JPH0150839B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は金属水素化物容器と熱交換器とをヒー
トパイプで連結して熱の授受を行なう金属水素化
物利用装置に関する。

(ロ) 従来の技術 金属あるいは合金の中には、水素と結合して容
易に金属水素化物を形成するものがある。よく知
られているものには、LaNi₅水素化物、FeTi水
素化物、Mg水素化物系がある。これらの水素化
および脱水素化は比較的容易に起こり、発熱およ
び吸熱反応が可逆的に行なわれる。最近は、この
可逆反応を利用した蓄熱、水素貯蔵、ヒートパイ
プ装置の開発が積極的に行なわれている。なお、
本明細書中では水素化および脱水素化したものを
含めて金属水素化物と称する。

その金属水素化物利用装置には、例えば特開昭
56−23667号公報、特開昭56−82387号公報、特開
昭58−47989号公報（従来例）等に開示されてい
るように、金属水素化物容器部分と熱交換器部分
とが分離され、その間をヒートパイプ連結する構
造のものと、例えば特開昭58−47989号公報（実
施例）、特開昭54−145831号公報等に開示されて
いるように、金属水素化物容器部分と熱交換器部
分とが一体化されたものとがある。

しかし、後者の一体化構造の場合は、保守点検
が困難である。即ち、金属水素化物容器において
は、金属水素化物が水素の吸収、放出を繰り返し
ている間に次第に微細化され、可逆反応が起り難
くなるので、これを新しいものと交換する必要が
生じる。このとき、上述の例の如く、金属水素化
物を収納している耐圧容器の上に更に熱交換器部
分が存在すると、それらを分解して内部の金属水
素化物を交換しなければならず、その作業が非常
に煩雑になる。

従つて、保守点検のことを考慮すれば、前者の
分離構造の方が好都合であると言える。

ところが、上述の前者の分離構造の従来例にお
いては、金属水素化物容器は水素ガスの出入りを
伴なうため、耐圧容器であると同時に、水素脆性
のない材質および金属水素化物との間での熱交換
をできるだけ円滑にできるような構造を有してい
なければならない。そのための使用材質としては
普通ステンレス鋼（SUS304，SUS316等）を使
用している。また、ヒートパイプを伝熱媒体とし
て、金属水素化物容器と一体構造を成る熱交換器
は、通常、熱媒との間での錆の発生を防止するた
め、ステンレス鋼を、ヒートパイプとしては金属
水素化物容器、熱交換器との接合性即ち溶接のし
やすさを考えてステンレス鋼製のものを使用して
いる。また、ステンレス鋼製のヒートパイプを使
用する場合、金属水素化物容器内でのヒートパイ
プと金属水素化物の接触はヒートパイプに接合す
るフインを用いて行なわれるが、フイン材質は、
ヒートパイプとの密着度を保つため、ヒートパイ
プと同質のものが好ましい。熱交換器内のフイン
も同様である。

以上、要するに、従来の分離型金属水素化物利
用装置においては、金属水素化物容器も熱交換器
も、また、その間を連結するヒートパイプも上述
のような理由で材質は全て同質材料であるステン
レス鋼を用いていた。

このため、高い熱伝達効率があまり期待できな
かつた。また、ステンレス鋼を使う場合、ヒート
パイプ内の作動液としてはフロンあるいはアルコ
ールが用いられるが、これらは水作動液ほどの熱
輸送能力をもたない。このため、作動液を熱輸送
能力の大きな水に置きかえると水とステンレス鋼
との間で腐食が起る原因となり、作動液の循環を
さまたげることから高い熱輸送能力も期待できな
かつた。だからと言つて、ヒートパイプ材質を銅
にすれば、水作動液の使用は可能となるが、今度
はステンレス鋼である金属水素化物容器あるいは
熱交換器との間でアルゴンアーク溶接あるいはロ
ウ付けによる溶接を行なつた際、その接合性の面
で不具合が生じる問題があつた。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明は金属水素化物の取出し、交換等保守点
検を容易にすると共に、熱輸送能力の大きな水を
ヒートパイプの作動液として使用し得る熱伝達効
率の良い金属水素化物利用装置を提供することを
目的とする。

(ニ) 問題点を解決するための手段 このため、本発明はヒートパイプとしてはアル
ミニウム−銅製のクラツド管を使用し、金属水素
化物容器との接合は、金属水素化物容器を密封す
る蓋板に銅を使用し、前記クラツド管銅部分との
間の溶接（これは同材質であるため接合性大）に
よつて行なう。また、金属水素化物容器内のフイ
ンはヒートパイプクラツド管外壁と同質の、この
場合、アルミニウム製のものを使用する。更に、
熱交換器には銅製のものを使用し、ヒートパイプ
クラツド管内壁の銅部を削り出し、同部分との間
で溶接を行なう。熱交換器のフインはこの場合、
銅質のものを使用するようにしたものである。

(ホ) 作用 金属水素化物容器は蓋板を用いたボルト締め構
造にて容器内部を密閉としているため、金属水素
化物の取出し、交換等の保守点検はそのボルトを
取外すことにより簡単に行なうことができる。ま
た、ヒートパイプ材質として、アルミニウム−銅
製クラツド管を用いているため、金属水素化物容
器のフランジ材質を考慮することにより、ヒート
パイプとクラツド管を溶接することが可能とな
り、しかもヒートパイプを含む金属水素化物容器
を密閉かつ耐圧性容器とすることができる。ま
た、金属水素化物容器内のフインをアルミニウム
フインとすることができ、フインの軽量化、熱輸
送が容易になる。ヒートパイプに関しては外管を
アルミニウムに、内部を銅製のクラツド管とする
ことにより、熱輸送能力の大きな（常温〜200℃
温度域）水を使用することが可能となり、作動液
としてアルコールやフロン（フロンなど）を用い
る場合よりもより大きな熱輸送能力が得られる。
また、熱交換器に関しては、ヒートパイプ外管を
削り、内管部銅と同質の材質である銅を使うこと
により、ヒートパイプとの間は溶接により接合す
ることができる。熱交換器内のフインも銅を選択
することができる点も利点となる。

(ヘ) 実施例 以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る金属水素化物
利用装置の部分断面図、第２図は第１図のＡ部拡
大断面図を示したものである。

本実施例の金属水素化物利用装置は、第１図に
示すように、金属水素化物容器１と熱交換器２
と、これらの間を連結するヒートパイプ３より構
成される。金属水素化物容器１はステンレス製
（SUS304，SUS316等）の本体側耐圧容器１１
と、ヒートパイプ３が貫通固着された銅製の蓋板
１２とがフランジ部１１ａ，１２ａにてシール材
（バイトンオーリング等）１３を介してボルト１
４、ナツト１５の締め付けにより密閉されて成
る。その金属水素化物容器１の内部には、ヒート
パイプ３に熱交換用のアルミニウム製のフイン１
６が圧入嵌合により取付けられた部分と、フイン
１６間に介在する金属水素化物１７とが断熱材１
８により被覆されて収納されている。また、耐圧
容器１１の端部には、金属水素化物粉体が配管系
へ流出することを防止するフイルタ（通常は数μ
の孔が多数穿設されたステンレス板を使用）４お
よび開閉弁５を有する水素ガス配管６が取付けら
れている。

一方、ヒートパイプ３は、第２図に示すよう
に、外管３１がアルミニウム製、内管３２が銅製
の２重管構造のクラツド管より成り、内部には作
動液として水が封入される。蓋板１２との固着
は、外管３１を切開き銅製の蓋板１２と、銅製の
内管３２を当接させ溶接部７を設けて固着する。
この場合、蓋板１２と内管３２を当接して溶接す
る方法としては、蓋板１２をヒートパイプ３の貫
通部で２分し、それぞれ内管３２の半円をくり抜
いた上、双方を当接させ溶接により一体化する方
法、あるいは、ヒートパイプ３の外管３１は金属
水素化物容器１内部分を残して取除き蓋板１２を
貫通後、容器１外部の必要部分を被覆する方法等
がある。これにより、蓋板１２と内管３２は同材
質となるため、強固な溶接が可能となり、貫通部
分を完全に閉じ切ることができる。

熱交換器２は、ヒートパイプ３の外管３１を取
除き内管３２を剥き出し、そこに銅製の熱交換フ
イン２１を圧入嵌合して取り付け、全体を銅製の
容器２２で覆つて内部を密閉し、その容器２２に
開閉弁２３を有する熱媒用配管２４を取付けて成
る。

上記構成で、蓄熱時には、熱交換器２を流れる
熱媒の熱は熱交換フイン２１からヒートパイプ３
を経て金属水素化物容器１のフイン１６から金属
水素化物１７へ伝達される。この熱により金属水
素化物１７から水素が放出され、その放出された
水素はフイルタ４、開閉弁５を経て配管６から図
示せぬ水素ボンベに貯蔵される。

一方、放熱時には図示せぬ水素ボンベから配管
６を経て金属水素化物容器１内部に水素が導入さ
れる。その水素が金属水素化物１７に吸収される
際発生する熱はフイン１６からヒートパイプ３を
経て熱交換器２の熱交換フイン２１から熱媒に伝
達され外部に取り出されて利用される。

従つて、上記構成によれば、金属水素化物容器
１の耐圧容器１１および蓋板１２は水素脆性のな
いステンレスおよび銅を用い、ヒートパイプ３と
の接合は外管３１を切開いて同じ銅製の内管３２
と溶接し、フランジ部１１ａ，１２ａはシール材
１３を介してボルト１４、ナツト１５の締め付け
により接合することにより、金属水素化物容器１
は優れた耐圧密封構造になると同時に、内部点検
等の保守が極めて容易に行なえるようになる。即
ち、フランジ部１１ａ，１２ａを締付けるボル
ト、ナツト１４，１５を外し、耐圧容器１１を引
抜くだけで簡単に金属水素化物容器１の内部を引
き出すことができ、次いで、断熱材１８を取外せ
ば金属水素化物１７の取出し、交換は極めて容易
に行なうことができる。

また、ヒートパイプ３はアルミニウム−銅のク
ラツド管とすることにより、フイン１６はアルミ
ニウム製とすることができ、ヒートパイプ３の外
管３１との圧入および密着性も十分なものとな
る。同時に軽量なため、ヒートパイプ３に取付け
る枚数も多くすることができる。金属水素化物１
７との熱伝達も迅速にしかも平均して行なえるよ
うになり、金属水素化物１７の利用効率も増す。
更に、ヒートパイプ３の内管３２を銅製とするこ
とにより、アルコールあるいはフロンに比べて数
倍の熱輸送力を有する水作動液を用いることがで
き、金属水素化物容器１、熱交換器２間の熱伝導
効率が極めて良くなる。

また、熱交換器２においては、ヒートパイプ３
の外管３１を剥き取り、銅製の内管３２に同じ銅
性の熱交換フイン２１を取り付けることにより、
熱伝導率が良くなり熱媒との熱交換効率が改善さ
れる。このとき、容器２２も銅製とすることによ
り、溶接の困難なアルミニウム−アルミニウム間
およびアルミニウム−銅間の溶接を避けることが
でき、耐性の優れた熱交換器２が得られるように
なる。

尚、外気への熱の放散を防ぐため、熱交換器
２、ヒートパイプ３、蓋板１２あるいは必要に応
じて耐圧容器１１の表面を断熱材で被覆すること
は言う迄もない。

(ト) 発明の効果 以上のように本発明によれば、金属水素化物容
器を耐圧容器と蓋板とのフランジ接合構造とした
ので、内部の保守点検が容易になると共に、ヒー
トパイプをアルミニウム製の外管と銅製の内管と
したので、作動液として水が使用可能となり、熱
輸送力が改善される。また、熱交換器はヒートパ
イプの内管を剥き出し、そこに銅製のフインを固
定したので熱交換能力が増し、また、それらを熱
媒出入導管を有する銅製容器で密封する構造とし
たので、ヒートパイプの内管部分と容器とが溶接
により強固に接合され、熱媒漏れなどを起すおそ
れが無くなる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る金属水素化物
利用装置の断面図、第２図は第１図のＡ部拡大断
面図である。 １……金属水素化物容器、２……熱交換器、３
……ヒートパイプ、４……フイルタ、５，２３…
…開閉弁、６……配管、７……溶接部、１１……
耐圧容器、１２……蓋板、１３……シール材、１
４……ボルト、１５……ナツト、１６……フイ
ン、１７……金属水素化物、１８……断熱材、２
１……熱交換フイン、２２……容器、２４……熱
媒用配管、３１……外管、３２……内管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属水素化物容器と熱交換器との間をヒート
   パイプで連結して成る金属水素化物利用装置にお
   いて、前記金属水素化物容器をステンレス鋼で形
   成する一方、その金属水素化物容器に接離自在に
   設けられる蓋板および前記熱交換器を銅材を用い
   て形成し、その蓋板によつて前記金属水素化物容
   器内部に断熱材を介して充填された金属水素化物
   を密封すると共に、前記金属水素化物容器と熱交
   換器との間に伝熱媒体として介挿されるヒートパ
   イプの外表面部はアルミニウム又はアルミニウム
   合金で形成すると共に同じ材質のフインを多数固
   定し、内壁部は前記蓋板および熱交換器と同じ銅
   材で形成した２重管構造とし、前記ヒートパイプ
   の外表面の一部に露出せる内壁部と前記蓋板およ
   び熱交換器とを溶接固定し、前記蓋板およびヒー
   トパイプを前記金属水素化物容器から離脱可能に
   構成したことを特徴とする金属水素化物利用装
   置。