JP3868162B2 - 水素吸蔵間接熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、間接熱交換器と水素吸蔵合金粉末とを内蔵する水素吸蔵間接熱交換器のケ−スに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人らの出願になる特開平１１−３０３９７号公報は、密閉ケ−スに水素吸蔵合金粉末と間接熱交換器とを格納してなり、水素吸蔵合金粉末の水素吸蔵放出作用を利用して水素ガスを貯蔵する水素吸蔵間接熱交換器を開示している。
【０００３】
この水素吸蔵間接熱交換器では、密閉ケ−スは、間接熱交換器が略角形であるために一定肉厚で略角形断面を有する角形筒部の開口を蓋板で閉鎖した構造を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の角形筒部の開口を蓋板で閉鎖する構造の密閉ケ−スでは、水素吸蔵時における水素吸蔵合金粉末の膨張による内圧増大に耐えるために厚肉に形成する必要があり、重量が大きくなり、車両用などの用途に採用する場合の問題となっていた。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、容積を確保しつつ重量低減が可能な水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スを提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スは、ダイキャストや押し出し成形などで各部が一体に形成された角形筒部と、角形筒部の開口を閉鎖する蓋板とを有し、応力集中箇所である角形筒部の角部および各辺の中央部を他の部位よりも内側へ膨設して他の部位よりも厚肉に形成するので、従来技術のように全体を厚肉化することなく、内圧増大に耐えるケースを提供でき、ケ−ス容積を確保しつつケ−スを軽量化することができる。
【０００９】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スにおいて更に、水素吸蔵間接熱交換器を、角形筒部の各辺の中央部に面する部位に位置して凹設するので、水素吸蔵間接熱交換器を小型化することなく請求項１記載の構成を採用することができる。
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スにおいて更に、角形筒部の各辺の中央部は、辺の中央から遠ざかるに従い徐々に薄肉となる形状を有するので、一層の軽量化をはかることができる。
【００１０】
【発明が実施しようとする態様】
本発明の好適な実施態様を以下の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
【実施例】
この実施例の水素吸蔵間接熱交換器の一例を図面を参照して以下に説明する。図１はこの水素吸蔵間接熱交換器の前後方向模式縦断面図を示し、図２は水素吸蔵間接熱交換器の熱交換ユニットの部分斜視図を示し、図３はこの水素吸蔵間接熱交換器の左右方向縦断面図を示し、図４はこの水素吸蔵間接熱交換器のコモンヘッダ近傍の水平断面平面図を示す。
【００１２】
この水素吸蔵間接熱交換器は、熱交換ユニット１ａをもつ間接熱交換器１と、密閉ケ−ス１０と、密閉ケ−ス１０に充填された図示しない水素吸蔵合金粉末（固気反応粉末）とからなる。
【００１３】
間接熱交換器１は、扁平チュ−ブ２、コルゲ−トフィン３、管状ヘッダ４、上流側熱交換セット５、下流側熱交換セット６、コモンヘッダ７、気体輸送チュ−ブ８を有し、上流側熱交換セット５及び下流側熱交換セット６は熱交換ユニット１ａを構成している。
【００１４】
扁平チュ−ブ２は、多数の小流路２０が左右方向へ一列に並んだ状態でそれぞれ独立に形成されて前後方向へ延設され、その上面、下面にコルゲ−トフィン３がろう付けされている。コルゲ−トフィン３は、それぞれ前後方向および上下方向に延設される多数のフィンをもち、各フィンには水素横流用のル−バが切開されている。
【００１５】
上流側熱交換セット５および下流側熱交換セット６は、図３に示すように、それぞれ６個の扁平チュ−ブ２と８個のコルゲ−トフィン３とを高さ方向に交互に並べてなり、下流側熱交換セット６は図３において、上流側熱交換セット５の左に所定間隙を介して同じ向きに配設されている。コルゲ−トフィン３のうち、最上段および最下段のコルゲ−トフィン３０は中間段のコルゲ−トフィン３１よりも上下幅が半分となっている。
【００１６】
管状ヘッダ４は、各扁平チュ−ブ２の後端に隣接しつつその幅方向（左右方向）へ延設されて両熱交換セット５、６の等高位置の一対の扁平チュ−ブ２の後端同士を接続する。したがって、管状ヘッダ４は合計６本設けられ、各管状ヘッダ４間には、所定間隔の隙間ｓが確保されている。なお、図２では、扁平チューブ２及びコルゲートフィン３の中間段を一部図示省略している。
【００１７】
更に詳しく説明すると、図２に示すように、管状ヘッダ４の周壁部には上流側熱交換セット５の扁平チュ−ブ２が挿入される開口４１と、下流側熱交換セット６の扁平チュ−ブ２が挿入され、ろう付けされる開口４２とが設けられており、管状ヘッダ４の両端は図示しないプラグで封栓されている。
【００１８】
密閉ケ−ス１０は、Ａ７Ｎ０１などのアルミ合金押し出し成形により形成された略角筒状の角形筒部１１と、その後端にたとえばＴＩＧ溶接されて角形筒部１１の後端開口を閉鎖する蓋板１２と、角形筒部１１の前端に溶接されて角形筒部１１の前端開口を閉鎖する蓋板１３とを有している。
【００１９】
図３に示すように、角形筒部１１の厚さは周壁部各部で異なっている。すなわち、上下左右断面において、その４つの角部１１ａの外縁（外周縁）１１１ａおよび内縁（内周縁）１１１ｂは所定曲率で湾曲形成されて、湾曲角部となっている。更に、角部１１ａにおける外縁（外周縁）１１１ａと内縁（内周縁）１１１ｂとの間の肉厚は、角形筒部１１の各辺１１ｂの最小肉厚より厚く形成されるとともに、角部１１ａの周方向中央で最大とされ、この周方向中央から両側の略平板状の辺に近づくに従い徐々に薄肉となっている。また、角形筒部１１の４つの辺１１ｂも、各辺の周方向中央で最も厚くなっており、両側の角部１１ａに近づくにつれて薄肉となっている。このようにすれば、角部１１ａの重量当たりの耐圧性能を向上できることがわかった。
【００２０】
すなわち、内圧増大により各辺１１ｂは、各角部１１ａを節として各辺１１ｂの中央が最も外部に膨れる。このとき、各辺１１ｂの中央は周方向に最も大きな引っ張りストレスが加えられ、各角部１１ａには最も大きな圧縮ストレスが加えられる。したがって、これら各角部１１ａおよび各辺１１ｂの中央部のみを選択的に厚肉化することにより、角形筒部１１の重量増加に比較してその耐圧を格段に増大することができる。
【００２１】
上述した角形筒部１１の周壁部各部の最適な肉厚分布のシミュレ−ション結果を、図５を参照して更に説明する。
【００２２】
図５の断面形状を採用すれば、素材をＡ７Ｎ０１−Ｔ５とした場合にガス圧１０ｋｇｆ／ｃｍ²時の密閉ケース１０に発生する最大応力値は９．２１ｋｇｆ／ｍｍ²となるのに対して、一定厚の角形筒部で構成した場合には１４．００ｋｇｆ／ｍｍ²となる。したがって、図５のモデルによれば、肉厚一定の一定断面形状に比較して耐圧性能が３０％程度向上している。なお、両モデルの内部容積は等しいとした。
【００２３】
コモンヘッダ７は、蓋板１３を覆うように蓋板１３の全周に溶接された浅底角形缶からなり、アルミダイキャストにより形成されている。コモンヘッダ７は、図４に示すように、左右方向中央部に仕切り壁部７０を有し、仕切り壁部７０はコモンヘッダ７と蓋板１３とで区画形成される密閉空間を左右に２分割して、本発明でいう上流側コモンヘッダ７１をなす密閉空間と、下流側コモンヘッダ７２をなす密閉空間とを創成している。
【００２４】
気体輸送チュ−ブ８は、セラミック焼結により形成された多孔性セラミックフィルタチュ−ブであり、図示しない外部の水素パイプに接続されている。９は、蓋板１２の内表面に溶接された管状ヘッダ４を上下に挟持する挟持板部である。
【００２５】
この装置の組み立て工程を以下に説明する。
【００２６】
予め扁平チュ−ブ２貫通用の孔を有する蓋板１３とコモンヘッダ７と角形筒部１１とを溶接して角形缶体を形成し、この角形缶体に熱交換ユニット１ａを格納し、扁平チュ−ブ２の先端を蓋板１３の上記扁平チュ−ブ２貫通用の孔に挿通する。
【００２７】
次に、管状ヘッダ４間の隙間から、そして管状ヘッダ４と角形筒部１１の周壁部との間の隙間からコルゲ−トフィン３のフィン間に水素吸蔵合金粉末を落下させ、充填する。
【００２８】
その後、蓋板１２を角形筒部１１にＴＩＧ溶接して密閉ケ−ス１０を形成する。
【００２９】
なお、コモンヘッダ７内の上流側コモンヘッダ７１および下流側コモンヘッダ７２は図示しないパイプを通じて液体熱媒配管にそれぞれ個別に接続されている。
【００３０】
次に、動作を説明する。
【００３１】
気体輸送チュ−ブ８を通じて水素ガスが密閉ケ−ス１０内に輸送されると、水素ガスは水素吸蔵合金粉末により吸収され、水素吸蔵合金粉末が発熱し、その熱はコルゲ−トフィン３および扁平チュ−ブ２を通じて扁平チュ−ブ２内の熱媒に伝達される。熱媒は上流側コモンヘッダ７１から上流側熱交換セット５の扁平チュ−ブ２、管状ヘッダ４、下流側熱交換セット６の扁平チュ−ブ２、下流側コモンヘッダ７２を通じて外部に熱を輸送する。
【００３２】
気体輸送チュ−ブ８を通じて水素ガスが密閉ケ−ス１０外に輸送されると、水素吸蔵合金粉末は水素ガスを放出し、水素吸蔵合金粉末が吸熱し、その冷熱はコルゲ−トフィン３および扁平チュ−ブ２を通じて扁平チュ−ブ２内の熱媒に伝達される。なお、密閉ケ−ス１０は運転時において数気圧の内圧を有するが、密閉ケ−ス１０の耐圧は安全率を見込んでその数倍に設定される。
【００３３】
（実施例効果）
上記構成によれば、図３に示すように角形筒部１１の左右上下方向断面において、コルゲ−トフィン３のうち、最上段および最下段のコルゲ−トフィン３０は中間段のコルゲ−トフィン３１よりも、左右幅が狭く形成されているので、角形筒部１１の角部（湾曲角部ともいう）を所定曲率で略１／４円形に湾曲させることができ、これにより、角形筒部１１の湾曲角部やそれ以外の平板部の肉厚を増加することなく、角形筒部１１の耐圧を向上させることができる。
【００３４】
（変形態様）
上記実施例では、密閉ケ−ス１０にはアルミ合金を採用したが、ステンレスなどを採用してもよい。また、角形筒部１１は押し出し成形を採用したが、ダイキャストなどで作製してもよい。
【００３６】
更に、上記実施例では、上記肉厚の局部的な増大を断面レンズ状に行ったが、厚さを２段階あるいは多段階に変化させてもよい。特に、図３におけける角型筒部１１の水平方向に延在する周壁部分はコルゲートフィン３に対面することになるので、その肉厚を段階変化させたほうが、コルゲートフィン３の先端を角型筒部１１の水平方向に延在する周壁部分に当接乃至近接させる場合において、コルゲートフィン３のフィン長を細かく調整する手間が要らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるこの水素吸蔵間接熱交換器の前後方向模式縦断面図である。
【図２】図１の熱交換ユニットの部分斜視図である。
【図３】図１における水素吸蔵間接熱交換器の左右方向縦断面図である。
【図４】図１におけるコモンヘッダ近傍の水平断面平面図である。
【図５】実施例１における密閉ケ−スの一部拡大垂直断面図である。
【符号の説明】
１は間接熱交換器、１ａは熱交換ユニット、２は扁平チュ−ブ、３はコルゲ−トフィン、４は管状ヘッダ、５は上流側熱交換セット、６は下流側熱交換セット、７はコモンヘッダ、８は気体輸送チュ−ブ、９は挟持板部、１１は角形筒部１１、１２は蓋板、１３は蓋板

Claims (3)

1. フィン付きの熱媒配管を有して全体形状が略直方体に形成された水素吸蔵間接熱交換器を水素吸蔵合金粉末とともに収容する略角形の水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スにおいて、
   角形筒部と、前記角形筒部の開口を閉鎖する蓋板とを有し、
   前記角形筒部の角部及び各辺の中央部は他の部位よりも内側に膨設されて前記他の部位よりも厚肉に形成されていることを特徴とする水素吸蔵間接熱交換器用ケ−ス。
2. 請求項１記載の水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スにおいて、
   前記水素吸蔵間接熱交換器は、前記角形筒部の各辺の中央部に面する部位に位置して凹設されていることを特徴とする水素吸蔵間接熱交換器。
3. 請求項１記載の水素吸蔵間接熱交換器用ケ−スにおいて、
   前記角形筒部の各辺の中央部は、前記辺の中央から遠ざかるに従い徐々に薄肉化されることを特徴とする水素吸蔵間接熱交換器用ケ−ス。

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