(57)【要約】【課題】水素吸蔵合金に緩衝材を混在させるときは、水素吸蔵合金の収容量の減少に起因して、大きなタンクを備える割に水素の吸・放出量が少なくなる。また、水素吸蔵合金の微粉化によつて生成された微細な合金粉末が下方へと次第に沈下して行くため、充填密度に不均一が生じ、密度が大きくなつた箇所では水素吸蔵合金の膨張によりタンク壁面を大きく変形させ、タンクを破損させる。【解決手段】水素貯蔵用タンク１に隙間を設けて収容され、かつ、水素吸蔵合金ＭＨが充填され、水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に応じて弾性的に変形可能であると共に、水素を通す支持構造部材３，４，６によつて水素吸蔵合金ＭＨの漏出が防止される通気孔２ｄを有するカプセル容器とする。【選択図】        図１
2005009549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵用タンク（１）の内部に水素吸蔵合金（ＭＨ）を収容し、該水素吸蔵合金（ＭＨ）に水素を吸蔵させて水素貯蔵用タンク（１）の内部に水素を貯蔵し、水素吸蔵合金（ＭＨ）から水素を放出させて水素貯蔵用タンク（１）の外部に水素を供給する水素貯蔵用タンク（１）に収容するカプセル容器であつて、
水素貯蔵用タンク（１）に隙間を設けて収容され、かつ、水素吸蔵合金（ＭＨ）が充填され、水素吸蔵合金（ＭＨ）の水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に対して変形可能であると共に、水素を通す支持構造部材（３，４，６）によつて水素吸蔵合金（ＭＨ）の漏出が防止される通気孔（２ｄ）を有することを特徴とするカプセル容器。
【請求項２】
前記水素貯蔵用タンク（１）の内部であつてカプセル容器（２）の外周に、水素吸蔵合金（ＭＨ）を加熱する加熱手段（７）を備えることを特徴とする請求項１のカプセル容器。
【請求項３】
前記加熱手段（７）が、湾曲変形部（７ｂ）を有する媒体流路（７ａ）を備え、カプセル容器（２）の膨張・収縮に追従して変形し、常時、カプセル容器（２）に密着して熱伝導可能であることを特徴とする請求項２のカプセル容器。
【請求項４】
前記水素貯蔵用タンク（１）とカプセル容器（２）との間の隙間が、上端部よりも下端部に大きく形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３のカプセル容器。
【請求項５】
前記カプセル容器（２）の内部を上下に仕切るフィン（２０を設け、カプセル容器（２）の内部を上下に位置する複数の室（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ）に区分し、複数の室（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ）に水素の吸蔵及び放出が可能な水素吸蔵合金（ＭＨ）を充填することを特徴とする請求項１，２，３又は４のカプセル容器。
【請求項６】
前記カプセル容器（２）が、短筒部（２ａ）の両端に設ける側板（２ｂ）を有し、該側板（２ｂ）の少なくとも下端部に湾曲部（２ｃ）が形成され、水素吸蔵合金（ＭＨ）が微粉化して沈下した状態での水素吸蔵合金（ＭＨ）の膨張が、湾曲部（２ｃ）が変形してなされることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５のカプセル容器。
【請求項７】
水素貯蔵用タンク（１）の内部に水素吸蔵合金（ＭＨ）を収容し、該水素吸蔵合金（ＭＨ）に水素を吸蔵させて水素貯蔵用タンク（１）の内部に水素を貯蔵し、水素吸蔵合金（ＭＨ）から水素を放出させて水素貯蔵用タンク（１）の外部に水素を供給する水素貯蔵用タンク（１）に少なくとも１個のカプセル容器（２）を収容する水素貯蔵用タンクであつて、
前記カプセル容器（２）が、水素吸蔵合金（ＭＨ）を収容し、かつ、水素貯蔵用タンク（１）に隙間を設けて配置され、水素吸蔵合金（ＭＨ）の水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に対して変形可能であると共に、水素を通す通気孔（２ｄ）を有することを特徴とする水素貯蔵用タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カプセル容器及び水素貯蔵用タンクに関し、詳しくは燃料電池等に供給する水素を貯蔵するための水素貯蔵用タンク及び水素貯蔵用タンク内に収容するカプセル容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、水素吸蔵合金を収容するタンクに水素を供給して貯め、この水素貯蔵用タンクからの水素ガスを燃料電池の燃料として使用することが行われている。例えば、燃料電池自動車では、水素吸蔵合金を搭載する試験車が実際に走つている。この種の水素貯蔵用タンクは、水素吸蔵合金が水素を吸蔵すると発熱することから外部より冷却用の媒体を導入し、隔壁を介して水素吸蔵合金と熱交換を行い、また、水素を放出するときは吸熱することから加熱媒体と熱交換を行う（例えば特開２００２−２５２００８）。
【０００３】
このような、水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて貯蔵し、また、水素ガスを外部に放出するタンクは、加圧された水素ガスが充填されるため、圧力容器として対応する規格のもとに設計製作されている。代表的な水素貯蔵用タンクとしては、シェルアンドチューブ形式又はプレートフィン形式が採用されている（例えば特開２０００−１７９９８１）。
【０００４】
そして、このような従来の水素を貯蔵するための水素貯蔵用タンクにあつては、水素吸蔵合金の粒子が水素を吸蔵して体積膨張することに起因し、シェルアンドチューブ形式、プレートフィン形式等のタンクが変形することを防止する構造が採られている。しかしながら、従来の構造にあつては次のような技術的課題を有していた。
【０００５】
先ず、水素貯蔵用タンク内の水素吸蔵合金に対し、適当な割合及び配置によつて緩衝材を配置し、水素吸蔵合金の水素化に伴う体積膨張を緩衝材によつて緩衝させ、タンクが変形することを防止することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、シェルアンドチューブ形式、プレートフィン形式等の内部に多くのチューブ、フィン等の邪魔部材を備えるタンクの内部に、緩衝材を適正又は均一に配置させながら水素吸蔵合金を均一に収容させる作業が煩雑であり、緩衝材又は水素吸蔵合金を不適正又は不均一に配置させてしまうことを前提として水素吸蔵合金の収容量を少なく定めざるを得ない。この水素吸蔵合金の収容量の減少に起因して、大きなタンクを備える割に水素の吸・放出量が少なくなる、という技術的課題がある。
【０００７】
また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵・放出の繰り返しにより、次第に微粉化することが知られている。そして、水素吸蔵合金の微粉化によつて生成された微細な合金粉末が下方へと次第に沈下して行くため、水素吸蔵合金を粉粒状のままで充填するときは、タンク内の水素吸蔵合金の充填密度に次第に不均一を生じる傾向にある。充填密度に不均一が生じた場合、密度が大きくなつた箇所では水素吸蔵合金の膨張によりタンク壁面を大きく変形させ、最終的にはタンクを破損させるに至る。
【０００８】
このため、水素吸蔵合金を粉粒状のままで充填するときは、水素吸蔵合金をタンクに高密度に充填させずに低密度に充填させ、充填密度が大きくなつた箇所での水素吸蔵合金の膨張を所定範囲内に制限させ、タンクが破損されることを防止していた。これに起因して、水素吸蔵合金の収容量の減少ひいては水素の吸・放出量の減少を招いていた、という技術的課題がある。
【０００９】
更に、水素吸蔵合金が充填されたタンクが振動や衝撃を受けると、タンク内部に充填された水素吸蔵合金の微粉化によつて生成された微細な合金粉末のタンク内での沈下や移動を極度に加速させるため、水素吸蔵合金を粉粒状のままで充填すると、この移動によつて充填密度が大きくなつた箇所においてタンク壁面の変形や最終的な破損を起こす。このため、振動や衝撃などを受ける環境、例えば自動車、電車、船、潜水艇、潜水艦等の移動体への搭載環境、更に定置式においても、工場などのエンジン駆動付近などへの設置環境では、短期間の運転によつて使用できなくなる、という技術的課題がある。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、水素吸蔵合金を変形可能かつ多くの邪魔部材を備えないカプセル状の容器に充填させると共に、このカプセル容器をタンクに隙間を設けて遊嵌させることにより、水素吸蔵合金の高密度での充填を可能とするものである。これにより、微粉化した水素吸蔵合金の粉粒の移動を抑制させながら、多量の水素を効率的に貯蔵可能かつ水素吸蔵合金の粒子が水素を吸蔵して体積膨張することに起因してタンクが変形することを防止する。
【００１１】
更に、振動、衝撃などの荷重を受ける環境への設置においても、水素吸蔵合金の移動をカプセル容器内に制限させることにより、タンクの変形や破損を防止する。カプセル化させ、複数のカプセル容器を使用して水素吸蔵合金を分散支持させれば、個々のカプセル容器にはさほど大きな荷重が作用せず、また、個々のカプセル容器内での水素吸蔵合金の移動に止まり、全体としての移動が小さくなる。従つて、水素吸蔵合金の微粉が沈降しても局部的かつ大量に集合する危険も少なくなる。
【００１２】
また、複数のカプセル容器に分割し、それぞれに水素吸蔵合金を充填することにより、振動、衝撃などの荷重により生じる水素吸蔵合金の重量に起因する荷重を分散し、支持することになり、タンクの内部に設置する加熱手段としての構造材の破損なども防止する。これらにより、長期の安定した水素供給が可能な水素貯蔵用タンクを提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、水素貯蔵用タンク１の内部に水素吸蔵合金ＭＨを収容し、該水素吸蔵合金ＭＨに水素を吸蔵させて水素貯蔵用タンク１の内部に水素を貯蔵し、水素吸蔵合金ＭＨから水素を放出させて水素貯蔵用タンク１の外部に水素を供給する水素貯蔵用タンク１に収容するカプセル容器であつて、水素貯蔵用タンク１に隙間を設けて収容され、かつ、水素吸蔵合金ＭＨが充填され、水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に対して変形可能であると共に、水素を通す支持構造部材３，４，６によつて水素吸蔵合金ＭＨの漏出が防止される通気孔２ｄを有することを特徴とするカプセル容器である。
請求項２の発明は、前記水素貯蔵用タンク１の内部であつてカプセル容器２の外周に、水素吸蔵合金ＭＨを加熱する加熱手段（７）を備えることを特徴とする請求項１のカプセル容器である。
請求項３の発明は、前記加熱手段（７）が、湾曲変形部７ｂを有する媒体流路７ａを備え、カプセル容器２の膨張・収縮に追従して変形し、常時、カプセル容器２に密着して熱伝導可能であることを特徴とする請求項２のカプセル容器である。
請求項４の発明は、前記水素貯蔵用タンク１とカプセル容器２との間の隙間が、上端部よりも下端部に大きく形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３のカプセル容器である。
請求項５の発明は、前記カプセル容器２の内部を上下に仕切るフィン２０を設け、カプセル容器２の内部を上下に位置する複数の室２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆに区分し、複数の室２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆに水素の吸蔵及び放出が可能な水素吸蔵合金ＭＨを充填することを特徴とする請求項１，２，３又は４のカプセル容器である。
請求項６の発明は、前記カプセル容器２が、短筒部２ａの両端に設ける側板２ｂを有し、該側板２ｂの少なくとも下端部に湾曲部２ｃが形成され、水素吸蔵合金ＭＨが微粉化して沈下した状態での水素吸蔵合金ＭＨの膨張が、湾曲部２ｃが変形してなされることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５のカプセル容器である。
請求項７の発明は、水素貯蔵用タンク１の内部に水素吸蔵合金ＭＨを収容し、該水素吸蔵合金ＭＨに水素を吸蔵させて水素貯蔵用タンク１の内部に水素を貯蔵し、水素吸蔵合金ＭＨから水素を放出させて水素貯蔵用タンク１の外部に水素を供給する水素貯蔵用タンク１に少なくとも１個のカプセル容器２を収容する水素貯蔵用タンクであつて、
前記カプセル容器２が、水素吸蔵合金ＭＨを収容し、かつ、水素貯蔵用タンク１に隙間を設けて配置され、水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に対して変形可能であると共に、水素を通す通気孔２ｄを有することを特徴とする水素貯蔵用タンクである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図１１は、本発明に係るカプセル容器及び水素貯蔵用タンクの１実施の形態を示す。図１中において符号１は水素の出入口１ａを有する金属製（高張力鋼、アルミニウム等）の水素貯蔵用タンクを示し、水素貯蔵用タンク１の内部には、少なくとも１個（図１上では４個）のカプセル容器２を遊嵌状態で収容させる。カプセル容器２は、短筒状をなし、内部に粉粒状の金属からなる水素吸蔵合金ＭＨを高密度で充填させてある。また、カプセル容器２は、水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に対して、圧力容器として製作される水素貯蔵用タンク１の内部において破損されることなく変形可能であると共に、水素を通過させる通気孔２ｄを中心部に有する。
【００１５】
すなわち、カプセル容器２は、粉粒状の水素吸蔵合金ＭＨを保持して外部に漏出させない材料（例えばステンレス等の金属）にて製作され、図３に示すように短筒部２ａの両側に円板状の側板２ｂを溶接固着し、中心部に通気孔２ｄとなる通孔を有する。短筒部２ａは、タンク１の内径よりも小径をなしている。また、各側板２ｂには、外周部に環状の湾曲部２ｃを形成し、カプセル容器２の主として中心軸線方向の弾性変形を許容してある。
【００１６】
カプセル容器２は、一方の側板２ｂ（図１上で左側）を短筒部２ａの一端に固着した状態で通気性を有する支持構造部材３を挿通させ、水素吸蔵合金ＭＨを充填した後、他方の側板２ｂ（図１上で右側）を短筒部２ａの他端に固着する。なお、カプセル容器２の内部には後記する媒体流路７ａが存在しないため、水素吸蔵合金ＭＨをタンク１内に収容させる作業も容易である。各湾曲部２ｃは、水素吸蔵合金ＭＨを所定密度で充填した状態での各側板２ｂの弾性変形又は塑性変形を許容する。カプセル容器２の通気孔２ｄは、通気性を有する支持構造部材３によつて通気性を与えた状態で、水素吸蔵合金ＭＨの漏出を防止するように閉塞されている。
【００１７】
通気性を有する支持構造部材３は、金属棒の外周に繊維状材料を巻き付けて構成され、金属棒の一端にフランジ部３ａを有し、金属棒の他端にねじ部３ｂを有している。通気性を有する支持構造部材３は、水素吸蔵合金ＭＨへの水素の出入りを常時許容する機能と、粉粒状の水素吸蔵合金が外部に漏出することを防止する機能と、複数個のカプセル容器２を一体に連結する機能と、水素吸蔵合金ＭＨの膨張を弾性的に許容する機能とを有する。端部の通気性を有する支持構造部材４は、環状をなし、予め通気性を有する支持構造部材３に差し入れ、フランジ部３ａに密着させてある。
【００１８】
隣接するカプセル容器２の間に中間部の通気性を有する支持構造部材６を介在させながら、複数個のカプセル容器２を１本の通気性を有する支持構造部材３に装備させたなら、端部の通気性を有する支持構造部材４を通気性を有する支持構造部材３に差し入れ、ねじ部３ｂに止め具であるナット５を螺合させる。中間部の通気性を有する支持構造部材６は、隣接するカプセル容器２の間に膨張変形を許容する隙間を与える間隔部材として機能すると共に、端部の通気性を有する支持構造部材４と同様に水素吸蔵合金ＭＨへの水素の出入りを常時許容する弾性を有する通気材として機能する。従つて、端部の通気性を有する支持構造部材４及び中間部の通気性を有する支持構造部材６は、水素吸蔵合金ＭＨの膨張を弾性的に許容する。これらの通気性を有する支持構造部材３，４及び６により、各カプセル容器２は、常時、通気性を有するカプセル容器２になつている。
【００１９】
このようにして一体化させたカプセル容器２の外周に、加熱及び冷却手段７を配設する。加熱及び冷却手段７は、カプセル容器２の膨張・収縮に追従して変形し、常時、カプセル容器２に密着して熱伝導が可能になつている。すなわち、加熱及び冷却手段７は、図４に示すように湾曲させてタンク１の内部に配置させる媒体流路７ａを備え、媒体流路７ａが湾曲変形部７ｂを有し、カプセル容器２の膨張・収縮に追従して変形し、常時、カプセル容器２に密着して熱伝導可能である。加熱及び冷却手段７は、水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵・放出に伴うカプセル容器２の短筒部２ａの弾性的な膨張・収縮に対しては弾性変形によつて追従し、短筒部２ａの塑性変形に対しては弾性変形又は塑性変形によつて追従する。媒体流路７ａの両端部は、タンク１を気密に挿通し、図外の媒体供給装置に接続され、低温の媒体及び高温の媒体を切り換えて供給できるようになつている。なお、媒体流路７ａは、カプセル容器２の全外周に均一に配設してある。
【００２０】
媒体流路７ａに低温の冷媒を流し、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨを冷却し、水素吸蔵合金ＭＨに発熱反応である水素吸蔵反応を行わせ、また、媒体流路７ａに高温の媒体を流し、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨを加熱し、水素吸蔵合金ＭＨに吸熱反応である水素放出反応を行わせる。カプセル容器２の外周及び媒体流路７ａの外側並びにカプセル容器２の側面とタンク１との間の隙間は、タンク１に膨張力を作用させて変形させることなく、水素の吸収放出に伴うカプセル容器２の膨張・収縮を可能とするように、適切に設ける。なお、カプセル容器２の外面及び媒体流路７ａの外側とタンク１の内面との間にも適宜に通気性、弾性及び断熱性を有する緩衝材９を配置し、カプセル容器２を安定的に支持してある。
【００２１】
次に、作用について説明する。いま、図１に示す４個のカプセル容器２が水素を吸蔵しない状態にあるものとする。このとき、カプセル容器２が相似形断面をなすタンク１に遊嵌されているので、カプセル容器２及び媒体流路７ａとタンク１との間にカプセル容器２の膨張変形を許容する隙間が形成されている。
【００２２】
この状態から、タンク１の出入口１ａを開放して図外の水素タンクに連通させると共に、媒体流路７ａに低温の冷媒を流し、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨを冷却しながら、水素吸蔵合金ＭＨに水素吸蔵反応を行わせる。媒体流路７ａを流れる冷媒による冷却は、カプセル容器２の短筒部２ａを介して、後述するように高密度で充填した金属からなる水素吸蔵合金ＭＨを熱伝導しながら水素吸蔵合金ＭＨの全体に効果的になされる。また、タンク１内の水素ガスも冷却され、対流又は緩衝材９を介した熱伝導を生じながら、各カプセル容器２の内部が短筒部２ａ及び側板２ｂを介して冷却される。
【００２３】
タンク１の出入口１ａから流入する水素ガスは、緩衝材９、端部の通気性を有する支持構造部材４及び中間部の通気性を有する支持構造部材６を通つて各カプセル容器２に流入し、通気性を有する支持構造部材３によつて中心軸線方向に分散されながら各カプセル容器２の水素吸蔵合金ＭＨに吸蔵される。水素吸蔵合金ＭＨの水素化に伴う膨張により、カプセル容器２が膨張変形するが、二重構造をなすタンク１との間の隙間の範囲で膨張し、タンク１内壁に過大な外力が作用することはなく、タンク１の変形が防止される。緩衝材９は、弾性的に圧縮される。水素を通す支持構造部材３，４，６も弾性的に圧縮される。
【００２４】
このように、カプセル容器２の膨張によつてはタンク１が変形しないため、カプセル容器２の内部に水素吸蔵合金ＭＨを可能な限り高密度で収容させ、水素の吸・放出量を増加させることができる。
【００２５】
カプセル容器２は、側板２ｂの環状の湾曲部２ｃよりも内径側の部分が効果的に膨張し、短筒部２ａの外径方向の膨張が抑制されながら、主として中心軸線方向に弾性変形しながら膨張変形する。すなわち、カプセル容器２の外径方向の膨張が短筒部２ａによつて抑制されながら、環状の湾曲部２ｃが変形して両側板２ｂが隙間の範囲で中心軸線方向の外側に膨張変形する。その際、端部の通気性を有する支持構造部材４及び中間部の通気性を有する支持構造部材６が若干圧縮変形を受ける。
【００２６】
十分量の水素が水素吸蔵合金ＭＨに吸蔵されたなら、出入口１ａを閉塞し、必要に応じてタンク１を水素の利用箇所に移動させ、出入口１ａを燃料電池等の水素利用装置に接続して使用に供する。水素の放出時には、媒体流路７ａに高温の媒体を流し、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨを加熱しながら、水素吸蔵合金ＭＨに水素放出反応を行わせる。媒体流路７ａを流れる加熱媒体による加熱は、カプセル容器２の短筒部２ａ等を介して、上述した冷媒による冷却と同様に、高密度で充填した金属からなる水素吸蔵合金ＭＨを熱伝導しながら水素吸蔵合金ＭＨの全体に効果的になされる。水素放出に伴い、水素吸蔵合金ＭＨが収縮するので、カプセル容器２が膨張時とは逆に収縮する。媒体流路７ａは、湾曲変形部７ｂにおいてカプセル容器２の収縮に追従して変形する。
【００２７】
水素吸蔵合金ＭＨから放出される水素ガスは、水素吸蔵合金ＭＨの粉粒の間を流通して、通気性を有する支持構造部材３、中間部の通気性を有する支持構造部材６及び端部の通気性を有する支持構造部材４を通つて各カプセル容器２の外部に流出し、カプセル容器２の周囲の緩衝材９を通つて出入口１ａから燃料電池等の水素利用装置に供給される。水素ガスは、媒体流路７ａによる加熱に応じて放出される。水素ガスが十分に放出されたタンク１は、上述したようにタンク１の出入口１ａを図外の水素タンクに連通させると共に、媒体流路７ａに冷媒を流し、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨを冷却しながら、水素吸蔵合金ＭＨに水素を吸蔵させ、繰り返し使用に供する。
【００２８】
このように、カプセル容器２及び媒体流路７ａとタンク１との間に隙間を形成し、タンク１を変形させることなく、水素の吸収・放出を可能としたので、カプセル容器２内ひいてはタンク１内に水素吸蔵合金ＭＨを高密度に充填することが可能となる。すなわち、水素吸蔵合金ＭＨを、予め、邪魔な媒体流路７ａ等を内部に多く有しないカプセル容器２に収容させるので、短筒部２ａに一方の側板２ｂのみを溶接固着させ、他方の側板２ｂを溶接固着させる前に水素吸蔵合金ＭＨを自由にカプセル容器２に収容させることができ、水素吸蔵合金ＭＨを収容させる作業が容易である。
【００２９】
また、水素吸蔵合金ＭＨによる水素の吸蔵・放出の繰り返しにより、水素吸蔵合金ＭＨが次第に微粉化するため、水素吸蔵合金ＭＨを粉粒状のままで充填するときは、生成された微細な合金粉末が下方へと次第に沈下し、タンク１内の水素吸蔵合金ＭＨの充填密度に次第に不均一を生じる傾向にある。充填密度に不均一が生じた場合、密度が大きくなつた箇所では水素吸蔵合金ＭＨの膨張により過大な応力が発生し、大きく局部変形させる。
【００３０】
これに対し、カプセル容器２に水素吸蔵合金ＭＨを高密度で充填したことにより、微粉化したときに沈降などによる偏在が起こり難く、カプセル容器２の異常変形なども起こり難くなる。従つて、カプセル容器２の周囲の隙間がカプセル容器２の膨張変形を許容し、タンク１自体の変形を防止することとも相まつて、長期の水素吸収放出操作によつてもカプセル容器２ひいてはタンク１の局部変形及び破損を生ずることなく、安定した運転が可能になる。媒体流路７ａの破損も防止される。
【００３１】
なお、この水素吸蔵合金ＭＨの微粉が沈降して偏在を生じた直後の水素吸蔵合金ＭＨの水素化に伴う膨張に際しては、カプセル容器２の下部が弾性変形又は塑性変形をしながら若干大きく膨張するが、カプセル容器２同士の間の隙間又はタンク１との間の隙間の範囲で膨張する。すなわち、カプセル容器２は、水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵・放出に伴う繰り返しの膨張・収縮に対しては、常時、主として弾性変形によつて追従し、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化に伴う局部変形に対しては、塑性変形も伴いながら追従することができる。従つて、カプセル容器２は、弾・塑性変形する。
【００３２】
このように、カプセル容器２内に十分量の水素吸蔵合金ＭＨを粉粒状のままで高密度に充填することが、微粉化した水素吸蔵合金ＭＨの粉末の移動を抑制し、ひいてはタンク１の局部膨張及び破損を防止することに役立つ。従つて、水素吸蔵合金ＭＨのタンク１内への収容量を増加させて、水素の吸・放出量を増加させることが可能になる。具体的には、図５（Ａ）に示す従来通常の合金充填率：約４０％から、図５（Ｂ）に示す高密度の合金充填率：約５０％（〜５５％）に高めることが可能になる。
【００３３】
また、タンク１内に複数個のカプセル容器２を配置すれば、側板２ｂからの冷却・加熱が促されるのみならず、所定量の水素吸蔵合金ＭＨを収容するカプセル容器２毎の膨張になるため、タンク１内での水素吸蔵合金ＭＨの偏在が更に良好に防止され、タンク１内の全体に渡り均一な膨張状態を達成させることが可能になる。特に、振動、衝撃などの荷重により生じる水素吸蔵合金ＭＨの重量に起因する荷重が複数個のカプセル容器２に分散されて支持されることになり、タンク１及びタンク１の内部に設置する媒体流路７ａの破損が防止される。なお、複数個のカプセル容器２を水平方向に配置すれば、水素吸蔵合金ＭＨの微粉の沈降は各カプセル容器２の円弧状内底部に生じ易く、また、複数個のカプセル容器２を垂直方向に配置すれば、水素吸蔵合金ＭＨの微粉の沈降は各カプセル容器２の円形状内底部に生じ易くなる。従つて、カプセル容器２の側板２ｂの湾曲部２ｃは、少なくともカプセル容器２の下端部に形成し、この部分での弾性変形又は塑性変形を積極的に許容すればよい。
【００３４】
更に、１つのカプセル容器２を１単位として、各種の長さのタンク１に対してカプセル容器２の個数を調節して対応することが可能となり、各種の大きさ（長さ）のタンクにおいて、カプセル容器２が収容されない無駄な空間を削減して、高密度充填を実現することができる。各カプセル容器２の直径及び水素吸蔵合金ＭＨの充填率を同じにして、各カプセル容器２の径方向の膨張量を同じにでき、更に、各カプセル容器２の中心軸線方向の長さを同じにすれば、各カプセル容器２で均一に膨張する。
【００３５】
このように、少なくとも１個のカプセル容器２をタンク１に遊嵌させて収容させることにより、タンク１の破損を防止しながら、水素吸蔵合金ＭＨを高密度に充填することが可能となるが、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化に伴う偏在を更に良好に防止するために、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨの粉体の移動を防止するように固形化することもできる。水素吸蔵合金ＭＨの固形化は、図６（Ａ）に示すように水素吸蔵合金ＭＨにＭｇ粉末、銅粉末の混在、銅めっきなどの充填材１１を付属させ、水素吸蔵合金ＭＨの粉体同士に充填材１１による接着性を付与することで実現可能である。この固形化させた水素吸蔵合金ＭＨを、図６（Ｂ）に示すようにカプセル容器２内に収容させる。
【００３６】
これにより、カプセル容器２内に水素吸蔵合金ＭＨが均一に充填されると共に、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化によるカプセル容器２内の偏在を更に良好に抑制することができるから、図６（Ｃ）に示すように、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨの水素吸蔵時の膨張が更に均一に得られ、カプセル容器２内壁に均一に力を作用させて、局部変形を防止できると共に、より大径のカプセル容器２を用いて水素吸蔵合金ＭＨの高密度充填が可能となる。
【００３７】
かくして、水素貯蔵時の水素吸蔵合金ＭＨの径方向の膨張を周方向で均一にして、タンク１の内容積の更なる有効利用が可能になる。従つて、同じ量の水素貯蔵では、タンク１の小型化が実現される。
【００３８】
図７には、カプセル容器２の内部に金属製（アルミニウム製）のフィン１０を設ける構造例を示す。このフィン１０は、中心部に通気孔１０ａを有する深い皿状をなし、外周筒部１０ｂがカプセル容器２の短筒部２ａの内壁に摺動自在に嵌合している。このフィン１０は、他方の側板２ｂを溶接固着させる前に、所定量の水素吸蔵合金ＭＨをカプセル容器２に収容させた状態で、外周筒部１０ｂをカプセル容器２の内壁に沿つて摺動させながら挿入し、収容した水素吸蔵合金ＭＨを高密度にした後に、残余の水素吸蔵合金ＭＨをカプセル容器２に収容させ、他方の側板２ｂを溶接固着させる。
【００３９】
この構造例によれば、フィン１０が、カプセル容器２と水素吸蔵合金ＭＨとの間の熱伝導部材として機能するので、加熱及び冷却手段７による水素吸蔵合金ＭＨの加熱及び冷却が効果的になされる。また、フィン１０は、外周筒部１０ｂがカプセル容器２の短筒部２ａの内壁に摺動自在に嵌合しているので、カプセル容器２の中心軸線方向の中央部に配置されていない場合であつても、水素吸蔵合金ＭＨの膨張・収縮量に応じてフィン１０が移動し、カプセル容器２の湾曲部２ｃの変形が円滑になされる。
【００４０】
なお、フィン１０’は、線状ないし帯状とし、図８に示すように両端部をカプセル容器２の短筒部２ａの内壁に固着させて移動不可能に設けることも可能である。線状ないし帯状のフィン１０’は、通気性を有する支持構造部材３との干渉を避けて配設する。この場合には、フィン１０’により、水素吸蔵合金ＭＨの膨張によるカプセル容器２の径方向の力を一部分担することになり、カプセル容器２の径方向の膨張を抑制させることができる。線状ないし帯状のフィン１０’をカプセル容器２の中心軸線方向の中央部以外の箇所に配置した場合には、水素吸蔵合金ＭＨの膨張・収縮に際し、環状の湾曲部２ｃが変形して側板２ｂが中心軸線方向に移動するとき、線状ないし帯状のフィン１０’の間を水素吸蔵合金ＭＨが移動する。
【００４１】
図９には、水素貯蔵用タンク１とカプセル容器２との間の隙間を、上端部よりも下端部が大きくなるように形成した構造例を示す。すなわち、カプセル容器２の下側に上側よりも厚く緩衝材９を配設し、カプセル容器２をタンク１内に偏心させて支持してある。緩衝材９は、通気性、弾性及び断熱性を有する。これによれば、カプセル容器２とタンク１との間の下部の隙間ａを上部の隙間ｂよりも大きく設定することになり、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化により生成された微細な合金粉末が沈下し、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨの充填密度に不均一を生じたときであつても、密度が大きくなつた下部でのカプセル容器２の局部変形が緩衝材９の大きな弾性変形によつて許容され、水素吸蔵合金ＭＨの膨張による過大な外力がタンク１に作用することが防止される。カプセル容器２の局部変形は、弾・塑性変形としてなされる。
【００４２】
なお、カプセル容器２は非円形に形成することも可能であり、カプセル容器２の上部（上半部）をタンク１よりも小径にし、下部（下半部）をタンク１よりも大径にすることができる。これによれば、緩衝材９を適宜に配置して、カプセル容器２とタンク１との間の下部の隙間を上部の隙間よりも大きく設定することができ、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化により生成された微細な合金粉末が沈下し、タンク１内の水素吸蔵合金ＭＨの充填密度に不均一を生じたときであつても、密度が大きくなつた下部でのカプセル容器２の局部変形が大きな隙間によつて許容され、水素吸蔵合金ＭＨの膨張による過大な外力がタンク１に作用することが防止される。
【００４３】
図１０、図１１には、カプセル容器２の内部を上下に仕切る金属板からなる少なくとも１枚のフィン２０を設ける構造例を示す。図１０は、フィン２０ａ，２０ｂを水平に配置して周囲をカプセル容器２の内面、少なくとも短筒部２ａに溶接固着し、カプセル容器２の内部を上下に隣接する室２Ａ，２Ｂ，２Ｃに区分し、複数の室２Ａ，２Ｂ，２Ｃに水素の吸蔵及び放出が可能な水素吸蔵合金ＭＨを充填してある。水平配置させる各フィン２０ａ，２０ｂは、通常の大きさの水素吸蔵合金ＭＨは通過させずに水素を通過させる複数の微細な通孔を有し、パンチングメタル状をなしている。水素吸蔵合金ＭＨの充填作業は、上述したように一方の側板２ｂ（図１上で左側）を短筒部２ａの一端に固着した状態で板状のフィン２０に沿つて行うことができるので、容易である。各フィン２０ａ，２０ｂは、支持構造部材３を避けて配置する。但し、水平配置させるフィン２０ａ，２０ｂは、水素を通過させる大きな通孔をフィン２０ａ，２０ｂの周辺部にのみ形成することも可能である。
【００４４】
この構造例によれば、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化により生成された微細な合金粉末の沈下が、主に各室２Ａ，２Ｂ，２Ｃ内で生じ、下側の室２Ｂ，２Ｃに移動する微細な合金粉末は水素通過用のフィン２０ａ，２０ｂの通孔のみからの少量となるので、カプセル容器２の内底部に集中することが防止される。これにより、長期使用によつてもタンク１内の水素吸蔵合金ＭＨの充填密度の過度の不均一を生じ難く、水素吸蔵合金ＭＨの膨張による過大な外力がタンク１に作用することが防止される。フィン２０は、カプセル容器２と水素吸蔵合金ＭＨとの間の熱伝導部材としても機能するので、加熱及び冷却手段７による水素吸蔵合金ＭＨの加熱及び冷却を効果的に行うことにも寄与する。
【００４５】
図１１は、１つのフィン２０ａを水平に配置し、２つのフィン２０ｃ，２０ｄを水平なフィン２０ａの下側にハ字状に配置し、カプセル容器２の内部を上下に隣接する複数の室２Ａ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆに区分し、各室２Ａ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆに水素の吸蔵及び放出が可能な水素吸蔵合金ＭＨを充填してある。２つのフィン２０ｃ，２０ｄは、１枚の金属板をＬ字状に折曲げ、端部をカプセル容器２の内面に溶接固着すればよい。各フィン２０ｃ，２０ｄは、上記フィン２０ａ，２０ｂと同様に通常の大きさの水素吸蔵合金ＭＨは通過させずに水素を通過させる複数の微細な通孔を有し、支持構造部材３を避けて配置してある。但し、傾斜配置させるフィン２０ｃ，２０ｄは、水素を通過させる大きな通孔を上部にのみ形成することも可能である。
【００４６】
この構造例によれば、水素吸蔵合金ＭＨの微粉化により生成された微細な合金粉末の沈下が、上下に位置する複数の室２Ａ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ内で主に生じ、隣接する室２Ａ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ間での微細な合金粉末の移動は、フィン２０ａ，２０ｃ，２０ｄの通孔を通じて少量が生じるのみであるので、カプセル容器２の内底部に集中することが防止され、図１０に示す構造例とほぼ同様の作用を得ることができる。
【００４７】
なお、これらの上下に仕切るフィン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、カプセル容器２の短筒部２ａ及び短筒部２ａの両端に設ける側板２ｂに隙間無く固着させて設けるため、カプセル容器２の側板２ｂの少なくとも下端部に湾曲部２ｃを形成させるとき、フィン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、湾曲部２ｃ及び側板２ｂの変形を阻害するように作用する。このため、側板２ｂに湾曲部２ｃを形成する場合には、フィン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを延性に優れる材料、又は側板２ｂ付近に湾曲部を有する波板等にて製作し、湾曲部２ｃ及び側板２ｂの変形を生じ易くすることが望ましい。フィン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが延性に乏しい材料の場合には、フィン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが固着する箇所付近以外で側板２ｂ等が大きく変形し、水素吸蔵合金ＭＨが微粉化して沈下した状態での水素吸蔵合金ＭＨの膨張を含む水素吸蔵合金ＭＨの膨張に追従する。
【００４８】
ところで、上記１実施の形態にあつては、タンク１の内部であつてカプセル容器２の外周に、水素吸蔵合金ＭＨを加熱又は冷却する加熱及び冷却手段７を備えさせたが、水素吸蔵合金ＭＨを冷却させて行う水素吸蔵が水素の使用箇所と異なる場所であるときは、タンク１の外部から冷却させて水素吸蔵を行わすことも可能であり、その場合には、タンク１の内部であつてカプセル容器２の外周に加熱手段（７）のみを装備させることが可能である。すなわち、タンク１の内部であつてカプセル容器２の外周には、少なくとも加熱手段（７）を装備させればよい。また、加熱及び冷却手段７の全体をタンク１の外部に配置させ、カプセル容器２内の水素吸蔵合金ＭＨを加熱及び冷却することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係るカプセル容器及び水素貯蔵用タンクによれば、次の効果を奏することができる。
請求項１，７に係る発明によれば、カプセル容器は、水素吸蔵合金の水素吸蔵時の膨張及び水素放出時の収縮に対して変形可能として、水素貯蔵用タンクに隙間を設けて収容させるので、カプセル容器の内部に水素吸蔵合金を可能な限り高密度で収容させ、水素吸蔵合金の微粉化に伴う沈下を抑制させながら、水素の吸・放出量を増加させることができる。その結果、水素量を同じとして水素貯蔵用タンクを小形化しながら、圧力容器としての水素貯蔵用タンクの損傷を防止することが可能になる。
【００５０】
カプセル容器は変形可能としてあるから、水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出に伴う膨張・収縮により、カプセル容器が膨張・収縮変形を繰り返しても損傷を受け難いが、カプセル容器が損傷を受ける恐れがある場合には、水素吸蔵合金を収容するカプセル容器の交換によつて対応することができ、水素貯蔵用タンクの長期使用が可能となる。
【００５１】
水素吸蔵合金の微粉化によつて充填密度が大きくなる箇所が存在する場合には、その箇所でのカプセル容器と水素貯蔵用タンクとの隙間を予め大きく設定しておくことにより、タンクが破損することを防止することができる。
【００５２】
請求項３に係る発明によれば、媒体流路を流れる媒体による加熱は、カプセル容器の外周面を介して、金属からなる水素吸蔵合金を熱伝導しながら水素吸蔵合金の全体に効果的になされる。
【００５３】
請求項５に係る発明によれば、フィンが、カプセル容器と水素吸蔵合金との間の熱伝導部材として機能するので、水素吸蔵合金の加熱及び冷却が効果的に行われると共に、水素吸蔵合金の微粉化により生成された微細な合金粉末の沈下が、上下に位置する複数の室内で生じるので、カプセル容器の内底部にのみ集中することが防止され、特に、振動や衝撃などを受ける環境での使用において、タンク内の水素吸蔵合金の充填密度の過度の不均一を生じ難くなり、水素吸蔵合金の膨張による過大な外力がタンクの内底部に集中的に作用することが良好に防止される。その結果、水素吸蔵合金の充填密度が大きくなつた箇所でタンク壁面の変形や最終的な破損を起こすことが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る水素貯蔵用タンクを示す断面図。
【図２】同じく図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】同じくカプセル容器の半部を示す断面図。
【図４】同じく加熱及び冷却手段を示す水素貯蔵用タンクの断面図。
【図５】同じくカプセル容器の充填状態を示す説明図であり、（Ａ）は通常充填を示す図、（Ｂ）は高密度充填を示す図。
【図６】同じくカプセル容器内の水素吸蔵合金の固形化を示す説明図であり、（Ａ）は水素吸蔵合金の固形化を示す図、（Ｂ）はカプセル容器内に水素吸蔵合金を収容した状態を示す図、（Ｃ）は水素吸蔵時を示す図。
【図７】同じくカプセル容器の内部にフィンを設ける構造例を示し、（Ａ）はカプセル容器の断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図８】同じくカプセル容器の内部に線状ないし帯状のフィンを設ける構造例を示す図７（Ｂ）と同様の断面図。
【図９】同じく水素貯蔵用タンクとカプセル容器との間の隙間を上端部よりも下端部が大きくなるように形成した構造例を示す図２と同様の断面図。
【図１０】同じくカプセル容器の内部をフィンによつて上下に位置する複数の室に区分する構造例を示す断面図。
【図１１】同じくカプセル容器の内部をフィンによつて上下に位置する複数の室に区分する他の構造例を示す断面図。
【符号の説明】
１：水素貯蔵用タンク、１ａ：水素の出入口、２：カプセル容器、２ａ：短筒部、２ｂ：側板、２ｃ：湾曲部、２ｄ：通気孔、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ：室、３：通気性を有する支持構造部材（水素を通す支持構造部材）、３ａ：フランジ部、３ｂ：ねじ部、４：端部の通気性を有する支持構造部材（水素を通す支持構造部材）、５：ナット、６：中間部の通気性を有する支持構造部材（水素を通す支持構造部材）、７：加熱及び冷却手段（加熱手段）、７ａ：媒体流路、７ｂ：湾曲変形部、９：緩衝材、１０：フィン、１１：充填材、２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）：フィン、ＭＨ：水素吸蔵合金、ａ：下部の隙間、ｂ：上部の隙間。
【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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