JPH0711016B2 - 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Info
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- JPH0711016B2 JPH0711016B2 JP1116572A JP11657289A JPH0711016B2 JP H0711016 B2 JPH0711016 B2 JP H0711016B2 JP 1116572 A JP1116572 A JP 1116572A JP 11657289 A JP11657289 A JP 11657289A JP H0711016 B2 JPH0711016 B2 JP H0711016B2
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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素吸蔵合金を使
用した伝熱モジュールに係る。
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。
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
て熱交換装置やヒートポンプへの利用ができる。
当って必ず発熱、吸熱を伴なうので、この性質に着目し
て熱交換装置や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。
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さ
れてきた。
め、効率的な熱の授受を目指して幾つかの手段が提案さ
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。
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。
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、該成形体を貫通
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。
（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、該成形体を貫通
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。
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べると著しく熱
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。
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（銅管）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。
ね、その内部に数本の伝熱管（銅管）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。
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に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く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
等静水圧プレス（Cold Isostatic Press−以下CIPと略
称する。）で2Ton/cm2の圧力によって成形したときは0.
64〜0.65になる。
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く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
等静水圧プレス（Cold Isostatic Press−以下CIPと略
称する。）で2Ton/cm2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た
とえばLaNi4.95Al0.05−Cuのときは141％、MmNi4.3Al
0.7−Cu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Alの含量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
脹することを許すと、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。
とえばLaNi4.95Al0.05−Cuのときは141％、MmNi4.3Al
0.7−Cu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Alの含量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
脹することを許すと、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。
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。
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、Cuなどの高熱伝導性の金属によって表面
を被覆した水素吸蔵合金粉末を静圧プレスによって加圧
し、該加圧負荷（Ton/cm2）の増加割合に対して成形体
密度（kg/cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に留ま
る状態まで圧密して外径Ｄの円筒体を成形し、該成形体
を無拘束で水素吸蔵反応を行なったときに当該水素吸蔵
合金の成分によって特定される個有の成形体自由膨張率
をＥとすれば、 の内径D0を有するCuなどの高熱伝導性の金属管内へ挿通
したことによって前記の課題を解決した。
の製造方法は、Cuなどの高熱伝導性の金属によって表面
を被覆した水素吸蔵合金粉末を静圧プレスによって加圧
し、該加圧負荷（Ton/cm2）の増加割合に対して成形体
密度（kg/cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に留ま
る状態まで圧密して外径Ｄの円筒体を成形し、該成形体
を無拘束で水素吸蔵反応を行なったときに当該水素吸蔵
合金の成分によって特定される個有の成形体自由膨張率
をＥとすれば、 の内径D0を有するCuなどの高熱伝導性の金属管内へ挿通
したことによって前記の課題を解決した。
また、この数式において、成形体自由膨張率ＥがAlが０
％では1.42（倍）であり、ランタン系水素吸蔵合金では
Al（％）の増減とともにＥ（倍）が Ｅ＝−0.32Al＋1.42 の一次式に沿って増減し、ミッシュメタル系水素吸蔵合
金についてはAl（％）の増減とともにＥ（倍）が Ｅ＝−0.27Al＋1.42 の一次式に沿って増減することが具体的には適切であ
る。
％では1.42（倍）であり、ランタン系水素吸蔵合金では
Al（％）の増減とともにＥ（倍）が Ｅ＝−0.32Al＋1.42 の一次式に沿って増減し、ミッシュメタル系水素吸蔵合
金についてはAl（％）の増減とともにＥ（倍）が Ｅ＝−0.27Al＋1.42 の一次式に沿って増減することが具体的には適切であ
る。
さらに製造方法の実施に当り、高熱伝導性金属による水
素吸蔵合金表面の被覆が、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が最も望ましく、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の間に
介装することも優れた実施例である。
素吸蔵合金表面の被覆が、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が最も望ましく、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の間に
介装することも優れた実施例である。
［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があっても簡
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、
静圧プレスで加圧して負荷（Ton/cm2）の増加割合に対
して密度（kg/cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に
なれば、実験的に得られる曲線からも以後の変動は無視
できる程度と見てよい。この状態の成形体を無拘束で自
由のままで水素吸蔵反応を行なえば、その成分で特定さ
れる自由膨張が現れるが、その膨張率をＥとして熱交換
モジュールを形成する金属管と管内で拘束された成形体
との寸法的な関係を決定する指数に活用する点が本願発
明の特徴である。しかし、現実に自由膨張率Ｅと適切な
両者間の寸法の因果関係は、あくまで実験的に求めるよ
り他に手段はなく、後述の実施例で示すような手順に基
づいて、成形体の外径Ｄと金属管の内径D0との前記の関
係式を実験的に特定したのである。実験が証明するよう
にこの関係式さえ成立していれば、水素吸蔵反応時に金
属管内の水素吸蔵合金成形体は膨張し膨脹した成形体の
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損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，粉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、管内を滑って
離脱するような恐れも解消される。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。
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があっても簡
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、
静圧プレスで加圧して負荷（Ton/cm2）の増加割合に対
して密度（kg/cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に
なれば、実験的に得られる曲線からも以後の変動は無視
できる程度と見てよい。この状態の成形体を無拘束で自
由のままで水素吸蔵反応を行なえば、その成分で特定さ
れる自由膨張が現れるが、その膨張率をＥとして熱交換
モジュールを形成する金属管と管内で拘束された成形体
との寸法的な関係を決定する指数に活用する点が本願発
明の特徴である。しかし、現実に自由膨張率Ｅと適切な
両者間の寸法の因果関係は、あくまで実験的に求めるよ
り他に手段はなく、後述の実施例で示すような手順に基
づいて、成形体の外径Ｄと金属管の内径D0との前記の関
係式を実験的に特定したのである。実験が証明するよう
にこの関係式さえ成立していれば、水素吸蔵反応時に金
属管内の水素吸蔵合金成形体は膨張し膨脹した成形体の
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損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，粉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、管内を滑って
離脱するような恐れも解消される。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、この技術に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
液に混合攪拌すると、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、合金と水素の授
受機能を無処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。
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、この技術に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
液に混合攪拌すると、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、合金と水素の授
受機能を無処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
レス鋼の蓋3,4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へ侵入し、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
ては大きな差がなく、ただ加圧力によって双曲線を画い
て大きくなるが、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LaNi4.7Al
0.3−Cu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/cm2を越えると殆ど密度（k
g/cm3）の増大に結びつかず、2Ton/cm2で加圧すること
が経済面から見て合理的といえる。この実施例で2Ton/c
m2に対応する曲線における接線Ｔを第２図から作図すれ
ば、ほぼ水平に近い4:1の勾配であることが確認され、
曲線は双曲線の一種で無限に水平方向へ収斂するから、
一般的に言えば、成形は静圧プレスによるものとし、加
圧負荷（Ton/cm2）の増加割合に対して成形体密度（kg/
cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に留まる状態まで
圧密すれば、これ以上の加圧による成形体密度の変動は
無視しても誤差はきわめて少ないと判断できる。
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
レス鋼の蓋3,4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へ侵入し、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
ては大きな差がなく、ただ加圧力によって双曲線を画い
て大きくなるが、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LaNi4.7Al
0.3−Cu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/cm2を越えると殆ど密度（k
g/cm3）の増大に結びつかず、2Ton/cm2で加圧すること
が経済面から見て合理的といえる。この実施例で2Ton/c
m2に対応する曲線における接線Ｔを第２図から作図すれ
ば、ほぼ水平に近い4:1の勾配であることが確認され、
曲線は双曲線の一種で無限に水平方向へ収斂するから、
一般的に言えば、成形は静圧プレスによるものとし、加
圧負荷（Ton/cm2）の増加割合に対して成形体密度（kg/
cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に留まる状態まで
圧密すれば、これ以上の加圧による成形体密度の変動は
無視しても誤差はきわめて少ないと判断できる。
加圧成形した成形体の外径Ｄと、この成形体を挿入する
金属管の内径D0との関係を特定するために、次の実験を
行なった。すなわち、銅鍍金処理を施した各種成分の水
素吸蔵合金粉末に、2Ton/cm2の負荷をかけて外径25.0m
m、内径6mm、長さ250mmの円筒体を多数成形し、その外
径を最大25.0mm（無加工）から最小22mmとなるまで機械
加工によって外周を削り出し、異なる外径の円筒体を各
成分毎に準備してそれぞれ内径25.0mmの銅管内へ挿入
し、実際の使用に準じた水素吸蔵反応を10回繰り返し
た。第１表は各成分別、各外径別の円筒体が10回の膨張
収縮を繰り返した後の状態を一覧表にまとめたものであ
って、反応後の状態を観察した結果、各成分共にＡ（過
大）、Ｂ（適正）、Ｃ（過小）の３態様に分別できるこ
とを見出したのである。
金属管の内径D0との関係を特定するために、次の実験を
行なった。すなわち、銅鍍金処理を施した各種成分の水
素吸蔵合金粉末に、2Ton/cm2の負荷をかけて外径25.0m
m、内径6mm、長さ250mmの円筒体を多数成形し、その外
径を最大25.0mm（無加工）から最小22mmとなるまで機械
加工によって外周を削り出し、異なる外径の円筒体を各
成分毎に準備してそれぞれ内径25.0mmの銅管内へ挿入
し、実際の使用に準じた水素吸蔵反応を10回繰り返し
た。第１表は各成分別、各外径別の円筒体が10回の膨張
収縮を繰り返した後の状態を一覧表にまとめたものであ
って、反応後の状態を観察した結果、各成分共にＡ（過
大）、Ｂ（適正）、Ｃ（過小）の３態様に分別できるこ
とを見出したのである。
表中、最近欄はランタン系，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Alの添加量によって分別し
て表示している。
水素吸蔵合金をNiと置換するAl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。
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
が著しく低い上、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。
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
が著しく低い上、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A
lの含量と相関的な関係が存在すると判断されるので、
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。
lの含量と相関的な関係が存在すると判断されるので、
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LaNi5−xAlxについて横軸にＸ＝０から1.0の範
囲でNiの一部をAlで置換したAl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。
囲でNiの一部をAlで置換したAl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MmNi5−xAlxについて第３図と同じ方法で
プロットした図である。
プロットした図である。
ランタン系水素吸蔵合金の自由膨張率の推移を第３図で
見ると、Alが０％のときのＥ（Ｙ軸）が1.42倍であり、
以下Al（％）が増加するにつれて比例的に下がり、実験
値を結ぶと概ねＥ＝−0.32Al＋1.42なる右下がりの一次
直線が得られる。第１表の実験ではAlが０％のデータは
含まれていないが、各試験片のAl（％）の変動と外径の
変動の比例関係から、Alが０％におけるＢ項（適正外径
範囲）の適正な外径を推定すれば、22.7mmと認められる
ので、この推定値22.7mmと金属管内径の25.0mmとの取り
合せがAlが０％における最も望ましい相互関係であると
認められる。外径と内径との関係は長さという一次的な
ディメンジョンであり、容積は三次元のディメンジョン
であるから、長さの関係と容積の関係を等号で結ぶため
には、一方は三乗根で表された方程式が成立する。すな
わち、Alが０％における最適の膨張指数をＲで表せば、 の関係が成立するから、これから となり、出発点（Al＝０％）の指数を94/100に取れば適
正範囲（第１表のＢ項）の基準点となる。現実的にはラ
ンタン系の水素吸蔵合金には幾らかのAlが含まれるのが
通常であるから、Al含有率による膨張率の変化を前記の
一次式を代入して修正すれば、 が得られるが、さらに第１表を検討して一定幅までを許
容すれば の範囲が第１表におけるＢ項の領域（第３図のハッチン
グの領域）であると導き出される。
見ると、Alが０％のときのＥ（Ｙ軸）が1.42倍であり、
以下Al（％）が増加するにつれて比例的に下がり、実験
値を結ぶと概ねＥ＝−0.32Al＋1.42なる右下がりの一次
直線が得られる。第１表の実験ではAlが０％のデータは
含まれていないが、各試験片のAl（％）の変動と外径の
変動の比例関係から、Alが０％におけるＢ項（適正外径
範囲）の適正な外径を推定すれば、22.7mmと認められる
ので、この推定値22.7mmと金属管内径の25.0mmとの取り
合せがAlが０％における最も望ましい相互関係であると
認められる。外径と内径との関係は長さという一次的な
ディメンジョンであり、容積は三次元のディメンジョン
であるから、長さの関係と容積の関係を等号で結ぶため
には、一方は三乗根で表された方程式が成立する。すな
わち、Alが０％における最適の膨張指数をＲで表せば、 の関係が成立するから、これから となり、出発点（Al＝０％）の指数を94/100に取れば適
正範囲（第１表のＢ項）の基準点となる。現実的にはラ
ンタン系の水素吸蔵合金には幾らかのAlが含まれるのが
通常であるから、Al含有率による膨張率の変化を前記の
一次式を代入して修正すれば、 が得られるが、さらに第１表を検討して一定幅までを許
容すれば の範囲が第１表におけるＢ項の領域（第３図のハッチン
グの領域）であると導き出される。
ミッシュメタル系についても同様に第１表と第４図の関
係を組合わせて、最適が であり、許容される適正範囲として が第１表のＢ項に属する領域と導き出される。
係を組合わせて、最適が であり、許容される適正範囲として が第１表のＢ項に属する領域と導き出される。
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、成形体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（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
に把持するスペーサの役割を果す。
て組立てた実施例の正面断面図を示し、成形体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（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
に把持するスペーサの役割を果す。
［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された成形化の思想
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技術的に有効利
用する手段を構築したことが本願の要旨である。
向上とその持続を図って既に開発された成形化の思想
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技術的に有効利
用する手段を構築したことが本願の要旨である。
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の負荷と合金密度の関係図、第３図と
第４図はAl含有量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
図、第２図はCIPの負荷と合金密度の関係図、第３図と
第４図はAl含有量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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 20/00 ３１０ Ｅ // Ｆ２８Ｄ 20/00 (72)発明者 岡田 輝也 大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会社栗本鐵工所内 (72)発明者 坂本 静男 大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会社栗本鐵工所内 審査官 三崎 仁
Claims (4)
- 【請求項１】Cuなどの高熱伝導性の金属によって表面を
被覆した水素吸蔵合金粉末を静圧プレスによって加圧
し、該加圧負荷（Ton/cm2）の増加割合に対して成形体
密度（kg/cm3）の増加割合がほぼ4:1以下の比率に留ま
る状態まで圧密して外径Ｄの円筒体を成形し、該成形体
を無拘束で水素吸蔵反応を行なったときに当該水素吸蔵
合金の成分によって特定される固有の成形体自由膨張率
をＥとすれば、 の内径D0を有するCuなどの高熱伝導性の金属管内へ挿通
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。 - 【請求項２】請求項１において成形体自由膨張率ＥがAl
が０％では1.42（倍）であり、ランタン系水素吸蔵合金
ではAl（％）の増減とともにＥ（倍）が Ｅ＝−0.32Al＋1.42 の一次式に沿って増減し、ミッシュメタル系水素吸蔵合
金についてはAl（％）の増減とともにＥ（倍）が Ｅ＝−0.27Al＋1.42 の一次式に沿って増減す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。 - 【請求項３】請求項１または２において、高熱伝導性金
属による水素吸蔵合金表面の被覆が、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。 - 【請求項４】請求項１乃至３の何れかにおいて、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の間
に介装す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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116572A JPH0711016B2 (ja) | 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 |
| US07/393,933 US5046247A (en) | 1989-05-10 | 1989-08-15 | Method for manufacturing heat transfer module with hydrogen adsorption alloy |
| DE3939070A DE3939070A1 (de) | 1989-05-10 | 1989-11-25 | Verfahren zur herstellung einer waermeuebertragungseinheit mit wasserstoffadsorbierender legierung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116572A JPH0711016B2 (ja) | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02294410A JPH02294410A (ja) | 1990-12-05 |
| JPH0711016B2 true JPH0711016B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=14690432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1116572A Expired - Lifetime JPH0711016B2 (ja) | 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 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5046247A (ja) |
| JP (1) | JPH0711016B2 (ja) |
| DE (1) | DE3939070A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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