々装填される
   金属水素化物はミツシュメタル−ニッケル系水素化物と
   ミツシュメタル−ニッケル−アルミニウム系水素化物で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の正逆
   相互駆動式加熱冷蔵装置
5. 【請求項５】熱発生容器は、加熱冷蔵容器に反転差し換
   え自在に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第３
   または４項記載の正逆相互駆動式加熱冷蔵装置