JPS5864201A - 水素を貯蔵および回収するための可撓器具 - 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】 本発明は、水素の利用に関し、特に、水素を貯蔵するた
めおよび、水素化され得る材料から水素を回収するため
の器具に関する。

水素は、豊富に入手し得、従前から多くの化学操作に用
いられているが、今や、産業により水素の新しい用途が
広められ、水嵩を妥全、簡便に貯蔵する必要が増大して
きた。

水素紘、通常は、ガスとして高圧（例えば、１３．７９
ＭＰ−すなわち、　２，０００ρ１）で鋼製シリンダ中
に貯蔵されるかまたは、液体として低圧で。

絶縁された容器中に貯蔵されるが、上記いずれの貯蔵法
も比較的大きな貯蔵容器を要する。このような容器は、
扱い悪い寸法でｔｉｆ、ｒ＜ｒのに加えて、シリンダ中
にガス状で貯蔵する場合には高圧を値する不便があり、
液状で貯蔵する場合には、液の蒸発により発生する水素
がスによる危険が常に存する。

近年に至って、「水素を撞々な物質の金属化合物（すな
わち、水素化物）として貯蔵すること」に多大の関心が
寄せられるに至った。金属水素１に物は、粉末の形で、
多量の水素を比較的小さい体積中に低圧で（大気圧以下
においても）貯蔵し得。

この低圧貯蔵は比較的安全であり、水＃容器の構造を、
従前のものと相轟異なる形にすることを許す。

水素の貯蔵の外に、水素化物は最近、ガス圧縮、太陽熱
針］ｌ！、加熱および冷凍、水嵩純化、ピーク荷重の低
下１重水素分離、電気化学的エネルゼの貯蔵のための電
極、無パイロット点火器および内燃機関に対して竹田な
ものとされてきた。

水素化され得る金属にｉ、弁付き容器中に加圧されたガ
ス状水素を入れることにより水素が添加される（水素化
される）。水素ガスは金属と発熱的に反応して化合物を
形成する。金属水素化物からの水素放出は、容器の弁を
開いて、金属水素化物の分解（吸熱反応）を許すことに
より行われる。

水素ガスを貯蔵容器から取出したｔ八ときには、容器を
加熱して水素の流れを増大する（すなわち、水素に大気
圧以上の圧力を与える）ことが望ましい。

吸着／放出操作の間に、水素化され得る金属は。

金属の結晶格子中への水素の進入および格子からの水素
の離脱の結果として１体積において２５チにおよぶ膨張
および収縮を示し、このような寸法変化により金属粉末
の粒子が黴細な粒子に破壊される。数回のこのようなサ
イクルの後、微細な粉末が自ピ凝集し、よって、熱伝達
が低下し、したがって水素伝達も低下する。さらに、こ
れより重大な問題として、粉末の凝集および、水素形成
の際の膨張による高い応力が貯蔵容器の壁に対して向け
られろう粉末内の応力は、容器の降伏強度を超える迄集
積し、ここに至ると、容器は塑性変形し、坐屈または膨
出し、ついには破壊する１、このような破壊は極めて危
険である。これは微細な、屡々自燃性の粉末が、加圧さ
れた可燃性水素ガスにより激しく追出されるからである
。事爽、前述の減の小さな実験用シリンダが、繰返し水
素添加および放出が行われると破裂することが発見され
ている。

特に、産業廃熱および太陽エネルギの如き低級熱源の回
収のために金属水素化物法を満足に用いることは次の問
題により従前から妨げられているすなわち、上記問題と
は、 １）金属水素化物の粉末床を通過する熱伝達が本来低い
こと。

２）水素化物の前述の傾向（すなわち、水素を吸収する
ときに生ずる水素化物の膨張）が和尚な機械的な力を発
生し、よって、経済的な水素化物容器の設計の使用會妨
げること。

３）水素化物床を通過する際の水素の圧力降下が過大に
なり、よって、がス伝達が著しく妨げられること、 などである１、 上述の問題を解決するため＆ｌＪ在行われている方法は
、水素化物を収容するのに円筒形カブセルを用いること
である（米国特許第４，１３５−．６２１号参照）。カ
ブセルが水平姿勢に置かれたときには。

上記方法は有害な凝集の問題を排除し得るが、しかし、
熱伝達が悪いことおよび、過大な圧力降下が生ずること
などの問題を解決する罠はさらに進んだ研究が必要であ
る。

ここにおいて１本発明は、水素貯蔵−回収−熱交換管を
提供するものであり、この管内には、実質的にその全長
に亘って延びる、予応力をかけられた中空ばねが軸心方
向ＫｔＩＩｔかれ、上記ばねと上記管の内壁との間の空
隙中罠、水素化され得る材料のベッド（床）が充填され
、上記管の一端はシールされる。

上記ばねは水素の導゛ｇとして動き、水素流の方向は、
容器が水素化されるか脱水素化（水素放出）されるかく
より異なる。上記はねは上記管のための背骨としても働
き、水素化物の粉末を不動化し。

その浮動を防ぐ。

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。

第１図は、本発明による。水素貯蔵−回収−熱交換器１
０の一部断面側面図を示す。

上記器ＡＩＯは、中空ばね１４を凹む管１２を有シフ。

上記ばね１４としては、予応力をかけられたガーターば
ねが用いられることが望ましい）上記ばね１４は、管１
２の実質的に全長に亘って軸心方向に延びる。適当な水
素化され得る材＄４１６（例えば、＠ＨＹ−５ＴＯＲ”
　（本願出願人の登録商４１１１ｉ）系の金属水素化物
（上記鎮受入から市販されている）〕がばね１４と管１
２の内壁との間に詰められる。この際。

水素化物１６が中空ばｆｌ１４中に入らないように注型
されることが必要である。

ばね１４は、器具ＩＯ内に明確な水素通路を与え、よっ
て、器具ｌＯの水素化または脱水素化（水素放出）の際
に水素はばね１４の針金外殻中１に−通って水素化１１
１６の方へ、ま九は水素化物１６から流れ得る。

しかし、ばね１４の機械的予応力により、水素化物は不
動化され（静置され）、浮動することを防がれる。しか
も、ばね１４は如何なる形にも曲げらね得、その際、ば
ねの針金は相互に離れようとするから水素社容易に横方
向ＫＩ５ｍ！れ得る。

所望によっては、１過孔の寸法を極小にするためおよび
、水素化物の粉末の漏洩を防ぐために多孔質７）濾過鞘
１８をばね１４にかぶせることができ。

を九、同様に、グラスクールから作られた栓加をばね１
４の閉鎖端に置いて、ばね１４の中空内部中に水素化物
が入ることを防ぐこともできる。

多数の間隔片３６（その１つのみが図示されている）が
、ばね１４を管１２内で中心位置に保っために用いられ
る。

さてここで１本発明の瑚解を容易にするために、本発明
の原理について一言ｆ゛る。

前述しｌこ如く、水素は安全かつ簡便に貯蔵され゛なけ
ればならず、さらに、水素化され得る材料の性質を最大
に利用するためには、上記材料の＾外伝適性が阻害され
てはならない。

本発明においては、上記ばねと水素化物との間の大きな
接触面積を有効に利用することにより、上述の目的が容
Ｊ［達せられる。第一に、器具１゜の物理的形状の結果
として、水嵩が水素化物の実質的にすべてと殆ど瞬間的
に反応することが許され、よって、従前においては水素
化物床を通過する水素流を妨げた水素１衝撃波１の発生
を防止する。上記価撃波が、容器の変形および破損を起
こさせることは前から知られていａ０事実、本発明にお
いては、異なる率における多数回（５０回以上）の水素
化および脱水素化（水素放出）の後においても、変形ま
九は、機械的性質の低下は認められなかつ九。

第二Ｖこ、ばねと水素化物との間の接触面積が増大され
るから、ばね１４の隙間を通る水素の流速が小にされ、
よって、水素利用体（すなわち、貯蔵タンク、内燃機関
、温度感知器、など）３４と水素化物との間の圧力降下
が極小にされ、このように圧力降下が小にされることに
より、水素化物容器の熱伝達率が高められ、また、低水
素化物（すなわち、より安定な、すなわち、形成熱の旨
い水嵩化物）を用いることがｏＪ能にされ、よって、系
統の熱効率が高められる。

さらに、圧力降下が極小にされるので、比較的擾い薄壁
管が用いられ得、よって、管の一定長当りについて１問
題を起こす可能性のあるノコインドの数を少なくするこ
とができる。

管１２の表面積が比較的大であり、ばね１４の表面積が
小であることにより、器具１０の熱伝達性が大いに高め
られる。さらに、水素化に対する器具ｌＯのハードウェ
ア（１１１成部分）の比を充分小にして、−い熱伝達性
が低下されないようにすることかできる。例えば、　０
．９５　ｃｘ　（３／８　Ｉｎ　）の外径の管は僅か０
．１２７ｃＩＩＬ（０，０５１ｎ　）の隙間（すなわち
、管１２とばね１４との間の距離）を呈するのみであり
。

この場合には、熱は、水素化物に所望の影醤を与えるに
は、上記の極めて短かい距４を通せすること全装するの
みである。事’ｊＬ、　Ｌｌ、９５ＣＩ！Ｌ（／８ｉｎ
）□ の外径を有する薄壁鋼管１２は、米国特許第１．１３５
，６２１号に示された１　、２７ｍ　（１／２　Ｉｎ）
径のアｎｚミニウムカ！セルの約７倍の熱伝達能力を示
す。

器具ｌＯの熱伝達性を縞めたことにより、低級のＪＩｌ
［全ヒート４ノビング、加熱および冷凍、および水素圧
縮に手軽に用いることが可能Ｖこされる。

さらに、従前の凝集（かたまること）の問題がなくなる
から、従来の形と異なる如何なる容器ルノも用いられ得
る。

第２図は、器具ｌＯの用法の一例を示し、この例におい
ては、器具ｌＯは、熱感知器および作動器として用いら
れている。水素化された粉末を充填され念管１２は、作
動ピストン室四の圧力側に連結される。温度の適当な変
化が生じると、上記粉末か脱水素化し１水素をばね１４
中に放出する。Ａ′が−（。

水素の圧力がばね２４の力に打克つに至ると、ビンがが
押されて隔膜３２を賃通し、よって、カ　−トリッジ測
の内容物が出口（９）から放出されて使用される（米国
特許第４，２８２，９３１号ｔ−鉦照され丸い）、。

４．１而の細事な統ゆｊ 第１図は本発明による装置）！ｊ’（器Ｘ）の一部断面
側面図、１２図は上記装置の使用例を７１＼すｖＩＪＴ
面図である。

ｌＯ・・・水素貯蔵および回収器、１２・・・管、トド
・・ばオー。

出鍼人代理人　　ｍ　　　設　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）導管手段と、この導管手段を囲む管と、上記導管手
   段と上記管との間に置かれた水素化され得る手段とを有
   する、水素を貯蔵およびＩＬ！ｌ収するための器具。 ２）上記導管手段は可撓ばねである特許１１１Ｘの範囲
   第１項記載の器具 ３）上記管の一端はシールされる％ｌ１ｆＩＩ′ｉ！求
   の範囲第１項記載の器具。 ４）多孔性の鞘が上記導管手段を囲む特許請求の範囲第
   １項記載の器具。 ５）上記管と上記導管手段との間に少なくとも１つの間
   隔片が置かれる特許請求の範囲第１項記載の器具。 ６）水素を利用するｊこめの手段に連結される特許請求
   の範囲第１項記載の器具。 ７）上記管は伝熱体である特許請求の範囲第１項記載の
   １ｅＳＡ。 ８）上記ばねはが一ターばねである特許請求の範囲第２
   項記載の一＾。