JPH08296798A - 水素貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱の速やかな除去、供給が可能であるため、
水素吸蔵合金による水素の吸蔵、放出を速やかに行える
水素貯蔵装置を提供する。 【構成】 金属多孔体の空隙内に水素吸蔵合金を充填
し、加圧成形してえられたシート１ａを、渦巻き状に巻
回した水素吸蔵体１を備える。 【効果】 かかる水素吸蔵体１は、たとえば容器の変形
等を生じることなく、水素吸蔵合金による水素の吸蔵、
放出を速やかに行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水素吸蔵合金を用い
た水素貯蔵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】室温ないし２００℃程度の比較的低温の
条件下で、可逆的に多量の水素を吸蔵、放出するいわゆ
る水素吸蔵合金が、水素の安全かつ効率的な貯蔵媒体と
して注目されつつある。水素吸蔵合金に水素を吸蔵させ
る際には、水素圧力を高くするか、または水素化反応に
よって発生する熱を除去する必要があり、また水素吸蔵
合金から水素を放出させる際には、逆に水素圧力を低く
するか、または放出に必要な熱を供給する必要がある。

【０００３】安全性の観点からすると、水素圧力の差は
小さく、とくに水素吸蔵時に高圧にならないことが望ま
しく、そのためには熱の速やかな除去、および供給が要
求される。しかし、水素吸蔵合金の粉末を容器内に充填
しただけの構造では、当該水素吸蔵合金の充填層の熱伝
導効率がきわめて悪いために、熱の速やかな除去、およ
び供給は不可能であって、水素の吸蔵、放出に長時間を
要するという問題がある。

【０００４】そこで、 水素吸蔵合金の粉末を充填した容器の外壁に、フィ
ンを設ける、 水素吸蔵合金の充填層中に、熱媒体を通す伝熱管
（Ｕ字管、蛇管等）を埋め込む、 充填層自体の熱伝導効率を改善すべく、当該充填層
中に、熱伝導効率のよい銅やアルミニウムの粉末を混入
する、 等の試みがなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の場
合には、容器と外気との熱交換速度は向上するものの、
容器内部の充填層における熱伝導効率の悪さは改善され
ないので、水素の吸蔵、放出速度はあまり向上しない。
また、の場合には、充填層中に埋め込んだ伝熱管の周
囲での、熱の除去および供給の速度は向上するものの、
充填層における熱伝導効率の悪さは改善されていないの
で、充填層のうち伝熱管から離れた位置では、依然とし
て熱の速やかな除去、および供給は不可能であり、やは
りこの場合も、水素の吸蔵、放出速度はあまり向上しな
い。

【０００６】さらにの場合には、充填層自体の熱伝導
効率はある程度改善されるが、その度合いはあまり大き
くなく、したがって水素の吸蔵、放出速度はあまり向上
しない。これは、銅やアルミニウムの粉末が、充填層中
で不連続に分散しているのが原因である。銅やアルミニ
ウムの粉末の、充填層中での接触を高めるには、その混
入量を増加すればよいが、その場合には、相対的に水素
吸蔵合金の量が減少するため、水素の貯蔵量が少なくな
ってしまう。

【０００７】この発明の目的は、水素吸蔵合金への熱の
速やかな除去、および供給が可能であるため、当該水素
吸蔵合金による水素の吸蔵、放出を、速やかに行うこと
のできる水素貯蔵装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、この発明の水素貯蔵装置は、金属多孔体の空隙内に
水素吸蔵合金を充填し、加圧成形して得られたシート
を、渦巻き状に巻回した水素吸蔵体を備えることを特徴
としている。なおここでいう金属多孔体とは、連続気孔
構造を有する金属発泡体や、あるいは金属の細線からな
る織布、不織布等の総称である。

【０００９】上記水素吸蔵体は、その渦巻きの中心部
に、水素ガスを通過させる通路が設けられているのが好
ましい。また、この発明の水素貯蔵装置は、上記水素吸
蔵体を収容する、円筒状の内容器を備えているのが好ま
しい。さらにこの発明の水素貯蔵装置は、上記円筒状の
内容器を複数個、各内容器間に、熱媒体の流通路となる
隙間を設けた状態で、外容器内に収容した構造であるの
が好ましい。

【００１０】

【作用】上記構成からなる、この発明の水素貯蔵装置に
おいて使用される水素吸蔵体は、高い熱伝導効率を有す
る金属製の多孔体の空隙内に水素吸蔵合金を充填し、加
圧成形して得られたシートを、渦巻き状に巻回した構造
を有するため、開孔部を有する伝導板を、同様に渦巻き
状に巻回してその間隙に合金を充填したもの（特開昭６
０−４４６９８号公報）に比べて熱伝導性が高く、熱の
速やかな除去、および供給が可能である。したがってこ
の発明の水素貯蔵装置は、水素吸蔵合金による水素の吸
蔵、放出の反応速度が大幅に向上して、水素の吸蔵、放
出を速やかに行うことができる。

【００１１】また、上記水素吸蔵体の渦巻きの中心部
に、水素ガスを通過させるための通路を設けた場合に
は、水素の供給と放出とを、水素吸蔵体の全体にわたっ
てほぼ同時に行えるので、当該水素吸蔵合金による水素
の吸蔵、放出をさらに迅速化できる。さらに、上記渦巻
き状の水素吸蔵体を円筒状の内容器に収容した構造の場
合には、当該水素吸蔵体への熱伝導を均一化できるた
め、水素の吸蔵、放出をさらに迅速化できるとともに、
水素吸蔵量に関する体積効率も良好となり、水素の貯蔵
効率が向上する。

【００１２】しかも上記構造の水素貯蔵装置の場合に
は、たとえば同じシートを平板状のまま積層して、角形
の内容器に収容したもの（特開昭５５−１２６１９９号
公報）に比べて、水素吸蔵体の、水素の吸蔵、放出時の
体積変化による応力によって容器が変形する割合が小さ
いため、当該容器の破損等を確実に防止できるという利
点もある。

【００１３】さらに、上記水素吸蔵体を収容した複数個
の内容器を、各内容器間に熱媒体の流通路となる隙間を
設けた状態で、外容器内に収容した場合には、上記隙間
に熱媒体を流通させることで、熱伝導効率がさらに向上
して、水素吸蔵合金による水素の吸蔵、放出を、より一
層迅速化できるとともに、多量の水素の貯蔵できるとい
う利点がある。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明の水素貯蔵装置を、その一
実施例を示す図面を参照しつつ説明する。図３および図
４に示すように、この実施例の水素貯蔵装置は、水素吸
蔵体１を収容した内容器２を複数個（図の場合は３７
個）、各内容器２間に、熱媒体の流通路となる隙間（図
４中の符号Ｓ）を設けた状態で、外容器３内に収容する
ことで構成されている。

【００１５】各内容器２の上面には、水素の供給と放出
とを行う配管４が接続されている。また外容器３の上面
と下面には、それぞれ熱媒体流通のための配管３１，３
２が接続されている。上記水素貯蔵装置を構成する各部
のうち、内容器２内に収容される水素吸蔵体１は、金属
多孔体の空隙内に水素吸蔵合金を充填し、加圧成形して
得られたシート１ａを、図１に示すように渦巻き状に巻
回することで形成されている。また上記水素吸蔵体１の
中心部には、水素ガスを通過させる断面円形の通路１０
が設けられている。なお、通路１０の断面形状は円形に
は限定されず、角形や楕円形でもよい。

【００１６】かかる水素吸蔵体１は、たとえば通路１０
に対応した断面形状を有する棒状体の周囲に、シート１
ａを巻回することで製造される。シート１ａの巻回に
は、市販の電池電極やコンデンサーの巻取り装置等を用
いることができる。上記シート１ａの元になる金属多孔
体としては、前述したように、連続気孔構造を有する金
属発泡体や、あるいは金属の細線からなる織布、不織布
等が例示され、かかる金属多孔体を構成する金属として
は、銅、アルミニウム、ニッケル、コバルト、亜鉛等
の、熱伝導効率の高い種々の金属があげられる。とくに
軽量化の観点からは、アルミニウムの多孔体が好適であ
る。

【００１７】金属多孔体の空隙率は、水素吸蔵合金の充
填密度の観点から、９０％以上であるのが好ましく、９
０〜９８％であるのがさらに好ましい。上記金属多孔体
としては、連続気孔構造を有する金属発泡体が好適に採
用される。かかる発泡体は、たとえば三次元網目構造を
有する合成樹脂の骨格表面を一次導電処理した後、電気
めっきする方法で製造されるもので、９３〜９８％程度
という高い空隙率を有するため、水素吸蔵合金を高密度
で充填することができる。

【００１８】かかる発泡体の具体例としては、たとえば
住友電気工業（株）製の登録商標「セルメット」があげ
られる。このものは、ウレタン樹脂の発泡体にカーボン
を塗布し、ついでニッケルや銅などの電気めっきを施し
た後、ウレタン樹脂を熱分解により除去することで製造
される。また、ウレタン樹脂発泡体をニッケルカルボニ
ルガスを含む雰囲気中で、上記ニッケルカルボニルガス
の分解温度まで加熱して、当該発泡体の表面にニッケル
を被覆した後、ウレタン樹脂を熱分解することでも製造
される。なお樹脂発泡体は除去せずにそのまま使用して
もよい。

【００１９】また、前述したアルミニウムの発泡体の具
体例としては、たとえば神鋼鋼線工業（株）製の商品名
「アルポラス」があげられる。また発泡体ではないが、
株式会社アルム製のアルミニウム繊維不織布等も使用で
きる。

【００２０】上記金属多孔体の空隙内に充填される水素
吸蔵合金としては、室温ないし２００℃程度の比較的低
温の条件下で、可逆的に多量の水素を吸蔵、放出し得
る、従来公知の種々の合金があげられる。かかる水素吸
蔵合金の代表例としては、Ｆｅ−Ｔｉ系合金、Ｌａ−Ｎ
ｉ系合金、Ｍｍ−Ｎｉ系合金〔Ｍｍはミッシュメタル
（希土類金属混合物）〕、Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ｔｉ−Ｍ
ｎ系合金等があげられる。

【００２１】上記水素吸蔵合金は、たとえば１００μｍ
以下の粉末状にしたものを単独で、あるいはアルミニウ
ム、銅、グラファイト等の粉末と混合して使用される。
水素吸蔵合金を金属多孔体の空隙内に充填するには、た
とえば上記のような粉末を、ポリビニルアルコールやカ
ルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子の水溶液に
加えてペーストを作製し、それを金属多孔体の空隙内に
圧入する等して充填した後、乾燥して水分を除去すれば
よい。その他、乾式プロセスでも充填することができ
る。

【００２２】このあと、水素吸蔵合金が充填された金属
多孔体を加圧成形することで、シート１ａが製造され
る。加圧成形の圧力はとくに限定されないが、水素吸蔵
合金の充填率を考慮すると、１〜２０ｔｏｎ／ｃｍ² 程
度が好ましい。上記水素吸蔵体１を収容する内容器２と
しては、図２に示すように、その内径が水素吸蔵体１の
外径とほぼ一致し、かつ高さが、水素吸蔵体１の高さよ
りも僅かに長い円筒体が使用される。

【００２３】かかる内容器２は、金属系あるいは非金属
系の種々の材料で構成できるが、とくにアルミニウム、
ステンレス鋼、ニッケルメッキ鉄材等の耐蝕性の金属材
料により形成するのが、加工性、耐久性および熱伝導効
率の点で好ましい。上記内容器２は、前記のように複数
個が、図４に示すごとく各内容器２間に隙間Ｓを設けた
状態で、スポット溶接あるいはろう付け等で接合された
状態で、外容器３内に収容される。

【００２４】なお実施例の場合は、全く同じサイズの、
複数個の内容器２を用いていたが、外径や高さの異なる
内容器を組み合わせてもよい。上記内容器２が収容され
る外容器３は、内容器２と同様に、金属系あるいは非金
属系の種々の材料で構成できるが、加工性、耐久性等を
考慮すると、やはり、耐蝕性の金属材料により形成する
のが好ましい。

【００２５】また上記外容器３は、装置外部からの熱の
影響を排除すべく、断熱構造になっていてもよい。内容
器２に接続される配管４は、図２にみるように、当該内
容器２の上面の中央部に、水素吸蔵体１の、水素の通路
１０と一致するように取り付けられる。配管４と水素の
通路１０とがずれていると水素の移動の妨げとなるが、
上記のように、配管４と水素の通路１０とが一致してい
る場合には、水素の移動が容易となって、水素の吸蔵、
放出を、さらに速やかに行うことができる。

【００２６】かかる配管４は、内容器２、外容器３と同
様に、金属系あるいは非金属系の種々の材料で構成でき
るが、加工性、耐久性等を考慮すると、やはり、耐蝕性
の金属材料により形成するのが好ましい。上記各部から
なる、この実施例の水素貯蔵装置に水素を貯蔵するに
は、まず外容器３の上側の配管３１から下側の配管３２
へ、冷却用の熱媒体を流通させる。つぎに、配管４のバ
ルブ４１を開いて、各内容器２に水素を供給すると、供
給された水素が、内容器２内の水素吸蔵体１によって吸
蔵される。

【００２７】一方、かかる水素貯蔵装置から水素を放出
させるには、外容器３の下側の配管３２から上側の配管
３１へ、加熱用の熱媒体を流通させるとともに、配管４
のバルブ４１を開く。そうすると、水素吸蔵体１に吸蔵
された水素が、配管４を通して装置外へ放出される。熱
媒体としては、内容器２および外容器３に対して腐蝕性
の少ない気体または液体が使用され、とくに水や油等が
好適に使用される。

【００２８】なお、この発明の水素貯蔵装置の構成は、
以上で説明した実施例のものには限定されない。要する
に、この発明の水素貯蔵装置は、空隙を有し、この空隙
内に水素吸蔵合金が充填された金属製のシートを、渦巻
き状に巻回した水素吸蔵体を備えていれば、その他の構
成はとくに限定されないのである。

【００２９】但し、上記実施例のように構成した場合に
は、水素吸蔵合金による水素の吸蔵、放出を、より一層
迅速化できるとともに、多量の水素の貯蔵できるという
利点があるので、この発明を実施する際には、上記実施
例のように構成するのが望ましい。 《試験例》 試験例１ 水素吸蔵合金であるＭｍＮｉ_4.5 Ｍｎ_0.5 粉末と、カル
ボキシメチルセルロースの１．５重量％水溶液とを、重
量比で１：１の割合で混合して作製したペーストを、目
付け重量５６０ｇ／ｍ² 、空隙率９６％の、連続気孔構
造を有する銅製の多孔質シート〔住友電気工業（株）製
の登録商標「セルメット」〕の空隙内に充填し、乾燥さ
せた後、プレス圧１０ｔｏｎ／ｃｍ² の条件で加圧成形
して、厚み０．８ｍｍ、水素吸蔵合金の含有率８６重量
％のシートを得た。つぎにこのシートを、幅３８ｃｍ、
長さ１２０ｃｍに切り出し、外径４ｍｍの円柱状の棒状
体の周囲に加圧しながら巻回したのち、棒状体を抜き取
って、図１に示す形状を有する、外径４ｃｍ、通路の内
径４ｍｍ、高さ３８ｃｍ、重さ３ｋｇの水素吸蔵体を得
た。

【００３０】この水素吸蔵体を、図２に示す形状を有す
る、内径４．２ｃｍ、高さ４０ｃｍ、肉厚１ｍｍのアル
ミニウム製の内容器内に収容したのち、この内容器３７
個と、アルミニウム製の外容器と、アルミニウム製の配
管とを組み合わせて、図３，４に示す水素貯蔵装置を製
造した。上記水素貯蔵装置における、水素吸蔵合金の総
重量は９５ｋｇであった。 試験例２ 水素吸蔵合金であるＭｍＮｉ_4.5 Ｍｎ_0.5 粉末７０重量
部と、銅粉末３０重量部とを混合し、その３．７ｋｇを
内径４．２ｃｍ、高さ４０ｃｍ、肉厚１ｍｍのアルミニ
ウム製の内容器内に充填した他は試験例１と同様に構成
して、前述した従来技術のに相当する水素貯蔵装置を
製造した。

【００３１】上記水素貯蔵装置における、水素吸蔵合金
の総重量は９５ｋｇであった。上記試験例１，２の水素
貯蔵装置に、それぞれ１６Ｎｍ³ の水素を貯蔵した後、
外容器内に、加熱用の熱媒体としての４０℃の温水を流
通させて、水素の放出量を測定した。

【００３２】水素の放出総量の時間経過を図５に示す。
上記図の結果より、この発明の構成である試験例１の水
素貯蔵装置は、従来の構成である試験例２の装置に比べ
て、水素の放出速度が速いことがわかった。 試験例３ 試験例１で製造したのと同じ、厚み０．８ｍｍ、幅３８
ｃｍ、長さ１２０ｃｍ、水素吸蔵合金の含有率８６重量
％のシートを、幅３８ｃｍ、長さ２０ｃｍの板状として
６枚積層して、内のり寸法がそれぞれ幅３９ｃｍ、高さ
２１ｃｍ、厚み０．７ｃｍの角形のアルニミウム容器内
に収容して、水素貯蔵装置を製造した。

【００３３】この水素貯蔵装置と、前記試験例１の水素
貯蔵装置に、それぞれ水素を吸蔵させたところ、試験例
１の水素貯蔵装置は変化がみられなかったが、試験例３
の水素貯蔵装置は容器が大きく変形してしまった。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳述したように、この発明の水素
貯蔵装置によれば、たとえば容器の変形等を生じること
なく、水素吸蔵合金による水素の吸蔵、放出を、速やか
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の水素貯蔵装置の実施例において、そ
の要部を構成する水素吸蔵体の外観を示す斜視図であ
る。

【図２】実施例の水素貯蔵装置において、上記水素吸蔵
体を収容した内容器を示す一部切り欠き斜視図である。

【図３】実施例の水素貯蔵装置の全体を示す縦断面図で
ある。

【図４】実施例の水素貯蔵装置の横断面図である。

【図５】試験例１および２の水素貯蔵装置における、水
素の放出総量の時間経過を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 水素吸蔵体 １ａ シート １０ 通路 ２ 内容器 ３ 外容器 Ｓ 隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 良雄 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属多孔体の空隙内に水素吸蔵合金を充填
   し、加圧成形して得られたシートを、渦巻き状に巻回し
   た水素吸蔵体を備えることを特徴とする水素貯蔵装置。
2. 【請求項２】水素吸蔵体の渦巻きの中心部に、水素ガス
   を通過させる通路が設けられている請求項１記載の水素
   貯蔵装置。
3. 【請求項３】水素吸蔵体を収容する、円筒状の内容器を
   備えている請求項１記載の水素貯蔵装置。
4. 【請求項４】水素吸蔵体を収容した複数個の円筒状の内
   容器が、各内容器間に、熱媒体の流通路となる隙間を設
   けた状態で、外容器内に収容されている請求項３記載の
   水素貯蔵装置。