JP2003065497A - 水素貯蔵容器 - Google Patents

水素貯蔵容器

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JP2003065497A
JP2003065497A JP2001257275A JP2001257275A JP2003065497A JP 2003065497 A JP2003065497 A JP 2003065497A JP 2001257275 A JP2001257275 A JP 2001257275A JP 2001257275 A JP2001257275 A JP 2001257275A JP 2003065497 A JP2003065497 A JP 2003065497A
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container
coolant
hydrogen
heat insulating
adsorbent
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JP2001257275A
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Takanori Suzuki
貴紀 鈴木
Hajime Goto
肇 後藤
Terumi Furuta
照実 古田
Yoshinari Fujiwara
良也 藤原
Toshiyuki Ohashi
俊之 大橋
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度水素充填が可能な水素貯蔵容器を提供
する。 【解決手段】 水素貯蔵容器1は,水素を吸着し,且つ
その水素を離脱する炭素系吸着材2を充填された吸着材
容器3と,その吸着材容器3を囲み,且つ前記炭素系吸
着材2を常温未満に冷却する冷却剤4を収容した冷却剤
容器5と,その冷却剤容器5を囲む断熱層6を形成する
断熱容器7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】本発明は水素貯蔵容器,特
に,水素を貯蔵する定置式容器および水素を輸送する場
合に用いられる移動式容器として用いられるものの改良
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,この種の容器として,水素を吸着
し,且つその水素を離脱する炭素系吸着材を用いたもの
が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来容器
の場合,それに対して高密度で水素を充填するために
は,常温若しくはそれ以上の温度と,高い吸蔵圧力とを
必要とするので,容器自体が高圧対応型となり,また付
帯的に高圧吸蔵システムを必要とする等水素充填に要す
るコストが高い,という問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は高密度水素充填
を低コストで達成し得るようにした前記水素貯蔵容器を
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,
水素を吸着し,且つその水素を離脱する炭素系吸着材を
充填された吸着材容器と,その吸着材容器を囲み,且つ
前記炭素系吸着材を常温未満に冷却する冷却剤を収容し
た冷却剤容器と,その冷却剤容器を囲む断熱層を形成す
る断熱容器とを有する水素貯蔵容器が提供される。
【0006】炭素系吸着材は,それを常温よりも冷却す
ると,常温状態のときよりも水素吸着量が増加する,と
いった特性を有する。そこで,吸着材容器を冷却剤容器
により囲んだもので,これにより炭素系吸着材を冷却剤
により常温未満に冷却して高密度水素充填を容易に達成
することができる。また冷却剤は断熱容器による断熱層
によって温度上昇を抑制されるので,吸着材容器におけ
る高密度水素充填状態を長期間に亘って維持することが
できる。
【0007】さらに容器構造は比較的単純であり,また
吸着材容器への水素の導入は低圧,例えば1MPa程度
で行えばよいので水素充填に要するコストを従来に比べ
て大幅に低減することが可能である。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は水素貯蔵容器1の第1実施
例を示し,その水素貯蔵容器1は,水素を吸着し,且つ
その水素を離脱する炭素系吸着材2を充填された円筒形
吸着材容器3と,その吸着材容器3を囲み,且つ炭素系
吸着材2を常温未満に冷却する冷却剤4を収容した円筒
形冷却剤容器5と,その冷却剤容器5を囲む真空による
断熱層6を形成する円筒形断熱容器7とを有する。冷却
剤容器5は冷却機能だけでなく冷却剤貯蔵機能を持つべ
く,吸着材容器3に比べると過大な容積を有するもの
で,セラミック等よりなる断熱部材8を介して断熱容器
7の円形底壁9内面上に設置されている。また吸着材容
器3は前記同様の断熱部材8を介して冷却剤容器5の円
形底壁10内面上に設置されている。
【0009】炭素系吸着材2は,直径dが0.5nm≦
d≦3nmの細孔を持つ微小体の集合体よりなる。この
種の微小体には,単層カーボンナノチューブ,粒状活性
炭等が該当する。水素を流通させる第1管111 が断熱
容器7,冷却剤容器5,および吸着材容器3の円形上壁
12〜14を貫通しており,その第1管111 の一端側
は炭素系吸着材2内に挿入され,他端は,その吸着材2
に吸着用水素を供給する水素供給源および吸着材2から
放出された水素を供給される機器,例えば燃料電池に対
して接続・切放し自在になっている。断熱容器7の外側
において,第1管111 は第1開閉弁V1 を有する。
【0010】冷却剤4としては化学的に不活性な物質,
実施例では沸点が約−196℃の液体窒素が用いられて
いる。液体窒素は冷却剤として広く用いられていて,液
体ヘリウムよりも安く,また液体酸素と異なって化学的
に不活性であることから,吸着材2の冷却に有効であ
る。
【0011】液体窒素を流通させる第2管112 が断熱
容器7および冷却剤容器5の上壁12,13を貫通して
おり,その第2管112 の一端側は冷却剤容器5内に配
置され,他端は液体窒素供給源に対して接続・切放し自
在になっている。断熱容器7の外側において,第2管1
2 は第2開閉弁V2 を有する。液体窒素のボイルオフ
による窒素ガスを流通させる第3管113 が断熱容器7
および冷却剤容器5の上壁12,13を貫通しており,
その第3管113 の一端は冷却剤容器5の上壁13内面
において開口し,他端は大気に開放されている。断熱容
器7の外側において,第3管113 は第1リリーフ弁R
1 を有する。
【0012】具体的には,吸着材容器3の寸法は内径約
310mm,高さ約600mm,内容積約45Lであり,炭
素系吸着材2としての単層カーボンナノチューブの充填
量はかさ密度にて0.6g/cm3 に設定されている。こ
れにより水素貯蔵量は,高密度水素充填にて約4kgとな
る。液体窒素の貯蔵量は約25kg,第1リリーフ弁RV
1 の開放設定圧力は0.2MPa,断熱容器7を含めた
水素貯蔵容器1の全体積は約150Lである。
【0013】水素の吸着に当っては,先ず,第2開閉弁
2 を開いて液体窒素供給源から液体窒素4を第2管1
2 を通じて冷却剤容器5内に徐々に導入した。その
際,ボイルオフによる窒素ガスは,そのガス圧が第1リ
リーフ弁RV1 の開放設定圧力0.2MPaを超えると
第3管113 を通じて外部に排出される。液体窒素4の
蒸発が穏やかになった後第2開閉弁V2 を閉じ,また第
1開閉弁V1 を開いて水素供給源から水素を吸着圧力1
MPaにて第1管111 を通じ吸着材容器3内に導入し
た。この水素の導入に伴いボイルオフによる窒素ガスが
発生して,液体窒素貯蔵量が減少するので,その減少分
を第2開閉弁V2 を開き第2管112 を通じて冷却剤容
器5に補給した。
【0014】水素導入量が約4kgに達すると,それ以上
水素を吸着材容器3へ導入し得なくなったことから高密
度水素充填が行われ,その水素貯蔵量が約4kgに達した
ことが判明した。そこで第1開閉弁V1 を閉じ,また第
2開閉弁V2 を開いて冷却剤容器5内を液体窒素4によ
り満たし,次いで第2開閉弁V2 を閉じた。
【0015】水素貯蔵容器1をそのまま放置し,水素貯
蔵可能時間として,ボイルオフによる窒素ガスの第3管
113 からの排出が認められず,且つ吸着材容器3内の
水素圧力が1MPaに達した,という状態になるまでの
時間を測定したところ,それは15日間に及び,したが
って,この水素貯蔵容器1によれば高密度水素充填状態
を15日間という長期間に亘り維持し得ることが判明し
た。
【0016】図2は水素貯蔵容器1の第2実施例を示
す。この例において,冷却剤容器5は炭素系吸着材2を
冷却するのに足りるだけの容積を有し,冷却剤,したが
って液体窒素4の貯蔵は別の容器にて行われるようにな
っている。即ち,冷却剤貯蔵容器15は,液体窒素4を
収容した円筒形冷却剤容器16と,その冷却剤容器16
を囲む真空による断熱層17を形成する円筒形断熱容器
18とを有する。冷却剤容器16は前記同様の断熱部材
8を介して断熱容器18の底壁19内面上に設置されて
いる。
【0017】液体窒素を流通させる第4管114 が断熱
容器18および冷却剤容器16の円形上壁20,21を
貫通しており,その第4管114 の一端側は冷却剤容器
16内に配置され,他端は水素貯蔵容器1の第2管11
2 に接続される。両断熱容器7,18の上壁12,20
間には,第2,第4管112 ,114 の,両断熱容器
7,18から露出する部分を囲むように断熱管22が設
けられている。同様に液体窒素4を流通させる第5管1
5 が断熱容器18および冷却剤容器16の上壁20,
21を貫通しており,その第5管115 の一端は冷却剤
容器16の上壁21内面において開口し,他端は液体窒
素供給源に対して接続・切放し自在になっている。断熱
容器18の外側において,第5管115 は第3開閉弁V
3 を有する。
【0018】液体窒素4のボイルオフによる窒素ガスを
流通させる第6管116 が断熱容器18および冷却剤容
器16の上壁20,21を貫通しており,その第6管1
6の一端は冷却剤容器16の上壁21内面において開
口し,他端は大気に開放されている。断熱容器18の外
側において,第6管116 は第2リリーフ弁RV2 を有
する。
【0019】この場合,第2リリーフ弁RV2 の開放設
定圧力は第1リリーフ弁RV1 のそれよりも高く設定さ
れており,冷却剤容器16へ液体窒素4を供給すると,
前記差圧に基づいて冷却剤容器16内には一定の窒素ガ
ス溜り23が形成され,これによりその容器16から第
4管114 ,第2開閉弁V2 を持つ第2管112 を経て
水素貯蔵容器1の冷却剤容器5に液体窒素4が供給され
る。
【0020】図3は水素貯蔵容器1の第3実施例を示
し,この第3実施例は第2実施例の変形例に該当する。
即ち,この例においては冷却剤貯蔵容器15に隣接し
て,液体窒素のボイルオフによる窒素ガスを溜める窒素
ガス貯蔵容器24が配設されている。その窒素ガス貯蔵
容器24は,窒素ガスを収容する円筒形ガス容器25
と,そのガス容器25を囲む真空による断熱層26を形
成する円筒形断熱容器27とを有する。ガス容器25は
前記同様にセラミック等よりなる断熱部材8を介して断
熱容器27の円形底壁28内面上に設置されている。窒
素ガス流通用第6管116 の他端側が窒素ガス貯蔵容器
24における断熱容器27およびガス容器25の円形底
壁28,29を貫通しており,その第6管116 の他端
はガス容器25の底壁29内面において開口している。
【0021】窒素ガスを流通させる第7管117 の一端
側が冷却剤貯蔵容器15における断熱容器18および冷
却剤容器16の上壁20,21を貫通しており,その第
7管117 の一端は冷却剤容器16の上壁21内面にお
いて開口し,他端側は窒素ガス貯蔵容器24における断
熱容器27およびガス容器25の底壁28,29を貫通
しており,その第7管117 の他端はガス容器25の底
壁29内面において開口する。両断熱容器18,27間
において,第7管117 は第4開閉弁V4 を有する。さ
らに窒素ガスを流通させる第8管118 の一端側が窒素
ガス貯蔵容器24における断熱容器27およびガス容器
25の周壁30,31を貫通しており,その第8管11
8 の一端はガス容器25の周壁31内面において開口
し,他端は水素貯蔵容器1における第3管113 の第1
リリーフ弁RV1 下流側に接続されている。断熱容器2
7の外側において,第8管118 は第3リリーフRV3
を有する。
【0022】この場合,第3リリーフ弁RV3 の開放設
定圧力は第2リリーフ弁RV2 のそれよりも高く設定さ
れており,この差圧に基づいてガス容器25に第2リリ
ーフ弁RV2 を経て窒素ガスを溜めることができ,また
必要に応じて第4開閉弁V4を開いて冷却剤容器16の
ガス溜り23に窒素ガスを供給することができる。
【0023】
【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,高密度水素充填を低コストで達成し,また
その高密度水素充填を長期間に亘って維持することが可
能な水素貯蔵容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の概略断面図である。
【図2】第2実施例の概略断面図である。
【図3】第3実施例の概略断面図である。
【符号の説明】
1………水素貯蔵容器 2………炭素系吸着材 3………吸着材容器 4………冷却剤 5………冷却剤容器 6………断熱層 7………断熱容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古田 照実 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 (72)発明者 藤原 良也 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 (72)発明者 大橋 俊之 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 AA03 DA05 EA04 4G040 AA26 AA42 AB01 4G066 AA04A AA04B AE20B BA01 BA20 CA38 DA01 EA20 5H027 AA02 BA13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素を吸着し,且つその水素を離脱する
    炭素系吸着材(2)を充填された吸着材容器(3)と,
    その吸着材容器(3)を囲み,且つ前記炭素系吸着材
    (2)を常温未満に冷却する冷却剤(4)を収容した冷
    却剤容器(5)と,その冷却剤容器(5)を囲む断熱層
    (6)を形成する断熱容器(7)とを有することを特徴
    とする水素貯蔵容器。
  2. 【請求項2】 前記冷却剤(4)は化学的に不活性な物
    質よりなる,請求項1記載の水素貯蔵容器。
  3. 【請求項3】 化学的に不活性な前記物質は液体窒素で
    ある請求項2記載の水素貯蔵容器。
  4. 【請求項4】 前記炭素系吸着材は,直径dが0.5n
    m≦d≦3nmの細孔を持つ微小体の集合体よりなる,
    請求項1,2または3記載の水素貯蔵容器。
  5. 【請求項5】 前記粒体は単層カーボンナノチューブで
    ある,請求項4記載の水素貯蔵容器。
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