JP2017508106A - 水素化物を収容するための金属水素化物水素吸蔵タンク - Google Patents

Abstract

水素吸蔵材料（Ｍ）での吸着により水素を保管するためのタンクであって、チャンバ（２）と、チャンバ（２）へ水素を供給する、および／または、チャンバで水素を収集することのできる手段（７）と、水素吸蔵材料を保管するための内部構造（Ｓ）であって、少なくとも二つのカップ（１０）を含む内部構造であり、各カップが、粉末状吸蔵材料に対して非透過性である空間を形成する底部と側壁と閉鎖要素とを含み、各カップ（１０）の少なくとも一部が水素に対して透過性であり、前記カップ（１０）の前記側壁の外面の一部と前記チャンバ（２）の内面との間に少なくとも通路（Ｐ）が設けられるような内部構造と、を含むタンク。

Description

本発明は、水素化物の効率的な封入を行う金属水素化物水素吸蔵タンクに関する。

特に石油備蓄の減少のため、石油の代替エネルギーが追求されている。これらのエネルギー源の方向として将来有望な一つは、電気を発生させるのに燃料電池で使用されうる水素である。

水素は、宇宙および地上で非常に多く存在する元素であり、天然ガスまたは他の炭化水素から発生されうるが、例えば太陽または風力エネルギーにより発生される電気を使用する簡単な水の電気分解によっても発生されうる。

水素燃料電池は、ある種の用途、例えば自動車ですでに使用されているが、特に、取る必要のある予防策と水素の吸蔵の困難さのため、まだそれほど普及していない。

水素は、３５０と７００バールの間の圧縮された形で吸蔵され、これが安全上の問題を引き起こす。そしてこれらの圧力に耐えることのできるタンクを用意する必要があり、また車両に搭載される時にこれらのタンクが衝撃を受けうることが知られている。

水素は液体の形で吸蔵されるが、この吸蔵では低い吸蔵効率のみが保証され、長期間にわたる吸蔵を可能にしない。通常の圧力および温度条件で液体状態から気体状態への水素の容積推移は、約８００程度の容積の増加をもたらす。液体の形での水素タンクは概して機械的衝撃に対してあまり耐性を備えず、これは重大な安全性の問題を引き起こす。

水素化物の形での水素のいわゆる「固体」吸蔵も存在する。この吸蔵は、かなりの吸蔵容積密度を可能にし、水素チェーン、つまりその発生から別のエネルギーへの変換までの全体効率に対する吸蔵のエネルギーインパクトを最小にしながら、適度な水素圧力を具現する。

水素化物の形での水素の固体吸蔵の原理は以下の通りである。ある種の材料、特にある種の金属は水素を吸着して水素化物を形成する能力を有しており、この反応は吸着と呼ばれる。形成された水素化物は再び気体水素と金属になる。この反応は脱着と呼ばれる。吸着または脱着は、水素の分圧と温度に応じて発生する。

粉末または金属基Ｍに対する水素の吸着および脱着は、以下の反応に従って行われる。

−Ｍは粉末または金属基
−ＭＨｘは金属水素化物

金属粉末が例えば使用され、これは水素との接触状態に置かれ、吸着の現象が生じ、金属水素化物が形成される。水素の解放は脱着機構により行われる。

水素の吸蔵は発熱反応である、つまり熱を発するのに対して、水素の解放は吸熱反応である、つまり熱を吸収する。

実用的な体系的方法において、ともにタンク内で粉末の形である水素化物と金属とは、１０％と３０％との間の密度差を有する。

タンク内のこの密度変化は二つの結果をもたらす。
−一方では、吸着脱着サイクル中の粉末粒子の内側での応力の出現。これは細かい粒子への分割を引き起こす。この現象はデクレピテーションと呼ばれる。
−他方で、水素の吸着中の粉末粒子の膨張と、脱着中の粒子の脱膨潤。その際に、この膨潤を考慮して粉末の上方の自由空間が設けられる。

デクレピテーションの現象と膨潤の現象とは、吸着脱着サイクルの回数が増加するにつれて、粉末床の段階的な高密度化の原因となる。事実、デクレピテーションはさらに細かい粉末を出現させ、これは粒子ネットワークを通ってタンクの底部まで重力で移動する。加えて、水素流の速度が充分に高い時には、タンク内で粒子が動かされて再配置される。さらに、粉末床は後退する傾向がある、つまり脱着中に容積が減少して、タンクの壁と水素吸蔵材料の床との間に空スペースを残すのである。粉末の移動はこのスペースを介して重力により行われて、これを充填する。続く吸着の間には、形成される水素化物粉末は流体のように作用しなくなる。特に、タンク内の粉末床の高さは、先行する吸着の間に達成されるものでない。事実、互いに対する、またタンクの壁に対する粒子の摩擦は、粉末床が自由に膨張するのを妨げる。その際に粉末粒子の膨潤は、多孔率のサイズの縮小によって補われる。

水素吸蔵材料／水素化物の床（ｂｅｄ）はこうして、水素化物化サイクル中に段階的に高密度になる。

「水素化物化サイクル」は、水素の脱着段階の後に続く吸着段階を指している。

ゆえに、タンクの構造を劣化させうる応力を印加しうる奥まった封入スペースでの水素吸蔵材料の蓄積を回避することが重要である。

吸蔵材料の蓄積および膨潤に関連する問題を軽減するため、用意される吸蔵材料の量を区画化することが提案されている。この目的のため、吸蔵材料が異なる段に分散されるタンクが提案されている。タンクは、水素の分散および収集のための多孔管により縦方向に区切られたフェルールと、多孔管の周囲に取り付けられて段を画定するキューペルとを含む。カップが非透過性ハウジングを画定しない場合、粉末の形の材料は、デクレピテーションの間に、フェルールとカップとの間、および／または、キューペルと多孔管との間を通過できる。材料は、下方段とタンクの底部とに蓄積する。

例えば、特許文献１は、底部と側壁とを各々が含む複数の重畳区画を含む水素タンクの例を記載している。区画はタンクの軸線に沿って積み重ねられ、多孔材料で製作された管はタンクの軸線に沿って延在して区画を横切り、供給段階では区画に収容された水素化物の中に水素を分散するとともに、放出段階ではこの水素化物により放出される水素を収集する。区画は熱伝導材料で製作され、タンクの収容部と接触している。こうして、水素の供給および放出を制御するため収容部の壁を通して熱交換が行われる。

このタンクの構造は、区画への水素化物の密封封入を保証することが可能ではない。事実、水素を分散および収集するための管の通過を可能にする開口部が区画の底部に存在することと、管とこれらの開口部との間に必要なあそびが存在していることにより、タンクの底部に蓄積する粉末の漏出を引き起こす。また、熱交換に必要な接触である、収容部の内面と区画の側壁の外面との間の接触を保証するため、このようなタンクでは収容部と区画との形成に高い精度が課せられる。

特許文献２は、可撓性の金網で製作されたスリーブが配置されているチャンバを含む、水素化物の形での水素のタンクを記載しており、水素化物の膨張に応じて径方向に変形するスリーブに水素化物が保管される。このスリーブは、水素化物を粉末の形で通過させられるメッシュを有する。蓄積のリスクが存在する。

米国特許出願第２００４／０１７８０８３号明細書 米国特許第４４８９５６４号明細書

結果的に、水素吸蔵材料の効率的な封入を行う簡易形態の水素吸蔵装置を提供することが、本発明の目的である。

上述した目的は、チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）と、粉末に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である複数のハウジングを画定する内部構造とを含む吸蔵材料のタンクにより達成され、内部構造の側面の少なくとも一部とフェルールの内面との間にはあそびが設けられ、このあそびは、貯蔵材料に水素を供給して、解放された水素を吸蔵および／または収集するのに使用される。

本発明により、区画を横切って区画内に水素を運んでこれを収集する一つ以上の管の存在を回避することが可能であり、こうして粉末漏出エリアが不要となる。また、吸蔵材料を保管するための内部構造はフェルールと接触しておらず、タンクの形態が簡易化され、フェルールおよび内部構造の製造精度が実質的に軽減される。

言い換えると、本発明による水素タンクは、粉末の形の吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性であるような閉鎖カップを含み、こうしてタンクを機械的に脆弱化する可能性のあるエリアで粉体の漏出とその蓄積とを回避する。

例えば、水素に対して透過性である材料により密封される内部構造に、例えば格子や布材の一つ以上の開口部を形成することによって水素の透過性が得られ、メッシュのサイズが粉末の通過を防止する。ハウジングは代替的に、水素に対して多孔性の材料で全体が製作され、例えば焼結材料で製作されてもよい。

有利な形態では、ハウジングはプラスチック材料で製作される。

一実施形態では、粉末に対して非透過性である内部スペースを画定する底部と側壁とカバーとを含む個々のカップにより、ハウジングが形成される。カップは個々では粉末に非透過性であって、フェルール内に積み重ねられる。一実施形態において、ハウジングはカップにより形成され、上方カップの底部は下方カップのカバーを形成する。粉末に対して非透過性であるスペースを下方カップに画定するように、上方カップの底部は、例えばネジ接続や入れ子接続等により、下方カップの自由縁部と協働する。

本発明によるタンクは、低速での水素の吸蔵、例えば、高い吸蔵および脱吸蔵速度を必要としない周期的または長期間にわたる水素の吸蔵に特に適しており、ゆえに重要な熱交換器を必要としない。

そこで本発明の主題は、チャンバと、チャンバへ水素を供給してチャンバで水素を収集可能な手段と、水素吸蔵材料を保管するための内部構造とを含む、水素吸蔵材料への吸着により水素を吸蔵するためのタンクであり、内部構造は少なくとも二つのカップを含み、各カップは、粉末吸蔵材料に対して非透過性である空間を形成する底部と側壁と閉鎖要素とを含み、各カップの少なくとも一部が水素に対して透過性であり、内部構造は、少なくともカップの側壁の外面の一部とチャンバの内面との間に通路が設けられるようなものである。

チャンバ（２）へ水素を供給してチャンバで水素を収集可能な手段は、少なくともカップの側壁の外面の一部とチャンバの内面との間に設けられる通路に接続されている。

水素に対して透過性である少なくとも一部が少なくともカップの側壁に形成されると有利である。その際に側壁は、粉末吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である要素により密封される少なくとも一つの開口部を含む。粉末吸蔵材料に対して非透過性であって水素に対して透過性である要素は、例えば、格子または多孔材料または布材である。

代替的に、側壁の少なくとも一つは、吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である材料で全体が製作され、例えば少なくとも側壁が焼結材料で製作される。

好ましくは、カップは自立型である。

一実施形態において、各カップの閉鎖要素は、他のカップから分離しているカバーである。

別の実施形態において、内部構造は、幾つかの積重ねカップを含み、下方カップの閉鎖要素は上方カップの底部により形成される。例えば、カップは入れ子接続により協働する。好ましくは、カップの間の係止手段は、カップが耐久状態で互いに一体的であるように設けられる。

係止手段は例えばバヨネットタイプである。例えば、下方カップの側壁が少なくとも一つのスラグまたは少なくとも一つのノッチを含むとともに、上方カップの底部が少なくとも一つのノッチまたは少なくとも一つのスラグをそれぞれ含み、下方カップと上方カップとを係止するため軸方向近接移動および回転移動により、少なくとも一つのスラグが少なくとも一つのノッチと協働する。

別の例によれば、係止手段はネジ接続手段か、その代わりのクリップ接続手段である。

タンクは、カップの側壁と閉鎖要素との間に配置される密封手段を含み、これらの密封手段は粉末状吸蔵材料に対して非透過性である。

有利な例では、カップはプラスチック材料、例えば成形ポリプロピレンで製作される。この場合、水素吸蔵材料に対して非透過性であって水素に対して透過性である要素が、カップの成形中にカップの側面に固定されると有利である。

タンクは、チャンバの少なくとも一部を囲繞するジャケットと、ジャケット内で熱伝達流体を循環させる手段とを含みうる。

本発明の別の主題は、
ａ）チャンバの形成と、
ｂ）カップの形成と、
ｃ）吸蔵材料によるカップの充填と、
ｄ）カップの密封閉鎖と、
ｅ）チャンバでの設置と、
ｆ）チャンバの閉鎖と、
を含む、本発明による吸蔵材料保管タンクの製造方法である。

ステップｄ）は、カップの積重ねにより、又は他のカップから分離しているカバーによって実行され、下方カップは上方カップにより閉鎖される。

ステップｄ）は、カップを一緒に係止するステップを含む。

ステップｂ）は、プラスチック材料を成形することによる形成でありうる。成形中に、好ましくは水素に対して透過性である要素がカップの残部と一体的に設けられる。

代替的にステップｂ）では、粉末状吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性であるように焼結によりカップが形成される。

以下に続く説明と添付図面とから、本発明がより良く理解されるだろう。

概略的に図示された本発明によるタンクの例の縦断面図である。 概略的に図示された本発明によるタンクの別の例の縦断面図である。 本発明により具現される、互いに協働する非透過性カップの積重ね体の第一実施形態の概略的縦断面図である。 図３の実施形態によるカップ間の協働例の詳細図である。 図３の実施形態によるカップ間の協働例の詳細図である。 カップの間の協働の別の形態例の詳細図である。 図５の詳細図である。 図５の詳細図である。 カップ間の協働の別の例の変形についての詳細図である。 カップ間の協働の別の例の変形についての詳細図である。 本発明により具現される、互いに協働する非透過性カップの積重ね体の第一実施形態の別の例の変形についての縦断面図である。 本発明により具現される、互いに協働する非透過性カップの積重ね体の第一実施形態の別の例の変形についての縦断面図である。 本発明により具現される、独立した非透過性カップの第二実施形態の縦断面図である。 水素に対して透過性である開口部を備えるカップの例の側面図である。 水素に対して透過性である開口部を備えるカップの別の例の側面図である。

以下の説明では、金属水素化物は「吸蔵材料」と表される。

「水素化物化サイクル」は、水素の脱着段階に続く吸着段階を表す。

以下に続く記載では、記載されるタンクは円筒形回転形状を有し、これは好適な実施形態に当たる。それにもかかわらず、横寸法よりも大きな縦寸法を有して、いかなる断面、例えば多角形や楕円形も有している中空要素により形成されるいかなるタンクも、本発明の範囲を逸脱していない。

図１には、吸蔵材料が保管されているチャンバ２を含む、本発明による水素タンクの形態例が見られる。チャンバは、下底部６により下端部が閉鎖されて上底部５により上端部が閉鎖される縦軸線Ｘのフェルール４で形成される。フェルール４は、図示された例では、円形断面のものである。

タンクは、縦軸線Ｘが重力ベクトルの方向と実質的に整合されるように概ね配向されることが想定されている。しかし、使用中には、特に車載使用の場合には、配向が変化しうる。

チャンバは、ある種の水素圧力、一般的には０．１バールと１０００バールとの間に耐えることが想定されている。タンクは、水素を供給して水素を収集するための手段７を含む。図示された例では、これはチャンバの上底部５に形成されるタッピングである。供給および収集手段は別々であるとよい。

タンクは、チャンバをほぼ囲繞するジャケット８も含み、ジャケットは、吸蔵材料へ熱を運んで吸蔵材料から熱を抽出するため熱伝達流体９を循環させることが想定される密封空間をチャンバの周りに画定する。図示された例では、ジャケット８は、好ましくはジャケットの下部に位置する、熱伝達流体による供給のための接続部８．１と、自然対流の現象を熱交換に使用するように好ましくはジャケット８の上部８．２に位置する熱伝達流体を排出するための接続部とを含む。こうして流体は、底部からチャンバの周りを上向きに循環して、強制対流と自然対流とによりチャンバと熱を交換する。例えば、熱伝達流体は空気、水、オイル、またはガスである。

タンクはまた、チャンバ２に配置される、吸蔵材料Ｍを保管するための内部構造Ｓを含む。内部構造Ｓの外面とチャンバ２の内面との間に通路Ｐが存在するように、内部構造Ｓはあそびを伴ってチャンバに収容され、この通路は、後述するように、水素の供給と収集のために機能する。

例えば、吸蔵材料は、アラネート系、ＡＢ_５，ＡＢ_２，ＡＢ，ＢＣＣまたは単純元素（ＬａＮｉ_５，ＴｉＦｅ，ＴｉＶＣｒ，Ｍｇ等）から選択される水素化物である。

微粒子の寸法は、使用される吸蔵材料に左右される。微粒子は、好ましくは０．１μｍと１ｍｍの間、または１０ミリメートル程度、好ましくは１μｍと１００μｍとの間で変化する寸法を有する。粉末の混合物が異なるサイズの微粒子を含むことに注意が払われるべきである。粉末混合物の重量パーセントの非常に多くの部分が所与の最小サイズの微粒子から成り、小さいサイズの微粒子が残りの重量パーセントを占める。

内部構造Ｓは、互いに積み重ねられている複数のカップ１０を含む。吸蔵材料は、カップの各々に密封状態で封入される。カップは剛性であり、積重ね体の形成を可能にするように、吸蔵材料を収容している一つ以上のカップを支持可能な自立型要素を各々が形成する。ジャケット、少なくとも熱伝達流体は、吸蔵材料を収容しているチャンバのエリアの大部分、例えば吸蔵材料を収容しているチャンバのエリアの９０％を囲繞している。

本出願では、吸蔵材料に対して非透過性である要素は、吸蔵材料の１０重量パーセント未満を通過させられる要素を意味し、これらの１０％は吸蔵材料を構成する最小サイズの微粒子から成る。この密封の異なる実施形態が以下の説明で記載される。

図２は、単一ジャケット８´に配置された二つのチャンバ２を含むタンクの別の形態例を示す。タンクは同じジャケットに二つを越えるチャンバを含むか、幾つかのジャケットの各々が一つ以上のチャンバを収容することが理解されるだろう。

代替的に、タンクは、周囲空気との直接的な自然対流により熱量を交換する一つ以上の独特なチャンバを含みうる。

ジャケットの具備の有無は、水素を吸着または脱着するのに望ましい速度に左右される。

図３は、積み重ねられた状態での複数のカップを含む、概略的に図示された本発明の第一実施形態に係る内部構造を示す。この実施形態では、カップ１１０．１，１１０．２が積み重ねられ、上方カップ１１０．２は下方カップ１１０．１を密封状態で密封する。各カップ１１０．１，１１０．２はそれぞれ、底部１１２．１，１１２．２と側壁１１４．１，１１４．２とを含む。上方カップ１１２．２の底部は、粉末に対して非透過性である下方カップ１１０．１の閉鎖を保証するように構成される。上方カップ１１０．２の底部と下方カップの自由端部１１６．１とが協働して、この密封を達成する。

図４Ａは、上方カップと協働する下方カップの第一実施形態の実例を示す。この例では、クリップ接続手段によりカップが一緒に係止されている。良好な密封を保証するため、上方カップ１１０．２の底部１１２．２と下方カップ１１０．１の自由端部１１６．１との間に、密封手段１２２、例えばＯリングが配置されると、非常に有利である。ジョイントは独立しており、二つのカップの組立中に設置されるか、カップの一方または他方と一体的である。上方カップによる下方カップの閉鎖は、密封ジョイントを使用しなくても充分でありうる。

図示された例のクリップ接続手段は、以下の通りである。下方カップ１１０．１の自由端部１１６．１は、内面に向かって径方向に突出する一つ以上の要素１１７．１を含む。上方カップ１１２．２の底部は、下方カップ１１０．１の空間の内側に位置することが想定される面に、外部に向かう径方向突起１２０．２を備える一つ以上の要素１１８．２を有する。径方向突起１２０．２と突出要素１１７．１とは、クリップ接続により協働する。要素１１８．２はリングであり、要素１１７．１は環状突起でもよい。しかし、リング１１８．２と協働する個別要素１１７．１を形成するか、逆に、環形状の内向き径方向突起１１７．１と個別要素１１８．２とを形成するか、代わりに個別要素１１８．２とクリップ接続することにより協働する個別要素１１７．１で形成されることも考えられる。要素１１７．１，１１８．２が下方カップ１１０．１と上方カップ１１０．２との間で逆転されてもよいことは理解されるだろう。

図４Ｂは、ネジ接続により協働する下方カップおよび上方カップの別の形態例を示す。

下方カップ１１０．１の側壁の外面にはネジ山１２４が形成され、上方カップ１１０．２は、側壁１１４．２を支承しているのと反対の底部１１２．２の面から縦方向に延出する環状要素１２６を含む。環状要素１２６は、下方カップのネジ山１２４と協働するタッピングをその内面に備えている。上方カップの底部と下方カップの自由端部との間にはジョイント１２２、例えばフラットジョイントが配置されると有利である。

図５〜６Ｂは、下方カップと上方カップとの間の協働による下方カップの密封閉鎖についての特に有利な別の例を示す。この例では、バヨネットタイプの手段が具現されている。

上方カップ１１０．２は、径方向に延出するスラグ１３０、有利な形では幾つかのスラグ１３０を含み、各スラグ１３０は、下方カップ１１０．１に形成されているスライドまたはノッチ１３２と協働する。例えば、ノッチ１３２は、縦軸線と平行に延在して側壁１１４．１の自由端部で開口する第１部分１３２．１と、縦軸線に対して垂直な平面に延在する第２部分１３２．２とを含む。二つのカップの軸方向近接により、スラグ１３０は最初にノッチ１３２の第１部分１３２．１へ貫入する。二つのカップの縦軸を中心とする相対移動は、二つのカップの係止を保証する。図６Ａにはスラグの詳細が示され、図６Ｂにはノッチ１３２が示されている。

ノッチの第２部分１３２．２が、カップの相対回転中にスラグにより超えられる硬質ポイントを形成してカップの間の係止を改良する中間突起１３２．３を含むと有利である。

下方カップ１１０．１と上方カップ１１０．２との間、例えば上方カップ１１０．２の底部と下方カップ１１０．１の自由端部との間に密封手段１２２が設けられると有利である。図１１は、側壁の自由端部の高さにノッチ１３２を、底部の高さにスラグ１３０を備えるカップを示す。ジョイント１２２は底部に取り付けられる。

図７Ａおよび７Ｂは、バヨネット係止手段の変形例を示す。

図７Ａにおいて、上方カップ１１０．２は、側壁１１４．２を支承している面と反対の底部の面から縦方向に延出する環状要素１１３を含む。スラグ１３０は、環状要素１１３の内面により支承されている。ノッチ１３２は下方カップの外面に形成されている。この例では、上方カップ１１０．２の環状要素１１３へ貫入するのは、下方カップである。図７Ｂでは、下方カップへ貫入するのは上方カップである。この場合、上方カップ１１０．２の側壁から直に突出するスラグ１３０が形成され、下方カップ１１０．１の側壁の内面の中または上にはノッチ１３２が形成されている。

図７Ｂの変形例では、水素化物と壁との間の距離が最小となるため、図７Ａの変形例よりも熱について効率的であるという利点を有する。

図７Ｂの実施形態では、スラグを含む下方カップの部分は、カップの残部と比較して短い直径を有する。代替的に、上方カップが一定の直径を有することと、底部の側に位置する部分と比較して大きな直径を持つとともにノッチを支承する部分を下方カップが有することとが考えられる。

二つのカップの間の密封閉鎖および係止を保証にする他の手段が本発明の範囲に包含されることが理解されるだろう。これらの閉鎖手段は、吸蔵材料を交換したい場合にカップを開けることができるという利点を有する。カップの間の確実な閉鎖および係止は、本発明の範囲を逸脱していない。

図８Ａおよび８Ｂに図示された実施形態の別の例では、上方カップを下方カップに単純に入れ子接続することにより、下方カップが密封状態で閉鎖される。

カップを互いに整合させる手段が設けられると有利であり、例えば、これはフェルールシステムやカップの下に位置するセンタリングスラグにより形成され、カップの軸線の実質的な整合を可能にする。

この例では、カップの底部および側壁が成形により製造される。カップ２１０．１の側壁２１４．１は小径の下方部分２１１．１と大径の上方部分２１３．１とを有する。下方部分２１１．１は、側壁の上方部分２１３．１の内径と等しいか、これよりも若干大きい外径を有する。上方カップ２１０．２は、締結により、または若干の力により下方カップ２１０．１に取り付けられうる。カップの底部は、図示されているように、入れ子接続を容易にする円錐部を有する。積重ね体の上部でカップを閉鎖するカバーは、カップの上方部分の内径と等しいか、これより若干大きい直径を有する。

こうして達成される入れ子接続は、密封閉鎖を確実にするが、概してカップ相互の係止は保証しない。ジョイント１２２が設けられ、図示された例では、下方部分２１１．１と上方部分２１３．１との接合部でカップの下方部分２１１．１に配置されている。図８Ｂでは、下方部分２１１．１，２１１．２に直に形成されている環状谷間にジョイント２２２が受容されている。好ましくは、チャンバに配置された入れ子接続カップの積重ね体は、図１および２に図示されているように、積重ね体の軸線に沿って圧縮状態で作用して好ましくはカップ積重ね体の上方に置かれる一つ以上のバネＲにより、定位置に維持されている。この特定の場合に、バネは、片側ではチャンバの丸みを帯びた上底部に、他の側では上方カップのカバーに支持されている。バネは、連続するカップの間と、上方カップとカバーとの間の接触を維持して、粉末に対するカップの非透過性を保証する。

図９は、本発明によるタンクのカップの形態例を示す。カップ１０は、底部１０．１と側壁１０．２とカバー１０．３とを含む。底部１０．１と側壁１０．２とは、粉末の形の吸蔵材料に対して非透過性の状態でカバー１０．３を密封する、上方開口部に設けられている受容部を形成する。側壁１０．２へのカバー１０．３の組み付けのためのセンタリング手段１０．４が設けられると有利である。密封手段は、カバーと側壁との間に具備されると有利である。

この例で、カップ１０は、他のカップと無関係に粉末に対する非透過性を実現する。充填されて閉鎖されると、カップ１０が操作可能になる。

図３から７Ｂで示されたカップの協働の場合に上述した密封閉鎖手段の例は、個々のカップの密封閉鎖に適用可能であり、これらの手段は、カバーとカップの側壁との間に形成されている。

密封を強化するのに具備されると有利であるジョイントは、エラストマ、ポリマー、炭素、または金属で製作される。下方カップと上方カップとの間、またはカップの側壁とカバーとの間の協働が充分な密封を提供する場合には、ジョイントの使用が回避されうる。具備されるジョイントは、水素に対して非透過性であってもなくてもよい。

本発明によるカップはまた、水素に対して部分的または完全に透過性である。上で説明したように、水素の供給と水素の収集とは、カップの側壁とチャンバとの間に画定される流路Ｐにより、また側壁の少なくとも一部を通して達成される。図１０および１１に図示されている実施形態の例において、カップ１１０．２は、カップの側壁１１４．２に形成されるとともに要素３４により密封されて粉末状吸蔵材料に対する非透過性を保証する少なくとも一つの開口部３２を含む。上で詳述したように、粉末に対して非透過性である要素３４は、カップに配置された吸蔵材料の９０重量％より多くに対してバリヤを形成するようなものである。

粉末に対して非透過性である要素３４は例えば、メッシュサイズが１００μｍ未満である格子により形成される。代替的に、例えば焼結ポリマーや焼結金属で製作される焼結材料などの多孔材料により、または１００μｍ未満のメッシュサイズを有する布材により形成されうる。粉体に対して非透過性である要素３４は、開口部３２の全体を被覆する。

密封要素の選択は、カップに保管される材料の９０重量％より多くの通過を防止できるように、サイズに応じて吸蔵材料を構成する微粒子の分布に応じて行われる。ゆえに、メッシュのサイズは、密封要素のメッシュを通過できる粒子の重量が、カップに保管される材料の総重量の１０％未満に当たるように構成される。この分布は、吸蔵材料に応じたものとして当業者には周知の一つのデータである。独特な例として、重量分布により２００μｍを中心とする粉末（つまり粉末の質量の５０％が２００μｍ未満のサイズの微粒子から成る）の場合には、メッシュサイズが７６μｍであるフィルタを選択することにより、粉末の微粒子の１０重量％未満の効果的な通過が可能となる。

好ましくは、粉末に対して非透過性である要素３４は、その形成後にカップへ移送されると、側壁の内面に固着される。

好ましくは、カップは、その周囲に分散されて水素の通過のための表面を増大させるとともにカップの全周にわたって水素の均一な供給および収集を保証する幾つかの開口部３２を含む。開口部の形状はいかなる形状でもよい。

また好ましくは、側壁の上部に開口部３２が形成され、こうして粉末に対して非透過性である要素３４が、カップの底部に自然に蓄積する超微粒子から保護され、こうして密封要素の閉塞が回避される。

水素の通過のためのカップの側面の開口部の形態例において、通路の区分は、突然の圧力変動および高い流量の場合には、カップの内側と外側との間の重大な圧力差の出現を回避するのに充分ではない。その際には、例えば、圧力室の入口に置かれた校正オリフィスによって、室内の水素の流量を任意で制限するように用意される。

代替的に、この圧力差の出現のリスクを相殺するため、例えば開口部３２の数を増すことにより通路の区分が増大されうる。

特に有利な変形において、カップは、８０℃程度の動作温度に耐えうるプラスチック材料で製作され、例えばポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等で製作される。プラスチック材料は成形されると有利である。その際には、モールドでのプラスチック材料の射出に先立って、密封要素を重ね成形するように、開口部のために設けられた定位置で、粉末に対して非透過性の要素をモールドに配置することが好ましい。ゆえに、密封要素はカップにそのまま一体化される。タンクの動作温度で、吸蔵材料を汚染する可能性のある化合物を放出することがないように、プラスチック材料が選択される。

例えば多孔性焼結材料、プラスチック、または金属など、水素に対して透過性の材料から直接、カップが製作されうる。多孔材料で製作されたカップの形態は、充分に広い水素通過区分を提供して、カップの内側と外側との間の水素圧力の効率的な均衡を保証するという利点を有する。

水素に対して透過性の材料で製作されて、要素３４により閉鎖される一つ以上の開口部３２を含むカップは、本発明の範囲を逸脱していない。

プラスチック材料は、熱伝導体としては金属よりも良好ではない。低速の供給放出用途でのプラスチックカップの具備は、急速な熱交換を行うことが要求されないので、タンクの動作を妨害しない。

内部構造Ｓ、より詳しくは、カップは、あそびを伴ってチャンバに取り付けられ、ゆえに水素の循環のための通路Ｐは、カップの周囲の少なくとも一部とチャンバの内面との間に配置される。このあそびは、チャンバ４の包囲体の内径の０．１％から２０％、好ましくはチャンバ４の包囲体の内径の１％に当たる。速度が充分である場合には、チャンバとの熱伝達を向上させることを可能にする乱流が出現すると有利である。

上底部に設けられるタッピングは、カップに形成されている開口部を通して吸蔵材料まで循環する水素をこの通路に供給することと、吸蔵材料により解放されて開口部を介して通路へ流出する水素を抽出することを可能にする。タンクの動作は以下の通りである。

供給段階の間に、水素はタッピングを介してチャンバへ注入され、水素はチャンバの内面とカップとの間の通路Ｐで循環して、この目的のために設けられたろ過要素３４を装備している開口部３２を通して、および／または、カップの透過性材料を通して、カップへ流入する。上述した反応により吸蔵材料には水素が供給され、吸蔵材料は熱を発し、ガスと、またはジャケット内で循環する液体をチャンバの外面と交換することでこの熱が排出される。流体が空気である場合と、交換が自然対流により行われる場合には、ジャケットは必要ない。この供給中に、吸蔵材料は膨潤してデクレピテーション、つまり粉末を構成する粒子の分割を受ける。この現象は、最初の供給に関わっている時には、より重要である。こうして、連続的な供給放出サイクルの間に吸蔵材料はさらに細かい粉末へと段階的に変形される。粉末は主として各非透過性カップに封入されたままであり、タンクの動作を妨げる水素化物粉末の蓄積は、タンクの外側では出現しない。

放出段階では、吸蔵材料が加熱されて水素の吸着とその解放とを引き起こす。それから、吸着された水素は、ろ過要素３４を備えている開口部３２を介して、または透過性カップを通して、カップから流出する。それから通路Ｐで収集されて、タッピング７を介して排出される。例えば、チャンバを囲繞するジャケットで高温の熱伝達流体を循環させることにより、吸蔵材料への熱の入力が行われる。熱交換は、チャンバを通して、チャンバとカップとの間のあそびを通して、そしてカップの壁を通して行われる。

タンクの製造についてこれから説明する。

フェルールに下底部を溶接することにより、前もってチャンバが形成される。独立したカップで形成される内部構造の場合（図９）には、底部と側壁とにより受容部が形成され、少なくとも側壁は、水素に対して透過性である少なくとも一つのエリアを含む。

本発明によれば、チャンバとカップとの製造は、あそびを含んで取り付けが行われるため、高い精度を必要としない。

上述したように、幾つかのカップに吸蔵材料が充填されてカバーにより閉鎖される。カップに配置される材料の量は、吸蔵材料の特性に応じたものである。吸蔵材料は、例えば約０．５ｍｍの直径を有する粉末、塊体、または粉粒体、あるいは添加剤を含むか含まない圧縮粉末で形成されるペレットの形でありうる。

そして、チャンバが充填されるまで、カップが一つずつ配置される。フェルールの内径により、あそびを含めてフェルールにカップを取り付けることが可能となる。カップを一緒に維持する必要はなく、チャンバでのその相対配置は自由である。いかなる配置であれ、カップとチャンバとの間には通路が存在する。バネは、積重ね体の上部に圧縮状態で設置されて積重ね体の維持を保証する。

上方カップが装填された後、例えば溶接により、チャンバの上底部が密封状態でフェルールに固着される。

互いに協働するカップの場合には、カップによる柱体で形成される内部構造がチャンバの外側に形成される。これを行うため、図７Ａおよび７Ｂに関連して説明されたようなカップには規定量の材料が充填され、カップの自由端部にはジョイントが設置され、それから上方カップを設置することによりカップが閉鎖される。そして上方カップが充填されて別のカップにより閉鎖される。これらの充填および閉鎖のステップは、必要な高さに達するまで反復される。最終的なカップはカバーにより閉鎖され、カバーは例えば、独特なカップの切り抜き底部により形成されることで、特殊部分の形成を回避する。こうして製造される柱体は、操作が可能なモノリシックアセンブリを形成し、粉末はカップに密封状態で封入される。カップの柱体が形成されると、圧力室にアセンブリが置かれる。それ自体も水平である圧力室へ柱体が摺動されるため、柱体は水平に置かれる。そして丸みを帯びた上底部が、例えば溶接によってフェルールに密封状態で固着される。

本発明はまた、吸蔵材料がカップに封入されて溶接エリアに付着しないので、吸蔵材料によるフェルールの溶接エリアの汚染を回避するという利点を有する。

入れ子接続による協働の場合、その方法は、連続するカップを一緒に係止するステップを別にして、上述したものと類似している。

そして、上方カップを設置した後、カバーが上方カップに入れ子接続され、そして積重ね体の上にバネが置かれる。丸みを帯びた上底部は、例えば溶接によりフェルールに密封状態で閉鎖される一方で、バネの圧縮により圧縮力を維持して圧力室を閉鎖する。

すべての実施形態において、水素化物、例えばデクレピテーションを受けていないＴｉＦｅＭｎが、吸蔵性能の観点から見て空気により影響を受けない性質または形である場合には特に、圧力室でのカップの取り付け動作は空気中で実行される。

水素の周期的な吸蔵や長期間の吸蔵は、非常に高い熱交換能力を有していないこのタイプのタンクに適している。

２ チャンバ
４ フェルール
５ 上底部
６ 下底部
７ 水素供給収集手段
８ ジャケット
８´ 単一ジャケット
８．１，８．２ 循環手段
９ 熱伝達流体
１０ カップ
１０．１ 底部
１０．２ 側壁
１０．３ カバー
１０．４ センタリング手段
３２ 開口部
３４ 要素
１１０．１ 下方カップ
１１０．２ 上方カップ
１１２．１，１１２．２ 底部
１１３ 環状要素
１１４．１，１１４．２ 側壁
１１６．１ 自由端部
１１７．１ 内向き径方向突起
１２２ 密封手段／ジョイント
１２４ ネジ山
１２６ 環状要素
１３０ スラグ
１３２ スライド／ノッチ
１３２．１ 第１部分
１３２．２ 第２部分
１３２．３ 中間突起
２１０．１ 下方カップ
２１０．２ 上方カップ
２１１．１，２１１．２ 下方部分
２１３．１，２１３．２ 上方部分
２２２ ジョイント
Ｍ 吸蔵材料
Ｐ 通路
Ｒ バネ
Ｓ 内部構造
Ｘ 縦軸線

Claims (27)

1. 水素吸蔵材料（Ｍ）での吸着により水素を保管するためのタンクであって、
   チャンバ（２）と、
   前記チャンバ（２）へ水素を供給して前記チャンバ（２）で水素を収集可能な手段（７）と、
   水素吸蔵材料を保管するための内部構造（Ｓ）であって、少なくとも二つのカップ（１０，１１０．１，１１０．２，２０１．１，２１０．２）を含む内部構造であり、各カップが、粉末状の前記吸蔵材料に対して非透過性である空間を形成する、底部（１０．１，１１２．１，１１２．２）と側壁（１０．２，１１４．１，１１４．２）と閉鎖手段（１０．３）とを含み、各カップ（１０，１１０．１，１１０．２，２０１．１，２１０．２）の少なくとも一部が水素に対して透過性であり、前記内部構造が、前記カップの前記側壁（１０．２，１１４．１，１１４．２）の外面の一部と前記チャンバ（２）の内面との間に通路（Ｐ）が少なくとも設けられるように構成され、前記チャンバ（２）へ水素を供給し、前記チャンバ（２）で水素を収集可能な前記手段（７）が、前記通路に接続されている、内部構造と、
   を含むタンク。
2. 前記各カップの、水素に対して透過性である前記少なくとも一部が、前記カップの前記側壁（１０．２，１１４．１，１１４．２）に少なくとも形成される、請求項１に記載のタンク。
3. 前記側壁が、前記粉末状吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である要素（３４）により密封される少なくとも一つの開口部（３２）を含む、請求項２に記載のタンク。
4. 前記粉末状吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である前記要素（３４）が、格子、多孔材料、および布材のいずれかである、請求項３に記載のタンク。
5. 前記側壁（１０．２，１１４．１，１１４．２）の少なくとも一つは、その全体が、前記吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である材料で作製される、請求項１から３のいずれか一項に記載のタンク。
6. 少なくとも前記側壁（１０．２，１１４．１，１１４．２）が焼結材料で作製される、請求項５に記載のタンク。
7. 前記カップ（１０，１１０．１，１１０．２，２０１．１，２１０．２）が自立型である、請求項１から６のいずれか一項に記載のタンク。
8. 各カップの前記閉鎖要素（１０．１）が、他のカップから分離しているカバーである、請求項１から７のいずれか一項に記載のタンク。
9. 前記内部構造（Ｓ）が幾つかの積重ねカップ（１１０．１，１１０．２，２０１．１，２１０．２）を含み、下方カップの前記閉鎖要素が上方カップの前記底部により形成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のタンク。
10. 前記カップ（１１０．１，１１０．２，２０１．１，２１０．２）が入れ子接続により協働する、請求項９に記載のタンク。
11. 前記カップ（１１０．１，１１０．２）を耐久状態で（１１０．１，１１０．２）互いに一体化するように前記カップの間に設けられる係止手段を含む、請求項９または１０に記載のタンク。
12. 前記係止手段がバヨネットタイプのものである、請求項１１に記載のタンク。
13. 前記下方カップ（１１０．１）の前記側壁が少なくとも一つのスラグ（１３０）または少なくとも一つのノッチ（１３２）を含むとともに、前記上方カップ（１１０．２）の前記底部が少なくとも一つのノッチ（１３２）または少なくとも一つのスラグ（１３０）をそれぞれ含み、下方カップ（１１０．１）と上方カップ（１１０．２）とを係止するため、軸方向近接移動および回転移動により前記少なくとも一つのスラグ（１３０）が前記少なくとも一つのノッチ（１３２）と協働する、請求項１２に記載のタンク。
14. 係止手段がネジ接続手段である、請求項１１に記載のタンク。
15. 前記係止手段がクリップ接続手段である、請求項１１に記載のタンク。
16. 前記粉末状吸蔵材料に対する密封手段（１２２，２２２）を含み、前記密封手段（１２２，２２２）が前記カップの側壁と前記閉鎖要素との間に配置される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のタンク。
17. 前記カップがプラスチック材料で作製される、請求項１から１６のいずれか一項に記載のタンク。
18. 前記カップが成形ポリプロピレンで作製される、請求項１７に記載のタンク。
19. 前記水素吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性である前記要素が、前記カップの成形中に前記カップの前記側面と一体的に作製される、請求項３との組み合わせによる請求項１７または１８に記載のタンク。
20. 前記チャンバ（２）の少なくとも一部を囲繞するジャケット（８）と、前記ジャケット（８）内で熱伝達流体を循環させる手段（８．１，８．２）とを含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載のタンク。
21. ａ）前記チャンバを形成することと、
    ｂ）前記カップを形成することと、
    ｃ）前記吸蔵材料により前記カップを充填することと、
    ｄ）前記カップを密封閉鎖することと、
    ｅ）前記チャンバ内で設置することと、
    ｆ）前記チャンバを閉鎖することと、
    を含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の吸蔵材料保管タンクの製造方法。
22. 他のカップから分離しているカバーによって前記ステップｄ）が実行される、請求項２１に記載の製造方法。
23. 前記ステップｄ）が前記カップの積重ねにより実行され、前記下方カップが前記上方カップにより閉鎖される、請求項２１に記載の製造方法。
24. 前記ステップｄ）が前記カップを一緒に係止するステップを含む、請求項２３に記載の製造方法。
25. 前記ステップｂ）がプラスチック材料の成形により行われる、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の製造方法。
26. 成形中に、水素に対して透過性である前記要素が前記カップの残部に固定される、請求項２５に記載の製造方法。
27. 前記ステップｂ）では、前記粉末状吸蔵材料に対して非透過性であるとともに水素に対して透過性であるように前記カップが焼結により形成される、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の製造方法。