(57)【要約】【課題】一般に、高圧の水素貯蔵容器に不具合が発生した場合、水素貯蔵容器に設けられたガス供給弁が閉鎖されるが、不具合が解決せずに、容器温度が高まり、容器内圧が上昇した場合、安全弁（放出弁）が作動して容器内の水素ガスを外界へと放出するが、その放出の際、着火による火炎、更には外界が地下などの閉鎖的な空間の場合、水素の大気拡散が遅れて水素濃度が高まり火花着火して爆発する恐れなどの安全上の問題を解決する水素貯蔵容器の提供を目的とする。【解決手段】少なくとも２室以上の貯蔵室を備える水素貯蔵容器であって、前記貯蔵室の少なくとも１室以上には水素吸蔵体を収納し、残りの貯蔵室には水素ガスを貯蔵し、且つ水素ガスと水素吸蔵体との境界には両者を遮蔽する隔壁が設けられていることを特徴とする水素貯蔵容器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２室以上の貯蔵室を備える水素貯蔵容器であって、前記貯蔵室の少なくとも１室以上には水素吸蔵体を収納し、残りの貯蔵室には水素ガスを貯蔵し、且つ水素ガスと水素吸蔵体との境界には両者を遮蔽する隔壁が設けられていることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項２】
請求項１記載の水素貯蔵容器において、前記隔壁が、所定温度以上になると前記水素ガスと前記水素吸蔵体とが接触するように動作することを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、水素吸蔵体を収納する貯蔵室と水素ガスを貯蔵する貯蔵室とが別体であり、且つ分離、結合する構造であることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、所定圧力で水素ガスが通気する通気弁及び通気弁を通過した水素ガスを水素吸蔵体内部に導く導入通路とで構成される通気装置が、前記障壁に備えられていることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項５】
水素ガスを貯蔵する貯蔵室内に、水素ガスを遮蔽する隔壁で囲まれた水素吸蔵部を備えていることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記隔壁の厚みが不均一であることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記障壁が所定温度以上で融解する材料で構成されていることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記障壁が、所定温度以上で融解する材料と、前記融解する材料の少なくとも一面以上に水素ガス不透過性材料を設けた多層構造材料であることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項９】
請求項７乃至請求項８のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記障壁を構成する材料が融解温度を有することを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記水素吸蔵体を構成する材料が、ＬａＮｉ５、ＭｎＮｉ５、Ｍｇ２Ｎｉ、ＴｉＦｅ、ＴｉＣｒ１．８、ＴｉＣｒＶ、Ｖ、ＺｎＶからなる水素吸蔵合金群、及びカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノグラファイトからなるナノ構造をもつ炭素材料群の中から選択される少なくとも一種類以上の材料からなることを特徴とする水素貯蔵容器。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記水素吸蔵体を構成する材料がシクロヘキサン−ベンゼン系、メチルシクロヘキサン−トルエン系、デカリン−ナフタレンからなる有機化合物群、及びＮａＡｌＨ４、Ｎａ３ＡｌＨ６、Ｎａ２ＬｉＡｌＨ６、Ｌｉ３ＡｌＨ６からなる無機系水素化物群の中から選択される少なくとも一種類以上の材料からなることを特徴とする水素貯蔵容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスを貯蔵する容器に関するもので、水素燃料電池における水素ガスタンクなどに使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、水素ガス等の活性ガスの貯蔵・輸送手段としては、一般に高圧ガスタンク並びに液化ガスの形で貯蔵・輸送が行われている。前者では低い貯蔵密度や過大なボンベ内圧による水素ガス漏れの問題、後者では特殊な貯蔵条件による取り扱いの不便さ、気化による損失、重量の問題などで、車載用途或いはモバイル用途に対して安全性や小型化に限界がある。
【０００３】
特に、高圧ガスタンクにおける安全性は、タンク周りに設置した水素ガス検知センサによる水素の検出及びタンクにかかる衝撃を感知するセンサが作動した場合に、高圧ガスタンクの弁を自動的に閉鎖することで行なってきた。
この弁を閉鎖されたタンクが加熱された場合、内圧の上昇が起こるが、耐圧限界を超えてタンクの破損を防ぐために、安全弁としてバネ式リリーフ弁や、溶栓などをつけ、タンクが破損する程度の圧力、温度になる直前にそれらが働き、システムの外部に水素を放出する方法が採用されている。（例えば、非特許文献１参照）
【０００４】
近年、第三の貯蔵方法として、特に水素ガスでは、水素を金属材料に貯蔵させる方法が実用化されてきている。この方法は、大きな貯蔵密度と重量の軽減、特殊な貯蔵条件を必要とせず、ガスの漏れや液化ガスの気化に対する安全性の点からも優れている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】水素利用国際クリーンエネルギーシステム技術（ＷＥ−ＮＥＴ）第２期研究開発平成１３年度成果報告書、“タスク５水素燃料タンクシステムの開発”、ｐ３１−３５、［online］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.enaa.or.jp/WE-NET/report/2001/cont_j.html＞
【特許文献１】特開平６−１５８２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高圧ガスタンクや高圧ガスボンベなどの水素貯蔵容器に不具合が発生した場合、水素貯蔵容器の供給弁が閉鎖されるが、そのまま不具合が解決しないと容器温度が上昇するなどし、それに伴い内圧が上昇した場合、安全弁（放出弁）が作動して容器内の水素などのガスを外界へと放出する。その放出の際、着火による火炎、更には外界が地下などの閉鎖的な空間の場合、水素の大気拡散が遅れ、水素濃度が高まり火花着火して爆発する恐れがあった。
【０００７】
このような問題に対して、水素貯蔵容器の耐圧限界若しくはそれより低い圧力を水素吸蔵圧とする水素吸蔵体を水素貯蔵バッファー材として水素貯蔵容器内に備えることで、水素吸蔵体が水素を吸蔵している間は耐圧限界を超えることはなく、水素が吸蔵されている間に不具合が解決すれば、水素を外部に放出せずにすみ、又、耐圧限界に到達する時間を伸ばすことで不具合の解決を促すことができ、その安全性を高める試みが成されている。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、少なくとも２室以上の貯蔵室を備え、各貯蔵室は、所定温度で動作する隔壁を介して結合されている。そして、前記貯蔵室の少なくとも１以上には水素吸蔵体を水素貯蔵のバッファーとして備え、残りの貯蔵室内には水素ガスを高圧ガスとして貯蔵し、周囲温度の上昇などの不具合が生じた場合には、隔壁の動作温度に到達すると、隔壁が融解や破れて、水素吸蔵体と水素ガスが接する状態になって、水素ガスを水素吸蔵体が吸蔵することで、貯蔵室内の圧力の上昇を抑えて、その安全性を高める働きを示す水素貯蔵容器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、少なくとも２室以上の貯蔵室を備える水素貯蔵容器であって、前記貯蔵室の少なくとも１室以上には水素吸蔵体を収納し、残りの貯蔵室には水素ガスを貯蔵し、且つ水素ガスと水素吸蔵体との境界には両者を遮蔽する隔壁が設けられていることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の水素貯蔵容器において、前記隔壁が、所定温度以上になると前記水素ガスと前記水素吸蔵体とが接触するように動作することを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、水素吸蔵体を収納する貯蔵室と水素ガスを貯蔵する貯蔵室とが別体であり、且つ分離、結合する構造であることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、所定圧力で水素ガスが通気する通気弁及び通気弁を通過した水素ガスを水素吸蔵体内部に導く導入通路とで構成される通気装置が、前記障壁に備えられていることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１３】
請求項５記載の発明は、水素ガスを貯蔵する貯蔵室内に、水素ガスを遮蔽する隔壁で囲まれた水素吸蔵部を備えていることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記隔壁の厚みが不均一であることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記障壁が所定温度以上で融解する材料で構成されていることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記障壁が、所定温度以上で融解する材料と、前記融解する材料の少なくとも一面以上に水素ガス不透過性材料を設けた多層構造材料であることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項７乃至請求項８のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記障壁を構成する材料が融解温度を有することを特徴とする水素貯蔵容器である。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記水素吸蔵体を構成する材料が、ＬａＮｉ５、ＭｎＮｉ５、Ｍｇ２Ｎｉ、ＴｉＦｅ、ＴｉＣｒ１．８、ＴｉＣｒＶ、Ｖ、ＺｎＶからなる水素吸蔵合金群、及びカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノグラファイトからなるナノ構造をもつ炭素材料群の中から選択される少なくとも一種類以上の材料からなることを特徴とする水素貯蔵容器である
【００１９】
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の水素貯蔵容器において、前記水素吸蔵体を構成する材料がシクロヘキサン−ベンゼン系、メチルシクロヘキサン−トルエン系、デカリン−ナフタレンからなる有機化合物群、及びＮａＡｌＨ４、Ｎａ３ＡｌＨ６、Ｎａ２ＬｉＡｌＨ６、Ｌｉ３ＡｌＨ６からなる無機系水素化物群の中から選択される少なくとも一種類以上の材料からなることを特徴とする水素貯蔵容器である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、高圧の水素貯蔵容器が周囲からの加熱などの不具合によって、水素貯蔵容器内の温度が高まると隔壁に備えた通気弁が開いたり、更に温度上昇が続き所定温度に到達すると本発明水素貯蔵容器内に設けられた隔壁自身が融解や破孔したりすることで、水素貯蔵容器内に設けられた水素吸蔵体と水素ガスが接触し、水素ガスが水素吸蔵体に吸蔵される。
このようにして水素貯蔵容器内の水素ガス圧が所定圧力に保たれ、水素ガスを外界に放出する必要が無くなる。又、水素ガスを外界に放出するまでの時間が伸びることで、水素貯蔵容器にかかる不具合の要因を取り除く時間を作ることができ、その安全性を高めるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
本発明は２室以上の貯蔵室からなる水素貯蔵容器であって、少なくとも１室には、水素ガスを吸蔵する水素吸蔵体が、水素ガスとの接触を妨げる隔壁を介して収納される。
図１から図３は、本願請求項１から請求項４記載の発明に係る水素貯蔵容器の例を示したものである。図１から図３において、１は水素貯蔵容器を表している。
【００２２】
図１及び図２において、２は水素貯蔵容器本体、３ａは水素ガス、３ｂは水素吸蔵体、４は水素ガスと水素吸蔵体を遮断する隔壁、５は隔壁に設けられる水素ガス通気装置、６ａは水素ガス貯蔵部、６ｂは水素吸蔵体部である。
水素ガスは、水素貯蔵容器１に備わる水素ガス流出入口（図には記載されず）から水素貯蔵容器本体２の水素ガス貯蔵部６ａに規定圧で充填された状態で通常使用される。しかしながら、何らかの外部要因によって、この水素貯蔵容器１の温度が上昇し、定められた耐圧近傍の内部圧力に対応する温度になると、隔壁４が水素ガス３ａと水素吸蔵体３ｂを接触させるように動作する。本発明では、このような温度近くになると融解する材料を用いた実施例を示しており、隔壁４の一部が融解し、水素ガス３ａと水素吸蔵体３ｂが接触し、次いで水素吸蔵体３ｂが水素ガス３ａを吸蔵することで、水素貯蔵容器１内の圧力が低下し、容器の変形や水素ガスの突出などの危険状態を抑制する。
【００２３】
隔壁４に設けられる水素ガス通気装置５は、通気弁５ａと導入通路５ｂとで構成され、水素ガスと水素吸蔵体との反応を緩やかに行なう目的で配置されるものである。即ち、隔壁４が一気に広範囲で動作状態になり、水素ガスと水素吸蔵体の急激な反応が生じて不具合を発生させる恐れを、通気弁５ａが動作する状態を隔壁４の動作温度より低温側に設定することにより、隔壁４の動作の前に、通気弁の動作による水素ガスと水素吸蔵体との反応を引き起こし、その急激な反応を抑制するものである。さらに通気弁により抑制される効果が反応水素ガス通気装置５を水素ガス圧が上昇していく場合、隔壁４が動作し、より速い水素吸蔵反応を促すことで水素ガス圧の上昇を抑制する。
なお、水素ガス通気装置５は障壁４に設けられるほかに、多室の水素ガス貯蔵部６ａを有する構造の水素貯蔵容器の場合には、水素貯蔵容器内の仕切り壁（貯蔵室を分ける壁）に、この水素ガス通気装置５を設けても良い。
【００２４】
図３は着脱式の水素貯蔵容器の一例を示したもので、２ａは水素ガス貯蔵室容器、２ｂは水素吸蔵体収納容器で、２ａと２ｂは、図には記載していないが着脱装置を介して分離、結合するようになっている。
このような着脱式の利点は、安全装置としての水素吸蔵材や隔壁の経年劣化などの調査が容易であり、さらに劣化が確認された場合の交換が簡便であることである。
【００２５】
図４（ａ）、（ｂ）は、本願請求項５及び請求項６記載の発明に係る水素貯蔵容器の実施例の一部を示したものである。
図４（ａ）、（ｂ）において、１は水素貯蔵容器、２は水素貯蔵容器本体、３ａは水素ガス、３ｂは水素吸蔵体、３ｃは水素吸蔵部、４は水素ガスと水素吸蔵体を遮蔽する隔壁である。
【００２６】
図４（ａ）又は（ｂ）に示す水素貯蔵容器においても、先に述べた図１〜図３の水素貯蔵容器と同様に、水素吸蔵体３ｂを覆う隔壁４が、その動作温度（図４では融解することで動作する）で作用し、水素吸蔵体３ｂが水素ガス３ａを吸蔵することで、水素貯蔵容器１内の圧力を低下させる。
【００２７】
なお、隔壁４は、所定温度近傍で融解する材料を用いた場合を説明したが、本発明における隔壁の効果を満たすものであるなら材料面および機構面で、どのようなものを用いても良く、他の例として、フッ素樹脂のような水素ガスを透過しない材料の薄膜をポリエチレンのような低温で融解する材料の面上に配置した多層構造材料でも良い。
又、その厚みは隔壁の動作性に大きく影響する。隔壁を不均一な厚みとすることで、融解する材料を隔壁として用いた場合、第一に融解開始から隔壁が破孔して水素ガスと水素吸蔵合金とが反応するまでの時間を制御することができ、第二に水素ガスと水素吸蔵合金との反応箇所を分散させることで急激な反応を抑制し、安全性を高めるものである。
【００２８】
以下、実施例を用いて本発明に係る水素貯蔵容器を説明する。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
Ｍｇ２Ｎｉ水素吸蔵合金粉末とナノカーボン材として気相成長炭素繊維を重量比で９５．５ｍａｓｓ％と０．５ｍａｓｓ％で混合し、流動パラフィン２０ｍａｓｓ％を連結補助材として添加して混合した後、圧力５００ｋｇｆ／ｃｍ２にて圧粉成形し、その成形体をアルゴン雰囲気下で７５０℃、１時間保持の熱処理を1時間行い、殆ど酸化が見られないナノカーボン材が均一分散した焼結体を水素吸蔵体に用い、これを内容積５０リットル、最高充填圧１ＭＰａである図１（ｂ）の水素貯蔵容器１に設けられた水素吸蔵体部６ｂに１００ｇを充填し、ポリエチレン製シート表面にポリテトラフルオロエチレン層を設けた隔壁４を配して水素貯蔵容器１を作製した。これにより内容積は1リットル減少し、４９リットルとなった。
【００３０】
次に、２５℃付近で内部圧力が１ＭＰａとなるまで水素ガスを充填した後、２００℃まで加熱した。
その結果は、本発明の水素貯蔵容器の外観には何ら変化が無かったが、比較例とした水素吸蔵体を持たない水素貯蔵容器（内容積５０リットル）では、胴体部が大きく膨らんで外観が大きく変化した。
次に、２００℃の状態で貯蔵容器内の水素圧を測定すると、本発明例Ｎｏ．１の水素貯蔵容器では１．３１ＭＰａであったのに対し、比較例Ｎｏ．１０の水素貯蔵容器では１．５８ＭＰａと高くなっていて、最大充填圧の１.５倍以上となり耐圧限界１．５ＭＰaを超えていた。
表１に水素貯蔵容器の試験状況を纏めて示す。
【００３１】
（実施例２）
先の実施例１で用いた水素吸蔵体塊１００ｇの周囲をカーボン入りフェノール樹脂で被覆し、図４（ａ）のように、水素貯蔵容器１（内容積５０リットル、最高充填圧１ＭＰａ）の水素貯蔵容器本体２内に配置した。これにより内容積は０．１リットル減少し,４９．９リットルとなった。
【００３２】
次に、実施例１と同様に、２５℃付近で内部圧力が１ＭＰａとなるまで水素ガスを充填した後、２００℃まで加熱した。
その結果は、本発明の水素貯蔵容器の外観には何ら変化が無く、２００℃の状態で貯蔵容器内の水素圧は、本発明例Ｎｏ．２の水素貯蔵容器では．１．３０ＭＰａであった。
【００３３】
（実施例３）
ＮａＡｌを水素吸蔵体に用い、内容積５０リットル、最高充填圧１ＭＰａである図２の水素貯蔵容器１に設けられた水素吸蔵体部６ｂに１００ｇを充填し、融点１８６℃の半田の隔壁４と、融点１５４℃の半田を溶栓として用いた通気弁５ａを備えた水素ガス通気通路５を先の隔壁４に配して水素貯蔵容器１を作製した。これにより内容積は1リットル減少し、４９リットルとなった。
【００３４】
次に、２５℃付近で内部圧力が１ＭＰａとなるまで水素ガスを充填した後、２００℃まで加熱した。  その結果は、本発明の水素貯蔵容器の外観には何ら変化が無く、２００℃の状態で貯蔵容器内の水素圧を測定すると、本発明例Ｎｏ．３の水素貯蔵容器では１.１５ＭＰａであった。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
従って、本発明の水素貯蔵容器は、環境温度の上昇に伴う内部圧力の上昇を抑制して水素貯蔵容器の変形を抑え、安全性を向上させることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る水素貯蔵容器を示す断面模式図である。
【図２】水素ガス通気通路を備える本発明に係る水素貯蔵容器の断面模式図である。
【図３】着脱式の本発明に係る水素貯蔵容器の断面模式図である。
【図４】水素貯蔵容器内に隔壁で囲まれた水素吸蔵体を有するタイプの水素貯蔵容器の断面模式図である。
【図５】多室を備える本発明に係る水素貯蔵容器の断面模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    水素貯蔵容器
２    水素貯蔵容器本体
２ａ  水素ガス貯蔵室容器
２ｂ  水素吸蔵体収納容器
３ａ  水素ガス
３ｂ  水素吸蔵体
３ｃ  水素吸蔵部
４    隔壁
５    水素ガス通気通路
５ａ  通気弁
５ｂ  導入通路
６ａ  水素ガス貯蔵部
６ｂ  水素吸蔵体部
【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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