JP2012132561A - 貯蔵カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】モジュール化された貯蔵カートリッジを提供する。
【解決手段】缶体に積み重なるように配置されてモジュール化された貯蔵カートリッジ２は、第一板体２１、周壁２２、第二板体２３から構成され、気体貯蔵材料の格納に用いられる単体ホルダーである。第一板体２１および第二板体２３は気体導入通路３に対応する部位に形成された気体出入口２１１、２３１を有する。外部の気体は気体導入通路３によって導入され、貯蔵カートリッジ内の気体貯蔵材料に吸着する。気体貯蔵材料から放出された気体は気体導入通路３によって気体出入口２１１、２３１へ誘導される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、貯蔵缶の貯蔵カートリッジに関し、詳しくは、貯蔵缶に積み重なるように配置されてモジュール化された貯蔵カートリッジに関する。

燃料電池（Fuel Cell）は、電気化学反応によって水素含有燃料および空気を反応させて電気を生成する装置であり、一種の新エネルギーといえる。燃料電池に使用される水素燃料は、天然ガス、メタノール、エタノール（アルコール）、水の電気分解、メタンガスなどの炭化水素化合物である。

水素は金属水素化物の気体貯蔵缶に充填され、金属水素化合物に吸着することによって保管される。使用方法は貯蔵缶を適切に加熱し、水素を放出し、そののち応用装置に供給することであるため、安定性および持続性のより高い気体貯蔵缶が燃料電池メーカに求められている。

特開２０１０−８４７８３号公報

従来の技術に採用された気体貯蔵缶は、気体貯蔵材料（金属水素化物など）が缶体内に直接格納される。しかしながら、一般の気体貯蔵材料は粉末状であり、かつ缶体内の単独の空間に格納され、気体貯蔵材料の体積が一定であるため、安定を保ち、熱を均等に受けることができず、気体貯蔵材料が気体（例えば水素）を放出する効率を低下させてしまう。それに対し、多くのメーカは尽力し、気体貯蔵缶内の気体貯蔵材料にスペーサーを配置する方法を研究開発したが、顕著な効果はない。また気体貯蔵材料が加熱されて膨張するとスペーサーを変形させるため、気体貯蔵材料が別のスペーサーに漏れて堆積するか、加熱が平均しないなどの現象が原因で貯蔵缶の効果に影響を与えてしまう。

一方、気体貯蔵材料を貯蔵缶に充填する際、作業に不便であるため、特殊な治具に頼る必要がある。また充填作業のプロセスが繁雑であるため、専門家に頼る必要がある。また充填作業を進めるたびに気体貯蔵材料の誤差が生じるため、貯蔵缶の効果に影響を与える。

本発明は、モジュール化された貯蔵カートリッジを提供することを主な目的とする。本発明は密閉された単体カートリッジおよび気体導入通路から構成され、気体貯蔵材料の格納に用いられ、かつモジュール化によって従来の技術の欠点を克服するものである。

本発明は、装着が簡単な貯蔵缶の構造を提供することをもう一つの目的とする。本発明によるモジュール化された貯蔵カートリッジを貯蔵缶の内部空間に順によって積み重ねれば貯蔵缶の組み立てを完了させることができる。

本発明は、組み立てを迅速に行い、位置を安定させることが可能な貯蔵カートリッジを提供することをもう一つの目的とする。複数のモジュール化された貯蔵カートリッジを貯蔵缶の内部空間に順によって積み重ねる際、簡単な固定ユニットまたは固定構造によって複数の貯蔵カートリッジに照準を合わせ、ホルダーを積み重ねることができる。

本発明は、スペーサー構造を有する貯蔵カートリッジを提供することをもう一つの目的とする。モジュール化された貯蔵カートリッジにスペーサー構造を配置することによってチャンバー内に気体貯蔵材料を最適に分散させて格納し、気体貯蔵材料に熱を均等に拡散させ、かつホルダーの構造強度を増強することができる。

本発明は、隙間を有する貯蔵カートリッジを提供することをもう一つの目的とする。ホルダーの内側辺縁の頂部間の隙間によってスペーサーの変形を防止することができる。

本発明の貯蔵カートリッジは、缶体に複数の貯蔵カートリッジを配置し、貯蔵カートリッジの格納空間に気体導入通路を設ける。貯蔵カートリッジは、第一板体、周壁、第二板体から構成されかつ気体貯蔵材料の格納に用いられる単体ホルダーである。第一板体および第二板体は気体導入通路に対応する部位に形成された気体出入口を有するため、外部の気体は気体導入通路によって導入され、貯蔵カートリッジ内の気体貯蔵材料に吸着することができる。気体貯蔵材料から放出された気体は気体導入通路によって気体出入口へ誘導される。

気体導入通路は、気体導入孔を有する第一嵌合ユニット、第一嵌合ユニットと結合する第二嵌合ユニットおよび第一嵌合ユニットの外側管壁に被さるフィルターを有する。第一嵌合ユニットは多孔質材料から製作される。貯蔵カートリッジはさらにスペーサー構造を有する。スペーサー構造は第一板体に垂直のスペーサーを組み合わせて形成した複数のチャンバーから構成される。チャンバーは定量の気体貯蔵材料の格納に用いられる。

本発明の貯蔵カートリッジは、従来の充填方式で貯蔵缶を組み立てる必要なく、モジュール化および充填された貯蔵カートリッジを順によって貯蔵缶に積み重ねれば貯蔵缶の組立作業を完成させることができる。またモジュール化された貯蔵カートリッジに気体貯蔵材料を予め正確に充填することによって従来の技術では充填作業を進めるたびに気体貯蔵材料の誤差が生じる、製作が複雑で難度が高い、変形が生じるなどの問題を確実に克服することができる。また本発明による貯蔵缶は、モジュール化された貯蔵カートリッジの受けた熱を平均させるため、気体貯蔵材料が気体（例えば水素）を放出する効率を向上させることができる。また貯蔵カートリッジを積み重ねる際、相互の間に変形空間を適切に置くことによって気体貯蔵材料が熱を受けて膨張する際に缶体が変形するような問題を抑制し、貯蔵缶を使用する際の安全性を確保することができる。

本発明の貯蔵カートリッジは、スペーサー構造によって貯蔵カートリッジ内の気体貯蔵材料を区切るため、燃料電池システムが稼動する際、気体貯蔵缶は外部の受けた熱をそれぞれのスペーサー構造のチャンバーに均等に拡散させる。従って、本発明は、加熱段階において気体貯蔵材料の内側および外側の受けた熱が一致しないような現象を発生させず、気体を均等に放出することによって作動際の効率を向上させることができる。またスペーサー構造は貯蔵カートリッジの格納空間に配置され、スペーサーによってホルダーの構造強度を増強するため、変形が起こりにくい。

本発明の第１実施形態による貯蔵カートリッジを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による貯蔵カートリッジを示す即側面断面図である。 本発明の第１実施形態による貯蔵カートリッジのホルダーを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による貯蔵カートリッジのホルダーを示す平面図である。 図４中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図５中のＣ部分を示す拡大図である。 本発明の第２実施形態による貯蔵カートリッジを示す分解斜視図である。 本発明の第３実施形態による貯蔵カートリッジを示す分解斜視図である。 本発明の第４実施形態による貯蔵カートリッジを示す分解斜視図である。

以下、本発明による貯蔵カートリッジを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１および図２に示すように、第１実施形態による貯蔵カートリッジ２の構造において、貯蔵缶１００は、缶体１と、缶体１の内部空間１０に積み重なる複数の貯蔵カートリッジ２とを備える。缶体１は底端１１および底端１１に向かい合う放出端１２を有する。放出端１２は形が円形、方形または多辺形であってもよく、実際の応用および必要に応じて変化してもよい。缶体１の底端１１から放出端１２までの間は長軸方向Ｙに位置付けられる。貯蔵カートリッジ２は長軸方向Ｙに沿って内部空間１０に重なるように配置される。本実施形態において、貯蔵カートリッジ２は導熱性材料から構成される。

図３に示すように、第１実施形態による貯蔵カートリッジ２は、第一板体２１、周壁２２、第二板体２３から構成された内部空間を有する単体カートリッジであり、外側の形が缶体１の形に応じて変化する。周壁２２は第一板体２１の周縁から長軸方向Ｙに沿って上に延びて形成される。第二板体２３（平板または端部を有するキャップであってもよい）は周壁２２の内側辺縁部に適切に被さるため、格納空間Ｐが貯蔵カートリッジ２内に形成され、密閉される。格納空間Ｐは気体貯蔵材料の格納に用いられる。第一板体２１は構造強度を増強できる複数のリブ２１２と、外側辺縁と周壁２２との間に形成された環状陥没辺縁部２１３とを有する。複数の貯蔵カートリッジ２を上下に重ねる際、環状陥没辺縁部２１３によってしっかり積み重ねる目的を達成する。また、環状陥没辺縁部２１３は周りに点状突起部を分布させ、かつ周壁２２に対応する部位に陥没状辺縁部を形成する固定構造（図中未表示）を採用することができる。また、本発明は実際の必要に応じて周壁２２の外側辺縁部に第二板体２３を被せ、凸凹状を形成して結合させる固定または係合方式によって連結することができる。

貯蔵カートリッジ２は、さらに気体導入通路３を有する。気体導入通路３は貯蔵カートリッジ２の格納空間Ｐを貫通する。第一板体２１は気体導入通路３に対応する部位に形成された第一気体出入口２１１を有し、第二板体２３は気体導入通路３に対応する部位に形成された第二気体出入口２３１を有するため、充填された気体は気体導入通路３によって導入され、貯蔵カートリッジ２中の気体貯蔵材料に吸着することができる。気体貯蔵材料から放出された気体は気体導入通路３によって第一気体出入口２１１、第二気体出入口２３１へ誘導される。

缶体１の内部空間１０に貯蔵カートリッジ２を順によって積み重ねた後、図１に示すように貯蔵カートリッジ２の気体導入通路３に固定ユニット４を差し込み、貯蔵カートリッジ２に照準を合わせることによって気体通路３を直列に接続することができる。最後に、缶体１の開口を縮小するか、キャップ１３によって缶体１の頂部を密封すれば貯蔵缶１００の製作が完了する。
本実施形態において、気体導入通路３は第一嵌合ユニット３１、第二嵌合ユニット３３およびフィルター３４を有する。第一嵌合ユニット３１は中空管体であり、管壁に形成された気体導入孔３２、一端に形成された当接部３１１および他端に形成された拡張部３１２を有する。当接部３１１は第一板体２１の第一気体出入口２１１を貫通し、貯蔵カートリッジ２の格納空間Ｐを通過し、第二板体２３の内側面に当接する。拡張部３１２は第一板体２１の第一気体出入口２１１に密着する。

第二嵌合ユニット３３は嵌合部３３１および拡張部３３２を有する。嵌合部３３１は第二板体２３の第二気体出入口２３１を貫通し、第一嵌合ユニット３１の当接部３１１に嵌合される。拡張部３３２は第二板体２３の第二気体出入口２３１に密着する。

フィルター３４は第一嵌合ユニット３１の外側管壁に被さる。気体導入通路３によって気体を導通させる際、気体導入孔３２にフィルター３４を被せ、隔離およびろ過効果を果たすことによって気体貯蔵材料が気体導入孔３２から漏れることを防止する。

貯蔵カートリッジ２は格納空間Ｐにスペーサー構造５を有する。スペーサー構造５は、第一板体２１に垂直のスペーサー５１を組み合わせて形成した複数のチャンバー５２から構成される（これに限らず、スペーサーに平行する方式を採用してもよい）。チャンバー５２は定量の気体貯蔵材料の格納に用いられる。スペーサー５１は導熱性材料から構成されるため、気体貯蔵材料に良好な加熱効果をもたらすことができる。本実施形態において、スペーサー構造５は蜂巣状の構造に形成される（これに限らず、三角形、方形、多辺形、不規則形状または円形などの別の形の構造を採用してもよい）ため、チャンバー５２内の気体貯蔵材料分布を最適化し、気体貯蔵材料に熱を均等に拡散させることができるだけでなく、貯蔵カートリッジ２の構造強度を増強することができる。したがって、気体貯蔵材料が熱を受けて膨張する際、貯蔵カートリッジ２が変形しない。

（第２実施形態）
図４は貯蔵カートリッジを示す平面図である。図５は図４の断面図である。図６は図５中のＣ部分を示す拡大図である。図に示すように、第二板体２３と周壁２２の頂部との間に形成された隙間によって単体カートリッジの変形を防止することができる。図７は、図３に示した実施形態をもとに変化を加えた第２実施形態である。第一嵌合ユニット３１および第二嵌合ユニット３３から気体導入通路３を構成する第１実施形態とは異なり、第２実施形態による貯蔵カートリッジ２ａは、多孔質材料（またはろ過材料）で製作した中空の桿状体３５から気体導入通路３ａを構成する。桿状体３５は貯蔵カートリッジ２ａの格納空間Ｐに装着され、かつ第一板体２１の第一気体出入口２１１と第二板体２３の第二気体出入口２３１との間に対応する。第二板体２３が第一板体２１上の周壁２２の内側辺縁部２２に被さる際、桿状体３５の開口部は第二気体出入口２３１に突出し、所定距離を置く。このような構造により、外部の気体は気体導入通路３ａによって貯蔵カートリッジ２ａ内に導入される。放出された気体は気体導入通路３ａによって第一気体出入口２１１、第二気体出入口２３１へ誘導される。

（第３実施形態）
図８に示すように、第３実施形態による貯蔵カートリッジ２ｂは図３に示した第一実施形態の構造とほぼ同じである。第１実施形態との違いは、次の通りである。第一嵌合ユニット３１は直接第一板体２１に形成され、外側管壁に被さるフィルター３４を有する。第二嵌合ユニット３３は直接第二板体２３に形成され、かつ第一嵌合ユニット３１に対応する。

（第４実施形態）
図９に示すように、第４実施形態による貯蔵カートリッジ２ｃは図８に示した第３実施形態の構造とほぼ同じである。第３実施形態との違いは、次の通りである。第一嵌合ユニット３１は直接第二板体２３に形成され、外側管壁に被さるフィルター３４（管状フィルター）を有する。第二嵌合ユニット３３は直接第一板体２１に形成され、かつ第一嵌合ユニット３１に対応する。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１００：貯蔵缶、
１：缶体、
１０：内部空間、
１１：底端、
１２：放出端、
１３：キャップ、
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：貯蔵カートリッジ、
２１：第一板体、
２１１：第一気体出入口、
２１２：リブ、
２１３：環状陥没辺縁部、
２２：周壁、
２３：第二板体、
２３１：第二気体出入口、
３、３ａ：気体導入通路、
３１：第一嵌合ユニット、
３２：気体導入孔、
３１１：当接部、
３１２：拡張部、
３３：第二嵌合ユニット、
３３１：嵌合部、
３３２：拡張部、
３４：フィルター、
３５：桿状体、
４：固定ユニット、
５：スペーサー構造、
５１：スペーサー、
５２：チャンバー、
Ａ：断面、
Ｐ：格納空間、
Ｙ：長軸方向。

Claims (10)

1. 第一気体出入口を有する第一板体と、
   第一板体の周縁から縦方向に延びる周壁と、
   第二気体出入口を有し、かつ周壁の頂面に被さることで気体貯蔵材料の格納に用いられる格納空間を構成する第二板体と、
   格納空間内に配置された気体導入通路と、を備え、
   第一板体は気体導入通路に対応する部位に形成された第一気体出入口を有し、第二板体は気体導入通路に対応する部位に形成された第二気体出入口を有することで、気体が気体導入通路を通じて格納空間に導入可能であることを特徴とする貯蔵カートリッジ。
2. 気体導入通路は、第一嵌合ユニット、第二嵌合ユニットおよびフィルターを有し、
   第一嵌合ユニットは、中空管体であり、管壁に形成された気体導入孔、一端に形成された当接部および他端に形成された拡張部を有し、
   当接部は第一板体の第一気体出入口を通り、格納空間を通過し、第二板体の内側面に当接し、
   拡張部は第一板体の第一気体出入口に係合され、
   第二嵌合ユニットは、嵌合部および拡張部を有し、
   嵌合部は第二板体の第二気体出入口を貫通し、第一嵌合ユニットの当接部に嵌合され、
   拡張部は第二板体の第二気体出入口に係合され、
   フィルターは、第一嵌合ユニットの外側管壁に被さることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵カートリッジ。
3. 気体導入通路は、桿状体を有し、桿状体は、多孔質材料から構成され、格納空間内に装着され、第一板体の第一気体出入口と第二板体の第二気体出入口との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵カートリッジ。
4. 第一板体は、構造強度を増強可能なリブを有することを特徴とする請求項１に記載の貯蔵カートリッジ。
5. 貯蔵カートリッジは、気体導入通路に差し込まれる固定ユニットを備え、
   固定ユニットは複数の貯蔵カートリッジを組み合わせることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵カートリッジ。
6. 貯蔵カートリッジは、貯蔵カートリッジの格納空間内に配置されたスペーサー構造を備え、
   スペーサー構造は、第一板体に垂直のスペーサーを組み合わせて形成した複数のチャンバーから構成され、
   チャンバーは定量の気体貯蔵材料の格納に用いられることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵カートリッジ。
7. 格納空間を有し、第一気体出入口および第二気体出入口を有する単体カートリッジと、
   単体カートリッジの格納空間内に位置し、複数のスペーサーによって複数のチャンバーを構成し、チャンバーによって定量の気体貯蔵材料を格納するスペーサー構造と、
   単体カートリッジの格納空間に配置され、第一気体出入口および第二気体出入口に対応することによって気体を格納空間内に導入する気体導入通路と、
   を備えることを特徴とする貯蔵カートリッジ。
8. 気体導入通路は、第一嵌合ユニット、第二嵌合ユニットおよびフィルターを有し、
   第一嵌合ユニットは、中空管体であり、管壁に形成された気体導入孔、一端に形成された当接部および他端に形成された拡張部を有し、
   当接部は第一気体出入口を貫通し、格納空間を通過し、
   拡張部は第一気体出入口に係合され、
   第二嵌合ユニットは、嵌合部および拡張部を有し、
   嵌合部は第二気体出入口を貫通し、第一嵌合ユニットの当接部に嵌合され、
   拡張部は第二気体出入口に係合され、
   フィルターは、第一嵌合ユニットの外側管壁に被さることを特徴とする請求項７に記載の貯蔵カートリッジ。
9. 気体導入通路は、多孔質材料から構成された桿状体を有し、
   桿状体は、単体カートリッジの格納空間内に装着され、第一気体出入口と第二気体出入口との間に設けられることを特徴とする請求項７に記載の貯蔵カートリッジ。
10. 貯蔵カートリッジは、気体導入通路に差し込まれた固定ユニットを備え、
    固定ユニットは複数の貯蔵カートリッジを組み合わせることが可能であることを特徴とする請求項７に記載の貯蔵カートリッジ。

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