(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備タンク内の水素吸蔵合金に水素ガスを供給する第１の予備的工程と、
前記予備タンク内にて、水素を吸蔵した実質的に粉末状の水素吸蔵合金を得る第２の予備的工程と、
前記予備タンクに対し、内部が真空とされ、または不活性ガスで充填された水素吸蔵合金タンクがバルブを介して接続された状態を得る水素吸蔵合金タンク接続工程と、
前記粉末状の水素吸蔵合金を前記予備タンクから前記水素吸蔵合金タンクへと前記バルブを介して充填する充填工程とを有し、
前記粉末状の水素吸蔵合金を前記予備タンクから前記水素吸蔵合金タンクへ充填した後に前記予備タンクに接続された前記バルブを前記水素吸蔵合金タンクへ付け替え、
これによって水素を吸蔵した実質的に粉末状の水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵合金タンクを製造する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水素吸蔵合金タンクの製造方法であって、
前記第１の予備的工程では、インゴット状とされた水素吸蔵合金に水素ガスを供給し、
前記第２の予備的工程では、水素を吸蔵する際の膨張作用により、前記インゴット状の水素吸蔵合金が連続的に破砕されることによって、実質的に粉末状の水素吸蔵合金が得られることを特徴とする水素吸蔵合金タンクの製造方法。
【請求項３】
予備タンク内の水素吸蔵合金に水素ガスを供給する第１の予備的工程と、
前記予備タンク内にて、水素を吸蔵した実質的に粉末状の水素吸蔵合金を得る第２の予備的工程と、
前記予備タンクに対し、内部が真空とされ、または不活性ガスで充填された水素吸蔵合金タンクがバルブを介して接続された状態を得る水素吸蔵合金タンク接続工程と、
前記粉末状の水素吸蔵合金を、前記予備タンクから前記水素吸蔵合金タンクへと前記バルブを介して充填する充填工程とを有し、
前記粉末状の水素吸蔵合金を前記予備タンクから前記水素吸蔵合金タンクへ充填した後に前記予備タンクに接続された前記バルブを前記水素吸蔵合金タンクへ付け替え、
これによって前記水素吸蔵合金タンク内に充填された実質的に粉末状の水素吸蔵合金を介して水素を貯蔵する方法。
【請求項４】
予備タンク内の水素吸蔵合金を活性化する予備的工程と、
前記予備タンクに対し、内部が真空とされ、または不活性化ガスで充填された水素吸蔵合金タンクがバルブを介して接続された状態を得る水素吸蔵合金タンク接続工程と、
前記水素吸蔵合金を前記予備タンクから、前記水素吸蔵合金タンクへ前記バルブを介して充填する工程とを有し、
前記水素吸蔵合金を前記予備タンクから前記水素吸蔵合金タンクへ充填した後に前記予備タンクに接続された前記バルブを前記水素吸蔵合金タンクへ付け替え、
これによって活性化された水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵合金タンクを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金タンクの製造技術および水素の貯蔵方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素は、太陽光熱と並びクリーンなエネルギー源として注目を集めている。かかる水素を貯蔵する技術に関しては、水素吸蔵合金、すなわち所定の圧力・温度条件下、熱を奪われることにより水素を吸蔵し、熱を与えられることにより吸蔵水素を放出する合金の利用が着目されている。かかる水素吸蔵合金を初めて使用する場合には、当該水素吸蔵合金が十分に水素の吸蔵放出を行えるよう活性化処理をする必要がある。
水素吸蔵合金の活性化処理に関する従来の技術として、例えば特開平７−１５７８１３号に開示された技術が知られている。この技術は、真空ないし水素雰囲気に保持された容器に水素吸蔵合金を収容し、水素吸蔵合金塊にセットした形状記憶合金チップの形状復帰力を利用して当該水素吸蔵合金塊を破砕する構成とされている。このとき、水素吸蔵合金塊は真空または水素雰囲気内で粉砕されるので、酸化膜が形成されず効果的な活性化処理が可能とされている。そして容器が真空とされている場合には、容器内の活性化水素吸蔵合金に水素が供給され、水素吸蔵処理が行われる。また容器が水素雰囲気で充填されている場合には、容器内の水素吸蔵合金は活性化と同時に水素を吸蔵することになる。
【０００３】
ところで水素吸蔵合金は、水素を吸蔵して膨張するという特性を有する。従って、水素吸蔵合金タンク内に水素吸蔵合金をどの程度充填するかについては、水素吸蔵合金が水素を吸蔵する際の膨張率を予め見越して調節する必要がある。さもないと、膨張した水素吸蔵合金によって水素吸蔵合金タンクが内側から過度に高い応力を受けるおそれがあるからである。
この点、上記従来の技術では、未使用の水素吸蔵合金をいかに活性処理するかについての教示は見られるものの、水素吸蔵による水素吸蔵合金の体積膨張と、該水素吸蔵合金のタンクへの充填率に関する技術的考察は開示されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記点に鑑み、活性化された水素吸蔵合金の水素吸蔵による体積膨張を考慮しつつ、水素吸蔵合金タンクへの水素吸蔵合金の充填性を向上する技術を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は各請求項記載の発明によって解決される。
（請求項１記載の発明）
請求項１に記載の方法発明によれば、第１および第２の予備的工程、水素吸蔵合金タンク接続工程および充填工程とを有し、これによって水素を吸蔵した実質的に粉末状の水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵合金タンクが製造される。
第１の予備的工程においては、予備タンク内の水素吸蔵合金に水素ガスが供給される。これによって当該水素吸蔵合金は水素の吸蔵を開始する。水素吸蔵に必要な温度および圧力条件については水素吸蔵合金の組成に応じて適宜決定することが好ましい。また該温度・圧力条件につき、水素ガスを所定温度で予備タンクに圧送して調整してもよく、また水素ガスを供給する前に、あるいは供給した後で、予備タンク内の温度・圧力を適宜設定して調整してもよい。
【０００６】
第２の予備的工程においては、予備タンク内にて、上記第１の予備的工程を通じて水素を吸蔵した水素吸蔵合金が実質的に粉末状の形態で得られる。本発明において「実質的に粉末状」とは、細密化された均一の粉体のみならず、一定の塊体を破砕して概略的に粉体とされた状態も広く含むものとする。
水素吸蔵合金タンク接続工程では、上記予備タンクに対し、内部が真空とされ、または不活性ガスで充填された水素吸蔵合金タンクが接続された状態が得られる。予め水素吸蔵合金タンク内を真空ないし不活性ガスで充填しておいてから予備タンクに接続してもよく、あるいはタンク同士を結合してから水素吸蔵合金タンク内を真空ないし不活性ガスで充填してもよい。
充填工程では、実質的に粉末状とされた水素吸蔵合金を予備タンクから水素吸蔵合金タンクに充填する。なお水素吸蔵合金タンク内が真空とされている場合、その吸引力により充填の一層の迅速化が可能となる。
【０００７】
本発明では、第１および第２の予備的工程において、水素を吸蔵した実質的に粉末状の水素吸蔵合金を得ておき、これを充填工程において水素吸蔵合金タンクに充填する。すなわち水素吸蔵合金は、予め活性化処理を受け、水素を吸蔵した状態で水素吸蔵合金タンクに充填されるものであり、水素吸蔵に伴う初期的な体積膨張を考慮せずに水素吸蔵合金タンクへ最大限の充填を行うことができるとともに、活性化処理に要する時間の短縮化が可能である。本発明は、この点において、水素吸蔵合金タンク内において水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて膨張させる従来の構成とは異なるものである。これにより、水素吸蔵合金タンクが内側から過度に高い応力を受けることを防止しつつ、水素吸蔵合金タンクへの水素吸蔵合金の充填性を向上することが可能となった。
【０００８】
（請求項２記載の発明）
上記した第１の予備的工程では、インゴット状とされた水素吸蔵合金を予備タンク内に配置し、これに水素ガスを供給する構成とするのが好ましい（請求項２記載の発明に対応）。この場合、第２の予備的工程においては、水素を吸蔵する際の膨張作用により、インゴット状の水素吸蔵合金が連続的に破砕されることになる。例えばインゴット状の水素吸蔵合金の表面部が水素吸蔵による体積膨張によって破砕されると、その内面（表面部の破砕により現れた新鮮面）が水素ガスに曝されることになり、さらにこの面が水素吸蔵による体積膨張によって破砕されるといったように、水素吸蔵による体積膨張によって、インゴット状の水素吸蔵合金が連続的に破砕され、最終的には、実質的に粉末状の水素吸蔵合金が得られることになる。ここで「連続的に破砕」とは、時間的に継続して破砕される態様、あるいは破砕面から新鮮面が繰り返し出現する態様のいずれの意味であってもよい。かかる構成によれば、実質的に粉末状の水素吸蔵合金を得るのに、粉砕機等による合金粉砕工程を経る必要がない。またインゴット状合金を投入することで、水素吸蔵合金が活性化処理に際して空気（酸素）に曝される表面積を最小限に押さえることができ、効果的な活性化処理が可能となる。
なお本明細書における「インゴット」は一般的にいう「金属塊」を意味し、当該金属塊が定型性を有する場合および定型性を有さない場合のいずれも広く含むものとする。
【０００９】
（請求項１記載の発明）
上記水素吸蔵合金タンク接続工程においては、予備タンクと水素吸蔵合金タンクを接続するに際し、予備タンクに設けたバルブを介して該接続を行うことが好ましい（請求項１に記載の発明に対応）。この場合、水素吸蔵合金タンク内は内部が真空とされ、あるいは不活性ガスで充填されており、上記バルブによるシーリング性の確保と相俟って、水素吸蔵合金が空気（酸素）によって被毒化（酸化）される確率を低減することが可能となる。なお当該バルブの構成として、操作時の利便性を考慮してボールバルブを採用することが好ましい。
【００１１】
（請求項３記載の発明）
また、第１および第２の予備的工程、水素吸蔵合金タンク接続工程および充填工程とを有し、これによって水素吸蔵合金タンク内に充填された実質的に粉末状の水素吸蔵合金を介して水素を貯蔵する方法発明が構成される（請求項３記載の発明に対応）。第１の予備的工程においては、予備タンク内の水素吸蔵合金に対し吸熱とともに水素ガスが供給される。第２の予備的工程においては、予備タンク内にて、上記第１の予備的工程を通じて水素を吸蔵した水素吸蔵合金が実質的に粉末状の形態で得られる。水素吸蔵合金タンク接続工程では、上記予備タンクに対し、内部が真空とされ、または不活性ガスで充填された水素吸蔵合金タンクが接続された状態が得られる。充填工程では、粉末状の水素吸蔵合金を予備タンクから水素吸蔵合金タンクに充填する。この発明では、第１および第２の予備的工程において、水素を吸蔵した実質的に粉末状の水素吸蔵合金を得ておき、これを充填工程において水素吸蔵合金タンクに充填するので、水素吸蔵に伴う初期的な体積膨張を考慮せずに水素吸蔵合金タンクへ最大限の充填を行うことができる。
【００１２】
（請求項４記載の発明）
また請求項４記載の発明では、予備的工程において、水素吸蔵合金を予備タンク内で活性化し、充填工程において水素吸蔵合金タンクに充填する。これにより水素吸蔵合金は、予め活性化処理を受けた状態で水素吸蔵合金タンクに充填されるものであり、水素吸蔵に伴う初期的な体積膨張を考慮せずに水素吸蔵合金タンクへ最大限の充填を行うことができるとともに、活性化処理に要する時間の短縮化が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、水素吸蔵合金タンクの製造方法、該方法によって製造された水素吸蔵合金タンク、および水素を貯蔵する方法の構成例について図面を参照しつつ説明する。なお以下の説明では、便宜上、水素吸蔵合金について「ＭＨ」とも表記することとする。
【００１４】
本発明の実施の形態においては、活性化用高圧容器およびＭＨタンク（水素吸蔵合金タンク）を準備する。活性化用高圧容器の構成は、例えば図１において符号１０１にて示される。活性化用高圧容器１０１は本発明の予備タンクに対応する。図１に示すように、活性化用高圧容器１０１は、充填部１０５，接続部１０７およびボールバルブ１０９を有し、当該ボールバルブ１０９を開けることで、充填部１０５を水素供給源１０３に連接可能な構造とされている。
【００１５】
ＭＨタンクの構成については、例えば図４において符号１２１にて示される。ＭＨタンク１２１は本発明の水素吸蔵合金タンクに対応する。図４に示すように、ＭＨタンク１２１は、充填部１２５および接続部１２３を有する。
【００１６】
本発明の実施の形態では、まず第１の予備的工程として、図１に示すように、活性化用高圧容器１０１内の充填部１０５に塊状の水素吸蔵合金、すなわちＭＨインゴット１１１がセットされるとともに、当該ＭＨインゴット１１１が冷却される。そして接続部１０７を水素供給源１０３に接続するとともにボールバルブ１０９を開く。なおボールバルブ自体は一般に周知の構造ゆえ、ボールバルブの開閉構造の詳細については便宜上図示を省略している。水素供給源１０３からは、開状態のボールバルブを介し、充填部１０５内へ水素ガスが圧送される。ＭＨの水素吸蔵能力は温度および圧力を影響因子とするものであり、ＭＨインゴット１１１の冷却温度、水素ガスの充填部１０５への供給圧力については充填されたＭＨインゴット１１１の組成に応じて適宜決定される。
ＭＨインゴット１１１に対し吸熱（冷却）とともに水素を供給することで、ＭＨインゴット１１１は水素の吸蔵を開始する。
【００１７】
次に第２の予備的工程として、水素を吸蔵したＭＨインゴット１１１が活性化用高圧容器１０１内で破砕され、これにより図２に示すように、実質的に粉末状の水素吸蔵合金、すなわちＭＨ粉末１１３が得られる。ＭＨ粉末１１３は、破砕によって数十μｍ程度の大きさとなることが好ましい。ＭＨ粉末１１３生成に際しては、図１に示すＭＨインゴット１１１の表面部が水素を吸蔵して膨張することにより、当該ＭＨインゴット１１１表面部が破砕（クラック）されることになる。すると、破砕個所におけるＭＨインゴット１１１の内面（表面部下の新鮮面）が水素ガスに曝されることになり、さらにこの曝露された新鮮面が水素を吸蔵して膨張・破砕されることになる。このように水素吸蔵による体積膨張によってＭＨインゴット１１１が次々に破砕されて実質的に粉末の状態となる。これによってＭＨ粉末１１３が得られる。なお図２に示す状態では、ボールバルブ１０９は閉じており、充填部１０５内のＭＨ粉末１１３を外部から遮断している。本発明の実施の形態では、ＭＨインゴット１１１が水素を吸蔵して膨張する作用を利用してＭＨインゴット１１１を逐次的に破砕する構成を採用したため、ＭＨ粉末１１３を得るために粉砕器等による粉砕工程を経る必要がない。またＭＨインゴット１１１が活性化処理に際して空気（酸素）に曝される表面積を最小限に押さえることができ、効果的な活性化処理が可能となっている。
【００１８】
次に、図３に示すように、活性化用高圧容器１０１のＭＨタンク１２１への接続工程が実行される。この工程では、図３に示すように、活性化用高圧容器１０１が上下逆さにされてＭＨタンク１２１に接続される。接続は、活性化用高圧容器１０１の接続部１０７と、ＭＨタンク１２１の接続部１２３とを、ボールバルブ１０９を介して連接することで行われる。また、図３に示す状態においてボールバルブ１０９は閉じており、ＭＨタンク１２１内は真空状態とされている。
【００１９】
次に、ＭＨ粉末１１３のＭＨタンク１２１への充填工程として、図４に示すように、ＭＨ粉末１１３が活性化用高圧容器１０１からＭＨタンク１２１内の充填部１２５へと移送・充填される。図４に示す状態では、ボールバルブ１０９は開かれており、ＭＨタンク１２１内の充填部１２５は活性化用高圧容器１０１内の充填部１０５に連通されている。本発明の実施の形態では、ＭＨタンク１２１の充填部１２５が真空状態とされているため、その吸引力によりＭＨ粉末１１３のＭＨタンク１２１への移送・充填が迅速に行われる。
【００２０】
ＭＨ粉末１１３のＭＨタンク１２１への移送・充填が完了すると、図５に示すように、活性化用高圧容器１０１をＭＨタンク１２１から離脱させる。このとき、当初は活性化用高圧容器１０１側に取り付けられていたボールバルブ１０９は、ＭＨタンク１２１側の接続部１２３に付け替えられている。もちろん図５に示す状態では、ボールバルブ１０９は閉じられており、ＭＨタンク１２１の充填部１２５内のＭＨ粉末１１３は外部から遮断された状態となっている。
【００２１】
かくしてＭＨ粉末１１３が充填されたＭＨタンク１２１が得られる。ＭＨタンク１２１内のＭＨ粉末１１３は、既に第１および第２の予備的工程を通じて水素を吸蔵し活性化された状態にある。すなわち第１および第２の予備的工程を経て、水素を吸蔵したＭＨ粉末１１３が得られ、ＭＨタンク１２１への充填工程において当該ＭＨ粉末１１３がＭＨタンク１２１に充填される。換言すれば活性化用高圧容器１０１において予め活性化処理を受け、水素を吸蔵して膨張した状態のＭＨ粉末１１３がＭＨタンク１２１に充填されるものである、従って、水素吸蔵に伴う初期的な体積膨張を考慮することなく（すなわちＭＨタンク１２１に過度に高い応力を生じさせることなく）、ＭＨタンク１２１へのＭＨ粉末１１３の充填を行うことができる。これにより、ＭＨタンク１２１への充填性能の向上、ＭＨ活性化およびＭＨタンク製造に要する時間短縮化が図られることとなった。更にボールバルブ１０９の採用により、ＭＨインゴット１１１あるいはＭＨ粉末１１３を外部から遮断するためのシーリング能力が向上するため、空気（酸素）による被毒化（酸化）の確率を低減することが可能となった。
【００２２】
また本実施の形態によれば、「ＭＨタンク」および「該ＭＨタンクの製造方法」と併せて、上記ＭＨタンク１２１内に充填されたＭＨ粉末１１３を介して水素を貯蔵（もしくは吸蔵）する方法が構成されることとなった。具体的には、活性化用高圧容器１０１を用いた第１および第２の予備的工程によって水素を吸蔵したＭＨ粉末１１３を得るとともに、当該ＭＨ粉末１１３を活性化用高圧容器１０１からＭＨタンク１２１へ充填することにより、ＭＨタンク１２１を介して水素を貯蔵する方法である。
【００２３】
ここで、第１および第２の予備的工程においてＭＨインゴット１１１に水素を供給してＭＨ粉末１１３を得る構成や、活性化用高圧容器１０１をＭＨタンク１２１に接続する工程において、ＭＨタンク１２１内を真空とし、あるいは不活性ガスで充填しておく構成等については、既に説明したＭＨタンク１２１の製造方法と同等であるため、便宜上、詳説を省略する。
【００２４】
かかるＭＨタンク１２１による水素の貯蔵方法においても、活性化用高圧容器１０１において予め活性化処理を受け、水素を吸蔵して膨張した状態のＭＨ粉末１１３がＭＨタンク１２１に充填されるものであり、水素吸蔵に伴う初期的な体積膨張を考慮せずにＭＨタンク１２１へのＭＨ粉末１１３の充填を行うことができる。従って、ＭＨタンク１２１における水素の貯蔵能力（もしくは吸蔵能力）を最大限に向上することが可能となる。
【００２５】
以上のように、ＭＨタンクを製造する方法の一例、該方法によって製造されたＭＨタンクの一例、ＭＨタンクを用いて水素を貯蔵する方法の一例が示された。
これらの実施形態に関し下記に述べる変更例が可能である。
【００２６】
第１の予備的工程において、ＭＨインゴット１１１を冷却（吸熱）し、さらに水素ガスを圧送する構成としていたが、所定の低温状態の水素ガスを所定の圧力で活性化用高圧容器１０１に供給することにより、ＭＨインゴット１１１の水素吸蔵条件（温度条件および圧力条件）を調整する構成としてもよい。
【００２７】
第１の予備的工程において、水素ガスを供給するに際し、活性化用高圧容器１０１内を真空状態とし、あるいは不活性ガスで充填することも可能である。このような構成とすれば、水素ガスを供給するまでの間、ＭＨインゴット１１１を空気（酸素）に曝す可能性を低減することができる。
【００２８】
また、上記ＭＨタンク接続工程において、ＭＨタンク内は真空とされていたが、ＭＨタンクに不活性ガスを充填する構成が可能である。また、予めＭＨタンク内を真空とし、あるいは不活性ガスで充填しておいてから活性化用高圧容器に接続してもよく、また活性化用高圧容器をＭＨタンクに接続してからＭＨタンク内を真空とし、あるいは不活性ガスで充填してもよい。
【００２９】
また、図４に示すＭＨ粉末１１３のＭＨタンク１２１への充填完了後、図５に示すように活性化用高圧容器１０１をＭＨタンク１２１から切り離す場合において、ボールバルブ１０９およびＭＨタンク１２１の天井部分（接続部１２３周辺部）をＭＨタンク１２１から離脱させて、矩形のＭＨタンクを製造する構成が可能である。かかる構成の一例が図６に示される。この変更例では、ＭＨタンク２２１に対し、不活性ガスパージング装置２２９からアルゴンガス等の不活性ガスがＭＨタンク２２１に継続的に供給される。そしてアルゴンガス等の不活性ガスによるパージングを受けながら平板状の蓋２２７がＭＨタンク２２１に取り付けられ、これによってＭＨ粉末２１３を密閉状に格納したＭＨタンク２２１が得られる。
【００３０】
この変更例によれば、不活性ガスによるパージング処理をしつつＭＨタンク２２１上部の構造物を付け替える構成ゆえに、該構造物の付け替え作業中もＭＨタンク２２１内を空気（酸素）から遮断することが可能であり、更にＭＨタンク２２１の天井部を蓋２２７によって平坦にすることができるので、その後のＭＨタンク２２１の設置条件などの幅を広げることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、活性化された水素吸蔵合金の水素吸蔵による体積膨張を考慮しつつ水素吸蔵合金タンクへの水素吸蔵合金の充填性を向上する技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】活性化用高圧容器に水素を供給する状態を示す一部断面図である。
【図２】活性化高圧容器内でＭＨ粉末が得られた状態を示す一部断面図である。
【図３】活性化高圧容器のＭＨタンクへの接続の状態を示す一部断面図である。
【図４】ＭＨ粉末を活性化高圧容器からＭＨタンクへと充填する状態を示す一部断面図である。
【図５】ＭＨタンクへのＭＨ粉末の充填が完了した状態を示す一部断面図である。
【図６】本実施の形態の変更例に係る構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１  活性化用高圧容器
１０３  水素供給部
１０５  充填部
１０７  接続部
１０９  ボールバルブ
１１１  ＭＨインゴット
１１３  ＭＨ粉末
１２１  ＭＨタンク
１２３  接続部
１２５  充填部
２２１  ＭＨタンク
２２７  蓋
２２９  不活性ガスパージング装置
【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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