(57)【要約】【課題】吸蔵・吸着材で生じた熱をより効率よく放出可能なガス貯蔵タンクを提供する。【解決手段】水素貯蔵タンク１０は、内部に水素吸蔵合金３２を収納している。また、水素貯蔵タンク１０では、内壁面に沿って、この内壁面と水素吸蔵合金とに接する伝熱フィン３０が設けられると共に、伝熱フィン３０をタンク容器２０の内壁面に接するように保持する保持部３２が設けられている。水素吸蔵合金３２が水素を吸蔵する際に水素吸蔵合金３２で生じる熱は、伝熱フィン３０を介してタンク容器２０に伝えられる。【選択図】        図１
2004316673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクであって、
中空のタンク容器と、
前記タンク容器内に収納され、前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材と、
前記タンク容器の内壁面に沿って配設され、該内壁面の少なくとも一部と前記吸蔵・吸着材とに接する伝熱フィンと、
前記伝熱フィンを、前記タンク容器の内壁面に接した状態で保持する保持部材と
を備えるガス貯蔵タンク。
【請求項２】
請求項１記載のガス貯蔵タンクであって、
前記保持部材は、該保持部材が有する弾性力によって、前記伝熱フィンを前記タンク容器内壁面に押しつけて、前記伝熱フィンを保持する
ガス貯蔵タンク。
【請求項３】
請求項１記載のガス貯蔵タンクであって、
前記保持部材は、２つの端部を有し、その端部の内の少なくとも一端において、前記タンク容器内の所定の位置に固定されると共に、該固定された端部以外の部位で前記伝熱フィンを前記タンク容器内壁面に押しつける
ガス貯蔵タンク。
【請求項４】
請求項２または３記載のガス貯蔵タンクであって、
前記伝熱フィンは、複数の凹部と凸部とを有する薄板状部材であり、前記凸部において前記タンク容器の内壁面と接すると共に、該凸部の内側から前記保持部材によって前記タンク容器の内壁面に押しつけられている
ガス貯蔵タンク。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載のガス貯蔵タンクであって、
前記伝熱フィンは、前記タンク容器の側面内壁において、前記吸蔵・吸着材が配設される高さを超える高さまでを覆うように設けられている
ガス貯蔵タンク。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載のガス貯蔵タンクであって、
前記タンク容器は、略円柱状に形成されている
ガス貯蔵タンク。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載のガス貯蔵タンクであって、
前記タンク容器は、長手方向端部に形成される開口部付近において、横断面の面積がより小さくなる絞り部を有し、
前記タンク容器および伝熱フィンは、アルミニウムを含む金属により形成され、
前記保持部材はステンレス鋼によって形成される
ガス貯蔵タンク。
【請求項８】
請求項７記載のガス貯蔵タンクであって、
前記ガス貯蔵タンクは、水素を貯蔵するタンクであり、
前記吸蔵・吸着材は、少なくとも水素吸蔵合金を含む
ガス貯蔵タンク。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか記載のガス貯蔵タンクであって、さらに、
前記タンク容器の外壁上に設けられ、前記タンク容器を構成する材料よりも熱容量の大きな材料によって形成された補強層を備える
ガス貯蔵タンク。
【請求項１０】
ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクの製造方法であって、
（ａ）中空の外壁材を用意する工程と、
（ｂ）前記外壁材の内壁面に沿って、該内壁面の少なくとも一部と接するように、伝熱フィンを配設する工程と、
（ｃ）前記伝熱フィンが前記外壁材の内壁面に接する状態を保つように該伝熱フィンを保持する保持部材を、前記外壁材内に配設する工程と、
（ｄ）前記伝熱フィンおよび前記保持部材を収納した前記外壁材の開口部近傍を絞り加工する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程で絞り加工した前記外壁材に対して熱処理を施す工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記外壁材内に、前記外壁材と前記伝熱フィンとの両方と接するように、前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材を収納する工程と
を備えるガス貯蔵タンクの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のガス貯蔵タンクの製造方法であって、
前記外壁材および伝熱フィンは、アルミニウムを含む金属により形成され、
前記保持部材はステンレス鋼によって形成される
ガス貯蔵タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスを貯蔵するための種々のガス貯蔵タンクが提案されている。ガスを貯蔵する方法の一つとして、ガスを所定の吸蔵・吸着材に吸蔵・吸着させる方法が知られている。例えば、特許文献１では、より多くの水素を吸蔵可能となるように改良した水素吸蔵合金や、内部に水素吸蔵合金を備える水素貯蔵タンクが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５３９２６号公報
【特許文献２】
特開平１１−６０２０１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１６１９９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、吸蔵・吸着材にガスを吸蔵・吸着させる際には、吸蔵・吸着の動作に伴って吸蔵・吸着材が発熱して昇温し、昇温に応じて吸蔵・吸着の効率が次第に低下する。そのため、吸蔵・吸着の動作を促進するためには、吸蔵・吸着材で生じた熱を効率よく放出する必要がある。このように、従来から、吸蔵・吸着材で生じた熱をより効率よく放出可能となるガス貯蔵タンクが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、吸蔵・吸着材で生じた熱をより効率よく放出可能なガス貯蔵タンクを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明は、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクであって、
中空のタンク容器と、
前記タンク容器内に収納され、前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材と、
前記タンク容器の内壁面に沿って配設され、該内壁面の少なくとも一部と前記吸蔵・吸着材とに接する伝熱フィンと、
前記伝熱フィンを、前記タンク容器の内壁面に接した状態で保持する保持部材と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
以上のように構成された本発明のガス貯蔵タンクによれば、ガス貯蔵タンクの内壁面に沿って、この内壁面の少なくとも一部と吸蔵・吸着材とに接するように、伝熱フィンを配設しているため、吸蔵・吸着材の熱を伝えるための接触面積を伝熱フィンによって充分に確保して、吸蔵・吸着材とタンク容器との間の伝熱の効率を向上させることができる。これにより、吸蔵・吸着材からの放熱の効率を向上させ、ガスを吸蔵および／または吸着する動作を効率よく行なうことが可能となる。ここで、伝熱フィンは保持部材によって保持されているため、ガス貯蔵タンクに振動が加わった場合にも、伝熱フィンとタンク容器内壁とが接触する状態を保つことができる。したがって、吸蔵・吸着材とタンク容器との間の熱交換効率が損なわれることがない。
【０００８】
本発明のガス貯蔵タンクにおいて、前記保持部材は、該保持部材が有する弾性力によって、前記伝熱フィンを前記タンク容器内壁面に押しつけて、前記伝熱フィンを保持することとしても良い。あるいは、前記保持部材は、２つの端部を有し、その端部の内の少なくとも一端において、前記タンク容器内の所定の位置に固定されると共に、該固定された端部以外の部位で前記伝熱フィンを前記タンク容器内壁面に押しつけることとしても良い。このような構成とすれば、単純な構造によって容易に伝熱フィンを保持することができる。
【０００９】
このようなガス貯蔵タンクにおいて、前記伝熱フィンは、複数の凹部と凸部とを有する薄板状部材であり、前記凸部において前記タンク容器の内壁面と接すると共に、該凸部の内側から前記保持部材によって前記タンク容器の内壁面に押しつけられていることとしても良い。伝熱フィンが上記複数の凹部および凸部を有することで、伝熱フィンにおいて吸蔵・吸着材との間の接触面積を充分に広く確保することが可能となる。また、上記凸部において保持部材によって押さえつけることで、伝熱フィンの保持を安定して行なうことができる。
【００１０】
本発明のガス貯蔵タンクにおいて、前記伝熱フィンは、前記タンク容器の側面内壁において、前記吸蔵・吸着材が配設される高さを超える高さまでを覆うように設けられていることとしても良い。このように伝熱フィンを設ければ、吸蔵・吸着材で生じた熱を効率良くタンク容器に伝えることができる。
【００１１】
本発明のガス貯蔵タンクにおいて、前記タンク容器は、略円柱状に形成されていることとしても良い。このような構成とすれば、伝熱フィンは、なめらかな曲面であるタンク容器内壁面に沿って取り付ければよく、取り付け動作を容易に行なうことができる。また、タンク容器を略円柱状に形成することで、ガス貯蔵タンクに対して、より高圧のガスを供給して貯蔵することが可能となる。
【００１２】
本発明のガス貯蔵タンクにおいて、
前記タンク容器は、長手方向端部に形成される開口部付近において、横断面の面積がより小さくなる絞り部を有し、
前記タンク容器および伝熱フィンは、アルミニウムを含む金属により形成され、
前記保持部材はステンレス鋼によって形成されることとしても良い。
【００１３】
このような構成とすれば、絞り部を設けてタンク容器の開口部の大きさを充分に小さくすることにより、内部に貯蔵するガスの圧力に耐えつつタンクの気密性を確保することが容易となる。また、伝熱フィンを、伝熱性が高いアルミニウムを含む金属によって形成しているため、吸蔵・吸着材とタンク容器との間の伝熱性をより高めることができる。さらに、アルミニウムを含む金属によってタンク容器を形成することにより、吸蔵・吸着材から伝熱フィンを介してタンク容器に伝えられる熱を、効率よくさらに外部に伝えることができる。なお、上記絞り部を形成するのに先立ってタンク容器内に伝熱フィンおよび保持部材を収納し、絞り部を形成した後にさらに熱処理を施す場合には、アルミニウムを含む金属によって形成される伝熱フィンは、熱処理時に強度が低下してしまう可能性がある。しかしながら、上記保持部材を備えることで、熱処理時および熱処理後においても、伝熱フィンとタンク容器との接触状態を良好に確保することができる。
【００１４】
このような本発明のガス貯蔵タンクにおいて、
前記ガス貯蔵タンクは、水素を貯蔵するタンクであり、
前記吸蔵・吸着材は、少なくとも水素吸蔵合金を含むこととしても良い。
【００１５】
アルミニウムは、熱伝導性に優れ、軽量であり、アルミニウム（アルミニウム合金）製の容器内に高圧の水素を貯蔵しても水素分子が外部に漏れ出すことが無く、水素貯蔵タンクを構成するタンク容器の材料として優れている。
【００１６】
本発明のガス貯蔵タンクにおいて、さらに、前記タンク容器の外壁上に設けられ、前記タンク容器を構成する材料よりも熱容量の大きな材料によって形成された補強層を備えることとしても良い。
【００１７】
このような構成とすれば、吸蔵・吸着材がガスを吸蔵および／または吸着する際に生じた熱を外部に伝える他に、熱の一部を補強層によって吸収することができるため、ガスを吸蔵および／または吸着する動作をより促進することができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガス貯蔵タンクの製造方法などの形態で実現することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．水素貯蔵タンク１０の構造：
Ｂ．水素貯蔵タンク１０の製造工程：
Ｃ．水素の吸蔵および放出の動作：
Ｄ．効果：
Ｅ．第１実施例の変形例：
Ｆ．第２実施例：
Ｇ．第３実施例：
Ｈ．変形例：
【００２０】
Ａ．水素貯蔵タンク１０の構造：
図１は、本発明の第１実施例である水素貯蔵タンク１０の構成の概略を表わす説明図である。ここで、図１（Ａ）は、水素貯蔵タンク１０の縦断面の様子を表わしており、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面（横断面）の様子を表わしている。水素貯蔵タンク１０は、タンク容器２０と、このタンク容器２０内に収納される粉末状の水素吸蔵合金３４と、タンク容器２０の内壁に沿って配設された伝熱フィン３０と、伝熱フィン３０を保持するための保持部材３２とを備えている。なお、図１（Ａ）では、水素吸蔵合金３４の記載は省略している。
【００２１】
タンク容器２０は、略円柱状に形成された中空の容器である。本実施例では、タンク容器２０は、アルミニウム合金によって形成している。このタンク容器２０は、その両端部が、それぞれ接続口２１，２２として開口しており、これら接続口２１，２２の近傍は、その横断面が、タンク容器２０の中程の横断面に比べてより小さな略円形となるように形成されている。
【００２２】
伝熱フィン３０は、略円筒形状の部材であって、タンク容器２０の側面内壁に沿ってこの内壁面に接するように配設されている。この伝熱フィン３０は、タンク容器２０の長手方向と略平行に形成された複数の凸部および凹部を備える波形状の薄板によって形成されており、上記凸部において、タンク容器２０の内壁と接触している。タンク容器２０内には水素吸蔵合金３４が収納されており、伝熱フィン３０は、この水素吸蔵合金３４とタンク容器２０内壁との両方と接することによって、タンク容器２０と水素吸蔵合金３４との間の伝熱を促進する。伝熱フィン３０の具体的な形状の例を図１（Ｂ）に示しているが、このような伝熱フィン３０の形状は、水素吸蔵合金３４とタンク容器２０内壁との双方に接触可能な凹凸を有していれば良い。本実施例のように、波形薄板によって伝熱フィン３０を形成する場合には、例えば、その断面がＵ字、Ｖ字、コの字型等を成す凹凸を形成するものを用いることができる。なお、本実施例では、伝熱フィン３０は、アルミニウム合金によって形成している。
【００２３】
保持部材３２は、細長い金属製の薄板３枚から成る弾性部材であり、図１（Ｂ）に示すタンク容器２０の横断面において略三角形を形成する。図２は、保持部材３２の様子をさらに詳しく示す説明図である。保持部材３２は、その両端部に略コの字を成すように曲げられた折り曲げ部３１ａを備える細板３１を３枚用いて形成されており、折り曲げ部３１ａの近傍が、上記略三角形の頂点を形成するように、互いに接合されている。また、図２（Ａ）に示すように、保持部材３２は、上記略三角形の外接円の大きさが、タンク容器２０の横断面よりも大きくなるように形成されている。そのため保持部材３２は、弾性力を利用して縮められてタンク容器２０内に収納されることで（図２（Ｂ）参照）、伝熱フィン３０を保持するための押圧力を得ている。保持部材３２は、上記略三角形の頂点の上記折り曲げ部３１ａにおいて、伝熱フィン３０の凸部の内側から伝熱フィン３０に接触し、伝熱フィン３０をタンク容器２０の壁面側に押しつけて保持している。このように、折り曲げ部３１ａにおいて伝熱フィン３０と接触する場合には、伝熱フィン３０との接触面積が広がり応力が集中するのを抑えることができて好ましい。しかしながら、保持部材３２において折り曲げ部３１ａを形成しないこととしても差し支えない。なお、本実施例では、保持部材３２をステンレス鋼によって形成した。
【００２４】
タンク容器２０の端部に設けられた既述した接続口２１，２２には、それぞれ、蓋部２４，２６がはめ込まれている（図１（Ａ）参照）。蓋部２４，２６は、接続口２１，２２においてタンク容器２０の気密性を確保するための構造であり、これによって、タンク容器２０内部に貯蔵される水素ガスが外部に漏れるのを防いでいる。また、蓋部２４には、タンク容器２０内に対して水素ガスを給排するための水素給排口２４ａが、外部に開口して設けられている。
【００２５】
さらに、水素貯蔵タンク１０の内部には、上記水素給排口２４ａに接続されている細長い略円柱状のフィルタ２５が、水素貯蔵タンク１０の略中心部において水素貯蔵タンク１０の長手方向に対して平行になるように配設されている（図１（Ａ）参照）。フィルタ２５は、焼結金属等によって形成されており、タンク容器２０内に収納された水素吸蔵合金３４の粒子が実質的にフィルタ２５内部に進入することがないガス透過性の多孔質体である。このようなフィルタ２５を用いて水素給排口２４ａを塞ぐことによって、水素吸蔵合金３４をタンク容器２０内に保持している。水素貯蔵タンク１０において水素の給排を行なう際には、このフィルタ２５を介して水素が出入りする。
【００２６】
また、タンク容器２０の外壁上には、補強層２３が設けられている（図１参照）。この補強層２３は、内部に高圧水素を貯蔵するタンク容器２０の強度を向上させるためのものであり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されている。
【００２７】
Ｂ．水素貯蔵タンク１０の製造工程：
図３は、水素貯蔵タンク１０の製造方法を表わす工程図である。水素貯蔵タンク１０を製造する際には、まず、タンク容器２０を形成するための、両端部が開放された略円筒形状の外壁部５０内に、略円筒形状に形成された波形状薄板である伝熱フィン３０が収納される（ステップＳ１００）。図４は、外壁部５０内に伝熱フィン３０を収納した様子を表わす説明図である。
【００２８】
その後、外壁部５０に対する保持部材３２の取り付けが行なわれて、外壁部５０内に伝熱フィン３０が固定される（ステップＳ１１０）。図５は、保持部材３２を取り付ける際の手順を示す説明図である。図５に示すように、本実施例では、取り付け具４０を用いて保持部材３２の取り付けが行なわれる。取り付け具４０は、中空の筒状部４２と、操作部４４と、３本の挟み棒４６と、を備えている。操作部４４は、筒状部４２内に摺動可能に配設された棒状部材であって、一方の端部が筒状部４２の一端からから突出している。挟み棒４６は、操作部４４の他方の端部に固着された可撓性を有する棒状部材であって、先端が外側に広がるように折り曲げられている。図５（Ａ）は、取り付け具４０を用いて保持部材３２を取り付ける際の、取り付け具４０の初期状態を示している。上記３本の挟み棒４６は、この初期状態において、保持部材３２を外側から挟み込むことができる。図５（Ｂ）は、３本の挟み棒４６が、保持部材３２を構成する３枚の細板３１と１対１で接して保持部材３２を挟み込む様子を示す説明図である。この初期状態から、筒状部４２が、操作部４４に対して挟み棒４６側に摺動されると、挟み棒４６の一部が筒状部４２内に入り込むことによって、３本の挟み棒４６同士の間隔が狭まる（図５（Ｃ）参照）。これによって、挟み棒４６が挟み込んでいる保持部材３２が中心部よりに撓み（図５（Ｄ）参照）、保持部材３２は、外壁部５０内に挿入可能な大きさとなる。その後、図５（Ｃ）のように取り付け具４０によって挟み込まれた状態で、保持部材３２は、伝熱フィン３０を収納した外壁部５０内の所望の位置に挿入される。このとき、操作部４４が挟み棒４６側とは反対側に摺動されると（図５（Ｅ）参照）、挟み棒４６は筒状部４２内に収納されて保持部材３２からはずれる。挟み棒４６がはずれると、保持部材３２は、元の形に戻ろうとする力が働いて、折り曲げ部３１ａにおいて伝熱フィン３０の凸部を外壁部５０壁面に押しつけ、伝熱フィン３０を外壁部５０内で固定するようになる。なお、図５（Ｅ）では、伝熱フィン３０の記載は省略している。
【００２９】
次に、外壁部５０の両端に絞り加工（口絞り加工）が施される（ステップＳ１２０）。すなわち、外壁部５０の両端の開口部が、より小さな開口部である接続口２１，２２となるように、外壁部５０が加工されて、タンク容器２０が形成される。
【００３０】
その後、タンク容器２０に対して熱処理が施される（ステップＳ１３０）。この熱処理とは、タンク容器２０および伝熱フィン３０を構成するアルミニウム合金の疲労強度を向上させるための処理である。水素貯蔵タンク１０においては、温度の上昇および下降に伴って構成部材が膨張・収縮を行なうと共に、水素の充填および放出に伴って内部の圧力が昇降する。このような構成部材の膨張・収縮や、内部圧力の昇降に伴って、タンク容器２０の形状は、所定の割合でひずみを起こす。このようなひずみを繰り返し生じることで、タンク容器２０を構成するアルミニウム合金は、次第に金属疲労を起こす。上記熱処理は、疲労に対する耐性を高めるものであり、本実施例では、アルミニウム合金に対して施される周知のＴ６処理を行なった。この熱処理においては、例えば５１５〜５５０℃に加熱されてアルミニウム合金の固溶化が行なわれ、その後水冷による急冷が行なわれる。
【００３１】
熱処理の後、タンク容器２０の内部に所定量の水素吸蔵合金３４が収納される（ステップＳ１４０）。その後、タンク容器２０の接続口２１に対してフィルタ２５を備える蓋部２４が取り付けられ、接続口２２に対しては蓋部２６が取り付けられる（ステップＳ１５０）。さらに、タンク容器２０では、その外周に補強層２３が形成されて（ステップＳ１６０）、水素貯蔵タンク１０が完成される。補強層２３は、例えば、エポキシ樹脂などを含浸させた炭素繊維をタンク容器２０の外周に巻き付けた後に、上記含浸させた樹脂を硬化させることにより形成する。
【００３２】
Ｃ．水素の吸蔵および放出の動作：
水素貯蔵タンク１０に対して水素を貯蔵する際には、水素給排口２４ａを介して水素貯蔵タンク１０内に高圧の水素を導入する。水素給排口２４ａから導入された水素は、タンク容器２０内に導かれ、水素吸蔵合金３４に吸蔵される。水素吸蔵合金３４における水素吸蔵量は、水素圧力と温度と水素吸蔵合金の種類とによって決まる。そして所定の圧力で水素を供給すると、水素吸蔵合金３４は、所定の温度に達するまで、水素を吸蔵しつつ昇温する。水素吸蔵合金３４が水素を吸蔵するのに伴って生じた熱は、伝熱フィン３０を介してタンク容器２０に伝わり、さらに補強層２３に伝わる。このとき、伝熱フィン３０は保持部材３２によって保持されているため、伝熱フィン３０がタンク容器２０と接して熱を伝える状態が安定して保たれる。タンク容器２０および補強層２３に伝えられた熱の一部は、これらタンク容器２０および補強層２３に吸収される。特に、補強層２３を構成する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、アルミニウム合金等の金属材料に比べて熱容量が大きいため、補強層２３においてより多くの熱が吸収される。また、タンク容器２０および補強層２３に伝えられた熱の一部は、補強層２３からさらに外部に放出される。このように、周囲の部材に吸収されたり放熱されることで熱が取り除かれることによって、水素吸蔵合金３４による水素吸蔵の動作が促進される。なお、水素吸蔵合金３４が所定の温度にまで昇温した後は、水素貯蔵タンク１０に供給される水素圧に応じた圧力で、タンク容器２０内の空間や水素吸蔵合金粉末間に形成される空隙に水素ガスが充填されて、水素貯蔵タンク１０は、満充填状態となる。
【００３３】
水素貯蔵タンク１０から水素を取り出す際には、まず、水素吸蔵合金粉末間に形成される空隙を含む空間内の圧縮水素から放出され、その後さらに、水素吸蔵合金３４に吸蔵された水素が放出される。
【００３４】
Ｄ．効果：
以上のように構成された第１実施例の水素貯蔵タンク１０によれば、水素貯蔵タンク１０の側面内壁に沿って、この内壁面と水素吸蔵合金３４とに接するように、凹凸形状を有する伝熱フィン３０を配設しているため、水素吸蔵合金３４と伝熱フィン３０との接触面積をより大きくして、水素吸蔵合金３４とタンク容器２０との間の伝熱を充分に確保することができる。これにより、水素吸蔵合金３４から熱を排出させる効率を向上させ、水素吸蔵の動作を効率良く行なうことが可能となる。ここで、伝熱フィン３０を固定する保持部材３２を設けているため、例えば水素貯蔵タンク１０に振動が加わった場合にも、伝熱フィン３０は保持部材３２によって保持されて、伝熱フィン３０とタンク容器２０内壁とが接触する状態が保たれる。したがって、水素吸蔵合金３４とタンク容器２０との間の熱交換効率が損なわれることがない。特に、本実施例では、伝熱フィン３０を、伝熱性が高いアルミニウム合金によって形成しているため、水素吸蔵合金３４とタンク容器２０との間の伝熱性をより高めることができる。
【００３５】
また、本実施例では、保持部材３２を、伝熱フィン３０よりも耐熱性に優れた金属であるステンレス鋼によって形成しているため、熱処理に起因して伝熱フィン３０とタンク容器２０内壁との間の接触状態が損なわれるのを防止することができる。アルミニウム合金から成る伝熱フィン３０が熱処理時に軟化して強度が低下すると、伝熱フィン３０とタンク容器２０内壁との間の接触状態が損なわれる可能性がある。しかしながら本実施例のように、より耐熱性に優れた材料によって形成される保持部材３２によって伝熱フィン３０を押さえつけることで、伝熱フィン３０とタンク容器２０内壁との間の接触状態を良好に保持することができる。
【００３６】
また、本実施例では、タンク容器２０を略円柱状としているため、所定の凹凸形状を有する伝熱フィン３０は、なめらかな曲面であるタンク容器２０内壁面に沿って取り付ければよく、取り付け動作を容易に行なうことが可能となる。また、本実施例では、タンク容器２０は、略円柱状に形成すると共に、熱処理を施して疲労強度を向上させたアルミニウム合金によって形成しているため、水素貯蔵タンク１０内に、より高圧の水素、例えば１ＭＰａ以上の圧力の水素を供給して貯蔵することができる。なお、アルミニウム合金は、このように高圧の水素を内部に貯蔵しても、水素分子が外部に漏れ出すことが無く、熱伝導性に優れ、軽量であり、タンク容器２０の材料として優れている。
【００３７】
さらに、本実施例では、補強層２３を設けることで、さらに高圧の水素を貯蔵することができ、例えば２５ＭＰａ以上、あるいはさらに３５ＭＰａ以上の圧力の水素を貯蔵することも可能となる。このように優れた強度を有する水素貯蔵タンク１０に高圧の水素を供給することで、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させるだけでなく、水素吸蔵合金粉末間の空隙や水素貯蔵タンク１０内の空間内にも、より多くの水素ガスを貯蔵することが可能となる。また、上記補強層２３を、タンク容器２０を構成する材料よりも熱容量の大きな材料によって構成することで、水素吸蔵合金が発熱しつつ水素を吸蔵する際に、より多くの熱を補強層２３によって吸収することができ、水素吸蔵の効率を向上させることができる。
【００３８】
Ｅ．第１実施例の変形例：
上記第１実施例では、保持部材３２は、３枚の細板３１が各々１辺を構成する略三角形状としたが、異なる形状としても良い。図６ないし図８は、保持部材３２の代わりに用いることが可能な、第１実施例の変形例としての保持部材の構成を表わす説明図である。
【００３９】
図６（Ａ）に示す第１実施例の第１の変形例としての保持部材１３２は、ステンレス鋼等の金属製の細板によって略四角形状に形成されている。この保持部材１３２は、１枚の細板を所定の位置で折り曲げると共に、接合部１３２ａにおいて細板の両端部を接合することによって、全体として略四角形状に成形されている。このような構成としても、保持部材１３２が有する弾性力を利用して、上記四角形状の頂点部において伝熱フィン３０を押圧し、第１実施例と同様の効果を得ることができる。なお、図６（Ａ）のように保持部材を略四角形状とする場合に、４枚の細板を用い、各細板が各々の辺を形成するようにこれらの細板を接合することによって、保持部材を形成することとしても良い。
【００４０】
図６（Ｂ）に示す第１実施例の第２の変形例としての保持部材２３２は、水素貯蔵タンクの長手方向に延びると共に波形に折り曲げられた金属ワイヤによって構成されている。このような保持部材２３２は、波形に折り曲げられたワイヤの有する弾性力を利用して、上記波形の頂点部において伝熱フィン３０を押圧し、第１実施例と同様の効果を得ている。このように保持部材２３２を金属ワイヤによって形成する場合には、複数の金属ワイヤを用いることで、より安定して伝熱フィン３０を保持することができる。図６（Ｂ）では、２本の金属ワイヤから成る保持部材２３２を示している。例えば、互いに１８０°ずつずらして２本の金属ワイヤを配設したり、互いに６０°ずつずらして３本の金属ワイヤを配設することで、安定して伝熱フィン３０を保持することができる。
【００４１】
図７に示す第１実施例の第３の変形例としての保持部材３３２は、水素貯蔵タンクの長手方向に延びると共に、所定の位置で折り曲げられた４本の金属ワイヤによって形成されている。保持部材３３２を構成する１本の金属ワイヤ３３２ａは、横断面が略円形を成すタンク容器２０内壁に対して、鉛直方向上端部（図７中にＵと示す）と、水平方向右端部（図７中にＲと示す）とにおいて、所定の間隔で交互に接するように折り曲げられている。保持部材３３２を構成する他の金属ワイヤ３３２ｂは、同様にタンク容器２０内壁に対して、鉛直方向下端部（図７中にＤと示す）と、水平方向右端部とにおいて、上記所定の間隔で交互に接するように折り曲げられている。また、保持部材３３２を構成するさらに他の金属ワイヤ３３２ｃは、同様にタンク容器２０内壁に対して、鉛直方向上端部と、水平方向左端部（図７中にＬと示す）とにおいて、上記所定の間隔で交互に接するように折り曲げられている。また、保持部材３３２を構成するさらに他の金属ワイヤ３３２ｄは、同様にタンク容器２０内壁に対して、鉛直方向下端部と、水平方向左端部とにおいて、上記所定の間隔で交互に接するように折り曲げられている。このような保持部材３３２は、上記タンク容器２０内壁と接触する部位では、隣接する金属ワイヤ同士が接合されると共に、この接合部位において伝熱フィン３０を押圧し、第１実施例と同様の効果を得ている。
【００４２】
なお、上記保持部材２３２あるいは保持部材３３２は、水素貯蔵タンクの側壁面を押圧する弾性力を有すると共に、水素貯蔵タンクの長手方向にも伸縮可能な構造となっている。そのため、水素貯蔵タンクの製造時に外壁部５０内に保持部材を収納する際には、保持部材を長手方向に引っ張って、外壁部５０の開口部から内部に挿入可能な大きさとすることができる。
【００４３】
図８に示す第１実施例の第４の変形例としての保持部材４３２は、所定の間隔で凸部３２ｂを形成するように折り曲げられた金属製の細板によって形成されている。この保持部材４３２は、タンク容器２０の長手方向に対して垂直になるように、タンク容器２０の側壁面の内周に沿って、この内壁を丁度１周するように配設される。保持部材４３２を配設する際には、保持部材４３２が備える各凸部３２ｂが、伝熱フィン３０が有する凸部のうち、所定の間隔をおいて設けられた凸部に係合するように配設する。保持部材４３２は、その両端において、上記凸部３２ｂが形成される側とは反対側に曲げられた折り曲げ部３２ａを有するが、タンク容器２０の内周を１周するように配設されることで、両端に設けられた折り曲げ部３２ａは互いに当接する。このように保持部材４３２を配設することで、保持部材４３２は、伝熱フィン３０の凸部の内側から伝熱フィン３０をタンク容器２０内壁側に押圧し、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
Ｆ．第２実施例：
上記第１実施例では、伝熱フィン３０は、タンク容器２０の側面内壁を１周して覆うように設けたが、より少ない範囲を覆うように伝熱フィンを設けることとしても良い。図９は、第２実施例の水素貯蔵タンク１１０の構成を表わす断面図である。第２実施例の水素貯蔵タンク１１０は、第１実施例の水素貯蔵タンク１０と類似する構成を有しているため、共通する構成要素には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００４５】
図９に示すように、第２実施例の水素貯蔵タンク１１０は、伝熱フィン３０に代えて伝熱フィン１３０を備えている。この伝熱フィン１３０は、伝熱フィン３０と同様の凹凸形状を有するが、伝熱フィン３０とは異なり、タンク容器２０の側面内壁のうち、下方略半分の領域を覆うように設けられている。本実施例では、タンク容器２０内の略３分の１の高さとなる量の水素吸蔵合金３４が、タンク容器２０内に収納されており、タンク容器２０内壁において水素吸蔵合金３４が接する領域は、伝熱フィン１３０によって覆われている。
【００４６】
このように、タンク容器２０内壁と接する伝熱フィンは、収納される水素吸蔵合金３４の高さ以上にわたって設けられていれば、両者の間の伝熱を充分に促進する効果が得られる。
【００４７】
Ｇ．第３実施例：
図１０は、第３実施例の水素貯蔵タンク２１０の様子を表わす説明図である。図１０（Ａ）は、水素貯蔵タンク２１０の縦断面において水素貯蔵タンク２１０の内部の様子を表わしており、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ断面（横断面）における水素貯蔵タンク２１０の様子を表わしている。第３実施例の水素貯蔵タンク２１０は、第１実施例の水素貯蔵タンク１０と類似する構成を有するため、共通する構成要素には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００４８】
水素貯蔵タンク２１０は、伝熱フィンを保持する保持部材として、保持部材３２に代えて押さえ棒６０を備えている。また、水素貯蔵タンク２１０は、第２実施例の水素貯蔵タンク２１０と同様に、タンク容器２０の側面内壁のうち下方の領域を覆うように設けられた伝熱フィン１３０を備えている。また、水素貯蔵タンク２１０は、接続口２２を塞ぐために、蓋部２６に代えて蓋部１２６を備えている。なお、図１０（Ａ）では、水素吸蔵合金３４の記載は省略している。
【００４９】
押さえ棒６０は、中実あるいは両端を塞いだ中空の棒状部材であって、その一端が、上記蓋部１２６に固定されている。また、押さえ棒６０の他端は、蓋部２４に取り付けられたフィルタ２５を嵌め込んで固定したリング部２７に固定されている。また、押さえ棒６０は、その中ほどの部位において、所定の長さにわたって、伝熱フィン１３０をタンク容器２０内壁に押しつけて保持するように折り曲げられている。ここで、伝熱フィン１３０は、タンク容器２０の長手方向と略平行に形成された複数の凸部の内の一つにおいて、この凸部の内側から上記押さえ棒６０によって押さえられている。このような押さえ棒６０は、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼によって形成することができる。
【００５０】
以上のように構成された第３実施例の水素貯蔵タンク２１０によれば、押さえ棒６０によって伝熱フィン１３０を保持することで、第１および第２実施例と同様に、水素吸蔵合金３４とタンク容器２０との間の伝熱を充分に確保する効果が得られる。これにより、水素吸蔵合金３４の冷却の効率を向上させ、水素吸蔵の動作を効率良く行なうことが可能となる。水素貯蔵タンク２１０に振動が加わった場合にも、伝熱フィン１３０とタンク容器２０内壁とが接触する状態が保たれ、水素吸蔵合金３４とタンク容器２０との間の熱交換効率が損なわれることがない。
【００５１】
なお、本実施例では、伝熱フィン１３０は、タンク容器２０内の下方にのみ配設されるため、伝熱フィン１３０を押さえつけることなく熱処理を行なっても、重力によって伝熱フィン１３０を保持することができる。そのため、伝熱フィン１３０を押さえつけることなく熱処理を行なっても、伝熱フィン１３０とタンク容器２０内壁との間の接触状態が損なわれることがなく、押さえ棒６０の取り付けは、タンク容器２０の熱処理後に行なうことができる。
【００５２】
また、本実施例では、押さえ棒６０は、その両端において、蓋部２４および蓋部１２６に固定することとしたが、一方の端部のみを固定することとしても良い。押さえ棒６０は、伝熱フィン１３０の凸部に係合して、伝熱フィン１３０をタンク容器２０側に押しつけて保持することができればよいからである。また、本実施例では、押さえ棒６０は、蓋部１２６の略中心部において固定しているため、押さえ棒６０と蓋部１２６との固定を容易に行なうことが可能となっている。すなわち、組み立ての際には、押さえ棒６０をタンク容器２０内で所定の状態に配設した後に、タンク容器２０を動かすことなくボルト等を用いた締め付けを行なって、押さえ棒６０と蓋部１２６とを容易に固定することができる。
【００５３】
なお、第３実施例では、押さえ棒６０は、１本の棒状部材としたが、複数の棒状部材を用いることとしても良い。図１１は、第３実施例の変形例としての押さえ棒１６０の構成の概略を表わす説明図である。押さえ棒１６０は、第３実施例の水素貯蔵タンク２１０において押さえ棒６０に代えて用いられるものであり、伝熱フィン１３０と接触する領域が３本に分岐している。分岐した各棒は、伝熱フィン１３０が備えるそれぞれ異なる凸部と係合し、この凸部において伝熱フィン１３０をタンク容器２０内壁側に押しつけて保持する。このように、３本に限らず複数に分岐する押さえ棒を用いれば、より安定して伝熱フィンを保持することができる。そのため、タンク容器２０内壁面のより広い範囲を覆う伝熱フィンを用いる場合にも、タンク容器２０内壁との間の接触状態を良好に保つことができる。
【００５４】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５５】
Ｈ１．変形例１：
第１実施例では、円筒形状の外壁部５０に対して絞り加工と熱処理を施してタンク容器２０を形成したが、異なる方法でタンク容器を形成することとしても良い。例えば、タンク容器を形成するための複数の部材を、熱処理の後に貼り合わせて、タンク容器を作製することとしても良い。この場合には、複数の部材を貼り合わせる際に伝熱フィンを収納すれば良く、伝熱フィンを収納してから熱処理を施す必要がない。したがって、熱処理時に外壁部（タンク容器）内で伝熱フィンを保持する必要はないが、保持部材を設けることで、水素貯蔵タンク使用時に伝熱フィンが移動するのを防止するという同様の効果を得ることができる。
【００５６】
Ｈ２．変形例２：
第１ないし第３実施例では、保持部材によって伝熱フィンをタンク容器内壁側に押しつけて保持したが、異なる構成としても良い。例えば、伝熱フィンを、表面に低融点アルミニウムを備えるクラッド材によって形成し、表面の低融点アルミニウムを溶融させることによって伝熱フィンとタンク容器内壁面とを固着させることとしても良い。このように、低融点金属を溶融させることによって、伝熱フィンを固着させて保持するための保持部材を形成することができる。
【００５７】
このような場合には、既述した熱処理と同時に、あるいはタンク容器内に伝熱フィンを収納して別途行なう加熱処理によって、固着の動作を行なえばよい。特に、第２あるいは第３実施例の伝熱フィン１３０のように、タンク容器の側面内壁のうち下方領域を覆う伝熱フィンを用いる場合には、熱処理時に伝熱フィンをタンク容器内壁面に接するように保持するための特別な構成を不要にすることが可能である。例えば、タンク容器内の下方領域を覆うように伝熱フィンを配設して真空加熱を行なうことで、容易に伝熱フィンをタンク容器内に固着させることができる。
【００５８】
Ｈ３．変形例３：
第１ないし第３実施例では、水素の吸蔵時に発生する熱は伝熱フィンを用いてタンク容器に伝えて排出し、冷媒流路は設けないこととしたが、水素貯蔵タンク内にさらに冷媒流路を形成し、冷媒を用いて熱を排出する動作をさらに行なうこととしても良い。
【００５９】
Ｈ４．変形例４：
また、第１ないし第３実施例では、タンク容器２０内に水素吸蔵合金を充填することとしたが、他種の吸蔵・吸着材を用いることとしても良い。あるいは、他種の吸蔵・吸着材をさらに備えることとしても良い。例えば、水素吸蔵合金に加えて、活性炭やカーボンナノチューブをさらに備えることとしても良い。
【００６０】
Ｈ５．変形例５：
また、既述した実施例では、アルミニウム合金で形成された伝熱フィンを用いたが、異なる材料によって伝熱フィンを形成することとしても良い。充分な伝熱性を有する金属部材であれば、水素吸蔵合金で発生した熱をタンク容器に伝えて熱を排出することができ、加熱時に強度が低下する場合にも、保持部材を設けることで伝熱フィンとタンク容器内壁面との接触状態を良好に保つことができる。
【００６１】
Ｈ６．変形例６：
また、第１ないし第３実施例では、水素を貯蔵する水素貯蔵タンクとしたが、水素以外のガス貯蔵タンクにおいても、本発明を適用することによって同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である水素貯蔵タンク１０の構成の概略を表わす説明図である。
【図２】保持部材３２の様子をさらに詳しく示す説明図である。
【図３】図３は、水素貯蔵タンク１０の製造方法を表わす工程図である。
【図４】外壁部５０内に伝熱フィン３０を収納した様子を表わす説明図である。
【図５】保持部材３２を取り付ける際の手順を示す説明図である。
【図６】第１実施例の変形例としての保持部材の構成を表わす説明図である。
【図７】第１実施例の変形例としての保持部材の構成を表わす説明図である。
【図８】第１実施例の変形例としての保持部材の構成を表わす説明図である。
【図９】第２実施例の水素貯蔵タンク１１０の構成を表わす断面図である。
【図１０】第３実施例の水素貯蔵タンク２１０の構成を表わす説明図である。
【図１１】第３実施例の変形例としての押さえ棒１６０の構成の概略を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０…水素貯蔵タンク
２０…タンク容器
２１，２２…接続口
２３…補強層
２４，２６，１２６…蓋部
２４ａ…水素給排口
２５…フィルタ
２７…リング部
３０，１３０…伝熱フィン
３１…細板
３１ａ…折り曲げ部
３２，１３２，２３２，３３２，４３２…保持部材
３２ａ…折り曲げ部
３２ｂ…凸部
３４…水素吸蔵合金
４０…取り付け具
４２…筒状部
４４…操作部
４６…挟み棒
５０…外壁部
６０，１６０…押さえ棒
１３２ａ…接合部
３３２ａ〜３３２ｄ…金属ワイヤ
【図１】
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【図２】
2004316673.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004316673.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004316673.tif 000008
【図７】
2004316673.tif 000009
【図８】
2004316673.tif 000010
【図９】
2004316673.tif 000011
【図１０】
2004316673.tif 000012
【図１１】
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