(57)【要約】金属水素化物格納システムのための熱交換器において、固体から液体へ熱を交換するための装置、ガスの吸収反応が内部で生じている圧力容器から熱を除去し、さらに、水素が金属水素化物中へ吸収されることにある。【解決手段】それぞれのモジュールは、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第１のプレートと、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第２のプレートとを含み、第１のプレートの第２の側と第２のプレートの第２の側とが接触してそれらの間に通路を形成する。この通路は、第１のポートに流体連通する入口と、第２のポートに流体連通する出口とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体と物質との間で熱を交換するための熱交換器において、
熱交換媒体を受けるための第１のポートと、
媒体を戻すための第２のポートと、
前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流路とを有するとともに内部を画定する圧力容器と、
前記内部に位置する複数の熱交換モジュールであって、それぞれの前記モジュールが他の前記モジュールと流体連通するとともに前記流路と流体連通する複数の熱交換モジュールとを備え、
それぞれの前記モジュールは、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第１のプレートと、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第２のプレートとを含み、前記第１のプレートの第２の側と前記第２のプレートの第２の側とが接触してそれらの間に通路を形成し、
この通路は、前記第１のポートに流体連通する入口と、前記第２のポートに流体連通する出口とを有することを特徴とする金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２】
前記第１のプレートが円形であり、前記第１のプレートのフィンが同心リングであることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３】
前記第２のプレートが円形であり、前記第２のプレートのフィンが同心リングであることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項４】
前記通路が曲がりくねった形状を有することを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項５】
前記入口又は前記出口のうちの一方が前記第１のプレート又は前記第２のプレートのうちの一方の外周に近接し、前記入口又は前記出口のうちの他方が前記第１のプレート又は前記第２のプレートのうちの他方の外周に近接することを特徴とする請求項４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項６】
前記通路がコイル形状を有することを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項７】
前記入口又は前記出口のうちの一方が前記第１のプレート又は前記第２のプレートのうちの一方の中心に位置されることを特徴とする請求項６に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項８】
前記通路は、約１ミリメートル未満の水力直径を有するマイクロチャンネルであることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項９】
前記第１のプレートのフィンが物質と接触し、前記第２のプレートのフィンが物質と接触することを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。  
【請求項１０】
複数の流体コネクタを更に備え、この流体コネクタのそれぞれは、１つのモジュールから媒体を受けて、その媒体を他のモジュールへ与えることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１１】
前記圧力容器内の物質の動きを最小限に抑えるために前記内部に配置される格納容器を更に備え、前記熱交換モジュールが前記格納容器内に位置されることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１２】
前記圧力容器は、約１００ｂａｒを上回る圧力差が前記圧力容器の壁の両側に作用するようにガスで加圧されることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１３】
前記物質が金属水素化物であることを特徴とする請求項１に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１４】
前記圧力容器は、ガスを除去する或いはガスを前記内部へ供給するための第３のポートを含むことを特徴とする請求項１３に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１５】
媒体と物質との間で熱を交換するための熱交換器であって、
外周を有するとともに、物質により取り囲まれるように適合されて構成される熱交換ハブを備え、
この熱交換ハブは、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第１の円形プレートと、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第２の円形プレートとを含み、前記第１のプレートの第２の側と前記第２のプレートの第２の側とがシール接触状態で接合してそれらの間に２つの端部を有する通路を形成し、
前記第１のプレートは、前記外周に近接して位置されて前記通路の一端と流体連通する第１の流体ポートを形成し、前記第２のプレートは、前記外周に近接して位置されて前記通路の他端と流体連通する第２の流体ポートを形成し、
前記第１の流体ポートは、前記第１のプレートが前記第２のプレートに接合された後に前記第２の流体ポートのほぼ反対側にあることを特徴とする金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１６】
前記第１のプレートのフィンが同心リングであることを特徴とする請求項１５に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１７】
前記第２のプレートのフィンが同心リングであることを特徴とする請求項１５に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１８】
前記通路が曲がりくねった形状を有することを特徴とする請求項１５に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項１９】
前記入口又は前記出口のうちの一方が前記第１のプレート又は前記第２のプレートのうちの一方の外周に近接し、前記入口又は前記出口のうちの他方が前記第１のプレート又は前記第２のプレートのうちの他方の外周に近接することを特徴とする請求項１８に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２０】
前記通路がコイル形状を有することを特徴とする請求項１５に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２１】
前記入口又は前記出口のうちの一方が前記第１のプレート又は前記第２のプレートのうちの一方の中心に位置されることを特徴とする請求項２０に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２２】
前記通路は、約１ミリメートル未満の水力直径を有するマイクロチャンネルであることを特徴とする請求項１５に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２３】
前記第１のプレートのフィンが物質と接触し、前記第２のプレートのフィンが物質と接触することを特徴とする請求項１５に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２４】
媒体と物質との間で熱を交換するための熱交換器において、
２つの端部と、熱交換媒体を受けるための第１のポートと、媒体を戻すための第２のポートとを有するとともに、内部を画定する圧力容器と、
前記第１のポートから前記第２のポートへの連続した流路を前記内部に形成する少なくとも１つのチューブであって、流路が、一端から他端へと延びる外側スパイラルと、他端から一端へと延びて外側スパイラル内に位置される内側スパイラルとを含み、内側スパイラルが前記第１のポート又は前記第２のポートのうちの一方と流体連通し、外側スパイラルが前記第１のポート又は前記第２のポートのうちの他方と流体連通する、少なくとも１つのチューブとを備え、
前記物質が、前記内側スパイラルを実質的に取り囲むとともに、前記外側スパイラルを実質的に取り囲むことを特徴とする金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２５】
前記外側スパイラル及び前記内側スパイラルは、前記物質が前記チューブの最も近い表面から２０ミリメートル未満となるように適合されて構成されることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２６】
前記外側スパイラルのピッチが前記内側スパイラルのピッチと同じであることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２７】
前記外側スパイラルのピッチが前記内側スパイラルのピッチよりも大きいことを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２８】
前記内側スパイラルと前記外側スパイラルとの間に配置される略多孔質の金属メッシュを更に備えることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項２９】
前記圧力容器は、ガスを除去する或いはガスを前記内部へ供給するための第３のポートを含むことを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３０】
前記チューブが前記圧力容器の中心線に沿って延びる略直線部を含み、直線部の一端が前記第１のポートから媒体を受け、直線部の他端が前記媒体を前記内側スパイラルへ供給することを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３１】
前記第１のポート及び前記第２のポートがそれぞれ前記圧力容器の同じ端部に近接することを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３２】
前記内側スパイラルが前記第１のポートから媒体を受け、前記外側スパイラルが前記媒体を前記第２のポートへ供給することを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３３】
前記圧力容器内の物質の動きを最小限に抑えるために前記内部に配置される格納容器を更に備え、前記チューブが前記格納容器内に位置されることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３４】
前記圧力容器は、約１００ｂａｒを上回る圧力差が前記圧力容器の壁の両側に作用するようにガスで加圧されることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３５】
前記物質及び吸収されるガスが金属水素化物であることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３６】
前記圧力容器は、ガスを除去する或いはガスを前記内部へ供給するための第３のポートを含むことを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３７】
前記外側スパイラル及び前記内側スパイラルは、前記物質が前記チューブの最も近い表面から２０ミリメートル未満となるように適合されて構成されることを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３８】
前記媒体が液体であり、前記チューブを通じた液体の流量が約１０リットル／分よりも多いことを特徴とする請求項２４に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項３９】
媒体と物質との間で熱を交換するための装置において、
２つの端部と、熱交換媒体を受けるための第１のポートと、熱交換後に媒体を戻すための第２のポートとを有するとともに、内部を画定する円筒状の圧力容器と、
前記第１のポートから前記第２のポートへの連続した流路を前記内部に形成する少なくとも１つのチューブであって、前記流路が、一端から他端へと延びる外側スパイラルと、他端から一端へと延びて前記外側スパイラル内に位置される略直線部とを含み、直線部が前記第１のポート又は前記第２のポートのうちの一方と流体連通し、前記外側スパイラルが前記第１のポート又は前記第２のポートのうちの他方と流体連通する、少なくとも１つのチューブとを備え、
前記物質が、直線部を実質的に取り囲むとともに、前記外側スパイラルを実質的に取り囲むことを特徴とする金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項４０】
前記圧力容器が約５インチ未満の内径を有することを特徴とする請求項３９に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項４１】
前記チューブの外径が約１／２インチであることを特徴とする請求項３９に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項４２】
前記チューブは、前記外側スパイラル内に位置される第１の中間スパイラルと、この第１の中間スパイラル内で直線部の周囲に位置される第２の中間スパイラルとを含み、前記チューブが物質を貫く４パス流路を形成することを特徴とする請求項３９に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【請求項４３】
前記直線部が前記第１のポートから前記媒体を受け、前記外側スパイラルが前記媒体を前記第２のポートへ供給することを特徴とする請求項３９に記載の金属水素化物格納システムのための熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属水素化物格納システムのための熱交換器に係り、特に粉末の冷却および加熱のため、とりわけ金属水素化物の加熱および冷却のための熱交換器に関する。
この出願は、ＭＩＣＲＯ−ＣＨＡＮＮＥＬ  ＨＥＡＴ  ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ  ＦＯＲ  ＭＥＴＡＬ  ＨＹＤＲＩＤＥ  ＨＹＤＲＯＧＥＮ  ＳＴＯＲＡＧＥと題される２００９年２月４日に出願された米国仮特許出願第６１／１４９，９２０号；ＣＯＩＬＥＤ−ＴＵＢＥ  ＨＥＡＴ  ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ  ＦＯＲ  ＭＥＴＡＬ  ＨＹＤＲＩＤＥ  ＨＹＤＲＯＧＥＮ  ＳＴＯＲＡＧＥと題される２００９年２月４日に出願された米国仮特許出願第６１／１４９，９３１号；ＣＯＩＬＥＤ  ＨＥＡＴ  ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ  ＦＯＲ  ＭＥＴＡＬ  ＨＹＤＲＩＤＥ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＳＹＳＴＥＭＳと題される２００９年６月５日に出願された米国仮特許出願第６１／１８４，６０８号；ＭＩＣＲＯＣＨＡＮＮＥＬ  ＨＥＡＴ  ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ  ＦＯＲ  ＭＥＴＡＬ  ＨＹＤＲＩＤＥ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＳＹＳＴＥＭＳと題される２００９年６月５日に出願された米国仮特許出願第６１／１８４，５９５号の優先権の利益を主張し、これらの全ては参照することにより本願に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
限られた化石燃料資源に対する益々高まる依存およびその結果として生じる汚染は、より安全なエネルギ将来像を求めて更に清浄な燃料資源の差し迫った必要性をもたらしてきた。１つの代替燃料源が水素である。燃焼によってエネルギを生成して汚染副生成物をもたらす化石燃料とは異なり、水素は、副生成物として水のみを形成する酸素との化学反応により消費される。したがって、水素は、次世代の自動車のための清浄な動力源として非常に大きな可能性を有する。
自動車は、燃料補給前に長い距離にわたって走行するために予め特定される最小質量の水素を必要とする。計算により明らかなように、約３００マイルにわたって車両を走行させるために７ｋｇの水素が使用される。大気の温度および圧力での水素の密度は０．０８３ｇ／Ｌであり、一方、７００ｂａｒの圧力では密度が３９．６ｇ／Ｌである。７００ｂａｒ限界は、高強度の軽量カーボン−ファイバ複合体タンクに関する圧力定格により設定される。更なる研究は、複合ファイバを強化して水素ガスを透過させないようにすることによりこの限界を高めることが求められる。前述した密度値は、７００ｂａｒでの７ｋｇの水素ガスが約２２０リットルを占めることを意味する。そのような体積は、あまりにも大きすぎるため、車両に積載して蓄えることができない。体積を許容できるレベルまで減少させるため、水素を極低温の液体状態で格納することができる。液体水素の密度は、２０．３Ｋで７０．８ｇ／Ｌであり、７００ｂａｒでの圧縮水素の密度のほぼ２倍である。したがって、極低温格納は、７ｋｇの液体水素を格納するために約１００リットルを使用する。液体水素格納の２つの欠点は、液化プロセスと関連付けられる高エネルギ消費、および、そのような低温での液体水素の断熱の困難性に起因する格納中の連続的なボイルオフである。
高圧ガス格納および極低温液体格納に対する他の有望な実用的代替案は金属水素化物の使用である。多くの金属（Ｍ）および合金は、水素と可逆的に反応して、金属水素化物を形成する。
Ｍ＋０．５×Ｈｘ  ⇔  ＭＨｘ＋熱
水素化（順方向）反応プロセスは水素を吸収して熱を解放し、一方、脱水素（逆方向）プロセスは、水素を解放するために熱入力を必要とする。水素化プロセスは、充填ステーションで車両に水素を充填する間に起こるプロセスである。脱水素プロセスは、金属水素化物中に蓄えられる水素が動力生成のための燃料電池で使用されるべく脱離されるときに起こる。水素化（蓄積）プロセスの速度および脱水素（放出）プロセスの速度はいずれも温度に大きく依存する。すなわち、これらは反応速度論的に推進する（ｋｉｎｅｔｉｃｓ−ｄｒｉｖｅｎ）。水素化プロセスは、プロセスが進行する反応によって発生される熱の急速な除去を含むことが好ましい。熱が効率的に除去されない場合には、温度が反応を遅らせ得るレベルまで上昇する。この温度限界は、異なる金属水素化物に関して異なり、自動車研究で現在検査される金属水素化物においては約８０℃である。脱水素プロセスは、化学熱力学に依存する温度まで金属水素化物を加熱することを含む。脱水素プロセスは加熱を伴わなければ起こり得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両において、熱は、充填ステーションで金属に水素を充填する間に発生される。燃料補給時間のための２０１５目標は５分未満である。そのような高速燃料補給速度を得るためには、高速水素化プロセスと関連付けられる高速発熱が効率的に除去されることが有益である。燃料補給速度が速い（すなわち、燃料補給時間が短い）と、発熱の速い速度に起因して、熱の除去が非常に困難である。燃料電池用途における金属水素化物からの水素のその後の解放は、特定の温度まで加熱することにより達成される。
金属水素化物の体積密度（金属水素化物の単位体積当たりの水素により占められる体積）は、液体窒素のそれに匹敵する。しかし、金属水素化物の主要な欠点は低い重量密度（金属水素化物の単位質量当たりに格納される水素の質量）である。そのため、小さい体積を占め且つ金属水素化物のために利用できる格納空間を十分に与える熱交換器は、水素化プロセスによって熱が発生されるときに熱を急速に且つ効率的に除去することが求められる。また、熱交換器は、高温で金属水素化物の熱膨張も許容しなければならない。
金属水素化物の作動圧力は温度に直接に関連付けられる。所定の温度において、作動圧力は、水素化プロセスが生じる平衡圧力よりも高くなければならない。平衡圧力は、金属水素化物の温度および熱力学的特性に依存する。作動圧力が増大すると、水素化プロセスが失速し始める温度限界が高くなる。前述した８０℃の温度に対応する平衡圧力を越えるには、金属水素化物の作動圧力が４００−５００ｂａｒの範囲にある必要がある。そのため、熱交換器は、そのような高い圧力に耐えるように設計されなければならない。
金属水素化物は、粉末状態で利用することができ、あるいは、任意の所望形状のペレットへと形成することができる。そのため、水素車両の熱交換器は、水素化プロセスおよび脱水素プロセスの効率を高める温度レベルを維持するために高圧で十分な冷却を行なうことができる金属水素化物用の格納装置である。
【０００５】
本発明の目的は、熱を除去するための、特に熱を粉末から液体へ伝える金属水素化物格納システムのための熱交換器装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、 
媒体と物質との間で熱を交換するための熱交換器において、 
熱交換媒体を受けるための第１のポートと、 
媒体を戻すための第２のポートと、 
前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流路とを有するとともに内部を画定する圧力容器と、 
前記内部に位置する複数の熱交換モジュールであって、それぞれの前記モジュールが他の前記モジュールと流体連通するとともに前記流路と流体連通する複数の熱交換モジュールとを備え、
それぞれの前記モジュールは、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第１のプレートと、２つの側と第１の側から延びる複数のフィンとを有する第２のプレートとを含み、前記第１のプレートの第２の側と前記第２のプレートの第２の側とが接触してそれらの間に通路を形成し、
この通路は、前記第１のポートに流体連通する入口と、前記第２のポートに流体連通する出口とを有することを特徴とする。 
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、ガス吸収反応が内部で生じている圧力容器から熱を除去できる。 
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の１つの実施形態に係るガス格納システムの概略断面図である。
【図２】図２は水素化反応に関連する時間ベースのパラメータのグラフ図である。
【図３】図３は一次元熱伝達の概略図である。
【図４ａ】図４ａは水素化物材料の異なるポケット内の水素化反応の反応進行の時間ベースのグラフ図である。
【図４ｂ】図４ｂは水素化物材料の異なるポケット内の水素化反応における発熱の時間ベースのグラフ図である。
【図４ｃ】図４ｃは水素化物材料の異なるポケット内の金属水素化物の温度の時間ベースのグラフ図である。
【図４ｄ】図４ｄは冷却剤対流係数および接触抵抗の関数としての９０パーセント満杯容器に達するために見積もられる時間のグラフ図である。
【図５】図５は金属水素化物ポケットの幅に応じた９０パーセント満杯容器に達するための時間のグラフ図である。
【図６】図６は本発明の他の実施形態に係る圧力容器の一部の３Ｄ部分斜視透視図である。
【図７】図７は図６の装置の熱交換モジュールの３Ｄ部分透視断面図である。
【図８】図８は図７の装置の一部の分解図である。
【図９】図９は図８の装置の一部の平面図である。
【図１０】図１０は図９の装置に類似する本発明の他の実施形態に係る他の装置の一部の平面図である。
【図１１】図１１は本発明の１つの実施形態に係る圧力容器の一部の３Ｄ斜視部分透視図である。
【図１２】図１２は本発明の他の実施形態に係る圧力容器の一端の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つの態様は、媒体と物質との間で熱を交換するための装置に関する。幾つかの実施形態は、熱交換媒体を受けて媒体を戻すための第１のポートを有する圧力容器を含む。更なる他の実施形態は、容器の内部に位置する複数の熱交換モジュールを含み、各モジュールは他のモジュールと流体連通する。幾つかの実施形態は、複数のフィンを有する第１のプレートと、複数のフィンを有する第２のプレートとを更に含む。プレートの一側は接触してそれらの間に媒体のための通路を形成する。
本発明の更なる他の態様は、媒体と物質との間で熱を交換するための装置に関する。幾つかの実施形態は、媒体を受けて戻すためのポートを有する圧力容器を含み、前記圧力容器は内部を画定する。更なる実施形態は、容器内で延びる外側スパイラルと、外側スパイラル内に位置される内側スパイラルとを含む少なくとも１つのチューブを含む。物質はそれぞれのスパイラルを実質的に取り囲む。幾つかの実施形態では、物質の任意の部分からチューブまでの最大距離が最大許容距離未満に維持される。幾つかの実施形態では、この距離が約２０ｍｍ未満である。
この概要の節およびこの出願の他の箇所で記載される様々な装置および方法を多数の異なるコンビネーションおよびサブコンビネーションとして表わすことができるのは言うまでもない。そのような有用で新規な発明のコンビネーションおよびサブコンビネーションが本明細書中で考慮されるが、これらの無数の組み合わせのそれぞれの明示的表現は過度で不必要であると認識される。
【実施例】
【００１０】
本発明の原理の理解を促すため、ここで、図面に示される実施形態を参照するとともに、実施形態を説明するために特定の用語が使用される。それにもかかわらず、それにより本発明の範囲の限定が意図されるものでないことは理解され、例示する装置におけるそのような変更および更なる改良、並びに、ここで例示される本発明の原理の更なる適用は、本発明が関連する技術における当業者が通常は想起し得ると考えられる。本発明の少なくとも１つの実施形態を説明して図示するが、この適用が本発明の他の実施形態を図示し及び／又は説明してもよい。言うまでもなく、「発明」への任意の言及は一群の発明の実施形態への言及であり、他の点が述べられていなければ、単一の実施形態は、全ての実施形態に含まれなければならない装置、プロセス、または、組成を含まない。
要素番号に関するＮ系列の接頭辞（ＮＸＸ．ＸＸ）の使用は、その後に図示されて説明されるのを除き、接頭辞がない要素（ＸＸ．ＸＸ）と同じ要素を示す。一例として、要素１０２０．１は、図示されて説明される要素１０２０．１の異なる特徴を除き、要素２０．１と同じである。また、関連要素の共通の要素および共通の特徴は、異なる図において同じ態様で描かれており、及び／又は、異なる図において同じ記号論を使用する。したがって、同じである１０２０．１および２０．１の特徴を説明する必要はない。これは、これらの共通の特徴が関連する技術分野における当業者に明らかだからである。様々な特定の量（空間的な寸法、温度、圧力、時間、力、抵抗、電流、電圧、濃度、波長、周波数等）が本明細書中で述べられる場合があるが、そのような特定の量は単なる一例として与えられる。また、物質の特定の組成に関する議論は、単なる一例として説明されており、その組成の他の類の適用性を限定するものではなく、また、挙げられた組成と無関係な他の組成の適用性を限定するものでもない。
【００１１】
本発明の様々な実施形態はガス格納システムに関する。１つの実施形態において、システムは、圧力容器内に配置される所定量のガス吸収固体材料の性質を含む。圧力容器は、ガスが脱離され或いは吸収されるときにそれぞれ熱を固体物質へ伝え且つ熱を固体物質から伝えるための１つ以上の熱交換器も収容する。
本発明の更なる他の実施形態は熱交換器の形態に関する。幾つかの実施形態において、これらの熱交換器は、熱を固体物質へ及び固体物質から伝えるように、また、熱を液体冷却媒体へ伝えるように構成される。しかしながら、本発明の他の実施形態は、熱を任意の物理状態（気体、液体、または、固体）の物質へ及び物質から伝えること並び流状媒体（気体または液体）へ伝えることを考慮する。
本発明の更に他の実施形態は、熱交換器を構築するための方法および装置に関する。１つの実施形態では、少なくとも１つの中心冷却通路と、その通路から外側に放射状に広がる複数のフィンとを有する略円筒状の熱交換器が存在する。幾つかの実施形態では、フィンがハブと最外リングとを相互接続する。ハブは、冷却媒体の流れのための少なくとも１つの通路を含む。加熱され或いは冷却される材料はハブと外側リングとの間に配置される。フィンパターンは、熱交換器の本体をアルミニウムなどの材料から押し出すことができるように配置されるのが好ましい。
本発明の更なる他の実施形態は、複数の熱伝導フィンから冷却媒体までの接触抵抗が低い熱交換器に関する。幾つかの実施形態では、これは、フィンが熱を共通のハブへ伝えるようにフィンを配置することによって達成される。冷却剤チューブがハブを貫通する。幾つかの実施形態では、ハブが円錐形状の内径を規定し、冷却チューブが相補的な形状の円錐外径を規定する。ハブおよびフィンは、ハブＩ．Ｄ．とチューブＯ．Ｄ．との間に緊密な嵌め合いが存在するまで冷却チューブの長さに沿ってスライドされ得る。ハブは、ハブまたはチューブのうちの一方に結合してハブまたはチューブの他方に押し付く（他方に抗して引っ張る）締結装置によって緊密嵌合形態に維持され得る。
本発明の様々な実施形態は、ガスが金属粉末などの金属へと吸収される圧力容器から熱を除去するための装置および方法に関する。特定の実施形態では、吸収されるガスが水素であり、固体物質が金属水素化物粉末である。しかしながら、言うまでもなく、他の実施形態は、そのように限定されず、一般にガス吸収プロセスの冷却または加熱に関係し、また、幾つかの実施形態では、圧力容器内での吸収反応の抑制に関する。
【００１２】
金属水素化物における水素の吸収に関しては、吸収反応中に熱が発せられる。この熱を、水素が水素化物材料中に吸収される速度を増大させるために且つ圧力容器アセンブリの許容できる安全な温度を維持するために除去することが望ましい。幾つかの用途では、燃料電池によって給電される自動車などの車両の推進でその後に用いるために水素ガスが格納される。
そのような用途では、商業的に許容できる期間内でタンクをほぼ満杯にできるように圧力容器および充填方法を構成することが望ましい。１つの実施形態では、許容できる期間が約３００秒であるが、言うまでもなく、この充填時間は本発明の実施形態を何ら制限せず、また、他の実施形態は、特定の用途における許容できる充填時間を得るための装置および方法の構成を考慮する。幾つかの用途において、熱交換器は、特定の充填時間を達成せずに特定の熱流束を得るように構成される。１つの例として、幾つかの軍事用途では、特に熱が他の装置または方法で使用される用途において、望ましい充填時間を得るためだけでなく、望ましいレベルの発熱を得るために本発明の様々な実施形態を使用できる。例えば、水素化反応中に発せられる熱は、任意のカルノーサイクルエンジンを給電するために使用することができ、あるいは、熱の付加が望ましい任意の用途で使用することができる。
本発明の幾つかの実施形態の１つの用途は、３００秒足らずで水素によりほぼ満たされ得る熱交換器に関する。二次元解析モデルの様々なバージョンが解析されて、これらのバージョンから候補形態が選択され、また、その候補バージョンが構成されて検査された。
様々な熱交換器形態のコンピュータモデリングでは、以下のパラメータのうちの幾つかが使用された。すなわち、（１）圧力容器が約４インチの内径を有した；（２）冷却剤を供給するためのチューブが約３／８インチの外径を有するとともに約１／１６インチの壁厚を有した；（３）圧力容器の初期温度が約２０℃であった；（４）金属水素化物から熱交換器の伝導面までの接触抵抗が約１／１０００ｍｍ２  −°Ｋ／ワットであった；（５）冷却媒体は、冷却剤入口から冷却剤出口までの圧力差が約７ｂａｒの状態で約２０リットル／分の流量のＤｅｘｃｏｏｌ（登録商標）であった；（６）１ｂａｒ〜５００ｂａｒの加圧プロファイルにより圧力容器が水素で６０秒加圧され、その後、一定の最大圧が保持された；（７）圧力容器が約６ｋｇの水素を収容した；（８）圧力容器の長さが約１ｍ未満であった。
モデリングおよびその後の検査のために選択された金属水素化物は、チタン、クロム、および、マンガンを組み込む水素化物である。特に、組成式Ｔｉ（１．１）ＣｒＭｎが使用された。しかしながら、本発明の様々な実施形態はこのように制約されず、詳述されｓて請求項に記載される装置および方法は、ガスが吸収される任意のタイプの固体材料と共に、特に任意のタイプの金属水素化物に適用できる。
反応速度論の様々なパラメータが以下の表１で与えられる。 
【００１３】
【表１】
2012516980.tif 000003
【００１４】
これらのモデリングパラメータは単なる一例として与えられている。任意のモデリング実行の場合と同様に、前述したパラメータのうちの１つ以上が所定の範囲にわたって変えられる。また、これらのパラメータが必ずしも請求項の装置または方法を表わすとは限らないことは言うまでもない。
Ｍａｔｌａｂ（登録商標）において形成される一次元モデルを用いて何らかのコンピュータモデリングが行なわれた。このモデルは、金属水素化物材料のための許容できるポケット幅の推定値を与えるのを助けるとともに、金属水素化物（ＭＨ）特性、加圧プロファイル、接触抵抗、冷却剤温度、流量などの様々なパラメータの熱交換器の性能に対する影響（製造の容易さ、取扱い、重量、体積、および、コストを含む）、更には充填時間に対する影響を理解するのを助けた。一次元モデル（図３参照）を用いて、異なる二次元熱交換器設計モデルがＦｌｕｅｎｔ（登録商標）において形成されるとともに、それらの性能が様々なパラメータを変えることにより解析された。
【００１５】
図２は、圧力容器の充填に関連する２つのパラメータ、すなわち、発熱速度および反応の進行度（反応進行）の時間ベースのグラフ図である。最も左側の垂直軸を参照すると分かるように、約２０秒において発熱のかなりの急上昇が存在し、この急上昇は、その後、約１００秒での低いほぼ一定の値まで降下する。この初期の期間中、反応速度は、第１の高速でかなり直線的であり、その後、約６０秒で、第２の減少された直線速度へと変わるのが分かる。このプロットは、最初の数分の動作における充填動作によってかなりの熱が発生されることを示している。
一次元モデリングから、密度、比熱、および、水素化物の熱伝導率などの様々な量；水素化物のボイド特性；圧力容器の圧力履歴；材料および反応と関連付けられるエンタルピーおよびエントロピーなどを考慮に入れて、ポケットのための最大許容幅があることが分かった。幾つかのシステムでは、前述した圧力容器に関して、３００秒以下の充填時間にわたり、金属水素化物のポケットが冷却フィンから２０ミリメートル未満、好ましくは冷却フィンから１５ミリメートル未満でなければならないことが分かった。また、接触抵抗が充填時間を減らすのに役立つことも分かった。接触抵抗（水素化物からフィンまでの接触抵抗、更にはハブから冷却剤チューブまでの接触抵抗）が低いと、充填時間が短くなる。冷却剤流量を増大させることにより、充填時間を更に短くできる。
【００１６】
解析結果の一部が図５に示されている。図示のように、３００〜４００秒で０．９の充填速度に達するための充填時間においては、金属水素化物ポケットの幅が２０〜１４ｍｍの範囲でなければならない。図４において、下側の曲線はＴｉ−Ｃｒ−Ｍｎ組成における解析結果であり、上側の曲線（漸近線と表示される）は異なる金属水素化物材料に関するものであった。
本発明の様々な実施形態は、金属水素化物のポケットのための最小サイズに関連する設計理念を組み入れている。ポケットの形態は、ポケットを取り囲む冷却フィンまたは他の冷却構造によって達成される。商業的に許容できる期間で水素により適度に満たされる圧力容器を得るためには、ポケットの中心から最も近い冷却フィンまたは冷却チューブまでの最小距離が存在することが見い出された。二次元モデルを用いる更なる解析が行なわれ、図４ａ、図４ｂ、図４ｃのグラフがそれらの解析結果の一部を表わしている。図４ｃから最も良く分かるように、水素化反応中の温度がフィン付きプレート（図４ｃの差し込み図を参照）の３つのポケットにおいて時間の関数として示されている。図４ｃは、３つのポケットにおける予測温度を時間の関数として示すとともに、水素化物における計算された平均温度も示す。図４ａは、３つのポケット内の反応速度（及びその平均に関しても）を時間の関数として示す。この図は、中心通路から大きく離れているポケット（例えば、ポケット３）が水素化反応の進行が遅いことを時間の関数として示している。図４ｂから分かるように、最も離れたポケットは、冷却通路に近いポケット（例えば、ポケット１）よりも時間的に遅い発熱負荷も有する。
【００１７】
図４ｄは、９／１０の反応進行ファクタを得るために必要な時間に対する接触抵抗および対流係数の影響を更に示している。最も上側の線は、２０００Ｗ／ｍ２  Ｋの対流係数および約１．５リットル／分の流量において約７７０秒で９０％充填に達することができることを示している。最も下側の線は、１００００Ｗ／ｍ２  Ｋの対流熱伝達および約９リットル／分の流量において９０％満杯に達するまでの時間が約３５０秒であることを示している。接触抵抗および対流係数の両方が熱交換器の性能に影響を及ぼすことが分かる。一般に、幾つかの実施形態において、対流係数は、接触抵抗よりも熱交換器設計に対して顕著な影響を与える。しかしながら、接触抵抗の高い値においては、それに対応して対流係数を増大させて、所望の充填時間を得なければならない。したがって、本発明の幾つかの実施形態は、ハブと冷却剤チューブとの間の接触抵抗を減少させるためのスロット付きテーパスリーブなどの特徴を含む。
【００１８】
図１は、本発明の１つの実施形態に係るガス容器アセンブリ２０の外観図を示している。容器２０は、一般にガス吸収材料２２によって取り囲まれる複数の熱交換モジュール２１を含む。１つの実施形態では、幾つかの実施形態の材料２２が水素の格納のための任意のタイプの金属水素化物組成体である。しかしながら、本発明の他の実施形態は、水素以外のガスの格納のための金属水素化物以外のガス吸収材料を考慮する。また、本発明の様々な実施形態は、粉末を含む固形物を成す材料２２の使用を考慮する。
１つの実施形態では、所定量のガス２４（水素など）が材料２２内に格納される。ガスを材料中に吸収して脱離させるプロセスは、冷却（吸収のため）または加熱（脱離のため）によって促進される。したがって、本発明の様々な実施形態は、熱交換媒体（Ｄｅｘｃｏｏｌ（登録商標）など）の使用を考慮するが、任意の流状媒体（液体または気体）が考慮される。幾つかの実施形態において、容器２０は、一例として不活性高伝導率粉末２８．１或いは高伝導率メッシュまたは格子ワークなどの内部熱伝導率を高める材料２８を更に含む。
容器２０内に格納できるガスの量は、高圧の使用によって増大される。したがって、幾つかの実施形態は、円筒形状または球形状などの形状を含む、好ましくは外壁３０．１の両側の圧力差に効率的に対応するように形成される圧力容器３０を容器アセンブリ２０が含むことを考慮する。幾つかの実施形態では、圧力容器がその外壁の両側間で約１００ｂａｒを有する。更なる他の実施形態では、圧力容器が外壁の両側で約５００ｂａｒの圧力差を有する。そのような高い圧力差に対応するために使用されなければならない材料のタイプ、形態、および、材料の厚さに起因して、本発明の様々な実施形態は、圧力容器内の熱交換モジュール２１がその任意の部分の両側で実質的な圧力差を有さないことを考慮する。図１を参照すると、１つの実施形態では、圧力容器３０は、第１および第２の端部３０．２、３０．３をそれぞれ有する略円筒形であり、端部中の応力の分布を改善するためにそれぞれの端部を球状ドーム形にすることができる（図示しない）。
【００１９】
図６、図７、図８は、金属水素化物水素格納のためのモジュール熱交換器の概略を示している。これらの図には、熱交換要素を取り囲む圧力容器は示されていない。圧力容器３０は図１に概略的に示されている。熱交換器２１は、冷却チューブ７４を通じて圧送される液体により冷却される幾つかの同一のモジュール４０を含む。各モジュール４０は、好ましくは製造後に一緒に蝋付けされる高熱伝導率ベースプレート５０．２およびカバープレート５０．２、５０．１をそれぞれ含む。ベースプレート５０．２には、液体冷却剤流のための曲がりくねったマイクロチャンネルが溝付けされている。ベースプレート５０．２およびトッププレート５０．１はいずれも外部円形フィン６０を特徴としている。金属水素化物ペレット２２．３は、組み付けられたモジュールの両側のフィン間のキャビティ４６に嵌まり込むように形成されるのが好ましい。あるいは、モジュールを取り囲む金属ケーシング４１（図６に部分的に透けて見える）は金属水素化物粉末で満たされる。
モジュール構造の幾つかの特徴は、金属水素化物を冷却する効果を高める。１つの例として、金属水素化物は、耐熱性を低下させるためにフィン表面に近接して維持される。第２に、曲がりくねったチャンネル５０．３の小さい直径は、液体冷却剤の熱伝達効果を高める。幾つかの実施形態では、チャンネル５０．３の水力直径が約１ｍｍ未満である。他の例として、金属水素化物の熱伝導率は、高伝導率粉末または金属メッシュをペレットまたは粉末へ混入させることによって高められる。
ベースプレート内の溝の形状は、冷却効果を高めて重量を減らすために変更されてもよい。また、単一のマイクロチャンネルは、同じ入口および出口を共有するがベースプレートの異なる部分に平行な流れチャンネルを与える２つ以上の平行なマイクロチャンネルと置き換えられてもよい。また、図６、図７、図８に描かれる直列冷却形態が並列形態と置き換えられてもよく、この場合、１つの大きな冷却チューブが冷却剤を個々のモジュールへ供給し、他方でモジュールからの冷却剤を受け入れない。図６、図７、図８に示されるフィン形状および形態以外の様々なフィン形状および形態が可能である。
【００２０】
本明細書中に示される本発明の様々な実施形態は、それらの構造に関する１つ以上の態様を含むことができる。幾つかの実施形態は、欠陥モジュールの交換を容易にするモジュール構造を含む。他の実施形態は、金属水素化物ペレットと共に使用するための適応性を含む。更なる他の実施形態は、ケーシングの助けを受けて金属水素化物粉末と共に使用するための適応性を含む。更に他の実施形態は、フィン表面からの金属水素化物の僅かな距離を維持するように金属水素化物を形成することを含む。幾つかの実施形態は、液体冷却剤の熱伝達効果を大きく高めて冷却剤流量を減らすためのマイクロチャンネルの使用を含む。更に他の実施形態は、金属水素化物の熱伝導率全体を高めるために、高伝導率粉末または金属メッシュをペレットまたは粉末へ混入させることを含む。更なる他の実施形態は、製造が簡単な円形フィン形状の使用を含む。他の実施形態は、経済的でコンパクトな蝋付けモジュール構造の使用を含む。
【００２１】
図６は、本発明の１つの実施形態に係るガス容器アセンブリ２０の一部を示している。アセンブリ２０は、複数の熱交換モジュール４０を備える熱交換アセンブリ２１を含む。アセンブリ２１は圧力容器３０（図示せず）内に位置される。図６に示されるアセンブリ２１は８個の熱交換モジュール４０を含むが、容器２０のための特定の用途に応じて任意の数のモジュール４０を使用できることは言うまでもない。
各モジュール４０は、流体コネクタ７４により、その両側のモジュールと流体連通している。したがって、アセンブリ２１は、円筒容器２０の基端の入口３２．１から容器アセンブリ２０の先端に位置される出口３２．２へと向かうほぼ連続した流路を含む。
【００２２】
図７は、本発明の１つの実施形態に係る単一の熱交換モジュール４０を示している。モジュール４０は、複数のフィン６０と熱伝達状態にあるハブアセンブリ５０を含む。ガス吸収材料２２がフィンおよびハブを実質的に取り囲んでおり、これらの全ては、１つの実施形態では金属ケーシングである格納容器４１内に収容される。しかしながら、本発明が、そのように限定されず、任意のタイプの材料から任意のタイプの製造方法により形成されるガス吸収材料の格納のための容器４１を考慮することは言うまでもない。
１つの実施形態において、ハブ５０は、それぞれの平坦な表面から軸方向外側に延びる同心フィンのパターン６０．１を有する平板としてほぼ形成される。金属水素化物粉末などのガス吸収材料２２は、全てのフィン６０間でハブ５０の両面から格納容器４１へと外側に延びるポケット４６の全てを満たす。好ましくは、フィンのパターン６０．１は、フィンまたはハブから約２０ミリメートルよりも遠くない量の水素化物粉末、幾つかの実施形態ではフィンまたはハブから約１５ミリメートルよりも多くない量の水素化物粉末を各ポケット４６が含むように配置される。
１つの実施形態において、フィン６０のパターン６０．１は、円筒ハブ５０の面から略垂直に延びる一連の同心円である。図８を参照すると、最外リング６０−１がハブ５０の最外縁に近接して延びている。次第に小さい内側リング６０−２、６０−２、６０−４は円筒形状の中心へ向けて延びている。
【００２３】
しかしながら、本発明は、図７、図８に示されるパターンに限定されず、非同心的な円形フィン、および、互いに内外で入れ子にされない円形フィンを更に含む。更なる他の実施形態は、略直線状のフィンを含む非円形フィン、押し出し可能な形状を考慮する。更に他の実施形態では、フィンのパターンが格子状パターンを成す十字形フィンであってもよい。また、押し出された形態が記載されているが、フィン付きの表面は、そのように限定されず、更にハブのプレートと一体に成型することができ、あるいは、ハブに蝋付けすることができ、ハブに溶接することができ、あるいは、低い接触抵抗を与える任意の態様で接続することができる。
【００２４】
図７、図８から更に分かるように、各ハブ５０は、図８に分解された態様で示される第１および第２のプレート５０．１、５０．２を備える。各プレート５０．１、５０．２は一方側から延びるフィン６０のパターン６０．１を含むことが好ましい。各プレート５０．１、５０．２の他方の対向する側は、互いに取り付けられてそれらの間に冷却チャンネル５０．３を形成することが好ましい。１つの実施形態では、図８および図９から最も良く分かるように、冷却チャンネル５０．３は、プレート５０．２の外周の近傍に位置される入口５２．１からチャンネルの反対側の端部に位置される出口５２．２へと延びる蛇行形状を有することができる。図６に関して先に説明したように、第１のハブ５０の入口通路５２．１は、隣接するハブ５０の出口５２．２と流体連通する。１つの実施形態において、冷却チャンネル５０．３は、約１ミリメートル未満の水力直径を有するマイクロチャンネルである。
【００２５】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る熱交換モジュール１４０のハブ１５０のためのプレート１５０．２を描いている。プレート１５０．２上には螺旋状のマイクロチャンネル流路１５０．３の一部が形成される。螺旋状の流路は、ハブ１５０の中心の近傍に位置される入口１５２．１からプレートの外周近傍に位置される出口１５２．２へと延びる。そのようなハブを用いると、隣接するモジュール１４０間の流体接続１７４は、１つのモジュールの中心から隣接するモジュールの外周へと延びるチューブを含む。モジュール１４０の他の特徴は、モジュール４０に関して説明した特徴とほぼ同じである。
【００２６】
図１１および図１２は本発明の他の実施形態を示している。本明細書中に示される本発明の様々な実施形態は、それらの構造において１つ以上の態様を含むことができる。幾つかの実施形態は、任意の金属水素化物から冷却チューブの表面までの距離が小さい同心冷却コイルの使用を含む。１つの例として、幾つかの実施形態では、任意の量の金属水素化物から冷却チューブの表面までの最大距離が約２０ミリメートル未満であり、好ましくは約１５ミリメートル未満である。更なる他の実施形態は、金属水素化物の熱伝導率全体を高めるために高伝導率粉末または金属メッシュを混合することを含む。更に他の実施形態は、金属水素化物の熱伝導率を高めるために、コイル間での金属メッシュの円筒体およびスクリュー形状コアの使用を含む。幾つかの実施形態は、金属水素化物粉末での金属メッシュの効果的な充填を円滑にするために、長いスクリュー形状コアおよび金属メッシュの円筒体ではなく短いスクリュー形状コアおよび金属メッシュの円筒体の積層を含む。後者の実施形態では、任意の冷却コイル内または該コイルの周囲で熱交換器の長さに沿って延びるコアまたはメッシュの幾つかのセグメントが存在する。更なる他の実施形態は、コイルの熱膨張および熱収縮に対応できる熱交換器の能力を含む。
【００２７】
図１１は、金属水素化物水素格納のためのコイル状チューブ熱交換器の構成を示している。この構造は、幾つかの同心コイルへと形成される冷却チューブ２７０から成る。コイル間の空間は金属水素化物粉末で満たされる。コイルの近接性は、冷却チューブの表面からの金属水素化物粉末の距離を短くするのを助け、それにより熱伝達効果が高まる。金属水素化物とチューブとの間の距離および冷却チューブの長さを最適化するためにコイルのピッチが変えられてもよい。この熱交換器構成はコイルの熱膨張および熱収縮に対応できる。
この熱交換器の構造は、複数の冷却チューブを使用することにより変更されてもよい。また、金属水素化物２２２の熱伝導率を高めるために、高熱伝導率粉末２２８．１または金属メッシュ２２８．２が金属水素化物２２２中に混合されてもよい。あるいは、図１２に示されるように金属水素化物の熱伝導率を高めるためにスクリュー形状中心コアおよび金属メッシュの円筒体３２８−１、３２８−２または３２８−３（または、発泡体あるいはハニカム）がコイル間に押し込まれてもよい。金属水素化物での金属メッシュの都合の良い充填のために、金属メッシュにおけるボイドを最適化できる。金属メッシュを冷却チューブの表面に合わせて形成すると、金属水素化物と冷却チューブとの間の熱的接触および熱伝達効果が高まる。長い金属メッシュコアおよび円筒体は、金属メッシュ内への金属水素化物の効果的な充填を容易にするために平行に積層される短い分割されたものと置き換えられてもよい。また、熱交換器の同じ端部を通じて冷却剤入口および出口の両方を経路付けるために、これらの入口および出口を熱交換器の両端に接続できる。
【００２８】
図１１は、本発明の１つの実施形態に係るガス容器アセンブリ２２０の一部を示している。アセンブリ２２０は、略円筒状の圧力容器２３０内に位置される熱交換モジュール２２１を含む。簡単にするため、圧力容器のエンドキャップが図示されず、また、冷却剤接続部または水素ポートも図示されない。これらの特徴は図１に概略的に示されている。
熱交換モジュール２２１は、金属水素化物粉末などのガス吸収材料２２２内に配置されるコイル状チューブアセンブリ２７０を含むことが好ましい。コイル状冷却剤チューブ２７０は、連続した流路を成して入口２３２．１から出口２３２．２へと延びる。１つの実施形態において、チューブアセンブリ２７０は、モジュール２２１の基端から先端へと延びる最外コイル２７２．１を含む。先端において、チューブは、それが外側スパイラル内に入れ子状になり得るように、更に小さい外径を有する中間スパイラル２７２．２へと構成される。中間スパイラル２７２．１は、モジュール２２１の先端から元の基端へ向けて延び、この基端で、水素化物材料２２２の基端から先端へと延びる第３の最内スパイラル２７２．３へと移行する。最内スパイラル２７２．３は、先端においては最内スパイラル２７２．３内で元の基端へと向けて延びる略直線部２７２．４へと移行し、基端においては流体出口２３２．２で終端する。
【００２９】
最外スパイラルに接続される入口から中心チューブに接続される出口へと向かう特定の流路を図示して説明してきたが、入口および出口の接続を逆にできることは言うまでもない。また、複数の同心螺旋チューブを含む流路について図示して説明してきたが、本発明は、非限定的な例として、直線状の戻り経路を有する単一のスパイラル、内側螺旋戻り経路を有する外側スパイラルなどを含む、図１１に示される流路の多くの変形例を更に考慮する。また、図１１に示される熱交換器２２０は同じ端部に流体入口および出口を示すが、流体入口および出口が熱交換器の異なる端部にあってもよいことは言うまでもない。
許容できる充填時間を達成するため、本発明の幾つかの実施形態は、冷却チューブの表面から約２０ミリメートルよりも大きい水素化物材料のポケット２４６が存在しないような冷却チューブのコイルの配置を考慮する。円筒体の半径が増大するにつれて金属水素化物粉末の周方向の広がりが増大するため、幾つかの実施形態では、最外スパイラルにおいてピッチ（単位長さ当たりのコイル）が最も大きい。また、入れ子になった内側スパイラルにおいては、ピッチを更に小さくできる（すなわち、単位長さ当たりのコイルを少なくできる）。しかしながら、更に他の実施形態は、異なるスパイラル間でほぼ同様のピッチを考慮する。図６に示されるコイル状チューブ２７０では、螺旋状部のそれぞれのピッチがほぼ同じである。
【００３０】
図１２は、本発明の他の実施形態に係るガス容器アセンブリ３２０の部分断面図である。熱交換モジュール３２１は、ほぼ連続する流路を形成するスパイラル状に配置される外側冷却コイル３７２．１を含み、この場合、中心冷却コイル３７２．２も螺旋状に配置される。この実施形態は、ガス吸収材料３２２内で熱伝導率を更に高めるために金属メッシュの使用を含む。熱交換モジュール３２１は、中心冷却コイル３７２．２の最内スパイラル内に配置される略円筒状の中心メッシュコア３２８．３を含む。金属メッシュの第２の円筒スリーブ３２８．２は外側コイル３７２．１と内側コイル３７２．２との間に配置される。第３の略円筒状の金属メッシュスリーブ３２８．１は、圧力容器３３０の内径と外側冷却コイル３７２．１との間に配置される。これらの金属メッシュまたは格子ワーク３２８．１、３２８．２，３２８．３は、金属水素化物粉末３２２で実質的に取り囲まれるとともに、材料３２２から冷却コイル３７２．１、３７２．２への熱の伝導性を高める。
【００３１】
図面および以上の明細書本文では本発明を詳しく図示して説明してきたが、これらは、例示として見なされるべきであって、文字通りに限定して見なされるべきではなく、また、好ましい実施形態を図示して説明してきたにすぎず、本発明の思想の中に入る全ての変更および改良が保護されるのが望ましいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明に係る金属水素化物格納システムのための熱交換器は、各種システムに用いることが可能である。 
【符号の説明】
【００３３】
２０  ガス容器アセンブリ 
２１  熱交換器（熱交換モジュール） 
２２  材料 
２４  ガス 
３０  圧力容器 
４０  モジュール 
４１  格納容器 
【図１】
2012516980.tif 000004
【図２】
2012516980.tif 000005
【図３】
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【図４ａ】
2012516980.tif 000007
【図４ｂ】
2012516980.tif 000008
【図４ｃ】
2012516980.tif 000009
【図４ｄ】
2012516980.tif 000010
【図５】
2012516980.tif 000011
【図６】
2012516980.tif 000012
【図７】
2012516980.tif 000013
【図８】
2012516980.tif 000014
【図９】
2012516980.tif 000015
【図１０】
2012516980.tif 000016
【図１１】
2012516980.tif 000017
【図１２】
2012516980.tif 000018
【国際調査報告】
2012516980.tif 000019
2012516980.tif 000020