JPH02294410A - 水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュールの製造方法 - Google Patents

水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュールの製造方法

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JPH02294410A
JPH02294410A JP1116572A JP11657289A JPH02294410A JP H02294410 A JPH02294410 A JP H02294410A JP 1116572 A JP1116572 A JP 1116572A JP 11657289 A JP11657289 A JP 11657289A JP H02294410 A JPH02294410 A JP H02294410A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は金属水素化物を主体とする水索吸蔵合金を使
用した伝熱モジュールに係る。
［従来の技術］ 水素をある種の金属又は合金に吸蔵させて、金属水素化
物の形で貯蔵して移送し、さらにその応用として水素精
製，昇圧，ヒートポンプ，冷暖房システムの部材として
利用する技術が開発されている。
この場合、金属水素化物が水素の吸蔵、放出を行なうに
当って必ず発熱、吸熱を伴なうので、この性質に着目し
て熱交換装置ヤヒートポンプへの利用ができる。
逆に、水素の貯蔵や移送が主目的の場合もある。
熱交換装置の熱効率を高めたり、貯蔵や移送を能率的に
実施するためには、水素吸蔵合金と外部との間に迅速な
熱の授受がなければ水素の授受もきわめて緩慢になって
了う。
ところが粉状の水素吸蔵合金自体の熱伝導率が低いため
、効率的な熱の授受を目指して幾つかの手段が提案ざれ
てきた。
その一つは水素吸蔵合金自体の改良であって、粉末表面
に熱伝導性の良い異種金属を鍍金することなどが挙げら
れる。
第二は熱交換体としての構造上に工法を加えるものであ
って、粉状の水素吸蔵合金と伝熱体との接触をできるだ
け密にすると言う考え方で、たとえば伝熱管の内周又は
外周にフィンを周設する方法が見られる。
第３の手段としては加圧成形による方法が挙げられる。
第６図は出願人自身の先の出願に係る実施例であって、
（特願昭５９−２５４４１６号》この発明の要旨は、水
素吸蔵合金の粉末表面に異種金属を鍍金によって被覆し
た後、加圧成形して水素吸蔵合金成形体７ａとし、該成
形体を員通する孔を設け、この孔に直接接触する熱交換
用パイプ８ａを挿通し、該パイプの端部が熱媒又は冷媒
の供給口および排出口に夫々連通するものである。
［発明が解決しようとする課題］ 粉末のままの水素吸蔵合金は元々熱伝導率が低いから、
合金自身を改良してその値を向上させても伝熱面から熱
の伝え得る距離には限度があり、迅速に熱の授受を行な
うために多数のフィンを密集させて補っても限界がある
。
また粉末の加圧成形体は粉末のままに比へると著しく熱
伝導率は向上するが、伝熱体と水素吸蔵合金成形体との
密着の程度が問題点である。
たとえば圧縮成形した成形体を第６図のように積み重ね
、その内部に数本の伝熱管（鋼管）を挿通して熱交換体
を形成する場合、伝熱管の通るべき貫通孔を成形体に設
けなければならず、管外周面と成形体の密着性が重要な
要素となる。
また逆に伝熱管の外周面を熱媒体に対して露出し、内面
に竹輪状に成形した水素吸蔵合金の円筒体を挿通した伝
熱モジュールにおいても事情は同様である。
よく知られているよう（水素吸蔵合金はこの金属特有の
性質として水素ガスを吸蔵して金属水素化物を生成する
と膨脹し、水素ガスを放出′するとき収縮する。成形体
に加工する最大の目的が熱伝導率の向上に並んで膨脹，
収縮の繰返しに耐え粉末の微粉化散逸を防ぐ点にあるが
、それに伴って成形体と伝熱管との相互関係も複雑化す
る。すなわち水素吸蔵合金の真比重を１としたとき粉末
状態の嵩比重は当然これより小さ＜０．３７〜０．３９
程度となり、これを圧縮成形すると大きくなるが、たと
えば冷間等靜水圧プレス（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏｓｔａｔｉ
ｃＰｒｅｓｓ一以下ＣＩＰと略称する。》で２　１ｏｎ
／ｃｕｔの圧力によって成形したときは０．６４〜０．
６５になる。
この成形体を何の拘束もなしに水素ガスと反応させると
たとえば　ＬａＮ　ｉ　ａ．ｓ　ｓ　Ａ　Ｑｏ．５Ｃｕ
のときは１４１％、ＭｍＮ　ｉ　４．３　Ａ　Ｑ．ｏ．
７Ｃｕのときは１２３％も容積が膨脹する。この膨脹率
が上に例示したように合金の種類によって大きく異なる
上、同種合金であってもＡ！２の含母が少し変化しても
大きく動くだけに条件を複雑なものにする。たとえば伝
熱管へ挿通する水素吸蔵合金の成形体が管内で余り自由
に膨服することを許すと、成形体の強度が劣化し使用中
に崩壊したり粉化散逸して切角成形体にした長所が失わ
れて了うし、自由に膨脹した後もなお伝熱管の管壁との
間に隙間が残っているようでは断熱層を挟んだ形となる
から熱効率は大幅に低下する。
また逆に膨脹を極端に抑制するときは、この物理的な応
力に耐えることができなくなって伝熱管を変形したり、
成形体が破壊して崩壊の原因となったりする。
本願発明は以上に述べた課題を解決するために、最も熱
効率の高く使用中の劣化防止にも有効な水素吸蔵合金を
使用した伝熱モジュールの製造方法を提供することが目
的である。
［課題を解決するための手段］ 本願発明に係る水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュール
の製造方法は、異種金属によって表面を被覆した水素吸
蔵合金粉末を比重がほぼ一定となるまで加圧して直径Ｄ
の円筒体に成形し、当該成形体の自由膨脹率Ｅに対して なる内径を有する異種金属管内へ挿通したことにより前
記の課題を解決した。
また、この中、異種金属による表面の被覆については還
元剤を用いる自己触ｔｓ型の湿式無電解鍍金法によるこ
とを、また成形体の挿通が複数であるときは、可撓性の
環休を成形体と成形体の間に介装することをそれぞれ優
れた実施態様として提案する。
［作用］ 水素吸蔵合金の粉末表面を異種金属で被覆すると、表面
がカプセル化して熱伝導率が高まり、表面の強度も向上
するから水素反応による膨脹収縮の繰返し力吻っても簡
単に微粉化することがなくなる。次にこのような表面処
理を施した粉末を圧縮成形すると、表面の異種金属同士
が接触し強い圧密作用のため表面圧着し成形体の強度は
飛躍的に向上する。成形体の密度は加圧力の増加と共に
大きくなるが、或値に達すると、それからは加圧力を増
加しても殆ど変らない限界がある。この限界値は加圧す
る装置や水素吸蔵合金の成分によってすべて異なるが、
ある数値を特定することができる。
次に直径Ｄの成形体を自由に膨脹したときの膨脹率をＥ
とすると の内径を有する異種金属管内へ挿通する。この状体で水
素ガスを通じると成形体は当然膨脹するが、自由膨脹に
比べて容積比で４％乃至８％の抑制を受けるため、膨脹
した成形体の外周面は金属管の管壁を強く圧密するが、
管を変形したり、内部応力が強すぎて自己破１０するま
でには至らない。もちろんこの耐力は異種金属によって
表面被覆された合金粉末自体の強化が重要な前提である
。同時にこの強力な成形体は自由な膨脹を許したときに
見られるスポンジ化や崩壊，扮化の恐れがなく金属管に
圧着しているから、管を傾けても一体的に把持せられ、
管内を漬って離脱するような恐れも解消ざれる。したが
って熱交換装置の一要素として組込まれたときには、熱
効率が高く、かつこの特性が他に比べて長く持続できる
優れた伝熱モジュールとなり課題を解決する。
［実施例］ 水素吸蔵合金の表面を異種金属で被覆する技術は従来か
ら種々発表されてきたが、最も好ましい実施例としては
還元剤を用いる自己触媒型の無電解鍍金法による被覆で
あって、この技術は既に本願出願人の一部の出願による
特願昭５９−４６１６１号において開示したとおり、た
とえば還元剤としてホルムアルデヒドを用いて無電解鍍
金銅液に混合撹拌すると、液内の反応のため水素ガスの
微細な気泡が発生しつつ鍍金が進行するので、銅鍍金被
膜層には微細な気孔が多数形成される多孔質膜となり、
熱伝導率の向上，崩壊微粉化の防止という公知の効果に
加え、水素分子の通過を妨げることなく、合金と水素の
受授渋能を無辺理の合金粉末に何ら劣ることなく担保す
るという実施例特有の効果をもたらす。
粉末を加圧成形する方法も多岐に亘るが、好ましい実施
例としては前記のＣＩＰが推賞される。
第１図は本実施例に示す成形型の断面を示し、成形用弾
性円筒１の外周に間隙Ｓをおいて有孔の保護筒２を被包
し、両端をステンレス鋼のＭ３，４で密封する。なお中
心部にステンレス製の芯金５を挿通する。成形用弾性円
筒１と芯金５との間の中空部分に前記の表面処理した水
素吸蔵合金粉末を充填し、蓋を冠せた後、水圧状態にお
くと、水圧は保護筒２を貫通する通口６を通過して間隙
Ｓへ進入し、成形用弾性円筒の全周から均等に圧縮し粉
末を圧密成形して成形体７を成形する。この成形体の比
重は合金種類によっては大ぎな差がなく、ただ加圧力に
よって双曲線を画いて大ぎくなるが、ある限界があって
それ以上は殆ど変らない値に収斂する。第２図はその一
例を示し　ＬａＮ４．７　Ａ　！２ｏ．３Ｃｕ　　合金
をＣＩＰで加圧成形した場合の負荷と成形体密度との関
係をプロットしたものである。すなわち図に示すように
ＣＩＰの負荷は２．０Ｔｏｎ／ｃｍを越えると殆ど密度
＜Ｋｙ／　ｃｍ３）の増大に結びつかず、２Ｔｏｎ／ｃ
ｍで加圧することが経済面から見て合理的といえる。そ
の他の加圧成形装置についても当該装置固有の負荷を特
定することができる。
加圧成形して得られる成形体７の直径Ｄとこれが挿通さ
れる金属管Ｄ０との関係は、特に小要であり本願発明の
要旨でもある。
第１表はＣＩＰにおいて２丁Ｏｎ／ＣＩＡの負荷をかけ
て前記最適の実施例である銅鍍金を施した合金粉末を加
圧成形し、何れも外径２５．０ｍ．内径６ｍｍ．長さ２
５０ｍｍの竹輪様の円筒体を多数作成し、これを機械加
工によって順次細くなるまで外周を削成した試験片を内
径２５．０ｍの銅管内に挿通して水素ガスを１０回繰返
して通じて反応させた結果を示す。
（以下余白） 表中、最左摺はランタン系，ミッシュメタル系の二種の
水素吸蔵合金をＮｉと置換するＡＱ．の添加量によって
分別して表示している。
成形体の外径Ｄによってその結果は３通りに別れる。す
なわちＡ欄に示す外径の範囲では合金の反応による膨脹
が強大に過ぎてその応力に耐えることができず成形体が
崩壊するか、さもなければ伝熱管が膨出，変形して実用
上の価値を失う結果となる。
Ｂ欄は制限状態で膨脹させた範囲であり、成形体の外面
は膨脹して伝熱管の内面に密着し、成形体自身も抑制さ
れて緻密な結合を失っていない。
Ｃ欄は自由膨脹に近い状態でここに示す限度以下に細い
外径のときは膨脹してもその外面が伝熱管の内面に届か
ず間隙を残して熱効率が署しく低い上、成形体自身もス
ポンジ様に脆弱化し、管を傾けると滑り落ちたり崩れた
りする状態であった。
第１表で見るようにＡ，Ｂ，Ｃのそれぞれの数値は合金
中のＡＱの含■と相関的な関係が存在すると判断ざれる
ので、次に同一外径の成形体に水素反応を１０回繰返し
て自由膨脹率を測定した。
第３図は　ＬａＮ　ｒｓ　−ＸＡ！２Ｘ　　について横
軸に　Ｘ−Ｏから１．０　　の範囲でＮｉの一部を△ク
で置換したＡＱ．量を、また縦軸に自由膨脹率Ｅ（容量
％）をそれぞれ目盛って測定結果をプロットした図を示
す。
また第４図は　ＭｍＮ　ｉｓ−ｘＡＱｘ　　について第
３図と同じ方法でプロットした図である。
ランタン系については第３図のようにおおむねＥ＝　　
０．３２Ａｅ＋１．４２　　１る右下リ（７）一次直線
で表され、ミッシュメタル系についても第４図のように
おおむね　Ｅ＝−０．２　７Ａ　Ｌ＋−１．４　２なる
一次直線で表されることが判った。
第１表で得た実験数値と第３図，第４図の実験式を組合
せると、逆説的ではあるがランタン系でＡｅ含量Ｏの場
合に最も望ましい膨脹率は自由膨脹に対して ２２．７ ２５０″″『■８８ ０．９１ Ｒ＝　■Ｔｙ＝　Ｏ−　９４ であることを確認できる。したがって本実施例では異種
金属管の内径Ｄ。に対する成形体の外径Ｄの関係はラン
タン系では が最適でおり、またミッシュメタル系についてもが最適
であって、これに次いで推賞できる範囲としてはランタ
ン系については の間であり、またミッシュメタル系についてもの間であ
ることが導き出ざれた（両図のハツチング部）。
第５図は本願発明に係る伝熱モジュールを熱交換体とし
て組立てた実施例の正面断面図を示し、成形休７は伝熱
管８の内壁に密着して堅牢緻密に結合した反応体を形成
し熱く冷）媒供給口９と熱（冷）媒出口１０との間で周
囲から与奪される熱の伝達に応じて水素ガスを吸蔵し又
は放出する。
この反応ガスはガス通路１１を通って機外と往来する。
好ましい実施例として合金の成形体が長いため成形作業
所上これを７Ａ．７Ｂのように分割して伝熱管８内で並
べるとき、成形体間に可撓性の環体１２を介在させて組
立てる。この環体としては発泡スチロールなどが好い結
果をもたらし、水素反応によって成形体が軸方向に伸縮
するときの緩衝体となり膨脹状態がほぼ定着した後は自
ら圧縮して成形体がモジュール内で離脱しないように把
持するスベーサの役割を果す。
［発明の効果］ 本願発明は以上述べたとおり、水素吸蔵合金の熱効率の
向上とその持続を図って既に開発ざれた成形化の思想を
、なお効果的な発展をさせるために伝熱管に挿通して伝
熱モジュールを製造する上で最適の条件を提示した。合
金はその成分構成や、成形条件を異とする限り水素ガス
と反応して異なる膨脹率を示すのでこれらを包含した普
遍的原則を求めることは容易ではなかったが、実験によ
って共通する自然法則を見出しこれを伎術的に有効利用
する手段を構築したことが本願の要旨である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本願実施例のうちＣＩＰ用の型を示す正面断面
図、第２図はＣＩＰの負荷と合金密磨の関係図、第３図
と第４図はＡ！２含有間と自由膨脹率の関係図、第５図
は伝熱モジュールとして組立てた実施例の正面断面図、
第６図は従来技術を例示する正面断面図。 ７・・・・・・成形体、８・・・・・・伝熱管１２・・
・・・・可撓性環体 第 図 第 図 Ｃ Ｐ負荷ｋ３七ｍ２ 第 図 Ａｆ含有量（Ｘ）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）異種金属によって表面を被覆した水素吸蔵合金粉
    末を比重がほぼ一定となるまで加圧して直径Ｄの円筒体
    に成形し、当該成形体の自由膨脹率Ｅに対して Ｄ＿０＝Ｄ×３√（（９２／１００）×Ｅ）乃至Ｄ×３
    √（（９６／１００）×Ｅ） なる内径を有する異種金属管内へ挿通したことを特徴と
    する水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュールの製造方法
    。
  2. （２）請求項１において異種金属による表面の被覆が還
    元剤を用いる自己触媒型の湿式無電解鍍金法によること
    を特徴とする水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュールの
    製造方法。
  3. （３）請求項１又は２において成形体の挿通が複数であ
    るときは、可撓性の環体を成形体と成形体の間に介装す
    るこを特徴とする水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュー
    ルの製造方法。
JP1116572A 1989-05-10 1989-05-10 水素吸蔵合金を使用した伝熱モジュールの製造方法 Expired - Lifetime JPH0711016B2 (ja)

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