JP2002295798A - 水素輸送容器 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
- F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0047—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for hydrogen or other compressed gas storage tanks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素充填・放出を効率的に行なう
とともに、製作が容易で水素吸蔵合金粉末の充填作業を
容易にした水素吸蔵合金を貯蔵した水素輸送容器を提供
する。 【解決手段】 水素吸蔵合金を用いた水素輸送容
器であって、該容器内に複数本の外面多孔金属薄板・内
面超最密濾布構造体よりなる円筒型のバックルと、該バ
ックル内に同芯状に配設されて外面にスパイラル状のフ
ィンと内面に熱交換用の温冷水を通す二重管を備えたス
パイラルエレメントと、該バックルと該スパイラルエレ
メントとで形成される空間に充填される微粉末状の水素
吸蔵合金と、該容器内の水素温度を検出する温度センサ
と、該容器内の水素圧力を検出する圧力センサーとから
なる構成とした。
とともに、製作が容易で水素吸蔵合金粉末の充填作業を
容易にした水素吸蔵合金を貯蔵した水素輸送容器を提供
する。 【解決手段】 水素吸蔵合金を用いた水素輸送容
器であって、該容器内に複数本の外面多孔金属薄板・内
面超最密濾布構造体よりなる円筒型のバックルと、該バ
ックル内に同芯状に配設されて外面にスパイラル状のフ
ィンと内面に熱交換用の温冷水を通す二重管を備えたス
パイラルエレメントと、該バックルと該スパイラルエレ
メントとで形成される空間に充填される微粉末状の水素
吸蔵合金と、該容器内の水素温度を検出する温度センサ
と、該容器内の水素圧力を検出する圧力センサーとから
なる構成とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素吸蔵合金を貯蔵
する容器に関するものであり、特に、貯蔵された水素吸
蔵合金への水素充填と水素吸蔵合金からの水素放出とを
効率的に行なう機能を備えた水素輸送容器に関する。
する容器に関するものであり、特に、貯蔵された水素吸
蔵合金への水素充填と水素吸蔵合金からの水素放出とを
効率的に行なう機能を備えた水素輸送容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、小型燃料電池電源の燃料としての
水素を貯蔵・供給する手段として、水素吸蔵合金ボンベ
（容器とも言う）が安全性，小型コンパクト構造等の点
で注目されており、燃料電池自動車等に利用されてい
る。この水素吸蔵合金ボンベ内への水素の充填をある一
定の圧力において常温よりも低い温度で行えば、発熱反
応である水素の吸蔵速度が速くなる。また、前述の圧力
を高くすることによっても水素の吸蔵速度が速くなる。
一方、水素吸蔵合金ボンベより水素の取り出し（放出）
をある一定の圧力において常温よりも高い温度で行え
ば、吸熱反応である水素の放出速度が速くなることは一
般的に知られている。
水素を貯蔵・供給する手段として、水素吸蔵合金ボンベ
（容器とも言う）が安全性，小型コンパクト構造等の点
で注目されており、燃料電池自動車等に利用されてい
る。この水素吸蔵合金ボンベ内への水素の充填をある一
定の圧力において常温よりも低い温度で行えば、発熱反
応である水素の吸蔵速度が速くなる。また、前述の圧力
を高くすることによっても水素の吸蔵速度が速くなる。
一方、水素吸蔵合金ボンベより水素の取り出し（放出）
をある一定の圧力において常温よりも高い温度で行え
ば、吸熱反応である水素の放出速度が速くなることは一
般的に知られている。
【０００３】更に、水素吸蔵合金ボンベに貯蔵できる水
素量は有限であるので、電源の運転中にボンベ内の水素
が減少し，若しくは空になった場合はボンベを新たなも
のに交換しなければならない。この場合、使用済のボン
ベは水素を補給（充填）することにより繰り返し使用さ
れている。この水素吸蔵合金ボンベへの水素の補給（充
填）は水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有する水素供給タ
ンクを備えた水素ステーションにて行なわれる。また、
水素の製造工場又は中継基地から各水素ステーションへ
の水素の輸送・供給は大型の水素吸蔵合金容器（大型の
ボンベ）を搭載した車両を使って行なわれる。
素量は有限であるので、電源の運転中にボンベ内の水素
が減少し，若しくは空になった場合はボンベを新たなも
のに交換しなければならない。この場合、使用済のボン
ベは水素を補給（充填）することにより繰り返し使用さ
れている。この水素吸蔵合金ボンベへの水素の補給（充
填）は水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有する水素供給タ
ンクを備えた水素ステーションにて行なわれる。また、
水素の製造工場又は中継基地から各水素ステーションへ
の水素の輸送・供給は大型の水素吸蔵合金容器（大型の
ボンベ）を搭載した車両を使って行なわれる。
【０００４】このように、水素吸蔵合金を貯蔵する容器
（ボンベ）は、吸熱・発熱反応を行なう反応容器である
とともに熱交換効率の高い熱交換器であることも求めら
れている。このような状況下においては、水素の製造工
場内のタンクより水素輸送用車両への水素の補給（充
填）や水素輸送用車両から水素ステーションへの水素の
供給（放出）に要する時間の短縮、即ち、熱交換効率の
高い水素吸蔵合金輸送容器の開発が強く望まれていた。
（ボンベ）は、吸熱・発熱反応を行なう反応容器である
とともに熱交換効率の高い熱交換器であることも求めら
れている。このような状況下においては、水素の製造工
場内のタンクより水素輸送用車両への水素の補給（充
填）や水素輸送用車両から水素ステーションへの水素の
供給（放出）に要する時間の短縮、即ち、熱交換効率の
高い水素吸蔵合金輸送容器の開発が強く望まれていた。
【０００５】水素吸蔵合金ボンベを熱交換器としてとら
れた先行技術としては、特開平７−２８０４９２号公報
や特開２０００−１１１１９３号公報がある。特開平７
−２８０４９２号公報においては、熱媒は保持容器の外
部から熱媒導入口に導入されて反対側の熱媒導出口より
外部に排出される。従って、容器内の熱媒は流速を速く
できないので層流となり、水素吸蔵合金との熱交換の効
率は余り良くなかった。更に、微粉末状の水素吸蔵合金
と水素を分離するフィルター（燒結フィルター）は細管
の中心に配設されており、濾過面積を大きくすることが
できない構造となっている。
れた先行技術としては、特開平７−２８０４９２号公報
や特開２０００−１１１１９３号公報がある。特開平７
−２８０４９２号公報においては、熱媒は保持容器の外
部から熱媒導入口に導入されて反対側の熱媒導出口より
外部に排出される。従って、容器内の熱媒は流速を速く
できないので層流となり、水素吸蔵合金との熱交換の効
率は余り良くなかった。更に、微粉末状の水素吸蔵合金
と水素を分離するフィルター（燒結フィルター）は細管
の中心に配設されており、濾過面積を大きくすることが
できない構造となっている。
【０００６】また、特開２０００−１１１１９３号公報
においては、波形板と平板とからなるユニットを組みあ
わせて水素吸蔵合金との熱媒との熱交換効率の向上を図
ったものである。しかしながら、水素吸蔵合金は微細な
粉末であり、フィルター板（側板）と波形板間のシール
性を確保するのは、製作精度や熱変形の問題から困難で
あった。また、水素吸蔵合金量に対する濾過面積の値を
大きくすることができない構造となっていた。
においては、波形板と平板とからなるユニットを組みあ
わせて水素吸蔵合金との熱媒との熱交換効率の向上を図
ったものである。しかしながら、水素吸蔵合金は微細な
粉末であり、フィルター板（側板）と波形板間のシール
性を確保するのは、製作精度や熱変形の問題から困難で
あった。また、水素吸蔵合金量に対する濾過面積の値を
大きくすることができない構造となっていた。
【０００７】これに対して、水素エンジンまたは燃料電
池を搭載した自動車への水素充填方法の改良を図った先
行技術としては、特開２０００−１２８５０２号公報が
ある。この公報には、水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有
する水素供給タンクを備えた水素ステーションにて、自
動車の水素吸蔵合金を有する水素貯蔵タンクに水素を充
填するに当り、水素貯蔵タンク において水素吸蔵合金
が発生した熱量を、水素ステーションにおいて、水素放
出のために必要な水素吸蔵合金の加熱に有効利用省エネ
ルギ化を達成する技術が開示されている。また、本公報
の図２には、水素供給（貯蔵）タンクが図示されてい
る。
池を搭載した自動車への水素充填方法の改良を図った先
行技術としては、特開２０００−１２８５０２号公報が
ある。この公報には、水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有
する水素供給タンクを備えた水素ステーションにて、自
動車の水素吸蔵合金を有する水素貯蔵タンクに水素を充
填するに当り、水素貯蔵タンク において水素吸蔵合金
が発生した熱量を、水素ステーションにおいて、水素放
出のために必要な水素吸蔵合金の加熱に有効利用省エネ
ルギ化を達成する技術が開示されている。また、本公報
の図２には、水素供給（貯蔵）タンクが図示されてい
る。
【０００８】本公報の図２において、水素供給タンク
（および水素貯蔵タンク）は、外筒体と、その内部に在
る内筒体とを有し、その外筒体内周面および内筒体外周
面間は熱媒体としての純水の通路を形成している。外筒
体は、その一方の端壁に突設された入口管と他方の端壁
に突設された出口管を有し、両管の内部はそれぞれ通路
に連通している。内、外筒体における入口管側の両端壁
に、それらを貫通する水素出入口管が気密に取付けられ
る。その水素出入口管の内端部に、金属フィルタとして
の多孔質水素出入管の開放一端部が嵌着され、その閉鎖
他端部は内筒体の他方の端壁近傍に位置している。水素
出入管に、複数の円盤状合金ユニットが、その中心孔を
嵌合させると共に相隣るもの相互を密着させて支持さ
れ、それら合金ユニットの外周面は内筒体の内周面に嵌
着される。各合金ユニットは、肉薄で、且つ円盤状をな
すアルミニウム製容器内に粉末状水素吸蔵合金を充填し
て密閉したものである。
（および水素貯蔵タンク）は、外筒体と、その内部に在
る内筒体とを有し、その外筒体内周面および内筒体外周
面間は熱媒体としての純水の通路を形成している。外筒
体は、その一方の端壁に突設された入口管と他方の端壁
に突設された出口管を有し、両管の内部はそれぞれ通路
に連通している。内、外筒体における入口管側の両端壁
に、それらを貫通する水素出入口管が気密に取付けられ
る。その水素出入口管の内端部に、金属フィルタとして
の多孔質水素出入管の開放一端部が嵌着され、その閉鎖
他端部は内筒体の他方の端壁近傍に位置している。水素
出入管に、複数の円盤状合金ユニットが、その中心孔を
嵌合させると共に相隣るもの相互を密着させて支持さ
れ、それら合金ユニットの外周面は内筒体の内周面に嵌
着される。各合金ユニットは、肉薄で、且つ円盤状をな
すアルミニウム製容器内に粉末状水素吸蔵合金を充填し
て密閉したものである。
【０００９】ところが、上記先行技術の充填方法による
と、水素吸蔵合金の温度調整（加熱または冷却）は外周
側のみであり、また、内筒体の外周面には純水の流れを
乱流にする工夫もなされていないので、粉末状の水素吸
蔵合金の温度調節が充分ではなく、充填時間の短縮効果
は不充分なものであった。また、合金ユニットに水素吸
蔵合金を最密充填して密封するのは困難な作業であると
共に、水素吸蔵合金量に対する濾過面積の値を大きくす
ることができない構造となっていた。
と、水素吸蔵合金の温度調整（加熱または冷却）は外周
側のみであり、また、内筒体の外周面には純水の流れを
乱流にする工夫もなされていないので、粉末状の水素吸
蔵合金の温度調節が充分ではなく、充填時間の短縮効果
は不充分なものであった。また、合金ユニットに水素吸
蔵合金を最密充填して密封するのは困難な作業であると
共に、水素吸蔵合金量に対する濾過面積の値を大きくす
ることができない構造となっていた。
【００１０】また、水素吸蔵合金の熱伝導の改良とし
て、合金粉末に熱伝導性の良い銅被膜の湿式無電解メッ
キを施して、マイクロカプセル化したユニークな合金が
開発されている。ところが、上記の熱伝導改良の為にマ
イクロカプセル化した合金は高価であり、これを採用す
るのは経済的に困難であった。
て、合金粉末に熱伝導性の良い銅被膜の湿式無電解メッ
キを施して、マイクロカプセル化したユニークな合金が
開発されている。ところが、上記の熱伝導改良の為にマ
イクロカプセル化した合金は高価であり、これを採用す
るのは経済的に困難であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い圧力を
必要とせずに液体水素と同等あるいはそれ以上の水素密
度が得られるように上記の問題を解決するものである。
その目的は水素充填・放出を効率的に行なうとともに、
製作が容易で水素吸蔵合金粉末の充填作業を容易にした
水素吸蔵合金を貯蔵した水素輸送容器を提供することに
ある。
必要とせずに液体水素と同等あるいはそれ以上の水素密
度が得られるように上記の問題を解決するものである。
その目的は水素充填・放出を効率的に行なうとともに、
製作が容易で水素吸蔵合金粉末の充填作業を容易にした
水素吸蔵合金を貯蔵した水素輸送容器を提供することに
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するため、本発明の第１の発明においては、水素吸蔵合
金を用いた水素輸送容器であって、該容器内に配設され
て複数本の外面多孔金属薄板・内面超最密濾布構造体よ
りなる円筒型のバックルと、該バックル内に同芯状に配
設されて外面にスパイラル状のフィンと内面に熱交換用
の温冷水を通す二重管を備えたスパイラルエレメント
と、該バックルと該スパイラルエレメントとで形成され
る空間に充填される微粉末状の水素吸蔵合金と、該容器
内の水素温度を検出する温度センサと、該容器内の水素
圧力を検出する圧力センサーと、を備えてなる構成とし
た。また、第１の発明を主体にした第２の発明において
は、第１の発明における前記スパイラルエレメントとし
て、内面にスパイラル状の凹凸を備えた銅管を使用する
こととした。更に、第１の発明を主体にした第３の発明
においては、第１の発明における前記スパイラルエレメ
ントとして、内面にスパイラル邪魔板を備えた銅管を使
用することとした。
するため、本発明の第１の発明においては、水素吸蔵合
金を用いた水素輸送容器であって、該容器内に配設され
て複数本の外面多孔金属薄板・内面超最密濾布構造体よ
りなる円筒型のバックルと、該バックル内に同芯状に配
設されて外面にスパイラル状のフィンと内面に熱交換用
の温冷水を通す二重管を備えたスパイラルエレメント
と、該バックルと該スパイラルエレメントとで形成され
る空間に充填される微粉末状の水素吸蔵合金と、該容器
内の水素温度を検出する温度センサと、該容器内の水素
圧力を検出する圧力センサーと、を備えてなる構成とし
た。また、第１の発明を主体にした第２の発明において
は、第１の発明における前記スパイラルエレメントとし
て、内面にスパイラル状の凹凸を備えた銅管を使用する
こととした。更に、第１の発明を主体にした第３の発明
においては、第１の発明における前記スパイラルエレメ
ントとして、内面にスパイラル邪魔板を備えた銅管を使
用することとした。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の水素輸送容器内のバック
ルに内蔵された水素吸蔵合金への水素の吸蔵は熱交換用
のスパイラル状のフィンを備えたスパイラルエレメント
の内面に冷水を流した状態で、水素供給・排出用の水素
配管に取り付けられた圧力センサをモニタして圧力容器
内を一定の圧力に制御しながら水素を水素配管より供給
して行なう。また、水素の放出は熱交換用のスパイラル
状のフィンを備えたスパイラルエレメントの内面に温水
を流した状態で、水素供給・排出用の水素配管に取り付
けられた圧力センサをモニタして圧力容器内を一定の圧
力に制御しながら水素配管より水素を排出する。尚、水
素の吸蔵、放出時の温冷水温度及び圧力容器内の圧力は
吸蔵合金成分に応じて設定する。
ルに内蔵された水素吸蔵合金への水素の吸蔵は熱交換用
のスパイラル状のフィンを備えたスパイラルエレメント
の内面に冷水を流した状態で、水素供給・排出用の水素
配管に取り付けられた圧力センサをモニタして圧力容器
内を一定の圧力に制御しながら水素を水素配管より供給
して行なう。また、水素の放出は熱交換用のスパイラル
状のフィンを備えたスパイラルエレメントの内面に温水
を流した状態で、水素供給・排出用の水素配管に取り付
けられた圧力センサをモニタして圧力容器内を一定の圧
力に制御しながら水素配管より水素を排出する。尚、水
素の吸蔵、放出時の温冷水温度及び圧力容器内の圧力は
吸蔵合金成分に応じて設定する。
【００１４】熱媒体との熱交換効率を向上させるために
は、熱媒体に乱流を創生させることが重要である。熱媒
体を層流で流す場合に比べて、熱媒体を乱流で流す場合
の熱交換効率は大幅に向上することを実験により、確認
して本発明に至ったものである。これを実現させたもの
が、本発明における第２の発明と第３の発明である。即
ち、熱交換用のスパイラル状のフィンを備えたスパイラ
ルエレメントにある程度高圧の温冷水を通して、内面に
スパイラル状の突起を設けることにより温冷水の乱流の
創生が容易となるので熱伝導が良好となる。更に、スパ
イラルエレメント内面にスパイラル邪魔板を設けること
により温冷水の流れが著しく乱流となり、熱伝導がより
良好となる。また、スパイラルエレメントの外面に取付
けた銅製スパイラルフィンにより粉末状の水素吸蔵合金
に均一に熱が伝えられる。
は、熱媒体に乱流を創生させることが重要である。熱媒
体を層流で流す場合に比べて、熱媒体を乱流で流す場合
の熱交換効率は大幅に向上することを実験により、確認
して本発明に至ったものである。これを実現させたもの
が、本発明における第２の発明と第３の発明である。即
ち、熱交換用のスパイラル状のフィンを備えたスパイラ
ルエレメントにある程度高圧の温冷水を通して、内面に
スパイラル状の突起を設けることにより温冷水の乱流の
創生が容易となるので熱伝導が良好となる。更に、スパ
イラルエレメント内面にスパイラル邪魔板を設けること
により温冷水の流れが著しく乱流となり、熱伝導がより
良好となる。また、スパイラルエレメントの外面に取付
けた銅製スパイラルフィンにより粉末状の水素吸蔵合金
に均一に熱が伝えられる。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例を図１〜図５に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る水素輸送容器の全体
構成図、図２は図１におけるＡ−Ａ位置での断面図、図
３はスパイラルエレメントの構成の説明図、図４はスパ
イラルエレメントの内面にスパイラル状の突起を設けた
実施例、図５はスパイラルエレメントの内面に挿入する
スパイラル邪魔板の説明図である。
する。図１は本発明の実施例に係る水素輸送容器の全体
構成図、図２は図１におけるＡ−Ａ位置での断面図、図
３はスパイラルエレメントの構成の説明図、図４はスパ
イラルエレメントの内面にスパイラル状の突起を設けた
実施例、図５はスパイラルエレメントの内面に挿入する
スパイラル邪魔板の説明図である。
【００１６】最初に本発明による水素輸送容器の構成を
図１に基づいて説明する。本発明による水素輸送容器１
は鋼板製の耐圧１ＭＰａの板厚３ｍｍ、外径３００ｍｍ
長さ１０００ｍｍの容器（タンク）１１と、圧力センサ
ー２０を持つ水素供給・排出用の水素配管１３と、熱交
換用の温冷水入口配管１６及び出口配管１７と、前記圧
力容器１１内部には円筒型の外面厚さ０．６ｍｍの多孔
アルミ薄板で内面超最密濾布構造となった３本の水素吸
蔵合金封入用バックル１２が複数個の水素通過穴２４を
有するバックル設置板１８と保持エレメント２５により
固定されている。前記バックルの中心には、内面（管
内）に銅製の二重管と外面（管外）に１０ｍｍピッチ
（間隔）の銅製スパイラルフィン２３が取り付けられて
いる熱交換用の温冷水を通すスパイラルエレメント１４
が配設されている。温冷水は内管より流入し内管２８の
外側より流出する構造となっており、各々の入口と出口
は前記圧力容器の温冷水入口配管１６と温冷水出口配管
１７に繋がっている。水素吸蔵合金バックルには０．１
μｍ以下に微粉砕されたＴｉ−Ｖ−Ｃｒ系の水素吸蔵合
金１５が各１ｋｇ程度充填されており、水素吸蔵合金バ
ックル内には温度センサー１９が取り付けられている。
図１に基づいて説明する。本発明による水素輸送容器１
は鋼板製の耐圧１ＭＰａの板厚３ｍｍ、外径３００ｍｍ
長さ１０００ｍｍの容器（タンク）１１と、圧力センサ
ー２０を持つ水素供給・排出用の水素配管１３と、熱交
換用の温冷水入口配管１６及び出口配管１７と、前記圧
力容器１１内部には円筒型の外面厚さ０．６ｍｍの多孔
アルミ薄板で内面超最密濾布構造となった３本の水素吸
蔵合金封入用バックル１２が複数個の水素通過穴２４を
有するバックル設置板１８と保持エレメント２５により
固定されている。前記バックルの中心には、内面（管
内）に銅製の二重管と外面（管外）に１０ｍｍピッチ
（間隔）の銅製スパイラルフィン２３が取り付けられて
いる熱交換用の温冷水を通すスパイラルエレメント１４
が配設されている。温冷水は内管より流入し内管２８の
外側より流出する構造となっており、各々の入口と出口
は前記圧力容器の温冷水入口配管１６と温冷水出口配管
１７に繋がっている。水素吸蔵合金バックルには０．１
μｍ以下に微粉砕されたＴｉ−Ｖ−Ｃｒ系の水素吸蔵合
金１５が各１ｋｇ程度充填されており、水素吸蔵合金バ
ックル内には温度センサー１９が取り付けられている。
【００１７】ここで、上述した水素吸蔵合金封入用バッ
クル１２の構造について説明する。バックル１２の母体
２６を多孔アルミ薄板で片側を開口させ、図３のように
円筒型に形成する。このバックルの母体２６の内面に超
最密濾布構造（目開き量が０．００５〜０．０１μｍ）
のチラノ繊維等からなるフィルタ２７をコーティングす
る。このフィルタは０．１μｍ程度の水素吸蔵合金粉末
の通過を阻止して、水素ガスのみを通過させるものであ
る。このフィルタとしては耐熱温度１００〜２００℃の
ものを使用する。上述のように、バックル１２が外面多
孔アルミ薄板・内面超細密濾布構造のため、水素吸蔵合
金の水素吸蔵・放出による体積の膨張・収縮に充分追従
できる。
クル１２の構造について説明する。バックル１２の母体
２６を多孔アルミ薄板で片側を開口させ、図３のように
円筒型に形成する。このバックルの母体２６の内面に超
最密濾布構造（目開き量が０．００５〜０．０１μｍ）
のチラノ繊維等からなるフィルタ２７をコーティングす
る。このフィルタは０．１μｍ程度の水素吸蔵合金粉末
の通過を阻止して、水素ガスのみを通過させるものであ
る。このフィルタとしては耐熱温度１００〜２００℃の
ものを使用する。上述のように、バックル１２が外面多
孔アルミ薄板・内面超細密濾布構造のため、水素吸蔵合
金の水素吸蔵・放出による体積の膨張・収縮に充分追従
できる。
【００１８】次に、熱交換器における熱媒体の流れにつ
いて説明する。本発明における第２の発明と第３の発明
は熱交換器における熱媒体の流れ（乱流を創生するこ
と）が熱交換効率に大きな影響を持っていることに着目
してなされたものである。即ち、熱媒体が伝熱面を流れ
るとき、この熱媒体の流れを乱流にすることにより、熱
交換効率を飛躍的に向上させることができる。以下に、
熱媒体を乱流にさせる具体的な方法を実施例に基づいて
説明する。第２の実施例を図４に基づいて説明する。ス
パイラルエレメントを構成する熱媒体の円管２２を銅製
とし、円管内に砂を詰めて、円管外周面にローラを荷重
を加えながら転動させる。円管を一定の速度で送りなが
ら回転させることにより、図４に示したようなスパイラ
ル状の溝が形成される。円管の内面にはスパイラル状の
突起が形成されており、この面を熱媒体が流れるとき
に、この突起により流れが乱されて乱流となる。
いて説明する。本発明における第２の発明と第３の発明
は熱交換器における熱媒体の流れ（乱流を創生するこ
と）が熱交換効率に大きな影響を持っていることに着目
してなされたものである。即ち、熱媒体が伝熱面を流れ
るとき、この熱媒体の流れを乱流にすることにより、熱
交換効率を飛躍的に向上させることができる。以下に、
熱媒体を乱流にさせる具体的な方法を実施例に基づいて
説明する。第２の実施例を図４に基づいて説明する。ス
パイラルエレメントを構成する熱媒体の円管２２を銅製
とし、円管内に砂を詰めて、円管外周面にローラを荷重
を加えながら転動させる。円管を一定の速度で送りなが
ら回転させることにより、図４に示したようなスパイラ
ル状の溝が形成される。円管の内面にはスパイラル状の
突起が形成されており、この面を熱媒体が流れるとき
に、この突起により流れが乱されて乱流となる。
【００１９】更に、第３の実施例を図５に基づいて説明
する。スパイラルエレメントを構成する熱媒体用円管２
２を二重管としないで、内管２８の代わりに図５に示す
ようなスパイラル状の邪魔板を熱媒体用円管２２の内面
に挿入する。このスパイラル状の邪魔板の片側が熱媒体
の入口側になり、反対側が熱媒体の出口側（戻り側）に
なる。このように構成したスパイラルエレメントの内部
に熱媒体を流すと、熱媒体の流線が乱れて伝熱面の境膜
が剥離し、乱流状態になる。
する。スパイラルエレメントを構成する熱媒体用円管２
２を二重管としないで、内管２８の代わりに図５に示す
ようなスパイラル状の邪魔板を熱媒体用円管２２の内面
に挿入する。このスパイラル状の邪魔板の片側が熱媒体
の入口側になり、反対側が熱媒体の出口側（戻り側）に
なる。このように構成したスパイラルエレメントの内部
に熱媒体を流すと、熱媒体の流線が乱れて伝熱面の境膜
が剥離し、乱流状態になる。
【００２０】次に、水素輸送容器での輸送効率について
説明する。水素輸送容器１の内容積からバックル１２の
容積を除いた空間をできるだけ狭くすることにより、水
素輸送容器全体をコンパクト化することができる。本実
施例においては、輸送容器内には３本のバックルが挿入
されているが、バックルの数を増やすことにより、水素
輸送容器全体の体積に占めるバックル１２の体積の比率
を大きくすることができる。このようにして、水素の輸
送効率を向上させることができる。
説明する。水素輸送容器１の内容積からバックル１２の
容積を除いた空間をできるだけ狭くすることにより、水
素輸送容器全体をコンパクト化することができる。本実
施例においては、輸送容器内には３本のバックルが挿入
されているが、バックルの数を増やすことにより、水素
輸送容器全体の体積に占めるバックル１２の体積の比率
を大きくすることができる。このようにして、水素の輸
送効率を向上させることができる。
【００２１】次に、本発明の特徴の一つであるスパイラ
ルフィンの効果について説明する。このスパイラルフィ
ンは熱伝導率の高い金属（例えば銅合金）製の板を螺旋
状にスパイラルエレメント１４を構成する円管２２の外
周面に固着させる。このフィンは水素吸蔵合金の粉末中
にあり、水素吸蔵合金との接触面積も広く取れる。ま
た、図示していないが、熱媒用の円管を回転させる（攪
拌機能の付加）ことにより、一層の熱交換効率の向上が
期待できる。一方、バックル内に微粉末の水素吸蔵合金
を密封する場合に、スパイラルフィンのスクリュー効果
（スクリューの押込み機能による脱揮効果）により微粉
末を最密充填することが容易にできるという優れた効果
を持っている。
ルフィンの効果について説明する。このスパイラルフィ
ンは熱伝導率の高い金属（例えば銅合金）製の板を螺旋
状にスパイラルエレメント１４を構成する円管２２の外
周面に固着させる。このフィンは水素吸蔵合金の粉末中
にあり、水素吸蔵合金との接触面積も広く取れる。ま
た、図示していないが、熱媒用の円管を回転させる（攪
拌機能の付加）ことにより、一層の熱交換効率の向上が
期待できる。一方、バックル内に微粉末の水素吸蔵合金
を密封する場合に、スパイラルフィンのスクリュー効果
（スクリューの押込み機能による脱揮効果）により微粉
末を最密充填することが容易にできるという優れた効果
を持っている。
【００２２】次に水素供給タンクへの水素の補充、即
ち、水素生産基地や大量に水素を貯蔵している施設より
水素輸送容器に水素を充填する方法について説明する。
熱交換用のスパイラルエレメント１４に約１０℃の冷水
を流し水素吸蔵合金１５を冷却した状態で、水素入出し
用の水素配管１３より１ＭＰａに調圧した水素ガスを供
給すると、供給された水素は水素通過穴を有するバック
ル設置板１８及び円筒型バックル１２を通過し水素吸蔵
合金１５に随時吸蔵される。この際水素吸蔵合金１５の
水素吸蔵による発熱に伴い、水素吸蔵合金１３は加熱さ
れるが、スパイラルメント１４による冷却作用により温
度は４０℃以下に押さえられる。
ち、水素生産基地や大量に水素を貯蔵している施設より
水素輸送容器に水素を充填する方法について説明する。
熱交換用のスパイラルエレメント１４に約１０℃の冷水
を流し水素吸蔵合金１５を冷却した状態で、水素入出し
用の水素配管１３より１ＭＰａに調圧した水素ガスを供
給すると、供給された水素は水素通過穴を有するバック
ル設置板１８及び円筒型バックル１２を通過し水素吸蔵
合金１５に随時吸蔵される。この際水素吸蔵合金１５の
水素吸蔵による発熱に伴い、水素吸蔵合金１３は加熱さ
れるが、スパイラルメント１４による冷却作用により温
度は４０℃以下に押さえられる。
【００２３】一方、水素供給タンクより水素ステーショ
ン等の小規模施設への水素供給、即ち、水素輸送容器の
水素を水素ステーション等の小規模施設へ放出させる方
法について説明する。熱交換用のスパイラルエレメント
１４に約８０℃の温水を流し水素吸蔵合金１５を加熱す
ることで水素吸蔵合金１５より水素を放出させて、水素
配管１３より水素ステーションへ供給する。この際水素
放出圧力が一定の値（０．２ＭＰａ）となる様に、水素
入出し用の水素配管１３の圧力センサ２０により外部制
御盤を介し温水出口配管１７のリモートコントロール流
量調整弁で温水の流量を調整する。
ン等の小規模施設への水素供給、即ち、水素輸送容器の
水素を水素ステーション等の小規模施設へ放出させる方
法について説明する。熱交換用のスパイラルエレメント
１４に約８０℃の温水を流し水素吸蔵合金１５を加熱す
ることで水素吸蔵合金１５より水素を放出させて、水素
配管１３より水素ステーションへ供給する。この際水素
放出圧力が一定の値（０．２ＭＰａ）となる様に、水素
入出し用の水素配管１３の圧力センサ２０により外部制
御盤を介し温水出口配管１７のリモートコントロール流
量調整弁で温水の流量を調整する。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、本
発明の水素輸送容器は熱交換器として、高い伝熱性能を
示すとともに軽量小型化が可能である。また、バックル
と円管とで形成される閉空間内に微粉末状の水素吸蔵合
金を充填する場合に、円管を回転させることにより水素
吸蔵合金を容易に最密充填することができる。更に、一
つのバックルでの水素吸蔵合金量に対する濾過面積の値
を大きくしているのでフィルターの目詰りに対しても安
全であり、水素の通過面積が大きいので発熱・吸熱反応
も効率的に進行する。また、熱媒体の流れを乱流となる
ように種々の工夫を施したので、水素吸蔵合金と熱媒体
との熱交換効率が飛躍的に向上した。従って、水素吸蔵
合金への水素充填と水素吸蔵合金からの水素放出に要す
る時間を大幅に短縮することが可能となった。
発明の水素輸送容器は熱交換器として、高い伝熱性能を
示すとともに軽量小型化が可能である。また、バックル
と円管とで形成される閉空間内に微粉末状の水素吸蔵合
金を充填する場合に、円管を回転させることにより水素
吸蔵合金を容易に最密充填することができる。更に、一
つのバックルでの水素吸蔵合金量に対する濾過面積の値
を大きくしているのでフィルターの目詰りに対しても安
全であり、水素の通過面積が大きいので発熱・吸熱反応
も効率的に進行する。また、熱媒体の流れを乱流となる
ように種々の工夫を施したので、水素吸蔵合金と熱媒体
との熱交換効率が飛躍的に向上した。従って、水素吸蔵
合金への水素充填と水素吸蔵合金からの水素放出に要す
る時間を大幅に短縮することが可能となった。
【図１】本発明の実施例に係る水素輸送容器の全体構成
図である。
図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】スパイラルエレメントの構成の説明図である。
【図４】スパイラルエレメントの内面にスパイラル状の
突起を設けた実施例である。
突起を設けた実施例である。
【図５】スパイラルエレメントの内面に挿入するスパイ
ラル邪魔板の説明図である。
ラル邪魔板の説明図である。
１ 水素輸送容器 １１ 容器（タンク） １２ バックル １３ 水素配管 １４ スパイラルエレメント １５ 水素吸蔵合金 １６ 温冷水入口配管 １７ 温冷水出口配管 １８ バックル設置板 １９ 温度センサー ２０ 圧力センサー ２１ スパイラル状の邪魔板 ２２ 熱媒体用円管 ２３ スパイラルフィン ２４ 水素通過穴 ２５ 保持エレメント ２６ バックルの母体 ２７ フィルタ（超最密濾布構造） ２８ 内管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２８Ｆ 13/12 Ｆ２８Ｆ 13/12 Ｃ Ｆターム(参考） 3E072 EA10 GA30 3L103 AA05 AA37 AA39 BB50 CC02 CC35 DD08 DD10 DD19 DD36 DD38 DD44 DD63 4G040 AA14 AA24 AA32
Claims (3)
- 【請求項１】 水素吸蔵合金を用いた水素輸送容器で
あって、該容器内に配設されて複数本の外面多孔金属薄
板・内面超最密濾布構造体よりなる円筒型のバックル
と、該バックル内に同芯状に配設されて外面にスパイラ
ル状のフィンと内面に熱交換用の温冷水を通す二重管を
備えたスパイラルエレメントと、該バックルと該スパイ
ラルエレメントとで形成される空間に充填される微粉末
状の水素吸蔵合金と、該容器内の水素温度を検出する温
度センサと、該容器内の水素圧力を検出する圧力センサ
ーと、を備えたことを特徴とした水素輸送容器。 - 【請求項２】 前記スパイラルエレメントとして、内
面にスパイラル状の突起を備えた銅管を使用することを
特徴とした請求項１に記載の水素輸送容器。 - 【請求項３】 前記スパイラルエレメントとして、内
面にスパイラル邪魔板を備えた銅管を使用することを特
徴とした請求項１に記載の水素輸送容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001096864A JP2002295798A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 水素輸送容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001096864A JP2002295798A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 水素輸送容器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002295798A true JP2002295798A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18950732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001096864A Pending JP2002295798A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 水素輸送容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002295798A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007187174A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Kurimoto Ltd | 燃料水素供給装置 |
| JP2014080329A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Kobe Steel Ltd | 水素吸蔵放出装置 |
| CN106151869A (zh) * | 2015-04-15 | 2016-11-23 | 石家庄安瑞科气体机械有限公司 | 固态高压混合储氢装置 |
| CN110131566A (zh) * | 2018-02-08 | 2019-08-16 | 株式会社神户制钢所 | 树脂复合化储氢合金向容器的填充方法 |
| JP2020132451A (ja) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | 株式会社神戸製鋼所 | 水素貯蔵モジュール、水素貯蔵装置及びフィン付き管 |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001096864A patent/JP2002295798A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007187174A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Kurimoto Ltd | 燃料水素供給装置 |
| JP2014080329A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Kobe Steel Ltd | 水素吸蔵放出装置 |
| CN106151869A (zh) * | 2015-04-15 | 2016-11-23 | 石家庄安瑞科气体机械有限公司 | 固态高压混合储氢装置 |
| CN106151869B (zh) * | 2015-04-15 | 2024-03-12 | 石家庄安瑞科气体机械有限公司 | 固态高压混合储氢装置 |
| CN110131566A (zh) * | 2018-02-08 | 2019-08-16 | 株式会社神户制钢所 | 树脂复合化储氢合金向容器的填充方法 |
| CN110131566B (zh) * | 2018-02-08 | 2021-12-31 | 株式会社神户制钢所 | 树脂复合化储氢合金向容器的填充方法 |
| JP2020132451A (ja) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | 株式会社神戸製鋼所 | 水素貯蔵モジュール、水素貯蔵装置及びフィン付き管 |
| JP7120940B2 (ja) | 2019-02-14 | 2022-08-17 | 株式会社神戸製鋼所 | 水素貯蔵モジュール、水素貯蔵装置及びフィン付き管 |
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