JP2006525473A

JP2006525473A - 水素貯蔵容器

Info

Publication number: JP2006525473A
Application number: JP2006504128A
Authority: JP
Inventors: ガグノン、フレデリック; シュルツ、ロバート; ラロチェッル、パトリック; ジェンドロン、ステファン
Original assignee: ヘラ、ハイドロジェン・ストーリッジ・システムズ・インコーポレイテッド
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2006-11-09
Also published as: BRPI0409820A; WO2004097286A1

Abstract

少なくとも金属粒子を収容する容器であって、金属粒子は、水素を吸収することができて、水素吸収時に膨張し、前記容器は、内側面を含むとともに、容器内に配置されたライナーを備え、ライナーと内側面の間に空隙スペースが設けられ、ライナーは内側面と係合して、金属粒子が容器内に収容されているとき、金属粒子が、空隙スペースに進入することを実質的に阻止する容器。

Description

発明の分野
この発明は、水素貯蔵容器、特に、金属の水素化物(hydrides)を形成することが可能な金属粒子を含有する容器に関する。
発明の背景
金属粒子の形態をなす金属の水素化物は、多くの大きさの異なる造形容器に水素を貯蔵するために使用される。水素の充填と放出を適切に行うために、金属の水素化物、したがって、容器は冷却されたり、加熱されたりされることが必要である。容器の優れた性能（脱着速度、充填時間、等）を発揮させるには、容器の内側が、充填と放出の動力学を改善するための効率的な熱交換手段を備えなければならない。

反復される吸収と放出のサイクルは、典型的に、金属の水素化物粒子のデクレピテーション(decrepitation)を生じるであろう。デクレピテーションが原因となって、金属粒子の充填量(packing fraction)の局部的増加が観察される。吸収中における粒子の膨張と結びつくそのような充填量の増加は、潜在的に、容器の局部化された歪を生成する。容積の膨張部を吸収して容器の歪を緩和したり回避する手段を、容器の内側に備えることが望ましい。
発明の概要

この発明は、金属粒子を含有するように形成された容器を提供し、前記の金属粒子は、水素を吸収することが可能であって、水素吸収時に金属粒子が膨張する。容器は、容器内部に配置されたライナーを備える内面を含み、ライナーと内面の間に空隙スペース(void space）が設けられ、ライナーは、金属粒子が容器内に含まれるとき、内面と係合して金属粒子が空隙スペース中に進入することを実質的に阻止する。

他方の広義の様相において、この発明は、少なくとも金属粒子を収容するように形成された容器を提供する。この金属粒子は、水素吸収時に膨張して水素を吸収することができ、容器は、容器のスペースを規定し、内側面を含み、容器のスペース内に配置され、内側面と係合するライナーを含み、前記ライナーは、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペース、および、(ii)水素吸収時に金属粒子が収縮するように形成された空隙スペースを規定しており、金属粒子が貯蔵スペースに収容されたとき、ライナーが内側面に係合して金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースへ進入することを阻止する。

別の広い様相において、この発明は、少なくとも、金属粒子とガス状水素を収容する容器を提供し、金属粒子は、水素を吸収することができ、金属粒子は、水素吸収時に膨張し、容器は内側面を含み、容器内に配置されたライナーを含み、ライナーと内側面の間に空隙スペースが設けられ、ライナーは、内側面と係合し、金属粒子が容器内に収容されたとき、金属粒子が空隙スペース内に進入することを制限する。

更なる広い様相において、この発明は、少なくともガス状の水素と金属粒子を収容する容器を提供し、金属粒子は、水素を吸収することができ、水素吸収時に膨張し、容器は、容器のスペースを規定し、内側面を含み、容器のスペース内に配置され、内側面と係合するライナーを含み、前記ライナーは、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースを規定し、(ii)金属粒子が貯蔵スペース内に収容されたとき、水素吸収時に金属粒子が膨張するにつれて収縮する空隙スペースを規定し、ライナーの内側面との係合は、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する。

１つの様相においては、この発明は、金属粒子の膨張に応答してライナーが変形することができる弾性体である容器を提供する。

別の様相において、この発明は、ライナーを備える容器を提供し、そのライナーが(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースを規定するとともに、(ii)水素吸収時に金属粒子が膨張するにつれて収縮する空隙スペースを規定する。

なお別の様相において、この発明は、ライナーが壁に向かって押され、貯蔵スペースが、金属粒子を収容するとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止または制限する容器を提供する。

別の様相において、この発明は、ライナーが壁に隣接して、貯蔵スペースが、金属粒子を収容するとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止または制限する容器を提供する。

なお、別の様相において、この発明は、ライナーが、壁に向かって付勢され、貯蔵スペースが、金属粒子を収容するとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止または制限する容器を提供する。

なお、別の様相において、この発明は、ライナーが充分に弾性を備え、金属粒子からの水素放出に応答して、変形部の少なくとも一部を逆転する傾向を有する容器を提供する。

別の様相において、この発明は、容器が側部壁と１つの軸を備え、側部壁は、内側面の少なくとも一部を規定するとともに、軸から離間され、１つの平面内において、軸を中心として３６０度に広がっており、ライナーの少なくとも一部は、側部壁と軸の間に配置され、前記平面内で前記軸を中心に３６０度に広がっている容器を提供する。

別の様相において、この発明は、ライナーの少なくとも一部が側部壁と向き合う容器を提供する。

なお、別の様相において、この発明は、空隙スペースの少なくとも一部が、側部壁とライナーの少なくとも一部の間に配置される容器を提供する。

別の様相において、この発明は、各側部壁とライナーが、実質的に管状である容器を提供する。

別の様相において、この発明は、ライナーが、その隆起部と溝部が交互に入れ替わり、前記隆起部と溝部が、平面を横断して広がる容器を提供する。

更に別の様相において、この発明は、隆起部の少なくとも１つは、金属粒子が貯蔵スペース内に収容されているとき、側部壁と接触する容器を提供する。

別の様相において、この発明は、熱伝達構造体を更に含む容器であって、前記熱伝達構造体が、貯蔵スペース内に配置されてライナーと接触し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を効果的に行うように形成される容器を提供する。

別の様相において、この発明は、ライナーが容器よりも硬質である容器を提供する。

この発明は更に、水素で充填されるように、水素を吸収することができる金属粒子を収容する貯蔵システムを組み立てる方法を提供し、前記方法は、１つの導入口と、容器のスペースを規定する内側面とを含む容器を調製することと、磁気的に反応するライナーを前記導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることと、を含む。

別の様相において、この発明は、磁力が容器の外側に向かって発生される方法を提供する。

別の様相において、この発明は、容器のスペースに挿入されるライナーが、螺旋状構造を備え、磁力の作用が、ライナーの前記螺旋状構造からの広がりを効果的に行う方法を提供する。

別の様相において、この発明は、磁力がライナーに作用するとき、複数本の管を前記導入口を介して容器のスペース内に挿入するステップを更に含む方法を提供する。

別の広い様相において、この発明は、水素で充填されるように、水素を吸収することができる金属粒子を収容する貯蔵システムを組み立てる方法を提供し、前記方法は、１つの導入口と、容器のスペースを規定する内側面とを含む容器を調製することと、磁気的に反応するライナーを前記導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、磁力がライナーに作用しつつあるとき、ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることと、複数本の管を前記導入口を介して容器のスペースに挿入して、ライナーを付勢して内側面と係合させて、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペース、および、水素吸収時に金属粒子が膨張するにつれて収縮する間隙スペースを規定することと、磁力の作用を完了させることと、複数の金属粒子を貯蔵スペースに挿入することとを含む方法。

この場合、１つの様相において、この発明は、磁力が容器の外側に向かって発生される方法を提供する。

別の様相において、この発明は、水素で充填されるように、水素を吸収することができる金属粒子を収容する貯蔵システムを組み立てる方法を提供し、前記方法は、１つの導入口と容器のスペースを規定する内側面とを含む容器を調製することと、磁気的に反応するライナーをマンドレルを中心に巻回して、ライナーがマンドレルを中心として巻回され終ったとき、ライナーにマンドレルを中心とする螺旋状構造をとらせることと、ライナーを前記導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、ライナーをマンドレルからレリースすることと、マンドレルを前記導入口を介して容器のスペースから取り外すことと、ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることとを含む。

この場合、１つの様相において、この発明は、容器のスペース内に挿入されるライナーが、螺旋状の構造を備え、磁力の作用が、ライナーの前記螺旋状構造からの広がりを効果的に行う方法を提供する。

別の様相において、この発明は、磁力がライナーに作用しつつあるとき、複数本の管を容器のスペース内に挿入するステップを更に含む方法を提供する。

この発明は同時に、水素で充填されるように、水素を吸収することができる金属粒子を収容する貯蔵システムを組み立てる方法を提供し、前記方法は、１つの導入口と、容器のスペースを規定する内側面とを含む容器を調製することと、磁気的に反応するライナーをマンドレルを中心に巻回して、ライナーがマンドレルを中心として巻回され終ったとき、ライナーにマンドレルを中心とした螺旋状構造をとらせ、ライナーを導入口を介して容器のスペースに挿入することと、ライナーをマンドレルからレリースすることと、マンドレルを導入口を介して容器のスペースから取り外すことと、磁力がライナーに作用しつつあるとき、ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることと、複数本の管を導入口を介して容器のスペース内に挿入してライナーを付勢して内側面と係合させ、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペース、および、水素吸収時に金属粒子が膨張するにつれて収縮する間隙スペースを規定することと、磁力の作用を完了させることと、複数の金属粒子を貯蔵スペースに挿入することとを含む。

別の様相において、この発明は、容器のスペース内に挿入されるライナーが、螺旋状の構造を備え、磁力の作用が、ライナーの前記螺旋状構造からの広がりを効果的に行う方法を提供する。

この発明は、下記の添付図面に関連する発明の詳細な説明を参照することにより、よりよく理解されるであろう。

詳細な説明
図１、２を参照すると、この発明は、金属の水素化物を形成することができる金属粒子１２を受け入れる容器１０を提供する。

容器１０の内部スペース２０は、金属の水素化物を形成することができる粒子１２を収容する。金属粒子１２は、粉末の形態をなす。粉末の適当なサイズの１例は、１〜３０００ミクロンの範囲内である。金属粒子１２は、水素を金属の水素化物の形態で貯蔵するために、水素を吸収(「充填」とも言う)する能力を備えなければならない。更に、そのような金属粒子１２は、(水素化物の形態で)水素を吸収した後に、燃料電池内または内燃機関内部における燃料に用いる必要がある場合に、１つのユニットオペレーションからの要求に応じて、水素を放出(dischargeともいう）することができなければならない。金属粒子１２は、水素吸収時に膨張し、それによって、占有体積を増加する。容器１０内に収容される金属粒子１２が「充填されている」と表現しうるために、金属粒子１２の全部が全部必ず最大能力一杯まで水素を「充填」しなければならないというわけではないことは理解される。また、ひとたび充填されると、以前に水素を吸収した容器１０内の金属粒子１２が水素を「放出」(discharge)したとと表現しうるために、金属粒子１２の全部が全部水素放出状態にならなければならないというわけではない。金属粒子１２を水素で充填することは、１つの発熱(exothermic)プロセスである。対照的に、吸収した水素を金属粒子１２から放出することは、１つの吸熱(endothermic)プロセスである。

金属粒子１２による水素の吸収は、水素と金属粒子１２との「会合」(association)を意味する。会合のためのありうべきメカニズムは、溶解(dissolution)、共有結合(covalent bonding)、イオン結合(ionic bonding)を含む。溶解とは、水素原子が、金属または合金の格子構造体(latice structure)の空隙(void)内に組み込まれることを意味する。そのような金属水素化物の例は、バナジウム水素化物、チタニウム水素化物、および、バナジウム-チタニウム合金の水素化物を含む。共有結合の水素化物の１例は、マグネシウム水素化物である。イオン結合の水素化物の１例は、ソジウム水素化物およびポタシウム水素化物である。複合水素化物は、一部が共有結合であり、一部が、イオン結合である点を特徴とする両性元素(metalloid)の原子と水素原子の間の結合を示す金属水素化物である。例としては、ソジウムアラナート(alanate)とリチウムアラナートを含む。

容器１０は、容器の体積を備える容器のスペース２０を規定する内側表面１６を含む。内側表面１６は、第１の端部１６１、第２の端部１６２、および、第１、第２の端部１６１、１６２の間を延出すると同時に、容器の軸１１の周囲にも延出する実質的に管状の側部壁１６３とを含む。第１の端部１６１は、側部壁１６３から延出してアパーチャ２４１を規定するノズル２４に終わる円形のショルダ１６９を含む。アパーチャ２４１は、(例えば、燃料電池または内燃機関の下流側のオペレーションのように、ユニットが、アパーチャ２４１と適切に流体接続している限り)容器のスペース２０と容器１０の外部の間の流体の連通を有効に行う。アパーチャ２４１は、充填中は導入口として機能し、放出中は導出口として機能する。アパーチャ２４１を介する流体の連通は、ノズル２４に結合された弁によって適切に制御される。弁３００は、開状態と閉状態の間で作用可能であり、流体との連通を有効に行いまた、シールする。第２の端部１６２は、側部壁１６３から延出して閉じられる。

弾性ライナー２２は、容器１０内に配置される。このライナーと内面１６の間には空隙スペース(void space)２０２が設けられ、後に更に説明するように金属粒子１２の膨張を収容する。図３、４を参照すると、ライナー２２は、容器のスペース２０内の貯蔵スペース２０１を規定する。貯蔵スペース２０１は、金属粒子１２を収容する。金属粒子１２の配置は、典型的には、円形ショルダ１６９とノズル２４まで延出している。空隙スペース２０２は、容器のスペース２０、および、ライナー２２と内側面１６の間に設けられる。空隙スペース２０２は金属粒子１２を収容しない。空隙スペース２０２は、後に説明するように、ライナー２２の移動分を収容する空隙部の容積を備えている。空隙スペース２０２は、タイトに充填された金属粒子１２の間のスペースのみを意味しないことを理解すべきである。

ライナー２２は、内側面１６と係合するか、または、接して空隙スペース２０２を規定し、金属粒子１２が貯蔵スペース２０１から空隙スペース２０２内に進入することを制限する。この場合、ライナー２２は、付勢されて内側面１６と接し（内側面に向かって圧迫され）、空隙スペース内への前記の進入を制限する。ライナー２２の第１の端部２２１は、容器の第２の端部１６２に向かって圧迫され、ライナー２２の第２の端部２２２は、側部壁１６３またはショルダ１６９に向かって圧迫され、それによって、空隙スペース２０２を規定する。

ライナー２２の内側面１６との係合または接触は、金属粒子１２のライナー２２と内側面１６の間のスペースに金属粒子１２が進入することを、分離された時間間隔に亘っては阻止するけれども、必ずしも完全に阻止するわけではない。極く微量の金属粒子１２の進入は、ライナー２２が内側面１６から一時的に移動される結果として発生することがあり、それによって、金属粒子１２が貯蔵スペース２０１から空隙スペース２０２内へ移動することが可能な通路を提供する。容器１０の具体例が、以下に説明され、図１１〜図１５に示される方法によって製造される場合には、比較的意味のない進入が起こることがある。この点において、ライナー２２と内側面１６の間のスペースは、必ずしも、空隙スペースの全体を構成するわけではない。同時にまた、空隙スペース２０２を構成するライナー２２と内側面１６の間のスペースのうちの僅かな部分が、容器を使用している間に金属粒子１２の定期的進入によって容積が小さくなることも理解すべきである。このように、ライナー２２の内側面１６との係合または接触は、金属粒子１２が貯蔵スペース２０１から空隙スペース２０２内に進入することを実質的に阻止または制限するとされている。

空隙スペース２０２は、金属粒子１２を全然収容しないので、空隙スペース２０２は、金属粒子１２によってライナー２２に付与される力に応答して、ライナー２２の内側面１６側に向かうどのような移動に対しても比較的小さい抵抗しかもたらさない。このように、空隙スペース２０２は、さもなければ容器１０が経験するであろう力と機械的歪から容器１０を少なくとも部分的に絶縁するためにライナー２２のそのような変位を好都合にする。そのような力は、水素で充填することによる金属粒子１２の膨張が原因で発生することができる。これは、金属粒子１２のデクレピテーション(decrepitation)(金属粒子１２は、金属粒子１２のサイズの減少の結果粉末化される(pulverized))とその濃縮化から生じる金属粒子１２の充填密度の局所的増大によって悪化する。ライナー２２は、弾性体ではあるが、水素放出時にひとたび収縮すると、必ずしも最初の状態に復帰するわけではないことを理解すべきである。

金属粒子１２が充填されている間（すなわち、水素を吸収してる間）、スペース２０２は、金属粒子１２によってライナー２２に付与される力に応答して収縮する。これは、金属粒子１２が、水素を吸収して膨張するからであり、これが原因でライナー２２が変形して内側面１６により近づくように変位するからである。充填密度が増大するにつれて、金属粒子１２の膨張を収容するための金属粒子１２同士の間の利用可能なスペースは減少し、ライナー２２にに歪が作用する。そのような歪は、(i)ライナー２２の弾性変形、(ii)ライナー２２による歪の分散によって、少なくとも、部分的には緩和される。金属粒子が、放出されている間(すなわち、放散している間)、金属粒子１２は容積が収縮し、それによって、金属粒子が充填状態にあった間に金属粒子によって以前に付与されたであろう力の少なくとも一部を緩和する。その結果として、ライナー２２は、その弾性のために、放出中にその変形(すなわち、金属粒子１２の以前の充填から結果的に生じた変形)の少なくとも一部を逆転する。

ライナー２２は、空隙スペース２０２の少なくとも一部が、側部壁１６３とライナー２２の少なくとも一部との間に配置されるように、内側スペース２０内に配置されている。図示の具体例においては、ライナー２２は、実質的に管状の形状を備えている。この場合、ライナー２２は、側部壁１６３と容器１０の軸１１の間に配置され、前記軸１１を中心に３６０度延出している。ライナー２２の少なくとも一部は、側部壁１６３と向き合っている。この場合、側部壁１６３は、軸１１に直角な平面１３内において軸１１を中心として３６０度広がっており、ライナー２２の少なくとも一部が、側部壁１６３と軸１１との間に配置され、平面１３内で軸１１を中心に３６０度に広がっている。

図１、２、６を参照すると、図示の具体例においては、ライナー２２は、それが容器のスペース２０内に配置されるときは、コルゲート部２２０２を規定する側部壁２２３を含む。コルゲート部２２０２は、反復する隆起部２２０４と溝２２０６によって規定され、隆起部２２０４と溝２２０６のそれぞれは、平面１３を横断して広がっている。ライナー２２が、容器１０の容器スペース２０内に配置されたとき、隆起部２２０４は、側部壁１６３に接触し、それによって、金属粒子１２と側部壁１６３の間のサーマルコミュニケーションと熱伝達を改善する。コルゲート部２２０２は、ライナー２２が容器のスペース２０内に配置されたとき内側壁１６とライナー２２の間のスペースを許容する。金属粒子１２の膨張時に、金属粒子１２は、ライナー２２に１つの力を及ぼし、コルゲート部２２０２がフラット化する原因をなす(図７参照)。

図１、４ａ、４ｂを参照すると、ライナー２２の第１および第２の端部２２１、２２２のそれぞれは、側部壁１６３またはショルダ１６９に押圧するために、ライナーの側部壁２２３の周囲から径方向に突出して広がるそれぞれのリップ２２４ａ、２２４ｂを含む。リップ２２４ａ、２２４ｂは、内側面１６に接し、ライナー２２を内側面１６に有効に係合または押圧し、空隙スペース２０２を効果的に規定する。リップ２２４ａ、２２４ｂを内側面１６と係合させることは、実質的に、金属粒子１２が貯蔵スペース２０２から上記の態様で進入することを阻止する。

ライナー２２は、（５０‐６０ksiの引っ張り強さ、３０‐４０ksiの降伏強さ、約２９，０００，０００psiの弾性モジュール、および、約１１，０００，０００psiの剛性モジュールを有する）バネ鋼(低炭素鋼)ＳＡＥ１０１０で構築される。コルゲート部２０２と
幾何学形状を含むこれらの特徴を組み合わせるために、ライナー２２は、（ライナー２２が存在しない場合に対して）容器１０内の歪の分散を好都合に行う。

ノズル２４は、金属粒子１２から放出される水素を容器内のスペース２０から、燃料電池や内燃機関のような下流側のオペレーションに移送することを有効に行う導管に流体結合を形成する。この導管はまた、容器１０への水素の供給を効果的に行って金属粒子１２２の充填を有効ならしめる。図８は、容器１０のための典型的な弁の配置構造を図示する。１つの弁３００が、貯蔵スペース２０１と下流側のオペレーションすなわち水素供給源との間の流体の連通を効果的に制御するために、ノズル２４に装着される。更には、弁３００と内側面２０の間のノズル２４には、３１６Ｌステンレススチール硬質の焼結フィルタを含む第１のフィルタ部材が設けられる。このフィルタ部材は、金属粒子１２をスペース２０内に保持するためのリテーナとして機能する。

熱が、容器１０を、要求されるヒートシンクまたは熱源として機能する流体(水や循環空気のような液体または気体)と接触させることによって、容器１０に付与されるとともに、容器１０から放散される。容器１０は、充填を有効に行うために冷却されなければならず、また、放出を有効に行うために加熱されなければならない。図９は、必要な熱伝達を有効に行うために液浴４００中に浸漬された容器１０を示す。図１０は、容器１０への、および、容器１０からの熱伝達が、空気流によって効果的に行われる様子を示しており、この空気流は、機械的なファン５００によって発生され、容器１０の外側面と接触する前に（冷却または加熱流体を保持する配管構造体のような）熱伝達媒体５１０を横断して指向される。

図２、３、４ａ、４ｂを参照すれば、１つの構造体１８がスペース２０１内に設けられ、内側面１６と貯蔵スペース２０１内に配置された金属粒子１２の間の熱的連通を有効化または改善する。この構図体１８は、複数本のアルミニューム管３０を含む。管３０は、容器１０の第２の端部１６２から延出し、第１の端部１６１の真下に終わる。管３０は、ライナー２２によって内側面１６から隔離され、ライナー２２を介して内側面１６と熱的に連通している。管３０との関連において、金属粒子１２は、管内のスペースも管と管の間のスペースも占有する。金属粒子１２はまた、容器１０の第１の端部１６１内部のスペースも占有する。金属粒子１２と内側壁１６の間の熱伝達を好都合に行うために、管３０は、密接して並べられ、ライナー２２と物理的に接触してライナー２２と金属粒子１２の間の熱伝達を有効に行う。管３０の密接並置構造は、ライナー２２を付勢する。特に、リップ２２４ａと２２４ｂが内側面１６と接触係合するように付勢する。

管３０は、金属粒子１２の膨張による膨張力の一部を保持する役割を果たし、それによって、ライナー２２、そして、容器１０に及ぶ歪を減少させる。この場合、管は、容器１０に及ぶ金属粒子１２の膨張の影響を低下させる。

管３０はまた、貯留スペース２０１内部の金属粒子１２の局部化された充填密度の差を作り出すことを制限する役割を果たしている。このことは、管３０が物理的なバリアとして機能して、金属粒子の移転を制限するからである。

充填と放出の間に水素ガスの移転を好都合に行うために、各管３０は、複数個の微細なアパーチャまたは穿孔３０１を含む。好ましくは、これらのアパーチャまたは穿孔が最大直径１/３２”またはそれよりも小さい。そのようなアパーチャは、水素ガスの移転を許容するために充分に小さいが、管３０内の金属粒子１２が、管３０の外側に移転することを阻止し、それによって、膨張中に隣接材料または表面に更なる力を及ぼす。

複数本の管３０の少なくとも１つは、硬質の焼結されたフィルタシリンダの形態をなし、金属粒子１２の移転が可能ではない間、水素ガスの吸収と放散を補助するために透過性のある固体を提供する。１具体例においては、硬質の焼結されたフィルタシリンダは、３１６ｌのステンレススチールを含む。

図１９ａ、１９ｂを参照すると、１具体例において、複数本の管３０のうちの少なくとも１本は、少なくとも１本の管３０に対し実質的に同軸な関係をなす少なくとも１本の管３０内に配置された流体通路管３００１を含む。この流体通路管３００１は、実質的に金属粒子１２を含まない。金属粒子１２は、管３０と３００１との間のスペース３００３を占める。流体通路管３００１は、管３０の全長に実質的に沿って延出している。この流体通路管３００１は、アパーチャ２４１と少なくとも管３０と３００１の間の金属粒子１２の間の水素ガスの連通を有効に行うために、比較的低圧の加圧流体を提供するように形成されている。

容器１０の１具体例を組み立てる１つの方法を以下に説明する。図２の参照番号１０１、１０２によって同定される末端部の間の距離によって規定される長さ３５５mm、外側の最大直径８９mm、壁厚３．６８mmを備え、アルミニウムＳＡＥ６０６１-Ｔ６で構成される１つの容器１０が調製される。ライナー２２が、次に、ノズル２４のアパーチャ２４１を経て容器のスペース２０内に挿入される。

図５を参照すると、ライナー２２は、上記の寸法を備える容器１０と協働する厚さ０．１５mmの２７３mmX２６８mmのシートの形態のものが調製される。ライナー２２は、更に、第１および第２の側部エッジ２２５、２２６によって規定される。リップ２２４ａ、２２４ｂは、コルゲート部を伴うことなく第１および第２の端部にそれぞれ形成される。ライナー２２は、バネ鋼(低炭素鋼)ＳＡＥ１０１０から作られる。

図１１を参照すれば、ライナーを挿入することができるように、ライナー２２の側部エッジ２２５、２２６の一方がマンドレル７００内に設けられる溝７０２に挿入される。ライナー２２は、溝７０２内に配置された側部エッジ２２５または２２６の一方とともに、人間オペレータによって手動操作でマンドレル７００の周りに巻かれる。マンドレル７００は、シリンダ状面を備えるロッド状構造体の形態をなし、ライナー２２を巻き上げることを適切に行う手段として機能する。ライナー２２をマンドレル４００の周りに巻回することによって、ライナー２２は、第１および第２の側部エッジ２２５，２２６のｋ実あわせを適切に行うように維持される。好ましくは、ライナー２２は、いかに説明する態様で容器１０内に配置されるので、螺旋状形態に操作されて第１および第２の側部エッジ部２２５、２６６の重なりを維持する。

図１２を参照すると、ライナー２２は、マンドレル７００の周りに緊密に巻かれ、人間オペレータの手によってこの状態が維持される(すなわち、押圧される)。ライナー２２を備えるマンドレル７００は、ノズル２４を経て容器のスペース２０に挿入される。ライナー２２の長さの約５０％がノズル２４を経て挿入されると、ライナー２２を、マンドレル７００に向かって巻回された状態に維持するために付与される力が、この位置のままでレリースされることができ、ライナー２２は、マンドレル７００からレリースされたとき、容器のスペース２０からレリースされた状態になることができない。ライナー２２をマンドレル７００に向かって巻かれた状態を維持する上記の力が、一旦取り除かれると、ライナー２２は、マンドレル７００を中心として径方向に広がった状態をとる(図１３)。次に、マンドレル７００がノズル２４を通して取り外される。ライナー２２は、容器のスペース２０内に押し込まれ(図１４参照）、ノズル２４による拘束がなくなるので、径方向に更に広がる。

ライナー２２は容器のスペース２０内に配置され、ライナーを容器１０の内側壁１６と向き合って配置するために、容器１０に磁力を作用させる。この場合、磁力は、ライナー２２を内側壁１６側に引き付ける(図１５参照)。

上記の磁力を作用させる装置６００が図１６〜１８に示されている。この装置６００は、容器１０を収容する通路６０４を規定する超高分子量のポリエチレンのプラスチック管である。この管６０２は、長さ３１１mm、外側直径１６２mm、内側直径８９mmの大きさを備え、今説明中の方法に従って、組み立てられるシステム８の具体例を収容する。凹部６０６は、磁気材料６０８を収容するためにプラスチック管の外側面に設けられる。磁気材料６０８は、前記の磁力を有効に作用させるために設けられる。適当な磁気材料６０８の例は、ＵＳＡ、オハイオ州，ＳｙｌｖａｎｉａのＤｕｒａＭａｇｎｅｔｉｃｓＩｎｃ．によって製造される稀土磁気材料（neodymium iron boron）（www.duramag.com参照）。プラスチック管６０２の通路に一旦配置されると、磁気材料６０８によって付与される磁力は、ライナー２２を容器１０の内側面１６に向かって付勢する。

ライナー２２に及ぼされる磁力が継続する間に、管３０がノズル２４を経て容器のスペース２０内に挿入される。容器１０は、上で特定された、２８本の管を有し、それぞれが、外側直径１２．７mm、壁厚０．８mm、長さ２６３mmの寸法を備え、容器のスペース２０内に挿入される。３１本の管３０の全体が一旦容器のスペース２０内に配置され、管３０は、緊密に充填されて、ライナー２２を容器１０の内側面に向かって押圧する。その結果、磁気材料６０８によって付与される磁力は、もはや、ライナー２２を内側面１６に向かって付勢する必要はなく、それによって、内側壁１６に向かう配置を有効にする（すなわち、リップ２２４ａ、２２４ｂを内側壁１６に向かって押圧する）。容器１０はいまや、プラスチック管３０の通路６０４の内部から取り外すことができる。

この状態では、ライナー２２のリップ２２４ａ、２２４ｂが、(i)金属粒子１２を収容するための貯蔵スペースを規定するために、そして同時に、(ii)金属粒子１２が水素吸収時に膨張するにつれて、ライナー２２の内側面１６との係合が、金属粒子１２が貯蔵スペース２０１から空隙スペース２０２に進入することを実質的に阻止または制限するように、収縮する空隙スペース２０２を規定する。この時点において、今説明した方法にしたがって組み立てられた容器１０の具体例は、実質的に、図２に示す状態をとる。ライナー２２がこの状態にあるときは、容器１０の貯蔵スペース２０１は、ノズル２４を介して、金属粒子１２で充填される。容器１０は、貯蔵スペース１２内の金属粒子１２のレベルが、ノズル２４に達するまで、金属粒子１２で充填され続ける。

上記の方法による容器１０の具体例の組み立てのおかげで、ライナー２２の内側面１６との係合が、金属粒子が空隙スペース内に進入することを実質的に阻止するとともに、空隙スペース２０２内に進入することを完全には阻止しない。その理由は、たとえ、管３０が容器のスペース２０内に挿入され、それによって、ライナー２２を押圧した後であっても、そして、特に、第１、第２の端部２２１、２２２を内側面１６に向かって押圧し、他方において、エッジ部２２５、２２６の重なりを有効に行うために、対向するエッジ部２２５、２２６において、ライナー２２の一部を押圧しても、ライナー２２と内側面１６の間の微小なスペースが存在し続け、潜在通路、すなわち、貯蔵スペース２０１から空隙スペース２０２への金属粒子１２の進入通路を規定するからである。しかしながら、金属粒子１２が、充分に大きい場合（例えば、金属粒子１２の７７％が、１５０ミクロンよりも大きい粒子サイズを有し、特に、２０％が、１０００〜２８００ミクロンの範囲内、２３％が、５００〜１０００ミクロンの範囲内、３４％が、１５０ミクロンの範囲内、そして残りが１５０ミクロン以下）、上記の方法によって作られた容器１０の具体例において規定されるそのようなスペースは、充分に小さく、どのような定期的進入も相対的に無意味である。この場合、そのような進入は、実質的に阻止されるか制限されるものとして特徴付けられる。

開示は、この発明の好ましい具体例を記述し、図示するが、発明は、これらの特別な具体例に限定されないことを理解すべきである。当業者には、発明の技術的範囲内において様々な変形、改良が可能である。発明を定義するためには、付属する特許請求の範囲が参照される。

この発明の容器の前方立面図。金属粒子が挿入される以前の図１の容器の断面を示す側部立面図であって、図示を明瞭にするためにライナーのコルゲート部は取り除かれている。

金属粒子が挿入された後の図２のＡ-Ａ線に沿う容器の横断平面図。金属粒子が挿入される以前の図２のＡ-Ａ線に沿う横断平面図。金属粒子が挿入される以前の図２のＣ-Ｃ線に沿う横断平面図。図１１〜図１５に示す方法によって組み立てられた容器の１具体例の「展開状態」におけるライナーの透視図。ライナーのリップの間に配置された図４に示される容器のライナーの断面図。図２に示す容器の横断平面図であって、金属粒子が挿入され充填されている。この発明の容器用の典型的な弁構造を示す。熱伝達のために液浴槽に浸漬されたこの発明の容器の１具体例の略図。この発明の容器の１具体例の略図であって、必要な熱伝達が、機械的なファンによって発生する空気流によって行われている図。この発明の１具体例を組み立てる方法の略図。図１１と同趣旨の図。図１１と同趣旨の図。図１１と同趣旨の図。図１１と同趣旨の図。図１１〜図１５に記載の方法によってこの発明の１具体例を組み立てる間に、磁力を作用させる装置の斜視図。図１６の装置の上部の断面を示す平面図。図１７の装置のＡ-Ａ線に沿う断面の立面図。金属粒子が挿入される以前の図２の装置のＡ-Ａ線に沿う別の具体例の横断面の平面図。金属粒子が挿入される以前の図２の装置のＣ-Ｃ線に沿う別の具体例の横断面の平面図。

Claims

少なくとも金属粒子を収容する容器であって、金属粒子は、水素を吸収することができて、水素吸収時に膨張し、
前記容器は、内側面を含むとともに、容器内に配置されたライナーを備え、ライナーと内側面の間に空隙スペースが設けられ、
ライナーは内側面と係合して、金属粒子が容器内に収容されているとき、金属粒子が、空隙スペースに進入することを実質的に阻止する容器。
ライナーは充分な弾性を有し、金属粒子の膨張に反応して変形される請求項１に記載の容器。
ライナーは、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースと、(ii)空隙スペースとを規定するように造形されており、空隙スペースは、金属粒子が水素吸収時に膨張するにつれて収縮する請求項１に記載の容器。
ライナーは壁を押圧して、貯蔵スペースが金属粒子を収容しているとき、金属粒子が、貯蔵スペースから空隙スペース内に進入することを実質的に阻止する請求項３に記載の容器。
ライナーは、壁と接して、貯蔵スペースが金属粒子を収容しているとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する請求項３に記載の容器。
ライナーは、壁に向かって付勢され、貯蔵スペースが金属粒子を収容しているとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する請求項３に記載の容器。
ライナーは充分な弾性を備え、金属粒子からの水素の放出に反応して、変形部の少なくとも一部を逆転する傾向を有する請求項４〜６のいずれか１項に記載の容器。
容器は、側部壁と１つの軸を含み、側部壁は、内側面の少なくとも一部を規定し、軸から離間するとともに１つの平面内で軸を中心に３６０度に広がっており、ライナーの少なくとも一部は側部壁と軸の間に配置され、１つの平面内で軸を中心に３６０度に広がっている請求項７に記載の容器。
ライナーの少なくとも一部は側部壁と向き合う請求項８に記載の容器。
空隙スペースの少なくとも一部は、側部壁とライナーの少なくとも一部との間に配置される請求項９に記載の容器。
側部壁とライナーはそれぞれ実質的に管状である請求項１０に記載の容器。
ライナーは、交互に入れ替わる隆起部と溝部によって規定されるコルゲート部を含み、前記隆部と溝部は、それぞれ、平面を横断して延出する請求項１０または１１項に記載の容器。
隆起部の少なくとも１つは、金属粒子が貯蔵スペース内に収容されているときは、側部壁と接するように形成される請求項１２に記載の容器。
貯蔵スペース内に配置され、ライナーと接し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を有効に行う熱伝達構造体をさらに含む請求項１３に記載の容器。
ライナーは、交互に入れ替わる隆起部と溝によって規定されるコルゲート部を含む請求項４〜６のいずれか１項に記載の容器。
隆起部の少なくと１つが側部壁と接触する請求項１５に記載の容器。
貯蔵スペース内に配置され、ライナーと接し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を有効に行う熱伝達構造体をさらに含む請求項１６に記載の容器。
熱伝達構造体はライナーを壁に向かって付勢する請求項１７に記載の容器。
貯蔵スペースに配置され、ライナーと接触し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を有効に行う熱伝達構造体を更に含む請求項４〜６のいずれか１項に記載の容器。
熱伝達構造体は、ライナーを壁に向かって付勢し、ライナーと内側面の係合、接触、または内側面の押圧を有効に行う請求項１９に記載の容器。
ライナーは容器よりも硬質である請求項７に記載の容器。
少なくとも金属粒子とガス状の水素とを収容する容器であって、金属粒子は、水素を吸収することができて、水素吸収時に膨張し、
前記容器は、内側面を含むとともに、容器内に配置されたライナーを備え、ライナーと内側面の間に空隙スペースが設けられ、
ライナーは内側面と係合して、金属粒子が容器内に収容されているとき、金属粒子が、空隙スペースに進入することを実質的に阻止する容器。
ライナーは、充分な弾性を備え、金属粒子の膨張に反応して変形する請求項２２に記載の容器。
ライナーは、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースと(ii)空隙スペースを規定するように造形されており、空隙スペースは、金属粒子が水素を吸収して膨張するにつれて収縮する請求項２２に記載の容器。
ライナーは、壁に向かって押圧され、貯蔵スペースが金属粒子を収容しているとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する請求項２２に記載の容器。
ライナーは、壁と接しており、貯蔵スペースが金属粒子を収容しているとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する請求項２２に記載の容器。
ライナーは、壁に向かって付勢され、貯蔵スペースが金属粒子を収容しているとき、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する請求項２２に記載の容器。
ライナーは充分な弾性を備え、金属粒子からの水素の放出に反応して、変形部の少なくとも一部を逆転する傾向を有する請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の容器。
容器は、側部壁と１つの軸を含み、側部壁は、内側面の少なくとも一部を規定し、軸から離間するとともに１つの平面内で軸を中心に３６０度に広がっており、ライナーの少なくとも一部は側部壁と軸の間に配置され、１つの平面内で軸を中心に３６０度に広がっている請求項２８に記載の容器。
ライナーの少なくとも一部が側部壁と向き合う請求項２９に記載の容器。
空隙スペースの少なくとも一部が、側部壁とライナーの少なくとも一部の間に配置されている請求項３０に記載の容器。
側部壁とライナーは、それぞれ、実質的に管状である請求項３１に記載の容器。
ライナーは、交互に入れ替わる隆部と溝部によって規定されるコルゲート部を含み、前記隆部と溝部は、それぞれ、平面を横断して延出する請求項３１または３２に記載の容器。
隆起部の少なくとも１つは、金属粒子が貯蔵スペースに収容されているとき、側部壁と接触する請求項３３に記載の容器。
貯蔵スペース内に配置され、ライナーと接し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を有効に行う熱伝達構造体をさらに含む請求項３４に記載の容器。
ライナーは、交互に入れ替わる隆起部と溝部によって規定されるコルゲート部を含む請求項４〜６のいずれか１項に記載の容器。
隆起部の少なくとも１つが、側部壁と接触する請求項３６に記載の容器。
貯蔵スペース内に配置され、ライナーと接し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を有効に行う熱伝達構造体をさらに含む請求項３７に記載の容器。
熱伝達構造体がライナーを壁に向かって付勢する請求項３８に記載の容器。
貯蔵スペース内に配置され、ライナーと接し、金属粒子とライナーの間の熱伝達を有効に行う熱伝達構造体をさらに含む請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の容器。
熱伝達構造体は、ライナーを壁に向かって付勢し、ライナーと内側面の係合、接触、または内側面の押圧を有効に行う請求項４０に記載の容器。
ライナーは容器よりも硬質である請求項２８に記載の容器。
少なくとも金属粒子を収容する容器であって、金属粒子は、水素を吸収することができて、水素吸収時に膨張し、
前記容器は、容器のスペースを規定するとともに内側面を含み、
容器のスペース内に配置され、内側面と係合するライナーを備え、前記ライナーは、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースと、(ii)水素吸収時に、金属粒子が膨張するにつれて収縮する空隙スペースとを規定し、金属粒子が貯蔵スペース内に収容されたとき、ライナーが内側面と係合して、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する容器。
少なくとも金属粒子とガス状の水素とを収容する容器であって、金属粒子は、水素を吸収することができて、水素吸収時に膨張し、
前記容器は、容器のスペースを規定するとともに、内側面を含み、
容器のスペース内に配置され、内側面と係合するライナーを備え、前記ライナーは、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースと、(ii)水素吸収時に、金属粒子が膨張するにつれて収縮する空隙スペースとを規定し、金属粒子が貯蔵スペース内に収容されたとき、ライナーが内側面と係合して、金属粒子が貯蔵スペースから空隙スペースに進入することを実質的に阻止する容器。
水素を吸収することができる金属粒子を収容するための容器の組立方法であって、
導入口と内側面とを含み、容器のスペースを規定する容器を調製することと、
磁気的に反応するライナーを導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、
ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させること、を含む方法。
磁力は、容器の外側に向かって発生される請求項４５に記載の方法。
容器のスペース内に挿入されるライナーは、螺旋状構造を有し、磁力の作用は、螺旋状構造からのライナーの広がりを有効に行わせる請求項４６に記載の方法。
磁力がライナーに作用しているとき、複数本の管を導入口を介して容器内に挿入するステップを更に含む請求項４７に記載の方法。
磁力は、容器の外側に向かって発生される請求項４８に記載の方法。
容器のスペース内に挿入されるライナーは、螺旋状構造を有し、磁力の作用は、螺旋状構造からのライナーの広がりを有効に行わせる請求項４９に記載の方法。
水素を吸収することができる金属粒子を収容するための容器の組立方法であって、
導入口と内側面とを含み、容器のスペースを規定する容器を調製することと、
磁気的に反応するライナーを導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、
ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることと、を含み、
磁力がライナーに作用しているとき、複数本の管を導入口を介して容器のスペース内に挿入して、ライナーを付勢して内側面と係合させ、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースと、(ii)金属粒子が水素吸収時に膨張するにつれて収縮する空隙スペースとを規定することと、
磁力の作用を完了することと、
複数の金属粒子を貯蔵スペースに挿入すること、を含む方法。
磁力は、容器の外側に向かって発生される請求項５１に記載の方法。
容器のスペース内に挿入されるライナーは、螺旋状構造を有し、磁力の作用は、螺旋状構造からのライナーの広がりを有効に行わせる請求項５２に記載の方法。
水素を吸収することができる金属粒子を収容するための容器の組立方法であって、
導入口と内側面とを含み、容器のスペースを規定する容器を調製することと、
磁気に反応するライナーをマンドレルを中心に巻回し、ライナーにマンドレルを中心とする螺旋状構造をとらせることと、
ライナーガマンドレルの周りに巻回され終わったとき、ライナーを導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、
ライナーをマンドレルからレリースすることと、
マンドレルを導入口を介して容器のスペースから取り外すことと、
ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることを含む方法。
磁力は、容器の外側に向かって発生される請求項５４に記載の方法。
容器のスペース内に挿入されるライナーは、螺旋状構造を有し、磁力の作用は、螺旋状構造からのライナーの広がりを有効に行わせる請求項５５に記載の方法。
磁力がライナーに作用しているとき、複数本の管を導入口を介して容器のスペース内に挿入するステップを更に含む請求項５６に記載の方法。
容器のスペース内に挿入されるライナーは、螺旋状構造を有し、磁力の作用は、螺旋状構造からのライナーの広がりを有効に行わせる請求項５７に記載の方法。
水素を吸収することができる金属粒子を収容するための容器の組立方法であって、
導入口と内側面とを含み、容器のスペースを規定する容器を調製することと、
磁気に反応するライナーをマンドレルを中心に巻回し、ライナーにマンドレルを中心とする螺旋状構造をとらせることと、
ライナーガマンドレルの周りに巻回され終わったとき、ライナーを導入口を介して容器のスペース内に挿入することと、
ライナーをマンドレルからレリースすることと、
マンドレルを導入口を介して容器のスペースから取り外すことと、
ライナーを容器の内側面に向かって付勢するのに充分な磁力を作用させることと、
磁力がライナーに作用しているとき、複数本の管を導入口を介して容器のスペース内に挿入して、ライナーを付勢して内側面と係合させ、(i)金属粒子を収容する貯蔵スペースと、(ii)金属粒子が水素吸収時に膨張するにつれて収縮する空隙スペースとを規定することと、
磁力の作用を完了することと、
複数の金属粒子を貯蔵スペースに挿入すること、を含む方法。
磁力は、容器の外側に向かって発生される請求項５９に記載の方法。
容器のスペース内に挿入されるライナーは、螺旋状構造を有し、磁力の作用は、螺旋状構造からのライナーの広がりを有効に行わせる請求項６０に記載の方法。