JP2002022097A

JP2002022097A - 水素吸蔵合金の収容容器

Info

Publication number: JP2002022097A
Application number: JP2000207652A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kaji; 敬史加治; Masashi Murate; 政志村手
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】各部に膨張吸収用の隙間を残して水素吸蔵合
金粉末を容易に均一に充填できる水素吸蔵合金の収容容
器の提供。【解決手段】水素吸蔵合金６を収容する容器１内に、
水素吸蔵合金充填時に重力方向に対して傾斜した面を有
し容器内部を仕切る１枚以上の仕切り板９を設けた水素
吸蔵合金の収容容器１。仕切り板９は少なくとも一部に
すり鉢状部分を有する。容器１は、水素吸蔵合金充填時
に鉛直姿勢をとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金の収
容容器に関し、とくに水素吸蔵合金粉末の収容容器の構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球温暖化の原因となる二酸化炭素の排
出量を削減するために、種々のタイプの車の開発が進め
られており、そのうちの一つに、燃料電池を動力源とす
る燃料電池自動車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Veh
icle）がある。燃焼電池は、外部から燃料と酸化剤を連
続的に補給し、化学反応の自由エネルギー変化を直接に
電気エネルギーに変換する装置である。燃料電池は、電
子伝導体であるアノード、カソードの２種の電極と、イ
オン伝導体である電解質から構成される。アノード（燃
料電池では負極、燃料極ともいう）には燃料として水素
が供給され、Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- の酸化反応が生じ、カソード（燃料電池では正極、空気
極ともいう）には酸化剤（空気中の酸素）が供給され、２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏの還元反応が生じる。プロトン２Ｈ⁺は電解質中を燃料
極から空気極に至り、電子２ｅ^-は外部回路を流れて、
電気エネルギーとして取り出される。燃焼電池は、電解
質の種類によって、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：
Polymer Electrolyte Fuel Cell 、またＰＥＭＦＣ（Pr
oton Exchange Membrane Fuel Cell）とも呼ばれる）、
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料
電池（ＭＣＦＣ）、りん酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、ア
ルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）等に分類される。このう
ち、固体高分子型燃料電池は、電解質がフッ素系の電解
質膜から構成され、低温で動作する、固体材料で構成さ
れるため振動や衝撃に強い、という点から、自動車用途
に適している。水素を燃料電池（燃料電池自動車の燃料
電池に限るものではない）の燃料極に供給する方式とし
て、水素（純水素）を貯蔵しておいてそこから供給する
方式と、メタノール、天然ガス、ガソリンを搭載してお
きそれを改質器で改質して水素を生成させて供給する方
式とがある。このうち水素を貯蔵する方式として、水素
吸蔵合金方式、高圧水素ボンベ方式、液化水素タンク方
式があるが、水素吸蔵合金方式は、高圧水素ボンベ方式
に比べて単位容積当りの吸蔵水素量が大であること、液
化水素タンク方式に比べて超低温を保つための断熱容器
を必要としないこと等の点で優れている。特開平０７−
３３０３０１号公報は、水素吸蔵合金の収容容器を開示
している。そこでは、適当な大きさで区切った小部屋
に、水素吸蔵合金粉末を、吸蔵の膨張率（水素吸蔵合金
は水素放出時に比べて水素吸蔵時に体積にして約１．４
倍に膨張する）を考慮した空間を残して、適当量を収
納、保持させている。また、通常、水素吸蔵・放出時の
伝熱性を良くするため、図１３〜図１６に示すように、
金属製のメッシュ２１、フィン２２、ハニカム２３等
を、各セル２０中に介在させている。そして、水素吸蔵
合金粉末の充填は、図１６に示すように、メッシュ２
１、フィン２２、ハニカム２３等の介在物で区切られた
空間を鉛直方向にして上から水素吸蔵合金粉末を落下さ
せて行われていた。なお、図１６中、符号２４の部材
は、吸蔵、放出される水素を通すための通気性のある焼
結合金などからなるパイプである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の水素吸
蔵合金の収容容器にはつぎの問題があった。メッシュ、
フィン、ハニカム等の介在物があるため、水素吸蔵合金
粉末充填時の水素吸蔵合金粉末の流れが制約され、均一
に充填することが非常に困難で偏在が生じやすい。ま
た、充填時に下部であった部分は隙間なく粉末が充填さ
れるので、充填後に収容容器を横にして車両に搭載した
時に、充填時下部であった部分は水素吸蔵時に体積膨張
をスムーズに吸収できず、容器を変形させるおそれがあ
る。本発明の目的は、各部に膨張吸収の隙間を残して水
素吸蔵合金粉末を容易に均一に充填できる水素吸蔵合金
の収容容器を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）水素吸蔵合金を収容する容器内に、水素吸蔵合
金充填時に重力方向に対して傾斜した面を有し容器内部
を仕切る１枚以上の仕切り板を設けた水素吸蔵合金の収
容容器。（２）前記仕切り板が水素吸蔵・放出時に熱伝導体と
なるフィンである（１）記載の水素吸蔵合金の収容容
器。（３）前記仕切り板は、すり鉢状またはすり鉢状の一
部の形状を有している（１）記載の水素吸蔵合金の収容
容器。（４）前記容器は水素吸蔵合金充填時に鉛直姿勢をと
る（１）記載の水素吸蔵合金の収容容器。（５）１個以上の前記水素吸蔵合金の収容容器が、燃
料電池自動車に搭載される燃料電池の燃料源である水素
貯蔵タンク内に配置されており、前記燃料源の一部を構
成している、（１）記載の水素吸蔵合金の収容容器。

【０００５】上記（１）〜（５）の水素吸蔵合金の収容
容器では、仕切り板に傾斜をつけたので、容器を鉛直姿
勢にして容器に水素吸蔵合金を充填していく時、各段の
仕切り板の開口部が水素吸蔵合金によって閉塞されると
仕切り板の開口部を閉塞した水素吸蔵合金の上面に気体
層ができる。この気体層は、自動的に形成され、かつ容
積も等しいので、容器内の各部に同じ大きさの気体層が
形成された均一充填となる。また、容器を横にしても、
容器内の各部に気体層があるので、全域でスムーズに、
水素吸蔵合金の水素吸蔵時の膨張を吸収できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明実施例の水素吸蔵合金の収
容容器を、図１〜図１２を参照して、説明する。本発明
の全実施例にわたって共通するまたは類似する構成部分
には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してあ
る。まず、本発明の水素吸蔵合金の収容容器のうち、本
発明の実施例にわたって共通するかまたは類似する部分
を、たとえば図１〜図３および図６を参照して、説明す
る。

【０００７】図１は、本発明の水素吸蔵合金の収容容器
１を構成部材とする燃料電池の燃料源である水素貯蔵タ
ンク２を示している。燃料電池は、たとえば燃料電池自
動車に搭載される燃料電池（たとえば、固体高分子型燃
料電池（ＰＥＦＣ））であってもよいし、他の燃料電池
であってもよい。

【０００８】水素貯蔵タンク２は、タンク３と、タンク
３内に配置された１個以上の水素吸蔵合金の収容容器
（セル）１と、各セル１に水素を補給しまた各セル１か
ら放出された水素を燃料電池に送る水素パイプ４と、タ
ンク３内でセル１外のスペースに加熱・冷却用熱媒体を
流す熱媒体パイプ５と、からなる。水素吸蔵合金の収容
容器１内には水素吸蔵合金６が、たとえば粉末状（粒子
状を含む）で、収容されている。

【０００９】水素吸蔵合金６は従来公知（たとえば、特
開平７−３３０３０１号、特開昭５５−１２６９９号、
特開昭５９−４６１６１号、特開平３−８８７０１号、
特開平３−８３８０１号）で、たとえばＴｉ、Ｃｒ、
Ｖ、Ｌａ、Ｎｉ、Ａｌなどのうちの少なくとも１種以上
の元素を含む合金からなり、低温（たとえば６０℃以
下、たとえば４０℃）で水素を吸蔵して膨張し（体積で
約１．４倍に膨張）、温度を高くすると（たとえば６０
℃以上、たとえば８０℃）吸蔵していた水素を放出し元
の体積に戻る。水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる時に
は、水素パイプ４を通して水素を各セル１に補給すると
ともに、低温の熱媒体でセル１を冷却する。水素吸蔵合
金に水素を放出させる時には、水素パイプ４を燃料電池
側に連通するようにバルブ７を切り替えるとともに、温
度の高い熱媒体でセル１を加熱する。

【００１０】水素吸蔵合金を収容する容器１は、容器本
体８と、容器１（容器本体８）内に設けられた、水素吸
蔵合金充填時に重力方向および水平方向に対して傾斜し
た面を有し容器内部を区切る１枚以上の仕切り板９と
を、有する。容器１内には、仕切り板９によって区切ら
れた複数のセグメント（区切られた小部屋）１０があ
る。図示例では仕切り板９は複数設けられている。セル
横断面積は１０〜１００ｃｍ²程度であり、各セグメン
ト１０の高さは１〜１０ｍｍ程度である。従来の仕切り
板は水素吸蔵合金挿入姿勢で水平方向に延びて互いに平
行であったが、本発明では仕切り板９は容器１の水素吸
蔵合金挿入姿勢で重力方向および水平方向（重力方向と
直交）に対して傾斜している。傾斜角度は、通常水平に
対して５〜６０°である。仕切り板９は、たとえば、す
り鉢状（円錐状または角錐状）、または周方向の一部に
すり鉢状（円錐状または角錐状）の一部の形状を有して
いる。ただし、傾斜面を有していれば、すり鉢状以外の
形状を有していてもよい。

【００１１】仕切り板９は少なくとも１つの開口部１１
を有し、この開口部１１を通して、水素吸蔵合金挿入姿
勢で上のセグメント１０から下のセグメント１０に水素
吸蔵合金が挿入、充填されていく。開口部１１は、傾斜
した各仕切り板９のうち、該仕切り板９の最も低位の部
分か、あるいは最も低位の部分と最も高位の部分との途
中の部分か、あるいは仕切り板９の最も低位の部分と途
中の部分の両方に設けられている。この構造によって、
水素吸蔵合金挿入時に開口部１１が挿入された水素吸蔵
合金６で閉塞された時、該閉塞する水素吸蔵合金の上面
と仕切り板９の下面との間に閉じ込められた気体層１２
が残るようにする。仕切り板９の傾斜、開口部１１の数
と位置は、気体層１２の容積が水素吸蔵合金６の水素吸
蔵時の体積膨張を丁度吸収できる大きさと等しいかそれ
より大となるように、決定される。

【００１２】仕切り板９は、水素吸蔵合金が水素を吸蔵
・放出する時に熱伝導体となるフィンであり、フィンを
兼ねる。容器１と仕切り板９とは、それらの間の熱伝導
を良くするために、ろう付け１４、溶接、圧入、かしめ
などで互いに固定されることが望ましい。そして、容器
１と仕切り板９との接合部は、上記の気体層１２から上
方に気体が抜けないように、気密接合とされることが望
ましい。

【００１３】仕切り板９の開口部１１には、水素吸蔵時
に水素吸蔵合金に水素を送り水素放出時に水素吸蔵合金
から放出される水素を取り出す、通気性のあるパイプ１
３が挿通されている。このパイプ１３は、たとえば焼結
合金パイプから形成されている。水素用パイプ１３の代
わりに熱媒体パイプを開口部１１に挿通させてもよい。
熱媒体パイプの場合は、通気性および通液性の無いパイ
プとする。容器１は水素吸蔵合金充填時に鉛直姿勢をと
る。水素吸蔵合金充填充填後は、容器１を横にしてもよ
く、横置きにして車両に搭載してもよい。

【００１４】つぎに、本発明の実施例にわたって共通す
るかまたは類似する部分の作用を説明する。収容容器
（セル）１の上部から、適正量の水素吸蔵合金粉末６を
注入する。この時、傾斜された仕切り板９により、仕切
り板９の開口部１１が充填された水素吸蔵合金６で閉塞
されると、そのセグメント１０に気体層１２を残して、
つぎの上のセグメント１０への充填へと移る。したがっ
て、水素吸蔵合金６の水素吸蔵時の体積膨張を吸収でき
る気体層１２が各セグメント１０に自然に、自動的に形
成されていく。したがって、水素吸蔵合金粉末６を注ぎ
込むだけで、セルの各部に（各セグメント１０に）気体
層１２が、順次、形成されていき、均等充填されてい
く。このため、均等化のための調整が不要となり、充填
作業も大幅に簡素化される。通常は必要ないが、たとえ
ば、粉末の膨張吸収用緩衝材を混合して、見かけの空間
を無くすような場合には、必要に応じて収容容器（セ
ル）１に振動を与え、隅まで充填が進むようにもでき
る。

【００１５】つぎに、本発明の各実施例に特有な構成部
分とその作用を説明する。本発明の実施例１では、図
２、図３に示すように、容器１内に複数の仕切り板９が
等間隔に配置されている。仕切り板９は、傾斜部９ａと
該傾斜部９ａに連なる容器本体との密着部９ｂとからな
る。仕切り板９を重ねるだけで傾斜部９ａ同士は密着部
９ｂの高さ分自動的に離れるので、等間隔配置が容易に
得られる。傾斜部９ａは角錐状で、中央部に開口部１１
を有し、中央部から斜め上方に延びて、密着部９ｂに至
る。外周部の密着部９ｂで容器本体８にろう付けにより
固定されている。仕切り板９は、熱伝導のためのフィン
としても働く。水素吸蔵合金粉末６が注入されており、
各仕切り板９の開口部１１は注入された水素吸蔵合金粉
末６により閉塞されており、この状態で各セグメント１
０には気体層１２が残されている。水素吸蔵合金粉末６
は各セグメント１０に気体層１２を残した状態で容器１
内に均一充填され、全体として見た時に水素吸蔵合金粉
末６の偏在が防止される。容器１を横にしても各セグメ
ント１０には気体層１２が残されている。ただし、容器
１の天地を逆にすると気体層１２が開口部１１を通して
抜けるので、天地を逆にしてはいけない。この気体層１
２は、水素吸蔵合金粉末６の体積膨張・収縮を吸収し、
水素吸蔵合金粉末６が体積膨張しても容器１が変形する
ことを防止する。

【００１６】本発明の実施例２は、図４、図５に示すよ
うに、実施例１の装置に対し、さらに、水素用パイプ１
３を加えたものである。水素吸蔵合金粉末６への水素吸
蔵時に、水素用パイプ１３を通して容器１内に水素が送
られ、水素吸蔵合金粉末６からの水素放出時に、放出さ
れた水素が水素用パイプ１３を通して燃料電池に送られ
る。水素用パイプ１３は通気性のあるパイプで、たとえ
ば焼結合金製パイプからなる。その他の構成、作用は実
施例１に準じる。

【００１７】本発明の実施例３は、図６に示すように、
実施例１の装置に対し、さらに、水素用パイプ１３が加
えるとともに、仕切り板９に形成した開口部１１の形状
を変えたものである。水素吸蔵合金粉末６への水素吸蔵
時に、水素用パイプ１３を通して容器１内に水素が送ら
れ、水素吸蔵合金粉末６からの水素放出時に、放出され
た水素が水素用パイプ１３を通して燃料電池に送られ
る。水素用パイプ１３は通気性のあるパイプで、たとえ
ば焼結合金製パイプからなる。また、開口部１１の形状
が矩形状に変えられている。その他の構成、作用は実施
例１に準じる。

【００１８】本発明の実施例４は、図７に示すように、
実施例１の装置に対し、仕切り板９の構造を変えたもの
である。実施例４では、仕切り板９は、互いに平行な２
つの傾斜部９ａと、これら２つの傾斜部９ａの間に延び
て容器本体と密着する密着部９ｂと、からなる。傾斜部
９ａは、容器１内で等間隔になるように、仕切り板９が
配置されている。その他の構成、作用は実施例１に準じ
る。

【００１９】本発明の実施例５は、図８に示すように、
実施例１の装置に対し、仕切り板９の構造を変えたもの
である。実施例５では、仕切り板９は、２つの傾斜部９
ａが中央で容器軸芯と直交する平面部９ｃで接続された
ものからなるか（図８のＡ）、または２つの傾斜部９ａ
が中央で直接接続されたものからなる（図８のＢ）。仕
切り板９は容器軸芯と直交する面内で９０°角度を変え
て容器１内に交互に積層されている。仕切り板９は容器
本体８との交差部で溶接により容器本体８に固定されて
いる。仕切り板９の中央部には開口部１１が形成されて
おり、そこに水素用パイプ１３が挿通している。その他
の構成、作用は実施例１に準じる。

【００２０】本発明の実施例６は、図９、図１０に示す
ように、実施例１の装置に対し、水素用パイプ１３の数
を複数に増加したものである。実施例６では、水素用パ
イプ１３がたとえば３本設けられており、それぞれの水
素用パイプ１３に対して仕切り板９に開口部１１が互い
に独立に形成されている。仕切り板９の傾斜部９ａは中
央の開口部１１に向かって斜め下方に傾斜している。気
体層１２は、注入された水素吸蔵合金６が各仕切り板９
の最も低位の開口部１１を閉塞した時の水素吸蔵合金６
の上面上方に形成されるか、または注入された水素吸蔵
合金６が各仕切り板９の最も高位の開口部１１を閉塞し
た時の水素吸蔵合金６の上面上方に形成されるが、どの
段に仕切り板９に対しても同じように気体層１２が形成
されるので、各気体層１２の容積は同じであり、均一充
填が可能である。その他の構成、作用は実施例１に準じ
る。

【００２１】本発明の実施例７は、図１１に示すよう
に、実施例１の装置に対し、水素用パイプ１３の数を複
数に増加したものである。実施例７では、水素用パイプ
１３がたとえば３本設けられており、水素用パイプ１３
に対する仕切り板９の開口部１１は互いに連通して形成
されている。仕切り板９の傾斜部９ａは中央に向かって
斜め下方に傾斜している。気体層１２は、注入された水
素吸蔵合金６が各仕切り板９の開口部１１の最も高位の
部分を閉塞した時の水素吸蔵合金６の上面上方に形成さ
れる。どの段に仕切り板９に対しても同じように気体層
１２が形成されるので、各気体層１２の容積は同じであ
り、均一充填が可能である。その他の構成、作用は実施
例１に準じる。

【００２２】本発明の実施例８は、図１２に示すよう
に、実施例１の装置に対し、水素用パイプ１３の数を複
数に増加するとともに、仕切り板９の形状を変えたもの
である。実施例８では、水素用パイプ１３がたとえば３
本設けられている。水素用パイプ１３に対する仕切り板
９の開口部１１は互いに連通して形成されていてもよい
し、あるいは独立に形成されていてもよい。仕切り板９
の約半分の部分に傾斜部９ａが形成されていて、該傾斜
部９ａは中央に向かって斜め下方に傾斜している。仕切
り板９の残り半分は水平に延びて容器本体８との交叉部
で上方に折れ曲がって延び密着部９ｂを構成している。
仕切り板９の水平に延びる部分に開口部１１が形成され
ている。気体層１２は、注入された水素吸蔵合金６が各
仕切り板９の開口部１１の最も低位の部分を閉塞した時
の水素吸蔵合金６の上面上方に形成される。各気体層１
２の容積は同じであり、均一充填が可能である。その他
の構成、作用は実施例１に準じる。

【００２３】なお、上記の説明では、水素吸蔵合金の収
容容器１が、燃料電池に燃料である水素を供給する場合
の容器を例にとって説明したが、本発明はそれに限定さ
れるものではなく、燃料電池以外の水素吸蔵合金の収容
容器であってもよく、たとえば一般の可搬用の水素吸蔵
合金収容容器１であってもよい。

【００２４】

【発明の効果】請求項１〜５の水素吸蔵合金の収容容器
によれば、仕切り板に傾斜をつけたので、容器を鉛直姿
勢にして容器に水素吸蔵合金を充填していく時、各段の
仕切り板の開口部が水素吸蔵合金によって閉塞されると
仕切り板の開口部を閉塞した水素吸蔵合金の上面に気体
層ができる。この気体層は、自動的に形成され、かつ容
積も等しいので、容器内の各部に同じ大きさの気体層が
形成された均一充填となる。また、容器を横にしても、
容器内の各部に気体層があるので、全域でスムーズに、
水素吸蔵合金の水素吸蔵時の膨張を吸収できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の水素吸蔵合金用収容容器を含
んだ水素貯蔵タンクの概略断面図である。

【図２】本発明の実施例１の水素吸蔵合金の収容容器の
横断面図である。

【図３】本発明の実施例１の水素吸蔵合金の収容容器の
縦断面図である。

【図４】本発明の実施例２の水素吸蔵合金の収容容器の
横断面図である。

【図５】本発明の実施例２の水素吸蔵合金の収容容器の
縦断面図である。

【図６】本発明の実施例３の水素吸蔵合金の収容容器の
横断面図である。

【図７】本発明の実施例４の水素吸蔵合金の収容容器の
縦断面図である。

【図８】本発明の実施例５の水素吸蔵合金の収容容器の
縦断面図とその仕切り板の斜視図（２例を含む）であ
る。

【図９】本発明の実施例６の水素吸蔵合金の収容容器の
横断面図である。

【図１０】本発明の実施例６の水素吸蔵合金の収容容器
の縦断面図である。

【図１１】本発明の実施例７の水素吸蔵合金の収容容器
の横断面図である。

【図１２】本発明の実施例８の水素吸蔵合金の収容容器
の縦断面図である。

【図１３】従来の水素吸蔵合金の収容容器のメッシュ構
造の横断面図である。

【図１４】従来の水素吸蔵合金の収容容器のフィン構造
の横断面図である。

【図１５】従来の水素吸蔵合金の収容容器のハニカム構
造の横断面図である。

【図１６】従来の水素吸蔵合金の収容容器の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１水素吸蔵合金の収容容器（セル）２水素貯蔵タンク３タンク４水素パイプ５熱媒体パイプ６水素吸蔵用合金７バルブ８容器本体９仕切り板９ａ傾斜部９ｂ密着部１０セグメント１１開口部１２気体層１３水素用パイプ１４ろう付け

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素吸蔵合金を収容する容器内に、水素
吸蔵合金充填時に重力方向に対して傾斜した面を有し容
器内部を仕切る１枚以上の仕切り板を設けた水素吸蔵合
金の収容容器。
【請求項２】前記仕切り板が水素吸蔵・放出時に熱伝
導体となるフィンである請求項１記載の水素吸蔵合金の
収容容器。
【請求項３】前記仕切り板は、すり鉢状またはすり鉢
状の一部の形状を有している請求項１記載の水素吸蔵合
金の収容容器。
【請求項４】前記容器は水素吸蔵合金充填時に鉛直姿
勢をとる請求項１記載の水素吸蔵合金の収容容器。
【請求項５】１個以上の前記水素吸蔵合金の収容容器
が、燃料電池自動車に搭載される燃料電池の燃料源であ
る水素貯蔵タンク内に配置されており、前記燃料源の一
部を構成している、請求項１記載の水素吸蔵合金の収容
容器。