JPS5848480Y2 - 金属水素化物を用いた水素貯蔵装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は改良された水素貯蔵装置に関する。

ある種の金属例えば鉄・チタン合金、マグネシウム合金
、ランタン・ニッケル合金などは低温で水素ガスを吸収
して金属水素化物となる。

これらの金属水素化物を加熱すると分解して水素ガスを
放出することが知られている。

この性質を利用して大量の水素を安全に貯蔵、輸送する
ことが可能である。

このように、金属水素化物による水素貯蔵が実用化され
ている。

この水素貯蔵の特長は、単位体積当りの水素密度が液体
水素と同程度もしくはそれ以上である。

従って、ガスホールダー又はボンベに較べて貯蔵容器が
著しく小さくなり得ることである。

また複雑な貯蔵容器を必要としないことである。

液体水素は常圧の沸点が一２５３℃であり、その蒸発潜
熱が７．９に７／ｌと極めて小さいので極低温を保つた
めに複雑な容器が必要である。

またボンベ貯蔵では１５０〜２００ ａｔｍの高圧容器
を必要とする。

これに対して金属水素化物は常温で固体であり、加熱し
なければ水素を発生しないので、その種類によっては常
圧でも長時間安定に貯蔵することができる。

しかしながら、金属水素化物による水素貯蔵の最大の問
題点は、水素吸収反応が発熱反応であり、金属水素化物
の分解反応が吸熱反応であって、その反応の際、多量の
熱除去又は加熱を必要とすることである。

例えば、マグネシウム水素化物（ＭｆＨ２）の場合、水
素１ｍ８当りの反応熱は約８００Ｋｃａｌである。

このことは逆に金属水素化物による水素貯蔵、輸送が安
全な事を示している。

即ち、水素容器が火災等にあって急に温度が上昇した場
合、既述せる液体水素の貯蔵方式では著しい危険が予測
されるが、この方式では金属水素化物の分解反応によっ
て周囲から熱を奪い、その周囲の温度を低下させるので
分解反応を停止させる方向に作用する。

また、金属水素化物は多くの場合、粉末（例えば５０〜
２００メツシユ）として使用される。

この粉末金属は一般にもとの金属よりも熱伝導率が小さ
く、これが水素を吸収して金属水素化物となると更に小
さくなる。

例えばマグネシウム水素化物についていえば、マグネシ
ウム金属自体は２０℃において約１４０にＣａ１７ｍ−
ｈｒ・℃の熱伝導率を有するが、その粉末は約１０Ｋｃ
ａＩ／ｍ−ｈｒ・℃であり、マグネシウム水素化物粉末
は０．５〜１．０にＣａ１７ｍ−ｈｒ ・℃である。

そのため、通常の外部加熱冷却方式では容器内の粉末全
体を急速に加熱・冷却することが困難である。

このために、金属水素化物を大量に用いた水素貯蔵輸送
容器では、円筒状容器内に冷却・加熱用水管を多数配設
したもの、あるいは伝熱距離の小さい外部加熱・冷却型
の細長い容器を多数束ねて使用している。

前者の容器においては、容器構造が複雑であるほか、次
に述べる欠点をもっている。

その第一の欠点は加熱・冷却性を向上させるために細い
管を多数配設すると、流体抵抗が大きくなり、均等に流
れにくくなるので一様な加熱・冷却が困難になる。

第２の欠点は金属水素化物と加熱・冷却用の水が管壁に
よって隔離されているので管に摩耗、亀裂等が発生する
と直ちに金属水素化物が漏水に接触し、その反応によっ
て大きな事故を誘発するおそれがある。

上記これらの欠点は当然に大径で管内の厚い丈夫な管を
用いれば解消されるであろうが、それにより容器全体に
占める金属水素化物の有効容積の減少を招くことになる
。

更に後者の方式も同様の欠点をもっている。

この考案は金属水素化物を装填した水素貯蔵、輸送容器
（単に水素貯蔵容器と呼ぶ）における従来の加熱・冷却
方式のもつ欠点を改善して取扱いが簡便で且つ性能がよ
く、しかも安全な水素貯蔵装置を提供する目的をもって
案出したものである。

この考案の改善点は、上記加熱・冷却方式にかえて、ヒ
ートパイプを採用組入れたことにある。

ここでヒートパイプとは周知のように、両端間じの金属
管の内面に毛細管作用を有する物質（ウィック）を設け
、一旦管内を真空にした後、適量の作動流体を入れて密
封したものであって、管の一端に熱を加えると、作動流
体は蒸発潜熱を奪って蒸発気化する。

従って管の他端とに飽和蒸気圧に差が生じ、両端間の圧
力差によって蒸気は管内空部を通して他端に移動し、こ
こで管外部に凝縮潜熱を放出すると共に液化される。

液化した作動流体は重力又はウィックの毛細管力によっ
て再び加熱部へ還流し、熱を連続的に輸送するものであ
る。

また、管の一端を冷却するときは作動流体は凝縮潜熱を
放出して凝縮液化し、管の他端との圧力差で作動流体は
管内空部を移動する。

凝縮液はウィック毛細管力によって再び管他端の蒸発部
に還流して熱を連続的に除去する。

このように、ヒートパイプは熱の潜熱の形で輸送できる
ものでパイプ断面積当りの熱輸送量が太きいうえに、加
熱部と放熱部の距離が大きくてもその温度差を極めて小
さくすることが出来る。

ヒートパイプの機能は必ずしもパイプの形体である必要
がなく、密閉容器、ウィック、作動流体から構成されれ
ば任意の形状の下で大量の熱輸送と均熱化が可能である
。

このようなヒートパイプと金属水素化物装填の水素貯蔵
容器とを夫々個別的に見た場合は必ずしも新規ではない
が、これらを組合すことによって、それらの相乗作用に
より従来予測できない顕著な効果をもたらすものである
。

以下、この考案による水素貯蔵装置の代表例を示す図面
に関連して説明する。

断面で示される第１図及び第１図のｘ−ｘ’線における
横断面で示される第２図において、１は円筒状の密閉容
器であって、この容器の下側部の所定位置に円板状仕切
板２が水平に設けられて容器底部と仕切板間に空隙部が
形成される。

この空隙部はヒートパイプ３構造に構成されて外部伝熱
管３ａが１乃至数個設けられる。

図示の場合は一個を示す。

外部伝熱管３ａはヒートパイプの外周面にフィンを多数
配設した例を示している。

仕切板２には、管外周面部に多数のフィンを長手方向に
放射状に配夕１ルた内部伝熱部４ａを備えたヒートパイ
プ４が複数垂直に所定の間隔と配列形態で配設され、そ
のパイプの夫々の下端部は底部ヒートパイプ３に連通さ
れている。

更に仕切板２上部の容器内ヒートパイプ４の占める空隙
部に水素化可能な金属粉末５が充填され、容器の頂部に
水素ガス出入用バルブ付バイブロが設けられる。

なお、図中のＡはウィック、Ｂは作動流体の蒸気通路を
示す。

作動流体としては金属粉末、金属水素化物粉末と接触し
ても反応性を持たない物質例えば液化炭化水素、流動パ
ラフィン等が挙げられる。

充填される金属粉末５としては例えばＦｅＴ ｉ合金、
Ｍ１□Ｎｉ合全Ｎｉが通常使用される。

ＦｅＴｉ合金の場合、水素の平衡分解圧力が０℃で１〜
２ ａｔｍｓ ３０℃で５〜６ ａｔｍ、 ７０６Ｃ
で１５〜２０ａｔｍであるので水素化物貯蔵容器はそれ
の圧力に見合う耐圧容器であることが必要である。

またヒートパイプの作動流体は液化プロパン、ブタンが
適当である。

Ｍ１□Ｎｉ合全Ｎｉ合は、金属水素化物は低温で安定で
あり、平衡分解圧は３００°Ｃで３ａｔｍ。

３５０℃で１０ａｔｍであるので、輸送時には耐圧性の
少ないカセット輸送が可能であり、吸脱着の際に圧力容
器を使用すればよい。

ヒートパイプ作動流体としては流動パラフィン、熱媒体
油、水銀等が適している。

上述のように構成された装置に水素を吸収貯蔵するとき
は、金属水素化物の水素平衡分解圧より高圧の水素ガス
を水素ガス出入用バイブロを通して圧入すると共に、底
部ヒートパイプ３の外部伝熱管３ａ面を冷媒（水又は気
体もしくは適当な熱媒体）で冷却することにより容易に
充填金属を除熱しつつ水素化物を作ることができる。

また水素ガスを装置から取出すときは必要水素圧力より
若干高い平衡分解圧に相当する熱源（例えばヒーター、
蒸気）で底部ヒートパイプの外部伝熱部３ａを加熱する
ことにより、垂設ヒートパイプ４のフィン伝熱部から一
様に金属水素化物を加熱して水素ガスを発生することが
出来る。

従って、簡便にして性能よくかつ安全に水素を容器内に
吸収貯蔵もしくは水素を放出することが可能となり得る
。

上述図示による装置構造は一例を示すものであって、容
器の形体、底部ヒートパイプの外部伝熱管の取付位置及
び本数、形体更に垂直に設けられたヒートパイプの本数
、形体、伝熱面のフィンの形状、配置枚数などは使用目
的に応じて適宜に定められるものである。

また夫々のヒートパイプの伝熱部に設けられるフィンは
使用目的によっては必ずしも設けることを要しない。

これらは設計値によってその有無を決定する。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案装置の一例を示すものにして、第１図はそ
の断面図、第２図は第１図のｘ−ｘ’線における横断面
図である。 １・・・密閉容器、２・・・仕切板、３・・・底部ヒー
トパイプ、３ａ・・・外部伝熱部、４・・・仕切板上面
部に設けたヒートパイプ、４ａ・・・内部伝熱部、５・
・・水素化可能な金属粉末、６・・・水素ガス出入用バ
ルブ付パイプ、Ａ・・・ウィック、Ｂ・・・作動流体の
蒸気通路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 密閉容器１の下側部は仕切板２で仕切られて容器底
   部と仕切板間に所定の空隙部を形成させ、該空隙部をヒ
   ートパイプ３構造に構成させて外部伝熱部３ａを設け、
   前記仕切板上面部にヒートパイプ４を複数配設して夫々
   の下端部を底部ヒートパイプ３に連通し、前記仕切板上
   部の容器内ヒートパイプ４の占める空隙部に水素化可能
   は金属粉末５を充填し、該容器頂部に水素ガス出入用バ
   ルブ付バイブロを設けたことから成る金属水素化物を用
   いた水素貯蔵装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の水素貯蔵装置
   において、仕切板２上面部に設けられたヒートパイプ４
   の外周面部に多数のフィンを長手方向に設けた伝熱部４
   ａを設けたもの。