JP2004162885A

JP2004162885A - 固体充填タンク

Info

Publication number: JP2004162885A
Application number: JP2002332415A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Fujita; 勝義藤田; Hideto Kubo; 秀人久保; Takashi Fuji; 敬司藤; Akiko Kumano; 明子熊野; Daigoro Mori; 大五郎森
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: US7115159B2; US20050051294A1; JP4220762B2

Abstract

【課題】所定のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体を充填するタンク本体に熱交換手段が内装された固体充填タンクにおいて、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の移動を確実に防止するのに有効な技術を提供する。
【解決手段】水素吸蔵合金（固体）を充填する水素吸蔵合金タンクにつき、水素吸蔵合金との間で熱交換を行う熱交換器を、波板状の第１伝熱フィン１２０と平板状の第２伝熱フィン１３０とを交互に積層させて構成する。これら第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０によって区画される区画領域１４０は、水素吸蔵合金粉末（ＭＨ粉末）が沈降方向へ移動するのを規制する。これにより、熱交換に関与しない部材等を用いてＭＨ粉末の充填可能量や熱交換器の設置可能領域を少なくすることなくＭＨ粉末の移動を確実に防止することが可能となる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素等のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体を充填する固体充填タンクの構成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素は、太陽光熱と並びクリーンなエネルギー源として注目を集めている。とりわけ、水素燃料電池自動車の燃料系システムの開発においては、水素を吸蔵する水素吸蔵合金を利用して、水素を効率的に貯蔵ないし放出する技術が着目されている。その具体的化技術として、水素吸蔵合金粉末を水素吸蔵タンクに充填し、当該タンク内の水素吸蔵合金粉末に水素を吸蔵させて貯蔵を行うとともに、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させて利用する技術が知られている。水素吸蔵合金は水素吸蔵時に発熱し、放出時に吸熱する特性を有することから、この技術では、水素吸蔵タンクに内装した熱交換器を、水素を吸蔵・放出させる機構として用いるのが一般的である。例えば、冷媒ないし熱媒を流通させる冷熱媒チューブの外周に複数の伝熱フィンを櫛歯状に配置した構成の熱交換器が用いられる。また、冷熱媒チューブのかわりに波形板と平板とを組み合わせて冷媒ないし熱媒を流通させる流路を形成する構成の熱交換器もある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ところで、水素吸蔵合金は水素吸蔵時に膨張するという性質を有する。従って、充填された水素吸蔵合金粉末がタンク内を沈降し、圧密化した状態で水素を吸蔵すると、その膨張に伴って局部的に過大な応力が発生しタンク本体およびその内装部材に対し影響を及ぼす場合がある。そこで、このような問題の対策として、水素吸蔵タンクに、水素吸蔵合金粉末の沈降防止構造や、水素吸蔵時における応力吸収構造を設ける技術が提案されている。従来、例えば以下に示すような第１の技術および第２の技術が提案されている。
第１の技術では、熱交換器を構成する複数のフィンチューブ管の間にシート状部材を設け、これにより水素吸蔵合金粉末の沈降を防止するようになっている（例えば、特許文献２参照。）。また、第２の技術では、断面が長楕円形の中空管構造を有する冷熱媒チューブによって水素吸蔵合金の沈降を阻止するようになっている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１１１９３号公報（段落番号（００１１），（００１２）、図１）
【特許文献２】
特開平１１−４３３０１号公報（段落番号（０００９）、図２）
【特許文献３】
特開２００１−１０８０１号公報（段落番号（００２４））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、複数のフィンチューブ管の間にシート状部材を設ける上記第１の技術は、確かに水素吸蔵合金粉末の沈降防止を可能とするものの、タンク本体にシート状部材等を内装する領域を確保する必要があり、その分水素吸蔵合金粉末（ガス吸蔵用固体）の充填可能量や熱交換器の設置可能領域が少なくなる。また、上記従来の技術では、タンク本体の断面方向に関し複数のフィンチューブ管および伝熱フィンが配置される構成ゆえ、複数のフィンチューブ管の間に伝熱フィンと水素吸蔵合金粉末とが部分的に接触しない領域が多く形成される。このように、上記従来の技術では、水素吸蔵合金のタンク内における沈降防止が可能となる反面、水素吸蔵合金粉末と熱交換器との間の熱交換性能が低下することが問題となる。また、上記第２の技術では、冷熱媒チューブによって水素吸蔵合金の沈降を阻止することで第１の技術の問題を解消することが可能となるものの、冷熱媒チューブはＲ部分（曲部）を有するゆえ水素吸蔵合金の沈降を防止するのには限界があり確実な方法とは言い難い。
【０００６】
そこで、本発明者らは、水素吸蔵合金粉末のようなガス吸蔵用固体と熱交換器との間の熱交換性能を損なうことなく、ガス吸蔵用固体のタンク内における移動を確実に規制することができればメリットがあると考え、この種のガス吸蔵体タンクの構成技術について鋭意検討した。その検討の結果、本発明者らは、本来ガス吸蔵用固体との間で熱交換を行う熱交換器において、伝熱フィンをガス吸蔵用固体のタンク内における固体の移動を規制する手段として兼用することで、上記のような問題点を合理的に回避することができることを見出すことに成功した。また、本発明者らは、このガス吸蔵体タンクの構成技術は、所定のガスを吸蔵可能なガス吸蔵用固体の充填に関する技術に止まるものではなく、所定のガスを吸着可能なガス吸着用固体の充填に関する技術、すなわちガス吸着体タンクの構成技術にも適用可能であることを見出した。
【０００７】
本発明では、所定のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体を充填するタンク本体に熱交換手段が内装された固体充填タンクにおいて、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の移動を確実に防止するのに有効な技術を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の固体充填タンクは請求項１〜５に記載の通りに構成される。なお、本発明は、熱交換手段を構成する複数の伝熱フィン自体によって、所定のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体の移動を規制する構成とすることで、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の移動を確実に防止することができるようにした技術である。すなわち、本発明は、単に固体の移動を規制する規制手段をタンク本体に設置するという技術に止まるものではなく、熱交換時の伝熱に関与する伝熱フィンを、タンク内に充填された固体の移動を規制する規制手段として兼用することで、従来技術からは容易に想到し難い合理的な固体充填タンクの構成技術を実現するものである。
【０００９】
請求項１に記載の固体充填タンクは、所定のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体を充填するタンク本体に、その固体との間で熱交換を行う熱交換手段が内装された構成を有する。ここでいう「固体」とは、所定のガスに対する吸蔵機能を有するもの、例えば水素や窒素などのガスを吸蔵する吸蔵合金（ガス吸蔵用固体）、また所定のガスに対する吸着機能を有するもの、例えばカーボンやモレキュラーシーブ（ガス吸着用固体）等を広く含む主旨である。従って、本発明の固体充填タンクとしては、ガス吸蔵用固体を充填するガス吸蔵体タンクや、ガス吸着用固体を充填するガス吸着体タンク等が挙げられる。なお、本発明では、吸収現象のうち固体によるものを「吸蔵」として示すものとする。
【００１０】
熱交換手段は、流通管、複数の伝熱フィン、規制手段等を有する。流通管は、固体を加熱ないし冷却する熱交換用の媒体が管内を流通する構成を有する。複数の伝熱フィンは、流通管の外周において層状に接合される。この複数の伝熱フィンは、例えばロウ付けによって流通管の外周に接合される。例えば流通管を流通する媒体の熱はこの流通管の管壁を通じて各伝熱フィンに伝達され、更にこの伝熱フィンと接する固体に伝達される。従って、媒体と固体との間で熱交換がなされることとなる。
【００１１】
規制手段は、隣接する伝熱フィンの間の空間を複数の区画領域に区画するものであり、この規制手段によって固体の沈降方向の移動が規制されるようになっている。例えば、固体として水素吸蔵合金粉末を充填する場合、水素吸蔵合金粉末が水素の吸蔵時に膨張しタンク内を沈降方向へ移動することが懸念されるため、このような水素吸蔵合金粉末の沈降を防止する対策として規制手段を用いる。本発明ではこの規制手段が伝熱フィン自体によって構成されるようになっている。具体的には、波板状の伝熱フィンと平板状（プレート状）の伝熱フィンとを交互に積層させることで区画領域を形成させる構成、その他として波板状の伝熱フィンを複数積層させることで区画領域を形成させる構成、また立設部を有する平板状の伝熱フィンを複数積層させることで区画領域を形成させる構成等を用いることができる。すなわち、本発明の規制手段は、複数の伝熱フィンの一部ないし全部を用いて形成されるものである。ここでいう「波板状」とは、折返し部が先鋭状に形成された形態や、角部が所定の曲率Ｒで曲げられた形態等を広く含む主旨である。このような折返しや折り曲げによって得られる波板状伝熱フィンの形状としては、例えば三角形のみならず矩形（長方形）等種々の形態を用いることができる。このように、固体との間で熱交換を行う伝熱フィンを固体の沈降を規制する規制手段として兼用することで、熱交換に関与しない部材等を用いて固体の充填可能量や熱交換手段の設置可能領域を少なくすることなく固体の移動を確実に防止することが可能となる。これにより、熱交換に関与しない部材をタンク内に装着する場合に比して固体と熱交換手段との間の熱交換性能を向上させることができる。また、伝熱フィンと固体とが部分的に接触しない領域を少なくすることで、伝熱フィンと固体との間の熱交換性能が低下しにくくする構成を用いるのが好ましい。なお、本発明を水素吸蔵合金を充填する水素吸蔵合金タンクに適用した場合、水素吸蔵合金がタンク内を沈降し、水素吸蔵時に膨張することによって局部的に過大な応力が発生するのを防止するのに有効である。
以上のように請求項１に記載の固体充填タンクによれば、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の沈降方向の移動を確実に防止することが可能となる。
【００１２】
また、請求項２に記載の固体充填タンクでは、複数の伝熱フィンは、互いに積層されることで伝熱フィン間に複数の区画領域を形成する構成である。すなわち、複数の伝熱フィンを積層させ、接合することで重ね合わせ面に複数の区画領域が形成されるようになっている。この区画領域に充填された固体は、隣接する伝熱フィンの協働によって、伝熱フィン間に形成される区画領域内から区画領域外への移動が規制されることとなる。従って、区画領域を形成する形状であれば各伝熱フィンの形状は必要に応じて種々選択可能である。このように、区画領域の形成に伝熱フィン自体の構成を用いることで、構成を簡素化することができ製作コストの低減に有効である。
【００１３】
ここで、請求項１，２に記載の固体充填タンクでは、複数の伝熱フィンは請求項３に記載のように構成されるのが好ましい。すなわち、本発明では複数の伝熱フィンは、波板状の第１伝熱フィンと平板状の第２伝熱フィンとを組み合わせた構成になっている。そして、第１伝熱フィンと第２伝熱フィンとを交互に積層させ、接合することで重ね合わせ面に複数の区画領域が形成されるようになっている。この区画領域に充填された固体は、第１伝熱フィンと第２伝熱フィンとの協働によって、伝熱フィン間に形成される区画領域内から区画領域外への移動が規制されることとなる。このように、第１伝熱フィンと第２伝熱フィンとを交互に積層させるのみで区画領域が形成されるため構成を簡素化することができる。
以上のように請求項３に記載の固体充填タンクによれば、波板状の伝熱フィンおよび平板状の伝熱フィンを用いることで、更に構成を簡素化することができ製作コストの低減に有効である。また、波板状の伝熱フィンおよび平板状の伝熱フィンを用いることで、これら伝熱フィンと固体との接触面積を大きくとることができ伝熱性能に関し効果的である。
【００１４】
また、請求項１〜３に記載の固体充填タンクでは、伝熱フィンは請求項４に記載のような構成であるのが好ましい。すなわち、本発明では伝熱フィンが固体の通過を許容する複数の貫通孔を備えており、しかもこの貫通孔を通じて各伝熱フィン間が連通される構成になっている。これにより、伝熱フィンの貫通孔を固体の充填時における固体の分散用として用いることが可能となる。具体的には、水素吸蔵合金粉末を充填タンクに充填する場合、その充填タンクに内装された各伝熱フィンが載置面に対し水平となる。この状態で、最も上方の伝熱フィンの上部から水素吸蔵合金粉末を供給する。これにより、水素吸蔵合金粉末は、その自重落下の作用によって伝熱フィンに形成された貫通孔を通じて下方の伝熱フィン側へと順次供給されるともに、各伝熱フィン間の領域に効率的に充填されることとなる。また、この貫通孔はタンク内における吸蔵ないし吸着ガスの分散用としての効果をも有する。
以上のように請求項４に記載の固体充填タンクによれば、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の移動を確実に防止することが可能となるうえに、固体の充填を合理的に行うことができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の固体充填タンクは、タンク本体に、固体として水素を吸蔵する水素吸蔵合金粉末が充填される構成である。水素吸蔵合金は、水素と反応して金属水素化物となる合金で、水素ガス中でガス圧力を上げるか温度を下げると水素を吸蔵して発熱し、ガス圧を下げるか温度を上げると水素を放出して吸熱する性質がある。この水素吸蔵合金として、例えばＭｇ−Ｎｉ系、Ｌａ−Ｎｉ系、Ｔｉ−Ｍｎ系などのものを用いる。水素吸蔵合金粉末を充填する固体充填タンクでは、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の沈降を防止したいという要請がとりわけ高い。すなわち、充填された水素吸蔵合金が水素吸蔵時にタンク内を沈降し膨張すると局部的に過大な応力が発生する場合があるからである。従って請求項５に記載の固体充填タンクは、このような技術分野において特に有効である。このような水素吸蔵合金粉末を充填する固体充填タンクは、例えば水素燃料電池自動車の燃料系システムの水素貯蔵技術に用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本実施の形態は、ガス吸蔵体タンクのひとつである水素吸蔵合金タンクの構成技術に本発明を適用した場合について説明するものである。水素吸蔵合金タンクは、例えば水素燃料電池自動車の燃料系システムの水素貯蔵技術に用いる。なお、以下の説明では、水素吸蔵合金タンクに充填する水素吸蔵合金を、便宜上「ＭＨ」とも表記することとする。
【００１７】
まず、図１〜図４を用いて本実施の形態の水素吸蔵合金タンク１００の構成を説明する。ここで、図１は本実施の形態の水素吸蔵合金タンク（ＭＨタンク）１００の構成を示す断面図である。図２は図１中のＡ−Ａ線断面矢視図であって、第１伝熱フィン１２０の構成を示すものである。また、図３は同じく図１中のＡ−Ａ線断面矢視図であって、第２伝熱フィン１３０の構成を示すものである。図４は図１の部分拡大図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明における固体充填タンクとしての水素吸蔵合金タンク（ＭＨタンク）１００は、水素吸蔵合金粉末（ＭＨ粉末）を充填するものであり、円筒形状のタンクシェル部１０１（本発明における「タンク本体」に対応している。）に熱交換器１１０が内装された構成になっている。このＭＨタンク１００は、例えば図中に示すような横置きで使用される。タンクシェル部１０１をはじめ、熱交換器１１０における伝熱に関与する各構成部材は、例えばアルミニウム、銅等の良伝熱性金属によって形成される。
【００１９】
タンクシェル部１０１は、水素吸蔵時等における所定の耐圧性能を有する構成になっている。タンクシェル部１０１の内周と熱交換器１１０の外周との間には、ＭＨ粉末の飛散を防止するために円筒形状のフィルター１１８が設置されている。また、タンクシェル部１０１の側部には、取付部１０２が設けられている。ＭＨ粉末の充填時に、この取付部１０２に図５で後述する充填用治具１５０が取付けられるようになっている。
【００２０】
熱交換器１１０は、加熱用ないし冷却用の媒体（熱媒、冷媒）を流通させる冷熱媒チューブ１１３，１１４、この冷熱媒チューブ１１３，１１４の外周にロウ付け接合された複数の伝熱フィン１２０，１３０等によって構成されている。この熱交換器１１０は、いわゆるフィン・アンド・チューブ型のものであり、本発明における「熱交換手段」に対応している。この熱交換器１１０では、流入部１１１から流入した媒体が、Ｕ字形の冷熱媒チューブ１１３，１１４に分岐して管内を並列的に流れ、１往復したのち合流して流出部１１２から流出するようになっている。なお、冷熱媒チューブ１１３，１１４の形状は必要に応じて種々変更可能であり、例えばＵ字管を複数組み合わせた構成を用いることもできる。
【００２１】
タンクシェル部１０１内には、円形のエンドプレート１１５，１１６によって空間部Ｓが形成され、この空間部Ｓに複数の第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０が収容されている。これら第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０は、冷熱媒チューブ１１３，１１４が延びる方向（タンクシェル部１０１の長手方向でもある。）に対し直交する向きに層状に配置（積層）されている。これにより、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０を介して、冷熱媒チューブ１１３，１１４を流通する媒体と、空間部Ｓに充填されたＭＨ粉末との間で伝熱（熱交換）が行われることとなる。なお、空間部ＳへのＭＨ粉末の充填は、エンドプレート１１６に形成された充填口１１７を通じて行うようになっている。タンク使用時には、この充填口１１７に埋めネジ（図示省略）が設置され、ＭＨ粉末のタンク外への流出が防止されるようになっている。
【００２２】
第１伝熱フィン１２０は、その平面視がタンクシェル部１０１断面に対応した円形であり、複数の折返し部１２１で折返された波板状に形成されている。その折返し部１２１は先鋭状になっている。一方、第２伝熱フィン１３０は、その平面視がタンクシェル部１０１断面に対応した円形であり、平板状（プレート状）に形成されている。これら第１伝熱フィン１２０と第２伝熱フィン１３０とは、積層された状態での当接箇所（第１伝熱フィン１２０の折返し部１２１と、第２伝熱フィン１３０とが当接する箇所）がロウ付けによって接合されている。
【００２３】
第１伝熱フィン１２０には、図２に示すようにＭＨ粉末の通過を許容する大きさの貫通孔１２２が複数形成されている。また、第２伝熱フィン１３０には、図３に示すように貫通孔１２２と同様の形状の貫通孔１３２が複数形成されている。本実施の形態では、これら貫通孔１２２および貫通孔１３２の数および設置位置が同様となるように構成されている。従って、図４に示すように、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０が配置された状態では、第１伝熱フィン１２０の貫通孔１２２の位置と、第２伝熱フィン１３０の貫通孔１３２との位置が、タンクシェル部１０１の長手方向に沿ってほぼ整合される。なお、この図４および後述する図５、図７、図８では、便宜上、水素吸蔵合金粉末（ＭＨ粉末）の充填密度が過度に低い状態を示しているが、実際の充填時にはこのＭＨ粉末はほぼ最密充填状態となる。
【００２４】
また、第１伝熱フィン１２０と第２伝熱フィン１３０とによって、断面が略三角形状の区画領域１４０が複数形成される。各区画領域１４０は、貫通孔１２２および貫通孔１３２のみを通じて隣接する別の区画領域１４０と連通されるようになっている。この区画領域１４０を形成することにより、充填されたＭＨ粉末が自重落下の作用によって沈降方向（図４中の下方）へ移動するのが規制されることとなる。すなわち、この規制手段は、第１伝熱フィン１２０と第２伝熱フィン１３０との協働を用いた合理的なものである。このように、本実施の形態では、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０自体が、ＭＨ粉末との伝熱（熱交換）を行う本来の機能に加え、更にＭＨ粉末の沈降（移動）を規制する規制手段としての機能をも有する構成になっている。このように、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０を、ＭＨ粉末の沈降方向への移動を規制する手段として兼用することで、ＭＨ粉末と熱交換器１１０との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填されたＭＨ粉末の沈降方向への移動を確実に防止することができる。
【００２５】
次に、上記構成のＭＨタンク１００に、本発明における固体としてのＭＨ粉末を充填する際の態様について図５等を参照しながら説明する。ここで、図５は水素吸蔵合金粉末（ＭＨ粉末）充填時における水素吸蔵合金タンク（ＭＨタンク）１００の部分断面図である。
図５に示すように、ＭＨ粉末充填に際しては、まずＭＨタンク１００を縦置きにする。次に、タンク使用時に充填口１１７に設置されていた埋めネジ（図示省略）を取り外すとともに、タンクシェル部１０１の取付部１０２および充填口１１７を通じて充填用治具１５０を設置する。そして、充填用治具１５０から所定量のＭＨ粉末の投入が開始されると、ＭＨ粉末は空間部Ｓに供給されることとなる。そして、このＭＨ粉末はその自重落下作用によって貫通孔１２２および貫通孔１３２を通じて上方の区画領域１４０から下方の区画領域１４０へと移動する。而して、空間部Ｓの各区画領域１４０に、ＭＨ粉末がほぼ均一に充填される。
【００２６】
このように本実施の形態では、第１伝熱フィン１２０の貫通孔１２２の位置と、第２伝熱フィン１３０の貫通孔１３２との位置が、タンクシェル部１０１の長手方向に沿ってほぼ整合される構成であるため、ＭＨ粉末を空間部Ｓの全体に行き渡らせることができる。従って、本実施の形態のＭＨタンク１００を用いれば、ＭＨ粉末の充填作業を迅速かつ確実に行うことができる。所定量のＭＨ粉末の充填が完了すると、充填されたＭＨ粉末のタンク外への流出を防止するべく充填口１１７に埋めネジ（図示省略）を設置する。
【００２７】
ここでは、更にＭＨタンク１００を用いて水素を吸蔵、放出する方法について図１を参照しながら説明する。一般にＭＨは、熱を奪われることで水素を吸蔵し、反対に熱が与えられることで一旦吸蔵した水素を放出するという特性を有する。下記の方法は、ＭＨのこの特性を用いたものである。
【００２８】
まず、ＭＨタンク１００に水素を吸蔵させる際は、図１中の取付部１０２に例えばバルブ付き接続配管（図示省略）を接続する。そして、この接続配管を通じて所定の吸引手段によって吸引処理を行いＭＨタンク１００内を減圧状態とする。次に、上記手順により空間部Ｓに充填されたＭＨ粉末を冷却するべく、熱交換器１１０の流入部１１１から冷媒、例えば冷却水（本発明における媒体に対応している）を供給する。これにより、ＭＨタンク１００内のＭＨ粉末から熱交換器１１０の第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０を介して熱が奪われることとなる。更に、上記接続配管を通じてＭＨタンク１００内に水素（本発明における所定のガスに対応している）を供給する。従って、上記ＭＨ粉末に対する冷却および水素供給により、ＭＨ粉末は供給された水素を吸蔵する。なお、この水素吸蔵に際しての温度や圧力条件は、そのＭＨ粉末の組成等に応じて適宜決定される。
【００２９】
一方、ＭＨタンク１００から水素を取り出す際は、熱交換器１１０の流入部１１１から熱媒、例えば温水（本発明における媒体に対応している）を供給する。これにより、ＭＨタンク１００内のＭＨ粉末に対し熱交換器１１０の第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０を介して熱が与えられることとなる。従って、上記ＭＨ粉末に対する加熱によりＭＨ粉末から水素が放出され、水素吸蔵時に用いたバルブ付き接続配管を通じて所定の水素供給先へ供給される。なお、この水素放出に際しての温度や圧力条件は、そのＭＨ粉末の組成等に応じて適宜決定される。
【００３０】
例えば、ＭＨタンク１００を燃料電池搭載の電気自動車の水素供給源として用いた場合、迅速かつ継続的な発電を行うには、水素を確実に取り出すことのみならず、走行状況等の要請に応じて迅速に水素を取り出す必要がある。ＭＨタンク１００から迅速かつ確実に水素を取り出すには、一旦水素を吸蔵したＭＨ粉末から迅速かつ確実に水素を放出させる必要があり、そのためには、ＭＨ粉末全体に対し迅速かつ確実に熱を与える（加熱する）必要がある。そこで、本実施の形態のように、波板状に形成された第１伝熱フィン１２０と、平板状（プレート状）に形成された第２伝熱フィン１３０とを互いに積層させた構成は、ＭＨ粉末と伝熱フィンとの接触面積を大きくとることができ効果的である。
【００３１】
以上のように本実施の形態によれば、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０によって区画領域１４０を形成することで、ＭＨ粉末と熱交換器１１０との間の熱交換性能を損なうことなく、タンクシェル部１０１内に充填されたＭＨ粉末の移動を確実に防止することができる。これにより、充填されたＭＨ粉末がタンク内を沈降し、水素吸蔵時に膨張したＭＨ粉末によって局部的に過大な応力が発生するのを防止することができる。とりわけ、波板状の第１伝熱フィン１２０と平板状の第２伝熱フィン１３０を用いることで、構成を簡素化することができ製作コストの低減に有効である。また、伝熱フィンとＭＨ粉末との接触面積を大きくとることができ伝熱性能に関し効果的である。
また、本実施の形態によれば、第１伝熱フィン１２０に貫通孔１２２が形成され、第２伝熱フィン１３０に貫通孔１３２が形成された構成を用いることで、ＭＨ粉末の充填を合理的に行うことができる。
【００３２】
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００３３】
（Ａ）上記実施の形態では、Ｕ字形の冷熱媒チューブ１１３，１１４を備えた熱交換器１１０について記載したが、冷熱媒チューブ１１３，１１４の数、形状等は必要に応じて変更可能である。ここで冷熱媒チューブ１１３，１１４の別の実施の形態を、図６を参照しながら説明する。
図６に示す熱交換器２００では、一対の直管状の配管２１３の間が、流通路を有するブロック材２１３ａによって接続されており、この構成が冷熱媒チューブ１１３の構成に相当している。また、一対の直管状の配管２１４の間が、流通路を有するブロック材２１４ａによって接続されており、この構成が冷熱媒チューブ１１４の構成に相当している。従って、流入部１１１から流入した媒体は、上流側の配管２１３および配管２１４に分岐する。上流側の配管２１３を流通した媒体は、ブロック材２１３ａの流通路、下流側の配管２１３を通じて流出部１１２から流出する。一方、上流側の配管２１４を流通した媒体は、ブロック材２１４ａの流通路、下流側の配管２１４を通じて流出部１１２から流出する。このような構成によれば、Ｕ字形の冷熱媒チューブ１１３，１１４に比してタンクシェル部１０１の長手方向（図６中の左右方向）に関する突出量を抑えることでよりコンパクトな構成が可能となる。
【００３４】
（Ｂ）また、上記実施の形態では、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０を交互に積層することで区画領域１４０を形成させる場合について記載したが、この区画領域１４０を形成するための伝熱フィンの配置、使用する伝熱フィンの種類等は必要に応じて種々変更可能である。ここで、図７および図８を参照しながら説明する。なお、これらの図において図４に示す要素と同一の要素には同一の符号を付している。
図７に示す実施の形態では、第１伝熱フィン１２０のみを用い、これを図に示すように複数重ね合わせて接合する。これにより、第１伝熱フィン１２０同士によって、断面が略ひし形状の区画領域１４０が複数形成される。各区画領域１４０は、貫通孔１２２を通じて隣接する別の区画領域１４０と連通されるようになっている。一方、図８に示す実施の形態では、第１伝熱フィン１２０や第２伝熱フィン１３０とは別の形状の伝熱フィン２２０を複数用いる。各伝熱フィン２２０は、平面部２２０ａと、この平面部２２０ａの片面に立設する複数の立設部２２０ｂとによって構成されている。また、各伝熱フィン２２０には、貫通孔１２２や貫通孔１３２と同様の貫通孔２２２が複数形成されている。所定の伝熱フィン２２０の平面部２２０ａおよび立設部２２０ｂと、隣接する別の伝熱フィン２２０の平面部２２０ａとによって、断面が略方形状の区画領域１４０が複数形成される。各区画領域１４０は、貫通孔２２２を通じて隣接する別の区画領域１４０と連通されるようになっている。このように図７ないし図８に示す実施の形態によっても、第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０を交互に積層する本実施の形態と同様の作用効果を奏することとなる。
【００３５】
（Ｃ）また、上記実施の形態では、平面視が円形の第１伝熱フィン１２０および第２伝熱フィン１３０について記載したが、この形状は必要に応じて四角形等の他の形状に適宜変更可能である。
【００３６】
（Ｄ）また、上記実施の形態では、水素吸蔵合金タンクの構成技術について記載したが、水素を吸着可能な固体（例えばカーボンやモレキュラーシーブなど）、また水素以外のガス、例えば窒素を吸蔵（吸収）ないし吸着可能な固体を充填するような種々の固体充填タンクの構成技術に本発明を適用することもできる。
【００３７】
（Ｅ）また、上記実施の形態の区画領域１４０は、貫通孔１２２，１３２のみを通じて隣接する別の区画領域１４０に連通されていればよく、これら貫通孔１２２，１３２の設置数、設置箇所などは必要に応じて種々変更可能である。
【００３８】
（Ｆ）また、上記実施の形態では、折返し部１２１が先鋭状に形成された波板状の第１伝熱フィン１２０について記載したが、この第１伝熱フィン１２０の形状は必要に応じて種々変更可能である。例えば、第１伝熱フィン１２０にかえて、折返し部１２１に相当する箇所が所定の曲率Ｒで曲げられた形状の伝熱フィンを用いることもできる。また、折返された形状が三角形のみならず矩形（長方形）を形成する構成の伝熱フィンを用いることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体を充填するタンク本体に熱交換手段が内装された固体充填タンクにおいて、固体と熱交換手段との間の熱交換性能を損なうことなく、タンク内に充填された固体の移動を確実に防止するのに有効な技術を実現できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の水素吸蔵合金タンク（ＭＨタンク）１００の構成を示す断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面矢視図であって、第１伝熱フィン１２０の構成を示すものである。
【図３】図１中のＡ−Ａ線断面矢視図であって、第２伝熱フィン１３０の構成を示すものである。
【図４】図１の部分拡大図である。
【図５】水素吸蔵合金粉末（ＭＨ粉末）充填時における水素吸蔵合金タンク（ＭＨタンク）１００の部分断面図である。
【図６】別の実施の形態の熱交換器２００の構成を示す部分断面図である。
【図７】タンクシェル部１０１内に配置される伝熱フィンの別の実施の形態を示す図である。
【図８】タンクシェル部１０１内に配置される伝熱フィンの別の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１００…水素吸蔵合金タンク（ＭＨタンク）
１０１…タンクシェル部（タンク本体）
１１０…熱交換器（熱交換手段）
１１１…流入部
１１２…流出部
１１３，１１４…冷熱媒チューブ（流通管）
１１８…フィルター
１２０…第１伝熱フィン
１２１…折返し部
１２２，１３２…貫通孔
１３０…第２伝熱フィン
１４０…区画領域

Claims

所定のガスを吸蔵ないし吸着可能な固体を充填するタンク本体に、前記固体との間で熱交換を行う熱交換手段が内装され、前記熱交換手段は前記熱交換のための媒体を流通させる流通管と、前記流通管に層状に接合された複数の伝熱フィンとを備えた固体充填タンクであって、
タンク内に充填された前記固体の沈降方向の移動を規制する規制手段を備え、この規制手段は前記伝熱フィン自体によって構成されていることを特徴とする固体充填タンク。
請求項１に記載した固体充填タンクであって、
前記複数の伝熱フィンは、互いに積層されることで伝熱フィン間に複数の区画領域を形成する構成であり、この区画領域が前記規制手段として用いられることを特徴とする固体充填タンク。
請求項２に記載した固体充填タンクであって、
前記複数の伝熱フィンは、波板状の第１伝熱フィンと平板状の第２伝熱フィンとによって構成され、これら第１伝熱フィンと第２伝熱フィンとを交互に積層させることで前記区画領域が形成されることを特徴とする固体充填タンク。
請求項１〜３のいずれかに記載した固体充填タンクであって、
前記伝熱フィンは、前記固体の通過を許容する複数の貫通孔を備え、この貫通孔を通じて各伝熱フィン間が連通される構成であることを特徴とする固体充填タンク。
請求項１〜４のいずれかに記載した固体充填タンクであって、
前記タンク本体には、前記固体として水素を吸蔵する水素吸蔵合金粉末が充填される構成であることを特徴とする固体充填タンク。