(57)【要約】  本発明は、収着ガス貯蔵材料を含む収着ガス貯蔵構造（１０）であって、周縁部（Ｂ）を有する貯蔵構造（１０）と、貯蔵材料を加熱するとともにガスの脱着を促進するように構成される加熱手段（３）であって、周縁部（Ｂ）から離間して貯蔵構造（１０）に配置される第１加熱区分（３０）と、一方で周縁部（Ｂ）から、他方で第１加熱区分（３０）から距離を置いて貯蔵構造（１０）に配置される第２加熱区分（３２）と、を備え、第１加熱区分（３０）と第２加熱区分（３２）とが、それらの間に貯蔵構造（１０）の第１部分（１１）が延在する空間を画定する、加熱手段と、を備える収着ガス貯蔵装置（１）を提供する。【選択図】  図１
2021533313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収着ガス貯蔵装置（１）であって、
収着ガス貯蔵材料を含む収着ガス貯蔵構造（１０）であり、周縁部（Ｂ）を有する貯蔵構造（１０）と、
前記貯蔵材料を加熱するとともにガスの脱着を促進するように構成される加熱手段（３）であり、
前記周縁部（Ｂ）から距離を置いて前記貯蔵構造（１０）に配置される第１加熱区画（３０）と、
一方では前記周縁部（Ｂ）から、他方では前記第１加熱区画（３０）から距離をおいて前記貯蔵構造（１０）に配置される第２加熱区画（３２）と、
を備える加熱手段（３）と、
を備え、
前記第１加熱区画（３０）と前記第２加熱区画（３２）とが、それらの間に前記貯蔵構造（１０）の第１部分（１１）が延在する空間を画定する、
収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項２】
前記第１加熱区画（３０）と前記第２加熱区画（３２）とが第３加熱区画（３４）により互いに接続される、請求項１に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項３】
長手軸線（Ｘ‐Ｘ）を画定する好適な方向を前記貯蔵構造（１０）が備え、前記長手軸線（Ｘ‐Ｘ）に沿った実質的に環状の構造を前記加熱手段（３）が備える、請求項１または２に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項４】
前記貯蔵構造（１０）内での前記加熱手段（３）からの熱の分配を最適化するため、前記貯蔵構造（１０）の前記第１部分（１１）の前記貯蔵材料の組成および／または分布が前記貯蔵構造（１０）の他の部分の前記貯蔵材料の組成および／または分布と異なっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項５】
さらに、
外壁（４０）を備える筐体（４）であって、前記貯蔵構造（１０）が内側に配置される筐体（４）と、
前記貯蔵構造（１０）と前記筐体（４）の前記外壁（４０）との間に配置される断熱層（４２）であって、さらにガスを拡散するように構成される断熱層（４２）と、
を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項６】
前記断熱層（４２）が多孔質構造を有する、請求項５に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項７】
前記断熱層（４２）が凹溝構造を有する、請求項５または６に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項８】
前記断熱層（４２）が膜である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項９】
前記筐体（４）の内壁（４４）を処理することにより、または付加的コーティングを塗布することにより、前記内壁に前記断熱層（４２）が形成されている、請求項５〜８のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項１０】
前記貯蔵構造（１０）が、
収着貯蔵材料を含む第１層（１００）と、
第２層（２００）であって、
前記第１層（１００）と接触し、前記貯蔵構造（１０）内での熱伝達を増加させるように前記貯蔵材料より高い熱伝導率の熱伝導材料を含む前記第２層の第１区分（２０１，２０３）と、
前記第２層の第２区分（２０２）であって、
ガス収着及び脱着段階での前記貯蔵材料の体積変化中に前記貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮性であり、
前記第１区分（２０１，２０３）の材料より高い圧縮性を持ち、
前記貯蔵構造（１０）内での熱伝達を増加させるために、前記貯蔵材料より高い熱伝導率による熱伝導性である、
材料を含む第２区分と、
備える前記第２層と、
を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項１１】
前記貯蔵構造（１０）が、
複数の第１層（１００）であって、予備圧縮粉末形態の前記収着ガス貯蔵材料を各々が含む第１層（１００）と、
複数の第２層（２００）であって、
ガス収着および脱着段階での前記貯蔵材料の体積変化中に前記貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮性であり、
前記貯蔵構造（１０）内での熱伝達を増加させるため、前記貯蔵材料より高い熱伝導率による熱伝導性である、
材料を各々が含む前記第２層（２００）と、
を備え、
前記第１層（１００）および前記第２層（２００）が交互パターンで配置される、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）。
【請求項１２】
予備圧縮粉末形態での収着ガス貯蔵材料の第１層（１００）を形成するように収着ガス貯蔵材料の粉末を圧縮するステップ（Ｅ１）と、
前記第１層（１００）に隣接する、前記貯蔵材料より高い熱伝導率を有する熱伝導材料を含む第２層（２００）を配設するステップ（Ｅ２）と、
を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）を製造する方法（Ｅ）。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の収着ガス貯蔵装置（１）と、ガス利用ユニット（６）とを備えるガス貯蔵および／または供給システム（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収着によるガスの貯蔵に関するものである。
【０００２】
本発明は、より具体的には、収着ガス貯蔵装置、ガス貯蔵および／または供給システム、そして収着ガス貯蔵装置を製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
産業でのガスの使用は、交通、エネルギー、化学、又は製造部門であれ、多数の制約を受ける。これに関して、多くのガス貯蔵装置がすでに提案されている。これらの装置の幾つかは、ガスを貯蔵する固体材料を備える。
【０００４】
このような固体貯蔵装置は、ガスにより誘発されて使用条件に関連する制約を満たすために、固有の特性を備えなければならない。固体形態で貯蔵されるガスは、例えばエネルギー担体として使用される時に、燃料電池の動力となる。交通部門では、自動車内でもガスが使用されうる。
【０００５】
想定される使用に応じて、貯蔵構造は、貯蔵材料及びそのサイズの選択により異なる手法で寸法決定される。これらの材料が受ける温度および圧力条件に応じて、これらの材料の幾つかはガスの貯蔵と回収の両方に使用されうる。概して、このような材料は発熱反応中にガスを貯蔵して吸熱反応中にこれを放出する。これらの反応は、例えば材料へのガスの収着により行われる。
【０００６】
いずれのケースでも、貯蔵材料内での熱分配の管理は、このような装置の性能を保証するのに不可欠な課題である。これに関して、例えば、加熱壁を有する密閉筐体の内側に貯蔵材料を配置することは周知である。他の装置例では、貯蔵材料は円筒形加熱チューブの周りに配置される。全てのケースで、貯蔵要件に従って加熱が調節されうる。
【０００７】
しかしながら周知のシステムは、特に加熱手段から貯蔵材料全体への熱伝達の均質化に関して、効率問題に直面している。例えば、この加熱手段から最も遠い材料部分は、最も近い部分ほど良好に加熱されない。加えて、周知のシステムは、貯蔵構造の動作のロバスト性および持続性とともに、使用の安全性、製造の複雑性、そしてこれらのシステムの実行時の経済およびエネルギー効率の問題に直面している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した短所の少なくとも一つを克服することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、収着によりガスを貯蔵するための構造における熱伝達を向上させることである。
【００１０】
本発明の別の目的は、ガス貯蔵構造のモジュール性を助長することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
具体的に記すと、本発明は、
収着ガス貯蔵材料を含む収着ガス貯蔵構造であって、周縁部を有する貯蔵構造と、
貯蔵材料を加熱するとともにガスの脱着を促進するように構成される加熱手段であって、
周縁部から離間して貯蔵構造に配置される第１加熱区分と、
一方で周縁部から、他方で第１加熱区分から距離を置いて貯蔵構造に配置される第２加熱区分と、
を備え、
第１加熱区分と第２加熱区分とが、それらの間に貯蔵構造の第１部分が延在する空間を画定する、
加熱手段と、
を備える収着ガス貯蔵装置を提供する。
【００１２】
このような装置は、加熱に関連する損失を減少させる一方で貯蔵構造内での熱伝達の均質化を確保する。
【００１３】
本発明による装置はさらに、以下の特徴、すなわち、
第１加熱区分と第２加熱区分とが第３加熱区分により互いに接続されることと、
長手軸線を画定する好適な方向を貯蔵構造が備えて、長手軸線に沿った実質的に環状の構造を加熱手段が備えることと、
貯蔵構造内の加熱手段からの熱の分配を最適化するため、貯蔵構造の第１部分の貯蔵材料の組成および／または分布が、貯蔵構造の他の部分の貯蔵材料の組成および／または分布と異なっていることと、
のいずれかを単独又は組み合わせで含み、
装置はまた、
外壁を備える筐体であって、貯蔵構造が中に配設される筐体と、
貯蔵構造と筐体の外壁との間に配設される断熱層であって、さらにガスを拡散するように構成される層と、
を備え、
断熱層が多孔質構造を有し、
断熱層が凹溝構造を有し、
断熱層が膜であり、
例えば筐体の内壁の処理により、または付加的なコーティングの塗着により、断熱層が壁に形成されており、
貯蔵構造が、
吸着貯蔵材料を含む第１層と、
第２層であって、
第１層と接触し、貯蔵材料より高い熱伝導率を有して貯蔵構造内での熱伝達を増加させる熱伝導材料を含む第２層の第１区分と、
第２層の第２区分であって、
ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮性であり、
第１区分の材料より高い圧縮性を持ち、
貯蔵構造内での熱伝達を増加させるために貯蔵材料より高い熱伝導率による熱伝導性である、材料を含む、第２層の第２区分と、
を備える第２層と、
を備え、
貯蔵構造が、
複数の第１層であって、予備圧縮粉末形態の収着ガス貯蔵材料を各々が含む第１層と、
複数の第２層であって、
ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮性であり、
貯蔵構造内での熱伝達を増加させるために貯蔵材料より高い熱伝導率による熱伝導性である、
材料を各々が含む第２層と、
を備え、
第１および第２層が交互パターンで配置される。
【００１４】
本発明はさらに、
予備圧縮粉末形態の収着ガス貯蔵材料の第１層を形成するように収着ガス貯蔵材料の粉末を圧縮するステップと、
第１層に隣接して、貯蔵材料より高い熱伝導率を有する熱伝導材料を含む第２層を配設するステップと、
を備える、上述の装置を製造するための方法に関する。
【００１５】
本発明はさらに、上述した装置とガス利用ユニットとを備えるガス貯蔵および／または供給システムに関する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の他の特徴、目的、および利点は、非限定的な例として挙げられた添付図面に関連する以下の詳細な説明を読むことで明白になるだろう。
【図１】本発明によるガス貯蔵装置の第１例の断面図を示す。
【図２】ガス貯蔵構造の一例の断面図を示す。
【図３】異なる動作状態でのガス貯蔵構造の概略図を示す。
【図４】本発明によるガス貯蔵装置の第２例の上面図である。
【図５】本発明によるガス貯蔵装置の第３例の上面図である。
【図６】本発明によるガス貯蔵装置の第４例の断面図を示す。
【図７】本発明によるガス貯蔵装置の第５例の拡大断面図である。
【図８】本発明によるガス貯蔵装置の第６例の拡大断面図である。
【図９】本発明によるガス貯蔵および／または供給システムを模式的に図示している。
【図１０】本発明によるガス貯蔵装置を製造するための方法の実行例を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
さて、図を参照して、収着ガス貯蔵装置１とガス貯蔵および／または供給システム５とともに収着ガス貯蔵装置を製造するための方法Ｅを説明する。
【００１８】
貯蔵されるガスはいかなる種類およびタイプでもよい。例えば、貯蔵装置１は、水素、アンモニア、水蒸気、酸素、および／または、二酸化炭素を、単独または組み合わせで貯蔵しうる。
【００１９】
ガス貯蔵構造
図１を参照すると、収着ガス貯蔵装置１は、収着貯蔵材料を含む収着ガス貯蔵構造１０を備える。
【００２０】
収着貯蔵構造はさらに、貯蔵構造１０を囲繞する周縁部Ｂを有する。
【００２１】
加えて、図１および図２を参照すると、収着ガス貯蔵構造１０は第１層１００と第２層２００とを含みうる。
【００２２】
そして第１層１００は、収着によりガスを貯蔵するように構成される。この目的のため、第１層は収着貯蔵材料を含みうる。
【００２３】
貯蔵材料が予備圧縮粉末形態であると有利である。実際に、取り扱いが容易であって体積が小さいので、この形態は貯蔵材料の輸送を容易にする。加えて、この形態は、安定性が高く、熱伝達を促進し、貯蔵材料の膨張をより均質にするので、収着貯蔵動作により適している。
【００２４】
加えて、材料は、貯蔵構造の貯蔵容積を増加させるとともに第２層２００の体積変化に対応するように最適化された空隙率を備えうる。例えば、貯蔵材料の空隙率は１０体積％と５０体積％の間、好ましくは２５体積％と３５体積％の間である。多孔率は、所与の体積の貯蔵材料内で貯蔵材料が占めていない空気の体積とこの所与の体積との比として定義される。言い換えると、空隙率は、貯蔵材料が占めていない体積と見かけの体積との比に対応する、つまり空隙率は、理論上の密度から見かけの密度が引かれたものと理論上の密度との比に等しい。いずれのケースでも、予備圧縮粉末形態は貯蔵材料の空隙率の制御を可能にする。
【００２５】
加えて、貯蔵材料は、
好ましくはＭｇＨ２、ＮａＡｌＨ４、ＬｉＮＨ２、および／または、ＬｉＢＨ４タイプのメタルハイドライドを形成するのに適応した材料、および／または、
好ましくはＴｉＭｎ２、ＴｉＣｒ２、ＬａＮｉ５、ＦｅＴｉ、ＴｉＶ、および／または、ＴｉＺｒタイプの中間合金を形成するのに適した材料、および／または、
好ましくはＢａＣｌ２タイプおよび／またはＣａＣｌ２のアンモニア塩を形成するのに適した材料、または、
好ましくはＣａＯタイプおよび／またはＣａ（ＯＨ）２の水酸化物を形成するのに適応した材料、または、
好ましくはＰｂＯおよび／またはＣａＯタイプの酸化物を形成するのに適した材料、
を包含しうる。
【００２６】
出願人は実際に、上記の材料は、水素、アンモニア、水蒸気、酸素、および／または、二酸化炭素などのガスを貯蔵および／または供給するのに特に適していることを発見した。しかしながら、このような材料は他のタイプのガスにも特に適しているので、これは限定的ではない。
【００２７】
第２層２００は、
貯蔵構造１０内での熱伝達を増加させるために貯蔵材料より高い熱伝導率による熱伝導性であり、
ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮性である、
材料を含みうる。
【００２８】
第２層２００により、大きな熱流を伴う貯蔵材料によるガス収着および脱着現象が促進される。事実、熱伝達は貯蔵構造１０全体にわたって均質に分散され、これは効率および耐久性を増強する。事実、熱は第１層１００に容易に伝達されてこれから抽出され、これは貯蔵構造１０内でのガスの急速な貯蔵および／または回収を確保する。それゆえ所与の質量の貯蔵材料に貯蔵されるエネルギーが増加する。第１層１００および第２層２００の寸法、形状、および相対位置により、特に貯蔵構造１０内での熱伝達を最適化でき、有利である。例えば、図１に示されているように、第１層１００と第２層２００とが好適な長手方向に延在する時に、長手方向での層厚さは、貯蔵構造１０内での熱流を最適化するための可能な方策である。代替的に、または組み合わせで、長手方向に対する径方向において第１層１００内に貯蔵材料の空隙率の勾配を設けることも、貯蔵構造１０内での熱交換を最適化するための可能なルートである。実際に、第１層１００と第２層２００とが長手方向に延在する時に、径方向は、貯蔵構造１０内での熱交換の好適な方向を構成することが観察されうる。いずれのケースでも、第１層１００により発せられるか受容される熱の大部分は第２層２００により伝達される。
【００２９】
加えて、第２層２００は貯蔵構造１０の動作中に緩衝材として作用する。実際に、第２層２００はガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化を補償することで、貯蔵構造１０の機械干渉性を維持する。こうして、貯蔵構造１０に空きスペースを設ける必要がなくなるので、貯蔵材料の容積が増加し、有利である。最後に、第２層２００は、動作中の貯蔵材料の体積変化から生じる機械的な力を分散させる。
【００３０】
加えて、第２層２００は、黒鉛、例えば天然黒鉛、例えば膨張天然黒鉛を含む基材を含みうる。代替的に、または補足として、第２層２００は金属、例えばアルミニウムまたは銅を含みうる。出願人は、第２層２００の機能を実現するのに適切な圧縮性および／または熱伝達特性をこれらの材料が有することを発見した。
【００３１】
交互的構造
図１および図２に、また図６〜図８にも見られるように、貯蔵構造１０は第１層１００と第２層２００とを交互に備えうる。好ましくは、貯蔵構造１０は交互する第１層１００と第２層２００とを含み、第１層１００は好ましくは第２層２００の一つにより二つずつ分離される。言い換えると、複数の第１層１００と複数の第２層２００とは交互パターンで配置される。具体的に記すと、交互パターンは貯蔵構造１０内での熱及び機械的応力の分散を促進する。加えて、交互的構造は、貯蔵構造１０の製造及び保守の両段階において工業規模での再現が容易である。また、このような構造は、貯蔵および／またはガス供給能力の要件にしたがって容易に適応化されうる。最後に、このような分散は、輸送、例えば自動車などの用途で特に有利でありうる貯蔵構造１０の小型化を可能にする。
【００３２】
貯蔵構造１０が交互配置のウェハを含み、各第１層１００および／または各第２層２００が好ましくはウェハを形成すると、有利である。好ましくは、だがそれでも任意ではあるが、ウェハは互いに機械的に独立している。このような構成は特に、貯蔵構造１０の製造、保守、および／または再利用に関連する様々な動作中における貯蔵構造の多様な要素の取り扱いを容易にする。加えて、ウェハ構成は貯蔵構造１０内での材料の割り当ておよび分布の幾何学的最適化を助長する。補足として、この構成は、より安定性が高く、熱伝達を促進し、貯蔵材料の膨張をより均質にするので、収着貯蔵動作により適している。ゆえに、貯蔵材料を充填する時に貯蔵構造１０全体にわたってガスがより良好に分散されうる。
【００３３】
第２層区分
図２および図３を参照すると、第２層２００は、第１層１００との接触状態にある第２層の第１区分２０１，２０３と、第２層の第２区分２０２とを含みうる。
【００３４】
この構成において、貯蔵構造内での熱伝達を増加させるため、第１区分２０１，２０３は貯蔵材料より高い熱伝導率を持つ熱伝導材料を含みうる。ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために、第２区分２０２は圧縮材料を含みうる。加えて、第２区分２０２の材料はこのケースでは、第１区分の材料より高い圧縮性を持つと有利である。圧縮性とは、所与の圧縮応力を受けた時に体積を減少させる材料の能力であると我々は理解している。ゆえに、同じ圧縮応力について、第２区分２０２の材料の体積減少は第１区分の材料２０１，２０３の体積減少より大きい。言い換えると、第１区分２０１，２０３と第２区分２０２の材料の所与の体積減少率を達成するには、第２区分２０２の材料より大きな圧縮力が第１区分２０１，２０３に必要とされる。いずれのケースでも、貯蔵構造１０内での熱伝達を増加させるために、第２区分２０２の材料は貯蔵材料より高い熱伝導率による熱伝導性でもある。
【００３５】
そして第２層２００の機能は、第１区分２０１，２０３と第２区分２０２との間に部分的に分散される。このように、これらの機能の各々はその他から独立して最適化され、こうして貯蔵構造１０の全体効率を向上させるとともに、さらにガス供給および／または貯蔵要件に従って貯蔵構造１０が適応化されうる。加えて、二つの区分２０１，２０２，２０３の各々に熱伝導材料が存在すると、貯蔵構造１０全体にわたって均一に熱を分散させるために貯蔵構造１０内での熱交換の促進を確保する。
【００３６】
第１区分２０１，２０３の材料は第２区分２０２の材料と同一でありうる。この結果、貯蔵構造１０の製造の有利なコスト削減および単純化が得られる。代替的に、第１区分２０１，２０３の材料は第２区分２０２の材料と異なっていてもよい。これは貯蔵構造１０の適応化を促進して所与のガスについての貯蔵および／または供給能力を最適化する。
【００３７】
さらに、第１区分２０１，２０３の材料および／または第２区分２０２の材料は、黒鉛、例えば天然黒鉛、例えば膨張天然黒鉛を含む基材を含みうる。代替的に、または補足として、第１区分２０１，２０３の材料は金属、例えばアルミニウムまたは銅を含みうる。代替的に、または補足的に、第２区分２０２の材料はフォームを含みうる。出願人は、貯蔵構造１０の第１区分２０１，２０３および／または第２区分２０２の機能を実施するのに適切な圧縮性および／または熱伝達特性を有すると判断した。
【００３８】
加えて、第１区分２０１，２０３の材料は第２区分２０２の材料より低い空隙率を有しうる。空隙率は、材料の圧縮性と熱特性の両方に影響するパラメータである。結果的に、この空隙率の差は、ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けた第２区分２０２の変形にとって有益であり、第１区分２０１，２０３が貯蔵構造１０内の熱伝達を増加させることが可能である。具体的には、第１区分２０１，２０３の材料は、５０％未満、好ましくは１５％未満、そして好適には５％未満の空隙率を有しうる。
【００３９】
図３を参照すると、第２層２００の機械的特性は貯蔵構造１０の多様な動作サイクル中に変遷する。
【００４０】
事実、貯蔵構造１０の第１動作サイクルは第１層１００の活性化を可能にする。より正確に記すと、貯蔵構造１０の最初の充填および／または解放中に、第１層１００に含まれる貯蔵材料は収着による完全貯蔵能力を獲得する。この初期条件設定は、高温および／または高圧で長続きする、および／または、行われうる充填および／または解放サイクル中に実行されうる。これに関して、貯蔵材料が予備圧縮粉末形態である時には最初の充填および／または解放サイクルの数および持続時間が減少するので活性化が促進されることに注意すべきである。所与の温度および圧力条件下で予想貯蔵レベルに達するまで、連続的な充填および／または解放が行われる際に、徐々に、第１層１００により貯蔵されてから放出されるガスの量が増加する。この予想レベルは、所与の温度および圧力で第１層１００に貯蔵されうるガスの最大量に対応する。このレベルに達すると、貯蔵材料が活性化される。しかしながら、この単数または複数の第１動作サイクルは第１層１００の大きな体積変化につながる。図２に見られるように、これは、主に第２層の第２区分２０２の塑性圧縮による第２層２００の塑性圧縮につながる。
【００４１】
続いて、貯蔵および／またはガス放出中の第１層１００の体積変化は、貯蔵材料の活性化の間ほど重要ではない。こうして第１層１００の呼吸という概念が導入される。これらの小さい体積変化は、図３に示されているように第２層２００の弾性変形により補償される。
【００４２】
ゆえに、第１区分２０１，２０３は、貯蔵材料の活性化の前に、５ミリメートル未満、好ましくは約２ミリメートル、好適には約１ミリメートルの厚さを有しうる。第２区分２０２は、貯蔵材料の活性化の前に、２と１０ミリメートルの間、好ましくは２と８ミリメートルの間、そして好適には２と４ミリメートルの間の厚さをその一部に備える。これらの厚さは、貯蔵構造１０内での最良の熱伝導率ばかりでなく、ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の良好な補償も保証することを出願人は発見した。いずれのケースでも、第２層２００の塑性圧縮は、活性化前の最初の高さと比較して２０〜６０％程度の第２層２００の高さの減少につながり、弾性圧縮は、活性化の前の最初の高さと比較して８０〜９９％程度の第２層２００の高さの減少につながる。
【００４３】
加えて、第２区分２０２の材料は、貯蔵材料の活性化の前に、７０％より高い、好ましくは８０％より高い、好適には９５％より高い空隙率、そして貯蔵材料の活性化の後には、２０％より高い、好ましくは３０％より高い、そして好適には４５％と６０％の間の空隙率を備えうる。出願人は、これらの空隙率が貯蔵構造内で最良の熱伝導率ばかりでなく、ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の良好な補償も保証することを発見した。
【００４４】
図１〜図３に見られるように、第１区分２０１，２０３は第１副層でありうる、および／または、第２区分２０２は第２副層でありうる。これは、貯蔵構造１０の製造、保守、および／または再利用作業を容易にする構造的な均質性を保証する。加えて、貯蔵構造１０の良好な圧密化を維持しながら第２層２００の機能が確保されうる。しかしながら、第１区分２０１，２０３および第２区分２０２の他の形態が可能であるので、これに限定されない。例えば、第２層２０２が角度セクタとしての構造を持ち、各セクタが第１区分２０１，２０３および第２区分２０２の一方または他方に対応してもよい。
【００４５】
図１〜図３を参照すると、少なくとも一つの第２層２００について、第２下層２０２が、第２層２０３の第１下層２０１と、少なくとも一つの第１層１０１の別の層との接触状態にある第３下層との間に配置されて、貯蔵構造内での熱伝達を増加させるために貯蔵材料よりも高い熱伝導率を持つ熱伝導材料を含むと有利である。第２層２００のこの「サンドイッチ」構成では、第２下層２０２は第１層１００との接触状態にない。この構成は、貯蔵構造１０での熱伝達の最適化を可能にする。
【００４６】
加熱手段
図１，図４，図５を参照すると、収着ガス貯蔵装置１はさらに、貯蔵材料を加熱してガス脱着を促進するように構成される加熱手段３を備える。
【００４７】
加熱手段３は、水などの熱伝達流体を運搬することが可能な装置を備えうる。例えば、このような装置はラジエータ、または貯蔵構造１を囲繞する二重壁の円筒形回転体の形態を取りうる。エネルギーを熱の形で放出するガス利用ユニット６（例えば燃料電池、燃焼機関、排気ライン等）に貯蔵構造１が接続される時に、このような加熱装置は、貯蔵構造１をガス利用ユニット６に接続する熱伝達流体閉回路を備えうる。動作中に、ガス利用ユニット６から発せられる熱は循環中の熱伝達流体により捕捉されてから、同じ循環中の熱伝達流体を介して貯蔵構造１へ放出される。これはガス利用ユニット６を冷却するばかりでなく、加熱によるガスの脱着を促進する。ゆえにこのタイプの加熱手段３は、エネルギー最適化されるという利点を提供する、つまり貯蔵構造１の動作中に過剰エネルギーの使用を必要としない。加えて、ガス利用ユニット６に可能な冷却システムの寸法が削減されうる。
【００４８】
代替的に、または補足として、加熱手段３は、貯蔵装置１を囲繞する空気による換気の手段を含む。換気手段は単純かつ低費用であるという利点を有する。
【００４９】
代替的に、または補足として、加熱手段３は、電力発生器に接続される、例えば電気タイプの抵抗器を含みうる。このタイプの加熱手段３は実行が単純かつ迅速である。抵抗器は、所望の用途に従って容易に調整可能であるという利点も提供する。
【００５０】
代替的に、または補足として、貯蔵されるガスが燃料であって、貯蔵装置１が、ガス利用ユニット６に加えて（不図示の）ガス燃焼ユニットに接続される時には、ガスの燃焼により放出される熱を回収するように、加熱手段３をガス燃焼ユニットに接続することが可能である。貯蔵装置１に専用のこのタイプの加熱手段３は、貯蔵構造１０内での温度を非常に迅速に上昇させることが可能になる。
【００５１】
図４および図５に示されているように、加熱手段３は、
周縁部Ｂから距離を置いて貯蔵構造１０に配置される第１加熱区画３０と、
一方では周縁部から、そして他方では第１加熱区画３０から距離を置いて、やはり貯蔵構造に配置される第２加熱区画３２と、
を含みうる。
【００５２】
「距離を置いて(at a distance)」の語は、第１加熱区画３０と第２加熱区画３２とが周縁部Ｂまたは互いとの直接接触状態にはないことを意味する。ゆえに、第１加熱区画３０と第２加熱区画３２とは、貯蔵構造１０の第１部分１１が延在する空間をこれらの区画の間に画定する。
【００５３】
貯蔵構造１０内での加熱手段３のこの配置により、貯蔵構造１０の中央部Ｖｃと周辺部Ｖｐとが結果的に得られる。加熱手段３は貯蔵構造１０の壁にも貯蔵構造１０の中心にも配置されないので、貯蔵構造１０をより均質に加熱することが可能である。ゆえに、加熱手段３により発せられる熱流は貯蔵構造１０全体にとって有益である。それゆえ貯蔵および／または供給されるガスが貯蔵構造１０にわたって良好に分散されるので、貯蔵構造１０の耐用年数が延びうる。
【００５４】
加えて第１加熱区画３０と第２加熱区画３２とは第３加熱区画３４により互いに接続されうる。ゆえに、加熱手段３は、図１のように実質的に環状の断面、あるいは図４のようにＳ形状の断面を有しうる。こうして、貯蔵構造１０の第１部分１１と他の部分との間での貯蔵構造１０の分割を最適化することが可能である。例えば、図１を参照すると、第１部分１１を貯蔵構造１０の他の部分から完全に隔離することが可能である。
【００５５】
さらに、図４および図５に見られるように、貯蔵構造１０は、貯蔵構造１０の周縁部Ｂまで延在して第１部分１１に接続される第２部分１２を含みうる。このケースで、第１部分１１は貯蔵構造１０の他の部分から隔離されていない。この構成は、脱着後のガス拡散を促進するので有利である。
【００５６】
図１にも見られるように、貯蔵構造１０の第１部分１１の貯蔵材料の組成および／または分布は、貯蔵構造１０の他の部分の貯蔵材料の組成および／または分布と異なりうる。具体的には、第１部分１１の貯蔵材料は貯蔵構造１０の他の部分の貯蔵材料と異なりうる。代替的に、または補足として、第１部分１１の収着によりガスを貯蔵するように構成される第１層１００の少なくとも一つの厚さは、貯蔵構造１０の他の部分で収着によりガスを貯蔵するように構成される第１層１００の少なくとも一つの厚さと異なり、厚さは、以下に定義される長手軸線Ｘ‐Ｘ上での寸法として定義される。代替的に、または補足として、貯蔵構造１０内での熱伝達を増加させるように貯蔵材料より高い熱伝導率を有するとともに、ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮性である熱伝導材料を第１部分１１に含む第１層１００および／または第２層２００の数は、貯蔵構造１０の他の部分での第１層１００および／または第２層２００の数と異なりうる。代替的に、または補足として、第１部分１１での第２層２００の少なくとも一つの材料および／または厚さは、貯蔵構造１０の他の部分での第２層２００の少なくとも一つの材料および／または厚さと異なりうる。代替的、または補足として、第１部分１１の第２層２００の少なくとも一つは二つおよび／または三つの区分２０１，２０２，２０３を含まないが、貯蔵構造１０の他の部分での第２層２００の少なくとも一つは二つおよび／または三つの個別区分２０１，２０２，２０３を含み、第１区分２０１および／または第３区分２０３は、貯蔵構造１０内での伝達を増加させるために貯蔵材料より高い熱伝導率の熱伝導材料を含み、第２区分２０２は、ガス収着および脱着段階での貯蔵材料の体積変化中に貯蔵材料により加えられる力の作用を受けて変形するために圧縮材料をその一部に含む。
【００５７】
ゆえに、貯蔵構造１０の第１部分１１と他の部分との間で、貯蔵構造１０内の加熱手段３からの熱の分布を最適化することが可能である。実際に、動作中に、第１部分１１は貯蔵構造１０の他の部分より高速で加熱される傾向がある。それゆえ、第１部分１１内での急速な加熱により適した機械的および／または熱的特性を持つ貯蔵および／または第２層２００の材料を設けて、貯蔵構造１０の他の部分ではその逆にすることが可能である。
【００５８】
図１を参照すると、貯蔵構造１０は長手軸線Ｘ‐Ｘを規定する好適な方向を備えうる。このような構成により、貯蔵構造１０では保管および／または輸送が特に容易になる。この構成では、図１に見られるように、加熱手段３は、長手軸線Ｘ‐Ｘに沿って実質的に環状の構造を備えうる。こうして、貯蔵構造１０の第１部分１１と他の部分における熱分布が最適化される。実際に、熱は長手軸線Ｘ‐Ｘについて径方向に伝搬する傾向がある。それゆえ、加熱手段３の環状構造は貯蔵構造１０内で可能な最良の熱伝達分配を保証する。このケースでは、熱分配の対称的均質性を保証するために加熱手段３は長手軸線Ｘ‐Ｘを中心として設けられると有利である。
【００５９】
筐体とガス排出
図１を参照すると、第１区画１１にはガス排出管４００が設けられうる。しかしながら、代替的に、または補足として、ガス排出管４００は貯蔵構造１０の他の部分に設けられてもよいので、これは限定的ではない。いずれのケースでも、このような管４００は、貯蔵材料からの脱着中にガスの輸送を促進する。
【００６０】
図１と図６〜図８を参照すると、貯蔵構造１０は、外壁４０を備える筐体４も含み、貯蔵構造１０は筐体４の内側に載置される。このような筐体４の存在は貯蔵装置１の輸送および使用を容易にする。加えて、筐体４は、起こりうるガス漏出および／または高強度の熱伝達からユーザを保護することにより貯蔵装置１の使用安全性を強化する。
【００６１】
ユーザの保護を強化するとともに貯蔵材料からの脱着中のガスの拡散を促進するために、貯蔵装置１が貯蔵構造１０と筐体４の外壁４０との間に載置される断熱層４２を備えると有利である。この断熱層４２はさらにガスを拡散するように構成される。加えて、断熱層４２は貯蔵構造１０との接触状態にあって、ガス拡散をさらに促進するとともに貯蔵装置１の小型性を向上させる。しかしながら、例えば、最初にガスで占められる貯蔵材料１０も第２層２００の材料も含まない自由空間により、断熱層４２が貯蔵構造１０からも分離されうるので、これは限定的ではない。この後者の構成は、貯蔵構造１０の材料が断熱層材料４２と適合しない時、または自由空間での断熱性を高めることが好ましい時に、見受けられる。
【００６２】
断熱層４２は、別の実施形態では、例えば貯蔵構造１０から筐体４の外壁４０まで低下する空隙率勾配を持つ多孔質構造を有しうる。この実施形態は図７に図示されている。このように、貯蔵材料に最も近い断熱層４２の部分は脱着後にガスを有効に排出する一方で、筐体４に最も近い断熱層４２の部分は貯蔵構造１０により放出される熱から有効に断熱されうる。
【００６３】
代替的に、または組み合わせで、断熱層４２は凹溝構造を有しうる。図８を参照すると、例えば貯蔵構造１０に通じる断熱層４２の壁に凹溝４２０が設けられる。こうして、貯蔵材料に最も近い断熱層４２の部分も脱着後にガスを有効に排出する一方で、筐体に最も近い断熱層４２の部分は貯蔵構造１０により発生される熱から有効に断熱されうる。
【００６４】
加えて、例えば筐体４の内壁４４を処理することにより、または付加的なコーティングを塗布することにより、断熱層４２が内壁４４に形成されうる。このような構成は、貯蔵装置１の組立プロセスを単純化する。加えて、この構築方法は貯蔵システムの保守コストの削減につながりうるので有利である。
【００６５】
さらに、断熱層４２は膜でありうる。このケースで、断熱層４２は筐体４の厚さと比較すると非常に薄く、例えば筐体の厚さの２５％未満、筐体の厚さの約１０％、好ましくはこの厚さの５％である。この構成は貯蔵装置１の小型性および軽量性を向上させるとともに、製造および保守を促進する。
【００６６】
加えて、脱着後の貯蔵装置１からのガスの輸送を促進するために、図１に示されているように一つ以上のガス排出管４００が断熱層４２内に設けられうる。
【００６７】
ガス貯蔵および／または供給システム
図９を参照すると、ガス貯蔵および／または供給システム５は、上記の実施形態のいずれかによる収着ガス貯蔵装置１と、ガス利用ユニット６とを備える。
【００６８】
ガス利用ユニット６は、例えば、貯蔵されるガスが水素である自動車用燃料電池でありうる。
【００６９】
貯蔵装置の製造方法
図１０を参照すると、前記の実施形態のいずれか一つにおける収着ガス貯蔵装置１を製造するための方法は、予備圧縮粉末形態の収着ガス貯蔵材料の第１層１００を形成するようなガス収着貯蔵のための粉末材料の圧縮ステップＥ１を備える。加えて、このような方法Ｅは、第１層１００に隣接して第２層２００を配設するステップＥ２を備え、第２層２００は、貯蔵材料より高い熱伝導率の熱伝導材料を含む。
【符号の説明】
【００７０】
１  収着ガス貯蔵装置
３  加熱手段
４  筐体
５  供給システム
６  ガス利用ユニット
１０  収着ガス貯蔵構造
１１  第１部分
１２  第２部分
３０  第１加熱区画
３２  第２加熱区画
３４  第３加熱区画
４０  外壁
４２  断熱層
１００  第１層
２００  第２層
２０１，２０３  第１区分
２０２  第２区分
４００  ガス排出管
４２０  凹溝
Ｂ  周縁部
Ｅ  方法
Ｅ１  圧縮ステップ
Ｅ２  配設ステップ
Ｖｃ  中央部
Ｖｐ  周辺部
Ｘ  長手軸線
【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】
2021533313.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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