JP2001295995A - 水素貯蔵タンク - Google Patents

水素貯蔵タンク

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hydrogen
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Takanori Suzuki
貴紀 鈴木
Izuru Kanoya
出 鹿屋
Mitsuya Hosoe
光矢 細江
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位容積当りの水素吸蔵放出面積を大にして
単位容積当りの水素吸蔵量を増加させ,また水素の放出
を迅速に行う。 【解決手段】 水素貯蔵タンク1は,外筒体2と,その
外筒体2内周面との間に水素通路3となる間隔を存して
その外筒体2内に収容され,且つ外周面全体を水素吸蔵
放出面9とした筒状水素貯蔵体4を備えている。筒状水
素貯蔵体4は水素貯蔵材集合体Aと,その集合体A内に
設けられて,加熱用流体および冷却用流体を流通させる
流体通路14とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,水素を吸蔵し,ま
たその水素を放出する水素貯蔵タンクに関する。
【0002】
【従来の技術】従来,この種の水素貯蔵タンクとして
は,例えば,二重円筒型タンクが知られている。このタ
ンクは,内筒内に水素貯蔵合金を収容すると共にその軸
線回りに吸蔵用水素および放出水素を流通させる水素通
路を設け,内,外筒間を加熱用流体および冷却用流体の
通路としたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のタ
ンクは,水素通路が細いことに起因して単位容積当りの
水素吸蔵放出面積が小さいため,単位容積当りの水素吸
蔵量が少なく,また加熱効率が悪いため水素の放出速度
が遅い,という問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は,単位容積当り
の水素吸蔵放出面積を大にして単位容積当りの水素吸蔵
量を増加し,また水素の放出を迅速に行い得るようにし
た前記水素貯蔵タンクを提供することを目的とする。
【0005】前記目的を達成するため本発明によれば,
外筒体と,その外筒体内周面との間に水素通路となる間
隔を存してその外筒体内に収容され,且つ外周面の少な
くとも一部を水素吸蔵放出面とした筒状水素貯蔵体とを
備え,その筒状水素貯蔵体は水素貯蔵材集合体と,その
集合体内に設けられて,加熱用流体および冷却用流体を
流通させる流体通路とを有する,水素貯蔵タンクが提供
される。
【0006】前記のように構成すると,水素吸蔵放出面
は水素貯蔵体の外周面に在り,またその回りを水素通路
が囲んでいるので,単位容積当りの水素吸蔵放出面積を
大にすることが可能であり,これにより単位容積当りの
水素吸蔵量を増加させることができる。
【0007】また水素貯蔵材集合体内に冷却用流体を流
通させる流体通路が在り,一方,水素吸蔵時において
は,外周側,つまり水素吸蔵放出面から内部に向って水
素の吸蔵が進行する関係から,その水素吸蔵に伴う発生
熱が水素未吸蔵の水素貯蔵材を通じて冷却用流体へスム
ーズに伝播され,これにより水素貯蔵材集合体における
蓄熱を回避して水素吸蔵効率を向上させると共に水素吸
蔵量を増加させることができる。
【0008】さらに,水素放出時には水素貯蔵材集合体
を,その内部から効率良く加熱して,水素の放出を広い
水素吸蔵放出面より迅速に行うことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1〜3に示す第1実施例におい
て,その水素貯蔵タンク1は,ステンレス鋼より構成さ
れた横断面円形の耐圧性外筒体2と,その外筒体2の外
周壁2a内周面との間に水素通路3となる間隔を存して
その外筒体2内に収容された筒状水素貯蔵体4とよりな
る。その水素貯蔵体4の,ステンレス鋼よりなる円筒状
ハウジング5は,上,下端壁6,7と,それら上,下端
壁6,7の対向外周部間に溶接等により接合されて外周
壁を構成する通気性フィルタ8とよりなる。フィルタ8
は,その外周面の少なくとも一部,実施例では外周面全
体を水素吸蔵放出面9とすべく,水素が出入りし得る多
数の微細孔,例えば,数nm〜0.1μmの孔を有す
る。ハウジング5の上,下端壁6,7と外筒体2の上,
下端壁10,11間にはそれぞれ複数の断熱部材12,
13が介在され,それら断熱部材12,13は,耐火レ
ンガ,軽石等の多孔質セラミックス,ガラス繊維布,ガ
ラス繊維板等よりなる。
【0010】ハウジング5内には粉末状水素貯蔵材HS
Mが充填されて1つの集合体Aをなし,その水素貯蔵材
集合体A内には加熱用流体および冷却用流体を流通させ
る流体通路14が存する。水素貯蔵材HSMとしては水
素貯蔵合金(例えば,Mg2Ni等のMg合金),ナノ
構造カーボン等が用いられる。
【0011】流体通路14は通路形成体15により形成
され,その通路形成体15は次のように構成される。即
ち,筒状水素貯蔵体4,したがって円筒状ハウジング5
の軸線と合致する軸線を有する複数のステンレス鋼製管
状部材16が,1列に並んで配置され,相隣る両管状部
材16間に円板状部材17が配設される。円板状部材1
7はステンレス鋼製シェル18を有し,そのシェル18
の環状上端壁19に存する中心孔20周縁部に上側の管
状部材16下端部が溶接等により接合される。またシェ
ル18の環状下端壁21に存する中心孔22周縁部に下
側の管状部材16上端部が溶接等により接合される。さ
らにシェル18の外周壁23はフィルタ8近傍に位置す
る。
【0012】シェル18は通気性環状体24を被覆して
おり,その通気性環状体24の中心孔25は上,下端壁
19,21の中心孔20,22に合致する。また通気性
環状体24は,その軸線方向2等分位置に埋め込まれた
円形隔壁板26によって環状上部領域aと環状下部領域
bとに二分割されているが,それら上,下部領域a,b
は,隔壁板26外周面およびシェル18の外周壁23内
周面間に存する環状中間部領域cを介して連通する。
【0013】最上位および最下位の管状部材16はハウ
ジング5および外筒体2の上端壁6,10ならびに下端
壁7,11をそれぞれ貫通している。
【0014】このような通路形成体15による流体通路
14は,複数の管状部材16による,ハウジング5の軸
線方向に並ぶ複数の直線路27と,相隣る両管状部材1
6間,つまり相隣る両直線路27間に在り,且つ円板部
材17による分散−集束路28とよりなる。
【0015】最下位の管状体16から加熱用流体等を供
給する,とした場合,分散−集束路28の分散部29
は,通気性環状体24の下部領域b内に在って,下側の
直線路27から両中心孔22,25を経た流体を筒状水
素貯蔵体4の全外周に向けて分散させる,といった機能
を有する。一方,分散−集束路28の集束部30は,通
気性環状体24の上部領域a内に在って,中間部領域c
を経た流体を中心孔25,したがって上側の直線路27
に向けて集束させる,といった機能を有する。相隣る両
分散−集束路28はそれらの間に熱集積が生じるように
配設され,これにより,相隣る両分散−集束路28間に
存する水素貯蔵材HSMを効率良く加熱することができ
る。通気性環状体24は連続気孔を有する金属(例え
ば,Ni)多孔質体,セラミック多孔質体等よりなり,
また隔壁板26はステンレス鋼よりなる。
【0016】加熱用流体は燃焼用水素と酸素,実施例で
は空気であり,分散−集束路28,したがって通気性環
状体24には燃焼用水素と酸素との燃焼反応を促進する
触媒として白金,パラジウム等が担持される。冷却用流
体としては冷却用ガス,例えば空気が用いられる。外筒
体2の下端壁11には吸蔵用水素および放出水素の流通
管31が保持される。
【0017】次に,水素貯蔵タンク1における水素の吸
蔵および水素の放出について説明する。
【0018】水素吸蔵時には,水素を流通管31から水
素通路3に導入する。水素は水素貯蔵体4のフィルタ8
全周においてそのフィルタ8を通過して水素貯蔵材集合
体Aに吸蔵される。
【0019】冷却用空気は,最下位の管状部材16から
供給されて直線路27,分散−集束路28,直線路7
0,分散−集束路28……の順に流通する。
【0020】この場合,円筒状フィルタ8の外周面全体
が水素吸蔵放出面9であり,またその回りを水素通路3
が囲んでいるので,単位容積当りの水素吸蔵放出面積が
大となり,これにより単位容積当りの水素吸蔵量を増加
させると共に水素吸蔵速度を向上させることができる。
【0021】また水素貯蔵材集合体A内に冷却用空気を
流通させる流体通路14,つまり複数の直線路27およ
び広い伝熱面積を有する複数の分散−集束路28が在
り,一方,水素吸蔵時においては,外周側,つまり水素
吸蔵放出面9から内部に向って水素の吸蔵が進行する関
係から,その水素吸蔵に伴う発生熱が水素未吸蔵の水素
貯蔵材HSMを通じて冷却用空気へスムーズに伝播さ
れ,これにより水素貯蔵材集合体Aにおける蓄熱を回避
して水素吸蔵効率を向上させると共に水素吸蔵量を増加
させることができる。
【0022】水素放出時には,最下位の管状部材16か
ら燃焼用水素および酸素としての空気を供給して直線路
27,分散−集束路28,直線路27,分散−集束路2
8……の順に流通させる。分散−集束路28では白金触
媒等の存在下,燃焼用水素と酸素との燃焼反応が生じ
る。これにより燃焼熱と加熱水蒸気が発生し,その加熱
水蒸気は未反応の燃焼用水素および空気と共にさらに流
体通路14を流通する。
【0023】燃焼熱は,広い伝熱面積を備えた分散−集
束路28から水素貯蔵材集合体Aに,また加熱水蒸気の
熱は各直線路27から水素貯蔵材集合体Aにそれぞれ伝
達されて,その水素貯蔵材HSMが,前記熱集積の発生
もあって,効率良く加熱され,これにより水素の放出が
広い水素吸蔵放出面9より迅速に行われる。
【0024】前記のように,外筒体2と水素貯蔵体4と
の内,外周面間を水素通路3として,それら2,4を非
接触状態に保持すると,水素吸蔵時および水素放出時に
おける外筒体2および水素貯蔵体4間の断熱性を高める
ことができる。
【0025】図4,5は水素貯蔵タンク1の第2実施例
を示す。この例では水素貯蔵体4内に,銅,Ni等の良
好な熱伝導性を持つ材料より構成された複数のフィン3
2が各管状部材16から放射状に延びるように配置さ
れ,最上位の各フィン32は管状部材16,上端壁6お
よび円板状部材17に,また最下位の各フィン32は管
状部材16,下端壁7および円板状部材17に,さらに
中間位の各フィン32は管状部材16および上,下方の
両円板状部材17にそれぞれ溶接等により接合されてい
る。つまり,各フィン32は加熱および冷却に寄与する
管状部材16および円板状部材17に接触する。
【0026】これらのフィン32は水素貯蔵材集合体A
内に埋込まれて,その水素貯蔵材HSMの冷却および加
熱に寄与するだけでなく,通路形成体15を補強し,ま
た粉末状水素貯蔵材HSMの偏在を防止する。
【0027】図6,7は水素貯蔵タンク1の第3実施例
を示す。この例では,最上位の隔壁板26を除く他の隔
壁板26の全部または選択された幾つかにおいて,その
中心部に貫通孔33が形成されている。この貫通孔33
は未燃焼の燃焼用水素および酸素の一部を分散−集束路
28を経ずに次の直線路27に直接導くために用いられ
る。
【0028】図8は水素貯蔵タンク1の第4実施例を示
す。この例では,水素吸蔵量の増加を図るべく,複数の
水素貯蔵体4が,耐圧性外筒体2内に最密充填構造をと
るように配置されている。
【0029】図9は水素貯蔵タンク1の第5実施例を示
す。この例では外筒体2および水素貯蔵体4が横断面六
角形に形成されている。このように外筒体2および水素
貯蔵体4の横断面形状には大きな自由度があるもので,
特別な制限はない。
【0030】本発明は,外筒体2の端壁11に保持され
た流通管31から水素貯蔵材集合体Aに直接水素を吸蔵
させ,またその水素を水素貯蔵材集合体Aから直接流通
管31を通じて放出させるようにした水素貯蔵タンク1
にも適用される。この場合,水素貯蔵タンク1は,外筒
体2と,その外筒体2内に存する水素貯蔵材集合体A
と,その集合体A内に設けられて,加熱用流体および冷
却用流体を流通させる流体通路14とを有し,その流体
通路14は,前記外筒体2の軸線方向に並ぶ複数の直線
路27と,相隣る両直線路27間に在って,一方の直線
路27からの前記流体を前記外筒体2の全外周に向けて
分散させた後他方の直線路27に向けて集束させる複数
の分散−集束路28とよりなる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば前記のように構成するこ
とによって,単位容積当りの水素吸蔵量を増加し,また
水素吸蔵効率を向上させ,さらに水素の放出を迅速に行
うことが可能であると共に構造の簡素化を図られた水素
貯蔵タンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】要部を破断した水素貯蔵タンクの第1実施例の
斜視図である。
【図2】水素貯蔵タンクの第1実施例の縦断面図であ
る。
【図3】図2の3−3線断面図である。
【図4】水素貯蔵タンクの第2実施例の縦断面図であっ
て,図2に対応する。
【図5】図4の5−5線断面図である。
【図6】水素貯蔵タンクの第3実施例の縦断面図であっ
て,図2に対応する。
【図7】図6の7−7線断面図である。
【図8】水素貯蔵タンクの第4実施例の説明図である。
【図9】水素貯蔵タンクの第5実施例の横断面図で図3
に対応する。
【符号の説明】
1…………水素貯蔵タンク 2…………外筒体 3…………水素通路 4…………筒状水素貯蔵体 9…………水素吸蔵放出面 14………流体通路 27………直線路 28………分散−集束路 A…………水素貯蔵材集合体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細江 光矢 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3E072 EA10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外筒体(2)と,その外筒体(2)内周
    面との間に水素通路(3)となる間隔を存してその外筒
    体(2)内に収容され,且つ外周面の少なくとも一部を
    水素吸蔵放出面(9)とした筒状水素貯蔵体(4)とを
    備え,その筒状水素貯蔵体(4)は水素貯蔵材集合体
    (A)と,その集合体(A)内に設けられて,加熱用流
    体および冷却用流体を流通させる流体通路(14)とを
    有することを特徴とする水素貯蔵タンク。
  2. 【請求項2】 前記流体通路(14)は,前記筒状水素
    貯蔵体(4)の軸線方向に並ぶ複数の直線路(27)
    と,相隣る両直線路(27)間に在って,一方の直線路
    (27)からの前記流体を前記筒状水素貯蔵体(4)の
    全外周に向けて分散させた後他方の直線路(27)に向
    けて集束させる複数の分散−集束路(28)とよりな
    る,請求項1記載の水素貯蔵タンク。
  3. 【請求項3】 相隣る両分散−集束路(28)は,それ
    らの間に熱集積が生じるように配設されている,請求項
    2記載の水素貯蔵タンク。
  4. 【請求項4】 前記加熱用流体は燃焼用水素と酸素であ
    り,前記分散−集束路(28)に燃焼用水素と酸素との
    燃焼反応を促進する触媒を設けた,請求項2または3記
    載の水素貯蔵タンク。
  5. 【請求項5】 外筒体(2)と,その外筒体(2)内に
    存する水素貯蔵材集合体(A)と,その集合体(A)内
    に設けられて,加熱用流体および冷却用流体を流通させ
    る流体通路(14)とを有し,前記流体通路(14)
    は,前記外筒体(2)の軸線方向に並ぶ複数の直線路
    (27)と,相隣る両直線路(27)間に在って,一方
    の直線路(27)からの前記流体を前記外筒体(2)の
    全外周に向けて分散させた後他方の直線路(27)に向
    けて集束させる複数の分散−集束路(28)とよりなる
    ことを特徴とする水素貯蔵タンク。
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