JP2001082697A - ガス吸脱着反応容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸放熱を伴ってガスの吸脱着を行うガス
吸脱着材料も用いた冷凍装置等において上記材料と伝熱
壁との接触を良好に保って装置効率を向上させる。 【解決手段】 ガス吸脱着材料を収容してガスの吸脱着
反応を生じさせ、伝熱壁１ａを通して熱の伝達を行うガ
ス吸脱着反応容器１において、ガスの脱着時にガス吸脱
着材料（水素吸蔵合金）を伝熱壁１ａに押し当てる押当
て機能材７を設ける。 【効果】 ガス吸脱着材料の体積収縮が生じるガス
脱着時に、この材料を伝熱壁の押し当てるので、常に材
料と伝熱壁との熱伝導が効率的になされ、装置の効率を
向上させる。これにより容器のコンパクト化、エネルギ
ロスの低減、設置スペースの減少効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、吸放熱を伴って
ガスの吸放出を行うガス吸脱着材料を収容してガスの吸
脱着反応を起こさせるガス吸脱着反応容器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】水素吸蔵合金のようなガス吸脱着材料
は、吸発熱を伴って水素等のガスの吸脱着反応を起こす
ので、この反応を利用した各種のシステムが提案されて
いる。例えば、水素吸蔵合金は水素を吸放出する際に吸
放熱が生じるので、圧力操作や温度操作によって水素の
吸放出を行い、その際に発生する熱を利用して冷暖房や
冷凍、熱回収を行う装置類が提案されている。また、吸
放熱を利用して水素の貯蔵、運搬、回収、精製等を行う
装置類も提案されている。これらの装置類では、水素の
出入りがあるため、水素吸蔵合金を密閉した容器に収め
る必要があり、また、水素吸蔵合金との間で熱交換を行
う構造が必要である。容器への水素吸蔵合金の収容方法
としては一般に２つのタイプが知られている。その一つ
は内蔵式と称されるものであり、図１４に示すようにチ
ューブ１内に水素吸蔵合金を収容し、このチューブ１内
で水素の移動を行わせるとともに、チューブの外側で熱
媒体を移動させ、チューブ１壁を通して熱媒体と水素吸
蔵合金との間で熱の移動を行わせるものである。なお、
チューブ１内での水素の移動では、移動を円滑にするた
めに通気管６０を配置しておく。通気管６０は径方向に
おいても通気性が確保されており、該通気管６０の外層
には、クロス９０が被せられている。このクロス９０は
通気性を有しており、上記水素吸蔵合金粉末とクロス９
０内部とを通気性を保った状態で遮る。他の一つは外蔵
式と称されるものであり、容器内に水素吸蔵合金を収容
するとともに、この容器内に熱媒体移動用のチューブを
配設し、このチューブ内を移動する熱媒体と水素吸蔵合
金との間で熱の移動を行わせるものである。これらは内
外の相違はあっても、いずれも壁部を通して熱の移動が
なされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記装置では、水素吸
蔵合金で水素の吸放出を効率的に行わせるため、または
熱を効率的に取り出すためには、水素吸蔵合金と熱媒体
との間で効率的に熱を伝達させることが必要であり、特
に水素吸蔵合金と反応容器や熱媒体移動チューブの伝熱
壁部との間の熱伝達効率を良好に保つことが重要であ
る。このため水素吸蔵合金と伝熱壁とは確実に接触して
いることが望ましい。しかし、水素吸蔵合金は水素の吸
収に際し体積膨張し、一方、水素の放出に際しては体積
収縮するので、水素を吸蔵していない合金を反応容器内
に密に充填すると水素の吸蔵時に合金が膨張する余地が
少なくなって水素吸蔵が阻害され、また合金の崩壊や反
応容器等への過大な負荷を招いてしまう。このため、反
応容器への合金の収容は、上記膨張を見越して多少の隙
間があるように行うのが一般的である。これにより、図
１４に示すように、水素吸蔵合金の膨張時（左方図）に
は、水素吸蔵合金はチューブ１内の空間に密な状態にあ
るが、水素が収縮した状態（右方図）では空間に隙間が
生じる。しかし、このような隙間があると、水素吸蔵合
金と伝熱壁とが十分に接触しない状態になり、気体を介
した熱伝達になるため伝熱効率が悪くてエネルギロスを
招き、結果として装置効率を低下させるという問題があ
る。本発明は上記事情を背景としてなされたものであ
り、ガスの脱着時にガス吸脱着材料と伝熱壁とを確実に
接触させて良好な熱伝達効率が得られるガス吸脱着反応
容器を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のガス吸脱着反応容器のうち第１の発明は、
吸放熱を伴ってガスを吸脱着するガス吸脱着材料を収容
して、該ガス吸脱着材料でガスの吸脱着反応を生じさせ
るとともに、伝熱壁を通して該ガス吸脱着材料と外部と
の間で熱の伝達を行うガス吸脱着反応容器において、ガ
スの脱着時に前記ガス吸脱着材料を伝熱壁に押し当てる
押当て機能材を有することを特徴とする。

【０００５】第２の発明のガス吸脱着反応容器は、第１
の発明において、前記伝熱壁が反応容器壁または反応容
器内に配置された熱媒移動路壁であることを特徴とす
る。

【０００６】第３の発明のガス吸脱着反応容器は、第１
または第２の発明において、前記押当て機能材が反応容
器内に配置され、それ自身の移動または体積膨張もしく
は変形によってガス吸脱着材料を伝熱壁に押し当てるこ
とを特徴とする。

【０００７】第４の発明のガス吸脱着反応容器は、第１
〜第３の発明のいずれかにおいて、前記押当て機能材が
少なくともガス脱着時に外側に拡がる拡張力を有する筒
体または柱体からなり、その外壁と反応容器内壁との間
にガス吸脱着材料を収容するように反応容器内に配置さ
れていることを特徴とする。

【０００８】第５の発明のガス吸脱着反応容器は、第４
の発明において、前記押当て機能材がコイルバネ状巻筒
体からなることを特徴とする。

【０００９】第６の発明のガス吸脱着反応容器は、第４
の発明において、前記押当て機能材が内外層で線膨張率
が異なり、内層側に線膨張率が小さい材料が位置するよ
うに筒状に巻回されたバイメタル巻筒体からなることを
特徴とする。

【００１０】第７の発明のガス吸脱着反応容器は、第４
の発明において、前記押当て機能材が、ガス脱着低温時
に形状記憶によって拡径変形するように筒状に巻回され
た形状記憶合金巻筒体からなることを特徴とする。

【００１１】第８の発明のガス吸脱着反応容器は、第４
の発明において、前記押当て機能材が弾性材からなるこ
とを特徴とする。

【００１２】第９の発明のガス吸脱着反応容器は、第４
の発明において、前記押当て機能材が通気路の一部また
は全部を構成していることを特徴とする。

【００１３】第１０の発明のガス吸脱着反応容器は、第
１または第２の発明において、前記押当て機能材がガス
吸脱着材料中に混入された弾性粒体からなることを特徴
とする。

【００１４】第１１の発明のガス吸脱着反応容器は、第
１０の発明において、前記弾性粒体が中空であることを
特徴とする。

【００１５】第１２の発明のガス吸脱着反応容器は、第
１または第２の発明において、前記押当て機能材が、反
応容器内に位置する押当て磁性体と、該押当て磁性体と
磁力で作用し合って前記押当て磁性体にガス吸脱着材料
の押当てを行わせる共同磁性体とからなることを特徴と
する。

【００１６】第１３の発明のガス吸脱着反応容器は、第
１２の発明において、前記押当て磁性体が拡径変形可能
な強磁性巻筒体からなることを特徴とする。

【００１７】第１４の発明のガス吸脱着反応容器は、第
１２の発明において、前記押当て磁性体がガス吸脱着材
料中に混入された磁性粒体からなることを特徴とする。

【００１８】本発明の容器は、前述したように、ガス吸
脱着に伴う吸放熱を利用した冷暖房や冷凍装置、ガス吸
放出を利用したガス貯蔵、精製等の装置の一部として組
み込むことができるが、その用途が特定のものに限定さ
れるものではない。要はガス吸脱着材料において吸放熱
を伴ってガスの吸放出を行わせるものであればよい。な
お、本発明の反応容器に収容するガス吸脱着材料として
は、代表的には水素吸蔵合金を挙げることができるが、
要は、ガスの吸蔵、脱着反応が起こり、その結果として
吸放熱が生じる材料であればよい。例えば吸着剤として
ガスの吸着、離脱を行ったり、反応によってガスの吸
収、放出を行ったりするものを使用することができる。
すなわち、上記ガス吸蔵にはガス吸着やガス吸収が含ま
れ、ガス脱着にはガス離脱やガス放出が含まれる。上記
材料としては可逆的に吸着、離脱を行う材料として活性
炭、カーボンファイバ、ゼオライト、活性アルミナ等を
挙げることができ、また化学反応によって可逆的に水素
ガスの吸収、放出を行う材料として上記水素吸蔵合金を
挙げることができる。該水素吸蔵合金は排熱や自然エネ
ルギ等を利用して効率的に水素の吸放出を行うことがで
きるという利点を有している。

【００１９】ガスの吸蔵と脱着とを交互に行わせる方法
としては、各種の材料に適した方法が採られるが、加
熱、冷却による熱駆動や圧縮機等を用いた圧力駆動の方
法が挙げられる。熱駆動では、ガス吸脱着材料を加熱す
ることにより材料に吸蔵されているガスを脱着でき、冷
却することにより材料にガスを吸蔵させることができ、
圧力駆動では、雰囲気圧を下げることにより材料に吸蔵
されているガスを脱着でき、雰囲気圧を上げることによ
って材料にガスを吸蔵させることができる。

【００２０】上記ガス吸脱着材料は、ガスの出入りがで
きるように本発明の反応容器に収容される。この際に、
ガス吸脱着材料は通常は粉粒体の状態で収容されるが、
本発明としてはその性状は特に限定されるものではな
く、粉粒体に限定されるものでもない。該反応容器は、
前述した従来例のように、外蔵式や内蔵式のものとする
ことができるが、その容器形状は特に限定されない。な
お、反応容器は、通常、上記ガス吸脱着材料を収容した
空間に連通するガス導入管および排出管を設けて、ガス
の出入りを可能にする。また、反応容器では、上記材料
において吸脱着の結果生じる吸放熱を熱媒との間で熱交
換でき、または外部から熱をガス吸脱着材料に与えられ
るように構成する必要がある。通常は、容器外部壁また
は容器内に配置した熱媒通路壁が伝熱壁となり、またこ
れらにフィン等の熱交換部が連結されている場合にはこ
の熱交換部も伝熱壁を構成する。

【００２１】そして、本発明の収容容器では、ガスの脱
着時にガス吸脱着材料を伝熱壁に押し当てる押当て機能
材を有している。この押当て機能材は、常時、ガス吸脱
着材料を伝熱壁に押当てていることが必要とされるもの
ではなく、少なくともガス吸脱着材料におけるガスの脱
着時に押当て機能を発揮するものであればよい。この押
当てにより伝熱壁に押し当てられたガス吸脱着材料は、
伝熱壁に確実に接触して、伝熱壁との間の熱伝達効率が
向上する。このときのガス吸脱着材料の押し当ては、押
当てがない場合に比べて少なからず伝熱壁との接触効率
が向上するものであればよく、押し当ての程度は特に限
定されない。また、押当て機能材は、ガス吸脱着材料を
押当てる機能に加えてガス吸脱着材料の膨張を許容でき
るものでなければならない。このため、押当て機能材は
ガス脱着時にのみ押当て機能が出現するものやガス脱着
時に押当て機能が増大するものであればよい。また、押
当て機能がガス吸脱着材料の膨張力よりも小さな押当て
機能材を用いれば、常時押当て機能が作用していてもガ
ス吸脱着材料の膨張は許容されることになる。すなわ
ち、ガス吸脱着材料の膨張が許容されるためには、膨張
時に、押当て機能が解除されるか膨張力が押当て作用に
勝るものであればよい。

【００２２】押当て機能材は、ガス吸脱着材料に作用し
てこれを伝熱壁側に押すものであればよく、特にその構
造が限定されるものではない。例えば、それ自身の体積
膨張や移動、変形に伴って押当て機能が発揮されるもの
が挙げられる。このような作用を有するものとしては、
押当て機能材の弾性変形力を利用するものが考えられ
る。この弾性変形力は、通常は、常時発揮されるもので
あり、ガス脱着によって体積収縮したガス吸脱着材料を
伝熱壁に押し当てられるだけの弾性力が必要である。一
方、ガス吸脱着材料のガス吸着に際してはガス吸脱着材
料の膨張力が上記弾性変形力に打ち勝ってガス吸脱着材
料の膨張が許容される弾性力であることが必要である。
弾性変形力を利用するものとしては、板材を筒状に巻き
回してコイルバネ状にしたものや高弾性材を筒状や柱状
にしたものを反応容器内に配置したものや高弾性材を粒
状にしてガス吸脱着材料中に混入したものが挙げられ
る。これらは、弾性変形した状態でガス吸脱着材料とと
もに反応容器内に収容し、その復元力（弾性変形力）に
よって押当て機能を発揮するようにすればよい。

【００２３】また、ガス吸脱着材料の押し当てが必要な
のは、ガスが該材料から脱着される時期、すなわち吸熱
発生（低温の状態にある）時期であるので、ガス吸脱着
材料の温度変化を利用して、温度が低い状態で変形して
押当て作用が生じる押し付け機能材を使用することもで
きる。このような押当て機能材としては、形状記憶合金
やバイメタルを用いたものが示される。

【００２４】形状記憶合金は、低温時に体積収縮したガ
ス吸脱着材料を伝熱壁に押し当てられる形状を記憶させ
ておく。反応容器にこの形状記憶合金を収容させる際に
は、弾性変形または塑性変形によってガス吸脱着材料の
膨張に合わせた形状に変形させておけばよい。この弾性
変形または塑性変形はガス吸脱着材料の膨張力によっも
変形可能なものであることが必要になる。形状記憶合金
は、ガスの脱着時にガス吸脱着材料が吸熱して温度が低
下することから先に記憶されていた形状に変形し、体積
収縮したガス吸脱着材料を確実に伝熱壁の押し当てる。
一方、ガスの吸着によってガス吸脱着材料が膨張する際
には、その膨張力によって形状記憶合金を変形させてガ
ス吸着、材料膨張が進行する。また、このガス吸着時の
温度に合わせて高温での形状も記憶させた材料（二方向
形状記憶合金）を用いることも可能である。これによれ
ば、材料の膨張の妨げになる応力がガス吸脱着材料にか
からないか、極力少なくすることができる。該形状記憶
合金は種々の形状とすることができ、例えば拡径、縮径
が可能な巻筒体にすることができる。

【００２５】バイメタルは、熱膨張率の異なる材料同士
を張り合わせたものであり、本発明では、ガス吸脱着材
料におけるガス吸着とガス脱着とにおける温度変化を利
用してバイメタルを変形させ、よってガス脱着時の押当
て機能を得る。このときは、ガス脱着時の低温環境での
変形を基準にすればよい。これ以外の温度域では、温度
変化に従って変形してガス吸脱着材料の膨張に合わせた
ものとするのが最適であるが、ガス吸脱着材料の膨張時
にこの膨張力によってバイメタルを弾性変形させるもの
であっても良い。該バイメタルも種々の形状とすること
ができるが拡径、縮径が可能な巻筒体を例示することが
できる。

【００２６】さらに、押当て機能材は上記したように自
身の弾性や変形によって押付け機能を生じるほかに、２
種以上の部材で共同して押当て機能を発揮するものでも
よく、例えば磁力による吸引力や反発力を利用したもの
を用いることができる。この場合、一方を磁石にして他
方を磁性体とするものや、両方を磁石とするものが挙げ
られる。これらの磁石や磁性体は押当て機能材の全部を
構成するものであってもよく、また、押当て機能材の一
部を構成するものであってもよい。要は、共同する当て
機能材同士が磁力によって引き合うか反発するものであ
ればよい。共同する押当て機能材の形状は特に限定され
るものではなく、両方が可動でもよく、また一方のみが
可動であっても良く、通常は押当て磁性体と共同磁性体
とで構成される。押当て磁性体を可動とすることによっ
てガス吸脱着材料を伝熱壁に押し当てることができる。
磁石や磁性体またはこれらを含む押当て機能材は、拡
径、縮径可能な筒巻体のような構造物や粒体のような浮
動物として配置することができる。またこれらの対とな
る共同磁性体は、反応容器の一部で構成したり、反応容
器外に配置したりする。

【００２７】本発明によれば、収容容器中にガス吸脱着
材料が収容されているとともに、押当て機能材が配置さ
れているので、少なくともガスの脱着時にこの押当て機
能材が作用して、体積収縮したガス吸脱着材料を伝熱壁
に確実に押し当てて、ガス吸脱着材料と伝熱壁との間の
熱伝達を良好に保つ。また、ガス吸着時にはガス吸脱着
材料の膨張が許容されてガスの吸着も効率的になされ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下に、本発明の
一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。この実施
形態では、反応容器はチューブ１からなり、チューブ１
の筒壁が伝熱壁を構成している。該チューブ１は、図４
に示すように複数本が並設され、一端部が閉鎖されてい
るとともに他端部が中空ヘッダ２に連結されており、各
チューブ１…１は、交差して配置された複数のプレート
フィン４…４を貫通し、かつ貫通部でプレートフィン４
…４に密着固定されている。なお中空ヘッダ２には内部
に連通する水素ガス移動管５が取り付けられている。こ
の実施形態では、上記により熱交換器が構成される。チ
ューブ１内部には、図１に示すように同軸に通気筒６が
設けられており、該通気筒６は３層で構成されている。
該通気筒６の最内層には、金網またはパンチングメタル
からなる板材を曲げて筒状に成形したコイルスプリング
状巻筒体７が配置されており、該巻筒体７によって押当
て機能材が構成されている。該巻筒体７は、無負荷時に
は拡がって両縁が開いた状態になるように加工されてお
り、弾性変形によって両縁を閉じて断面円状にすること
ができる。なお、巻筒体７の両縁には、内側に折り曲げ
られた屈曲片７ａ、７ａが軸方向に沿って形成されてお
り、両縁を閉じた状態では、これら屈曲片７ａ、７ａ同
士が対面して重なり合う。チューブ１の組立に際して
は、図２に示すように重ね合わされた屈曲片７ａ、７ａ
を両側から挟持して巻筒体７の弾性変形（拡径）を阻止
する仮止めクリップ１０を取り付けておく。

【００２９】さらに通気筒６における巻筒体７の外層に
は、同じく金網またはパンチングメタルからなる板材を
曲げて筒状に成形した巻筒体８が配置されている。該巻
筒体８は、無負荷時に両縁がほぼ合わさって断面円状に
なるように成形されており、弾性変形によって拡径する
ことができる。なお、巻筒体８の両縁は、巻筒体７の両
縁の反対側に位置するように嵌められており、巻筒体７
の弾性力（拡径方向）は、巻筒体８の弾性力（縮径方
向）よりも大きく、従って、無負荷時には、巻筒体７の
弾性力によって巻筒体７、８が拡径された状態になる。
さらに、巻筒体８の外層には、伸縮性クロス９が被せら
れており、後述する水素吸蔵合金粉末とクロス９内部と
を通気性を保った状態で遮っている。

【００３０】上記通気筒６に上記した仮止めクリップ１
０を取り付けた状態でチューブ１内に収容した後、通気
筒６外周側とチューブ１内周側の間の空間に、ガス吸脱
着材料として水素吸蔵合金粉末を充填する。この際には
水素吸蔵合金が水素を吸蔵して膨張することを考慮して
上記空間に隙間が残るように収容する。そして、水素吸
蔵合金粉末を収容した後、前記した仮止めクリップ１０
を外してチューブ１内から取り除く。仮止めクリップ１
０が外された巻筒体７は、その拡張弾性力によって巻筒
体８の収縮弾性力に打ち勝って拡径する。その結果、上
記空間に収容された水素吸蔵合金は隙間なくチューブ１
の内壁１ａ（伝熱壁）に押し当てられる。

【００３１】この実施形態では、２つの熱交換器を用意
して、両熱交換器間に設けた圧力駆動装置によって熱交
換器間で水素ガスを移動させるものとする（図示しな
い）。上記圧力駆動によって水素ガス移動管５を通して
中空ヘッダ２内に水素ガスが送り込まれると、該水素は
ヘッダ２から各チューブ１へと至り、通気管６を通って
軸方向に移動し、さらに巻筒体７、８および伸縮性クロ
ス９を通って径方向に移動する。この水素導入によって
チューブ１内の水素圧力が上昇し、水素吸蔵合金中に水
素が吸蔵される。水素吸蔵合金は水素の吸蔵によって膨
張し、通気管６を内周側に圧迫する。この圧迫力と巻筒
体８の収縮力とが合わさって、巻筒体７の拡張力に打ち
勝って通気筒６を縮径させる。この縮径では、巻筒体８
による縮径動作が加わるので、変形が円滑になされる。
このときにも水素吸蔵合金には巻筒体７で付勢力が掛か
っているので、図３左方図に示すように、該合金は通気
管６とチューブ１との間に密に充填された状態にあり、
伝熱壁であるチューブ１の内壁１ａに密着している。こ
のとき水素吸蔵合金は水素の吸蔵によって発熱してお
り、その熱はチューブ１の内壁１ａを伝わり、そのまま
外部にまたはプレートフィン４に伝わって外部熱媒（空
気等）に熱移動する。上記熱の伝達においては、水素吸
蔵合金はチューブ内壁に確実に接触しているので水素吸
蔵合金からチューブ壁へと確実かつ効率的に熱が伝達さ
れる。なお、上記熱は排熱として排気されたり、暖房
等、加熱用の熱として利用されたりする。

【００３２】一方、水素吸蔵合金に吸蔵された水素を放
出する際には、圧力駆動装置によって吸引すると、負圧
によって水素吸蔵合金中から水素が放出され通気管６、
中空ヘッダ２、水素ガス移動管５を通って水素が外部に
移動する。水素吸蔵合金では水素の放出に伴って水素吸
蔵合金は収縮し、体積が減少するが、この体積減少によ
って通気筒６への圧迫が解かれる。これによって通気管
６では、図３右方図に示すように、巻筒体７の拡張弾性
力が巻筒体８の縮径弾性力に勝って通気管６が拡径し、
水素吸蔵合金をチューブ１内壁１ａに押付ける。また水
素放出においては吸熱が生じており、プレートフィン
４、チューブ１の内壁１ａを介して外部熱媒との間で熱
交換されるが、上記のように水素吸蔵合金がチューブ１
の内壁１ａに密着しているので冷熱の熱伝達も効率的に
なされる。この冷熱は冷房、冷凍等に利用することがで
きる。

【００３３】（実施形態２）次に他の実施形態を図５に
基づいて説明する。この実施形態では、上記実施形態１
における巻筒体７、８に変えてバイメタル巻筒体１５か
らなる押当て機能材を用いている。このバイメタル巻筒
体１５は、金網またはパンチングメタルからなる２種の
板材を内外層に貼り合わせたものであり、内層側板材１
５ａに外層側板材１５ｂよりも線膨張率の小さな材料を
用いている。該バイメタル巻筒体１５は、水素吸蔵合金
での水素吸放出による温度変化（高温〜低温）に従って
径（小〜大）が変化し、常温時には中間程度の径にな
る。なお、バイメタル巻筒体１５の外層には、上記実施
形態と同様に伸縮性クロス９が被せられて通気筒１６が
構成されている。チューブ１の組立に際しては、上記通
気筒１６をそのままチューブ１内に挿入、配置する。上
記通気筒１６の配置に際しては、常温での作業になるた
め、バイメタル巻筒体１５は中間程度の大きさ（径）を
有しており、したがって実施形態１のように仮止めクリ
ップを使用する必要がなく、容易に配置作業を行うこと
ができる。上記通気筒１６をチューブ１内に収容した後
は、通気筒１６外周部とチューブ１内周部との間の空間
に水素吸蔵合金粉末を充填する。このときには、バイメ
タル巻筒体１５の拡径、縮径と水素吸蔵合金の収縮、膨
張を考慮して上記空間への収容量を定める。通常は、水
素吸蔵合金の膨張の方がバイメタル巻筒体１５の収縮よ
りも大きいので、常温収容時には多少の隙間を残して水
素吸蔵合金を収容する。

【００３４】上記熱交換器では、実施形態１と同様にし
て水素の導入または排出がなされる。 水素排出時には
水素吸蔵合金に吸蔵された水素が放出され、水素吸蔵合
金では吸熱が生じる。水素放出によって水素吸蔵合金は
体積収縮するが、チューブ内は上記吸熱によって低温に
なり、バイメタル巻筒体１５では拡径変形が起こる。上
記体積収縮を越えて拡径するようにバイメタルの材料や
水素吸蔵合金の収容量を設定しておくことにより図５右
方図に示すように水素吸蔵合金はチューブ１の内壁に押
し当てられ、チューブ１壁と水素吸蔵合金との間で熱が
確実かつ効率的に伝達される。一方、水素導入時には水
素吸蔵合金中に水素が吸蔵され、水素吸蔵合金は膨張す
る。また、水素吸蔵によって放熱が起こり温度が上昇す
るためバイメタル巻筒体１５は、内外層での熱膨張率の
差異によって縮径変形する。上記膨張がこの縮径を越え
るように設定しておくことによって、図５左方図に示す
ように水素吸蔵合金が通気管１６とチューブ１との間の
空間に密に収容された状態になり、水素吸蔵合金がチュ
ーブ１内壁に確実に接触するので水素吸蔵合金からチュ
ーブ１壁へと熱が確実かつ効率的に伝達される。

【００３５】（実施形態３）さらに、他の実施形態を図
６に基づいて説明する。この実施形態では、前記実施形
態２におけるバイメタル巻筒体１５に変えて形状記憶合
金からなる形状記憶合金巻筒体２０を押当て機能材とし
て用いる。他の構成は実施形態２と同様である。この形
状記憶合金巻筒体２０は金網またはパンチングメタルか
らなる板材を巻き重ねて筒状に成形したものであり、水
素吸蔵合金で水素が放出される時の低温状態で拡径した
状態になるように形状記憶されており、常温では、水素
吸蔵合金が膨張した状態に合うように小径に成形されて
いる。また、形状記憶合金巻筒体２０は水素吸蔵合金の
膨張によって塑性変形（縮径）できる程度に軟質の性質
も有している。該形状記憶合金巻筒体２０の外層には、
上記各実施形態と同様に伸縮性クロス９が被せられて通
気筒２１が構成されている。チューブ１の組立に際して
は、小径の状態にある通気筒２１をそのままチューブ１
内に挿入、配置する。さらに、通気筒２１外周部とチュ
ーブ１内周部との間の空間に、ガス吸脱着材料として水
素吸蔵合金粉末を充填する。この際には水素吸蔵合金が
水素を吸蔵して膨張することを考慮して、上記空間に隙
間を残しておく。

【００３６】上記熱交換器では、実施形態１と同様にし
て水素の導入または排出がなされ、水素吸蔵合金で水素
の吸放出がなされる。水素放出時には水素吸蔵合金は体
積収縮しつつ吸熱するが、チューブ１内は吸熱によって
低温になり、形状記憶合金巻筒体２０では記憶された形
状に戻るように拡径変形する。上記体積収縮と拡径変形
とをバランスさせることにより、図６右方図に示すよう
に水素吸蔵合金をチューブ１内壁に押し当てることがで
き、チューブ１壁と水素吸蔵合金との間で熱を確実かつ
効率的に伝達することができる。一方、水素吸蔵時に
は、水素吸蔵合金は膨張しつつ放熱し温度が上昇する。
形状記憶合金巻筒体２０は膨張する水素吸蔵合金で押圧
され、塑性変形によって縮径変形する。したがって水素
吸蔵合金は図６左方図に示すように、通気管２１とチュ
ーブ１との間の空間に密に収容された状態になり、水素
吸蔵合金による発熱は水素吸蔵合金からチューブ内壁に
確実かつ効率的に伝達される。なお、この実施形態で
は、水素吸蔵合金の膨張時に形状記憶合金巻筒体を塑性
変形させるものとしたが、弾性変形可能なものを使用す
ることもでき、さらには、上記膨張時の高温環境におい
て径の小さい形状を記憶させた二方向性形状記憶合金を
用いることもできる。これによれば、水素吸蔵合金の膨
張が一層容易になされる。

【００３７】（実施形態４）さらに他の実施形態を図７
に基づいて説明する。この実施形態では、押当て機能材
として高弾性通気性柱体２５を用いている。この高弾性
通気性柱体２５は、弾性係数が低くて水素吸蔵合金の膨
張、収縮力によって容易に体積膨張、収縮することがで
きるゴム等の高弾性体からなり、また、径方向および軸
方向に通気性を有するように織物状、綿状等で構成され
ている。なお、この高弾性通気性柱体２５の外層には上
記各実施形態と同様に伸縮性クロス９が被せられて通気
路２６が構成されている。この高弾性通気性柱体２５を
上記実施形態と同様にチューブ１内に収容し、通気路２
６とチューブ１との間に水素吸蔵合金を収容する。この
際には、該空間に隙間なく、かつ高弾性通気性柱体を若
干収縮させる程度に押し込んで水素吸蔵合金を収容す
る。

【００３８】この熱交換器を上記実施形態と同様に使用
すると、水素の吸蔵時には水素吸蔵合金が膨張して高弾
性通気性柱体２５を圧迫するので、図７左方図に示すよ
うに高弾性通気性柱体２５はさらに収縮する。水素吸蔵
合金には高弾性通気性柱体２５の弾性力も加わってチュ
ーブ１の内壁に密着し、水素吸蔵合金とチューブ１壁と
の間で効率的に熱の交換がなされる。一方、水素の放出
時には水素吸蔵合金は収縮するものの、図７右方図に示
すように高弾性通気性柱体２５が弾性力によって拡径変
形（復元変形）し、空間に隙間が生じることなく水素吸
蔵合金がチューブ内壁に密着する。この際に、最も水素
吸蔵合金が体積収縮した状態でも、該水素吸蔵合金に高
弾性通気性柱体２５の弾性力が加わっているので、水素
吸蔵合金はチューブ１壁に確実に接触している。したが
って水素の放出時においても水素吸蔵合金とチューブ壁
との間で効率的に熱の伝達がなされる。

【００３９】（実施形態５）さらに他の実施形態を図８
に基づいて説明する。この実施形態では、押当て機能材
として弾性中空筒体３０を用いる。この弾性中空筒体３
０は、弾性係数が低くて水素吸蔵合金の膨張、収縮力に
よって容易に伸び縮みできるゴム等の弾性材で筒体に構
成されている。この弾性中空筒体の外層には、該弾性中
空体の伸縮に追従できるように、網、パンチングメタ
ル、連続発泡体等で構成された通気性シート３１が巻き
回されており、該通気性シート３１の外層に伸縮性クロ
ス９が被せられて通気筒３２が構成されている。この通
気筒３２では、弾性中空筒体３０の外周側で通気性シー
ト３１によって通気路が確保されている。

【００４０】上記通気筒３２を上記実施形態と同様にチ
ューブ１内に収容し、通気筒３２とチューブ１との間に
水素吸蔵合金を収容する。この際には、該空間に隙間な
く、かつ弾性中空筒体３０が多少縮径する程度に水素吸
蔵合金を押し込んで充填する。このチューブ１を熱交換
器として使用すると、上記実施形態と同様に、水素の吸
蔵時には水素吸蔵合金は膨張し、弾性中空筒体３０を圧
迫してこれを縮径させる。水素吸蔵合金は図８左方図に
示すように弾性中空筒体３０の弾性力も加わってチュー
ブ１内壁に密着しており、水素吸蔵合金とチューブ１壁
との間で効率的に熱の交換がなされる。一方、水素の放
出時には、図８右方図に示すように水素吸蔵合金は収縮
するものの、弾性中空筒体３０が弾性力によって拡径変
形し、空間に隙間が生じることなく水素吸蔵合金をチュ
ーブ１内壁に押し当てる。したがって水素の放出時にお
いても水素吸蔵合金とチューブ壁との間で効率的に熱の
伝達がなされる。

【００４１】（実施形態６）さらに他の実施形態を図９
に基づいて説明する。この実施形態では、押当て機能材
として水素吸蔵合金中に中実材である弾性粒材３５（弾
性粒体）を混合する。この弾性粒材３５は、弾性係数が
低くて水素吸蔵合金の膨張、収縮力によって体積的に容
易に膨張、伸縮できるゴム等（例えばＳｉゴム粒）の弾
性材で構成されている。また弾性粒材の素材としては、
熱伝導性が高く、通気性を有するものを採択することも
できるが、これら特性を補完するために、弾性粒材中に
通気性を有する通気性小粒材や高熱伝導性小粒材を混合
したものであってもよい。チューブには、網、パンチン
グメタル等の通気材質で構成され、その回りにクロス９
０が外装された通気管６０を挿入、配置し、この通気管
６０とチューブ１内壁との間に水素吸蔵合金粉末と弾性
粒材３５の混合物を密に充填する。このとき、混合物を
空間に多めに充填して、弾性粒材３５を若干弾性変形
（収縮）させておくのが望ましい。

【００４２】このチューブ１を熱交換器として使用する
と、上記実施形態と同様に、水素の吸蔵時には水素吸蔵
合金は膨張する。通気管６０は保形されているので、図
９右方図に示すように弾性粒材３５が圧迫されて収縮す
る。このとき水素吸蔵合金は弾性粒材３５の弾性力（復
元力）も加わってチューブ１内壁に密着しており、水素
吸蔵合金とチューブ壁との間で効率的に熱の交換がなさ
れる。一方、水素の放出時には水素吸蔵合金は収縮する
ものの、図９右方図に示すように弾性粒材３５が弾性力
によって膨張し、空間に隙間が生じることなく水素吸蔵
合金をチューブ内壁に押し当てる。このとき弾性粒材３
５による弾性力が残存するので、押当てが一層確実にな
る。したがって水素の放出時においても水素吸蔵合金と
チューブ壁との間で効率的に熱の伝達がなされる。

【００４３】（実施形態７）さらに他の実施形態を図１
０に基づいて説明する。この実施形態では、上記弾性粒
材３５に変えて中空の弾性粒材４０を押当て機能材とし
て使用したものである。この弾性粒材は、弾性係数が低
くて水素吸蔵合金の膨張、収縮力によって体積的に容易
に膨張、伸縮できるゴム等（例えばＳｉゴム粒）の弾性
材で構成されているとともに内部を中空にしている。こ
のためより高い弾性が得られる。なお、その他の構成は
上記実施形態６と同様であり、その動作においても、図
１０に示すように弾性粒材４０の収縮、膨張によってな
されることは上記実施形態と同様である。

【００４４】（実施形態８）さらに、他の実施形態を図
１１に基づいて説明する。この実施形態では、チューブ
１００を強磁性体で構成し、また、押当て機能材とし
て、強磁性体からなる金網またはパンチングメタルの板
材を巻いて筒状にした強磁性巻筒体４５を用いる。該強
磁性巻筒体４５が押当て磁性体を構成している。該強磁
性巻筒体４５はその外層に伸縮性クロス９が被せられて
通気筒４６が構成されており、該通気筒４６が上記チュ
ーブ１００内に配置される。該通気筒４６は、チューブ
１００内に配置した状態では、膨張した水素吸蔵合金の
充填量にほぼ見合った大きさ（径）を有している。該通
気筒４６とチューブ１００の間には、水素吸蔵合金を収
容するが、その際には水素吸蔵合金の膨張を考慮して空
間に隙間を確保しておく。この隙間は、水素吸蔵合金が
膨張した際に、上記空間に水素吸蔵合金が密に充填され
ている状態になるように定め、若干は膨張した水素吸蔵
合金が通気筒４６を圧迫する程度に定める。

【００４５】このチューブを熱交換器として使用する
と、上記実施形態と同様に、水素の吸蔵時には水素吸蔵
合金は膨張し、上記空間の隙間を埋めて密の状態にな
る。このとき、強磁性巻筒体４５の弾性力も得られ、図
１１左方図に示すように水素吸蔵合金はチューブ１内壁
に密着し、水素吸蔵合金とチューブ壁との間で効率的に
熱の交換がなされる。一方、水素の放出時には、チュー
ブの外部から永久磁石や電磁石で磁力を加え、チューブ
１００および強磁性巻筒体４５を磁化させる。磁化され
たチューブ１００は共同磁性体として強磁性巻筒体４５
と互いに引き合い、その結果、強磁性巻筒体４５が拡径
変形する。水素の放出時には水素吸蔵合金は収縮するが
図１１右方図に示すように強磁性巻筒体４５が拡径変形
することにより空間に隙間が生じることなく水素吸蔵合
金がチューブ１００の内壁に押し当てられ、水素吸蔵合
金とチューブ壁との間で効率的に熱の伝達がなされる。
なお、上記では水素の放出時にのみチューブ外部から磁
力を加えたが常時磁力を加えるものであってもよい。ま
た、チューブ自身が磁力を発生させるものであってもよ
い。

【００４６】（実施形態９）さらに他の実施形態を図１
２に基づいて説明する。この実施形態では、押当て機能
材として実施形態９における筒状磁性体に変えて磁性粒
材５０を水素吸蔵合金中に分散混合させたものである。
この磁性粒材５０は、強磁性体で構成された剛性粒であ
る。チューブ１００は、上記実施形態と同様に強磁性体
で構成されており、チューブ１００内には、網、パンチ
ングメタル等の通気材質で構成され、その回りにクロス
９０が外装された通気管６０を挿入、配置し、この通気
管６０とチューブ１００内壁との間に水素吸蔵合金粉末
と磁性粒材５０の混合物を充填する。このとき、水素吸
蔵合金の膨張を考慮して空間に隙間が残るように充填す
る。

【００４７】このチューブを熱交換器として使用する
と、上記実施形態と同様に、水素の吸蔵時には水素吸蔵
合金は膨張し、上記空間の隙間を埋めて密の状態にな
る。水素吸蔵合金はチューブ１内壁に密着し、水素吸蔵
合金とチューブ壁との間で効率的に熱の交換がなされ
る。一方、水素の放出時には、チューブ１００の外部か
ら永久磁石や電磁石で磁力を加え、チューブ１００およ
び磁性粒材５０を磁化させる。磁化されたチューブ１０
０と磁性粒材５０とは互いに引き合い、その結果、磁性
粒材５０は回りの水素吸蔵合金とともにチューブ１００
の内壁側に引き寄せられる。水素の放出時には水素吸蔵
合金は収縮するが上記のように水素吸蔵合金がチューブ
１００の内壁側に引き寄せられることにより水素吸蔵合
金がチューブ１００の内壁に押し当てられ、水素吸蔵合
金とチューブ１００壁との間で効率的に熱の伝達がなさ
れる。なお、この実施形態においても磁力は水素の放出
時にのみではなく常時加えるものであってもよい。ま
た、磁性粒材５０を永久磁石で構成することにより外部
からの磁力の付加を不要とすることも可能である。

【００４８】（実施形態１０）さらに他の実施形態を図
１３に基づいて説明する。上記実施形態１〜９では、反
応容器に水素吸蔵合金を収容し、該反応容器の外部で熱
交換を行うものとしたが、この実施形態は反応容器の内
部で熱交換を行うものである。すなわち、箱形の反応容
器５５内には、熱交換用の熱媒チューブ５６が配設され
ており、該熱媒チューブが伝熱壁を構成する。なお、図
示しないが、該熱媒チューブ５６の外壁には、熱伝導効
率を上げるためにフィンを取り付けたものであってもよ
い。この場合には、フィンも伝熱壁を構成するものであ
る。そして反応容器５５の内部であって上記熱媒チュー
ブ５６と反応容器５５の内壁との間の空間に、水素吸蔵
合金と押当て機能材である弾性粒材５７との混合物を密
に充填する。このとき、混合物を空間に多めに充填し
て、弾性粒材５７が若干弾性変形（収縮）するようにす
るのが望ましい。

【００４９】このチューブを熱交換器として使用する
と、実施形態６と同様に水素の吸蔵時には水素吸蔵合金
は膨張するものの弾性粒材５７が圧迫され収縮するので
水素の吸蔵、膨張が円滑になされ、水素吸蔵合金も熱媒
チューブ５６外壁に密着しているので水素吸蔵合金と熱
媒チューブ５６外壁との間で効率的に熱の交換がなされ
る。一方、水素の放出時には水素吸蔵合金は収縮するも
のの、弾性粒材５７が弾性力によって復元膨張し、空間
に隙間が生じることなく水素吸蔵合金を熱媒チューブ５
６外壁に押し当てる。このとき弾性粒材５７による弾性
力が残存するので、押当てが一層確実になり、水素の放
出時においても水素吸蔵合金とチューブ壁との間で効率
的に熱の伝達がなされる。

【００５０】なお、上記各実施形態では、ガス吸脱着材
料として水素吸蔵合金を用いたものについて説明した
が、本発明としては、ガス吸脱着材料がこれに限定され
るものではなく、また、吸脱着されるガスが水素ガスに
限定されるものでもない。また、上記各実施形態では、
ガスの吸脱着を利用して熱を利用する熱交換器について
説明したが、本発明の用途としてはこれに限定されるも
のではなく、要は、ガス吸脱着材料において吸放熱を伴
ってガスの吸脱着がなされる装置類に広く適用すること
ができる。また、上記各実施形態では圧力駆動によって
ガスの吸脱着を行わせる場合について説明したが、本発
明としては、当然に、熱媒から伝熱壁を通して熱をガス
吸脱着材料に伝えることによってガス吸脱着材料にガス
の吸脱着を促す熱駆動のものであってもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のガス吸
脱着反応容器によれば、ガスの脱着時にガス吸脱着材料
を伝熱壁に押し当てる押当て機能材を有するので、ガス
の脱着によって体積収縮するガス吸脱着材料と伝熱壁と
の間で効率的な熱伝達を可能にする。これにより高価率
にガス吸・脱着反応を生じさせたり発・吸熱した熱・冷
熱を外部に伝えることができる。そのためバッチプロセ
スでのサイクルが短縮されるため吸着材の量を大幅に削
減できる。従って容器がコンパクト化しエネルギロスも
低減でき、設置スペースも小さくできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の分解斜視図である。

【図２】 同じく正面断面図である。

【図３】 同じく水素吸放出動作を示す正面断面図であ
る。

【図４】 同じく熱交換器の斜視図である。

【図５】 本発明の他の実施形態における水素吸放出動
作を示す正面断面図である。

【図６】 さらに他の実施形態における水素吸放出動作
を示す正面断面図である。

【図７】 さらに他の実施形態における水素吸放出動作
を示す正面断面図である。

【図８】 さらに他の実施形態における水素吸放出動作
を示す正面断面図である。

【図９】 さらに他の実施形態における水素吸放出動作
を示す正面断面図である。

【図１０】 さらに他の実施形態における水素吸放出動
作を示す正面断面図である。

【図１１】 さらに他の実施形態における水素吸放出動
作を示す正面断面図である。

【図１２】 さらに他の実施形態における水素吸放出動
作を示す正面断面図である。

【図１３】 さらに他の実施形態における水素吸放出動
作を示す正面断面図である。

【図１４】 従来の反応容器における水素吸放出動作を
示す正面断面図である。

【符号の説明】

１ チューブ １ａ 内壁 ２ 中空ヘッダ ４ プレートフィン ５ 水素ガス移動管 ６ 通気筒 ７ 巻筒体 ８ 巻筒体 ９ 伸縮性クロス １０ 仮止めクリップ １５ バイメタル巻筒体 １６ 通気筒 ２０ 形状記憶合金巻筒体 ２１ 通気筒 ２５ 高弾性通気性柱体 ２６ 通気路 ３０ 弾性中空筒体 ３２ 通気筒 ３５ 弾性粒材 ４０ 弾性粒材 ４５ 強磁性巻筒体 ４６ 通気筒 ５０ 磁性粒材 ５５ 反応容器 ５６ 熱媒チューブ ５７ 弾性粒材 ６０ 通気管 ９０ クロス １００ チューブ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸放熱を伴ってガスを吸脱着するガス吸
   脱着材料を収容して、該ガス吸脱着材料でガスの吸脱着
   反応を生じさせるとともに、伝熱壁を通して該ガス吸脱
   着材料と外部との間で熱の伝達を行うガス吸脱着反応容
   器において、ガスの脱着時に前記ガス吸脱着材料を伝熱
   壁に押し当てる押当て機能材を有することを特徴とする
   ガス吸脱着反応容器
2. 【請求項２】 前記伝熱壁が、前記反応容器壁または反
   応容器内に配置された熱媒移動路壁であることを特徴と
   する請求項１記載のガス吸脱着反応容器
3. 【請求項３】 前記押当て機能材が反応容器内に配置さ
   れ、それ自身の移動または体積膨張もしくは変形によっ
   てガス吸脱着材料を伝熱壁に押し当てることを特徴とす
   る請求項１または２にガス吸脱着反応容器
4. 【請求項４】 前記押当て機能材が、少なくともガス脱
   着時に外側に拡がる拡張力を有する筒体または柱体から
   なり、その外壁と反応容器内壁との間にガス吸脱着材料
   を収容するように反応容器内に配置されていることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス吸脱着反
   応容器
5. 【請求項５】 前記押当て機能材が、コイルバネ状巻筒
   体からなることを特徴とする請求項４記載のガス吸脱着
   反応容器
6. 【請求項６】 前記押当て機能材が、内外層で線膨張率
   が異なり、内層側に線膨張率が小さい材料が位置するよ
   うに筒状に巻回されたバイメタル巻筒体からなることを
   特徴とする請求項４記載のガス吸脱着反応容器
7. 【請求項７】 前記押当て機能材が、ガス脱着低温時に
   形状記憶によって拡径変形するように筒状に巻回された
   形状記憶合金巻筒体からなることを特徴とする請求項４
   記載のガス吸脱着反応容器
8. 【請求項８】 前記押当て機能材が、弾性材からなるこ
   とを特徴とする請求項４記載のガス吸脱着反応容器
9. 【請求項９】 前記押当て機能材が、通気路の一部また
   は全部を構成していることを特徴とする請求項４〜８の
   いずれかに記載のガス吸脱着反応容器
10. 【請求項１０】 前記押当て機能材が、ガス吸脱着材料
    中に混入された弾性粒体からなることを特徴とする請求
    項１または２に記載のガス吸脱着反応容器
11. 【請求項１１】 前記弾性粒体が中空であることを特徴
    とする請求項１０記載のガス吸脱着反応容器
12. 【請求項１２】 前記押当て機能材が、反応容器内に位
    置する押当て磁性体と、該押当て磁性体と磁力で作用し
    合って前記押当て磁性体にガス吸脱着材料の押当てを行
    わせる共同磁性体とからなることを特徴とする請求項１
    または２に記載のガス吸脱着材料収容容器
13. 【請求項１３】 前記押当て磁性体が、拡径変形可能な
    強磁性巻筒体からなることを特徴とする請求項１２記載
    のガス吸脱着反応容器
14. 【請求項１４】 前記押当て磁性体が、ガス吸脱着材料
    中に混入された磁性粒体からなることを特徴とする請求
    項１２記載のガス吸脱着反応容器