JPS61172000A - 金属水素化物タンクおよび製造方法 - 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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、水素を貯蔵するための金属水素化物タンクに
関する。

ｂ、　従来の技術 金属水素化物は、特に水素の貯蔵に使用される。

この金属水素化物は、水素添加不可能な金属からなる圧
力容器内に、多くの充填ができるような状態にされてい
る。この能力は、金属融成物内の水素濃度が水素圧力お
よび温度に依存するという物理現象に基づいている０通
常、水素添加可能な金属融成物は、粒状の形態で圧力容
器に入れられる。

適切な圧力容器を開発する場合、粉末状態で入れられた
貯蔵材料が著しく膨張するという重大な問題がある。そ
の容積の増加は、水素添加処理の際に生じる結晶格子膨
張によって、予期以上に極めて大きくなる。これは、脆
い貯蔵材料の微細化の進行に基づく付随的な容積の増大
が原因である。

さらに、水素の流速が高い場合には、圧力容器内部にお
ける貯蔵材料の配置換えが行われることが判った。この
貯蔵材料の配置換えは、平行して、最大許容充填密度を
超過する結果となり、後続の充填によって、究極的に圧
力容器を破壊する結果となる。圧力容器の膨張は、結果
として粉末床における過剰な力を起生させ、極めて重大
な安全制御の問題を提起する。圧力容器壁を適当な寸法
にすることによっつで変形が進行しないようにする対策
は、タンク重量を許容できない値にするため、実効充填
密度を厳しく制限することが最も手近な対策であること
が判った。

迅速な、即ち高い効率が行われる充填、取出しに関する
水素化物タンクの反応特性は、望ましくない場合が多い
、これは、エンタルピーの結合および放出を技術的に著
しく困難にさせる粉末状金属融成物の低い熱伝導性が特
に原因している。粉末構造の影響がどのように重大であ
るかは、例えは、粉末状金属融成物の技術的に実現可能
な充填密度が、理論上の充填密度（金属融成物の塊状ブ
ロック）の約５０％であることで示される。

熱交換を向上させるため、西ドイツ特許第３１２５２７
６号明細書から薄層状の隔離板が知られており、これは
、熱伝導要素としての役割をなし、水素化物を形成する
金属融成物を圧力容器の軸方向に円盤に分割する。その
場合、金属水素化物タンクを組立てる際に、粒状の金属
融成物は、特に円筒形プレス加工品（ペレット）の形態
で入れられ、このペレットは、圧力容器内の中心に設け
られた気体導管用の中心孔を有している。ペレットにす
る目的は、なるべく簡単に取扱い可能な形態で火災の危
険を減少して圧力容器に粉末を正確に配量し得るように
することにある。しかしながら、ペレット自体の製造は
、多くの難点を有している。粉末状の極めて脆い金属融
成物からプレスされたペレットの充分な強度を保証する
には、プレス前に、約５容量％の粒度のアルミニウム粉
末を“結合剤”として混合する必要がある。このアルミ
ニウム粉末の添加は、水素化物タンクの熱伝導性を若干
向上させるが、同時に、同一容積の圧力容器の場合、水
素化物を構成する金属融成物の充填可能な容積持ち分が
相当に減少し、従って貯蔵容量が減少するという欠点が
ある。その上、ペレットのプレスは、成分を５０μ繭な
いし２５０μ−の粒度の幅に細かく挽くことを必要とす
る。

その場合、水素化物を構成する金属融成物の明確な自然
発火性は、製造過程において、特殊な安全対策上の措置
、例えば不活性気体の使用を必要とし、このため処理が
全体的に極めて困難になる。

１″″′！！、”６゛“１“′″ｇ’ｆ＄”　　を填密
度に配慮されているため、充分な充填、取出し特性およ
び同時に充分な動作安定性を、これに必要に耐用期間に
亘って備えた適切な金属水素化物タンクを提供する。し
かしながら、必要とする製造工程（粉砕、混合、プレス
）が、極めて多額の経費を必要とし、金属水素化物タン
クの経済的な製造を著しく阻害するという欠点を残して
いる。

その上、アルミニウム粉末は、機械的にも溶融技術的に
も少なくとも引き合う経費で水素化物構成融成物から分
離することが不可能であるため、アルミニウム粉末の添
加は、水素貯蔵の目的で金属融成物を再使用することを
実際的に不可能にすることを述べる必要がある。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 従って、本発明の目的は、所定の圧力容器容積の場合に
、可及的に大きな水素貯蔵容量を備え、その製造を経済
的に行なうことができるように金属水素化物タンクを構
成することにある。その場合、動作安定性、寿命、災害
に対する安全性および品質確度に関する要求が無条件に
満される必要がある。ｒＸ後に、本発明による金属水素
化物タンクの製造方法および作動方法が定められる必要
がある。

ｄ、　問題点を解決するための手段 この目的は、特許請求の範囲第１）項の特徴を備えた金
属水素化物タンクによって達成され、その場合、好適な
実施態様は実施態様項第２項ないし第１４項に示されて
いる。特許請求の範囲第１５）項ないし第１７）項は、
金属水素化物タンクの製造方法および活性化方法の本発
明による実施例を特徴づけている０次の解説によって、
本発明を一層詳細に説明する。

西ドイツ特許第３１２５２７６号明細書による金属水素
化物タンクから出発して、本発明の基本的な概念は、高
額の費用を要せずに圧力容器に装入可能な函に粒状の金
属融成物が充填されることによって、ペレットの代りに
入れられる粒状の金属融成物の正確な配置を保証するこ
とにある。この函は、夫々水素添加可能な金属融成物に
よって完全に充填される。このようにして、夫々の函は
、同量の粒状金属融成物を包含している。特に、函は閉
じられているため、極めて簡単で安全な取扱いが可能で
ある。上部および下部からなる函は、はゾ偏平で円筒形
の形態をなし、中心孔を備えている。

この孔は、組立てられた状態において、圧力容器の中心
に設けられた気体導管のために備えられている。圧力容
器に粒状の金属融成物を充填する際、函は軸方向に重ね
て積み込まれる０本発明によれは、函は、圧力容器に函
を完全に詰めた場合、すべての装入された函の全容積が
、圧力容器自体の正味容積（気体導管容積を差し引いた
圧力容器の内部容積）より小さく形成されるようにされ
ている。この容積差は、最初の充填されない状態に対す
る、数回の充填、取出し後の水素添加された状態におけ
る夫々の使用された金属融成物の固有容積増加と、少く
とも同じである必要がある。この対策によって、金属融
成物は充填状態において直ちに膨張することができ、そ
の場合、圧力容器自体は影響を受けることなく函の変形
が行われる。

これは、圧力容器の内部に水素を最初に入れることによ
って、水素添加可能な金属融成物の入った個々の函に、
持続的な変形が既に生じたことを意味している。しかし
ながら、個々の函は、変形した状態においても金属融成
物は、函下部との間に円盤状に閉じ込められた状態を維
持するように構成されている。これによって、動作中に
、材料が圧力容器内において無統制に移動することが防
止される。

函下部および函上部は、充填、取出し中に、特に好適な
熱伝導板として作用することが判る０本発明による対策
の重要な利点の１つは、水素添加可能な金属融成物は、
０．２ないし２Ｎの粒度で充分であるため、従来の技術
のように微細に粉砕する必要がないことである。たり、
函を同一の充填容積にした場合に、実際において常時同
量の材料が圧力容器内に包含されるために、粒の組成を
統計的に見て略一定に維持することに注意する必要があ
る。その上、ペレットを製造するためのプレス処理、お
よびアルミニウム粉末の持ち分の混合Ｊｔ８−Ｎｂ’４
＜　＝ｈｌ＞＜−ｃ＠ｈ、　Ｉｊｔ°７゛−”７°ｔ　
’　Ｅ　　ｖ力容器の単位容積当りの金属水素化物タン
クの貯蔵容量が増大し、他方では、水素添加可能な金属
融成物の再使用性が保証される。函の使用によって、主
要な工程が省けるだけでなく、製造場所から使用場所へ
の水素添加可能な金属融成物の簡単な運搬が可能になる
。

粒状の金属融成物が簡単に配置できるようにするために
は、粒状融成物が充填され続いて函上部がかぶせられる
函下部は、その開放側において、外周面が、函を中心孔
に対して限定する内周面と、同一平面で終るように形成
される必要がある。従って、函に粒が充分に満たされ、
余剰の粒が簡単に掻き落されることによって、函を簡単
に均一に満たすことが保証される。

外周面および内周面を備えた函上部が、函下部に好適に
かぶせられる。この逆の実施態様も可能であることは勿
論である。函下部が函上部によって覆われる部分の外周
面を内側へ曲げることが有効であることが判った。この
ようにすることによって、組立てられた状態において函
上部と函下部とが、外側で１つの平らな円筒面になるよ
うにすることができる。

従って、圧力容器の円筒内周面への面外周面の広い面接
触、および容器外部から容器内部への良好な熱伝導が可
能になる。この理由から、金属水素化物タンクの好適な
実施態様は、函上部および函下部の外周面が、前方から
圧力容器の内壁に接するようにされている。従って、水
素添加可能な金属融成物に対する膨張容積は、気体導管
の近く、従って個々の函の中心孔の領域に設けることが
好適であると考えられる。

好適な実施態様では、この透孔は函上部では円筒状を呈
し、その下方、従って函下部の領域では円錐形、正確に
云えば截頭円錐形に移行するようにされている０本発明
によれは、函下部および函上部は、水素を入れた際の水
素添加可能な金属融成物の膨張による変形によって、函
が、一方では圧力容器の内壁と接触を持続し、他方では
函上部と函下部とが気体導管へ密接に接触して変形する
ように構成されている。従って、函上部および函下部は
、この接触が保証されて持続するように広範囲に設計さ
れている。従って、一部分が円筒形で一部分が円錐形の
透孔を有する函の実施態様では、円錐および円筒の母線
の合計が、気体導管の外周半径を差し引いた円錐の底円
半径より大きいようにされている。従って、函下部の内
周面（中心孔に接育る）の高さは、函下部の頂面の平面
に伸ばされた場合に気体導管と接触するような寸法にす
る必要がある。

充填された函を問題な（取扱うことができるようにする
には、函下部および函下部が不本意に開かないように安
全にする必要がある。これは、例えば型締めによる結合
形式、従って面下部内周面の縁にかぶさる鍔を設けるこ
となどによって行なうことができる。また、作用力によ
る安全対策またはその他の型締めによる結合形式も考え
られる。

本発明の別の好適な実施態様は、函下部の底および／ま
たはその逆の函下部の頂面に、気体導管および中心孔を
取り巻き函の内側に曲げられた環状の１個または数個の
襞が設けられるようにされている。これは、水素を入れ
た場合における水素添加可能な金属融成物の容積増し分
の一部分を受けとめる働きをする。

多くの場合、函内部の水素添加可能な金属融成物の容積
を分割することが好ましい、これには、例えは、函下部
と同様な形態で形成された環状の１個または数個の中間
底を函の中に嵌め込み、これによって、金属水素化物タ
ンクの軸方向に金属融成物をさらに分割することができ
る。また、例えば適当な中間壁によって部分円形にして
半径方向に分割することもできる。これらの中間底また
は中間壁は、良好な熱伝導性を有する材料（例えば金属
）からつくることができるため、金属水素化物タンクの
内部の熱伝導性が一層良好になる。

金属水素化物タンクの製造方法および活性化方法は下記
の処置からなる。即ち、先ず、水素添加可能な金属融成
物が０．２ないし２鶴の粒度でつ（られる、水素添加可
能な金属融成物を入れるようにされた函が、粒によって
完全に満たされ、函下部によって閉ざされる。はぼ円筒
形の圧力容器は−７゜□ヵ、１カ、わ、あ、よ７、□４
、ゎ　　吏る。その場合、中心に設けられた気体導管は
、個々の函の中心孔を通うて延びている。その後、圧力
容器の開放端面が閉ざされ、金属水素化物タンクが、そ
れ自体公知の方法で活性化される。これは、容器内部が
排気され、全体の金属水素化物タンクが加熱されること
によって行われる。続いて、水素の最初の充填が行われ
る。この水素の充填は、水素化物を構成する金属融成物
の容積を著しく増加させ、その結果、総計の容積が圧力
容器の正味内部容積より小さくされた個々の函が変形す
る。

この変形によって、函下部および函下部は、夫々圧力容
器の内壁および気体導管の外壁に当接する。

これによって、圧力容器内に略円盤状に設けられた水素
化可能な金属融成物が容器内において無統制に変位する
ことが防止される。活性化された本発明による金属水素
化物タンクの製造は、粒の粉砕、アルミニウム粉末の混
合およびペレットの製造のような実施に経費を要する工
程が省かれるため、従来の技術に比べて著しく簡単で経
費を要しない。そのほか、この方法によって製造された
金属水素化物タンクは、函上部、函下部および場合によ
っては中間底が、圧力容器の内部と外部との間の極めて
良好な熱伝導を可能にするため、迅速な充填、取出しの
点で優れた反応特性を有する。

この方法の変更例においては、圧力容器の未だ外部に・
ある函内譬おいて、貯蔵材料を排気し加熱することもで
きる。しかしながら、その場合には、大気の影響に対し
て不活性にするため、個々の函に不活性気体を入れる必
要がある。この処置の場合には、全体の金属水素化物タ
ンクの排気および加熱は不必要である。貯蔵材料を入れ
た函を圧力容器に詰め、圧力容器を閉じた後、活性化す
るためには、水素が充填されることだけが必要である。

ｅ、　実施例 本発明を、次の実施例によって一層詳細に説明する。

水素添加されない状態で第１図に示された金属水素化物
タンク１は、端面がキャンプ２．３によヮて閉じられた
円筒管状の中心部４からなっている０両方のキャップ２
．３は、夫々中央に設けられた気体ニアプル６を備えて
いる。圧力容器１の中に、中心に設けられた濾過管とし
て形成された気体導管７が軸方向に伸びている。この気
体導管７の周囲に環状を呈して、密接して並べられた多
数の函５が設けられ、これらの函５は、夫々粒状の水素
添加可能な金属融成物８によって詰められている。

函５は、夫々函下部１０と函上部１５とからなっている
。面下部１０は外周面１２を備え、この外周面１２は、
面下部の開放側において内側へ引込んでおり、従って内
側へ曲った形状を呈している。面下部１０の内周面は、
円筒状部分１４と、円錐又は截頭円錐として形成された
部分１３とからなっている。

面下部１０の内周面１３．１４および外周面１２は、共
通の平面で終っている。函上部１５は、その略円筒形の
外周面１７および同様に略円筒形の内周面１８によって
、面下部１０の外周面１２および内周面１３．１４の上
部を覆っている。函５を、このように形成することによ
って、水素添加可能な金属融成物の膨張空間として設け
られた夫々の環状空間部９が、気体導管７と個々の函５
との間に残される。夫々の面下部１０および函上部１５
の幾分強制的に限定された円筒形外周面１２．１７によ
って、函５は、圧力容器１の円筒部４の内面に比較的密
に当接する。

第２図に、水素添加可能な金属融成物８で満された函５
が、同様に断面図で示されている。水素添加可能な金属
融成物８は、水素が入れられた場合に容積が著しく膨張
するため、面下部１０および函上部１５が持続的に変形
するようになる。この変形は、例として第３図に示され
ている。気体導管７の近（にある函５の部分が伸びて気
体導管７と密接していることが判る。従って、円盤状に
分割された水素添加可能な金属融成物８が個々の円盤の
間で無統制に変位することができないように保証されて
いることが明らかに知見される。これは、圧力容器１の
外周面における持続変形を防止するための重要な前提条
件である。第３図に示された状態において、水素添加可
能な金属融成物は既に著しく砕かれ、粒度は１０μ−以
下である。

第４図には、函５の好適な実施態様が示されて　　吏い
る。この函は、一方では、円筒形内周面１８の縁に鍔１
９を備え、この鍔は、函上部１５が不本意に開かないよ
うに確実に保護する作用をする。さらに、面下部１０の
底には、夫々気体導管７を取巻き内部の方へ湾曲した！
１１１が設けられている。この襞１１は、同様に、水素
を入れることによって予期される水素添加可能な金属融
成物の容積の増大を緩和させる働きをする。

第５図は函５の一実施態様を示しており、この場合には
、水素添加可能な金属融成物の容積が、嵌込まれた環状
の中間底１６によって夫々軸方向に分割されている。

函５の外形寸法の構成によって定まる自由空間９の寸法
の決定は夫々の使用される水素添加可能な金属融成物の
材質によって定める必要があることを明らかにすること
が、重要な事項として残されている０個々の粒は、夫々
の詰込み取出しサイクルの過程において次第に砕かれ、
これによって前述の容積の増加が部分的に生じるため、
その場合も重要な影響因子は金属融成物の粒度である。

従って、定められた材料の場合、水素添加された状態に
おいて単位重量当りどれだけの最終容積を予期する必要
があるかを、試験によって先ず定める必要がある。従っ
て、この場合は、材料特存のパラメータに関係する。さ
らに、函５の寸法を定める場・合、粒が一定の安定した
粒度分布で充填されることから出発する必要がある。従
つて、このことは、１つの函を完全に充填することによ
って、常に同量の水素添加可能な金属融成物が入れられ
ることが保証されることを意味している。

本発明による対策の長所について、総括して再度記載す
る。粉末面は、 一顆粒を直接包装し製造業者から使用者への運搬を確実
にする働きをなし、 一水素化物を構成する金属融成物を技術的な許容充填度
で均一に配量することに対する標準化および規格化に役
立ち、 一水素添加可能な金属融成物と圧力容器の外部との間の
迅速でしかも現在の技術より優れた熱交換を保証し、 −底または蓋の襞によって軸方向のばね作用特性を備え
、起生ずる容積膨張をその尖頭部で補償する。

化学技術的な観点において、金属水素化物タンクの製造
および作動に対し、特に下記の長所を有する。

一貯蔵材料の簡単な取扱いおよび処理工程の縮少によっ
て組立に付随する品質保証が本質的に簡素化され、 一付随的な運搬費および包装費と同様に複雑な粉砕過程
およびプレス過程が省かれるため、処理費が著しく削減
され、 一発火性金属粉の微粒化およびプレス処理が省かれるた
め、従来の技術に比べて作業の安全度が著しく向上され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面側面図、第２
図は第１図に示す装置を構成す°る水素添加可能な金属
融成物を収容する函の水素添加されていない状態を示す
部分的断面図、第３図は第２図に示された函が水素添加
によって膨張して変形した状態を示す部分的断面図、第
４図および第５図は第２図に示された函の夫々側の実施
例を示す部分的断面図である。 ｌ・・・金属水素化物タンク、２．３・・・キャップ、
４・・・圧力容器円筒内面、　５・・・函、６・・・気
体ニップル、　　　７・・・気体導管、８・・・金属融
成物、　　　　９・・・自由空間、１０・・・面下部、
　　　　　　１１・・・襞、１２・・・函外周面、　　
　　　１３．１４・・・面内周面、１５・・・函上部、
　　　　　　１６・・・中間壁、１７・・・函外周面、
　　　　　１８・・・面内周面、１９・・・鍔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）気体導管としての濾過管を中央に設けた円筒形圧力
   容器の形態であって、粒状化された水素添加可能な金属
   融成物が、中心に透孔を有する隔離板によって軸方向に
   円盤状に分割された形式の金属水素化物タンクにおいて
   、金属水素化物タンクに水素を最初に導入する以前の上
   記隔離板は函（５）の上部（１５）および下部（１０）
   を形成し、かつ上記水素添加可能な金属融成物（８）が
   完全に充填された函（５）の全体容積は、金属融成物（
   ８）が入れられていない最初の状態に対する、数回の充
   填、取出し後の水素添加された状態におけるそれぞれの
   使用された金属融成物（８）の固有の容量増加分に、少
   くとも等しい量だけ少いことを特徴とする金属水素化物
   タンク。 ２）函下部（１０）が、上方が１平面に形成され、中心
   孔に接する内周面（１３、１４）と、圧力容器（１）の
   円筒内壁（４）に接する外周面（１２）とを有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１）項記載の金属水素化
   物タンク。 ３）函上部（１５）が、それぞれ外周面（１７）および
   内周面（１８）を有する函下部（１０）にかぶさってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１）項または第２
   ）項の金属水素化物タンク。 ４）函下部（１０）の外周面（１２）が、函上部（１５
   ）がかぶさった上方の部分において内側に曲っているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３）項記載の金属水素
   化物タンク。 ５）函下部（１０）の内周面（１３、１４）は、夫々一
   部分が円錐面（１３）として形成され、その他が円筒面
   （１４）として形成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１）項ないし第４）項のいずれかに記載の金属水
   素化物タンク。 ６）円錐（１３）および円筒（１４）の母線の合計が、
   夫々、気体導管（７）の外周半径を差引いた円錐（１３
   ）の底円半径より大きいことを特徴とする特許請求の範
   囲第５）項記載の金属水素化物タンク。 ７）函外周面（１２、１７）が、それぞれ圧力容器（１
   ）の円筒形部分（４）の内壁に接することを特徴とする
   特許請求の範囲第１）項ないし第６）項のいずれかに記
   載の金属水素化物タンク。 ８）函上部（１５）の内周面（１８）が、その高さが、
   函上部（１５）の頂面の平面に伸びた場合、気体導管（
   ７）と接触するような寸法に定められることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１）項ないし第７）項のいずれかに
   記載の金属水素化物タンク。 ９）函下部（１０）および函上部（１５）は、夫々互に
   確実結合的に結合されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１）項ないし第８）項のいずれかに記載の金属水素
   化物タンク。 １０）外側に向いた鍔（１９）としての締付け部が、函
   上部（１５）の内周面（１８）の縁に形成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第９）項記載の金属水素化物
   タンク。 １１）函下部（１０）の底は、それぞれ気体導管（７）
   の周りを環状に取巻き函内部に曲った襞（１１）を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１）項ないし第１
   ０）項のいずれかに記載の金属水素化物タンク。 １２）函上部（１５）の頂面は、それぞれ、気体導管（
   ７）を環状に取巻きかつ函内部に曲った襞（１１）を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１）項ないし第
   １１）項のいずれかに記載の金属水素化物タンク。 １３）函（５）の容積が、少くとも１つの中間襞（１６
   ）によって分割されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１）項ないし第１２）項のいずれかに記載の金属水素
   化物タンク。 １４）中間壁は、嵌込まれた環状の中間底（１６）とし
   て形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１３）
   項記載の金属水素化物タンク。 １５）水素添加可能な金属融成物を０．２ないし２ｍｍ
   の粒度でつくり、函に顆粒を完全に充填して閉じ、この
   函を一方の端面が開かれた圧力容器に入れ、圧力容器の
   開いている端面を閉じ、金属水素化物タンクを排気、加
   熱およびこれに続く水素充填によって活性化させること
   を特徴とする金属水素化物タンクの製造方法。 １６）貯蔵材料が圧力容器のまだ外にある函の中で加熱
   、排気されて不活性気体によって大気の影響を受けない
   ようにされ、圧力容器を閉じた後に、活性化するため金
   属水素化物タンクに水素が入れられることを特徴とする
   特許請求の範囲第１５）項記載の方法。 １７）函が閉じられた後に不本意に開かないように、例
   えば型締め結合によって保護さることを特徴とする特許
   請求の範囲第１５）項または第１６）項記載の方法。