TPMS構造を用いたMNTZV-159金属水素化物貯蔵システムの受動熱交換器の性能向上
Performance Enhancement of the Passive Heat Exchanger in the MNTZV-159 Metal Hydride Storage System Using Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) Structures
金属水素化物層の低い熱伝導率は、水素吸収速度と貯蔵システムの性能を著しく制限する。本研究では、認定されたMNTZV-159低圧水素貯蔵タンク用の受動内部熱交換器の新しい設計を、三次元周期最小曲面(TPMS)構造を用いて提示する。円筒形ダイヤモンドTPMSベースの幾何学的構造の設計におけるパラメトリック改善は、熱交換器の元の体積を維持しながら、様々なセル寸法、アーク数、壁厚を適用することによって行われた。解析された構成は、ANSYS CFXでの3次元数値熱伝達シミュレーションによって評価された。元のフィン付き熱交換器と比較して、TPMSベースの設計は、金属水素化物の平均温度を107.7°Cから86.2°Cに、最高温度を130.9°Cから114.0°Cに低減した。温度均一性の向上は、水素化物層からの熱除去を強化し、水素吸収に有利な条件を作り出した。結果は、TPMS構造が、容器の貯蔵容量を維持しながら、金属水素化物水素貯蔵システムの受動熱管理を改善するための有望なソリューションを構成することを示した。
- MNTZV-159金属水素化物貯蔵タンク用の受動熱交換器にTPMS構造を適用し、金属水素化物の平均温度を107.7°Cから86.2°Cへ、最高温度を130.9°Cから114.0°Cへ低減した。
- 円筒形ダイヤモンドTPMSベースの熱交換器設計は、貯蔵容量を維持しながら元のフィン付き熱交換器より優れた温度均一性を実現した。
金属水素化物を用いた水素貯蔵は、低圧・高密度での水素貯蔵を可能にする有望技術だが、熱管理が性能のボトルネックとなっている。本研究成果はTPMS構造による受動熱交換器で熱除去を大幅に向上させ、水素吸収速度と貯蔵システム効率を改善する道を示しており、水素エネルギーインフラ関連企業や熱交換器メーカーにとって技術優位性につながる可能性がある。