(57)【要約】【課題】高密度に充填された水素貯蔵材料の体積膨張を抑制する水素貯蔵装置の内容器を提供する。【解決手段】水素貯蔵材料３０を充填され、水素貯蔵装置に収容される水素貯蔵装置の内容器１であって、一端が閉じた円筒状に形成され、開口端に雌ネジ部を有する容器本体１０と、容器本体１０の雌ネジ部１５に螺合する雄ネジ部２５を有する円板状の蓋２０と、を備える。高密度に充填した水素貯蔵材料３０は水素吸蔵時に膨張し、内容器１の内部から蓋２０を押し上げる。このとき、各ネジ部の噛み合いにより蓋２０と容器本体１０とが強固に連結されているため、水素貯蔵材料３０の膨張を防止することができる。その結果、水素貯蔵材料３０が欠けたり割れたりすることを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵材料を充填され、水素貯蔵装置に収容される水素貯蔵装置の内容器であって、
一端が閉じた円筒状に形成され、開口端に雌ネジ部を有する容器本体と、
前記容器本体の雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を有する円板状の蓋と、を備えることを特徴とする水素貯蔵装置の内容器。
【請求項２】
前記蓋の一方の主面には、前記容器本体に螺合するために用いる操作溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の水素貯蔵装置の内容器。
【請求項３】
前記蓋の一方の主面には、前記容器本体に螺合するために用いる操作用の突出部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の水素貯蔵装置の内容器。
【請求項４】
前記蓋は、前記容器本体に螺合されたときの容器内側の内層および容器外側の外層からなるバイメタル構造を有し、
前記内層の材料の熱膨張率が、前記外層の材料の熱膨張率より大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素貯蔵装置の内容器。
【請求項５】
前記容器本体の雌ネジ部は、緻密質に形成されており、
前記容器本体の側壁部は、多孔質に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の水素貯蔵装置の内容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵材料を高密度で充填できる水素貯蔵装置の内容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素貯蔵材を容器に充填し、水素の吸蔵および放出を行なう水素貯蔵装置が知られている。水素貯蔵装置では、水素の充填効率を向上させることが課題である。たとえば、複数の熱媒配管やフィルターなど配置している水素貯蔵装置が知られている。しかし、このような水素貯蔵装置では、内部構造が複雑であり、容器に粉体状の水素貯蔵材料を詰め込む必要があり水素貯蔵材料を容器内に高密度で充填することができない。
【０００３】
これに対し、水素貯蔵材料の成形体を内容器に入れることで容易に水素貯蔵材料を高密度で充填できる水素貯蔵用容器が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１記載の水素貯蔵装置は、外容器に成形体を充填した内容器を収容している。このようにして、水素貯蔵材料の高密度充填を達成している。
【特許文献１】特開２００７−１７０６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような水素貯蔵装置の内容器では内部の成形体が加熱により膨張し、成形体が歪んで割れるおそれがある。成形体が割れたり欠けたりした場合には、微粉化した粉体が生じ、バルブ等に詰まる可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高密度に充填された水素貯蔵材料の体積膨張を抑制する水素貯蔵装置の内容器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】
（１）上記の目的を達成するため、本発明に係る水素貯蔵装置の内容器は、水素貯蔵材料を充填され、水素貯蔵装置に収容される水素貯蔵装置の内容器であって、一端が閉じた円筒状に形成され、開口端に雌ネジ部を有する容器本体と、前記容器本体の雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を有する円板状の蓋と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
このように、本発明の水素貯蔵装置の内容器は、蓋を容器本体に螺合し、容器を閉じることができる。高密度に充填した水素貯蔵材料は水素吸蔵時に膨張し、内容器の内部から蓋を押し上げる。このとき、各ネジ部の噛み合いにより蓋と容器本体とが強固に連結されているため、水素貯蔵材料の膨張を防止することができる。その結果、水素貯蔵材料が欠けたり割れたりすることを防止できる。
【０００８】
（２）また、本発明に係る水素貯蔵装置の内容器は、前記蓋の一方の主面には、前記容器本体に螺合するために用いる操作溝が形成されていることを特徴としている。これにより、操作溝にドライバ等の器具を合わせて蓋を回し容易に蓋と容器本体を螺合することができる。操作溝には、たとえばプラス形状やマイナス形状のものが挙げられる。なお、主面とは板状部材の最も広い面をいう。
【０００９】
（３）また、本発明に係る水素貯蔵装置の内容器は、前記蓋の一方の主面には、前記容器本体に螺合するために用いる操作用の突出部が形成されていることを特徴としている。これにより、多角柱形状に適合するレンチ等を用いて容易に蓋と容器本体を螺合することができる。
【００１０】
（４）また、本発明に係る水素貯蔵装置の内容器は、前記蓋は、前記容器本体に螺合されたときの容器内側の内層および容器外側の外層からなるバイメタル構造を有し、前記内層の材料の熱膨張率が、前記外層の材料の熱膨張率より大きいことを特徴としている。
【００１１】
このように、蓋はバイメタル構造を有し、内層の材質の熱膨張率が外層の材質の熱膨張率より大きい。したがって、水素吸蔵時の加熱により温度が上昇したときには、蓋には容器内部に向かって凸に変形しようとする力が生じる。その結果、内部に圧力がかかり、水素吸蔵時の水素貯蔵材料の膨張を抑制することができる。
【００１２】
（５）また、本発明に係る水素貯蔵装置の内容器は、前記容器本体の雌ネジ部が、緻密質に形成されており、前記容器本体の側壁部が、多孔質に形成されていることを特徴としている。これにより、形状を崩すことなく容器本体の開口端に雌ネジ部を形成することができ、開口端部分は、使用時に雌ネジ部にかかる応力に対して耐えられるだけの強度を維持することができる。一方、側壁部は多孔質であるため、水素の流通を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ネジにより蓋と容器本体とが強固に連結することで、圧密成形化し充填密度をあげた水素貯蔵材料が水素吸蔵時に起こす体積膨張を抑制できる。その結果、水素貯蔵材料が欠けたり割れたりすることを防止でき、微粉化した粉体を生じさせず、水素吸放出を繰返しても充填密度を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
（実施形態１）
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ水素貯蔵装置４０の内容器１の斜視図、断面図である。図に示すように、内容器１は、容器本体１０および蓋２０を備えている。内容器１は、水素貯蔵材料３０を充填され、後述の水素貯蔵装置４０に収容される。
【００１６】
容器本体１０は一端が閉じた円筒状に形成され、開口端にネジ溝の切られた雌ネジ部１５を有する。容器本体１０は、ＳＵＳ、アルミニウム、銅等の金属製であり、その雌ネジ部１５は、緻密質に形成されているのに対し、容器本体１０の側壁部１１は、多孔質に形成されている。これにより、容器本体１０の開口端にネジ溝を形成し雌ネジ部１５を設けることができ、ネジ溝部分にかかる応力に対して耐えられるだけの強度を維持することができる。一方、側壁部１１は多孔質であるため、水素の流通を高めることができる。なお、多孔質金属の部材は、金属を含む発泡樹脂を処理することで形成することができる。容器本体１０の底部１２は、緻密質であることが好ましいが、多孔質であってもよい。
【００１７】
蓋２０は、容器本体１０と同じ材質で円板状に形成され容器本体１０の雌ネジ部１５に螺合する雄ネジ部２５を有する。これにより、内容器１は、蓋２０を容器本体１０に螺合し、容器を閉じることができる。その結果、高密度に充填した水素貯蔵材料３０に水素を吸蔵させる際の水素貯蔵材料３０の膨張を蓋２０により抑制することが可能になる。そして、水素貯蔵材料３０が欠けたり割れたりして、微粉化することが防止される。容器本体１０および蓋２０は、上記の例のようにいずれも高熱伝導性を有する材質により構成されており、水素貯蔵材料３０は効率よく水素の吸蔵および放出を行えるようになっている。
【００１８】
蓋２０の一方の主面２１には、突出部２２が設けられており突出部２２の上面には容器本体１０に螺合するために用いる操作溝２６が形成されている。突出部２２を設けることにより、蓋２０を螺合する操作が容易になり、取り扱いの手間が軽減される。操作溝２６は、たとえばプラス形状の溝やマイナス形状の溝に形成されることが好ましい。これにより、プラス形状の溝やマイナス形状の溝にドライバを合わせて容易に蓋２０を容器本体１０に螺合することができる。なお、溝の形状はプラス形状またはマイナス形状に限られず、六角形等の多角形状であってもよい。
【００１９】
上記のように構成される内容器１は、内部に水素貯蔵材料３０を充填され、水素貯蔵装置４０に収容されて使用される。水素貯蔵材料３０は、粉体のまま内容器１に収容されてもよいし、成形体にして収容されてもよい。粉体のまま内容器に収容する場合には、容器本体１０の側壁部１１のメッシュをさらに細かくするのが好ましい。水素貯蔵材料３０には、たとえばマグネシウムアミドと水素化リチウムをナノ複合化したＬｉ−Ｍｇ−Ｎ−Ｈ系水素貯蔵材料粉末を２００℃、真空下で加熱し、水素放出体としたものを用いることができる。
【００２０】
水素貯蔵装置４０は、水素の吸蔵および排出を行う装置であり、たとえば自動車や所定の設備等に設置されて用いられる。図２は、内容器１を収容した水素貯蔵装置４０を示す断面図である。水素貯蔵装置４０は、外容器４２内に複数の内容器１を収容する。外容器４２は、高耐圧性の容器であり、外容器蓋４５により密封される。水素貯蔵装置４０は、外容器蓋４５に設けられた水素流通口４８を通じて水素の吸蔵および排出を行う。その際には、外部の加熱機構（図示せず）によって外容器４２およびその内部が加熱される。なお、図２に示されている外容器４２は、加熱機構を内部に有さないが、熱媒管や熱伝導フィン等の加熱機構を内部に有していてもよい。
【００２１】
（実施形態２）
上記の実施形態では、蓋２０に突出部２２が設けられているが、突出部２２が設けられていなくてもよい。図３は、突出部２２のない内容器５１を示す斜視図である。図３に示すように、内容器５１の蓋６０は、突出部のない単純な円板状に形成されており、円周に雄ネジ部６５を有する。蓋６０の一方の主面６１上には、そのまま操作溝６６が設けられている。突出部がないことにより、内容器５１を水素貯蔵装置４０に収容する際に効率よく収容することができる。
【００２２】
（実施形態３）
また、上記の実施形態では、蓋２０に操作溝２６が設けられているが、操作溝２６に代えて突出部２２が操作用の外形を有していてもよい。図４は、蓋８０に操作用の突出部８２を有する内容器７１を示す斜視図である。蓋８０は、円板状に形成されており、円周に雄ネジ部８５を有する。そして、図４に示すように、蓋８０の一方の主面８１には、面上に操作用の突出部８２が設けられている。操作用の突出部８２の外周は、多角形状等、円以外の形状に形成されている。これにより、突出部８２の外周にレンチ等を噛ませて蓋８０を容器本体１０に螺合させることができる。操作用の突出部８２の外周形状は、たとえば６角形のような多角形状が好ましいが、楕円や一部が欠けた円等の形状であってもよい。
【００２３】
（実施形態４）
また、上記の実施形態では、蓋２０の材質は均一であるが、蓋がバイメタル構造を有していてもよい。図５（ａ）、（ｂ）は、蓋１００がバイメタル構造を有する内容器９１の断面図である。内容器９１は、容器本体１０および蓋１００から構成され、蓋１００は、円周に雄ネジ部１０５、一方の主面に操作溝１０６を有している。
【００２４】
蓋１００は容器本体１０に螺合されたときの容器内側の内層１０７および容器外側の外層１０８からなるバイメタル構造を有している。内層１０７の材質の熱膨張率は、外層の材質の熱膨張率より大きい。これにより、温度が上昇したときには、熱膨張差により蓋１００には容器内部に向かって凸に変形しようとする力が発生する。図５（ｂ）では、温度が上昇したときの蓋１００の変形を模式的に示している。水素吸蔵時には内容器９１の内部の水素貯蔵材料３０は膨張するが、温度上昇により蓋１００が内部に圧力をかけることで水素貯蔵材料３０の膨張を抑制することができる。たとえば、蓋１００の外層１０８には、鉄とニッケルの合金であるインバーを、内層１０７には銅−ニッケル−マンガン合金を用いることができる。その他、内層１０７には、銅もしくはニッケル等の金属、銅−亜鉛、ニッケル−銅、ニッケル−マンガン−鉄、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−モリブデン−鉄、もしくはマンガン−ニッケル−銅等の合金を用いてもよい。なお、蓋１００のバイメタル構造は、９．０〜２０．５×１０−６／Ｋの湾曲係数を有することが好ましい。
【００２５】
（実施形態５）
また、上記の実施形態では、内容器１の外形は円板または円柱形状であったが、中央に貫通孔を有するドーナツ型形状であってもよい。図６は、中央に孔を有する内容器１１１の斜視図である。図６に示すように、内容器１１１は、容器本体１２０および蓋１３０を有している。容器本体は、円筒形のカップとして形成され、中央に筒状部１２１を有し、筒状部１２１の軸側は孔１２２が形成されている。一方、蓋１３０も、容器本体１２０の形状に合わせて中央に孔１３２を有している。この孔１３２は、容器本体１２０の筒状部１２１の外周に適合するように設けられている。蓋１３０が、一方の主面１３１に操作溝１３６を有し、円周に雄ネジ部１３５を有するのは、上記の実施形態と同様である。
【実施例】
【００２６】
水素貯蔵材料３０を内容器１に充填し、水素貯蔵装置４０による水素の吸蔵および放出を行い、内容器１内部の水素貯蔵材料３０の異常の有無を確認する実験を行った。以下に、実施例としてこの実験を説明する。
【００２７】
内径２５ｍｍ、高さ１５ｍｍの円筒形の内容器１を用いた。雌ネジ部１５をＳＵＳ製フレームで形成し、側壁部１１を金属メッシュの内側に多孔質金属体を嵌め込んだ構造体で形成した容器本体１０を用いた。側壁部１１は、多孔質金属体を嵌め込むことで粉体がはみ出ることを防止している。蓋１００には、バイメタル構造の蓋を使用した。蓋１００の外層１０８（低膨張率側）には鉄とニッケルの合金であるインバーを用い、内層１０７（高膨張率側）には銅−ニッケル−マンガン合金を冷間圧延した厚さ２ｍｍの層を用いた。このようにして形成されたバイメタル構造の湾曲係数は、２０×１０−６／Ｋである。なお、蓋１００は内層１０７（高膨張率側）が下面になるように容器本体１０にねじ込んで固定した。
【００２８】
水素貯蔵材料３０には、マグネシウムアミドと水素化リチウムをナノ複合化したＬｉ−Ｍｇ−Ｎ−Ｈ系水素貯蔵材料粉末を２００℃、真空下で加熱し、水素放出体としたものを用いた。この水素放出体を用いる際には、内容器１の内部の形状にペレット化した。このようにして作製されたペレット状の水素貯蔵材料３０を容器本体２０に充填し、バイメタル構造の蓋１００を水素貯蔵材料３０の上面に接触する程度まで締め付け固定した。なお、外容器４２としては、内径４５ｍｍのものを使用した。
【００２９】
次に、水素貯蔵材料３０を充填した内容器１を外容器４２に収容した。外容器４２内部を２００℃まで加熱し、水素を１０ＭＰａの圧力で導入し、水素貯蔵材料３０に水素を吸蔵させた。水素の吸蔵が完了した後、今度は外容器４２内部を２００℃にし、真空排気により水素を放出させた。この水素吸蔵および水素放出のサイクルを５回繰返した後、水素貯蔵材料３０を内容器１００から取出し外観観察を行った。その結果、水素吸蔵時の膨張、水素放出時の収縮を繰返してもペレット状の水素貯蔵材料３０は、ペレット形状を維持しており、初期の充填密度を維持していることが分かった。このように、水素の吸蔵および放出を行い、内容器１内部の水素貯蔵材料に異常がないことを実証した。
【００３０】
一方、比較例として、ペレット状の水素貯蔵材料３０を充填した容器本体１０を、蓋２０を閉めずに外容器４２に入れ、実施例と同様に実験した。この実験においても、水素吸蔵および水素放出のサイクルを５回繰返した後、外容器４２より取出し外観観察を行った。その結果、ペレット状の水素貯蔵材料３０は初期の形状を維持できず、体積膨張を起こし破断していた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）実施形態１に係る水素貯蔵装置の内容器の斜視図、（ｂ）実施形態１に係る水素貯蔵装置の内容器の断面図である。
【図２】内容器を収容した水素貯蔵装置を示す断面図である。
【図３】実施形態２に係る水素貯蔵装置の内容器の斜視図である。
【図４】実施形態３に係る水素貯蔵装置の内容器の斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）実施形態４に係る水素貯蔵装置の内容器の断面図である。
【図６】実施形態５に係る水素貯蔵装置の内容器の斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、５１、７１、９１、１１１  内容器
１０、１２０  容器本体
１１  容器本体の側壁部
１２  容器本体の底部
１５  雌ネジ部
２０、６０、８０、１００、１３０  蓋
２１、６１、８１、１３１  一方の主面
２２、８２  突出部
２５、６５、８５、１０５、１３５  雄ネジ部
２６、６６、１０６、１３６  操作溝
３０  水素貯蔵材料
４０  水素貯蔵装置
４２  外容器
４５  外容器蓋
４８  水素流通口
１０７  内層
１０８  外層
１２１  筒状部
１２２  容器本体の孔
１３２  蓋の孔
【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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