JP2001065797A - 水素貯蔵装置及び水素貯蔵システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素吸蔵合金の局在化を防止し、迅速な水
素放出を実現する。 【解決手段】水素貯蔵装置２０はその長手方向に所定間
隔で配列されている複数の多孔質性成形体３０を有し、
各成形体３０の間および各成形体３０と断熱絶縁材２５
との間には導電性緩衝材３２が挿入されている。導電性
緩衝材３２は断熱絶縁材２５と成形体３０の上下端面と
の間に挿入される第１の導電性緩衝材３２ａおよび断熱
絶縁材２５左右端面との間に挿入される第２の導電性緩
衝材３２ｂとを含んでいる。成形体列の両端には成形体
３０の体積変化に起因する寸法変化に伴って可動である
と共に成形体３０を付勢して成形体３０および蓋４０、
４１との物理的接触を常時維持する可動式付勢電極６
０、６１が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金を用
いた水素貯蔵装置および水素貯蔵システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放
出させる一般的な技術として、発熱体によって生成され
た熱を熱伝導を利用して水素吸蔵合金全体に行き渡らせ
る技術が知られている。この技術では発熱体の熱容量と
水素吸蔵合金の熱容量との総和が総熱容量となる。した
がって、水素放出のために要求されるエネルギの一部は
発熱体の加熱のために消費されることとなり、水素吸蔵
合金の比較的長い加熱時間を要すると共に必ずしもエネ
ルギ効率が高いとは言えなかった。

【０００３】これに対して、水素吸蔵合金に吸蔵されて
いる水素を迅速に放出させるべく容器内に封入されてい
る粉末状の水素吸蔵合金に直接通電し、水素吸蔵合金を
自家発熱させる技術が知られている。すなわち、この技
術では、水素吸蔵合金の有する抵抗によって水素吸蔵合
金自身が発熱体として発熱するため、発熱体は不要とな
り、システム全体の総熱容量は水素吸蔵合金の有する熱
容量のみとなる。また、水素吸蔵合金自身が発熱するた
め、熱伝導により水素吸蔵合金全体を加熱する場合と比
較して理論上はより迅速に水素を放出させることが可能
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな粉末状の水素吸蔵合金を用いる場合には、水素吸放
出の繰り返しにより水素吸蔵合金がより微細化すること
により、特に容器底部に高密度で充填される（圧密化）
傾向がある。かかる場合には、容器内部の粉末密度分布
にばらつきが発生し、電流経路が局在化してしまうとい
う問題があった。すなわち、一般的には、微細化した水
素吸蔵合金が容器底部に局在化し、これにより容器底部
の抵抗値が低下するため容器底部に電流経路が局在して
しまう。かかる状態では容器底部の水素吸蔵合金は自家
発熱するものの、他の位置に在る水素吸蔵合金は発熱部
位からの熱伝達によってのみ加熱されることになるた
め、全体が加熱されるまでに時間を要する。したがっ
て、特に、水素貯蔵装置の冷間時に水素を迅速に放出す
ることができないという問題があった。

【０００５】また、容器底部に微細化した水素吸蔵合金
が局在化することにより、水素吸蔵時には水素吸蔵合金
の体積膨張に起因して容器底部に不測の負荷がかかり、
亀裂等の損傷をもたらすという問題があった。

【０００６】さらに、両電極端子間の電気抵抗は水素吸
放出に伴う水素吸蔵合金の体積変化に起因する接触抵抗
変化の影響を受けるため、通電による水素吸蔵合金の温
度制御が困難になるという問題があった。また、粉末体
の場合には水素吸蔵合金は定形を有していないため、電
極端子と水素吸蔵合金との物理的な接触を常時維持する
ことは困難であった。

【０００７】また、水素貯蔵装置、すなわち水素吸蔵合
金の有する内部抵抗は一定であるため、電力供給源の内
部抵抗が変化する環境下においては、必ずしも水素吸蔵
合金の発熱量は最大とならず、極短時間で水素吸蔵合金
を加熱することができず、その結果、水素が迅速に放出
されないという問題があった。

【０００８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、水素吸蔵合金の局在化を防止し、迅速
な水素放出を実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために本発明の第１の態様は、水素吸
蔵合金を用いた水素貯蔵装置を提供する。この水素貯蔵
装置は、粉体状の水素吸蔵合金を所定形状に成形して得
られる成形体と、前記成形体の温度を制御する温度制御
装置とを備えることを特徴とする。この第１の態様によ
れば、成形体を用いることによって水素吸蔵合金の局在
化を防止し、この成形体の温度を制御することによって
迅速な水素放出を実現することができる。

【００１０】ここで、前記温度制御装置は前記成形体に
電流を通電する電極を含んでも良く、かかる場合には、
成形体が自己発熱するため迅速な水素放出を実現するこ
とができる。

【００１１】第１の態様に係る水素貯蔵装置はさらに、
前記成形体を内包する水素貯蔵容器と、その水素貯蔵容
器中にて前記成形体を保持すると共に前記成形体の体積
変化に伴う前記成形体と前記水素貯蔵容器の内面との接
触を緩衝する緩衝材を備えても良い。かかる構成を備え
る場合には、水素貯蔵容器との接触に起因する成形体の
損傷を防止することができる。

【００１２】また、第１の態様に係る水素貯蔵装置にお
いて、前記成形体は所定方向に沿って複数個配列され、
前記緩衝材は絶縁性を有すると共に配列されている前記
各成形体間に配置され、前記電極は前記成形体の配列方
向に沿って対向配置されていると共に、前記成形体の体
積変化に応じて移動する可動機構および前記成形体の径
方向端部を付勢する付勢機構を有し、前記成形体の径方
向端部と常に接触を維持する構成を備えることもでき
る。かかる構成を備える場合には、複数の成形体の内の
いくつかが損傷しても、水素貯蔵装置の機能を維持する
ことができる。また、電極は、成形体の体積変化に影響
されることなく、常に成形体と接触を維持することがで
きる。また、電極は、成形体を付勢しているので、水素
貯蔵装置内における成形体の位置を一定位置に維持する
ことができる。

【００１３】さらに、第１の態様に係る水素貯蔵装置に
おいて、前記成形体は所定方向に沿って複数個配列さ
れ、前記緩衝材は導電性を有すると共に配列されている
前記各成形体間に配置され、前記電極は前記成形体の体
積変化に応じて移動する可動機構および前記成形体を付
勢する付勢機構を有すると共に前記複数個の成形体のう
ち両端に配置されている成形体と常に接触を維持する構
成を備えることもできる。かかる構成を備える場合に
は、電極は、成形体の体積変化に影響されることなく、
常に成形体と接触を維持することができる。また、電極
は、成形体を付勢しているので、水素貯蔵装置内におけ
る成形体の位置を一定位置に維持することができる。

【００１４】また、第１の態様に係る水素貯蔵装置にお
いて、前記緩衝材は、前記成形体の配列方向に垂直な方
向において前記各成形体と前記水素貯蔵容器内面との間
に配置され、前記緩衝材のうち少なくとも１つの緩衝材
は他の緩衝材とは異なる方向において前記成形体と前記
水素貯蔵容器内面との間に配置される構成を備えること
もできる。かかる構成を備える場合には、体積変化に起
因する成形体の損傷がより低減化されると共に、各成形
体間の導電性および十分な水素の流動距離を確保するこ
とができる。また、多方向における各成形体と水素貯蔵
容器との接触をより効果的に防止することができる。

【００１５】さらにまた、第１の態様に係る水素貯蔵装
置において、前記電極の接触面は前記成形体の接触面の
形状に対応する形状を有する構成を備えても良い。かか
る構成を備える場合には、電極と成形体とをより確実に
接触させることができる。

【００１６】また第１の態様に係る水素貯蔵装置におい
て、前記温度制御装置は前記電極に対して電流を通電す
る電源を有し、前記成形体の内部抵抗値を電源の内部抵
抗値にほぼ一致させる内部抵抗可変機構を備えることが
できる。かかる構成を備える場合には、電源の内部抵抗
値が変動する場合であっても、成形体である水素吸蔵合
金の発熱量を最大とすることができる。

【００１７】本発明の第２の態様は、第１の態様に係る
水素貯蔵装置が複数個接続されてなる水素貯蔵システム
を提供する。この水素貯蔵システムは、前記水素貯蔵装
置に対して電流を通電する電源と、前記各水素貯蔵装置
に内包されている前記成形体の合計内部抵抗値を電源の
内部抵抗値にほぼ一致させる抵抗値制御機構とを備え
る。この第２の態様に係る水素貯蔵システムによれば、
電量供給源の内部抵抗値が変動する場合であっても、成
形体である水素吸蔵合金の発熱量を最大とすることがで
きる。

【００１８】本発明の第３の態様は、水素吸蔵合金を用
いた水素貯蔵装置を提供する。この水素貯蔵装置は、粉
体状の水素吸蔵合金を所定形状に成形して得られる成形
体と、前記成形体とは別個に設けられていると共に、前
記成形体の温度を制御する温度制御装置とを備えること
を特徴とする。この第３の態様によれば、成形体を用い
ることによって水素吸蔵合金の局在化を防止し、この成
形体の温度を制御することによって迅速な水素放出を実
現することができる。

【００１９】また、第３の態様に係る水素貯蔵装置は、
前記成形体を内包する水素貯蔵容器と、その水素貯蔵容
器中にて前記成形体を保持すると共に前記成形体の体積
変化に伴う前記成形体と前記水素貯蔵容器の内面との接
触を緩衝する緩衝材を備えることができる。かかる構成
を備える場合には、水素貯蔵容器との接触に起因する成
形体の損傷を防止することができる。

【００２０】さらに、第３の態様に係る水素貯蔵装置
は、前記成形体は所定方向に沿って複数個配列され、前
記緩衝材は配列されている前記各成形体間に配置されて
いる構成を備えることができる。かかる構成を備える場
合には、水素貯蔵容器との接触に起因する成形体の損傷
をさらに良く防止することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水素貯蔵装置
について、図面を参照していくつかの好適な実施例に基
づき説明する。

【００２２】・第１実施例：図１は第１の実施例に従う
水素貯蔵装置の外形正面図である。図２は図１に示す水
素貯蔵装置の側面図である。図３は図１に示す水素貯蔵
装置２０の本体２１および蓋４０、４１を縦に切断した
縦内部構成図である。

【００２３】水素貯蔵装置２０は矩形筒状断面を有する
金属製の本体２１、本体２１の内部に配置されている水
素吸蔵合金の多孔質性成形体３０（図３参照）、本体２
１の両端部を閉じるための金属製の矩形の蓋４０、４１
を備えている。本体２１の両端部にはフランジ部２２、
２３が形成されており、本体２１の上側中央部には水素
導入出口２４が形成されている。本体２１のフランジ部
２２、２３と蓋４０、４１との間には、本体２１と蓋４
０、４１とを電気的に絶縁すると共に、水素貯蔵装置２
０の内部を密封状態にするために絶縁パッキン５０、５
１が配置されている。絶縁パッキン５０、５１は電気絶
縁体であって水素に対する十分な気密性を有していれば
良く、例えば、無孔質セラミックスが用いられ得る。本
体２１と蓋４０、４１は、フランジ部２２、２３および
蓋４０、４１に形成されているボルト孔を貫通する複数
のボルト５２およびナット５３によって結合されてい
る。また、ボルト５２と蓋４０、４１およびナット５３
とフランジ部２２、２３の間には、ボルト５２およびナ
ット５３を介した本体２１と蓋４０、４１との電気的短
絡を防ぐためにワッシャ状の絶縁碍子５４がそれぞれ介
装されている。

【００２４】次に図３〜図６を参照して水素貯蔵装置２
０の内部構造並びに成形体３０の構造について詳細に説
明する。図４は図１に示す水素貯蔵装置２０の本体２１
および蓋４０、４１を横に切断したの横内部構成図であ
る。図５は図３における５−５切断線によって切断され
た水素貯蔵装置２０の横断面図である。図６は図３にお
ける６−６切断線によって切断された水素貯蔵装置２０
の横断面図である。

【００２５】蓋４０、４１は本体２１内部に延伸する電
極案内部４２、４３をそれぞれ備えている。電極案内部
４２、４３内にはそれぞれ、成形体３０の体積変化に起
因する寸法変化に伴って可動であると共に成形体３０を
付勢して成形体３０および蓋４０、４１との物理的接触
を常時維持する可動式付勢電極６０、６１が収容されて
いる。可動式付勢電極６０、６１は、一対の電極板４４
ａ、４４ｂ、および４５ａ、４５ｂと、一対の電極板４
４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂを互いに離間する方向に
付勢する導電性弾性体、すなわちコイルスプリング４６
とを備えている。

【００２６】このコイルスプリング４６の付勢力によっ
て、電極板４４ａ、４５ａはそれぞれ成形体３０に押圧
され、電極板４４ｂ、４５ｂはそれぞれ蓋４０、４１に
押圧されている。この結果、蓋４０、４１、電極板４４
ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ、および成形体３０間の物
理的接触が常時維持される。なお、導電性弾性体はコイ
ルスプリングに限られるものでなく、例えば、リーフス
プリング、導電性プラスチック、導電性ゴム等といった
導電性並びに弾性を有しているものであれば用いられ得
る。また、可動式付勢電極６０、６１の機構は図示のも
のに限定されるものでなく、例えば、導電性弾性体の一
端が電極板に結合され他端が蓋４０、４１に対して直接
結合されていても良い。

【００２７】本体２１の内壁には、水素導入出口２４を
除きその全域にわたって断熱絶縁材２５が配置されてい
る。この断熱絶縁材２５は、水素吸蔵時における生成熱
の水素貯蔵装置２０外部への伝達を防止し、また電極案
内部４２、４３ならびに後述する導電性緩衝材３２と本
体２１の内壁との電気的導通を防止する。断熱絶縁部材
２５としては、例えば、多孔質セラミックスが用いられ
得る。

【００２８】本実施例においては、複数の多孔質性成形
体３０が水素貯蔵装置２０の長手方向に所定間隔で配列
されている。多孔質の成形体３０は、水素吸蔵合金の粉
末体と結着材との混練体を大きい略板状の形態を有する
ように型に入れ成形・乾燥（無加圧）させることによ
り、あるいは、金型プレス成形後に乾燥させることによ
り得られる。より詳細には、水素吸蔵合金としてＡＢ５
系（ＭｍＮｉＡｌＣｏＭｎ系）あるいはＢＣＣ系（Ｔｉ
ＣｒＶ系）等の合金が用いられる。また、結着材として
はＳＢＲ（スチレン−ブタジエン−ラバー）あるいはＳ
ＥＢＳ（スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロ
ック共重合体）等の材料が用いられる。成形体３０の製
造方法としては、この他に水素吸蔵合金の粉末を型枠に
満たした後に焼結結合させるといった手法も採用するこ
とができる。

【００２９】成形体３０は、例えば、各辺が約４５ｍｍ
程度の正方形状、あるいは、約４５ｍｍ程度の長辺およ
び約３５ｍｍ程度の短辺を有する長方形状に成形され
る。成形体３０の厚さは、平面寸法よりも小さければ任
意であり、例えば約１０ｍｍ程度である。なお、成形体
３０の寸法は、以下に説明する導電性緩衝材３２の挿入
厚さ、可動式付勢電極６０、６１の移動寸法および体積
膨張時における寸法変化を考慮し、体積膨張時に成形体
３０に対して許容値以上の応力がかからないように決定
される。

【００３０】このように水素吸蔵合金を成形体形状で用
いることにより、水素吸蔵合金を粉末体形状で用いた場
合に問題となっていた、圧密化、電流経路の局在化、容
器の損傷を防止することができる。また、通電による水
素吸蔵合金の温度調整を極めて容易に実行することがで
きる。さらに、これに加えて、成形体３０を多孔質状に
成形することにより、水素の拡散経路が十分に確保され
るため、粉末体と同等の水素吸蔵効率を確保することが
できる。

【００３１】各成形体３０の間および各成形体３０と断
熱絶縁材２５との間には導電性緩衝材３２が挿入されて
いる。この導電性緩衝材３２は、例えば、厚さ約５ｍｍ
程度の金属繊維のフェルトであり、成形体３０の保持お
よび成形体３０の体積変化（膨張）時における寸法変化
を考慮して各成形体３０間および各成形体３０と断熱絶
縁材２５との直接接触を防止（緩衝）することができる
程度、例えば、約３ｍｍ程度にまで圧縮された状態で各
成形体３０間および各成形体３０と断熱絶縁材２５との
間に挿入される。このように導電性緩衝材３２を圧縮す
ることにより、その弾性力によって各成形体３０が適当
に押圧され本体２１内部で保持されるとともに、各成形
体３０の体積膨張等に起因する少なくとも各成形体３０
同士および各成形体３０と断熱絶縁材２５との直接接触
の一方が防止され、また、成形体３０に作用する衝撃が
緩衝されることにより損傷が防止される。

【００３２】図３〜図６および図７を参照して、導電性
緩衝材３２について詳述する。図７は、水素貯蔵装置２
０内に配置されている成形体３０および導電性緩衝材３
２の一部を取り出し、両者の配置関係を示す斜視図であ
る。導電性緩衝材は、図３〜図７から見て取れるよう
に、第１の導電性緩衝材３２ａ（第１の緩衝材）（図
３、図５および図７参照）と第２の導電性緩衝材３２ｂ
（第２の緩衝材）（図４、図６および図７参照）とを含
んでいる。第１の導電性緩衝材３２ａは、図５ないし図
７に示す位置関係において、本体２１の内部上面および
内部下面に配置されている断熱絶縁材２５と成形体３０
の上下端面との間に挿入される第１の位置にて配置され
る。同様に、第２の導電性緩衝材３２ｂは、本体２１の
内部側面に配置されている断熱絶縁材２５と成形体３０
の左右端面との間に挿入される第２の位置にて配置され
る。

【００３３】このような配置によって、第１の導電性緩
衝材３２ａは、成形体３０が体積変化に伴い上下方向へ
寸法変化する場合に本体２１の内部上下面に配置されて
いる断熱絶縁材２５と成形体３０の上下端面との直接接
触を防止すると共に成形体３０にかかる衝撃を緩衝して
成形体３０の損傷を防止する。また、第２の導電性緩衝
材３２ｂは、成形体３０が体積変化に伴い左右方向へ寸
法変化する場合に本体２１の内部側面に配置されている
断熱絶縁材２５と成形体３０の左右端面との直接接触を
防止すると共に成形体３０にかかる衝撃を緩衝して成形
体３０の損傷を防止する。なお、いずれの場合も、その
位置関係は図５および図６における位置関係に基づくも
のとする。

【００３４】導電性緩衝材３２には、成形体３０に対す
る通電を許容するために導電性を有すること、水素の流
れを妨げない（水素を透過させる）こと、水素吸蔵・放
出反応時における約１５０度程度の温度に対する耐熱性
を備えること、弾性を有すること等が要求される。かか
る要件を満たす導電性緩衝材としては、例えば、ステン
レス鋼繊維、発泡ニッケルがある。ステンレス鋼繊維と
しては、例えば、日本精線株式会社のナスロンウェブ、
ナスロンフェルト、ナスロン織布、ナスロンフィルタ
（いずれも商品名）等が、発泡ニッケルとしては、住友
電工株式会社のセルメット（商品名）等が用いられ得
る。

【００３５】次に、成形体３０が水素を吸放出する際に
おける水素貯蔵装置２０の作用について説明する。先
ず、水素吸蔵時には水素導入出口２４から水素ガスが導
入され、導入された水素ガスの水素原子は各成形体３０
内に吸着される。ここで、本実施例においては、水素透
過性の導電性緩衝材３２を介して多孔質性の成形体３０
が複数個配列される構成を備えている。したがって、導
入された水素ガスの拡散経路を十分に取ることができる
とともに、水素ガスと成形体３０との総接触面積を増大
化することができる。この結果、水素吸蔵合金、すなわ
ち成形体３０による水素原子の吸着（吸蔵）が効率よく
実行され得る。

【００３６】水素吸蔵合金である成形体３０は、水素原
子の吸着に伴ってその体積を増大させる。体積増大に伴
う成形体３０の厚さ方向（水素貯蔵装置２０の長軸方
向）への厚さ寸法増大分は、各成形体３０間に挿入配置
されている導電性緩衝材３２および可動式付勢電極６
０、６１によって吸収される。すなわち、成形体３０の
厚さ方向への寸法増大分が導電性緩衝材３２および可動
式付勢電極６０、６１の収縮によって吸収される。した
がって、成形体列の両端に位置する成形体と可動式付勢
電極６０、６１との物理的な接触を保持しつつ、各成形
体３０同士の接触が防止されると共に各成形体３０に作
用する応力が緩衝されて成形体３０の損傷を防ぐことが
できる。また、体積増大に伴う成形体３０の平面方向
（水素貯蔵装置２０の短軸方向）への変化分は、各成形
体３０と断熱絶縁材２５との間に挿入配置されている導
電性緩衝材３２によって吸収される。したがって、少な
くとも各成形体３０同士の接触および各成形体３０と断
熱絶縁材２５との接触の一方が防止されると共に各成形
体３０に作用する応力が緩衝され、成形体３０の損傷を
防ぐことができる。

【００３７】本実施例では、図８に等価回路で示すよう
に、水素貯蔵装置２０から水素を取り出すために、水素
貯蔵合金である成形体３０に対して直接通電して自己発
熱させる。すなわち、水素放出時には外部の電力供給源
８０から蓋４０、４１に対して所定電圧が印加される。
この結果、蓋４０、４１、および可動式付勢電極６０、
６１（電極板４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ）を介し
て成形体３０に電流が通電される。通電すると、各成形
体３０は自己の有する内部抵抗によって発熱体として発
熱し、この発熱によって各成形体３０に吸着されている
水素原子が各成形体３０から放出される。放出された水
素原子（水素ガス）は水素導入出口２４から外部回路へ
導出される。水素吸蔵合金すなわち各成形体３０は水素
原子の放出に伴ってその体積を元の体積まで減少させ
る。このとき、本実施例においては電極に成形体３０を
付勢する可動式付勢電極６０、６１を用いているため、
コイルスプリング４６によって付勢されている電極板４
４ａ、４５ａは成形体３０の体積減少に伴う寸法変化
（寸法減少）に追随して物理的接触を維持しつつ移動す
る。また、水素貯蔵装置２０の径方向における各成形体
３０の寸法変化分は、導電性緩衝材３２が弾性変形する
ことにより補完され、各成形体３０は水素貯蔵装置２０
内部にて保持される。

【００３８】また、本実施例では、成形体状の水素吸蔵
合金を用いているので、水素吸蔵合金を粉末体の形状で
用いていた従来例で問題とされている、圧密化（微粉末
が高密度で充填される現象）が防止される。したがっ
て、直接通電する際に電流経路が成形体３０内部に均一
に分散され効率の良い発熱を実現することが可能とな
り、成形体３０を迅速に加熱することができる。さら
に、成形体３０は定形を有しているため、導電性緩衝材
３２および可動式付勢電極６０、６１を採用することに
より、成形体３０と可動式付勢電極６０、６１との物理
的な接触を常に維持することができる。

【００３９】ここで、理想状態における水素吸蔵合金の
加熱時間に関する比較例を図９を参照いて説明する。図
９は水素吸蔵合金成形体通電加熱（直接加熱）Ａ、水素
吸蔵合金成形体ヒータ加熱（間接加熱）Ｂ、水素吸蔵合
金粉末体ヒータ加熱（間接加熱）Ｃの時間に対する温度
変化の関係を示すグラフである。

【００４０】この比較例では、０〜１０秒までの間通電
し、その後２０秒まで放置した際の温度変化を比較し
た。図示されるグラフから理解されるように、水素吸蔵
合金の成形体を通電加熱する場合（Ａ）には、到達温度
が極めて高く、水素吸蔵合金から迅速な水素の放出が期
待される。これに対して、ヒータ加熱により水素吸蔵合
金を加熱する場合（Ｂ、Ｃ）には、温度上昇が遅く、到
達温度も低い。したがって、水素の迅速な放出および十
分な水素の放出量を実現することができない。

【００４１】このように、粉末体の水素吸蔵合金を多孔
質状の成形体３０に成形することにより、また、成形体
３０に通電して成形体３０を自家発熱させることによ
り、極めて迅速な水素の放出および十分な水素の放出量
を実現することができる。この利点は、例えば、水素貯
蔵装置２０を車両に搭載した場合に有利に作用する。実
用上、車両の始動に許容される時間は僅かであり、車載
の水素貯蔵装置には、特に迅速な立ち上がりが要求され
るからである。あるいは、間欠運転が実行される水素利
用システム、例えば、改質器により水素を得るシステ
ム、水素を燃料として発電する燃料電池等においても、
かかる利点は有益である。

【００４２】・第２実施例：第２実施例では、水素貯蔵
装置、例えば、第１実施例において説明した水素貯蔵装
置２０を複数個接続し、抵抗値制御機構８２によって水
素貯蔵装置２０の接続パターンを切り替えることによ
り、水素貯蔵装置２０内における水素吸蔵合金の内部抵
抗を電流供給源８０の有する内部抵抗に一致させること
を特徴とする。一般的に、水素貯蔵装置２０内の水素吸
蔵合金（成形体３０）を最短時間で加熱するためには、
水素吸蔵合金に対して電力供給源８０から最大の電力を
供給しなければならない。ここで、図８に図示される第
１実施例の等価回路における水素吸蔵合金の発熱出力Ｐ
は以下の式によって定義される。

【００４３】 Ｐ＝ＩＶ＝Ｉ²Ｒ＝Ｖ²Ｒ／（ｒ＋Ｒ）² （式１） ここで、Ｖは電力供給源８０により供給される電圧、Ｉ
は図９に図示される電気回路を流れる電流、Ｒは水素吸
蔵合金の抵抗、ｒは電力供給源の内部抵抗をそれぞれ示
す。ＲをＰの変数と見なした場合におけるＰが最大値を
採るための条件、すなわち式１の最大値は、ｄＰ／ｄＲ
＝（Ｒ−ｒ）Ｖ²／（ｒ＋Ｒ）³＝０を満たすＲ＝ｒのと
きに得られる。したがって、水素吸蔵合金の抵抗Ｒと電
力供給源の内部抵抗ｒとが一致する場合に水素吸蔵合金
の発熱量は最大となる。この結果に基づき、水素貯蔵装
置２０に対して常に一定電流を通電することができる場
合には、予め水素貯蔵装置２０内の水素吸蔵合金の抵抗
を電力供給源８０の内部抵抗に一致させておくことによ
り常に水素吸蔵合金の発熱量を最大とすることができ
る。

【００４４】第２実施例においては、図１０および図１
１に図示するように、複数個の水素貯蔵装置２０から構
成される水素貯蔵システムを採用し、水素貯蔵装置２０
間の接続態様を抵抗値制御機構８２によって切り替える
ことにより水素貯蔵システムにおける水素吸蔵合金の抵
抗Ｒを電力供給源８０である二次電池の内部抵抗ｒに一
致させる。図１０は水素貯蔵システムが低い抵抗を有す
る場合における水素貯蔵装置２０間の接続態様を示す。
図１１は水素貯蔵システムが高い抵抗を有する場合の水
素貯蔵装置２０間の接続態様を示す。

【００４５】図１０および図１１においては、それぞれ
断面積Ｓ、長さＬ、比抵抗ρを有する水素吸蔵合金の成
形体を用いた。図１０の接続形態における水素貯蔵シス
テムの抵抗Ｒ１は、Ｒ₁＝（Ｌ／２Ｓ）ρで表される。
これに対して図１１の接続形態における水素貯蔵システ
ムの抵抗Ｒ₂は（２Ｌ／Ｓ）ρで表される。ここで、Ｒ₁
とＲ２との間には、Ｒ₂＝４Ｒ₁の関係が成立する。した
がって、電力供給源８０の内部抵抗ｒが高い場合には、
例えば、抵抗値制御機構８２により、図１１の接続形態
に切り替えることによって水素貯蔵システムの内部抵抗
を電力供給源８０の内部抵抗ｒに一致、あるいは、近づ
けることができる。この結果、電力供給源８０から水素
吸蔵合金に対して実質的に最大の電力が供給されること
となり、水素吸蔵合金を迅速に発熱させることができ
る。

【００４６】ここで、車両における電力供給源８０とし
ては二次電池が用いられることが一般的であるが、二次
電池は一般的にその内部抵抗が温度変化に依存するた
め、特定の温度環境下における二次電池の内部抵抗ｒに
水素吸蔵合金の抵抗Ｒを一致させておいたとしても、使
用に伴って内部抵抗ｒと抵抗Ｒとが一致しなくなること
も多い。しかしながら、本実施例に係る構成を備えるこ
とにより、水素貯蔵装置２０を車両に搭載する場合であ
っても、二次電池の内部抵抗変化に関わらず水素吸蔵合
金を迅速に発熱させることができる。したがって、水素
を迅速に供給（放出）することができる。

【００４７】なお、本実施の形態では、抵抗値制御機構
８２を介して水素貯蔵装置２０を複数個接続した水素貯
蔵システムにおいて、水素貯蔵装置２０の合計内部抵抗
を電力供給源８０の内部抵抗ｒに一致あるいは近づける
構成を備える。これに対して、図１２に示すように、単
一の水素貯蔵装置２０において、可動式付勢電極６０、
６１および６２間に介在させる成形体３０の数を内部抵
抗可変機構８４によって調整することにより水素貯蔵装
置２０の内部抵抗を変更しても良い。例えば、可動式付
勢電極板６２を予め所定間隔毎に成形体間に配置してお
き、内部抵抗可変機構８４によって電力供給源８０接続
する電極板を切り替えることにより、水素貯蔵装置２０
の内部抵抗は変更され得る。

【００４８】・第３実施例：本発明に従う第３実施例に
係る水素貯蔵装置１００について図１３を参照して説明
する。第３実施例における水素貯蔵装置１００は複数の
多孔質状の成形体３０を用いる代わりに一体の多孔質状
の成形体１１０を用いる点で第１実施例における水素貯
蔵装置２０と相違する。成形体１１０および緩衝材１２
０を除く他の構成は第１実施例における構成と同一であ
るから、同一の符号を付してその説明を省略する。水素
貯蔵装置１００は可動式付勢電極６０、６１の間に一体
の水素吸蔵合金の成形体１１０を有している。この成形
体１１０は、第１実施例において説明したように粉末状
の水素吸蔵合金と結着材の混練物を、所望の形状、ここ
では、矩形断面を有する柱状成形体に成形・乾燥させる
ことにより得られる。成形体１１０は、可動式付勢電極
６０、６１によって押圧されており、成形体１１０と可
動式付勢電極６０、６１とは常に物理的な接触を維持し
ている。また、成形体１１０の長軸方向への寸法増加分
は可動式付勢電極６０、６１が収縮することによって吸
収される。

【００４９】成形体１１０の本体２１内部との各対向面
とこれに対応する本体２１内部の各面に配置されている
断熱絶縁材２５との間には緩衝材１２０が挿入されてい
る。この緩衝材１２０は、水素吸蔵時における成形体１
１０の体積膨張に伴う上下左右方向（図１３において紙
面に対する垂直方向を左右方向、紙面に平行な上下方向
を上下方向とする）への寸法変化時にも成形体１１０に
許容値以上の応力が賞しない程度に圧縮された状態で成
形体１１０と断熱絶縁材２５との間に挿入配置される。
より詳細には、緩衝材１２０は、成形体１１０の上下面
とこれに対応する断熱絶縁材２５との間に配置されてい
る第１緩衝材１２０ａ、成形体１１０の左右面とこれに
対応する断熱絶縁材２５との間に配置されている第２緩
衝材１２０ｂとを有している。また、第１実施例とは異
なり、緩衝材１２０は成形体１１０に対する通電方向に
は配置されていないので、緩衝材１２０には導電性は必
ずしも要求されない。また、緩衝材１２０は水素拡散経
路を保持するようにして配置されているので、水素透過
性は必ずしも要求されるものでないが、水素透過性を備
えることは好ましい。なお、本実施例では、第１実施例
にて例示した導電性緩衝材３２を緩衝材１２０として用
いるものとする。

【００５０】本実施例に係る水素貯蔵装置１００では、
水素吸蔵時における成形体１１０の体積膨張に伴う長軸
方向の寸法変化は可動性付勢電極６０、６１によって吸
収され、径方向の寸法変化は第１および第２導電性緩衝
材１２０ａ、１２０ｂによって吸収される。これにより
成形体１１０と断熱絶縁材２５との直接接触が防止され
ると共に成形体１１０に作用する衝撃が緩衝され成形体
１１０の損傷が防止される。これに対して、水素放出時
における成形体１１０の体積減少に伴う長軸変化分は、
可動性付勢電極６０、６１が成形体１１０を付勢しつつ
伸長することによって補完される。

【００５１】したがって、成形体１１０の両端と可動性
付勢電極６０、６１との物理的な接触を維持することが
できる。また、径方向の寸法変化分は第１および第２導
電性緩衝材１２０ａ、１２０ｂが弾性変形することによ
って補完され、成形体１１０は水素貯蔵装置１００内に
て断熱絶縁材２５と接触しないように保持される。この
ように、本実施例においても成形体状の水素吸蔵合金を
用いることによる利益を有することができる。

【００５２】以上、いくつかの実施例に基づき本発明に
係る水素貯蔵装置を説明してきたが、上記した発明の実
施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであ
り、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣
旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改
良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれるこ
とはもちろんである。

【００５３】例えば、上記第１実施例では矩形板状の多
孔質性成形体３０を用いたが、円板状、多角形状の成形
体を用いても良い。どのような形状の成形体を用いても
第１実施例において得られる利益を得ることができると
共に、どのような形状の成形体を用いるかは設計事項だ
からである。

【００５４】また、第１実施例では、第１導電性緩衝材
３２aおよび第１導電性緩衝材３２ａに対して９０度ず
らして配置される第２導電性緩衝材３２ｂを交互に配置
しているが、全ての導電性緩衝材のうち少なくとも１つ
の導電性緩衝材が他の導電性緩衝材の配置向きとは異な
る向きに配置されていればよい。また、成形体が円板状
に成形されている場合には、各導電性緩衝材を所定角度
ずつずらして配置しても良い。これらの場合にも、成形
体３０の体積変化（膨張）に起因する、各方向における
成形体３０と断熱絶縁材２５との衝突が緩衝され、成形
体３０の損傷を防止することができるからである。

【００５５】さらに、第１実施例では、可動式付勢電極
６０、６１を成形体３０の配列方向に対して交差するよ
うに配置、すなわち、成形体３０を電気的に直列接続す
るように配置した。しかしながら、図１４に示すよう
に、可動式付勢電極１６０、１６１を成形体３０の配列
方向に沿って配置、すなわち、成形体３０を電気的に並
列接続するように配置しても良い。この場合には、成形
体３０相互間の電気的に絶縁する必要があるので、緩衝
材として絶縁性緩衝材１３２を用いる。また、成形体３
０の径寸法は、成形体３０の通電加熱に要求される電気
抵抗値を実現するように決定される。

【００５６】かかる構成を備える場合には、複数個配列
されている成形体３０の内の１個あるいはいくつかが損
傷した場合であっても、水素貯蔵装置１２０としての機
能を保持することができるという利点を有する。

【００５７】また、第１実施例における導電性緩衝材３
２の形状は一例であり、例えば、図１４に緩衝材１３２
として示すように、２つの成形体３０間に挟まれると共
にその両端部が２つの成形体３０の端部に跨るように配
置されても良い。すなわち、断面視にて各端部が略Ｔ字
状をなすように配置されても良い。この場合には、１つ
の導電性緩衝材３２によって、隣接する成形体３０を本
体２１の内面（断熱絶縁材２５）との接触による損傷か
らより効果的に保護することができる。

【００５８】また、第３実施例では四角柱状の成形体１
１０を用いたが、円柱状、多角柱状の成形体を用いても
良い。かかる場合にも、成形体１１０であることに変わ
りなく、成形体状の水素吸蔵合金を用いた場合の利益を
有するからである。

【００５９】上記各実施例にて説明したように本発明に
係る水素貯蔵装置は迅速な水素放出を実現するため、例
えば、燃料電池を利用する水素利用システム、メタノー
ル改質器を用いる水素利用システムの冷間始動時におけ
る水素供給源として有用である。しかしながら、大型の
水素貯蔵装置と併用することで定常運転中にシステム全
体の最大水素流量を増大させて、水素供給先である燃料
電池等の最大出力を向上させることができる。

【００６０】また、必要に応じて小型水素貯蔵装置と大
型水素貯蔵装置の容量比を調整する事も有用である。さ
らに、水素貯蔵装置全体を通電可能な小部屋に分割した
構造を備えることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例に従う水素貯蔵装置
の外観正面図である。

【図２】図１に示す水素貯蔵装置の外観側面図である。

【図３】図１に示す水素貯蔵装置の容器を縦方向に切断
した場合における内部構成を示す縦内部構成図である。

【図４】図１に示す水素貯蔵装置の容器を横方向に切断
した場合における内部構成を示す横内部構成図である。

【図５】図３中の５−５切断線によって切断された水素
貯蔵装置の横断面図である。

【図６】図３中の６−６切断線によって切断された水素
貯蔵装置の横断面図である。

【図７】水素貯蔵装置内に配置されている成形体および
導電性緩衝材の一部を取り出し、両者の配置関係を示す
斜視図である。

【図８】水素吸蔵合金および電力供給源とによって形成
される第１実施例に係る水素貯蔵装置の等価回路のブロ
ック図である。

【図９】水素吸蔵合金成形体通電加熱時、水素吸蔵合金
成形体ヒータ加熱時、水素吸蔵合金粉末体通電加熱時お
よび水素吸蔵合金粉末体ヒータ加熱時における時間に対
する温度変化のそれぞれおの関係を示すグラフである。

【図１０】水素貯蔵システムが低い抵抗を有する場合に
おける抵抗値制御機構の作動状態を示すブロック図であ
る。

【図１１】水素貯蔵システムが高い抵抗を有する場合に
おける抵抗値制御機構の作動状態を示すブロック図であ
る。

【図１２】単体の水素貯蔵装置においてその内部抵抗を
変更するための一構成例を示すブロック図である。

【図１３】本発明に係る第３実施例に従う水素貯蔵装置
の内部構成を示す内部構成図である。

【図１４】本発明に係る他の実施例に従う水素貯蔵装置
の内部構成を示す内部構成図である。

【符号の説明】

２０…水素貯蔵装置 ２１…本体 ２２、２３…フランジ部 ２４…水素導入出口 ２５…断熱絶縁材 ３０…成形体 ３２…導電性緩衝材 ３２ａ…第１の導電性緩衝材 ３２ｂ…第２の導電性緩衝材 ４０、４１…蓋 ４２、４３…電極案内部 ４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ…一対の電極板 ４６…コイルスプリング ５０、５１…絶縁パッキン ５２…ボルト ５３…ナット ６０、６１、６２…可動式付勢電極 ８０…電力供給源 ８２…抵抗値制御機構 ８４…内部抵抗可変機構 １００…水素貯蔵装置 １１０…成形体 １２０…緩衝材 １２０ａ…第１緩衝材 １２０ｂ…第２緩衝材

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置であ
   って、 粉体状の水素吸蔵合金を所定形状に成形して得られる成
   形体と、 前記成形体の温度を制御する温度制御装置とを備える水
   素貯蔵装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水素貯蔵装置におい
   て、 前記温度制御装置は前記成形体に電流を通電する電極を
   含む水素貯蔵装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の水素貯蔵装置であっ
   て、さらに、 前記成形体を内包する水素貯蔵容器と、 その水素貯蔵容器中にて前記成形体を保持すると共に前
   記成形体の体積変化に伴う前記成形体と前記水素貯蔵容
   器の内面との接触を緩衝する緩衝材を備える水素貯蔵装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の水素貯蔵装置におい
   て、 前記成形体は所定方向に沿って複数個配列され、 前記緩衝材は絶縁性を有すると共に配列されている前記
   各成形体間に配置され、 前記電極は前記成形体の配列方向に沿って対向配置され
   ていると共に、前記成形体の体積変化に応じて移動する
   可動機構および前記成形体の径方向端部を付勢する付勢
   機構を有し、前記成形体の径方向端部と常に接触を維持
   する水素貯蔵装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の水素貯蔵装置におい
   て、 前記成形体は所定方向に沿って複数個配列され、 前記緩衝材は導電性を有すると共に配列されている前記
   各成形体間に配置され、 前記電極は前記成形体の体積変化に応じて移動する可動
   機構および前記成形体を付勢する付勢機構を有すると共
   に前記複数個の成形体のうち両端に配置されている成形
   体と常に接触を維持する水素貯蔵装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の水素貯蔵装置におい
   て、 前記緩衝材は、前記成形体の配列方向に垂直な方向にお
   いて前記各成形体と前記水素貯蔵容器内面との間に配置
   され、前記緩衝材のうち少なくとも１つの緩衝材は他の
   緩衝材とは異なる方向において前記成形体と前記水素貯
   蔵容器内面との間に配置される水素貯蔵装置。
7. 【請求項７】 請求項４ないし請求項６のいずれかの請
   求項に記載の水素貯蔵装置において、 前記電極の接触面は前記成形体の接触面の形状に対応す
   る形状を有する水素貯蔵装置。
8. 【請求項８】 請求項２ないし請求項７のいずれかの請
   求項に記載の水素貯蔵装置において、 前記温度制御装置は前記電極に対して電流を通電する電
   源を有し、 前記成形体の内部抵抗値を電源の内部抵抗値にほぼ一致
   させる内部抵抗可変機構を備える水素貯蔵装置。
9. 【請求項９】 請求項２ないし請求項７のいずれかの請
   求項に記載の水素貯蔵装置が複数個接続されてなる水素
   貯蔵システムであって、 前記水素貯蔵装置に対して電流を通電する電源と、 前記各水素貯蔵装置に内包されている前記成形体の合計
   内部抵抗値を電源の内部抵抗値にほぼ一致させる抵抗値
   制御機構とを備える水素貯蔵システム。
10. 【請求項１０】水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置であ
    って、 粉体状の水素吸蔵合金を所定形状に成形して得られる成
    形体と、 前記成形体とは別個に設けられていると共に、前記成形
    体の温度を制御する温度制御装置とを備える水素貯蔵装
    置。
11. 【請求項１１】請求項１０に記載の水素貯蔵装置であっ
    て、さらに、 前記成形体を内包する水素貯蔵容器と、 その水素貯蔵容器中にて前記成形体を保持すると共に前
    記成形体の体積変化に伴う前記成形体と前記水素貯蔵容
    器の内面との接触を緩衝する緩衝材を備える水素貯蔵装
    置。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の水素貯蔵装置におい
    て、 前記成形体は所定方向に沿って複数個配列され、 前記緩衝材は配列されている前記各成形体間に配置され
    ている水素貯蔵装置。