JPS5919906Y2 - 水素貯蔵金属による熱交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、水素貯蔵金属の水素ガス吸蔵、脱蔵の際の
生成熱を利用して熱交換を行う熱交換装置に関する。

一般に水素貯蔵金属と称するランタニド （Ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ希土類）アクチニド（Ａｃｔｉ
ｎｉｄｅ）元素を含めて周期律表第３〜第５周期の遷移
金属元素、又はそれらの元素を含む合金は、ある温度、
圧力条件のもとて大量の水素ガスを吸蔵して金属水素化
物を作り易く、その過程では発熱し、別の温度、圧力条
件のもとて水素を分離し、その過程では吸熱することが
知られている。

水素貯蔵金属の上述の特性を利用することにより、水素
貯蔵金属に水素ガスを供給することによって必要に応じ
て所定の温度の熱を取出す熱交換装置を作ることが出来
る。

この目的に使用される熱交換装置は、通常水素貯蔵金属
の粒子を保持する金属保持槽と、所要の通気性と強度を
有する壁を隔て・上記金属保持槽に隣接する水素ガス保
持スペースと、金属の水素ガス吸脱蔵時の生成熱を熱交
換流体に伝達するために上記金属保持槽内又は之に接し
て設けられた熱交換器とを有し、水素ガス保持スペース
には、別途設けられた水素ガス貯槽との連絡管が接続さ
れている。

金属が水素ガスを吸蔵、脱蔵する際の生成熱は金属自身
の熱伝導によって熱交換器の伝熱面に到達し、熱交換器
内を循環する熱交換流体に伝達される。

しかし水素貯蔵金属は水素ガスを吸蔵し発熱するにした
がって熱伝導率が低下していくため、所定の温度の熱を
得ようとする場合には、通常熱交換器の伝熱面積、ひい
ては之を形成する管長を長くシ、その周囲を所定の温度
以上の温度に保持された水素貯蔵金属で囲繞する必要が
ある。

したがって、この種の熱交換装置でかなりの高温度の熱
を取出す場合には、装置全体を高い温度と圧力に耐える
ような断熱性と強度とを有する構造にする必要があり、
装置が大きくなり、コストも高くなることが避けられな
かった。

又、金属保持槽内の温度を一様に高温にするため、熱交
換器の各部分によって、熱交換流体の温度と槽内の温度
との差ＪＴが異り、熱交換器の入日付近は、ｆＴが非常
に大きくなり、熱交換流体より遠い位置にある金属の生
成熱を金属自身の伝導で流体に伝達する場合は熱伝導率
の低下により多量の金属が必要になり、装置も大きくな
るばかりでなく、所定温度を得る迄の時間も長くなり、
熱交換効率が低下する難点があった。

この考案は従来のこの種の熱交換装置の上述の欠点にか
んがみ、水素分圧を高めることなく、効率よく所定の温
度の熱を得ることができ、しかも装置の大きさが小さく
てすむ熱交換装置を提供することを目的とする。

水素貯蔵金属はその種類により、同じ平衡水素分圧のも
とての温度は互に異る。

本考案は、この点に着目して、異種の水素貯蔵金属数種
類の熱交換装置を使用することによって上記目的を遠戚
したものである。

以下、本考案をその実施例を示す図面にもとすいて詳細
に説明する。

この実施例の装置は、第１図に示す如く、水素貯蔵金属
保持槽１と、それを囲繞する水素ガス保持スペース２と
、金属保持槽１内を貫通し、熱交換流体が内部を環流す
る熱交換器３とを有する。

金属保持槽１と水素ガス保持スペースとの境界をなす壁
４は、水素ガスは通すが、金属の微粉体は通過できない
ような非常に細かい無数の細孔を有する通気性材料で作
られている。

この材料としては、非常に細かいメツシュのステンレス
金網を幾層も重ねて真空焼結して作った焼結金網等が適
している。

現在、ステンレス焼結金網は、０．５μまでの濾過性能
を有するものがありこれによって水素ガスは通すが、金
属の微粉体の飛散は十分防止できる仕切壁を作ることが
出来る。

この焼結金網は溶接することもできるので、目的に合せ
て種々の形状のものを作ることが可能である。

水素ガス保持スペース２には、別途設けられた水素ガス
貯槽（図示せず）との間に水素ガスを流通せしめる水素
ガス導管を接続する接続口５が設けられている。

金属保持槽１の内部は３枚の仕切壁６によって、４つの
空間１ ａ、１ ｂ、Ｉ Ｃ，１（Ｈ，：：分割され、
それぞれの空間内には、同じ平衡水素分圧に対して互に
異る平衡温度を呈する４種類の水素貯蔵金属Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄが平衡温度の順に配列されている。

熱交換器３を形成する熱交換流体管はこれらの４つの空
間内を順次貫通して両端は装置外にて図示しない熱利用
施設内の放熱器と接続され、これらの間を熱交換流体が
循環する。

同じ平衡水素分圧に対して異る平衡温度を呈する水素貯
蔵金属の具体例を挙げれば、次の表に示す４種類の金属
は水素分圧Ｐ、□＝約５ ａｔｍべ夫々表に記載の平衡
温度を呈する。

さて温熱を利用する場合について説明すると、図示しな
い水素ゲス貯槽より、水素ガス導管を経て接続口４より
本熱交換装置内に水素ガスを供給し、水素分圧ＰＨが常
に５ ａｔｍを保持する如く制御する。

そうすれば、金属保持槽１内の仕切壁６で仕切られた４
つの区画１ ａ、１ ｂ、Ｉ Ｃ，ｌ ｄ内の金属の温
度はそれぞれ約５０℃、約９０℃、約１８０℃及び約３
００℃になる。

そこで熱利用施設内の放熱器で放熱し、常温近く迄温度
の下った熱交換流体はまず金属保持区画１ａ内の管内で
、区画１ａ内の金属の温度約５０℃と、熱交換流体の温
度との差により熱交換されて温度が上昇し、ついで区画
１ｂ内に設けられた管に入り、管の周囲の約９０℃の金
、属より熱が伝達されてさらに温度は上昇し、区画１Ｃ
を経て最後に区画１ｄ内の管を出る時は所定の高い温度
迄加熱されて、装置外に出て、熱利用施設の放熱器に至
り利用に供される。

以上の如く、熱交換器３に接する金属Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの温度が順次段階的に高くなることにより、熱交換器
の各部分における内部の熱交換流体と外側の金属の温度
との差、ＪＴをどこでも小さくすることができるので熱
交換効率を高めることが出来、かつ水素分圧を高める必
要がないので構造が簡単になる。

ＪＴを小さければ交換熱量が小さくなるため金属量が少
なくてすむ地熱交換面積、管長が小さくなり、装置を小
さくすることができる。

冷熱利用の場合は、熱交換流体の流れの方向を金属の温
度の高い区画から、温度の低い区画に向って流すように
すれば、ＪＴはどの部分でも大きくならないようにでき
る。

なお、金属保持槽１内に設けた仕切壁６は、異種の水素
貯蔵金属が互に混り合わず層を威すために設けたもので
あるから、強度は弱くても差支えなく、水素ガスを自由
に流通出来る金網を使用するのもよい。

さらに、熱交換装置が、例えば内側がら順次熱交換流体
管、金属保持スペース、水素ガス保持スペースを形成す
る３重管構造等として構成され、隣り合った金属どうし
が互に混り合うおそれの少い場合は仕切り壁を省略する
ことも可能である。

以上の如く、本考案によれば、装置内の水素ガス分圧を
高めることなく、効率良く所定の温度を得ることができ
る。

更に装置が小さくなり、構造も簡単になるのでコストダ
ウンに寄与する効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示す図式図である。 １・・・・・・水素貯蔵金属保持槽、２・・・・・・水
素ガス保持スペース、３・・・・・・熱交換器、４・・
・・・・通気性仕切壁、５・・・・・・水素ガス導管接
続口、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・・・・互に異る水素貯蔵金
属。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水素貯蔵金属保持槽と、通気性を有する壁を隔て・これ
   に隣接する水素ガス保持スペースと、上記水素貯蔵金属
   保持槽内に設けられ熱交換流体を循環させる熱交換器と
   を有し、同じ平衡水素・分圧に対して互いに異る平衡温
   度を呈する複数種類の水素貯蔵金属を平衡温度の順に前
   記水素貯蔵金属保持槽内に層状に配列し、これらの各層
   に順次接触する如く熱交換器を配設したことを特徴とす
   る熱交換装置。