(57)【要約】【課題】容器の変形を招くことなく水素吸蔵合金の充填率を高めることができる水素吸蔵合金容器を提供する。【解決手段】水素吸蔵合金１０が収容される筒状の容器本体１内に、水素吸蔵合金１０が収容される複数のパイプ２、３を容器筒方向に沿って収容する。前記パイプは、降伏応力σｙｓが２００ＭＰａ以上の材質からなり、パイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）が５〜１５．５ＭＰａであるのが望ましい（ｔはパイプ肉厚（ｍｍ）、Ｄはパイプ外径（ｍｍ））。容器の変形を抑制したままで水素吸蔵合金の充填率を上げて体積効率を１５％以上向上させることができる。パイプにより合金の移動スペースが狭くなり、振動などによる縦方向の合金の移動がしづらくなり局部的な容器変形も抑えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵合金が収容される筒状の容器本体内に、水素吸蔵合金が収容される複数のパイプが容器筒方向に沿って収容されていることを特徴とする水素吸蔵合金容器。
【請求項２】
前記パイプは、降伏応力σｙｓが２００ＭＰａ以上の材質からなり、かつパイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）が５〜１５．５ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の水素吸蔵合金容器。
ただし、ｔはパイプの肉厚（ｍｍ）、Ｄはパイプの外径（ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒状の容器本体内に水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を行う水素吸蔵合金容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素の吸放出を繰り返し行わせる水素吸蔵合金は、例えばキャニスタに収容し、合金で吸放出される水素は、該キャニスタの口部などを通して外部との間で移動させている。ところで、水素吸蔵合金は水素を吸蔵することで膨張し、逆に放出すると収縮する。また、この吸放出の繰返しにより合金の微粉化が進み体積膨張が起こる。この膨張収縮を繰り返すことで合金が容器下部に移動し易い。さらに、キャニスターの輸送中などの振動により内部の合金が移動して、局部的に充填密度が高くなる。その結果、上記水素の吸放出に伴う歪みによって容器変形が起こり易くなる。このため、容器内部を１枚以上の仕切り板で仕切って粉末を均一に充填することとした収容容器が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、水素吸蔵合金キャニスタに合金を充填する際に、水素吸蔵合金にかさ密度の小さい伝熱促進材となる繊維状のファイバーを数ｗｔ％添加混合し、水素吸蔵合金全体のかさ密度を小さくすることで、合金膨張による容器変形を抑える方法も提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２２０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した仕切板を用いた容器構造では、仕切り構造の挿入後に、容器本体（キャニスター）端部を絞って口部あるいは底部を形成することになるため、ネッキング（口絞り）加工後の熱処理を均一に行うのが難しくなるという欠点がある。また容器変形を確実に防止するためには各仕切間空間における合金の充填率を低くすることが必要であり、伝熱促進剤を添加する充填方法とともに、水素吸蔵合金の体積効率（体積効率とは、容器外容積に対する水素の貯蔵量，ＮＬ/Ｌ）が良くないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、水素吸蔵合金の充填率を高めても容器の変形が少なく、よって高い体積効率が得られる水素吸蔵合金容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の水素吸蔵合金容器のうち請求項１記載の発明は、水素吸蔵合金が収容される筒状の容器本体内に、水素吸蔵合金が収容される複数のパイプが容器筒方向に沿って収容されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１記載の発明において、前記パイプは、降伏応力σｙｓが２００ＭＰａ以上の材質からなり、かつパイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）が５〜１５．５ＭＰａであることを特徴とする。ただし、ｔはパイプの肉厚（ｍｍ）、Ｄはパイプの外径（ｍｍ）である。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、容器本体内に配置される複数のパイプによって、水素吸蔵合金の膨張が抑えられるとともに、容器本体内でパイプの内外に水素吸蔵合金が収容されるため、合金充填率（合金充填率とは、容器内容積に対して合金の占める割合）を上げて体積効率を向上させることが可能となる。また、パイプを挿入することで、合金の移動スペースが狭くなるため、振動による縦方向の合金の移動がしづらくなり局部的な容器変形を抑えることができる。
【０００８】
また、最適なパイプ強度および形状（外形と肉厚）をもったパイプを用いることで、体積効率をさらに向上させることができる。
ここでパイプ材質が降伏応力σｙｓで２００ＭＰａ未満のものであると、十分なパイプ強度を得ようとするとパイプ肉厚を大きくせざるを得ず、体積効率が低下する。また、パイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）が５ＭＰａ未満であると、パイプが外径の割に薄肉になって強度不足が起こり、容器変形が起こってしまう。一方、パイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）が１５ＭＰａを超えると、パイプは必要以上に強度が増すばかりで外径の割に肉厚が厚くなるので、パイプ内外の容積が小さくなって合金の充填率が低下する。
【発明の効果】
【０００９】
すなわち、本発明によれば、水素吸蔵合金が収容される筒状の容器本体内に、水素吸蔵合金が収容される複数のパイプが容器筒方向に沿って収容されているので、容器の変形を抑制したままで水素吸蔵合金の充填率を上げて体積効率を向上させることができる。
特に、前記パイプを降伏応力σｙｓが２００ＭＰａ以上の材質とし、パイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）を５〜１５．５ＭＰａとすれば、上記体積効率は顕著に向上する。具体的には、最適なパイプ強度および形状（外形と肉厚）をもったパイプを挿入配列することで、合金膨張による容器変形が起こることなく体積効率を１５％以上向上できる効果がある。また、これらパイプの挿入は、容器本体の口部、底部の形成を終えた後から行うので、パイプ挿入前に容器本体を適切に熱処理することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
アルミニウム合金からなる円筒形で小径の口部１ａを有する容器本体１内に、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼からなる大径のパイプ２…２と小径のパイプ３、３とを用意する。これらパイプ２…２、３、３は、降伏応力σｙｓが２００ＭＰａで、パイプ強度（２（パイプ肉厚ｔ／パイプ外径Ｄ）σｙｓ）を５〜１５．５ＭＰａの範囲内の形状とする。
【００１１】
上記容器本体１は、口部１ａを通して底部に水素通気が可能なフィルタ４ａを配置し、該フィルタ４ａ上に位置するように同じく口部１ａを通してパイプ２…２、３、３を挿入する。この際に、大径のパイプ２・・２と小径のパイプ３、３の本数を調整することによりパイプ同士を互いに密着させ、容器本体内で固定されるようにする。
【００１２】
上記パイプ２、３間の空間には、通気材５を挿入する。上記によりパイプ２、３および通気材５を挿入した容器本体１内には、パイプ２、３の内外に適宜の充填率で水素吸蔵合金粉末１０を収容する。該粉末には、伝熱促進材となる繊維状のファイバーなどを混合してもよい。該容器本体１では、さらに上記パイプ２、３上に水素通気が可能なフィルタ４ｂを配置する。この際に、通気材５の上端は、フィルタ４ｂ内に達しているのが望ましい。口部１ａには、通気管（図示しない）接続用のバルブ６を取り付ける。上記により水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金容器が得られる。
【００１３】
次に上記水素吸蔵合金容器の作用について説明する。
上記水素吸蔵合金容器の容器本体１内にバルブ６を通して水素を導入すると、該水素は、フィルタ４ｂおよび通気材５、またさらにはフィルタ４ａを通してパイプ２、３内外の水素吸蔵合金粉末間に供給され、吸蔵される。この結果、水素吸蔵合金粉末は膨張しようとする。また、加熱や減圧などによって水素を吸蔵している水素吸蔵合金粉末から水素が放出されると、該水素吸蔵合金粉末は収縮し、放出された水素は、水素吸蔵合金粉末間から、パイプ２、３内外、通気材５、フィルタ４ａ、最後にフィルタ４ｂを通して水素吸蔵合金容器外部に放出される。上記水素吸蔵合金粉末による水素の吸放出の際に、水素吸蔵合金粉末の膨張は、パイプ２、３の介在によって抑えられ、容器本体１に加わる歪みを小さくすることができる。また、パイプ２、３の存在により水素吸蔵合金粉末の充填密度の片寄りが生じにくく、変形が生じにくくなる。なお、水素吸蔵合金粉末の膨張力が容器本体１の内周面に加わる量を少なくするため、容器本体１の内周面に沿ってパイプを隙間なく、又は隙間を小さくして配列するのが望ましい。
【００１４】
図２は、上記実施形態の構成に加えて、軸方向において複数に分割する仕切板８ａ、８ｂ、８ｃを設けたものである。その他の構成は、上記実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明する。前記したパイプ２、３、通気材５は、各仕切板８ａ〜８ｃを貫通している。該仕切り板８ａ〜８ｃによって、長手方向において、より均一な合金充填および発生ひずみのバラツキの抑制がなされる効果がある。なお、仕切板を設ける場合、その数や間隔は適宜設定することができる。
【実施例１】
【００１５】
次に、上記実施形態に示す水素吸蔵合金容器を構成するため、胴部長さ１００ｍｍ、全高１３５ｍｍ、外径５０．８ｍｍ、肉厚３．６ｍｍの容器本体を用意した。この容器本体内に、パイプ強度を変えたＳＵＳ３０４パイプで、φ１２のものを７本挿入した後、φ８のものを２本挿入して、それぞれのパイプが容器内で密に配置されるようにした。この容器本体内において、充填率を変えて（５０〜５５％）ＡＢ５型の水素吸蔵合金粉末をパイプの内外に収容した。また、この容器の底部中央と、側部２点（高さ３０ｍｍと４０ｍｍ）に歪みゲージ（図示しない）を貼り付けた。
【００１６】
上記水素吸蔵合金容器において、水素の吸収および放出を繰返し、その時の容器変形量を前記ひずみゲージにより計測した。繰返しサイクル数としては、これまでの知見により合金の微粉化が１００〜１５０サイクルまで進行することが分かっているため、１５０サイクル以上実施した。
【００１７】
図３に、パイプ強度および合金充填率を変えた時の容器発生ひずみとその時の合金充填量を表している。パイプ強度を小さくすると、合金量は多くできるが、発生ひずみが大きくなってしまう。一方、パイプ強度を大きくすると合金量は少なくなってしまう。したがって、歪みと収容可能な合金量を考慮することで望ましいパイプ強度を定められることが分かった。
【００１８】
図４は、外径１２ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍ、パイプ強度８．５８ＭＰａのパイプを用いた水素吸蔵合金容器について合金充填率を変えて各サイクルでの歪みを測定したものである。発生ひずみ量の許容値としては、水素吸収時に最大の変形が起こるが、この値を一般的に材料の弾性範囲内となる２０００μ以下とした。また、水素放出時にはひずみ値がゼロに戻ることを条件としている。これらの条件から、この試験例では、合金充填率５３．５％以内では、放出後の発生ひずみがゼロとなり塑性変形に至っていないことが分かる。したがって、各パイプ強度において、許容される最大の合金充填率および体積効率を知ることができる。
【００１９】
また、比較のため、上記パイプを挿入しないで充填率を変えてＡＢ５型の水素吸蔵合金粉末を収容した水素吸蔵合金容器を用意し、上記と同様の水素吸放出試験を行った。その結果を図５に示した。比較例では、合金充填率５０％においても弾性変形範囲を超える歪みが発生し、放出後の発生ひずみがゼロとはならず塑性変形に至っていることが分かる。したがって、パイプ無しでは十分な合金充填率を得ることが困難であることが明らかとなった。
【００２０】
上記パイプ強度を変えて体積効率を求めた試験結果より、パイプ強度に対する水素吸蔵合金容器の体積効率をグラフ化して図６に示した。体積効率が良好となる条件は、パイプ強度（２（ｔ／Ｄ）σｙｓ）が５〜１５．５ＭＰａの範囲であることが明らかになった。
また、アルミニウム合金（降伏応力１１０ＭＰａ）、Ｔｉ合金（降伏応力３８０ＭＰａ）からなるパイプを用いて同様の試験を行ったところ、アルミニウム合金では、良好な体積効率が得られなかった。一方、Ｔｉ合金を用いたパイプでは、上記パイプ強度範囲内で良好な体積効率が得られた。よって本発明でパイプ強度を設定する場合、パイプの材質強度が一定以上（２００ＭＰａ以上）に高いことが要求されることも明らかとなった。
【００２１】
以上、上記実施形態および実施例に基づいて本発明の説明を行ったが、本発明は、上記説明の内容に限定されるものではなく、当然に本発明の範囲内において適宜の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の水素吸蔵合金容器を示す平面断面図およびｂ−ｂ線断面図である。
【図２】同じく、他の実施形態の正面断面図である。
【図３】本発明の実施例におけるパイプ強度と容器歪みおよび合金量の関係を示す図である。
【図４】同じく、サイクル数に対する容器歪みの変化を示す図である。
【図５】同じく、比較例におけるサイクル数に対する容器歪みの変化を示す図である。
【図６】同じく、各材質のパイプにおけるパイプ強度と体積効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    容器本体
２    パイプ
３    パイプ
１０    水素吸蔵合金粉末
【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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