(57)【要約】液体水素貯蔵装置において液状燃料を第一の燃料吸蔵物質に燃料を貯蔵する第一の格納部分と、当該装置内で前記液体及びもしくは液状燃料と同じ燃料で気化した状態にある燃料を貯蔵する第二の格納部分とを設け、それらの境界領域にフイルタ状構造体を設けることでボイル・オフを解決する貯蔵装置の構成手段と貯蔵方法を提供する。超低温で燃料を充填して常温で貯蔵及びもしくは使用する貯蔵装置の構成手段と貯蔵方法を提供する。  さらに液体水素に代表される燃料を充填する場所を自動車のような燃料消費装置に該貯蔵装置を直接着脱もしくは交換する場所から完全に分離することによって、安全且つ簡単に液体水素に代表される燃料を燃料消費装置に供給できるシステム、を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともメタンの液化温度よりも低い温度で液体およびもしくは液状の燃料を充填して常温で貯蔵及びもしくは使用する燃料貯蔵装置において、該装置の内部には燃料吸蔵物質からなる第一の燃料格納部と燃料吸蔵物質がない第二の燃料格納部があり、第一と第二の燃料格納部の境界領域にはフイルタ状構造体があり、使用時には第一の燃料格納部の液体およびもしくは液状燃料が該フイルタ状構造体を通じて第二の燃料格納部に気化した状態で取り出されること、を特徴とする燃料貯蔵装置。
【請求項２】
１項において、該フイルタ状構造体は第一の燃料格納部を構成する第一の燃料吸蔵物質と一体化構成されており、該フイルタ状構造体で燃料が通る部分の寸法は、第一の燃料格納部の内径よりも１桁以上小さいこと、を特徴とする燃料貯蔵装置。
【請求項３】
２項において該燃料は液体水素であり、燃料吸蔵物質とフイルタ状構造体は少なくとも竹炭を含む原料が植物の繊維を炭化して生成された多孔質炭化物で少なくともその一部が構成されていること、を特徴とする水素燃料貯蔵装置。
【請求項４】
３項において、第二の水素格納部における水素の圧力が第一の水素格納部に存在する水素の圧力よりも高いことを、特徴とする水素燃料貯蔵装置。
【請求項５】
４項において、第二の水素格納部における水素の圧力が１２．９気圧よりも高いことを、特徴とする水素燃料貯蔵装置。
【請求項６】
少なくともメタンの液化温度よりも低い温度で液体およびもしくは液状の燃料を充填して常温で貯蔵及びもしくは使用する燃料貯蔵装置において、該装置の内部には第一、第二の燃料吸蔵物質がある部分と燃料吸蔵物質がない部分があり、第一の燃料吸蔵物質並びに第二の燃料吸蔵物質が夫々、第一、第三の燃料格納部、燃料吸蔵物質がない部分が第二の燃料格納部を構成しており第一と第二の燃料格納部並びに第三と第二の燃料格納部の境界領域にはフイルタ状構造体があり、充填時には液体およびもしくは液状燃料を少なくとも前記第一の燃料格納部に充填しており、
使用時には第一の燃料格納部の液体およびもしくは液状燃料が該フイルタ状構造体を通じて第二の燃料格納部に気化した状態で取り出されること、を特徴とする燃料貯蔵装置。
【請求項７】
６項において、第一、第二の水素吸蔵物質とフイルタ状構造体は少なくとも竹炭を含む原料が植物の繊維を炭化して生成された多孔質炭化物であること、特徴とする水素燃料貯蔵装置。
【請求項８】
少なくともメタンの液化温度よりも低い温度で液体およびもしくは液状の燃料を充填する燃料貯蔵装置の内部には第一の燃料吸蔵物質からなる第一の燃料格納部と燃料吸蔵物質がない第二の燃料格納部があり、第一と第二の燃料格納部の境界領域にはフイルタ状構造体があり、常温で使用時には第一の燃料格納部の液体およびもしくは液状燃料を該フイルタ状構造体を通じて第二の燃料格納部から気化して取り出すこと、を特徴とする燃料貯蔵方法。
【請求項９】
８項において、第二の水素格納部における水素の圧力が第一の水素格納部及びもしくは前記フイルタ状構造体に存在する水素の圧力よりも高いことを、特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項１０】
９項において、第二の水素格納部における水素の圧力が１２．９気圧よりも高いことを、特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項１１】
少なくともメタンの液化温度よりも低い温度で液体およびもしくは液状の燃料を充填する燃料貯蔵装置において、該装置の内部には第一、第二の燃料吸蔵物質がある部分と燃料吸蔵物質がない部分があり、第一の燃料吸蔵物質並びに第二の燃料吸蔵物質が夫々、第一、第三の燃料格納部、燃料吸蔵物質がない部分が第二の燃料格納部を構成しており第一と第二の燃料格納部並びに第三と第二の燃料格納部の境界領域にはフイルタ状構造体があり、常温で貯蔵及びもしくは使用時には該フイルタ状構造体を通じて第二の燃料格納部に気化した燃料を取り出すこと、を特徴とする燃料貯蔵方法。
【請求項１２】
１１項において、第一、第二の水素吸蔵物質とフイルタ状構造体は少なくとも竹炭を含む原料が植物の繊維を炭化して生成された多孔質炭化物であること、特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項１３】
液体水素を燃料とする燃料貯蔵装置を少なくとも自動車を含む燃料消費装置に搭載して燃料貯蔵装置に液体水素燃料を再充填する燃料システムにおいて該燃料貯蔵装置が消費された時には別個の燃料貯蔵装置を搭載すること、特徴とする液体水素燃料システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体水素に代表される超低温度で液体およびもしくは液状の燃料を充填して常温において貯蔵およびもしくは使用する燃料貯蔵装置、貯蔵方法並びにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の代表例として液体水素の状態で貯蔵する燃料貯蔵装置、貯蔵方法並びにシステムを説明すると、液体水素状態すなわち使用時よりは濃密な状態で貯蔵装置に充填した後で燃料として例えば自動車のような燃料消費装置で使用する時にはその液体水素の一部が気化した水素（水素ガス）を貯蔵装置から取り出して使用していた。
燃料が消費されて、前記燃料貯蔵装置が空になった時には燃料消費装置に該装置を搭載したままで、直接燃料である液体水素を再充填していた。
従来技術として、液体水素燃料貯蔵装置と水素吸蔵物質からなる別個の水素燃料貯蔵装置を設けて、前記、液体水素燃料貯蔵装置から気化した（ボイル・オフ）した水素を前記別個の水素燃料貯蔵装置に吸蔵させて前記２つの燃料貯蔵装置を組み合わせて燃料消費装置で使用することが知られている（特許文献１）。
また従来技術として、活性炭に液体水素を吸蔵させた文献がある（特許文献２）が、具体的に活性炭を用いた燃料貯蔵装置を自動車のような燃料消費装置に搭載して未使用時にも実用上充分な時間（例えば２４時間以上）の間、燃料貯蔵装置からボイル・オなしに水素を貯蔵した例は知られていない。
【特許文献１】特開平２０００−１１０９９４号
【特許文献２】特開平２００１−２２０１０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料として液体水素を例に本発明が解決すべき従来技術の課題を記述する。
液体水素の形で水素を貯蔵することは、軽量でありながら貯蔵密度が高いという利点はあるが、液体水素は貯蔵装置の外部からの熱浸入により未使用時にも気化しやすいという問題がある。
この場合貯蔵装置内の圧力が上昇し、気化した水素（水素ガス）を貯蔵装置外に排出しなければならない（ボイル・オフ）。すなわち、水素は気化すると液体水素の状態に比較して約８８０倍に圧力が高まる。
液体水素を超低温度の２０度Ｋ、１気圧の条件で容器に充填しても気化すると８８０気圧に達して圧力が高すぎて危険になるので気化した水素の一部を排出する必要がある。この排出する水素ガスは一日あたり貯蔵している水素量の１％程度もあり、水素の有効使用効率が低下するという問題があるうえ、水素ガスを排出することによる安全性の面でも問題があった。特に、自動車の燃料供給装置として液体水素を燃料とした該貯蔵装置を搭載した場合には、自動車を使用しない時におけるボイル・オフが最大の問題となっている。
従来技術で前記した活性炭を水素吸蔵物質として用いる装置と方法は活性炭の吸蔵効果として活性炭の持つ細孔を利用するので、気化水素よりは多くの水素を一時的には蓄えることができる利点を有する。
しかしながら、活性炭の構造にはその炭化材の原料である植物組織例えば竹の繊維組織における細胞部分と相似の構造を保持していないために、水素の吸蔵量には限界があり、また細孔の大きさも例えば竹をそのまま炭化した竹炭の細孔に比べるとその大きさが約１桁大きいために温度が上昇すると一時的に蓄えた水素がまた放出してしまう、課題があった。【０００４】
従来技術における第二の課題は、液体水素を燃料とした該貯蔵装置を自動車に代表される燃料消費装置へ着脱する際に安全面と操作面で問題があることである。すなわち、液体水素を貯蔵した貯蔵装置の燃料が使用（消費）されて空に近い状態になった時に、燃料（液体水素）を再充填するために、ガソリンの場合のガソリン・スタンドに相当する施設が必要である。液体水素の場合には、主に安全面から非常に複雑で高価な水素ステーション施設を設けて、そこに自動車の使用者が交換もしくは再充填のために立ち寄り専門家により再充填する必要があった。これらの水素ステーションは前記の理由から数も限られており、また都会におけないなどの問題があり、使用者にとって利便性が極めて悪い、課題があった。【０００５】
本発明はこのような点に着目してなされたもので、液体水素に代表される使用時の気化水素よりも約８８０倍濃密な液体及びもしくは液状で燃料を貯蔵装置に超低温で充填した後で装置の温度を徐徐に常温まで上昇させて常温で燃料を貯蔵することによって未使用時には長時間安定して貯蔵できて、使用時には気体燃料の形で供給できる燃料貯蔵装置ならびにその方法を提供する。更に本発明は該貯蔵装置が空になった時に自動車のような燃料消費装置に該貯蔵装置を安全且つ簡単に着脱できるシステムを提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために本発明は、液体水素に代表される使用時よりは濃密な燃料すなわち液体及びもしくは液状燃料を貯蔵装置内に貯蔵する状態において、前記液体及びもしくは液状燃料を燃料吸蔵物質に燃料を貯蔵する第一の格納部分と、当該装置内で前記液体及びもしくは液状燃料と同じ燃料で気化した状態にある燃料を貯蔵する第二の格納部分とを設ける。更にそれらの境界領域で且つ前記燃料吸蔵物質と一体された例えば、植物体の超細孔を持つ細胞壁に相当する構造を保持した炭化物からなるフイルタ状構造体を設ける。これらの構造によって、ボイル・オフなしに常温で液体及びもしくは液状の水素を貯蔵する装置並びに方法の手段を提供する。即ち前記第二の格納部分にある気化した燃料が、例えば、当該貯蔵装置が燃料を吸蔵（充填）する時点の温度から充填完了後で常温に至るまで温度が上昇する過程で第二の格納部分にある気化水素の圧力が上がることを利用して、前記、前記第一の格納部分に貯蔵されている燃料が前記フイルタ状構造体を通じて第二の格納部分に流出することを防止する。即ち常温において未使用時にも気化した燃料を貯蔵装置から外部に排出しなければならない従来の問題（ボイル・オフ）を解決する貯蔵装置の構成手段と貯蔵方法を提供する。特に、前記した気化水素の圧力が水素の臨界圧力１２．９気圧（３０Ｋ）よりも大きくすることでその効果（ボイル・オフ抑制）が非常に大きくできる手段を提供する。
換言すると第一の格納部分を構成する燃料吸蔵物質に超低温で吸蔵される液体水素に代表される使用時よりは濃密な燃料は、常温で貯蔵時においても当該燃料吸蔵物質内（例えば、植物組織の細胞壁を炭化した時の細胞内部に相当する閉じ込められた空間）で液体及びもしくは液状の多層の原子およびもしくは分子構造で吸蔵（貯蔵）されている貯蔵装置と貯蔵方法に係わる手段を提供する。本発明において第一と第二の格納部分の境界領域にあるフイルタ状構造体は前記燃料吸蔵物質と一体化された構造（例えば植物体の超細孔を持つ細胞壁に相当する構造を保持した炭化物）である。且つその部分に吸蔵する水素原子又は分子は前記吸蔵物質内の閉じ込められた空間における原子およびもしくは分子の層数よりははるかに少ない層であることでこの構造体を通じて燃料を前記閉じ込められた空間に吸蔵（貯蔵）させる。これによって、未使用時にも気化した燃料を貯蔵装置から外部に排出しなければならない従来の問題（ボイル・オフ）を解決する貯蔵装置と貯蔵方法に係わる手段を提供する。
ここで液状燃料とは、例えば燃料吸蔵物質として竹炭を用いた時にその原料である竹の細胞壁に相当する部分が炭化によって超微細細孔部が生じてそこに吸着した燃料（例えば水素）およびもしくは竹の細胞内部に相当する竹炭の空間部に当初は液体で充填されている（多層原子およびもしくは分子の状態で）。
充填終了後に貯蔵装置並びに燃料吸蔵物質の温度が上昇した後も当該空間が狭いので通常の気体と違う振る舞いをする（例えば露状の水素）。これはエントロピー・エンタルピーの理論に基づくものである。
この理論の導入によって従来の気液平衡論で常温では水素は気体でしか存在しないという考え方とは全く異なる状態があり得ることが説明できる。換言すると液状燃料とは、常温における気体燃料とは密度（比重）が少なくとも１桁違って大きい燃料である。従って、前記燃料吸蔵装置の閉じ込められた空間に貯蔵されている時には、前記燃料吸蔵装置の比重およびもしくは密度を計測すれば、気体燃料との違いが識別できる。【０００７】
さらに又本発明の別の手段は以下の通りである。前記、第一の格納部分ならびに第二の格納部分とは別に、第二の燃料吸蔵物質に燃料を貯蔵する第三の格納部分を当該装置内に設ける。前記第二の格納部分にある気化した燃料の圧力レベルを適切なレベル、つまり水素の臨界点（絶対温度３０Ｋ）における圧力１２．９気圧よりも少し高く例えば１３気圧に設定する。前記第一の格納部に貯蔵されている燃料が前記フイルタ状構造体を通じて第二の格納部に流出することを充分に防止する。同時にそれ以上に気化して圧力を高めようとする気体燃料部分は前記とは別個に設けられた、例えば、植物体の構造を保持した炭化物からなる第二のフイルタ状構造体（第二の燃料吸蔵物質と一体化した構造）を通じて第三の燃料格納部分にある第二の燃料吸蔵物質に一時的に吸蔵・貯蓄する。これによって気化した燃料の圧力を必要以上に高めない貯蔵装置と貯蔵方法に係わる手段を提供する。
さらに又本発明は、前記、第一の格納部分と第三の格納部分を構成する燃料吸蔵物質の量を適切に配分することで前記圧力レベルを制御して燃料を貯蔵する貯蔵装置と貯蔵方法に係わる手段を提供する。【０００８】
さらに又本発明は、該貯蔵装置に液体水素に代表される燃料を充填する施設を自動車のような燃料消費装置に該貯蔵装置を直接着脱もしくは交換する施設から完全に分離する（万一前記いずれかの場所で事故が生じても互いに被害が及ばない距離を離す）。これによって、燃料消費装置への燃料消費装置の交換には空になった該貯蔵装置を別の貯蔵装置と交換するだけで良い、安全且つ簡単に燃料を燃料消費装置に供給できるシステム手段を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水素エンジンや、燃料電池あるいは水素タービン等のような水素を燃料として消費する水素消費装置に水素を供給する水素貯蔵装置並びに貯蔵方法において、大部分の水素は液体およびもしくは液状水素の状態で前記水素吸蔵物質に常温貯蔵されており、貯蔵装置内で気化した水素が所定の圧力レベル以上に上がることを抑制できる。この結果、気化した水素を貯蔵容器から排出する問題（ボイル・オフ）を解決することができる。また、気化した水素を放出することがないので、安全性にも優れる。
［００１０］
素を貯蔵容器から排出する問題（ボイル・オフ）を解決することができる。また、気化した水素を放出することがないので、安全性にも優れる。【００１０】
本発明では、液体水素に代表される高濃度でエネルギー密度が高くて危険な液体もしくは液状燃料を用いた燃料貯蔵装置に燃料を充填する施設は従来のガソリンスタンドに近い施設のある場所から離れた場所で行われるので安全である。その一方で自動車のような燃料消費装置への当該燃料貯蔵装置の交換及びもしくは購入に置いては従来のガソリンスタンドに近い施設で出来るので燃料消費装置の使用者にとって利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
第１図
本発明の第一の実施形態で水素（液体水素及びもしくは液状水素）を充填した直後の示す水素貯蔵装置の概念断面図である。
第２図
本発明の第一の実施形態で水素（液体水素及びもしくは液状水素）を貯蔵して２４時間が経過した時点における貯蔵装置の概念断面図である。
第３図
本発明の第一の実施形態を示す図であり、水素吸蔵物質としての竹炭の構造図である。（ａ）は竹炭組織の斜視図、（ｂ）は竹炭組織の詳細斜視図（外観図）、（ｃ）は竹炭組織の詳細斜視図（一部内観図）である。
第４図
本発明の第二の実施形態を示す水素（液体水素及びもしくは液状水素）貯蔵装置の縦断面図である。
第５図
第４図においてＡ１，Ａ２線で切断した横断面詳細図である。
第６図
本発明の第三の実施形態を示す水素吸蔵物質としての竹炭の製法構造図の外部表面に塗布した段階の構造図であり、（ｂ）は（ａ）においての液化物が加熱によって膨張して気化しやすい部分だけが自己整合的に選択されて孔があいた水素吸蔵物質の構造図である。
第７図
本発明の第四の実施形態を示す貯蔵装置の充填、貯蔵、使用、再充填のサイクルを示すシステム・ブロック図である。
第８図
第７図の手順を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
【００１２】
０１、０３１：水素吸蔵物質で構成された液体水素格納部、０２１：水素吸蔵物質を含まない液体水素（充填当初）格納部、０２２：気化水素格納部、０５１、０５２：バルブ、０６：フイルタ状構造体（竹炭の超細孔部）、０１Ａ、０３１Ａ：竹炭吸蔵物質単位組織部分（竹の細胞内部に相当する空間）、０４、０４１、０４１Ｃ，０４１ＣＡ，０４１ＣＢ，０４１ＣＣ，０４１ＣＤ、４２：水素（液体水素及びもしくは液状水素）貯蔵装置、１０：真空部、１１：液体水素供給基地、１２：水素スタンド、１３：自動車、０１Ｂ：０１Ａの集合体と０２１からなる竹炭吸蔵物質のペレット、０７：コーテング材
０２１Ａ：０２１の外部表面
【発明の実施するための最良の形態】
【００１３】
図１、図２、図３は本発明の第一の実施形態を示す、水素（液体水素及びもしくは液状水素）貯蔵装置の概念断面図である。図３は水素吸蔵用物質として竹炭を使用した時の構造を説明する斜視図である。図３（ａ）は竹炭板片の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部で竹炭を構成する原料が竹の細胞壁に相当する部分の外表面斜視図でその部分に存在する超細孔を示している。図３（ｃ）は図３（ｂ）において上面を除いて内部（原料が竹の細胞内部に相当する部分の一部）を示す斜視図である。
図１から図３に至る全図において同じ機能を持つ部分は同一番号を付して説明の重複を避ける。
【実施例１】
【００１４】
まず、図１、図２、図３を用いて第一の実施形態を説明する。
図１、図２において、水素（液体水素及びもしくは液状水素）貯蔵装置０４はＳＵＳ系で厚さが３ｍｍの容器であり、その形状は直径が１ｍ、高さが５０ｃｍの円筒形状をしている。
０４の内部には、水素吸蔵物質であるペレット（平角状）０１（図３（ａ）のｘ＝約３ｍｍ、ｙ＝約１ｍｍ、ｚ＝約３ｍｍ）の竹炭からなる第一の水素格納部０１、液体水素部（充填時）０２１（図３（ａ））と気体水素部０２２から構成された第二の水素格納部、第一、第二の格納部の境界領域にある前記竹炭の細孔０６（図３（ｂ）で細孔径が約０．４ｎｍ、長さが約３ミクロン）を持つ炭化物からなる第一のフィルタ状構造体０６、バルブ１：０５１、バルブ２：０５２から構成される。
水素吸蔵物質０１は図３（ｃ）に示す、内径が約８０ミクロンのハニカム状の竹炭組織単位０１Ａの集合である。
又、０２１は竹炭原料である竹の導水管に相当する約１００ミクロンの通気路であるがここには液体水素を充填時には一時的には液体水素がたまっている。【００１５】
図１は当該装置０４に水素（液体水素及びもしくは液状水素）を１気圧で充填した直後（未使用で貯蔵開始時点）の当該装置０４の状態、図２は当該装置０４に水素（液体水素及びもしくは液状水素）を充填して貯蔵時間が２４時間経過して常温状態における当該装置０４の状態、を表す。【００１６】
以下に図１、図２、図３を用いて本発明における当該装置０４の構成と状態を説明する。
図１において、第一の水素格納部０１には第二の水素格納部を構成する０２１、０２２よりも多い全量の約９９％の水素（重量比）が充填されている。【００１７】
図１において、液体水素は０１と０２１に１気圧で充填された段階でほぼ同じ１気圧の気化水素が０２２に充填されて気液平衡状態となった。
液体水素を充填した後で当該装置０４並びに第一の水素格納体０１を徐徐に液体水素充填温度（２０Ｋ）から常温（３００Ｋ）まで昇温した。
充填直後には液体水素であった領域０２１も外部から当該装置０４への熱の侵入によって温度が上昇すると貯蔵開始後約３時間後にはそれらの液体水素は全て気化した。その結果、図２に示すように、０２１と０２２は一体化された気化水素の第二の水素格納部０２２と０２１となり、貯蔵開始（充填完了）後約２４時間で常温平衡状態になり、その時の気化水素の圧力は約１３気圧であった。【００１８】
前記したように第二の水素格納部０２１と０２２における気化水素の圧力は、貯蔵開始時点の液体水素温度で１気圧から常温で平衡状態になった２４時間後の約１３気圧まで徐徐に高める（第二の水素格納部０２１と０２２における気化水素の温度が上昇した結果）。この結果、第一の水素格納部０１から第一のフイルタ状構造体０６を通じて、気化しようとする水素の圧力よりも常に高い値に設定することにできた。この圧力：１３気圧は水素の臨界点（温度３０Ｋ）の圧力にほぼ相当する。すなわち、本実施形態では気化水素の圧力を前記値に設定することで、第一水素格納部０１にある水素を第二水素格納部０２１と０２２に実質的に排出させない圧力レベルに設定できることが特徴である。
その結果、第一の水素格納部０１から第二の水素格納部０２１と０２２への水素の排出を防ぎ、当該容器０４内の気化水素の圧力は１３気圧以内に保たれて当該容器０４の機械強度２０気圧以下が実現できた。この時、バルブ１：０５１、バルブ２：０５２を開いて気化水素を常温時に排出（ボイル・オフ）することを防止できた。
充填時の平衡圧力を前記の１気圧から充填途中で０．５気圧に下げることにより、貯蔵時の平衡圧力を前記の１３気圧から約半分に下げてもボイル・オフを抑制し得ることも確認した。
次に図１、図２を用いて本発明における水素（液体水素及びもしくは液状水素）貯蔵装置の使用方法を説明する。【００１９】
水素の初期充填
図１において、当該装置０４のバルブ１：０５１、バルブ２：０５２を開きそれらを真空ポンプ（図示していない）に接続して、第一、第二の水素格納部を真空状態にした。
次に当該装置０４を２０Ｋの温度に維持しながらバルブ１：０５１、バルブ２：０５２を０５１には１気圧の液体水素源（図示していない）、０５２は排液槽（液体水素は再利用する）に接続し０５１、０５２との間に圧力差をつけつつ水素（液体水素）を０５１から０５２へ徐徐に流した。その結果、第一の水素格納部０１は液体水素でほぼ満杯状態（約１気圧）になった。
当該装置０４に蓄えた水素の量をゲージ（図示していない）で計測した後でバルブ１：０５１、バルブ２：０５２を閉じた。
１．水素の貯蔵
液体水素を充填した後で当該装置０４並びに当該水素吸蔵物質０１を徐徐に液体水素充填温度（２０Ｋ）から常温（３００Ｋ）まで昇温した。
第二の水素格納部０２２は貯蔵開始から１分後で外部から当該装置０４への熱の浸入で温度が約５度上がった。第一の水素格納部０１も熱の浸入を受けたが熱容量が大きいために第二の水素格納部０２（０２１と０２２を合わせた空間）よりも温度の上昇は少なく約１度に留まった。０２１の部分における液体水素の一部は気化した。第一のフイルタ状構造体０６の効果で第一の水素格納部０１に充填された液体水素及びもしくは液状水素は第二の水素格納部の一部である０２１に排出されなかった。
この状態が常に維持されつつ、第二の水素格納部０２１と０２２にある水素だけが気化して圧力が上がり２４時間後には気化水素の平衡圧力が１３気圧で図２の状態になった。超低温で充填終了時点の１気圧から２４時間後の常温平衡圧力１３気圧に至るまで第一の水素格納部０１にある水素は第二の水素格納部０２１を経て０２２には流出しなかった。本実施例では水素の臨界点（３０Ｋ）の圧力１２．９気圧よりも高い圧力であったので水素吸蔵物質０１Ａから水素を殆ど完全に排出しない効果を確認した。【００２０】
３．水素の使用
図２において、当該装置０４の温度を約３５０Ｋに加熱した。次にバルブ１：０５１を開けて装置の圧力を１．５気圧に減圧すると、まず第二の水素格納部０２２から気化水素が排出された。続いて０２２が減圧された結果、第一の水素格納部から水素が境界領域の第一のフイルタ状構更にバルブ１：０５１から流出して水素消費装置（図示はしていない）で水素エネルギーとして利用できた。
【実施例２】
【００２１】
次に、図３、図４、図５を用いて第二の実施形態を説明する。
図４は貯蔵装置の縦断面図、図５は図４においてＡ１，Ａ２の切片で切断した横断面図である。図３、図４において、０１の第一の水素格納部分には竹炭の角状ペレット０３１（図３（ａ）でｘ＝約２ｍｍ、ｙ＝約５ｍｍ、ｚ＝約２ｍｍ）が充填されており、第三の水素格納部０３１の部分にも竹炭の角状ペレットを用いている。
第三の水素格納部０３１を構成する竹炭０３１Ａ（図示はしていない）は竹炭０１Ａよりも少し大きい超細孔部口径（約０．５ｎｍ）を持つ素材を使用している。それ以外は０１Ａと同じ単位構造である。第三の水素格納部の水素吸蔵部分０３１は後記するように、水素を一度充填した後で、バルブ０５１につないだ真空ポンプによってその水素の大部分を再び排出している。【００２２】
図４、図５において当該装置０４の大きさ（容積）は直径が約１ｍ、高さが５０ｃｍの円筒状装置であり、素材にはＳＵＳ系で厚さが約３ｍｍの鋼材を用いている。【００２３】
初期充填は当該装置を約０．０１気圧でまず４２０Ｋで続いて液体水素温度（２０Ｋ）で真空引きの後で、バルブ０５１を１．１気圧の液体水素源、バルブ０５２を排液槽（液体水素は再利用する）に接続して液体水素をバルブ０５１側から充填した。
平衡圧力が約１気圧で当該装置に液体水素が満杯になったことをゲージ（図は示していない）で確認後、バルブ０５１，０５２を一旦閉じた。
その後でバルブ０５１を真空装置へ接続した後で再びバルブ０５１を開いて竹炭０３１の部分から液体水素を排出した。
その結果、図４、図５に示すように水素吸蔵物質からなる第一の水素格納部０１、第三の水素格納部０３１部分を形成できた。
当該装置を液体水素温度から上昇させ始めると０２１や当該装置で竹炭の角状ペレット０１，０３１が詰まっていない部分０２１に相当する部分にあった液体水素は気化が始まり、液体水素充填後の約１時間で全て気化水素になった。
この第二の水素格納部０２１，０２２の圧力は貯蔵開始後１時間で約４気圧となった。
第二の水素格納部における気体水素の圧力が約４気圧になった時から、それ以上の気化水素は第三の水素格納部０３１へ吸蔵が始まった。
当該装置の周囲を室温まで温度を更に徐徐に自然上昇させた結果、貯蔵開始後約４８時間で前記気化水素部分０２１，０２２の圧力は約７気圧で平衡状態になった。【００２４】
続いて、当該装置を自動車に搭載して当該装置から気化水素を取り出して燃料として使用した。使用時の圧力は約２気圧一定になるようにバルブ０５１の圧力調整器（図は示していない）を調整して使用した。【００２５】
その後、当該装置を１ケ月間室温で放置したが、平衡圧力は前記と殆ど変化せず、当該装置の許容圧力２０気圧以下であったので、バルブを開けて気化水素の一部を外部へ排出するボイル・オフ処理は不要であった。
【実施例３】
【００２６】
図６（ａ）、（ｂ）は実施例１に示した水素吸蔵用物質（図３（ａ））において、水素吸蔵物質０１の表面が外部（即ち０２２）と直接接する部分において強度が劣化し易い、所謂、「弾け」の現象で破壊されるのを防ぐ構造を実現するための製造方法を示す構造斜視図である。
図６（ａ）において、０７は例えば、テフロンペーストであり、水素吸蔵用物質に液化物を充填した後でコーテングして被覆する。その後で、液化物を加熱して膨張させると０２１の部分が０１Ａの部分よりも体積が大きいので膨張度が大きいために０２１の表面部分０２１Ａが膨らんで最終的には図６（ｂ）のように穴が自己整合的に開く。
その後で０１，０２１に残された液化物を除去した後で実施例１のように水素を充填する。【００２７】
この構造を用いると、実施例１においては「弾け」を防ぐために常温まで昇温するのに徐徐に時間をかけた所要時間を約１桁短縮できた。
【実施例４】
【００２８】
次に図７、図８を用いて本発明の第三の実施形態を説明する。
図７は図１、図２で示した液体水素を充填した燃料貯蔵装置０４を燃料消費装置として自動車に搭載して使用する時の当該貯蔵装置０４への燃料（液体水素）の充填、貯蔵、使用、再充填の循環を表すシステム・ブロック図である。
図８は上記図７の手順を説明するためのフローチャートである。【００２９】
図７において、１１は液体水素供給基地、１２は水素スタンド、１３は自動車である。前記実施形態１、２、３における燃料貯蔵装置０４をカートリッジ形状にして自動車への着脱時の操作性を良くした装置をＨＳＣ（＝Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｔｏｒｅ  Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）：０４Ｃと称する（図示はしていない）。
０４ＣＡ，０４ＣＢ，０４ＣＣ，０４ＣＤは、当該ＨＳＣ：０４Ｃの状態を表す。【００３０】
図７において、液体水素供給基地１１と水素スタンド１２とは互いに完全に分離した場所（万一、前記いずれかの場所で事故が生じても互いに被害が及ばない少なくとも１００メートル以上離れた場所）に設置されている。【００３１】
図７のステップＳ１００において、当該ＨＳＣ：０４Ｃに最初に液体水素を充填する。その結果、当該ＨＳＣ：０４ＣはＨＳＣ：０４ＣＡの状態になる。【００３２】
ステップＳ１０１において、燃料を充填した０４ＣＡを水素スタンド１２に運ぶ。【００３３】
ステップＳ１０２において、自動車の使用者が０４ＣＡを購入してステップＳ１０３において、自動車に装着する。この状態の０４Ｃを０４ＣＢと称する。【００３４】
ステップＳ１０３において、自動車の使用者が０４Ｃを自動車で使用するか貯蔵（未使用の状態）する。
この状態の０４Ｃを０４ＣＣと称する。【００３５】
ステップＳ１０４において、自動車の使用者は０４ＣＣが空に近くなった時に使用者が自動車に乗って水素スタンド１２に行き、当該ＨＳＣ：０４Ｃを別のＨＳＣに交換する。空に近くなった状態の０４Ｃを０４ＣＤと称する。【００３６】
ステップＳ１０５において、水素スタンド１２、液体水素供給基地１１およびもしくはこれらとは別の業者が０４ＣＤを水素スタンド１２から水素供給基地１１へ運ぶ。【００３７】
ステップＳ１０６において、空になったＨＳＣ：０４ＣＤが未だ交換の必要がないかをチェックする。
交換の必要性は当該装置：ＨＳＣが温度サイクルによる機械強度の劣化が規定値に近づいたか否かで決まる。必要がなければ、ステップ１００に戻り液体水素を再充填する。【００３８】
ステップＳ１０６において、空になったＨＳＣ：０４ＣＤが交換の必要がある場合にはステップＳ１０７に進み、ＨＳＣ：０４Ｃを新規の装置に交換してステップ１００に戻り液体水素を再充填する。【００３９】
以上、第一実施例から、第四実施例までを説明してきたが、本発明の概念は実施例だけに留まらずこの分野の専門家が容易に想定されるあらゆる事例を含む。
即ち、水素吸蔵物質並びにそれと一体化構成されたフイルタ状構造体としては、竹炭以外に一般の植物を炭化した物質すなわち、ケナフ炭、椰子殻炭、木炭にも適用できる。古代植物の炭化物であるコークスや、炭を加工した活性炭、炭素を素材とするグラファイトにも適用できる。更に、炭化物以外でも多孔質物質であるゼオライトを用いても良い。更に、例えば本発明の実施例の水素吸蔵物質よりも更に小さいサイズの構造を持つ水素吸蔵物質を人工合成により生成して利用しても良い。
水素吸蔵物質の形状としては角状ペレット以外板状、棒状、粉状であっても良く更にそれらの組み合わせであっても良い。
前記角状ペレットもしくは板状の形状ではそのアスペクト比（例えば図３（ａ）のｘ、ｚとｙの比）は使用する条件（例えば、充填時間を短くすることと貯蔵時間を長くすることの優先度）で異なるので、使用する条件に対応して、１以上もしくは１以下であっても良い。
また、水素吸蔵物質（例えば図３（ａ））の外部表面に接する炭状フイルタ０６の組成は内部よりも多い珪素が炭の主要成分である炭素に含まれていても良い。実施例４のコーテング材としてはてフロン・ペースト以外に、例えば、竹炭や炭を生成する過程で出来るピッチ（タールの残留物）を塗布する、薄いグラファイトを粘着する、シリカを付着する、構造であっても良い。
更に、実施例１，２において液体水素温度で液体水素を充填した後常温までの昇温過程で気化した水素の一部をバルブから排出させて所定の圧力に保って常温で水素を貯蔵させても良い。
本発明は常温でボイルオフなしに燃料を貯蔵できることに特徴があるが、実用的には許容できる量（例えばガソリンの気化量）の気化は本発明の概念の範囲にある。
実施例では液体水素を例として説明したが、液体燃料は液化メタンであっても良い。
燃料を充填する時には燃料貯蔵装置０４を回転させて、その遠心力を利用して能率良く充填する概念も本発明の概念の範囲にある。
実施例では燃料消費装置として自動車を例に説明したが、家庭用自家発電装置、携帯電子機器の電源用途など通例の燃料消費装置であれば如何なる装置であっても良い。
水素吸蔵物質の形状の切り口がへき開面であっても良く、ペレット等は例えば比重により選別して用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
石油、石炭などの化石燃料の消費、天然ガスなどの消費によって炭酸ガスなどの温暖化ガス並びにＮＯＸなどの有害排気物の問題が地球規模で非常に深刻化している。また、化石燃料資源の枯渇も深刻化している。本発明によって、それらの大きな課題を克服して且つ新しい産業を興すことが可能である。
【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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【国際調査報告】
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