(57)【要約】【課題】ガス吸蔵・吸着材が収容された容器にガスを充填する際、温度が上昇することを抑制する。【解決手段】ガス貯蔵用容器１０を構成する容器１２内には、該容器１２の長手方向にわたって延在する長尺なガス分配管３０が収容されている。ガスを排出する排出口３２はガス分配管３０の側周壁にのみ設けられており、従って、排出されたガスは、容器１２の側方内壁側に指向して進行する。また、容器１２の側方内壁には複数個の放熱部材２１が設置されている。さらに、この容器１２には、ガス吸蔵・吸着材１４が収容されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁の材質が金属である長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
前記容器の内部に収容され、該容器の長手方向に沿って延在するとともに、該容器の側方内壁側に指向してガスを排出可能な排出口が設けられたガス分配管を有し、
前記側方内壁に、前記ガス分配管の長手方向に沿って延在する放熱部材が設けられていることを特徴とするガス貯蔵用容器。
【請求項２】
請求項１記載のガス貯蔵用容器において、前記容器の内部にガス吸蔵・吸着材が収容されていることを特徴とするガス貯蔵用容器。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガス貯蔵用容器において、前記放熱部材の長手方向寸法が前記ガス分配管の長手方向寸法に比して小さいことを特徴とするガス貯蔵用容器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス貯蔵用容器において、前記ガス分配管が少なくとも前記容器の円筒部の全体にわたって延在することを特徴とするガス貯蔵用容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス貯蔵用容器に関し、一層詳細には、少なくともガスに接触する内壁が金属からなる容器を具備するガス貯蔵用容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、周知のように、アノードに水素等の燃料ガスが供給される一方でカソードに酸素等の酸化剤ガスが供給されて発電する。従って、例えば、燃料電池を搭載した燃料電池車では、水素を充填したガス貯蔵用容器が搭載される。燃料電池車は、酸化剤ガスとしての大気と、前記ガス貯蔵用容器から供給された水素とを反応ガスとして走行する。
【０００３】
このことから諒解されるように、ガス貯蔵用容器の水素収容量が大きいほど燃料電池車を長距離にわたって走行させることができる。しかしながら、過度に大きなガス貯蔵用容器を搭載することは、燃料電池車の重量を大きくすることになり、結局、燃料電池の負荷が大きくなるという不具合を招く。この観点から、ガス貯蔵用容器の体積を小さく維持しながら水素収容量を向上させる様々な試みがなされている。その一手法としては、例えば、水素吸蔵合金をはじめとするガスを吸蔵ないし吸着する物質（以下、ガス吸蔵・吸着材という）を容器内に収容することが挙げられる。
【０００４】
ところで、この種のガス貯蔵用容器では、容器内に粉末状の水素吸蔵合金をそのまま収容するようにしている。一般に、ガス吸蔵・吸着材がガスを吸蔵ないし吸着する反応は発熱反応であり、しかも、ガスを容器内に充填する際には該ガスの断熱圧縮を伴う。従って、この種のガス貯蔵用容器に対して水素ガスを充填した場合、容器内の温度が過度に上昇すると、ガス吸蔵・吸着材へのガスの吸蔵ないし吸着が阻害されるようになる。勿論、このような状態が生じると、ガス収容量が小さくなる。
【０００５】
そこで、特許文献１では、容器内の温度が上昇することを抑制するべく、該容器の略中心部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットを挿入することが提案されている。すなわち、この場合、熱媒管に円盤状のフィンが複数個固着され、フィン同士の間に粉末状の水素吸蔵合金が収容されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７０８６１号公報（特に段落［００１９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のガス貯蔵用容器では、内部構造が複雑となる。また、ガス貯蔵容器が大型化し、重量も大となる。すなわち、ガスの充填時に高温となることを回避するためには、容器の体積や重量を大きくせざるを得ないという不具合が顕在化している。
【０００８】
さらに、容器の上方に設けられた充填口からガスを導入すると、上方のガス吸蔵・吸着材からガスを吸蔵ないし吸着し始める。このため、容器内において局所的に高温となる部位が発生することを回避することができない。このような事態が生じると、容器に熱膨張量が互いに相違する部位が生じることもあり、場合によっては、容器を構成する外殻とライナとが剥離することが懸念される。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型且つ軽量でありながらもガスの充填時に温度が上昇することを抑制可能で、単位体積当たり又は単位重量当たりのガス貯蔵密度が大きいガス貯蔵用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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、内壁の材質が金属である長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
前記容器の内部に収容され、該容器の長手方向に沿って延在するとともに、該容器の側方内壁側に指向してガスを排出可能な排出口が設けられたガス分配管を有し、
前記側方内壁に、前記ガス分配管の長手方向に沿って延在する放熱部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
以上のように構成された本発明においては、長尺なガス分配管が容器の長手方向に沿って延在するので、容器の長手方向に沿って略均等に温度を上昇させることができる。換言すれば、温度ムラが生じることを回避することができる。
【００１２】
また、ガスを容器の側方内壁側に指向して排出させるようにしているので、発生した熱は、側方内壁に設けられた放熱部材に速やかに伝達され、さらに、該放熱部材及び容器を介して速やかに系外に除去される。すなわち、本発明によれば、ガスの充填時に発生した熱を速やかに除去することができるので、容器内の温度が上昇することを抑制することができる。このため、容器に充填可能なガス量、換言すれば、ガス収容量が大きくなる。
【００１３】
なお、容器の内部にガス吸蔵・吸着材を収容するようにしてもよい。この場合、ガス吸蔵・吸着材におけるガス分配管を囲繞する部位は、ガスの充填時、ガス分配管から排出される低温のガスによって冷却される。一方、容器の側方内壁近傍では、発生した熱が上記同様に前記放熱部材を介して速やかに系外に除去される。このため、温度上昇が抑制されるので、ガス吸蔵・吸着材のガス吸蔵ないし吸着が阻害されることが抑制される。結局、容器の側方内壁近傍においてもガス吸蔵・吸着材によってガスが効率的に吸蔵ないし吸着されるので、大量のガス吸蔵・吸着材を収容するために容器の体積を大きくすることなくガス収容量を向上させることができる。その結果、小型且つ軽量であり、単位体積当たり又は単位重量当たりのガス貯蔵密度が大きいガス貯蔵用容器を構成することができる。
【００１４】
そして、容器の長手方向全体にわたって温度上昇を抑制するべく、放熱部材の長手方向寸法は、ガス分配管の長手方向寸法に比して小さいことが好ましい。同様の理由から、ガス分配管を容器の円筒部の全体にわたって延在させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガスの充填時に発生した熱を放熱部材によって吸収し、且つ容器の内壁を介して速やかに系外に除去するようにしているので、容器内の温度が上昇することが抑制される。このため、ガス収容量が大きくなる。
【００１６】
また、ガス吸蔵・吸着材を収容した場合には、温度上昇が抑制されるのでガス吸蔵能ないしガス吸着能が低下することを回避することができる。すなわち、ガス吸蔵・吸着材が十分な量のガスを吸蔵ないし吸着することが可能となるので、容器の体積を大きくすることなくガス収容量を大きくできる。
【００１７】
以上のように、本発明によれば、単位体積当たり又は単位重量当たりのガス貯蔵密度が大きいガス貯蔵用容器が構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るガス貯蔵用容器につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係るガス貯蔵用容器１０の長手方向に沿う全体概略断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。本実施の形態においては、ガス貯蔵用容器１０は、容器１２の内部にガス吸蔵・吸着材１４が収容されることで構成されている。
【００２０】
この場合、容器１２は、断面が略真円形状である長尺体である（図２参照）。なお、両端部は緩やかに縮径されることで湾曲形成されている（図１参照）。以下、この湾曲形成された部位を鏡板部と指称し、各々の参照符号を１５、１６とする。また、鏡板部１５から鏡板部１６にわたって直線的に延在する部位を円筒部と指称し、その参照符号を１７とする。
【００２１】
容器１２は、外殻１８と、該外殻１８の内壁に添着されたライナ２０とを有し、この中の外殻１８は、例えば、繊維強化樹脂からなる。一方のライナ２０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導度が高い金属からなる。
【００２２】
ライナ２０には、平板形状の放熱部材２１が容器１２の中心に指向して突出するようにして設けられている。なお、放熱部材２１は、例えば、溶接、接着、ボルト締め等の公知の手法によってライナ２０に接合されている。
【００２３】
放熱部材２１の材質は、ライナ２０と同一であることが好ましい。これによりライナ２０と放熱部材２１との熱膨張量が互いに同等となるので、熱膨張による歪が発生することが回避されるからである。
【００２４】
容器１２の一端部には開口２２が形成されており、該開口２２は、閉塞部材２４によって閉塞されている。そして、この閉塞部材２４の略中心に設けられた貫通孔２６には、ガス供給管２８の一端部が通されている。その一方で、このガス供給管２８の他端部は、図示しないガス供給源に接続されている。
【００２５】
さらに、ガス供給管２８の先端部には、中空円筒体形状のガス分配管３０が連結されている。図１から諒解されるように、このガス分配管３０は容器１２の長手方向に沿って円筒部１７の略全域にわたって延在しており、且つその直径中心が容器１２の直径中心に略一致する（図２参照）。すなわち、ガス分配管３０と容器１２とは、断面形状において同心円を形成する。
【００２６】
ガス分配管３０の側周壁には、複数個の排出口３２が貫通形成されている。このため、ガス供給管２８を経てガス分配管３０の内部に到達したガスは、図１及び図２に矢印で示すように、容器１２の側方内壁側に指向して排出口３２から排出される。なお、ガス分配管３０の底部は閉塞されており、従って、ガスが容器１２の底部内壁側に指向して排出されることはない。
【００２７】
このような構成のガス分配管３０は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材を円筒形状としてその開口一端部に閉塞板を溶接等の所定の接合方法で接合して閉塞したり、又は、セラミックスの中空焼結体の一端部にプラグを充填したりすることで作製することができる。ガス分配管３０の材質は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材であってもよい。
【００２８】
前記ガス吸蔵・吸着材１４は、ガス分配管３０を外方から囲繞するようにして容器１２内に収容されている。なお、本実施の形態において、ガス吸蔵・吸着材１４は粉末である。
【００２９】
ガス吸蔵・吸着材１４は、ガスを吸蔵ないし吸着可能な物質であれば如何なるものであってもよい。例えば、水素吸蔵合金であってもよいし、有機金属錯体であってもよい。
【００３０】
また、ガス吸蔵・吸着材１４は、水素を吸蔵ないし吸着可能な物質に限定されるものではなく、例えば二酸化炭素等、他のガスを吸蔵ないし吸着可能な物質であってもよい。
【００３１】
本実施の形態に係るガス貯蔵用容器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００３２】
前記ガス供給源からガス供給管２８を経てガス分配管３０の内部に到達したガスは、該ガス分配管３０の側周壁に貫通形成された排出口３２から排出される。ガス分配管３０の側周壁が円筒部１７の側方内壁に臨んでいるので、排出されたガスは、図１及び図２に矢印で示したように円筒部１７の側方内壁側に指向して進行し、その最中に、ガス分配管３０を囲繞するガス吸蔵・吸着材１４によって順次吸蔵ないし吸着される。
【００３３】
この吸蔵ないし吸着に伴ってガス吸蔵・吸着材１４が発熱を起こすこと、及びガスが断熱圧縮を起こすことによって、容器１２内の温度が上昇する。上記したようにガス分配管３０が円筒部１７の長手方向の略全域にわたって延在するので、長手方向では、略均等に温度が上昇する。
【００３４】
ガスが円筒部１７の側方内壁側に向かって進行することに伴って、熱がこの方向に輸送される。一方、ガス吸蔵・吸着材１４では、ガス分配管３０側から円筒部１７の側方内壁側に向かって温度が上昇するものの、ガス分配管３０の近傍に位置するガス吸蔵・吸着材１４は、ガス分配管３０から排出される低温のガスによって冷却される。従って、ガス吸蔵・吸着材１４において、ガス分配管３０近傍の部位の温度上昇は若干である。
【００３５】
一方、ガス吸蔵・吸着材１４において、円筒部１７における側方内壁の近傍では、前記の吸蔵ないし吸着に伴って熱が発生する。しかしながら、この熱は、ガス吸蔵・吸着材１４に接触した複数個の放熱部材２１によって速やかに吸収される。吸収された熱は、放熱部材２１及びライナ２０が高熱伝導度を示す金属であるために速やかに外殻１８に伝達され、最終的に系外に除去される。
【００３６】
このように、熱を円筒部１７（容器１２）の側方内壁側に輸送するとともに放熱部材２１を設けることによってガス吸蔵・吸着材１４からの熱が速やかに外殻１８に伝達されるので、ガスの充填時に発生する熱を容易に除去することができる。これにより容器１２内の温度上昇が抑制されるので、ガス吸蔵・吸着材１４がガスを十分に吸蔵ないし吸着することが可能となり、ガス収容量を増加させることができる。
【００３７】
すなわち、容器１２の容積を大きくしてガス吸蔵・吸着材１４の使用量を多くすることなく、ひいてはガス貯蔵用容器１０の体積や重量を大きくすることなくガス収容量を増加させることができる。結局、ガス貯蔵用容器１０は、単位体積当たり又は単位重量当たりのガス貯蔵密度が大きいものとなる。
【００３８】
しかも、放熱部材２１が容器１２の長手方向の略全域にわたって設置されているため、この吸収及び除去が容器の長手方向にわたって略均等に進行する。従って、容器１２の内部で温度ムラが生じることを回避することもできる。
【００３９】
なお、上記した実施の形態においては、容器１２内にガス吸蔵・吸着材１４を収容するようにしているが、ガス吸蔵・吸着材１４を収容する必要は特にない。
【００４０】
また、この実施の形態では、円筒部１７の略全域にわたってガス分配管３０を延在させるようにしているが、ガス分配管３０の長さ方向寸法をさらに大きくするようにしてもよい。すなわち、例えば、ガス分配管３０の図１における左端部を鏡板部１５の湾曲中心程度まで延設するようにしてもよいし、右端部を鏡板部１６の湾曲中心程度まで延設するようにしてもよい。勿論、両端部をそのように延接することもできる。
【００４１】
さらに、容器１２の断面形状は真円である必要はなく、楕円形であってもよいし、多角形形状であってもよい。いずれの場合においても、長手方向に直交する断面において、容器１２の中心とガス分配管３０の中心とを略一致させることが好ましい。
【００４２】
さらにまた、ガス分配管３０も円筒形状である必要はなく、例えば、直方体形状等であってもよい。
【００４３】
さらにまた、容器１２の外殻１８を設ける必要は特にない。
【実施例１】
【００４４】
図１に示す形状で、内径が１６４ｍｍ、内部容量が８．２リットルのアルミニウム合金からなる容器を作製した。この容器の側方内壁に、アルミニウム合金製の放熱部材を円周方向に沿って８枚、互いに等間隔で離間させて接合した。
【００４５】
さらに、ステンレス鋼製の円筒形状中空焼結体の一端部を封止し、ガス分配管とした。このガス分配管を、閉塞部材の貫通孔に通されたガス供給管に連結し、前記閉塞部材で容器の開口を閉塞することで該容器の内部に収容した。
【００４６】
このようにして構成されたガス貯蔵用容器の内部に、二酸化炭素ガス供給源から供給されて減圧弁の作用下に圧力１ＭＰａに減圧された二酸化炭素ガスを、前記ガス供給管及び前記ガス分配管を介して充填した。なお、二酸化炭素ガス供給源とガス貯蔵用容器との間にはマスフローメータを介装して流量変化を継続的に測定し、流量値を積分することでガス貯蔵用容器内に貯蔵されたガス収容量を求めた。これを実施例とする。
【００４７】
比較のため、同一形状の容器の開口から二酸化炭素を導入したことを除いては実施例に準拠して二酸化炭素ガスを充填した。これを比較例とする。
【００４８】
以上の実施例及び比較例において、供給開始から１５分後に導入された二酸化炭素ガスの量は、それぞれ、４９７リットル、４４２リットルであった（ともに０℃、１気圧での換算値）。この結果から、容器の側方内壁に指向してガスを排出可能なガス分配管と放熱部材とを設けることによって一層多量のガスを充填することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施の形態に係るガス貯蔵用容器の長手方向に沿う全体概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ガス貯蔵用容器                １２…容器
１４…ガス吸蔵・吸着材              ２１…放熱部材
２８…ガス供給管                    ３０…ガス分配管
３２…排出口
【図１】
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【図２】
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