JP2587545Y2 - 水素吸蔵合金の製造装置 - Google Patents

水素吸蔵合金の製造装置

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JP2587545Y2
JP2587545Y2 JP1993011893U JP1189393U JP2587545Y2 JP 2587545 Y2 JP2587545 Y2 JP 2587545Y2 JP 1993011893 U JP1993011893 U JP 1993011893U JP 1189393 U JP1189393 U JP 1189393U JP 2587545 Y2 JP2587545 Y2 JP 2587545Y2
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伸 藤谷
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、水素を可逆的に吸収、
放出する水素吸蔵合金の製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、水素吸蔵合金を用いた様々な応用
システムの開発が盛んに行われている。特に水素吸蔵合
金が水素を放出する際の吸熱反応を利用した冷凍システ
ムは、フロンガスが不要である等の利点を有しているた
め、新しい冷凍システムとして期待されている。
【0003】これらの応用システムに使用する水素吸蔵
合金は、一般に粉体であるため、この状態では伝熱速度
が極めて遅く、システムを効率良く作動させることが出
来ない。これに対して、高速回転しているローラ上に合
金溶湯を噴射して急冷凝固させ、リボン状の水素吸蔵合
金を製造する方法が研究されている。ここで、合金の溶
解には高周波誘導溶解炉が用いられる。
【0004】該方法により得られる合金は、熱伝導率が
粉体よりも数十倍大きくなるので、応用システムの効率
を飛躍的に改善することが出来る。又、水素吸収放出サ
イクルにおいて微粉化し難く、これによって水素吸収放
出サイクルの寿命が長くなる効果も認められている。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
誘導溶解炉を用いる方法では、合金原料を十分に溶解す
るのに10分以上の長い時間を要する問題があった。そ
こで出願人は、合金原料をアルゴンアークによって溶解
する水素吸蔵合金製造装置を提案している。該装置にお
いては、ルツボ上にてアーク溶解によって溶融した合金
溶湯が、ノズルから直接に回転ローラに吹き付けられて
急冷される。該装置によれば、5分以内の短時間で合金
原料の溶解が可能であり、水素吸蔵合金の製造時間が大
幅に短縮される。
【0006】ところが、該装置においては、ルツボ上に
てアーク溶解によって溶融した合金溶湯がノズルへ流入
する過程で、その一部が凝固して、ルツボ内に残存する
欠点があった。特にTi−Mo系の水素吸蔵合金は、溶
湯の粘度が大きいため、ルツボ内に投入した原料に対す
る製品の重量比、即ち収率が極めて悪い。
【0007】本考案の目的は、ルツボ上にてアーク溶解
によって溶融した合金溶湯をノズルから直接に回転ロー
ラに吹き付けて急冷する水素吸蔵合金の製造装置におい
て、高い収率を実現するための構造を明らかにすること
である。
【0008】
【課題を解決する為の手段】本考案に係る水素吸蔵合金
の製造装置は、チャンバー(1)内に、上半部には放電室
A、下半部には冷却室Bを形成し、放電室Aには希ガス
の導入管(7)、冷却室Bには希ガスの排出管(10)が接続
され、放電室Aと冷却室Bとの間には、銅から作られた
ルツボ(3)が介在し、該ルツボ(3)は、水素吸蔵合金原料
塊(6)を載置する載置面(3a)が形成された収容室Cを有
し、収容室Cは放電室A及び冷却室Bに開口し、収容室
Cの載置面(3a)の下方には段差をつけてノズル(4)の受
け面(3b)を形成し、該受け面(3b)よりも高い位置には、
収容室Cを冷却する冷却水が流通する冷却水管(2)が配
備され、ノズル(4)の受け面(3b)には、冷却室Bへ連通
するノズル(4)が下向きに設置され、ノズル(4)は、上端
面(4b)が前記載置面(3a)よりも低い位置にあり、上部(4
c)がテーパ状に拡開し内周壁にセラミック層(5)が形成
されたノズル孔(4a)を有しており、チャンバー(1)の放
電室Aには、ルツボ(3)の収容室Cへ向けてアークトー
チ(8)を設置し、チャンバー(1)の冷却室Bには、ノズル
(4)の下方位置に、アーク放電により溶解した水素吸蔵
合金原料塊(6)の合金溶湯を急冷するローラ(11)を、水
平軸を中心として高速回転可能に設置したものである。
【0009】
【作用】ルツボ(3)の収容室Cの載置面(3a)上に合金
原料塊(6)を載置した状態で、希ガス導入管(7)を通じ
てチャンバー(1)の放電室A内へ希ガスを導入しなが
ら、アークトーチ(8)と合金原料塊(6)の間でアーク放
電を行なう。アーク放電の開始時には、合金原料塊(6)
の下面がルツボ(3)の載置面(3a)に面接触しているか
ら、大なるアーク電流がアークトーチ(8)から合金原料
塊(6)を通じてルツボ(3)へ流れる。この結果、短時間
で合金原料塊(6)が溶融することになる。
【0010】アーク放電によって溶融した合金溶湯は、
ノズル(4)から直接にローラ(11)の周面へ吹き付けられ
て急冷され、これによってリボン状の水素吸蔵合金が得
られる。合金溶湯がルツボ(3)からノズル(4)へ流入す
る過程では、ノズル(4)の上端面(4b)の位置が合金原
料塊(6)の載置面(3a)よりも低いから、載置面(3
a)上の合金溶湯はノズル(4)の上端面(4b)上へ淀
むことなく流れて落ちて、殆ど全ての溶湯が凝固するこ
となく、ノズル(4)へ流入することになる。
【0011】合金溶湯がノズル(4)から冷却室へ向けて
噴出される過程では、ノズル孔(4a)の内周壁が反応性
の低いセラミック層(5)から形成されているから、その
断熱効果によってアーク放電時の熱が保持され、ノズル
孔(4a)内にて合金溶湯が凝固する虞れはない。
【0012】
【考案の効果】本考案に係る水素吸蔵合金の製造装置に
よれば、合金溶湯の粘性が大きい場合でも、一部の溶湯
がルツボ内或いはノズル内で凝固する虞れはなく、高い
収率が実現される。
【0013】
【実施例】以下、本考案の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図1に示す如く、内部が気密状態に保持さ
れたチャンバー(1)には、上半部に放電室A、下半部に
冷却室Bが形成され、放電室Aにはアルゴンガス導入管
(7)、冷却室Bにはアルゴンガス排出管(10)が接続され
ている。
【0014】放電室Aの側壁には、合金原料塊(6)の投
入扉(9)が取り付けられている。又、冷却室Bの側方に
は、製造されたリボン状の水素吸蔵合金(14)の回収室D
が形成され、該回収室Dに面して水素吸蔵合金(14)の取
出し扉(12)が取り付けられている。
【0015】チャンバー(1)の放電室Aと冷却室Bの間
には、合金原料塊(6)の収容室Cを有する銅製のルツボ
(3)が介在している。該収容室Cは摺り鉢状の周壁を有
し、その上面及び下面が夫々放電室A及び冷却室Bに開
口している。ルツボ(3)の内部には、収容室Cを包囲し
て、10〜15℃の冷却水が流れる冷却水管(2)を埋設
しており、これによってルツボ(3)を冷却する。
【0016】ルツボ(3)の収容室Cの底部には、図2の
如く合金原料塊(6)を載置すべき水平の載置面(3a)が
形成され、更に該載置面(3a)の内側には段差を介して
後述するノズル(4)の受け面(3b)が形成されている。
該受け面(3b)には必要に応じて導電性金属層(例えば
厚さ2μmのNi蒸着膜)がコーティングされる。これに
よって、合金原料塊(6)に更に大きなアーク放電電流を
流すことが出来る。
【0017】ルツボ(3)の冷却室Bへの開口部には、垂
直に貫通するノズル孔(4a)を有するノズル(4)が、前
記受け面(3b)に受け止められて設置される。この状態
で、ノズル(4)の上端面(4b)の高さ位置は、チャンバ
ー(1)の載置面(3a)よりも低くなる。
【0018】ノズル(4)のノズル孔(4a)は上端部(4
c)がテーパ状に拡開され、合金溶湯が接触することと
なる内周壁は、合金溶湯との反応性が低いセラミック層
(5)、例えばチッ化ホウ素(BN)、カルシア(CaO)、
マグネシア(MgO)等の層によって覆われている。尚、
ノズル孔(4a)の内径は略1mmである。
【0019】チャンバー(1)の放電室Aには、図1の如
くアークトーチ(8)が、天井壁を気密状態で貫通して取
り付けられ、トーチ先端がルツボ(3)の収容室Cへ向け
られている。
【0020】一方、チャンバー(1)の冷却室Bには、ノ
ズル(4)の下方位置に、水平軸を中心として高速(20
00rpm)で回転駆動される冷却用金属ローラ(11)が
設置される。更に冷却室Bには、水素吸蔵合金回収室D
側の壁面からローラ(11)に向かって、ローラ(11)周面に
溶融合金が付着するのを防止するブレード(13)が突設さ
れている。
【0021】上記水素吸蔵合金製造装置によって、例え
ば組成式LaNi5で示される水素吸蔵合金を製造する
場合、水素吸蔵合金の原料金属として、La、Niの各
チップを秤量した後、これらを混合し、更に適当な大き
さにプレス成型して、合金原料塊(6)を作製する。
【0022】次に、合金原料塊(6)をチャンバー(1)の
投入扉(9)からルツボ(3)の載置面(3a)上に載置す
る。そして、アルゴンガス排出管(10)を用いてチャンバ
ー(1)内を10-5Torr程度まで真空排気し、その
後、アルゴンガス導入管(7)からアルゴンガスを導入し
て、チャンバー(1)内を約400Torrのアルゴンガ
ス雰囲気に設定する。
【0023】この状態で、アークトーチ(8)によるアー
ク放電を2〜3分行なって、合金原料塊(6)を溶解し、
合金化する。
【0024】合金原料塊(6)が十分に溶融した後、アー
ク放電を行いながら、アルゴンガス導入管(7)からチャ
ンバー(1)内へ更にアルゴンガスを導入し、大気圧程度
にまで急激にガス圧を高める。
【0025】これによって、合金溶湯がノズル(4)のノ
ズル孔(4a)からローラ(11)の周面へ向けて吹き付けら
れる。ローラ周面に吹き付けられた合金溶湯は瞬時に冷
却されて、リボン状の水素吸蔵合金(14)が得られる。こ
の際、不純物が合金中へ混入する虞れがはないので、母
合金の特性が良好な水素吸蔵合金(14)が得られることに
なる。
【0026】これに対し、高周波誘導加熱法を採用した
従来装置の場合は、加熱時間がアーク溶解法よりも長い
ため、ルツボやノズルからの不純物の混入が避けられな
かったのである。
【0027】表1は、本考案の水素吸蔵合金製造装置に
よって得られた各種水素吸蔵合金の収率(重量比)を従来
の収率と対比して示している。
【表1】
【0028】合金の種類に拘わらず、何れの場合も従来
に比べて高い収率が得られていることが分る。これは、
ノズル(4)の上端面(4b)を合金原料塊(6)の載置面
(3a)よりも低い位置に設けたことが主な理由である。
即ち、載置面(3a)上の金属溶湯は、ノズル上端面(4
b)上を流れる金属溶湯によって引き摺り落とされて、
載置面(3a)上に滞留せず、これによって載置面(3a)
上での凝固が防止されるのである。
【0029】上述の如く、本考案に係る水素吸蔵合金製
造装置によれば、アーク溶解法の採用によって溶解時間
を5分以内に短縮出来る。又、溶融した合金溶湯はノズ
ル(4)を通じて直接にローラ(11)の周面へ吹き付けられ
て急冷されるから、合金中へ不純物が混入する虞れがな
く、母合金の組成及び特性を維持した高品質の水素吸蔵
合金が得られる。
【0030】上記実施例の説明は、本考案を説明するた
めのものであって、実用新案登録請求の範囲に記載の考
案を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本考案の各部構成は上記実施例に限らず、実用
新案登録請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形
が可能であることは勿論である。
【0031】例えば、チャンバー(1)の冷却室には、一
対のローラを互いに近接させて配置し、これらのローラ
の間へ合金溶湯を供給して、冷却と同時に圧延を施す構
成も採用可能である。又、ノズル(4)は全体をセラミッ
ク製とすることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案に係る水素吸蔵合金製造装置の断面図で
ある。
【図2】該装置の要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
(1) チャンバー (3) ルツボ (4) ノズル (7) アルゴンガス導入管 (8) アークトーチ (10) アルゴンガス排出管 (11) ローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 齋藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−13438(JP,A) 特開 平2−301531(JP,A) 実公 昭60−10772(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/06 360 B22D 11/06 380 C22C 1/00

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバー(1)内に、上半部には放電室
    A、下半部には冷却室Bを形成し、放電室Aには希ガス
    の導入管(7)、冷却室Bには希ガスの排出管(10)が接続
    され、放電室Aと冷却室Bとの間には、銅から作られた
    ルツボ(3)が介在し、該ルツボ(3)は、水素吸蔵合金原料
    塊(6)を載置する載置面(3a)が形成された収容室Cを有
    し、収容室Cは放電室A及び冷却室Bに開口し、収容室
    Cの載置面(3a)の下方には段差をつけてノズル(4)の受
    け面(3b)を形成し、該受け面(3b)よりも高い位置には、
    収容室Cを冷却する冷却水が流通する冷却水管(2)が配
    備され、ノズル(4)の受け面(3b)には、冷却室Bへ連通
    するノズル(4)が下向きに設置され、ノズル(4)は、上端
    面(4b)が前記載置面(3a)よりも低い位置にあり、上部(4
    c)がテーパ状に拡開し内周壁にセラミック層(5)が形成
    されたノズル孔(4a)を有しており、チャンバー(1)の放
    電室Aには、ルツボ(3)の収容室Cへ向けてアークトー
    チ(8)を設置し、チャンバー(1)の冷却室Bには、ノズル
    (4)の下方位置に、アーク放電により溶解した水素吸蔵
    合金原料塊(6)の合金溶湯を急冷するローラ(11)を、水
    平軸を中心として高速回転可能に設置したことを特徴と
    する水素吸蔵合金の製造装置。
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