JPS6029563A - 気体吸蔵固体収納容器、これを用いた熱交換器及びヒ−トポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮査全１ ゛　本発明は気体吸蔵固体を当該気体を効率良く吸蔵、
放出できるようにした容器並びにこれを利用した熱交換
器及びヒートポンプに関する。

良米且遺 ある種の固体は一定の条件の下で気体を吸収及び放出す
る。その際発熱及び吸熱を伴なう。これを利用して蓄熱
、昇温、増熱、冷却等を行うことができる。例えば、金
属水素化物と水素である。

その他シリカゲル、ゼオライト、Ｎａ、Ｓ、　Ｎａｌ　
と水蒸気ないしアンモニア等がある。その代表的なもの
が金属水素化物と水素である。この金属水素化物の場合
、熱交換器及びヒートポンプとしての利用だけでなく、
燃焼用エネルギーとして利用する水素の貯蔵用としても
用いられるのは既に知られている。以下本明細書いおい
ては、用途が広い固体である金属水素化物とこれに吸蔵
される気体である水素について説明するが、本発明はこ
の金属水素化物と水素にのみ限定されるものではなくこ
れらと同様な性質をもつあらゆる物質にそのまま適用で
きるものである。

金属水素化物となる金属及び合金は既に多くのものが知
られている。一般的にはこれらの金属又は合金を粉末に
して使用している。これを熱交換器等として高効率で使
用する際には、金属水素化物の粉体に水素を吸蔵する際
に発生する熱及び水素を放出する際に吸収される熱を熱
媒体に効率よく伝達する必要がある。それには流体であ
る熱媒体と粉末との十分な接触を計らなければならない
。しかし、粉末と熱媒体とを直接接触させることは困難
である。そこで、金属等の熱伝導体を介在させることが
考えられている。一方、水素が金属水素化物に容易に出
入できるように、できるだけ均一な気体通路が必要であ
る。この通路に粉末が侵入しないように、水素のみを通
す発泡金属をセパレータとして用いることが行われてい
る。また、金属水素化物と水素の反応には圧力の増加が
伴なう。従って、金属水素化物を用いた熱交換器等は金
属水素化物と水素との十分な接触ができると同時に圧力
に耐える構造でなければならない。これらを考慮して、
従来は第１図に示すように、内管１を発泡金属とした管
体２の中に金属水素化物の粉末３を充填し、内管１を水
素の通路とした個々の単体４を、第２図に示すように熱
媒体容器５に入れ、この容器に熱媒体を出入する入口６
及び出ロアを形成したものが用いられていた。また他の
例としては熱媒体の通路を有する蛇管を設けたプレート
８と、金属水素化物の粉体３と、発泡金属板９とを第３
図のように積層させたものを第４図に示すように、水素
の出入口４１を有する大きな耐圧容器４０の中に入れた
ものが知られている。これらの従来の熱交換器では、前
者にあっては水素の通路が中心にあるため金属水素化物
と水素の接触面積が少ない欠点があり、その−ヒ、多数
の単体４を入れた熱媒体容器５内において各単体４と熱
媒体との熱交換を均等に、かつ、効率よく行うためには
複雑な設計を要し用途に応じた容量の変更は困難であっ
た。また後者においても、耐圧容器４０を要するために
容量を変更することは困難であるという欠点があった。

０ さらに両者とも熱媒体容器５または耐圧容器１中を必要
とし、これらの熱容量相当分逆サイクル時の熱損失を生
じる欠点を有していた。

免乳豊１カ 本発明の目的は上記欠点を防止した気体吸蔵固体収納容
器、熱交換器及び、これらを利用したヒートポンプを提
供することである。

他の目的は固体粉末に対する気体の吸収、放出及び、そ
の際生じる熱の授受を効率良く行うことのできる気体吸
蔵固体収納容器、熱交換器及び、これらを利用したヒー
トポンプを提供することである。

魚貝Ｊと４石 第１の本発明は、上下に平行に配置された金属板とこの
上下の金属板の側部を覆う側部材とからなる中空の偏平
なケースと、該ケース内中央に上下の金属板と平行に所
定間隔を設けて取り付けられる発泡材料からなる２枚の
セパレータと、上金属板と上セパレータとの空間並びに
下金属板と下セパレータとの空間に充填させた気体吸蔵
固体粉末と、いずれかの側部材に設けたセパレータ間に
気体を導く気体流入口と、該気体流入口を設けた以外の
金属材料よりなる側部材の外側に設けた熱媒体を通す流
路とを有することを特徴とする気体吸蔵固体収納容器で
ある。

第２の本発明は上記気体吸蔵固体収納容器を必要容量に
応じて積層させ、上下に断熱材を介して補強板を設け、
この補強板同士を固着し、各容器の熱媒体を通す流路を
連結して熱交換器としたものである。

第３の発明は第１発明の充填した気体吸蔵固体の平衡分
解圧特性の異なる２個の気体吸蔵固体収納容器を夫々の
気体流入口同士を連結しヒートポンプを構成させたもの
である。

第４の発明は第３発明のものを必要容量に応じて複数積
み重ねたものである。

支麓１ 第５図が気体吸蔵固体収納容器１０の外観であり、七金
属板１１、下金属板１２が長方形のものである。四つの
側面には夫々側部材１３．１４を設けて偏平なケースと
されている。少なくとも側部材１３の一方には水素の出
し入れのための気体流入口１５が設けられている。他の
側部材１４には熱媒体を通すための流路１６．１６を形
成させである。第６図は側部材１３を外して内側を見た
拡大図である。側部材１４の内側には一定の間隔で突出
した２木の突条１７．１７が形成され、この突条間に２
枚の表面から裏面にかけて連続した気泡を有する発泡金
属（アルミニウムの発泡体を用いた）からなるセパレー
タ１８．１８が取り付けられる。このセパレータ間に挿
入された波型のプレート１９はスペーサーであると同時
に伝熱フィンの機能を有するものである。このプレート
は必ずしも必要なものではない。本実施例においてはこ
のケースは側部材１３を除いて、アルミニウム合金の型
材で一体成形によって構成させである。熱媒体の波路も
側部材と一体とされているが、これは後にパイプを溶接
等により取り付けてもよい。気体流入口１５はセパレー
タ１８．１８間に連結されているのはいうまでもない。

上側のセパレータ１８と上金属板１１との空間及び下側
のセパレータ１８と下金属板１２どの空間には金属水素
化物が充填される。この金属水素化物を充填した後、側
部材１３を、その周辺を溶接等により密閉して取り付け
ることにより本実施例気体吸蔵固体収納容器ｌＯが完成
する。

本実施例の側部材１３は第７図に示すように、気体流入
口１５を一体成形し、ケースの前記側部材１３が設けら
れる開口部に嵌入させ、その周辺を溶接等により密閉さ
せることができるように形成させている。この側部材１
３の内部には先端にセパレータ１８．１８を押える間隔
をもって突出させた突片２１．２１を設け、この突片２
１．２１間に水素を通す通路２０を形成したものとして
いる。

次に、この容器の使用法であるが、水素を貯蔵する際に
は、流路１６を連結し、ここに水等の冷却用熱媒体を流
し、気体流入口から所定圧力以上で水素を充填する。水
素はセパレータ１８．１８で形成される空間に入る。セ
パレータ１８は発泡金属であり、水素を通すので水素は
内部の金属水素化物と反応してこれに吸蔵される。この
とき発生する熱を流路を通る水により取り去ることによ
り、低い圧力で迅速に反応させることができる。

一方、この気体吸蔵固体収納容器１０から水素を取り出
す際には、流路に加熱流体を流し、ケースを加熱させ、
金属水素化物を加熱させると金属水素化物は水素を放出
する。かくして、本実施例を水素貯蔵容器として利用す
ることができる。

また、本実施例は気体流入口に第８図に示すようにバル
ブ２３を介して水素タンク２４を接続することにより熱
エネルギーの貯蔵装置として使用することができる。す
なわち、あらかじめ気体吸蔵固体収納容器ｌＯを加熱し
金属水素化物に吸蔵されていた水素を水素タンク２４に
貯蔵しバルブ２３を閉めておき、熱を必要とするときに
バルブ２３を開いてやると、水素は気体吸蔵固体収納容
器１０に戻り、金属水素化物と反応して発熱する。その
熱を流路を通る水等の熱媒体によって取り出して使用す
る。

一個の気体吸蔵固体収納容器ｌＯで容量が不足のときは
第９図に示すように、気体吸蔵固体収納１ 容器１０を積み重ねて使用する。その際気体流入口を同
一方向に向けるのは当然である。また積み重ねられた気
体吸蔵固体収納容器１０の上下に断熱材２５．２５を配
置し、さらに断熱材２５．２５を挟むように補強板２６
．２６を当て、補強板同士を４木の固着具としてのタイ
ボルト２７によって固着させる。さらに各気体吸蔵固体
収納容器ｌＯの流路１６は夫々直列又は並列に連結する
。

図中パイプ２８はあらかじめ気体吸蔵固体収納容器ｌＯ
に水素を吸蔵させるためのもので、必要に応じて、気体
吸蔵固体収納容器ｌＯとして気体流入口１５．１５ａを
相対する２つの側部材１３双方に有するものを使用し、
一方の気体流入口にこのパイプ２８を接続する。気体吸
蔵固体収納容器１０の個数は必要な容量に応じて任意に
選択することができる。１個の気体吸蔵固体収納容器ｌ
Ｏで使用する場合でも断熱材２５と補強板２６とを用い
ることが望ましい。使用形態は前述の１個の場合と格別
具なることはなく水素貯蔵容器として、さらに熱エネル
ギー貯蔵装置のための熱交換器２ として使用できる。上記補強板によって内部で発生する
ガス圧による変形を防止している。

次に、第１０図に示すように、２個の気体吸蔵固体収納
容器１Ｏ１１０の気体流入口１５．１５間士を連結すれ
ばヒートポンプとなる。尚、図中１５ａはこのヒートポ
ンプの使用の初期に所定量の水素を充填するための気体
流入口であり、その先端に逆止弁１５ｂが取り付けられ
使用時には密閉される。この場合、双方の内蔵させた金
属水素化物は夫々平衡分解圧特性の異なるものを使用し
なければならない。

このヒートポンプについて第１１図の使用例のブロック
図と、第１２図の使用した金属水素化物の夫々の平衡分
解圧特性を示すグラフに基すいて簡単に説明する。今、
気体吸蔵固体収納容器ｌＯａ、気体吸蔵固体収納容器ｉ
ｏｂを図示のように、気体流入口１５．１５間士を連結
し、熱源２７、冷却水２８、熱源２９とバルブ３０〜３
７を介して夫々接続し、熱交換器３８に熱を取り出すも
のとする。グラフには夫々の気体吸蔵固体収納容器の金
属水素化物を単にｌＯａ、１０ｂで表わす。まず、バル
ブ３０．３１．３４．３５を開き、熱源２７で気体吸蔵
固体収納容器１０ａを加熱させ（Ａ）、水素を気体吸蔵
固体収納容器１０ｂに送り吸収させる（Ｂ）。このとき
気体吸蔵固体収納容器１０ｂで発生した熱は冷却水２８
で冷却する。次に前記各バルブを閉め、他のバルブ３２
．３３．３６．３７を開け、熱源２９で加熱する（Ｃ）
。気体吸蔵固体収納容器ｌＯｂに吸蔵された水素は気体
吸蔵固体収納容器１０ａに移り金属水素化物に吸蔵され
る。このとき発熱する（Ｄ）。

この発熱温度は熱源２７．２９の温度より高い。

これを熱交換器３８で取り出して適宜利用する。

熱源２７．２９は共通に使用することができ、例えば太
陽熱を利用することができる。このヒートポンプの原理
及び、使用する金属水素化物の種類によりこの他の様々
なサイクルが可能であるのはすでに知られた通りである
。

第１０図の例は１個の気体吸蔵固体収納容器１０同士を
連結したが、容量が不足の場合は夫々の気体吸蔵固体収
納容器ｌＯを第９図に示すように積層させて大容量のヒ
ートポンプ装置として使用することができる。

これらの使用にあたって各気体吸蔵固体収納容器、熱交
換器の取り付は位置は任意であり、横に配置してもよい
。

１吋皇羞１ 以上詳細に説明したように、本発明によればケースを偏
平にし、気体通路を中央にしてその両側に気体吸蔵固体
を充填させであるので、気体吸蔵固体の層を薄く均一に
することができ、気体（水素）の拡散を効率良く行うこ
とができる。

また、熱の授受は−Ｌ下偏平に配置された気体吸蔵固体
の夫々と両面において接触する上下の金属板と連結され
た側部材に設けられた熱媒体を通す流路を通じて行われ
るのできわめて効率が良い。

また実施例のように、セパレータを側部材に接触させる
ことにより、また、セパレータ間に配置されるプレート
を側部材等と一体成形することにより効率をより向上さ
せることができる。すなわち５ 、本発明においては、気体通路を中心として上下の金属
板が成熱又は放熱のフィンを構成することになる。

さらに、本発明は気体吸蔵固体収納容器を偏平の箱状の
ものとしたので、様々な用途で、様々の容量にその使用
個数を増減することで対応することができ、大容量のも
のから小容量のものまで容量をきわめて容易に変更する
ことができる。

そのうえ、熱媒体を通す流路、気体通路及び気体流入口
を含めた全体が一体的に形成されているので、従来のよ
うに全体をそれ自体熱交換等の用に供しない大きな容器
で包み込む必要がなく、コスト低減を計ることができる
とともに、全体として少なくとも従来の容器相当分の熱
容量を小さくすることができ、熱交換器及びヒートポン
プとしての熱損失の低減を計ることができる。すなわち
、いずれの使用形態をとるにしてもシステム全体として
の効率アップを計ることができる。

さらに、全体として小型とすることができ、省スペース
、省資材であり、かつ、量産効果をも計６ れるので総合的に経済効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器に使用する単体の斜視図、第２
図はそれを使用した熱交換器の一部断面して内部を示す
斜視図、第３図は従来の他の例の単体の一部断面にした
斜視図、第４図はそれを使用した熱交換器の斜視図、第
５図は本発明の実施例の気体吸蔵固体収納容器の斜視図
、１８６図は第５図の一部の拡大図、第７図は気体流入
口の部分の側部材の断面図、第８図は使用態様の一例を
示す側面図、第９図は第５図のものを積層させたものの
側面図、第１θ図はヒートポンプとした例の側面図、第
１１図はヒートポンプの使用を示すブロック図、第１２
図はヒートポンプとして使用する場合の種類の異なる金
属水素化物の平衡分解圧特性を示すグラフ。 、１４：側部材、１５：気体流入口、１６二流路１８：
セパレータ、１９ニブレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）上下に平行に配置された金属板とこの上下の金属
   板の側部を覆う側部材とからなる中空の偏平なケースと
   、該ケース内中央に」１下の金属板と平行に所定間隔を
   設けて取り付けられる発泡材料からなる２枚のセパレー
   タと、ト金属板と上セパレータとの空間並びに下金属板
   と下セパレータとの空間に充填させた気体吸蔵固体粉末
   と、いずれかの側部材に設けたセパレータ間に気体を導
   く気体流入口と、該気体流入口を設けた以外の金属材料
   からなる側部材の外側に設けた熱媒体を通す流路とを有
   することを特徴とする気体吸蔵固体収納容器。 （２’）ｌ下の金属板を四角形とした特許請求の範囲第
   １項記載の気体吸蔵固体収納容器。 （３）上下の金属板と、相対する側部の側部材とをアル
   ミニウムの型材で一体形成させた特許請求の範囲第２項
   記載の気体吸蔵固体収納容器。 （４）セパレータを発泡金属で構成させ、熱媒体を通す
   流路を形成した側部材と互いに接触させた特許請求の範
   囲第１項、第２項又は第３項記載の気体吸蔵固体収納容
   器。 （５）熱媒体を通す流路を側部材に一体成形で形成させ
   た特許請求の範囲第３項記載の気体吸蔵固体収納容器。 ≦ （ｆｆ）上下に平行に配置された金属板とこの上下の金
   属板の側部を覆う側部材とからなる中空の偏平なケース
   と、該ケース内中央に上下の金属板と平行に所定間隔を
   設けて取り付けられる発泡材料からなる２枚のセパレー
   タと、上金属板と上セパレータとの空間並びに下金属板
   と下セパレータとの空間に充填させた気体吸蔵固体粉末
   と、いずれかの側部材に設けたセパレータ間に気体を導
   く気体流入口と、該気体流入口を設けた以外の金属材料
   からなる側部材の外側に設けた熱媒体を通す流路とを有
   する気体吸蔵固体収納容器を、気体流入口を同一方向に
   向けて積層させ、最上段のものの下金属板と最下段のも
   のの下金属板とに断熱材を介して補強板を設は双方の補
   強板を固着具で固着させ、各流路を連結したことを特徴
   とする熱交換器。 ？ （材）上下に平行に配置された金属板とこの上下の金属
   板の側部を覆う側部材とからなる中空の偏平なケースと
   、該ケース内中央に上下の金属板と平行に所定間隔を設
   けて取り付けられる発泡材料からなる２枚のセパレータ
   と、下金属板と上セパレータとの空間並びに下金属板と
   下セパレータとの空間に充填させた気体吸蔵固体粉末と
   、いずれかの側部材に設けたセパレータ間に気体を導く
   気体流入口と、該気体流入口を設けた以外の金属材料か
   らなる側部材の外側に設けた熱媒体を通す流路とを有す
   る気体吸蔵固体収納容器２個を相互の気体流入口を連結
   し、一方の気体吸蔵固体収納容器内の気体吸蔵固体粉末
   と、他方のものの気体吸蔵固体粉末とを平衡分解圧特性
   を異なるものとしたヒートポンプ。 （８）上下に平行に配置された金属板とこの上下の金属
   板の側部を覆う側部材とからなる中空の偏平なケースと
   、該ケース内中央に上下の金属板と平行に所定間隔を設
   けて取り付けられる発泡材料からなる２枚のセパレータ
   と、下金属板と上セパレータとの空間並びに下金属板と
   下セパレータとの空間に充填させた気体吸蔵固体粉末と
   、いずれかの側部材に設けたセパレータ間に気体を導く
   気体流入口と、該気体流入口を設けた以外の金属材料か
   らなる側部材の外側に設けた熱媒体を通す流路とを有す
   る気体吸蔵固体収納容器の、夫々の気体吸蔵固体粉末の
   平衡分解圧特性が異なるもの２個の相互の気体流入口を
   連結したヒートポンプを同一気体吸蔵固体粉末を有する
   もの同士を積層させ、上下に断熱材を介して補強板を配
   置し、上下の補強板を固着具で固着したことを特徴とす
   るヒートポンプ装置。