(57)【要約】【課題】粉体系水素貯蔵材料の水素吸放出能力を低下させることなく、効率的に該粉体系水素貯蔵材料の加熱を行い得るとともに、容器外部へ該粉体系水素貯蔵材料が飛散することも防止可能な水素吸放出材及びその製造方法並びに水素の吸放出方法及び水素吸放出装置を提供する。【解決手段】シート状基材と、該基材の少なくとも１面に形成され、水素貯蔵材料を含む水素吸放出層とからなることを特徴とする水素吸放出シート及び、ロール状に該水素吸放出シートを巻き付けた第１のリールと、水素吸放出後の該水素吸放出シートを巻き取る第２のリールと、少なくともいずれかのリールを駆動する駆動手段と、前記２つのリール間で水素を吸蔵及び／又は放出させるための前記水素吸放出シートの加熱及び／又は加圧手段とを有し、それらが密閉された容器内に設置されていることを特徴とする水素吸蔵及び／又は放出装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状基材と、該基材の少なくとも１面に形成され、水素貯蔵材料を含む水素吸放出層とからなることを特徴とする水素吸放出シート。
【請求項２】
水素貯蔵材料とバインダーを、前記シート状基材上で加熱及び／又は加圧しながら前記水素吸放出層を形成することを特徴とする請求項１に記載の水素吸放出シートの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の水素吸放出シートを、加熱及び／又は加圧することによって水素を吸蔵又は放出することを特徴とする水素吸放出方法。
【請求項４】
ロール状に水素吸放出シートを巻き付けた第１のリールと、水素吸放出後の該水素吸放出シートを巻き取る第２のリールと、少なくともいずれかのリールを駆動する駆動手段と、前記２つのリール間で水素を吸蔵及び／又は放出させるための前記水素吸放出シートの加熱及び／又は加圧手段とを有し、それらが密閉された容器内に設置されていることを特徴とする水素吸蔵及び／又は放出装置。
【請求項５】
リールが着脱式となっており、水素の吸蔵及び／又は放出後に、ロール状に巻き取られた水素吸放出シートを交換可能であることを特徴とする請求項４に記載の水素吸蔵及び／又は放出装置。
【請求項６】
請求項４又は５いずれか１項に記載の水素吸蔵及び／又は放出装置を搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池や水素エンジンの燃料として用いられる水素ガスを吸蔵、放出する水素吸放出シート及びその製造方法並びにこの水素吸放出シートを用いた水素の吸放出方法及びその方法を用いた水素吸放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来化石燃料の枯渇が予想されることや、地球環境問題の深刻化から、化石燃料に替わるクリーンエネルギーのひとつとして、水素を燃料とする燃料電池等の開発が近年盛んに行われている。
【０００３】
しかし、水素を燃料とする場合の最大の問題点は、水素の貯蔵をいかに行うかという点にある。水素を気体で貯蔵する手段として、高圧ガスボンベによる水素の貯蔵があるが、水素貯蔵量を増加するためには水素圧力を高める必要があり、容器の重量増とともに、バルブなどの耐圧性、信頼性に問題がある。
【０００４】
その他の水素の貯蔵形態としては、液体水素化させる冷却貯蔵、水素貯蔵材料による貯蔵が知られているが、水素貯蔵材料による貯蔵は、安全性、貯蔵スペース、作業性、輸送性等の点で有利である。
【０００５】
従来、水素貯蔵材料を充填する水素貯蔵材料容器としては、容器内に水素貯蔵材料を充填し、その水素貯蔵材料の周囲に加熱による放出のための熱媒配管と水素再吸蔵時に水素貯蔵材料と水素が十分に接触できるように水素導入配管とを配し、水素貯蔵材料粉体が容器外に飛散しないようにフィルターを備えた構造をとったものが一般的である。また、場合によっては、水素吸放出繰り返しによる水素貯蔵材料の凝集・密集化防止のために、容器内部を小部屋に分割したりしている。
【０００６】
以上のように、水素貯蔵材料を充填する容器は、水素貯蔵材料粉体との効率的な熱交換を行うため接触面積を大きくすべく、複数の熱媒配管が配置されており、この熱媒配管が容器内の多くの容積を占有し、水素貯蔵材料が占める実際の容積はかなり小さくなる。したがって、高圧ガス方式等と比較した場合の水素貯蔵材料の容積上のメリットが失われているのが実態であった。また、水素放出時に、水素貯蔵材料が容器外に飛散しないようにするためにフィルターが必要であり、このため、構造も複雑化し、長期使用時にはフィルターの目詰まりのような問題も生じていた。
【０００７】
このような問題に対応するため、水素貯蔵材料容器内における水素貯蔵材料と熱媒体との伝熱効率の向上や水素貯蔵材料の外部への飛散防止策が図られている。例えば、特許文献１には、水素吸蔵合金粉末が充填されている水素貯蔵容器において、容器に水素吸蔵合金粉末を充填するための充填口、水素を出入りさせるための水素通路、前記水素通路に連結されて容器内に配設された水素を通過させるフィルター、及び前記容器内に熱媒を流して水素吸蔵合金粉末と熱交換するための熱媒通路を備え、前記容器内に充填した水素吸蔵合金粉末が前記フィルターの周囲よりも前記熱媒通路の周囲において多く存在させ、熱交換の効率を向上させるようにした水素吸蔵材用容器が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６４９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、このような熱媒配管や水素通路による方法では、配管やフィルターの形状によっては効率的な伝熱ができなかったり、粉体系水素貯蔵材料と水素ガスとの接触が不均一になることがあった。また、飛散した粉体系水素貯蔵材料が水素ガス放出管の水素ガス放出口に目詰まりすることにより、水素放出効率が低下するといった問題もあった。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、粉体系水素貯蔵材料の水素吸放出能力を低下させることなく、効率的に該粉体系水素貯蔵材料の加熱を行い得るとともに、容器外部へ該粉体系水素貯蔵材料が飛散することも防止可能な水素吸放出材及びその製造方法並びに水素の吸放出方法及び水素吸放出装置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】
【００１１】
上記問題の解決に向け、本発明者らは鋭意研究した結果、シート状基材に水素吸放出層を形成した水素吸放出シートを用いることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明は、シート状基材と、該基材の少なくとも１面に形成され、水素貯蔵材料を含む水素吸放出層とからなることを特徴とする水素吸放出シートである。
【００１３】
このような水素吸放出シートにおいて、前記シート状基材の長手方向両端に、前記水素吸放出層厚みと略同一高さを有するガイド部を設けることが好ましい。
【００１４】
このシート状基材は、フィルム状、織り布状、不織布状等の形態をとることができる。該シート状基材は、ポリイミド、アラミド樹脂、グラファイトシート及びグラスファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種類の材質から形成されたものであることが好ましい。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、水素貯蔵材料とバインダーを、前記シート状基材上で加熱及び／又は加圧しながら前記水素吸放出層を形成することを特徴とする請求項１に記載の水素吸放出シートの製造方法である。
【００１６】
シート状基材への水素吸放出層の形成方法は、強固で耐久性のある水素吸放出層が形成可能な方法であればいずれの方法でもよいが、可撓性のある水素吸放出層を強固に形成するには、バインダーを用いて水素貯蔵材料を定着することが好ましい。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の水素吸放出シートを、加熱及び／又は加圧することによって水素を吸蔵又は放出することを特徴とする水素吸放出方法である。
【００１８】
通常の水素貯蔵材料においては、該水素貯蔵材料の周囲に水素ガスを充填した上で加圧することにより水素が吸蔵され、該水素吸蔵状態の水素貯蔵材料を適切な温度に加熱することにより水素が放出される。
【００１９】
また、２以上の前記水素吸放出シートを、加熱下で加圧接触させることにより、水素を吸蔵又は放出することも可能である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、ロール状に水素吸放出シートを巻き付けた第１のリールと、水素吸放出後の該水素吸放出シートを巻き取る第２のリールと、少なくともいずれかのリールを駆動する駆動手段と、前記２つのリール間で水素を吸蔵及び／又は放出させるための前記水素吸放出シートの加熱及び／又は加圧手段とを有し、それらが密閉された容器内に設置されていることを特徴とする水素吸蔵及び／又は放出装置である。
【００２１】
該水素吸蔵及び／又は放出装置において、リールが着脱式となっており、水素の吸蔵及び／又は放出後に、ロール状に巻き取られた水素吸放出シートを交換可能であることが好ましい。（請求項５）
【００２２】
このような水素吸蔵及び／又は放出装置を用いることにより、水素貯蔵材料の取扱が容易になり、粉体系水素貯蔵材料の飛散を防止できること、水素吸放出のための加熱、加圧操作を局所的に行えば良いので伝熱等が効率的になり、エネルギー的、設備構造的に有利であること、水素吸放出の制御が容易となることなどの利点が得られる。なお、水素吸蔵及び／又は放出装置とは、水素吸蔵装置、水素放出装置及び水素吸蔵と放出を共に行う装置を総称して言う。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５いずれか１項に記載の水素吸蔵及び／又は放出装置を搭載したことを特徴とする車両である。
【００２４】
近年燃料電池を駆動源とする車両が鋭意開発されているが、本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置を搭載し、燃料電池への水素供給源とすることにより、前記のような利点が燃料電池搭載車両において得られる。また、水素エンジン自動車への水素供給源とすることによっても、同様の利点が得られる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の水素吸放出シートによれば、粉体系水素吸放出材料の水素吸放出能力を低下させることなく、該粉体系水素貯蔵材料へ効率よく伝熱させるとともに、容器外部への粉体系水素貯蔵材料の飛散を防止する水素吸放出方法及び水素吸放出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る水素吸放出シート及びその製造方法並びに該シートを用いた水素の吸放出方法及び水素吸放出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る水素吸放出シートの長手方向に直角に切断した断面図である。図１（ａ）に示すように、シート状基材１１の１面に、水素貯蔵材料を含んだ水素吸放出層１０が形成されている。このシート状基材１１は、フィルム状、織り布状、不織布状等の形態をとることができる。その材質としては、ポリイミド、アラミド樹脂、グラファイトシート及びグラスファイバーなどを一例として挙げることができる。
【００２８】
本発明で使用される水素貯蔵材料は、粉体系水素貯蔵材料が適しており、水素貯蔵合金粉末、金属水素化物、アラネート、無機系ケミカルハイドライド、炭素系水素貯蔵材料等が一例として挙げられる。ここでの水素貯蔵材料には、水素と反応することにより、水素を放出可能となる材料に可逆的に変化する、水素貯蔵材料前駆体をも含むものとする。
【００２９】
本発明では、粉体系水素貯蔵材料とバインダーを混合してスラリー化し、そのスラリーをシート状基材１１に塗布し、加熱乾燥やヒートプレスにより、加熱及び／又は加圧しながら水素吸放出層１０を形成することが好ましい。バインダーとしては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース等が例示できるが、加熱、加圧に対する耐久性があり、前記粉体系水素貯蔵材料を一体化し、シート状基材１１に接着し、且つシートの屈曲性を確保し得るものであれば、これを用いることができる。
【００３０】
図１（ｂ）は、本発明の水素吸放出シートの第２の形態を示したものであり、シート状基材１１と水素吸放出層１０との間に、両者の付着力を増すために耐熱性の接着剤層１３を設けたものである。
【００３１】
図１（ｃ）は、本発明の水素吸放出シートの第３の形態を示したものであり、シート状基材１１の両端を余らせて水素吸放出層１０を形成し、シート状基材１１の余った部分に位置決めホール１４を穿孔したものである。この形態の水素吸放出シートの平面図を図３に示す。
この位置決めホール１４により、水素吸放出シートをリールに巻き取ったり、リールからリールに移送する際に、シートのずれを防止することができる。
【００３２】
図２は、本発明に係る水素吸放出シートの第４の形態を示す、長手方向に直角に切断した断面図である。この形態においては、図２（ａ）に示すように、シート状基材１１の長手方向両端に、水素吸放出層１０の厚みと略同一高さを有するガイド部１５を設けている。このガイドを設けた水素吸放出シートを、高純度の不活性ガス中でロール状に巻き取ることにより、その後の水素貯蔵材料への雰囲気の影響を避け、劣化を防止することができる。ガイドはシート状基材と同一素材を用いることが好ましいが、シートの可撓性を損なわず、シートの加熱、加圧や、屈曲に対する耐久性を有する素材であれば、用いることができる。
【００３３】
図２（ｂ）は、接着剤層１３を持つ水素吸放出シートにガイド部１５を設けた状況を示すものであり、図２（ｃ）は、位置決めホール１４を持つ水素吸放出シートにガイド部１５を設けた状況を示すものである。
【００３４】
図４は、本発明に係る水素吸放出シートの第５の形態を示す、長手方向に直角に切断した断面図である。この形態においては、図４（ａ）に示すように、シート状基材１１の上に複数の水素吸放出層を設けている（水素吸放出層１６及び水素吸放出層１７）。これら複数の水素吸放出層は、それぞれ異なる水素貯蔵材料を含有している。そして、最表面に雰囲気の影響を受けにくい水素貯蔵材料を含む水素吸放出層１６を形成し、シートと接する面に雰囲気の影響を受けやすい水素貯蔵材料を含む水素吸放出層１７を形成することで、雰囲気の影響による劣化を防止することができる。
【００３５】
図４（ｂ）は、複数の水素吸放出層（水素吸放出層１８及び水素吸放出層２０）間に水素吸放出反応の触媒となる物質を含んだ触媒層１９を形成した水素吸放出シートである。この触媒層１９の存在により、水素吸放出反応を促進することができる。
【００３６】
図４（ｃ）は、複数の水素吸放出層を設けた水素吸放出シートに、位置決めホール１４を穿孔した状況を示す。
【００３７】
図５は、複数の水素吸放出層を設けた水素吸放出シートに、ガイド部１５を設けた状況を示すものである。
【００３８】
図６、図７、図８は、本発明に係る水素吸蔵及び／又は放出装置の断面図である。本発明では、水素吸放出シート２４をヒーター２３により加熱し、又はロールヒーター２８により加熱若しくは加熱・加圧する。また、水素吸放出シート２４の冷却の必要があるときは、冷却用ロール３０により冷却する。これら水素吸放出シート２４の加熱、加圧、冷却操作により、水素が吸放出される。水素の吸放出速度は、水素吸放出シート２４の送り速度、加熱温度、加圧力、冷却温度を調整することにより、任意に調整することができる。
【００３９】
本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置は、水素吸放出シート２４、該シートの巻き出しリール２５、ヒーター２３、ロールヒーター２８、冷却用ロール３０、巻き上げ用リール２６等を水素ガス導入・放出バルブ２２を取り付けた容器２１内に設置することで構成される。
【００４０】
加熱用ヒーターは、水素吸放出シート２４を水素放出温度以上に加熱可能なものを適宜選択すればよい。例えば無機系のケミカルハイドライドでは該水素放出温度は３００℃程度である。
【００４１】
水素ガスの放出は、水素吸放出シート２４の加熱及び／又は加圧により行われるが、容器２１内圧力や、図示しない燃料電池への水素通路の水素流量、燃料電池の発電量等の計測を行い、その数値から水素放出量の過不足を算出し、ロールヒーター２８の表面温度やリール２６の巻き上げ速度を調整することにより、水素放出量をフィードバック制御することができる。
【００４２】
本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置の水素吸放出シート２４への水素の吸蔵は、巻き上げリール２６により巻き上げられた水素放出済部分の水素吸放出シート２４を加熱又は冷却下に放出時とは反対方向に進ませながら、水素ガス導入・放出バルブ２２から所定の圧力になるように水素ガスを導入、充填して行う。水素放出済の水素吸放出シート２４の進行速度は、容器２１内水素ガス圧の変化や、水素流量をモニターしながら決定する。
【００４３】
水素吸蔵時、水素放出時の水素吸放出シート２４の巻き上げは、燃料電池により駆動されるモーターの動力等を利用して行うことができる。
【００４４】
上記の水素吸蔵及び／又は放出装置には、水素導入・放出バルブ２２部分に、図示しないフィルターを必要に応じて設置することができる。また、水素の吸放出状況をモニターするための図示しない圧力計を、容器２１に設置することができる。
【００４５】
図９は、本発明に係る水素吸蔵及び／又は放出装置の他の形態を示すものである。図９（ａ）では、リール３３にロール状に巻き取られた水素吸放出シート３２には、水素貯蔵材料前駆体を含有する水素吸放出層が形成されており、リール３４にロール状に巻き取られた水素吸放出シート３５には、異なる水素貯蔵材料前駆体を含有する水素吸放出層が形成されている。その両者を加熱・加圧用ロール３１により加熱接触させることで反応を起こさせ、水素を放出させる。
【００４６】
図９（ｂ）では水素吸放出シートが３枚用いられており、中間の水素吸放出シート３８は触媒又は水素貯蔵材料前駆体を含有する水素吸放出層が形成されている。加熱・加圧用ロール３１で加熱接触することにより、上下の水素吸放出シート３２及び３５の水素放出反応の促進、又は上下の水素吸放出シート３２及び３５の水素貯蔵材料前駆体との水素放出反応自体が行われる。このためには、中間の水素吸放出シート３８はメッシュ状とし、上下の水素吸放出シート３２及び３５同士も接触可能としておくことが有効である。
【００４７】
図１０は、本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置を搭載した車両の一例としての、燃料電池自動車の概念図である。本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置４２には、図示しないリールに巻き取られたロール状の水素吸放出シートが、着脱式で交換可能となっている。水素放出後の水素吸放出シートは、図示しない水素供給ステーションなどで燃料電池自動車４０内の水素吸蔵及び／又は放出装置４２から取り外され、新たなロール状の水素吸放出シートに交換される。取り外された水素放出後の水素吸放出シートは、水素供給ステーション等に設置してある本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置により、水素を再吸蔵して再生され、再び燃料電池自動車に搭載された水素吸蔵及び／又は放出装置に取り付けられ、繰り返し利用することができる。
【００４８】
このように、水素吸放出シートをリールに巻き取りロール状にすることで、着脱式とすることが可能となる。さらに、水素ステーション等において、この着脱式リールを交換することで燃料自動車等への水素の補給が可能となる。このことにより、水素補給に掛かる時間短縮や、水素充填時の水素漏れ等の危険性を回避することが可能となった。
【００４９】
以上、本発明に係る水素吸放出シート及びその製造方法並びに該シートを用いた水素の吸放出方法及び水素吸放出装置について説明したが、本発明は何ら本記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載した本発明の技術思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の水素吸放出シート及びその製造方法並びに該シートを用いた水素の吸放出方法及び水素吸放出装置は、燃料電池自動車及び水素エンジン自動車に搭載される水素供給装置に利用することができ、それ以外にも、水素供給ステーションや水素供給設備として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の水素吸放出シートの断面図である。
【図２】本発明のガイド部を設置した水素吸放出シートの断面図である。
【図３】本発明の位置決めホールを穿孔した水素吸放出シートの平面図である。
【図４】本発明の水素吸放出シートの断面図である。
【図５】本発明のガイド部を設置した水素吸放出シートの断面図である。
【図６】本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置の断面図である。
【図７】本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置の断面図である。
【図８】本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置の概念図である。
【図９】本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置の概念図である。
【図１０】本発明の水素吸蔵及び／又は放出装置を搭載した車両の一例としての、燃料電池自動車の概念図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・水素吸放出層
１１・・・シート状基材
１３・・・接着剤層
１４・・・位置決めホール
１５・・・ガイド部
１６・・・水素吸放出層
１７・・・水素吸放出層
１８・・・水素吸放出層
１９・・・触媒層
２０・・・水素吸放出層
２１・・・容器
２２・・・水素ガス導入・放出バルブ
２３・・・加熱ヒーター
２４・・・水素吸放出シート
２５・・・巻き出しリール
２６・・・巻き上げリール
２８・・・ロールヒーター
２９・・・予熱用ロール
３０・・・冷却用ロール
３１・・・加熱・加圧用ロール
３２・・・水素吸放出シート
３３・・・巻き出しリール
３４・・・巻き出しリール
３５・・・水素吸放出シート
３６・・・巻き上げリール
３７・・・巻き上げリール
３８・・・水素吸放出シート
３９・・・巻き上げリール
４０・・・燃料電池自動車
４１・・・燃料電池
４２・・・水素吸蔵及び／又は放出装置
【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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【図７】
2005279369.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005279369.tif 000011
【図１０】
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