JPS6363000A - 水素吸蔵合金を用いたアクチユエ−タ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、水素吸蔵合金を用いるアクチュエータに関す
るものである。

従来の技術 水素吸蔵合金は、水素の貯蔵・輸送・精製、ヒートポン
プや蓄熱などの熱利用、アクチュエータなどの多くの用
途へ、その展開が図られている。

水素吸蔵合金を用いるアクチュエータは従来の電磁式、
油圧式、空気圧式などのアクチュエータを使用する分野
で利用が可能である。そして特に小型化や高出力化など
が期待できるものである。

水素吸蔵合金を用いるアクチュエータは水素吸蔵合金の
水素吸蔵・放出反応を用いて、水素吸蔵合金を収納した
容器内の圧力を変化させ、生じた圧力で可動部を動かそ
うとするものである。このとき発生する圧力は通常水素
吸蔵合金の温度によって決定される。即ち、水素吸湯合
金の水素平衡圧カ一温度特性（Ｐ−Ｔ特性）がこれであ
る。

この水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応は、通常、水素
圧力と温度条件によって制御される。すなわち、ある温
度における水素吸蔵合金の水素平衡圧力に対し、より高
い水素圧力もしくはより低い温度条件で水素吸蔵反応が
進行し、逆により低い水素圧力もしくはより高い温度条
件で水素放出反応が進行する。

したがって水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応は、利用
される用途によって多少その条件が異なるものの、基本
的には加熱・冷却による温度条件か、または系内の水素
圧力の増減によるかの選択によってその反応が制御され
ている。

これまでの水素吸蔵合金を用いるアクチュエータは加熱
・冷却による温度条件によって反応が制御されており、
その場合、外部から温水（または暖気）や冷水（または
冷気）を供給したり、また熱電素子を用いる試みがあっ
た。

発明が解決しようとする問題点 水素吸蔵合金アクチュエータは、種々の特徴を有しなが
ら、電磁式、油圧式、空気圧式などのこれまでのアクチ
ュエータと比較すると応答速度や制御性の点に問題があ
った。水素吸蔵合金が本来有している水素吸蔵・放出の
早い反応速度を実現しようとする試みがいろいろとなさ
れてきたが、これまでのところ、この反応速度に関して
必ずしも満足なものではなかった。これは水素吸蔵合金
粉末自体の熱伝導率が低く加熱・冷却が円滑に出来にく
いことや、水素吸蔵合金および水素吸蔵合金を収納する
熱交換容器の熱容量が大きいことなどがその原因である
。

また、水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応の制御性に関
してこれまでのものは、水素圧力や温度の制御が非常に
複雑であり、容易な制御方法が望まれていた。

一方、水素吸蔵合金アクチュエータとして熱電素子を用
いる試みがあるが、この場合は、加熱・冷却の温度幅が
あまり大きくとれないことや構成が複雑になるなどの問
題があった。

本発明はこのような水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応
の反応速度を改善し、かつ制御を容易にする新たな水素
吸蔵合金を用いるアクチュエータを提供することを目的
とする。

問題点を解決するための手段 本発明は水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応を用いて、
水素吸蔵合金を収納した容器内の圧力を変化させ、生じ
た圧力で可動部を動かそうとするアクチュエータにおい
て密閉容器内に少なくとも水素吸蔵合金と電気ヒータを
収納し、前記電気ヒータに通電する電気量によって水素
の吸蔵・放出反応を制御するようにしたことを特徴とす
る水素吸蔵合金を用いたアクチュエータである。そして
、水素の圧力で可動する部分が水素ガス連通管を介して
水素吸蔵合金収納部と分離してあってもよい。この場合
、通電する電気量の制御方法は、通電によって水素放出
反応を、また通電の停止によって水素吸蔵反応を行なう
のが好ましい。

そして使用する水素吸蔵合金は１ｋｇ／ｃｍ２の水素平
衡圧力を示す温度が５０℃〜３５０℃である材料が適当
である。また水素吸蔵合金が粉末状であり、その粉末表
面を多孔質の金属、好ましくは銅またはニッケルによっ
て被覆したものを用いるのがよい。

さらに水素吸蔵反応での反応速度を改善するために膨張
・収縮が可能な密閉容器の水素吸蔵合金収納部外壁面に
放熱フィンを設けた構成が本発明のアクチュエータとし
ては望ましい。

作用 これまで水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出方法を内蔵した
電気ヒーターによって直接性なう。

このような方法にすることにより、極めて速い反応速度
を実現することが可能となった。またそれと同時に水素
吸蔵合金アクチュエータの制御が容易になった。

この場合、電気ヒータによって直接水素吸蔵合金の水素
吸蔵・放出方法を行なう上で、優れたアクチュエータを
得るためには特に以下に示すような要件を満たすことが
好ましい。

まず使用する水素吸蔵合金として水素吸蔵合金の１ｋｇ
／ｃｍ２の水素平衡圧力を示す温度が５０℃〜３５０℃
の材料を選ぶ。つまり、１ｋｇ／ｃｍ２の水素平衡圧力
を示す温度が５０℃以下では水素平衡圧力が高過ぎるた
め、通電する電気量での制御がやや困難であり、逆に３
５０℃以上の材料は消費電力や安全性の点でさけたほう
がよい。

そして水素吸蔵合金が粉末状であり、その粉末表面を多
孔質の金属、好ましくは銅またはニッケルによって被覆
することである。このような公知の手段を採用すること
によって水素吸蔵合金の熱伝導率を向上させるとともに
耐久性の向上を図ることが本願において有効である。な
お、水素吸蔵合金と共に熱伝導性に優れた金属やセラミ
ックスなどを粉末状や繊維試で水素吸蔵合金に分散させ
るのも良い。

また水素吸蔵反応速度を改善する上で採用されている水
素吸蔵合金を収納した容器の外壁面に放熱フィンを設け
ることが本願の水素吸蔵合金を用いるアクチュエータに
有効である。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明の一実施例の水素吸蔵合金を用いるアクチュエータの
構成図である。第１図で膨張・収縮が可能な部分を有し
た密閉容器本体１内に水素吸蔵合金２と電気ヒータ３が
収納されである。そして水素吸蔵合金を収納した容器の
外壁面に放熱フィン４を設けた。また水素吸蔵合金を収
納した部分と膨張・収縮が可能な部分にステンレス製焼
結金属のフィルタ５を設けた。このなかで膨張・収縮が
可能な部分を有した密閉容器本体１はステンレス製の円
筒状であり、膨張・収縮が可能な部分としてステンレス
製ベローズ６を設けた構成とした。さらに水素吸蔵合金
２の温度を検知したり場合によっては電気ヒータ３に印
加する電気量を制御するために水素吸蔵合金２の中に熱
電対７を設けた。

ここで水素吸蔵合金２について説明する。水素使用した
。この合金の水素平衡圧力は、１４０℃で１ｋｇ／ｃｍ
２，２００℃で４ｋｇ／ｃｍ２．２５０℃で１０．５　
ｋｇ／ｃｒｎ２である。この合金を１００ミクロン以下
の粒径に粉砕し、さらにこの合金粉末を通常の銅の無電
解メッキ法によって被覆した。この合金粉末表面への銅
の被覆■は、全体の２０重量パーセントとした。そして
水素吸蔵合金中の水素ガス濃度は低温時でプラトーのほ
ぼ満杯になるように調整した。

また電気ヒータ３はヒータが直接水素吸蔵合金と電気的
に接触しないようにシーズヒータを採用した。

このように第１図に示した構成でアクチュエータを作動
した結果について説明する。

ベローズ６の上端面６°に荷重をかけた状態でアクチュ
エータの外部電源から電気ヒータ８にパルス電流を流し
た。この時水素吸蔵合金２は電気ヒータ３の発熱により
素早く水素放出反応が起こりベローズ６を膨張させた。

つぎに通電を停止することによって水素吸蔵反応となり
ベローズ６を収縮させた。この水素吸蔵・放出でのベロ
ーズ６の膨張・収縮の状況をベローズ６の上端面６°の
ストロークの変化で示した図を第２図に示す。第２図で
わかるように水素放出反応の時間は約１０秒、同じく水
素吸蔵反応は約２０秒であった。これまでの気体や液体
を用いた場合の反応速度は加熱と冷却をいかに効率よく
行なっても５〜６倍遅い、したがって上記実施例では極
めて速い反応速度が得られた。

なお、上記実施例以外に水素貯蔵合金を用いたアクチュ
エータは先の実施例以外に種々の構成がある。例えば第
３図に示した構成は、第１図と比較すると膨張・収縮が
可能な部分を有した密閉容器が水素ガス連通管８を介し
て水素吸蔵合金収納部と膨張・収縮が可能な可動部に分
離しであるところにちがいがある。第３図のようにする
とアクチュエータとしての形状を自由に設計できる。ま
た第４図に示した構成は、膨張・収縮が可能な部分を第
１図、第３図のベローズ式からピストン式にした例であ
る。この場合も、第３図同様水素吸蔵合金収納部と可動
部を分離することができる。

発明の効果 本発明の水素吸蔵合金を用いたアクチュエータは水素吸
蔵合金を電気ヒータによって加熱し水素吸蔵・放出反応
を行なうため、これまでにない速い反応速度が達成でき
る。また、水素吸蔵・放出反応を電気的に行なうことに
よって反応の制御が極めて容易にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の水素吸蔵合金を用いたアク
チュエータの構成図、第２図はその動作説明図、第３図
および第４図は本発明の異なる実施例の構成図である。 １・・・膨張・収縮が可能な部分を有した密閉容器本体
、２・・・水素吸蔵合金、３・・・電気ヒータ、４・・
・放熱フィン、５・・・フィルタ、６・・・ベローズ、
７・・・熱電対、８・・・水素ガス連通管。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１８第　２　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素吸蔵合金を収納する容器と、前記容器と連通
   する膨張・収縮可能な容器と、前記容器間に配した水素
   ガス透過用フイルタと、前記水素吸蔵合金収納容器内に
   配した電気ヒータを具備し、前記膨張・収縮可能な容器
   を可動部とする水素吸蔵合金を用いたアクチユエータ。
2. （２）密閉容器が水素ガス連通管を介して水素吸蔵合金
   収納容器と膨張・収縮可能な容器とを分離してあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水素吸蔵合金
   を用いたアクチユエータ。
3. （３）水素吸蔵合金の１ｋｇ／ｃｍ＾２の水素平衡圧力
   を示す温度が５０℃〜３５０℃である材料を使用する特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の水素吸蔵合金を
   用いたアクチユエータ。
4. （４）水素吸蔵合金が粉末状であり、その粉末表面を多
   孔質の金属、好ましくは銅またはニッケルによつて被覆
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の水素吸蔵合金を用いたアクチュエータ。
5. （５）水素吸蔵合金収納容器外壁面に放熱フィンを設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の水素吸蔵合金を用いたアクチュエータ。