JPS6316321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素添加可能な蓄勢金属粉末とこの
蓄勢金属粉末を収容する水素添加不能材料製容器
とを有する水素化金属蓄勢装置、および水素添加
不能な材料からなる容器内に水素添加可能な蓄勢
金属粉末を収容する水素化金属蓄勢装置の製造方
法に関する。

水素化金属蓄勢装置は種々の役割を引受けるこ
とができ、特に火災の危険のない水素貯蔵に役立
つ。その際水素添加可能な金属は、水素の化学的
結合により水素化金属となり、結合エンタルピは
熱の形で遊離される。水素を遊離するためには、
同じ熱量を再び供給せねばならない。

通常は水素添加可能な金属の粒体が、水素添加
不能な材料からなる耐圧容器へ装入される。金属
の水素添加の際容積が20％以上も膨張するため、
粒体が次第に崩壊するに至る。非常に多数の水素
供給および取出しのサイクル後、水素化金属の平
均粒度は８ないし20μである。粒体組織内を微細
な金属粉末が流下することによつて、金属粉末が
蓄勢装置の底にたまつて圧縮されることになる。
粉末は液体や練り物のようには動作しないので、
容積膨張の際容器内で装入物が全くあるいは少し
しか盛り上がらない。むしろ装入物は主として下
方で幅方向に膨張する。それにより容器が滴状に
ふくらみ、最後には破壊してしまう。場合によつ
ては許容できないほど大きい肉厚によつて、この
ようなふくらみを防止することが考えられる。し
かしそれにより蓄勢装置の重量が大きくなつて、
水素化金属蓄勢装置は他の蓄勢装置ともはや競合
できなくなつてしまう。

出願人の知る限り、海綿組織状の支持素地を活
性蓄勢材料のために設けることが外国で既に提案
されている。この支持素地またはその空所が蓄勢
材料の装入前に形成されるので、その空所は不完
全にしか満たすことができない。実際上利用され
る蓄勢装置容積内における活性蓄勢材料のつめ込
み密度は小さいため、熱伝達を考慮して支持素地
は熱伝導の良好な金属から作らねばならないの
で、蓄勢能力の割合に蓄勢装置重量が非常に大き
くなるのみならず、蓄勢装置の容積も非常に大き
くなる。

本発明の課題は、重量の点でも容積の点でも単
純に装入を行なつた粒体蓄勢装置とほとんど同じ
蓄勢装置密度を得られるにもかかわらず、粒体崩
壊や水素添加または脱水素の際における容積増大
のさめ最初に述べた自己破壊の性質をもたない水
素化金属蓄勢装置の構成を提示することにある。

この課題を解決するため本発明によれば、約８
ないし20μの粒度の蓄勢金属粉末が、最大でもほ
ぼ同じ粒度をもち２ないし10重量％なるべく約５
重量％の水素添加不能な素地金属としてアルミニ
ウムまたは銅の粉末を均一に分布して加えられ
て、変形しない圧縮体あるいは焼結体として容器
内へ収容されている。

またこのような蓄勢装置を製造するために、約
８ないし20μの粒度の蓄勢金属粉末を、最大でも
ほぼ同じ粒度をもつ約２ないし10重量％なるべく
約５重量％の水素添加不能な素地金属粉末とよく
混合し、圧力により圧縮して変形しない塊体に
し、その際素地金属粉末の粒子を蓄勢金属粉末の
粒子の間で塑性変形して、蓄勢金属粉末の粒子用
の互いにつながる支持組織を形成する。

活性蓄勢金属粉末とわずかな割合のよく混合さ
れた水素添加不能な素地金属粉末とをいつしよに
圧縮することによつて、素地金属粉末の軟らかい
粒子は蓄勢金属粉末の粒子の間で塑性変形して、
蓄勢金属粉末の粒子間の空所を満たし、その際微
視的には殻状に押しつぶされる素地金属粉末の粒
子は、蓄勢金属粒子のために互いにつながつて荷
重を受けることのできる支持素地を形成する。重
量についても活性蓄勢材料のわずかな割合にしか
ならないこのような組織を形成できるようにする
ため、活性蓄勢材料および素地材料の非常に微細
な粉末化が必要である。支持材料の塑性変形は、
数1000barの圧力で混合粉末をあらゆる側から等
しい圧力で圧縮することによつて行なうことがで
きる。

このようにして形成された圧縮体はそれ自体変
形せず、水素化金属蓄勢装置の水素供給と水素取
出しのサイクルをひんぱんに反覆しても、支持組
織内における蓄勢材料粉末の崩壊に対する抵抗を
増大する。このような蓄勢装置の寿命は、素地金
属粉末の塑性変形した粒子の同時あるいは手続く
焼結によつてさらに高めることができる。この場
合素地金属粉末の粒子だけが可塑状態となるが、
蓄勢金属粉末の粒子は流動するように、焼結温度
を選択せねばならない。

水素添加可能な金属は水素と化学的結合して水
素化金属となる際熱を発生するが、本発明によれ
ば素地金属として熱伝導のよいアルミニウムまた
は銅を使用しているので、この熱を外部へ放出し
て水素の吸収を促進することができる。水素の遊
離もこのような素地金属の使用により促進され
る。

蓄勢材料のためにこのような変形しない支持組
織を使用するため、蓄勢材料を比較的薄肉の容器
に収容することができ、それにより重量や全容積
も小さくすることができる。外部から熱をどんな
温度レベルで供給せねばならないか、または熱を
外部へどんな温度で放出せねばならないかに応じ
て、繊維で補強されたプラスチツクあるいは金属
容器を使用することができる。金属容器を鋼、ア
ルミニウムあるいは銅から形成できる場合、変形
しない組織を容器内へほぼいつぱいに押込むか、
容器を一体に焼結するか、あるいはまわりに容器
を鋳造することができる。

図面に示された実施例について本発明を以下に
説明する。

第１図に示す水素化金属蓄勢装置１の実施例で
は、変形しない蓄勢塊体５が水素添加不能な材料
からなる容器３へ気密にかつ熱を伝導するように
入れられている。容器３は接続部７をもち、蓄勢
塊体５からのばらばらの金属粒子を保留する塵埃
過器８が接続部７の範囲に設けられている。し
たがつてこの過器８の孔断面は、蓄勢塊体５に
加工された金属粉末の粒子の最小粒度より１けた
小さく設定せねばならない。

変形しない蓄勢塊体５には、それを容器３へ入
れる前に完全に水素を供給し、その蓄勢可能な成
分を完全に水素添加状態にすることができる。水
素添加の際おこる蓄勢金属粉末の粒子の容積膨張
は20％までになることがあるため、支持組織はそ
れに応じて塑性変形して広がることになる。蓄勢
塊体にははじめて水素を供給する際における支持
組織の最初の変形は、その可塑性のため、蓄勢装
置の次の水素取出し後もそのまま維持される。支
持組織により保持される蓄勢可能な金属粒子は脱
水素の際独立に収縮し、その際力を支持組織へ及
ぼすことはない。蓄勢金属粉末の脱水素された粒
子を空所内に一部分ゆるく保持する支持組織は、
蓄勢可能な材料の容積変化にもかかわらず、最初
の形状と最初の寸法とを維持する。

蓄勢塊体が容器の壁との熱により行なわれる結
合なしに容器へ入れられる場合には、容器を破裂
させないようにするため、このような最初の水素
供給とそれに応じた支持組織の容積膨張とを先に
行なわねばならない。

第１図に示す容器３は適当に成形した金属板構
造部分から溶接により構成することができ、その
際金属板は鋼、銅あるいはアルミニウム製とする
ことができる。金属材料の代りに、第３図の例に
よれば、容器の壁９に繊維１０で補強されたプラ
スチツクを使用することもでき、その際補強繊維
１０をガラス繊維あるいは炭素繊維とすることが
できる。繊維補強プラスチツクは、強度が高く重
量が少ないという利点をもつている。ガラス繊維
補強プラスチツク容器を使用しても、蓄勢塊体５
のまわりに外部からまたは外部への熱伝達をプラ
スチツク壁を通して行なうことができる。なぜな
らば、使用される水素添加可能な金属に応じて、
プラスチツクがそのまま耐えることのできる温度
でも熱伝達が行なわれるからである。しかし材料
により規定されて熱伝達の際許容できる温度降下
のため、単位時間あたり外壁を通る熱の量、した
がつて単位時間あたり遊離または結合される水素
の量は比較的わずかである。しかし容器の壁の繊
維補強のため、容器を比較的薄く形成することが
できるので、熱伝導率が比較的低いにもかかわら
ず、このようなプラスチツク壁の熱抵抗は小さ
い。さらに金属粉末等を混入することにより、プ
ラスチツクの熱伝導率を高めることができる。し
かしプラスチツク容器をもつ水素化物蓄勢装置で
は、圧縮体あるいは焼結体の中へ冷却管をいつし
よに埋めて圧縮し、この冷却管を介してある程度
内部へ結合エンタルピを供給したり取出すことが
できる。

水素化金属蓄勢装置２の第２図に示す実施例で
は、複数の棒状の蓄勢塊体６は、なるべくアルミ
ニウムからなる容器４をまわりに一体に鋳造され
ている。このように形成された水素化金属蓄勢装
置の頭部には、個々の蓄勢塊体６に対してガス接
続部７′が設けられ、適当な集合導管を介して共
通な接続部にまとめることができる。完全に水素
を供給された蓄勢塊体６のまわりに容器を鋳造す
ることにより、溶融壁材料から熱を供給するた
め、水素放出が一部行なわれる可能性がある。し
かしこれは変形しない支持組織に対してわずかな
影響しか及ぼさない。支持素地の材料と同じ材料
で蓄勢塊体のまわりに鋳造することにより、壁材
料は支持素地と熱伝導のよい密な結合を行なう。
それにより壁から支持組織の内部へあるいはその
逆の方向への迅速な熱の流れが生ずる。これによ
り蓄勢装置の迅速かつ均一な水素取出しまたは水
素供給が促進される。

第４図の微視図はこれを示している。この部分
は金属壁１１と蓄勢塊体６の外周範囲との間の移
行範囲からとられ、個々の蓄勢可能な金属粒子１
２が認められる。蓄勢塊体がまわりを鋳造されて
いる場合、支持組織により蓄勢塊体内に保持され
る蓄勢粒子１２と壁１１との間に明確な境界はで
きない。むしろ蓄勢塊体の縁範囲における支持組
織は、同じ材料でまわりを鋳造することによりと
けて、縁範囲にある蓄勢粒子１２はまだ溶融状態
にある壁材料の内部へ移動する。

同様に微視的な拡大図である第５図および第６
図の対比から、本発明による支持組織の形成がわ
かる。第５図は蓄勢材料からなる金属粒子１３と
水素添加不能な金属からなる粒子１４とのまだゆ
るい混合を示している。水素添加不能な金属粉末
の粒子１４は蓄勢可能な材料の粒子１３より小さ
く、充分な混合のため粒子１３を包囲している。

同時に熱を加えて行なうことができるあらゆる
側からの圧力が等しい圧縮により、素地金属粉末
の粒子は塑性変形して、蓄勢可能な材料の粒子は
互いにつながる薄い層により全面をほとんど包囲
される。この薄い層はいつしよに圧縮あるいは焼
結される粒子１４′から形成され、蓄勢可能な粒
子１３′を保持する変形しない支持組織を形成し
ている。蓄勢可能な粒子は、圧縮過程と場合によ
つては同時あるいは次の焼結過程によつて同様に
少し変形して丸くなる。しかしこのようにして形
成された変形しない蓄勢塊体は、蓄勢可能な材料
からなる粒子１３′と支持素地の粒子１４′との間
に、互いにつながりかつ蓄勢塊体の全体にわたる
気孔および通路の系を含み、それにより迅速なガ
ス交換が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水素化金属蓄勢装置の第
１実施例の一部を切欠いた側面図、第２図は別の
実施例の断面図、第３図は繊維で補強されたプラ
スチツクからなる容器の壁の範囲における水素化
金属蓄勢装置の拡大断面図、第４図は蓄勢塊体の
まわりに鋳造される容器の一部の拡大断面図、第
５図は本発明による水素化金属蓄勢装置の製造に
必要な粉末混合物のゆるい状態における拡大断面
図、第６図はこの粉末混合物の圧縮された状態に
おける拡大断面図である。 １，２…水素化金属蓄勢装置、３，４，９，１
１…容器、５，６…蓄勢塊体、１２，１３，１
３′…水素添加可能な金属粉末粒子、１４，１
４′…水素添加不能な素地金属粉末粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水素添加可能な蓄勢金属粉末とこの蓄勢金属
   粉末を収容する水素添加不能材料製容器とを有す
   る蓄勢装置において、約８ないし20μの粒度の蓄
   勢金属粉末１３，１３′が、最大でもほぼ同じ粒
   度をもち２ないし10重量％なるべく約５重量％の
   水素添加不能な素地金属としてアルミニウムまた
   は銅の粉末１４，１４′を均一に分布して加えら
   れて、変形しない圧縮体あるいは焼結体５，６と
   して容器３，４内へ収容されていることを特徴と
   する、水素化金属蓄勢装置。 ２ 水素を導入あるいは導出する接続部７の範囲
   に、蓄勢金属粉末１３あるいは素地金属粉末１４
   の粒度より小さい孔径をもつ塵埃濾過器８が設け
   られていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項に記載の水素化金属蓄勢装置。 ３ 容器３，４が金属なるべく鋼、銅あるいはア
   ルミニウムからなることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の水素化金属蓄勢装置。 ４ 容器が繊維で補強されたプラスチツク９から
   なることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載の水素化金属蓄勢装置。 ５ 容器が蓄勢金属粉末と素地金属とからなる焼
   結体といつしよに焼結されていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第３項に記載の水素化金属蓄
   勢装置。 ６ 蓄勢金属粉末と素地金属粉末とからなる圧縮
   体あるいは焼結体５が、容器４としてのアルミニ
   ウム１１でまわりを鋳造されていることを特徴と
   する、特許請求の範囲第３項に記載の水素化金属
   蓄勢装置。 ７ 水素添加不能な材料からなる容器内に水素添
   加可能な蓄勢金属粉末を収容する蓄勢装置の製造
   方法において、約８ないし20μの粒度の蓄勢金属
   粉末１３を、最大でもほぼ同じ粒度をもつ約２な
   いし10重量％なるべく約５重量％の水素添加不能
   な素地金属としてのアルミニウムまたは銅の粉末
   １４とよく混合し、圧力により圧縮して変形しな
   い塊体５，６にし、その際素地金属粉末１４，１
   ４′の粒子を蓄勢金属粉末１３，１３′の粒子の間
   で塑性変形して、蓄勢金属粉末の粒子１３，１
   ３′用の互いにつながる支持組織を形成すること
   を特徴とする、水素化金属蓄勢装置の製造方法。 ８ 混合粉末の圧縮の後あるいは圧縮の際、素地
   金属粉末の粒子１４，１４′のみが軟化する温度
   で圧力および熱を加えることを特徴とする、特許
   請求の範囲第７項に記載の方法。 ９ 変形しない塊体５，６を、素地金属粉末と同
   じ材料からなる容器内へ圧縮あるいは焼結するこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の
   方法。 １０ 圧縮あるいは焼結されて変形しない塊体の
   まわりに、素地金属粉末と同じ材料からなる容器
   を鋳造することを特徴とする、特許請求の範囲第
   ７項または第８項に記載の方法。