JP5637429B2 - Titanium hydrogen storage container - Google Patents
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Description
本発明は、水素吸蔵合金などの水素吸蔵材を収容して容器外部との間で水素の吸蔵、放出を行うチタン製水素吸蔵材容器に関する。 The present invention relates to a titanium hydrogen storage material container that stores a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy and stores and releases hydrogen from the outside of the container.
水素吸蔵合金を収容して水素を吸放出させる容器の材質には、種々の材料が使用されているが、最近では、軽量高強度なチタン材料の使用が検討されている。
一般に、チタン材料は、高温時に水素を結晶格子内に吸収し、水素化物を形成して脆化するという水素脆化の問題がある。このため、チタン材料の水素脆化を防ぐ方法として、チタンの表面に窒化物層などの水素の侵入を防ぐ層を形成する方法が考案されている(例えば特許文献1〜3参照)。
一方、常温などの比較的低い温度では、チタンに対する水素脆化の問題は生じにくいものとされており、したがって、常温などの比較的低い温度で水素を吸放出する水素吸蔵合金を収容する容器では、窒化層などを形成することなくそのまま、または必要に応じて上記層を形成することで、水素脆化を招くことなくチタン材料を用いた容器の実用化が可能であると考えられる。
Various materials are used for the material of the container that contains the hydrogen storage alloy and absorbs and releases hydrogen. Recently, the use of a lightweight and high-strength titanium material has been studied.
In general, a titanium material has a problem of hydrogen embrittlement in which hydrogen is absorbed in a crystal lattice at a high temperature to form a hydride and embrittle. For this reason, as a method of preventing hydrogen embrittlement of the titanium material, a method of forming a layer that prevents entry of hydrogen such as a nitride layer on the surface of titanium has been devised (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
On the other hand, at a relatively low temperature such as room temperature, the problem of hydrogen embrittlement to titanium is unlikely to occur. Therefore, in a container containing a hydrogen storage alloy that absorbs and releases hydrogen at a relatively low temperature such as room temperature It is considered that a container using a titanium material can be put into practical use without forming a nitride layer or the like as it is or by forming the above layer as necessary without causing hydrogen embrittlement.
しかし、本発明者らの研究によれば、水素吸蔵合金をチタン合金製容器に充填し、室温で水素吸放出を行ったにも拘わらず、経時的にチタン合金製容器の水素脆化が進行することが分かった。
この水素脆化現象は、室温のような比較的低い温度で進行したため、先行文献が対象としているような高温における水素ガスとチタン合金の反応とは異なる現象であると考えられる。すなわち、単なる水素ガスとの接触によって水素脆化が発生するのではなく、水素吸蔵合金の介在により、水素脆化速度が非常に大きくなったものと考えられる。また、本発明者らの研究によれば、チタン合金製容器の内面に窒化物層などの水素の侵入を防ぐ層を形成して室温で水素の吸放出を行っても、上記と同様に容器に水素脆化が生じることが分かった。
However, according to the study by the present inventors, hydrogen embrittlement of the titanium alloy container progressed over time despite filling the titanium alloy container into the titanium alloy container and performing hydrogen absorption / release at room temperature. I found out that
Since this hydrogen embrittlement phenomenon progressed at a relatively low temperature such as room temperature, it is considered that this reaction is different from the reaction between hydrogen gas and titanium alloy at a high temperature, which is the subject of the prior art. That is, hydrogen embrittlement is not caused by contact with simple hydrogen gas, but the hydrogen embrittlement rate is considered to be very large due to the interposition of the hydrogen storage alloy. Further, according to the study by the present inventors, even when a layer for preventing hydrogen intrusion such as a nitride layer is formed on the inner surface of a titanium alloy container and hydrogen is absorbed and released at room temperature, the container is similar to the above. It was found that hydrogen embrittlement occurred.
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、水素吸蔵合金などの水素吸蔵材を収容するチタン製容器において、水素の吸放出に伴う水素脆化を防止することができるチタン製水素吸蔵材容器を提供することを目的とする。 The present invention was made against the background of the above circumstances, and in a titanium container containing a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy, a titanium hydrogen storage capable of preventing hydrogen embrittlement associated with hydrogen absorption / release. An object is to provide a material container.
本発明者らは、鋭意研究した結果、上記現象の原因としては、水素吸蔵合金が水素分子を水素原子に解離する触媒として効果的に働いて、室温においてもチタン材料中に水素が侵入しやすくなり、チタン材料の水素脆化に至ったと想定されること、また、水素の侵入を防ぐ層を形成しても水素脆化を防止できないのは、該層に水素が侵入して固相拡散し、さらに該層と容器との界面を介してさらに水素が固相拡散することで容器への水素の侵入を助長し、よって容器の水素脆化を招いたと想定されることから、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of diligent research, the present inventors have found that the above phenomenon is caused by the fact that the hydrogen storage alloy works effectively as a catalyst for dissociating hydrogen molecules into hydrogen atoms, and hydrogen easily enters the titanium material even at room temperature. It is assumed that the titanium material has reached hydrogen embrittlement, and that hydrogen embrittlement cannot be prevented even if a layer that prevents hydrogen intrusion is formed. Further, it is assumed that hydrogen is further solid-phase diffused through the interface between the layer and the container to promote the penetration of hydrogen into the container, and thus the hydrogen embrittlement of the container is caused. It has come to be completed.
すなわち、本発明のチタン製水素吸蔵材容器のうち、第1の本発明は、水素吸蔵材を収容し、容器本体の外周面を通して熱交換されるチタン製水素吸蔵材容器において、チタン製容器本体と、該チタン製容器本体の内周側にあって該チタン製容器本体と面接合されることなく該チタン製容器本体と前記水素吸蔵材との間に介在して該水素吸蔵材と前記チタン製容器本体との接触を妨げる隔離板とを有し、前記隔離板は、チタン製容器本体の内周面に沿って内周側を囲み、かつ少なくとも周方向両端部を互いに固定することなく重ねて配置された側壁板と、底板とを有し、前記隔離板の前記側壁板は、水素を吸蔵して膨張した前記水素吸蔵材によって拡径動作が生じ、外周側の前記チタン製容器本体内面に効果的に面接触するように配置されていることを特徴とする。 That is, among the titanium hydrogen storage material containers of the present invention, the first present invention is a titanium hydrogen storage material container that contains a hydrogen storage material and is heat-exchanged through the outer peripheral surface of the container body. And interposing between the titanium container body and the hydrogen storage material on the inner peripheral side of the titanium container body without being surface-bonded to the titanium container body, and the hydrogen storage material and the titanium. A separator that prevents contact with the container main body, the separator surrounding the inner peripheral side along the inner peripheral surface of the titanium container main body, and overlapping at least both ends in the circumferential direction without fixing each other. The side wall plate of the separator plate has a diameter expanding operation caused by the hydrogen storage material expanded by storing hydrogen, and the inner surface of the titanium container main body on the outer peripheral side. effectively disposed so as to surface contact with the And wherein the Rukoto.
本発明によれば、チタン製容器本体と水素吸蔵材とが隔離板で接触が妨げられる。しかも、隔離板とチタン製容器本体とは面接合されていないため、隔離板とチタン製容器本体の界面において隔離板を侵入した水素が固相拡散によってさらにチタン製容器本体に侵入することはない。また、隔離板を透過した水素原子が隔離板端面に至って雰囲気に触れる際に再結合して水素分子に戻りやすくなり、原子状の状態でチタン製容器本体に水素が接触する回避でき、水素脆化が一層起こりにくくなる。 According to the present invention, contact between the titanium container body and the hydrogen storage material is prevented by the separator. Moreover, since the separator and the titanium container main body are not surface-bonded, hydrogen that has entered the separator at the interface between the separator and the titanium container main body does not further enter the titanium container main body by solid phase diffusion. . In addition, when hydrogen atoms that have passed through the separator reach the end face of the separator and come into contact with the atmosphere, they recombine and easily return to hydrogen molecules, avoiding contact of hydrogen with the titanium container body in an atomic state, and hydrogen embrittlement. Is less likely to occur.
これにより水素がチタン製容器本体に侵入するのを妨げることができる。特に強制加熱や強制冷却を伴わない常温のような雰囲気で水素の吸放出を行わせる場合には、確実にチタン製容器本体に水素が侵入するのを防止することができる。
なお、隔離板は、隔離板内部の水素ガスが浸透してチタン製容器本体内面側に移動しないようにしてもよいが、本発明としては水素ガスが浸透してチタン製容器本体内面側に移動することを回避することが必須とされるものではない。特に常温のように比較的低い温度(例えば50℃以下)で水素の吸放出を行う場合には、水素ガスとチタン製容器本体との接触は大きな問題にならない。ただし、高温で水素ガスを扱う場合には、水素ガスとチタン製容器本体とが接触しないように、隔離板で密閉構造を確保し、この密閉構造内に水素ガスが留まるようにするのが望ましい。
This can prevent hydrogen from entering the titanium container body. In particular, when hydrogen is absorbed and released in an atmosphere such as normal temperature without forced heating or forced cooling, it is possible to reliably prevent hydrogen from entering the titanium container body.
The separator plate may be prevented from penetrating the hydrogen gas inside the separator plate and moving to the inner side of the titanium container body. However, in the present invention, the hydrogen gas penetrates and moves to the inner side of the titanium vessel body. It is not essential to avoid doing so. In particular, when hydrogen is absorbed and released at a relatively low temperature (for example, 50 ° C. or less) such as normal temperature, the contact between the hydrogen gas and the titanium container body does not pose a serious problem. However, when handling hydrogen gas at high temperatures, it is desirable to secure a sealed structure with a separator so that the hydrogen gas does not come into contact with the titanium container body so that the hydrogen gas stays in this sealed structure. .
なお、隔離板は、容器の側壁および底面において水素吸蔵材とチタン製容器本体との接触を妨げることが必要となるので、チタン製容器本体の内面形状に沿った有底の筒形状とするものが望ましい。さらに、必要に応じて天板を備えることで、水素吸蔵材とチタン製容器本体との接触を確実に妨げることができる。
また、上記有底筒形状は、チタン製容器本体の内周面に沿って内周側を囲み、かつ少なくとも周方向両端部を互いに固定することなく重ねて配置された側壁板と、底板とを有するものによって構成するものである。
該側壁板は、水素を吸蔵して膨張した水素吸蔵材によって拡径動作が生じ、外周側のチタン製容器本体内面に効果的に面接触するようにすれば、チタン製容器本体外周面を通して熱交換を行う際に、熱伝導効率を高める効果がある。この際にも、側壁板とチタン製容器本体とは面接合されているものではないので、両者の境界を通して水素が固相拡散することは殆どない。ただし、本発明としては隔離板の形状が特定のものに限定されるものではなく、水素吸蔵材とチタン製容器本体との接触を妨げるものであればよい。
In addition, since it is necessary to prevent the contact between the hydrogen storage material and the titanium container body on the side wall and bottom surface of the container, the separator plate has a bottomed cylindrical shape along the inner surface shape of the titanium container body. Is desirable. Furthermore, by providing a top plate as necessary, the contact between the hydrogen storage material and the titanium container body can be reliably prevented.
The bottomed cylindrical shape includes a side wall plate that surrounds the inner peripheral side along the inner peripheral surface of the titanium container main body, and that is disposed so as to overlap at least both ends in the circumferential direction, and a bottom plate. It is constituted by what it has .
If the side wall plate is expanded in diameter by the hydrogen occlusion material expanded by occlusion of hydrogen and effectively makes surface contact with the inner surface of the titanium container main body on the outer peripheral side, the side wall plate is heated through the outer peripheral surface of the titanium container main body. When exchanging, there is an effect of increasing the heat conduction efficiency. Also in this case, since the side wall plate and the titanium container body are not surface-bonded, hydrogen hardly diffuses through the solid phase through the boundary between the two. However, in the present invention, the shape of the separator is not limited to a specific one, and any shape that prevents the contact between the hydrogen storage material and the titanium container body may be used.
さらに、本発明の隔離板の材質、厚さなどは特に限定されるものではない。材質としては、水素原子の透過が妨げられる密な材料が望ましく、さらには軽量で加工・変形性の優れた熱伝導が良好な純アルミニウムまたはアルミニウム合金を好適に用いることができる。隔離板の厚さとしては0.05〜1mmの範囲を好適なものとして示すことができる。あまりに薄いと水素の透過がしやすく、チタン製容器本体に対する水素侵入の防止効果が小さくなるとともに、水素吸放出サイクルに伴って破損しやすくなる。また、厚さが厚くなると、内容積に占める隔離板の体積比が大きくなるため、水素貯蔵量が低下してしまう。 Furthermore, the material, thickness, etc. of the separator of the present invention are not particularly limited. As the material, a dense material that prevents the permeation of hydrogen atoms is desirable, and pure aluminum or an aluminum alloy that is light in weight and excellent in processing / deformability and excellent in heat conduction can be suitably used. As the thickness of the separator, a range of 0.05 to 1 mm can be shown as suitable. If it is too thin, hydrogen permeates easily, the effect of preventing hydrogen intrusion into the titanium container main body is reduced, and breakage tends to occur with the hydrogen absorption / release cycle. Moreover, since the volume ratio of the separator occupying the internal volume increases as the thickness increases, the hydrogen storage amount decreases.
前記水素吸蔵材は、代表的には水素吸蔵合金粉末が挙げられる。ただし、本発明としては水素吸蔵材の種別が限定されるものではなく、塊状物、粉粒物などの状態も限定されるものではない。ただし、本発明の効果は粉粒物において特に顕著であるといえる。
水素吸蔵合金としては、AB5型(LaNi5など)、AB2型(TiCr2など)、BCC型(TiCrVなど)、AB型(TiFeなど)、A2B型(Mg2Niなど)などが想定されるが、可逆的に水素を吸放出できる合金であれば、これらに限定しない。
水素貯蔵密度をできるだけ高くするため、吸蔵合金粉末の体積充填率は40%以上であるのが望ましい。ただし、粉末のままでは充填率45%程度が限界であるため、特許4145339号や特許4180105号に挙げるような樹脂複合化技術と組み合わせるのがより望ましい。
The hydrogen storage material typically includes a hydrogen storage alloy powder. However, in the present invention, the type of the hydrogen storage material is not limited, and the state of a lump, a powder or the like is not limited. However, it can be said that the effect of the present invention is particularly remarkable in the granular material.
Examples of the hydrogen storage alloy include AB 5 type (LaNi 5 etc.), AB 2 type (TiCr 2 etc.), BCC type (TiCrV etc.), AB type (TiFe etc.), A 2 B type (Mg 2 Ni etc.) and the like. Assuming that the alloy can reversibly absorb and release hydrogen, it is not limited to these.
In order to make the hydrogen storage density as high as possible, the volume filling rate of the storage alloy powder is desirably 40% or more. However, since the filling rate of about 45% is the limit if it is in powder form, it is more desirable to combine it with a resin compounding technique as described in Japanese Patent Nos. 4145339 and 4180105.
また、チタン製容器本体の形状、材質も本発明としては特定のものに限定されるものではなく、気密にして水素吸蔵材を収容できるものであればよい。例えば、円筒形、球形、箱型などが挙げられるが、形状を問うものではない。また、チタン材料としては、Ti−3Al−2.5V、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Snのようなα+β合金、Ti−5Al−2.5Snのようなα合金、Ti−6Al−1Mo−1Vのようなニアα合金、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−8Mo−8V−2Fe−3Alのようなβ合金、あるいは純チタンやTi−0.5Pbのような耐食合金が例として挙げられる。 Further, the shape and material of the titanium container main body are not limited to specific ones in the present invention, and any material can be used as long as it is airtight and can accommodate the hydrogen storage material. For example, a cylindrical shape, a spherical shape, a box shape and the like can be mentioned, but the shape is not questioned. Moreover, as titanium material, α + β alloy such as Ti-3Al-2.5V, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, α alloy such as Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al Examples include near α alloys such as -1Mo-1V, β alloys such as Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, or corrosion resistant alloys such as pure titanium and Ti-0.5Pb. As mentioned.
以上のように、本発明では、水素吸蔵材とチタン製容器本体との接触を妨げる隔離板を水素吸蔵材と該容器本体の間に介在させ、かつチタン製容器本体と隔離板とを面接合させていないため、水素吸蔵材の触媒効果によって発生した水素原子が隔離板に侵入して固相拡散し、さらに該容器本体表面に達して内部に侵入することを妨げ、結果としてチタン製容器本体の水素脆化を抑制する。 As described above, in the present invention, the separator that prevents contact between the hydrogen storage material and the titanium container main body is interposed between the hydrogen storage material and the container main body, and the titanium container main body and the separator are surface-bonded. Therefore, the hydrogen atoms generated by the catalytic effect of the hydrogen storage material enter the separator and diffuse in the solid phase, and further reach the surface of the container body and prevent it from entering the interior, resulting in a titanium container body. Suppresses hydrogen embrittlement.
以下に、本発明の一実施形態を図1に基づいて説明する。
純チタンまたはチタン合金製のチタン製容器本体1は、有底円筒形状を有しており、軸方向一端側は開口している。
該チタン製容器本体1に収納するべく用意される側壁板用の隔離板2は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、0.05〜1mmの範囲内の板厚を有している。該隔離板2は、チタン製容器本体1の軸方向長さとほぼ同じ幅を有し、筒状に丸めてチタン製容器本体1の筒内面に重ねて収納した際に、周方向の両端部が重なる長さ(重ねしろ)を有している。重ねしろ量は適宜設定することができ、該重ねしろでは互いに接合することは行わないのが望ましい。
また、隔離板2の一端側に配置される底板用の隔離板3は、前記隔離板2と同材料からなり、0.05〜1mmの範囲内の板厚を有している。また、隔離板3は、前記隔離板2をチタン製容器本体1に丸めて収納した際に、その内周面にほぼ重なるように立設した低い高さの周囲壁30を有しており、該隔離板3を周囲壁30を介して隔離板2に内挿することで水素吸蔵合金の収容が可能になる。なお、隔離板2は、チタン製容器本体1の形状に合わせて一枚板を切断したり折り曲げたりしてチタン製容器本体1内に収納するようにしてもよい。
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.
The titanium container body 1 made of pure titanium or titanium alloy has a bottomed cylindrical shape, and is open at one end in the axial direction.
The side
Moreover, the
図1に示すように、上記隔離板3と隔離板2とは組み合わされて、チタン製容器本体1内に収納される。筒状とされた隔離板2は、チタン製容器本体1の内周面にほぼ密着する。また、隔離板2の拡径しようとするばね作用によってチタン製容器本体1に収納した後に隔離板2の外周面がチタン製容器本体1の内周面に確実に密着するようにしてもよい。
チタン製容器本体1に収納された筒状の隔離板2内には水素吸蔵合金粉末5が充填される。隔離板2の底部側には隔離板3が位置しており、隔離板2、3によって、水素吸蔵合金粉末5とチタン製容器本体1との接触は確実に妨げられる。この際に水素吸蔵合金粉末5は、チタン製容器本体1内の空隙に対し、好適には40%以上の充填率(体積%)で充填する。
As shown in FIG. 1, the
A
上記チタン製容器本体1は、水素吸蔵合金粉末5を充填した後、開口を塞ぐように、水素導通口60を設けた薄板状の内蓋6を被せ、さらに、内蓋6を覆ってチタン製容器本体1を密閉するカップ形状の外蓋7をチタン製容器本体1に接合する。内蓋6は、好ましくは、水素脆化が生じにくい材料で構成する。外蓋7はチタン材料で構成することができ、該外蓋7には、前記水素導通口60に連通する水素配管70が設けられている。該水素配管70を通して外部とチタン製容器本体1との間で水素の移動が可能になっている。上記構成によって本発明のチタン製水素吸蔵材容器が構成されている。
The titanium container body 1 is filled with the hydrogen
上記チタン製水素吸蔵材容器では、例えば、高圧の水素ガスを水素配管70を通してチタン製容器本体1内に導入し、水素吸蔵合金粉末5に水素を吸蔵させる。この吸蔵によって水素吸蔵合金粉末5は膨張し、隔離板2を拡径する作用が働き、隔離板2とチタン製容器本体1との面接触がより緊密になる。
その後は、チタン製容器本体1の外周面を通した常温の雰囲気や海水などの接触によって水素吸蔵合金粉末5からの水素放出が可能になる。
上記水素の吸放出の際に、水素は隔離板2、3へと侵入するものの、隔離板2、3からチタン製容器本体1への固相拡散はなく、チタン製容器本体1への水素の侵入が抑制され、よって水素脆化を防ぐことができる。
In the titanium hydrogen storage material container, for example, high-pressure hydrogen gas is introduced into the titanium container body 1 through the
Thereafter, hydrogen can be released from the hydrogen-absorbing
At the time of the absorption and release of hydrogen, hydrogen enters the
また、隔離板2は、上記のように板材の切断、丸め、折り曲げ等の他に、一体成形によって、図3に示すように有底筒形状の隔離板10としてもよい。該隔離板10は、図3(a)に示すように、筒状の側壁部11と該側壁部11と一体になった底部12とを有している。隔離板10は、深絞り等の加工によって一体に成形される。
該隔離板10は、チタン製容器本体1に収納した際に、該チタン製容器本体1と側壁部11の外周面とがほぼ接触するように外径が設定されている。図3(b)に示すように、チタン製容器本体1に隔離板10を収納した後、上記のように、水素吸蔵合金粉末を収容し、中蓋、外蓋などを用いてチタン製容器本体1を密閉し、水素の吸放出を行う。
該隔離板10を用いたチタン製水素吸蔵材容器においても、上記実施形態と同様に、チタン製容器本体の水素脆化が防止され、軽量な容器として使用することができる。
Further, the
When the
Also in the titanium hydrogen storage material container using the
なお、上記実施形態は、本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しないものであれば、その形態を特に限定するものではない。 In addition, the said embodiment is only an example of this invention and will not specifically limit the form, if it does not deviate from the meaning of this invention.
以下に、本発明の実施例を説明する。
チタン製容器本体として、Ti−6Al−4V製の有底円筒容器(外径34mm、肉厚2mm、長さ80mm)を用意した。次に、厚さ0.2mmのアルミニウム製薄板を用いて、図1、2に示すものと同様に、隔離板として該円筒容器内部に合う形状の側壁板、底板、および蓋板を作製した。側壁板は、薄板を適したサイズに切断し、これを円筒状に曲げ、周方向の両端部を重ね合わせることで作製した。底板および蓋板は深絞り加工によりカップ形状に作製し、蓋板には水素導通孔を設けた。
次に、作製した側壁板および底板を前記円筒容器内部に挿入し、AB5型水素吸蔵合金粉末を内容積比で55体積%の充填率で充填した。その後、蓋板を被せ、水素導入管を有するチタン製の外蓋を被せて密閉した。
さらに、上記チタン製容器本体の歪みを測定するため、該容器本体外周面に、円筒容器の中心軸に対して0°、90°、180°、270°の角度となる4箇所に歪みゲージを貼り付けた。
Examples of the present invention will be described below.
A bottomed cylindrical container (outer diameter 34 mm,
Next, the produced side wall plate and bottom plate were inserted into the cylindrical container, and AB type 5 hydrogen storage alloy powder was filled at a filling rate of 55% by volume in terms of the internal volume ratio. Thereafter, a lid plate was put on, and an outer lid made of titanium having a hydrogen introduction tube was put on and sealed.
Further, in order to measure the strain of the titanium container body, strain gauges are provided on the outer peripheral surface of the container body at four locations at angles of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° with respect to the central axis of the cylindrical container. Pasted.
上記水素吸蔵材容器において、水素の吸放出を繰り返し、そのときの容器本体変形量を前記歪みゲージにより計測した。具体的な水素の吸放出の条件は以下のとおりである。まず、80℃で該容器を真空引きした後、20℃以下で0.99MPaの水素を導入して活性化を行った。活性化後、20℃の水槽で0.99MPa水素吸収⇔大気圧水素放出のサイクル試験を行った。 In the hydrogen storage material container, hydrogen was repeatedly absorbed and released, and the deformation amount of the container body at that time was measured with the strain gauge. Specific conditions for absorbing and releasing hydrogen are as follows. First, after evacuating the container at 80 ° C., activation was performed by introducing 0.99 MPa of hydrogen at 20 ° C. or lower. After activation, a cycle test of 0.99 MPa hydrogen absorption and atmospheric pressure hydrogen release was performed in a 20 ° C. water bath.
図4に本実施例における容器本体歪みの経時変化を示す。また、表1に容器本体の最大周方向歪み、バースト圧およびチタン製容器本体内部の水素濃度を示す。
歪みのレベルは35日後の段階で最大170×10−6以下であり、弾性変形の範囲内に収まった。35日後に試験を中断し、容器本体の水圧バースト試験をしたところ、バースト圧は125MPaとなり、計算値の124MPaとほぼ一致した。断面の組織観察の結果からも、試験前と同じ組織を保持していることが確認された。チタン製容器本体中における水素濃度は、試験前が20ppmであるところ、試験後は34ppmであり、予測される範囲に収まった。以上より、水素脆化がほとんど起きていないことが分かった。
FIG. 4 shows the change over time of the container body strain in this example. Table 1 shows the maximum circumferential strain of the container body, the burst pressure, and the hydrogen concentration inside the titanium container body.
The strain level was a maximum of 170 × 10 −6 or less at the stage after 35 days, and was within the range of elastic deformation. When the test was interrupted 35 days later and a water pressure burst test was conducted on the container body, the burst pressure was 125 MPa, which was approximately equal to the calculated value of 124 MPa. From the results of the cross-sectional structure observation, it was confirmed that the same structure as before the test was retained. The hydrogen concentration in the titanium container body was 20 ppm before the test, and 34 ppm after the test, which was within the expected range. From the above, it was found that hydrogen embrittlement hardly occurred.
(比較例)
実施例と同じTi−6Al−4V製の円筒容器(外径34mm、肉厚2mm、長さ80mm)をチタン製容器本体として用意し、その内部に、隔離板としての前記アルミニウム製薄板を挿入せずに、直接、AB5型水素吸蔵合金粉末を内容積比で55体積%の充填率で詰めた。他の条件は実施例と同じにして、水素吸放出のサイクル試験を行い、歪み変化を測定した。
(Comparative example)
Prepare the same Ti-6Al-4V cylindrical container (outer diameter 34 mm,
図5に本比較例における容器本体歪みの経時変化を示す。また、表1に容器本体の最大周方向歪み、バースト圧およびチタン製容器本体内部の水素濃度を示す。
歪みは時間とともに徐々に増加し、試験から40日後には最大9590×10−6にまで達した。40日後に試験を中断し、容器本体の水圧バースト試験をしたところ、計算バースト圧は124MPaであるのにもかかわらず、53MPaで脆性的に破断した。チタン製容器本体の断面組織を観察すると、水素化物層が内面に認められた。チタン製容器本体中における水素濃度は、試験前が20ppmであるところ、試験後は4000ppmに達していた。以上より、水素脆化が起きたことは明らかであった。
FIG. 5 shows changes with time in the container body strain in this comparative example. Table 1 shows the maximum circumferential strain of the container body, the burst pressure, and the hydrogen concentration inside the titanium container body.
The strain gradually increased with time and reached a maximum of 9590 × 10 −6 after 40 days from the test. When the test was interrupted after 40 days and a water pressure burst test was conducted on the container body, it was brittlely fractured at 53 MPa even though the calculated burst pressure was 124 MPa. When the cross-sectional structure of the titanium container body was observed, a hydride layer was observed on the inner surface. The hydrogen concentration in the titanium container body was 20 ppm before the test, and reached 4000 ppm after the test. From the above, it was clear that hydrogen embrittlement occurred.
以上のように、アルミニウムの薄板を水素吸蔵合金とチタン製容器本体との間に、面接合することなく介在させることで、効果的に水素脆化を抑制できることが確認された。 As described above, it was confirmed that hydrogen embrittlement can be effectively suppressed by interposing an aluminum thin plate between the hydrogen storage alloy and the titanium container body without surface bonding.
1 チタン製容器本体
2 隔離板
3 隔離板
5 水素吸蔵合金粉末
10 隔離板
11 側壁部
12 底部
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