JPS6131356B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は個体を媒体として気体を物理的又は
化学的に結合させて吸蔵させる吸蔵装置を構成す
る吸蔵エレメントに関するもので、個々の吸蔵エ
レメントに於いて気体の吸蔵と放出とを兼用させ
ると共に充填層に於ける熱伝導を良くし、気体の
吸蔵作用並びに放出作用を容易に制御し得る様に
なすと共にこれらの多連制御を行ない、気体の吸
蔵と放出とを同時に行なわせ、更に充填物の老朽
化に伴なう取替えに際して一部のみ取替え可能と
なし、作業性を向上せしめることを目的とする。

一般に気体を貯蔵させるにはコンプレツサーで
圧縮させて貯蔵させる圧縮貯蔵、液体窒素や液体
酸素の様に液化して貯蔵する液化貯蔵、ドライア
イスの様に固形化して貯蔵する固化貯蔵、更には
固体を媒体として吸着、化合或は吸収等により吸
蔵する固体吸蔵等がある。ここで問題とするのは
固体吸蔵で、吸着とは活性炭、合成ゼオライト、
活性アルミナ、シリカゲル等に気体を吸着させる
もので、複合気体中の特定気体を分離する場合に
用いられる。吸収とはアセトンを用いてアセチレ
ンを吸収させるように固体（オガクズ等）に吸収
液を浸透させて気体を吸収させるものである。化
合とは金属に気体を接触させて化学反応を生ぜし
め気体と金属との化合物を作つて吸蔵させるもの
である。前記固体吸蔵の利用法としては例えば容
器内に充填した5A型合成ゼオライトの充填層に
空気を送入し、空気中の窒素、炭酸ガス、水分等
を5A型合成ゼオライトに吸着させ、残りの酸素
を多く含んだ（含有量約99.6％）気体を得る方法
がある。そして吸着された窒素等は充填物の加熱
並びに真空吸引により5A型合成ゼオライト中か
ら放出され、再び酸素の製造に供される。又他に
水素ガスを高圧下で冷却し乍らマグネシウム、鉄
チタン、ランタンニツケル等の特殊金属に接触さ
せ、両者間で化学反応を生ぜしめ水素と金属とを
結合させて金属中に水素を吸蔵させる場合があ
る。この反応は可逆反応で圧力を下げ、温度を上
げると水素は金属中から放出される。

ところで上記操作を行なう装置として第１図に
示す様に円筒形の筒体１内に気体を吸蔵する固体
２を充填し、筒体１の下部に吸入口３を設け、上
部に排出口４を設け、更に固体２内に熱交換用パ
イプ５を蛇形に配し、両端を筒体１の側壁より突
出させた構造になしてある。尚、気体自身を吸蔵
する場合は排出口４を設ける必要はない。この様
になした筒体１内へ吸入口３より気体を供給し、
固体２間に拡散させ、吸蔵させると共にパイプ５
内に冷却水を導通させて吸蔵時の固体２の発熱を
冷却させる。吸蔵されなかつた残りの気体は排出
口４より排出される。気体の放出時は筒体１内の
圧力を下げ、パイプ５内に高温流体を導通させ、
固体２を加熱して行なう。そして上記吸蔵時、筒
体１内の圧力損失をできるだけ防止する為に気体
の供給速度を遅くしている。ところが充填される
固体２は多孔質で熱伝導率が低く、更に気体との
接触面積を多くするために粒状物で充填されるこ
とが多く、全体の熱伝導が悪く、為に従来の様に
固体２の充填層を大きくすると、充填層の温度制
御が困難となり、気体の吸蔵量及び吸蔵速度や放
出速度が低下する。即ち、気体と固体２との反応
は瞬間的に行なわれ、吸蔵時は発熱し、放出時は
吸熱するのであるが、吸蔵時パイプ５内を流れる
冷却水との熱交換による充填層の冷却が発熱より
遅れ、充填物の発熱の除去が遅れると、気体が加
熱されて膨張し、圧力が上昇して送入気体との圧
力差のバランスが狂い、気体の送入量が低下す
る。又温度が上昇し過ぎると圧力と温度の（吸
蔵）平衡が崩れ、逆反応を生じて吸蔵された気体
が固体２から放出されてしまう。従つて気体の吸
蔵量及び吸蔵速度が大幅に低下する。又、放出時
にパイプ５内を流れる高温流体の熱が十分に伝達
されないと、充填層自体の保有熱を取り乍ら気体
を放出するので、充填層の温度が低下し、放出さ
れる気体の温度も下がり、容積も収縮し、圧力も
下がり、放出量及び放出速度が低下するといつた
問題があつた。又、充填物の老朽化に伴ない取り
替えを必要とするが一部の取り替えが困難で全体
を取り替える必要があり、新たに気体を吸蔵させ
ねばならず、作業能率が悪く、不経済である。

この発明は上記従来の欠点に鑑み、これを改良
除去したもので、厚みを薄くした充填層とこれに
全面で接触する気体流通路を少なくとも一個組合
せてユニツト化し、且つ、少なくとも一方の側壁
の外側に周縁に沿つてガスケツトを装着した吸蔵
エレメントを構成し、これを一単位として多数組
付けることにより、気体の充填層と、気体を充填
層へ案内する気体流通路と、充填層を加熱或いは
冷却する流体を流す流体流通路とを層状に多数配
列した吸蔵装置を構成し得、充填層に於ける熱伝
導を良くし、吸蔵量及び吸蔵速度や放出速度の低
下を防止すると共に任意に制御できる様になし、
更に充填物の老朽化に伴なう取り替えに際して
も、一部のみ取り替え可能で他部位に於ける吸
蔵・放出の妨げとならない様になしたものであ
る。以下この発明の構成を図面に示す実施例に従
つて説明すると次の通りである。

第２図及び第３図はユニツト化した吸蔵エレメ
ントＡを示す図面で、同図に於いて、６，６′は
同形になした側板で、厚みが薄く且つ所定の幅寸
法を有する充填容器７を構成し、その内部上下に
吸蔵空間８を仕切る仕切壁９，１０を設けてあ
る。１１は充填容器７の中央部に配され、気体流
通路Ｇを形成する気体流通管で、前後部に形成さ
れる充填層Ｓ，Ｓ内の充填物１２へ気体を供給す
る。この気体流通管１１は内外への気体の流出入
が容易なる様に小孔を多数穿設したパンチングメ
タルや、微小孔を多数有する素焼きの陶器や、金
網や多重に巻き付けた筒体、更には焼結金属の筒
体等で形成し、且つ気体の流通方向に対して直交
方向に広幅の偏平断面に形成し、充填層と略全面
で接する様になしてある。１３は気体流通管１１
の上部一部に連設した気体流入管で、充填容器７
の上部より突出させてある。１４は一方又は両方
の側板６，６′の外表面にその周縁に沿つてルー
プ状に装着したガスケツトで、組立時に隣り合う
充填容器の側板或いはガスケツトに密着して各充
填容器７，７間に隙間を形成し、流体流通路Ｌを
形成する。この流体流通路Ｌも気体流通路Ｇと同
様に側板６，６′を介して充填層Ｓの略全面と接
する様に形成し、効率よく熱交換を行なわせる。
１５，１６は上部仕切壁９に設けた充填物装入管
兼ガス抜き管である。１７，１８は充填容器７の
上下端に設けた流体導通管で、側板６，６′の上
下端で開口し、一方の流体導通管１７より流体流
通路Ｌへ熱交換用流体を供給し、他方の流体導通
管１８より排出させる。１９は側板６，６′内面
と気体流通管１１との間に設けた補強枠である。
尚、充填層Ｓ，Ｓは厚みを小さくして気体の流れ
方向に対して薄い層となし、且つ気体流通路Ｇ及
び流体流通路Ｌとの接触面積を大きくなす様に広
幅に形成する。上記ユニツト構造が一個の吸蔵エ
レメントＡとなる。この様になした吸蔵エレメン
トＡを第４図及び第５図に示す様に多数個同方向
に並べて配列し、その一方端に固定フレーム２０
を装着し、他方に移動フレーム２１を装着して両
者間を緊締して一体結合させ、各吸蔵エレメント
Ａの各気体流入管１３………をヘツダー２２に接
続し、吸蔵装置を構成する。

このように構成された吸蔵装置は、各吸蔵エレ
メントＡ，Ａ………が個々の吸蔵エレメントＡに
装着されたガスケツト１４，１４………にて適当
な間隔を持つて連設され、各間隔内に各吸蔵エレ
メントＡ，Ａ………の充填層Ｓ，Ｓ………と全面
で接する流体流通路Ｌ，Ｌ………が構成される。
また各流体流通路Ｌ，Ｌ………は各吸蔵エレメン
トＡ，Ａ………に設けられた流体導通管１７，１
８………にて連通している。

上記構成に於いてその作用を水素ガスを金属中
に吸蔵させる場合について説明すると、先ず、装
入管兼ガス抜き管１５，１６より吸蔵空間８内の
空気を真空ポンプ（図示せず）で抜き取り、吸蔵
空間８内を負圧した状態で装入管兼ガス抜き管１
５，１６より水素を吸蔵可能な様に活性化した状
態の金属粒１２を装入し、金属充填層Ｓ，Ｓを気
体流通路Ｇの両側に形成する。そして吸蔵空間８
を密閉し、充填容器６に於ける充填層Ｓ，Ｓの圧
力を高めて所定の吸蔵圧力となし、固定フレーム
２０の上部に設けた流体供給管２３より冷却流体
を供給し、各吸蔵エレメントＡ，Ａ………の上部
流体導通管１７を経て下部流体導通管１８及び流
体排出管２４より排出させ、流体流通路Ｌ内に冷
却流体を導通させて側板６，６′を介して充填層
Ｓ，Ｓと熱交換を行ない充填層Ｓ，Ｓ内の金属粒
１２を冷却して所定の温度に設定し、ヘツダー２
２より水素を流入させ、気体流入管１３及び気体
流通管１１へ供給し、気体流通路Ｇ内へ水素を充
満させる。すると水素は気体流通管１１全面から
流出して充填層Ｓ，Ｓ内に入り、金属と反応して
金属水素化物となり、発熱し乍ら水素は金属中に
吸蔵される。この反応時の発熱は流体流通路Ｌを
導通する冷却流体と熱交換され、順次除去され
る。この様にして充填層Ｓ，Ｓ全域に亘つて水素
が吸蔵されるとヘツダー２２からの水素の供給を
停止し、同時に冷却流体の導通を停止させる。上
記吸蔵した水素を放出する場合は吸蔵空間８に於
ける充填層Ｓ，Ｓ内の圧力を下げ、気体流入管１
３及びヘツダー２２を開放し、流体供給管２３よ
り蒸気、温水、温風、或は燃焼ガス等の高温流体
を供給し、流体排出管２４より流出させて流体流
通路Ｌ内に高温流体を導通させ、側板６，６′を
介して充填層Ｓ，Ｓに熱を伝達し金属水素化合物
を加熱して所定の放出温度以上になす。すると充
填層Ｓ，Ｓ内の金属水素化物は伝達される熱を吸
収し乍ら分解し、水素を放出する。放出された水
素は気体流通管１１内へ流入し、気体流入管１３
を経てヘツダー２２より放出される。この様にし
て充填層Ｓ，Ｓ内に吸蔵された水素を完全に放出
すると高温流体の導通を停止させる。

上記動作時、各吸蔵エレメントＡ，Ａ………内
の充填層Ｓ，Ｓは厚みが薄く、且つ面積が広くそ
の全面で気体流通路Ｇと接しているので層全体へ
の気体の流入が早く、スムーズになされ、しかも
流体流通路Ｌとの接触面積も大きいために充填層
Ｓ，Ｓと流体流通路Ｌとの間で熱交換が幅広くな
され、熱の伝達もスムーズになされ、吸蔵時は反
応熱を十分に除去することができ、放出時には必
要な吸熱量を与えることができ、吸蔵速度及び放
出速度を迅速且つ確実に行なう事ができる。又、
吸蔵速度及び放出速度を流体流通路Ｌ内を動通す
る流体の温度及び流量を制御し、熱の伝達速度を
変えることにより容易に制御することができる。
又吸蔵エレメントＡの結合個数を任意に設定する
ことにより、気体の吸蔵量及び放出量を制御する
ことができる。又吸蔵エレメントＡは個々に独立
して作用を行なうので充填層Ｓ，Ｓ内の充填物１
２の老朽化に伴なう取り換えに際して各吸蔵エレ
メントＡを個々に取り換えればよく、その取り換
えが容易で、取り換えを必要としない他の吸蔵エ
レメントＡの動作の妨げとならず、連続して気体
の吸蔵及び放出を行なうことができる。又、気体
流入管１３とヘツダー２２との接続部に絞り弁等
を設けておけば、これらの操作により特定の吸蔵
エレメントＡのみ吸蔵或は放出作用を行なわせる
ことができ、更には吸蔵と放出とを同時に行なう
ことも可能である。

尚、上記説明では吸蔵エレメントＡを多数組付
けて後充填層Ｓ，Ｓ内に充填物１２を装入した
が、予め充填層Ｓ，Ｓ内に充填物１２を装入した
後に多数組付けてもよい。

以上説明した様にこの発明は厚みを薄くし、且
つ幅広に形成した中空の充填容器の中心部に、充
填容器を二室に仕切るよう幅広に形成された通気
性を有する気体流通管を内蔵し、充填容器の少な
くとも一方の幅広の側壁にその周縁に沿つてガス
ケツトをループ状に装着し、充填容器の上下部に
流体を流通させる流体導通管を厚み方向に貫通さ
せたから、当該吸蔵エレメントを多数連設するこ
とにより、大容量の吸蔵装置を簡単に製作できる
と共に各充填層の両側にこれと全面で接する気体
流体路と流体流通路とを確実に形成できる。また
各吸蔵エレメントにおいて、充填層の厚みが薄
く、しかも充填層と気体流通路及び流体流通路と
の接触面積が大きいので気体の充填層全域への流
出入が容易となり、しかも充填全域における伝熱
性も良好で、吸蔵時の化学反応に伴なう発熱を十
分に除去し、放出時に気体の解難に必要な熱を十
分に与えることができ、吸蔵及び放出を確実に効
率よく行うことができ、同時に流体の温度及び流
量を制御することにより吸蔵両及び放出両を任意
に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的な吸蔵装置の構造を示す
概略図、第２図は本発明に係かる吸蔵エレメント
の正面図、第３図はその縦断側面図、第４図は吸
蔵エレメントの組付作業を示す斜視図、第５図は
その組付状態を示す側面図である。 Ａ……吸蔵エレメント、７……充填容器、１１
……気体流通管、Ｓ……充填層、Ｇ……気体流通
路、Ｌ……流体流通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 厚みを薄くし、且つ、幅広に形成した中空の
   充填容器の中心部に、充填容器を二室に仕切るよ
   う幅広に形成された通気性を有する気体流通管を
   内蔵し、充填容器の少なくとも一方の幅広の側壁
   にその周縁に沿つてガスケツトをループ状に装着
   し、充填容器の上下部に流体を流通させる流体導
   通管を厚み方向に貫通させたことを特徴とする気
   体の吸蔵エレメント。