(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御可能に構成されたタンクに水素吸蔵合金が収容されており、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを前記タンクの温度制御に応じてタンク外へ放出させるように構成されたＭＨタンクであって、前記水素吸蔵合金から前記タンクの内周壁付近に放出される水素ガスをタンク内の水素吸蔵合金の略全域に渡り流動させてタンク外に放出させる水素ガス流路が前記タンク内に配設された水素非透過性材料からなるバッフルにより区画形成されていることを特徴とするＭＨタンク。
【請求項２】
請求項１に記載されたＭＨタンクであって、前記バッフルが前記タンクの長手方向に沿って配置された筒状を呈することを特徴とするＭＨタンク。
【請求項３】
請求項１に記載されたＭＨタンクであって、前記バッフルが前記タンクの長手方向に直交する横断面において渦巻き状の断面を呈することを特徴とするＭＨタンク。
【請求項４】
請求項１に記載されたＭＨタンクであって、前記水素吸蔵合金を担持するハニカム構造の担持体がその長手方向を前記タンクの長手方向に沿わせて収容されており、この担持体の内部に前記水素ガス流路を区画形成するように前記バッフルが担持体の両端部に配置されていることを特徴とするＭＨタンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池や水素エンジンなどの水素消費装置への水素供給源として使用されるＭＨタンクに関し、詳しくは、タンク内の水素吸蔵合金に吸蔵される水素ガスを水素吸蔵合金の略全域から無駄なく放出させるように改良されたＭＨタンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来のエンジンに代えて走行用モータを搭載する各種の電気自動車が開発されている。この種の電気自動車の一つとして、燃料電池を走行用モータの電源として搭載する燃料電池電気自動車（以下、燃料電池車と適宜略称する。）の開発が急速に進められている。前記燃料電池は、水素と空気中の酸素との化学反応により発電する電池である。この燃料電池には、空気を連続的に圧送して供給する空気供給系、余剰空気を排出する空気排出系、水素ガスを連続的に供給する水素ガス供給系、余剰水素ガスを排出して前記水素ガス供給系に還流させる水素ガス排出系、燃料電池の温度を適温範囲に維持する冷却系などが付設されており、これらで燃料電池を連続的に発電させる燃料電池システムが構成されている。
【０００３】
ここで、前記燃料電池システムの水素ガス供給系には、通常、メタノール等の水素を含む液体燃料から水素ガスを生成する改質器や、水素ガスを高圧状態で貯蔵する高圧水素タンクが水素ガスの供給源として設けられるが、水素ガスを低圧状態で貯蔵できるＭＨ（metal hydride）タンクも併設される。このＭＨタンクは、アルミニウムやステンレス等の金属製タンクに水素吸蔵合金（Metallic alloys for Hydrogen storage）を収容したものであり、高圧水素タンクと比較して小型のタンクに同量程度の水素ガスを貯蔵することができる。
【０００４】
前記ＭＨタンクに収容された水素吸蔵合金は、タンク内に流入する水素ガスを発熱反応により吸蔵し、吸蔵した水素ガスを吸熱反応により放出する。この場合、前記水素吸蔵合金は、冷却すると発熱反応が促進されて水素ガスの吸蔵を継続し、加熱すると吸熱反応が促進されて水素ガスの放出を継続する。そこで、この種のＭＨタンクにおいては、水素吸蔵合金の冷却、加熱により水素ガスの吸蔵、放出を制御する手段として、例えば熱伝導媒体流路がタンク内に設けられている（特開平１１−６０２０１号、特開平２０００−１７０９９８号、特開平２０００−１２０９９６号の各公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記水素吸蔵合金は、水素ガスの吸蔵、放出に応じて体積が膨張、収縮し、その繰り返しにより微細化して熱伝導性が低下する。この場合、単に熱伝導媒体流路をタンク内に設けた従来のＭＨタンクにおいては、熱伝導性が低下した水素吸蔵合金の全体を迅速に加熱するのが難しく、水素吸蔵合金の略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出させることができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、タンク内の水素吸蔵合金に吸蔵される水素ガスを水素吸蔵合金の略全域から無駄なく迅速に放出させることができる高性能なＭＨタンクを提供することを課題とする。
【０００７】
前記の課題を解決する手段として、本発明に係るＭＨタンクは、温度制御可能に構成されたタンクに水素吸蔵合金が収容されており、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを前記タンクの温度制御に応じてタンク外へ放出させるように構成されたＭＨタンクであって、前記水素吸蔵合金から前記タンクの内周壁付近に放出される水素ガスをタンク内の水素吸蔵合金の略全域に渡り流動させてタンク外に放出させる水素ガス流路が前記タンク内に配設された水素非透過性材料からなるバッフルにより区画形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るＭＨタンクでは、タンク内に水素ガスが流入すると、水素吸蔵合金が発熱反応を伴って水素ガスを吸蔵する。その際、タンクが水素吸蔵合金を冷却するように温度制御されると、水素吸蔵合金は発熱反応が促進されてタンク内に流入する水素ガスを継続的に吸蔵する。その後、タンクが水素吸蔵合金を加熱するように温度制御されると、水素吸蔵合金は吸熱反応が促進されて吸蔵した水素ガスを継続的に放出する。そして、水素吸蔵合金からタンクの内周壁付近に放出された水素ガスは、水素非透過性材料からなるバッフルによりタンク内に区画形成された水素ガス流路を流動してタンク外に放出される。この水素ガスの放出過程においては、タンクの内周壁付近に収容された水素吸蔵合金がタンクの温度上昇により吸熱して水素ガスの放出を開始する。そして、タンクの内周壁付近に放出された水素ガスは、タンクの内周壁に沿って高速で流動しつつタンクの内周壁から効率的に吸熱し、さらに、タンク内の水素吸蔵合金の略全域を流動してこれを迅速に加熱し、水素吸蔵合金の略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出させる。
【０００９】
本発明のＭＨタンクにおいて、前記バッフルは、前記タンクの長手方向に沿って配置された筒状を呈するものでも、あるいは前記タンクの長手方向に直交する横断面において渦巻き状の断面を呈するものでもよい。また、本発明のＭＨタンクにおいて、前記水素吸蔵合金を担持するハニカム構造の担持体がその長手方向を前記タンクの長手方向に沿わせて収容されている場合、前記バッフルは、担持体の内部に前記水素ガス流路を区画形成するように担持体の両端部に配置される。
【００１０】
前記の各バッフルは、前記タンクの内周壁面に弾性接触して保持されるように弾性材料で構成するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るＭＨタンクの実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は第１実施形態に係るＭＨタンクの内部構造を概略的に示す縦断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うＭＨタンクの横断面図、図３はＭＨタンクの横断面方向における温度勾配を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、第１実施形態に係るＭＨタンク１は、温度制御可能に構成されたタンク２に水素吸蔵合金３が収容された構造を備えている。このＭＨタンク１は、タンク２の温度制御に応じ、タンク２内に流入する水素ガスを水素吸蔵合金３に吸蔵させ、吸蔵された水素ガスを水素吸蔵合金３からタンク２外へ放出させるように構成されている。
【００１３】
前記タンク２は、耐圧性および熱伝導性の高いステンレス合金やアルミニウム合金などの金属製であり、例えば３〜５ＭＰａ程度の圧力で流入する水素ガスを水素吸蔵合金３に吸蔵して貯蔵できるように、その耐圧性および気密性が確保されている。このタンク２は、一端部の中央に水素ガスの流入口および流出口を兼用した流出入口２Ａが開口され、他端部が閉塞された長さ８００ｍｍ程度の円筒状を呈している。そして、このタンク２内には、例えば図示しない高圧水素タンクからの水素ガスが流出入口２Ａを介して供給される。なお、前記高圧水素タンクは、耐圧性および気密性が確保された繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の軽量タンクであり、１００リットル程度の内容積に水素ガスが２５ＭＰａ程度の高圧で充填される。
【００１４】
前記タンク２を温度制御可能とするため、タンク２の周壁部にはウォータジャケット２Ｂが形成されている。このウォータジャケット２Ｂは、例えば、図示しない燃料電池システムの冷却系に接続されることにより、熱交換器で放熱した冷却液および燃料電池から吸熱した冷却液が適宜切り換えて循環するように構成されている。すなわち、このウォータジャケット２Ｂは、タンク２内の水素吸蔵合金３に水素ガスを吸蔵させる際には、水素吸蔵合金３の発熱反応を促進させるために放熱後の冷却液が冷却媒体として循環し、水素吸蔵合金３から水素ガスを放出させる際には、水素吸蔵合金３の吸熱反応を促進させるために吸熱後の冷却液が加熱媒体として循環するように構成されている。
【００１５】
前記の水素吸蔵合金３は、初期の粒度が１６〜２０メッシュ程度の粒状を呈しており、タンク２内の一端側および他端側に嵌合された一対の円板状のフィルタ４、４間に収容されている。この水素吸蔵合金３としては、ＢＣＣ（Body Centered Cubic）系合金、ＡＢ2型合金、ＡＢ5型合金、Ｍｇ系合金などが使用可能である。ＢＣＣ系合金からなる水素吸蔵合金３は、タンク２の内圧が３ＭＰａ前後の場合、１００ｇ当たり約１．２ｍｏｌの水素ガスを吸蔵する。その際の発熱量は約１５ｋｊ／ｇ水素であり、水素吸蔵合金３が１ｇの水素ガスを吸蔵すると、約１５ｋｊの反応熱を発生する。この反応熱を吸収するようにタンク２を冷却すると、水素吸蔵合金３は水素ガスを継続的に吸蔵する。
【００１６】
前記一対のフィルタ４、４は、水素ガスの流動を許容するように、例えばアルミニウムなどの燒結金属で形成されている。そして、一方のフィルタ４は、タンク２内の一端側の内側壁２Ｃとの間に水素ガスの流動空間を形成して配置され、他方のフィルタ４は、タンク２の他端側の内側壁２Ｄとの間に水素ガスの流動空間を形成して配置されている。
【００１７】
ここで、図２にも示すように、前記タンク２内には、粒状の水素吸蔵合金３から放出される水素ガスの流路を区画形成するように円筒バッフル５が配設されている。この円筒バッフル５は、タンク２の長手方向に沿って同心状に配置される例えば３本の径の異なる円筒バッフル５Ａ，５Ｂ，５Ｃにより構成されている。各円筒バッフル５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、水素ガスが透過できない水素非透過材料として、例えばアルミニウム等の金属材料により構成されている。
【００１８】
前記円筒バッフル５を構成する大径の円筒バッフル５Ａは、一端がタンク２の一端側の内側壁２Ｃに当接し、他端がタンク２の他端側の内側壁２Ｄから離間した状態で前記一対のフィルタ４、４に両端部が支持されており、タンク２の内周壁２Ｅとの間に前記粒状の水素吸蔵合金３を区画している。また、中径の円筒バッフル５Ｂは、一端がタンク２の一端側の内側壁２Ｃから離間し、他端がタンク２の他端側の内側壁２Ｄに当接した状態で前記一対のフィルタ４、４に両端部が支持されており、前記大径の円筒バッフル５Ａとの間に前記粒状の水素吸蔵合金３を区画している。さらに、小径の円筒バッフル５Ｃは、一端がタンク２の一端側の流出入口２Ａの周囲の内側壁２Ｃに当接し、他端がタンク２の他端側の内側壁２Ｄから離間した状態で前記一対のフィルタ４、４に両端部が支持されており、前記中径の円筒バッフル５Ｂとの間に前記粒状の水素吸蔵合金３を区画している。
【００１９】
すなわち、前記円筒バッフル５を構成する大径の円筒バッフル５Ａ、中径の円筒バッフル５Ｂおよび小径の円筒バッフル５Ｃは、タンク２の内周壁２Ｅ付近に収容された水素吸蔵合金３から放出される水素ガスをタンク２の内周壁２Ｅに沿ってその一端側から他端側へ流動させ、この水素ガスをタンク２の他端側と一端側との間で往復流動させつつ順次タンク２の中心側へ向かって流動させることにより、水素吸蔵合金３の略全域に渡って水素ガスを流動させ、その後、水素ガスを流出入口２Ａからタンク２外へ放出するように水素ガス流路を区画形成している。
【００２０】
以上のように構成された第１実施形態のＭＨタンク１は、例えば図示しない燃料電池システムの水素ガス供給系に高圧水素タンクと共に設置される。このＭＨタンク１は、吸蔵した水素ガスを水素吸蔵合金３からタンク２外へ放出させて図示しない燃料電池に供給するために使用される。
【００２１】
第１実施形態のＭＨタンク１は、図示しない水素スタンドなどの水素充填設備に流出入口２Ａが連通されることにより、水素充填設備から供給される水素ガスが流出入口２Ａを介してタンク２の一端側に流入する。そして、流入した水素ガスは、小径の円筒バッフル５Ｃ、中径の円筒バッフル５Ｂおよび大径の円筒バッフル５Ａに順次案内されて水素吸蔵合金３の略全域に吸蔵される。その際、タンク２のウォータジャケット２Ｂには、図示しない燃料電池システムの冷却系において熱交換器で放熱した冷却液が水素吸蔵合金３の冷却媒体として循環する。このため、水素吸蔵合金３はタンク２の内周壁２Ｅから冷却され、水素ガスの吸蔵に伴う発熱反応が促進されて水素ガスを継続的に吸蔵する。
【００２２】
タンク２内の水素吸蔵合金３の略全域に水素ガスを吸蔵したＭＨタンク１は、図示しない燃料電池システムの燃料電池に流出入口２Ａが連通されることにより、吸蔵した水素ガスを水素吸蔵合金３からタンク２外に放出させて前記燃料電池に供給する。その際、タンク２のウォータジャケット２Ｂには、図示しない燃料電池システムの冷却系において燃料電池から吸熱した冷却液が水素吸蔵合金３の加熱媒体として循環する。このため、水素吸蔵合金３はタンク２の内周壁２Ｅから加熱され、水素ガスの放出に伴う吸熱反応が促進されて水素ガスを継続的に放出する。
【００２３】
ここで、第１実施形態のＭＨタンク１において、水素吸蔵合金３から放出された水素ガスは、大径の円筒バッフル５Ａ、中径の円筒バッフル５Ｂおよび小径の円筒バッフル５Ｃにより区画形成された水素ガス流路を流動してタンク２外に放出される。この水素ガスの放出過程においては、まず、タンク２の内周壁２Ｅの付近に収容された水素吸蔵合金３がタンク２の内周壁２Ｅから加熱されて水素ガスの放出を開始する。このタンク２の内周壁２Ｅ付近に放出された水素ガスは、大径の円筒バッフル５Ａによりタンク２の内周壁２Ｅに沿ってその一端側から他端側へ高速で流動しつつ内周壁２Ｅから効率的に吸熱する。そして、十分に吸熱した水素ガスは、各円筒バッフル５Ａ，５Ｂ，５Ｃによりタンク２の他端側と一端側との間を往復流動しつつ順次タンク２の中心側へ向かって長い水素ガス流路を高速で流動し、水素吸蔵合金３の略全域を流動してこれを迅速に加熱する。このため、水素吸蔵合金３は、その略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出する。ちなみに、ＭＨタンク１の横断面方向における温度勾配は、図３に実線で示すようになり、破線で示す従来例に較べて水素吸蔵合金３部分の温度が均一に上昇する。また、タンク２の内周壁２Ｅから水素吸蔵合金３への熱伝達は、従来、水素吸蔵時に３００ｋｃａｌ／ｈ／ｍ2／℃程度、水素放出時に６０ｋｃａｌ／ｈ／ｍ2／℃程度であったものが、水素吸蔵時に３５０ｋｃａｌ／ｈ／ｍ2／℃程度、水素放出時に１８０ｋｃａｌ／ｈ／ｍ2／℃程度と大幅に改善された。
【００２４】
すなわち、第１実施形態のＭＨタンク１によれば、タンク２内の水素吸蔵合金３に吸蔵される水素ガスを水素吸蔵合金３の略全域から無駄なく迅速に放出させることができ、水素ガスの放出性能を向上させることができる。従って、従来例のＭＨタンクに較べて水素ガスの放出量を増量でき、また、水素ガスの放出量を同量程度とした場合、タンク２を従来例より小型軽量化することができ、燃料電池車用の燃料電池に対する水素供給源として好適である。
【００２５】
図４および図５は、本発明の第２実施形態に係るＭＨタンク１１を示している。このＭＨタンク１１は、第１実施形態のＭＨタンク１における各円筒バッフル５Ａ，５Ｂ，５Ｃに代えて渦巻き状バッフル１５を採用したものである。この第２実施形態のＭＨタンク１１の説明において、第１実施形態のＭＨタンク１と同様の構造部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２６】
図５に示すように、第２実施形態のＭＨタンク１１における渦巻き状バッフル１５は、タンク２の長手方向に直交する横断面において渦巻き状の断面を呈している。この渦巻き状バッフル１５は、水素非透過性材料としてのアルミニウム薄板１５Ａに弾性材料としてのメッシュスプリング１５Ｂが接合された構造を有し、直径方向の弾性によりタンク２の内周壁２Ｅに弾性接触している。この渦巻き状バッフル１５の両端部は、図４に示すように、タンク２の一端側の内側壁２Ｃおよび他端側の内側壁２Ｄにそれぞれ当接している。そして、渦巻き状バッフル１５の中心部は、タンク２の流出入口２Ａに連通するように構成されている。
【００２７】
第２実施形態のＭＨタンク１１においては、図示しない水素充填設備に流出入口２Ａが連通されることにより、水素充填設備から供給される水素ガスが流出入口２Ａを介してタンク２の一端側に流入する。そして、流入した水素ガスは、渦巻き状バッフル１５の中心部から径方向に渦巻き状に案内されて水素吸蔵合金３の略全域に吸蔵される。その際、図示しない燃料電池システムの冷却系において熱交換器で放熱した冷却液が水素吸蔵合金３の冷却媒体としてタンク２のウォータジャケット２Ｂを循環するため、水素吸蔵合金３はタンク２の内周壁２Ｅから冷却され、水素ガスの吸蔵に伴う発熱反応が促進されて水素ガスを継続的に吸蔵する。
【００２８】
タンク２内の水素吸蔵合金３の略全域に水素ガスを吸蔵した第２実施形のＭＨタンク１１は、図示しない燃料電池システムの燃料電池に流出入口２Ａが連通されることにより、吸蔵した水素ガスを水素吸蔵合金３からタンク２外に放出させて前記燃料電池に供給する。その際、図示しない燃料電池システムの冷却系において燃料電池から吸熱した冷却液が水素吸蔵合金３の加熱媒体としてタンク２のウォータジャケット２Ｂを循環するため、水素吸蔵合金３はタンク２の内周壁２Ｅから加熱され、水素ガスの放出に伴う吸熱反応が促進されて水素ガスを継続的に放出する。
【００２９】
ここで、第２実施形態のＭＨタンク１１において、水素吸蔵合金３から放出された水素ガスは、渦巻き状バッフル１５により区画形成された水素ガス流路を流動してタンク２外に放出される。この水素ガスの放出過程においては、まず、タンク２の内周壁２Ｅの付近に収容された水素吸蔵合金３がタンク２の内周壁２Ｅから加熱されて水素ガスの放出を開始する。このタンク２の内周壁２Ｅ付近に放出された水素ガスは、渦巻き状バッフル１５の外周部によりタンク２の内周壁２Ｅに沿ってその周方向に高速で流動しつつ内周壁２Ｅから効率的に吸熱する。そして、十分に吸熱した水素ガスは、渦巻き状バッフル１５によりタンク２の中心側へ向かって渦巻き状に流動し、水素吸蔵合金３の略全域を流動してこれを迅速に加熱する。このため、水素吸蔵合金３は、その略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出する。
【００３０】
従って、第２実施形態のＭＨタンク１１においても、第１実施形態のＭＨタンク１と同様の効果が得られる。また、第２実施形態のＭＨタンク１１において、前記渦巻き状バッフル１５は、弾性構造とされているため、タンク２の内周壁２Ｅとの接触率が増大してタンク２からの熱伝導性が向上する。そして、この渦巻き状バッフル１５は、水素吸蔵合金３が水素ガスを吸蔵する際の膨張を弾性によって許容する。
【００３１】
図６および図７は、本発明の第３実施形態に係るＭＨタンク２１を示している。このＭＨタンク２１は、第２実施形態のＭＨタンク１１における渦巻き状バッフル１５を長手方向に分割構成した複数の渦巻き状バッフル２５を備えたものである。この第３実施形態のＭＨタンク２１の説明において、第２実施形態のＭＨタンク１１と同様の構造部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３２】
第３実施形態のＭＨタンク２１においては、各渦巻き状バッフル２５の間に円板状の隔壁２６，２７が交互に配設される。この隔壁２６，２７は、水素非透過性材料であるアルミニウム板からなり、隔壁２６にはその外周部に連通孔２６Ａが形成され、隔壁２７にはその中心部に連通孔２７Ａが形成されている。
【００３３】
この第３実施形態のＭＨタンク２１においては、流出入口２Ａを介してタンク２の一端側に流入する水素ガスは、１番目の渦巻き状バッフル２５の中心部から径方向に渦巻き状に案内された後、隔壁２６の外周部の連通孔２６Ａから２番面の渦巻き状バッフル２５内に流入し、２番面の渦巻き状バッフル２５の中心部に向けて渦巻き状に案内された後、隔壁２７の中心部の連通孔２７Ａから３番目の渦巻き状バッフル２５内に流入する。以後、同様にして４番目および５番目の渦巻き状バッフル２５内に水素ガスが導入されるのであり、こうして水素ガスが水素吸蔵合金３の略全域に吸蔵される。
【００３４】
ここで、第３実施形態のＭＨタンク２１においては、水素吸蔵合金３から放出される水素ガスは、各渦巻き状バッフル２５により区画形成された水素ガス流路を流動してタンク２外に放出される。この水素ガスの放出過程においては、まず、タンク２の内周壁２Ｅの付近に収容された水素吸蔵合金３がタンク２内周壁２Ｅから加熱されて水素ガスの放出を開始する。このタンク２の内周壁２Ｅ付近に放出された水素ガスは、各渦巻き状バッフル２５の外周部によりタンク２の内周壁２Ｅに沿ってその周方向に高速で流動しつつ内周壁２Ｅから効率的に吸熱する。そして、十分に吸熱した水素ガスは、５番目の渦巻き状バッフル２５から１番目の渦巻き状バッフル２５に向かって各渦巻き状バッフル２５内をその外周側から中心側、中心側から外周側へと順次渦巻き状に流動し、水素吸蔵合金３の略全域を流動してこれを迅速に加熱する。このため、水素吸蔵合金３は、その略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出する。従って、第３実施形態のＭＨタンク２１においても、第２実施形態のＭＨタンク１１と同様の効果が得られる。
【００３５】
図８〜図１１は、本発明の第４実施形態に係るＭＨタンク３１を示している。このＭＨタンク３１は、図８に示すように、タンク３２内にハニカム構造の担持体３３（図９参照）を介して水素吸蔵合金３が収容された構造を備えている。前記タンク３２は、第１実施形態のＭＨタンク１におけるタンク２と略同様に構成されており、タンク２のウォータジャケット２Ｂと同様のウォータジャケット３２Ｂを備えているが、その一端部には流出入口２Ａの代わりに流入口３２Ａおよび流出口３２Ｆが開口されている。この流入口３２Ａおよび流出口３２Ｆは、図１０に示すように、タンク３２の一端部を十文字に区画した場合、第１区画Ｄ１に流入口３２Ａが開口され、第１区画Ｄ１に隣接する第４区画Ｄ４に流出口３２Ｆが開口されている。
【００３６】
前記担持体３３は、図８に示すように、各ハニカム流路に沿う長手方向をタンク３２の長手方向に沿わせてタンク３２内に収容されている。この担持体３３の両端部には、前記第１実施形態のＭＨタンク１におけるフィルタ４、４と同様のフィルタ３４，３４が接合されている。一方のフィルタ３４とタンク３２の一端側の内側壁３２Ｃとの間および他方のフィルタ３４とタンク３２の他端側の内側壁３２Ｄとの間には、それぞれ水素ガスの流動空間が形成されている。
【００３７】
ここで、前記担持体３３の内部に４本の水素ガス流路を区画形成するように、一方のフィルタ３４の外側にはタンク３２の内側壁３２Ｃに当接する状態で板状バッフル３５Ａが付設され、他方のフィルタ３４の外側にはタンク３２の内側壁３２Ｄに当接する状態で板状バッフル３５Ｂが付設されている。前記一方の板状バッフル３５Ａは、図１０に示すようにＴ字形に配置されており、前記流入口３２Ａに連通する第１区画Ｄ１と前記流出口３２Ｃに連通する第４区画Ｄ４とをそれぞれ区画し、第１区画Ｄ１に隣接する第２区画Ｄ２と第４区画Ｄ４に隣接する第３区画Ｄ３とを連通させている。また、他方の板状バッフル３５Ｂは、図１１に示すようにＩ字形に配置されており、第１区画Ｄ１と第２区画Ｄ２とを連通させ、かつ、第３区画Ｄ３と第４区画Ｄ４とを連通させると共に、第１区画Ｄ１および第２区画Ｄ２を第３区画Ｄ３および第４区画Ｄ４と区画している。
【００３８】
第４実施形態に係るＭＨタンク３１においては、図示しない高圧水素タンクに流入口３２Ａが連通されることにより、高圧水素タンクから供給される水素ガスが流入口３２Ａを介してタンク３２の一端側に流入する。そして、流入した水素ガスは、図１０に示す板状バッフル３５Ａで区画された第１区画Ｄ１に沿って担持体３３内を一端部から他端部へ向けて流動した後、図１１に示すように第１区画Ｄ１から第２区画Ｄ２へ流入する。第２区画Ｄ２に流入した水素ガスは担持体３３内を他端部から一端部へ向けて流動した後、図１０に示すように第２区画Ｄ２から第３区画Ｄ３に流入する。第３区画Ｄ３に流入した水素ガスは担持体３３内を一端部から他端部へ向けて流動した後、図１１に示すように第３区画Ｄ３から第４区画Ｄ４に流入する。第４区画Ｄ４に流入した水素ガスは担持体３３内を他端部から一端部へ向けて流動する。こうしてタンク３２内に流入した水素ガスは、水素吸蔵合金３の略全域に吸蔵される。その際、図示しない燃料電池システムの冷却系において熱交換器で放熱した冷却液が水素吸蔵合金３の冷却媒体としてタンク３２のウォータジャケット３２Ｂを循環するため、水素吸蔵合金３はタタンク３２の内周壁３２Ｅから冷却され、水素ガスの吸蔵に伴う発熱反応が促進されて水素ガスを継続的に吸蔵する。
【００３９】
タンク３２内の水素吸蔵合金３の略全域に水素ガスを吸蔵した第４実施形態のＭＨタンク３１は、図示しない燃料電池システムの燃料電池に流出口３２Ｆが連通されることにより、吸蔵した水素ガスを水素吸蔵合金３からタンク３２外に放出させて前記燃料電池に供給する。その際、図示しない燃料電池システムの冷却系において燃料電池から吸熱した冷却液が水素吸蔵合金３の加熱媒体としてタンク２のウォータジャケット２Ｂを循環するため、水素吸蔵合金３はタンク３２の内周壁３２Ｅから加熱され、水素ガスの放出に伴う吸熱反応が促進されて水素ガスを継続的に放出する。
【００４０】
ここで、第４実施形態のＭＨタンク３１において、水素吸蔵合金３から放出された水素ガスは、板状バッフル３５Ａ，３５Ｂにより担持体３３内に区画形成された第１区画Ｄ１から第２区画Ｄ２、第３区画Ｄ３を経て第４区画Ｄ４へと長い水素ガス流路を高速で順次往復流動しつつ流出口３２Ｆからタンク３２外に放出される。この水素ガスの放出過程においては、まず、タンク３２の内周壁３２Ｅの付近に収容された水素吸蔵合金３がタンク３２の内周壁３２Ｅから加熱されて水素ガスの放出を開始する。このタンク３２の内周壁３２Ｅ付近に放出された水素ガスは、担持体３３の各ハニカム流路によりタンク３２の内周壁３２Ｅに沿って高速で流動しつつ内周壁３２Ｅから効率的に吸熱する。そして、十分に吸熱した水素ガスは、担持体３３内の第１区画Ｄ１〜第４区画Ｄ４の各水素ガス流路を流動し、水素吸蔵合金３の略全域を高速で流動してこれを迅速に加熱する。このため、水素吸蔵合金３は、その略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出する。従って、第４実施形態のＭＨタンク３１においても、第１実施形態のＭＨタンク１と同様の効果が得られる。
【００４１】
なお、第４実施形態のＭＨタンク３１においては、タンク３２内の水素吸蔵合金３に吸蔵された水素ガスを流出口３２Ｆから放出した後、この流出口３２Ｆを介して図示しない水素充填設備から水素ガスをタンク３２内に流入させるように構成することもできる。この場合、流入口３２Ａと流出口３２Ｆとが逆転することで、タンク３２内の温度が均一化するため、水素ガスを均一に放出することができる。また、水素ガスの吸蔵、放出に伴う水素吸蔵合金３の極部的な劣化を防止することができる。
【００４２】
本発明のＭＨタンクにおいて、タンクを温度制御可能とする手段としては、電気ヒータによりタンクを加熱する手段、触媒燃焼器などにより水素やメタノールを燃焼させ、その燃焼熱でタンクを加熱する手段、蓄熱剤や発熱剤によりタンクを加熱する手段などを採用することができる。これらの場合、タンクの加熱は伝導、輻射、対流により直接的または間接的に行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＭＨタンクでは、タンクが水素吸蔵合金を冷却するように温度制御されると、水素吸蔵合金の発熱反応が促進されて水素吸蔵合金がタンク内に流入する水素ガスを継続的に吸蔵する。その後、タンクが水素吸蔵合金を加熱するように温度制御されると、水素吸蔵合金の吸熱反応が促進されて水素吸蔵合金が吸蔵した水素ガスを継続的に放出する。そして、水素吸蔵合金から放出された水素ガスは、バッフルによりタンク内に区画形成された水素ガス流路を流動してタンク外に放出される。この水素ガスの放出過程においては、タンクの内周壁付近に収容された水素吸蔵合金がタンクの温度上昇により吸熱して水素ガスの放出を開始する。そして、タンクの内周壁付近に放出された水素ガスは、タンクの内周壁に沿って高速で流動しつつタンクの内周壁から効率的に吸熱し、さらに、タンク内の水素吸蔵合金の略全域を高速で流動してこれを迅速に加熱し、水素吸蔵合金の略全域から無駄なく迅速に水素ガスを放出させる。すなわち、本発明に係るＭＨタンクによれば、タンク内の水素吸蔵合金に吸蔵される水素ガスを水素吸蔵合金の略全域から無駄なく迅速に放出させることができ、水素ガスの放出性能を向上させることができる。
【００４４】
本発明のＭＨタンクでは、前記バッフルが水素非透過材料で構成されているので、前記水素吸蔵合金から放出された水素ガスを前記水素ガス流路に沿って確実に流動させることができ、水素ガスの放出性能を向上させることができる。
【００４５】
また、本発明のＭＨタンクにおいて、前記バッフルが渦巻き状の断面を呈し、かつ、弾性材料で構成されている場合、このバッフルをタンクの内周壁面に弾性接触させて保持することができ、タンク内に水素ガス流路を容易に区画形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＭＨタンクの内部構造を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うＭＨタンクの横断面図である。
【図３】ＭＨタンクの横断面方向における温度勾配を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＭＨタンクの内部構造を概略的に示す縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿うＭＨタンクの横断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るＭＨタンクの内部構造を概略的に示す縦断面図である。
【図７】図６に示す隔壁の平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るＭＨタンクの内部構造を概略的に示す縦断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿うＭＨタンクの横断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線に沿う矢視方向の端面図である。
【図１１】図８のＸＩ−ＸＩ線に沿う矢視方向の端面図である。
【符号の説明】
１  ：ＭＨタンク
２  ：タンク
２Ａ：流出入口
２Ｂ：ウォータジャケット
２Ｃ：内側壁
２Ｄ：内側壁
２Ｅ：内周壁
３  ：水素吸蔵合金
４  ：フィルタ
５  ：バッフル
５Ａ：大径の円筒バッフル
５Ｂ：中径の円筒バッフル
５Ｃ：小径の円筒バッフル
１１  ：ＭＨタンク
１５  ：渦巻き状バッフル
２１  ：ＭＨタンク
２５  ：渦巻き状バッフル
３１  ：ＭＨタンク
３２  ：タンク
３２Ａ：流入口
３２Ｂ：ウォータジャケット
３２Ｃ：内側壁
３２Ｄ：内側壁
３２Ｅ：内周壁
３２Ｆ：流出口
３３  ：担持体
３４  ：フィルタ
３５Ａ：板状バッフル
３５Ｂ：板状バッフル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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