(57)【要約】【課題】ガス貯蔵用容器にガスを充填する際、温度が局所的に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１６ａ〜１６ｃが配設されている。ガスを排出する排出口３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａに臨むように開設されている。このため、排出されたガスは隣接するガス排出管に指向して進行する。なお、容器１２内には、ガス吸蔵・吸着材１４が収容されている。【選択図】図２
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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３本以上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、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出される位置に長尺な１本の排出口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】
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３本以上のガス排出管と、
前記容器の内部に収容された前記ガス吸蔵・吸着材に埋設された熱交換器又は蓄熱材と、
を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出されるとともに前記蓄熱材又は前記熱交換器に指向してガスが排出される位置に、長尺な１本の排出口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３】
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３本以上のガス排出管と、
前記容器の内部に収容された前記ガス吸蔵・吸着材に埋設された熱交換器又は蓄熱材と、
を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出される位置と、前記蓄熱材又は前記熱交換器に指向してガスが排出される位置の各々に、長尺な排出口が個別に設けられてい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、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】
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、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る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、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３本以上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、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出される位置に長尺な１本の排出口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。
【００１２】
また、ガス排出管を容器の側方内壁近傍に配設するとともに、該ガス排出管から排出されたガスを隣接するガス排出管に指向して進行させるようにしているので、ガスの充填時にガス吸蔵・吸着材の吸蔵ないし吸着による熱、及びガスの断熱圧縮によって発生した熱は、このガスの流れによって効率的に分散される。これによりガス貯蔵用容器が局所的に温度上昇を起こすことを回避することができるので、該ガス貯蔵用容器に熱膨張量が互いに異なる部位が生じることが回避され、このことに起因して歪が生じることも回避される。結局、ライナが剥離する懸念が払拭される。
【００１３】
本発明においては、容器の中心近傍の熱を吸収するべく、熱交換器又は蓄熱材を用いるようにしてもよい。すなわち、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３本以上のガス排出管と、
前記容器の内部に収容された前記ガス吸蔵・吸着材に埋設された熱交換器又は蓄熱材と、
を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出されるとともに前記蓄熱材又は前記熱交換器に指向してガスが排出される位置に、長尺な１本の排出口が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
又は、隣接するガス排出管に向けてガスを排出するための排出口と、蓄熱材又は熱交換器に向けてガスを排出するための排出口とを個別に設けるようにしてもよい。すなわち、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３本以上のガス排出管と、
前記容器の内部に収容された前記ガス吸蔵・吸着材に埋設された蓄熱材又は熱交換器と、
を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出される位置と、前記蓄熱材又は前記熱交換器に指向してガスが排出される位置の各々に、長尺な排出口が個別に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
いずれの場合においても、熱が熱交換器又は蓄熱材に速やかに伝達されるので、ガス吸蔵・吸着材の温度が上昇することが一層抑制される。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。
【発明の効果】
【００１６】
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、該ガス排出管から隣接するガス排出管に指向してガスを排出させるようにしているので、ガスの充填時にガス吸蔵・吸着材の吸蔵ないし吸着による熱、及びガスの断熱圧縮によって発生した熱は、このガスの流れによって効率的に分散される。このため、容器内の温度が局所的に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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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が充填されるとともに、３本のガス排出管１６ａ〜１６ｃが収容されることで構成されている。
【００１９】
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）。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
さらに、ガス供給管２８は、容器１２の内部で互いに略６０°離間して放射状に広がるように３本に分岐され、各分岐管には、中空円筒体形状の前記ガス排出管１６ａ〜１６ｃ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１６ａ〜１６ｃ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）。また、ガス排出管１６ａ〜１６ｃは、正三角形の頂点付近に位置するように配設されている。
【００２３】
ガス排出管１６ａの側周壁において、隣接するガス排出管１６ｂに臨む部位には、図３に示すように、該ガス排出管１６ａの長手方向略全域にわたる長尺な排出口３２ａが開設されている。同様に、ガス排出管１６ｂの側周壁におけるガス排出管１６ｃに臨む部位、及びガス排出管１６ｃの側周壁におけるガス排出管１６ａに臨む部位にも前記排出口３２ａに準拠した排出口３２ｂ、３２ｃがそれぞれ設けられている。このため、ガス供給管２８を経てガス排出管１６ａ〜１６ｃ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、隣接するガス排出管１６ａ〜１６ｃに指向して排出口３２ａ〜３２ｃから排出される。なお、ガス排出管１６ａ〜１６ｃ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。
【００２４】
このような構成のガス排出管１６ａ〜１６ｃ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１６ａ〜１６ｃ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、本実施の形態に係るガス充填方法との関係でその作用効果について説明する。
【００２７】
前記ガス供給源から供給されたガスは、ガス供給管２８を経由した後にガス排出管１６ａ〜１６ｃの内部に到達し、該ガス排出管１６ａ〜１６ｃの側周壁に開設された排出口３２ａ〜３２ｃから排出される。この際、排出口３２ａ、３２ｂ、３２ｃが隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａにそれぞれ臨んでいるので、排出されたガスは、図１及び図２に矢印で示したように、隣接するガス排出管に指向して進行し、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。
【００２８】
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１６ａ〜１６ｃ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。
【００２９】
ガスの充填が進行すると、ガス吸蔵・吸着材１４の発熱及びガスの断熱圧縮による熱の発生が顕著となる。しかしながら、上記したように、ガス排出管１６ａ、１６ｂ、１６ｃから排出されたガスが隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａに指向して進行するため、これに追従して、発生した熱が効率よく分散される。従って、容器１２の内部の特定箇所で温度が過度に上昇することが回避される。
【００３０】
このように、任意のガス排出管から隣接するガス排出管に向かってガスを排出しながら充填を行うことによって、容器１２が局所的に温度上昇を起こすことを回避することができる。換言すれば、温度ムラが発生することを抑制することができ、その結果、ライナ２０が全体にわたって略均等に熱を受け取るようになるので、ライナ２０への熱伝達効率も向上する。
【００３１】
なお、図５に示すように、容器１２の中心に熱交換器４０を配設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の中心近傍の熱を熱交換器によって吸収することで、該部位の温度が上昇することを回避することもできる。
【００３２】
この場合には、図５から諒解されるように、ガス排出管１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々に隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａに指向してガスが排出されるとともに、熱交換器４０に指向してガスが排出される位置に排出口３２ａ〜３２ｃを設ける。これにより、温度ムラが発生することを一層抑制することができる。
【００３３】
又は、熱交換器に代え、伸縮性膜材に収容された蓄熱材を配設するようにしてもよい。伸縮性膜材は、水素が流通可能な直径０．３〜１０μｍの孔が複数個設けられ、且つその厚みが３０〜３００μｍに設定されている。なお、伸縮性膜材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。
【００３４】
このような伸縮性膜材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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
この場合、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。すなわち、熱交換器４０を組み込んだ上記の場合と同様に、容器１２の中心近傍の温度が過度に上昇することが阻止される。
【００４０】
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。
【００４１】
なお、図２と同様に、ガス排出管１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々に隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａに指向してガスが排出されるとともに、熱交換器４０に指向してガスが排出される位置に排出口３２ａ〜３２ｃを設けるようにすることはいうまでもない。
【００４２】
熱交換器４０又は蓄熱材を収容する実施形態においては、図６に示すように、ガス排出管１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々に隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａに指向してガスを排出可能な排出口４２ａ〜４２ｃと、熱交換器４０又は蓄熱材に指向してガスを排出可能な排出口４４ａ〜４４ｃを設けるようにしてもよい。この場合においても、温度ムラが生じることを容易に抑制することができる。
【００４３】
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。さらに、ガス排出管１６ａ〜１６ｃ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。
【００４４】
さらにまた、ガス排出管の個数は３本である必要は特になく、４本であってもよいし、６本、８本であってもよい。いずれの場合においても、各ガス排出管が多角形の頂点に位置するように配置し、ガスを充填する際には、その中の１本のガス排出管から隣接するガス排出管に向けてガスを排出させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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直交する方向の概略断面図である。
【図６】また別の形態のガス排出管の概略全体斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…ガス貯蔵用容器                １２…容器
１４…ガス吸蔵・吸着材              １６ａ〜１６ｃ…ガス排出管
２０…ライナ                        ２８…ガス供給管
４０…熱交換器
３２ａ〜３２ｃ、４２ａ〜４２ｃ、４４ａ〜４４ｃ…排出口
【図１】
2008151281.tif 000003
【図２】
2008151281.tif 000004
【図３】
2008151281.tif 000005
【図４】
2008151281.tif 000006
【図５】
2008151281.tif 000007
【図６】
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