(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内において、側方内壁近傍には、該容器１２の長手方向にわたって延在する長尺なガス排出管３０ａ〜３０ｄが配設されている。ガスを排出する排出口３２ａ〜３２ｄは、容器１２の中心を臨むように開設されている。このため、ガスは、容器１２の中心側に指向して進行する。ガス吸蔵・吸着材１４において、ガス排出管３０ａ〜３０ｄの近傍の部位は、排出口３２ａ〜３２ｄから排出される低温のガスによって冷却され、これに伴い、容器１２を構成するライナ２０の温度上昇が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な容器の内部にガス吸蔵・吸着材が収容されたガス貯蔵用容器であって、
前記容器の側方内壁近傍に配設され、該容器の長手方向に沿って延在する複数個のガス排出管を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って設けられた長尺な排出口が、ガスが前記容器の内方に指向して排出される位置に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、前記容器の内部に収容された前記ガス吸蔵・吸着材に蓄熱材が埋設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２記載のガス貯蔵用容器において、前記蓄熱材は、熱を吸収することで固相から液相への相変化を起こす潜熱蓄熱材であることを特徴とするガス貯蔵用容器。
【請求項４】
請求項３記載のガス貯蔵用容器において、前記潜熱蓄熱材は、固相から液相への相変化を起こす温度が当該ガス貯蔵用容器の使用環境温度よりも高温のものであ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、容器内にガス吸蔵・吸着材を収容した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、特許文献１に記載されるように、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、特許文献１に記載された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器を配設することも提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、−１０〜１００℃の温度範囲中で固相から液相に相変化を起こす熱緩衝物質、すなわち、潜熱蓄熱材を容器内に収容し、該潜熱蓄熱材にて熱を吸収することでガスの充填時の温度上昇を抑制することが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０８５７０号公報（特に段落［００１９］）
【特許文献２】特開平１０−１９４７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２に記載されているように熱を吸収するための物体ないし物質を容器内に配設したとしても、内部に粉末状のガス吸蔵・吸着材が充填された容器に対し、該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。すなわち、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】
また、熱交換器を設ける場合、高温となる部位が発生することを回避するためには、大型のものを採用せざるを得ず、このことに伴い、容器の体積や重量も大きくする必要が生じる。
【００１０】
一方、蓄熱材を収容する場合、容器内が局所的に高温となるために吸熱が不十分となる懸念がある。従って、確実に吸熱を行うためには、多量の蓄熱材を用いる必要がある。しかしながら、蓄熱材はガスの吸蔵ないし吸着に何ら関与しないので、多量の蓄熱材を用いながらもガス収容量を大きくするためには、容器の体積や重量も大きくしなければならない。
【００１１】
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、ガスの充填時にライナ近傍のガス吸蔵・吸着材の温度が上昇することを抑制可能であり、このためにライナが剥離する懸念が払拭され、しかも、ガス収容量が大きな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】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明は、長尺な容器の内部にガス吸蔵・吸着材が収容されたガス貯蔵用容器であって、
前記容器の側方内壁近傍に配設され、該容器の長手方向に沿って延在する複数個のガス排出管を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って設けられた長尺な排出口が、ガスが前記容器の内方に指向して排出される位置に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明においては、長尺なガス排出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、長手方向に沿う温度ムラが生じることを回避することができる。
【００１４】
また、ガス排出管の近傍では、排出された低温のガスによってガス吸蔵・吸着材が冷却される。上記したように、本発明では、ガス排出管を容器の側方内壁近傍に配設するとともに、該ガス排出管からガスを容器の中心側に指向して排出させるようにしているので、容器の側方内壁近傍の温度が上昇することを回避することができる。従って、ライナが剥離する懸念が払拭される。
【００１５】
しかも、ガス吸蔵・吸着材において、温度上昇が抑制された部位では、十分な量のガスを吸蔵ないし吸着することができる。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。
【００１６】
なお、ガス吸蔵・吸着材に蓄熱材を埋設することにより、ガス吸蔵・吸着材におけるガス排出管から離間した部位に発生した熱を吸収するようにしてもよい。この場合、ガス排出管の排出口を、蓄熱材に臨む部位に設けることが好ましい。
【００１７】
蓄熱材は、顕熱蓄熱材であってもよいが、より多くの熱量を吸収することが可能であることから、潜熱蓄熱材を採用する方が好適である。
【００１８】
この場合、潜熱蓄熱材としては、固相から液相への相変化を起こす温度が当該ガス貯蔵用容器の使用環境温度よりも高温のものであることが好ましい。この場合、ガスの充填時に熱が前記相変化に伴って効率的に吸収されるので、温度上昇を抑制することが容易となるからである。なお、相変化を起こす温度は、使用環境温度に可及的に近いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガス排出管を容器の側方内壁近傍に配設するとともに、該ガス排出管からガスを容器の中心側に指向して排出させるようにしているので、ガス吸蔵・吸着材におけるガス排出管近傍の部位が、排出される低温のガスで冷却される。このため、容器の側方内壁近傍の温度が上昇することを回避することができ、これによりライナが剥離する懸念が払拭される。
【００２０】
また、ガス吸蔵・吸着材における冷却された部位では、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。結局、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】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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）。
【００２４】
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の材質は、ポリエチレン等の樹脂材であってもよいが、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属であってもよい。このように熱伝導度が高い金属をライナ２０の材質とした場合、蓄熱材からの熱が速やかに外殻１８に伝達されるので、後述するガスの充填時に発生する熱を除去することが容易となるという利点がある。
【００２５】
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。
【００２６】
さらに、ガス供給管２８は、容器１２の内部で互いに略９０°離間して放射状に広がるように４本に分岐され、各分岐管には、中空円筒体形状のガス排出管３０ａ〜３０ｄが連結されている。図１及び図２から諒解されるように、これらガス排出管３０ａ〜３０ｄは容器１２の側方内壁近傍に該容器１２の長手方向に沿って配設されており、且つ該容器１２の略全域にわたって延在している（図１参照）。
【００２７】
ガス排出管３０ａ〜３０ｄの各側周壁において、容器１２の中心に臨む部位には、図３に示すように、該ガス排出管３０ａ〜３０ｄの長手方向略全域にわたる長尺な排出口３２ａ〜３２ｂがそれぞれ開設されている。このため、ガス供給管２８を経てガス排出管３０ａ〜３０ｄ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の中心に指向して排出口３２ａ〜３２ｄから排出される。なお、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ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。
【００２８】
このような構成のガス排出管３０ａ〜３０ｄは、例えば、図３に示すように、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、図４に示すように、セラミックスの中空焼結体の一端部にプラグ３３を充填したりすることで作製することができる。ガス排出管３０ａ〜３０ｄ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。
【００２９】
前記ガス吸蔵・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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
前記ガス供給源からガス供給管２８を経てガス排出管３０ａ〜３０ｄの内部に到達したガスは、該ガス排出管３０ａ〜３０ｄの各側周壁に開設された排出口３２ａ〜３２ｄからそれぞれ排出される。排出口３２ａ〜３２ｄの各々が容器１２の中心に臨んでいるので、排出されたガスは、図１及び図２に矢印で示したように容器１２の中心に指向して進行し、その最中に、容器１２内に充填されたガス吸蔵・吸着材１４によって順次吸蔵ないし吸着される。
【００３２】
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排出管３０ａ〜３０ｄが容器１２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。すなわち、容器１２の長手方向に沿って温度ムラが生じることが抑制される。
【００３３】
ガスが容器１２の中心に向かって進行することに伴い、ガス吸蔵・吸着材１４では、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ側から容器１２の中心側に向かって温度が上昇するものの、ガス吸蔵・吸着材１４がガス排出管３０ａ〜３０ｄの近傍に位置するため、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ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、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ近傍の部位の温度上昇は若干である。このため、ライナ２０の温度が過度に上昇することを回避することができる。
【００３４】
すなわち、本実施の形態によれば、容器１２の側方内壁にガス排出管３０ａ〜３０ｄを配設するとともに、各ガス排出管３０ａ〜３０ｄから容器１２の中心に指向してガスを排出するようにしているので、容器１２を構成するライナ２０の温度が上昇することが抑制される。このため、ライナ２０が外殻１８から剥離する懸念が払拭される。しかも、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ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、ライナ２０が外殻１８から剥離することを広範囲にわたって回避することができる。
【００３５】
その上、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ近傍では、ガス吸蔵・吸着材１４の温度上昇が抑制されるので、ガス吸蔵・吸着材１４によるガスの吸蔵ないし吸着が進行し、十分な量のガスが吸蔵ないし吸着される。上記したように、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ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ので、この吸蔵ないし吸着は、容器１２の長手方向にわたって略均等に進行する。従って、ガス収容量が向上する。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、ガス吸蔵・吸着材１４におけるガス排出管３０ａ〜３０ｄから離間した部位に発生した熱を、蓄熱材によって除去するようにしてもよい。以下、この実施形態につき説明する。
【００３８】
図５は、蓄熱材を伸縮性膜材４０に収容して容器１２の中心に配置した状態を示す長手方向に沿う全体概略断面図である。この場合、伸縮性膜材４０が可撓性であるため、その側周壁には、耐熱ゴム製の固定用バンド４２が複数個巻回されている。また、伸縮性膜材４０の両端部は、支持部材４４ａ、４４ｂを介してライナ２０に支持されている。
【００３９】
なお、伸縮性膜材４０の材質は特に限定されるものではないが、ポリウレタン、ポリエステル、ポリプロピレン、エポキシ、アセテート、四フッ化エチレン、ナイロン６，６、繊維状活性炭製の不織布又は織布、ガラス繊維製の不織布又は織布が好適な例として挙げられる。
【００４０】
このような伸縮性膜材４０に収容される蓄熱材は、アルミナ、ムライト、ジルコニア、アルミニウム等の顕熱蓄熱材であってもよいが、より多くの熱量を吸収することが可能であることから、潜熱蓄熱材であることが好ましい。
【００４１】
ここで、潜熱蓄熱材とは、所定量の熱を吸収して融解・凝固等の相変化を起こす物質を指称する。なお、ガス貯蔵用容器１０の一般的な使用温度（環境温度４０℃以下）よりも高温の４５〜８５℃の温度範囲で相変化を起こす物質を選定することが好ましい。具体的には、塩化ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、硝酸ナトリウム水和物、硫酸ナトリウム水和物等の各種無機化合物の水和物や、テトラデカン、ペンタデカン、オクタデカン、エイコサン、ドコサン等の各種直鎖脂肪族炭化水素、又はパラフィンワックスや脂肪酸が例示される。容器１２内の温度が１００℃を超える場合には、エリスリトール、ソルビトール、キシリトール等の潜熱蓄熱材を用いるようにすればよい。
【００４２】
潜熱蓄熱材の相変化温度は、ガス貯蔵用容器１０の使用温度を超える温度で且つ可能な限り低温であることが好ましい。例えば、使用温度が４０℃である場合、５０〜７０℃で相変化を起こす物質を選定することが好ましい。その具体例としては、パラフィンワックスが挙げられる。
【００４３】
上記したような潜熱蓄熱材を使用する場合には、潜熱蓄熱材をマイクロカプセル等に封入して伸縮性膜材４０に収容することが好ましい。吸熱によって潜熱蓄熱材が相変化を起こして融解した場合であってもマイクロカプセルから流出することがないので、例えば、潜熱蓄熱材がガス吸蔵・吸着材１４に浸透することを回避することができるようになるからである。なお、この種のマイクロカプセルは、コアセルベーション法、界面重合法、ｉｎ−ｓｉｔｅ法等の公知手法によって容易に作製することができる。
【００４４】
蓄熱材の使用量は、ガス吸蔵・吸着材１４のガス吸蔵ないし吸着量、蓄熱材の可能吸熱量、ガス貯蔵用容器１０の許容温度等を考慮して決定すればよい。
【００４５】
この実施形態においては、ガスの充填時、ガス吸蔵・吸着材１４における容器１２の中心側の部位がガスを吸蔵ないし吸着することに伴って発生した熱やガスの断熱圧縮によって発生した熱が、蓄熱材によって吸収される。その結果、容器１２の中心近傍においても、温度が過度に上昇することが阻止される。
【００４６】
この効果は、４５〜８５℃で相変化を生じる潜熱蓄熱材を使用した場合に一層顕著となる。すなわち、潜熱蓄熱材が相変化を起こす際に大量の熱を吸収するので、温度上昇を一層抑制することができるようになるからである。
【００４７】
以上のように、この実施形態によれば、蓄熱材によって吸熱を行うことで温度上昇を抑制するようにしているので、ガス吸蔵・吸着材１４のガス吸蔵能ないしガス吸着能が低下することが一層回避される。従って、ガス吸蔵・吸着材１４がさらに多量のガスを吸蔵ないし吸着することが可能となる。
【００４８】
このため、容器１２の体積を大きくしてガス吸蔵・吸着材１４の収容量を大きくする必要がないので、ガス貯蔵用容器１０の重量が大きくなることを回避することができる。換言すれば、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１０を構成することができる。
【００４９】
なお、図６に示すように、伸縮性膜材４０に代え、熱伝導性に優れる金属、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる収容部材４６に蓄熱材（図示せず）を収容するようにしてもよい。この場合、ガス吸蔵・吸着材１４における容器１２の中心側の部位がガスを吸蔵ないし吸着することに伴って発生した熱や、ガスの断熱圧縮によって発生した熱は、先ず収容部材４６に伝達される。この収容部材４６が熱伝導性に優れているので、前記熱は、収容部材４６の内部の蓄熱材に速やかに伝達される。以降、上記と同様に蓄熱材によって熱が吸収される。
【００５０】
なお、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。
【００５１】
さらに、ガス排出管３０ａ〜３０ｄ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。
【００５２】
さらにまた、ガス排出管の個数は４本である必要は特になく、２本以上であればよい。例えば、６本であってもよいし、８本であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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。
【図３】図１のガス貯蔵用容器を構成するガス排出管の概略全体斜視図である。
【図４】別の形態のガス排出管の概略全体斜視図である。
【図５】別の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６】別の実施の形態の変形例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。
【符号の説明】
【００５４】
１０…ガス貯蔵用容器                １２…容器
１４…ガス吸蔵・吸着材              ２０…ライナ
２８…ガス供給管                    ３０ａ〜３０ｄ…ガス排出管
３２ａ〜３２ｄ…排出口              ４０…伸縮性膜材
４６…収容部材
【図１】
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【図２】
2008151285.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008151285.tif 000007
【図６】
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