JP2007170670A

JP2007170670A - 水素貯蔵・放出装置

Info

Publication number: JP2007170670A
Application number: JP2006344555A
Authority: JP
Inventors: Mark G Voss; マーク・ジー・ボース; Joseph R Stevenson; ジョーゼフ・アール・スティーブンソン; Gregory A Mross; グレゴリー・エイ・ムロス
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-05
Also published as: DE102006058718A1; FR2895487A1; US20070144349A1; US7455723B2

Abstract

【課題】水素を貯蔵・放出する装置を改善する。
【解決手段】水素貯蔵・放出装置１０が、装置１０を通して提供される冷却剤流への／からの熱伝達に基づいて、装置１０の中の金属水素化物からの水素を貯蔵及び放出するために提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は水素を貯蔵・放出する装置に関し、更に詳細には、装置を流れる冷却剤への／からの熱伝達の結果として水素を貯蔵又は放出する装置に関する。

環境への配慮、及び需要と供給の法則のために、いわゆる「代替燃料」を利用する要望が増大している。この点に関して、水素が１つの「代替燃料」として次第に考慮されている。更に、水素は、「代替燃料」としての役割に加えて多くの既知の用途を有する。上記の観点から、水素を貯蔵・放出する装置に対する要求が存在する。

この点に関して、スポンジが水を吸収するようにガス状の水素を吸収する機能のために、金属水素化物又は合金材料が、水素の貯蔵・放出のために使用されてきた。単純に言うと、金属水素化物から熱が除去されるとき、化学反応が起こり、固体金属水素成分が形成され、それによりガス状の水素を吸収する。逆に、金属水素化物に熱が加えられるとき、ガス状の水素が放出される。米国特許第6,616,738号（Iwamoto 他）は、水素を貯蔵・放出するために金属水素化物を利用する装置の１実施例を開示する。米国特許第6,616,738号に開示されるような装置は意図した用途を満たすが、改善の余地は常に存在する。
米国特許第６，６１６，７３８号明細書

本発明の１特徴によると、水素貯蔵・放出装置が提供され、ハウジング、及びハウジング内部の細長い管の束を含む。束は、束の第１端部と第２端部の間の縦軸と対して平行に伸長する長さを有し、束の各管は内部と外部を有する。冷却剤流路は縦軸に対して平行に伸長し、束の内部の隣接する管の外部の間で少なくとも部分的に定められる。少なくともいくつかの管は減らされた横断面積を有する外部を有し、長さの局所部分にわたって伸長する。金属水素化物は、前記冷却剤流路と熱交換関係にある管の内部に含まれる。装置は、ハウジング上の水素ポート、水素ポートと管の内部の間に水素を向けるために配置された水素プレナム、縦軸に沿う長さの局所部分から離間されたハウジング上の第１冷却剤ポート、及び長さの局所部分に隣接するハウジング上の第２冷却剤ポートを更に含む。

１特徴では、管の外部は円筒形であり、隣接する管の外部が互いに接触しない長さの局所部分を除く長さにわたって隣接する管の外部が互いに線接触を有するように、束の管は配置される。

１特徴によると、各管は開いた端部と閉じた端部を有し、開いた端部の各々は水素プレナムに接続され、閉じた端部の各々は第１冷却剤ポートに隣接して配置される。

１特徴によると、水素貯蔵・放出装置は、管の閉じた端部と第１冷却剤ポートの間に配置された第１冷却剤プレナム、及び長さの局所部分に配置された第２冷却剤プレナムを更に含む。

１特徴では、冷却剤流路も、ハウジングと束の管の最も外側の組の間に定められる。

本発明の１特徴によると、水素貯蔵・放出装置が提供され、縦軸に沿って伸長する細長いハウジングを含み、ハウジングは第１端部と第２端部を有し、第１端部と第２端部は縦軸に沿って互いに離間される。装置は、縦軸に対して平行に伸長する細長い管の束をハウジングの内部に更に含み、束は管の最も外側の組を有し、束の各管は内部と外部を有する。冷却剤流路は縦軸に対して平行に伸長し、束の内部の隣接する管の外部の間、及びハウジングと束の管の最も外側の組の外部の間で定められる。金属水素化物は、前記冷却剤流路と熱交換関係にある管の内部に含まれる。装置は、ハウジングの第１端部上の水素ポート、水素ポートと管の内部の間に水素を向ける第１端部に隣接するハウジングの中に配置された水素プレナム、ハウジングの第２端部上の第１冷却剤ポート、第１冷却剤ポートと冷却剤流路の間に冷却剤を向けるためにハウジングの第２端部に隣接するハウジングの中に配置された第１冷却剤プレナム、水素プレナムと第１冷却剤プレナムの間の軸に沿う位置のハウジング上の第２冷却剤ポート、及び第２冷却剤ポートと冷却剤流路の間に冷却剤を向けるために軸に沿う位置のハウジングの中に配置された第２冷却剤プレナムを更に含む。

１特徴では、少なくともいくつかの管は、その位置で減らされた横断面積を有する外部を有し、第２冷却剤プレナムは、その位置で外部によって少なくとも部分的に定められる。

１特徴によると、第２プレナムは、水素プレナムに隣接して配置される。

１特徴によると、管の外部は円筒形であり、第１冷却剤プレナムと第２冷却剤プレナムの間で伸長する隣接する管の長さにわたって隣接する管の外部が互いに線接触を有するように、束の管は配置され、その位置で隣接する管の外部と接触しないように、少なくともいくつかの管の外部は大きさを減らされる。

１特徴として、隣接する管の外部は、線接触に沿って互いにロウ付けされる。

１特徴では、水素プレナムは、ハウジングの第１端部とハウジングの中のヘッダプレートの間で定められ、ヘッダプレートは、束の管の開いた端部を収容する複数の開口部を有する。他の特徴として、少なくともいくつかの管の外部が、開いた端部に隣接する各管の長さにわたって減らされた横断面積までスエージ加工される。更に他の特徴として、各管は、開いた端部と反対側の、第１プレナムに隣接して配置された閉じた端部を有する。

１特徴によると、第１冷却剤プレナムは、ハウジングの第２端部と管束の端部の間に配置された内部容積によって定められる。

１特徴では、ハウジングと管束の内部の接合部は、ロウ付けされる。

本発明の他の目的、特徴、及び長所は、請求項、及び図面を含む本願明細書の検討から明らかになる。

図１〜図３を参照すると、水素貯蔵・放出装置１０は、装置１０を通して提供される冷却剤流への／からの熱伝達に基づいて、装置１０の中の金属水素化物からの水素を貯蔵及び放出するために提供される。装置１０は、ハウジング１２、及びハウジング１２の内部の細長い管１６の束１４を含む。束１４は、束１４の第１端部２０と第２端部２２の間で縦軸１８と平行に伸長する長さＬを有し、束１４の各管１６は内部２４と外部２６を有する。冷却剤流路２８は縦軸１８について平行に伸長し、束１４の内部の隣接する管１６の外部の間に形成されるカスプ２９によって、少なくとも部分的に定められる。管１６の少なくともいくつかは、長さＬの局所部分Ｌ_Rにわたって伸長する減らされた横断面積を有する外部を有する。（好ましくは粉末状の）金属水素化物３０は、前記冷却剤流路２８と熱交換関係にある管１６の内部に含まれる。装置１０は、ハウジング１２上の水素ポート３２、水素ポート３２と管１６の内部２４の間に水素を向けるために配置された水素プレナム３４、縦軸１８に沿って局所部分Ｌ_Rから離間されたハウジング１２上の第１冷却剤ポート３６、及び長さの局所部分Ｌ_Rに隣接するハウジング１２上の第２冷却剤ポート４０を更に含む。

冷却剤流路２８は、縦軸１８について平行に伸長する好ましい実施例に示されるが、実施例の中には、（装置１０を通過するときに冷却剤のジグザグ流を作り出す交互する横バフル板によって作り出されるような）縦軸１８に対して冷却剤の局所化されたクロスフローが存在することが望ましいものもある。

任意の適切な管の形が使用でき、多くの形が既知であるが、管１６の外部２６は円筒形が好ましい。図４に示されるように、隣接する管１６の外部２６が、（減らされた横断面積（即ち、減らされた外径）のために隣接する管の外部が故意に互いに接触しない局所部分Ｌ_Rを除く）長さＬにわたって互いに線接触４２を有するように束１４の管１６が配置されることも好ましい。以下で更に詳細に説明されるように、この減らされた横断面積がカスプ２９を開き、冷却剤流が管束１４の中の冷却剤流路２８に出入りすることを可能にする局所部分Ｌ_Rに自由な流れの領域を作り出す。隣接する管１６の外部２６は線接触４２に沿って互いにロウ付け（又は、接着）されることが好ましく、それは個々の管に機械的強度を加える。この点に関して、管１６は、管１６をロウ付けする前に、金属水素化物粉末の形態の金属水素化物３０で満たすことが出来る。

各管１６は開いた端部４４と閉じた端部４６を有し、開いた端部４４の各々は水素プレナム３４に接続され、閉じた端部４６の各々は第１冷却剤ポート３６に隣接して配置されることが好ましい。端部４６は任意の適切な手段で閉じられ、図示される実施例では、内部プラグ（又は、キャップ）４８が各端部４６を閉じるために各端部４６に提供される。各管１６に対して、減らされた横断面積は、開いた端部４４から長さＬ_Rに対応する管１６の長さにわたって伸長し、管はスエージ加工されて減らされた横断面積を形成することが好ましい。

ハウジング１２は細長く、第１端部５０と第２端部５２の間で軸１８に沿って伸長し、管１６の最も外側の組５４によって定められるような管束１４の半径方向の外形と一般に一致する内部の横断面形状を有することが好ましい。この点に関して、管１６の最も外側の組５４の外部２６がハウジング１２との線接触５６を有し、線接触５６に沿ってロウ付けされ、それがハウジングに機械的強度を加えることが好ましい。冷却剤流路２８も、外部２６とハウジング１２の間に形成されるカスプ５８によって部分的に定められる。

第１冷却剤プレナム６０は、ハウジング１２の中で、管１６の閉じた端部４６と第１冷却剤ポート３６の間に配置され、プレナム６０は、ハウジング１２の第２端部５２と管束１４の第２端部２２の間に配置された短い内部容積６２によって定められることが好ましい。プレナム６０は、冷却剤流路２８と（ハウジング１２の第２端部５２上に配置されることが好ましい）第１冷却剤ポート３６の間に冷却剤を向ける役割をする。

管束１４の局所部分Ｌ_Rの大きさを減らされた外部２６は、第２冷却剤ポート４０と冷却剤流路２８の間に冷却剤を向ける第２冷却剤プレナム６４を、少なくとも部分的に定める。図２に示されるように、第２冷却剤ポートは、（局所部分Ｌ_Rの位置に対応する）軸１８に沿う位置のハウジング１２の側に配置されることが好ましい。

水素プレナム３４は、ハウジングの第１端部５０と、水素と冷却剤流の間の相互汚染を防止するために（例えば、ロウ付けによって）ハウジング１２の内部に接着されるヘッダプレート６６の間に定められることが好ましい。ヘッダプレート６６は管を収容する複数の開口部６８を有し、開口部６８の各々は管１６の開いた端部４４の１つを収容し、水素と冷却剤流の間の相互汚染を防止するために（例えば、ロウ付けによって）そこへ接着される。水素ポート３２は、ハウジング１２の第１端部５０上にあることが好ましい。

図１の実施例では、バフル板７０は、第２プレナム６４のヘッダプレート６６から反対側の端部に配置され、冷却剤流が結果的に迂回しないようカスプ５８を塞ぐように形成される。バフル板７０は好ましいが、バフル板７０を除去することが望ましい用途もある。

１つの好ましい実施例では、装置１０の上記構成要素はアルミニウム（Al 3003）で製作される。装置１０の種々の接合部（又は、境界面）の全てがロウ付けされることも好ましく、適切な制御された雰囲気ロウ付けプロセスを使用してロウ付けされることが更に好ましい。この点に関して、上記構成がその種のロウ付けプロセスを可能にすることを銘記すべきである。

運転中、冷却剤流はポート３６，４０の一方に入り、冷却剤流路２８を貫流し、ポート３６，４０の他方から出る。冷却剤流と管１６の中に含まれる金属水素化物３０の間の相対温度により、熱は金属水素化物３０から冷却剤へ伝達され、それにより装置１０の内部に水素を貯蔵することになるか、又は熱は冷却剤から管１６の中の金属水素化物３０へ除去され、それにより装置１０から水素を放出することになる。

ポート３６，４０の各々は冷却剤注入口、又は冷却剤排出口として機能できるが、ポート３６が冷却剤注入口として機能し、ポート４０が冷却剤排出口として機能することが好ましい。

特定の設計パラメータ（例えば、材料の選択、寸法、接続型）は、特定の用途の各々へ高度に従属する。１つの適切な実施例では、ハウジングは約１０．９ｃｍ＊１１．２ｃｍ（４．３インチ＊４．４インチ）の横断面、及び６１ｃｍ（２４インチ）の長さを有し、管束１４は３９本の管１６を含み、各管１６は１．７５ｃｍ（０．６８８インチ）の外径、及び０．１６ｃｍ（０．０６３インチ）の壁厚を有し、大きさを減らされた外部は１．４３ｃｍ（０．５６３インチ）の外径まで５．０８ｃｍ（２インチ）の長さＬ_Rにわたってスエージ加工され、水素ポート３２は１．２７ｃｍ（０．５インチ）の雌ネジ突起部の形態で提供され、各冷却剤ポートは１．９ｃｍ（０．７５インチ）のビードホース接続の形態で提供される。

特定の実施例がここで開示され、議論されてきたが、ここで開示された特定の構成に対して可能な多くの選択枝が存在する。例えば、異なる大きさの管、及び／又は束１４の内部の管１６の他の充填配置を利用することが望ましい実施例もある。他の例として、管１４自体の内部の熱伝達のための拡張した表面を有すること、及び／又は冷却剤流路２８の中に拡張することが望ましい実施例もある。

用語「冷却剤」は任意の流体（液相、又は気相の何れか）を意味するように広く使用され、熱を吸収することも、又は熱を管１６の内部に含まれる金属水素化物３０に供給することも出来ることが分かる。

本発明を実施する水素貯蔵・放出装置の一部切欠図である。透視して内部バフル板の除去により変更された内部構成要素を示す図１の装置の側面図である。図２を線３−３に沿って切った図である。図２を線４−４に沿って切った拡大部分図である。

符号の説明

１０水素貯蔵・放出装置
１２ハウジング
１４束
１６管
１８縦軸
２０第１端部
２２第２端部
２４内部
２６外部
２８冷却剤流路
２９カスプ
３０金属水素化物
３２水素ポート
３４水素プレナム
３６第１冷却剤ポート
４０第２冷却剤ポート
４２線接触
４４開いた端部
４６閉じた端部
４８内部プラグ
５０第１端部
５２第２端部
５４管の最も外側の組
５６線接触
５８カスプ
６０第１冷却剤プレナム
６２内部容積
６４第２冷却剤プレナム
６６ヘッダプレート
６８開口部
７０バフル板

Claims

水素貯蔵・放出装置であって、
ハウジング、
前記ハウジングの内部にある細長い管の束であって、前記束は第１端部から第２端部へ縦軸と平行に伸長する長さを有し、前記束の前記各管は内部と外部を有し、冷却剤流路が前記束の内部の隣接する管の前記外部の間で少なくとも部分的に定められ、前記管の少なくともいくつかは減らされた横断面積を有する外部を有し、前記長さの局所部分にわたって伸長する細長い管の束、
前記冷却剤流路と熱交換関係にある前記管の前記内部に含まれる金属水素化物、
前記ハウジング上の水素ポート、
前記水素ポートと前記管の前記内部の間に水素を向けるために配置された水素プレナム、
前記縦軸に沿う前記長さの前記局所部分から離間された前記ハウジング上の第１冷却剤ポート、及び
前記長さの前記局所部分に隣接する前記ハウジング上の第２冷却剤ポートを含むことを特徴とする装置。
前記管の前記外部が円筒形であり、前記隣接する管の前記外部が互いに接触しない前記長さの前記局所部分を除く前記長さにわたって、隣接する管の前記外部が互いに線接触を有するように、前記束の前記管が配置される、請求項１に記載の装置。
前記管の前記外部が、前記線接触に沿って互いにロウ付けされる、請求項２に記載の装置。
前記各管は開いた端部と閉じた端部を有し、前記開いた端部の各々が前記水素プレナムに接続され、前記閉じた端部の各々が前記第１冷却剤ポートに隣接して配置される、請求項１に記載の装置。
前記管の前記閉じた端部と前記第１冷却剤ポートの間に配置された第１冷却剤プレナム、及び
前記長さの前記局所部分に配置された第２冷却剤プレナムを更に含む、請求項４に記載の装置。
前記冷却剤流路も、前記ハウジングと前記束の前記管の最も外側の組の間で定められる、請求項１に記載の装置。
前記ハウジングの内部の接合部と管束がロウ付けされる、請求項１に記載の装置。
水素貯蔵・放出装置であって、
縦軸に沿って伸長する細長いハウジングであって、第１端部と第２端部を有し、前記端部が前記縦軸に沿って互いに離間される前記ハウジング、
前記縦軸に対して平行に伸長する前記ハウジングの内部の細長い管の束であって、前記束が管の最も外側の組を有し、前記束の前記各管が内部と外部を有し、冷却剤流路が前記束の内部の隣接する管の前記外部の間、及び前記ハウジングと前記束の前記管の前記最も外側の組の前記外部の間で定められる前記細長い管の束、
前記冷却剤流路と熱交換関係にある前記管の前記内部に含まれる金属水素化物、
前記ハウジングの前記第１端部上の水素ポート、
前記水素ポートと前記管の前記内部の内部に水素を向ける前記第１端部に隣接する前記ハウジングの中に配置された水素プレナム、
前記ハウジングの前記第２端部上の第１冷却剤ポート、
前記第１冷却剤ポートと前記冷却剤流路の間に冷却剤を向ける前記ハウジングの前記第２端部に隣接するために前記ハウジングの中に配置された第１冷却剤プレナム、
前記水素プレナムと前記第１冷却剤プレナムの間の前記縦軸に沿う位置の前記ハウジング上の第２冷却剤ポート、並びに
前記第２冷却剤ポートと前記冷却剤流路の間に冷却剤を向けるために前記縦軸に沿う位置の前記ハウジングの中に配置された第２冷却剤プレナムを含むことを特徴とする装置。
前記管の少なくともいくつかが、その位置で減らされた横断面積を有する外部を有し、前記第２冷却剤プレナムが、前記減らされた横断面積を有する前記外部によって少なくとも部分的に定められる、請求項８に記載の装置。
前記第２冷却剤プレナムが、前記水素プレナムに隣接して配置される、請求項８に記載の装置。
前記管の前記外部が円筒形であり、隣接する管の前記外部が前記第１冷却剤プレナムと前記第２冷却剤プレナムの間で伸長する前記隣接する管の長さにわたって互いに線接触を有するように前記束の前記管が配置され、その位置で隣接する管の前記外部と接触しないように、前記管の少なくともいくつかの前記外部が大きさを減らされる、請求項８に記載の装置。
隣接する管の前記外部が、前記線接触に沿ってロウ付けされる、請求項１１に記載の装置。
前記水素プレナムが、前記ハウジングの前記第１端部と前記ハウジングの中のヘッダプレートの間で定められ、前記ヘッダプレートが、前記束の前記管の開いた端部を収容する複数の開口部を有する、請求項８に記載の装置。
前記管の少なくともいくつかの前記外部が、前記開いた端部に隣接する各管の長さにわたって、減らされた横断面積までスエージ加工される、請求項１３に記載の装置。
前記各管が、前記開いた端部と反対側の、前記第１冷却剤プレナムに隣接して配置された閉じた端部を有する、請求項１４に記載の装置。
前記第１冷却剤プレナムが、前記ハウジングの前記第２端部と前記管束の前記端部の間に配置された内部容積によって定められる、請求項８に記載の装置。
前記ハウジングの内部の接合部と前記管束がロウ付けされる、請求項８に記載の装置。