JP2008095730A - ガス貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換機能を有するガス吸蔵材収容ユニットに収容されたガス吸蔵材のガス吸蔵時における体積膨張を吸収してガス吸蔵材収容ユニットを構成する部材に無理な力が作用するのを防止する。
【解決手段】筒状の容器本体12内に収容されたガス吸蔵材収容ユニット13は、対向して配置されるとともに熱媒が流れる複数の通路を備えた扁平な熱媒管21と、隣接して配置された熱媒管21の間に、両熱媒管21の距離を変更可能に設けられた複数のフィン22とを備えている。熱媒管21は、隣接して配置された熱媒管21間に設けられるとともに前記複数の通路と連通可能に設けられたベローズ25ａ，25ｂと、熱媒管21及びフィン22により区画された収容部26の両開放端を覆う蓋体とを備えている。収容部26の両開放端を覆う蓋体の少なくとも一方はガス透過性のフィルタで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス貯蔵装置に係り、詳しくは容器内部にガス吸蔵材が充填されたガス貯蔵装置に関する。

近年、地球温暖化を抑制する意識が高まり、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車や水素エンジン自動車等の開発が盛んである。燃料電池電気自動車では水素と酸素とを電気化学的に反応させて電力を起こし、その電気をモータに供給して駆動力を発生させる。この種の自動車用水素供給源として、水素吸蔵合金をタンクに内蔵し、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて貯蔵を行うとともに、水素吸蔵合金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の吸蔵時に発熱し、放出時に吸熱する特性を有するため、水素吸蔵合金を内蔵するタンクでは水素の吸蔵、放出を円滑に行うためタンク内に熱交換器を装備するのが一般的である。

水素吸蔵合金は一般に粉末状で使用される。また、水素吸蔵合金は水素吸蔵時に約１０数％、体積が膨張する。そのため、この体積膨張を吸収し得ない場合には、容器本体あるいは水素用通路形成パイプの変形等の不具合を生じる。従来、筒状容器本体内の水素貯蔵合金の充填率を高めても、その合金の水素吸蔵に伴う体積膨張を吸収し得るようにした水素貯蔵容器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この水素貯蔵容器は、図９に示すように、筒状容器本体６１と、その筒状容器本体６１内に設けられ、かつ水素吸蔵合金（水素貯蔵合金）ＭＨを有する水素吸蔵・放出部６２と、その水素吸蔵・放出部６２の外側に設けられた熱媒用通路６３とを備えている。水素吸蔵・放出部６２内に、弾性変形可能で、かつ通気性を有する水素用通路形成部材６４が圧縮状態で配設されている。水素用通路形成部材６４は、弾性を有する円柱状メッシュスプリング６５と、その外周面を覆う通気性保形部６６と、その通気性保形部６６の外周面を覆って粉末状水素吸蔵合金の通過を阻止する水素透過性フィルム６７とよりなる。円柱状メッシュスプリング６５は、ステンレス繊維を用いて形成された金網を波形にプレス成形し、その金網を渦巻き状に巻いたもので、巻終わり部は渦巻き部に接合されていない。
特開２００１−２６３５９４号公報

特許文献１に記載の水素貯蔵容器では、水素用通路形成部材６４が径方向に収縮することにより水素吸蔵合金ＭＨの膨張を吸収するようにしている。したがって、水素吸蔵合金ＭＨの径方向への膨張に関しては膨張の吸収が行われる。しかし、水素吸蔵・放出部６２内に貯蔵されている水素吸蔵合金ＭＨは、筒状容器本体６１の長手方向にも同様の割合で膨張する。そして、径方向に比べて長手方向の長さが長いため、水素吸蔵合金ＭＨの膨張量の積算値（合計値）は長手方向の方が大きくなる。しかし、水素用通路形成部材６４は、筒状容器本体６１の長手方向への水素吸蔵合金ＭＨの膨張に関しては配慮がなされていないため、筒状容器本体６１の長手方向に加わる力により、筒状容器本体６１が破損する虞がある。また、水素吸蔵合金ＭＨに限らず、ガス吸蔵材ではガスの吸蔵により体積膨張を生じるため、同様の問題が生じる。

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、熱交換機能を有するガス吸蔵材収容ユニットに収容されたガス吸蔵材のガス吸蔵時における体積膨張を吸収してガス吸蔵材収容ユニットを構成する部材に無理な力が作用するのを防止することができるガス貯蔵装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、容器本体内に、ガス吸蔵材を収容するとともに熱交換機能を有するガス吸蔵材収容ユニットを備えたガス貯蔵装置である。そして、前記ガス吸蔵材収容ユニットは、対向して配置されるとともに熱媒が流れる通路を備えた扁平な熱媒管と、隣接して配置された前記熱媒管の間に、両熱媒管の距離を変更可能に設けられた複数の熱伝達部材と、隣接して配置された前記熱媒管の間に設けられ、前記複数の通路と連通可能に設けられた伸縮性熱媒通路とを備え、前記熱媒管及び前記熱伝達部材により区画された収容部が形成されている。

この発明では、対向して配置される通路を備えた扁平な熱媒管と、熱媒管の間に設けられた複数の熱伝達部材とにより区画された収容部に収容されているガス吸蔵材が膨張した場合、熱媒管の距離が変更されてガス吸蔵材の体積膨張が吸収される。このとき、隣接する熱媒管に流れる熱媒の通路となる伸縮性熱媒通路も無理なく伸びるため、ガス吸蔵材収容ユニットを構成する部材に無理な力が作用するのが防止される。

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、前記収容部の両開放端を覆う蓋体を備え、前記蓋体の少なくとも一方はガス透過性のフィルタで構成されている。この発明では、ガス吸蔵材の脱落を抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記熱伝達部材は波板状に形成されるともに、隣接する前記熱媒管の間隔が変更可能に前記熱媒管に固着されている。この発明では、ガス吸蔵材の膨張により、隣接する熱媒管の間隔が拡がる際、熱伝達部材の波板形状の曲率が変化することでガス吸蔵材の体積膨張が吸収される。したがって、両熱媒管にそれぞれ突設された熱伝達部材が摺動してガス吸蔵材の体積膨張を吸収する構成に比べて、構成が簡単になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記伸縮性熱媒通路は金属製のベローズで形成されている。伸縮性熱媒通路は、ゴムや樹脂で形成することも可能であるが、ゴムや樹脂で形成した場合、ガス貯蔵装置を水素貯蔵用として使用すると、水素が伸縮性熱媒通路の壁を透過して熱媒に溶解し、熱媒によって運び去られる。しかし、この発明では、伸縮性熱媒通路が金属製のため、そのような虞はない。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記収容部は、前記熱伝達部材の伸縮方向に複数設けられている。即ち、熱媒管が３層以上設けられ、隣接する熱媒管の間にそれぞれ熱伝達部材が配設されて収容部が設けられる。収容部に収容されるガス吸蔵材の量を増加させるために、単純に熱媒管の間隔を大きくするとともに熱伝達部材の長さを長くした場合、熱伝達部材を介してのガス吸蔵材と熱媒との熱交換の効率が悪くなるとともに、隣接する熱媒管の間に存在するガス吸蔵材の体積膨張のトータル量が大きくなる。その結果、熱伝達部材の形状によってはガス吸蔵材の体積膨張を吸収することが難しくなる場合がある。しかし、この発明では、収容部が熱伝達部材の伸縮方向に複数設けられているため、収容部に収容されるガス吸蔵材の量が同じでも熱媒管の間隔は狭くてよくなる。その結果、熱伝達部材を介してのガス吸蔵材と熱媒との熱交換の効率が良くなるとともに、ガス吸蔵材の体積膨張の吸収を行う熱伝達部材の形状の自由度が高くなる。

本発明によれば、熱交換機能を有するガス吸蔵材収容ユニットに収容されたガス吸蔵材のガス吸蔵時における体積膨張を吸収してガス吸蔵材収容ユニットを構成する部材に無理な力が作用するのを防止することができる。

以下、本発明を水素貯蔵タンク（以下、単に水素タンクと称す）に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、ガス貯蔵装置としての水素タンク１１は、筒状（この実施形態では円筒状）の容器本体１２内に、ガス吸蔵材収容ユニット１３が収容されている。容器本体１２は、細長い中空状のライナ１４と、ライナ１４の外面の略全域を覆う繊維強化樹脂層１５とを備えている。ライナ１４は例えばアルミニウム合金を材質とし、水素タンク１１の気密性を確保している。ライナ１４は両端が分割式となっており、円筒状の胴部１４ａと、胴部１４ａの一端側（図１における左端側）の開口部を覆う蓋部１４ｂと、他端側の開口部を覆う蓋部１４ｃとを備えている。ガス吸蔵材収容ユニット１３は蓋部１４ｂに組み付けられている。

蓋部１４ｂは、ガス吸蔵材収容ユニット１３の一端が嵌合固定される凹部１６と、胴部１４ａの端部に嵌合される嵌合部１７とを備えている。嵌合部１７は段差部を有し、その段差部において胴部１４ａの端部に嵌合されている。嵌合部１７の周面と胴部１４ａとの間に、ライナ１４の分割部分のシール性（気密性）を確保するためのシールリング（図示せず）が介装されている。凹部１６は円柱状に形成され、蓋部１４ｂには凹部１６に連通する通路１８ａ，１８ｂが形成されている。通路１８ａ，１８ｂには図示しない熱媒供給部に連通するパイプが接続され、ガス吸蔵材収容ユニット１３には熱媒供給部から熱媒としての水（冷水又は加熱水）が通路１８ａ，１８ｂを介して供給可能に構成されている。この実施の形態では通路１８ａが上流側、通路１８ｂが下流側となっている。

蓋部１４ｃも蓋部１４ｂと同様に胴部１４ａに嵌合される嵌合部１７を備え、嵌合部１７が胴部１４ａに嵌合されている。蓋部１４ｃには水素の導入、排出用の気体通路用開口部１９が設けられ、気体通路用開口部１９にはバルブ２０が螺合されている。バルブ２０はレギュレータを内蔵するとともに、水素タンク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、水素タンク１１内の水素をバルブ２０を介して外部へ放出可能、かつ外部から水素タンク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、水素タンク１１内の水素をバルブ２０を介して外部へ放出不能、かつ外部から水素タンク１１内への水素の供給が可能な状態を意味する。バルブ２０と蓋部１４ｃ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。

繊維強化樹脂層１５は、この実施形態では炭素繊維を強化繊維としたＣＦＲＰで構成され、水素タンク１１の耐圧性（機械的強度）を確保している。繊維強化樹脂層１５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１４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。

図１及び図２（ａ）に示すように、ガス吸蔵材収容ユニット１３は、平行に配置された複数の扁平な熱媒管２１と、隣接して配置された熱媒管２１の間に、両熱媒管２１の距離を変更可能に設けられた熱伝達部材としての複数のフィン２２とを備えている。熱媒管２１は外形が四角柱状に形成されるとともに、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、複数の通路２１ａが平行に延びるように形成され、各通路２１ａは両端が蓋（栓）２３により密閉されている。隣接する熱媒管２１の互いに対向する面の各端部寄りには各通路２１ａと連通可能な孔２４ａ，２４ｂが形成されている。熱媒管２１は、例えば、アルミニウムの押出成形により形成されている。そして、隣接して配置された熱媒管２１の間には複数の通路２１ａと連通可能に設けられた伸縮性熱媒通路としてのベローズ２５ａ，２５ｂが設けられている。ベローズ２５ａ，２５ｂとして金属製のものが使用され、この実施形態ではアルミニウム製のベローズが使用されている。この実施形態では、図１の上側に配置されたベローズ２５ａが熱媒供給側になり、下側に配置されたベローズ２５ｂが熱媒排出側になる。

フィン２２は、熱媒管２１に対してベローズ２５ａ，２５ｂの内側に設けられている。フィン２２は、図２（ｄ）に示すように、熱媒管２１の幅と同じ幅に形成されたアルミニウム製の波板を所定間隔でかつ所定の長さで折り返すように折り曲げられ、折り曲げ部において熱媒管２１にロウ付けで固着されている。即ち、フィン２２は波板状に形成されるとともに、隣接する熱媒管２１の間隔が変更可能に熱媒管２１に固着されている。そして、熱媒管２１及びフィン２２により区画された収容部２６が熱媒管２１の長手方向と直交する方向（図１及び図２（ａ）の紙面と直交方向）に延びるように形成されている。この実施形態では、熱媒管２１が３層以上設けられ、収容部２６がフィン２２の伸縮方向に複数設けられている。収容部２６内にガス吸蔵材としての水素吸蔵合金ＭＨが収容（充填）されている。

収容部２６の両開放端は蓋体２７で覆われている。図３に示すように、蓋体２７はステンレス製繊維（商品名：ナスロン）からなる不織布で形成されたフィルタ２７ａの周囲にゴム製のシール部２７ｂが設けられている。フィルタ２７ａには濾過精度１μｍ程度のものが使用されている。そして、シール部２７ｂにおいて熱媒管２１及びフィン２２に接着剤で固着されている。即ち、蓋体２７はガス透過性のフィルタで構成されている。

熱媒管２１はベローズ２５ａ，２５ｂの外径より若干大きな幅に形成されているため、熱媒管２１が１列では熱媒管２１を複数積層した構成でも、ガス吸蔵材収容ユニット１３の長さ当たりの収容部２６の容積を大きくするのが難しい。この実施形態では、図４に示すように、熱媒管２１は複数列（例えば、４列）になるように互いに当接する状態で設けられている。

図１に示すように、ガス吸蔵材収容ユニット１３の一端にはヘッダ２８が設けられている。ヘッダ２８はアルミニウム製で、蓋部１４ｂの凹部１６に嵌合可能な有底円筒部２８ａと、有底円筒部２８ａの開口側端部に連続する四角筒部２８ｂとを備えている。ガス吸蔵材収容ユニット１３は、有底円筒部２８ａが凹部１６に嵌合された状態で容器本体１２に組み付けられている。図４に示すように、四角筒部２８ｂは、４列に設けられた熱媒管２１の周縁と当接可能、かつ孔２４ａ，２４ｂが四角筒部２８ｂの内側に位置する大きさに形成され、４個の熱媒管２１のベローズ２５ａ，２５ｂが固着された面と反対側の面に固着されている。ヘッダ２８は隔壁２８ｃにより２個の室２９ａ，２９ｂに区画され、室２９ａがベローズ２５ａと対応し、室２９ｂがベローズ２５ｂと対応するように隔壁２８ｃが設けられている。有底円筒部２８ａには各室２９ａ，２９ｂを通路１８ａ，１８ｂにそれぞれ連通させる孔が形成されている。そして、通路１８ａから加熱水が供給されるとガス吸蔵材収容ユニット１３を構成する水素吸蔵合金ＭＨが加熱され、通路１８ａから冷水が供給されると水素吸蔵合金ＭＨが冷却されるようになっている。

なお、ガス吸蔵材収容ユニット１３の他端側に設けられた熱媒管２１の外周面と胴部１４ａの内面との間には、弾性体製の補助支持部材３０が配置されている。補助支持部材３０はゴム製でほぼ球状に形成され、補助支持部材３０内には液状ゴムが加圧された状態で充填されており、補助支持部材３０は熱媒管２１の外周面と胴部１４ａの内周面とに圧接した状態に配置されている。

次に前記のように構成された水素タンク１１の製造方法を説明する。水素タンク１１を製造する際は、先ず、アルミニウム製の熱媒管２１及びベローズ２５ａ，２５ｂを準備する。次に複数の熱媒管２１を孔２４ａ，２４ｂが対向する状態に配置するとともに、対向する熱媒管２１の間の所定位置にフィン２２及びベローズ２５ａ，２５ｂを配置して治具で固定する。その状態で一括ロウ付けを行い、複数の熱媒管２１の間にフィン２２及びベローズ２５ａ，２５ｂを固着する。なお、同時にロウ付けされる熱媒管２１は２つに限らず、複数の熱媒管２１と、隣接する熱媒管２１間に配置されるフィン２２及びベローズ２５ａ，２５ｂを同時に所定位置に保持できる治具の大きさにより３つ以上の熱媒管２１に対して同時に行ってもよい。そして、所定数の熱媒管２１、フィン２２及びベローズ２５ａ，２５ｂが積層された中間品を形成する。

次に前記中間品を、熱媒管２１同士が互いに当接する状態で複数列に配置して固着する。次に一端側の熱媒管２１にヘッダ２８をロウ付け又は溶接によって固着する。次に各収容部２６の一方の開放端を覆うように蓋体２７をシール部２７ｂにおいて熱媒管２１及びフィン２２に接着剤で固着する。次に蓋体２７を下側に配置した状態で各収容部２６内に水素吸蔵合金ＭＨを充填する。水素吸蔵合金ＭＨは粉末状で最密充填となるように充填される。水素吸蔵合金ＭＨの充填完了後、他方の開放端を覆うように蓋体２７をシール部２７ｂにおいて熱媒管２１及びフィン２２に接着剤で固着するとガス吸蔵材収容ユニット１３の製造が完了する。

次に蓋部１４ｂの内面とヘッダ２８との間にシール材が介装され、ヘッダ２８が凹部１６に嵌合される状態で、ガス吸蔵材収容ユニット１３を蓋部１４ｂに組み付ける。次に補助支持部材３０を熱媒管２１及びヘッダ２８の外周面と容器本体１２（蓋部１４ｂ）の内周面との間に配置し、その状態で補助支持部材３０内に液状ゴムを加圧しながら充填する。

次に、ガス吸蔵材収容ユニット１３を胴部１４ａの内部に収容する。その状態で他端寄りに位置する熱媒管２１の外周面と胴部１４ａとの間に補助支持部材３０配置するとともに、補助支持部材３０内に液状ゴムを充填する。次に蓋部１４ｃを蓋部１４ｂと同様に嵌合部１７において胴部１４ａに嵌合固定する。この作業により分割式のライナ１４が一体化される。

次に、一体化されたライナ１４をフィラメントワインディング装置（図示省略）にセットして、フィラメントワインディングを行い、ライナ１４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る。フープ巻層は主にライナ１４の胴部１４ａ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１４をフィラメントワインディング装置から取り外し、加熱炉に入れて、樹脂を加熱硬化させる。次にバリ等の除去を行った後、蓋部１４ｃの気体通路用開口部１９の雌ねじ部にバルブ２０が螺合されて水素タンク１１の製造が完了する。

次に、前記のように構成された水素タンク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。
水素タンク１１は、横置き状態で使用される。水素タンク１１は通路１８ａ，１８ｂ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）が流れるパイプが接続され、バルブ２０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。容器本体１２内には高圧状態で水素が充填されている。容器本体１２内を高圧にするのは、水素吸蔵合金ＭＨ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、例えば容器本体１２内の圧力を２５ＭＰａとした場合には、容器本体１２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。

バルブ２０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２０を介して水素タンク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水素吸蔵合金ＭＨから水素ガスが放出される。水素吸蔵合金ＭＨから放出された水素ガスは蓋体２７から収容部２６の外部に導かれる。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、水素吸蔵合金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。水素吸蔵合金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１８ａから供給された加熱水は、室２９ａから熱媒管２１の一端及び一方のベローズ２５ａを介してガス吸蔵材収容ユニット１３の先端側へ移動し、一部が各熱媒管２１の通路２１ａを通過して熱媒管２１の他端に至り、熱媒管２１の端部及び他方のベローズ２５ｂを介して室２９ｂに戻り、通路１８ｂから排出される。加熱水の熱源は例えば、燃料電池の発熱を用いることができる。

水素が放出された水素タンク１１に再び水素ガスを充填、即ち水素吸蔵合金ＭＨに水素ガスを吸蔵させる場合は、バルブ２０を水素充填状態に切り換えてバルブ２０から水素タンク１１に水素ガスを供給する。水素タンク１１内に供給された水素ガスは、水素吸蔵合金ＭＨと反応して水素化物となって水素吸蔵合金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１８ａ、室２９ａ、熱媒管２１、ベローズ２５ａ，２５ｂ、室２９ｂ及び通路１８ｂを冷水が流れ、この冷水によって熱媒管２１及びフィン２２を介して水素吸蔵合金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。

なお、水素吸蔵及び水素放出に際しての温度や圧力条件は、水素吸蔵合金ＭＨの組成等に応じて適宜決定される。
水素吸蔵合金ＭＨが水素の吸蔵を行う場合、水素吸蔵合金ＭＨは１０数％の体積膨張を生じる。水素吸蔵合金ＭＨは最密充填で収容部２６に充填されているため、水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張により、水素吸蔵合金ＭＨと接している熱媒管２１、フィン２２、蓋体２７に圧力が作用する。熱媒管２１に作用する圧力は隣接する熱媒管２１の間隔を拡げる方向に作用し、隣接する熱媒管２１の間隔が拡がる。隣接する熱媒管２１を連結しているフィン２２は、波板状に形成されているため、波板形状の曲率が変化することで水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張を吸収する。また、蓋体２７はフィルタ２７ａ部分の変形及びシール部２７ｂの変形により、水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張を吸収する。

また、水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張により、熱媒管２１の間隔が広がると、ベローズ２５ａ，２５ｂが延びるので熱媒通路が長くなる。即ちガス吸蔵材収容ユニット１３内を流れる熱媒の量が増加するので、熱交換に関与する熱媒の熱容量が増加するので、冷却効率が向上する。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）水素タンク１１は、容器本体１２内に、水素吸蔵合金ＭＨを収容するとともに熱交換機能を有するガス吸蔵材収容ユニット１３を備えている。ガス吸蔵材収容ユニット１３は、対向して配置されるとともに熱媒が流れる複数の通路２１ａを備えた扁平な熱媒管２１と、隣接して配置された熱媒管２１の間に、両熱媒管２１の距離を変更可能に設けられた複数のフィン２２とを備え、熱媒管２１及びフィン２２により収容部２６が区画されている。したがって、収容部２６に収容されている水素吸蔵合金ＭＨが膨張した場合、熱媒管２１の距離が変更されて水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張が吸収される。このとき、隣接する熱媒管２１に流れる熱媒の通路となる伸縮性熱媒通路（ベローズ２５ａ，２５ｂ）も無理なく伸びるため、ガス吸蔵材収容ユニット１３を構成する部材に無理な力が作用するのが防止される。

（２）フィン２２は波板状に形成されるとともに、隣接する熱媒管２１の間隔が変更可能に熱媒管２１に固着されている。そして、水素吸蔵合金ＭＨの膨張により、隣接する熱媒管２１の間隔が拡がる際、フィン２２の波板形状の曲率が変化することで水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張が吸収される。したがって、両熱媒管２１からそれぞれ突設されたフィンが摺動して水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張を吸収する構成に比べて、構成が簡単になる。

（３）伸縮性熱媒通路は金属製のベローズ２５ａ，２５ｂで形成されている。伸縮性熱媒通路は、ゴムや樹脂で形成することも可能であるが、ゴムや樹脂で形成した場合、水素が伸縮性熱媒通路の壁を透過して熱媒に溶解し、熱媒によって運び去られる。しかし、この実施形態では、ベローズ２５ａ，２５ｂが金属製のため、そのような虞はない。

（４）収容部２６は、フィン２２の伸縮方向に複数設けられている。即ち、熱媒管が３層以上設けられ、隣接する熱媒管２１の間にそれぞれフィン２２が配設されて収容部２６が設けられる。収容部２６に収容される水素吸蔵合金ＭＨの量を増加させるために、単純に熱媒管２１の間隔を大きくするとともにフィン２２の長さを長くした場合、フィン２２を介しての水素吸蔵合金ＭＨと熱媒との熱交換の効率が悪くなるとともに、隣接する熱媒管２１の間に存在する水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張のトータル量が大きくなる。その結果、フィン２２の形状によっては水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張を吸収することが難しくなる場合がある。しかし、この実施形態では、収容部２６がフィン２２の伸縮方向に複数設けられているため、収容部２６に収容される水素吸蔵合金ＭＨの量が同じでも熱媒管２１の間隔は狭くてよくなる。その結果、フィン２２を介しての水素吸蔵合金ＭＨと熱媒との熱交換の効率が良くなるとともに、水素吸蔵合金ＭＨの体積膨張の吸収を行うフィン２２の形状の自由度が高くなる。

（５）フィン２２は、隣接する熱媒管２１間に設けられる全てのフィン２２が一体に折り曲げ形成された波板材をロウ付けで熱媒管２１に固着して形成されている。したがって、各フィン２２をばらばらに形成して個々に熱媒管２１にロウ付けで固着する場合に比べてロウ付け作業が簡単になる。

（６）ガス吸蔵材収容ユニット１３は、熱媒管２１がフィン２２の伸縮方向に３層以上設けられ、伸縮性熱媒通路を構成するベローズ２５ａ，２５ｂは、一方のベローズ２５ａが行きの熱媒通路として機能し、他方のベローズ２５ｂが戻りの熱媒通路として機能するように構成されている。したがって、通路１８ａから供給された熱媒を通路１８ｂに戻す管路の構成が簡単になる。

（７）ガス吸蔵材収容ユニット１３は、熱媒管２１が、熱媒管２１の幅と同程度の外径のベローズ２５ａ，２５ｂを介してフィン２２の伸縮方向に３層以上設けられたものを複数列合わせて構成されている。したがって、各熱媒管２１における熱媒の流れが、熱媒管２１としてその幅がベローズ２５ａ，２５ｂの外径の複数倍のものを使用する構成に比較して円滑になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ 熱媒管２１に形成される通路２１ａの断面形状は矩形に限らず、円形、楕円形、三角形、六角形等自由に変更してもよい。複数でなくても、１つでもよい。

○ 熱媒管２１は、押出成形で形成された複数の通路２１ａを有する扁平なパイプに限らない。例えば、図５に示すように、長手方向に延びる凹部３１ａを有するようにプレス成形された２枚のアルミニウム板３１を、凹部３１ａが対向するように接合し、凹部３１ａの内面に当接するように蛇行状態に屈曲されたアルミニウム板３２をアルミニウム板３１にロウ付けして形成してもよい。

○ 熱媒の経路は、一方のベローズ２５ａを熱媒の行き側の通路とし、他方のベローズ２５ｂを熱媒の戻り側の通路とし、熱媒管２１を流れる熱媒が一方のベローズ２５ａ側から他方のベローズ２５ｂ側へ流れる構成に限らない。例えば、図６に示すように、各熱媒管２１は、対向する壁の互いに異なる端部寄りに孔２４ａ，２４ｂが形成され、一方の孔２４ａから熱媒管２１に供給された熱媒は通路２１ａを通って他方の孔２４ｂからベローズ２５ｂを介して隣接する熱媒管２１に供給される構成とする。次の熱媒管２１に供給された熱媒は通路２１ａ内をベローズ２５ｂ側からベローズ２５ａ側に向かって移動し、孔２４ａからベローズ２５ａを介して隣接する熱媒管２１に供給される。以下同様にして、熱媒は熱媒管２１内をその移動方向を変更しながら蛇行状態で他端の熱媒管２１まで移動する。他端の熱媒管２１に形成された孔２４ｂと対応する位置には熱媒回収部３３が設けられ、熱媒回収部３３と室２９ｂとが連結パイプ３４で連結されている。そして、熱媒回収部３３まで移動した熱媒は連結パイプ３４を通って室２９ｂに戻り、通路１８ｂから排出される。この構成では、各熱媒管２１を流れる熱媒の量に大きな差が生じないようにするのが容易になる。なお、図６では図示の都合上、熱媒管２１が５層の場合を図示したが、熱媒管２１の層数は適宜変更してもよい。

また、図４に示すように上記実施の形態では熱媒管２１が４列、即ち偶数だけ隣接するように隣接しているので、連結パイプ３４に変えて、隣接する熱媒管２１へ接続して熱媒回収部３３から室２９ｂへ熱媒を返す経路を形成してもよい。

○ 熱媒管２１の幅はベローズ２５ａ，２５ｂの幅とほぼ同じに限らない。例えば、図７に示すように、熱媒管２１としてベローズ２５ａ，２５ｂの外径の数倍の幅を有するものを使用する。そして、各通路２１ａと連通する連通路２１ｂを通路２１ａと直交するように熱媒管２１の各端部寄りに形成する。連通路２１ｂの各端部は栓３５で密閉し、通路２１ａの各端部はプレート３６で密閉する。この構成ではベローズ２５ａ，２５ｂの数を少なくすることができる。

○ 隣接して配置された熱媒管２１の間に設けられるフィン２２は、両熱媒管２１の距離を変更可能な構成であればよく、全てのフィン２２が一体に折り曲げ形成された波板材をロウ付けで熱媒管２１に固着する構成に限らない。例えば、水素吸蔵合金ＭＨが膨張する前の状態における隣接する熱媒管２１の距離に等しい長さに波板材で形成された個々のフィン２２を熱媒管２１にロウ付けしたり、全てのフィン２２ではなく一部のフィン２２が一体に折り曲げ形成された波板材を熱媒管２１にロウ付けしたりしてもよい。

○ 図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、隣接する熱媒管２１にそれぞれ別体に形成されたフィン３７ａ，３７ｂをそれぞれ固着し、各フィン３７ａ，３７ｂが摺動することにより両熱媒管２１の距離を変更可能にした構成としてもよい。一方のフィン３７ａは平板状に形成し、他方のフィン３７ｂはフィン３７ａが挿通可能な四角筒状に形成する。そして、水素吸蔵合金ＭＨの微粉末が両フィン３７ａ，３７ｂの摺動面に侵入するのを防止するブラシ３８をフィン３７ｂの先端に設ける。

○ ベローズ２５ａ，２５ｂは円筒状のものに限らず、角型ベローズを使用してもよい。角型ベローズの場合、熱媒管２１に形成される孔２４ａ，２４ｂを四角形にすることにより、ベローズ２５ａ，２５ｂと通路２１ａとの連通が円筒形の場合に比較して効率良く行われる。

○ 収容部２６の両端を覆う蓋体２７は両方ともガス透過性を有するフィルタで構成する必要はなく、少なくとも一方がガス透過性を有するフィルタであればよい。
○ 水素吸蔵合金ＭＨが膨張収縮を繰り返すことにより微粉化された水素吸蔵合金ＭＨがフィルタ２７ａを通過しても、バルブ２０を介して水素タンク１１外に排出されるのを防止するため、ガス吸蔵材収容ユニット１３を水素透過性のフィルムで覆うようにしてもよい。

○ 水素タンク１１に使用するガス吸蔵材は水素吸蔵合金ＭＨに限らない。例えば、活性炭素繊維（activated carbon fiber）や単層カーボンナノチューブを使用してもよい。
○ ベローズ２５ａ，２５ｂの材質は金属に限らず樹脂やゴム製にしてもよい。しかし、貯蔵するガスが水素の場合、ベローズをゴムや樹脂で形成すると、水素がベローズの壁を透過して熱媒に溶解し、熱媒によって運び去られる。したがって、ガス吸蔵材が水素吸蔵合金ＭＨ等の水素吸蔵材の場合は、ベローズの材質は金属が好ましい。

○ フィン２２の伸縮方向に所定間隔をおいて配置される熱媒管２１は１対（２層）であってもよい。例えば、貯蔵が必要な水素等の量が少なくてよい場合は、熱媒管２１が１対でもよい。

○ 容器本体１２はライナ１４と繊維強化樹脂層１５との複層構造に限らず、全体を金属製にしてもよい。しかし、ライナ１４の外側を繊維強化樹脂で覆った構成の方が軽量化を図ることができる。

○ ガス吸蔵材収容ユニット１３が収容される容器本体１２は円筒状に限らず、ガス吸蔵材収容ユニット１３の外形に合わせて、四角筒状にしてもよい。しかし、容器本体１２内を１０ＭＰａより高圧にする場合は、円筒状の方が好ましい。

○ ガス貯蔵装置は水素ガスの貯蔵に限らず他のガスの貯蔵に適用してもよい。
○ 貯蔵（吸蔵）されるガスが水素以外の場合、伸縮性熱媒通路はベローズに限らず、ゴム等の弾性体で形成したチューブを使用してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ガス吸蔵材は水素吸蔵材である。

（２）対向して配置されるとともに熱媒が流れる通路を備えた扁平な熱媒管と、隣接して配置された前記熱媒管の間に、両熱媒管の距離を変更可能に設けられた複数のフィンと、隣接して配置された前記熱媒管の間に設けられ、前記複数の通路と連通可能に設けられた伸縮性熱媒通路と、前記熱媒管及び前記フィンにより区画された収容部の両開放端を覆う蓋体とを備え、前記収容部の両開放端を覆う前記蓋体の少なくとも一方はガス透過性のフィルタで構成されている熱交換装置。

一実施形態の水素タンクの模式断面図。 （ａ）はガス吸蔵材収容ユニットの模式図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は熱媒管を通路側から見た模式図、（ｄ）はフィンを示す模式図。 蓋体の模式図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 別の実施形態における熱媒管の部分斜視図。 別の実施形態におけるガス吸蔵材収容ユニットの模式断面図。 別の実施形態における熱媒管の模式断面図。 （ａ）は別の実施形態におけるフィンの模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における拡大模式断面図。 従来技術の水素貯蔵容器の断面図。

符号の説明

ＭＨ…ガス吸蔵材としての水素吸蔵合金、１１…ガス貯蔵装置としての水素タンク、１２…容器本体、１３…ガス吸蔵材収容ユニット、１８ａ，１８ｂ，２１ａ…通路、２１…熱媒管、２２，３７ａ，３７ｂ…熱伝達部材としてのフィン、２５ａ，２５ｂ…ベローズ、２６…収容部、２７…蓋体、２７ａ…フィルタ。

Claims (5)

1. 容器本体内に、ガス吸蔵材を収容するとともに熱交換機能を有するガス吸蔵材収容ユニットを備えたガス貯蔵装置であって、
   前記ガス吸蔵材収容ユニットは、
   対向して配置されるとともに熱媒が流れる通路を備えた扁平な熱媒管と、
   隣接して配置された前記熱媒管の間に、両熱媒管の距離を変更可能に設けられた複数の熱伝達部材と、
   隣接して配置された前記熱媒管の間に設けられ、前記複数の通路と連通可能に設けられた伸縮性熱媒通路とを備え、前記熱媒管及び前記熱伝達部材により区画された収容部が形成されているガス貯蔵装置。
2. 前記収容部の両開放端を覆う蓋体を備え、前記蓋体の少なくとも一方はガス透過性のフィルタで構成されている請求項１に記載のガス貯蔵装置。
3. 前記熱伝達部材は波板状に形成されるとともに、隣接する前記熱媒管の間隔が変更可能に前記熱媒管に固着されている請求項１又は請求項２に記載のガス貯蔵装置。
4. 前記伸縮性熱媒通路は金属製のベローズで形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガス貯蔵装置。
5. 前記収容部は、前記熱伝達部材の伸縮方向に複数設けられている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のガス貯蔵装置。

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