JPH0231001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は伝熱性能を高めることにより水素ガス
の吸蔵・放出のサイクルタイムを短くすると共に
水素吸蔵用合金粉体の固化現象を防止することに
より反応性を良好に維持できる量産に適した金属
水素化物貯蔵容器に関するものである。

従来この種の貯蔵容器としては第１図に示す様
ないわゆる外部熱媒流路型のものや、第２図に示
す様ないわゆる内部熱媒流路型のものが公知であ
る。即ち第１図Ａ〜Ｃは外部熱媒流路型について
の説明図で、第１図Ａは要部縦断面図、同図Ｂは
金属水素化物貯蔵用カートリツジ２の要部断面
図、同図Ｃは同図ＢのＣ−Ｃ線断面図である。第
１図Ａに示す様に金属水素化物貯蔵熱交換装置
（以下単に「熱交換装置」という）１には、金属
水素化物貯蔵用カートリツジ（以下単に「貯蔵カ
ートリツジ」という）２を複数本平行に配設する
と共に各カートリツジ２の同一方向端を集合ヘッ
ダー３に接続し、更に集合ヘッダー３に水素ガス
流路４を連結して構成されている。又貯蔵カート
リツジ２は第１図Ｂ，Ｃに示す様に密閉筒５の軸
方向中央部に水素ガス分配流路６を挿入すると共
に該挿入部を例えば焼結金網等からなるフイルタ
ー７で管状に形成し、更に密閉筒５内の空間に水
素吸蔵用合金（以下単に「吸蔵合金」という）８
を装填せしめて成るものである。そして熱交換に
際しては上記の如く構成された熱交換装置１にお
ける貯蔵カートリツジ２の部分を熱媒流路９内に
挿設し、流路入口９ａから熱媒を導入して流路出
口９ｂから導出する一方、貯蔵カートリツジ２内
では流路６を介して出入りする水素ガスを貯蔵又
は放出する様になつている。

ところで水素ガスの吸蔵・放出は水素化及び脱
水素化反応によつて律速されるものでなく、伝熱
によつて律速されるいわゆる伝熱律速型のもので
あるから、水素ガスの吸蔵・放出のサイクルタイ
ムを短くするには貯蔵カートリツジ２における半
径方向の伝熱距離をできる限り小さく（従つてカ
ートリツジ２の径ｄをできる限り小さく）するこ
とが好ましい。しかし下記○イ〜○ニの如く構造上の
特殊性に基づく諸問題が存在する為にカートリツ
ジ２の径ｄは余り小さくすることができず、従つ
て伝熱効率を向上させるについては限界がある。

即ち ○イ 吸蔵合金の収容量を同じにするという条件下
に於ては、貯蔵カートリツジ２の径を小さくし
ようとすれば該カートリツジ２の本数を増加し
なければならないが、このときには集合ヘッダ
ー３における水素ガス分配流路６との各接続部
１０も増加することになつてその分水素ガス漏
れの危険性が高くなる。又管板９ｃに多数の水
素ガス分配流路６用の取付穴を形成する必要が
生じ、熱媒漏れの恐れを生ぜしめ、又製作の為
の作業量が増加する。

○ロ かと言つて集合ヘッダー３を熱媒流路９内に
装着する構成にすると、熱媒流路９内の熱容量
が大きくなつて有効熱利用率が低下する。

○ハ 他方貯蔵カートリツジ２の本数を少なくする
為に該カートリツジ２を長尺にするということ
も考えられないではないが、この場合には円筒
状フイルタを同じく長尺にしなければならなく
なつて製作上の困難さが伴い、又コストも相当
高くなる。

○ニ 又その様な円筒状フイルタの代わりに円形平
板状フイルタを貯蔵カートリツジ２の一端又は
両端に設けることも考えられるが、侵入水素の
合金粉体層８での圧損が大きくなり、奥まつた
位置へいくほど水素ガスの吸蔵量が少なくなる
のでカートリツジ２内の温度分布が大きくなつ
てしまう。一方フイルター直後の合金粉体層８
では水素化反応（即ち水素ガスの吸蔵反応）に
よる体積膨張が著しいので、該粉体層８ａが固
化現象を起こす危険性もある。

又２図における貯蔵容器１′は、いわゆる多管
円筒型熱交換器の胴１０と、伝熱管たる熱媒流路
１１と、両固定管板１２，１３の夫々によつて囲
まれる空間内で且つ胴１０の内周側に環状の水素
ガス流路１４を形成する様に合金粉体を装填せし
めて構成される。尚合金粉体層１５と環状の水素
ガス流路１４とはフイルター１６で区切られてい
る。そして熱交換に際しては端室ノズル１７から
熱媒を導入して合金粉体層１５内の熱媒流路１１
を通過させた後、端室ノズル１８から導出する一
方、胴ノズル１９から導入された水素ガスは、水
素ガス流路１４を介して合金粉体層１５内に入り
水素ガスの吸蔵・放出を行なわしめる様になつて
いる。

ところでこの様な内部熱媒流路型のものにおい
ても水素ガスの吸蔵・放出のサイクルタイムを短
くする為には伝熱距離、即ち熱媒流路１１相互間
の距離ｌを短くすることが好ましいが、下記○イ〜
○ハの如く構造上の特殊性に基づく諸問題が存在す
る為にその距離ｌを余り短くすることはできず、
従つて伝熱効率を向上させることは限界がある。

即ち ○イ 距離ｌを小さくするには熱媒流路１１を多く
すればよいが、このときは両固定管板１２，１
３を補強する為その肉厚を厚くしなければなら
ず、有効熱利用率が低下する。又熱交換器単位
容量当りの合金装填量が低下するので、その分
熱交換性能が低下する。

○ロ 又合金粉体層１５の径は比較的大きくなるの
で、フイルター１６から侵入する水素ガスの合
金粉体層１５での圧損が大きくなり、内部中心
位置へ向かうほど水素ガスの吸蔵量が少なくな
るので、合金粉体層１５内の温度分布が大きく
ついてしまう。

○ハ 更に上記した様に合金粉体層１５の径が大き
くなる（従つて層高が高くなる）為に、その重
力の影響で該粉体層１５の下方中央で合金粉体
が固化する危険性もある。

本発明は、こうした事情に着目してなされたも
のでその目的とするところは、伝熱性能を高める
ことにより水素ガスの吸蔵・放出のサイクルタイ
ムを短くすると共に吸蔵合金粉体の固化現象を防
止することにより反応性を良好に維持できる量産
に適した金属水素化物貯蔵容器を提供しようとす
る点にある。

しかしてこの様な目的を達成し得た本発明の貯
蔵容器とは熱媒流通路空間を有する外筒内に水素
吸蔵用合金収納部を設け、該収納部は少なくとも
一方の金属板の適所に溝部を設けてなる２枚の金
属板を張り合わせて該溝部内に形成される中空部
に水素吸蔵用合金を装填する様に構成され該収納
部の少なくとも一方端に水素ガス流路を連結して
構成した点に要旨を有するものである。

以下実施例図面に基づき本発明の構成及び作用
効果を説明するが、下記実施例はあくまでも一代
表例であつて前・後記の趣旨に沿つて溝部の断面
形状や長さを変更すること等は全て本発明の技術
的範囲に属する。

第３図Ａは本発明に係る貯蔵容器の一部切欠概
略斜視図で、同図Ｂは同図ＡのＢ−Ｂ線断面図で
ある。これらの図において貯蔵容器１″は、同一
平面上に略平行に形成された複数（図では４本）
の柱状の水素吸蔵用合金収納部（以下単に「合金
収納部」という）２０の一端に水素ガス流路２１
を連結すると共に、他端に合金装填用ヘッダー２
２を連結して構成される。又合金収納部２０は、
適当な間隔毎に溝部２３ａを略平行に形成せしめ
た２枚の金属板２３，２３を、その溝部２３ａ，
２３ａが相対向して断面が略円形の中空部となる
様に張り合わせて形成され、又その長さは導入水
素ガスが内部まで入り易くする（即ち水素ガスの
圧力又は温度分布を生じさせない様にする）為に
比較的短くしている。尚２枚の金属板２３，２３
の張り合わせに当つては、各金属板２３，２３の
接着面に銀ろうをメツキするか流し込んだ後、ホ
ツトプレスで圧着するか又はリベツト止めして両
金属板２３，２３を固着すればよい。尚念の為、
固着した両金属板２３，２３の両端部２６，２７
に溶接又は銀ろう付けを施してもよい。

又水素ガス流路２１は、一端２１ｂを閉鎖状態
とする一方、他端２１ａには流路２１内に突入す
る水素ガス入口ノズル２１ｃを形成せしめ、更に
該流路２１内に円筒状フイルター２４を嵌装する
と共に、該フイルター２４に水素ガス入口ノズル
２１ｃの突入部に取付けられている。

又合金装填用ヘッダー２２は、一端２２ｂをめ
くら状態とする一方、他端２２ａには合金装填口
２５を形成せしめている。尚金属板２３，２３と
水素ガス流路２１及び合金装填用ヘッダー２２と
の連結作業（切欠加工及び溶接作業）を容易にす
る様に第４図に示す様に水素ガス流路２１及び合
金装填用ヘッダー２２を角筒状２１′，２２′とす
ることもできる。又合金装填用ヘッダーを省略し
て水素ガス流路２１に該ヘッダー２２の役目を兼
ね備えさせる様にすることもできる。従つてこの
場合には第５図に示す様に各合金収納部２０の一
端（水素ガス流路２１とは反対側の端部）をめく
ら状態にすると共に、予め合金粉体を水素ガス流
路２１から各合金収納部２０に装填せしめた後、
端部につば付水素ガス入口ノズル２１ｃを取付け
た状態の円筒状フイルター２４を水素ガス流路２
１内に装填し、次いで前記入口ノズル２１ｃのつ
ばと水素ガス流路２１の端部とを溶接等で固着す
ればよい。尚水素ガス流路２１内に円筒状フイル
ター２４を嵌装する代わりに、各合金収納部２０
と水素ガス流路２１との各連結部内に円板状のフ
イルターを装着せしめるようにしてもよい。

さて第３図の如く構成されてなる貯蔵容器１″
を実際の熱交換に供するに当つては、熱媒条件に
応じて例えば第６図に示す様に外筒３０内に複数
（図では５段）重ね合わせ配設すると共に各水素
ガス入口ノズル２１ｃを外筒３０の側面３１の外
部へ突出させて、図に表われない水素ガス発生装
置と連通する集合ヘッダー３′に連結せしめる。
また外筒３０の側面３１および３２は夫々適当に
絞ると共に、比較的小口径の筒体３１ａ，３２ａ
を外筒３０内部と夫々連通する様に取付ける。従
つてこの様に構成した一種の外部熱媒流路型の熱
交換器においては、筒体３２ａから熱媒を導入
し、筒体３１ａから導出する一方、集合ヘッダー
３′から各水素ガス入口ノズル２１ｃ及び各水素
ガス流路２１を介して水素の導入・導出を行なう
ことにより、全ての合金収納部２０内で水素ガス
の吸蔵・放出が均一に行なわれ、熱媒を貯蔵容器
１″との熱交換が効率良く行なわれる。この場合
第７図（第６図−線断面図）に示す様に各合
金収納部２０の径は小さく、しかも前述の様にそ
の長さは比較的短く形成せしめているので、各合
金収納部２０内の伝熱距離ｄは短く、又合金収納
部２０内の長さ方向にわたつて水素ガスの圧力分
布及び温度分布がほぼ均一に維持される。従つて
水素ガスの吸蔵・放出のサイクルタイムを短くす
ることができ、更に各合金収納部２０内で合金粉
体が水素ガスの圧力や自重によつて固化すること
はない。従つて金属板２３，２３による伝熱面積
の拡大と相まつて貯蔵容器１″の伝熱性能は大き
く向上する。従つてこの様な貯蔵容器１″を複数
（図では５個）積層せしめいわゆる並行流方式で
熱交換させた場合の熱交換効率は極めて優れたも
のとなる。

尚各合金収納部２０のピッチＰや各貯蔵容器
１″の積層間隔ｈ等は、熱媒との熱交換条件に応
じて自由に選定すればよい。

又上記の実施例では合金収納部２０の断面形状
が略円形のものを示したが、上側金属板２３′
（溝部２３a′）及び下側金属板２３″（溝部２３″
ａ）を張り合わせた後の合金収納部２０の断面形
状を、第８図乃至第１４図に例示する様に形成せ
しめることができる。但し第９，１０図において
溝部２３′ａの両側壁２３″ｂは可撓構造とし、水
素ガス貯蔵時における合金粉体の体積膨張を吸収
する様にしたものである。又第１１，１２図にお
ける３３及び３４は、合金収納部２０内に挿入し
たインナーフインであり、更に１３，１４図にお
ける３５及び３６は、合金収納部２０の外面に取
付けたアウターフインであり、いずれも伝熱性能
を更に向上させる機能を発揮する。

本発明の金属水素化物貯蔵容器は以上の如く構
成されるが、要は金属板に比較的断面積の小さい
柱状の水素吸蔵用合金収納部を適当な間隔で複数
設ける様にしたので、水素ガスの吸蔵．放出のサ
イクルタイムを短くすると共に吸蔵合金粉体の固
化現象を防止することにより、金属水素化物の水
素化及び脱水素化反応性を良好に維持して伝熱性
能を著しく高めることができる様になつた。又上
記水素吸蔵用合金収納部は２枚の金属板を簡単な
成形加工によつて張り合わせることにより得られ
るので、本発明の貯蔵容器は大量生産にも適して
おり極めて経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の金属水素化物貯蔵容器を組込ん
だ外部熱媒流路型の熱交換器を示し、同図Ａは要
部縦断面図、同図Ｂは貯蔵カートリツジ２の要部
断面図、同図Ｃは同図ＢのＣ−Ｃ線断面図であ
る。又第２図は公知の金属水素化物貯蔵容器を組
込んだ内部熱媒流路型の熱交換器を示し、同図Ａ
は要部縦断面図、同図Ｂは同図ＡのＢ−Ｂ線断面
図である。第３図Ａは本発明の実施例たる貯蔵容
器の一部切欠概略斜視図で、同図Ｂは同図ＡのＢ
−Ｂ線断面図、第４図及び第５図は他の実施例容
器、第６図は第３図に示す実施例容器を組込んだ
外部熱媒流路型の熱交換器、第７図は第６図の
−線断面図、第８図乃至第１４図は変形実施例
容器における金属板の部分横断面図である。 １，１′，１″……金属水素化物貯蔵容器、２０
……水素吸蔵用合金収納部、２１……水素ガス流
路、２２……合金装填用ヘッダー、２３……金属
板、２４……円筒状フイルター、３０……外筒、
３１，３２……外筒側面、３１ａ，３２ａ……筒
体、３３，３４……インナーフイン、３５，３６
……アウターフイン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱媒流通空間を有する外筒内に水素吸蔵用合
   金収納部を設け、該収納部は少なくとも一方の金
   属板の適所に溝部を設けてなる２枚の金属板を張
   り合わせて該溝部内に形成される中空部に水素吸
   蔵用合金を装填する様に構成してなり、該収納部
   に水素ガス流路を連結したことを特徴とする金属
   水素化物貯蔵容器。