(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平衡水素圧力の高い低温用水素吸蔵合金が充填された低温側反応容器と、平衡水素圧力の低い高温用水素吸蔵合金が充填された高温側反応容器とを互いに連結して構成され、高温側反応容器から低温側反応容器へ水素ガスを流す再生過程と、低温側反応容器から高温側反応容器へ水素ガスを流す冷熱発生過程とを繰り返す冷凍システムにおいて、前記低温用水素吸蔵合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、及びＮｉを含有したＣ１４型構造を有し、前記高温用水素吸蔵合金は、Ｌａ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＡｌを含有したＣａＣｕ5型構造を有し、各水素吸蔵合金は、０.８ｗｔ％の水素を２つの平衡水素圧力の差で吸収若しくは放出させるのに必要な２つの平衡水素圧力の自然対数の差の最小値が０.３以下であることを特徴とする水素吸蔵合金を用いた冷凍システム。
【請求項２】
低温用水素吸蔵金の組成式が、
(ＴｉaＺｒ1-a)x(Ｍｎ2-b-cＶbＮｉc)y
但し、
０．８≦ａ≦０．９５
０．３≦ｂ≦０．５
０．５５≦ｃ≦０．６５
１．８≦ｙ／ｘ≦２．２
で表わされると共に、高温用水素吸蔵合金の組成式が、
Ｌａx(Ｎｉ5-a-bＳｎaＡｌb)y
但し、
０．１≦ａ≦０．２５
０．１≦ｂ≦０．２
４．５≦ｙ／ｘ≦５．３
で表わされる請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項３】
各水素吸蔵合金は、前記組成を有する合金溶湯を回転ロール急冷法若しくはガスアトマイズ法により急冷して作製される請求項２に記載の冷凍システム。
【請求項４】
高温用水素吸蔵合金を加熱すべき熱源の温度は１００℃〜１５０℃であり、高温用及び低温用水素吸蔵合金と熱交換させるべき熱媒体の温度は２０℃〜３５℃である請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷凍システム。
【請求項５】
第１及び第２のヒートポンプを併設して構成されるヒートポンプ装置(１)を具え、第１ヒートポンプは、高温用水素吸蔵合金ＭＨ１を内蔵した高温側第１反応容器(11)と低温用水素吸蔵合金ＭＨ２を内蔵した低温側第１反応容器(12)とを互いに連結してなり、第２ヒートポンプは、高温用水素吸蔵合金ＭＨ１を内蔵した高温側第２反応容器(13)と低温用水素吸蔵合金ＭＨ２を内蔵した低温側第２反応容器(14)とを互いに連結してなり、該ヒートポンプ装置(１)に対し、高温側の２つの反応容器(11)(13)には、熱媒切換え装置(２)を介して高温側熱源と空冷式熱交換器(６)とが切り換え可能に接続されると共に、低温側の２つの反応容器(12)(14)には、冷媒切換え装置(３)を介して空冷式熱交換器(５)と冷凍庫(７)とが切り換え可能に接続されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金を用いた冷凍システムに関し、特に、太陽熱や産業廃熱等の熱源を利用して−２０℃以下の冷熱を発生することが可能な冷凍システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のエネルギー事情や環境問題から、これまでは放置されていた無尽蔵の太陽熱や産業廃熱を有効に利用することは、産業面における大きな課題であると同時に社会的な要請である。このような状況において、水素吸蔵合金を用いた様々な冷凍システム(ヒートポンプ)が提案されている。
【０００３】
図４は、平衡水素圧力の高い低温用水素吸蔵合金ＭＨ２と平衡水素圧力の低い高温用水素吸蔵合金ＭＨ１とを用いた冷凍システムにおける基本的な冷凍サイクル(▲４▼→▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼)を表わしている。先ず、熱源によって高温用水素吸蔵合金ＭＨ１を状態▲４▼から状態▲１▼まで加熱して、水素を放出させる。放出された水素は、状態▲２▼の低温用水素吸蔵合金ＭＨ２に吸収され、これによって発生する熱は、冷媒によって外部へ放出される。次に、高温用水素吸蔵合金ＭＨ１を状態▲４▼の温度に設定すると共に、低温用水素吸蔵合金ＭＨ２を状態▲３▼の温度に設定すると、低温用水素吸蔵合金ＭＨ２の圧力が高温用水素吸蔵合金ＭＨ１の圧力よりも高くなり、低温用水素吸蔵合金ＭＨ２は、吸収していた水素を放出して冷却され(状態▲３▼)、放出された水素は、状態▲４▼の高温用水素吸蔵合金ＭＨ１に吸収される。
この様に、▲４▼→▲１▼→▲２▼の再生過程と▲２▼→▲３▼→▲４▼の冷凍過程とを交互に繰り返すことによって、連続的に冷熱を発生させる冷凍サイクルが構成される。
【０００４】
例えば、特公昭６２−１１８８号公報には、室内の冷暖房に利用可能な冷暖房装置が提案されている。特許第２６５２４５６号公報には、水冷式熱交換器を使用して冷凍温度域(−２０℃以下)の出熱を行なう熱利用システムが提案されている。又、特開平５−１５７３９８号公報には、３種類の水素吸蔵合金を用いて２重の熱サイクルを構成し、冷凍温度域(−２０℃以下)の出熱を行なう冷熱発生装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公昭６２−１１８８号公報の冷暖房装置は、冷凍温度域(−２０℃以下)の冷熱を発生することは出来ない。これに対し、特許第２６５２４５６号公報の熱利用システムは冷凍温度域(−２０℃以下)の冷熱発生は可能であるが、水や電気等が必要なため、立地条件に制約が生じる問題がある。又、特開平５−１５７３９８号公報の冷熱発生装置は、冷凍温度域(−２０℃以下)の冷熱発生は可能であるが、構造が複雑になりやすく、然も、冷房出力(Ｘ)と熱源入力(Ｙ)との比(＝Ｘ／Ｙ)で表される成績係数(ＣＯＰ：Coefficient  of  Performance)が０.２程度に留まり、実用的な成績係数(例えば０.３以上)を得ることは困難である。
【０００６】
そこで本発明の目的は、構造が簡易であり、高い成績係数を得ることが可能な１重サイクルの冷凍システムにおいて、−２０℃以下の冷熱発生を実現することである。
尚、１重サイクルとは、２種類の水素吸蔵合金を用いて、両合金間で単一の熱サイクルを構成するものをいう。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、１重サイクルの冷凍システムの出力特性は、高温用及び低温用の２種類の水素吸蔵合金の平衡水素圧力と、水素を可逆的に吸収、放出する際の反応の容易性を表わす反応可逆性とによって大きく左右され、従来の冷凍システムにおいては、水素吸蔵合金の反応可逆性が低いために、−２０℃以下の冷熱発生が不可能であったことを究明した。
尚、合金の反応可逆性の指標として、ＨＳ値を採用することが出来る。ＨＳ値は、例えば図３に示す如きＰ−Ｃ−Ｔ曲線を有する水素吸蔵合金の場合、ある一定量(例えば０.８ｗｔ％)の水素を吸放出させるのに必要な水素吸収曲線上の圧力Ｐａと水素放出曲線上の圧力Ｐｄの自然対数の差の最小値として、下記数１によって定義することが出来る。
【０００８】
【数１】
ＨＳ＝［ｌｎ(Ｐａ／Ｐｄ)］min
【０００９】
図１は、水素吸収時と水素放出時でＰ−Ｃ−Ｔ特性曲線に差が生じる実際の水素吸蔵合金の特性を考慮して、前述の冷凍サイクルの状態変化を表わしたものである。図中において、実線は、水素放出時の水素圧力と温度の関係(圧力−温度特性)を表わし、破線は、水素吸収時の水素圧力と温度の関係(圧力−温度特性)を表わしている。又、細線は、ＨＳ値が０.６と大きい場合の水素吸放出時の圧力−温度特性を表わし、太線は、ＨＳ値が０.３と小さい場合の水素吸放出時の圧力−温度特性を表わしている。
【００１０】
図１に示す様に、ＨＳ値を減少させることによって、高温用水素吸蔵合金ＭＨ１では、水素吸収時の圧力−温度特性が細破線から太破線にシフトし、水素の吸放出に必要な圧力差はΔＰａ′からΔＰａに低下する。又、低温用水素吸蔵合金ＭＨ２では、水素放出時の圧力−温度特性が細実線から太実線にシフトし、水素の吸放出に必要な圧力差はΔＰｂ′からΔＰｂに低下する。
従って、状態▲２▼の低温用水素吸蔵合金ＭＨ２が水素を放出する冷却過程で、ＨＳ値が０.６と大きい(反応可逆性が低い)ときは、細実線上の状態▲３▼まで温度低下するのに対し、ＨＳ値が０.３と小さい(反応可逆性が高い)ときは、太実線上の状態▲３▼′まで温度低下し、状態▲３▼の温度よりもΔＴ(例えば２０ｄｅｇ)だけ温度が低くなる。
尚、低温用水素吸蔵合金から放出された水素は、ＨＳ値が０.６と大きい(反応可逆性が低い)ときは、細破線上の状態▲４▼の高温用水素吸蔵合金ＭＨ１に吸収されるのに対し、ＨＳ値が０.３と小さい(反応可逆性が高い)ときは、太破線上の状態▲４▼′の高温用水素吸蔵合金ＭＨ１に吸収されることになる。
上述の如く、低温用水素吸蔵合金と高温用水素吸蔵合金のＨＳ値を出来るだけ小さく抑えることによって、より低温の冷熱を発生させることが出来る。
【００１１】
具体的には、本発明に係る水素吸蔵合金を用いた冷凍システムは、太陽熱や産業廃熱の利用によって実現可能な１００〜１５０℃の温度を有する熱源と、外気を用いた空冷によって実現可能な２０〜３５℃の温度を有する熱媒体とを用いて、−２０℃レベルの冷熱の発生を可能とするものである。ここで熱媒体は、熱伝達に用いる媒体、即ち冷媒及び熱媒の総称である。
この場合、冷凍システムの出熱特性に影響する２つの要素、(１)高温用及び低温用の水素吸蔵合金の平衡水素圧力と、(２)各合金の反応可逆性とを考慮する必要がある。
即ち、低温用水素吸蔵合金が、出熱温度である−２０℃レベルで作動可能な圧力(０.０１ＭＰａ以上)を示すこと、空冷式熱交換器を用いて得られる熱媒体の温度により、熱源温度にある高温用水素吸蔵合金から低温用水素吸蔵合金へ水素が移動することが必要である。更に、合金の反応可逆性が低いと熱損失が生じて出熱特性が悪化するため、−２０℃以下の冷熱を発生するには、ＨＳ値が０.３以下であることが必要である。
【００１２】
上述の条件を満たすことが可能な冷凍サイクルとしては、低温用水素吸蔵金及び高温用水素吸蔵合金のＨＳ値がそれぞれ０.３以下の高い反応可逆性を示し、且つ、平衡水素圧力が、高温用水素吸蔵合金については熱源温度域の１００〜１５０℃にて０.８〜１.０ＭＰａ、空冷式熱交換器により得られる冷媒温度である２０〜３５℃にて０.０２〜０.０５ＭＰａ、低温用水素吸蔵合金については空冷式熱交換器により得られる冷媒温度である２０〜３５℃にて０.６〜０.９ＭＰａ、冷熱発生域の−２０〜−２５℃にて０.０５〜０.０７ＭＰａとなるサイクルを構成することが出来る(図１参照)。
【００１３】
この様なサイクルを実現するべく、本発明においては、低温用水素吸蔵合金については、ＴｉＭｎ2をベースとした多成分化によって、所望の平衡水素圧力と高い反応可逆性を併せ持つ合金組成を得ると共に、該合金組成を有する溶湯をロール急冷法若しくはガスアトマイズ法によって急冷し、合金組織の均質化を図った。
具体的には、低温用水素吸蔵合金は、組成式：
(ＴｉaＺｒ1-a)x(Ｍｎ2-b-cＶbＮｉc)y
但し、
０．８≦ａ≦０．９５
０．３≦ｂ≦０．５
０．５５≦ｃ≦０．６５
１．８≦ｙ／ｘ≦２．２
で表わされる。
【００１４】
又、高温用水素吸蔵合金については、ＬａＮｉ5系合金をベースとして組成の調整を行ない、該組成を有する溶湯をロール急冷法によって急冷し、合金組織の均質化を図った。
具体的には、高温用水素吸蔵合金は、組成式：
Ｌａx(Ｎｉ5-a-bＳｎaＡｌb)y
但し、
０．１≦ａ≦０．２５
０．１≦ｂ≦０．２
４．５≦ｙ／ｘ≦５．３
で表わされる。
【００１５】
この様にして作製された高い反応可逆性と適正な平衡水素圧力を有する水素吸蔵合金を用いることによって、構造が簡易で成績係数が高く、然も、冷媒又は熱媒の冷却に外気による空冷を採用することが可能な冷凍システムを実現することが出来る。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、水素吸蔵合金を利用した１重サイクルの冷凍システムにおいて、１００〜１５０℃の熱源と空冷式熱交換器により２０〜３５℃に冷却された熱媒体とを用いて、−２０℃レベルの冷熱を発生させることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図５に示す冷凍システムに実施した形態について具体的に説明する。
該冷凍システムにおいては、ヒートポンプ装置(１)に対して、熱媒切換え装置(２)を介して集熱器(４)と空冷式熱交換器(６)とが切り換え可能に接続されると共に、冷媒切換え装置(３)を介して空冷式熱交換器(５)と冷凍庫(７)とが切り換え可能に接続され、集熱器(４)と熱媒切換え装置(２)の間には、蓄熱槽(９)が介在している。
【００１８】
ヒートポンプ装置(１)は、第１ヒートポンプＰ１及び第２ヒートポンプＰ２を併設して構成されている。第１ヒートポンプＰ１は、平衡水素圧力の低い水素吸蔵合金ＭＨ１を内蔵した高温側第１反応容器(11)と平衡水素圧力の高い水素吸蔵合金ＭＨ２を内蔵した低温側第１反応容器(12)とを連結管(17)を介して互いに連結してなり、連結管(17)にはバルブ(15)が介在している。又、第２ヒートポンプＰ２は、平衡水素圧力の低い水素吸蔵合金ＭＨ１を内蔵した高温側第２反応容器(13)と平衡水素圧力の高い水素吸蔵合金ＭＨ２を内蔵した低温側第２反応容器(14)とを連結管(18)を介して連結してなり、連結管(18)にはバルブ(16)が介在している。
【００１９】
熱媒切換え装置(２)は、蓄熱槽(９)から伸びる熱媒供給管(41)及び熱媒戻り管(42)を高温側第１反応容器(11)と高温側第２反応容器(13)の何れか一方に接続すると共に、空冷式熱交換器(６)から伸びる熱媒供給管(61)及び熱媒戻り管(62)を他方の反応容器に接続するための配管系と、該配管系に介在する複数の３方弁とから構成される。
又、冷媒切換え装置(３)は、空冷式熱交換器(５)から伸びる冷媒供給管(51)及び冷媒戻り管(52)を低温側第１反応容器(12)と低温側第２反応容器(14)の何れか一方に接続すると共に、冷凍庫(７)から伸びる冷媒戻り管(71)及び冷媒供給管(72)を他方の反応容器に接続するための配管系と、該配管系に介在する複数の４方弁とから構成される。
【００２０】
集熱器(４)は、ヒートパイプ構造を有する複数本の集熱管を併設して構成され、約１４０℃の熱媒(加圧水)の供給が可能である。
集熱器(４)から伸びる熱媒出口管(43)及び熱媒入口管(44)は蓄熱槽(９)へ接続されると共に、熱媒出口管(43)は３方弁(91)を介して熱媒入口管(44)へ接続されており、集熱器(４)から供給される熱媒が約１４０℃に達したとき、熱媒出口管(43)から３方弁(91)を経て蓄熱槽(９)へ高温(約１４０℃)の熱媒が供給される。これによって蓄熱槽(９)に十分な熱が蓄えられ、該蓄熱槽(９)から熱媒供給管(41)を経てヒートポンプ装置(１)へ一定温度(約１４０℃)の熱媒が供給されるのである。
又、空冷式熱交換器(５)(６)は、冷媒(メチルアルコール)又は熱媒(加圧水)をファンによって冷却するものであって、冷媒供給管(51)又は熱媒供給管(61)を経てヒートポンプ装置(１)へ２０℃〜３５℃の冷媒が供給される。
【００２１】
低温用水素吸蔵合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、及びＮｉを含有したＣ１４型構造を有し、組成式：
(ＴｉaＺｒ1-a)x(Ｍｎ2-b-cＶbＮｉc)y
但し、
０．８≦ａ≦０．９５
０．３≦ｂ≦０．５
０．５５≦ｃ≦０．６５
化学量論比：１．８≦ｙ／ｘ≦２．２
で表わされる。
【００２２】
一方、前記高温用水素吸蔵合金は、Ｌａ、Ｎｉ、Ｓｎ、及びＡｌを含有したＣａＣｕ5型構造を有し、組成式：
Ｌａx(Ｎｉ5-a-bＳｎaＡｌb)y
但し、
０．１≦ａ≦０．２５
０．１≦ｂ≦０．２
化学量論比：４．５≦ｙ／ｘ≦５．３
で表わされる。
【００２３】
低温用水素吸蔵合金及び高温用水素吸蔵合金は、上記組成を有する２種類の水素吸蔵合金の溶湯を回転ロール急冷法若しくはガスアトマイズ法により急冷して作製され、０.８ｗｔ％の水素を２つの平衡水素圧力の差で吸収若しくは放出させるのに必要な２つの平衡水素圧力の自然対数の差の最小値(ＨＳ値)が０.３以下に設定されている。
【００２４】
図５に示す冷凍システムにおいては、集熱器(４)が熱源、空冷式熱交換器(５)及び空冷式熱交換器(６)が放熱源、冷凍庫(７)が冷凍負荷となって、冷凍サイクルが構成される。
例えば、第１ヒートポンプＰ１においては、先ず、高温側第１反応容器(11)内の水素吸蔵合金ＭＨ１が加熱されることによって、水素が放出し、放出された水素は低温側第１反応容器(12)へ送り込まれて、水素吸蔵合金ＭＨ２に吸収される。ここで、水素吸蔵合金ＭＨ２が水素を吸収することによって発生する熱は、空冷式熱交換器(５)から放熱される。
次に、冷媒切換え装置(３)の切換えによって、低温側第１反応容器(12)には冷凍庫(７)が接続される。この状態で、低温側第１反応容器(12)では、水素吸蔵合金ＭＨ２に吸収されている水素が放出し、これによって、冷凍庫(７)から冷媒戻り管(71)を経て供給される冷媒が冷却され、低温(−２０℃以下)の冷媒が冷媒供給管(72)を経て冷凍庫(７)へ送り込まれる。
又、熱媒切換え装置(２)の切換えによって、高温側第１反応容器(11)には空冷式熱交換器(６)が接続される。この状態で、低温側第１反応容器(12)から放出されるガスは高温側第１反応容器(11)へ送り込まれ、水素吸蔵合金ＭＨ１に吸収される(図１中の▲３▼′→▲４▼′)。ここで、水素吸蔵合金ＭＨ１が水素を吸収することによって発生する熱は、空冷式熱交換器(６)から放熱される。
【００２５】
上述の冷凍サイクルを第１ヒートポンプＰ１と第２ヒートポンプＰ２で１８０度の位相差をもって行なわしめることにより、冷凍庫(７)には連続的に低温の冷媒が供給され、冷凍庫(７)内は、−２０℃以下の低温に保たれるのである。
【００２６】
表１(ａ)(ｂ)は、上記本発明の冷凍システムの開発において、高温用水素吸蔵金及び低温用水素吸蔵合金の組成を調整する過程で作製した各種合金の製造方法、ＨＳ値、ＨＳ値算出の基礎となる有効水素移動量、及び平衡水素圧力を表わしている。尚、製造方法の「アーク溶解」は、アーク炉中で溶解させた合金溶湯を徐冷してインゴットを作製する工程、又、「溶湯急冷」は溶湯をロール急冷法によって急冷してインゴットを作製する工程、「熱処理」は、インゴットを１０００℃前後に加熱した後、徐冷を施す工程を表わしている。
【００２７】
【表１】
0003813746.tif 000002
【００２８】
表１(ａ)に示す様に高温用水素吸蔵合金については、ベースとなるＬａＮｉ5合金では、ＨＳ値が０.３と反応可逆性が高いが、所望の平衡水素圧力を得ることが出来ない。しかし、組成を調整したＬａＮｉ4.7Ｓｎ0.2Ａｌ0.1合金の溶湯をロール急冷法によって急冷した後、８００℃で８時間の熱処理を施することによって、ＨＳ値０.３０の反応可逆性と、１４０℃で所望の平衡水素圧力１ＭＰａが得られている。
又、表１(ｂ)に示す様に低温用水素吸蔵合金については、ベースとなるＴｉＭｎ2系合金の多成分化とロール急冷法による急冷処理によって、Ｔｉ0.85Ｚｒ0.15Ｍｎ1.0Ｖ0.4Ｎｉ0.6合金では、ＨＳ値０.３の反応可逆性と、−２０℃で所望の平衡水素圧力０.０６ＭＰａが得られている。
【００２９】
本発明に係る冷凍システムの性能を実証すべく、実施例となる水素吸蔵合金と比較例となる水素吸蔵合金を用いて図５に示す冷凍システムの実験機を作製し、これらの性能比較を行なった。
【００３０】
次に、１つの実施例と６つの比較例における合金組成及び製造方法、冷凍システムの運転条件を示す。
実施例
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.7Ｓｎ0.2Ａｌ0.1
製造方法：ロール急冷法による急冷後、８００℃で８時間の熱処理
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｔｉ0.85Ｚｒ0.15Ｍｎ1.0Ｖ0.4Ｎｉ0.6
製造方法：ロール急冷合金
尚、何れの合金についても、各反応容器に充填した合金の重量は２２ｋｇである。又、何れの合金も、有効水素移動量０．８ｗ％でのＨＳ値は０.３である。ここで、有効水素移動量は１５００ｋｃａｌ／ｈの出力を得るために必要な水素の移動量から算出したものである。
0003813746.tif 000003
【００３１】
比較例１
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.55Ａｌ0.45
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：１．０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｌａ0.6Ｙ0.4Ｎｉ4.95Ｍｎ0.05
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：１．０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
【００３２】
比較例２
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.55Ａｌ0.45
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：１．０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｔｉ0.85Ｚｒ0.15Ｍｎ1.0Ｖ0.4Ｎｉ0.6
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０５０℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．４９(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
【００３３】
比較例３
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.7Ｓｎ0.2Ａｌ0.1
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１１００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．６０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｌａ0.6Ｙ0.4Ｎｉ4.95Ｍｎ0.05
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０５０℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：１．０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
【００３４】
比較例４
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.7Ｓｎ0.2Ａｌ0.1
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１１００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．６０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｔｉ0.85Ｚｒ0.15Ｍｎ1.0Ｖ0.4Ｎｉ0.6
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０５０℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．４９(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
【００３５】
比較例５
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.7Ｓｎ0.2Ａｌ0.1
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１１００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．６０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｔｉ0.85Ｚｒ0.15Ｍｎ1.0Ｖ0.4Ｎｉ0.6
製造方法：ロール急冷法による急冷
ＨＳ値：０．３０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
【００３６】
比較例６
(１)  高温用水素吸蔵合金(ＭＨ１)
組成：ＬａＮｉ4.7Ｓｎ0.2Ａｌ0.1
製造方法：ロール急冷法により急冷後、８００℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．３０(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
(２)  低温用水素吸蔵合金(ＭＨ２)
組成：Ｔｉ0.85Ｚｒ0.15Ｍｎ1.0Ｖ0.4Ｎｉ0.6
製造方法：高周波溶解により鋳造後、１０５０℃で８時間の熱処理
ＨＳ値：０．４９(有効水素移動量０．８ｗｔ％)
【００３７】
尚、何れの比較例についても、各反応容器に充填した合金の重量は２２ｋｇである。又、有効水素移動量は１５００ｋｃａｌ／ｈの出力を得るために必要な水素の移動量から算出したものである。
【００３８】
0003813746.tif 000004
【００３９】
図２は、実施例及び比較例１〜６における冷凍システムの出熱特性として、冷熱発生過程における冷媒出口の温度の変化を表わしている。又、表２は、実施例と比較例１〜６における冷凍システムにおける冷熱発生過程１５分後の冷媒出口の温度を示している。
【００４０】
【表２】
0003813746.tif 000005
【００４１】
図１及び表２から明らかな様に、比較例１〜６では、初期の数分間は−１５℃程度の冷熱を発生しているが、温度が安定化した１５分後以降は、−１０℃レベルの冷熱発生に留まっている。これに対し、本発明の実施例では、温度安定化後においても、−２０℃レベルの冷熱発生を維持している。これは、比較例では、合金の不可逆性に起因する熱損失が大きいために出熱温度の低下を招いているからである。
【００４２】
上述の如く、本発明に係る冷凍システムによれば、１重の熱サイクルを構成した場合においても、１００〜１５０℃の熱源と空冷式熱交換器により冷却された２０〜３５℃の熱媒体とを用いて、−２０℃レベルの冷熱を発生させることが出来る。
【００４３】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本発明の冷凍システムに用いる水素吸蔵合金は、実施例で示した合金組成や製造方法に限らず、請求項１〜請求項３に記載されている合金組成や製造方法で作製した合金であれば、同等の出熱性能を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍システムにおいてＨＳ値低下の効果を説明する図である。
【図２】本発明の実施例と比較例において冷媒出口温度の変化を表わすグラフである。
【図３】水素吸蔵合金のＰ−Ｃ−Ｔ曲線を表わす図である。
【図４】基本的な冷凍サイクルを表わす図である。
【図５】本発明を実施すべき冷凍システムの構成を表わす系統図である。
【符号の説明】
(１)  ヒートポンプ装置
Ｐ１  ヒートポンプ
Ｐ２  ヒートポンプ
(11)  高温側第１反応容器
(12)  低温側第１反応容器
(13)  高温側第２反応容器
(14)  低温側第２反応容器
(２)  熱媒切換え装置
(３)  冷媒切換え装置
(４)  集熱器
(５)  空冷式熱交換器
(６)  空冷式熱交換器
(７)  冷凍庫
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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