(57)【要約】水素吸蔵合金（１０）を用いて水素を貯蔵する水素貯蔵ユニットであって、より詳細には、このようなシステムで用いる熱伝導管理／区画化システムである。水素吸蔵合金は、円板（１３）で隔てられた区画に分割し、さらにフラッパー・ホイールによって副区画に分割することができる。円板（１３）とフラッパー・ホイールは、システムの全体にわたって熱伝導を最適化する。水素吸蔵合金が稠密に充填されると、容器を過度に歪ませ、その結果として容器を損傷、変形、又は裂開させうるが、容器の区画化は、水素吸蔵合金の稠密充填を防止する。
2005518514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧下で水素吸蔵材料を格納する装置であって、
内部容積を画定し、縦軸を有する圧力格納容器と、
前記容器の内部容積の少なくとも一部を占める水素吸蔵合金と、
前記容器を複数の区画に分割する少なくとも一つの一次仕切りと、
前記複数の区画の少なくとも一つを前記水素吸蔵合金が中に配置される複数の副区画に分割する少なくとも一つの二次仕切りと、
を含み、
前記二次仕切りは熱伝導性材料から形成されており、これにより、熱が前記水素吸蔵合金と前記容器との間で伝導される装置。
【請求項２】
前記複数の区画が前記容器の前記縦軸に沿って配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記副区画が前記複数の区画のそれぞれの全体にわたって縦軸方向に伸びる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記副区画が前記容器の縦軸から前記容器の内壁まで伸びる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記副区画は、前記容器の縦軸において幅が最小であり、前記容器の内壁において幅が最大となる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記一次仕切りが円板を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記円板が前記容器の狭い頸部をちょうど通るように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記円板が前記容器の内壁と熱的に接触している、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記円板が金属組成を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記円板がベリリウム銅合金からなる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記円板が燐青銅合金からなる、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記二次仕切りが互いに軸方向に沿って連結された複数の長方形の羽根を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の長方形の羽根が螺旋状に外側に伸び、前記容器の前記縦軸回りに風車型の配置を形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記二次仕切りが前記容器の狭い頸部をちょうど通るように構成されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の長方形の羽根が前記容器の内壁と熱的に接触している、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記複数の長方形の羽根が金属組成を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数の長方形の羽根がベリリウム銅合金からなる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数の長方形の羽根が燐青銅合金からなる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記複数の長方形の羽根が相当量の表面積を前記容器の縦軸近くの前記水素吸蔵合金と接触させている、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記水素吸蔵合金が、Ｍｇ、Ｍｇ−Ｎｉ、Ｍｇ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｆｅ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｍｍ−Ｃｏ、Ｔｉ−Ｍｎ、Ｍｇ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ、及びＭｍ−Ｎｉ、並びにそれらの混合物からなる群から選ばれている、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
水素吸蔵合金がＴｉ−Ｍｎを主成分とする合金を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記水素吸蔵合金の式は、ＴｉＱ−ＸＺｒＸＭｎＺ−ＹＡＹであり、
Ａは、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＡｌからなる群から選択された１以上の元素であり、
Ｑは０．９から１．１の間であり、
Ｘは０．０から０．３５の間であり、
Ｙは０．３から１．８の間であり、かつ
Ｚは１．８から２．１の間である、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
Ｔｉ０．８７Ｚｒ０．１３Ｍｎ１．２９Ｖ０．１７Ｃｒ０．１８Ｆｅ０．２４Ａｌ０．０６を含む、請求項２２に記載の水素吸蔵合金。
【請求項２４】
Ｔｉ０．８７Ｚｒ０．１３Ｍｎ１．２３Ｖ０．１６Ｃｒ０．１７Ｆｅ０．２３Ａｌ０．０６を含む、請求項２２に記載の水素吸蔵合金。
【請求項２５】
前記容器が、前記容器に開口部を形成する狭い頸部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記狭い頸部の下に多孔性繊維材料を置いて前記水素吸蔵合金の配置を固定している、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記多孔性繊維がガラス・ウールを含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記容器がアルミニウム合金からなる、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素化可能な金属合金を使用して水素を貯蔵する水素貯蔵装置に関し、より詳細には、このようなシステムで使用するための熱伝導管理と区画化とを組み合わせたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料又は燃料補助剤として水素の使用は、著しく注目されてきた。世界の石油埋蔵量が急速に使い尽くされているのに対し、水素の貯蔵量は、依然として事実上無限である。水素は、石炭、天然ガス、その他の炭化水素から生産でき、また、水の電気分解により作り出すことができる。さらに、水素は、化石燃料を使用することなく、例えば核エネルギー又は太陽エネルギーを利用した水の電気分解などによって生産できる。その上、水素は、現在のところ石油よりは高価であるが、比較的安価な燃料である。水素は、あらゆる化学燃料の中で単位重量当たりのエネルギー密度が最も高く、また、水素を燃焼させたときの主な副産物が水であることから、殆ど無公害である。
【０００３】
水素には、燃料としての幅広い潜在的な用途がある一方で、その利用、特に、例えば車への動力供給などの車載利用には、満足なほど軽量な水素貯蔵媒体がないという大きな問題があった。従来、水素は、耐圧容器に高圧下で貯蔵されるか、極めて低い温度まで冷却された極低温液体として貯蔵されていた。圧縮ガスとして水素を貯蔵するには、大きくて重い容器を使用することが必要になる。通常の型のスチール製容器又はタンクでは、１３６気圧という典型的な圧力で水素ガスをタンクに貯蔵すると、全重量の約１％のみが水素ガスになる。同量のエネルギーを得るためには、水素ガスの容器の重さは、ガソリンの容器の重量の約３０倍になる。
【０００４】
さらに、輸送は非常に困難である。これは、水素の密度が低いために、容器に貯蔵される水素の量が限られるからである。その上、水素を液体として貯蔵すると、自動車用の燃料として利用した場合に、水素が極めて燃えやすいことから、重大な安全上の問題が生じる。液体水素はまた、−２５３度以下の極低温に保たなければならず、また、こぼすとすぐ揮発する。さらに、液体水素の生産は高価であり、液化処理に必要なエネルギーは、水素を燃焼させて生成できるエネルギーの大部分を占める。
【０００５】
別法としては、特定の金属や合金が水素を可逆的に吸蔵・放出することが知られている。この点で、これらの金属や合金は、水素吸蔵効率が高いことから、優れた水素吸蔵材料と考えられている。水素を固体水素化物として貯蔵すると、圧縮ガス又は液体として圧力タンクに貯蔵するよりも単位容積当りの貯蔵密度(volumetric storage density)を大きくできる。また、水素を固体水素化物に貯蔵すると、気体又は液体として容器に貯蔵された水素によるものよりも安全上の問題が少なくなる。固相金属又は固相合金系は、高密度で水素を吸収することにより、かつ、特定の温度／圧力、又は電気化学的な条件下で金属水素化物を形成することにより、大量の水素を吸蔵することができ、また、これらの条件を変えることにより水素を放出することができる。金属水素化物系は、長期間にわたり水素を高密度で吸蔵するという利点を有する。これは、金属水素化物系は水素原子を金属の結晶格子に挿入することで形成されるからである。好ましい水素吸蔵材料は、その材料の重量に比べて吸蔵量が多く、脱着温度／圧力が適当であり、反応速度が良好であり、可逆性が良好であり、水素ガス内及びそれ以外に存在する汚染物質による被毒に対し耐性があり、かつ、比較的低価格でなければならない。材料にこれらの特徴のいずれかが欠けていると、その材料を商業的に幅広く利用することはできない。
【０００６】
良好な可逆性は、水素吸蔵材料が、水素吸蔵能力を著しく失うことなく吸収−脱着サイクルを繰り返すことができるようにするために必要である。良好な反応速度は、比較的短い時間で水素の吸収又は脱着を行えるようにするために必要である。製造中及び利用中に材料が晒されうる汚染物質に対する耐性は、許容出来る性能の低下を防止するために必要である。
【０００７】
多くの金属合金が水素化物材料として原子構造及び結晶構造の中に水素を吸蔵する適性を有することが知られている。このような貯蔵方法が最終的に便利で安全であると期待できる一方で、効率と安全を改善することは常に歓迎される。本発明は、このような改善を行うものである。
【０００８】
水素化物吸蔵システムに有効な金属合金への水素の効率的な出入を熱伝導特性が促進したり、抑制したりできることが知られている。このような熱伝導は、金属水素化物が、金属酸化物、ホウ化物、及び窒化物（「セラミックス」）にある程度類似しているために、一般的に断熱材料とみなすことができることから重要である。したがって、このようなシステム内で熱を移動させること、すなわち、このような吸蔵材料の全容積を端から端まで好ましい温度分布に保つことは、金属合金−金属水素化物水素吸蔵システムにおける関心事になる。一般的に、水素を金属又は金属合金の結晶構造から放出して水素化物にするには、ある程度のエネルギー（通常は熱）を与える必要がある。金属、金属合金、又は他の吸蔵系の結晶構造内に水素を配置すると、一般にエネルギー（通常は熱）が放出され、水素化による大きな発熱反応が起こる。
【０００９】
このような系、特に大体積の場合、における熱入力及び熱放散が必要であることを考慮し、また、水素化物材料の断熱性を考慮すると、熱伝導手段を水素吸蔵材料自体よりはその外側に設けることが有効である。他者は、これについて種々の方法を試みており、例えば米国特許第6,015,041号では、熱伝導性網状オープン・セル型「発泡体」を有し、これを水素化した又は水素化可能な材料の中に配置している。本発明は、このような発泡体を必要とすることなく、水素吸蔵床全体に効果的に熱を伝達させる。
【００１０】
水素化物吸蔵材料について知られているもう一つの難題は、吸蔵合金を水素化する際に、吸蔵合金が一般に膨張し、吸蔵合金の粒子がふくらみ、多くの場合に砕けるということである。水素が（通常は加熱によって）放出されると、吸蔵材料、すなわち水素化した材料は縮み、いくらかの粒子がつぶれる。吸蔵材料が繰り返し膨張、収縮するサイクルの最終的な結果は、合金又は水素化した合金粒子が逐次より微細な粒子に粉砕されてゆくことである。このプロセスは、合金の全表面積、すなわち吸蔵材料表面積を増大させるのに普通は有益かもしれないが、この極端に細かい粒子がバルク材の中を移動してそれらの容器の下側の領域へと沈降し、必要以上に過充填してしまう可能性を生む。このような高充填密度領域を局所領域に形成すると、水素化、すなわち水素充填時に、局所的に加熱し過ぎる可能性がある。この高充填度の局所高密度領域は、水素吸蔵材料の高密度化および（充填時の）膨張のために、容器を大きく歪ませうる。水素吸蔵材料の高密度化および膨張は、水素化可能材料が入れられている容器の変形又は裂開の可能性を生む。圧力除去装置は、容器の内部ガス圧による容器の裂開のような望ましくない出来事を防止するのに有効かもしれないが、圧力除去装置は、水素吸蔵合金の高密度化および膨張の結果として起こる容器の変形を防止することはできない。他者は、ある特定の区画にあまりにも多くの微粉が集まることを防止しつつ、水素ガスが容器中を自由に流れることができるように容器を簡単な区画に分割することで、この問題に取り組んできた。本発明は、水素化した又は水素化可能な材料における粒子状微粉の高密度化を最小化して先に言及した難題を防止する
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、水素貯蔵装置を開示する。この水素貯蔵装置は、水素を貯蔵及び放出するための再充填可能な容器を提供する。容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金組成の圧力格納容器であってもよい。容器は、円筒状の構造であり、狭い頸部を有するものであってもよい。水素を水素化物の形態で貯蔵する水素吸蔵合金が容器の中に収められている。一次仕切りが容器を多数の区画に分割する。さらに、二次仕切りがその多数の区画を副区画に分割する。一次仕切りと二次仕切りは、更に水素吸蔵合金と容器との間で熱エネルギーを伝導するように構成されている。
【００１２】
区画は、容器の縦軸に沿って配置されている。区画を分けている一次仕切りは、円板形態であってもよい。一次仕切りは、容器の狭い頸部をちょうど通り、容器の中に入れられたら撥ね開くように構成されている。一次仕切りは、一般に金属組成を有する。金属組成は、好ましくは、ベリリウム銅合金であるが、設計上の制約を考慮せねばならない場合は燐青銅合金で代用することができる。
【００１３】
副区画は、縦軸方向に各区画の全体にわたって伸びている。また、副区画は、容器の縦軸から容器の内壁まで伸びている。副区画は、容器の縦軸で幅が最小であり、容器の内壁で幅が最大である。
【００１４】
二次仕切りは、軸方向に互いに連結された多数の長方形の羽根から作られている。この長方形の羽根は、螺旋状に外側に伸び、縦軸の回りに風車型の配置を形成する。二次仕切りは、容器の狭い頸部をちょうど通り、容器の中に挿入されたら撥ね開くように構成されている。二次仕切りが撥ね開くと、多数の長方形の羽根は、容器の内壁と熱的に接触するようになる。長方形の羽根は、容器の縦軸の近くで水素吸蔵合金と相当量の表面積で接触するように構成されている。長方形の羽根は、良好な熱伝導特性をもった金属組成を有する。長方形の羽根は、好ましくは、ベリリウム銅合金であるが、設計上の制約を考慮せねばならない場合は燐青銅合金で代用することができる。
【００１５】
本発明の区画及び副区画は、容器内部での水素吸蔵合金の高密度化を防ぐ。水素吸蔵合金の高密度化とそれに続く（水素充填による）膨張は、容器の壁部に歪みを生じさせうる。稠密に充填された水素吸蔵合金の膨張は、容器の損傷、変形、及び裂開を引き起こしうる。
【００１６】
水素吸蔵合金は、Ｍｇ、Ｍｇ−Ｎｉ、Ｍｇ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｆｅ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｍｍ−Ｃｏ、Ｔｉ−Ｍｎ、Ｍｍ−Ｎｉ及びこれらの混合物を含む群から選択することができる。好ましい合金はＴｉ−Ｍｎであり、これは、優れた室温での反応速度と、プラトー圧とを有する。
【００１７】
本発明で開示された容器は、容器に開口部を形成する狭い頸部を有してもよい。狭い頸部の下に多孔性繊維材料を置いて前記水素吸蔵合金の配置を固定している。多孔性繊維は、流出する水素流と共に金属水酸化物が容器から漏出するのを防止する一助となることも出来る。多孔性繊維は、好ましくはガラス・ウールである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、圧力格納容器内の水素化物床を区画化することにより、水素化物の微粉の沈降および密集を低減し、かつ、水素化物床内部から外部環境への熱伝導を向上させる。区画内をさらに分割して、合金、すなわち水素化物微粉が移動して、入れ物（一般に容器である）を損傷、変形、又は裂開させるような過度の局所応力状態を引き起こすに足りるほど集積するのを更に最小限度にとどめることによりこの改良が行われる。二重区画化は、非常に多くの方法で行うことができ、その目的は、水素吸蔵合金をより少量に隔離し、これにより、充填／放出サイクルの繰り返しを伴う通常の使用で材料中にできると予想される微粉の移動、並びに、それに続く沈降および集積を制限することである。このことは、貯蔵された水素の自由なガス流を維持しながら達成されなければならず、区画寸法の許容誤差は、粒子状微粉の流れを最小にするのに十分なだけ小さくなければならないが、それでも、例えば燃料電池、エンジン、充電装置、調理用グリルなどの水素化物床容器との間でのガス流を流通する装置、並びにその他の水素吸収床容器(absorbed hydrogen bed container)からの水素の利用者及び供給者、の要求を満たすように十分なガス流を維持しなければならない。
【００１９】
この発明は、容器の区画をそれ以上に再分割区画化するだけではなく、さらに、水素化物床内で高熱伝導材料を使用してシステム内の熱伝導の向上と管理をはかる。水素吸蔵合金の熱伝導率は低いので、水素吸蔵合金の体積を通しての熱伝導を向上させる必要がある。熱は容器の外壁を通じて加えたり、除去したりするので、水素吸蔵合金と容器の円筒壁との間を熱的に良好に接触させることも必要である。材料が高密度化することを防ぐという条件と、熱伝導特性の向上という条件との両方を満たすために、本発明は、容器内の副区画を熱伝導特性がよい材料を用いて作る。これにより、吸蔵材料および吸蔵床への効率的な充填、放出を補助する熱伝導が一般に促進され、区画化が効果的に達成される。本発明は、好ましくは、好ましい熱伝導率を有する材料を区画の仕切りとして利用する。普通、高熱伝導率を有する区切りが好ましいが、状況によっては、低熱伝導率のもの、又は、水素化物床の両端で熱伝導率が異なるものが有益である。
【００２０】
水素吸蔵合金が入っている容器内での内部熱伝導を改善したことにより向上した水素流量を時間の経過とともに図１に示した。図１では、熱伝導を改善していない容器（Ａ）を熱伝導を改善した容器（Ｂ）と比較している。図１で比較した容器の周囲空気の平均温度は、５０−５２℃の範囲である。水素化した水素吸蔵合金が入れらている容器は、内部熱伝導を改善することにより、水素流量を向上することができる。内部熱伝導を改善した結果、水素吸蔵材料に吸蔵されたほとんど全ての水素を水素流量が減少する前に取り出すことができる。本発明は、狭い頸部を有する成型鋳造した（preformed cast)圧力格納容器内に水素を貯蔵するが、本発明に基づいて、多種多様な容器又は入れ物を使用することができる。圧力格納容器は、縦軸を備えた円筒であってもよい。容器は、一般にアルミニウム又はアルミニウム合金から形成することができる
図２は、本発明の一実施形態を示す。水素吸蔵合金１０は、圧力格納容器内の縦軸方向に配置された複数の区画１１の中に収められている。区画は、副区画１２に分割されており、水素吸蔵合金１０の量をさらに分割している。
【００２１】
縦軸方向に配置された区画１１の相互間を隔てるのに円板１３が使用されている。円板１３は、容器の狭い頸部をちょうど通り、いったん中に入ると撥ね開き容器の内壁に接触するように構成されている。円板は、熱伝導性材料から形成すべきである。この材料は、吸蔵された水素又は水素吸蔵合金と反応するものであってはならず、また、システムの作動温度に耐えうるものでなければならない。円板は、最適な熱伝導を得るために、好ましくはベリリウム銅合金で形成するが、コストの考慮をしなければならないときは、例えば燐青銅合金などの他の材料を代用できる。
【００２２】
フラッパー・ホイール(flapper wheel)形状の構造体を図３に示した。フラッパー・ホイール２０は、縦軸に接続された複数の長方形の金属製の羽根２１を備えており、それら羽根２１も、容器の縦軸２２の回りに風車型に配置されている。羽根の長さ、厚み、及び弾性を加減することで螺旋の形状を調整することができる。したがって、羽根２１をほぼ一定の間隔に維持して、水素吸蔵合金１０のどの部分も熱的に隔離されないようにすることができる。本発明で使用しているフラッパー・ホイールの断面図を図４に示した。フラッパー・ホイール２０は、区画１１を副区画１２に分割するのに用いられている。容器内に配置すると、羽根が複数の縦軸方向副区画１２を形成し、これら副区画１２は、容器の縦軸２２と平行で、各区画１１の全体にわたって伸びている。各副区画１２は、容器の縦軸２２で最も狭く、容器２３の内壁近くで最も幅が広い。金属製の羽根２１は、挿入後に容器２３の内壁と密接に接触する形状及び寸法にはね戻り、それにより、容器２３の内壁と熱的に良好に接触するように、十分長く、かつ、十分薄くなければならない。羽根の厚みを最小とすることの他の理由は、容器内の水素吸蔵合金の量を最大にし、また、貯蔵装置の総費用を下げることである。
【００２３】
フラッパー・ホイール２０は、容器の全体にわたって熱伝導を最適にし、かつ、容器内での水素化物微粉の圧縮を防ぐ。上記の円板１３と同様に、フラッパー・ホイール２０は、システムの全体にわたって熱伝導を最適にするために、熱伝導性材料から作られている。また、この材料は、吸蔵された水素又は水素吸蔵合金と反応するものであってはならず、また、システムの作動温度に耐えうるものでなければならない。フラッパー・ホイール２０は、最適な熱伝導を得るために、好ましくはベリリウム銅合金で作成するが、この場合も、例えば燐青銅合金などの他の材料を代用できる。
【００２４】
フラッパー・ホイール２０の風車型の形状及び構造は、金属製の羽根２１と容器２３の壁との間、及び、金属製の羽根２１と水素吸蔵合金１０との間の熱伝導を最適にする。風車型の構成により、金属製の羽根２１は、特に貯蔵容器の縦軸２１の近くで、かなりの量の表面積を水素吸蔵合金２１と接触させる。風車型の構成はまた、羽根２１が容器２３の壁と接線接触をしている場合に、相当の量の表面積を容器２３の壁と接触させることができる。全体として、風車構造は、容器の縦軸から容器の内壁まで伸びる金属剛毛(metallic bristles)などの他の構造と比べ、遥かに多くの表面積を与える。フラッパー・ホイール２０を介して伝達された熱は、容器のすみずみまで温度をほぼ均一にし、これにより、あまりに熱的に隔離されているために水素の吸収または放出に対し効果がない水素吸蔵合金１０の「無駄」部分を防止している。
【００２５】
フラッパー・ホイール２０の形状は、貯蔵容器の直径より直径が小さい開口部を有する成型鋳造した容器へ容易に挿入することを可能にする。容器へ挿入する前に、フラッパー・ホイール２０をきつく巻いて、それによってフラッパー・ホイールの直径を小さくする。次に、フラッパー・ホイールを容器の開口部を通して挿入する。容器の中に配置されると同時にフラッパー・ホイールは撥ね開き、容器２３の内壁としっかりと接触する。次に、水素吸蔵合金をフラッパー・ホイール２０の区画の中に入れ、円板１３を上に配置して区画１１の形成を完了する。次に、この工程を容器の充填が完了するまで繰り返す。容器の充填完了後、ガラス・ウール、又は他の多孔性繊維を容器の開口部と最後の区画との間に配置して、容器への水素の出入りを許容しつつ、容器からの水素化物微粉の少量の逸散をも防ぐことができる。ガラス・ウール又は多孔性繊維は、容器の内容物を保持するのを助ける役目もする。
【００２６】
水素吸蔵合金は、いろいろな水素吸蔵用の金属材料、例えば、Ｍｇ、Ｍｇ−Ｎｉ、Ｍｇ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｆｅ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｍｍ−Ｃｏ、Ｔｉ−Ｍｎ、及びＭｍ−Ｎｉ合金系（Ｍｍはミッシュメタルであり、ミッシュメタルは、希土類金属又は希土類金属の組合せ／合金である）を含みうる。
【００２７】
これらの材料の中で、Ｍｇ合金系は、吸蔵材料の単位重量当たり比較的多量の水素を吸蔵できる。しかしながら、Ｍｇ合金系の室温における水素解離平衡圧が低いために、合金に吸蔵された水素を放出するには、熱エネルギーを加えなければならない。さらに、水素の放出は、２５０℃以上の高温でのみ、多量のエネルギー消費とともに行うことができる。
【００２８】
希土類金属（ミッシュメタル）合金には、独自の問題がある。希土類金属合金は、水素解離平衡圧が室温で数気圧オーダーであるという事実から、一般に、室温で効率よく水素を吸収、放出するが、その単位重量当たりの水素吸蔵量は、他のあらゆる水素吸蔵材料よりも少なく、また、希土類金属合金は、非常に高価である。
【００２９】
チタン合金系の代表的かつ優れた材料とみなされているＴｉ−Ｆｅ合金系は、比較的安価であり、室温での水素の水素解離平衡圧が数気圧であるという利点を有する。しかし、Ｔｉ−Ｆｅ合金系は、初期水素化に約３５０℃の高温と、３０気圧以上の高圧を必要とするため、この合金系の水素吸放出速度は比較的低い。また、Ｔｉ−Ｆｅ合金系には、それに吸蔵された水素の完全な放出を阻害するヒステリシスという問題がある。
【００３０】
本発明は室温での使用のために設計されているので、本発明用の水素吸蔵合金にはＴｉ−Ｍｎ合金が好ましい。この合金は、優れた室温での反応速度と、プラトー圧とを有する。Ｔｉ−Ｍｎ合金系は、高い水素吸蔵効率と、適当な水素解離平衡圧を有すると報告されている。これは、Ｔｉ−Ｍｎ合金が水素に対して高い親和性を有し、かつ、原子量が低く、単位重量当たりの水素吸蔵量を大きくできるからである。
【００３１】
Ｔｉ−Ｍｎ合金の一般式は、ＴｉＱ−ＸＺｒＸＭｎＺ−ＹＡＹである。ここで、Ａは、一般にはＶ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＡｌの一種又は一種以上である。最も好ましくは、Ａは、Ｖ、Ｃｒ、及びＦｅの一種又は一種以上である。添字Ｑは、好ましくは、０．９から１．１の間であり、最も好ましくは、Ｑは１．０である。添字Ｘは、好ましくは０．０から０．３５の間であり、より好ましくは、Ｘは０．１から０．２の間であり、最も好ましくは、Ｘは０．１から０．１５の間である。添字Ｙは、好ましくは０．３から１．８の間であり、より好ましくは、Ｙは０．６から１．２の間であり、最も好ましくは、Ｙは０．６から１．０の間である。添字Ｚは、好ましくは１．８から２．１の間であり、最も好ましくは、Ｚは１．８から２．０の間である。合金は、一般に単相材料であり、六方晶ラーベス相結晶構造を示す。好ましい合金を表１に示した。
【００３２】
これらの合金は、１から２重量パーセントの範囲にわたる平均吸蔵量を有する。これらの合金は、室温で優れた反応速度をも有する。図５は、本発明でのいくつかの合金についての圧力−組成−温度（ＰＣＴ）図であり、ｘ軸の吸蔵された水素の重量パーセントに対して、ｙ軸の圧力をトルでプロットしている。具体的に示されているのは、ＴＡ−１、ＴＡ−９、ＴＡ−１０及びＴＡ−１１の３０℃における脱着ＰＣＴ曲線である。図６は、３０℃（記号◆）及び４５℃（記号●）におけるＴＡ−３４のＰＣＴ図であり、ｘ軸の吸蔵された水素の重量パーセントに対して、ｙ軸に圧力をトルでプロットしている。図から分かるように、これらの合金は、室温で非常に良好なプラトー圧を有する。表１のほとんどの合金について３０℃でのプラトー圧、最大吸蔵量、及び（これも３０℃での）可逆的吸蔵量を表２に示した。なお、ＴＡ−３４、ＴＡ−３５、ＴＡ−５６、及びＴＡ−５６Ｄ合金は、Ｖ及びＣｒ含有量を減らした低価格合金であり、市販のフェロバナジウム合金およびフェロクロム合金を用いて作ることができる。図７は、ＴＡ−３４合金のＸ線回折（ＸＲＤ）解析である。ＸＲＤプロットの解析から分かるように、本発明の合金は、六方晶Ｃ１４レーベス相結晶構造を有する。
【００３３】
図８は、３０℃におけるＴＡ−５６のＰＣＴ図であり（吸収が実線、脱着が点線である）、ｘ軸の吸蔵された水素の重量パーセントに対して、ｙ軸に圧力をバールでプロットしている。図９は、３０℃におけるＴＡ−５６ＤのＰＣＴ図であり（吸収が点線、脱着が実線である）、ｘ軸の吸蔵された水素の重量パーセントに対して、ｙ軸に圧力をバール単位でプロットしている。Ｔｉ−Ｍｎ合金に関するより詳細な情報は、本発明の譲受人に譲渡され、２００１年１１月３０日に出願された出願番号０９／９９８，２７７の同時継続出願にある。同出願の内容は、参照により本明細書に導入される。
【００３４】
【表１】
2005518514.tif 000003
【００３５】
【表２】
2005518514.tif 000004
上記は、本発明の好ましい実施形態を説明し、開示する目的で提供した。説明した実施形態に対する変更および改造、特に、容器の形状、水素吸蔵合金の種類、貯蔵容器内の区画の形状及び構造、並びに、仕切りの形状及び構造の変更を伴うものは、当業者に自明である。これら及び他の変更は、特許請求の範囲の発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】水素流量を時間の関数として示すグラフである。
【図２】本発明の断面図である。
【図３】フラッパー・ホイール(flapper wheel)の図である。
【図４】本発明で使用されているフラッパー・ホイールの図である。
【図５】ＴＡ−１、ＴＡ−９、ＴＡ−１０、及びＴＡ−１１の３０℃におけるＰＣＴ曲線を示す図である。
【図６】ＴＡ−３４の３０℃および４５℃におけるＰＣＴ図である。
【図７】合金ＴＡ−３４のＸ線回折（ＸＲＤ）解析である。
【図８】ＴＡ−５６の３０℃におけるＰＣＴ図である。
【図９】ＴＡ−５６Ｄの３０℃におけるＰＣＴ図である。
【図１】
2005518514.tif 000005
【図２】
2005518514.tif 000006
【図３】
2005518514.tif 000007
【図４】
2005518514.tif 000008
【図５】
2005518514.tif 000009
【図６】
2005518514.tif 000010
【図７】
2005518514.tif 000011
【図８】
2005518514.tif 000012
【図９】
2005518514.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月22日(2004.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧下で水素吸蔵材料を格納する装置であって、
内部容積を画定し、縦軸を有する圧力格納容器と、
前記容器の内部容積の少なくとも一部を占める水素吸蔵合金と、
互いに軸方向に沿って連結された複数の可撓性のある熱伝導性の羽根からなり、前記内部容積を前記水素吸蔵合金が中に配置される複数の区画に分割する少なくとも一つの仕切りと、
を含む装置。
【請求項２】
前記複数の羽根が前記縦軸から前記容器の内壁まで伸びる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の羽根が前記縦軸から螺旋状に外側に伸び、前記容器の内壁と接線接触をしている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記縦軸を横切り、前記複数の区画を複数の副区画に分割する少なくとも一つの仕切りをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の副区画の各々が前記容器の縦軸から前記容器の内壁まで伸びる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の副区画の各々は、前記容器の縦軸において幅が最小であり、前記容器の内壁において幅が最大となる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記縦軸を横切る前記仕切りが円板を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記円板が前記容器の内壁と熱的に接触している、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記円板が熱伝導性材料を含む材料からなる、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記円板がベリリウム銅合金または燐青銅合金を含む材料からなる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記容器が、前記容器に開口部を形成する狭い頸部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記仕切りは、前記容器の前記狭い頸部をちょうど通り、前記容器の中に挿入されると撥ね開き、それにより前記複数の羽根が前記容器の内壁と密接に接触するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の羽根が前記容器の内壁と熱的に接触している、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数の長方形の羽根がベリリウム銅合金または燐青銅合金を含む材料からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の羽根が相当量の表面積を前記容器の縦軸近くの前記水素吸蔵合金と接触させている、請求項１に記載の装置。
【国際調査報告】
2005518514.tif 000014