(57)【要約】【課題】水素充填時の温度上昇を可及的に抑制でき、短時間でより多くの量の水素の充填が可能な水素充填容器を提供する。【解決手段】本発明に関わる水素充填容器は、内部に水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填される容器である水素充填容器１であって、水素充填容器１の内部に水素より熱容量が大きい物質である吸熱体３を備え、吸熱体３が水素充填容器１に封入されない場合に水素が当該水素充填容器１内に充填される時間より、短い時間で水素が充填される。【選択図】図１
2014219076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填される容器である水素充填容器であって、
前記水素充填容器の内部に前記水素より熱容量が大きい物質である吸熱体を備え、
前記吸熱体が前記水素充填容器に封入されない場合に水素が当該水素充填容器内に充填される時間より、短い時間で水素が充填される
ことを特徴とする水素充填容器。
【請求項２】
内部に水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填される容器である水素充填容器であって、
前記水素充填容器の内部に前記水素より熱容量が大きい物質である吸熱体を備え、
前記吸熱体が前記水素充填容器に封入されない場合に水素が当該水素充填容器内に充填される量より、多くの量の水素が充填される
ことを特徴とする水素充填容器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の水素充填容器において、
前記吸熱体は、その体積に対する前記水素に接する表面積の比が、前記水素充填容器自身を形成する容器壁の体積に対する前記水素に接するその内面の表面積の比より大きい
ことを特徴とする水素充填容器。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項記載の水素充填容器において、
前記吸熱体は、線材、管状、多孔質様の形状のうちの何れかの形状を有する
ことを特徴とする水素充填容器。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項記載の水素充填容器において、
前記吸熱体は、前記水素充填容器内に充填された水素が放出される放出口から出ないような当該放出口の断面より大きい形状または寸法を有する
ことを特徴とする水素充填容器。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項記載の水素充填容器において、
前記吸熱体は、銅、ステンレス、アルミニウム、炭素ナノチューブのうちの少なくとも何れかである
ことを特徴とする水素充填容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池などに用いられる水素タンク、すなわち内部に水素を高圧で充填する水素充填容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、水素と酸素から電力を作り出して動力源とする燃料電池が市場に出回りつつある。
水素は高圧にしないと運ぶのが大変であり、高圧の水素を充填したり、discharge(放出)が大変である。
例えば、高速道路などでは、燃料電池車の水素タンクに水素を充填するために水素ステーションが設けられつつある。
【０００３】
しかし、燃料電池に使用される水素は、水素タンクに３５ＭＰａほどの高圧になるまで充填する必要がある。そのため、水素タンクに水素を充填する際に圧縮熱が発生し、１０分前後かかっている。
なお、本願に係わる文献公知発明として、下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４７３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の水素充填装置では、水素を水素タンクに充填するに際して、水素に圧縮熱が発生し、短時間に充填することができないという問題がある。
そこで、容器内に熱交換用のパイプラインを設置する方法がある。しかし、この方法は、容器外にも熱交換させるための設備が必要であり、全体的に設備が大きくなる。また、設備コストがかかるという問題がある。
【０００６】
一方、水素ステーションの場合は、車両の水素タンクに充填する水素の温度を予め冷却するプレクール法がある。この水素の冷却により、従来、１０分前後かかる充填時間が、４、５分に短縮されている。しかし、水素を冷却して充填する方法は、熱交換器や熱媒体を循環させる機器、熱媒体を冷却する機器など冷却設備が必要となる。
【０００７】
これらの水素を冷却して充填する方法は、冷却設備を運転するためのエネルギが消費され、運転コストが増加するという新たな問題がある。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑み、水素充填時の温度上昇を可及的に抑制でき、短時間でより多くの量の水素の充填が可能な低コストの水素充填容器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明の請求項１の水素充填容器は、内部に水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填される容器である水素充填容器であって、前記水素充填容器の内部に前記水素より熱容量が大きい物質である吸熱体を備え、前記吸熱体が前記水素充填容器に封入されない場合に水素が当該水素充填容器内に充填される時間より、短い時間で水素が充填される。
【００１０】
請求項１の水素充填容器によれば、水素充填容器内に吸熱体を備えるので、水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填されても吸熱体が吸熱し、水素の温度上昇が抑制でき、短い時間で水素を充填できる。また、構成が簡素でありながら優れた性能をもつ水素充填容器を低コストで実現できる。
【００１１】
本発明の請求項２の水素充填容器は、内部に水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填される容器である水素充填容器であって、前記水素充填容器の内部に前記水素より熱容量が大きい物質である吸熱体を備え、前記吸熱体が前記水素充填容器に封入されない場合に水素が当該水素充填容器内に充填される量より、多くの量の水素が充填される。また、構成が簡素でありながら優れた性能をもつ水素充填容器を低コストで実現できる。
【００１２】
請求項２の水素充填容器によれば、水素充填容器内に吸熱体を備えるので、水素が圧力９ＭＰａ〜２１０ＭＰａの何れかの圧力に充填されても吸熱体が吸熱し、水素の温度上昇が抑制でき、より多くの水素が充填できる。
【００１３】
本発明の請求項３の水素充填容器は、請求項１または請求項２記載の水素充填容器において、前記吸熱体は、その体積に対する前記水素に接する表面積の比が、前記水素充填容器自身を形成する容器壁の体積に対する前記水素に接するその内面の表面積の比より大きい。
【００１４】
請求項３の水素充填容器によれば、吸熱体の水素に接する面積が大きいので伝熱面積が広く、水素と吸熱体との伝熱が促進される。
【００１５】
本発明の請求項４の水素充填容器は、請求項１から請求項３の何れか一項記載の水素充填容器において、前記吸熱体は、線材、管状、多孔質様の形状のうちの何れかの形状を有している。
【００１６】
請求項４の水素充填容器によれば、吸熱体は、線材、管状、多孔質様の形状のうちの何れかの形状を有するので、充填された水素と接する面積が広く伝熱面積が大きく、水素と吸熱体との伝熱が促進される。
【００１７】
本発明の請求項５の水素充填容器は、請求項１から請求項４の何れか一項記載の水素充填容器において、前記吸熱体は、前記水素充填容器内に充填された水素が放出される放出口から出ないような当該放出口の断面寸法より大きい形状または寸法を有している。
【００１８】
請求項５の水素充填容器によれば、吸熱体は、水素充填容器内に充填された水素が放出される放出口から出ないような充填された水素が放出される放出口の断面寸法より大きい形状または寸法を有するので、充填された水素が放出される際に、吸熱体が放出口から放出されることを抑制できる。
【００１９】
本発明の請求項６の水素充填容器は、請求項１から請求項５の何れか一項記載の水素充填容器において、前記吸熱体は、銅、ステンレス、アルミニウム、炭素ナノチューブのうちの少なくとも何れかである。
【００２０】
請求項６の水素充填容器によれば、吸熱体は、銅、ステンレス、アルミニウム、炭素ナノチューブのうちの少なくとも何れかであるので、熱容量が水素より大きく水素の温度上昇を抑制できる。そのため、水素の充填時間が短く、多くの量の水素を充填できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、水素充填時の温度上昇を可及的に抑制でき、短時間でより多くの量の水素の充填が可能な低コストの水素充填容器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に関わる実施形態の水素充填容器の断面図。
【図２】水素を放出する(discharge)実験の模式図。
【図３】水素を放出する(discharge)実験の結果を示す図。
【図４】銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した容器とに水素を充填する様子を示す水素充填容器の断面図。
【図５】計算に用いる記号表を示す図。
【図６】計算に用いた容器、水素ガス、銅線のパラメータの値を示す図。
【図７】銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した水素充填容器との時間に対する温度の変化を示す図。
【図８】銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した水素充填容器との時間に対する内部への水素充填量の変化を示す図。
【図９】銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した水素充填容器との時間に対する内部の圧力変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１に、本発明に関わる実施形態の水素充填容器の断面図を示す。
実施形態の水素充填容器１は、水素充填時の温度上昇を抑制し、短時間での水素の充填を可能とするとともに、水素の充填量を増加できるものである。
【００２４】
水素充填容器１は、例えば、１００〜２００リットル前後の内容積をもつものであり、容器自体は、３５〜２００ＭＰａ前後の高圧に耐えるステンレス鋼の容器や、アルミニウムの容器に強度向上のためにファイバが巻かれたものである。
水素充填容器１には、内部に水素(Ｈ２)を充填する際の充填口であり、かつ、内部に充填された水素を使用する際の放出口である充放出口２が設けられている。
【００２５】
そして、水素充填容器１には、内部に充填する水素より熱容量が大きく、かつ、表面積が広い吸熱体３が容器内に封入されている。吸熱体３としては、例えば、直径５０μｍの銅線を水素充填容器１の内容積の４％程度封入する。
吸熱体３は、水素充填容器１内に充填された水素が放出される充放出口２から出ないような充放出口２の断面寸法(例えば、断面円形の場合は径寸法、矩形断面の場合は辺寸法など)より大きな形状をもつことが望ましい。これにより、水素充填容器１内の水素を放出する際に、吸熱体３が水素充填容器１外に放出されるのを防ぐことができる。
【００２６】
例えば、吸熱体３はその一部または全部が互いにつながっており、水素充填容器１の充放出口２の断面寸法より大きな寸法や形状をもつとよい。
具体的には、図１に示すように、吸熱体３の銅線が大きな形状をもつようにつながっており、水素充填容器１の充放出口２の断面の径や辺の寸法より大きく形成するとよい。
【００２７】
吸熱体３を水素充填容器１に入れる方法としては、以下の２つの方法が考えられる。
第１の方法は、円筒形などの水素充填容器１の両端に板材等で蓋を閉める構成とする。この構成により、水素充填容器１を作った後でも、蓋を開閉することで吸熱体３を入れたり出したりすることが可能である。
第２の方法は、水素充填容器１を、分割した部材を溶接して接合して作る。この場合、吸熱体３を入れてから、分割した部材を溶接して水素充填容器１を作ることとなる。
【００２８】
上記のいずれの方法でも、吸熱体３が水素充填容器１から出ないように、充放出口２にフィルタ等を設置することが好ましい。
なお、吸熱体３を水素充填容器１に入れる方法は例示した方法以外のものを採用してもよい。
【００２９】
吸熱体３は、水素より熱容量が大きいことで、水素を充填する際に発生する熱を吸収する。また、吸熱体３の表面積が広いことで充填された水素と吸熱体３との伝熱面積を増加させ、水素を充填する際に発生する熱の吸熱体３への吸熱を促進する。
【００３０】
また、表面積が広い吸熱体３とは、例えば、水素充填容器１の(水素充填容器１内の水素が接触する内面１ａの表面積／水素充填容器１自体(壁１ｗ)の体積)の比より、(水素が接触する吸熱体３の外表面の面積／吸熱体３の体積)の比が大きい物質が挙げられる。なお、以下では、水素充填容器１を単に容器１と称する。
【００３１】
ここで、水素充填容器１内の気体について、次式(１)が成立する。
ＰＶ＝ＭＲθ          (１)
Ｐ：容器１内の圧力
Ｖ：容器１内の容積
Ｍ：容器１内の水素の質量
θ：容器１内の水素の温度
Ｒ：ガス定数
【００３２】
式(１)を時間で微分すると、
(ｄＰ／ｄｔ)Ｖ＝(ｄＭ／ｄｔ)Ｒθ＋(ｄθ／ｄｔ)ＭＲ          (２)
式(２)において、温度の時間変化(ｄθ／ｄｔ)≒０  ならば、(ｄＭ／ｄｔ)＝Ｇ(質量流量)とおくと、式(２)は、
(ｄＰ／ｄｔ)＝ＧＲθ／Ｖ
と表せる。
【００３３】
変形すると、流量Ｇは式(３)で表せる。
Ｇ＝(ｄＰ／ｄｔ)・(Ｖ／Ｒθ)          (３)
容器１内の容積Ｖは決まっており一定であり、ガス定数Ｒは定数。そして、温度θがほぼ一定とすると、Ｖ、Ｒ、θは定数とみなせる。式(３)の両辺を時間ｔで積分すると、
Ｍ＝ＰＶ／Ｒθ          (４)
となる。
【００３４】
式(４)から、圧力Ｐ、容積Ｖを一定とすると、温度θが低いほど、水素の質量Ｍが大きくなる。つまり、容器１内に充填できる水素の充填量が増加する。
上述の関係から、式(４)が成立するためには、温度θの時間変化(ｄθ／ｄｔ)≒０  の関係が成立する必要がある。
【００３５】
図２は、水素を容器から放出する(discharge)実験の模式図である。
そこで、発明者等は、容器２１内に水素より熱容量が大きな銅線２３を封入することで、水素充填時に発生する熱を吸収し、温度変化(ｄθ／ｄｔ)≒０  の関係が成立することを図り、実験で確認することとした。
【００３６】
実験条件としては、容積２０リットルのアクリルの容器２１内に直径５０μｍの銅線２３を容器２１の容積に対して充填率４％で入れ、水素を約０．６ＭＰａの圧力で封入する。
そして、容器２１の充放出口２２に、大きさが異なる３種類のオリフィス−１(ｏ１)、オリフィス−２(ｏ２)、オリフィス−３(ｏ３)の何れかを設けて、容器２１内に充填した水素を放出する(discharge)実験を行った。
【００３７】
オリフィス−１(ｏ１)は、大きな径の流量が大のオリフィスである。
オリフィス−３(ｏ３)は、小さな径の流量が小のオリフィスである。
オリフィス−２(ｏ２)は、大きな径のオリフィス−１(ｏ１)と、小さな径のオリフィス−３(ｏ３)との間の中間の大きさの径の流量が中であるオリフィスである。
【００３８】
図２において、ｄＵは、容器２１内のガスの内部エネルギの変化量である。
ＰｄＶは、容器２１内のガスの圧力Ｐと容器２１の内容積Ｖの変化量ｄＶとの積であるが、容器２１の内容積Ｖは不変であるので、ＰｄＶ＝０となる。
δｑ１は、容器２１外部からの吸熱量を表し、δｑ２は、容器２１内の銅線２３からの放熱量を表す。
δＨ＋δＷ・ｕ２／２  は、外部から容器２１内に入る気体(空気)によるエンタルピの変化量と運動エネルギの変化量との和を表す。
【００３９】
図３は、上述の水素を放出する(discharge)実験の結果を示す図である。
図３の上のグラフは時間に対する容器２１内の圧力の変化を示しており、図３の下のグラフは、各オリフィス−１、２、３(ｏ１、ｏ２、ｏ３)の時間に対する容器２１内の温度の変化を示している。
【００４０】
図３の横軸のｔ＊は、時間を無次元化したものである。図３の上のグラフの縦軸Ｐは、容器２１内の圧力(ｋＰａ)を示す。
図３の下のグラフの縦軸
【数１】
2014219076.tif 000003
は、時間を無次元化したものである。なお、大気温度は、２９３Ｋ(２０℃)程度であった。
【００４１】
図３の上のグラフによると、容器２１内の圧力は、オリフィス−１(ｏ１)、２(ｏ２)、３(ｏ３)で重なる結果が得られた。
容器２１内の水素を放出することで、時間ｔ＊の経過に従って容器２１内の初期の圧力０．７ＭＰａが大気圧の０．１ＭＰａに低下する。
【００４２】
図３の下のグラフによると、大きな径の流量大のオリフィス−１(ｏ１)の場合の温度低下が一番大きく、中間の大きさの径の流量中のオリフィス−２(ｏ２)、小さな径の流量小のオリフィス−３(ｏ３)の順で温度低下が小さくなっている。
図３の下のグラフより、流量大のオリフィス−１(ｏ１)の場合であっても、
【数２】
2014219076.tif 000004
すなわち、−１．７％の温度低下しか測定されなかった。
【００４３】
図３の下のグラフの結果より、直径５０μｍの銅線を容器２１の容積に対する充填率４％で容器２１内に封入し、水素の圧力変化が、０．６ＭＰａまであった場合でも、水素の温度変化が、オリフィス(ｏ１、ｏ２、ｏ３)によって２℃以内に抑制できることが明らかになった。
【００４４】
図３の実験により、銅線２３を容器２１内に封入することで、容器２１内の温度変化をほぼ“０”とみなすことができる。
この結果より、銅線２３を容器２１内に封入すれば、式(２)において、(ｄθ／ｄｔ)≒０とおけることが確認できた。
式(２)の(ｄθ／ｄｔ)≒０とおける場合、式(４)より、温度θが低ければ、Ｍ、すなわち容器２１に入れられるガスの量(質量)を多くできる。
【００４５】
＜高圧水素の容器への充填＞
図４は、銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した容器に水素を充填する様子を示す水素充填容器の断面図である。
図４に示すように、１００Ｌの容積の内部に何も入っていない空容器３１ｋと、吸熱体の銅線３３を内部に封入した１００Ｌの容積の容器３１とに、水素を充放出口３２から３５Ｍｐａまで充填した場合の圧力、温度、充填量の変化を計算した。
【００４６】
計算は以下のように行った。
容器３１(３１ｋ)の体積Ｖは変わらないため、容器３１(３１ｋ)内の気体の変化する状態量は圧力Ｐと温度θだけの二つの量となる。気体の質量Ｍも変化するが、独立した量ではなく、ＰＶ＝ＭＲθの関係から、容器３１(３１ｋ)の体積Ｖ、ガス定数Ｒが定数なので、圧力Ｐと温度θが決まれば、Ｍが決まる。こうした系を解析する際、後記の気体の状態方程式とエネルギ保存式との二つの独立方程式があれば解くことができる。
【００４７】
以下に示すように、状態方程式とエネルギ保存式を用いて圧力と温度のそれぞれの微分方程式を導出する。
図５は、計算に用いる記号表である。
【００４８】
ａ)．圧力の微分方程式（状態方程式）
本論では理想気体の状態方程式による解析を行う。容器３１(３１ｋ)内の水素の状態方程式を時間に対して全微分すると、次式(５)になる。
【００４９】
【数３】
2014219076.tif 000005
【００５０】
ただし、Ｇは系(容器３１(３１ｋ))を出入りする水素の質量流量であり、水素が流入する場合には正の値であり、流出する場合には負の値である。
質量流量Ｇは流れの上下流の圧力Ｐと温度θによって決まり、充填の場合に上流の圧力Ｐ１と温度θを一定とすれば次式(６)、(７)のような関数で表せる。
但し、比熱比κ＝ＣＰ／ＣＶ  である。
【００５１】
【数４】
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【００５２】
ｂ)．温度の微分方程式（エネルギ保存式）
開いた系に適用するエネルギ保存式により、容器(３１、３１ｋ)内の水素がもつエネルギの変化量は出入りする水素の持つエネルギδＨ と、容器の壁３１ｗからの熱伝達量δｑとから式(８)で表される。
【００５３】
【数５】
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容器３１の壁３１ｗの温度を常に大気温度θａとすると、容器３１(３１ｋ)内の水素と容器３１(３１ｋ)の内壁(容器を形成する壁３１ｗ)との熱伝達量は次式(９)のように求められる。
【００５４】
【数６】
2014219076.tif 000008
ここに、ｈｔは水素と内壁(容器の壁３１ｗ)との熱伝達率、Ｓｔは内壁の表面積である。したがって、式(８)は下式(１０)で表される。
【００５５】
【数７】
2014219076.tif 000009
となる。ただし、θ１は上流側の温度であり、容器３１(３１ｋ)に水素を充填する場合には水素圧源の温度であり、容器３１(３１ｋ)内から水素を放出する場合には容器３１(３１ｋ)内の水素の温度となる。
【００５６】
式(１０)の左辺を展開してさらに整理すると、下式(１１)が成立する。
【数８】
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容器の熱伝達率ｈｔはガスの充填・放出の過程中で変化しており、その変化を関数で表すことが難しい。そのため、実際の計算には、経験に基づき熱伝達率ｈｔに一定の値を与えるのが一般的である。これらを踏まえ、容器３１(３１ｋ)内のガスの状態変化を扱う方法は二つあり、それぞれの解析方程式が異なることに注意する必要がある。
【００５７】
ｃ)．  数学モデル
上述の状態方程式の式(５)とエネルギ方程式の式(１１)を連立すると、容器３１(３１ｋ)内の状態変化の解析モデルが得られる。式(５)と式(１１)とを連立して整理すると、下記の式(１２)と式(１３)のような微分方程式が得られる。Ｐとθの初期値が分かれば圧力変化と温度変化を求めることができる。
【００５８】
１）．空容器３１ｋの場合
【数９】
2014219076.tif 000011
【００５９】
銅線が入っている容器３１の場合は銅線３３との熱伝達を追加することになり、ｈＣを銅線と水素の熱伝達率とすれば、式(１４)と式(１５)になる。
２)．銅線３３が入っている容器３１の場合
【数１０】
2014219076.tif 000012
ただし、θＣは銅線３３の温度であり、温度変化は、以下の式(１６)で表される。
【数１１】
2014219076.tif 000013
【００６０】
計算の条件としては、以下を用いた。
容器３１(３１ｋ)の容積  ：  １００Ｌ(リットル)
水素を充填する上流側の圧力  ：  ３５ＭＰａ
水素を充填する際の圧力  ：  ３５ＭＰａ
初期圧力  ：  １０１．３ｋＰａ
室温      ：  ２９３Ｋ
初期温度  ：  ２９３Ｋ
容器との熱伝達率  ：  ２０Ｗ／(ｍ２・Ｋ)
銅線との熱伝達率  ：  ２０Ｗ／(ｍ２・Ｋ)
容器３１、空容器３１ｋの材質は何れもステンレス鋼である。
【００６１】
計算に用いた容器３１(３１ｋ)、水素ガス、銅線３３のパラメータの値は、図６に示す通りである。
【００６２】
＜空容器３１ｋと銅線３３を内部に封入した容器３１との水素充填時の内部の温度の時間変化＞
上述の条件で、まず、温度θの時間変化を計算する。
銅線を入れない空容器３１ｋと銅線３３を内部に封入した容器３１とにそれぞれ、水素を３００sec(秒)の時間で充填する２ケースと、銅線３３を内部に封入した容器３１に水素を１００secの時間で充填するケースの３ケースでの計算を行った。計算結果は、図７である。
【００６３】
図７は、銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した容器との時間に対する温度の変化を示す図である。横軸に時間ｔ(秒)をとり、縦軸に温度θ(℃)をとっている。
図７より、充填時間３００secでは、銅線を入れない空容器３１ｋ(図７の細破線)よりも、銅線３３を内部に封入した容器３１の温度(図７の実線)が、約２０℃低いことが分る。
また、銅線３３を入れた容器３１の場合、水素の充填時間を、銅線を入れない空容器３１ｋの３００sec(図７の細破線)の３倍の１００secに速く(図７の太破線)しても、銅線を入れない空容器３１ｋの最大温度の約１２０℃に比べて最大温度が約９０℃と、３０℃位低いことが分る。
【００６４】
すなわち、銅線３３を内部に封入した容器３１では、銅線３３が発生した熱を銅線３３が吸熱して、容器３１内部の温度上昇を抑制していることが計算上明らかとなった。
従って、銅線を入れない空容器３１ｋに対して、銅線３３を封入した容器３１では、銅線３３が吸熱することから充填時間を画期的に短縮することが可能である。
【００６５】
＜空容器３１ｋと銅線３３を内部に封入した容器３１との水素充填量の時間変化＞
次に、銅線を入れない空容器３１ｋと銅線３３を封入した容器３１とで、水素の充填量の時間変化を計算し、比較する。
【００６６】
図８は、銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した容器との時間に対する水素充填量の変化を示す図である。横軸に時間ｔ(秒)をとり、縦軸に水素の質量Ｍ(ｋｇ)をとっている。
図８より、銅線を入れない空容器３１ｋの場合(図８の細破線)には、３００ｓｅｃ、ほぼ２．２ｋｇの水素が充填された。
【００６７】
これに対して、銅線３３を封入した容器３１では、３００ｓｅｃで水素を充填した場合(図８の実線)および１００ｓｅｃで水素を充填した場合(図８の太破線)、ほぼ２．４ｋｇの水素が充填された。
【００６８】
上記結果より、銅線３３を内部に封入した容器３１は、図８の結果および式(４)から、充填される水素と容器３１の温度が低いため、同じ充填圧力での水素の充填量が、銅線を入れない空容器３１ｋより、１０％位多く充填されることが分る。
【００６９】
＜空容器３１ｋと銅線３３を内部に封入した容器３１との水素充填時の圧力の時間変化＞
次に、銅線を入れない空容器３１ｋと銅線３３を封入した容器３１とで、水素を充填する際の圧力の時間変化を計算し、比較した。
図９は、銅線を入れない空容器と銅線を内部に封入した水素充填容器との時間に対する内部の圧力変化を示す図である。横軸に時間ｔ(秒)をとり、縦軸に内部の圧力Ｐ(ＭＰａ)をとっている。
【００７０】
図９より、３００ｓｅｃで水素を充填した場合に、空容器３１ｋ内の水素の圧力(図９の細破線)は、容器３１内の水素の圧力(図９の実線)より圧力上昇が大きいことが分かる。
銅線３３を封入した容器３１内に水素を１００ｓｅｃで充填した場合(図９の太破線)には、３００ｓｅｃより充填時間が１／３と短いので、当然ながら容器３１内の水素の圧力上昇は短い時間で起こる。
【００７１】
以上のことから、銅線を入れない空容器３１ｋと銅線３３を内部に封入した容器３１とに、水素を同じ圧力まで充填した場合、容器３１は、充填時間が短縮されるとともに、より多くの水素の充填が可能である。また、構成が簡素であり、低コストでありながら、水素充填量が多く、水素充填時の温度上昇が抑制される水素充填容器１を実現できる。
【００７２】
なお、容器３１内には、軽く、熱容量が大きく、表面積が広い吸熱体を入れることが望ましい。例えば、吸熱体は容器３１より比重が低いことが好ましい。また、吸熱体は水素や容器３１より熱容量が大きいことが好ましい。また、吸熱体は、その容積に対する水素と接する表面積の比が、容器３１自身(壁３１ｗ)の体積に対する水素と接する内面３１ａの面積の比より大きいことが好ましい。
【００７３】
今後、燃料電池を用いた機器、例えば燃料電池車などが広汎に普及することが見込まれることから、燃料電池車の水素タンクなどに適用される本発明は、大変大きな技術的貢献を果たすことができるものと考えられる。
【００７４】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．なお、実施形態では、吸熱体が銅線３３の場合を例示したが、表面積が大きくできれば、線材以外のチューブ(管状)、多孔質様の形状など、その形状は限定されず、任意に選択可能である。
【００７５】
２．また、実施形態では、吸熱体が銅の場合を例示したが、充填される水素より熱容量が大きい物質であれば、銅以外のステンレス鋼(ＳＵＳ)、アルミニウム、炭素ナノチューブなど銅以外の材料を任意に選択してもよい。また、前記したように、ファイバ等の強化部材を用いてもよい。例えば、無機材料でも熱容量が大きければ、熱伝導性は劣るが軽量であり、表面積は広くできる。
【００７６】
３．前記実施形態では、容器３１内に銅線３３を容積中の４％封入する場合を例示したが、４％以外の封入率を選択してもよい。例えば、容器３１内に入れる吸熱体の充填量は、吸熱体を入れない場合より、吸熱体を入れた場合の方が水素の充填量が多くなるように調整するのが好ましい。これにより、従来より多くの水素を容器内に充填することができる。
【００７７】
４．前記実施形態では、容器３１内に水素を３５ＭＰａ充填した場合を例示したが、９ＭＰａ、７０ＭＰａ、２１０ＭＰａなど、９Ｍｐａ〜２１０ＭＰａ位の範囲の圧力で水素を充填する容器３１として用いることができる。
【００７８】
５．前記実施形態では、様々な構成を説明したが、これらの構成のうちの何れかを適宜選択して組み合わせて構成してもよい。
【００７９】
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能であり、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は、本発明の趣旨を変更しない範囲において適宜、任意に変更可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１、３１  容器(水素充填容器)
２、３２  充放出口(放出口)
３      吸熱体
３３    銅線(吸熱体)
３ｗ、３３ｗ  壁(容器壁)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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