フィン付き正弦波コルゲートチューブリアクターにおける水素貯蔵性能最適化の数値的研究
Numerical Study on the Optimization of Hydrogen Storage Performance in a Finned Sinusoidal Corrugated Tube Reactor
金属水素化物(MH)システムは固体状態での水素貯蔵に有望であるが、充填速度は水素化物層の低い熱伝導率と吸収時の大量の発熱に律速されている。この熱的ボトルネックを水素化物体積を犠牲にせずに解決することが、MHリアクター設計における中心的な課題である。本研究では、横方向フィンと正弦波コルゲート伝熱管を組み合わせた統合熱強化戦略を提案する。これは、コルゲート形状の境界層破壊効果とフィンの拡張された伝熱表面積を組み合わせたものである。多孔質媒体フレームワーク内で3次元過渡数値モデルを開発し、異なるフィン配置を備えた直管およびコルゲート管リアクターを比較する。コルゲート管入口半径、フィン長、フィン傾斜角が水素吸収性能に与える影響を体系的に評価した。結果として、波の頂部の上面に横方向フィンを配置すると、水素化物層と冷却材の間の最も直接的な伝導経路が確立され、適切なフィン形状は低変換デッドゾーンを効果的に抑制し、反応場の空間的均一性を向上させることが示された。フィンなし正弦波コルゲート管リアクターおよび従来の横フィン付き直管リアクターと比較して、最適化された構成は水素貯蔵時間をそれぞれ62.74%、42.05%短縮し、横方向フィンとコルゲート管形状の相乗的な組み合わせがMH水素貯蔵リアクターの効果的かつコンパクトな熱管理ソリューションを構成することを確認した。
本論文は金属水素化物(MH)リアクターの熱管理ボトルネックに対し、横方向フィンと正弦波コルゲート管を組み合わせた構造最適化により、水素貯蔵時間を従来比62.74%短縮できることを数値解析で示した。実験検証には至っていないが、固体水素貯蔵の実用化に向けた熱設計の方向性を示す基礎研究として位置づけられる。投資判断に直結する事業発表や調達などの具体的イベントは存在しないため、現時点での即時的な投資価値は限定的だが、水素インフラ関連スタートアップの技術動向ウォッチ対象として注目に値する。