(57)【要約】  流体連通ポートと、外側容器と、内部区画と、を有する水素容器。内側容器は、水素吸蔵材料、たとえば金属水素化物を収容する。１つの実施形態において、内側容器は外側容器から機械的に隔離される。外側容器と内側容器との間の分離により、各容器間に周辺空間が提供される。内部区画周囲の周辺空間は、内部区間から流体的に隔離されていてもよい。水素貯蔵ユニットは、周辺空間と連通する流体圧力装置と、脱離および吸収中に流体圧力装置を制御するコントローラと、をさらに含む。
2013520620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵ユニットであって、
流体連通ポートと、
外側容器壁を含む外側容器と、
前記流体連通ポートと流体連通する、水素吸蔵材料のための内部区画であって、前記外側容器壁から離間されて、前記内部区画と外側容器壁との間に周辺空間を画定するような内部区画と、
を含む水素貯蔵ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が前記水素吸蔵材料を収容し、前記外側容器が前記区画の少なくとも実質的部分を取り囲み、かつそこから離間されて、前記周辺空間を画定する水素貯蔵ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が区画壁とエンドピースを含み、前記エンドピースが前記外側容器壁と係合して、前記内部区画を前記外側容器内に支持する水素貯蔵ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が前記エンドピースだけで前記外側容器内に支持される水素貯蔵ユニット。
【請求項５】
請求項３または４に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記流体連通ポートが、前記周辺空間を少なくとも実質的に迂回するように構成される水素貯蔵ユニット。
【請求項６】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が前記周辺空間と流体連通する水素貯蔵ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が、前記流体連通ポート付近の位置において前記周辺空間と流体連通する水素貯蔵ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の水１素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が実質的に円筒形であり、前記外側容器が前記区画の実質的に全部を取り囲み、実質的に円筒形の内部を有し、それによって前記周辺空間が管状の空間となる水素貯蔵ユニット。
【請求項９】
請求項１〜８６のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記水素吸蔵材料が１つまたはそれ以上の高温金属水素化物を含む水素貯蔵ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記水素吸蔵材料を加熱して、前記水素吸蔵材料から水素を脱離するための少なくとも１つの加熱素子をさらに含む水素貯蔵ユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記加熱素子が電気加熱素子を含む水素貯蔵ユニット。
【請求項１２】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記流体連通ポートと流体連通する、水素吸蔵材料のための内部区画であって、前記外側容器壁から離間されて、前記内部区画と外側容器壁との間に周辺空間を画定するような内部区画。
前記内部区画の周囲の前記周辺空間が前記内部区画から流体的に隔離され、前記水素貯蔵ユニットが、
前記周辺空間と連通する流体圧力装置と、
前記流体圧力装置を制御するコントローラと、
をさらに含み、
前記コントローラが、
ｉ）水素離脱中には前記周辺空間内の圧力を下げて、前記内部区画を断熱し、
ｉｉ）水素吸収／吸着中には前記周辺空間の圧力を上げて、前記内部区画から前記外側容器壁へ熱を伝導する
ように構成されている水素貯蔵ユニット。
【請求項１３】
請求項１１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が区画壁とエンドピースを含み、前記エンドピースが前記外側容器壁と係合して、前記内部区画を前記外側容器内に支持する水素貯蔵ユニット。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記コントローラが、前記水素貯蔵ユニットから水素を除去する間は、前記周辺空間を真空化するように構成されている水素貯蔵ユニット。
【請求項１５】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が、少なくとも１つの均圧ポートによって前記周辺空間に連結され、前記流体連通ポートが前記周辺空間を迂回して前記内部区画と流体連通する水素貯蔵ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵ユニット、特に、固体金属水素化物による水素吸収／吸着および脱離に使用できるユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、燃料としての、またはその他の目的で使用するために貯蔵されうる。水素貯蔵ユニットの中には、水素吸蔵材料、たとえば触媒添加したＭｇＨ２またはその他の高温金属水素化物（および各種合金）の層を保持する、閉鎖された空間を含んでいるものがある。
【０００３】
このような貯蔵ユニットには、熱に関わる多数の問題が伴う。一般的な水素吸蔵材料は、効率的に動作させるために、３６５℃付近の狭い動作温度範囲内に保持しなければならない。
【０００４】
一般に、吸収／吸着中は、すべての材料がその化学的に可能な全量の水素を確実に吸収／吸着するために、水素吸蔵材料の層の中の温度勾配は、２０℃未満である必要がある。層中、最も低温の材料の温度が最も高温の材料の温度より２０℃以上低いと、触媒が水素と化学反応して水素化物を生成し、これによってその有効性が低下する。この温度差が、外壁に最も近い材料について一般的に見られるように、２０℃を大幅に超えると、もたらされる反応速度は実質的に低速化し、吸収／吸着の進行が実用に資する時間内には完了しない。
【０００５】
貯蔵ユニットが充填される際、水素が水素吸蔵材料によって吸収／吸着される。この反応は発熱性であり、すなわち熱を放出する。反応熱が圧縮熱に加わり、水素吸蔵材料を所望の動作温度範囲内に保持するために、これを消散させなければならない。
【０００６】
貯蔵ユニットを空にする際、すなわち水素放出時には、水素が水素吸蔵材料から脱離される。この反応は吸熱性であり、すなわち熱を吸収する。
【０００７】
一部の貯蔵ユニットはヒータを内蔵し、貯蔵ユニットが水素を放出している間に、水素吸蔵材料を所望の動作温度範囲内に保持する。望ましい動作温度は一般に気温よりずっと高いため、貯蔵ユニットから周囲環境への熱損失を最小にして、ヒータからの必要なエネルギー入力をなるべく小さくすること、すなわち熱効率を最大にすることが望ましい。
【０００８】
水素吸蔵材料は水素を吸収／吸着する時に膨張するため、この材料は応力を発生させて、容器を変形または破壊しうる。応力の蓄積もまた、充填密度が高い水素化物層では、微細粉砕された粒子が容器底のギャップの中に落下するために起こることがあり、それゆえ、容器底の水素化物の比質量偏差が徐々に増大する。
【０００９】
図１は、先行技術による水素貯蔵ユニット１０の断面を概略的に示しており、これは外壁１４を有するタンクの形態であり、水素化物の形態の水素吸蔵材料の層１２を収容する。外壁１４は、外側に向かう正味の力ＦＲによる機械的応力を受ける。外側に向かう正味の力ＦＲは、膨張力（すなわち、水素化物により生成される機械的応力）プラス静水力（すなわち、水素圧）と等しい。
【００１０】
図２は、金属水素化物層の温度勾配を最小にするための先行技術による方式を示す。図２は、その外側周辺で層３０によって断熱されている外側容器２０を示す、軸方向の断面図である。
【００１１】
外側容器２０は、アルミ発泡体１８、仕切り３２、および金属水素化物粒子３４を担持する。金属水素化物粒子が、アルミ発泡体１８の空隙に充填される。アルミ発泡体１８と金属水素化物粒子３４の混合体は、好ましくは、金属水素化物粒子の固体層より高い熱伝導率を有する。仕切り３２は外側容器２０を横断するように横方向に延び、外側容器２０に沿って長さ方向に離間されており、金属水素化物粒子３４（一般に、粉砕粉末の形態）の運動を最小限に抑えて高密度のスポットをなくす。仕切り３２によって、金属水素化物粒子３４が移動できる距離が最小限となる。
【００１２】
ライン２２は、外側容器２０の内部で長さ方向に延びる。ライン２２は、有孔金属フィルタを形成するガス透過性壁を有する管状構造である。
【００１３】
ライン２２はそれによって、外側容器２０の内部と流体連通して可逆的流路２４を画定し、これを通じて水素が外側容器２０の内部の中に取り込まれ、またそこから放出される。好ましくは、ライン２２は金属水素化物粒子３４の上限より上方に位置付けられる。
【００１４】
貯蔵ユニット１６には、Ｕ字形のループの形態の冷却管２８が含まれ、これは外側容器２０の内部で貯蔵ユニット１６の全長に沿って延びる。冷却管２８は、取り込み口２６と放出口２５を有する。冷却材が取り込み口２６を通じて管２８の中に取り込まれ、外側容器２０の内部を移動しながらアルミ発泡体１８と金属水素化物粒子３４から熱を吸収し、その後、放出口２５から出る。
【００１５】
図３は、図２の先行技術による貯蔵ユニット１８の横断面図である。
【００１６】
このような各種の先行技術の構造には、大きな欠点がある。
【００１７】
アルミ発泡体は、非常に高価である。その値段は一般に、金属水素化物の少なくとも３倍である。さらに、アルミ発泡体を利用するには、金属水素化物が微粉末の形態であって、発泡体の孔を有効に充填し、高い充填密度が達成されるようにすることが必要である。微粉末の生成により、工具に関する要求が高くなるため、材料生産コストが大幅に増大する。
【００１８】
仕切りは、シリンダの壁への応力を減らすことができても、これをなくすことはない。その結果、仕切りを有するシリンダの壁にかかる応力は依然として、気体水素によって発生される静水応力をはるかに超えうる。したがって、シリンダの壁は、このような力に抵抗するために、他の貯蔵タンクよりずっと厚くする必要がある。
【００１９】
除熱のために内部熱交換機を有する高断熱のシリンダを使用する場合の欠点は、たとえば３５０℃の熱を抽出するための安全な熱伝達流体にコストがかかる点である。入手可能な流体は一般に高価であり、空気中で自己着火する可能性があり、毒性が高い。
【００２０】
その上に、入手可能な流体の動作温度は一般に４００℃に制限され、これは、３〜５ｂａｒという限定された脱離圧力に関係し、それが今度は水素をユニットから放出できる速度を限定する。高温水素化物におけるより高圧での脱離を実現するためには、十分に高い温度が必要である。電気ヒータ素子を用いて、最高６００℃までの温度を実現できる。
【００２１】
先行技術に関する上記の論及は、情報が当業者の通常の一般的知見の一部であると認めるものではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の１つの態様は水素貯蔵ユニットを提供し、これは、
流体連通ポートと、
外側容器壁と、
流体連通ポートと流体連通する水素吸蔵材料のための内部区画であって、外側容器壁から離間されて、内部区画と外側容器壁との間に周辺空間を画定するような内部区画と、
を含む。
【００２３】
本発明の好ましい形態において、内部区画は周辺空間と流体連通し、流体連通ポートは、内部区画を貯蔵ユニットの外部と流体連通させて、水素貯蔵ユニットから水素を放出し、またそこに水素を取り込むための１つまたはそれ以上の流路を含む。流体連通ポートは、水素脱離中に周辺空間を少なくとも実質的に迂回するように構成される。放出中、周辺空間内の水素は、好ましくは静止しているか低速で移動して、水素吸蔵材料を外部から断熱する。
【００２４】
外側容器壁が、内部区画の中に収容された水素吸蔵材料によって発生される機械的応力から、実質的に機械的に隔離されることが好ましい。さらに、水素化物のサイクル中に生じる温度差によって誘発されるかもしれない熱膨張または収縮応力から容器を隔離することが好ましい。
【００２５】
貯蔵ユニットの内部区画は、水素吸蔵材料を収容するように構成される。このようなユニットによれば、外側容器は内部区画の少なくとも実質的部分を取り囲むか、または完全に収容し、かつ、それから離間されて、内部区画の周囲に周辺空間を画定してもよい。内部区画は、区画壁とエンドピースを含んでいてもよく、エンドピースは外側容器壁と係合して、内部区画を外側容器内に支持する。区画壁は、好ましくは円筒形であり、エンドピースは円錐形、切頭円錐形または半球形である。内部区画をエンドピースで支持することによって、内部区画と外側容器との間の中間構造構成要素をなくすことができ、それゆえ、内部区画内の水素吸蔵材料、外側容器および周辺の外部環境の間の熱伝導経路が減り、またはなくなる。
【００２６】
任意選択により、内部区画壁は実質的に円筒形であり、外側容器壁は内部区画を完全に取り囲む。外側容器は、内部区画を同心円状に取り囲む、実質的に円筒形の内壁を含み、環状の空間である周辺空間を画定してもよい。好ましくは、内部区画はエンドピースだけで外側容器内に支持される。それゆえ、外側容器壁と内部区画壁との間に構造的支持手段が不要となり、したがって、構造的支持手段を通って熱を伝導する直接的な経路がなくなる。本発明の１つの形態において、内部区画は水素取り込み中に内部区画の周囲の周辺空間と流体連通し、それによって周辺空間が加圧される。内部区画は流体連通ポート付近の位置で、好ましくはエンドピースを通じて周辺空間と流体連通する。流体連通は、内部区画のエンドピースの圧力均衡化ポートで行われてもよい。
【００２７】
本発明の他の形態によれば、周辺空間は内部区画から流体的に隔離される。周辺空間内の圧力を制御するために流体圧力装置を設置してもよい。たとえば、流体圧力装置は、前記水素放出中に周辺空間を真空化するように構成または制御されてもよい。
【００２８】
内部区画は主としてシートメタル、たとえば厚さ０．７５ミリメートルのステンレススチール（または、その他の水素適合材料、すなわち銅、アルミニウム等）で形成されてもよい。
【００２９】
水素吸蔵材料は、１つまたそれ以上の高温金属水素化物を含んでいてもよい。
【００３０】
前記水素放出中に水素吸蔵材料を加熱するために、加熱素子が設けられていてもよい。
【００３１】
本発明の第二の態様は水素貯蔵ユニットを提供し、これは、
流体連通ポートと、
水素吸蔵材料を収容するための内部区画と、
内部区画を取り囲み、内部区画の周囲に内部区画から隔離される周辺空間を画定する外側容器壁と、
周辺空間と連通する流体圧力装置と、
流体圧力措置を制御するコントローラと、
を含み、
コントローラは、
ｉ）水素脱離中に周辺空間内の圧力を下げて、内部区画を断熱し、
ｉｉ）水素吸収／吸着中に周辺空間内の圧力を上げて、熱を内部区画から外側容器壁へと伝導する
ように構成される。
【００３２】
本発明の第三の態様は、第一の態様と一致する水素貯蔵ユニットを提供し、
内部区画が少なくも１つの均圧ポートによって周辺空間に連結され、
流体連通ポートは、周辺空間を迂回して内部区画と流体連通する。
【００３３】
第一の態様と同様に、第二と第三の態様において、内部区画は区画壁とエンドピースを含んでいてもよく、エンドピースは外側容器壁と係合して、内部区画を外側容器内に支持する。区画壁は好ましくは円筒形であり、エンドピースは円錐形または頭切円錐形である。内部区画をエンドピースで支持することにより、内部区画と外側容器との間に中間構造構成要素が不要となり、それゆえ、内部区画内の水素吸蔵材料、外側容器および周辺の外部環境の間の熱伝導経路が減り、またはなくなる。
【００３４】
流体連通ポートは、水素貯蔵容器の上部で外側容器に入り、内部区画の上側エンドピースの開口部を通過する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】水素貯蔵ニットの概略的横断面図である。
【図２】水素貯蔵ユニットの軸方向断面図である。
【図３】図２の水素貯蔵ユニットの横断面図である。
【図４】本発明のある実施形態による水素貯蔵ユニットの側面図である。
【図５】図４の水素貯蔵ユニットの軸方向断面図である。
【図６】図５に示される軸方向断面図の端部の拡大図である。
【図７】本発明の他の実施形態による水素貯蔵ユニットの概略横断面図である。
【図８】水素貯蔵ユニットの、水素ギャップがない場合（ａ）とある場合（ｂ）のＦＥＡシミュレーションである。
【図９】水素貯蔵ユニットのＦＥＡシミュレーションであり、吸収／吸着のためにギャップ内の水素が７ｂａｒである場合（ａ）と、脱離のためにギャップ内の水素が１ｂａｒである場合（ｂ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
当然のことながら、本明細書で開示され、定義される本発明は、説明文または図面に示され、またはこれらから明らかとなる個々の特徴の２つ以上のすべての選択可能な組み合わせを含む。これらの異なる組み合わせのすべてが本発明の各種の選択可能な態様を構成する。
【００３７】
図４、図５、図６は、本発明のある好ましい実施形態を示す。水素貯蔵ユニット５０は、外側容器壁５２Ａを含み、内部区画５４Ａを担持し、そこには今度は、好ましくはＭｇＨ２の形態の水素吸蔵材料５６の集合が担持される。管状首部５８は、内部区画５４Ａの中に担持される水素吸蔵材料５６と連通する取り込み／放出用流路のための流体連通ポートを画定する。
【００３８】
外側容器壁５２Ａは実質的に円筒形であり、終端には外側にドーム型となった端６２と６４がある。電気接続箱５１がドーム型の端６４により担持される。水素貯蔵容器は一般に、支持手段７２を含む基底部５７と、電気加熱素子５５に電力を供給する接続箱５１の上で直立する。加熱素子は接続箱５１から延びるが、素子のうち、内部区画内に収容される部分だけがアクティブで、熱を供給する。
【００３９】
内部区画５４Ａもまた円筒形であり、外側容器５２Ａの中に同心円状に設置される。内部区画５４Ａの外側は、外側容器壁５２Ａの内面より約３ｍｍ小さく（半径で）、厚さ約３ｍｍの管状気体空間の形態の周辺空間６０が画定される。この実施形態において、周辺空間６０は水素で充填され、それゆえ、水素ギャップが形成される。
【００４０】
内部区画により、水素吸蔵材料が熱膨張および収縮しても、外側容器壁には無関係である。これによって、外側容器が受ける熱誘起応力の程度が低下して、外側容器の構造的不良の可能性を低減させる。
【００４１】
図７は、この構成の利点のいくつかを概略的に示す。周辺空間６０’は、内壁５４’を外壁５２’から機械的に隔離し、それによって内壁５４’は水素吸蔵材料の膨張によって発生される機械力と等しい、外側に向かう正味の膨張力を受ける。この応力は外壁５２’に伝えられず、それによって外壁５２’は静水圧と等しい、外側に向かう正味の力を受ける。
【００４２】
内部区画５４Ａは、内部区画壁５４とエンドピース６６、６８を含む。エンドピース６６、６８は、外側容器壁と係合して内部区画を外側容器内に支持する。係合は、内側ドーム型エンドピース６２に直接であっても、またはそれ自体がドーム型のエンドピース６２に固定される流体連通ポートとの連結を介してであってもよい。
【００４３】
区画壁は好ましくは円筒形であり、区画のエンドピースは円錐形または切頭円錐形である。内部区画を区画エンドピースで支持することによって、内部区画と外側容器との間の中間構造構成要素は不要となり、それゆえ、内部区画内５４Ａの水素吸蔵材料、外側容器７１および周辺の外部環境の間の熱伝導経路が減り、またはなくなる。
【００４４】
図のように、外側容器壁５２Ａは、区画５４Ａの実質的に全部を封入する。
【００４５】
流体連通導管５８Ａが流体連通ポート５８から水素貯蔵容器の上部で外側容器に入り、内部区画の上側エンドピース６２の開口部を通過する。流体連通導管５８Ａは区画５４Ａの内部と直接連通し、これによって水素を貯蔵ユニット５０の中に取り込み、そこから放出することができ、その際、周辺空間６０の中に担持される水素の擾乱はわずかにすぎない。
【００４６】
この実施形態において、流体連通導管５８Ａが連通する内部区画５４Ａの端を画定する上側区画エンドピース６６は均圧ポートを含み、これは、導管５８Ａと同心円状のピッチ円上で均等に離間された６つの小さな開口部７０の形態である。図のように、開口部７０は首部５８の付近にある。
【００４７】
水素を水素貯蔵ユニット５０から除去する間（脱離）、水素吸蔵材料は、内部区画内の加熱素子によって加熱される。それゆえ、流体連通ポート５８が開くと、水素は内部区画５４Ａからユニット５０の外へと流れる。周辺空間６０は開口部７０を介して内部区画５４Ａと連通し、それによって周辺空間６０内の圧力が低下する。
【００４８】
当業者であればわかるように、水素除去のために流体連通ポート５８が最初に開かれ、水素吸蔵材料が加熱されて水素を脱離するとき、周辺空間６０から開口部７０を通じて放出口５０に向かう水素の初期流があるかもしれないが、その後、除去／脱離中、周辺空間内の水素は多かれ少なかれ静止している。このような低圧水素の充満した周辺空間は、水素吸蔵材料５６を外側容器壁５２とユニットの外部から断熱するために有益な、効果的な断熱材であることがわかっている。これは、水素除去／脱離中の熱損失を低減させ、加熱素子５５によって供給される必要のある熱の量を減少させるのに有益である。
【００４９】
ユニット５０は、流体連通ポート５８に加圧した水素を供給することによって充填され、これによって水素は内部区画５４Ａ内に取り込まれる。取り込まれた水素は、水素吸蔵材料５６によって吸収／吸着される。水素の吸収／吸着は発熱性であるため、取り込み／吸収／吸着中、ユニット５０は、水素吸蔵材料５６が水素を吸収／吸着する際の反応熱によって加熱される。前述のように、この熱を消散させて、水素吸蔵材料５６がその有効な動作温度範囲内に保持されるようにすることが重要である。
【００５０】
図の実施形態によれば、水素が圧力下で流体連通ポート５８を通じて容器５０の中に供給されるため、水素は内部区画５４Ａから、開口部７０を通じて周辺空間６０の中へと流れる。したがって、取り込み／吸収／吸着中、周辺空間６０は高密度に加圧された水素で占められ、有効な熱導体を形成する。それゆえ、取り込み／吸収／吸着中、周辺空間は水素吸蔵材料５６から外側容器５２に、そして今度はその外部へと有効に熱を伝導して、熱を消散させる。
【００５１】
もちろん、開口部７０は不可欠ではない。本発明の他の実施形態によれば、周辺空間６０は内部区画５４Ａから流体的に隔離され、それによって周辺空間６０と内部区画５４Ａは異なる圧力に保持されてもよい。この実施形態によれば、図９に示されるように、流体圧力装置、たとえば容積式圧縮機を、周辺空間６０’内の圧力を制御するために使用してもよい。コントローラ７４は、周辺空間６０’内の圧力を制御するように流体圧力装置７３を駆動して、所望の程度の断熱を実現するように構成される。たとえば、コントローラ７４と流体圧力装置７３は、除去／脱離中には周辺空間６０’内の圧力を下げて断熱性を高めて、熱損失を減少させてもよい。実際に、流体圧力装置７３とコントローラ７４は、断熱性を高めるために、すなわち陰圧を供給することによって、周辺空間を真空化するように構成されてもよい。流体圧力装置７３とコントローラ７４は、一体化されていてもよい。あるいは、これらはある程度の距離で分離されていてもよい。コントローラ７４は接続箱５１内に取り付けられてもよい。
【００５２】
取り込み／吸収／吸着中、流体圧力装置７３とコントローラ７４は一般に、周辺空間６０’の中の圧力を高めて、熱伝達を改善する。
【００５３】
本発明の変形には、以下のような用途がある。
・  圧縮ガスＭＣＰの交換用固体水素シリンダパック
・  出荷用コンテナに含められる固体水素貯蔵システム
・  廃熱回収のために高温燃料電池と接合される固体水素貯蔵システム
・  廃熱利用のために内燃機関と接合される水素貯蔵システム
・  燃料補充用水素貯蔵システム
・  ＰＥＭ燃料電池用水素貯蔵システム
本発明の有効性を説明するために、図８は、水素貯蔵ユニットの、水素ギャップがない場合（Ａ）と、ある場合（Ｂ）との有限要素解析シミュレーションを示す。エアギャップを持たないユニットでは、外壁に最も近い材料において冷却効果が明らかに顕著である。これに対して、水素ギャップのあるユニットでの冷却効果は有意に低い。
【００５４】
薄いギャップでも、水素層の縁辺とシリンダの壁との間に大きな温度差を生じさせることができる。これによって、水素層は中心から周囲に向かって２０℃未満の温度勾配で動作でき（たとえば、Ｔｃｅｎｔｅｒ＝３７０℃、Ｔｉｎｎｅｒ  ｗａｌｌ＝３６０℃）、その一方で、外壁ははるかに低い温度の２５０℃で動作する。
【００５５】
最後に、ギャップ内の水素圧は、吸収／吸着と脱離との間で変化させて、要求に適合するように熱伝達を偏らせることができる。吸収／吸着では、層と壁との間の良好な熱伝達が必要であり、水素圧力を高くして、伝導率を大きくするべきである。これに対して、熱損失が望ましくない脱離中は、圧力をずっと下げるか真空として、層と外壁との間の熱伝導率を最小限に抑えることができる。キャップ内の水素圧の効果が図９に示されており、これは水素貯蔵ユニットの有限要素解析シミュレーションであり、吸収／吸着時にギャップ内の水素が７ｂａｒで、熱流束がはるかに大きい場合（ａ）と、脱離時にギャップ内の水素が１ｂａｒである場合（ｂ）とを示している。
【００５６】
層と壁との間の水素充填ギャップは当然、より高い圧力が望ましい吸収／吸着中には加圧される。より高圧の水素は、層からユニットの外壁へと熱をよく伝導し、そこでは外部冷却システムが熱を抽出できる。
【００５７】
層と壁との間の水素充填ギャップは当然、より低い圧力が望ましい脱離中には減圧され、または時には真空化される。より低圧の水素／真空は、層とユニットの壁との間でよく断熱して、熱損失を最小に抑える。
【００５８】
ギャップの加圧と減圧は受動的として、吸収／吸着および脱離時のユニットの圧力変化に追従させることができる。あるいは、ギャップを金属水素化物層から隔離し、したがって層の圧力を変えることができる。これによって、陽圧での脱離中はギャップ内部を真空とすることも、ギャップ内の水素圧をはるかに高くして、低圧で吸収／吸着を行うことも可能となるであろう。
【００５９】
当然のことながら、本明細書中で開示され、定義された本発明は、説明文または図面に示され、これらから明らかとなる個々の特徴のすべての選択可能な組み合わせを含む。これらの異なる組み合わせのすべてが、本発明の各種の選択可能な態様を構成する。
【図１】
2013520620.tif 000003
【図２】
2013520620.tif 000004
【図３】
2013520620.tif 000005
【図４】
2013520620.tif 000006
【図５】
2013520620.tif 000007
【図６】
2013520620.tif 000008
【図７】
2013520620.tif 000009
【図８（Ａ）】
2013520620.tif 000010
【図８（Ｂ）】
2013520620.tif 000011
【図９（Ａ）】
2013520620.tif 000012
【図９（Ｂ）】
2013520620.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月24日(2011.6.24)
【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】
水素貯蔵ユニットであって、
流体連通ポートと、
外側容器壁を含む外側容器と、
前記流体連通ポートと流体連通する、水素吸蔵材料のための内部区画であって、前記外側容器壁から離間されて、前記内部区画と外側容器壁との間に周辺空間を画定するような内部区画と、
を含み、
前記内部区画が前記周辺空間と流体連通している水素貯蔵ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が前記水素吸蔵材料を収容し、前記外側容器が前記区画の少なくとも実質的部分を取り囲み、かつそこから離間されて、前記周辺空間を画定する水素貯蔵ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が区画壁とエンドピースを含み、前記エンドピースが前記外側容器壁と係合して、前記内部区画を前記外側容器内に支持する水素貯蔵ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が前記エンドピースだけで前記外側容器内に支持される水素貯蔵ユニット。
【請求項５】
請求項３または４に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記流体連通ポートが、前記周辺空間を少なくとも実質的に迂回するように構成される水素貯蔵ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が、前記流体連通ポート付近の位置において前記周辺空間と流体連通する水素貯蔵ユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が実質的に円筒形であり、前記外側容器が前記区画の実質的に全部を取り囲み、実質的に円筒形の内部を有し、それによって前記周辺空間が管状の空間となる水素貯蔵ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記水素吸蔵材料が１つまたはそれ以上の高温金属水素化物を含む水素貯蔵ユニット。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記水素吸蔵材料を加熱して、前記水素吸蔵材料から水素を脱離するための少なくとも１つの加熱素子をさらに含む水素貯蔵ユニット。
【請求項１０】
請求項９に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記加熱素子が電気加熱素子を含む水素貯蔵ユニット。
【請求項１１】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記流体連通ポートと流体連通する、水素吸蔵材料のための内部区画であって、前記外側容器壁から離間されて、前記内部区画と外側容器壁との間に周辺空間を画定するような内部区画、
前記内部区画の周囲の前記周辺空間が前記内部区画から流体的に隔離され、前記水素貯蔵ユニットが、
前記周辺空間と連通する流体圧力装置と、
前記流体圧力装置を制御するコントローラと、
をさらに含み、
前記コントローラが、
ｉ）水素離脱中には前記周辺空間内の圧力を下げて、前記内部区画を断熱し、
ｉｉ）水素吸収／吸着中には前記周辺空間の圧力を上げて、前記内部区画から前記外側容器壁へ熱を伝導する
ように構成されている水素貯蔵ユニット。
【請求項１２】
請求項１１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が区画壁とエンドピースを含み、前記エンドピースが前記外側容器壁と係合して、前記内部区画を前記外側容器内に支持する水素貯蔵ユニット。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記コントローラが、前記水素貯蔵ユニットから水素を除去する間は、前記周辺空間を真空化するように構成されている水素貯蔵ユニット。
【請求項１４】
請求項１に記載の水素貯蔵ユニットにおいて、
前記内部区画が、少なくとも１つの均圧ポートによって前記周辺空間に連結され、前記流体連通ポートが前記周辺空間を迂回して前記内部区画と流体連通する水素貯蔵ユニット。
【国際調査報告】
2013520620.tif 000014
2013520620.tif 000015
2013520620.tif 000016