JPH07280492A - 水素吸蔵合金を用いた熱交換器 - Google Patents
水素吸蔵合金を用いた熱交換器Info
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- JPH07280492A JPH07280492A JP6836094A JP6836094A JPH07280492A JP H07280492 A JPH07280492 A JP H07280492A JP 6836094 A JP6836094 A JP 6836094A JP 6836094 A JP6836094 A JP 6836094A JP H07280492 A JPH07280492 A JP H07280492A
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- storage alloy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、水素吸蔵合金の膨脹収縮時の容器
に対する応力を緩和した、容器顕熱の小さく伝熱性能に
優れた水素吸蔵合金を用いた熱交換を提供する。 【構成】 外殻容器長手方向両端部に空間を形成し、そ
の一方に水素ガス導入口、もう一方に水素ガス導出口を
設けるとともに、側面に熱媒導入口及び熱媒導出口を設
け、外殻容器長手方向に平行に配置され、かつ中央にフ
ィルター管を有し、フィルターと細管の間に水素吸蔵合
金を充填した複数の細管で両空間を接続する構造とした
ことを特徴とする。 【効果】 本発明の容器を用いることにより、水素吸蔵
合金貯蔵装置、水素精製装置などの効率向上、装置のコ
ンパクト化ができる。
に対する応力を緩和した、容器顕熱の小さく伝熱性能に
優れた水素吸蔵合金を用いた熱交換を提供する。 【構成】 外殻容器長手方向両端部に空間を形成し、そ
の一方に水素ガス導入口、もう一方に水素ガス導出口を
設けるとともに、側面に熱媒導入口及び熱媒導出口を設
け、外殻容器長手方向に平行に配置され、かつ中央にフ
ィルター管を有し、フィルターと細管の間に水素吸蔵合
金を充填した複数の細管で両空間を接続する構造とした
ことを特徴とする。 【効果】 本発明の容器を用いることにより、水素吸蔵
合金貯蔵装置、水素精製装置などの効率向上、装置のコ
ンパクト化ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金に用いた
ヒートポンプ、水素貯蔵装置、水素精製装置、アクチュ
エーター等に用いられる、水素を安全に吸蔵−放出しう
る水素吸蔵合金保持容器に関するものである。
ヒートポンプ、水素貯蔵装置、水素精製装置、アクチュ
エーター等に用いられる、水素を安全に吸蔵−放出しう
る水素吸蔵合金保持容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、水素をある種の金属あるいは合金
に吸蔵させて金属水素化物という形で貯蔵、輸送した
り、水素の分離、精製に利用したり、ヒートポンプ、熱
の貯蔵などに利用する方法が提案されている。金属水素
化物をつくる合金のうち−２０℃〜３０℃において水素
を吸蔵放出できる金属としては、ＬａＮｉ5 、ＣａＮｉ
5、Ｍｇ2 Ｎｉ、ＦｅＴｉなどが代表的なものである。
水素吸蔵合金と呼ばれるこれらの合金は、水素の吸蔵放
出を迅速に行わせるために、その表面積を増やすため通
常、粉末状で用いられる。
に吸蔵させて金属水素化物という形で貯蔵、輸送した
り、水素の分離、精製に利用したり、ヒートポンプ、熱
の貯蔵などに利用する方法が提案されている。金属水素
化物をつくる合金のうち−２０℃〜３０℃において水素
を吸蔵放出できる金属としては、ＬａＮｉ5 、ＣａＮｉ
5、Ｍｇ2 Ｎｉ、ＦｅＴｉなどが代表的なものである。
水素吸蔵合金と呼ばれるこれらの合金は、水素の吸蔵放
出を迅速に行わせるために、その表面積を増やすため通
常、粉末状で用いられる。
【０００３】水素吸蔵合金を用いたシステムにおいて重
要なポイントは、水素の吸蔵−放出速度を増大させるこ
とである。水素の吸蔵−放出速度を増大させるために
は、水素の吸蔵においては合金充填層内における反応熱
を効率良く水素吸蔵合金充填容器の外部へ取り除き、
又、水素を放出する際には外部から合金充填層内へ反応
熱に相当する熱を効率よく供給しなければならない。こ
のため、水素吸蔵合金を保持する容器は、反応容器であ
るとともに優れた熱交換器である必要がある。
要なポイントは、水素の吸蔵−放出速度を増大させるこ
とである。水素の吸蔵−放出速度を増大させるために
は、水素の吸蔵においては合金充填層内における反応熱
を効率良く水素吸蔵合金充填容器の外部へ取り除き、
又、水素を放出する際には外部から合金充填層内へ反応
熱に相当する熱を効率よく供給しなければならない。こ
のため、水素吸蔵合金を保持する容器は、反応容器であ
るとともに優れた熱交換器である必要がある。
【０００４】一般的に水素吸蔵合金を保持する容器は、
図３に示すように、水素吸蔵合金保持容器１０の外側の
容器外熱媒管４に熱媒を流し、水素吸蔵合金３２の発
熱、吸熱の熱を除去して、水素化反応、脱水素化反応を
促進している。水素はフィルター３１を通して水素吸蔵
合金保持容器に導入・導出される。一例として、熱媒に
よって外部に持ち出される水素化反応熱は、暖房・冷房
等に利用することができる。水素吸蔵合金を用いた熱利
用装置の性能を評価する基準として熱効率（ＣＯＰ、
（出力熱量／入力熱量））、熱出力（KW/kg-MH）があ
る。これらの値を大きくするためには、容器としては容
器顕熱が小さく伝熱性能に優れていることがもとめられ
る。また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵時に金属粉末の
体積が１５〜３０％程度膨脹するとともに、金属の微粉
化も進行するため、容器内で粉末が厚密化しやすく、容
器に非常に大きい応力がかかることが指摘されている。
図３に示すように、水素吸蔵合金保持容器１０の外側の
容器外熱媒管４に熱媒を流し、水素吸蔵合金３２の発
熱、吸熱の熱を除去して、水素化反応、脱水素化反応を
促進している。水素はフィルター３１を通して水素吸蔵
合金保持容器に導入・導出される。一例として、熱媒に
よって外部に持ち出される水素化反応熱は、暖房・冷房
等に利用することができる。水素吸蔵合金を用いた熱利
用装置の性能を評価する基準として熱効率（ＣＯＰ、
（出力熱量／入力熱量））、熱出力（KW/kg-MH）があ
る。これらの値を大きくするためには、容器としては容
器顕熱が小さく伝熱性能に優れていることがもとめられ
る。また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵時に金属粉末の
体積が１５〜３０％程度膨脹するとともに、金属の微粉
化も進行するため、容器内で粉末が厚密化しやすく、容
器に非常に大きい応力がかかることが指摘されている。
【０００５】水素吸蔵合金充填層の伝熱特性の向上及び
圧密化の防止を目的に、管状の水素吸蔵合金充填容器の
内部のほぼ中央にフィルターを設け、伝熱的に軸方向に
区分けしたもの（特開平５−４０２００合公報）が提案
されている。また、水素吸蔵合金粉末の飛散及び流出の
防止、水素吸蔵合金充填層の熱伝導率の向上、貯蔵容器
の気密性及び潤滑性の改善、水分等による水素貯蔵能力
劣化の防止としてＭＨに油状物質をＭＨに対して４０〜
１００g/kg-MH 混合する方法（特開昭５８−２０８８号
公報）が提案されている。
圧密化の防止を目的に、管状の水素吸蔵合金充填容器の
内部のほぼ中央にフィルターを設け、伝熱的に軸方向に
区分けしたもの（特開平５−４０２００合公報）が提案
されている。また、水素吸蔵合金粉末の飛散及び流出の
防止、水素吸蔵合金充填層の熱伝導率の向上、貯蔵容器
の気密性及び潤滑性の改善、水分等による水素貯蔵能力
劣化の防止としてＭＨに油状物質をＭＨに対して４０〜
１００g/kg-MH 混合する方法（特開昭５８−２０８８号
公報）が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵合金保持容器
内の水素吸蔵合金の充填率は、一般にかさ密度の８０％
以下、真密度の４０％以下に抑えられている。このた
め、水素吸蔵合金の反応熱を利用する熱利用システムの
場合には、容積当たりの熱出力が小さくなるという問題
があった。
内の水素吸蔵合金の充填率は、一般にかさ密度の８０％
以下、真密度の４０％以下に抑えられている。このた
め、水素吸蔵合金の反応熱を利用する熱利用システムの
場合には、容積当たりの熱出力が小さくなるという問題
があった。
【０００７】本発明は、水素吸蔵合金の膨脹収縮時の容
器に対する効力を緩和した、容器顕熱の小さく伝熱性能
に優れた水素吸蔵合金保持容器を提供することを目的と
する。
器に対する効力を緩和した、容器顕熱の小さく伝熱性能
に優れた水素吸蔵合金保持容器を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するため、細管の採用及び水素吸蔵合金と有機
溶媒の混合物を用いることにより保持容器内部の熱効率
・熱出力の向上、ＭＨ合金の膨脹収縮時の容器に対する
応力の緩和を図るものである。
題を解決するため、細管の採用及び水素吸蔵合金と有機
溶媒の混合物を用いることにより保持容器内部の熱効率
・熱出力の向上、ＭＨ合金の膨脹収縮時の容器に対する
応力の緩和を図るものである。
【０００９】本発明の要旨とするところは下記のとおり
である。外殻容器長手方向の両端部に空間を形成し、そ
の一方に水素ガス導入口、もう一方に水素ガス導出口を
設け、外面に熱媒導入口及び熱媒導出口を設けるととも
に、外殻容器長手方向に平行に配置され、かつ中央にフ
ィルター管を有し、フィルターと細管の間に水素吸蔵合
金を充填した複数の細管で両空間を接続する合象とした
ことを特徴とする。特に、細管の内径が８ｍｍ〜２０ｍ
ｍであることを特徴とする。また、細管内に充填した水
素吸蔵合金が有機溶媒を含有し、有機溶媒の含有率を１
〜６重量％とすることを特徴とする。
である。外殻容器長手方向の両端部に空間を形成し、そ
の一方に水素ガス導入口、もう一方に水素ガス導出口を
設け、外面に熱媒導入口及び熱媒導出口を設けるととも
に、外殻容器長手方向に平行に配置され、かつ中央にフ
ィルター管を有し、フィルターと細管の間に水素吸蔵合
金を充填した複数の細管で両空間を接続する合象とした
ことを特徴とする。特に、細管の内径が８ｍｍ〜２０ｍ
ｍであることを特徴とする。また、細管内に充填した水
素吸蔵合金が有機溶媒を含有し、有機溶媒の含有率を１
〜６重量％とすることを特徴とする。
【００１０】以下に、本発明を詳細に説明する。水素吸
蔵合金を充填する管の最小厚さは、使用水素圧力と管の
内径の積に比例し、管を構成する材料の許容引張応力に
反比例する。このため、管の内径を小さくすることによ
り耐圧性を向上させることができるとともに、管の最小
厚さを小さくすることができ、容器外壁からの熱の流
入、流出を迅速に行うことができる。しかしながら、細
管の内径が８ｍｍ未満では、細管の肉厚を薄くするにも
強度上の限界があり、細管の熱容量が細管内部に充填す
る水素吸蔵合金の反応熱に対して相対的に大きくなるた
め熱効率が悪化し、細管の内径が２０ｍｍ超では管の厚
さが厚くなるため伝熱が悪くなり熱出力が低下する。し
たがって、細管の内径が８〜２０ｍｍが望ましい。
蔵合金を充填する管の最小厚さは、使用水素圧力と管の
内径の積に比例し、管を構成する材料の許容引張応力に
反比例する。このため、管の内径を小さくすることによ
り耐圧性を向上させることができるとともに、管の最小
厚さを小さくすることができ、容器外壁からの熱の流
入、流出を迅速に行うことができる。しかしながら、細
管の内径が８ｍｍ未満では、細管の肉厚を薄くするにも
強度上の限界があり、細管の熱容量が細管内部に充填す
る水素吸蔵合金の反応熱に対して相対的に大きくなるた
め熱効率が悪化し、細管の内径が２０ｍｍ超では管の厚
さが厚くなるため伝熱が悪くなり熱出力が低下する。し
たがって、細管の内径が８〜２０ｍｍが望ましい。
【００１１】水素吸蔵合金に有機溶媒を混合することに
より、膨脹時の水素吸蔵合金粒子間の潤滑効果が生じ、
粒子の流動性が促進されるので、ＭＨの膨脹圧密化が緩
和され、容器壁に及ぼす影響が大幅に軽減される。水素
吸蔵合金と混合する有機溶媒としては、水素吸蔵合金表
面の被毒を行わない溶媒としてｎ−ウンデカン、シリコ
ーンオイル等を用いることができる。有機溶媒の量とし
ては、１重量％以下では、ＭＨ圧密化防止の効果が見ら
れず、６重量％より大きくなると、水素吸蔵合金粒子の
表面が有機溶媒で完全に覆われる部分が生じ、有機溶媒
中の水素の拡散速度が影響されるようになり、水素吸蔵
放出速度の低下が起こる。このため１〜６重量％が望ま
しい範囲である。
より、膨脹時の水素吸蔵合金粒子間の潤滑効果が生じ、
粒子の流動性が促進されるので、ＭＨの膨脹圧密化が緩
和され、容器壁に及ぼす影響が大幅に軽減される。水素
吸蔵合金と混合する有機溶媒としては、水素吸蔵合金表
面の被毒を行わない溶媒としてｎ−ウンデカン、シリコ
ーンオイル等を用いることができる。有機溶媒の量とし
ては、１重量％以下では、ＭＨ圧密化防止の効果が見ら
れず、６重量％より大きくなると、水素吸蔵合金粒子の
表面が有機溶媒で完全に覆われる部分が生じ、有機溶媒
中の水素の拡散速度が影響されるようになり、水素吸蔵
放出速度の低下が起こる。このため１〜６重量％が望ま
しい範囲である。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。図１は、本発明の水素吸蔵合金保持容器１０を示
す。図２は、水素吸蔵合金保持容器１０を構成するステ
ンレス製の細管１の断面図を示す。図１において、水素
吸蔵合金保持容器１０は、複数の細管１の軸長さ方向の
両端部に、これら細管を集合した共通部分８を設け、水
素ガスの導入および導出のためのバルブ５を備えてい
る。図２において、細管１の内部のほぼ中央に、細孔径
２μｍの焼結フィルター３１を設け、細管１内に水素吸
蔵合金と有機溶媒の混合物２が充填されている。また、
焼結フィルター３１は、フィルターの共通部３０に接続
されている。
する。図１は、本発明の水素吸蔵合金保持容器１０を示
す。図２は、水素吸蔵合金保持容器１０を構成するステ
ンレス製の細管１の断面図を示す。図１において、水素
吸蔵合金保持容器１０は、複数の細管１の軸長さ方向の
両端部に、これら細管を集合した共通部分８を設け、水
素ガスの導入および導出のためのバルブ５を備えてい
る。図２において、細管１の内部のほぼ中央に、細孔径
２μｍの焼結フィルター３１を設け、細管１内に水素吸
蔵合金と有機溶媒の混合物２が充填されている。また、
焼結フィルター３１は、フィルターの共通部３０に接続
されている。
【００１３】水素吸蔵時には、水素導入導出口５から水
素が導入され、細管１内の水素吸蔵合金と有機溶媒の混
合物２に吸蔵される。その際の反応熱は、細管内を細管
壁方向に伝わり、容器外熱媒管４内の熱媒によって除去
される。熱媒は、水素吸蔵合金保持容器１０の外部から
熱媒導入口６を通じて導入され、複数の細管の間を通過
し、熱媒導出口７により外部に排出される。水素放出時
にも、熱媒は同様の径路を通り、水素導入導出口７から
水素が放出されるとともに、細管１内の水素吸蔵合金と
有機溶媒の混合物２から水素が放出され、その際の冷熱
は熱媒によって外部に取り出される。
素が導入され、細管１内の水素吸蔵合金と有機溶媒の混
合物２に吸蔵される。その際の反応熱は、細管内を細管
壁方向に伝わり、容器外熱媒管４内の熱媒によって除去
される。熱媒は、水素吸蔵合金保持容器１０の外部から
熱媒導入口６を通じて導入され、複数の細管の間を通過
し、熱媒導出口７により外部に排出される。水素放出時
にも、熱媒は同様の径路を通り、水素導入導出口７から
水素が放出されるとともに、細管１内の水素吸蔵合金と
有機溶媒の混合物２から水素が放出され、その際の冷熱
は熱媒によって外部に取り出される。
【００１４】水素吸蔵合金と有機溶媒の混合物２として
は、ＬａＮｉ5 粉末１００ｇに対して、シリコーンオイ
ル２ｇを混合した。細管に真密度の５０％の充填密度で
混合物２を充填した。この混合物を１０-2ｔｏｒｒの減
圧下に脱気し、９kg／cm2 の水素を加える操作を行うこ
とにより活性化した。この活性化処理を１０回行った
後、この混合物は水素圧９kg／cm2 、２５℃の条件下に
おいて、１．３ｇの水素を吸蔵した。その後、大気圧
下、２５℃の条件下で１０分間水素を放出させた後、水
素圧９kg／cm2 、２５℃の条件下で１０分間水素を加え
る操作を繰り返した。
は、ＬａＮｉ5 粉末１００ｇに対して、シリコーンオイ
ル２ｇを混合した。細管に真密度の５０％の充填密度で
混合物２を充填した。この混合物を１０-2ｔｏｒｒの減
圧下に脱気し、９kg／cm2 の水素を加える操作を行うこ
とにより活性化した。この活性化処理を１０回行った
後、この混合物は水素圧９kg／cm2 、２５℃の条件下に
おいて、１．３ｇの水素を吸蔵した。その後、大気圧
下、２５℃の条件下で１０分間水素を放出させた後、水
素圧９kg／cm2 、２５℃の条件下で１０分間水素を加え
る操作を繰り返した。
【００１５】水素吸蔵サイクルを所定の１００回繰り返
した後、細管を切断したＭＨ充填層を観察したところ、
水素吸蔵合金と有機溶媒との混合物を用いた場合は、Ｍ
Ｈ充填層の圧密化は観察されなかった。従来の水素吸蔵
合金のみの場合においては、圧密化による結着現象が観
察された。
した後、細管を切断したＭＨ充填層を観察したところ、
水素吸蔵合金と有機溶媒との混合物を用いた場合は、Ｍ
Ｈ充填層の圧密化は観察されなかった。従来の水素吸蔵
合金のみの場合においては、圧密化による結着現象が観
察された。
【００１６】
【発明の効果】本発明の容器を用いることにより、容器
の伝熱性能が向上すると共に、水素吸蔵合金の膨脹収縮
時の容器に対する応力を緩和することができる。このた
め、容器壁の薄い細管も用いることができ、容器顕熱ロ
スも小さくなり、熱効率も向上する。このことから、水
素吸蔵合金貯蔵装置、水素精製装置、アクチュエーター
などの水素吸蔵合金を用いるシステムの効率向上を図る
ことができる。
の伝熱性能が向上すると共に、水素吸蔵合金の膨脹収縮
時の容器に対する応力を緩和することができる。このた
め、容器壁の薄い細管も用いることができ、容器顕熱ロ
スも小さくなり、熱効率も向上する。このことから、水
素吸蔵合金貯蔵装置、水素精製装置、アクチュエーター
などの水素吸蔵合金を用いるシステムの効率向上を図る
ことができる。
【図１】本発明の一実施例の水素吸蔵合金保持容器を示
した図である。
した図である。
【図２】本発明の一実施例の水素吸蔵合金保持容器を構
成する細管の断面図である。
成する細管の断面図である。
【図３】従来の水素吸蔵合金保持容器を示した図であ
る。
る。
１ 細管 ２ 水素吸蔵合金と有機溶媒の混合物 ４ 容器外熱媒管 ５ 水素導入導出バルブ ６ 熱媒導入口 ７ 熱媒導出口 ８ 共通部分 １０ 水素吸蔵合金保持容器 ３０ フィルター共通部 ３１ 焼結フィルター ３２ 水素吸蔵合金
Claims (4)
- 【請求項１】外殻容器長手方向の両端部に空間を形成
し、その一方に水素ガス導入口、もう一方に水素ガス導
出口を設け、側面に熱媒導入口及び熱媒導出口を設ける
とともに、外殻容器長手方向に平行に配置され、かつ中
央にフィルター管を有し、フィルターと細管の間に水素
吸蔵合金を充填した複数の細管で両空間を接続する構造
としたことを特徴とする水素吸蔵合金を用いた熱交換
器。 - 【請求項２】前記細管の内径が８ｍｍ〜２０ｍｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の水素吸蔵合金を用い
た熱交換器。 - 【請求項３】前記細管内に充填した水素吸蔵合金が有機
溶媒を含有することを特徴とする請求項１および２に記
載の水素吸蔵合金を用いた熱交換器。 - 【請求項４】水素吸蔵合金と有機溶媒の混合物中、有機
溶媒の含有率を１〜６重量％とすることを特徴とする請
求項３に記載の水素吸蔵合金を用いた熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6836094A JPH07280492A (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 水素吸蔵合金を用いた熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6836094A JPH07280492A (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 水素吸蔵合金を用いた熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280492A true JPH07280492A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=13371559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6836094A Withdrawn JPH07280492A (ja) | 1994-04-06 | 1994-04-06 | 水素吸蔵合金を用いた熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07280492A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100770410B1 (ko) * | 2006-12-21 | 2007-10-26 | 박양배 | 열교환기 장치 및 이를 이용한 열교환 시스템 |
| KR20170119383A (ko) * | 2016-04-19 | 2017-10-27 | 한온시스템 주식회사 | 수소 저장 장치 |
| WO2021187284A1 (ja) * | 2020-03-16 | 2021-09-23 | 三浦工業株式会社 | ボイラ |
-
1994
- 1994-04-06 JP JP6836094A patent/JPH07280492A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100770410B1 (ko) * | 2006-12-21 | 2007-10-26 | 박양배 | 열교환기 장치 및 이를 이용한 열교환 시스템 |
| KR20170119383A (ko) * | 2016-04-19 | 2017-10-27 | 한온시스템 주식회사 | 수소 저장 장치 |
| WO2021187284A1 (ja) * | 2020-03-16 | 2021-09-23 | 三浦工業株式会社 | ボイラ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010703 |