(57)【要約】      （修正有）【課題】水素吸蔵合金粉末をコイルスプリング等の外部加圧手段を使用しないで圧縮することにより、水素吸蔵合金の熱伝導性、したがって、その水素吸放出性能を高め、さらには大気中の酸素による水素吸蔵合金の汚染を低減した水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを提供する。【解決手段】水素を吸放出させることにより予め微粉化した水素吸蔵合金を含む隔壁によって囲まれた複数のセル３を有する容器４と、各セルに対応する突起部５を有しかつ当該突起部の先端及び他の部分にそれぞれ水素を通すための開口６及び１つ又は複数の細孔７を有する蓋８とからなり、当該容器の底部に対して当該蓋の突起部を貫通させ、貫通した突起部の先端をかしめることにより当該蓋を当該容器に固定し、当該容器と当該蓋に対して水素吸蔵合金を弾性的に密着させるよう保持する。【選択図】図１
2008069800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を吸放出させることにより予め微粉化した水素吸蔵合金を含む隔壁によって囲まれた複数のセルを有する容器と、各セルに対応する突起部を有しかつ当該突起部に水素を通すための開口及び１つ又は複数の細孔を有する蓋とからなり、当該容器の底部に対して当該蓋の突起部を貫通させ、貫通した突起部の先端をかしめることにより当該蓋を当該容器に固定し、当該容器と当該蓋に対して水素吸蔵合金を弾性的に密着させるよう保持したことを特徴とする、水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
【請求項２】
前記開口及び１つ又は複数の細孔が、それぞれ前記突起部の先端及び側面に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
【請求項３】
前記容器がハニカム構造を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
【請求項４】
前記容器及び蓋がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
【請求項５】
前記細孔がニッケルメッキによって覆われたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを備えた、水素貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素吸蔵合金貯蔵用ユニット及びそれを備えた水素貯蔵タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、燃焼しても二酸化炭素が発生しないことからクリーンな燃料として注目されており、水素を燃料として利用するための、水素の貯蔵及び運搬等に関する検討が数多く行われている。水素を貯蔵、運搬する方法としては、高圧ガスボンベによるものが一般的であるが、ガスボンベは重く、またガスボンベの単位容積当たりの貯蔵能力も実用上の限界があり、大きな水素貯蔵効率の向上は期待できない。
【０００３】
高圧ガスボンベに代わる水素貯蔵方法として、例えば、水素吸蔵合金を利用する方法が知られている。水素吸蔵合金は、水素圧や温度を制御することによって可逆的に水素を吸蔵及び放出することができる材料であり、これによって、同じ体積のもとでも気体状態と比べてはるかに多くの水素を貯蔵することが可能となる。しかしながら、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵及び放出に伴って膨張及び収縮し、それを繰り返すことによって容易に微粉化してしまうという性質を有する。このような微粉化によって、水素吸蔵合金の粉末間の接触が不十分なものとなり、その熱伝導性が低下して十分な水素の吸放出性能が得られないという問題や、このような特性を示す水素吸蔵合金をタンクに貯蔵した場合に、微粉化した合金粉末がタンクの一部に偏って、それが水素を吸蔵して膨張したときにタンクの局部に大きな応力が加わり、タンクの変形、さらにはタンクの破壊を引き起こすという問題がある。また、微粉化した水素吸蔵合金は、その組成によっては大気に触れると急激な酸化反応（自然発火）を起こす場合があり、水素の貯蔵に利用できる合金組成が著しく狭められている。
【０００４】
特許文献１では、水素吸蔵合金粉末を貯蔵するタンク外板部内に伝熱用の熱媒流体を流通させる伝熱用熱媒流通部材を配設したものにおいて、上記タンク外板部の内壁付近に、上記熱媒流通部材の方向に向けて上記水素吸蔵合金粉末を圧縮付勢させる圧縮付勢部材を配設したことを特徴とする水素吸蔵用合金貯蔵タンクが記載されており、当該圧縮付勢部材として、タンク外板部の内壁面に沿って配設された押圧プレートと該押圧プレートと上記タンク外板部との間に介設されたコイルスプリングが記載されている。
【特許文献１】特開平６−２２１５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、上記圧縮付勢部材の作用により、水素吸蔵合金粉末の粒子が次第に微粉末化してきても、微粉末粒子間及び微粉末粒子と伝熱用熱媒流通部材との密着性が常に良好な状態に保たれるので、伝熱性能が向上して水素放出性能が増大することを記載している。しかしながら、特許文献１では、当該圧縮付勢部材としてコイルスプリングを使用しているため、コイルスプリングの分だけ水素貯蔵タンクのサイズ及び重量が増すという問題がある。また、特許文献１では、水素貯蔵合金を水素貯蔵タンク内に直接充填しているため、水素吸蔵合金をタンク内に充填する際や、それをタンクから回収する際に、水素吸蔵合金が大気中の酸素にさらされて自然発火する危険性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、水素吸蔵合金粉末をコイルスプリング等の外部加圧手段を使用しないで圧縮することにより、水素吸蔵合金の熱伝導性、したがって、その水素吸放出性能を高め、さらには大気中の酸素による水素吸蔵合金の汚染を低減した水素吸蔵合金貯蔵用ユニット及びそれを備えた水素貯蔵タンク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】
上記課題を解決する本発明は下記にある。
（１）水素を吸放出させることにより予め微粉化した水素吸蔵合金を含む隔壁によって囲まれた複数のセルを有する容器と、各セルに対応する突起部を有しかつ当該突起部に水素を通すための開口及び１つ又は複数の細孔を有する蓋とからなり、当該容器の底部に対して当該蓋の突起部を貫通させ、貫通した突起部の先端をかしめることにより当該蓋を当該容器に固定し、当該容器と当該蓋に対して水素吸蔵合金を弾性的に密着させるよう保持したことを特徴とする、水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
（２）前記開口及び１つ又は複数の細孔が、それぞれ前記突起部の先端及び側面に設けられたことを特徴とする、上記（１）に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
（３）前記容器がハニカム構造を有することを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
（４）前記容器及び蓋がアルミニウム又はアルミニウム系合金からなることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
（５）前記細孔がニッケルメッキによって覆われたことを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを備えた、水素貯蔵タンク。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水素吸蔵合金粉末は、水素吸蔵合金貯蔵用ユニットにおけるセルの隔壁と蓋の突起により圧縮されるので、コイルスプリング等の外部加圧手段を使用することなく水素吸蔵合金の熱伝導性を高め、したがって水素吸蔵合金の水素吸放出性能を高めることができる。また、このような水素吸蔵合金貯蔵用ユニットに水素吸蔵合金を収容してそれを水素貯蔵タンクに設置することにより、水素吸蔵合金のタンク内への設置や、タンクからの回収が、水素吸蔵合金をタンク内に直接充填する従来技術のものと比べて非常に容易になり、さらには、水素吸蔵合金と大気の接触、すなわち、大気中の酸素による水素吸蔵合金の汚染が最小限に抑えられるため、水素吸蔵合金が自然発火する危険性を大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施態様について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。なお、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付している。
【００１０】
図１は、本発明による水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１を模式的に示す図であり、（ａ）は組み立て前の断面、（ｂ）は組み立て後の断面、（ｃ）は組み立て後の上面及び断面を示している。
【００１１】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１は、隔壁によって囲まれた複数のセル３を有する容器４と、各セル３に対応する突起部５を有する蓋８とからなる。セル３には、予め微粉化した水素吸蔵合金２が収容され、突起部５は、その先端と他の部分にそれぞれ水素を通すための開口６と１つ又は複数の細孔７を有している。
【００１２】
水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１の組み立てにおいては、図１（ｂ）に示すように、水素吸蔵合金２を含む容器４の底部に対して蓋８の突起部５を貫通させ、貫通した突起部５の先端をかしめることにより蓋８を容器４に固定する。その際、水素吸蔵合金２は、水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１におけるセル３の隔壁と蓋８の突起部５によって圧縮され、容器４と蓋８に対して弾性的に密着するよう保持される。
【００１３】
本発明によれば、水素吸蔵合金としては、当業者に公知の任意の水素吸蔵合金を使用することができる。
【００１４】
従来の水素貯蔵タンクにおいては、水素吸蔵合金は、タンク内に直接充填されていたので、水素吸蔵合金をタンク内に充填する際や、それをタンクから回収する際に、水素吸蔵合金が大気中の酸素にさらされ、自然発火する危険性があった。一般に、水素吸蔵合金は大気中の酸素にさらされると、その表面が酸化される。水素吸蔵合金が非常に小さい微粉末の場合には、このような酸化によって生じる酸化熱で水素吸蔵合金自体が燃焼してしまうことがある。したがって、従来の水素貯蔵タンクでは、大気中の酸素にさらされても燃焼しない水素吸蔵合金しか使用することができなかった。
【００１５】
大気中への暴露によって水素吸蔵合金の一部が酸化されても、水素吸蔵合金が燃焼しないようにするためには、水素吸蔵合金の熱伝導性を良くして酸化により生じる熱を速やかに拡散できるようにすることが重要である。そのためには、水素吸蔵合金の粉末間の接触状態を改善する必要があり、すなわち、粉末間の密着性を改善することが重要である。
【００１６】
本発明によれば、セル３の隔壁と蓋８の突起部５によって水素吸蔵合金２の微粉を圧縮して密着させ、微粉が擬似的に粗粒化される。このようにすることで、水素吸蔵合金の熱伝導性を改善することができ、したがって、水素吸蔵合金が自然発火する危険性を低減することができる。従来の水素貯蔵タンクでは、大気への暴露によって水素吸蔵合金が自然発火する危険性があることから、水素貯蔵タンクにおいて使用できる水素吸蔵合金の組成が制限されていた。しかしながら、本発明においては、上記のような水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを使用し、それを水素貯蔵タンクに設置するため、セル３内に収容される水素吸蔵合金２は、突起部５に設けられた細孔７を介してしか大気と接触せず、水素吸蔵合金２の水素貯蔵タンクへの充填及び水素貯蔵タンクからの回収に際し、大気への暴露を最小限に抑えることができる。したがって、従来技術のように、使用できる水素吸蔵合金の組成に関する制限がなく、当業者に公知の任意の水素吸蔵合金を使用することができる。
【００１７】
本発明の水素吸蔵合金貯蔵用ユニットにおいては、予め微粉化した水素吸蔵合金が使用される。
【００１８】
水素吸蔵合金は、水素を吸蔵する前後の体積変化が大きく、水素を吸蔵することによって体積が約３０％程度膨張する。このため、従来の水素貯蔵タンクにおいては、水素吸蔵合金の体積膨張を考慮して、水素吸蔵合金が充填されていない空隙部を水素貯蔵タンク内に存在させるなどしていた。しかしながら、このような構成の水素貯蔵タンクにおいては、水素の吸放出に伴う水素吸蔵合金の微粉化により、水素吸蔵合金の熱伝導性が低下し、十分な水素の吸放出性能を得ることができなかった。
【００１９】
本発明においては、予め微粉化した水素吸蔵合金を使用することで水素の吸放出による水素吸蔵合金の体積変化をより小さくすることができる。さらには、水素吸蔵合金は、水素吸蔵合金貯蔵用ユニットにおけるセルの隔壁と蓋の突起部によって圧縮され、容器と蓋に対して弾性的に密着するよう保持されるため、水素吸蔵合金の熱伝導性を高め、したがって水素吸蔵合金の水素吸放出性能を高めることができる。
【００２０】
微粉化は、一般に粒径が５００μｍ〜１ｍｍの水素吸蔵合金に水素を数回、例えば、１０回程度吸放出させることにより実施することができる。微粉化された水素吸蔵合金の粒径は、好ましは約１〜１０μｍ程度である。
【００２１】
本発明によれば、水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１の容器４及び蓋８としては、一般に熱伝導性に優れ、水素吸蔵合金２の膨張及び収縮に際し、それを当該容器４及び蓋８に対して弾性的に密着させて保持できるような金属からなる材料が選択される。好ましい材料としては、アルミニウム又はアルミニウム系合金が挙げられる。このような材料を使用することで、水素吸蔵合金２が水素を吸蔵して膨張しても、容器４と蓋８が変形してその膨張をある程度吸収することができ、次に、水素吸蔵合金２が水素を放出して収縮した場合においても、容器４及び蓋８が元の形状に戻ることにより、水素吸蔵合金２を常に容器内で密着させて保持することができる。
【００２２】
容器４及び蓋８の厚さは、使用する材料等に応じて変化するが、適度な弾性を有することができるような厚さであることが好ましい。容器４及び蓋８として硬質の材料又は肉厚の材料を使用した場合には、水素吸蔵合金が水素を吸蔵して膨張しても、それらが変形してその膨張を吸収することができないため、合金粉末が容器４の壁や蓋８によってさらに圧縮されて固まってしまい、その後、水素を放出して収縮したときには、セル内に隙間が生じて良好な熱伝導性が得られなくなる。逆に、容器４及び蓋８の厚さが薄すぎる場合には、水素吸蔵合金が水素を吸蔵して膨張したときに容器４及び蓋８が破損してしまうことがある。例えば、容器４及び蓋８の材料としてアルミニウムを使用する場合、その厚さは一般的に０．１〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２３】
容器４の形状としては、適度な弾性を有する任意の形状を選択することができる。中でも、ハニカム形状は、円や他の多角形とは異なり、同一の形を隙間なく敷き詰められ、しかも、その形状が円に近いため、その中に収容される水素吸蔵合金２が水素の吸蔵により膨張した場合においても、膨張によって加えられる応力が比較的均一に容器にかかるので好ましい。
【００２４】
蓋８は、容器４の各セル３に対応する突起部５を有し、当該突起部５の先端及び他の部分にはそれぞれ水素を通すための開口６及び１つ又は複数の細孔７が設けられている。この突起部５とセル３の隔壁によってセル３内に収容される水素吸蔵合金２が圧縮されて容器４内に保持される。
【００２５】
より具体的に言えば、図１に示すように、容器４の底部に対して蓋８の突起部５を貫通させ、貫通した突起部５の先端をかしめることにより蓋８を容器４に固定し、容器４と蓋８に対して水素吸蔵合金２が弾性的に密着するよう保持される。このようにすることで、先に記載したように、水素の吸収及び放出による水素吸蔵合金の膨張及び収縮に対しても常に水素吸蔵合金を容器内で密着させて保持することができる。
【００２６】
突起部５によって水素吸蔵合金２を圧縮する際の圧縮率は、以下のように規定することができる。
圧縮率（％）＝（Ｖ＋Ｖx）／Ｖ0×１００
式中、Ｖは水素吸蔵合金２がセル３内に占める体積であり、Ｖxは突起部５による体積Ｖの排除体積であり、Ｖ0はセル３の内容積である。
【００２７】
上記圧縮率の好ましい範囲は、使用される水素吸蔵合金、容器及び蓋の材質及び厚さ、並びに容器深さ等に応じて変化すると考えられるが、一般的には１〜６％未満の範囲が好ましい。圧縮率が１％よりも小さい場合には、水素吸蔵合金の粉末が十分に密着して保持されていないために、十分な熱伝導性が得られず、大気中に暴露されたときに自然発火する恐れがあり、また、圧縮率が６％よりも大きい場合には、水素吸蔵合金の粉末が十分密着されて擬似的に粗粒化されるので、その熱伝導性は改善されるものの、場合によって容器４が破損することがある。
【００２８】
本発明の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１においては、蓋８の突起部５に設けられた１つ又は複数の細孔７を介して水素が導入され、セル３内に収容される水素吸蔵合金２に水素が吸蔵される。この水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１を水素貯蔵タンクに取り付けたり又は水素貯蔵タンクから取り外したりする際には、この細孔７を介してセル３内の水素吸蔵合金２が大気中の酸素にさらされて汚染される恐れがある。しかしながら、本発明の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１においては、突起部５とセル３の隔壁によって水素吸蔵合金の粉末を圧縮して十分密着させて保持しているため、このように十分密着された微粉が細孔７の開口部に配置されることにより、たとえこの開口部が大気にさらされても、開口部からの酸素流入を一定の範囲に制限することができる。したがって、このような場合にも、大気中の酸素が急激にセル３内に拡散することはない。
【００２９】
このような大気への暴露による水素吸蔵合金の酸化、さらには自然発火の危険性を確実に低減するためには、これらの細孔７は、水素を通すが酸素を通しにくい材料、例えば、ニッケルメッキ等によって覆われることが好ましい。ニッケルメッキの厚さとしてはサブミクロン程度の厚さでよい。
【００３０】
上記のようなニッケルメッキが施された１つ又は複数の細孔７を設けた突起部５を有する蓋８は、当業者に公知の任意の方法により作製することができるが、例えば、アルミニウム等の平らな板に複数の小さな穴を開けてニッケルメッキを施し、それを押し出して突起部５を形成することによって作製することができる。
【００３１】
本発明によれば、上で説明した水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１を基本単位として、これを図２に示すように幾段にもわたって積み重ねて水素貯蔵タンク内に設置することができる。
【００３２】
図３は、本発明による水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１を備えた水素貯蔵タンク１０を模式的に示す断面図である。
【００３３】
図３に示すように、水素貯蔵タンク１０は、水素を吸蔵及び放出させるための複数の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１を備え、これらの水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１を冷却するための冷却水用配管１１と水素用フィルタ１２を含む。
【００３４】
本発明によれば、水素貯蔵タンク１０による水素の吸蔵操作では、まず、水素がフィルタ１２を通って上流側の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１における蓋８の上方から流入し、流入した水素の一部が細孔７を介してセル３内の水素吸蔵合金２に吸蔵される。次いで、残りの水素が開口６及びユニット間の隙間を通ってさらに下段の水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１に流入して同一の操作が繰り返される。このようにして水素貯蔵タンク１０内のすべての水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１に水素が吸蔵される。吸蔵された水素は、水素の放出操作の際に、圧力又は温度を制御することによって各水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１内の水素吸蔵合金２から放出され、次いで、細孔７及び開口６を介して水素貯蔵タンク１０から放出される。なお、本実施態様では、突起部５の先端に設けられた開口６を介して水素が各水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１に導入及びそこから放出されるが、当該開口６は、このような穴構造に限定されるものではなく、水素を各水素吸蔵合金貯蔵用ユニット１に導入及びそこから放出することができる任意の構造であってよい。
【００３５】
このような水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを積み重ねた構造により水素貯蔵タンクを構成することで、水素吸蔵合金を水素貯蔵タンクに直接的に充填する場合と比較して、大気中の酸素による水素吸蔵合金の汚染を最小限に抑えることができ、さらにはユニット構造において水素吸蔵合金を保持しているため、ハンドリングやタンクへの取り付け及びタンクからの取り外しが非常に容易になる。また、従来の水素貯蔵タンクでは、水素吸蔵合金を加熱及び冷却するための伝熱フィンが必要であり、しかも、従来の水素貯蔵タンクでは、このような加熱及び冷却用の伝熱フィンを水素吸蔵合金と効率良く接触させることが非常に困難であった。しかしながら、本発明の水素貯蔵タンクにおいては、水素吸蔵合金貯蔵用ユニットの容器や蓋自体が伝熱フィンとしての役目も果たすため、加熱及び冷却用の伝熱フィンを省くことができ、従来技術のような複雑な構造の水素貯蔵タンクを簡略化することができる。また、従来技術の水素貯蔵タンクでは、本発明のようなユニット構造において水素貯蔵合金が充填されていないため、タンク内に流入してくる水素は、上流側の水素貯蔵合金には多く吸蔵されるが、下流側の水素吸蔵合金には吸蔵されにくいという問題があったが、この点についても、本発明の水素貯蔵タンクにおいては、上で説明したとおり、水素吸蔵合金貯蔵用ユニットごとに確実に水素を吸蔵させることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
本実施例では、水素吸蔵合金を収容する容器としてアルミニウム製の容器を用いた場合の水素吸蔵合金の圧縮率と熱伝導性の関係について調べた。
【００３８】
水素吸蔵合金としてＴｉＣｒＭｎを使用した。この水素吸蔵合金を水素で数回吸放出させることにより微粉化し、真密度６ｇ／ｃｃ及び嵩密度３ｇ／ｃｃの微粉末を得た。この微粉末をアルミニウム製の円筒形容器（厚さ０．２ｍｍ、深さ２０ｍｍ）に充填し、これをＡｒ雰囲気下で加圧して圧縮率を変化させた。圧縮率は、上で規定した式によって算出し、水素吸蔵合金粉末の熱伝導性に関しては、大気開放時の粉末の温度変化によって簡易的に評価した。結果を下表１に示す。なお、比較例として、試料の初期嵩密度を変化させ、圧縮を行わずに大気開放した場合の結果を１〜３に示している。
【００３９】
【表１】
2008069800.tif 000003
【００４０】
表１から明らかなように、圧縮を行わなかった全ての試料に関して、大気開放時に温度が急激に上昇し自然発火したが、圧縮を行うことによって水素吸蔵合金の密着性が改善され、その熱伝導性が向上するので、水素吸蔵合金の温度上昇を低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを模式的に示す図であり、（ａ）は組み立て前の断面、（ｂ）は組み立て後の断面、（ｃ）は組み立て後の上面及び断面を示す。
【図２】本発明による水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを積み重ねた状態を示す図である。
【図３】本発明による水素吸蔵合金貯蔵用ユニットを備えた水素貯蔵タンクを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    水素吸蔵合金貯蔵用ユニット
２    水素吸蔵合金
３    セル
４    容器
５    突起部
６    開口
７    細孔
８    蓋
１０    水素貯蔵タンク
１１    冷却水用配管
１２    水素用フィルタ
【図１】
2008069800.tif 000004
【図２】
2008069800.tif 000005
【図３】
2008069800.tif 000006