JP2007333158A - 水素貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

【課題】水素吸蔵合金との間で熱交換する熱媒の流通経路での温度変化に伴なう水素の吸蔵／放出速度および水素の吸蔵／放出量の低下を防止する。
【解決手段】平衡圧力が熱媒であるＬＬＣを流通する熱交換管１２のＬＬＣ流通方向の上流側から下流側に向けて高くなるように、水素吸蔵合金ＭＨ１、ＭＨ２、およびＭＨ３が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、水素貯蔵タンクに関し、詳しくは、水素吸蔵合金を用いて水素の吸蔵および放出を行なうのに好適な水素貯蔵タンクに関する。

従来より、例えば水素ガスを貯蔵する場合、水素ガスを圧縮してボンベに充填したり、水素吸蔵が可能な水素吸蔵合金や水素吸着材料に吸蔵することが広く行なわれている。

ところが、ボンベでは容積が大きい割りには壁厚が大きいために内容量が小さい。また、一般に水素吸蔵合金等では必ずしも水素貯蔵密度が大きくなく、例えば車両に搭載する等の場合には、必要とされる貯蔵密度を満すことは難しい。そのため、水素吸蔵合金の充填密度を高めて多量の水素を吸蔵させる技術等に関する検討が種々なされている。

一方、水素吸蔵合金（ＭＨ）は、一般には、冷却し水素を加圧すると吸蔵反応（発熱反応）が進行し、逆に減圧下で合金を加熱すると放出反応（吸熱反応）が進行し、水素の吸放出に際して熱の移動を伴なうことが知られている。水素を一時的に貯蔵し、必要に応じて水素を放出する使用形態において、多量の水素量を貯蔵しあるいは放出するためには、熱の移動が良好に行なわれることが重要である。
すなわち、水素吸蔵合金は、水素を放出するときには顕熱を消費して温度低下し、この温度低下が大きくなると水素の放出速度は低下し、逆に水素を吸蔵するときには発熱し、この温度上昇が大きくなると水素の吸蔵速度も低下し、反応速度は下がる。

上記に関連して、水素吸蔵合金を用いて吸蔵された水素を燃料電池等の外部装置に供給する技術の一つとして、水素吸蔵合金内の循環用管路に熱媒を流して水素吸蔵合金を加熱し、水素を放出することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１８２６１号公報

ところが、熱媒を流す経路内では、熱媒の熱の大半が熱媒入口付近の水素吸蔵合金に奪われやすく、熱媒出口付近側に配置されている水素吸蔵合金との熱交換が不足するために、結果としてタンク全体で放出し得る水素放出量は少なくなってしまう。

このように、水素吸蔵合金が水素を充填（吸蔵）もしくは放出する際はそれぞれ発熱反応、吸熱反応を伴なうため、水素の充填時および水素放出時には、水素の吸蔵放出に寄与する水素吸蔵合金の全体に対して効率の良い熱交換が行なわれることが重要である。従来より、熱交換器や熱媒等の流量などの検討による水素の吸蔵・放出性能の向上が図られてきたが、これらの検討によっては、熱交換器の複雑、大型化、熱媒流量の増加による効率低下を招く。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、水素吸蔵合金との間で熱交換する熱媒の流通経路での温度変化（水素の放出時の熱媒温度の低下および吸蔵時の熱媒温度の上昇）に伴なう水素の吸蔵／放出速度および水素の吸蔵／放出量の低下を防止した水素貯蔵タンクを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明の水素貯蔵タンクは、平衡圧力が互いに異なる複数の水素吸蔵合金と、熱媒が流通し、前記水素吸蔵合金と熱交換可能な熱媒管とを備え、前記複数の水素吸蔵合金は、それぞれの平衡圧力が前記熱媒管の一端側から他端側に向けて高くなるように配されており、前記水素吸蔵合金を加熱する場合には前記熱媒を平衡圧力が低い側から高い側へ前記熱媒管に流通するように構成したものである。

本発明の水素貯蔵タンクにおいては、平衡圧力が異なる複数の水素吸蔵合金（以下、「ＭＨ」と略記することがある。）を、ＭＨとの熱交換が可能な熱媒を流通する熱媒管の一端側から他端側に向けて高くなるように配し、水素吸蔵合金を加熱する場合に平衡圧力が低い側から高い側へ熱媒を熱媒管に流通する（すなわち熱媒流通方向の上流側から下流側に向けて各ＭＨの平衡圧力を高くする）ことで、水素放出時には、従来のように熱媒の温度が流通距離と共に次第に低下して水素の放出速度が悪くなる熱媒管（例えば中〜下流側）近傍での水素の放出が保たれるように、流通距離が長くなって降下した熱媒温度に対応させて水素の放出反応を行なわせるので、水素吸蔵合金の全体において吸蔵水素の放出反応が進行しやすくなり、水素の放出速度および水素放出量の向上を図ることができる。

本発明における熱媒（heating medium）は、水素吸蔵合金（ＭＨ）を所望の温度に制御するために、ＭＨとの間の熱交換により熱を移動させるための流体である。熱媒体とも呼ばれる。

本発明の水素貯蔵タンクにおいては、水素放出時にはＭＨの平衡圧力の低い側から高い側に向けて熱媒を流通すると共に、水素吸蔵合金を冷却する、つまり水素吸蔵時には、熱媒管に、ＭＨの平衡圧力が高い側から低い側に向かう方向に熱媒を流通する構成にすることができる。

水素放出時とは逆に、ＭＨの平衡圧力が高い側から低い側に向かう方向、すなわち熱媒を流通している熱媒管の熱媒流通方向の上流側から下流側に向けて平衡圧力が小さくなるようにＭＨが配置されることで、水素を吸蔵する際に流通する熱媒の流通距離、すなわち流通距離に伴ない上昇する熱媒温度に対応させて各ＭＨでの水素の吸蔵反応が行なわれるので、タンク内に収容された水素吸蔵合金の全体において水素の吸蔵反応が進行しやすくなり、水素の吸蔵速度および吸蔵量の向上を図ることができる。

また、水素吸蔵合金の平衡圧力（プラトー圧）が所期の使用圧力より低くなる温度領域であるときには、熱媒管に、ＭＨの平衡圧力が高い側から低い側に向かう方向に、水素吸蔵合金を加熱する熱媒を流通させるようにすることができる。

低温環境下において、水素吸蔵合金の加熱が充分に行なわれ難いときには、平衡圧力の高い水素吸蔵合金（ＭＨ）に優先的に熱を与えることにより、比較的低温の環境下でも水素の放出反応が進行しやすいＭＨでの水素放出を促進し、外部供給が可能な水素量を確保することができる。

本発明の水素貯蔵タンクには、水素吸蔵合金との間で熱交換する熱媒管の管壁に熱交換フィンを設けることができる。本発明では、上記のように複数のＭＨを平衡圧力に基づいて配置することで水素の吸蔵・放出速度、放出量の向上が図られるものであるが、さらに熱交換フィンを設けることで、熱交換効率が高められるので、水素の放出／吸蔵時の吸熱／放熱効率、ひいては水素の放出／吸蔵速度、放出／吸蔵量をより向上させることができる。

熱交換フィンの配置は、平衡圧力の低い側の水素吸蔵合金中における配置間隔が、平衡圧力の高い側の水素吸蔵合金中における配置間隔より狭幅になっていることが望ましい。

複数のＭＨのうち、平衡圧力の低い側の水素吸蔵合金では、水素放出時の吸熱、および水素吸蔵時の発熱に伴なう温度変化が大きいため、ＭＨの平衡圧力の低い領域では、平衡圧力が比較的高い領域よりも熱交換フィンの配置間隔（フィンピッチ）を狭めることで、熱交換効率を高めることができ、本発明における水素放出時の吸熱効率および水素吸蔵時の放熱効率、ひいては水素の放出速度および放出量、並びに水素の吸蔵速度および吸蔵量をより向上させることができる。

本発明は、複数の異なる平衡圧力を有する水素吸蔵合金（ＭＨ）をタンク内の適所に配置することにより、供給された水素の吸蔵（充填）・放出性能（吸蔵・放出速度および貯蔵・放出量を含む）が飛躍的に向上し、水素使用システムの構築に有効である。

本発明によれば、水素吸蔵合金との間で熱交換する熱媒の流通経路での温度変化（水素の放出時の熱媒温度の低下および吸蔵時の熱媒温度の上昇）に伴なう水素の吸蔵、放出速度および水素の吸蔵／放出量の低下を防止した水素貯蔵タンクを提供することができる。

以下、本発明の水素貯蔵タンクの実施形態を図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の水素貯蔵タンクは、ＭＨを加熱する熱媒の流通方向に沿って平衡圧力が高くなるように平衡圧力の異なる３種の水素吸蔵合金（ＭＨ）を配置すると共に、平衡圧力が高くなるにつれフィンピッチが広幅になるように熱交換フィンを設けて構成したものである。

本実施形態では、平衡圧力が１ＭＰａ、４ＭＰａ、８ＭＰａの異なる３種の水素吸蔵合金をタンク内に収容し、これらの水素吸蔵合金との間で熱交換を行なう熱媒として、ＬＬＣ〔ロングライフクーラント（長期間使用可能な液）〕を用いた場合を中心に説明する。但し、本発明においては下記実施形態に制限されるものではない。

図１および図２に示すように、本実施形態の水素貯蔵タンクは、水素を給排する水素給排口を備え、断面円形で耐圧性を有する高圧タンク１１と、高圧タンク１１の内部に収容された水素吸蔵合金であるＴｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５合金ＭＨ１、Ｔｉ_３６Ｃｒ_３２Ｍｎ_３２合金ＭＨ２、およびＴｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５合金ＭＨ３と、各水素吸蔵合金との間で熱交換が行なえるように水素吸蔵合金中に埋設された熱媒管である熱交換管１２とを備えている。

高圧タンク１１は、図１に示すように、ステンレス合金（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いて断面円形の筒型に成形し、筒の長さ方向の両端が閉塞された中空体であり、３５ＭＰａの耐圧性能を有している。壁厚や断面形状、サイズなどは、目的等に応じて、上記以外の任意の厚み、矩形、楕円形などの任意の形状、サイズを選択することができる。タンクの材質も、アルミニウム合金や、アルミニウム合金の中空状ライナと炭素繊維強化樹脂とを組み合わせた構造なども選択可能である。

高圧タンク１１の長手方向の一端には、水素給排口１３が形成されており、この水素給排口１３に水素を供給排出するための水素給排管（不図示）が接続されている。この水素給排管を挿通してタンク内に水素が供給されたときには、供給された水素を高圧タンク１１内の水素吸蔵合金（ＭＨ１、ＭＨ２、およびＭＨ３）に吸蔵させて貯蔵すると共に、外部に設けられた図示しない水素使用装置から水素の要求があったときには、貯蔵されている水素を水素給排管を通じて水素使用装置に供給できるようになっている。

高圧タンク１１の他端には、ＬＬＣ給排口（熱媒給排口）が形成されており、このＬＬＣ給排口に熱交換管１２が取り付けられている。タンク外部から熱交換管１２を通じて供給されたＬＬＣは、水素貯蔵タンク内のＭＨ中に埋設された管内を流通しながら各ＭＨとの間で熱交換が行なえるようになっている。

熱交換管１２は、Ｕ字型に成形された断面円形のアルミニウム管であり、アルミニウム管の一端（以下、熱媒供給端ともいう）から供給されたＬＬＣ（熱媒）は他端（以下、熱媒排出端ともいう）から排出され、アルミニウム管の熱媒供給端、熱媒排出端と接続して構築された図示しない循環系によりＬＬＣの循環が可能な構成になっている。

熱交換管１２の管外壁には、図２に示すように壁面から突出するようにして、アルミニウム製の熱交換用のフィン１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが所定の間隔（フィンピッチ）で取り付けられており、各フィン間にＭＨが入り込んでＭＨとの間で迅速に効率良く熱交換し得るようになっている。

フィン１５Ａは、Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５合金ＭＨ１中にフィンピッチａで等間隔に配置されており、フィン１５ＢはＴｉ_３６Ｃｒ_３２Ｍｎ_３２合金ＭＨ２中にフィンピッチｂで等間隔に配置されており、フィン１５ＣはＴｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５合金ＭＨ３中にフィンピッチｃで等間隔に配置されている。各フィンピッチは、ａ＜ｂ＜ｃの関係にあり、水素放出時には吸熱量が大きく水素吸蔵時には発熱量が大きくなるＭＨ、すなわち平衡圧力の低いＭＨ中に位置する熱交換管に多くのフィンを設け、熱交換効率がより高められるように構成されている。

本実施形態では、平衡圧力の異なる３種のＭＨ領域を平衡圧力の順に熱交換管に沿って設けることにより、水素の吸蔵、放出速度および水素吸蔵・放出量を向上させ得るように構成しているが、上記のようにフィンピッチをＭＨの平衡圧力に合わせて狭めることにより、水素の吸蔵、放出速度および水素吸蔵・放出量を更に向上させることができる。

高圧タンク１１の内部には、図２に示すように、水素吸蔵合金（ＭＨ）として、熱交換管１２のＬＬＣの熱媒供給端から熱媒排出端に向かうＬＬＣ流通経路に沿って平衡圧力がＰ^ＭＨ１＜Ｐ^ＭＨ２＜Ｐ^ＭＨ３（同温度下）で大きくなる配置順となるように、平衡圧力１ＭＰａのＴｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５合金ＭＨ１、平衡圧力４ＭＰａのＴｉ_３６Ｃｒ_３２Ｍｎ_３２合金ＭＨ２、および平衡圧力８ＭＰａのＴｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５合金ＭＨ３が収容されている。

ＭＨ１、ＭＨ２およびＭＨ３の３種のＭＨは、外部から水素給排口を介して水素が供給されると水素を吸蔵して貯蔵することができ、必要に応じて加熱したりタンク内圧を低くしたときには、ＭＨに吸蔵されている水素が解離し、貯蔵された水素を外部に放出し、燃料電池等の水素使用装置に供給することができる。具体的には、下記のようにして水素の吸蔵および排出が行なわれる。

本実施形態においては、各ＭＨの平衡圧力が熱媒であるＬＬＣ流通方向に沿ってＭＨ１＜ＭＨ２＜ＭＨ３（同温度下）の順に大きくなるように３種のＭＨを配置することにより、水素を外部に放出する場合には、熱交換管１２に熱媒として温度Ｔ^１のＬＬＣが供給され、供給されたＬＬＣはまずＭＨ１との間で熱交換し、最も平衡圧力の低いＭＨ１に熱が与えられるとＭＨ１から水素が放出される。その後、ＭＨ１と熱交換して温度低下した温度Ｔ^２（＜Ｔ^１）のＬＬＣは、熱交換管１２を挿通してＭＨ２に到達し、ＭＨ２との間で熱交換してＭＨ１の次に平衡圧力の低いＭＨ２に熱が与えられるとＭＨ２から水素が放出される。ＭＨ２と熱交換して更に温度低下した温度Ｔ^３（＜Ｔ^２）のＬＬＣはＭＨ３に達し、ＭＨ３は平衡圧力が最も高いために比較的低温の温度Ｔ^３の熱が与えられても水素の放出が可能である。

一般に水素吸蔵合金は、その平衡圧力が高いと水素を放出しやすく、したがって平衡圧力を低くすることで比較的安定に吸蔵（貯蔵）しておける水素量は増える反面、吸蔵された水素を放出し難くなるが、本実施形態のようにＭＨの温度制御を担う熱媒の温度変化に合わせて平衡圧力の異なるＭＨを選択することによって、水素の吸蔵・放出性、吸蔵・放出される水素量を高めることが可能である。

すなわち、従来のように１種のＭＨを用いた構成では、ＬＬＣが熱交換管１２の熱媒供給端から熱媒排出端に向かって流通する過程で温度Ｔ_Ｈから温度Ｔ_Ｌまで低下することになるが、この温度低下に伴なってＭＨの平衡圧力も低下するため、平衡圧力と燃料電池等の水素使用装置に必要とされる下限圧力（例えば燃料電池の作動下限圧力）との圧力差を充分に保つことができない。本実施形態においては、上記のように熱交換を行なう熱交換管に沿ってＭＨを平衡圧力の順に配置することでＬＬＣ温度が流通に伴ない次第に低下してもより高い平衡圧力を持つＭＨ２、ＭＨ３は圧力差を保つことができる。つまり、図３に示すように、ＬＬＣ温度がＴ_ＨではＭＨ１で所望の平衡圧力（すなわち水素放出性；以下同様）を満たすが、その後ＬＬＣ温度が低下したときには、Ｔ_Ｍ（＜Ｔ_Ｈ）では主としてＭＨ２により、ＭＨ１の平衡圧力が下がって得られない所望の平衡圧力を保ち、Ｔ_Ｌ（＜Ｔ_Ｍ）では主としてＭＨ３により、ＭＨ１およびＭＨ２の平衡圧力が下がって得られない所望の平衡圧力を保つ。
以上により、水素の放出速度、ひいては水素の放出量を向上させることができる。

また、水素充填時には、ＭＨ１／ＭＨ２／ＭＨ３の配置構造のまま、上記の温度Ｔ^１のＬＬＣ（熱媒）の流通方向とは逆方向（熱交換管１２の熱媒排出端から熱媒供給端に向かう方向）に、冷却用の熱媒として温度ｔ^１のＬＬＣを供給し、流通する。このとき、ＭＨの平衡圧力は、熱交換管１２の熱媒（ＬＬＣ）の流通経路に沿って小さくなる（ＭＨ３＞ＭＨ２＞ＭＨ１；同温度下）。

すなわち、従来のように１種のＭＨを用いた構成では、ＬＬＣが熱交換管１２の熱媒排出端から熱媒供給端に向かって流通する過程で温度ｔ_Ｌから温度ｔ_Ｈまで上昇するが、この温度上昇に伴なってＭＨの平衡圧力も上昇するため、ＬＬＣが排出される熱媒供給端に近づくに従い、充填圧力と平衡圧力との圧力差が小さくなり、充填速度が低下する。本実施形態においては、上記のように熱交換を行なう熱交換管に沿ってＭＨの平衡圧力の順に配置することでＬＬＣ温度が流通に伴ない次第に上昇しても、より高い平衡圧力を持つＭＨ２、ＭＨ３は圧力差を保つことができる。つまり、図４に示すように、ＬＬＣ温度がＴ_ＬではＭＨ３で所望の充填能力（すなわち水素吸蔵性；以下同様）を示すが、その後ＬＬＣ温度が上昇したときには、Ｔ_Ｍ（＞Ｔ_Ｌ）では主としてＭＨ２により、ＭＨ３の平衡圧力が上がって得られない所望の充填能力を保ち、Ｔ_Ｈ（＞Ｔ_Ｍ）では主としてＭＨ１により、ＭＨ３およびＭＨ２の平衡圧力が上がって得られない所望の充填能力を保つ。
以上により、水素の吸蔵速度、ひいては水素の吸蔵量を向上させることができる。

本実施形態の水素貯蔵タンクでは、低温環境下で水素を外部供給しようとする場合、水素吸蔵合金の平衡圧力（プラトー圧）が、所期の使用圧力であるタンク使用時の圧力Ｐより低くなる温度領域になったときには、ＭＨ１／ＭＨ２／ＭＨ３の配置構造のまま、上記の温度Ｔ^１のＬＬＣ（熱媒）の流通方向とは逆方向（熱交換管１２の熱媒排出端から熱媒供給端に向かう方向）に、加熱用の熱媒として温度Ｔ^ａのＬＬＣを供給し、流通する。このとき、ＭＨの平衡圧力は、水素充填（吸蔵）時と同様に、熱交換管１２の熱媒（ＬＬＣ）の流通経路に沿って平衡圧力が高い側から低い側に向かって小さくなる（ＭＨ３＞ＭＨ２＞ＭＨ１；同温度下）。

低温環境下での例えば燃料電池（ＦＣ）の始動時には、ＦＣが暖機されるまでの間は平衡圧力の高いＭＨ側から低いＭＨ側に向けてＭＨを加熱するＬＬＣの流通し、平衡圧力の最も高いＭＨ３から優先的に水素が放出されるようにＭＨ３側から熱を付与することにより、低温環境下での水素の放出速度および放出量を確保することができる。
温水をタンク内に供給できる程度までＦＣが暖機されれば、定常の水素放出を行なうためにＬＬＣの流通方向をさらに逆転し、上記の水素放出時と同様に熱交換管１２の熱媒供給端から熱媒排出端に向けてＬＬＣを流通する。

ここで、水素吸蔵合金の平衡圧力（プラトー圧）がタンク使用時の圧力Ｐより低くなる温度領域は、環境温度の低下により、ＭＨの平衡圧力が、水素を吸蔵もしくは放出する使用状態の使用圧力として予め設定された所期の圧力Ｐを下回って、水素の吸蔵、放出が低下またはできなくなる温度領域である。

すなわち、低温環境下ではＭＨの平衡圧力も低下するため、従来のように１種のＭＨを用いた構成では平衡圧力（充填圧力）と下限圧力との圧力差が小さくなって水素の放出速度や放出量も低下するが、本実施形態においては、上記のように平衡圧力の異なる３種のＭＨを用いることで、より高い平衡圧力を持つＭＨ３、ＭＨ２で圧力差を保つことができ、また、３種のＭＨを熱交換管に沿って平衡圧力の順に配置し、最も平衡圧力の高いＭＨ３側からＭＨを加熱するＬＬＣを流通するようにすることで、ＭＨの平衡圧力が所期の使用状態での圧力Ｐより低くなる低温環境下でも、水素の放出速度、放出量を確保することができる。つまり、図５に示すように、ＭＨ温度が高い（＞Ｔ_Ｍ）とＭＨ１のみでもある程度の平衡圧力（すなわち水素吸蔵性；以下同様）が得られるが、ＭＨ温度が低下していくと（＜Ｔ_Ｍ）ＭＨ１のみでは圧力差を保てず、したがって、特に低温環境下では、主としてＭＨ３、ＭＨ２により、ＭＨ１の平衡圧力が下がるために得られない所望の平衡圧力（充填圧力）を保つ。
以上により、低温環境下での水素の放出速度、ひいては水素の放出量を向上させることができる。

水素吸蔵合金（ＭＨ）としては、２元系合金、３元系合金、４元系合金などを挙げることができ、例えば、ＴｉＣｒＶ系合金、ＴｉＣｒＭｎ系合金、ＬａＮｉ系合金、ＴｉＦｅ系合金、ＴｉＶＭｏ合金、ＴｉＣｒＶＮｉ合金、ＴｉＣｒＭｏＶ系合金などから平衡圧力を考慮して適宜選択することができる。

ＭＨの具体例としては、ＬａＮｉ_５、Ｔｉ_２５Ｃｒ_５０Ｖ_２５、Ｔｉ_２５Ｃｒ_２５Ｖ_５０、Ｔｉ_３６Ｃｒ_３２Ｍｎ_３２、Ｔｉ_３０Ｃｒ_３５Ｍｎ_３５、Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５、Ｔｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５、Ｔｉ_２５Ｃｒ_５０Ｖ_２０Ｍｏ_５、Ｔｉ_２５Ｃｒ_４４Ｖ_２５Ｆｅ_６、Ｔｉ_２５Ｃｒ_５０Ｖ_２０Ｎｉ_５、Ｔｉ_１１Ｃｒ_１２Ｖ_７１Ｍｏ_５Ｎｉ_１などが挙げられる。

複数の水素吸蔵合金の組合せとしては、例えば、（1）５０〜８０℃での平衡圧力が１×１０^−１〜７×１０^−１ＭＰａの水素吸蔵合金（例えば、Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５合金）、（2）１０〜３０℃での平衡圧力が０．８×１０^−１〜７×１０^−１ＭＰａの水素吸蔵合金（例えば、Ｔｉ_３６Ｃｒ_３２Ｍｎ_３２合金）、および、（3）−３０〜−１０℃での平衡圧力が０．２×１０^−１〜４×１０^−１ＭＰａの水素吸蔵合金（例えば、Ｔｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５合金）から選択される、平衡圧力の異なる２種もしくは３種以上の組合せが好ましい。
具体的な例としては、本実施形態の３種の組合せ以外に、例えば、Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５とＴｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５との組合せ、Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５とＴｉ_２５Ｃｒ_５０Ｖ_２５との組合せや、Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５とＴｉ_３０Ｃｒ_３５Ｍｎ_３５とＴｉ_２５Ｃｒ_５０Ｖ_２５との組合せを好適に挙げることができる。

水素吸蔵合金（ＭＨ）の形態は、粉状、粒状、ペレット状などのいずれの形状、サイズであってもよい。
水素吸蔵合金は、例えば、所望の組成、組成比となるように金属粉をアーク溶解して粗合金とし、（好ましくは更にアニールして）これをボールミル等の粉砕機を用いて粉砕処理する等して得たものを使用することができ、得られた粉状物等のＭＨをタンク内に（好ましくは高密度に）充填する等して本発明の水素貯蔵タンクを作製することができる。

ＭＨとの間で熱交換を行なう熱媒としては、本実施形態ではＬＬＣを用いた場合を説明したが、ＬＬＣ以外に種々の物質を利用することができ、（1）使用できる圧力が適当である、（2）単位体積あたりの熱容量または潜熱が大きく、伝熱係数が大きい、（3）装置を腐食しない、（4）不燃性・安価・無毒などの環境や経済性の面で負担が少ない等の特徴から目的に合わせて選択することができる。ＬＬＣ以外には、例えば、オイル、水などの液体を用いることができる。

上記の実施形態では、最も平衡圧力の低いＭＨ１中に位置する熱交換管の距離（管長）を長くした構成となっており、ＭＨ１中の管長を長くしてＭＨ１での水素の吸蔵・放出性能を高く確保すると共に、熱交換管の中〜下流側における低温になりやすい（ＭＨ１では吸蔵／放出性が低下しやすい）領域での吸蔵・放出性能を高めて、水素の吸蔵／放出速度、ひいては水素の吸蔵／放出量をより向上させることができる。
本実施形態のＭＨ構成のほか、複数種が配置されるＭＨの形状、サイズについては、平衡圧力や内部構造、使用環境などに応じて選択すればよい。

また、上記では、複数のＭＨとして、平衡圧力の異なる３種のＭＨを用いた場合を説明したが、平衡圧力の異なる２種を用いて熱媒供給端側から熱媒排出端側に向けて平衡圧力が大きくなるようにＭＨを配置した構成にしてもよいし、平衡圧力の異なる４種以上のＭＨを用いた構成とすることもできる。
また、平衡圧力Ｐ^αのＭＨおよび平衡圧力Ｐ^β（Ｐ^α＜Ｐ^β）のＭＨと、この２種のＭＨの混合よりなる平衡圧力Ｐ^γのＭＨ（Ｐ^α＜Ｐ^γ＜Ｐ^β）とを用いて構成するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る水素貯蔵タンクの斜視図である。 本発明の実施形態に係る水素貯蔵タンクの内部構成を示す概略断面図である。 水素放出時におけるＭＨの温度と平衡圧力との関係を示す関係図である。 水素吸蔵時におけるＭＨの温度と平衡圧力との関係を示す関係図である。 低温環境下でのＭＨの温度と平衡圧力との関係を示す関係図である。

符号の説明

１２…熱交換管
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…フィン
ＭＨ１…Ｔｉ_２０Ｃｒ_４５Ｖ_３５合金
ＭＨ２…Ｔｉ_３６Ｃｒ_３２Ｍｎ_３２合金
ＭＨ３…Ｔｉ_３０Ｃｒ_４５Ｖ_１０Ｍｏ_１５合金

Claims (5)

1. 平衡圧力が互いに異なる複数の水素吸蔵合金と、
   熱媒が流通し、前記水素吸蔵合金と熱交換可能な熱媒管と、を備え、
   前記複数の水素吸蔵合金は、それぞれの平衡圧力が前記熱媒管の一端側から他端側に向けて高くなるように配されており、前記水素吸蔵合金を加熱する場合には前記熱媒を前記平衡圧力が低い側から高い側へ前記熱媒管に流通する水素貯蔵タンク。
2. 前記熱媒管は、前記水素吸蔵合金を冷却する場合には、前記熱媒を前記平衡圧力が高い側から低い側へ流通することを特徴とする請求項１に記載の水素貯蔵タンク。
3. 前記熱媒管は、前記水素吸蔵合金の平衡圧力が所期の使用圧力より低くなる温度領域であるときには、前記熱媒を前記平衡圧力が高い側から低い側へ流通することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素貯蔵タンク。
4. 前記熱媒管は、管壁に熱交換フィンを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素貯蔵タンク。
5. 前記熱交換フィンは、平衡圧力の低い側の水素吸蔵合金中における配置間隔が、平衡圧力の高い側の水素吸蔵合金中における配置間隔より狭幅になるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の水素貯蔵タンク。

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