(57)【要約】【課題】水素貯蔵容器として、比較的軽量なガラス細管を用いるとともに、ガラス細管の内部に貯蔵された水素を効率よく放出可能な水素供給装置を提供する。【解決手段】まず、複数の中空のガラス細管を製造しつつ、各ガラス細管を芯材に巻き取る（ステップＳ１００）。そして、各ガラス細管の内部を真空引きし（ステップＳ１１０）、各ガラス細管の終端部を封止する（ステップＳ１２０）。そして、高圧水素環境下で、芯材にガラス細管が巻き付けられたロールユニットに赤外線を照射し、ガラス細管内に水素を充填する（ステップＳ１３０）。そして、ロールユニット、および、赤外線ランプを、ケースに収納する（ステップＳ１４０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵容器の製造方法であって、
所定波長を有する照射光が照射されることによって、水素が透過可能となるガラスからなる中空状のガラス細管を製造するガラス細管製造工程と、
前記ガラス細管を、所定の芯材に巻き取る巻き取り工程と、
前記ガラス細管の終端部から、前記ガラス細管内を真空引きする真空引き工程と、
前記ガラス細管内が真空引きされた状態で、前記ガラス細管の終端部を封止する終端部封止工程と、
前記終部端封止工程の後、高圧水素環境下で、前記ガラス細管に対して、前記照射光を照射することによって前記物質を共振させ、前記ガラス細管内に水素を充填する水素充填工程と、
を備える製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、
前記終端部封止工程は、熱処理によって前記ガラス細管を溶着する工程を含む、
製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製造方法であって、
前記ガラス細管製造工程は、前記ガラス細管の始端部を封止する始端部封止工程を含む、
製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法であって、
前記始端部封止工程は、熱処理によって前記ガラス細管を溶着する工程を含む、
製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、
前記巻き取り工程は、前記始端部を前記芯材に接着する始端部接着工程、および、前記終端部の近傍を既に巻き取られている前記ガラス細管に接着する終端部接着工程のうちの少なくとも一方を含む、
製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の製造方法であって、
前記ガラス細管製造工程は、複数の前記ガラス細管を製造する工程を含み、
前記巻き取り工程は、前記複数のガラス細管を、前記芯材に巻き取る工程を含む、
製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法であって、
前記巻き取り工程は、前記複数のガラス細管を、前記芯材に、同時に巻き取る工程を含む、
製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の製造方法であって、
前記ガラスは、鉄系材料を含み、
前記所定波長は、赤外線領域の波長である、
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵容器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素供給装置には、水素の供給源として、水素を貯蔵するための水素貯蔵容器が備えられる。そして、この水素貯蔵容器としては、金属タンクや、水素吸蔵合金タンクや、カーボン繊維タンク等が用いられている。このような水素貯蔵容器は、比較的重量が重いため、軽量化が求められている。近年では、水素貯蔵容器の軽量化を図るため、上述した各種タンクの代わりに、ガラス細管を用いる技術が提案されている（下記非特許文献１，２参照）。
【０００３】
そして、例えば、下記非特許文献１には、複数のガラス細管を束状にしたものを筒状のケース内に収納し、これらの周囲から、ヒータによって各ガラス細管を加熱して、ガラス細管内に充填された水素を放出させる構成が記載されている。
【０００４】
【非特許文献１】A.F.Chabak "Developing Hydrogen Accumulation with High Capacity and Instant Supplying it to Fuel Cells" International Forum <Hydrogen Technologies for Energy Production> 6-10 February 2006 Moscow
【非特許文献２】Douglas B. Rapp,James E.Shelby "Photo-induced hydrogen outgassing of glass" Journal of Non-Crystalline Solids 349(2004) p.254-259
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記非特許文献１に記載された構成では、ガラス細管の束の周囲から各ガラス細管を加熱するため、束の内部に配置されたガラス細管は加熱されにくく、すべてのガラス細管から効率よく水素を放出させることは困難だった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、水素貯蔵容器として、比較的軽量なガラス細管を用いるとともに、ガラス細管の内部に貯蔵された水素を効率よく放出可能な水素供給装置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】
【０００７】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の水素供給装置の製造方法は、
所定波長を有する照射光が照射されることによって、水素が透過可能となるガラスからなる中空状のガラス細管を製造するガラス細管製造工程と、
前記ガラス細管を、所定の芯材に巻き取る巻き取り工程と、
前記ガラス細管の終端部から、前記ガラス細管内を真空引きする真空引き工程と、
前記ガラス細管内が真空引きされた状態で、前記ガラス細管の終端部を封止する終端部封止工程と、
前記終部端封止工程の後、高圧水素環境下で、前記ガラス細管に対して、前記照射光を照射することによって前記物質を共振させ、前記ガラス細管内に水素を充填する水素充填工程と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、上記ガラス細管を構成するガラスには、例えば、所定波長を有する照射光が照射されることによって共振する所定の物質が含まれており、この物質に上記照射光が照射されたときに、物質が共振して分子間の距離が広がることによって、水素が透過可能となる。このような物質としては、例えば、鉄系材料（例えば、Ｆｅ3Ｏ4）が挙げられる。この場合、照射光としては、例えば、２〜３（μｍ）の波長を有する近赤外光を用いることができる。なお、上記所定波長、および、上記ガラスに含まれる物質の組み合わせは、適宜選択可能である。
【０００９】
芯材に巻き取られるガラス細管は、１本であってもよいし、複数であってもよい。ただし、いずれの場合も、ガラス細管は、芯材に、内側から外側に向けて渦巻き状に、あるいは、螺旋状に巻き取られる。芯材の形状は、任意に設定可能であるが、ガラス細管を巻き付けやすいように、ほぼ円筒形であることが好ましい。そして、上述したように、芯材に巻き付けられたガラス細管の内部に水素を充填した後、このガラス細管の内側、あるいは、外側から、上記照射光が照射される。このようにすることによって、ガラス細管の数が複数であっても、すべてのガラス細管に照射光を照射することが可能となり、ガラス細管の内部に貯蔵された水素を効率よく放出させることができる。
【００１０】
本発明によって、水素貯蔵容器として、比較的軽量なガラス細管を用いるとともに、ガラス細管の内部に貯蔵された水素を効率よく放出可能な水素供給装置を製造することができる。
【００１１】
上記製造方法において、
前記終端部封止工程は、熱処理によって前記ガラス細管を溶着する工程を含むようにしてもよい。
【００１２】
こうすることによって、終端部封止工程を容易に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の製造方法において、
前記ガラス細管製造工程は、前記ガラス細管の始端部を封止する始端部封止工程を含むようにしてもよい。
【００１４】
こうすることによって、ガラス細管の製造時に、ガラス細管の始端部を確実に封止することができる。
【００１５】
上記製造方法において、
前記始端部封止工程は、熱処理によって前記ガラス細管を溶着する工程を含むようにしてもよい。
【００１６】
こうすることによって、始端部封止工程を容易に行うことができる。
【００１７】
上記いずれかの製造方法において、
前記巻き取り工程は、前記始端部を前記芯材に接着する始端部接着工程、および、前記終端部の近傍を既に巻き取られている前記ガラス細管に接着する終端部接着工程のうちの少なくとも一方を含むようにしてもよい。
【００１８】
こうすることによって、芯材に巻き取られたガラス細管を確実に固定し、ガラス細管がばらけるのを抑制することができる。
【００１９】
上記いずれかにの製造方法において、
前記ガラス細管製造工程は、複数の前記ガラス細管を製造する工程を含み、
前記巻き取り工程は、前記複数のガラス細管を、前記芯材に巻き取る工程を含むようにしてもよい。
【００２０】
こうすることによって、いずれかのガラス細管に故障が生じても、他のガラス細管で補填することができる。
【００２１】
上記製造方法において、
前記巻き取り工程は、前記複数のガラス細管を、前記芯材に、同時に巻き取る工程を含むようにすることが好ましい。
【００２２】
こうすることによって、水素貯蔵容器の生産性を向上させることができる。
【００２３】
本発明は、上述した水素貯蔵容器を水素の供給源とした水素供給装置の製造方法の発明として構成することもできる。すなわち、
本発明の水素供給装置の製造方法は、
上述したいずれかの製造方法によって水素貯蔵容器を製造する工程と、
前記水素貯蔵容器の前記芯材の内部に、前記ガラス細管に前記照射光を照射するためのランプを配置する工程と、
を備えることを要旨とする。
【００２４】
なお、芯材は、内部に配置されたランプからガラス細管への照射光ができるだけ遮光されないような形状である。本発明によって、芯材に巻き付けられたガラス細管の外部に上記ランプを配置するよりもコンパクトに水素供給装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．水素供給装置の構成：
Ｂ．製造工程：
Ｃ．変形例：
【００２６】
Ａ．水素供給装置の構成：
図１は、本発明の一実施例としての水素供給装置１００の概略構成を示す分解斜視図である。この水素供給装置１００は、水素を貯蔵する水素貯蔵容器からの水素の放出量を調整することによって外部へ水素を供給する装置であり、図示するように、水素貯蔵容器としてのロールユニット１０と、赤外線ランプ３０と、ロールユニット１０および赤外線ランプ３０を収納するためのケース部材２０と、蓋部材４０と、ガスケット５０とを備えている。なお、本実施例では、ケース部材２０は、ほぼ四角柱形状であるものとしたが、円柱形等、他の形状であってもよい。
【００２７】
ロールユニット１０は、後述するように、棒状のガラス細管１２を、概ね円筒形、かつ、中空の芯材１４に巻き付け、ガラス細管１２の内部に水素を充填したものであり、水素貯蔵容器として機能する。このロールユニット１０の内部の空隙には、赤外線ランプ３０が配置される。赤外線ランプ３０は、蓋部材４０に固定されている。蓋部材４０には、赤外線ランプ３０の電源端子４２が備えられている。ケース部材２０と蓋部材４０との間には、水素のリークを防止するためのガスケット５０が介装され、これらはボルト締めによって密閉される。なお、ケース部材２０には、水素を外部に供給するための水素供給口２２が設けられている。
【００２８】
この水素供給装置１００における水素の供給方法は、以下の通りである。ガラス細管１２は、二酸化珪素を主成分とし、鉄系材料（例えば、Ｆｅ3Ｏ4）を含むガラスからなり、後述するように、ガラス細管１２の内部には、水素が高圧充填されている。赤外線ランプ３０は、２〜３（μｍ）の波長を有する赤外線（近赤外光）を放射する。そして、ガラス細管１２に、赤外線ランプ３０からの照射光が照射されると、この照射光によって、ガラス細管１２を構成するガラスに含まれる鉄系材料が共振して、分子間の距離が広がり、水素が透過可能となる。ガラス細管１２を透過して放出された水素は、ケース部材２０に設けられた水素供給口２２から外部に供給される。なお、ガラス細管１２に赤外線ランプ３０からの照射光を照射して水素が透過可能になる作用は、ガラス細管１２を構成するガラスに含まれる鉄系材料が上記照射光によって共振することによるものであり、これは、ガラス細管１２を加熱することによってガラス細管１２に含まれる材料を共振させて水素が透過可能になる作用と物理的に等価である。
【００２９】
Ｂ．製造工程：
図２は、水素供給装置１００の製造工程を示す説明図である。各工程の詳細については、図３から図８を参照して説明する。
【００３０】
まず、ガラス細管１２を製造しつつ、ガラス細管１２を芯材１４に巻き取る（ステップＳ１００）。
【００３１】
図３は、ガラス細管１２の製造方法の一例を模式的に示す説明図である。図示するように、本実施例では、タンク２００に充填された溶融ガラス２４０を、ドーナツ型の開口部を有する溶融ガラス吐出口２１０から吐出するとともに、溶融ガラス吐出口２１０の内側に配置された空気吐出口２２０から空気を吐出することによって、中空のガラス細管１２を製造する。なお、本実施例では、後にガラス細管１２の内部を真空引きするため、始端部１２ｓが閉塞された状態のガラス細管１２を製造するものとした。この始端部１２ｓが閉塞された状態のガラス細管１２は、溶融ガラス吐出口２１０からの溶融ガラス２４０の吐出条件、および、空気吐出口２２０からの空気の吐出条件を調整することによって、製造可能である。
【００３２】
図４は、ガラス細管１２の芯材１４への巻き取りについて示す説明図である。図４（ａ）に、芯材１４の外観図を示した。また、図４（ｂ）に、芯材１４にガラス細管１２を巻き取るときの様子を示した。図４（ｂ）では、芯材１４の回転軸方向から見た様子を示している。また、図５は、複数のガラス細管１２が芯材１４に巻き取られた状態を示す説明図である。
【００３３】
図４（ａ）に示したように、芯材１４は、概ね円筒形のボビン形状を有しており、複数の棒状部材１４２の両端を、ドーナツ型の支持部材１４４によって支持することによって形成されている。なお、本実施例では、芯材１４は、ガラス細管１２を巻き取りやすいように、概ね円筒形としたが、他の形状であってもよい。
【００３４】
芯材１４にガラス細管１２を巻き取る工程では、生産性向上の観点から、複数のガラス細管１２を図３に示した方法によって並行して製造している。そして、図４（ｂ）に示したように、各ガラス細管１２の始端部１２ｓを、芯材１４の棒状部材１４２に接着し、芯材１４の内側に挿入された電磁石３００と、磁性体からなる押さえ部材３２０とによって挟んで、各ガラス細管１２を芯材１４に押さえつけつつ、芯材１４を図示しないモータによって回転させ、各ガラス細管１２を、内側から外側に向けて渦巻き状に巻き取る。なお、図示した例では、図示の都合上、１本のガラス細管１２を芯材１４に巻き取るように描かれている。
【００３５】
そして、所望の長さのガラス細管１２を巻き取った後、各ガラス細管１２がばらけないように、各ガラス細管１２の終端部１２ｅ近傍を、既に巻き取られているガラス細管１２に接着し、後に溶着するための所定の長さを残して、各ガラス細管１２を切断する。このとき、各ガラス細管１２の終端部１２ｅの切断部は開口している。そして、これらの巻き取り工程を、芯材１４全体にガラス細管１２が巻き取られるまで、複数セットのガラス細管１２について繰り返し行う。
【００３６】
図２のステップＳ１００の後、各ガラス細管１２の内部を真空引きし（ステップＳ１１０）、各ガラス細管１２の終端部１２ｅを封止する（ステップＳ１２０）。これは、後に、ガラス細管１２の内部に、高純度な水素を充填するためである。
【００３７】
図６は、各ガラス細管１２の内部を真空引きし、各ガラス細管１２の終端部１２ｅを封止する様子を示す説明図である。図示するように、この工程では、図５に示した部材を真空チャンバ４００内に設置し、真空チャンバ４００に併設された真空ポンプ４１０を駆動するとともに、真空チャンバ４００に接続された配管４３０に配設されたバルブ４２０を開弁して、真空チャンバ４００内を真空引きすることによって、各ガラス細管１２の内部の真空引きを行う。そして、図示しない圧力計によって真空チャンバ４００内の圧力を測定し、所定の真空度以下になった後、真空チャンバ４００の内部に備えられたアイロン４４０を用いて、ガラス細管１２の終端部１２ｅを熱処理によって溶着し、封止する。そして、これを真空チャンバ４００から取り出し、ガラス細管１２の終端部１２ｅのまだ接着されていない残りの部分を、既に巻き取られているガラス細管１２に接着する。このようにして、ガラス細管１２内が真空状態のロールユニット１０が完成する。図７は、ロールユニット１０の外観図である。
【００３８】
図２のステップＳ１２０の後、高圧水素環境下でロールユニット１０に赤外線を照射し、ガラス細管１２内に水素を充填する（ステップＳ１３０）。
【００３９】
図８は、ロールユニット１０のガラス細管１２内に水素を充填する様子を示す説明図である。図示するように、この工程では、ロールユニット１０を高圧チャンバ５００内に設置し、高圧チャンバ５００に併設された高圧ポンプ５１０を駆動するとともに、高圧チャンバ５００に接続された配管５３０に配設されたバルブ５２０を開弁して、高圧チャンバ５００内に高圧水素を供給する。本実施例では、高圧チャンバ５００内の水素圧を１００（ＭＰａ）程度とした。そして、この高圧水素環境下で、高圧チャンバ５００内に備えられた赤外線ランプ５４０によってロールユニット１０のガラス細管１２に赤外線を照射し、ガラス細管１２内に高圧水素を充填する。なお、ガラス細管１２を透過してガラス細管１２内に水素が充填される原理は、先に説明したガラス細管１２を透過して水素が放出される原理と同じであり、各ガラス細管１２内には、高圧チャンバ５００内の圧力とほぼ同じ圧力の高圧水素が充填される。
【００４０】
以上の工程を経て、高圧水素が充填されたロールユニット１０を製造することができる。
【００４１】
図２のステップＳ１３０の後、ロールユニット１０、および、赤外線ランプ３０を、ケース部材２０に収納し（ステップＳ１４０）、ケース部材２０と、蓋部材４０と、ガスケット５０とをボルト締めする（図１参照）。
【００４２】
以上の工程を経て、本実施例の水素供給装置１００を製造することができる。
【００４３】
以上説明した本実施例の水素供給装置１００によれば、水素貯蔵容器として、比較的軽量なガラス細管１２を用いるので、水素供給装置１００の軽量化を図ることができる。また、ロールユニット１０において、ガラス細管１２が芯材１４に渦巻き状に巻き付けられており、芯材１４の内側からすべてのガラス細管１２に赤外線を照射することができるので、ガラス細管１２の内部に貯蔵された水素を効率よく放出することができる。
【００４４】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４５】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、ガラス細管１２の製造時に、始端部１２ｓが閉塞されたガラス細管１２を製造するものとしたが、本発明は、これに限られない。始端部１２ｓが開口したガラス細管１２を製造し、始端部１２ｓを熱処理によって溶着して封止するものとしてもよい。始端部１２ｓの熱処理のよる溶着は、先に説明した終端部１２ｅの溶着と同様に、アイロンを用いて行うことができる。
【００４６】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、ガラス細管１２の終端部１２ｅを熱処理によって溶着し、封止するものとしたが、本発明は、これに限られない。ガラス細管１２の終端部１２ｅに、封止剤を充填する等、他の方法で封止するものとしてもよい。
【００４７】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、ガラス細管１２を構成するガラスは、赤外線ランプ３０からの照射光によって共振する鉄系材料を含むものとしたが、本発明は、これに限られない。ガラス細管１２を構成するガラスは、一般に、照射装置から照射される所定波長を有する照射光が照射されることによって共振する所定の物質を含み、照射光が照射されたときに、上記物質が共振して分子間の距離が広がることによって、水素が透過可能となるガラスであればよく、所定波長、および、所定の物質の組み合わせは、適宜選択可能である。
【００４８】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、ロールユニット１０の芯材１４の内側に赤外線ランプ３０を配置するものとしたが、ロールユニット１０の外側に赤外線ランプ３０を配置するものとしてもよい。ただし、芯材１４の内側に赤外線ランプ３０を配置することによって、水素供給装置１００をコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例としての水素供給装置１００の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】水素供給装置１００の製造工程を示す説明図である。
【図３】ガラス細管１２の製造方法の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】ガラス細管１２の芯材１４への巻き取りについて示す説明図である。
【図５】複数のガラス細管１２が芯材１４に巻き取られた状態を示す説明図である。
【図６】各ガラス細管１２の内部を真空引きし各ガラス細管１２の終端部１２ｅを封止する様子を示す説明図である。
【図７】ロールユニット１０の外観図である。
【図８】ロールユニット１０のガラス細管１２内に水素を充填する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００…水素供給装置
１０…ロールユニット
１２…ガラス細管
１２ｅ…終端部
１２ｓ…始端部
１４…芯材
１４２…棒状部材
１４４…支持部材
２０…ケース部材
２２…水素供給口
３０…赤外線ランプ
４０…蓋部材
４２…電源端子
５０…ガスケット
２００…タンク
２１０…溶融ガラス吐出口
２２０…空気吐出口
２４０…溶融ガラス
３００…電磁石
３２０…押さえ部材
４００…真空チャンバ
４１０…真空ポンプ
４２０…バルブ
４３０…配管
４４０…アイロン
５００…高圧チャンバ
５１０…高圧ポンプ
５２０…バルブ
５３０…配管
５４０…赤外線ランプ
【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】
2008014434.tif 000009
【図８】
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