(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を密閉する密閉容器と、前記容器に収容されて容器の外部との間で熱媒流体を授受する熱交換器と、固気反応により体積変化する性質を有して前記密閉容器に充填される固気反応粉末と、前記容器の外部と前記固気反応粉末との間で反応ガスを流通させる反応ガス通路とを備え、前記熱交換器は、互いに平行に延設される一対のヘッダと、両端が前記一対のヘッダに一体に接合される扁平伝熱管と、前記扁平伝熱管の外表面に配設されるフィンとを備え、前記固気反応粉末は、水素ガスを吸収、放出して膨張、収縮する水素吸蔵合金粉末であり、前記反応ガスは水素ガスである固気反応充填容器体において、
前記扁平伝熱管は、互いに平行に配置されて前記ヘッダの延在方向と略直角な第一方向へ延設される多数の直管部と、前記ヘッダ延在方向および前記第一方向に対してそれぞれ略直角な第二方向へ所定間隙を隔てて互いに隣接する前記直管部同士を連通させる多数の曲管部とからなる形状を有し、
前記固気反応粉末は、前記フィン及び前記直管部により区切られて構成された各セルに個別に充填されるとともに前記反応ガスを吸収、放出して体積変化し、
前記ヘッダは、前記固気反応粉末の体積変化による前記扁平伝熱管の変形に対して前記第一方向または前記第二方向へ追従可能に構成されていることを特徴とする固気反応充填容器体。
【請求項２】
請求項１記載の固気反応充填容器体において、
前記扁平伝熱管の直管部は、水平方向に延設されていることを特徴とする固気反応充填容器体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固気反応充填容器体において、
前記反応ガス通路は、前記ヘッダの延在方向へ延設されていることを特徴とする固気反応充填容器体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の固気反応充填容器体において、
前記反応ガス通路は、多孔性焼結合金からなるフィルタを備えることを特徴とする固気反応充填容器体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載の固気反応充填容器体において、
前記フィンはガス通過用の開口を有することを特徴とする固気反応充填容器体。
【請求項６】
請求項２記載の固気反応充填容器体において、
前記フィンは、良熱伝導性金属により構成されて垂直方向かつ前後方向に延設されていることを特徴とする固気反応充填容器体。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか記載の固気反応充填容器体において、
一端が前記フィンに接し、他端が前記密閉容器の内周面に接して横架されて前記固気反応粉末の沈降を防止する沈降防止板を有することを特徴とする固気反応充填容器体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はたとえば熱交換器および水素吸蔵合金粉末を収蔵する水素吸蔵合金熱交換器のごとき固気反応充填容器体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−３３０３０１号公報は、密閉容器に収容されて容器の外部との間で熱媒流体を授受する熱交換器と、固気反応により体積変化する性質を有して熱交換器内に充填される固気反応粉末と、この容器の外部と固気反応粉末との間で反応ガスを流通させる反応ガス通路とを備え、熱交換器が、図４に示すように、互いに平行に延設される一対のヘッダ１００と、互いに平行に配置されて両端が両ヘッダ１００に個別に一体接合される多数の扁平伝熱管２００と、各扁平伝熱管２００間の隙間３００に配設されてこの隙間３００を多数のセル４００に分割するフィン５００とを備える水素吸蔵合金熱交換器を提案している。なお、各扁平伝熱管２００は水平方向に広がる姿勢で取り付けられている。
【０００３】
この水素吸蔵合金熱交換器は、水素吸蔵合金粉末を多数のセルに分散して収蔵することができるので水素吸蔵合金粉末が局部的に偏在することがなく、水素吸蔵合金粉末と水素との反応および水素吸蔵合金粉末と熱交換器との熱伝達が空間位置によりばらつくことが少ないという利点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報が開示するフィン付き扁平伝熱管式水素吸蔵合金熱交換器では、各セルに個別に充填された水素吸蔵合金粉末が水素ガスの吸蔵、放出の度に膨張、収縮するので、扁平伝熱管２００、特に上端側および下端側の扁平伝熱管２００が、図４に示すようにヘッダ延在方向すなわち上方または下方へ湾曲変形を繰り返し、このため曲げ応力を受けて湾曲しようとする扁平伝熱管２００と、この上下方向への外力に対しては剛体とみなせるヘッダ１００との間の接合部６００に曲げ応力が集中して、このろう付け部分のシ−ル性が低下し、熱媒流体が漏れるという問題があった。
【０００５】
もちろん、扁平伝熱管２００とフィン５００とで区画される各セル内への水素吸蔵合金粉末の充填量を減らすことにより、上記応力を緩和することができるが、この水素吸蔵合金熱交換器の水素ガスの吸蔵、放出能力が低下してしまう。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れた熱交換性および固気反応能力を確保しつつ、固気反応粉末の体積変化に伴う耐久性の低下を回避可能な固気反応充填容器体を提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明の固気反応充填容器体は、内部を密閉する密閉容器と、前記容器に収容されて容器の外部との間で熱媒流体を授受する熱交換器と、固気反応により体積変化する性質を有して前記密閉容器に充填される固気反応粉末と、前記容器の外部と前記固気反応粉末との間で反応ガスを流通させる反応ガス通路とを備え、前記熱交換器は、互いに平行に延設される一対のヘッダと、両端が前記一対のヘッダに一体に接合される扁平伝熱管と、前記扁平伝熱管の外表面に配設されるフィンとを備え、前記固気反応粉末は、水素ガスを吸収、放出して膨張、収縮する水素吸蔵合金粉末であり、前記反応ガスは水素ガスである固気反応充填容器体において、前記扁平伝熱管は、互いに平行に配置されて前記ヘッダの延在方向と略直角な第一方向へ延設される多数の直管部と、前記ヘッダ延在方向および前記第一方向に対してそれぞれ略直角な第二方向へ所定間隙を隔てて互いに隣接する前記直管部同士を連通させる多数の曲管部とからなる形状を有し、前記固気反応粉末は、前記フィン及び前記直管部により区切られて構成された各セルに個別に充填されるとともに前記反応ガスを吸収、放出して体積変化し、前記ヘッダは、前記固気反応粉末の体積変化による前記扁平伝熱管の変形に対して前記第一方向または前記第二方向へ追従可能に構成されていることを特徴としている。
すなわち、本発明の固気反応充填容器体は、いわゆるサ−ペンタイン構造の熱交換器を密閉容器内に内蔵し、そのフィンと扁平伝熱管とで区画される各セルに固気反応粉末が個別に充填される構造を採用している。
このようにすれば、扁平伝熱管は、総セル数に無関係にその両端部の２ヶ所でヘッダ（すなわち、入口管および出口管）と接合されるだけであり、接合箇所数が少ないので、上記漏れが生じる可能性を上記従来のフィン付き扁平伝熱管式水素吸蔵合金熱交換器に比べて格段に低減することができる。
【０００７】
また、ガスの吸収、放出によるセル内の固気反応粉末の体積変化により、扁平伝熱管がその主面と直角な方向へ変形したとしても、一対のヘッダは、蛇行する扁平伝熱管の両端に個別に接合しているだけであるので、扁平伝熱管の上記微小変位に追従して容易に変位することができ、扁平伝熱管とヘッダとの接合部において扁平伝熱管にほとんど曲げ応力が生じることがなく、したがって、この接合部（一般にろう付け部分）が疲労して熱媒流体またはガスがリ−クすることがない。
【０００８】
また、固気反応粉末は、各セルに分割収容されるとともに、各フィンおよび扁平伝熱管と十分に接するので、優れた熱交換性を確保することができるとともに、固気反応粉末が容器底部に沈降、偏在したりすることも防止できる。
更に、上述した接合部における熱媒流体やガスのリ−クの防止のために、固気反応粉末の充填量を減らす必要もないので、固気反応性能も低下することはない。
【０００９】
更に、反応ガス通路を、容器内にヘッダの延在方向へ延設されるガス透過可能なガス透過管で構成することで、固気反応粉末とのガスの授受がより良好となる。このようにすれば、固気反応粉末とガスとの反応性を確保しつつ密閉容器内の固気反応粉末の充填密度を向上することができる。すなわち、密閉容器内の大部分の固気反応粉末は、熱交換器の熱媒流体などの漏れを招くことなく、熱交換器の各セルに個別に分散収容され得るので、固気反応粉末の膨張圧力は扁平伝熱管やフィンにより緩和され、密閉容器の耐圧を格段に向上することなく、固気反応粉末を密閉容器内にほぼ密実に充填することができる。
【００１０】
好適な態様において、前記扁平伝熱管の直管部は、水平方向に延設されている。好適な態様において、前記反応ガス通路は、前記ヘッダの延在方向へ延設されている。好適な態様において、前記反応ガス通路は、多孔性焼結合金からなるフィルタを備える。
好適な態様において、フィンにガス通過用の開口を設けたので、各セル特にガス透過管から離れた位置のセル内の固気反応粉末とガスとの反応性能を向上させることができる。好適な態様において、前記フィンは、良熱伝導性金属により構成されて垂直方向かつ前後方向に延設されている。
好適な態様において、熱交換器の外周と密閉容器の内周との間に沈降防止板を横架しているので、固気反応粉末の沈降と密閉容器の底部における圧密化の抑止効果を更に向上することができる。
【００１１】
【発明を実施するための形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
本発明の固気反応充填容器体の一例として金属水素化物粉末（水素吸蔵合金粉末）を収容する水素吸蔵合金熱交換器を図１及び図２を参照して説明する。図１はこの熱交換器の縦断面図、図２はその熱交換器部分の一部平面図である。
【００１３】
１は、外形がほぼ直方体をなす密閉容器であって、その内部には熱交換器２、水素吸蔵合金粉末３および４本のガス透過管４が収容されている。
熱交換器２は、一対のヘッダ２１、２２と、両端がヘッダ２１、２２にろう付けされて蛇行し、ヘッダ２１、２２の延設方向に沿って複数設けられる扁平伝熱管２３と、扁平伝熱管２３の外表面にろう付けされる極めて多数のフィン２４とからなる。
【００１４】
ヘッダ２１、２２は、密閉容器１内部の互いに対角となる角部近傍に位置して前後方向に延設されており、密閉容器１の図示しない端壁を貫通して外部に突出している。ヘッダ２１は外部から熱媒流体を供給され、ヘッダ２２は外部に熱媒流体を還流している。
扁平伝熱管２３は、合計５つの直管部２３ａと、直管部２３ａと一体に形成された合計４つの曲管部２３ｂとからなり、それらの延設方向に対して直角な断面は極めて細長い扁平断面となっている。ヘッダ２１、２２の周壁にはその軸方向に長く開口された連通孔が形成され、扁平伝熱管２３はこの連通孔に連通している。直管部２３ａは水平方向に延設されている。半円筒状に湾曲する曲管部２３ｂは、上下に隣接する二つの直管部２３ａの左端部同士または右端部同士を連通している。これにより熱媒流体はヘッダ２１から扁平伝熱管２３を通じてヘッダ２２に流れるようになっている。
【００１５】
フィン２４は、端部が扁平伝熱管２３の外表面にろう付けされて垂直方向かつ前後方向に延設されている。
ヘッダ２１、２２、扁平伝熱管２３およびフィン２４はたとえばアルミ合金のような良熱伝導性をもつ金属で構成されている。各フィン２４には水素ガス流通用の貫通孔２４ａがそれぞれ適数個設けられている。
【００１６】
ガス透過管４は、熱交換器２の外側に位置してヘッダ２１、２２と同方向すなわち図１における前後方向に延設され、一端または両端が外部の水素ガス源に連通している。ガス透過管４は、多孔性焼結合金を素材とする円筒状のフィルタであって、これにより外部の水素ガス源と、密閉容器１とは水素ガス授受可能となっている。
【００１７】
密閉容器１の上下の周壁部分１ａ、１ｂは、最上方および最下方のフィン２４に近接しつつ水平に延設されており、これにより、隣接する任意の一対のフィン２４間の空間は密閉容器１の上下の周壁部分１ａ、１ｂおよび扁平伝熱管２３の直管部２３ａにより区切られて、小室すなわちセル５を構成している。
各セル５およびその熱交換器２の外側の空間には、水素吸蔵合金粉末３がほぼ密実に充填されている。
【００１８】
このように構成した本実施例の水素吸蔵合金熱交換器によれば、以下の作用効果を奏することができる。
まず、扁平伝熱管２３の両端がヘッダ２１、２２と個別に接合されるだけであり、接合箇所数が少ないので、水素吸蔵合金粉末３の膨張、収縮により、扁平伝熱管２３の両端が変位したとしてもヘッダ２１、２２は前後方向を除いて上下方向または左右方向へ容易に追従することができ、それらの接合部７が疲労破壊することを大幅に低減することができる。
【００１９】
また、水素吸蔵合金粉末３は、各セル５に分割収容されるとともに、各フィン２４および扁平伝熱管２３と十分に接するので、優れた熱交換性を確保することができるとともに、水素吸蔵合金粉末３が容器１の底部に沈降、偏在したりすることも防止できる。
更に、上述した接合部７における熱媒流体や水素ガスのリ−クの防止のために水素吸蔵合金粉末３の充填量を減らす必要もないので、水素吸蔵性能も向上することもできる。
【００２０】
また、ヘッダ２１、２２の延在方向へ延設されるガス透過可能なガス透過管４をもつので、水素吸蔵合金粉末３の充填量を増大しても、水素吸蔵合金粉末３のガス授受性能の低下を抑止することができる。
また、水素吸蔵合金粉末３の大部分は、各セル５に分割充填されているので、その膨張圧力は扁平伝熱管２３やフィン２４により緩和されるので、水素吸蔵合金粉末３をほぼ密実に密閉容器１に充填したとしても、密閉容器１の必要耐圧を熱交換器２を用いない場合より格段に低下することができる。
【００２１】
更に、フィン２４にガス通過用の開口２４ａを設けたので、各セル５特にガス透過管４から離れた位置のセル５内の水素吸蔵合金粉末３と水素ガスとの反応性が向上する。
更にその上、各セル５が前後方向に連通しているので、熱交換器の作製時に、水素吸蔵合金粉末３の充填を容易に行うこともできる。
（実施例２）
他の実施例を図３を参照して説明する。
【００２２】
この実施例の水素吸蔵合金熱交換器は、図１に示す実施例１の水素吸蔵合金熱交換器において、複数の沈降防止板８を追設したものである。
沈降防止板８は、一端が密閉容器１の周壁内面に接し、他端がフィン２４に接して水平に延設される断面Ｌ字形状の長尺部材であり、各沈降防止板８は、上下方向へ所定距離隔てて配設され、これにより密閉容器１と熱交換器２との間の水素吸蔵合金粉末３の沈降防止効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固気反応充填容器体の縦断面図である。
【図２】図１の固気反応充填容器体の一部破断平面図である。
【図３】図１の固気反応充填容器体の他の実施例を示す縦断面図である。
【図４】従来のフィン付き扁平伝熱管式熱交換器を用いた水素吸蔵合金熱交換器の基本構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１は密閉容器、２は熱交換器、３は水素吸蔵合金粉末（固気反応粉末）、４はガス透過管、５はセル、２１、２２はヘッダ、２３は扁平伝熱管、２４はフィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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