JPH0159203B2 - - 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を利用して熱の貯蔵、取
り出しを行なうに好適な水素貯蔵容器に関する。

(ロ) 従来の技術 ある種の金属あるいは合金は水素と可逆的に反
応するが、この際に生じる反応熱を蓄熱等に利用
しようという試みが現在盛んになされ、熱交換機
能を備えた水素貯蔵容器の各種提案が行なわれて
いる。

しかし、従来のこの種の水素貯蔵容器であるヒ
ートパイプを介して金属水素化物と熱媒との間の
熱交換を行なわせる構成においては、その分だけ
顕熱損失が増す上、金属水素化物と熱媒間の伝熱
抵抗も大きくなり、伝熱速度が低下する欠点があ
つた。

そこで、出願人はこのような従来技術の欠点を
除くため、水素出入導管付き耐圧容器を貫通して
熱媒の流れる熱媒管を設けると共に、その耐圧容
器内部には、水素を通す断熱材で周囲を覆つて、
前記熱媒管上に、水素は通すが金属水素化物は通
さないフイルタを両端部に有する円筒管を設け、
その円筒管と前記熱媒管との間は管軸方向に沿つ
て複数枚のフインを配置して内部を分割し、それ
ぞれのスペースに金属水素化物を収納して成る水
素貯蔵容器を提案した（特願昭59−197775号（特
開昭61−76887号）参照）。この容器構成によれ
ば、伝熱損失、顕熱損失を著しく減少して極めて
熱効率の良い水素貯蔵容器が得られるようになつ
た。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記構成の水素貯蔵容器におい
ては、水素中に含まれる水分などの不純物ガスに
より金属水素化物が被毒し、熱の貯蔵、取り出し
能力あるいは水素貯蔵能力が低下するおそれがあ
る。特にこの水素貯蔵容器を燃料電池などの水素
ガス貯蔵容器として用いる場合は、常に新しい水
素ガスを貯蔵し、これを必要に応じて少しずつ放
出して使用することになるため、水素ガス中に含
まれる不純物ガスによる金属水素化物の被毒は無
視できない問題である。例えば、FeTi−Ｈ系金
属水素化物の場合、水素ガス中に約300ppmの水
分を含有すると、水素吸放出を20サイクル程行な
うだけで約30％もの水素貯蔵量の低下を来たすこ
ととなる。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、出願人が先に提案した容器構造を更
に改善して、熱の貯蔵取り出し能力が長期にわた
つて安定であり、しかも耐圧容器への顕熱損失が
少ない熱交換効率の良い水素貯蔵容器を提供する
ことを目的とし、熱交換器を覆う断熱材に予め熱
処理を施こして断熱材成形時や保存時に混入した
水分等の不純物ガスを除去すると共に、その断熱
材の間に吸湿材の層を設けて多層化したことを特
徴としている。

(ホ) 作用 本発明の水素貯蔵容器は熱交換器を覆う断熱材
中に吸湿材が担持させてあるため、耐圧容器内に
導入された水素中の水分等はこの吸湿材によりほ
とんど除去され、この結果、金属水素化物が水分
等による被毒を起こす危険性は著しく低下し、安
定な熱の貯蔵、取り出し能力、水素貯蔵能力が維
持される。また、熱交換器と耐圧容器とは断熱材
により隔てられているため、反応熱の耐圧容器外
への熱損失が抑制されており、熱媒との熱交換効
率の高い水素貯蔵容器が得られる。

(ヘ) 実施例 以下、図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る水素貯蔵容器
の構成図を示したもので、ａはその側面図、ｂは
その側面断面図、ｃはその正面断面図である。こ
れらの図において、１は耐圧容器で、先端部に水
素のみを通すフイルタ２０ａ，２０ｂを備えた水
素出入導管２ａ，２ｂと、容器内部に後述する断
熱材や熱交換器を気密に封入するためのフランジ
部３を有している。この耐圧容器１を気密に貫通
して内部に熱媒４が流れる熱媒管５が配置され
る。

この熱媒管５の耐圧容器内に存在する部分には
同軸上に円筒管６が配置される。この円筒管の熱
媒管５を除く両端部は水素は通すが金属水素化物
微粉末は通さないフイルタ７ａ，７ｂで閉塞され
る。このフイルタ７ａ，７ｂの目の大きさは数ミ
クロン程度が好ましい。また、その円筒管６と熱
媒管５との間には、第１図ｃに示すように、管軸
方向に沿つて複数枚の伝熱フイン８が設けられ、
これら伝熱フイン８によつて円筒管６内部は複数
のエリアに分割される。更に、それら各エリアに
は金属水素化物９が収納されて、熱交換器１０部
分が形成される。

その円筒管６と耐圧容器１との間には、円筒層
状に形成された断熱材１１，１２とその層間に形
成された吸湿材１３とからなる多層構造体１４が
配設される。また、円筒管６の両端部には断熱材
１５ａ，１５ｂが配設されている。

第２図は上記多層構造体１４について示したも
ので、ａはその斜視図、ｂはその側断面図であ
る。断熱材１１と１２は半径の異なる中空円筒状
に形成される。これらを同心軸状に配置したの
ち、吸湿材１３を充填して断熱材と吸湿材を多層
化した多層構造体１４を得る。なお、断熱材と吸
湿材の積層数は図示の１回に限る必要はない。吸
湿材としては、比較的低温（100〜150℃程度）で
吸湿能力の再生するシリカゲルなどが適している
が、金属水素化物（後述）として水分による被毒
の危険性の高いFeTi−Ｈ系などを用いる場合は
吸湿能力の高い合成ゼオライトなどを用いるのが
望ましい。なお、断熱材として成形性に優れたカ
オウール（商品名）などのシリカ、アルミナを主
成分とする無機繊維質保温材を用いる場合は、成
形時に混入した水分あるいは有機成分を除去する
ために、耐圧容器内（後述）に設置する前に予め
吸湿材を担持させた状態で熱処理しておくことが
望ましい。

第３図〜第５図は熱交換器１０の構成図を示し
たもので、熱交換器１０を構成するには、第３図
ａの斜視図、ｂの正面図に示すように、先ず、管
上に例えば４枚の伝熱フイン８を取り付けた熱媒
管５をアルミ合金等の押し出し成形により一体的
に成形する。同様にして、第４図ａの斜視図、ｂ
の正面図に示すように、例えば４放の伝熱フイン
８を管内部に取り付けた円筒管６をアルミ合金の
押し出し成形により一体的に成形する。このよう
に成形した熱媒管５と円筒管６を第５図に示すよ
うに組み合せ、金属水素化物収納エリア部分を構
成する。このとき、各フイン８を熱媒管５、円筒
管６間にしつかり固定するため、円筒管６の内面
にはフイン嵌合溝６ａを設けると良い。更に、円
筒管６の両端部には、第１図ｂに示したように熱
媒管５部分を通してフイルタ７ａ，７ｂを取り付
けると共に、その内部つまりフイン８により仕切
られる熱媒管５、円筒管６間の各エリア部分には
金属水素化物９を収納して熱交換器を構成する。

更に、このように構成した熱交換器部分の周囲
を断熱材１１，１２と吸湿材１３とから成る多層
構造体１４で覆つて耐圧容器１内部に収容し、熱
媒管５を容器両端部から突出させた状態でフラン
ジ部３により容器内部を気密に封鎖することによ
り水素貯蔵容器が構成される。

上記構成で、水素貯蔵時には、図示せぬボンベ
から水素出入導管２ａ，２ｂのフイルタ２０ａ，
２０ｂを経て耐圧容器１内部に水素が導入され
る。その水素は多層構造体１４から断熱材１５
ａ，１５ｂ、フイルタ７ａ，７ｂを通して円筒管
６内部に導入される。このとき、導入される水素
ガス中に含まれる水分等の不純ガスが吸湿材１３
によつて取り除かれる。これにより金属水素化物
９の被毒が防止される。この水素が金属水素化物
９に吸収される際発生する熱はフイン８から熱媒
管５中を流れる熱媒４に伝達され、外部に取り出
され利用される。

一方、水素放出時には熱媒管５を流れる熱媒４
の熱が伝熱フイン８を介して金属水素化物９に伝
達される。この熱により金属水素化物９から水素
が放出され、その放出された水素は更にフイルタ
７ａ，７ｂから断熱材１５ａ，１５ｂ、多層構造
体１４、水素出入導管２ａ，２ｂのフイルタ２０
ａ，２０ｂを経て容器外部へと導出され利用され
る。

このように、熱交換器１０と耐圧容器１間に配
設する断熱材は予め熱処理を施こして断熱材形成
時や保存時に混入した水分等の不純物ガスを除去
すると共に、その断熱材を断熱材１１，１２の円
筒層に分割形成し、その層間に吸湿材１３の層を
介在させるようにしたので、金属水素化物９の被
毒を防止し、安定した水素吸放出能力を持続させ
ることができる。

この結果、燃料電池の熱料水素ガス貯蔵のよう
に、常に新しい水素ガスを貯蔵、放出して不純物
ガスが耐圧容器内に濃縮し易い場合に用いる水素
の貯蔵容器として最適な水素貯蔵容器が得られ
る。

また、耐圧容器１内に断熱材を介して熱媒管
５、円筒管６、フイルタ７ａ，７ｂ、伝熱フイン
８、金属水素化物９から成る熱交換器１０を設け
るようにしたので、耐圧容器１への伝熱を抑えて
熱交換器１０内部での熱交換を効率良く行なわせ
ることができ効率良く水素を吸放出できるように
なる。

なお、吸湿材１３の吸湿能力が低下した場合
は、耐圧容器内の水素ガスを予め水素出入導管２
ａ，２ｂより排出した後、100〜150℃程度の乾燥
したHe、Arなどの不活性ガスを水素出入導管２
ａ，２ｂ間で耐圧容器内に流動させることによ
り、吸湿材１３中の水分を除去して、その吸湿能
力を再生することができる。

(ト) 発明の効果 以上に説明したように本発明によれば、耐圧容
器内に導入された水素は、耐圧容器と熱交換器と
の間に配置された断熱材中の吸湿材により水分や
CO、CO₂などの不純物ガスが除去されるため、
これら不純物ガスによる被毒の危険性が極めて低
くなり、安定した熱の貯蔵、取出し能力および水
素貯蔵能力を有し、しかも熱交換効率の極めて良
好な水素貯蔵容器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す水素貯蔵容器
の構成図で、ａはその側面図、ｂはその側断面
図、ｃはその正面断面図、第２図は第１図の熱交
換器と耐圧容器間に配設される多層構造体の説明
図で、ａはその斜視図、ｂはその側断面図、第３
図は第１図の熱交換器を構成する熱媒管の説明図
で、ａはその斜視図、ｂはその正面図、第４図は
第１図の熱交換器を構成する円筒管の説明図で、
ａはその斜視図、ｂはその正面図、第５図は第３
図と第４図を組合せて構成される熱交換器本体部
分の正面図である。 １……耐圧容器、２ａ，２ｂ……水素出入導
管、３……フランジ部、４……熱媒、５……熱媒
管、６……円筒管、７ａ，７ｂ，２０ａ，２０ｂ
……フイルタ、８……伝熱フイン、９……金属水
素化物、１０……熱交換器、１１，１２，１５
ａ，１５ｂ……断熱材、１３……吸湿材、１４…
…多層構造体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱媒を流す熱媒管と同心軸上に円筒管を配置
   し、その円筒管と前記熱媒管との間を軸方向に沿
   つて配設した複数枚の伝熱フインで複数エリアに
   分割し、各エリアに金属水素化物を収納すると共
   に、前記熱媒管を除く前記円筒管両端部を水素を
   通すフイルタで閉塞して熱交換器を構成し、この
   熱交換器の表面を予め熱処理を施こした断熱材と
   吸湿材からなる多層構造体で被覆した上、水素出
   入導管付きの耐圧容器内に収納し、その耐圧容器
   両端部より前記熱媒管を気密に突出させた状態で
   内部を密封して成ることを特徴とする水素貯蔵容
   器。