JP2008303955A

JP2008303955A - 水素ガス貯蔵装置

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Publication number: JP2008303955A
Application number: JP2007150987A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Fujita; 勝義藤田; Hideto Kubo; 秀人久保; Daigoro Mori; 大五郎森; Katsuhiko Hirose; 雄彦広瀬; Norihiko Hatsugawa; 徳彦秡川
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: CN101675287B; US8287629B2; DE112008001029T5; US20100219087A1; WO2008149897A1; JP5056181B2; CN101675287A

Abstract

【課題】簡易な作業で水素ガス貯蔵装置を取り付けることができるとともに、ＭＨを収容する複数のタンクモジュールに対する固定強度を高める。
【解決手段】ＭＨタンクモジュール２は、中空状で、金属製の外郭部内において複数のフィンによってＭＨ粉末を収容する複数の収容室が区画されている。水素ガス貯蔵装置１にはＭＨ粉末を収容した複数のＭＨタンクモジュール２を拘束する第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダーが設けられている。第１タンクホルダー１０は分割された第１〜第４ホルダー部品２８〜３１同士がボルト３２によって締結固定されることで構成されている。そして、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１にはそれぞれ熱媒が流通する熱媒流路２８ｆ〜３１ｆが設けられるとともに、ＭＨタンクモジュール２の側部形状に対応した凹部３３によって複数のＭＨタンクモジュール２が個々に挟持されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、水素吸蔵合金を内部に収容した複数のタンクモジュールからなる水素ガス貯蔵装置に関する。

例えば、燃料電池搭載電気自動車に対する水素供給源として、粉末化された水素吸蔵合金（以下、ＭＨという）を内部に収容した水素ガス貯蔵タンクを用いることが考えられている。この水素ガス貯蔵タンクは、ＭＨに水素を吸蔵させて貯蔵を行うとともに、ＭＨから水素を放出させることで水素供給源に水素を供給している。このような水素ガス貯蔵タンクの一種として、熱媒が流通する熱媒配管がその内部においてＭＨを収容する収容室を通るように延ばし、ＭＨと熱媒との間で熱交換を行わせる水素ガス貯蔵タンクが考えられている。

また、その他に、水素吸蔵合金を封入するセルを構成するスティックパイプを複数設け、そのスティックパイプの外部に熱媒体を流し、冷熱出力用熱媒体を水素吸蔵合金の吸熱作用により冷却する水素吸蔵合金を利用した熱利用システムが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された水素吸蔵合金を利用した熱利用システムでは、熱媒体通路を構成するブロックケースを設けるとともに、ブロックケース内に熱媒体通路を複数に仕切る仕切り壁を設ける。そして、この熱利用システムでは、多数のセルを仕切り壁に貫通させることで熱媒体が流れる熱媒体通路に多数のセルを挿通配置し、熱媒体が多数のセルの外面を通るようにして水素吸蔵合金による熱媒体の吸熱を可能にしている。

また、内部に金属水素化物が充填された扁平な気体吸蔵固体収納容器を複数積み重ね、積み重ねられた複数の気体吸蔵固体収納容器を固着具としてのタイボルトによって上下から締め付けて固定して一つの水素ガス貯蔵装置を構成する技術も考えられている（特許文献２参照）。また、スティック状に形成されるとともに水素吸蔵合金が封入されたセルが複数設けられ、第１固定盤及び第２固定盤によってセルの軸方向において複数のセルをまとめて挟みこみ、ボルトを用いて複数のセルを軸方向において締め付け固定した水素吸蔵合金を利用した熱利用システムが提案されている（特許文献３参照）。
特開２００１−２０８４４４号公報特開昭６０−２９５６３号公報特開２０００−３２０９２１号公報

特許文献１に記載された水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、例えば、燃料電池搭載電気自動車の水素供給源として用いることを目的としていないため、スティック状のセルは小型軽量である。そのため、この熱利用システムでは、セルをブロックケース内に設けられた仕切り壁のみで支持していた。ところが、特許文献１に記載された熱利用システムを、例えば、燃料電池搭載電気自動車の水素供給源として用いる場合には、セルに多量のＭＨが充填されるためセルの重量が重くなり、仕切り壁で支持するだけではセルを十分に固定できないという問題が生じる。

また、特許文献２に記載された気体吸蔵固体収容容器では、積み重ねられた複数の気体吸蔵固体収容容器を補強板で挟んで固定する構造になっている。このような固定構造では、タイボルトによる締め付け力は複数の吸蔵固体収容容器に分散されるため、各吸蔵固体収容容器を確実に拘束するにはタイボルトに大きな締め付け力を加える必要がある。

特許文献３に記載された水素吸蔵合金を利用した熱利用システムでは、第１固定盤と第２固定盤とによって複数のセルをその軸方向において挟むことで固定する構造になっている。そして、この熱利用システムでは複数のセルをまとめて固定する構造を採用しており、第１固定盤及び第２固定盤から各セルに加えられる拘束力は分散されるため、各セルを確実に拘束するにはボルトに大きな締め付け力を加える必要がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な作業で取り付けることができるとともに、締結部材に大きな締め付け力を加えなくともＭＨを収容する複数のタンクモジュールに対して必要な拘束力を加えることができる水素ガス貯蔵装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中空状で金属からなる外郭部内において水素吸蔵合金を収容するとともに、前記外郭部及び前記水素吸蔵合金の両方と熱伝導可能に熱伝導部材が設けられた複数のタンクモジュールと、複数のホルダー部品に分割され、前記複数のホルダー部品同士が締結部材によって締結固定されることで構成されたタンクホルダーと、前記複数のホルダー部品のうちの少なくとも一つに設けられるとともに熱媒が流通する熱媒流路とを備え、前記複数のホルダー部品には前記タンクモジュールの側部形状に対応した凹部が設けられ、前記凹部によって前記複数のタンクモジュールは個々に挟持されるとともに、前記ホルダー部品の熱媒通路を流通する熱媒と前記タンクモジュールの間で熱交換されることを要旨とする。

この発明では、複数のタンクモジュールを個々に凹部に配置し、タンクホルダーによって複数のタンクモジュールをコンパクトに配置した状態で拘束することができる。そして、複数のタンクモジュールを拘束した状態でタンクホルダーを固定する作業を行えば、同時に複数のタンクモジュールも固定されるため、複数のタンクモジュールを個々に固定する場合に比べて水素ガス貯蔵装置の取り付け作業を簡素にすることができる。

また、複数のタンクモジュールは凹部によって個々に挟持されているため、各凹部から複数のタンクモジュールに対して個々に拘束力が加えられる。そのため、複数のタンクモジュールを拘束する場合に締結部材に加えた締め付け力が各タンクモジュールに対する拘束力となって作用するまでに分散して低下することは抑制される。したがって、ホルダー部品同士を締結する締結部材に加える締め付け力が、仮に複数のタンクモジュールをまとめて拘束する構造で用いられる締結部材に加える締め付け力より小さくても、同じ拘束力を各タンクモジュールに対して加えることができる。すなわち、締結部材に大きな締め付け力を加えなくとも、各タンクモジュールに対して必要な拘束力を加えることができる。

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、前記熱媒流路は前記タンクモジュールと接しないように形成されていることを要旨とする。
この発明では、タンクモジュールと接する熱媒流路を設ける場合に比べて、ホルダー部品の幅が同じであればホルダー部品においてタンクモジュールと接する部分を広く確保することができるため、タンクモジュールに対する拘束力を大きくすることができる。

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、前記熱媒流路は少なくとも前記タンクモジュール間に設けられていることを要旨とする。
この発明では、一つの熱媒流路を流れる熱媒によって、熱媒流路を間に挟む少なくとも二つのタンクモジュールと熱交換を行うことができる。したがって、タンクモジュール毎に熱媒流路を設ける場合に比べて熱媒流路の数を減らすことができる。

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、前記タンクホルダーは複数設けられ、前記複数のタンクホルダーは、少なくとも、前記タンクモジュールの第１端部を拘束する第１タンクホルダーと前記タンクモジュールの第２端部を拘束する第２タンクホルダーとを備えていることを要旨とする。

この発明では、第１タンクホルダーと第２タンクホルダーとによってタンクモジュールの両端部を拘束することで、タンクモジュールの中央部だけを拘束する場合に比べてＭＨタンクモジュールを確実に拘束することができる。また、単体で、幅がタンクモジュールの全長と等しいタンクホルダーを用いる場合に比べて、水素ガス貯蔵装置を軽量化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱媒流路は前記タンクモジュールと接するように形成されていることを要旨とする。
この発明では、熱媒がタンクモジュールの外郭部と直接接するようになるため、ホルダー部品を介して熱媒とタンクモジュールとの熱交換を行う場合に比べて、熱媒と水素吸蔵合金との熱交換を効率よく行わせることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、燃料電池搭載電気自動車に用いられることを要旨とする。
この発明では、自動車のようにスペース的に制約がある場合であっても容易に搭載することができる。

本発明によれば、簡易な作業で水素ガス貯蔵装置を取り付けることができるとともに、締結部材に大きな締め付け力を加えなくともＭＨを収容する複数のタンクモジュールに対して必要な拘束力を加えることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１及び図３に示すように、水素ガス貯蔵装置１は、複数（本実施形態では、１０本）のＭＨタンクモジュール２が横置きに積み上げられた状態で設けられ、複数のＭＨタンクモジュール２は第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダー１１によって拘束されている。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＭＨタンクモジュール２は、細長で略円柱状に形成されるともに、十分に水素供給先へ水素を供給できるようにＭＨタンクモジュール２の数を考慮してその大きさが設定されている。ＭＨタンクモジュール２は、金属製（例えば、アルミニウム製）であるとともに、水素が満充填されて内部が所定の圧力（例えば、１０ＭＰａ）となった場合でも十分耐えることができる強度を有する外郭部１２を備えている。外郭部１２は、中空状で、かつ両端部がドーム状に形成されている。そして、外郭部１２は、底部がドーム状である有底筒状の胴部１３と、胴部１３の開口端部に溶接によって接合されたドーム体１５とを備えている。

ドーム体１５には孔部１４が設けられるとともに、その孔部１４にバルブ１６が設けられている。そして、バルブ１６のポートが切り換えられると、ＭＨタンクモジュール２の使用状態が水素放出状態と水素充填状態との間で切り換えられるように構成されている。なお、バルブ１６と孔部１４との間には図示しないシールリングが介装されている。

図２（ａ）に示すように、外郭部１２内には、その中心部分に多孔質材からなるとともに外周面に複数の溝１７が形成された水素流通管１８が設けられている。水素流通管１８にはその中心に沿って延び水素を流通可能な経路としての水素流通経路１９が設けられ、水素流通経路１９によってＭＨタンクモジュール２の長手方向全体において水素が流通するように構成されている。水素流通管１８に設けられた溝１７は水素流通管１８の周方向に等間隔に複数設けられるとともに、水素流通管１８の全長において延びている。

熱伝導部材としてのフィン２０は金属製（例えば、アルミニウム合金製）の板材で形成されるとともに、第１端部２１が溝１７に嵌着されることで水素流通管１８の外周に取り付けられている。複数のフィン２０が水素流通管１８に取り付けられた状態では、複数のフィン２０と外郭部１２とによってＭＨ粉末Ｐを収容する収容室２２が複数形成されるとともに、第２端部２３が外郭部１２の内壁面に当接している。そして、フィン２０はＭＨ粉末Ｐ及び外郭部１２と熱伝導可能に構成されている。

図２（ｂ）に示すように、フィン２０の長手方向両端部にはそれぞれ端板２４ａ，２４ｂが溶接によって取り付けられ、収容室２２の長手方向両側における開口は閉塞されている。なお、一方の端板２４ａには各収容室２２と対応する位置に図示しない注入孔と注入孔を閉塞する栓が設けられるとともに、注入孔を介して各収容室２２にＭＨ粉末Ｐが充填されるように構成されている。また、一方の端板２４ａには水素流通管１８が貫通可能な貫通孔２４ｃが設けられている。

図３に示すように、本実施形態では、径Ｔ１が５０〜１００ｍｍに設定されるとともに全長が８００〜１０００ｍｍに設定されたＭＨタンクモジュール２が用いられ、第１タンクホルダー１０は複数のＭＨタンクモジュール２の第１端部を拘束している。さらに、第２タンクホルダー１１（図１参照）はＭＨタンクモジュール２の第２端部を拘束している。第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダー１１は鋳物製であるとともに、その幅がＭＨタンクモジュール２の径Ｔ１より大きくなるように設定されている。

第１タンクホルダー１０は、複数のＭＨタンクモジュール２が３段に積み上げられた状態で、かつ、１段目と２段目ではそれぞれ４つずつ並び３段目では片側寄りに２つ並んだ状態で拘束している。そして、第１タンクホルダー１０は段状に積み上げられた複数のＭＨタンクモジュール２を個々に挟持できるように第１ホルダー部品２８、第２ホルダー部品２９、第３ホルダー部品３０及び第４ホルダー部品３１に分割されている。なお、第１タンクホルダー１０はその底部を第１ホルダー部品２８によって構成するとともに第１ホルダー部品２８の底面には図示しないねじ穴が設けられている。

第１〜第４ホルダー部品２８〜３１にはそれぞれ分割された各ホルダー部品２８〜３１の境界部分に一対の被締結部２８ａ〜３１ａが設けられている。一対の被締結部２８ａ〜３１ａは図３における第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の左右両側に位置するとともに、一方にはねじ穴２８ｂ〜３１ｂが二つ設けられ他方には挿通孔２８ｃ〜３１ｃが二つ設けられている。そして、各ホルダー部品２８〜３１に設けられた被締結部２８ａ〜３１ａ同士は対向しており、なおかつ、ねじ穴２８ｂ〜３１ｂが設けられた被締結部２８ａ〜３１ａと挿通孔２８ｃ〜３１ｃが設けられた被締結部２８ａ〜３１ａとが対向するように配置されている。

第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の第１側面２８ｄ〜３１ｄ側において対向する被締結部２８ａ〜３１ａ同士は、締結部材としてのボルト３２が上方から挿通孔２８ｃ〜３１ｃに挿通されるとともにねじ穴２８ｂ〜３１ｂに螺合されることで連結されている。また、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の第２側面２８ｅ〜３１ｅ側において、対向する被締結部２８ａ〜３１ａ同士は、締結部材としてのボルト３２が下方から挿通孔２８ｃ〜３１ｃに挿通されるとともにねじ穴２８ｂ〜３１ｂに螺合されることで連結されている。そして、各被締結部２８ａ〜３１ａが連結されることで、分割された第１〜第４ホルダー部品２８〜３１は締結固定されて一体となっている。

第１〜第４ホルダー部品２８〜３１にはそれぞれ凹面がＭＨタンクモジュール２の周面に沿うように形成された複数の凹部３３が設けられている。すなわち、凹部３３はＭＨタンクモジュール２の側部形状に対応する形状に形成されている。そして、各ホルダー部品２８〜３１における複数の凹部３３は等間隔で並ぶように配置されている。第２ホルダー部品２９に設けられた複数の上側向きの凹部３３は、それぞれ第２ホルダー部品２９に設けられた下側向きの凹部３３に対して、各凹部３３間の間隔の１／２だけずれた状態で設けられている。そして、第２ホルダー部品２９に設けられた上側向きの各凹部３３は、第２ホルダー部品２９に設けられた下側向きの複数の凹部３３の全てと接する仮想平面と交差するように設けられている。また、同様に、第３ホルダー部品３０に設けられた複数の上側向きの凹部３３は、それぞれ第３ホルダー部品３０に設けられた下側向きの凹部３３に対して、各凹部３３間の間隔の１／２だけずれた状態で設けられている。そして、第３ホルダー部品３０に設けられた上側向きの凹部３３は、第３ホルダー部品３０に設けられた下側向きの複数の凹部３３の全てと接する仮想平面と交差するように配置されている。

凹部３３は各ホルダー部品２８〜３１同士が締結固定された状態では向い合うように配置されるとともに、その凹面全体がＭＨタンクモジュール２の周面と接するように形成されている。そして、向い合う一対の凹部３３においてその開口を通る仮想面から最底部位までの距離Ｔ２の和がＭＨタンクモジュール２の径Ｔ１より小さくなるように設定されるとともに、各ホルダー部品２８〜３１同士が締結固定された状態では凹部３３によってＭＨタンクモジュール２を挟持するように構成されている。

第１〜第４ホルダー部品２８〜３１にはそれぞれＭＨタンクモジュール２の軸方向に対して直交する方向で、かつ、凹部３３に形成された凹面に沿って延びる熱媒流路２８ｆ〜３１ｆが設けられている。熱媒流路２８ｆ〜３１ｆは、熱媒（水、オイル、エンジンクーラント等）が流通するとともに、ＭＨタンクモジュール２と接しないように形成されている。熱媒流路２８ｆ〜３１ｆは、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の第１側面から第１側面２８ｄ〜３１ｄとは反対側に位置する第２側面２８ｅ〜３１ｅの第２側面まで貫通する孔である。熱媒流路２８ｆ〜３１ｆは第１側面２８ｄ〜３１ｄ側の開口を流入口２８ｇ〜３１ｇとするとともに、第２側面２８ｅ〜３１ｅ側の開口を排出口２８ｈ〜３１ｈとしている。熱媒流路２８ｆ〜３１ｆのうち、第２ホルダー部品２９に設けられた熱媒流路２９ｆ及び第３ホルダー部品３０に設けられた熱媒流路３０ｆの一部はＭＨタンクモジュール２間に位置している。また、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆの形状は、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１が各ＭＨタンクモジュール２を挟持しても破損しない程度の強度となるように形成されている。具体的には、図４に示すように、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆはその延設方向と直交する方向の断面形状が扁平形状に形成されている。そして、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆを流れる熱媒は各ホルダー部品２８〜３１を介して各凹部３３において挟持されているＭＨタンクモジュール２と熱交換するようになっている。

流入口２８ｇ〜３１ｇ及び排出口２８ｈ〜３１ｈはそれぞれ図示しない熱媒タンクに接続されたパイプと連通されるとともに、熱媒は熱媒タンク→流入口→熱媒流路→排出口→熱媒タンクの順に流れるようになっている。なお、第２タンクホルダー１１は第１タンクホルダー１０と同様に構成されている。

次に、水素ガス貯蔵装置１の製造方法について説明する。
まず、ＭＨタンクモジュール２を製作するために、胴部１３を準備し、水素流通管１８に複数のフィン２０を取り付け、さらにフィン２０の長手方向両端部に端板２４ａ，２４ｂを溶接によって接合し、胴部１３内に水素流通管１８、フィン２０、端板２４ａ，２４ｂを配設する。次に、図示しない注入孔を介してＭＨ粉末Ｐを充填した後、注入孔に栓をして収容室２２を密閉し、その後、胴部１３の開口端部に対してバルブ１６が設けられたドーム体１５を溶接によって接合することでＭＨタンクモジュール２が製作される。このようにして、必要な数だけＭＨタンクモジュール２を製作した後、水素ガス貯蔵装置１の組み立て作業に移行する。

水素ガス貯蔵装置１の組み立て作業では、まず、両タンクホルダー１０，１１の第１ホルダー部品２８を載置するとともに、複数のＭＨタンクモジュール２を用意して、第１ホルダー部品２８に設けられた凹部３３に４つのＭＨタンクモジュール２を配置する。そして、第２ホルダー部品２９に設けられた各凹部３３が各ＭＨタンクモジュール２と係合するようにして第２ホルダー部品２９を第１ホルダー部品２８上に配置し、ボルト３２によって第１ホルダー部品２８と第２ホルダー部品２９とを締結固定する。

次に、第２ホルダー部品２９の上側に設けられた凹部３３に４つのＭＨタンクモジュール２を配置し、その後、第３ホルダー部品３０に設けられた凹部３３が各ＭＨタンクモジュール２と係合するようにして第３ホルダー部品３０を第２ホルダー部品２９上に配置し、ボルト３２によって第２ホルダー部品２９と第３ホルダー部品３０とを締結固定する。さらに、第３ホルダー部品３０の上側に設けられた凹部３３に２つのＭＨタンクモジュール２を配置し、第４ホルダー部品３１に設けられた凹部３３がＭＨタンクモジュール２と係合するようにして第４ホルダー部品３１を第３ホルダー部品３０上に配置し、ボルト３２によって第３ホルダー部品３０と第４ホルダー部品３１とを締結固定することで、水素ガス貯蔵装置１が製作される。

次に、前記のように構成された水素ガス貯蔵装置１の作用を説明する。
例えば、水素を直接、燃料として使用する燃料電池搭載電気自動車（以下、電気自動車という。）の水素供給源として水素ガス貯蔵装置１を使用する場合には、水素ガス貯蔵装置１を電気自動車に搭載する。そのため、まず、電気自動車に設けられた図示しないブラケットの孔にボルトを挿通し、そのボルトを第１ホルダー部品２８に設けられた図示しないねじ穴に螺合させることで水素ガス貯蔵装置１を電気自動車に対して固定する。その後、図示しないパイプを熱媒流路２８ｆ〜３１ｆの流入口２８ｇ〜３１ｇ及び排出口２８ｈ〜３１ｈにそれぞれ接続することでパイプを介して各熱媒流路２８ｆ〜３１ｆをそれぞれ図示しない熱媒タンクに接続し、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆに熱媒を流通させて水素ガス貯蔵装置１の搭載を完了する。

そして、水素ガス貯蔵装置１を搭載した電気自動車が走行する際には振動し、その振動が水素ガス貯蔵装置１にも伝達され水素ガス貯蔵装置１自体も振動する。この時、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１が各凹部３３において複数のＭＨタンクモジュール２を個々に挟持することで、ボルト３２に対して加えられている締め付け力は、拘束力となって複数のＭＨタンクモジュール２の個々に対して作用する。したがって、ボルト３２に対して加えられた締め付け力が複数のＭＨタンクモジュール２に対する拘束力となって作用するまでに分散して低下することは抑制され、複数のＭＨタンクモジュール２に振動が加えられても複数のＭＨタンクモジュール２を確実に拘束することができる。

また、水素ガス貯蔵装置１から水素供給先としての燃料極に水素を供給する際には、バルブ１６が水素放出状態に切り換えられて各ＭＨタンクモジュール２から水素が放出され図示しないパイプを介して燃料極に供給される。各ＭＨタンクモジュール２から水素が放出されると、ＭＨ粉末Ｐの水素吸蔵・放出反応が放出側へ移動してＭＨ粉末Ｐから水素が放出される。ここで、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粉末Ｐは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。しかし、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１それぞれに設けられた熱媒流路２８ｆ〜３１ｆに所定温度の熱媒が供給されることで、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆに熱媒が流通するため、ＭＨタンクモジュール２の上下両側で熱交換が行われる。この時、ＭＨ粉末Ｐは第１〜第４ホルダー部品２８〜３１、外郭部１２及びフィン２０を介して予め設定された温度に加熱されて、水素放出の反応が円滑に進行する。なお、第２ホルダー部品２９に設けられた熱媒流路２９ｆ及び第３ホルダー部品３０に設けられた熱媒流路３０ｆの一部はＭＨタンクモジュール２間に位置しているため、熱媒流路２９ｆ及び熱媒流路３０ｆを流れる熱媒は、熱媒流路２９ｆ又は熱媒流路３０ｆを間に挟むＭＨタンクモジュール２それぞれを加熱するようになっている。

収容室２２に収容されたＭＨ粉末ＰはＭＨタンクモジュール２の長手方向全体において水素を放出する。放出された水素は水素流通管１８の微細な孔を経て水素流通経路１９に至り、バルブ１６から水素ガス貯蔵装置１の外部へ放出され、燃料極へと供給される。ＭＨ粉末Ｐの温度は、熱媒の温度あるいは流量が調整されることで水素の放出反応が円滑に進行する温度に保持され、燃料電池で必要な水素量に対応した水素が放出されるように水素の放出が効率よく行われる。

また、水素を放出した水素ガス貯蔵装置１に再び水素を充填、即ちＭＨ粉末Ｐに水素を吸蔵させる場合は、バルブ１６が水素充填状態に切り換えられて水素をバルブ１６から水素流通管１８の水素流通経路１９に流入させる。水素流通経路１９内に流入した水素は、ＭＨタンクモジュール２の長手方向全体に亘って流通しつつ拡散する。すると、水素は水素流通管１８の微細な孔を経て、収容室２２に収容されたＭＨタンクモジュール２の長手方向全体に亘るＭＨ粉末Ｐと反応して水素化物となることでＭＨ粉末Ｐに吸蔵される。なお、ＭＨ粉末Ｐに対する水素の供給は、各ＭＨタンクモジュール２内が所定の圧力（例えば、１０ＭＰａ）となるまで行われる。また、ＭＨ粉末Ｐが水素の吸蔵と放出を繰り返し行い微粉化しても、水素流通管１８はＭＨ粉末Ｐに対するフィルタとしての機能を有しているため、微粉化したＭＨ粉末ＰがＭＨタンクモジュール２の外部に漏れることは抑制される。

ここで、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は円滑に進行しない。しかし、水素を充填する際には低温の熱媒が各熱媒流路２８ｆ〜３１ｆに供給されることで、各熱媒流路２８ｆ〜３１ｆに熱媒が流通するため、ＭＨタンクモジュール２の上下両側で熱交換が行われる。この時、ＭＨ粉末Ｐから発生した熱は第１〜第４ホルダー部品２８〜３１、外郭部１２及びフィン２０を介して熱媒に吸熱され水素ガス貯蔵装置１外に運搬される。したがって、ＭＨ粉末Ｐの温度は水素の吸蔵反応が円滑に進行する温度に保持され、水素の吸蔵が効率よく行われる。なお、第２ホルダー部品２９に設けられた熱媒流路２９ｆ及び第３ホルダー部品３０に設けられた熱媒流路３０ｆの一部はＭＨタンクモジュール２間に位置している。そのため、熱媒流路２９ｆ及び熱媒流路３０ｆを流れる熱媒は、熱媒流路２９ｆ又は熱媒流路３０ｆを間に挟むＭＨタンクモジュール２のそれぞれを吸熱するようになっている。

この実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）水素ガス貯蔵装置１は、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１同士がそれぞれ締結固定されることで構成されたタンクホルダーを備え、タンクホルダーによって複数のＭＨタンクモジュール２を拘束している。したがって、複数のＭＨタンクモジュール２をコンパクトに配置された状態で拘束し、その状態でタンクホルダーを電気自動車に設けられたブラケットに固定することで、水素ガス貯蔵装置１の取り付け作業を行うことができる。したがって、電気自動車に対する水素ガス貯蔵装置１の取り付け作業が、複数のＭＨタンクモジュール２を個々に固定する場合に比べて簡素である。

（２）複数のＭＨタンクモジュール２は第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダー１１に設けられた凹部３３によって個々に挟持されている。したがって、ＭＨタンクモジュール２に対して個々に拘束力を加えることができるため、ボルト３２に大きな締め付け力を加えなくとも、各ＭＨタンクモジュール２に対して必要な拘束力を加えることができる。

（３）熱媒流路２８ｆ〜３１ｆはＭＨタンクモジュール２と接しないように形成されている。したがって、タンクホルダーの幅が同じ場合には、ＭＨタンクモジュールと接する熱媒流路を形成した場合より凹部３３がＭＨタンクモジュール２と接する領域を広く確保することができるため、第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダー１１によるＭＨタンクモジュール２の拘束力を大きくすることができる。

（４）第２ホルダー部品２９に設けられた熱媒流路２９ｆ及び第３ホルダー部品３０に設けられた熱媒流路３０ｆの一部はＭＨタンクモジュール２間に位置している。そして、ＭＨタンクモジュール２間に設けられている熱媒流路２９ｆ及び熱媒流路３０ｆにおいては、その熱媒流路２９ｆ，３０ｆを流れる熱媒によって少なくとも二つのＭＨタンクモジュール２と熱交換を行うことができる。したがって、ＭＨタンクモジュール２毎に熱媒流路を設ける場合に比べて熱媒流路の数を減らすことができる。

（５）複数のＭＨタンクモジュール２はその第１端部が第１タンクホルダー１０で拘束されるとともにその第２端部が第２タンクホルダー１１で拘束されることで固定されている。したがって、例えば、タンクホルダーがＭＨタンクモジュール２の中央部だけを拘束する場合に比べて、ＭＨタンクモジュール２をバランスよく確実に拘束することができる。また、単体で、その幅がＭＨタンクモジュール２の全長に亘って延びるように形成されたタンクホルダーを用いる場合に比べて、タンクホルダーを軽量化することができる。

（６）水素ガス貯蔵装置１は燃料電池搭載電気自動車の水素供給源として使用されている。そして、複数のＭＨタンクモジュール２をコンパクトに配置した状態で拘束することができるため、自動車のようにスペース的に制約がある場合であって容易に搭載することができる。

（７）凹部３３の凹面全体でＭＨタンクモジュール２を支持している。したがって、ＭＨタンクモジュール２を面で支持する構成であるため、穴の開いた板にＭＨタンクモジュールを挿入し板でＭＨタンクモジュールを支持する場合に比べて、ＭＨタンクモジュール２の耐振動性が向上する。

（８）熱媒流路２９ｆは第２ホルダー部品２９に形成された上側向きの凹部３３及び下側向きの凹部３３の凹面に沿って延びている。したがって、熱媒流路２９ｆを間に挟むＭＨタンクモジュール２に対して熱媒流路２９ｆを極力近づけることができるため、熱媒流路２９ｆを流れる熱媒とＭＨタンクモジュール２との熱交換効率を向上させることができる。

（９）向い合う一対の凹部３３においてその開口を通る仮想面から最底部までの距離Ｔ２の和はＭＨタンクモジュール２の径Ｔ１より小さくなっている。したがって、凹部３３の寸法精度が低くとも、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１同士を締結固定した場合に一対の凹部３３における凹面全体がＭＨタンクモジュール２の周面と接するように構成することができる。

実施形態は、前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 熱媒流路２８ｆ〜３１ｆはＭＨタンクモジュール２と接するように形成してもよい。例えば、各凹部３３にそれぞれ溝を形成するとともに各溝を連通させて熱媒流路として構成することで、ＭＨタンクモジュール２と接する熱媒流路２８ｆ〜３１ｆを構成してもよい。この場合、熱媒がＭＨタンクモジュール２の外郭部１２と直接接するようになるため、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１を介して熱媒とＭＨ粉末Ｐとの熱交換を行う場合に比べて、熱媒とＭＨ粉末Ｐとの熱交換を効率よく行わせることができる。また、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆがＭＨタンクモジュール２と接するように構成した場合、熱媒流路２８ｆを流通する熱媒は主に第１ホルダー部品２８を介さずにＭＨタンクモジュール２と熱交換を行い、また、熱媒流路３１ｆを流通する熱媒は主に第４ホルダー部品３１を介さずにＭＨタンクモジュール２と熱交換を行う。したがって、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆがＭＨタンクモジュール２と接するように構成した場合、第１ホルダー部品２８及び第４ホルダー部品３１を繊維強化プラスチックや樹脂から構成してもよい。

○ 熱媒が流通する熱媒流路として、熱媒が第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の第１側面２８ｄ〜３１ｄ側から第２側面２８ｅ〜３１ｅ側に流れる熱媒流路と、熱媒が第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の第２側面２８ｅ〜３１ｅ側から第１側面２８ｄ〜３１ｄ側に流れる熱媒流路とを設けてもよい。この場合、例えば、第１ホルダー部品２８及び第３ホルダー部品３０においては第２側面２８ｅ〜３１ｅに流入口を設けるとともに第１側面２８ｄ〜３１ｄに排出口を設け、第２ホルダー部品２９及び第４ホルダー部品３１においては、第１側面２８ｄ〜３１ｄに流入口を設けるとともに第２側面２８ｅ〜３１ｅに排出口を設ける。そして、第１ホルダー部品２８及び第３ホルダー部品３０に設けられた熱媒流路２８ｆ，３０ｆでは第２側面２８ｅ，３０ｅ側から第１側面２８ｄ，３０ｄ側に向う方向に熱媒が流れるように構成し、第２ホルダー部品２９及び第４ホルダー部品３１に設けられた熱媒流路２９ｆ，３１ｆでは、第１側面２９ｄ，３１ｄ側から第２側面２９ｅ，３１ｅ側に向う方向に熱媒が流れるように構成する。このように構成すれば、熱媒が第１側面２８ｄ〜３１ｄ側に位置するＭＨタンクモジュール２及び第２側面２８ｅ〜３１ｅ側に位置するＭＨタンクモジュール２とバランスよく熱交換することができる。

○ 熱媒流路２８ｆ〜３１ｆの形状は、各ＭＨタンクモジュール２を挟持した状態であっても破損しない程度の強度を第１〜第４ホルダー部品２８〜３１が確保できるのであれば変更してもよい。例えば、熱媒流路２８ｆ〜３１ｆの延設方向と直交する方向の断面形状を楕円形状に形成してもよい。また、扁平形状の熱媒流路２８ｆ〜３１ｆの中間にリブを設け、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１の強度を向上させてもよい。

○ 第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダー１１に設ける熱媒流路２８ｆ〜３１ｆの数を変更してもよい。第１ホルダー部品２８に設けられた熱媒流路２８ｆを省略し熱媒流路２９ｆ〜３１ｆだけにしてもよいし、第４ホルダー部品３１に設けられた熱媒流路３１ｆを省略し熱媒流路２８ｆ〜３０ｆだけにしてもよい。ただし、この場合、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１をそれぞれ接する状態で締結固定する必要がある。また、熱媒流路を一つだけ設ける場合には、例えば、図５に示すように、熱媒流路がＭＨタンクモジュール２の間に位置するように第２ホルダー部品２９だけに熱媒流路３９を設け、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１をそれぞれ接する状態で締結固定して３段目に位置している二つのＭＨタンクモジュール２については、第３ホルダー部品３０を介して熱媒と熱交換できるように構成すればよい。このように構成すれば、第１ホルダー部品２８だけに熱媒流路を設けることで熱媒流路がタンクホルダーの片側だけに位置する場合に比べて、熱媒流路を流れる熱媒が複数のＭＨタンクモジュール２と全体的に熱交換することができる。なお、図５では、第１〜第４ホルダー部品２８〜３１は断面図で図示し、ＭＨタンクモジュール２は正面図で図示している。

○ 第１タンクホルダー１０及び第２タンクホルダー１１を一体にして、単体のタンクホルダーとしてもよい。この場合、タンクホルダーは、その幅が複数のＭＨタンクモジュール２を十分に拘束できる程度の幅に形成される。

○ 積み上げられた複数のＭＨタンクモジュール２の段方向においてタンクホルダーを複数に分割する代わりにタンクホルダーをＭＨタンクモジュール２の列方向において複数に分割することで、複数のタンクホルダー部品を設けてもよい。

○ 横置き状態のＭＨタンクモジュール２を拘束するためにタンクホルダーを使用する代わりに、縦置き状態のＭＨタンクモジュールを拘束するためにタンクホルダーを使用してもよい。

○ 外郭部１２を構成する材料については、要求される熱伝導性を満たすことができる金属であるならば、アルミニウム製でなくともよい。例えば、外郭部１２を銅によって構成してもよいし、鉄によって構成してもよい。

○ 収容室２２の形状についてはとくに限定しない。例えば、複数のフィンを格子状に組み付けることで、収容室２２をハニカム状に区画してもよい。
○ フィン２０を構成する材料は、要求される熱伝導性を満たすことができる金属であるならば、例えば、銅から構成してもよいし、鉄から構成してもよい。

○ ＭＨタンクモジュール２の内部において胴部１３の底部側に設けられた端板２４ｂを省略するとともに、水素流通管１８の端面が胴部１３の底部に当接するまで延長し、ＭＨ粉末Ｐを一方のドーム体１５にまで充填してもよい。このように構成すれば、ＭＨタンクモジュール２の単位体積当たりに充填可能な水素充填量を増やすことができる。

○ 水素ガス貯蔵装置１を燃料電池搭載電気自動車に使用する場合に限らず、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。
○ ＭＨタンクモジュールの製作方法において、溶接以外の方法で外郭部を製作してもよい。例えば、金属製のパイプに対してスピニング加工等の塑性加工を施すことによって、両端がドーム形状である外郭部を製作してもよい。

水素ガス貯蔵装置の概略側面図。（ａ）はＭＨタンクモジュールの断面図、（ｂ）はＭＨタンクモジュールの側断面図。図１における水素ガス貯蔵装置のＡ−Ａ線断面図。水素ガス貯蔵装置の概略部分側断面図。別の実施形態の水素ガス貯蔵装置の概略断面図。

符号の説明

Ｐ…ＭＨ粉末、１…水素ガス貯蔵装置、２…タンクモジュールとしてのＭＨタンクモジュール、１０…タンクホルダーとしての第１タンクホルダー、１１…タンクホルダーとしての第２タンクホルダー、１２…外郭部、１８…水素流通管、２０…熱伝導部材としてのフィン、２２…収容室、２８〜３１…ホルダー部品としての第１〜第４ホルダー部品、２８ｆ〜３１ｆ…熱媒流路、３２…締結部材としてのボルト、３３…凹部。

Claims

中空状で金属からなる外郭部内において水素吸蔵合金を収容するとともに、前記外郭部及び前記水素吸蔵合金の両方と熱伝導可能に熱伝導部材が設けられた複数のタンクモジュールと、
複数のホルダー部品に分割され、前記複数のホルダー部品同士が締結部材によって締結固定されることで構成されたタンクホルダーと、
前記複数のホルダー部品のうちの少なくとも一つに設けられるとともに熱媒が流通する熱媒流路とを備え、
前記複数のホルダー部品には前記タンクモジュールの側部形状に対応した凹部が設けられ、前記凹部によって前記複数のタンクモジュールは個々に挟持されるとともに、前記ホルダー部品の熱媒流路を流通する熱媒と前記タンクモジュールの間で熱交換される水素ガス貯蔵装置。
前記熱媒流路は前記タンクモジュールと接しないように形成されている請求項１に記載の水素ガス貯蔵装置。
前記熱媒流路は少なくとも前記タンクモジュール間に設けられている請求項１又は請求項２に記載の水素ガス貯蔵装置。
前記タンクホルダーは複数設けられ、前記複数のタンクホルダーは、少なくとも、前記タンクモジュールの第１端部を拘束する第１タンクホルダーと前記タンクモジュールの第２端部を拘束する第２タンクホルダーとを備えている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の水素ガス貯蔵装置。
前記熱媒流路は前記タンクモジュールと接するように形成されている請求項１に記載の水素ガス貯蔵装置。
燃料電池搭載電気自動車に用いられる請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の水素ガス貯蔵装置。