(57)【要約】共通のガス分配マニホールド（３）を有し、それにより全てのセル内において同じ圧力を維持する、複数の貯蔵セル（２）内に圧縮ガスを導入することにより、水素のような圧縮ガスが昇圧下で貯蔵される。セル内のリークのような現象により発生するようなセル内の突然の圧力減少に際して、任意のセル内のマニホールドの間のガスの流動はブロックされる。好ましくは、セルはモジュラー形態（１）に構成され、複数のセル（２）を含み、該モジュラー物質は好ましくは多孔質ガスアル物質で作られる。リークによりあるセル中の圧力が低くなったときに生ずる低圧、すなわちリークしたセルは、好ましくは、柔軟なゴム様物質で作られたクロージャー（４）によってマニホールド中の高いガス圧力によりブロックされ、該クロージャーはマニホールド（３）からセル（２）へと導かれる通路に面している。
2004515720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮ガスの貯蔵方法であって、該ガスを昇圧下において共通のガス分配マニホールドを有する複数の貯蔵セル内に導入することを含み、それぞれの貯蔵セル内の圧力が実質的に同じ昇圧下に維持されている方法。
【請求項２】
共通の分配マニホールドと貯蔵セルの１つとの間のガス流れを、該貯蔵セル内のリーク時に生じるような、共通の分配マニホールド内のガス圧力に対する該貯蔵セル内のガス圧力の低下に応答して遮断することをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
貯蔵されるガスを受容するための共通マニホールドチャンバー、および複数の貯蔵セルを含む圧縮ガスを貯蔵するためのシステムであって、それぞれの貯蔵セルが、それぞれの貯蔵セル内での貯蔵およびそれらからの貯蔵ガスの除去のための、該チャンバーからガスを受容するための共通のマニホールドチャンバーへの第１の開口末端を有し、該システムへのガスの導入と該システムからのガスの除去のための、該マニホールドチェンバーのための調節可能な出口を有するシステム。
【請求項４】
前記第１の開口末端から離れた前記各貯蔵セルのそれぞれの末端が、そのような貯蔵セル内に貯蔵されたガスを閉じこめるために閉鎖されている、請求項３記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項５】
前記第１の開口末端から離れた前記各貯蔵セルのそれぞれの末端が、該システムへのガスの導入と該システムからのガスの除去のための、調節可能な出口を有する第２の共通マニホールドチャンバーへ開口している、請求項３記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項６】
前記各貯蔵セルの主要な部分が該マニホールドチャンバーの外側に位置し、ある貯蔵セル中にリークが生じてその通路中に低圧が生じる場合にも起こり、それぞれの通路中のガス圧力がマニホールドチャンバー中のガス圧力よりも低くなったときに、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックし、該マニホールドチャンバーからそれぞれの貯蔵セルへのガスの流れをブロックするためのクロージャーを、該マニホールドチャンバーに入る該貯蔵セルの開口末端を通る通路に提供し、それによりマニホールドチャンバーからそれぞれのセルを分離し、システムの圧力低下および、マニホールドおよび残りの貯蔵セル中に貯蔵されたガスの損失を防止する、請求項３記載の貯蔵システム。
【請求項７】
前記各貯蔵セルの主要な部分が該マニホールドチャンバーの外側に位置し、ある貯蔵セル中にリークが生じてその通路中に低圧が生じる場合にも起こり、それぞれの通路中のガス圧力がマニホールドチャンバー中のガス圧力よりも低くなったときに、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックし、該マニホールドチャンバーからそれぞれの貯蔵セルへのガスの流れをブロックするためのクロージャーを、該マニホールドチャンバーに入る該貯蔵セルの開口末端を通る通路に提供し、それによりマニホールドチャンバーからそれぞれのセルを分離し、システムの圧力低下および、マニホールドおよび残りの貯蔵セル中に貯蔵されたガスの損失を防止する、請求項４記載の貯蔵システム。
【請求項８】
前記各貯蔵セルの主要な部分が該両方のマニホールドチャンバーの外側に位置し、ある貯蔵セル中にリークが生じてその通路中に低圧が生じる場合にも起こり、それぞれの通路中のガス圧力がそれぞれのマニホールドチャンバー中のガス圧力よりも低くなったときに、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックし、該それぞれのマニホールドチャンバーからそれぞれの貯蔵セルへのガスの流れをブロックするためのクロージャーを、該それぞれのマニホールドチャンバーに入る該貯蔵セルの開口末端を通る通路に提供し、それによりマニホールドチャンバーからそれぞれのセルを分離し、システムの圧力低下および、マニホールドおよび残りの貯蔵セル中に貯蔵されたガスの損失を防止する、請求項５記載の貯蔵システム。
【請求項９】
マニホールドチャンバーへのチューブの開口末端を介する通路が該チャンバー内の共通平面で終了し、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックするためのクロージャーが、該チャンバー中に、該通路が終了する平面に隣接する平面に配置された柔軟なゴム様膜を含む、請求項６記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１０】
マニホールドチャンバーへのチューブの開口末端を介する通路が該チャンバー内の共通平面で終了し、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックするためのクロージャーが、該チャンバー中に、該通路が終了する平面に隣接する平面に配置された柔軟なゴム様膜を含む、請求項７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１１】
それぞれのマニホールドチャンバーへのチューブの開口末端を介する通路が該それぞれのチャンバー内のそれぞれの共通平面で終了し、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックするためのクロージャーが、該それぞれのチャンバー中に、該通路が終了するそれぞれの平面に隣接する平面に配置された柔軟なゴム様膜を含む、請求項８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１２】
マニホールドチャンバーがチューブ状配置の中心コアを含み、貯蔵セルが該コアの周囲に放射状に配置され、該コアに隣接するそれぞれのセルの末端が該チャンバーに開いている通路中で終了し、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックするためのクロージャーが、中空スリーブの形態であるゴム様膜であり、該貯蔵チューブからの通路に隣接して位置し、該スリーブの一端は閉じられ、その反対側の末端はマニホールドチャンバーの部分に対して開かれ、該マニホールドチャンバーはガスをシステムに導入し、またはガスをシステムから除去するためのチャンバーに連通するための出口を有する、請求項６記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１３】
マニホールドチャンバーがチューブ状配置の中心コアを含み、貯蔵セルが該コアの周囲に放射状に配置され、該コアに隣接するそれぞれのセルの末端が該チャンバーに開いている通路中で終了し、任意の所定の貯蔵セルの通路を選択的にブロックするためのクロージャーが、中空スリーブの形態であるゴム様膜であり、該貯蔵チューブからの通路に隣接して位置し、該スリーブの一端は閉じられ、その反対側の末端はマニホールドチャンバーの部分に対して開かれ、該マニホールドチャンバーはガスをシステムに導入し、またはガスをシステムから除去するためのチャンバーに連通するための出口を有する、請求項７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１４】
調節可能な入口が該セルの少なくとも１つに提供され、共通のマニホールドを介してのガスの導入の間にガスが該入口を通してシステムに供給されることができ、共通のマニホールドを介して導入されたガスの圧力のために、そのようなガスがセルに流れることをクロージャーがブロックする傾向を低減させる、請求項６記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１５】
調節可能な入口が該セルの少なくとも１つに提供され、共通のマニホールドを介してのガスの導入の間にガスが該入口を通してシステムに供給されることができ、共通のマニホールドを介して導入されたガスの圧力のために、そのようなガスがセルに流れることをクロージャーがブロックする傾向を低減させる、請求項７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１６】
調節可能な入口が該セルの少なくとも１つに提供され、共通のマニホールドのいずれかを介してのガスの導入の間にガスが該入口を通してシステムに供給されることができ、そのような共通のマニホールドを介して導入されたガスの圧力のために、ガスがそのような共通のマニホールドからセルに流れることをそれぞれのクロージャーがブロックする傾向を低減させる、請求項８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１７】
該貯蔵セルの複数がセルラーモジュール中に配置されている、請求項３記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１８】
該貯蔵セルの複数がセルラーモジュール中に配置されている、請求項４記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項１９】
該貯蔵セルの複数がセルラーモジュール中に配置されている、請求項５記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２０】
該貯蔵セルの複数がセルラーモジュール中に配置されている、請求項６記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２１】
セルラーモジュールが多孔質物質で作られている、請求項１７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２２】
セルラーモジュールが多孔質物質で作られている、請求項１８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２３】
セルラーモジュールが多孔質物質で作られている、請求項１９記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２４】
セルラーモジュールが多孔質物質で作られている、請求項２０記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２５】
セルラーモジュールがガスアル物質で作られている、請求項２１記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２６】
セルラーモジュールがガスアル物質で作られている、請求項２２記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２７】
セルラーモジュールがガスアル物質で作られている、請求項２３記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２８】
セルラーモジュールがガスアル物質で作られている、請求項２４記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項２９】
貯蔵セルがガスアル物質で作られているセルラーモジュールで構成される、請求項６記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項３０】
セルラーモジュールがモノリシックプラスチック物質で作られている、請求項１７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項３１】
セルラーモジュールがモノリシックプラスチック物質で作られている、請求項１８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項３２】
セルラーモジュールがモノリシックプラスチック物質で作られている、請求項１９記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項３３】
セルラーモジュールがモノリシックプラスチック物質で作られている、請求項２０記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項３４】
セルラーモジュールが粉末冶金学法によりコンソリディトされた粉末物質で作られている、請求項１７記載のシステム。
【請求項３５】
セルラーモジュールが粉末冶金学法によりコンソリディトされた粉末物質で作られている、請求項１８記載のシステム。
【請求項３６】
セルラーモジュールが粉末冶金学法によりコンソリディトされた粉末物質で作られている、請求項１９記載のシステム。
【請求項３７】
セルラーモジュールが粉末冶金学法によりコンソリディトされた粉末物質で作られている、請求項２０記載のシステム。
【請求項３８】
貯蔵セルがシリンダー形状である、請求項３記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項３９】
貯蔵セルがシリンダー形状である、請求項１７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４０】
貯蔵セルがシリンダー形状である、請求項１８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４１】
貯蔵セルがシリンダー形状である、請求項１９記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４２】
貯蔵セルがシリンダー形状である、請求項２０記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４３】
セルが１０ミクロンから２０ミリメートルの範囲の直径を有する、請求項３８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４４】
セルが１０ミクロンから２０ミリメートルの範囲の直径を有する、請求項３９記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４５】
セルが１０ミクロンから２０ミリメートルの範囲の直径を有する、請求項４０記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４６】
セルが１０ミクロンから２０ミリメートルの範囲の直径を有する、請求項４１記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４７】
セルが１０ミクロンから２０ミリメートルの範囲の直径を有する、請求項４２記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４８】
貯蔵セルが、外側の非金属連続繊維ワインディングラップで覆われた耐ガス性ソリッドスキンで包まれている、請求項３記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項４９】
貯蔵セルが、外側の非金属連続繊維ワインディングラップで覆われた耐ガス性ソリッドスキンで包まれている、請求項６記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項５０】
セルラーモジュールが、外側の非金属連続繊維ワインディングラップで覆われた耐ガス性ソリッドスキンで包まれている、請求項１７記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項５１】
セルラーモジュールが、外側の非金属連続繊維ワインディングラップで覆われた耐ガス性ソリッドスキンで包まれている、請求項２０記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム
【請求項５２】
繊維ワインディングラップが炭素繊維で形成されている、請求項４８記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項５３】
繊維ワインディングラップが炭素繊維で形成されている、請求項４９記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項５４】
繊維ワインディングラップが炭素繊維で形成されている、請求項５０記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【請求項５５】
繊維ワインディングラップが炭素繊維で形成されている、請求項５１記載の圧縮ガスを貯蔵するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は圧縮ガスを容器に詰める方法に関し、さらにそのような容器詰めを行うシステムに関する。さらに、安全な環境中に水素及び他の潜在的に爆発性のあるガスを貯蔵する方法およびシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
圧縮ガス（主として水素）の安全で、能力が大きく、便利な貯蔵の方法の創造という問題は、水素エネルギー開発の最も重要な側面である（参考文献１−３）。現在利用できるいくつかの水素貯蔵方法は：
ガスシリンダー中の圧縮ガス状水素；
デュワーフラスコ中での低温の液体水素；
ハイドライド粉末キャニスター中の化学的に結合された水素；
カーボンナノチューブ中に物理的−化学的に吸着された水素；である（参考文献４−８）。
【０００３】
これらの方法のそれぞれには長所と短所がある。ハイドライド貯蔵物質は空気中で自然発火する可能性がある。それらは水素の蓄積と抽出に伴う複雑さを有する。最終的には、それらはあまりに高価で、水素貯蔵媒体として大スケールでの使用は考えられない。
【０００４】
最も便利な貯蔵方法は鉄製ガスシリンダー中の水素高圧（１５−２５ＭＰａ）貯蔵である。多くのタイプのガス貯蔵シリンダーがあり、それらは毒性または他の危険なガスまたは液体を収容する（参考文献９−１８）。これらのシリンダーは、簡単に充填しまたは空にすることができる。しかし、この方法の重要な欠点は、ガスの放出速度が爆発的に速くて危険なことである。第二の関連した鉄製ガスシリンダーの欠点は、貯蔵容量が限られていることである。衝撃、刺し、または破砕による損傷に対して安全を保証するため、圧力の保持のために必要とされるものよりも、より重く作られる。
【０００５】
本発明の目的と効果
本発明の主な目的は、圧縮ガスのための新規なセルラー貯蔵システム（ｃｅｌｌｕａｒ  ｓｔｒａｇｅ  ｓｙｓｔｅｍ）であって、安全と高能力を提供し、安価で、便利である、航空機および宇宙船での使用に適したシステムを創造することである。そのような貯蔵システムは燃料電池発電のための水素源として、陸上での乗り物にも使用することができる。
【０００６】
本発明の要約
本発明によれば、等しい容量の単一のガスシリンダーではなく、好ましくはモジュールとなっている、複数のガスタイトセル（ｇａｓ  ｔｉｇｈｔ  ｃｅｌｌ）を含む貯蔵システムを提供することにより、突然の全部のガスの放出の危険を低減し、したがって安全マージンを減らすことができる。その結果、貯蔵物の重量画分が非常に大きくなる。
【０００７】
基本的なガス貯蔵ブロックとしてセルラー構造を有する物質で形成された複数のセルを有する貯蔵システムを使用するアイデアは、本発明の好ましい態様の科学的および技術的な基礎である。
【０００８】
複数のセルラー組織は、単一のセルラー組織よりも、環境からの負の衝撃に対してより大きな安定性を示す。この原理が我々の発明の基本である。そのため、我々は、我々の新規な装置を安全なセルラー貯蔵容器（Ｓａｆｅ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｓｔａｒａｇｅ、以下ＳＣＳ）と名付けた。
【０００９】
本発明はまた、正常なセルから破壊されたガスの貯蔵セルを自動的に分離する手段を加え、ＳＣＳを全体として効率的に保つシステムの設計にも関する。この課題は以下に説明され、クレームされるシステムにより解決される。
【００１０】
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明を実施するためのガスのセルは、好ましくは以下が必要とされる：
１．それぞれのセル内のガスの総量は１０リットルをこえない（１気圧、２０℃において）；
２．セルの壁内の最適な応力分布を保証するため、好ましくはコンパクトなチューブ形状を有している；
３．セルの壁が貯蔵されるガスに対して非透過性である；
４．セルの壁はセル内部の高圧を保持できるように十分に強靱でなければならない；
５．セルの壁が貯蔵されるガスに対して化学的相互作用を起こさない；
６．それぞれのセルは、破壊の結果としてその内部のガス圧力の急激な減少の後、自動的に非常に早くそれを他のセルからシールすることのできる機構を有利に有する。
【００１１】
複数のセルラーモジュールは、以下をはじめとするを種々の物質を用いて、いくつかの異なる方法により作ることができる。
１．いつくかの天然の多孔質物質；
２．構造物中での必要なサイズおよび形状のセルの形成によるモノリシック構造から；
３．プラスチックの変形；
４．鋳造技術；
５．粉末冶金学的方法；
６．ラピッドプロトタイピング（Ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技術。
【００１２】
耐ガス性の壁を有する異なるチューブのセルラーモジュールを作ることも可能である。
新規な多孔質物質、特にはガスアル（ｇａｓａｒ）およびチューブ状の種々のものを使用して本発明を行うことは特に有利である。
【００１３】
本発明で使用されるモデルのガスの例として我々は水素を選択したが、このガスは航空機および輸送手段の使用のための配送が拡大しているからである。しかし、以下にまとめられた全ての計算と理由は、全ての他のガスについても同様に有効である。
【００１４】
ガスを加圧下に貯蔵システムに投入することを含む、圧縮ガスの貯蔵方法（安全なセルラー貯蔵容器、ＳＣＳ）は以下を含む：
１．ＳＣＳ中の全ての容量のガスを多数のガスセル中に分配し、それぞれのセルがガス体積を有するようにし、破壊の際にセルは破裂しない；
２．一方向のみに流れることによりガスがセルから出ることができるような態様で、セルの外部環境との連通が維持されている；
３．好ましい態様では、ガス流れの方向は、あるセルが破壊した際にこのセル内のガス圧力の低下を戻し、このセルを他のセルから分離し、それによりこれらの他のセル内で以前の高い圧力を保持するようにされる。
【００１５】
ＳＣＳは以下を含む（図３−１３）：
１．セルラーモジュール１はセルラー構造を有し、他のモジュール内の他のセルから分離されているガスのセル２を含み、その内部に主質量のガスが貯蔵される。
２．ガスでＳＣＳを満たし、および使用のためにガスを放出する機会を保証する、最低１つのコネクター３；
３．コネクター３とセルラーモジュール１の間に存在し、破壊されたセル２を残りのセルから瞬間的に自動的にシールすることを保証する、少なくとも１つのストップモジュール４。
【００１６】
セルラー構造は中断されていない（セルラーモジュール１の内側）セル２により形成され、球状放射状配向、シリンダー状放射状配向、または平行配列などの、幾何学的に類似した配向を有する。セル形状はチューブ状であるべきであり、シリンダー状、円錐形状、楕円状、不定形シリンダー状、三角形、矩形、正方形、または多角形であることができる。
セル壁は非透過性（耐ガス性）であるべきであり、１０ミクロンから最大２０ｍｍの平均断面サイズを有する。
【００１７】
ガスアルＳＣＳ
ガスアルとして知られる新規な多孔質物質（参考文献１９および２０）は、本発明にしたがって、水素のようなガスを貯蔵するためのセルを形成するためのほとんど全ての要求を満たす。高強度および材料の種々の構造（図１）は、なめらかにまるまったポア形状、鏡面平滑なポア表面仕上げ、およびインターポアスペース中のポロシティの非存在の結果である。さらなる利点はベース物質の清浄さである（参考文献９−１４）。本発明は爆発的なガス放出の危険がない、高圧水素貯蔵から得られる機会について示す。この目的のために、１から１０ｍｍの直径のシリンダー状または楕円状のポアを有し、ポロシティが６０−９０％であるガスアルを使用することが最も適当である。６０−９５ＭＰａの圧力下での水素の供給は、質量で水素４−８％の能力を有することができる。マイクロシリンダーに分割され、そのような貯蔵された水素は１００ＭＰａでさえ安全である。
【００１８】
図２はポアサイズとポア分率範囲とを、ガスアルと他の多孔質物質とで比較したものである。ガスアルのポアサイズは３０ミクロンから８ｍｍの間で所望により変化させることができ、ポロシティの量は８０％に到達することができる。これは他の多孔質物質とは、構造の多様性、および利用できるポアスペースパラメータにおいて相違し、さらにより安価なコストおよびより高い強度においても相違する。ポア壁表面はいつも清浄である。ほとんどの場合、大きな光沢を示すが、ときどき樹枝状結晶の成長のために完全には平滑ではない。インターポア壁は二次的なポロシティおよび望ましくない含有物を含まない。
【００１９】
平均ポア直径とポロシティの量との関係は、重要な構造特性である。ガスアルをはじめとする種々の多孔質金属についてのこれらのデータのまとめは図２に示される。非常に小さなポアサイズと大きなポイド分率の組み合わせを有する多孔質金属を作る方法は現在利用されていない。明らかに、存在する技術は、それらのそれぞれがエンジニアリング用途の特定の領域に適用可能である点で、補足的なものである。ガスアルの金属マトリックスは、鉄、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、銅、ベリリウム、およびそれらの合金であることができる。図３等に示されるように、ガスアルキャスティングが、ソリッドスキン（ｓｏｌｉｄ  ｓｋｉｎ）と多孔質のコアを有する多孔質−ソリッド混合構造を有することができることは特に重要である。
【００２０】
ガスアルの機械的試験は、直径１０ｍｍ以下の指向性のポアは、坐屈破壊に対する抵抗性が、同じ質量および組成を有するモノリシック物質に比べて優れていることを示した。一般に、これは材料を減らすことに寄与する。さらに、ガスアルは機械加工および常温成型の両者によく適合する。それらは公知の熱処理により硬くなる。それらはモノリシック物質よりも高いかまたは低い指向性の熱伝導率を有するように作ることができ、さらにそれらは振動および熱を吸収する良好な能力を有する。
【００２１】
本発明の貯蔵セル構造の１つの形態は、図３に示すように放射状シリンダー状セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳを利用する。このＳＣＳはソリッドスキン５、１つのコレクター３，中空スリーブまたはチューブの形態の薄いゴム膜壁で作られた１つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は円錐形状を有する。コレクター３はソリッドスキン５の開口部６において、セルラーモジュール１に接続している。
【００２２】
平行セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図４に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、１つのコレクター３、薄いゴム膜で作られた１つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２はシリンダー形状および異なる断面サイズを有する。
【００２３】
球状放射状セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図５に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、１つのコレクター３、１つの開放端を有する薄いゴムチューブで作られた１つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は円錐形状を有する。補給モジュール７が存在し、これはセルラーモジュール１にさらなる開口部８で接続している。このさらなる開口部８はストップモジュールを有しない。
【００２４】
ストップモジュール４（図６）は特別に設計された要素であり、「スマートラバー」と名付けられる。これは薄い（約１ｍｍ厚）ゴムフィルムまたはチューブであり、それは内部のガスセルの開口部を覆う。外側の壁５が破壊し１つないし複数のセル２からガスが漏れだした場合、このスマートラバー４はこの開放端部に緊密に追従し、損傷されていないセルからのガスの放出を防ぐ。
【００２５】
球状放射状セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図７に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、２つのコレクター３、薄いゴムチューブで作られた１つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は円錐形状を有する。補給モジュール７が存在し、これはセルラーモジュール１にさらなる開口部８で接続している。このさらなる開口部８はストップモジュールを有しない。
【００２６】
平行セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図８の左側に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、１つのコレクター３、薄いゴム膜で作られた１つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は楕円形状を有する。補給モジュール７が存在し、これはセルラーモジュール１にさらなる開口部８で接続している。このさらなる開口部８はストップモジュールを有しない。
【００２７】
平行セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図８の右側に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、１つのコレクター３、薄いゴム膜で作られた１つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は不定形シリンダー形状を有する。補給モジュール７が存在し、これはセルラーモジュール１にさらなる開口部８で接続している。このさらなる開口部８はストップモジュールを有しない。
【００２８】
平行セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図９の左側に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、２つのコレクター３、薄いゴム膜で作られた２つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は楕円形状を有する。補給モジュール７が存在し、これはセルラーモジュール１にさらなる開口部８で接続している。このさらなる開口部８はストップモジュールを有しない。
【００２９】
平行セルラーモジュール１を有するガスアルＳＣＳが図９の右側に示される。このＳＣＳはソリッドスキン５、２つのコレクター３、薄いゴム膜で作られた２つのストップモジュール４を有する。それぞれのガスセル２は不定形シリンダー形状を有する。補給モジュール７が存在し、これはセルラーモジュール１にさらなる開口部８で接続している。このさらなる開口部８はストップモジュールを有しない。
【００３０】
チューブ状ＳＣＳ
計算では、ＳＣＳのチューブ状デザインは非常に大きな水素貯蔵能力を有すことが示される。図１０は、貯蔵される水素の質量分率を、異なる物質で作られたチューブ状セル中の圧力の関数として示す。
【００３１】
チューブ状ＳＣＳの好ましい実施態様が図１１に示される。セルラーモジュール１はソリッドスキン５で覆われたひとまとめのチューブ（セル２）、コレクター３、薄いゴム膜で作られたストップモジュール４を有する。セル２は薄い壁９，および比較的小さな直径で、たとえば、丸、四角または多角形のような種々の断面を有する。ソリッドスキン５は耐ガス性であり、通常鉄、アルミニウムまたは高強度合金のような金属で作られている。構造物の機械的特性を改良し、それによりＳＣＳの能力を大きくするため、ソリッドなスキン５は好ましくは、外側の非金属連続繊維ワインディングラップ１０で覆われ、これは非常に大きな弾性モジュラストと引っ張り強度、および非常に低い密度を有し、好ましくは炭素繊維で形成される。他の適当な繊維としては、ガラス繊維、ザイロン、ケブラー、およびノメックスがあげられる。計算では、６ｍｍのボア直径、壁厚０．１ｍｍのチューブ状セルを、炭素繊維の層で１ｍｍの厚さに巻くと、ＳＣＳ能力は２．５倍に増大する。このデザインは、安価な低炭素鋼またはアルミニウムを耐ガス性ソリッドスキン５として使用することにより、ＳＣＳのコストを低減することも可能とする。炭素繊維のコストによる価格の上昇は、ＳＣＳの能力の増大により完全に相殺される。
【００３２】
上記の繊維ワインディングラップ構造のさらなる効果は、改良された安全性である。我々の実験では、セルの引き裂きが起こった場合、繊維ワインディングラップ１０はセルがいくつかの部分に破壊され、高速で異なる方向に散乱されることを防止することが観察された。その代わり、セルは２つの部分に破壊され、影響を受けていない繊維の残部により部分的に結束されていた。
【００３３】
チューブ状ＳＣＳは異なる長さおよび直径を有するチューブと組み合わせることができ、チューブの長さおよび形状は、セルラーモジュールがその配置（自動車ガスタンク、航空機の翼など）のための空間に対応した外形およびサイズを有するように選択される。１つの例が図１３に示される。
【００３４】
ＳＣＳは、それぞれのブランチが少なくとも１つのコレクターを有する循環系を提供するセルラーモジュールネットワーク中に配置される複数のセルラーモジュールを含むことができる（図１２）。
【００３５】
参考文献
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【００３６】
まとめ
圧縮水素および他のガスのための安全なセルラー貯蔵容器（ＳＣＳ）は、公知の設計と比較して、たとえば、操作が簡便であること、地球的または局所的なレベルで爆発性のガスの放出に対して安全であること、任意に水素を高速抽出できること、水素の高濃度（約５重量％）、および低コストであることなどの多くの効果を奏する。新規なＳＣＳ製造技術は、冶金学および材料科学における最近の成果に由来する。ＨＨＰＳは高強度多孔質金属及び合金の製造に関する新規な技術からなる。この技術は多くの形態の構造物の３次元キャスト製品を生産する。この新規なＳＣＳの目的は、７０−９０体積％のポロシティのレベルで、直径１−１０ｍｍの、長さ方向または半径方向に配向したシリンダー状のポアで、緻密かつ均一にパックされたステンレス鋼から物品をキャストすることである。この革新的な構造は貯蔵された水素をシリンダー内の多くの小さなエレメント内に分離し、アクシデントが発生した際に損傷されたエレメントのみがリークし、大規模な爆発の危険を減少させる。圧縮ガスシリンダーの独創的な安全設計は水素貯蔵におけるブレークスルーである。
【００３７】
ＳＣＳは陸上の乗り物、燃料電池、ポータブル水素プラズマ発生器およびマイクロ熱発生器に水素を供給するために使用することができる。燃料電池における使用および内燃エンジン内での直接の燃焼を介して、その使用はエコロジー的に清浄な燃料としての水素の利用を著しく拡大する。より安価な貯蔵器設計の使用により得られる直接的な経済的利点に加えて、エコロジー的環境の改善から得られる二次的な利益が存在する。この貯蔵方法の広範な利用は水素燃料の利用を増大させ、炭化水素の燃焼生成物による空気汚染の継続的な増加という現状を変えるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は本発明の種々の態様を実施するために使用されることできる、種々のガスアル構造を示す図である。
【図２】
図２は種々の多孔質金属におけるポアサイズとポロシティの量との関係を示す図である。
【図３】
図３はシリンダー状放射線状ポロシティを有し、補給モジュールを有しない、ガスアルＳＣＳのデザインを示す図である。
【図４】
図４は平行ポロシティを有し、補給モジュールを有しない、ガスアルＳＣＳのデザインを示す図である。
【図５】
図５は、球状放射線状ポロシティを有し、補給モジュールと１つのコレクターを有する、ガスアルＳＣＳを用いた複数セルの貯蔵システムの２つの面を示す図である。
【図６】
図６は操作中のストップモジュール（スマートラバー）の図である。
【図７】
図７は、球状放射線状ポロシティを有し、補給モジュールと２つのコレクターを有する、ガスアルＳＣＳのデザインを示す図である。
【図８】
図８は、楕円および不定形平行ポロシティを有し、補給モジュール、１つのストップモジュールおよび１つのコレクターを有する、ガスアルＳＣＳのデザインを示す図である。
【図９】
図９は、楕円および不定形シリンダー状平行ポロシティを有し、１つの補給モジュール、２つのストップモジュールおよび２つのコレクターを有する、ガスアルＳＣＳのデザインを示す図である。
【図１０】
図１０は、チューブ状ＳＣＳ中での水素分率と圧力との、異なるチューブ物質における関係を示す図である。
【図１１】
図１１は、チューブ状ＳＣＳのデザインを示す図である。
【図１２】
図１２は、ＳＣＳネット貯蔵システムデザインを示す図である。
【図１３】
図１３は、複雑な形をした、チューブ状ＳＣＳネットデザインを示す図である。
【符号の説明】
１：セルラーモジュール、
２：セル、
３：コレクター、
４：ストップモジュール、
５：ソリッドスキン、
６：開口部、
７：補給モジュール、
８：開口部、
９：薄い壁、
１０：繊維ワインディングラップ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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