JP2004293564A - 水素貯蔵タンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナの開口部の気密性を高めるのが容易となり、しかもＭＨの充填が容易になる水素貯蔵タンクを提供する。
【解決手段】水素貯蔵タンク１１は、アルミニウム合金製のライナ１２と、ライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３とを備え、ライナ１２の内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニット１５が複数収容されている。ライナ１２は円筒状の胴部１２ａと、その両端に形成されたドーム部１２ｂとを備え、一端側に水素吸蔵用ユニット１５を挿入可能な開口部１６が形成され、他端側に水素の導入、排出用の水素通路用開口部１７が設けられている。開口部１６は直径がライナ１２の胴部１２ａの内径の１／２未満に形成されている。水素吸蔵用ユニット１５は、各水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の両端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８が連結パイプ２０によって直列に接続されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素貯蔵タンクに係り、詳しくは中空状のライナと、ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットが収容されている水素貯蔵タンク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素エネルギーは太陽熱エネルギーと並んでクリーンエネルギーとして注目されている。水素の貯蔵、輸送の方法として、ある温度、圧力の条件のもとで水素を吸蔵して水素化物になり、必要時に別の温度、圧力の条件のもとで水素を放出する「水素吸蔵合金（以下、ＭＨという）」といわれる金属の利用が着目されている。そして、水素の供給をＭＨを使用して行う水素エンジンや燃料電池電気自動車、あるいはＭＨが水素を吸蔵・放出するときの発熱・吸熱を利用するヒートポンプ等の研究が行われている。
【０００３】
そして、ＭＨを充填した圧力容器（タンク）では、ＭＨによる水素の吸蔵・放出を円滑に行うため、タンク内に熱交換器が内蔵されている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２には、熱媒体を流す熱媒管に複数のフィンが設けられた構造の熱交換器をステンレス鋼製の容器に内蔵したものが開示されている。
【０００４】
水素エンジンや燃料電池電気自動車の燃料の供給源として水素貯蔵タンクを自動車に搭載する場合は、水素貯蔵タンクの軽量化が重要になる。圧力容器の軽量化を図るため、アルミニウム製のライナの外周に樹脂含浸繊維束を巻き付けて熱硬化させた繊維強化樹脂層を設けたものがある。
【０００５】
また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、一対のアルミニウム製の鏡板５１を対向配置し、その間に外套５２を架設し、その外周に複合材５３を巻回して鏡板５１を連結するとともに、鏡板５１と外套５２との当接部にゴム製のシール材５４を介在させた高圧容器５５が提案されている（例えば、特許文献３参照）。外套５２は金属製である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２８８４１９号公報（図１，２）
【特許文献２】
特開２０００−２４９４２５号公報（図１）
【特許文献３】
実開平２−９１２６４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２にはタンク内に熱交換器が内蔵されている構成は開示されているが、熱交換器をどのようにしてタンク内に収容するのかに関しては記載されていない。特許文献３に記載の高圧容器５５は、内部に高圧状態でガスを貯蔵することを目的としており、ＭＨや熱交換器を内蔵することは考慮されていない。
【０００８】
ところで、熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットを内蔵した水素貯蔵タンクの軽量化のため、アルミニウム製のライナの外面を繊維強化樹脂層で覆った構造のタンクを製造する場合は、熱交換器の組立体を円筒状のライナにろう付けした後、スピニング加工することによって製造される。しかし、スピニング加工により製造するとライナに熱が加わるので、強度が下がり割れ易くなることから、例えば５００度程度でライナを再熱処理する必要がある。しかし、再熱処理を行うと、ろう付け部分が剥がれたり、局所的に配置されたシールの材質がもたない問題が生じる。また、ＭＨを充填した状態でライナの熱処理を行うと、熱処理時にＭＨが劣化するという問題がある。
【０００９】
そこで、熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットを内蔵する場合には、図８に示すように、ライナ５６を、水素吸蔵用ユニット５７を挿入可能な開口部５８を有する本体部５６ａと、その開口部５８を覆う蓋部５６ｂとに分割する。そして、ライナ５６を形成した後、水素吸蔵用ユニット５７をライナ５６内に収容して樹脂含浸繊維束の巻付け、樹脂の熱硬化を行うことが考えられる。
【００１０】
しかし、ライナ５６を分割式にして、外径がライナ５６の内径に近い水素吸蔵用ユニット５７を挿入可能な開口部５８を設けると、開口部５８と蓋部５６ｂとの気密性を確保するのが難しくなる。また、樹脂含浸繊維束の巻付け、樹脂の熱硬化を水素吸蔵用ユニット５７にＭＨが充填された状態で行うと、樹脂の熱硬化時にＭＨが空気で酸化されるという問題がある。また、ライナ５６への樹脂含浸繊維束の巻付け時あるいは樹脂硬化が完了するまでに、揮発した樹脂成分の一部がＭＨに吸着されてＭＨが劣化する虞もある。この問題を解消するためには、ＭＨの充填を繊維強化樹脂層が形成された後に行う必要があるが、その場合、充填に手間がかかるという問題がある。
【００１１】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はライナの開口部の気密性を高めるのが容易となり、しかも水素吸蔵物質の充填が容易になる水素貯蔵タンク及び水素貯蔵タンクの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットが収容されている水素貯蔵タンクである。少なくとも前記ライナの一端側に開口部が設けられ、前記ライナの内部に前記開口部を通過可能な形状の前記水素吸蔵用ユニットが複数収容されている。
【００１３】
この発明では、水素貯蔵タンクの内部には複数の水素吸蔵用ユニットが収容されているため、複数の水素吸蔵用ユニットの外径が同じ場合、開口部の径をライナの胴部の内径の半分以下にすることが可能となり、ライナの開口部の気密性を高めるのが容易となる。また、ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層が形成された後に水素吸蔵用ユニットを開口部からライナ内に挿入して組み付けることが可能なため、水素吸蔵物質をライナの外で水素吸蔵用ユニットに充填することができ、水素吸蔵物質の充填が容易となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素吸蔵用ユニットは、各水素吸蔵用ユニットの熱媒管の両端が水素吸蔵用ユニットの一端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニットの熱媒管が連結パイプによって接続されている。この発明では、タンクに内蔵された各水素吸蔵用ユニットの熱媒管への熱媒の供給及び排出をライナの一端側から容易に行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素吸蔵用ユニットは、各水素吸蔵用ユニットの熱媒管の一端が水素吸蔵用ユニットの一端側に、他端が水素吸蔵用ユニットの他端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニットの熱媒管が連結パイプによって接続されている。この発明では、各水素吸蔵用ユニットの熱媒管同士を接続する連結パイプがライナの一端側に集中せずに両側に分散されるため、連結パイプの取付け作業が容易になる。熱媒管を折り返すように屈曲形成する必要がなく、熱交換器の組立体の構造が簡単になる。また、水素吸蔵用ユニットが偶数個設けられた場合は、各水素吸蔵用ユニットに１本の熱媒管を設けることで、各熱媒管への熱媒の供給及び排出をライナの一端側から容易に行うことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットが複数収容されている水素貯蔵タンクの製造方法である。中空状のライナの外面に樹脂含浸繊維束を巻き付ける樹脂含浸繊維束巻付け工程と、前記ライナの外面に巻き付けられた樹脂含浸繊維束を熱硬化させる樹脂熱硬化工程とを備えている。また、水素吸蔵物質を充填した複数の水素吸蔵用ユニットを、前記樹脂熱硬化工程で形成されたタンク本体内に、該タンク本体の開口部から順次収容して組み付ける水素吸蔵用ユニット組付け工程を備えている。
【００１７】
この発明では、樹脂含浸繊維束巻付け工程及び樹脂熱硬化工程の段階では、ライナに水素吸蔵用ユニットが組み付けられていないため、水素吸蔵物質が充填された水素吸蔵用ユニットが回転されたり、加熱されることによる悪影響を受ける虞がない。また、ライナの外部で水素吸蔵物質を充填できるため、水素吸蔵物質の充填が容易となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。図１（ａ）は水素貯蔵タンクの模式断面図、（ｂ）は各水素吸蔵用ユニットと連結パイプの関係を示す一端側から見た模式図、（ｃ）は各水素吸蔵用ユニットの関係を示す他端側から見た模式図である。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、水素貯蔵タンク１１は、細長い中空状のライナ１２と、ライナ１２の外面の略全域を覆う繊維強化樹脂層１３とを備え、ライナ１２の内部の収容室１４に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニット１５が複数収容されている。なお、図１（ａ）における右側を水素貯蔵タンク１１の一端側とし、左側を他端側とする。
【００２０】
ライナ１２は例えばアルミニウム合金を材質とし、水素貯蔵タンク１１の気密性を確保している。ライナ１２は円筒状の胴部１２ａと、その両端に形成されたドーム部１２ｂとを備え、一端側に水素吸蔵用ユニット１５を挿入可能な開口部１６が形成され、他端側に水素の導入、排出用の水素通路用開口部１７が設けられている。開口部１６は断面が円形で、その口径が水素吸蔵用ユニット１５が通過可能、即ち水素吸蔵用ユニット１５を挿入可能な大きさに形成されている。開口部１６は直径がライナ１２の胴部１２ａの内径の１／２未満に、この実施の形態ではほぼ１／３に形成されている。水素通路用開口部１７はその直径が開口部１６の直径より小さく形成されている。
【００２１】
繊維強化樹脂層１３は、この実施の形態では炭素繊維を強化繊維としたＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）で構成され、水素貯蔵タンク１１の耐圧性（機械的強度）を確保している。繊維強化樹脂層１３は、樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等）が含浸された炭素繊維束を、ヘリカル巻層及びフープ巻層を有するようにライナ１２に巻き付け、樹脂を熱硬化することによって形成されている。
【００２２】
各水素吸蔵用ユニット１５は、水素貯蔵タンク１１の軸方向（図１の左右方向）に延びるパイプからなる熱媒管１８を備えている。熱媒管１８は、その両端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に設けられている。この実施の形態では熱媒管１８はＵ字状に屈曲され、熱媒管１８には略円板状のフィン１９が軸方向に等間隔に複数固着されている。フィン１９の間には水素吸蔵物質としての粉末状のＭＨがフィン１９と接触する状態で収容されている。ＭＨは水素貯蔵タンク１１内の水素の充填量を多くする機能があり、大気中に比べて数百〜１０００倍の水素充填を可能にする。フィン１９の径方向端部には全てのフィン１９を覆う状態で、ＭＨの通過を阻止し水素を透過可能なフィルタ（図示せず）が設けられている。
【００２３】
この実施の形態では７個の水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２内に収容され、水素吸蔵用ユニット１５は６個が同じ径で１個のみ他の水素吸蔵用ユニット１５より小さな径に形成されている。６個の水素吸蔵用ユニット１５は外径がライナ１２の胴部１２ａの内径の１／３より若干小さく形成されている。他の１個は、５個の水素吸蔵用ユニット１５が胴部１２ａの内面及び相互に接する状態に配置された状態で、その両端に位置する水素吸蔵用ユニット１５の間を通過可能な外径に形成されている。外径が大きな水素吸蔵用ユニット１５の外径をＤとすると、小さな外径の水素吸蔵用ユニット１５の外径はＤ（√３−１）に形成されている。
【００２４】
図１（ｂ），（ｃ）に示すように、外径が大きな６個の水素吸蔵用ユニット１５のうちの１個がライナ１２の中央に配置され、残りの５個は胴部１２ａの内面が、隣り合う他の水素吸蔵用ユニット１５の外面に当接する状態で配設されている。外径の小さな水素吸蔵用ユニット１５は、中央に配置された水素吸蔵用ユニット１５と当接する状態で配設されている。
【００２５】
全ての水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８は、連結パイプ２０によって直列に接続されている。各熱媒管１８と連結パイプ２０とはワンタッチ継手２１（図２（ａ）〜（ｃ）に図示）を介して接続され、熱媒管１８の端部にはワンタッチ継手２１の雄側継手部２１ａが固着され、連結パイプ２０の端部にはワンタッチ継手２１の雌側継手部２１ｂが固着されている。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、各雄側継手部２１ａ及び雌側継手部２１ｂにはワンタッチ継手２１の雄側継手部２１ａ及び雌側継手部２１ｂか連結された状態において、管内を外部と連通可能な位置に配置される弁体２２が装備されている。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、開口部１６には栓２３が螺合されている。栓２３には図示しない熱媒供給部から供給される熱媒としての水（冷水又は加熱水）が流れるパイプ２４ａ，２４ｂと、前記水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の一部とが接続される通路２３ａ，２３ｂが形成されている。この実施の形態では通路２３ａが上流側、通路２３ｂが下流側となっている。従って、パイプ２４ａから加熱水が供給されると水素吸蔵用ユニット１５を構成するＭＨが加熱され、パイプ２４ａから冷水が供給されるとＭＨが冷却される。栓２３とライナ１２の端面との間にはシールリング（図示せず）が介装されている。
【００２７】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、ライナ１２の中央に配置された水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８は、出口側が入口側より長く形成され、その出口側、即ち長い方向の端部１８ａが通路２３ｂに嵌合されている。また、外径の小さな水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８は、入口側が出口側より長く形成されるとともに屈曲形成され、その入口側、即ち長い方向の端部１８ａが通路２３ａに接続されている。パイプ２４ａ，２４ｂと通路２３ａ，２３ｂとの間、熱媒管１８と通路２３ａ，２３ｂとの間にはそれぞれシールリング２５が介装されている。
【００２８】
水素通路用開口部１７にはバルブ２６が螺合されている。バルブ２６はレギュレータを内蔵するとともに、水素貯蔵タンク１１の使用状態が水素放出状態と水素充填状態とに切換可能となっている。水素放出状態とは、水素貯蔵タンク１１内の水素がバルブ２６を介して外部へ放出可能、かつ外部から水素貯蔵タンク１１内への水素の供給が不能な状態を意味する。また、水素充填状態とは、水素貯蔵タンク１１内の水素をバルブ２６を介して外部へ放出不能、かつ外部から水素貯蔵タンク１１内への水素の供給が可能な状態を意味する。バルブ２６とライナ１２の端面との間にはシールリング（図示せず）が介装されている。
【００２９】
次に前記のように構成された水素貯蔵タンク１１の製造方法を説明する。図３は製造手順を示すフローチャートである。
水素貯蔵タンク１１を製造する際は、ステップＳ１のライナ加工工程で先ずライナ１２の絞り加工が行われ、次にステップＳ２のライナ熱処理工程でライナ１２の熱処理が行われる。ライナ１２の材料にはアルミニウム合金が使用される。次にステップＳ３の樹脂含浸繊維束巻付け工程としてのＣＦ巻付け工程で、ライナ１２がフィラメントワインディング装置にセットされ、樹脂含浸繊維束（樹脂含浸炭素繊維束）の巻き付けが行われる。ライナ１２の外面に樹脂含浸繊維束をヘリカル巻層及びフープ巻層が所定層数形成されるまで巻き付けられる。フープ巻層は主にライナ１２の胴部１２ａに形成される。次に、樹脂含浸繊維束が巻き付けられたライナ１２がフィラメントワインディング装置から取り外され、ステップＳ４の樹脂熱硬化工程で加熱炉に入れられて、樹脂が加熱硬化される。次にバリ等の除去が行われる。以上により、タンク本体の形成が終了する。
【００３０】
次にステップＳ５の水素吸蔵ユニット組付け工程で、複数の水素吸蔵用ユニット１５が開口部１６からライナ１２の内部に順次収容されて組み付けられる。水素吸蔵用ユニット１５として、ライナ１２の外部で予めＭＨが充填された状態のものがライナ１２に順次収容される。水素吸蔵用ユニット１５を組み付ける際は、外径の大きな水素吸蔵用ユニット１５のうち、熱媒管１８の一端が長く、中央に配置される水素吸蔵用ユニット１５以外の５個の水素吸蔵用ユニット１５が順次、開口部１６からライナ１２内に挿入される。そして、隣接して配置される水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の端部同士が連結パイプ２０により接続される。熱媒管１８と連結パイプ２０とは図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにワンタッチ継手２１を介して接続され、図２（ｃ）に示すように、雄側継手部２１ａ及び雌側継手部２１ｂの接合が完了した状態で、熱媒がワンタッチ継手２１を通過可能となる。
【００３１】
次に外径の小さな水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２内に挿入され、該水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８は連結パイプ２０と接続されずに、最後の水素吸蔵用ユニット１５の挿入に支障とならない位置に配置される。その状態で、最後の水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２内に挿入された後、外径の小さな水素吸蔵用ユニット１５は熱媒管１８の長い方の端部１８ａが開口部１６と対応する位置に配置される。そして、熱媒管１８の短い方の端部が隣接する水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の端部と連結パイプ２０を介して接続される。また、最後にライナ１２に収容された水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の短い方の端部が、隣接する水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の端部に連結パイプ２０を介して接続される。
【００３２】
次に、栓２３が開口部１６の内面に形成されている雌ねじ部１６ａに螺入される。通路２３ａ，２３ｂが２個の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の長い方の端部１８ａと係合する位置まで栓２３が螺入された状態で、栓２３及び水素吸蔵用ユニット１５を回転不能に支持する。なお、水素吸蔵用ユニット１５は水素通路用開口部１７からライナ１２内に挿入された治具を介して回転不能に支持する。そして、その状態でライナ１２側を水素吸蔵用ユニット１５及び栓２３に対して回転させ、栓２３をさらに開口部１６内に螺入させる。栓２３が所定位置まで螺入されることにより、２本の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の長い方の端部１８ａが通路２３ａ，２３ｂに嵌合され、水素吸蔵用ユニット１５のライナ１２への組付けが完了する。最後に水素通路用開口部１７の雌ねじ部１７ａにバルブ２６が螺合されて水素貯蔵タンク１１の製造が完了する。
【００３３】
次に、前記のように構成された水素貯蔵タンク１１の作用を、燃料電池搭載電気自動車に使用する場合を例に説明する。
水素貯蔵タンク１１は通路２３ａ，２３ｂに熱媒供給部から供給される熱媒としての水（冷水又は加熱水）が流れるパイプ２４ａ，２４ｂが接続され、バルブ２６が燃料電池に繋がるパイプ（図示せず）に接続された状態で使用される。収容室１４には高圧状態で水素が充填されている。収容室１４を高圧にするのは、水素吸蔵用ユニット１５が占める以外の部分における水素の充填量を多くするためであり、例えば収容室１４内の圧力を２５ＭＰａとした場合には、収容室１４内が大気圧の場合と比較して約２５０倍の水素が充填可能となる。
【００３４】
バルブ２６が水素放出状態に保持された状態において燃料極で水素ガスが使用されると、バルブ２６を介して水素貯蔵タンク１１から水素ガスが放出されて燃料極に供給される。水素貯蔵タンク１１内から水素ガスが放出されると、ＭＨの水素吸蔵・放出反応が放出側へ移動してＭＨから水素ガスが放出される。水素の放出は吸熱反応であるので、水素の放出に必要な熱が熱媒により供給されないと、ＭＨは自身の顕熱を消費して水素を放出するためその温度が低下する。ＭＨの温度が低下すると水素放出の反応速度が低下する。しかし、水素放出時には通路２３ａ、熱媒管１８、連結パイプ２０及び通路２３ｂを加熱水が流れ、この加熱水によって熱媒管１８及びフィン１９を介してＭＨの温度降下が抑制され、水素放出の反応が円滑に進行する。ＭＨから放出された水素はバルブ２６を経て水素貯蔵タンク１１の外部へ放出され、燃料極へと供給される。
【００３５】
水素が放出された水素貯蔵タンク１１に再び水素ガスを充填、即ちＭＨに水素ガスを吸蔵させる場合は、バルブ２６を水素充填状態に切り換えてバルブ２６から水素貯蔵タンク１１に水素ガスを供給する。水素貯蔵タンク１１内に供給された水素ガスは、ＭＨと反応して水素化物となってＭＨに吸蔵される。水素の吸蔵反応は発熱反応であるので、水素の吸蔵反応で発生した熱を除去しないと吸蔵反応が円滑に進行しない。しかし、水素ガスを充填する際は、通路２３ａ、熱媒管１８、連結パイプ２０及び通路２３ｂを冷水が流れ、この冷水によって熱媒管１８及びフィン１９を介してＭＨの温度上昇が抑制され、水素ガスの吸蔵が効率よく行われる。
【００３６】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） 外面を繊維強化樹脂層１３で覆われたライナ１２の内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニット１５が収容された水素貯蔵タンク１１において、少なくともライナ１２の一端側に開口部１６が設けられ、ライナ１２の内部に開口部１６を通過可能な形状の水素吸蔵用ユニット１５が複数収容されている。従って、複数の水素吸蔵用ユニット１５の外径を同じにした場合、開口部１６の径をライナ１２の内径の１／２未満にすることが可能となり、開口部１６の気密性を高めるのが容易となる。また、ライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３が形成された後に、水素吸蔵用ユニット１５を開口部１６からライナ１２内に挿入して組み付けることが可能なため、水素吸蔵物質（ＭＨ）をライナ１２の外で水素吸蔵用ユニット１５に充填することができ、水素吸蔵物質の充填が容易となる。
【００３７】
（２） 開口部１６は直径がライナ１２の胴部１２ａの内径のほぼ１／３のため、開口部１６の気密性を高めるのがより容易となる。
（３） 各水素吸蔵用ユニット１５は、熱媒管１８の両端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８が連結パイプ２０によって直列に接続されている。従って、水素貯蔵タンク１１に内蔵された各水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８への熱媒の供給及び排出をライナ１２の一端側から容易に行うことができる。
【００３８】
（４）各水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８はＵ字状に屈曲されているため、熱媒管１８を直線状として入口から導入された熱媒が各水素吸蔵用ユニット１５を１方向に流れる構成とした場合に比較して、熱交換効率を高めることができ、しかも屈曲回数を複数とする場合に比較して構造が簡単となる。
【００３９】
（５） 連結パイプ２０と熱媒管１８とはワンタッチ継手２１で接続されている。従って、ライナ１２の内部に水素吸蔵用ユニット１５が収容された状態において、隣接する水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８を連結パイプ２０で接続するのが容易となる。
【００４０】
（６） 外径の小さな水素吸蔵用ユニット１５を除き、中央に配置された水素吸蔵用ユニット１５の周囲に配置された水素吸蔵用ユニット１５はライナ１２の内面と、隣接する水素吸蔵用ユニット１５とに当接する状態に配置されている。従って、水素貯蔵タンク１１が振動しても収容室１４内で水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２に対して振動し難くなる。
【００４１】
（７） ライナ１２の他端側に水素の導入、排出用の通路としての水素通路用開口部１７が設けられているため、熱媒の供給及び排出と、水素の導入及び排出を同じ側から行う構成に比較して、構造が簡単になる。
【００４２】
（８） バルブ２６はレギュレータや水素の導入、排出の切換部を内蔵しているため、水素貯蔵タンク１１の外部にレギュレータ等を配設する必要がなく、設置スペースの確保が容易となる。
【００４３】
（９） 水素吸蔵用ユニット１５を７個設けるとともに、１個の水素吸蔵用ユニット１５を他の６個の水素吸蔵用ユニット１５より外径を小さく形成した。従って、開口部１６をライナ１２の軸心に一致させて、開口部１６の径を大きくせずに７個の水素吸蔵用ユニット１５をライナ１２内に効率良く収容することができる。
【００４４】
（１０） 栓２３の通路２３ａ，２３ｂに挿入される熱媒管１８を備え、開口部１６と対向しない位置に配置される水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の一方の端部１８ａが屈曲されているため、直線状の場合と比較して栓２３への組み付けが容易になる。
【００４５】
（１１） ライナ１２内に複数の水素吸蔵用ユニット１５が収容されているがライナ１２内には空間が存在し、水素充填時の水素貯蔵タンク１１内の圧力を調整することにより、空間部分に貯蔵される水素の量を調整できる。従って、ＭＨがライナ１２に隙間無く充填された構成に比較して、水素貯蔵タンク１１全体の重量当たりの水素貯蔵量を多くすることができる。
【００４６】
（第２実施の形態）
次に第２の実施の形態を図４に従って説明する。この実施の形態では、７個の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の構造が前記第１の実施の形態と大きく異なっている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。図４（ａ）は水素貯蔵タンクの模式断面図、（ｂ）は各水素吸蔵用ユニットと連結パイプの関係を示す一端側から見た模式図、（ｃ）は各水素吸蔵用ユニットの関係を示す他端側から見た模式図である。
【００４７】
各水素吸蔵用ユニット１５に設けられた熱媒管１８は直線状に形成され、それぞれ熱媒管１８の一端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に、他端が水素吸蔵用ユニット１５の他端側に設けられている。中央に配置された水素吸蔵用ユニット１５には２本の熱媒管１８が設けられ、それ以外の各水素吸蔵用ユニット１５には１本の熱媒管１８が設けられている。そして、全ての水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８が連結パイプ２０によって直列に接続されている。中央に配置された水素吸蔵用ユニット１５の２本の熱媒管１８の一端側が栓２３の通路２３ａ，２３ｂに接続されている。
【００４８】
水素貯蔵タンク１１を製造する場合は、前記第１の実施の形態と同様に樹脂熱硬化工程が終了したタンク本体に、水素吸蔵用ユニット組付け工程で水素吸蔵用ユニット１５の組付けが行われる。水素吸蔵用ユニット１５を組み付ける際は、第１の実施の形態と同様に５個の水素吸蔵用ユニット１５が順次、ライナ１２内に挿入されるとともに、連結パイプ２０によって熱媒管１８が接続される。そして、外径の小さな水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２内に収容された後、２本の熱媒管１８を備えた水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２の中央に収容され、熱媒管１８の他端側が連結パイプ２０を介して他の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の他端側と接続される。その後、栓２３が第１の実施の形態と同様にして開口部１６の雌ねじ部１６ａに螺合され、中央の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８の端部１８ａが通路２３ａ，２３ｂに接続される。最後にバルブ２６が水素通路用開口部１７の雌ねじ部１７ａに螺合されて水素貯蔵タンク１１の製造が完了する。
【００４９】
この実施の形態の水素貯蔵タンク１１も第１の実施の形態の水素貯蔵タンク１１と基本的に同じに作用する。この実施の形態では第１の実施の形態の（１），（２），（５）〜（９），（１１）と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
【００５０】
（１２） 熱媒管１８が直線状に形成されているため、Ｕ字状に屈曲された第１の実施の形態の熱媒管１８に比較して構造が簡単になる。また、通路２３ａ，２３ｂと接続される熱媒管１８の端部１８ａがともに直線状で屈曲されていないため、第１の実施の形態より熱交換器の構造が簡単になる。
【００５１】
（１３） 各水素吸蔵用ユニット１５は、熱媒管１８の一端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に、他端が水素吸蔵用ユニット１５の他端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８が連結パイプ２０によって直列に接続されている。従って、各水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８同士を接続する連結パイプ２０がライナ１２の一端側に集中せずに両側に分散されるため、連結パイプ２０の取付け作業が容易になる。
【００５２】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ７個の水素吸蔵用ユニット１５をライナ１２に収容する構成において、図５に示すように、ライナ１２の中心軸と同軸上に配置される水素吸蔵用ユニット１５を他の６個の水素吸蔵用ユニット１５より外径を大きく形成してもよい。６個の水素吸蔵用ユニット１５は、５個の水素吸蔵用ユニット１５が胴部１２ａの内面及び相互に接する状態に配置された状態で、残りの１個が図５に鎖線で示すように、５個の水素吸蔵用ユニット１５の両端に位置する水素吸蔵用ユニット１５の間を通過可能となる外径に形成されている。この構成においても開口部をライナ１２の中心軸上に設けて、７個の水素吸蔵用ユニット１５を整然と水素貯蔵タンク１１内に収容できる。開口部１６の径はライナ１２の胴部１２ａの内径の１／３より大きくなるが、前記実施の形態に比較してその増加の割合は１割以下となる。
【００５３】
○ 水素貯蔵タンク１１に内蔵される水素吸蔵用ユニット１５の数は７個に限らず複数個であればよい。例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、水素吸蔵用ユニット１５の数を５個又は６個にしてもよい。また、水素吸蔵用ユニット１５の数を８個以上にしてもよい。これらの場合も、開口部１６をライナ１２の中心軸上に設けることができる。また、図６（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、水素吸蔵用ユニット１５の数を２〜４個としてもよい。これらの場合、開口部１６の位置をライナ１２の中心軸上に設けることはできないが、開口部１６を偏心位置に配置することにより、開口部１６の口径をライナ１２の胴部１２ａの内径の１／２未満にすることが可能となる。
【００５４】
○ 水素吸蔵用ユニット１５の数が７個以外の場合でも、異なる外径の水素吸蔵用ユニット１５をライナ１２内に収容した構成としてもよい。しかし、外径が同じ水素吸蔵用ユニット１５を収容可能な場合は、同じ外径の水素吸蔵用ユニット１５を収容する構成の方が部品の種類を少なくでき、製造コストを低減できる。
【００５５】
○ 熱媒の供給と排出の方向を逆、即ち通路２３ａを出口とし、通路２３ｂを入口としてもよい。
○ ライナ１２中心軸と同軸上に配置される水素吸蔵用ユニット１５以外の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８を屈曲させて、端部１８ａを通路２３ａ，２３ｂの一方に直接接続する代わりに、屈曲させずに連結パイプ２０を介して接続する構成としてもよい。
【００５６】
○ 水素ガスの導入、排出用の通路を、熱媒管１８が固定される一端側に設けてもよい。例えば、栓２３に熱媒用の通路２３ａ，２３ｂに加えて、水素の導入及び排出を行うための孔を形成するとともに、その孔にパイプを嵌合する。そして、パイプをレギュレータや切換えバルブを介して燃料電池等と接続する。この場合、ライナ１２の他端側に水素ガスの通路を設ける必要がなく、気密性の確保がより容易になる。
【００５７】
○ 熱媒の水素貯蔵タンク１１への導入及び排出が異なる側となる構成としてもよい。例えば、第２の実施の形態において、全ての水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８を１本とし、水素通路用開口部１７にはバルブ２６に代えて、水素ガスの導入、排出用の通路と、熱媒用の通路とを備えた栓を螺合させる。そして、水素ガスの導入、排出用の通路には水素ガス用のパイプを嵌合し、熱媒用の通路には直列に接続された熱媒管１８の出口側となる他端側の端部を嵌合する。この場合、水素吸蔵用ユニット１５の個数が奇数個の場合に、全ての水素吸蔵用ユニット１５に装備される熱媒管１８の本数を１本としても、容易に熱媒の排出供給を行うことができる。
【００５８】
○ 熱媒管１８の両端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に設けられた構成において、熱媒管１８はＵ字状ではなく複数回屈曲された形状でもよい。また、熱媒管１８の一端が水素吸蔵用ユニット１５の一端側に、他端が水素吸蔵用ユニット１５の他端側に設けられた構成において、熱媒管１８が直線状ではなく螺旋状やジグザグ状に屈曲した形状としてもよい。
【００５９】
○ 複数の水素吸蔵用ユニット１５の熱媒管１８を連結パイプ２０で直列に接続する構成に限らない。例えば、全ての熱媒管１８を熱媒の導入部及び排出部に並列に接続したり、一部の熱媒管１８を直列に接続して、直列に接続された熱媒管１８と、他の熱媒管１８とを熱媒の導入部及び排出部に並列に接続する。導入部及び排出部は、外部の配管に接続される。
【００６０】
○ 水素吸蔵用ユニット１５が胴部１２ａの内面及び他の水素吸蔵用ユニット１５の外面に対して３箇所以上で当接していない場合、当該水素吸蔵用ユニット１５と当接する支持部材を配設してもよい。
【００６１】
○ ライナ１２の中心軸と同軸上に配置される水素吸蔵用ユニット１５の周りに配置される水素吸蔵用ユニット１５は、ライナ１２の胴部１２ａと、その長手方向全体において当接する構成に限らない。例えば、胴部１２ａの内面に凸部を設け、凸部と当接する構成としたり、胴部１２ａ内面と水素吸蔵用ユニット１５外面との間に緩衝材を介在させてもよい。
【００６２】
○ 水素吸蔵用ユニット１５の形状はほぼ円柱状に限らず、例えば、断面多角形状であってもよい。熱媒管１８に固着されるフィン１９の形状を、四角形にすれば四角柱状となり、六角形とすれば六角柱状となる。
【００６３】
○ ＭＨ粉末だけで成形、又は良熱伝導材と混合して成形した水素吸蔵合金成形体をフィン１９の間に収容してもよい。水素吸蔵合金成形体は熱媒管１８を挟むように配置され、フィン１９の形状に対応して、半円形状等に形成される。この場合、ＭＨ粉末を充填するより水素吸蔵用ユニット１５の組立が簡単になる。
【００６４】
○ 熱媒管１８にフィン１９を備えずに、単に熱媒を流す構成とし、フィルタで囲まれた収容空間に、ＭＨ粉末を充填したり、水素吸蔵合金成形体を収容する構成としてもよい。
【００６５】
○ 繊維強化樹脂の強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維や炭化ケイ素系セラミック繊維やアラミド繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を強化繊維として使用してもよい。
【００６６】
○ ライナ１２の材質はアルミニウム合金に限らず、気密性を確保可能でアルミニウムと同程度の比重の金属や、金属に限らずポリアミド、高密度ポリエチレン等の合成樹脂であってもよい。
【００６７】
○ 水素貯蔵タンク１１は燃料電池搭載電気自動車の水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、水素エンジンの水素源やヒートポンプ等に適用してもよい。また、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用してもよい。
【００６８】
以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
（１） 請求項３に記載の発明において、前記水素吸蔵用ユニットは奇数個設けられ、１個の水素吸蔵用ユニットは２本の熱媒管を備え、各熱媒管は他の水素吸蔵用ユニットの熱媒管に連結パイプによって直列に接続されている。
【００６９】
（２） 請求項２、請求項３及び前記技術的思想（１）に記載の発明において、前記連結パイプと熱媒管とはワンタッチ継手で連結されている。
（３） 請求項１、請求項２及び前記技術的思想（１）に記載の発明において、前記ライナの他端側には水素の導入、排出用の水素通路用開口部が設けられている。
【００７０】
（４） 請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記開口部は直径がライナの胴部の内径の１／２未満である。
【００７１】
（５） 請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の発明において、前記ライナの中央部に配置された水素吸蔵用ユニットの周囲に他の水素吸蔵用ユニットが配置され、中央部に配置された水素吸蔵用ユニットの外径が他の水素吸蔵用ユニットの外径より大きく形成されている。
【００７２】
（６） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）〜（５）のいずれか一項に記載の発明において、前記ライナの中心軸上に配置された以外の水素吸蔵用ユニットは、ライナの中心軸上に配置された水素吸蔵用ユニット１５と、ライナの内面とに当接する状態で収容されている。
【００７３】
（７） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）〜（６）のいずれか一項に記載の水素貯蔵タンクを備えたヒートポンプ。
【００７４】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、ライナの開口部の気密性を高めるのが容易となり、しかもＭＨの充填が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の水素貯蔵タンクを示し、（ａ）は模式断面図、（ｂ）は水素吸蔵用ユニットと連結パイプの関係を示す一端側から見た模式図、（ｃ）は水素吸蔵用ユニットの関係を示す他端側から見た模式図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はワンタッチ継手の作用を説明する模式断面図。
【図３】水素貯蔵タンクの製造手順を示すフローチャート。
【図４】第２の実施の形態の水素貯蔵タンクを示し、（ａ）は模式断面図、（ｂ）は水素吸蔵用ユニットと連結パイプの関係を示す一端側から見た模式図、（ｃ）は水素吸蔵用ユニットの関係を示す他端側から見た模式図。
【図５】別の実施の形態の水素吸蔵用ユニットの配置を示す模式図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は別の実施の形態の水素吸蔵用ユニットの配置を示す模式図。
【図７】（ａ）は従来の圧力容器の模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。
【図８】ライナを分割式にした水素貯蔵タンクの模式断面図。
【符号の説明】
１１…水素貯蔵タンク、１２…ライナ、１３…繊維強化樹脂層、１５…水素吸蔵用ユニット、１６…開口部、１８…熱媒管、２０…連結パイプ。

Claims (4)

1. 中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットが収容されている水素貯蔵タンクであって、
   少なくとも前記ライナの一端側に開口部が設けられ、前記ライナの内部に前記開口部を通過可能な形状の前記水素吸蔵用ユニットが複数収容されている水素貯蔵タンク。
2. 前記水素吸蔵用ユニットは、各水素吸蔵用ユニットの熱媒管の両端が水素吸蔵用ユニットの一端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニットの熱媒管が連結パイプによって接続されている請求項１に記載の水素貯蔵タンク。
3. 前記水素吸蔵用ユニットは、各水素吸蔵用ユニットの熱媒管の一端が水素吸蔵用ユニットの一端側に、他端が水素吸蔵用ユニットの他端側に設けられ、全ての水素吸蔵用ユニットの熱媒管が連結パイプによって接続されている請求項１に記載の水素貯蔵タンク。
4. 中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットが複数収容されている水素貯蔵タンクの製造方法であって、
   中空状のライナの外面に樹脂含浸繊維束を巻き付ける樹脂含浸繊維束巻付け工程と、
   前記ライナの外面に巻き付けられた樹脂含浸繊維束を熱硬化させる樹脂熱硬化工程と、
   水素吸蔵物質を充填した複数の水素吸蔵用ユニットを、前記樹脂熱硬化工程で形成されたタンク本体内に、該タンク本体の開口部から順次収容して組み付ける水素吸蔵用ユニット組付け工程と
   を備えた水素貯蔵タンクの製造方法。

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