JP2941860B2 - 金属水素化物になる水素貯蔵物質を粉砕するための装置 - Google Patents
金属水素化物になる水素貯蔵物質を粉砕するための装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は一般的には、再充電可能な電気化学電池で使
用するための金属水素化物になる水素貯蔵合金物質の製
造に係わる。本発明はより特定には、金属水素化物にな
る水素貯蔵合金物質の塊（bulk）を水素化−脱水素化サ
イクルによって粉砕（細末化）する装置に係わる。
用するための金属水素化物になる水素貯蔵合金物質の製
造に係わる。本発明はより特定には、金属水素化物にな
る水素貯蔵合金物質の塊（bulk）を水素化−脱水素化サ
イクルによって粉砕（細末化）する装置に係わる。
発明の背景 再充電可能な金属水素化物になる水素貯蔵合金の負極
を使用する二次電池は、急速な発展を見せている電池業
界の主要最新技術を代表するものである。中でも、バナ
ジウム−ジルコニウム−チタン−ニッケル−クロム型の
水素貯蔵合金をベースとする水素貯蔵負極を用いる電池
は、耐酸化性がそれ程大きくなくコストも高い従来の合
金、例えばランタン−ニッケル合金をベースとする負極
を用いる電池に代わるものとして注目を浴びている。こ
の種の電池は鉛−酸、ニッケル−カドミウム又は他の先
行技術電池システムとは異なる方法で機能する。水素貯
蔵電気化学電池は水素を電気化学的に可逆的に貯蔵でき
る負極を使用する。この電池の正極物質としては、例え
ば水酸化ニッケルが使用されるが、別の正極物質を使用
することもできる。負極及び正極はアルカリ性電解質中
に間隔をおいて配置され、これら両極の間には適当な隔
離版、スペーサ又は膜が具備され得る。
を使用する二次電池は、急速な発展を見せている電池業
界の主要最新技術を代表するものである。中でも、バナ
ジウム−ジルコニウム−チタン−ニッケル−クロム型の
水素貯蔵合金をベースとする水素貯蔵負極を用いる電池
は、耐酸化性がそれ程大きくなくコストも高い従来の合
金、例えばランタン−ニッケル合金をベースとする負極
を用いる電池に代わるものとして注目を浴びている。こ
の種の電池は鉛−酸、ニッケル−カドミウム又は他の先
行技術電池システムとは異なる方法で機能する。水素貯
蔵電気化学電池は水素を電気化学的に可逆的に貯蔵でき
る負極を使用する。この電池の正極物質としては、例え
ば水酸化ニッケルが使用されるが、別の正極物質を使用
することもできる。負極及び正極はアルカリ性電解質中
に間隔をおいて配置され、これら両極の間には適当な隔
離版、スペーサ又は膜が具備され得る。
負極に電流を通すと、下記の式で示すように、負極物
質（Ｍ）が水素の吸収によって充電される： Ｍ＋H2O＋e- → M−Ｈ＋OH-（充電） 放電時には貯蔵水素が放出されて電流を起こす： Ｍ−Ｈ＋OH- → M＋H2O＋e-（放電） この反応は可逆的である。
質（Ｍ）が水素の吸収によって充電される： Ｍ＋H2O＋e- → M−Ｈ＋OH-（充電） 放電時には貯蔵水素が放出されて電流を起こす： Ｍ−Ｈ＋OH- → M＋H2O＋e-（放電） この反応は可逆的である。
正極で起こる反応も可逆的である。例えば、再充電可
能な水素二次電池で使用されているような従来の水酸化
ニッケル正極では、 Ni（OH）2＋OH- → NiOOH＋H2O＋e-（充電） 及び NiOOH＋H2O＋e- → Ni（OH）2＋OH-（放電） という反応が生じる。
能な水素二次電池で使用されているような従来の水酸化
ニッケル正極では、 Ni（OH）2＋OH- → NiOOH＋H2O＋e-（充電） 及び NiOOH＋H2O＋e- → Ni（OH）2＋OH-（放電） という反応が生じる。
電気化学的に再充電できる金属水素化物になる水素貯
蔵負極は従来の二次電池に比べて大きな利点を有する。
即ち、再充電可能な水素貯蔵負極を用いると、鉛負極又
はカドミウム負極を使用した時より遥かに大きい比電荷
量（単位質量当たりアンペア時及び単位体積当たりアン
ペア時）が得られる。比電荷量が大きくなれば、エネル
ギ密度（単位質量当たりワット時又は単位体積当たりワ
ット時）も先行技術の電池より大きくなるため、水素貯
蔵電池は多くの商業的用途で極めて有用な電池といえ
る。
蔵負極は従来の二次電池に比べて大きな利点を有する。
即ち、再充電可能な水素貯蔵負極を用いると、鉛負極又
はカドミウム負極を使用した時より遥かに大きい比電荷
量（単位質量当たりアンペア時及び単位体積当たりアン
ペア時）が得られる。比電荷量が大きくなれば、エネル
ギ密度（単位質量当たりワット時又は単位体積当たりワ
ット時）も先行技術の電池より大きくなるため、水素貯
蔵電池は多くの商業的用途で極めて有用な電池といえ
る。
チタン−ニッケル型の金属水素化物になる水素貯蔵合
金に適した活物質は下記の組成を有する物質である： （Ti2-xNix）1-yMy ［式中、ｘは0.2と1.0の間の値、ｙは０と0.2の間の
値、Ｍ＝Al又はZr］、 Ti2-xZrxV4-yNiy ［式中、ｘは０と1.5の間の値、ｙは０と0.6と3.5の間
の値］、及び Ti1-xCrxV2-yNiy ［式中、ｘは０と0.75の間の値、ｙは０と0.2と1.0の間
の値］。
金に適した活物質は下記の組成を有する物質である： （Ti2-xNix）1-yMy ［式中、ｘは0.2と1.0の間の値、ｙは０と0.2の間の
値、Ｍ＝Al又はZr］、 Ti2-xZrxV4-yNiy ［式中、ｘは０と1.5の間の値、ｙは０と0.6と3.5の間
の値］、及び Ti1-xCrxV2-yNiy ［式中、ｘは０と0.75の間の値、ｙは０と0.2と1.0の間
の値］。
特に望ましい水素貯蔵合金類は、チタン、バナジウ
ム、ジルコニウム及びニッケルの他に、銅、鉄、マンガ
ン、コバルト及びクロムから選択した少なくとも１種類
の金属を含む。別の好ましい合金類としては、チタン、
バナジウム、ニッケル、ジルコニウム及びクロムの合
金、特に下記の式： （Ti2-xZrxV4-yNiy）1-zCrz ［式中、ｘは0.0と1.5の間の値、ｙは0.6と3.5の間の
値、Ｚは0.20未満の有効量である］ で示される組成の合金が挙げられる。
ム、ジルコニウム及びニッケルの他に、銅、鉄、マンガ
ン、コバルト及びクロムから選択した少なくとも１種類
の金属を含む。別の好ましい合金類としては、チタン、
バナジウム、ニッケル、ジルコニウム及びクロムの合
金、特に下記の式： （Ti2-xZrxV4-yNiy）1-zCrz ［式中、ｘは0.0と1.5の間の値、ｙは0.6と3.5の間の
値、Ｚは0.20未満の有効量である］ で示される組成の合金が挙げられる。
水素貯蔵合金は活性前駆物質の高温メルトから塊状イ
ンゴットの形態に形成される。前記した好ましい物質を
使用する水素貯蔵負極の製造は、これらの好ましい水素
貯蔵活物質が延性をもたないだけでなく比較的大きい硬
度を有するため、困難である。実際、これらの合金は通
常45〜60以上のロックウェル“C"（Rc）硬度を示し得
る。また、単位体積当たり表面積及び単位質量当たり表
面積を大きくするためには、合金が小さい粒子の形状を
有していなければならない。好ましい具体例の１つで
は、水素貯蔵合金粉末が200U.S.メッシュスクリーンを
通るようなものでなければならず、従って75ミクロンよ
り小さい粒度を有していなればならない（200U.Sメッシ
ュスクリーンの目の大きさは約75ミクロンである）。
ンゴットの形態に形成される。前記した好ましい物質を
使用する水素貯蔵負極の製造は、これらの好ましい水素
貯蔵活物質が延性をもたないだけでなく比較的大きい硬
度を有するため、困難である。実際、これらの合金は通
常45〜60以上のロックウェル“C"（Rc）硬度を示し得
る。また、単位体積当たり表面積及び単位質量当たり表
面積を大きくするためには、合金が小さい粒子の形状を
有していなければならない。好ましい具体例の１つで
は、水素貯蔵合金粉末が200U.S.メッシュスクリーンを
通るようなものでなければならず、従って75ミクロンよ
り小さい粒度を有していなればならない（200U.Sメッシ
ュスクリーンの目の大きさは約75ミクロンである）。
そこで、水素貯蔵合金物質の塊状インゴットは、電極
形態に圧縮成形する前に、例えば破砕器、粉砕器、ミル
等により細末化する必要がある。電極の製造に使用され
るのはこの水素貯蔵合金粉末である。
形態に圧縮成形する前に、例えば破砕器、粉砕器、ミル
等により細末化する必要がある。電極の製造に使用され
るのはこの水素貯蔵合金粉末である。
金属水素化物になる水素貯蔵合金物質の塊状インゴッ
トの粉砕処理は、前記物質がかなり脆く従って均一な大
きさ及び形状の粒子に破砕しにくいだけに、より一層難
しい。この種の物質を粉砕すべくこれまでに提案された
装置又は方法は、水素貯蔵合金物質の硬度が著しく高い
ことから、いずれも効果的ではないことが判明した。ジ
ョークラッシャ、機械的磨砕器、ボールミル及び流体エ
ネルギミルを用いる従来の粉砕（サイズ縮小）技術で
は、前述のごとき水素貯蔵物質を経済的に粉砕すること
ができない。粉砕及び破砕技術も、水素貯蔵合金物質イ
ンゴットを最初に中間サイズ（即ち10〜100メッシュ）
の粒子に細分化する方法としては不適当であることが判
明した。
トの粉砕処理は、前記物質がかなり脆く従って均一な大
きさ及び形状の粒子に破砕しにくいだけに、より一層難
しい。この種の物質を粉砕すべくこれまでに提案された
装置又は方法は、水素貯蔵合金物質の硬度が著しく高い
ことから、いずれも効果的ではないことが判明した。ジ
ョークラッシャ、機械的磨砕器、ボールミル及び流体エ
ネルギミルを用いる従来の粉砕（サイズ縮小）技術で
は、前述のごとき水素貯蔵物質を経済的に粉砕すること
ができない。粉砕及び破砕技術も、水素貯蔵合金物質イ
ンゴットを最初に中間サイズ（即ち10〜100メッシュ）
の粒子に細分化する方法としては不適当であることが判
明した。
粉砕をより容易に実施できるように、例えば液体窒素
中への浸漬によって水素貯蔵合金物質を脆弱化するとい
う試みも適当ではない。なぜなら、この方法では（１）
前記物質が十分に脆弱化されず、（２）水素貯蔵合金物
質の電気化学的性質に悪影響を及ぼす脆弱化剤が使用さ
れ、また（３）前記物質が脆弱になればなるほどこの物
質を均一な大きさの粒子にすることが難しくなるからで
ある。
中への浸漬によって水素貯蔵合金物質を脆弱化するとい
う試みも適当ではない。なぜなら、この方法では（１）
前記物質が十分に脆弱化されず、（２）水素貯蔵合金物
質の電気化学的性質に悪影響を及ぼす脆弱化剤が使用さ
れ、また（３）前記物質が脆弱になればなるほどこの物
質を均一な大きさの粒子にすることが難しくなるからで
ある。
そのため現在では、水素化−脱水素化サイクルによる
粉砕によって水素貯蔵合金物質を中間サイズ粒子まで細
分化するのに適した装置が必要とされている。
粉砕によって水素貯蔵合金物質を中間サイズ粒子まで細
分化するのに適した装置が必要とされている。
発明の概要 現在必要とされているのは、金属水素化物になる水素
貯蔵物質を、合成時の塊の形態から例えば再充電可能な
電気化学電池で使用できる中間サイズ粒子の形態まで粉
砕できる装置である。この必要に応えるために、本発明
では金属水素化物になる水素貯蔵物質を中間サイズまで
粉砕するための装置であって、実質的に中空の内部スペ
ースを有する反応器ボディを含む装置を提供する。前記
内部スペースは２つの領域、即ち粉砕を行うための第１
領域と粒状化された水素貯蔵物質を回収するための第２
領域とに分割されている。この装置はまた、少なくとも
１つの水素反応ガス導入バルブと、前記反応器ボディの
壁に設けられた少なくとも１つの水素反応ガス排出バル
ブとを含む。前記反応器ボディの内部スペースには、こ
の内部スペースを高温に維持するための電気抵抗加熱手
段が配置されている。また、前記反応ボディの外径の周
りには、前記内部スペースを実質的に低い温度に維持す
るための冷却手段、例えば冷却ジャケットが同心的に具
備されている。この反応器は更に、金属水素化物からな
る水素貯蔵物質を大きな塊の状態で前記反応器ボディ内
に容易に導入できるよう構成された装入ポート手段と、
前記金属水素化物水素貯蔵物質の細末化生成物を容易に
取出すことができるように構成された取出しポート手段
とを含む。
貯蔵物質を、合成時の塊の形態から例えば再充電可能な
電気化学電池で使用できる中間サイズ粒子の形態まで粉
砕できる装置である。この必要に応えるために、本発明
では金属水素化物になる水素貯蔵物質を中間サイズまで
粉砕するための装置であって、実質的に中空の内部スペ
ースを有する反応器ボディを含む装置を提供する。前記
内部スペースは２つの領域、即ち粉砕を行うための第１
領域と粒状化された水素貯蔵物質を回収するための第２
領域とに分割されている。この装置はまた、少なくとも
１つの水素反応ガス導入バルブと、前記反応器ボディの
壁に設けられた少なくとも１つの水素反応ガス排出バル
ブとを含む。前記反応器ボディの内部スペースには、こ
の内部スペースを高温に維持するための電気抵抗加熱手
段が配置されている。また、前記反応ボディの外径の周
りには、前記内部スペースを実質的に低い温度に維持す
るための冷却手段、例えば冷却ジャケットが同心的に具
備されている。この反応器は更に、金属水素化物からな
る水素貯蔵物質を大きな塊の状態で前記反応器ボディ内
に容易に導入できるよう構成された装入ポート手段と、
前記金属水素化物水素貯蔵物質の細末化生成物を容易に
取出すことができるように構成された取出しポート手段
とを含む。
本発明の装置は更に、前記第１領域と第２領域との間
に作動的に配置された反応ステージも含む。この反応ス
テージは、水素貯蔵物質の塊を粉末状に粉砕する処理が
より高い経済効率で行われるように、前記水素反応ガス
を前記物質の塊の表面積全体にわたって自由に流動させ
ながら、粉砕用第１領域内で水素貯蔵物質の塊を支持す
る。水素貯蔵合金物質の塊はの粉砕処理によってフレー
ク状になる。これらのフレークは反応ステージを通って
自由に落下し、下方の回収領域内に粉末層状に集められ
るため、後で簡単に取出すことができる。このようにし
て形成されるフレークの大きさは通常約100標準U.S.メ
ッシュである。
に作動的に配置された反応ステージも含む。この反応ス
テージは、水素貯蔵物質の塊を粉末状に粉砕する処理が
より高い経済効率で行われるように、前記水素反応ガス
を前記物質の塊の表面積全体にわたって自由に流動させ
ながら、粉砕用第１領域内で水素貯蔵物質の塊を支持す
る。水素貯蔵合金物質の塊はの粉砕処理によってフレー
ク状になる。これらのフレークは反応ステージを通って
自由に落下し、下方の回収領域内に粉末層状に集められ
るため、後で簡単に取出すことができる。このようにし
て形成されるフレークの大きさは通常約100標準U.S.メ
ッシュである。
本発明の装置は先行技術の装置に比べて幾つかの利点
を有する。特に、本発明の装置を用いれば、時間、床面
積及び原料を節減しながら最大限のスループットを得る
ことができる。本発明は更に、安全性の面でも先行技術
の装置に勝る。これは、（１）物質の移送が最小限であ
り、そのため酸化性大気条件への暴露も最小限に抑えら
れ、（２）前記粉末状粒子が凝集する可能性も最小限で
あり、且つ（３）水素ガスの損失も最小限に抑えられる
からである。これらの利点及び他の実際的利点は、添付
図面に基づく以下の非限定的具体例の説明で明らかにさ
れよう。
を有する。特に、本発明の装置を用いれば、時間、床面
積及び原料を節減しながら最大限のスループットを得る
ことができる。本発明は更に、安全性の面でも先行技術
の装置に勝る。これは、（１）物質の移送が最小限であ
り、そのため酸化性大気条件への暴露も最小限に抑えら
れ、（２）前記粉末状粒子が凝集する可能性も最小限で
あり、且つ（３）水素ガスの損失も最小限に抑えられる
からである。これらの利点及び他の実際的利点は、添付
図面に基づく以下の非限定的具体例の説明で明らかにさ
れよう。
具体例 装置 第１図は本発明の水素化反応装置10を、内部が見える
ように部分的に切り取った斜視図で示している。この水
素化反応装置10は全体的に円筒形の中空容器12からな
り、極限の温度及び圧力に耐える材料で形成されてい
る。水素化反応容器12は通常は、鉄、鋼、ステンレス鋼
及び他の合金、並びにこれらの組合わせの中から選択し
た材料で形成する。好ましい具体例の１つでは、容器12
をステンレス鋼で形成する。この材料は、装置10の通常
の作動に必要な温度及び圧力レベル（即ち、−50℃〜50
0℃の温度、及び約10-4トル以下〜約300psi以上の圧
力）に十分に耐えるからである。
ように部分的に切り取った斜視図で示している。この水
素化反応装置10は全体的に円筒形の中空容器12からな
り、極限の温度及び圧力に耐える材料で形成されてい
る。水素化反応容器12は通常は、鉄、鋼、ステンレス鋼
及び他の合金、並びにこれらの組合わせの中から選択し
た材料で形成する。好ましい具体例の１つでは、容器12
をステンレス鋼で形成する。この材料は、装置10の通常
の作動に必要な温度及び圧力レベル（即ち、−50℃〜50
0℃の温度、及び約10-4トル以下〜約300psi以上の圧
力）に十分に耐えるからである。
第１図から明らかなように、容器12は取外し可能な半
球形上方端部14と、全体的に円筒形の容器12と一体的に
形成された円錐形下方端部16とを含む。半球形端部14は
円筒形容器12と一体的に形成された円錐形端部16と反対
の側で円筒形容器12の先端に取外し可能な方法で取付け
られ、装置10の上方装入部として機能するように構成さ
れている。この半球形端部14は容器の材料と同様の材料
で形成され、更に、インゴット形態の水素貯蔵合金物質
の塊を装置10に装入するための装入ポート領域17及び装
入ポートハッチ18を有する。装入ポートハッチ18はフラ
ンジ20を備え、このフランジは空気及び蒸気の漏洩を完
全に防止できるように、例えばボルト21（又はヒンジ／
ラッチ機構）によって半球形端部14のフランジ22に固定
し得る。この密封は、フランジ20及び22の間に真空シー
ルガスケット23を配置すれば更に完全になる。
球形上方端部14と、全体的に円筒形の容器12と一体的に
形成された円錐形下方端部16とを含む。半球形端部14は
円筒形容器12と一体的に形成された円錐形端部16と反対
の側で円筒形容器12の先端に取外し可能な方法で取付け
られ、装置10の上方装入部として機能するように構成さ
れている。この半球形端部14は容器の材料と同様の材料
で形成され、更に、インゴット形態の水素貯蔵合金物質
の塊を装置10に装入するための装入ポート領域17及び装
入ポートハッチ18を有する。装入ポートハッチ18はフラ
ンジ20を備え、このフランジは空気及び蒸気の漏洩を完
全に防止できるように、例えばボルト21（又はヒンジ／
ラッチ機構）によって半球形端部14のフランジ22に固定
し得る。この密封は、フランジ20及び22の間に真空シー
ルガスケット23を配置すれば更に完全になる。
反応容器12はガスの導入及び排出を行うための複数の
バルブを含む。例えば、半球形端部14には更に、少なく
とも１つの反応ガス導入／排出バルブと、少なくとも１
つの圧力解放バルブとが具備される。好ましい具体例の
１つでは、半球形端部14が２つのバルブ24及び26を備え
る。バルブ24は反応ガス源（図示せず）に接続され、バ
ルブ26は好ましくは装入ハッチ18を貫通するように設け
られる。前記反応ガスは好ましくは水素ガス（H2）であ
る。尚、バルブ26は圧力解放に使用されるため、予め選
択された均一の圧力レベルが容器12の内部スペースに正
確に維持されるように、チェックバルブ手段を備える。
反応容器12はその側壁に形成された第３のバルブ27も有
する。このバルブは、（１）容器12の空の内部スペース
を大気圧より低い圧力まで排気処理し得るように、且つ
（２）離脱した水素ガスを容器12の内部から容器に排出
し得るように、真空ポンプ手段（図示せず）に接続され
る。このバルブは少なくとも直径２〜４インチの排出管
を受容できるようなものでなければならない。
バルブを含む。例えば、半球形端部14には更に、少なく
とも１つの反応ガス導入／排出バルブと、少なくとも１
つの圧力解放バルブとが具備される。好ましい具体例の
１つでは、半球形端部14が２つのバルブ24及び26を備え
る。バルブ24は反応ガス源（図示せず）に接続され、バ
ルブ26は好ましくは装入ハッチ18を貫通するように設け
られる。前記反応ガスは好ましくは水素ガス（H2）であ
る。尚、バルブ26は圧力解放に使用されるため、予め選
択された均一の圧力レベルが容器12の内部スペースに正
確に維持されるように、チェックバルブ手段を備える。
反応容器12はその側壁に形成された第３のバルブ27も有
する。このバルブは、（１）容器12の空の内部スペース
を大気圧より低い圧力まで排気処理し得るように、且つ
（２）離脱した水素ガスを容器12の内部から容器に排出
し得るように、真空ポンプ手段（図示せず）に接続され
る。このバルブは少なくとも直径２〜４インチの排出管
を受容できるようなものでなければならない。
半球形端部14は、空気及び蒸気が漏れないように該端
部と円筒形容器12との間を密封すべく、前記容器12に取
外し可能な方法で取付けられる。この半球形端部14は、
ボルト29によって円筒形容器12のフランジ30に気密的に
固定し得るフランジ28を含む。この気密状態では、これ
らのフランジの間に真空シール32を配置することによっ
て完全になる。半球形端部14は、水素貯蔵合金物質の塊
をより容易に装入できるように、取外し可能になってい
る。端部をこのように取外し可能にすると、前記容器内
へのアクセスも容易になり、従って該容器の定期的洗浄
及び保守を簡単に行うことができる。半球形端部14は更
に、これを貫通する少なくとも１つの気密的観察口19も
含み得る。これは、作動時にオペレータが容器12の内部
を視察できるようにするためである。
部と円筒形容器12との間を密封すべく、前記容器12に取
外し可能な方法で取付けられる。この半球形端部14は、
ボルト29によって円筒形容器12のフランジ30に気密的に
固定し得るフランジ28を含む。この気密状態では、これ
らのフランジの間に真空シール32を配置することによっ
て完全になる。半球形端部14は、水素貯蔵合金物質の塊
をより容易に装入できるように、取外し可能になってい
る。端部をこのように取外し可能にすると、前記容器内
へのアクセスも容易になり、従って該容器の定期的洗浄
及び保守を簡単に行うことができる。半球形端部14は更
に、これを貫通する少なくとも１つの気密的観察口19も
含み得る。これは、作動時にオペレータが容器12の内部
を視察できるようにするためである。
円錐形端部16は半球形端部14と反対の側で円筒形容器
12と一体的に形成されており、金属水素化物になる水素
貯蔵合金物質の粉末、即ち金属水素化物になる水素貯蔵
合金物質の塊の水素化−脱水素化サイクルの結果生じた
粉末を、容易に取出せるように構成されている。円錐形
端部16はこの円錐形部分の最も狭い部分を貫通する取出
しポート34を含む。即ち、ポート34は、粉末状になった
物質が前記円錐部分に集められ、該ポート34を介して容
易に取出されるように、円錐の頂点に形成される。ポー
ト34はまた、取外しでいる栓（図示せず）と、容器12の
内部スペースを周囲の環境に対して密封して空気及び蒸
気の漏洩を防止する密封手段36とを含む。好ましい具体
例の１つでは、この密封手段が空気圧真空バルブからな
る。このようにすれば、粉砕された金属水素化物水素貯
蔵合金物質を酸化条件に暴露せずに取出し領域80から取
出すことができる。
12と一体的に形成されており、金属水素化物になる水素
貯蔵合金物質の粉末、即ち金属水素化物になる水素貯蔵
合金物質の塊の水素化−脱水素化サイクルの結果生じた
粉末を、容易に取出せるように構成されている。円錐形
端部16はこの円錐形部分の最も狭い部分を貫通する取出
しポート34を含む。即ち、ポート34は、粉末状になった
物質が前記円錐部分に集められ、該ポート34を介して容
易に取出されるように、円錐の頂点に形成される。ポー
ト34はまた、取外しでいる栓（図示せず）と、容器12の
内部スペースを周囲の環境に対して密封して空気及び蒸
気の漏洩を防止する密封手段36とを含む。好ましい具体
例の１つでは、この密封手段が空気圧真空バルブからな
る。このようにすれば、粉砕された金属水素化物水素貯
蔵合金物質を酸化条件に暴露せずに取出し領域80から取
出すことができる。
装置10は更に、容器12を低温に維持するための手段
を、好ましくは前記容器12の周りにほぼ同心的に配置さ
れた状態で含む。この手段は好ましくは、第１図に示す
ような冷却ジャケット40からなり、容器12及び円錐形端
部16の外周に配置される。冷却ジャケット40は例えばバ
ッフルを含み得、水、アンモニア又は液体窒素のような
冷媒を前記容器の周りで循環させるように構成されてい
る。冷媒としては気体、例えば強制空冷用の空気又はフ
レオンを容器12の周りで循環させて使用することもでき
る。尚、こん冷却手段は（導管手段等により）容器12の
内径に沿って、又は空の内部スペース内に配置してもよ
い。冷却ジャケット40はまた、前記容器を周囲の温度か
ら更に絶縁すべく、間隙42を規定するように構成し得
る。好ましい具体例では、前記容器を必要に応じて加熱
できるように、冷却ジャケット40から冷媒を排出して別
の媒質、例えば高温の水又は油を充填することができる
ようにする。
を、好ましくは前記容器12の周りにほぼ同心的に配置さ
れた状態で含む。この手段は好ましくは、第１図に示す
ような冷却ジャケット40からなり、容器12及び円錐形端
部16の外周に配置される。冷却ジャケット40は例えばバ
ッフルを含み得、水、アンモニア又は液体窒素のような
冷媒を前記容器の周りで循環させるように構成されてい
る。冷媒としては気体、例えば強制空冷用の空気又はフ
レオンを容器12の周りで循環させて使用することもでき
る。尚、こん冷却手段は（導管手段等により）容器12の
内径に沿って、又は空の内部スペース内に配置してもよ
い。冷却ジャケット40はまた、前記容器を周囲の温度か
ら更に絶縁すべく、間隙42を規定するように構成し得
る。好ましい具体例では、前記容器を必要に応じて加熱
できるように、冷却ジャケット40から冷媒を排出して別
の媒質、例えば高温の水又は油を充填することができる
ようにする。
前記容器12又は前記冷却ジャケット40には前記反応容
器12を支持するための手段が取付けられる。第１図に示
すように、この支持手段はレッグ46、48及び50を含み、
これらのレッグは例えば溶接等の冶金技術によって前記
冷却ジャケット40に固定される。前記レッグは、粉砕さ
れた水素貯蔵合金物質の取出しを主に重力によって行う
べく、回収容器が取り出しポート34の下を楽に通れるよ
うに、地上から十分に高い位置で容器12を支持できるよ
うな長さにしなければならない。
器12を支持するための手段が取付けられる。第１図に示
すように、この支持手段はレッグ46、48及び50を含み、
これらのレッグは例えば溶接等の冶金技術によって前記
冷却ジャケット40に固定される。前記レッグは、粉砕さ
れた水素貯蔵合金物質の取出しを主に重力によって行う
べく、回収容器が取り出しポート34の下を楽に通れるよ
うに、地上から十分に高い位置で容器12を支持できるよ
うな長さにしなければならない。
水素化反応装置10の反応容器12は実質的に空の内部ス
ペースを有し、このスペースは反応ステージ60によって
２つの領域に分割されている。第１の領域は上方の粉砕
用領域66、第２の領域は下方の回収領域67である。下方
回収領域67は回収鉢62によって更に２つのゾーン、即ち
上方加熱ゾーン68及び下方取り出しゾーン80に分割され
ている。反応ステージ60は有孔支持体であり、好ましく
は厚手のワイヤメッシュスクリーン64からなる。この反
応ステージは、インゴット形態の水素貯蔵合金物質の塊
を粉砕用上方第１ゾーン66内で支持するように構成され
る。反応ステージ60は、あるいは、例えば予め選択した
好ましい大きさを持つ一連の相互接続されたセラミック
リングで形成してもよい。前記反応ステージの孔の大き
さは、該ステージが少なくとも約300ポンドの水素貯蔵
合金インゴットを支持し、しかも粒状物質がスクリーン
に付着又は蓄積することなく回収領域内に楽に落下でき
るように決定する。このスクリーンはまた、粉砕処理に
よって形成された粉末を、密度の比較的低い粉末層が得
られるような状態で回収領域内に落下させる。反応ステ
ージ60は更に、水素貯蔵合金物質が前記スクリーン上に
蓄積されないで適切な密度の層を構成できるようにする
機械的振動手段も具備し得る。
ペースを有し、このスペースは反応ステージ60によって
２つの領域に分割されている。第１の領域は上方の粉砕
用領域66、第２の領域は下方の回収領域67である。下方
回収領域67は回収鉢62によって更に２つのゾーン、即ち
上方加熱ゾーン68及び下方取り出しゾーン80に分割され
ている。反応ステージ60は有孔支持体であり、好ましく
は厚手のワイヤメッシュスクリーン64からなる。この反
応ステージは、インゴット形態の水素貯蔵合金物質の塊
を粉砕用上方第１ゾーン66内で支持するように構成され
る。反応ステージ60は、あるいは、例えば予め選択した
好ましい大きさを持つ一連の相互接続されたセラミック
リングで形成してもよい。前記反応ステージの孔の大き
さは、該ステージが少なくとも約300ポンドの水素貯蔵
合金インゴットを支持し、しかも粒状物質がスクリーン
に付着又は蓄積することなく回収領域内に楽に落下でき
るように決定する。このスクリーンはまた、粉砕処理に
よって形成された粉末を、密度の比較的低い粉末層が得
られるような状態で回収領域内に落下させる。反応ステ
ージ60は更に、水素貯蔵合金物質が前記スクリーン上に
蓄積されないで適切な密度の層を構成できるようにする
機械的振動手段も具備し得る。
水素貯蔵合金物質の塊からなる金属合金インゴットは
粉砕領域66内のスクリーン64上に装入し、容器を排気処
理した後で、前記インゴットをH2ガスのような反応ガス
の流れに暴露する。水素貯蔵合金物質はこの反応ガスに
よって水素化物になり、その結果該合金物質の単位金属
原子当たりの比体積が変化する。特に、水素貯蔵合金が
H2ガスを吸着すると、該合金の金属格子が約20体積％ま
で膨張し、その結果合金が破砕される。合金物質のこの
ような破砕によって、前記合金物質の塊は約80〜100メ
ッシュサイズの粒子に細末化される。これらの粒子は前
記スクリーン64を通って加熱ゾーン68の回収鉢62内に回
収される。従って、スクリーンのメッシュサイズは、少
なくとも粉砕によって生じた粒子の大きさより大きくな
ければならない。
粉砕領域66内のスクリーン64上に装入し、容器を排気処
理した後で、前記インゴットをH2ガスのような反応ガス
の流れに暴露する。水素貯蔵合金物質はこの反応ガスに
よって水素化物になり、その結果該合金物質の単位金属
原子当たりの比体積が変化する。特に、水素貯蔵合金が
H2ガスを吸着すると、該合金の金属格子が約20体積％ま
で膨張し、その結果合金が破砕される。合金物質のこの
ような破砕によって、前記合金物質の塊は約80〜100メ
ッシュサイズの粒子に細末化される。これらの粒子は前
記スクリーン64を通って加熱ゾーン68の回収鉢62内に回
収される。従って、スクリーンのメッシュサイズは、少
なくとも粉砕によって生じた粒子の大きさより大きくな
ければならない。
円筒形容器12の壁と一体的に形成された加熱ゾーン48
には、少なくとも１つ、好ましくは３つの電気抵抗加熱
コイル70、72及び74が配置される。これらのコイルは熱
を放射して前記下方加熱ゾーン68に伝え、それによって
前記ゾーンを高温に維持する役割を果たす。これらのコ
イルは、伝導式、対流式、放射式又はこれらの組合わせ
であってもよい。電気抵抗加熱コイル70、72及び74の代
わりに別の熱源、例えば伝熱管、蒸気、循環油、マイク
ロ波エネルギ、流動床、輻射ヒータ、石英ヒータ及びこ
れらの組合わせを使用することもできる。あるいは（又
は加えて）、加熱した媒質を冷却ジャケット40内に導入
して循環させてもよい。加熱コイルは更に、回収領域68
内の粉砕された水素貯蔵合金物質の温度をモニターする
ための温度センサも含む。このセンサ（図示せず）は加
熱コイルをフィードバック制御して、500℃以下の温度
で最大限の加熱が行われるようにする。これは、温度が 500℃を越えると、電気化学電池の合金物質の性態に有
害な影響が生じ得るからである（勿論、この悪影響は種
々の変数、例えば特定合金組成、又は過剰温度への暴露
時間等に依存する）。
には、少なくとも１つ、好ましくは３つの電気抵抗加熱
コイル70、72及び74が配置される。これらのコイルは熱
を放射して前記下方加熱ゾーン68に伝え、それによって
前記ゾーンを高温に維持する役割を果たす。これらのコ
イルは、伝導式、対流式、放射式又はこれらの組合わせ
であってもよい。電気抵抗加熱コイル70、72及び74の代
わりに別の熱源、例えば伝熱管、蒸気、循環油、マイク
ロ波エネルギ、流動床、輻射ヒータ、石英ヒータ及びこ
れらの組合わせを使用することもできる。あるいは（又
は加えて）、加熱した媒質を冷却ジャケット40内に導入
して循環させてもよい。加熱コイルは更に、回収領域68
内の粉砕された水素貯蔵合金物質の温度をモニターする
ための温度センサも含む。このセンサ（図示せず）は加
熱コイルをフィードバック制御して、500℃以下の温度
で最大限の加熱が行われるようにする。これは、温度が 500℃を越えると、電気化学電池の合金物質の性態に有
害な影響が生じ得るからである（勿論、この悪影響は種
々の変数、例えば特定合金組成、又は過剰温度への暴露
時間等に依存する）。
回収鉢62は、その底部に設けられた回収鉢排出口76も
含む。第１図から明らかなように、回収鉢62は円錐代を
逆さにしたような形状を有し、回収鉢排出口76が最も狭
い部分、即ち底部に形成されている。回収鉢排出口76
は、粉砕された水素貯蔵合金物質を加熱ゾーン68内に集
めるために、トラップドア77で閉鎖し得る。トラップド
ア77は例えば絞り（iris）又は重なり（overlapping）
フラップのように作動し得る。好ましい具体例の１つで
は、トラップドア77が、排出口76から矢印Ａ方向に揺動
するように枢着された単一フラップからなる。回収鉢62
の役割は、回収された粉末状の水素貯蔵合金を加熱コイ
ル70、72、74の近傍に保持してこれらの物質を加熱せし
め、それによってこれらの物質から水素を放出させると
共に、加熱された粉末状物質を取出しゾーン80内の取出
しポート34から分離しておくことにある。この分離は、
加熱された粉末状水素貯蔵合金物質によって密封手段36
が破損し、その結果真空状態が破壊されるという事態を
回避するために必要なことである。
含む。第１図から明らかなように、回収鉢62は円錐代を
逆さにしたような形状を有し、回収鉢排出口76が最も狭
い部分、即ち底部に形成されている。回収鉢排出口76
は、粉砕された水素貯蔵合金物質を加熱ゾーン68内に集
めるために、トラップドア77で閉鎖し得る。トラップド
ア77は例えば絞り（iris）又は重なり（overlapping）
フラップのように作動し得る。好ましい具体例の１つで
は、トラップドア77が、排出口76から矢印Ａ方向に揺動
するように枢着された単一フラップからなる。回収鉢62
の役割は、回収された粉末状の水素貯蔵合金を加熱コイ
ル70、72、74の近傍に保持してこれらの物質を加熱せし
め、それによってこれらの物質から水素を放出させると
共に、加熱された粉末状物質を取出しゾーン80内の取出
しポート34から分離しておくことにある。この分離は、
加熱された粉末状水素貯蔵合金物質によって密封手段36
が破損し、その結果真空状態が破壊されるという事態を
回避するために必要なことである。
実際の操作では、粉砕された金属水素化物になる水素
貯蔵合金物質を加熱ゾーン68で放冷してからトラップド
ア77を開放して、前記物質を前記排出口76から取出しゾ
ーン80内に排出させる。第１図から明らかなように、ト
ラップドア77は矢印Ａに従って下方へ揺動するように構
成されており、そのため粉末が流出し易い。ここで留意
すべきこととして、取出しポート34はその下に配置され
た取出しドラム（図示せず）に真空接続できるように構
成してもよい。
貯蔵合金物質を加熱ゾーン68で放冷してからトラップド
ア77を開放して、前記物質を前記排出口76から取出しゾ
ーン80内に排出させる。第１図から明らかなように、ト
ラップドア77は矢印Ａに従って下方へ揺動するように構
成されており、そのため粉末が流出し易い。ここで留意
すべきこととして、取出しポート34はその下に配置され
た取出しドラム（図示せず）に真空接続できるように構
成してもよい。
第２図は、前記水素化反応器10を平面図で示してい
る。この図には特に、半球形上方端部14が取出しポート
117を開放した状態で示されている（即ち、第１図の取
出しハッチ18が除去されている）。取出しポートハッチ
181を固定するための下方フランジ122もはっきり見え
る。半球形上方端部14はボルト121によって装置110に固
定されている。この図では、中が見えるように部分的に
切り取った前記容器112の内部に、反応ステージ160のワ
イヤメッシュスクリーン162と、取出しポート134と、容
器112の内部の周縁に沿って均等な間隔で配置された電
気抵抗加熱コイル170、172及び174（コイル170及び172
は部分的に切り取られている）も見える。第２図には更
に、ガス導入ポート124、排出ポート127及び同心的に配
置された冷却ジャケット140も示されている。回収鉢排
出口176も取出しポート134のすぐ上に見える（トラップ
ドア177は開放位置にある）。
る。この図には特に、半球形上方端部14が取出しポート
117を開放した状態で示されている（即ち、第１図の取
出しハッチ18が除去されている）。取出しポートハッチ
181を固定するための下方フランジ122もはっきり見え
る。半球形上方端部14はボルト121によって装置110に固
定されている。この図では、中が見えるように部分的に
切り取った前記容器112の内部に、反応ステージ160のワ
イヤメッシュスクリーン162と、取出しポート134と、容
器112の内部の周縁に沿って均等な間隔で配置された電
気抵抗加熱コイル170、172及び174（コイル170及び172
は部分的に切り取られている）も見える。第２図には更
に、ガス導入ポート124、排出ポート127及び同心的に配
置された冷却ジャケット140も示されている。回収鉢排
出口176も取出しポート134のすぐ上に見える（トラップ
ドア177は開放位置にある）。
前記水素化反応装置の機能 第１図及び第２図に示した水素化反応装置は、実際の
操作では、金属水素化物になる水素貯蔵合金物質を、水
素化−脱水素化サイクルによって、大きなインゴット／
塊サイズから平均約80〜100標準U.S.メッシュサイズの
粒子に粉砕するために使用される。第１図の装入ポート
17を介して、前記塊状インゴットを約350ポンド分（各
インゴットの重量は約60〜80ポンド）だけ前記反応器内
に導入し、反応ステージ60のワイヤメッシュスクリーン
64上に配置する。装入ポートハッチ18を閉鎖し、空気及
び蒸気が漏れないように前記容器12の内部スペースを周
囲に対して密閉する。その後、第１図のバルブ27を介し
て前記容器12の内部スペースを排気処理し、圧力を約10
0ミクロン以下に下げる。次いで、容器12の内部をアル
ゴンで再パージし、再び100ミクロンまで排気処理し得
る。その後、バルブ24を介してH2ガス形態の水素を容器
12内に送給し、この容器の圧力を少なくとも約25psiに
する。このようにして導入された水素は金属合金インゴ
ットに吸収され、金属格子を前述のごとく20体積％膨張
させて該金属水素化物になる水素貯蔵合金物質インゴッ
トに亀裂を起こし、インゴット中の侵入サイトの一部を
占めて、該物質を粉砕し細末化する。実際、水素が容器
12内に導入されるとインゴットが音をたてて破砕され粉
末化されるのが観察される。導入された水素は塊状物質
インゴットを「破裂」させて、平均約80〜100メッシュ
サイズの粒子からなる「破砕（rubble）」の状態にす
る。好ましい環境の下では反応速度が制御され、完全な
水素化反応が数時間にわたって生起し得る。水素は前記
反応容器12内に少なくとも約３時間滞留させる。その
間、同心的に配置された冷却ジャケット40を介して冷媒
を循環させ、発熱性水素化反応の熱（H2１モル当たり約
10Kcal）を除去する。その後、例えば電気抵抗加熱コイ
ル70、72及び74によって金属水素化物粉末を加熱する。
この加熱によって、前記粉末状金属水素化物水素貯蔵合
金物質から水素が放出される。この加熱／放出プロセス
は最高500℃での温度で少なくとも約３時間生起させ
る。最初は放出水素が容器12の内部スペースに蓄積し、
このスペースの圧力が第１図の圧力解放バルブ26の圧力
レベルセッティングまで増加する。この圧力は好ましい
具体例では約35psigである。水素が放出され続けている
一方で、バルブ27とこれに取付けられた真空システム
（図示せず）とを介して、過剰水素を大気圧まで注意深
く解放し且つ容器12の内部スペースを前記真空システム
に連通させることにより、反応器の排気を行う。この排
気処理は、所望量の水素が排出されたことを示す予め選
択した温度及び圧力レベルが得られるまで続ける。その
後、粉末状になった金属水素化物物質を、アルゴン雰囲
気中で約50℃以下の温度まで約24時間にわたってその場
で放冷する。冷却時間は実質的に短縮し得る。
操作では、金属水素化物になる水素貯蔵合金物質を、水
素化−脱水素化サイクルによって、大きなインゴット／
塊サイズから平均約80〜100標準U.S.メッシュサイズの
粒子に粉砕するために使用される。第１図の装入ポート
17を介して、前記塊状インゴットを約350ポンド分（各
インゴットの重量は約60〜80ポンド）だけ前記反応器内
に導入し、反応ステージ60のワイヤメッシュスクリーン
64上に配置する。装入ポートハッチ18を閉鎖し、空気及
び蒸気が漏れないように前記容器12の内部スペースを周
囲に対して密閉する。その後、第１図のバルブ27を介し
て前記容器12の内部スペースを排気処理し、圧力を約10
0ミクロン以下に下げる。次いで、容器12の内部をアル
ゴンで再パージし、再び100ミクロンまで排気処理し得
る。その後、バルブ24を介してH2ガス形態の水素を容器
12内に送給し、この容器の圧力を少なくとも約25psiに
する。このようにして導入された水素は金属合金インゴ
ットに吸収され、金属格子を前述のごとく20体積％膨張
させて該金属水素化物になる水素貯蔵合金物質インゴッ
トに亀裂を起こし、インゴット中の侵入サイトの一部を
占めて、該物質を粉砕し細末化する。実際、水素が容器
12内に導入されるとインゴットが音をたてて破砕され粉
末化されるのが観察される。導入された水素は塊状物質
インゴットを「破裂」させて、平均約80〜100メッシュ
サイズの粒子からなる「破砕（rubble）」の状態にす
る。好ましい環境の下では反応速度が制御され、完全な
水素化反応が数時間にわたって生起し得る。水素は前記
反応容器12内に少なくとも約３時間滞留させる。その
間、同心的に配置された冷却ジャケット40を介して冷媒
を循環させ、発熱性水素化反応の熱（H2１モル当たり約
10Kcal）を除去する。その後、例えば電気抵抗加熱コイ
ル70、72及び74によって金属水素化物粉末を加熱する。
この加熱によって、前記粉末状金属水素化物水素貯蔵合
金物質から水素が放出される。この加熱／放出プロセス
は最高500℃での温度で少なくとも約３時間生起させ
る。最初は放出水素が容器12の内部スペースに蓄積し、
このスペースの圧力が第１図の圧力解放バルブ26の圧力
レベルセッティングまで増加する。この圧力は好ましい
具体例では約35psigである。水素が放出され続けている
一方で、バルブ27とこれに取付けられた真空システム
（図示せず）とを介して、過剰水素を大気圧まで注意深
く解放し且つ容器12の内部スペースを前記真空システム
に連通させることにより、反応器の排気を行う。この排
気処理は、所望量の水素が排出されたことを示す予め選
択した温度及び圧力レベルが得られるまで続ける。その
後、粉末状になった金属水素化物物質を、アルゴン雰囲
気中で約50℃以下の温度まで約24時間にわたってその場
で放冷する。冷却時間は実質的に短縮し得る。
あとは、このようにして得た粒状（約80〜100メッシ
ュ）の金属水素化物になる水素貯蔵物質を、金属水素化
物になる水素貯蔵電気化学電池の負極物質として使用で
きるように成形すればよい。本発明の水素化反応器を用
いると、先行技術の装置と比べて下記のような利点が得
られる： （１）粉砕に使用される水素の殆ど全部が回収可能であ
り再使用できるため、水素化−脱水素化サイクルに必要
な水素の経費が節減される。
ュ）の金属水素化物になる水素貯蔵物質を、金属水素化
物になる水素貯蔵電気化学電池の負極物質として使用で
きるように成形すればよい。本発明の水素化反応器を用
いると、先行技術の装置と比べて下記のような利点が得
られる： （１）粉砕に使用される水素の殆ど全部が回収可能であ
り再使用できるため、水素化−脱水素化サイクルに必要
な水素の経費が節減される。
（２）金属水素化物を迅速に且つ効果的に均一の使用可
能な大きさに粉砕する、これまでにない極めて効果的な
粉砕システムが実現された。
能な大きさに粉砕する、これまでにない極めて効果的な
粉砕システムが実現された。
（３）操作が本質的にオペレータを必要としない（装入
及び取り出しは例外）。
及び取り出しは例外）。
（４）反応器が、（ａ）大量の物質の装入及び取出しを
容易に行うことができ且つ（ｂ）装置及び操作に最小限
の床面積しか必要としないようなタイプであるため、全
体的に使用が簡単である。
容易に行うことができ且つ（ｂ）装置及び操作に最小限
の床面積しか必要としないようなタイプであるため、全
体的に使用が簡単である。
（５）反応ステージの付加によって、反応ガスに対する
物質インゴットの暴露が均等に行われ、均一な粒度が得
られる。
物質インゴットの暴露が均等に行われ、均一な粒度が得
られる。
（６）安全性が先行技術の装置に比べて遥かに高い。本
発明の装置は２つ以上を直列に配置して使用してもよ
く、その場合は脱水素化プロセス中に第１の装置から放
出される水素を水素化のために直接第２の装置に送り、
第２のバッチの金属水素化物になる水素貯蔵合金物質の
水素化−脱水素化サイクルによる粉砕を行うようにす
る。
発明の装置は２つ以上を直列に配置して使用してもよ
く、その場合は脱水素化プロセス中に第１の装置から放
出される水素を水素化のために直接第２の装置に送り、
第２のバッチの金属水素化物になる水素貯蔵合金物質の
水素化−脱水素化サイクルによる粉砕を行うようにす
る。
実施例 ここで、第3A図〜第3G図を参照しながら、１バッチの
水素貯蔵合金物質を本発明の水素化反応器で処理する方
法の非限定的実施例を説明する。
水素貯蔵合金物質を本発明の水素化反応器で処理する方
法の非限定的実施例を説明する。
公称組成（原子％）V22Ti16Zr16Ni39Cr7を有する塊状
インゴット300形態の水素貯蔵合金物質約350ポンドを、
第3A図に示すように反応装置310の反応ステージ360上に
装入した。第3A図では、インゴットを装入し易いよう
に、第１図の球形端部14が除去されている。インゴット
は第１図の装入ポート17を介して導入してもよい。水素
貯蔵合金物質の塊状インゴットの重量は通常１個当たり
約70ポンド以下である。これは、インゴット中に自然に
生じる残留応力によって、インゴットが初期の合金メル
トからの冷却中に破砕されるからである。ここで留意す
べきこととして、任意の大きさの水素貯蔵合金物質イン
ゴットが小さい「清潔」な面を１つでも有する限り（こ
の場合の「清潔」な面とは、室温及び常圧下で前記水素
貯蔵合金上に形成される安定性のより低い面のことであ
る。これは、初期メルト操作中に高温で生じるより安定
した高密度酸化物とは反対である）、該インゴットの水
素化は水素の導入と同時に開始される。水素化を確実に
開始させるためには、例えばハンマ及びのみを用いてイ
ンゴットを少なくとも約1/4インチ削り取ることによ
り、水素をインゴット構造中に浸透させるための初期浸
透点を形成する。
インゴット300形態の水素貯蔵合金物質約350ポンドを、
第3A図に示すように反応装置310の反応ステージ360上に
装入した。第3A図では、インゴットを装入し易いよう
に、第１図の球形端部14が除去されている。インゴット
は第１図の装入ポート17を介して導入してもよい。水素
貯蔵合金物質の塊状インゴットの重量は通常１個当たり
約70ポンド以下である。これは、インゴット中に自然に
生じる残留応力によって、インゴットが初期の合金メル
トからの冷却中に破砕されるからである。ここで留意す
べきこととして、任意の大きさの水素貯蔵合金物質イン
ゴットが小さい「清潔」な面を１つでも有する限り（こ
の場合の「清潔」な面とは、室温及び常圧下で前記水素
貯蔵合金上に形成される安定性のより低い面のことであ
る。これは、初期メルト操作中に高温で生じるより安定
した高密度酸化物とは反対である）、該インゴットの水
素化は水素の導入と同時に開始される。水素化を確実に
開始させるためには、例えばハンマ及びのみを用いてイ
ンゴットを少なくとも約1/4インチ削り取ることによ
り、水素をインゴット構造中に浸透させるための初期浸
透点を形成する。
水素貯蔵合金物質300を反応装置310内に装入したら、
第3B図に示すように、半球形端部314（又は装入ポート3
18）を定位置に戻し固定して、空気、水、蒸気が漏れな
いように前記容器の内部スペースを周囲の環境に対して
密封した。その後、反応装置310の内部スペースを、バ
ルブ327に接続された真空システム（図示せず）によっ
て約500ミリトルまで排気処理した。次いで、バルブ324
を介してアルゴン源（図示せず）から容器の内部スペー
スにアルゴンを導入し、反応装置をパージした。この処
理を少なくとも２回繰り返した。
第3B図に示すように、半球形端部314（又は装入ポート3
18）を定位置に戻し固定して、空気、水、蒸気が漏れな
いように前記容器の内部スペースを周囲の環境に対して
密封した。その後、反応装置310の内部スペースを、バ
ルブ327に接続された真空システム（図示せず）によっ
て約500ミリトルまで排気処理した。次いで、バルブ324
を介してアルゴン源（図示せず）から容器の内部スペー
スにアルゴンを導入し、反応装置をパージした。この処
理を少なくとも２回繰り返した。
その後、第3C図に示すように、バルブ324を介して水
素ガスのような水素反応ガス源（純度99.99％）を反応
装置310の内部スペースに導入し、このスペースの圧力
を約25psigに調整した。興味深いことに、水素化による
粉砕は補助手段なしで即刻開始された。この粉砕プロセ
スによって水素貯蔵合金物質インゴット300はフレーク3
30a状に粉砕され、これらのフレークはスクリーン360を
介して粉砕領域366から回収領域368に落下し、回収鉢36
2内に集められた。水素化の度合いは、使用された水素
の量をモニターすることによって初期リザーバ内の既知
の量から算出できる。水素を前記容器の内部スペースに
導入する一方で、同心的に配置された冷却ジャケット34
0に水のような冷媒を通して循環させた。この冷却ジャ
ケット340によって反応装置の内部スペースは約100℃に
維持され、その結果発熱性水素化反応によって生じる過
剰な熱（H2ガス１モル当たり約10Kcal）が除去された。
冷却ジャケット340は装置310の機能全体を通して重要な
役割を果たすことに留意されたい。というのも、同じ水
素化反応を冷却効果なしで生起させると粉末の温度が50
0℃を越え、この過剰な温度によって処理時間が長引
き、水素吸収速度が低下するからである。
素ガスのような水素反応ガス源（純度99.99％）を反応
装置310の内部スペースに導入し、このスペースの圧力
を約25psigに調整した。興味深いことに、水素化による
粉砕は補助手段なしで即刻開始された。この粉砕プロセ
スによって水素貯蔵合金物質インゴット300はフレーク3
30a状に粉砕され、これらのフレークはスクリーン360を
介して粉砕領域366から回収領域368に落下し、回収鉢36
2内に集められた。水素化の度合いは、使用された水素
の量をモニターすることによって初期リザーバ内の既知
の量から算出できる。水素を前記容器の内部スペースに
導入する一方で、同心的に配置された冷却ジャケット34
0に水のような冷媒を通して循環させた。この冷却ジャ
ケット340によって反応装置の内部スペースは約100℃に
維持され、その結果発熱性水素化反応によって生じる過
剰な熱（H2ガス１モル当たり約10Kcal）が除去された。
冷却ジャケット340は装置310の機能全体を通して重要な
役割を果たすことに留意されたい。というのも、同じ水
素化反応を冷却効果なしで生起させると粉末の温度が50
0℃を越え、この過剰な温度によって処理時間が長引
き、水素吸収速度が低下するからである。
冷却によって反応がより速い速度で生起したため、水
素貯蔵合金物質の塊からなるインゴットの粉砕が、数値
では表せないが事実上明らかに促進された。この水素化
反応は水素化物質が熱を生じなくなったら、即ちこの物
質がほぼ室温まで冷却された時に完了したと見なされて
いた。その所要時間は例えば16時間である。しかしなが
ら、この粉砕反応はそれより遥かに早く完了したと見な
された。これは水素吸収速度に基づいて判断することが
でき、その結果、実際の処理時間は遥かに短縮されて、
恐らくは４時間以下になり得る。計算によれば、水素貯
蔵合金物質によって吸収された水素は約1.2重量％であ
った。水素化は、粉砕された物質300が第3D図に示すよ
うに総て粉砕領域368の回収鉢362内に回収された時に完
了するが、反応ステージ360上に幾らかの物質が残留す
ることもある。
素貯蔵合金物質の塊からなるインゴットの粉砕が、数値
では表せないが事実上明らかに促進された。この水素化
反応は水素化物質が熱を生じなくなったら、即ちこの物
質がほぼ室温まで冷却された時に完了したと見なされて
いた。その所要時間は例えば16時間である。しかしなが
ら、この粉砕反応はそれより遥かに早く完了したと見な
された。これは水素吸収速度に基づいて判断することが
でき、その結果、実際の処理時間は遥かに短縮されて、
恐らくは４時間以下になり得る。計算によれば、水素貯
蔵合金物質によって吸収された水素は約1.2重量％であ
った。水素化は、粉砕された物質300が第3D図に示すよ
うに総て粉砕領域368の回収鉢362内に回収された時に完
了するが、反応ステージ360上に幾らかの物質が残留す
ることもある。
水素化プロセスの終了後は、水素貯蔵合金物質から水
素を脱離即ち放出させるという必要な処理を行った。こ
の水素除去操作は、第3E図に示すように、バルブ327を
介して装置310の内部から過剰な水素を排出し且つバル
ブ324を介して導入したアルゴンでバージを行うことか
ら始めた。冷却効果を停止すべく、冷却ジャケット340
内の冷却媒質を排出した。
素を脱離即ち放出させるという必要な処理を行った。こ
の水素除去操作は、第3E図に示すように、バルブ327を
介して装置310の内部から過剰な水素を排出し且つバル
ブ324を介して導入したアルゴンでバージを行うことか
ら始めた。冷却効果を停止すべく、冷却ジャケット340
内の冷却媒質を排出した。
加熱コイル370、372及び374に接続した温度センサ
は、水素排出後に物質の温度が真空下で約０℃まで急速
に降下したことを示す。その後、第3E図に示すように、
加熱を開始して水素を金属水素化物水素貯蔵物質から放
出させ、反応装置310内に蓄積させた。水素は、圧力が
約35psigの圧力解放バルブセッティング値に到達するま
で蓄積させた。次いで、粉末温度が約380〜500℃になる
まで、前記解放バルブ326を介して圧力解放を続けた。
粉末温度は、水素貯蔵合金粉末が電気抵抗加熱コイル37
0、372及び374にどのくらい近いかによって異なる。粉
砕された水素貯蔵合金物質300aから水素をほぼ完全に放
出させるのに必要な時間は約８〜10時間である。このよ
うにして放出した水素は回収し、加圧し、貯蔵して、次
のサイクルで再使用し得る。
は、水素排出後に物質の温度が真空下で約０℃まで急速
に降下したことを示す。その後、第3E図に示すように、
加熱を開始して水素を金属水素化物水素貯蔵物質から放
出させ、反応装置310内に蓄積させた。水素は、圧力が
約35psigの圧力解放バルブセッティング値に到達するま
で蓄積させた。次いで、粉末温度が約380〜500℃になる
まで、前記解放バルブ326を介して圧力解放を続けた。
粉末温度は、水素貯蔵合金粉末が電気抵抗加熱コイル37
0、372及び374にどのくらい近いかによって異なる。粉
砕された水素貯蔵合金物質300aから水素をほぼ完全に放
出させるのに必要な時間は約８〜10時間である。このよ
うにして放出した水素は回収し、加圧し、貯蔵して、次
のサイクルで再使用し得る。
次いで（８〜10時間後）、第3F図に示すように、バル
ブ327を介して容器を先ず約１〜10トルの圧力まで排気
処理し、更に約４時間後に約400ミリトルで排気した。
この時点では既に十分な量の水素が除去されていた。圧
力が約25psiになるまでバルブ324を介してアルゴンガス
を再充填した。その後、同心的に配置された冷却ジャケ
ットに冷却水をゆっくり再導入した。反応器は通常一晩
放冷する、即ち室温で16時間放置するのがよい。但し、
冷却を約３時間行うと温度は約200℃に下がった。この
冷却は、例えば冷却コイル又は循環ガスを付加して熱の
伝達及び輻射を向上させることにより促進し得る。
ブ327を介して容器を先ず約１〜10トルの圧力まで排気
処理し、更に約４時間後に約400ミリトルで排気した。
この時点では既に十分な量の水素が除去されていた。圧
力が約25psiになるまでバルブ324を介してアルゴンガス
を再充填した。その後、同心的に配置された冷却ジャケ
ットに冷却水をゆっくり再導入した。反応器は通常一晩
放冷する、即ち室温で16時間放置するのがよい。但し、
冷却を約３時間行うと温度は約200℃に下がった。この
冷却は、例えば冷却コイル又は循環ガスを付加して熱の
伝達及び輻射を向上させることにより促進し得る。
粉砕された金属水素化物になる水素貯蔵合金物質を冷
却した後、この物質を大気への暴露を最小限に抑えるべ
く注意して反応容器から取出した。この取出し操作の実
施にあたって、先ず第3G図に示すように、取出しポート
334を反応容器の下に作動的に配置された貯蔵ドラム390
に接続した。その後、下方取出しポート334を開放し、
回収領域368の底部に設けられた回収鉢排出口376のトラ
ップドア377も開放して、粉末を下方取出しボートから
貯蔵ドラム内に自由に落下させた。ここで重要なことと
して、内部スペースの底部と下方取出しポートとの間に
は、約1/8インチより大きい物質が通過しないように、
スクリーン379を配置し得る。このスクリーンは、水素
貯蔵合金物質の望ましくない大き過ぎる粒子が次の処理
ステップに送られないように、その通過を阻止する。こ
れらの大きい粒子は勿論、第２の又は次の水素化−脱水
素化サイクルで粉砕し得る。実際には、このような大き
い粒子の量は余り多くない。前記水素貯蔵合金物質の取
出し中はアルゴンガスでのパージを維持して、空気及び
他の望ましくない汚染物質が粉砕水素貯蔵物質中に侵入
するのを最小限に抑えた。このステップは、安全性及び
物質の性能という観点から重要なものである。尚、反応
装置310は、その下を前記回収ドラム390が通過できるよ
うに、レッグ346、348及び350によって十分に高い位置
に支持する。
却した後、この物質を大気への暴露を最小限に抑えるべ
く注意して反応容器から取出した。この取出し操作の実
施にあたって、先ず第3G図に示すように、取出しポート
334を反応容器の下に作動的に配置された貯蔵ドラム390
に接続した。その後、下方取出しポート334を開放し、
回収領域368の底部に設けられた回収鉢排出口376のトラ
ップドア377も開放して、粉末を下方取出しボートから
貯蔵ドラム内に自由に落下させた。ここで重要なことと
して、内部スペースの底部と下方取出しポートとの間に
は、約1/8インチより大きい物質が通過しないように、
スクリーン379を配置し得る。このスクリーンは、水素
貯蔵合金物質の望ましくない大き過ぎる粒子が次の処理
ステップに送られないように、その通過を阻止する。こ
れらの大きい粒子は勿論、第２の又は次の水素化−脱水
素化サイクルで粉砕し得る。実際には、このような大き
い粒子の量は余り多くない。前記水素貯蔵合金物質の取
出し中はアルゴンガスでのパージを維持して、空気及び
他の望ましくない汚染物質が粉砕水素貯蔵物質中に侵入
するのを最小限に抑えた。このステップは、安全性及び
物質の性能という観点から重要なものである。尚、反応
装置310は、その下を前記回収ドラム390が通過できるよ
うに、レッグ346、348及び350によって十分に高い位置
に支持する。
分析の結果、このようにして粉砕した物質は下記の粒
度で水素を0.015重量％含んでいた： 1/4インチ以上 3.9％ 1/4インチ以下、1/8インチ以上 3.7％ 1/8インチ以下、60メッシュ以上 19.6％ 60メッシュ以下、100メッシュ以上 14.3％ 100メッシュ以下、170メッシュ以上 37.5％ 275メッシュ以下、325メッシュ以上 15.5％ 325メッシュ以下、400メッシュ以上 4.3％ 400メッシュ以下 1.2％ 以上、本発明の好ましい具体例及び実施態様を説明し
てきたが、本発明はこれには限定されず、請求の範囲に
よって規定される保護範囲内で様々な変形が可能である
と理解されたい。
度で水素を0.015重量％含んでいた： 1/4インチ以上 3.9％ 1/4インチ以下、1/8インチ以上 3.7％ 1/8インチ以下、60メッシュ以上 19.6％ 60メッシュ以下、100メッシュ以上 14.3％ 100メッシュ以下、170メッシュ以上 37.5％ 275メッシュ以下、325メッシュ以上 15.5％ 325メッシュ以下、400メッシュ以上 4.3％ 400メッシュ以下 1.2％ 以上、本発明の好ましい具体例及び実施態様を説明し
てきたが、本発明はこれには限定されず、請求の範囲に
よって規定される保護範囲内で様々な変形が可能である
と理解されたい。
第１図は本発明の水素化反応器の部分的断面図を含む斜
視図、第２図は水素化反応器の内部スペースが見えるよ
うに装入ポート手段を除去した本発明の水素化反応器の
平面図、第3A図、第3B図、第3C図、第3D図、第3E図、第
3F図及び第3G図は本発明の水素化反応器の機能を示すた
めの一連の簡略説明図である。 10,310……反応装置、60,360……反応ステージ、70,72,
74,370,372,374……加熱コイル、300……水素貯蔵合金
物質。
視図、第２図は水素化反応器の内部スペースが見えるよ
うに装入ポート手段を除去した本発明の水素化反応器の
平面図、第3A図、第3B図、第3C図、第3D図、第3E図、第
3F図及び第3G図は本発明の水素化反応器の機能を示すた
めの一連の簡略説明図である。 10,310……反応装置、60,360……反応ステージ、70,72,
74,370,372,374……加熱コイル、300……水素貯蔵合金
物質。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステイーブン・ピー・サムナー アメリカ合衆国、ミシガン・48093、ウ オーレン、ペンブルク・30256 (72)発明者 ジヨージフ・ラロツカ アメリカ合衆国、ミシガン・48093、ウ オーレン、シヨーエンヘール・31674 (56)参考文献 特開 昭63−121606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−264868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63304（ＪＰ，Ａ) 米国特許3135599（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22F 9/04 C01B 3/00
Claims (19)
- 【請求項１】以下から成る、金属水素化物水素吸蔵合金
物質を粉砕する装置。 （ａ）実質的に空の内部スペースを有し、前記内部スペ
ースが少なくとも２つの領域、すなわち粉砕用第１領域
と回収用第２領域とに分割されている反応器本体。 （ｂ）前記空の内部スペースに反応ガスを導入する少な
くとも一つのガス導入ポート。 （ｃ）前記空の内部スペースから反応ガスを排出するガ
ス排出ポート。 （ｄ）前記第１領域と第２領域との間に配置された反応
ステージ。前記反応ステージは、第１領域内において塊
状の前記水素吸蔵合金物質を、該塊状物質の反応ガスに
対する暴露面積が最大になるよう支持し、かつ、粉砕さ
れた水素吸蔵合金物質を均一、低密度の粉末層の形態で
前記第２領域に回収せしめ、その排出を容易にさせるよ
う構成されている。 （ｅ）前記粉砕された水素吸蔵合金物質の粉末層形態を
所望温度に加熱するため、前記反応ステージの下方、前
記第２領域内において、少なくとも上下の方向に分布を
もって配設された加熱手段。 （ｆ）前記粉末層形態の堆積に従って、前記粉砕された
水素吸蔵合金物質が、前記少なくとも上下の方向に分布
をもって配設された加熱手段を包囲し、これと接触して
いくよう前記加熱手段の下方に配置された粉砕物保持手
段。 （ｇ）前記内部スペースを冷却する冷却手段。 （ｈ）水素吸蔵合金物質を本装置内に搬入する手段及び
排出する手段。 - 【請求項２】前記粉砕物保持手段が、前記回収用第２領
域を加熱ゾーンと取り出しゾーンとに分割する回収鉢で
ある、請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】前記反応器本体が、300psi以下の内圧に耐
え、かつ、少なくとも１×10-4トルの圧力の真空状態を
維持し得、なおかつ、−50℃〜500℃の温度に耐えるよ
う構成されている、請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】前記冷却手段が、前記反応器本体周囲に冷
媒を循環させるよう、前記反応器本体と同軸状にその周
囲に配置された冷却ジャケットである、請求項１に記載
の装置。 - 【請求項５】前記冷却ジャケットが、前記反応器本体の
外周部に配置され、前記冷媒を排出して断熱壁とするこ
ともできる、請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】前記冷却ジャケットが、前記反応器本体の
周囲において加熱媒体を循環させることもできるよう成
されている、請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】前記冷媒が、水、フレオン、アンモニア、
強制空冷用液体窒素及びこれらの組み合わせから主とし
てなるグループより選択される、請求項４に記載の装
置。 - 【請求項８】さらに、少なくとも１つの可調整圧力解放
バルブを有する、請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】前記ガス導入ポートが、前記反応器本体内
を均一圧力にするよう構成された制御手段を有する、請
求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】前記加熱手段が、放射方式、伝導方式及
び対流方式の加熱手段から成るグループより選択され
る、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１１】前記加熱手段が、伝熱管、石英ヒータ、
電気抵抗コイル及びこれらの組み合わせから成るグルー
プより選択される、請求項10に記載の装置。 - 【請求項１２】前記加熱手段が、少なくとも１つの電気
抵抗加熱コイルからなる、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１３】前記反応ステージが、前記粉砕用第１領
域において前記水素吸蔵合金物質を支持する、剛性、広
面積メッシュのワイヤスクリーンからなる、請求項１に
記載の装置。 - 【請求項１４】前記ワイヤスクリーンがさらに、粉末化
した水素吸蔵合金物質が該スクリーン上に蓄積すること
を防止する振動手段を有している、請求項13に記載の装
置。 - 【請求項１５】前記装置がさらに、反応ガスを再利用す
る手段を有している、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１６】前記加熱手段が、各々が、前記回収用第
２領域において上下方向に所定間隔で隣り合わせに配設
された複数の電気抵抗コイルである、請求項１に記載の
装置。 - 【請求項１７】前記回収鉢が逆円錐状のものである、請
求項２に記載の装置。 - 【請求項１８】前記回収鉢が、その最下部に開閉自在の
排出ドアを備えている、請求項２に記載の装置。 - 【請求項１９】前記粉砕された水素吸蔵合金物質の粉末
層形態の良好な温度制御のため、前記冷却ジャケット
が、前記粉砕物保持手段の周囲においても前記冷媒を循
環させるよう、前記粉砕物保持手段と同軸状にその周囲
においてさらに配設されている、請求項４に記載の装
置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/247,569 US4893756A (en) | 1988-09-22 | 1988-09-22 | Hydride reactor apparatus for hydrogen comminution of metal hydride hydrogen storage material |
| CA000613209A CA1332271C (en) | 1988-09-22 | 1989-09-26 | Hydride reactor apparatus for hydrogen comminution of metal hydride hydrogen storage material |
| US247569 | 1999-02-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02120201A JPH02120201A (ja) | 1990-05-08 |
| JP2941860B2 true JP2941860B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=25673094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24783889A Expired - Lifetime JP2941860B2 (ja) | 1988-09-22 | 1989-09-22 | 金属水素化物になる水素貯蔵物質を粉砕するための装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4893756A (ja) |
| EP (2) | EP0360203B1 (ja) |
| JP (1) | JP2941860B2 (ja) |
| CA (1) | CA1332271C (ja) |
| DE (1) | DE68909876T2 (ja) |
| NO (1) | NO175839C (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4893756A (en) * | 1988-09-22 | 1990-01-16 | Energy Conversion Devices, Inc. | Hydride reactor apparatus for hydrogen comminution of metal hydride hydrogen storage material |
| GB9102767D0 (en) * | 1991-02-09 | 1991-03-27 | Tioxide Group Services Ltd | Destruction process |
| EP0530659B1 (en) * | 1991-08-29 | 1997-11-05 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing a hydrogen storage alloy electrode |
| US5354040A (en) * | 1991-11-28 | 1994-10-11 | Mitsubishi Materials Corporation | Apparatus for closed cycle hydrogenation recovery and rehydrogenation |
| US5421523A (en) * | 1992-12-21 | 1995-06-06 | Mcmahon; David J. | Physio-chemical communication with expansive solidifiers |
| DE4439782B4 (de) * | 1993-11-05 | 2005-07-28 | Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi | Behälter, der mit einer Anzahl von Pulvern von wasserstoffabsorbierenden Legierungen gepackt ist, und Formkörper |
| JP3499924B2 (ja) * | 1994-07-22 | 2004-02-23 | 三洋電機株式会社 | 金属−水素化物アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極 |
| KR100312699B1 (ko) * | 1994-12-28 | 2002-06-29 | 김순택 | 수소흡장합금및그제조방법 |
| US5630933A (en) * | 1995-07-14 | 1997-05-20 | Lucent Technologies Inc. | Processes involving metal hydrides |
| JP3016064B2 (ja) * | 1995-09-27 | 2000-03-06 | 古河電池株式会社 | 電池用水素吸蔵合金粉末の製造方法 |
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