(57)【要約】【課題】蒸発量が少ない液体水素の貯蔵方法と装置を提供する。更に、不可避的に蒸発する水素は回収して別の用途に使用する。【解決手段】タケ炭の原料であるタケの細胞の組織を利用して炭にした時にその空間に水素貯蔵して炭化した細胞壁にある細孔から水素を出入りさせる。細孔の径は非常に小さいので前記空間に液化状の水素を長期に貯蔵できることを特徴する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素格納容器に植物を炭化した細孔を持つ炭片を収納し、前記炭片を水素貯蔵材として水素を貯蔵することを特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項２】
請求項１において、炭化した炭片はタケ亜科植物をタケ炭でありその細孔は５オングストローム以下であることを特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項３】
請求項１、請求項２において、貯蔵される水素は液体水素であることを特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項４】
水素格納容器とその内部に収納される水素貯蔵材とを備え、水素貯蔵材は第一の炭片であり、前記水素格納容器の一部は第二の炭片からなるフイルタで構成したことを特徴とする水素貯蔵装置。
【請求項５】
請求項４において、炭片はタケ炭片で外形寸法が平均０．０１ｍｍから５ｍｍであり、細孔径は５オングスローム以下であることを特徴とする水素貯蔵装置。
【請求項６】
請求項４、請求項５において、水素貯蔵材は液体水素であることを特徴とする水素貯蔵装置。
【請求項７】
水素を貯蔵する格納容器において該格納容器は液体水素およびもしくは気体水素が貯蔵される第一の部分と気体水素だけが存在する第二の部分からなり、第一の部分と第二の部分の間仕切り部分には少なくともタケ炭から構成されるフイルタがあり、第一の部分の水素が第二の部分に水素が流出する時には該フイルタを通過するようにしたことを特徴とする水素貯蔵装置。
【請求項８】
請求項７において第一の部分に貯蔵される水素は請求項５のタケ炭に貯蔵された水素であることを特徴とする水素貯蔵装置。
【請求項９】
自動車用動力の燃料に使う水素を貯蔵する水素貯蔵装置を自動車以外の用途の燃料、冷暖房、発電、水素の再利用にも使えることを可能とした水素利用システム。
【請求項１０】
請求項９において、水素貯蔵装置は請求項４．請求項７の水素貯蔵装置でありこれとは別の気体供給装置もしくは配管と接続したことを特徴とする気体を供給するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、少なくとも自動車を含む動力機器の燃料に用いる水素貯蔵の方法と装置に関する。本発明は更にまた、動力機器に搭載される水素貯蔵装置に貯蔵された水素の一部を他の用途即ち少なくとも家庭用燃料及びもしくは発電用にも併せて利用可能としたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の水素貯蔵手段として知られている水素貯蔵方法並びに装置は気体水素を超高圧にして、超高圧ガスボンベに充填する手段である。この手段は、常温で使用できる利点はあるが、水素が気体であるために体積エネルギー密度並びに質量エネルギー密度が低いことが基本的な問題である。また、３５０−７００気圧に超高圧化した気体水素を利用するために水素貯蔵装置の安全性に大きな問題があった。【０００３】  また、従来から知られている水素貯蔵方法並びに装置の別な手段は水素を超低温度に冷却して液体水素の状態で貯蔵する手段である。この手段は前記手段に比較して水素の体積エネルギー密度並びに質量エネルギー密度が数倍以上大きい利点がある。しかしながらこの手段は該水素貯蔵装置を例えば自動車用の動力用燃料装置として使用する場合には、液体水素が貯蔵されている該水素貯蔵装置と外気との間には常に温度差が生じている基本的な問題がある。その結果、液体水素が蒸発して装置から漏洩しやすい（ボイリングオフ）ために自動車を未使用時にも燃料の水素を消耗する大きな問題があった。【０００４】  この温度差による液体水素の蒸発は原理的にサイズが大きい貯蔵装置とすれば貯蔵された水素の体積に対してその比表面積が小さくなるので将来は液体水素タンカーには向いた技術と考えられる。しかしながら、少なくとも自動車用途においては貯蔵装置のサイズが小さい必要があるのでその実用化は非常に困難と考えられてきた。【０００５】  従来の水素貯蔵手段として知られている他の装置は例えば特殊なチタンなどの金属を用いた水素吸蔵合金を用いる手段である。しかしながら、この手段は水素吸着率が低い問題があった。【０００６】  一方、従来から活性炭、コークスが水素を吸着する物体であることは知られているが、例えば自動車用燃料電池のエネルギー源としてコンパクトな水素貯蔵装置に収納され例えば自動車用燃料電池のエネルギー源としてコンパクトな水素貯蔵装置に収納されて提供された例は知られていなかった。【０００７】  特に、活性炭については特開平２００１−２２０１０１号公報（資料０１）においてかなり詳しくその特性が記述されている。即ち、活性炭を常温で加圧して鉄製の容器に注入した後でその容器を水素が液化する温度まで冷却すると活性炭を用いない液化水素に比較して約２５％水素量を大きく吸着できる、との記述がある。また、同公報においては活性炭に吸着した水素は該容器を冷却状態からほぼ常温に戻すと水素の脱着時間が長く出来ることも報告されており、その実験データを開示されている。【０００８】  しかしながら、同公報における発明において開示されている技術は活性炭を液体水素温度に近い状態で注入した容器に注入していず、且つ又活性炭の組成については細孔部分の観察結果に限っての記載であり、活性炭の超微細細孔の大きさは数ｎｍ（数十オングストーム）であると記載されている。活性炭の細孔の更に内部の構造についての記載はない。【０００９】  更に、同公報では実験に使用した容器は単なる鉄製の容器を用いたことが記載されているだけで周囲が常温の状態であって熱遮断の手段については何も記載されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  背景技術の中で水素を超高圧にして水素貯蔵装置に貯蔵する手段では、水素を高密度に充填するために３５０……７００気圧の超高圧ボンベ型の水素貯蔵装置が必要で安全対策上の面から該装置を極めて堅牢とする必要がある。
この手段では万一該水素貯蔵装置が損傷して超高圧水素が噴出すとその圧力で破裂してその周辺にある物体は大変危険な状態になる。
更に該水素貯蔵装置に水素を充填する手段も特殊な技術が必要であり、現在広く使用されているガソリンスタンドに設置することは殆ど不可能である。更に超高圧水素の生成に要するコストも高く且つ又該水素貯蔵装置も安全対策を講ずる必要性から非常に高価になることも、課題であった。【００１１】  背景技術の中で液体水素の状態で貯蔵する手段においては、前記したように貯蔵されている水素と水素貯蔵装置の外気の温度差によって生ずる液体水素が蒸発して水素貯蔵装置から漏洩して消耗する（ボイリングオフ）課題がある。この温度差によって生じる別の問題は該水素貯蔵装置の容器の内側には液体水素を貯蔵する鉄製およびもしくはアルミニウム系を用いるがその材料が温度差により変形し易いことが、課題であった。
また、該水素貯蔵装置の容器の外側には断熱材を用いるが温度差が大きいためにその断熱状態を保つことは非常に困難であり、大きな課題であった。【００１２】  更にこの液体水素の状態で貯蔵する手段においては、該水素貯蔵装置の周囲が外気の温度（通常２５度）であるために液体水素を収納している容器の温度も液体水素の沸点（２２Ｋ）以上であるから、該水素貯蔵装置の容器に接する近傍から液体水素の気化が始まり、気化した水素が泡となって液体水素が液体水素の液の表面に浮き上がる対流によって温度が高い部分から低い部分に移動して所謂沸騰状態になっている。このために、気化（蒸発）した水素はその圧力が大きいだけではなくて時間とともに複雑な運動をして局所的に該容器に圧力をかけるために、前記した水素貯蔵装置から漏洩し消耗する問題だけではなくて、容器を局所的な腐食を引き起こし水素貯蔵装置の寿命を縮めるので経済性と信頼性（安全性）でも、非常に大きな課題があった。【００１３】  更にこの液体水素の状態で貯蔵する手段においては、例えば自動車の動力として当該水素貯蔵手段を用いると自動車が動き出す時の加速度や自動車が運転中に揺れることに伴う外乱によって生じる液体水素を液揺動（スロッシング）起こして危険であるためにそれを抑える対策を講ずることも、課題であった。【００１４】  一方、水素吸着合金用いる背景技術では、水素の吸着率が低く且つ吸着物質の質量が大きいので容器を含めた水素貯蔵装置の重量が重く実用化する上で、大きな課題があった。【００１５】  また、活性炭を水素貯蔵物質として用いる背景技術の手段では、活性炭はその原料となる例えばやし炭などの原料をいったん粉砕してその炭の組織を破壊したあとで再加工して表面部分に凹凸をつけて表面積を大きくした構造を持つ物質である。この結果、原料にやし炭のような炭を用いても炭の時にはまだ残っている原料の生物組織が持つ細胞構造を破壊してから再加工している。このために活性炭の表面だけではなくて内部までは利用していないために活性炭を水素貯蔵物質として使う手段は、液体水素をそのままで使う手段に比べて必然的に水素貯蔵密度が低いという、大きな課題があった。
更に、活性炭では表面のみに後記するように本発明のタケ炭よりは約１桁大きい細孔があるだけであるので水素を長い間貯蔵できない、非常に大きな課題があった。【００１６】  前記した背景技術においては、例えば自動車へ水素エネルギーを供給するために必要な既存のガソリンスタンドに相当する簡易なスタンドが使えず例えば超高圧ガスに対する安全保護対策を施した新たな水素スタンドを構築するために莫大な設備投資を必要とすることも、課題である。【００１７】  本願の発明者はかかる背景技術の諸課題とりわけ水素貯蔵物質、方法及び装置の課題を解決する手段としてタケ炭が適していることを見出してそのタケ炭片に水素を貯蔵する方法並びにそれを充填する装置の構成についての特許を出願した。その特許の概要は以下の通りである。【００１８】  タケ炭の組成の主成分が炭にする前のタケを構成する主要組織がセルロースであり、そのセルロースは酸素、水素、酸素から構成されておりタケを炭にする過程でセルロースから、酸素と水素が燃焼反応をして抜けた後のミクロな細孔に気体状で水素が貯蔵できる、とした内容である。【００１９】  前記特許は、タケ炭をペレット状に砕いた後で、ペレット状に砕かない円筒状のタケ炭自体に前記ペレット状タケ炭を詰めてブロックとした後で水素貯蔵装置の蓋の部分から該ブロックを充填した後で該蓋の部分を封印して水素貯蔵装置とする内容も含まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】  本願は前記【００１７】、【００１８】、【００１９】に記載した本願の発明者の特許に関連した実験を更に進めた結果分かった知見を基にしてなされたものである。更に該特許には記載していない水素貯蔵装置の前記した背景技術の諸課題を解決する為の新しい手段も提供するものである。本願で開示される発明のうち代表的な装置の構造、方法及びシステムの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。【００２１】  本願の水素貯蔵装置における第一の特徴は、水素を液体水素の状態でタケ炭片のように生物体組織の構造が残った物質を活用してその物質の表面部分だけではなくてその物質の内部にも水素を貯蔵させること、である。即ちタケ炭の原料であるタケの組織である細胞の構造がタケ炭に加工した後でも残されていることに着目して、タケの細胞内部にあった水や養分が溜まっていた空間（以下タケ炭内空間室と称する）をタケ炭片とした時に液体水素を貯蔵する場所に利用したこと、である。【００２２】  本願の水素貯蔵装置における第二の特徴は、前記したタケ炭片の構造にある非常に微細な細孔を液体水素の通路として利用すること、である。即ち、前記タケ炭にある非常に微細な細孔は後記するように、タケ炭片の外部と前記タケ炭内空間室との間およびもしくは複数のタケ炭内空間室間につながっている。この結果、前記タケ炭内空間室に貯蔵された液体水素が排出する時には該細孔を通じて行われるために非常に排出されにくいために貯蔵時間を非常に長く出来ること、である。
該細孔が後記するように液体水素がある部分から気化した水素がある部分へ移動する時には水素原子状態に近い状態で行われるので該細孔は一種のフイルタ的な役割りをすることに着目して利用することが本願の第二の特徴、である。【００２３】  本願と前記（【００１７】、【００１８】、【００１９】）した発明者の特許との関連については以下の通りである。即ち、タケ炭の組成の主成分は原料であるタケを構成する主要組織のセルロースを炭にする過程で酸素と水素が燃焼反応をして後に残った炭素であることには変りがないが、その炭素部分は原料のタケの組織である細胞を取り囲む細胞壁に残った炭素であり、その細胞壁が炭に加工されるとその部分は炭素主体の構造となり、そこには超微細な細孔があって該細孔は、前記細胞内空間室と外部およびもしくは細胞内空間室の間を液体およびもしくは吸着した気体水素分子が原子状になって出入りする、通路の役割が主であることが分かったこと、である。【００２４】  本願の第三の特徴は水素貯蔵装置の構造並びに該水素貯蔵装置へ水素を充填（再充填を含む）、貯蔵、使用する時の方法並びに手段を提供することであるが経済性を維持しつつ特に断熱特性に優れた装置の構造で、特に前記したタケ炭の細孔が気化する水素に対して一種のフイルタ作用を持つことを利用したこと、である。【００２５】  本願の第四の特徴は水素貯蔵装置が前記タケ炭を水素貯蔵材と使うことで万一水素貯蔵装置が損傷してもタケ炭の内部を水素貯蔵材として利用しているので安全性が非常に高いこと、である。また、水素貯蔵装置がカートリッジ状の形状を有していることであり、コンパクトで軽量で安全性も高いので、ガソリンスタンドに近い容易なスタンドで該水素貯蔵装置を自動車に容易に着脱できる手段を提供すること、である。【００２６】  本願の第五の特徴は、少なくとも自動車用の用途において自動車を使用しない状態の時に該水素貯蔵装置から漏洩する水素を無駄にすることがなく例えば家庭用の燃焼機器の燃料のような別の用途にも使える手段を提供すること、である。
【発明の効果】
【００２７】  本願を適用することで、前記した液体水素の状態で貯蔵した時の最大の課題である蒸発して消耗する課題とりわけ自動車を未使用時にも水素貯蔵装置から漏洩して蒸発消耗する課題を大幅に低減できて貯蔵時間を大幅に長く出来る、効果がある。【００２８】  本願を適用することで、コンパクトな大きさでも断熱特性に優れて且つ非常に安全性も高い水素貯蔵装置を実現できるので自動車用にも利用できる、効果がある。【００２９】  本願を適用することで、該水素貯蔵装置を少なくとも自動車の水素供給スタンドで容易に着脱、交換できるので従来のガソリンスタンドを少し変更するだけでそのまま利用出来る、効果がある。【００３０】  本願を適用することで、少なくとも自動車を使用しない状態の時に該水素貯蔵装置から背景技術の課題の時よりは著しく少ないが不可避的に蒸発して漏洩消耗する水素を無駄にすることがなく別の用途にも使えることが出来て総合的なエネルギーの活用が図られるので経済性を高めることが出来る、効果がある。
【発明を実施するための最良の実施形態】
【００３１】  以下、本願に関る水素貯蔵物質、貯蔵装置、貯蔵方法並びにびシステムの基本概念及び最良な実施形態につき図面に従って説明する。
【実施例１】
【００３２】  本願の実施例１を図１、図２、図３を用いて説明する。図１は、本発明の水素貯蔵装置を説明する概念断面図である。図２は本発明で最も重要な役割を果たすタケ炭の組織を示す模式斜視図である。即ち、タケ炭の組織を電子顕微鏡で実際に観察した結果を模式的に示している。図３はタケ炭が水素貯蔵物質として優れた貯蔵特性を持つことを実証する実験データである。【００３３】図１において、１、２は夫々水素貯蔵容器と水素出入口部である。３は該水素貯蔵容器１の内部に充填されたタケ炭片である。タケ炭片３は水素出入口部２を通じて該水素貯蔵容器１の内部に充填された後でタケ炭片３から注入された液体水素をその内部に貯蔵する。同時に複数のタケ炭片３の間の空隙にも貯蔵特性は少し劣るが液体水素を貯蔵できる【００３４】  図２において、４，５、６は前記３即ちタケ炭片の組織（構造）を構成しており４，６は夫々タケ炭を炭にする前のタケの組織となる細胞の細胞壁（以下タケ炭壁と称する）、細胞内部（水と養分が入っていた部分（以下タケ炭内空間室と称する））であり、５はタケ炭壁６に液体水素が出入りする細孔である。【００３５】前記、４、５、６の大きさは次の通りである。タケ炭内空間室６は箱状の形状をしており、その大きさは２０から３０ミクロンである。タケ炭壁４は厚さが約１ミクロンであり、５はタケ炭壁４に存在する細孔でその大きさが４オングストローム前後である。タケ炭壁４はタケを炭にしても残った炭素が主成分であり、細孔５、タケ炭内空間室６はタケを炭にする過程で燃焼もしくは蒸発した少なくとも水素、水分（Ｈ２Ｏ）が抜けた後の空間である。【００３６】  発明者はタケ炭片３を実験容器（水素貯蔵容器１）に入れて試験を行った。実験に使用したタケ炭片３の試料で試料数は４試料である。水素貯蔵容器１の大きさは２０ｍｌであった。タケ炭片３のサイズは４５ミクロンに粉砕して用いた。
空隙率は５０％であった。タケ炭片３を充分に真空に空焼きしたタケ炭片３内の水分他をほぼ完全に排出した後で測定した見かけの比重は０．１８であった。【００３７】  充填時の液体水素の温度は沸点よりも２度低い２０Ｋで行った。液体水素は約１ＭＰａに加圧して充填した。充填時間には９０分を要した。【００３８】  充填直後のこの状態でまず水素の貯蔵量（重量比（ｗｔ％）と体積比（ｖｌ％））を測定した。その結果実験値は夫々４個の試料の平均値で夫々３５％と９１％であった。【００３９】  次に水素貯蔵容器１の水素出入口２をあけて空隙にあった液体水素を充分に気化した後で再度水素の貯蔵量を測定した。その結果実験値は夫々２０％と４２％であった。【００４０】  次に発明者は図２に示すタケ炭の構造（組織）３，４，５の寸法とタケ炭壁４の構成物質での主成分である炭素の質量とその全体のサイズに対する構成比を基にしてタケ炭内空間室６に貯蔵できる水素の貯蔵量（重量比（ｗｔ％）と体積比（ｖｌ％）を計算で求めた。その結果は水素貯蔵量（重量比：ｗｔ％）の値は夫々２２％と４５％であった。更にまた、タケ炭片３の間の空隙にも液体水素が充填しており、空隙率を５０％として計算値を求めた値は夫々３８％と９５％であった。【００４１】
【００４０】で計算した値は【００３６】から【００３９】で記述した実験値と比較的良く一致した。
この結果、タケ炭片３のタケ炭内空間室６内に液体水素が貯蔵できることを確認した。【００４２】  次に液体水素の状態で水素を貯蔵した時の重要な特性である、水素貯蔵容器１から末使用の状態でも蒸発してしまう水素の蒸発量と貯蔵時間の特性（ボイルオフ特性）について実験した。
図３はその実験結果を示すデータである。液体水素が充填された水素貯蔵容器１をポリウレタン断熱材に包んで常温に放置した時の放置日数と水素貯蔵量の関係を示すデータである。同図に示すように比較のために空の水素貯蔵容器１水素貯蔵容器１に液体水素を充填した試料も比較のために実験した。【００４３】  液体水素だけを充填した時には同図に示すように、最初はその充填量は９％多いが時間が経過すると急激に減少していく。これに対して、本願を適用した試料では蒸発による減少が少なく且つ減少率がなだらかになり、特に４２％のところからはその減少率が極端に少なくなる。
これはタケ炭片３間にある空隙の液体水素が蒸発した後に残された水素つまりタケ炭中空室６に貯蔵された水素は蒸発が非常にしにくいこと、を示している。
本実験では放置日数が約１日以降では本願の方が水素貯蔵量においても液体水素だけを充填した容器に比較して貯蔵量が大きくなり更に貯蔵量が約４２％となる１日半以降は蒸発変化量が大幅に緩やかになることを示している。【００４４】  次に発明者は液体水素の代わりに圧力が約２０気圧の水素を液体窒素温度まで冷却して水素貯蔵実験をした。その結果では水素の貯蔵量（重量比（ｗｔ％）と体積比（ｖｌ％））は２０％と３９％であった。但し、水素を吸蔵する時間は液体水素の時に比較して約５倍の時間を必要とした。これはタケ炭片３に吸着する水素分子が原子状態になって細孔４からタケ炭内中空室６に入る時間あたりの水素原子の数が液体水素の時に比べて少ないため、と推定した。
一度タケ炭内中空室６に吸着（貯蔵）された水素を入れた容器を断熱材でくるんで前記と同じように室温で放置してその蒸発量の変化を調べた結果では、蒸発する時間変化は前記傾向と余り変らないことが分かった。このことから少なくとも液体窒素温度以下で加圧して時間をかけて水素をタケ炭片３に吸蔵させれば、冷却状態の気体水素でも水素貯蔵物質として効果があることが分かった。【００４５】  更に、発明者は液体水素が気化する際のタケ炭片３の場所を顕微鏡を遠隔操作して観察した。その結果、気化（泡）は細孔４の近傍で一様に発生しており、液体水素だけで貯蔵した時に問題となる、所謂、沸騰の状態では気化しないことをつきとめた。
【実施例２】
【００４６】  次に、本願の実施例２の水素貯蔵装置を図４、図５、図６、図７、図８を用いて説明する。図４（ｂ）は該水素貯蔵装置の概略図であり、図４（ｃ）は図５と図４（ａ）の関係を示す概略図である。図４（ａ）は図４（ｂ）においてＡ１−Ａ２断面図であり、図５は図４（ｃ）においてＢ１−Ｂ２−Ｂ３−Ｂ４−Ｂ５−Ｂ６での断面図である。図６は水素出入口部を示す横断面図である。図７は排気口部を示す横断面図である。図８は該水素貯蔵容器１の底部１１に固定されるタケ炭フイルタ１０を説明する図である。【００４７】  図４、図５、図６、図７、図８において、１は水素貯蔵容器、２は水素出入口部、２Ａは水貯蔵容器栓、２Ｂは気体水素調節弁、２Ｃは容器外側断熱部栓、２Ｄは水素出入口部断熱キャップ、３はタケ炭片、８は容器外側断熱部、８Ａは容器外側断熱部表面、９は気体水素通過断熱部、１０はタケ炭フイルタ、１０Ａはタケ炭収納容器、１０Ｂはタケ炭収納網、１１は水素貯蔵容器底面、１３は貯蔵容器と外側断熱部結合部、１４は排気口部である。１４Ｂは排気口部気体水素調節弁、１４Ｃは排気口部栓、１４Ｄは排気口部断熱キャップ、である。【００４８】  図４、図５、図６、図７、図８において同一符号は同じ構成要素を意味する。以下に前記符号のついた主要な構成部分について説明をする。【００４９】図４、図５において水素貯蔵容器１は、板厚が約１ｍｍのアンバー鋼材を主体として構成された容器である。容器は円筒型をしており、円筒部の大きさは半径が約５０ｃｍ、高さが約３０ｃｍ、円筒部と上面、下面は約５Ｒのラウンドを持っている。【００５０】  容器外側断熱部８は、内部には断熱特性に優れた補強ポリウレタンを使用してその両面８Ａには強化プラスチックで覆った素材を用いており、その厚さは約１ｃｍである。
水素貯蔵容器１と容器外側断熱部８はそれらを固定する結合部１３によって結合している。結合部１３は断熱特性に優れていると同時に水素貯蔵容器１と容器外側断熱部８とが温度変化によって膨張係数が違うのでそれを吸収できる強化耐熱ゴムを主たる材料とした素材が用いられている。【００５１】  次に、気体水素通過断熱部８の詳細を図４、図５、図６、図７で説明する。
気体水素通過断熱部８は水素貯蔵容器１と容器外側断熱部８との間にあり、気体水素は後記するタケ炭フイルタ部１０で気化した水素が水素調節弁１４Ｂを通じて流入して別の水素調節弁２Ｂを通じて気体水素出入口２から流出する通路である。この気体水素通過断熱部８には空の状態で気体水素だけを満たすことも可能であるが、容器外側断熱部８からの熱輻射を遮るために輻射熱の断熱性に優れていて且つ気体はその内部を移動できるバーライトを主体とした素材で水素貯蔵容器１を被覆している。なお、断熱性は少し悪いがこの気体水素通過断熱部８はバーライトなどを充填しない空間であっても良い。【００５２】  次に、水素装置出入口部２の詳細を図４、図５、図６、図７で説明する。
図６において、２Ａはタケ炭片３を水素貯蔵容器１の内部に充填するため並びに液体水素を注入するために開閉する栓、２Ｂは気体水素通過断熱部９から排出する気体水素の量を調節する弁である。この弁を開けた状態で液体水素を注入したり排出することも可能である。２Ｃは外側断熱部を開閉する栓である。２Ｄは熱の浸入を防ぐ断熱素材でできた装置入出口部２の構成部分である。
図６には示していないが水素装置出入口部２には水素貯蔵容器１を加熱するための一方の電極端子部も持っていて該水素貯蔵装置を使用する時だけ水素貯蔵容器１に接続する。【００５３】  次に、排出口部１４の詳細を図７で説明する。
図８において、１４Ｂは気体水素通過断熱部９を調節する弁である。該水素貯蔵装置を完成した後で液体水素を該水素貯蔵装置に充填する時には後記するように気体水素通過断熱部９を完全に真空にするために１４Ｂは弁を開く。１４Ｂは液体水素を水素貯蔵容器１に貯蔵したり使用する時には気化した水素量を２Ｂとともに調節する弁の機能も持つ。【００５４】  次にタケ炭フイルタ１０について図８で説明する。
図８（ｃ）は図４、図５、図７に示した時とは水素貯蔵容器１を上下反転した状態での概略図であり、同図に示すようにその外観は小さい円筒状の容器である。図８（ａ）、（ｂ）はタケ炭フイルタ１０の夫々上、下面を示している。タケ炭フイルタ１０の容器の素材は水素貯蔵容器１と同じアンバー鋼材で出来ており、タケ炭フイルタ１０は直径が約５ｃｍで厚さがである。その上面と下面は同じアンバー鋼材で出来たピッチが約０．５ｍｍの細かい網で覆われている。タケ炭フイルタ１０の外周は水素貯蔵容器１にねじ込まれるようにネジ溝が設けられている。その内部には、予めタケ炭板が挿入されている。このタケ炭板は後記すタケ炭片３と素材は基本的に同じであるがその板の大きさはタケ炭片３よりは大きい。タケ炭フイルタ１０の水素貯蔵容器１への取り付けは前記ネジ溝を噛み合わせてしっかりと固定される。なお、タケ炭板の代わりに後記するタケ炭片３そのものを用いても良い。また、図８（ｂ）に示した１０Ｃはタケ炭フイルタ１０の強度を保つための桟でやはりアンバー鋼材を用いている。【００５５】  次にタケ炭片３について説明する。
タケ炭片３はモウソウチク（孟宗竹）を約１０００度Ｃで乾留（空気の供給を遮断して焼いた）した後で粉砕機で大きさが一片を約１ｍｍの大きさにした、頚粒状のペレット状のタケ炭である。タケ炭片３は前記したようにタケ炭フイルタ１０内にも充填されることも出来る。【００５６】  水素出入口部２、排出口部１４には熱の浸入を抑制するための断熱性の優れたキャップ２Ｄ、１４Ｄで通常（貯蔵時）は覆われている。図示はしていないが気体水素出入口部２と排出口部には水素貯蔵容器１を加熱する電極端子が設けられており、水素を使用時だけこれらの電極端子で容器外側断熱部８の内側表面に電気で繋がっている部分が水素貯蔵容器１もしくはタケ炭フイルタ１０の十字部（水素貯蔵容器１と電気伝導がある）に接続されてこれらの電極間に加熱用の印加電圧を加えることが出来る構造になっている。即ち使用時にはタケ炭片３に所定の加熱を与える必要があるが、それは後記するようにタケ炭片３自体が内部抵抗があるが電気伝導を持つことを利用する。【００５７】次に、タケ炭片３、タケ炭板の精製とタケ炭片３の水素貯蔵容器１への充填について記述する。【００５８】    （１）水素貯蔵材の脱離処理
タケ炭片３は粉砕する製造工程で、空気もしくは水分に触れるために、それらがタケ炭内空室６に詰まっている。
内室６に詰まっている。そこで、これらの物質を予め充分に脱離（蒸発）しておく。
この脱離処理は良く知られている方法、すなわち、雰囲気を真空近く希薄（減圧）にして且つ加熱処理をして充分に時間をかけて行うことで実現される。【００５９】    （２）タケ炭フイルタ１０へのタケ炭板もしくはタケ炭片３の充填
タケ炭フイルタ１０の上面は予め開けておきタケ炭板もしくはタケ炭片３を充填した後で網１０Ｂをかけて行う。【００６０】    （３）水素貯蔵内側容器へのタケ炭片３の充填
水素貯蔵容器１へのタケ炭片３の充填は装置入出口部２で２Ａ，２Ｃの栓を開けて行う。この充填はタケ炭片３が水素貯蔵容器１内で均等になるようにある程度充填した後は２Ａ，２Ｃの栓をしっかりと閉めた後で水素貯蔵容器１を高速に回転させたり上下に振動させることで、充分均等に充填をする。【００６１】  次に該水素貯蔵装置に液体水素を充填、貯蔵、使用するプロセスについて説明する。【００６２】（あ）液体水素の初期充填前処理
水素貯蔵装置の水素貯蔵容器１と気体水素通過断熱部８の残留気体他の排気と真空化を行う。液体水素を初期充填する前に残留気体などがあるとそれらが凍結などをして水素貯蔵装置の性能を劣化させるので充分に排気する。このプロセスは水素出入口部２と排出口部１４に高真空ポンプを接続して所定の真空度が得られるまで充分に行われる。【００６３】（い）水素貯蔵装置への液体水素の初期充填
水素貯蔵装置容器１へ液体水素を最初に充填する時には、水素貯蔵容器１を含む装置全体を液体水素の沸点よりも２度Ｋ低い温度に保って行われる。液体水素は装置出入口部２の２Ａから注入される。液体水素は装置出入口部２から充填する時には気体水素通過断熱部９にも液体水素を注入しておく。これによって、水素貯蔵容器１は予め前記温度に冷却されている。この結果タケ炭フイルタ１０からも注入できる。
液体水素を加圧して充填速度を早めることも有効である。このようにすれば、液体水素はタケ炭フイルタ１０側からも良く充填できる。【００６４】  液体水素が水素貯蔵容器１内で均等にタケ炭片３の内部に充填されるように、水素貯蔵装置を高速に回転したり上下に振動をさせて行われる。【００６５】  液体水素の充填が完了したことの確認にはガス流量計などによって行われる。
水素貯蔵容器１内への水素充填が完了した後では排出口部１４を開いて気体水素通過断熱部９にある液体水素を排出する（この液体水素は勿論再利用される）。その後で排出口部１４の栓１４Ｃは完全に閉めて断熱キャップ１４Ｄで覆われる。【００６６】（う）水素の貯蔵
水素貯蔵容器１内に貯蔵された液体水素は【００６５】において装置入出口部２を構成する全ての栓と弁を完全に閉じてこれらの栓には断熱キャップ２Ｄ，１４Ｄを被せて外部からの熱の浸入を防いで貯蔵される。気体水素通過断熱部９の圧力が所定の圧力以上に上がって危険な時には装置入出口部２およびもしくは排出口部１４の栓と弁を少し開いて行う。なお水素の貯蔵時は図５（ａ）の状態を上下反転させて行っても良い。【００６７】  水素の貯蔵状態では外気と水素貯蔵容器１との間の温度差のために外部から熱が侵入してくるが、それは、容器外側断熱部８に加えて気化した水素が存在する気体水素通過断熱部９によって熱の侵入を出来るだけ抑制する。【００６６】（え）水素の使用（消費）
次に、水素貯蔵装置から水素を実際に使用する状態を説明する。
実際に気化した水素は９に溜まっている。従って、バルブ１４で気体室９を選択的に開けると気体室９から所定の圧力の水素（気体）が流出してくる。
この使用する状態では前記した水素出入口部２と排気口部１４に設置された加熱電圧印加端子に電圧差を与えて電流を流して水素貯蔵容器１自体の電気抵抗並びにタケ炭片自体を発熱させて行う。加熱量はバルブ１４に接続された例えば燃料電池の水素消費対象物側の圧力を計測して印加電圧を制御して行う。
水素の使用（消費）時も図５（ａ）を上下反転させて行っても良い。【００６７】  本実施例で説明した水素貯蔵装置は、図４、図５に示すようにコンパクトな形状で軽いカートリッジの形状をしているのが特徴である。前記したように本願の水素貯蔵装置は気体水素の圧力が低くて安全性も非常に高い。従って、既存のガソリンスタンドを少し改修するだけで、燃料を求めて来た自動車に対して容易、迅速且つ安全に燃料を供給できる。
【実施例３】
【００６８】水素貯蔵装置の水素貯蔵容器１の内部にはタケ炭片３の代わりに活性炭およびもしくはこのような物質を充填しないで液体水素だけを充填することも出来る。本実施例では図面は図４，５，６、７、８と同じであるが、タケ炭片３の部分には液体水素およびもしくは活性炭を用いている。この時に用いる活性炭はその活性炭の間の空隙も含めれば初期に充填できる液体水素の量はタケ炭片３を使用した時よりも多い素材を用いている。【００６８】ここで、図８に示すタケ炭フイルタ１０の役割を詳しく記述する。その構造は前記したように図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されている。
タケ炭フイルタ１０はその厚さは約５ｍｍで直径が約５ｃｍのリング状の容器１０Ａにタケ炭片３を充填した構造をしており、その上面と下面は同じアンバー鋼材で出来たピッチが約０．５ｍｍの細かい鋼材（太さが０．５ｍｍ）でできた網１０Ｂで覆われている。この容器１０Ａの外周には７にねじ込まれるようにネジ溝が作られている。この容器１０Ａには前記したタケ炭片３を約１０層重ねた構造をしている。１０Ｃはアンバー鋼で出来た桟でタケ炭フイルタ１０の強度を持たせる為に設けられている。【００６９】  前記したようにタケ炭の構造が図２に示したようにその大きさが約４オングストロームという非常に小さい細孔４であるので前記した水素貯蔵容器１に充填された液体水素が気化する時に一種のフイルタ的役割をする。液体水素の気化がこのタケ炭フイルタ１０にあるタケ炭の細孔近傍でまず始まり、水素貯蔵容器１に充填された液体水素での沸騰を抑制する（沸騰石と同じ作用をする）ことが分かった。前記厚さと大きさのタケ炭弁１０を用いた時は蒸発（気化）速度がこのタケ炭板１０を用いない場合に比較して約１／３に減少することが分かった。【００７０】  その結果は例えば液体水素だけを水素貯蔵装置容器１に貯蔵した場合でも図３において、水素貯蔵量が当初の１００％から蒸発で減少する割合を約１／３に低減できる効果がある。
【実施例４】
【００７１】  図９は本発明の第四の実施例を説明するブロック図である。図９において、１８は自動車が使用しない時に自動車を入れておく車庫、１９は自動車、２０は本願の水素貯蔵装置、２１は２０から不可避的に漏洩蒸発する気体水素を混合器２５に接続するゴム製のホース、２２は車庫に隣接する家、２３はガス器具、２４は都市ガスの配管、２５は混合器、２６は混合器２５とガス器具２３を接続する配管である。【００７２】  自動車１９の所有者は自動車１９を未使用の時にはその水素貯蔵装置２０につながれたホース２１を混合器２５に接続しておく。混合器２５には図示はしていないが、水素貯蔵装置２０から蒸発漏洩して流入する水素量を計測する積算ガス流量計があり、都市ガスの配管２４から供給される都市ガスの量を調節する。この混合器２５には図示はしていないが混合器２５で混合される混合ガスがガス器具２３で安全に燃焼が出来る範囲であるように都市ガスの供給量およびもしくは混合器２５自体が持つ燃料ガスを加減してガス器具２３での燃焼が熱量も適切で且つ安全であるように調節する。【００７３】  本実施例では自動車の所有者が自らが人手で前記接続を行ったがこの操作は車庫、自動車に配備された例えば電子制御による機械的手段で自動的に行っても良い。また、本実施例では、個人の車庫と家との関連を説明したが、個人用や業務用の自動車を例えば駐車場において未使用の状態にある時に駐車場に配備された水素回収装置で回収して回収した水素を別の用途に使っても良い。【００７４】以上の本願の実施形態は、液体水素の貯蔵をタケ炭に貯蔵することで記載して来たが水素は液体窒素と同じもしくはそれより低い気体状態であっても良い。更に、タケ炭以外でも生物組織の構造が残っているタケ炭以外の炭であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の水素貯蔵方法及び水素貯蔵装置の基本概念を説明する装置の断面模式図である。
【図２】本発明の水素貯蔵材となるタケ炭の組織を示す斜視図である。
【図３】本発明のタケ炭片を用いた時の水素貯蔵特性を示す実験データである。
【図４】本発明の実施例となる水素貯蔵装置の横断面図である。
【図５】本発明の実施例となる水素貯蔵装置の縦断面図である。
【図６】本発明の水素貯蔵装置の装置入出口を示す横断面図である。
【図７】本発明の水素貯蔵装置の排出口部を示す横断面図である。
【図８】本発明のタケ炭フイルタを示す図である。
【図９】本発明の水素貯蔵装置を搭載した自動車、車庫、家、ガス器具並びにそれらに接続されたガス配管の接続を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】１…水素貯蔵容器、２…装置入出口部、２Ａ…水素貯蔵容器栓、２Ｂ…水素ガス調節弁、２Ｃ…容器外側断熱部栓、２Ｄ…装置入出口断熱部材、３…タケ炭片、４…タケ炭炭素部、５…細孔、６…タケ炭内空室、８…容器外側断熱部、９…気体水素通過部、１０…タケ炭フイルタ、１０Ａ…タケ炭収納容器、１０Ｂ…タケ炭収納網、１０Ｃ…タケ炭フイルタ桟、１１…水素貯蔵容器底面、８Ａ…容器外側断熱部外面、１３…貯蔵容器と外側断熱部結合部、１４…排出口、１８…車庫、１９…自動車、２０…水素貯蔵装置、２１…水素配管（ホース）、２２…家、２３…ガス器具、２４…都市ガス配管、２５…混合器、２６…混合器、ガス器具間配管。
【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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