JPS6044698A

JPS6044698A - 水素貯蔵容器

Info

Publication number: JPS6044698A
Application number: JP58150352A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Suzuki; 良一鈴木; Jiro Ono; 二郎大野; Hiroshi Sakurai; 浩桜井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1985-03-09

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】（産業上の利用分野）本発明は水素吸蔵金属材料に水素を吸蔵させて貯蔵する
水素貯蔵容器に関するものである。

水素エネルギーは現在の電気エネルギーにかわる次代の
２次エネルギーとして世界各国で注目を浴びておシ、我
国はじめ世界各国でその製造法及び輸送・貯蔵法に関す
る研究が活発に進め、られている。　− 水素を貯蔵・輸送する場合、気体の状態では圧縮しても
大容量の耐圧容器を必要とし、また、外国においてはパ
イグラインによる輸送も行われ始めているが、我国のよ
うな都市状況のもとでは安全件の面で問題がある。また
、液体水素にして貯蔵・輸送する場合には、圧縮、冷却
して極低温の液体としその温度を維持することが必要な
ために大量のエネルギーを必要とし、かつ容器材料に強
度、靭性等の優れたものが必要′Ｃあるために高価な容
器が必要となる。

このような理由から、新しい水素の貯蔵・輸送法の研究
が活発化し、近年、ある温度、圧力東件下で水素を可逆
的に吸蔵・放出する金属材料（水素吸蔵金属材料）によ
る水素の貯蔵・輸送方法が多くの研究機関で研究される
ようになった。

この水素吸蔵金属材料による水素貯蔵・輸送の第１の利
点は、水素を金属との化合物の形にするために非常に水
素密度が高いことである。代表的な水素吸蔵金属材料で
あるＴｉＦｅ合金、あるいはＬａＮｉ５合金などの場合
では水素密度が０゜０９〜０．１φであるのに対して、
１００　ｋｌ１１０ｎ２の高圧水素の場合ｏ、　ｏ　ｏ
　ｓ　ｉ、、’ｗ、液体水素の場合ｏ、ｏ７ＷであＪ、
１００ψ鋪２の高圧水素の約１０倍、液体水素の約１．
３倍と高密度である。

第２の利点は、水素吸蔵金属材料からの水素解離圧力が
常温近傍でｌ　Ｑ　’Ｑ／ｚ２以下であることから容器
が比較的安価になること、また、解離の際には吸熱反応
であるために、万一の容器破損の際にも該金属材料が自
己冷却して水素解削圧が低下して水素の放出が抑制され
、大きな事故にならない、など安全性に優れていること
である。

（従来技術）水素吸蔵金属材料を用いて水素を貯蔵するにあたっては
、まず、水素化反応させる時に水素圧力を冒くするか、
あるいは、水素化反応によって生ずる熱を外に放出させ
ることが必要である。一般的には、なるべく低い水素圧
力で水素化反応させることが得策であシ、このために反
応熱を連速に外部に放出するための研究が種々行われて
きた。

これまで開発された方法は、容器外壁にフィンを取シ付
けて放熱を容易にしたシ、水素吸蔵金属材料自体の熱伝
導率の低さを補うために発泡金属に該金属利料をうめ込
む方法、あるいは該金属材料粉末に熱媒体を通せるＵ字
管や蛇管をうめ込む方法、などがある。これらの開発さ
れた方法は、単に貯蔵容器内に該金属材料を充填したも
のに比べて水素吸蔵にともなって発生した熱を迅速に外
部、に放散できる利点がある。

しかしながら上記方法においてはまだ次のような不満足
な点が残されている。すなわち、外壁にフィンを取付け
る方法は容器外壁から大気への熱放散は改善されるもの
の、容器内部における水素吸蔵金属材料の熱伝導が非常
に悪いために水素吸蔵速度を大巾に向上させることがで
きない。またＵ字管や蛇管をうめ込む方法においては、
水素吸蔵材料の一部に熱媒体の通るＵ字管や蛇管が直接
接触するために、容器内部における伝熱はかなシ向上で
きるが、それでもＵ字管や蛇管と水素吸蔵金属材料との
接触面積は小さく、熱伝導全十分大きくすることはでき
ない。また、該金属材料粉末が水素化、脱水素化を繰返
すごとに該粉末は容器下部へ自らを圧縮し、全体が固い
固体となってしまい、この固体化によって水素の吸脱着
能力は激減し、かつ水素吸蔵時の強大な膨張圧力によっ
て容器の破壊をまねくことがあるが、上記方法ではこれ
らを防止できない。他方、発泡金属に水素吸蔵金属材料
粉末をうめ込む方法は、内部における伝熱の改良、及び
粉末の固化を防止でき好ましい方法であるが、価格の面
及び伝熱の面で不十分である。又発泡金属としては現在
一般的にアルミが用いられているが、この価格は水素吸
蔵材料・嵐材料の価格以上に高価になシ、水素貯蔵容器
のコスト上昇になってしまい、実用化の大きな妨げとな
っている。また、迅速な吸蔵・放出を行うためには発泡
金属の空隙を小さくする必要があシ、この場合にはその
空隙に水素吸蔵金属材料ケ充填することが非常に困難と
なる。

（発明の目的）本発明は、従来の水素貯蔵容器のこれらの欠点を改良し
、災用的な水素貯蔵容器全提供することを目的とする。

（発明の構成・作用）本発明による水素貯蔵容器は、その容器内部に水素ガス
ｔ−流通させるための開孔部を有する伝熱板を、水素吸
蔵合金粉末との接触面積を大きくするため、及び該粉末
の移動を少なくシ、間隙からも水素が浸透できるように
構成したものでその要旨は下記のとお９である。

（１）水素ガス流通用開孔部を有する伝熱板を、水素吸
蔵用合金粉末を充填するための渦巻状の間隙が生ずる如
く形成して容器内に格納したことを特徴とする水素貯蔵
容器。

（２）水素ガス流通用開孔部を有する伝熱板を、金属製
ファイバーを混入した水素吸蔵用合金粉末を充填するた
めの渦巻状の間隙が生ずる如く形成して容器内に格納し
たことを特徴とする水素貯蔵容器。

本発明の水素貯蔵容器は以上の如き構成であるから間隙
部への水素吸蔵用合金粉末の充填も非常に容易である。

本発明による水素貯蔵容器は、その内部に水素ガス流路
のための０．１〜１練φ程度の開孔部を全面あるいはそ
の一部に設けた伝熱板、あるいは同程度の開孔部金有す
る２ス板、エキスノ＜？ンド板、又はノ・ニカム材から
なる伝熱板が渦巻状の間隙が生ずる如く形成されている
ために、熱伝導率の慾い水素吸蔵用合金粉末との接触面
積が大きく、水素吸蔵時には水素吸蔵反応によって生じ
た熱を迅速に取シ去シ、丑た逆に水素放出の際には容器
外部から器壁全通して導入された熱によシ迅速に加熱す
ることができる。さらに、渦巻状の間隙が生ずる如く形
成した伝熱板の間隙及び該伝熱板の開孔部全通して水素
ガスが浸透することができるために、容器内に充填され
た水素吸蔵用合金粉末との水素吸蔵・放出反応が容器内
の多くの個所から同時進行することによシ、前述の伝熱
板による伝熱と相俟って水素吸蔵・放出が迅速に行える
。また、さらに間隙に充填する水素吸蔵用合金粉末に熱
伝導性の良い金属製ファイバーを混合することによシ、
水素吸蔵・放出速度を向上させることができる。

また、渦巻状の間隙が生ずる如く形成された伝熱板は、
水素の出入による水素吸蔵用合金粉末の移動を小さく抑
えることができるために、水素貯蔵容器下部への沈下・
圧縮、同化を防ぎ、艮期間水素貯蔵容器としての機能を
保持することができる。

本発明では好ましくは、渦巻状の間隙が生ずる如く形成
した伝熱板の少なくとも一部が容器壁に接する状態で容
器内に格納することによって熱伝導の改善をはかってい
るが、単に容器壁に接するだけでなく伝熱板の一端を容
器内壁にろう付けまたは溶接などの方法により固着させ
ることによっても効果がある。

また伝熱板の一部を容器壁として構成することもできる
。

なお、後述する実施例で説明されているように、本発明
の水素貯蔵容器においても当然水素ガスを供給・放出す
るだめの管等が必要であるが、この水素供給・放出管に
は必要に応じて多孔質管を接続して伝熱板の間隙に挿入
し、合金粉末の移ｆｉｌｊｋ少なくシ、フィルタリング
効果をもたせてもよい。

以下本発明をその実施例によシ詳細に説明する。

実施例１第１図は本発明による水素貯蔵容器の内部構造の一例を
示すものである。

ｌは円筒状の水素貯蔵容器で、水素供給・放出のための
管２、向弁３、水素吸蔵用合金粉末６が外部に飛散する
のを防ぐためのフィルター４、及び伝熱板５から構成さ
れている。厚さ０．５燗のアルミニウム製伝熱板５は長
さ２ｍで水素ガスを流通させるために１ｃｒｎ２当Ｄ　
０．３　ｍｍφの穴約１００個からなる開孔部を有して
おシ、渦巻状の間隙が生ずる如く形成されその端部が容
器内壁に接するように容器ｌに収められている。水素貯
蔵容器寸法は、内径１２０ｓ＋ｎφ、長さ９００ｍで内
容積が約１０１である。

渦巻状の間隙が生ずる如く形成さｉｔた伝熱板間の間隙
は約４〜５ｍｍである。水素吸蔵用合金としてＴｉＦｅ
系合金６が、８０〜２５０メツシユの粉末状で２０ゆ、
伝熱板の間隙に充填しである。

上記の水素貯蔵容器を５０℃に加熱しながら水素供給・
放出管２全通して真空排気し、その後尾温にして３０　
ｋｌｌ／ｃｍ２の水素を充填、この加熱−真空・呈温−
３０ゆへ２の処理を約１０時間行って水素貯蔵用合金を
活性化した。その後、容器を２５℃の恒温槽に入れ、水
素を３０ψノで充填したときの水素の吸蔵特性を調べた
。なお、比較として従来方式の水素貯蔵容器での吸蔵特
性を調べた。比較のための従来の水素貯蔵容器は第２図
のようになっており、容器１内に水素吸蔵用合金粉末６
と接する部分に多数の細孔を有する水素供給・放出のた
めの管７、弁３が設けられ、水素吸蔵用合金粉末が２０
−充填されている。

本実施例による水素吸蔵特性を第３図の曲ＭＡに、比較
のための従来容器による水素吸蔵特性２曲線Ｂに示した
。第３図から明らかなように本発明による水素貯蔵容器
を用いた場合には、３．５　ｍ３の水素を吸蔵させるの
に約７時間であるのに対して、従来方式では約２０時間
を要している。

同一の条件にて、水素の放出特性を測定した結果を第４
図の曲線Ａ′に、また従来方式での結果を曲線Ｂ′に示
した。

第４図から明らかなように本発明による水素貯蔵容器を
用いた場合には、３．５　ｍ’の水素を放出させるのに
８時間要したのに対して、従来型では約２２時間必要で
あった。

このように、本発明による水素貯蔵容器は従来型の約３
倍の速度そ水素貯蔵、放出ができ、また繰返し使用して
もその特性は殆んど変わらなかった。１０００回の吸蔵
・放出繰返し使用においても、水素吸蔵用合金粉末の容
器下部への沈下・圧縮、同化等もほとんど認められなか
った。

実施例２実施例１と同一の伝熱板を容器内に納め、水素吸蔵用合
金粉末２０ｋｌ？に、銅製の巾０．５闘、厚み０１鴫、
長さ約２闘のチョツプドファイバーを２００ｇ混入させ
、伝熱板の間隙に充填した。その後実施例１と同様の活
性化処理を行い、水素の吸Ｒ特性試験を行った。その結
果を第５図の曲線Ｃに示した。チョツプドファイバーを
混入させる事によシ、熱伝導がざらに改善され約５時間
で３、’５　ｍ３の水素を吸蔵させることができた。

実施例３伝熱板として銅を用い、条件は実施例１と同一の場合（
Ｄ）、アルミニウム製のラス板（Ｅ）、アルミニウム製
のエキスノやンド板（Ｆ）、同ノ・ニカム材を用いた場
合（Ｇ）の水素吸蔵特性試験結果ｆ、第５図にそれぞれ
示した。

（発明の効果）以上の如く、本発明による水素貯蔵容器は水素の吸蔵・
放出を迅速に行うことができ、さらに吸蔵・放出の繰返
しによる性能劣化も少ない。また、比較的安価な伝熱板
を渦巻状の間隙が生ずる如く巻くだけで水素吸蔵合金粉
末の、充填を容易にしながら、かつ一般的に用いられて
いる水素吸蔵用合金粉末と接する部分に多数の細孔を有
する水素供給・放出のための高価なフィルター状の管を
かならずしも必要としないなど、実用的な水素貯蔵、輸
送用容器として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水素貯蔵容器の内部構造の一例を
示す図、第２図は従来容器の構成図、第３図は本発明の
容器及び従来容器による水素吸蔵特性試験結果を示した
図、第４図は本発明の容器及び従来容器による水素放出
特性試験結果を示した図、第５図は本発明による水素貯
蔵容器の水素吸蔵特性試験結果を示した図である。１・・・水素貯蔵容器外管、２・・・水素供給・放出管
、３・・・弁、４・・・フィルター、５・・・伝熱板、
６・・・水素吸蔵用合金粉末、７・・・水素供給；放出
管。第５Ｉ２］時間（Ａｔ−）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水素ガス流通用開孔部を有する伝熱板を、水素吸
蔵用合金粉末を充填するための渦巻状の間隙が生ずる如
く形成して容器内に格納したことを特徴とする水素貯蔵
容器。
（２）　水素ガス流通用開孔部を有する伝熱板を、金属
製ファイバーを混入した水素吸蔵用合金粉末を充填する
ための渦巻状の間隙が生ずる如く形成して容器内に格納
したことを特徴とする水素貯蔵容器。
（３）伝熱板の少くとも一部が前記容器の壁に接してい
る特許請求の範囲１又は２記載の水素貯蔵容器。
（４）伝熱板が、少くとも一部に水素ガス流通用開孔部
を有する金属板である特許請求の範囲１〜３の何れか１
つに記載の水素貯蔵容器。
（５）伝熱板が、金属製ラスまたはエクスパンドメタル
である特許請求の範囲１〜３の何れか１つに記載の水素
貯蔵容器。
（６）伝熱板が金属製のハニカム材よシなる特許請求の
範囲１〜３の何れか１つに記載の水素貯蔵容器。
（７）　伝熱板の一部が容器壁を構成している特許請求
の範囲ｌ又は２記載の水素貯蔵容器。