(57)【要約】  本発明は、可逆的な水素吸蔵／放出反応を用いて、水素を貯蔵し取り出すためのタンクに関するものである。上記タンクは断熱されたチャンバーから成り、当該断熱されたチャンバーは、ハイドライド形態で水素を貯蔵するための複数の要素（２）を含み、各要素は、ガス状水素との交換のための少なくとも１つの面と、少なくとも１つの熱交換面とを有し、当該断熱されたチャンバーは、さらに、可逆的な水素吸蔵／放出反応に伴う熱を保持し、放出するための複数の熱貯蔵要素（３）を含むことを特徴とする。
2013505405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可逆的な水素吸蔵／水素放出反応を用いて水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
断熱されたチャンバーから成り、
当該チャンバーは、
複数の水素貯蔵要素（２）をハイドライド形態で含み、各水素貯蔵要素は、少なくとも１つのガス状水素交換面と、少なくとも１つの熱交換面とを有し、
さらに、当該可逆的な水素吸蔵／水素放出反応に伴う熱を保持し、取り出すための複数の熱貯蔵要素（３）を含む
ことを特徴とするタンク。
【請求項２】
請求項１に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記熱貯蔵要素（３）の少なくとも１つと、上記水素貯蔵要素（２）の少なくとも１つとの交換面は、上記水素貯蔵物質（２）の１つの交換面を有する
ことを特徴とするタンク。
【請求項３】
請求項１に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記水素放出に必要な熱エネルギーは上記熱貯蔵要素（３）によって供給され、上記タンクは、熱損失を補うため以外には、何ら外部熱入力手段を伴わない
ことを特徴とするタンク。
【請求項４】
請求項１に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
断熱されたチャンバー（２０）から成り、
当該チャンバー（２０）は、
少なくとも１つの水素不透過カートリッジを含み、当該チャンバー内で、当該カートリッジは、それぞれ、複数の水素貯蔵要素（２）を含み、各水素貯蔵要素（２）は、少なくとも１つの水素交換面と、少なくとも１つの熱交換面とを有し、
当該カートリッジは、上記水素の循環のための少なくとも１つの導管によって連結されている
ことを特徴とするタンク。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
公称動作温度は２８０℃以上であり、
上記熱貯蔵物質（３）は相変化物質を含む
ことを特徴とするタンク。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記相変化物質は金属合金から成る
ことを特徴とするタンク。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記相変化物質はマグネシウムおよび亜鉛をベースとする合金とから成る
ことを特徴とするタンク。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記相変化物質は塩から成る
ことを特徴とするタンク。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記水素貯蔵物質は、固形ブロックを形成するよう加圧されたハイドライドのペレットから成る
ことを特徴とするタンク。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
少なくとも幾つかの上記熱貯蔵物質（３）は、上記水素に対する障壁として機能し、上記熱貯蔵物質と上記水素とによって発生される温度および腐食に対して耐性のある、熱伝導物質から形成されるケーシングに含まれる
ことを特徴とするタンク。
【請求項１１】
請求項１０に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記熱貯蔵要素（３）は、上記相変化物質に埋め込まれるスペーサ（４３）を含む
ことを特徴とするタンク。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
少なくとも幾つかの上記水素貯蔵要素は、上記水素に対する障壁として機能し、上記熱貯蔵物質によって発生される温度および腐食に対して耐性のある、熱伝導物質から形成されるケーシングに含まれる
ことを特徴とするタンク。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記ケーシングの表面は突起を有し、当該突起は、上記熱要素と、前面に隣接する水素貯蔵要素との間のスペーサを形成する。
ことを特徴とするタンク。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
水素貯蔵要素（２）と熱貯蔵要素（３）との同軸の交互の配列を含む
ことを特徴とするタンク。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記熱貯蔵要素（３）と上記水素貯蔵要素（２）とは、円盤状の平板な体積である
ことを特徴とするタンク。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記熱貯蔵要素（３）と上記水素貯蔵要素（２）とは、円環状の平板な体積である
ことを特徴とするタンク。
【請求項１７】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記熱貯蔵要素（３）と上記水素貯蔵要素（２）とは、横断多角形断面を有する平板な体積である
ことを特徴とするタンク。
【請求項１８】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記熱貯蔵要素（３）と上記水素貯蔵要素（２）とは、管状である
ことを特徴とするタンク。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記水素貯蔵要素（２）はディフューザ（８）に挿入されており、当該ディフューザ（８）は熱伝導物質から成り、ハイドロゲン供給路を有する
ことを特徴とするタンク。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記水素貯蔵要素（２）は、熱損失を補うことに出力が限られている熱源から供給される伝熱物質を含むスペーサによって表面を隔てられている
ことを特徴とするタンク。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
複数のカートリッジから成り、
当該カートリッジは、それぞれ、交互に配列された水素貯蔵要素と熱要素とによって形成される積層体を含み、
当該タンクは、断熱された外部ケーシング（２０）を含み、
当該タンク内で上記ケーシングは単一の水素導管によって貫かれており、
各カートリッジは単一の水素導管が供給されている
ことを特徴とするタンク。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
管状チャンバーから成り、
当該チャンバーは、水素供給用開口部を有し、内部の水素の循環量を規定し、
当該チャンバー内には、交互に並んだ貯蔵要素と熱要素との積層体が設置されおり、
当該貯蔵要素と当該熱要素とは少なくとも１つのバネによって一緒に加圧されている
ことを特徴とするタンク。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか１項に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
少なくとも１つの水素貯蔵要素と、伝熱流体の通過を可能にする少なくとも１つのスペーサとから成るモジュールを含み、
当該水素貯蔵要素と当該スペーサとは熱によって連動している
ことを特徴とするタンク。
【請求項２４】
請求項９に記載の、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクであって、
上記水素貯蔵要素と上記熱交換要素とは平面形状であり、水素供給管が通るための、少なくとも１つの貫通開口部を有する
ことを特徴とするタンク。
【請求項２５】
請求項１に記載のタンクであって、
上記ハイドライドペレットは円環状で密閉されており、
溶解によって予備形成された、密閉された円環状の相変化合金カプセルが、当該ハイドライドペレットの間に配置されている
ことを特徴とするタンク。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１項に記載のタンクであって、
上記水素吸蔵／水素放出の間に外圧と均衡し、上記熱貯蔵物質の融解後の大きな圧力を支えるために、上記熱貯蔵物質カプセルに微量の超過体積が備えられている
ことを特徴とするタンク。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１項に記載のタンクであって、
上記熱貯蔵物質の体積は、上記カプセルの壁の両側の圧力差を、上記カプセルの力学的特性および熱特性に適合させるように、調整されている
ことを特徴とするタンク。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか１項に記載のタンクであって、
排流システムが上記熱貯蔵物質カプセルにつながれ、
当該排流システムは、上記ハイドライドペレットを急速に冷却するために、融解した熱貯蔵物質を流すことができ、上記ハイドライドペレットが放出されるのを防ぐ
ことを特徴とするタンク。
【請求項２９】
請求項１に記載のタンクであって、
上記ハイドライドペレットは、円環状であり、密閉されており、密閉された円環状の熱貯蔵物質カプセルが、上記ハイドライドペレットの間に配置されている
ことを特徴とするタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を貯蔵し放出する技術分野と、水素と相互作用する多孔性成分を組み込み、メタルハイドライドを可逆的に形成する技術分野とに関するものである。
【０００２】
例えばマグネシウムの、水素吸蔵／水素放出反応は、温度に依存する。水素吸蔵反応は発熱反応であり、水素放出反応は吸熱反応である。
【０００３】
この原理を利用すれば、水素を気体でも液体でもなく固体の形で貯蔵することによってタンク処理中の爆発の危険性を大きく低下させるタンクを製造することができる。
【０００４】
上記タンクは、特に、燃料電池または熱機関に水素を供給することが意図されている。
【０００５】
上記タンクは、また、水素吸蔵反応の間に熱を貯蔵することまたは取り込むことを可能にし、水素放出反応の間に熱を放出することを可能とする。
【背景技術】
【０００６】
国際特許出願ＷＯ  ９７３６８１９には、水素貯蔵媒体を保持するオープンセルを有する熱伝導マトリックスが収容された受容体を含む、再補給可能な貯蔵装置が提案されている。
【０００７】
複数の分割要素が上記受容体を複数のチャンバーへと区分する。上記水素貯蔵媒体は、全てではなく、一部の特定のチャンバーを満たしている。上記マトリックスのオープンセル構造は、上記水素貯蔵媒体が、上記チャンバーのセルの間を移動することを可能にする。
【０００８】
米国特許出願ＵＳ  ２００９  １５５６４８には、メタルハイドライドを利用する自動車用貯蔵タンクが記載されている。
【０００９】
国際特許出願ＷＯ ２００７ １０１１４７６には、管状コンテナを含む水素貯蔵タンクが記載されている。上記管状コンテナ内にセルが配置され、各セルは複数の扇形をした小さな受容体から構成され、当該受容体はそれぞれメタルハイドライド粉を含んでいる。
【００１０】
仏国特許ＦＲ  ２９２４７８７もまた水素貯蔵タンクを提案している。上記発明は少なくとも１つの固体から成り、当該固体はメタルハイドライドとマトリックスとを含む圧縮材料によって形成されている。上記マトリックスは膨張黒鉛によって形成され、上記メタルハイドライドはマグネシウムハイドライド、またはマグネシウム合金ハイドライドである。上記タンクは、上記コンテナ内に積層方向に従って積み重ねられた複数の固体を含む。各固体はペレット状であり、上記コンテナ内に保持され、上記コンテナの内側表面と各固体との間に環状のスペースが設けられている。上記タンクは熱交換器を含み、当該熱交換機は、伝熱流体のための導管システムを少なくとも１つ有し、上記コンテナ内に延びている。上記タンクはまた、上記導管システムに、上記固体と交互に通されている金属板と、上記導管システムに、当該金属板と交互に通されている環状スペースとを含む。各固体はスペーサに通されている。上記導管システムは、伝熱流体の供給管および排出管を含み、当該供給管および排出管は略同軸である。
【００１１】
上記タンクはまた、複数の固体を通って伸びている固体加熱要素を含む。
【００１２】
先行技術としては、特許出願ＵＳ  ２００１  ０３５２８１も挙げられる。この文献には、水素が透過することのできる周面によって隔てられた２つのモジュールを有する円筒形の二重スキン層を含む水素貯蔵タンクが記載されている。上記円筒型水素貯蔵管は、ハイドロゲン物質粉を含む複数の水素貯蔵セルを統合する構造を含む。水素は、伝熱流体から来る供給熱による分離によって、生成される。
【００１３】
米国特許ＵＳ  ４２７０３６０には、２枚の平行するプレートが備え付けられたタンクを含む水素貯蔵装置が記載されている。上記プレートは当該タンクの内壁に取り付けられている。加熱要素と冷却要素とが上記多孔性プレートの間に挿入される。加熱要素と冷却要素とは所定の距離に離されている。水素貯蔵物質は、上記プレートと、上記発熱要素および上記冷却要素との間に設置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の様々な解決策は、外部の熱エネルギー源を必要とするという不利な点を有する。
【００１５】
特に、米国特許ＵＳ  ２００１  ０３５２８１、またはＵＳ ４２７０３６０では、水素放出を発生させるための外部エネルギー源を、特に当該放出のための発熱源および冷却源が必要とされる。従って、上記解決策は自己完結的な貯蔵タンクを製造することができず、製造コストが高い。
【００１６】
上記の不利な点は、下記の場合に、さらにより望ましくない。すなわち、上記水素貯蔵物質が、３００℃のオーダーの高い動作温度と、貯蔵される水素１キログラム当たり３千６百万ジュール（１０キロワット時）以上の反応エンタルピーとを伴う、マグネシウムハイドライド類に属する場合である。従って、上記先行技術の特許が提案する解決策は、上記反応熱に対し適当でない。
【００１７】
さらに、上記先行技術の解決策において、上記タンクは下記の複数の流体連結を備えなくてはならない。すなわち、一つは水素の吸排口のための流体連結であり、もう一つは伝熱流体の導入のための流体連結であり、さらに当該伝熱流体の排出のための流体連結である。
【００１８】
特許ＦＲ  ２９２４７８７に記載されている解決策は、下記の別の不利な点を有する。すなわち、上記管は相変化物質（熱貯蔵物質）の中に浸されているので、垂直に配置する必要があり、この結果、体積が大きくなる。
【００１９】
これは、充填および取出しに対して十分な速さが求められる場合、水素貯蔵量が制限されることを意味している。
【００２０】
実際、交換面が少ないことにより、水素吸蔵／水素放出によって反応するガス状水素と多孔性物質との相互作用は相対的に低い。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本出願に係る発明は、重量およびコストの点において最適化された装置における上記物質の実施に関するものである。
【００２２】
本発明の目的は、水素貯蔵システムを、マグネシウムハイドライド、または、より経済的で実用的な同種の他の金属および合金の形態で、製造することである。
【００２３】
上記目的のため、本発明は、水素化する各ハイドライドペレットまたは各金属ペレットに熱貯蔵物質タンクを連結することからなり、または、より詳細には、当該ハイドライドペレットを密閉された単位タンクと交互に配置することからなる。
【００２４】
本発明は、より一般的に説明すれば、可逆的な水素吸蔵／水素放出反応によって、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクに関するものであって、断熱されたチャンバーを構成要素とし、当該断熱されたチャンバーは、ハイドライド形態の複数の水素貯蔵要素を含み、当該水素貯蔵要素は、それぞれ、少なくとも１つのガス状水素交換面と、少なくとも１つの熱交換面とを有し、当該断熱されたチャンバーはまた、可逆的な水素吸蔵／水素放出反応に伴う熱を保持し、放出するための複数の熱貯蔵要素３を含むことを特徴とする。
【００２５】
より有利には、少なくとも上記熱貯蔵要素３の１つと、上記水素貯蔵要素２の１つとの交換面は、上記水素貯蔵要素２の１つに交換面を有する。
【００２６】
上記水素放出に必要とされる熱エネルギーは、その場で、上記熱貯蔵要素によって供給され、上記タンクは、熱損失を補うため以外には、何らの外部熱入力手段を伴わないことが望ましい。
【００２７】
「熱損失」という語は、本発明において、タンクの断熱不備に関する損失と、入ってくる水素と出ていく水素との温度差に関する熱の流れとを指す。上記熱損失は、先行技術とは異なり、水素吸蔵／水素放出反応に必要とされるエネルギーを含まない。
【００２８】
例えば、５キログラムの水素を貯蔵するのに、上記断熱不備に関する熱損失は１キロワットのオーダーである。一方、水素充填に関する熱損失は、温度３０℃でタンクに水素を入れる場合、貯蔵水素１キログラムあたり４．３５メガジュールのオーダーである。
【００２９】
従って、総損失は、上記反応の総エンタルピーの５％以下である。
【００３０】
本発明に従うタンクの動作に必要とされるエネルギーは、従って、上記先行技術の解決策が必要とする熱入力の２０分の１以下である。
【００３１】
より有利には、上記タンクは、複数のカートリッジを含むチャンバーから成り、当該カートリッジは、それぞれ、複数の水素貯蔵要素を含み、各水素貯蔵要素は、少なくとも１つの水素交換面と、少なくとも１つの熱交換面とを有し、上記カートリッジ同士は、上記水素の循環のための少なくとも１つの導管によって連結されている。
【００３２】
望ましい実施形態に従えば、公称動作温度は２８０℃以上であり、上記熱貯蔵要素は相変化物質を含む。
【００３３】
別の実施形態に従えば、上記相変化物質は金属合金から成る。
【００３４】
より有利には、上記相変化物質は、マグネシウムおよび亜鉛をベースとする合金である。
【００３５】
別の実施形態に従えば、上記相変化物質は塩から成る。
【００３６】
より有利には、上記水素貯蔵物質は、固体ブロックを形成するよう加圧されたハイドライドのペレットから成る。上記解決策は、上記熱貯蔵要素との熱交換を、粉末物質を組み込む上記先行技術と比較して改善することができ、上記タンクの商業生産を単純化することができる。実際、粉末物質は、その発火性から取り扱うのが危険である。上記別の実施形態に従う解決策は、特に、安全に扱うことのできる、円盤状、または円環状、または角柱状の固形ペレットを生産することができる。
【００３７】
上記装置は、たとえ熱交換が放射状にのみ発生しても、上記ペレットの両方の面で熱交換が可能であるという、主たる優位な点を有する。
【００３８】
上記構成によれば、上記カプセル内の圧力を調整でき、上記熱貯蔵物質と上記カプセルの壁との接触が最大の状態で、つまり上記ハイドライドが上記熱貯蔵物質と対向する状態で、残余体積を極めて少なくすることができる。本発明の結果、上記基本ハイドライドタンクを水平に配置することが可能となり、当該アセンブリ全体を問題なく移動することができる。
【００３９】
本発明は、種々の実施形態に関係する。特に、上記タンクは、単一カートリッジの形態で、または、モジュラータンクを形成するチャンバー内で組み合されるカートリッジのセットとして、製造することができる。
【００４０】
この後者の実施形態に従えば、水素を貯蔵し、取り出すためのタンクは、複数のカートリッジを含むチャンバーから成り、当該カートリッジは、それぞれ、複数の水素貯蔵要素含み、当該水素貯蔵要素は、それぞれ、少なくとも１つの水素交換面と、少なくとも１つの熱交換面とを有し、当該カートリッジ同士は、少なくとも上記水素の循環のための１つのダクトによって連結されていることに特徴がある。
【００４１】
本解決策は、基本タンクを形成する標準的カートリッジを用いて、予定される特定の必要性に応じた容量を持ったタンクを可能にする。
【００４２】
第１の実施形態に従えば、上記タンクはまた、可逆的な水素吸蔵／水素放出反応に伴う熱を保持し、放出するための、複数の熱貯蔵要素を含み、当該熱貯蔵要素は、それぞれ、当該水素貯蔵要素の１つと交換を行うための少なくとも１つの面を有する。
【００４３】
上記貯蔵要素は、水素吸蔵／水素放出反応の間に生成される熱を、外部エネルギーの供給無しに、受動的な方法で吸収および放出することを確実にする。
【００４４】
前述までの実施形態と相互排他的でない別の実施形態に従えば、上記タンクはまた、複数の熱交換要素を含み、当該複数の熱交換要素は、上記可逆的な水素吸蔵／水素放出反応に伴う熱の外的な保持および放出のための伝熱流体の循環によって動作し、当該熱交換要素は、それぞれ、上記水素貯蔵要素の１つと交換を行うための少なくとも１つの面を有する。
【００４５】
本実施形態は、水素吸蔵／水素放出反応の間に生成される熱の吸収および放出を確実なものとすることができ、任意に、超長期間貯蔵のための熱損失を補うことができる。
【００４６】
第１の変形例に従えば、少なくとも幾つかの上記熱要素がケーシングに含まれ、当該ケーシングは熱伝導物質から成り、当該熱伝導物質は上記水素に対する障壁として機能し、上記熱貯蔵物質と上記水素とによって発生される熱および腐食に対して耐性を有する。
【００４７】
より有利には、上記熱貯蔵要素は、上記相変化物質に埋め込まれるスペーサを含む。上記スペーサは、上記カプセルを強固にし、加圧時に上記カプセルが潰れるのを防ぐ。水素吸蔵中、上記相変化物質は融解し、その力学的強度を失う。上記スペーサは、上記カプセルの形状を保持することができ、良好な熱伝導率を維持することができる。
【００４８】
第２の変形例に従えば、少なくとも幾つかの上記水素貯蔵要素がケーシングに含まれ、当該ケーシングは熱伝導物質から成り、当該熱伝導物質は上記水素に対する障壁として機能し、上記熱貯蔵物質によって発生される熱および腐食に対して耐性を有する。
【００４９】
或る実施例に従えば、上記ケーシングの表面は突起を有し、当該突起は、上記熱要素と、前面に隣接する水素貯蔵要素との間のスペーサを形成する。
【００５０】
詳細な実施形態に従えば、上記タンクは、水素貯蔵要素と熱貯蔵要素とが交互に並ぶ同軸の配列を有する。この別の実施形態は単一であってもよく、つまり、並置された水素貯蔵要素と熱貯蔵要素との１つのペアの交互の配列でもよいし、または複数でもよい。つまり水素貯蔵要素と熱貯蔵要素との交互の配列であればよい。
【００５１】
第１の実施形態に従えば、上記熱貯蔵要素と上記水素貯蔵要素とは、円盤状の平板な体積である。「平板」という語は、円盤状水素貯蔵要素の厚みが、環状面の横断面に比べて小さいことを意味する。
【００５２】
第２の実施形態に従えば、上記熱貯蔵要素と上記水素貯蔵要素とは、円環状の平板な体積である。
【００５３】
第３の実施形態に従えば、上記熱貯蔵要素と上記水素貯蔵要素とは、管状である。
【００５４】
上記熱貯蔵要素と上記水素貯蔵要素とは、熱伝導物質から成り、水素供給路を有するディフューザが挿入されていることが望ましい。
【００５５】
詳細な別の実施形態に従えば、上記タンクは、水素貯蔵要素と熱要素との交互の配列によって形成されている積層体を含む、少なくとも１つのカートリッジから成り、上記タンクは断熱された外部ケーシングを含んでいる。
【００５６】
より有利には、上記カートリッジは管状チャンバーから成り、水素供給用開口部を有し、内部の水素循環量を規定し、当該管状チャンバー内に、水素貯蔵要素と熱要素との交互の配列である積層体が配置され、当該水素貯蔵要素と当該熱要素とはともに、少なくとも１つのバネによって加圧されており、当該バネは、上記チャンバーの内側表面と、上記積層体の最終要素の表面との間に設置されている。
【００５７】
別の実施形態に従えば、上記水素貯蔵要素と上記熱交換要素とは平面形状であり、水素供給管が通るための、少なくとも１つの貫通−開口部を有する。
【００５８】
詳細な別の実施形態に従えば、上記ハイドライドペレットは円環状で、密閉されており、溶解によって予備形成された、密閉された円環状の相変化合金カプセルが、当該ハイドライドペレットの間に配置されている。
【００５９】
上記水素吸蔵／水素放出の間に外圧と均衡し、上記熱貯蔵物質の融解後の大きな圧力を支えるために、上記熱貯蔵物質カプセルに微量の超過体積が備えられていることが望ましい。
【００６０】
より有利には、上記熱貯蔵物質の体積は、上記カプセルの壁の両側の圧力差を、上記カプセルの力学的特性および熱特性に適合させるように、調整されている。
【００６１】
別の実施形態に従えば、排流システムが、上記熱貯蔵物質カプセルにつながれ、上記当該排流システムは、上記ハイドライドペレットを急速に冷却するために、融解した熱貯蔵物質を流すことができ、上記ハイドライドペレットが放出されるのを防ぐ。
【００６２】
別の実施形態に従えば、上記ハイドライドペレットは、円環状であり、密閉されており、密閉された円環状の熱貯蔵物質カプセルが、上記ハイドライドペレットの間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
本発明は、本発明の非限定的実施例に関する添付の図面を参照する、以下の記載の観点において、より良く理解されるであろう。
【図１】本発明を実施するための基本貯蔵モジュールの実施形態の第１の例を示している。
【図２】複数のペレットと複数の熱貯蔵物質カプセルとを含むカートリッジを示している。
【図３】ディフューザの一例を示している。
【図４】複数のカートリッジを含むタンクの縦方向の断面図を示している。
【図５】複数のカートリッジを含むタンクの横方向の断面図を示している。
【図６】第２の実施形態に従うカートリッジの断面図を示している。
【図７】第２の実施形態に従う基本的モジュールの断面図を示している。
【図８】さらに別のカートリッジを示している。
【図９】ディフューザを１つ組み込んでいる、さらに別の例を示している。
【図１０】ディフューザを３つ組み込んでいる、さらに別の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、本発明に従う貯蔵タンクを実施するための、基本水素貯蔵モジュールの断面図を示している。
【００６５】
上記基本モジュールはペレット１から成る。ペレット１は、水素貯蔵物質から成り、水素吸蔵／水素放出することで反応し、温度および圧力に応じてガス状水素を吸収または放出する。
【００６６】
上記物質は、記載例では、マグネシウムハイドライド、またはマグネシウムハイドライド合金と、下記の金属とから成る。すなわち、高発熱ハイドライドを形成することができ、ベース合金の形態で、黒鉛が加えられ、粒度の非常に細かい粉末物質を形成する金属である。ここで、上記粉末物質は、圧力を加えると、固形ペレットを形成する。
【００６７】
上記水素貯蔵ペレットは、下記の特性に従う、ＭｇｘとＢｙとＭｚとＨｎとの一般的な配合を伴う、他の組合せによって製造することもできる。すなわち、
ｘ／ｙの比は、０．１５から１．５の間の値である。
【００６８】
ｚは、０．００５から０．３５の間の値である。
【００６９】
ｘ＋ｙ＋ｚは、１に等しい。
【００７０】
Ｍは、ＳｃとＴｉとＶとＣｒとＭｎとＦｅとＣｏとＮｉとＣｕとＺｎとのグループの中の、少なくとも１つの金属を表している。
【００７１】
ｎは、４ｙ以上である。
【００７２】
上記水素貯蔵ペレット１は、熱タンク２を形成するワッシャーに連結されている。上記ワッシャーは熱貯蔵を確保する相変化物質を含んでいる。上記熱貯蔵において、固体相から液体相への変化が水素吸蔵反応によって放出される熱を吸収し、水素放出反応の間、当該相変化とは逆の変化の過程が当該熱を放出する。
【００７３】
上記相変化物質は、例えば、マグネシウムおよび亜鉛の合金である。
【００７４】
熱伝導物質から成るスペーサ３は、上記相変化物質中に挿入される。上記スペーサは、上記熱貯蔵物質を含むケーシングに加わる圧力への力学的耐性を確保する。
【００７５】
上記熱貯蔵物質は、記載例では、上記ペレットに接する、密閉されたカプセルの中に納められている。
【００７６】
上記カプセルは、円水盤形容器４を加締めることで生成され、円水盤形容器４の平底面５は管状ベルト６に取り囲まれている。スペーサ４３を挿入し、相変化物質２を流し込んだ後、第２加締め部７は、上記円水盤形容器４を閉じる。
【００７７】
カバー７は、上記メタルハイドライドペレット２の窪みと相補的な形状の、表面の窪みを有しており、熱交換を促進する。
【００７８】
上記ガス状水素と上記ペレット２との間の交換が可能となるよう、ディフューザ８が、ペレット２の少なくとも１つの表面に配置されている。上記ディフューザは放射状の流路を有する。当該流路によって、ペレット２と熱貯蔵要素３とを含むチェンバー内のガス状水素が、ペレット２の表面上で拡散することが可能となる。
【００７９】
上記構成はまた伝熱流体の利用も可能とする。上記伝熱流体は、熱損失を補うためのものであり、上記水素吸蔵反応のために必要な熱投入を供給するためのものではない。
【００８０】
上記熱貯蔵物質は、ケーシング内で融解し、円環状またはワッシャーの形で凝固する。凝固時の上記熱貯蔵物質の体積は、上記熱貯蔵物質を収容するためのカプセルの体積よりも若干小さい。
【００８１】
従って、共融性の組成、または共融性に近い組成を有する、Ｚｎ２８Ｍｇ７２またはＺｎ９２．２Ｍｇ７．８（分子配合比率で記載している）から成る熱貯蔵物質について、固体密度は各々２．８４と６．４２とである。
【００８２】
例えばＺｎ２８Ｍｇ７２について、上記合金の固体密度は２．８４に等しく、一方、液体密度は２．５９である。つまり、上記熱貯蔵物質が融解する時、体積が８．８％増加する。従って、上記カプセルが減圧造型されている場合、上記カプセルは、上記固体熱貯蔵物質の体積の８．８％よりも大きな許容量を有していなければならない。
【００８３】
上記カプセルが、普通の偏りのない気圧の下で密封される場合、超過体積が予想される。上記超過体積において、例えば、上記ガスの内圧は外部にある水素の圧力に等しい。
【００８４】
上記熱貯蔵物質を含む上記カプセルの体積は、上記条件下で、上記固体熱貯蔵物質の体積の１．１倍に等しくなくてはならない。
【００８５】
安全上の理由から、非常にわずかな超過体積は、上記固体熱貯蔵物質の体積の１．１倍に等しい。上記超過体積は、加熱状態において、上記カプセル内に、１０気圧のオーダーの、つまり、上記タンク構成全体の壁にかかるストレスを制限する中間値のオーダーの圧力を導く。
【００８６】
図３は、ディフューザ８の一例を示している。
【００８７】
ディフューザ８は、透かし彫り金属ディスク９から成り、金属ディスク９は、貫通孔１３に加え、長さの異なる放射状の切抜き１０から１２を有する。
【００８８】
上記新設計は、放射状面においてだけでなく前面においても、ガス状のハイドライド／水素交換に加え、熱交換を確保し、交換反応速度の大幅な上昇と、特に、コストの大幅な減少とをもたらす。例えば、厚さ２ｃｍの「ｎ」ペレット上の上記熱貯蔵物質に向けて放出される熱は、上記先行特許出願では、下記の交換面を有する。すなわち、
Ｓ０＝２ｎΠｄ（単位はｃｍである）
ここで、ｄは上記ペレットの直径である（単位はｃｍ）。
【００８９】
本発明に従う装置について、交換面は下記の通りである。すなわち、
Ｓ１＝２ｎπｄ２／４
そして、Ｓ１／Ｓ０の比はｄ／４に等しい。
【００９０】
つまり、直径が１４ｃｍの場合、上記交換面の倍増は３．５倍になる。
【００９１】
本発明の場合に熱が通過しなければならない距離が非常に縮小されることによって、上記交換反応速度は非常に著しく（３倍から１０倍）増大する。
【００９２】
従来、上記熱は直径１４ｃｍの円筒の中心を起点としてその外周に到達しなくてはならなかった。一方、本発明に従えば、上記熱は、２ｃｍほどの厚みの上記ペレットの中間から出て、その表面に至る。
【００９３】
従って、上記距離は、一定の割合に一般的に減少する。
【００９４】
ｄ／２ｅ  ここで、ｅは上記ペレットの厚みである。
【００９５】
前述の考察が、本発明の主たる利点を明らかに示している。
【００９６】
本発明を生み出すために、上記ハイドライド金属ペレットおよび／または合金ペレット、または非水素化金属ペレット、または部分的に水素化した金属ペレットを交換することのできる、複数のシステムが想定されてきた。
【００９７】
ＭｇＨ２はまた、上記熱貯蔵物質とは独立してカプセルに入れることができる。
【００９８】
ペレット２およびカプセル３の変形例が配置されたカートリッジの断面図が図２に示されている。
【００９９】
上記カートリッジは、下記のチャンバーから成る。すなわち、ガス状水素に対し不透過であり、水素圧に対して耐性があり、好ましくは熱損失を制限するために断熱されている、チャンバーである。幾つかの場合において、上記カートリッジは、高容量タンクを形成するための複数のカートリッジを収容するチャンバー内に、挿入される。そして、上記タンクは温度調整または断熱される。
【０１００】
上記カートリッジはカバー１６がしっかりと取り付けられることで閉じられる環状筐体１５を有し、カバー１６はガス状水素を供給し、取り出すための開口部１７を有し、記載例においてはカバー１６の中央に開口部１７がある。
【０１０１】
接続フランジ１８は、熱貯蔵物質のカプセル３とハイドライドペレット２との積層体の高圧密封を確保する。
【０１０２】
接続フランジ１８は、上層にある上記カプセルのカバーの上に載っている。バネ１９は、カバー１６の内側表面と接続フランジ１８との間に圧力を加える。
【０１０３】
上記カートリッジの形状は、平らな底面を備える管状であってもよい。上記カートリッジは、力学的な強度を改善するとともに、オプションとして、高容量タンクを形成するための複数カートリッジのアセンブリ化を容易にするような別の形状であってもよい。
【０１０４】
特に、上記底面は凹形状であってもよい。この場合、スペーサが、上記カートリッジの内側の曲面と、上記熱貯蔵物質の下層にあるカプセルの下側表面との間に設置される。
【０１０５】
別のカートリッジの形状は、凹形状のカバーを含む。
【０１０６】
上記カートリッジは、高容量の水素貯蔵が可能となるように、タンクに一体化させてもよい。
【０１０７】
図４と５とは、それぞれ、複数のカートリッジを含むタンクの縦方向と横方向との断面図を示している。
【０１０８】
上記タンクは断熱されたチャンバー２０から形成され、チャンバー２０にはカートリッジ２１と２２とが設置されている。導管２３が、カートリッジ供給用開口部２１と２２とを連結している。
【０１０９】
熱損失を補い、可逆的な水素吸蔵／水素放出反応に適合する温度範囲に上記カートリッジを維持するために、例えば伝熱流体を供給された導管、または電気抵抗である発熱要素２４を備えてもよい。
【０１１０】
以下の記載は、第２実施形態を参照するものである。
【０１１１】
図６と７とは、それぞれ、カートリッジと、本第２実施形態に従う基本モジュールとの断面図を示している。
【０１１２】
図６に示されるカートリッジは、円筒形をした３つの基本モジュール３１から３３を含む。
【０１１３】
基本的モジュール３１から３３は、それぞれ、熱貯蔵物質を含むカプセル３４から３６を含み、メタルハイドライドを含むカプセル３７および３８を含む。
【０１１４】
熱貯蔵物質カプセルとハイドライド貯蔵物質カプセルとは、中央管状要素３９に、交互に、そして同軸上に取り付けられており、中央管状要素３９は、メタルハイドライドを含むカプセル３７および３８へのガス状水素の供給を確保する。
【０１１５】
図７は、基本モジュールの詳細図を示している。基本モジュールは、２つの同一の頭頂部４１と４２とによって形成された第１円環カプセル４０を含む。頭頂部４１と４２とは、亜鉛−マグネシウム合金４３といった物質で充填され、スペーサ構造４４が配置された後、溶接される。
【０１１６】
第２円環カプセル４５は、記載例では、拡散ワッシャー４８によって隔てられた２つの円盤状メタルハイドライドペレット４６および４７を含む。上記ペレット４６および４７と、上記ワッシャー４８とは、ガス状水素の供給および取出し用チューブ５０が通り抜けるための中央開口部を有している。上記チューブは、放射状の穿孔５１、５２を有する。上記チューブは、一方の端が内部横断面５３として狭くなっており、他方の端が外部横断面５４として狭くなっており、一連のモジュールを単純に並置させて加えることができるようになっている。上記チューブは、望ましい貯蔵容量の観点に基づいて基本標準モジュールから調整することのできるカートリッジを有し、当該カートリッジはそのように形成されている。このことによって、商業生産コストが抑えられ、推奨される種々の部品の数が抑えられた一揃いのタンクラインが可能となる。
【０１１７】
図８は、上記カートリッジの別の変形例を示している。それは、先の例におけるのと同様に、モジュール方式の構造を有する。交互に並ぶ円環モジュールがチャンバー６０に含まれており、チャンバー６０の内部で、発熱モジュール６１から６３を与える伝熱流体が循環することができる。上記流体は、限られた量の熱投入を供給するだけでよい。上記熱投入は水素吸蔵−水素放出反応には不十分だが、上記チャンバーの欠陥を原因とする熱損失、および上記タンクを充填する間に発生する熱損失を補うのには適当である。
【０１１８】
図９と１０とは、それぞれ、１つのディフューザおよび３つのディフューザを組み込む別の変形例を示している。
【０１１９】
ディフューザ８は水素貯蔵要素２と上記熱貯蔵要素３との間に挿入され、または隣接する水素貯蔵要素２の間に挿入される。上記ディフューザ８は、水素がガス相で循環することができ、良好な熱伝導率を有する多孔性物質から成る。
【図１】
2013505405.tif 000003
【図２】
2013505405.tif 000004
【図３】
2013505405.tif 000005
【図４】
2013505405.tif 000006
【図５】
2013505405.tif 000007
【図６】
2013505405.tif 000008
【図７】
2013505405.tif 000009
【図８】
2013505405.tif 000010
【図９】
2013505405.tif 000011
【図１０】
2013505405.tif 000012
【国際調査報告】
2013505405.tif 000013
2013505405.tif 000014
2013505405.tif 000015
2013505405.tif 000016
2013505405.tif 000017
2013505405.tif 000018