(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス吸蔵能を備える炭素材層を金属の表面に有するガス吸着エレメントであって、一端が互い違いに塞がれたハニカム構造の金属体の一方の表面に前記炭素材層を有し、前記金属体の一方の表面にはガスが流通し、前記金属体の他方の表面には熱媒体が流通することを特徴とするガス吸着エレメント。
【請求項２】
請求項１に記載のガス吸着エレメントにおいて、前記金属体の前記他方の表面側に前記熱媒体を注入するためのパイプを挿入したことを特徴とするガス吸着エレメント。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス吸着エレメントにおいて、前記炭素材層は、高熱伝導性を備えることを特徴とするガス吸着エレメント。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のガス吸着エレメントにおいて、前記炭素材層は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ繊維、カーボンナノホーンまたはその他の炭素材料であることを特徴とするガス吸着エレメント。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のガス吸着エレメントにおいて、前記ガスは、水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、水分、硫化水素、ハロゲンガスまたは有機ガスであり、前記熱媒体は、水、空気、水蒸気、窒素またはアルゴンであることを特徴とするガス吸着エレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素ガスなどを高速で吸脱着するガス吸着エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、たとえば燃料電池自動車などの開発が進むにつれて、水素ガスなどを吸脱着可能なガス吸着エレメントが望まれている。このようなガス吸着エレメントとしては、たとえば炭素材などをフェルト状などに形成して使用することが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなガス吸着エレメントでは、水素ガスなどの吸脱着に伴う熱の出入りがスムーズに行われないと、吸着不良や発火などが発生するおそれがある。
【０００４】
この発明の課題は、水素ガスなどの吸蔵に最適で実用化に資することができるガス吸着エレメントを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るガス吸着エレメントは、ガス吸蔵能を備える炭素材層を金属の表面に有することを特徴としている。
この発明によれば、水素ガスなどを高速で吸脱着することができ、水素ガスなどの吸蔵に最適で実用化に資することができる。
【０００６】
ここで、前記炭素材層は、高熱伝導性を備えることが好ましく、前記炭素材層は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ繊維、カーボンナノホーンまたはその他の炭素材料であることが好ましい。
【０００７】
この発明に係るガス吸着エレメントは、前記炭素材層を表面に有する金属板が所定のピッチで放熱板に複数取り付けられており、前記金属板が取り付けられた側の前記放熱板の表面にはガスが流通し、前記金属板が取り付けられていない側の前記放熱板の表面には熱媒体が流通するように構成することが好ましい。
このような構成とすることで、体積当たりのガス吸蔵容量を大きく取ることができるとともに、金属板を通じて放熱し易い構造になり、放熱板と組み合わせることで放熱性を向上させることができる。
【０００８】
また、この発明に係るガス吸着エレメントは、前記炭素材層を表面に有する金属板が所定のピッチで金属管の外側に複数取り付けられており、前記金属管の外側にはガスが流通し、前記金属管の内側には熱媒体が流通するように構成することが好ましい。
このように構成することで、金属板と金属板との間にガスが容易に入り込み熱媒体によって発熱を除去することができる。
【０００９】
さらに、この発明に係るガス吸着エレメントは、前記炭素材層を金属管の外側に有し、前記金属管の外側にはガスが流通し、前記金属管の内側には熱媒体が流通するように構成することが好ましい。
【００１０】
また、この発明に係るガス吸着エレメントは、前記炭素材層を金属管の内側に有し、前記金属管の内側にはガスが流通し、前記金属管の外側には熱媒体が流通するように構成することが好ましい。
【００１１】
また、この発明に係るガス吸着エレメントは、熱媒体が流入する流入口を有する熱媒体流入室と、熱媒体が流出する流出口を有する熱媒体流出室と、水素などのガスが流入する流入口とこのガスが流出する流出口とを有するガス流通室と、前記ガス流通室内に平行に並べて配置され、前記炭素材層を表面に有する金属管とを備え、前記金属管の一端は、熱媒体流入室に接続されており、前記金属管の他端は熱媒体流出室に接続されていることが好ましい。
このように構成することで、ガス吸着時に発生する熱を熱媒体によって除去することができる。
【００１２】
さらに、この発明に係るガス吸着エレメントは、一端が互い違いに塞がれたハニカム構造の金属体の一方の表面に前記炭素材層を有し、前記金属体の一方の表面にはガスが流通し、前記金属体の他方の表面には熱媒体が流通するように構成ることが好ましい。
【００１３】
ここで、前記ガスは、水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水分、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、ハロゲンガスまたは有機ガスであり、前記熱媒体は、水、空気、水蒸気、窒素またはアルゴンであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
このガス吸着エレメント１は、ガス吸蔵能を有する炭素材層３を金属２の表面に有するエレメントであり、たとえば水素ガス等を吸脱着するガス容器内に設置して使用される。
【００１５】
ガス吸着エレメント１は、図１に示すように、金属箔などからなる金属２と、この金属２の両面にコーティングされた炭素材層（たとえばＣＮＴｓ＋マトリックス）３とから構成されている。炭素材層３は、水素吸蔵能と高熱伝導性とを兼ね備えるカーボンナノチューブ、カーボンナノ繊維、カーボンナノホーンまたはその他の炭素材料などの炭素材を含む膜である。炭素材層３としては、熱伝導率が約５３０〜４９８０（ｋ／Ｗｍ-1Ｋ-1）程度のものが好ましい。
【００１６】
（第２実施形態）
図２は、この発明の第２実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
このガス吸着エレメント４は、図１に示すガス吸着エレメント１が所定のピッチで放熱板５に複数取り付けられたエレメントである。この第２実施形態では、図１に示す金属２が板状に形成されている。放熱板５は、多数のガス吸着エレメント１を垂直に支持する支持板である。このガス吸着エレメント４では、ガス吸着エレメント１が取り付けられた側の放熱板５の表面５ａには、水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、水分、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、ハロゲンガスまたは有機ガスなどのガスが流通し、ガス吸着エレメント１が取り付けられていない側の放熱板５の表面５ｂには、吸蔵や脱離時の熱の出入りに必要な水、空気、水蒸気、窒素、アルゴンなどの熱媒体が流通する。
【００１７】
（第３実施形態）
図３は、この発明の第３実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図であり、図３（Ａ）は外観図であり、図３（Ｂ）は断面図である。
このガス吸着エレメント６は、炭素材層３を表面に有する金属板７が所定のピッチで金属管８の外側に複数取り付けられているフィンチューブ型エレメントである。金属板７は、図３（Ａ）に示すように、円環状に形成された金属箔（フィン）であり、金属管８の外周面に嵌合する。金属板７には、図３（Ｂ）に示すように、金属管８と嵌合する部分以外の表面に炭素材層３がコーティングされている。このガス吸着エレメント６では、金属管８の内側には熱媒体が通過し、金属管８の外側にはガスが通過する。
【００１８】
（第４実施形態）
図４は、この発明の第４実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
このガス吸着エレメント９は、炭素材層３を金属管８の外側に有するエレメントである。このガス吸着エレメント９は、金属管８の外周面に炭素材層３がコーティングされ形成されている。このガス吸着エレメント９では、金属管８の内側には熱媒体が通過し、金属管８の外側にはガスが通過する。
【００１９】
（第５実施形態）
図５は、この発明の第５実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
このガス吸着エレメント１０は、炭素材層３を金属管８の内側に有するエレメントである。このガス吸着エレメント１０は、金属管８の内周面に炭素材層３がコーティングされ形成されている。このガス吸着エレメント１０では、金属管８の内側にはガスが通過し、金属管８の外側には熱媒体が通過する。
【００２０】
（第６実施形態）
図６は、この発明の第６実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
このガス吸着エレメント１１は、熱媒体が流入する流入口１２ａを有する熱媒体流入室１２と、熱媒体が流出する流出口１３ａを有する熱媒体流出室１３と、水素などのガスが流入する流入口１４ａとこのガスが流出する流出口１４ｂとを有するガス流通室１４と、このガス流通室１４内に平行に並べて配置された複数のガス吸着エレメント９などから構成されている。金属管８の一端は、熱媒体流入室１２に接続されており、金属管８の他端は熱媒体流出室１３に接続されている。
【００２１】
（第７実施形態）
図７は、この発明の第７実施形態に係るガス吸着エレメントの外観図である。
図８は、この発明の第７実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
このガス吸着エレメント１５は、一端が互い違いに塞がれたハニカム構造の金属体１６の表面１６ａに炭素材層３を有するエレメントである。金属体１６は、塞ぎ板１６ｃによってハニカム構造の一端が互い違いに塞がれている。このガス吸着エレメント１５では、金属体１６の一方の表面１６ａにはガスが流通し、金属体１６の他方の表面１６ｂには熱媒体が流通する。この実施形態では、図８に示すように、金属体１６内に挿入されたパイプ１６ｄによって熱媒体を金属体１６内に注入するように構成することが好ましい。
【００２２】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、種々の変形または変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。たとえば、この第３実施形態では、金属管８の外周面に金属板７を溶接取付け、巻込取付け、展造成形または植込取付けなどによって固定してもよいし、フィン形状は円板以外にも星型や引き抜き加工などによって角形に形成してもよい。また、金属板７をスタッド状に形成して金属管８の外周面に溶接などによって固定してもよい。さらに、金属板７の形状を波状に形成したり、金属板７の表面に多数のピンや貫通孔を形成したり、金属板７に等間隔に多数の切れ目を形成したり、金属板７を折り曲げて表面にルーバーを形成してもよい。
【００２３】
この第６実施形態では、第４実施形態のガス吸着エレメント９を使用した場合を例に挙げて説明したが、第３実施形態のガス吸着エレメント６を使用してもよい。また、ガス室１４の長さ方向に沿って邪魔板を設置してもよいし、ガス室１４の長さ方向と直交する方向に複数の邪魔板を設置してもよい。
【００２４】
この実施形態では、ガス吸着時に放熱のために熱媒体を使用する場合を例に挙げて説明したが、これとは反対に、ガス放出時に熱を与えるために熱媒体を使用することもできる。
また、この実施形態では、水素ガス等のガス容器として適用する場合を例に挙げて説明したが、このガス容器は、たとえば燃料電池自動車の他、潜水艦、家庭用コジェネ、水素タンカー、圧力スイング法（ＰＳＡ）などに採用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によると、ガス吸蔵能を備える炭素材層を金属の表面に有するので、水素ガスなどを高速で吸脱着することができ水素ガスなどの吸蔵に最適で実用化に資することができる。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、炭素材層が高熱伝導性を備えるので、高温度の吸着熱の発生や発火を抑えることができる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、炭素材層がカーボンナノチューブ、カーボンナノ繊維、カーボンナノホーンまたはその他の炭素材料であるので、熱伝導性を向上させることができる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、炭素材層を表面に有する金属板が所定のピッチで放熱板に複数取り付けられており、金属板が取り付けられた側の放熱板の表面にはガスが流通し、金属板が取り付けられていない側の放熱板の表面には熱媒体が流通するので、体積当たりのガス吸蔵容量を大きく取ることができるとともに、金属板を通じて放熱し易い構造になり、放熱板と組み合わせることで放熱性を向上させることができる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、炭素材層を表面に有する金属板が所定のピッチで金属管の外側に複数取り付けられており、金属管の外側にはガスが流通し、金属管の内側には熱媒体が流通するので、金属板と金属板との間にガスが容易に入り込み熱媒体によって発熱を除去することができる。
【００３０】
請求項６記載の発明によれば、炭素材層を金属管の外側に有し、金属管の外側にはガスが流通し、金属管の内側には熱媒体が流通するので、簡単な構造により水素ガスなどを高速で吸脱着することができる。
【００３１】
請求項７記載の発明によれば、炭素材層を金属管の内側に有し、金属管の内側にはガスが流通し、金属管の外側には熱媒体が流通するので、簡単な構造により水素ガスなどを高速で吸脱着することができる。
【００３２】
請求項８記載の発明によれば、熱媒体が流入する流入口を有する熱媒体流入室と、熱媒体が流出する流出口を有する熱媒体流出室と、水素などのガスが流入する流入口とこのガスが流出する流出口とを有するガス流通室と、前記ガス流通室内に平行に並べて配置され、前記炭素材層を表面に有する金属管とを備え、前記金属管の一端は、熱媒体流入室に接続されており、前記金属管の他端は熱媒体流出室に接続されているので、ガス吸着時に発生する熱を熱媒体によって除去することができる。
【００３３】
請求項９記載の発明によれば、一端が互い違いに塞がれたハニカム構造の金属体の一方の表面に炭素材層を有し、金属体の一方の表面にはガスが流通し、金属体の他方の表面には熱媒体が流通するので、簡単な構造により水素ガスなどを高速で吸脱着することができる。
【００３４】
請求項１０記載の発明によれば、ガスは、水素、窒素、または有機ガスであり、熱媒体は、水、空気、水蒸気、窒素またはアルゴンであるので、ガス吸蔵能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
【図２】  この発明の第２実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
【図３】  この発明の第３実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図であり、（Ａ）は外観図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図４】  この発明の第４実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
【図５】  この発明の第５実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
【図６】  この発明の第６実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
【図７】  この発明の第７実施形態に係るガス吸着エレメントの外観図である。
【図８】  この発明の第７実施形態に係るガス吸着エレメントの構成図である。
【符号の説明】
１，４，６，９，１０，１１，１５  ガス吸着エレメント
２  金属
３  炭素材層
５  放熱板
５ａ，５ｂ  表面
７  金属板
８  金属管
１２  熱媒体流入室
１２ａ  流入口
１３  熱媒体流出室
１３ａ  流出口
１４  ガス流通室
１４ａ  流入口
１４ｂ  流出口
１６  金属体
１６ａ，１６ｂ  表面
１６ｃ  塞ぎ板
１６ｄ  パイプ
【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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