CN103620293B

CN103620293B - 储氢容器

Info

Publication number: CN103620293B
Application number: CN201280031349.0A
Authority: CN
Inventors: 中村善也; 小林隆
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN103620293A; KR101576754B1; EP2728244A1; EP2728244A4; US20140205474A1; WO2013005617A1; US9464627B2; JP5876678B2; EP2728244B1; KR20140021065A; JP2013015174A

Abstract

一种储氢容器，其使用能够储存氢气的储氢物质来储存氢气，该储氢容器包括：空心状的衬套，其具有引导有氢气的衬套开口部并用于储存氢气；空心状的副箱，其配置于上述衬套的内侧并用于容纳储氢物质；热交换管，其配置于上述副箱的内侧并引导热交换介质；副箱支承部，其用于将上述副箱的端部支承于上述衬套开口部，并且支承上述热交换管的端部；以及热交换介质通路，其以贯穿上述副箱支承部的方式形成，并用于向上述热交换管引导热交换介质。

Description

储氢容器

技术领域

本发明涉及一种使用能够储存氢气的储氢物质来储存氢气的储氢容器。

背景技术

以往，在燃料电池汽车上，搭载有储氢容器作为氢气燃料的供给源。

在JP2008-151206A中公开了一种储氢容器，该储氢容器包括：空心状的衬套，其具有引导氢气的一对衬套开口部并用于储存氢气；空心状的副箱，其作为容器主体配置于该衬套的内侧并用于容纳储氢物质；以及热交换管，其作为热交换用流路配管以螺旋状缠绕在副箱的外周并引导热交换介质。

在储氢容器中填充有氢气时，高压的氢气供给到衬套内，并且向热交换管供给作为冷却介质的低温的热交换介质，使储氢物质冷却。由此，能够促进氢气储存于储氢物质。

另一方面，在从储氢容器内取出氢气时，通过向热交换管供给高温的热交换介质，使储氢物质加热。由此，能够促进氢气从储氢物质中放出。

然而，在JP2008-151206A所公开的以往的储氢容器中，热交换管以螺旋状缠绕在副箱的外周。如此，由于热交换管和副箱夹设在热交换介质和储氢物质之间，因此在对储氢物质进行冷却和加热的热控制性方面还具有改善的余地。

而且，热交换管的端部通过焊接于设置在衬套内的配管构件而连接。因此，具有在承受来自外部的振动、冲击时，热交换管的连接部容易破损这样的问题。

发明内容

发明要解决的问题

本发明即是鉴于上述问题而做成的，其目的在于改善储氢容器的热控制性和耐振动性。

用于解决问题的方案

采用本发明的一个方式，提供一种储氢容器，其使用能够储存氢气的储氢物质来储存氢气，该储氢容器包括：空心状的衬套，其具有引导有氢气的衬套开口部并用于储存氢气；空心状的副箱，其配置于上述衬套的内侧并用于容纳储氢物质；热交换管，其配置于上述副箱的内侧，并引导热交换介质；副箱支承部，其用于在上述衬套开口部支承上述副箱的端部，并且支承上述热交换管的端部；以及热交换介质通路，其以贯穿上述副箱支承部的方式形成，并用于向上述热交换管引导热交换介质。

以下参照附图详细地说明本发明的实施方式、本发明的优点。

附图说明

图1是本发明的实施方式的储氢容器的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式的储氢容器的一部分的剖视图。

图3是表示本发明的其他实施方式的储氢容器的一部分的剖视图。

图4是表示本发明的其他实施方式的储氢容器的热交换管的立体图。

图5是表示本发明的又一其他实施方式的储氢容器的热交换管的立体图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。

首先，参照图1和图2说明本发明的实施方式的储氢容器1的结构。该储氢容器1是安装于例如将氢气作为燃料的车辆并用于储存高压的氢气的容器。

储氢容器1包括：空心状的衬套2，其作为主箱用于填充高压的氢气；空心状的副箱11，其设于该衬套2的内侧；储氢物质9，其容纳于该副箱11的内侧；以及热交换管50，其用于冷却和加热该储氢物质9。储氢容器1是包括衬套2和副箱11在内的混合型容器。另外，在图1中，为了使副箱11的内部结构容易理解，示出在副箱11内未容纳有储氢物质9的状态。

作为容纳于副箱11的内侧的储氢物质9，例如使用粉末状的储氢合金。该储氢合金是与空气相比能够储存数百倍以上的氢气的合金。

在向储氢容器1内填充氢气时，高压的氢气供给到衬套2内，并且向热交换管50供给作为冷却介质的低温的热交换介质，从而使储氢物质9冷却。由此，能够促进氢气储存于储氢物质9。

另一方面，在从储氢容器1中取出氢气时，通过对热交换管50供给高温的热交换介质来加热储氢物质9。由此，能够促进氢气从储氢物质9中放出。

作为供给至热交换管50的热交换介质，例如使用了水。

储氢容器1包括填充高压氢气的空心状的衬套2和包围该衬套2的外周面的加强套筒4。

衬套2包括圆筒状的衬套主体部21和将衬套主体部21的两端缩小成圆顶状的衬套端部22。

衬套端部22包括自圆筒状的衬套主体部21的两端缩小成圆顶状而形成的衬套肩部23和在各个中央部开口的衬套开口部24。

衬套2例如利用铝合金形成。由此，即使衬套2的内表面暴露于氢气中也能够防止其脆化，从而能够确保衬套2的耐腐蚀性。

加强套筒4利用作为与衬套2相比拉伸强度较高且热膨胀系数较小的金属、例如高张力钢形成。

加强套筒4包括嵌合在衬套主体部21的外周面的圆筒状的套筒主体部41和自该套筒主体部41的两端部延伸并抵接于各自的衬套肩部23的一对套筒肩部42。

在向储氢容器1内填充氢气时，衬套2的内部压力上升导致衬套2欲膨胀。然而，由于利用包围衬套2的加强套筒4抑制了衬套2的膨胀，因此，能够降低衬套2所产生的内部应力。

储氢容器1包括在衬套2的两端开口而引导氢气的一对衬套开口部24和在各个衬套开口部24支承副箱11的两端的一对副箱支承部17。副箱11借助一对副箱支承部17以悬空状态支承于衬套2内。由此，在副箱11的外周面和衬套2的内壁面之间形成环状的间隙8。

副箱支承部17包括自衬套2的外侧插入于衬套开口部24的插头25、自衬套2的内侧插入于插头25的副箱支柱30以及安装于插头25并用于分别引导氢气和热交换介质的端口部件35。

如图2所示，插头25包括插入衬套开口部24的插头圆筒部26和抵接于衬套2的端面的插头凸缘部27。

插头圆筒部26在其外周形成有外螺纹，通过与形成于衬套开口部24的未图示的内螺纹螺合而组装于衬套2。

插头圆筒部26包括在其端面开口的安装孔28。通过向安装孔28内插入副箱支柱30而将副箱11组装在插头圆筒部26上。

如图1所示，副箱11包括圆筒状的副箱主体部12、安装于该副箱主体部12两端的一对副箱端部13以及从各自的副箱端部13向外部突出并支承于衬套2的上述副箱支柱30。

副箱支柱30形成为圆筒状，且配置于储氢容器1的中心线O上。副箱支柱30贯穿圆盘状的副箱端部13的中央部，安装于插头圆筒部26的安装孔28。

在图1的剖视图中观察时，衬套2和副箱11形成为相对于储氢容器1的中心线O大致对称。

在副箱主体部12的内侧，在各自的副箱端部13之间划分出圆柱状的空间。如图2所示，在该空间内容纳有储氢物质9与热交换管50。

如图2所示，供氢气通过的过滤器15借助多孔板14安装在副箱端部13上。圆盘状的多孔板14利用多个螺栓32组装于副箱端部13。

如图1所示，对于热交换管50，作为其两端部的管基端部51和管顶端部54分别插入于各个副箱支承部17的通孔31。由此，热交换管50以悬空状支承于副箱11内。

热交换管50包括：管螺旋部52，其从自副箱支承部17的通孔31突出的管基端部51的顶端（在图1中为左侧的端部）弯折并以线圈状延伸；以及管往返部53，其从该管螺旋部52的顶端（在图1中为右侧的端部）弯折并以U字状向管螺旋部52的内侧延伸。该管往返部53的顶端（在图1中为右侧的端部）成为插入于副箱支承部17的通孔31的管顶端部54。

热交换管50与储氢物质9一起容纳于副箱11内。由此，管螺旋部52和管往返部53的外表面直接接触于储氢物质9。

热交换管50例如由不锈钢等的金属材料形成。

在图1中，位于左侧的一侧的端口部件35形成有如箭头所示那样供给和排出氢气的氢气供排端口36和如箭头所示那样供给热交换介质的热交换介质供给端口37。在氢气供排端口36连接有用于引导氢气的未图示的配管。热交换介质供给端口37连接有用于引导热交换介质的未图示的配管。

另一方面，在图1中，在位于右侧的另一侧的端口部件35上，形成有如箭头所示那样供给和排出氢气的氢气供排端口36和如箭头所示那样排出热交换介质的热交换介质排出端口38。在氢气供排端口36连接有用于引导氢气的未图示的配管。在热交换介质排出端口38连接有用于引导热交换介质的未图示的配管。

如图2所示，端口部件35和插头25利用多个螺栓16组装。在端口部件35和插头25之间安装有接头45。在该接头45上形成有能够供热交换介质通过的通孔48和能够供氢气通过的通孔46。在端口部件35和接头45之间安装有用于从通过通孔46和氢气供排端口36的氢气中去除杂质的过滤器39。

在各个副箱支承部17上分别设置有供氢气经由接头45而进出的氢气通路18和供热交换介质进出的热交换介质通路19。

氢气通路18利用氢气供排端口36、接头45的通孔46及插头25的通孔47构成。

热交换介质通路19利用热交换介质供给端口37、接头45的通孔48、插头25的通孔49及副箱支柱30的通孔31构成。

接着，说明储氢容器1的制造工序。

（1）在直圆筒状的衬套2上，利用拉深加工形成一侧的衬套端部22和衬套开口部24。

（2）在衬套2内安装副箱11，借助副箱支承部17将该副箱11的一端支承于衬套开口部24。

（3）在衬套2上，利用拉深加工形成另一侧的衬套端部22和衬套开口部24。

（4）借助副箱支承部17将副箱11的另一端支承于衬套开口部24。

（5）通过例如压入使直圆筒状的加强套筒4嵌合在衬套2的外周。

（6）进行将嵌合于衬套2的加强套筒4的两端部拉深为沿着衬套端部22的成形加工。

通过以上（1）至（6）的工序来制造储氢容器1。

接着，说明向储氢容器1内填充氢气以及从储氢容器1中取出氢气。

在向储氢容器1内填充氢气时，供给至氢气供排端口36的高压的氢气通过过滤器39、接头45的通孔46及插头25的通孔47而流入到衬套2内。从氢气通路18流入到衬套2内的氢气通过间隙8、多孔板14及过滤器15进入到副箱11的内侧，从而储存于储氢物质9。这样，从储氢容器1的两端填充氢气。

另外，在向储氢容器1内填充氢气时，供给至热交换介质供给端口37的作为冷却介质的低温的热交换介质通过接头45的通孔48、插头25的通孔49及副箱支柱30的通孔31被引导向热交换管50。这样，从热交换介质通路19向热交换管50的管基端部51引导的热交换介质通过管螺旋部52和管往返部53。在该过程中，热交换介质借助热交换管50在储氢物质9之间进行热交换，从而冷却储氢物质9。

由此，能够促进氢气储存于储氢物质9。这样，吸收了储氢物质9的热的热交换介质自管顶端部54通过副箱支柱30的通孔31、插头25的通孔49及接头45的通孔48而从热交换介质排出端口38排出。

另一方面，在从储氢容器1取出氢气时，衬套2内的氢气通过插头25的通孔47、接头45的通孔46及过滤器39向氢气供排端口36流出。这样，能够从储氢容器1的两端取出储存在储氢容器1内的氢气。

另外，在从储氢容器1内取出氢气时，供给至热交换介质供给端口37的高温的热交换介质通过接头45的通孔48、插头25的通孔49及副箱支柱30的通孔31被引导向热交换管50。这样，从热交换介质通路19向热交换管50的管基端部51引导的热交换介质通过管螺旋部52和管往返部53。在该过程中，热交换介质借助热交换管50在储氢物质9之间进行热交换，从而加热储氢物质9。由此，能够促进氢气从储氢物质9中放出。

在本实施方式中，采用衬套2包括一对衬套开口部24，副箱11借助一对副箱支承部17双侧支承于衬套开口部24的结构。但并不限定于此，还可以采用衬套2包括单一的衬套开口部24且副箱11借助单一的副箱支承部17单侧支承于衬套开口部24的结构。

采用以上实施方式，能够起到以下所示的作用效果。

储氢容器1包括：空心状的衬套2，其具有引导氢气的衬套开口部24，并用于储存氢气；空心状的副箱11，其配置于该衬套2的内侧并用于容纳储氢物质9；热交换管50，其配置于该副箱11的内侧并引导热交换介质；副箱支承部17，其用于在衬套开口部24支承副箱11的端部；以及热交换介质通路19，其以贯穿该副箱支承部17的方式形成，并用于向热交换管50内引导热交换介质。热交换管50的管基端部51支承于副箱支承部17。

这样，在储氢容器1中，热交换管50的外表面直接接触于储氢物质9。因此，相比于热交换管缠绕在副箱的外周的现有装置，能够在热交换介质和储氢物质9之间更高效地进行热交换。因而，能够提高对储氢物质9进行冷却和加热的热控制性。

由于热交换管50构成为其管基端部51支承于副箱支承部17，因此，相比于利用焊接来连接热交换管的开口端的现有装置，能够防止由承受振动、冲击导致的热交换管50的连接部损坏。

另外，在储氢容器1中，衬套2具有一对衬套开口部24，副箱11借助一对副箱支承部17双侧支承于衬套开口部24，热交换管50的管基端部51和管顶端部54分别支承于副箱支承部17。

这样，副箱11的两端部分别支承于一对副箱支承部17，并且热交换管50的管基端部51和管顶端部54分别支承于一对副箱支承部17。因此，能够防止由承受振动、冲击导致的副箱支承部17、热交换管50的连接部损坏。

接着，参照图3和图4说明其他的实施方式。另外，在以下所说明的各实施方式中，由于包括与图1和图2所示的实施方式基本相同的结构，因此，仅说明不同的部分。另外，对与上述的实施方式相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。

如图3所示，与上述的实施方式的热交换管50相同，热交换管60包括:管基端部61,其插入一侧的副箱支承部17的通孔31；管螺旋部62，其从管基端部61弯折并以线圈状延伸；未图示的管往返部，其从该管螺旋部62弯折并在管螺旋部62的内侧以U字状延伸；以及未图示的管顶端部，其插入另一侧的副箱支承部17的通孔31。

热交换管60的截面形状在管基端部61和管顶端部处形成为圆环状。因此，能够避免在针对副箱支承部17的通孔31的插入部空有间隙，从而能够防止热交换介质泄漏。

热交换管60的截面形状在管螺旋部62形成为非圆环状。由此，增大了热交换管60相对于储氢物质9的接触面积。

具体而言，如图4所示，热交换管60形成为环状的截面形状，该环状的截面形状具有沿着外周以放射状突出的多个管凸部63和在相邻的管凸部63之间凹陷的多个管凹部64。在此，热交换管60包括五个管凸部63和四个管凹部64。

换言之，热交换管60以截面呈U字状突出的管凸部63和截面同样地凹陷为U字状的管凹部64沿着周向交替地排列的方式形成为环状。

管凸部63和管凹部64沿着热交换管60的轴向、即长度方向以直线状延伸。

热交换管60利用例如不锈钢等的金属材料形成。

与上述的实施方式的热交换管50相同，引导到热交换管60的热交换介质借助热交换管60而在储氢物质9之间进行热交换。由此，能够对储氢物质9进行冷却和加热。

在本实施方式中，热交换管60包括多个管凸部63在外周以放射状突出的环状的截面。因此，相比于上述实施方式中的具有圆环状的截面的热交换管50，在各个流路截面积相等的情况下，热交换管60的表面积、即针对储氢物质9的接触面积变大。因而，能够提高在储氢物质9之间进行的热交换的热量。由此，能够有效地对储氢物质9进行冷却和加热，从而能够快速地进行利用储氢物质9进行的对氢气的储存和放出。

另外，由于热交换管60是多个管凸部63在外周以放射状突出的环状的截面的结构，因此能够提高其针对振动、冲击的强度。

接着，参照图5进一步说明其他实施方式。在该实施方式中，如图5所示，热交换管70的管凸部73和管凹部74采用沿着热交换管70的轴向、即长度方向以螺旋状延伸的结构。

在本实施方式中，相比于上述的其他实施方式的管凸部63和管凹部64以直线状延伸，在各个流路截面积相等的情况下，热交换管70的表面积、即针对储氢物质9的接触面积变得更大。

另外，利用在穿过热交换管70并以螺旋状流动的热交换介质发生作用的离心力，能够增大管凸部73内的顶端区域处的流速。因此，能够提高在热交换介质和储氢物质9之间进行的热交换的热量。由此，能够有效地进行对储氢物质9的冷却和加热，从而能够快速地进行利用储氢物质9对氢气进行的储存和放出。

以上说明了本发明的实施方式，但上述实施方式仅示出本发明的应用例的一部分，其主旨并不在于将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。

本申请基于2011年7月1日向日本国特许厅申请的日本特愿2011-147548要求优先权，该申请的全部内容通过参照引入到本说明书中。

该发明的实施例所包括的排他性质或特征以所附权利要求书所记载的内容要求保护。

Claims

1.一种储氢容器，其使用能够储存氢气的储氢物质来储存氢气，其中，

该储氢容器包括：

空心状的衬套，其具有引导氢气的衬套开口部并用于储存氢气；

空心状的副箱，其配置于上述衬套的内侧并用于容纳储氢物质；

热交换管，其配置于上述副箱的内侧，并引导热交换介质；

副箱支承部，其用于在上述衬套开口部支承上述副箱的端部，并且支承上述热交换管的端部；以及

热交换介质通路，其以贯穿上述副箱支承部的方式形成，并用于向上述热交换管引导热交换介质，

上述衬套包括一对上述衬套开口部，

上述副箱借助一对上述副箱支承部双侧支承于各自的上述衬套开口部，

上述热交换管的两端部分别支承于上述副箱支承部。

2.根据权利要求1所述的储氢容器，其中，

上述热交换管包括：

管螺旋部，其从自一侧的上述副箱支承部突出的管基端部弯折并以线圈状延伸；以及

管往返部，其从上述管螺旋部的顶端弯折并沿着该管螺旋部的内侧以U字状延伸，顶端的管顶端部插入到另一侧的上述副箱支承部。

3.根据权利要求1所述的储氢容器，其中，

上述热交换管包括沿着该热交换管的长度方向延伸的多个管凸部，且形成为该多个管凸部在外周以放射状突出的截面形状。

4.根据权利要求3所述的储氢容器，其中，

上述管凸部沿着上述热交换管的长度方向以螺旋状延伸。