JPH0561518B2 - - Google Patents

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。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脹するという重
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脹によつて、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
が判つた。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
続の充填によつて、究極的に圧力容器を破壊する
結果となる。圧力容器の膨脹は、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
法にすることによつて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つた。

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
えば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
ロツク）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
3125276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（ペレツト）の形態で入れら
れ、このペレツトは、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。ペレツト
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内に粉末を正確
に配量し得るようにすることにある。しかしなが
ら、ペレツト自体の製造は、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
されたペレツ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、従つて貯
蔵容量が減少するという欠点がある。その上、ペ
レツトのプレスは、成分を50μｍないし250μｍ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
全対策上の装置、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。

技術的な観点から、前述の対策は、特に許容充
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つ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。

ｃ 発明が解決しようとする問題て 従つて、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い
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。最後に、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つて達成され、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。次の解説によつて、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つ
て、ペレツトの代りに入れられる粒状の金属融成
物の正確な配量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つて完全
に充填される。このようにして、夫々の函は、同
量の粒状金融熔成物を包含している。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、ほゞ偏平
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。本発明によれ
ば、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
対策によつて、金属融成物は充填状態において直
ちに膨脹することができ、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、厚力容器の内部に水素を最初に入れるこ
とによつて、水素添加可能な金属融成物の入つた
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
円盤状に閉じ込めれらた状態を維持するように構
成されている。これによつて、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。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２mm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。たゞ、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、ペレツ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
処理も省くことができる。従つて、一方では、圧
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。函の使用によつ
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量できるようにす
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。従つて、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つて、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つ
て覆われる部分の外周面を内側に曲げることが有
効であることが判つた。このようにすることによ
つて、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。

従つて、圧力容器の円筒内周面への函外周面の
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。従つて、水素添加可能な
金属融成物に対する膨脹容積は、気体導管の近
く、従つ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、従つ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。本発明によれば、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
成物の膨脹による変形によつて、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。従つて、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。従つて、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。従つて、函上部の内周面（中
心孔に接する）の高さは、函上部の頂面の平面に
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く取扱うことができるよ
うにするには、函下部および函上部が不本意に開
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、従つて函下部内周面
の縁にかぶさる鍔を設けることなどによつて行な
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／またはその逆の函上部の頂面に、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、
例えば、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
れによつて、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つ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２mmの粒度でつく
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、粒によつて完全に満たされ、函上
部によつて閉ざされる。ほぼ円筒形の圧力容器は
一方の端面が開かれ、函によつて完全に満たされ
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つて延びている。その後、
圧力容器等のお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つて行われ
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。この変形によつて、函下部および
函上部は、夫々圧力容器の内壁および気体導管の
外壁に当接する。これによつて、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
およびペレツトの製造のように実施に経費を要す
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
よつ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つては中間底が、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
外部にある函内において、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化にするため、
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、次の実施例によつて一層詳細に説明
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、端面がキヤツプ２，３によ
つて閉じられた円筒管状の中心部４からなつてい
る。両方のキヤツプ２，３は、夫々中央に設けら
れた気体ニツプル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によつて詰められ
ている。

函５は、夫々函下部１０と函上部１５とからな
つている。函下部１０は外周面１２を備え、この
外周面１２は、函下部の開放側において内側へ引
込んでおり、従つて内側へ曲つた形状を呈してい
る。函下部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
らなつている。

函下部１０の内周面１３，１４および外周面１
２は、共通の平面で終つている。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によつて、函下部１０の外周面１２
および内周面１３，１４の上部を覆つている。函
５を、このように形成することによつて、水素添
加可能な金属融成物の膨脹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。夫々の函下部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１
２，１７によつて、函５は、圧力容器１内の円筒
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
く膨脹するため、函下部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の近くに
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。従つて、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10μｍ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
いる。この函は、一方では、円筒計内周面１８の
縁に鍔１９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、函下部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襞１１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
よつ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によつて夫々軸方向
に分割されている。

函５の外形寸法の構成によつて定まる自由空間
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つ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。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、これによつて
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。
従つて、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、試験によつて先ず定め
る必要がある。従つて、この場合は、材料特有の
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つ
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。粉末函は、 ―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、 ―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、 ―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つて軸方向のばね作用特性
を備え、起生する容積膨脹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。

―貯蔵材料の簡単な取扱いおよび処理工程の縮少
によつて組立に付随する品質保証が品質的に簡
素化され、 ―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、 ―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つて膨脹して変形
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別の実施例を示す
部分的断面図である。 １……金属水素化物タンク、２，３……キヤツ
プ、４……圧力容器円筒内面、５……函、６……
気体ニツプル、７……気体導管、８……金属融成
物、９……自由空間、１０……函下部、１１……
襞、１２……函外周面、１３，１４……函内周
面、１５……函上部、１６……中間壁、１７……
函外周面、１８……函内周面、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つて、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
   板によつ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にかぶさつているこ
   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
   ぶさつた上方の部分において内側に曲つているこ
   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つた襞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１０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つた襞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
   によつ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２
   mm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
   填によつ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つて大気の影
   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１
   ５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つて保護されることを
   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。