JP2018536812A - 水素化物を含有する断熱材料から形成された円筒状ケーシングから製造された水素貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

本願は、水素を可逆的に貯蔵するためのタンク（１）に関し、- それぞれが水素化物を含有する円筒形状をしたいくつかのケーシング（３）であって、それぞれが水素化物によって吸収または脱着される水素Ｈ２を充填または排出するのに適したいくつかのケーシング（３）と、- 断熱材で作られた固体コンポーネントであって、熱容量が小さく、前記ケーシング（３）の直径よりも大きな直径を有するいくつかの円筒形状のハウジング（２０）が内部に設けられた固体コンポーネントと、を含んでなり、当該タンク内（１）では、それぞれの前記ケーシング（３）が前記ハウジング（２０）内に個別に収容され、その間の環状空間（Ｖ）を自由にして、すべての前記環状空間への共通の入口から共通の出口に、それぞれ画定された前記環状空間内の回路に沿って、前記環状空間（Ｖ）を伝熱流体が移動できる。

Description

本発明は、水素化物を含有する複数の円筒状ケーシングを含む、水素を可逆的に貯蔵するためのタンクに関する。

本発明は、タンク内の伝熱流体のサーモスタット制御された槽（bath）を、簡単に、効率的に、安価に、かつ加熱または冷却すべき流体の体積を最小にするように製造することを目的とする。

本発明には多くの可能な用途があり、それらは水素貯蔵の全適用分野に関連し得る。

それらは、ボート、潜水艦、自動車、バス、トラック、建設現場機器、二輪車などの輸送手段用の専用の水素貯蔵タンクであってもよいし、さらに、携帯用電子機器（携帯電話、ポータブルコンピュータなど）のような、移動可能な電力供給システムの分野用の水素貯蔵タンクであってもよい。

断続的なエネルギー源（風力発電、太陽光発電パネル、地熱エネルギーなど）によって生成されるＨ２の貯蔵など、発電量の多い水素貯蔵用のタンクでもよい。

一般に、本発明によるタンクは、水素を輸送するだけの目的だけでなく、燃料電池または熱機関のための水素貯蔵若しくは水素の固定貯蔵のためにも使用することができる。

石油の代替エネルギー源は、特に石油備蓄の減少のために求められている。これらのエネルギー源の有望なキャリアの１つは水素であり、水素を燃料電池に用いて電気を生成することができる。

水素は、宇宙および地球上で非常に広範囲に存在する元素であり、石炭、天然ガスまたは他の炭化水素から生成され得るが、例えば、太陽光または風力によって生成される電気を利用した水の単純な電気分解によっても生成され得る。

水素で作動する燃料電池は、自動車などの特定の用途ですでに使用されているが、特に水素貯蔵には注意を払う必要があり、また水素貯蔵が困難であるために広く使用されていない。

貯蔵容積を減少させるために、水素は、３５０〜７００バールで圧縮された気体水素の形態で貯蔵され得るが、このエネルギー圧縮強化は、圧力容器内に水素化物を組み込むことによってさらに改善され得る。

さらに高密度では、水素も液体の形態で貯蔵することができるが、このタイプの貯蔵は貯蔵効率が低く、長期間の貯蔵はできない。通常の圧力および温度条件において液体状態から気体状態への水素量の遷移は、約８００倍の体積増加をもたらす。液体状態の水素タンクは、一般に非常に高い衝撃強さを持たないので、安全上重要な問題がある。

水素は、水素化物を用いて固体形態で貯蔵することもできる。この貯蔵形態は、水素鎖の全体的な効率、すなわちその生成から別の形態のエネルギーへの変換に至る貯蔵のエネルギー効果を最小限に抑えながら、高い体積密度の貯蔵を実現する。

水素化物のような固体形態での水素の貯蔵の原理は次の通りである：すなわち、特定の物質、特に特定の金属は水素を吸収して水素化物を形成する能力を有し、この反応は吸収と呼ばれる。形成された水素化物は、ガス状の水素と金属へ再び戻ることができる。この反応は脱着と呼ばれる。水素分圧および温度に依存して、吸収または脱着が起こる。

例えば、水素と接触させた金属粉末を使用すると、吸収現象が起こり、金属水素化物が生成される。水素は、脱着のメカニズムによって放出される。

テトラヒドロボレートＭ(BH４)、テトラヒドロアルミネートまたはアラナートＭ(AlH４)のような複合水素化物を水素の貯蔵および放出に使用することも可能である。

選択された水素化物の形態にかかわらず、水素の貯蔵は発熱反応、すなわち熱を放出する一方、水素の放出は吸熱反応、すなわち熱を吸収する。

その目的は、金属粉末に水素を急速に装填することである。この迅速な装填を得るためには、粉末または金属マトリックス上の水素の吸収を妨害しないように、装填中に生じる熱を除去することが必要である。水素放出の間、熱が供給される。結果として、冷却および加熱の効率が、装填および放出の速度を決定する。

言い換えれば、吸収反応中の熱を除去し、脱着中に熱を供給して、貯蔵タンクに出入りする水素の流速に関して水素化物の有効性を高める必要がある。従って、水素化物で形成された水素用タンクは、一般に、水素化物を含有する容器を含み、その中に熱交換器を組み込んでいる。

いくつかの公知の水素タンクは、外部容器内にそれぞれ水素化物を収容する複数のケーシングを収容するように設計されており、その内部に伝熱流体を循環させて、可能な限り正確にケーシングを最適なサーモスタット制御し、槽は、水素放出のためには比較的高温の温度にされ、水素充填のためには比較的低温にされる。

外部容器内に収容され互いに平行に配置された金属粉末を含む複数の円筒形ケーシングを備え、水素収集／放出器によってケーシングが保持されている水素を可逆的に貯蔵するためのタンクが開示されている特許文献１を挙げることができる。さらに流体分配のためのコンポーネントが容器の内部に配置され、ケーシング間に伝熱流体を均一に分配している。

特許文献２はまた、水素化物を含有し、外部容器内に収容され、容器を通過する櫛状の支持体によって適所に保持された正三角形のケーシングを備えたこの種のタンクを開示しており、隣接する２つのケーシングが頭部から尾部に向くように均一な配列で配置されている。

「Helmholtz-Zentrum Geesthacht」研究室は、水素の吸収および脱着の両方のためにサーモスタット制御オイル槽に浸漬されたナトリウムアラネートを含有する複数の円筒形ケーシングを含んでなる水素の可逆貯蔵用のプロトタイプを提案した（非特許文献１を参照）。

LABTECH INT, Ltd 社は、ランタン・ニッケルLaNi5を含有するシリンダーを有する、同様のプロトタイプ（試作）タンクを提案している（非特許文献２を参照）。

特開平５−３０２６９９号公報 特開昭６１−２４４９９７号公報

O., Bellosta Von Colbe, J.M., Lozano, G.A., (...), Dornheim, M., Klassen, T "Testing of hydrogen storage tank based on 8 kg NaAlH4" 2010 AIChE Annual Meeting, Conference Proceedings http://www.labtech-hydrogen.com/common_files/brochure.pdf;http://www.labtech-hydrogen.com/index.php?page=EVINGEN.

サーモスタットで制御された伝熱流体の槽が内部にある既知のタンクには、いくつかの重要な欠点がある。

第１に、水素化物を含むケーシングと伝熱流体との間の熱交換は、必ずしも最適化されていない。

次に、循環されるべき大量の伝熱流体に起因して、水素排出または充填の際に槽をサーモスタットで制御するために伝熱流体を冷却または加熱するのに必要な顕熱はかなりである。

最後に、これらのタンクを製造するために、特に槽を画定し、外部に対して断熱を提供するための外部容器を有することが必要であるため、多数のコンポーネントが必要とされ、ケーシングの間に循環される伝熱流体を分配するための容器内の流体分配のためのコンポーネントが適用されると、ケーシングの位置を保持する別の機械式サポートを有する。サーモスタットで制御された槽を有する既知のタンクの製造は、このように複雑であり得る。

従って、熱交換流体のサーモスタット制御された槽に浸漬されるべき水素化物を含む複数のケーシングを含むタイプの、水素の可逆的貯蔵のためのタンクの更なる改良が必要で、特に、伝熱流体と水素との間の熱交換を改善して、タンクおよびサーモスタット制御された槽の製造を容易にし、そのコストを下げるためである。

本発明の目的は、この必要性を少なくとも部分的に満たすことである

この目的のために、本発明は、水素を可逆的に貯蔵するためのタンクであって、
- それぞれが水素化物を含有する円筒形状をしたいくつかのケーシングであって、それぞれが水素化物によって吸収または脱着される水素Ｈ２を充填または排出するのに適した円筒形状をしたいくつかのケーシングと、
- 断熱材で作られた固体コンポーネントであって、熱容量が小さく、ケーシングの直径よりも大きな直径を有するいくつかの円筒形状のハウジングが内部に設けられた固体コンポーネントと、を含んでなり、
前記タンク内では、それぞれのケーシングがハウジング内に個別に収容され、その間の環状空間を自由にして、すべての環状空間への共通の入口から共通の出口に、それぞれ画定された環状空間内の回路にしたがって、環状空間を伝熱流体が移動する。

従って、本発明は、水素化物を含有する円筒形ケーシングが伝熱流体の槽中に浸漬されているタンクを創作することからなるが、固体コンポーネント内の各ケーシングとそのハウジングとの間の空間によって規定されるように大変小さな容積で、その直径が、僅かに或いは非常に僅かに大きい。このため、各ケーシングの周りに、わずかの厚さかまたは非常に薄い水のフィルムを循環させることができる。

先行技術に基づくサーモスタット制御槽を有する水素の可逆的貯蔵のためのタンクと比較して、円筒形ケーシングのためのハウジングは断熱材料から作られた固体コンポーネント内に作られ、熱容量が小さいので、水素の排出または充填の過程でサーモスタット制御を冷却または加熱する水に必要な顕熱をかなり減少させ、使用される水の量が最小限に抑えられる。

言うまでもなく、固体コンポーネントの材料は、不浸透性でなければならず、また、水が吸収されないように、液体と接触する表面上で不透過性でなければならない。

したがって、従来技術に基づくサーモスタット制御槽を有するタンクと比較して、本発明は以下の改善を得ることを可能にする：
- 円筒形ケーシングの間の空間は、熱容量の小さい材料によって占有されているので、伝熱流体の熱慣性(thermal inertia)を低減することによってタンクのダイナミクスを改善する、
- 伝熱流体による熱の供給／除去は、水素の充填／排出の間に発熱／吸熱反応が生じる各ケーシングに最も近接して行われる。従って、本発明によるタンク内の熱交換の効率は、熱の供給／除去がケーシング間の空間を含む大きな容積で行われる従来技術に基づくサーモスタット制御槽を有するタンクと比較して改善される、
- 円筒形ケーシングを支持する構造を作るための断熱材料の使用は、シリンダーを所定の位置に保持する機能、伝熱流体の循環および断熱を単一の固体コンポーネント内で一緒に組み合わせることを可能にする。

本発明によるタンクを通過する伝熱流体は、有利には、オイル、溶融塩、またはグリコール溶液であり得る。

有利には、各円筒状ハウジングは、円筒状ケーシングの周りに同心に配置される。

有利な実施形態によれば、ケーシングおよびハウジングは直円筒形状である。

第１の変形実施形態によれば、固体コンポーネントは、好ましくは成形によって得られる一体化物である。

別の変形実施形態によれば、固体コンポーネントは、互いに重なり合って所定位置に保持されたブロックの組立体で、各ブロックは、円筒形チャネルの一部によって穿孔される。

別の変形実施形態によれば、一体に形成されるか、または互いに積み重ねられたブロックからなる固体コンポーネントは、各円筒形ハウジングの間の材料の量を低減するために、ハウジングとは別の凹部をさらに含むことができる。

好ましくは、固体コンポーネントの材料は、伝熱流体の体積熱容量の半分以下の体積熱容量を有する。

また、好ましくは、固体コンポーネントの材料は、例えば、発泡ポリプロピレン（EPP）、発泡ポリスチレン（EPS）、発泡ポリウレタン、アクリル発泡体、エチレンビニルアセテート（EVA）、ポリエチレン発泡体、ネオプレン発泡体から選択されるポリマーであってもよい。EPP製の固体コンポーネントを有する１つの利点は、本発明によるタンクが機械的に補強され、したがって例えば地震のような場合の衝撃に耐えることができることである。

円筒形ケーシングは、ブラインド（目隠し)されていてもよい。

環状空間の幅は、円筒形ケーシングの直径の１％〜５０％であってもよい。

有利な実施形態によれば、固体コンポーネントは、ケーシングの端部が収容されるハウジングのブラインド部分を含み、伝熱流体の収集器または分配器を形成する少なくとも１つの端部を含み、この端部は、外部からの伝熱流体の収集または供給のための少なくとも一つの主チャネルおよび２次チャネルを含み、２次チャネルは、環状空間（Ｖ）内に伝熱流体を分配するために主チャネルおよびハウジングのブラインド部分に接続されている。

したがって、伝熱流体の収集器および／または分配器は、固体コンポーネントに直接組み込まれてもよい。言うまでもなく、伝熱流体回路の洗浄を容易にするために、伝熱流体の分配または収集を他の手段で行うこともできることは言うまでもない。

固体コンポーネントの熱容量は、有利には、１０の要素に分割されたタンクを通過する伝熱流体の熱容量よりも小さい。好ましくは、固体コンポーネントの熱容量Ｃｐは、４００Ｊ／ｋｇ／Ｋ未満、より好ましくは４０Ｊ／ｋｇ／Ｋ未満である。

同様に、固体コンポーネントの熱伝導率は、有利には、１０の要素に分割されたタンクを通過する伝熱流体の熱伝導率よりも小さい。好ましくは、固体コンポーネントの熱伝導率は２Ｗ／ｍ／Ｋ未満である。

固体コンポーネントを形成する材料は、有利には、例えば、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレンなどのポリマーから選択され、発泡体の形態で形成される。

有利な実施形態によれば、タンクは、それぞれが環状空間内でほぼ等しい流量を有するように２次チャネル内に配置されるフロー分配器を形成するコンポーネントを含み得る。

有利な実施形態によれば、ケーシングのブラインド端部は、固体コンポーネントの端部のハウジングのブラインド部分に当接する。タンクの用途および計算された機械的強度に依存して、固体コンポーネントが円筒形ケーシングを支持するのに十分に強くなければ、タンクの外側に配置されたより強い材料からなる構造部品でそれらを支持することも予見される。

有利には、複数のハウジングは、それらの軸が平行で、固体コンポーネントの容積を均一に分布させている。

本発明によるタンクは、好ましくは伝熱流体によって加圧されるのに適した容器を含んでよく、容器内にはケーシングおよび固体コンポーネントが収容されている。

本発明はまた、上述したタンクの操作方法にも関し、
ステップａ／水素の吸収：
- 比較的冷たい温度で伝熱流体を環状空間に注入し循環させて、サーモスタット制御槽を比較的低温にするステップ、
- 伝熱流体の循環が維持され、水素化物を含有する円筒形ケーシングに水素を注入するステップ、
ステップｂ／水素の脱離：
- 比較的高い温度で伝熱流体を環状空間に注入し循環させて、サーモスタット制御槽を比較的高温にするステップ、
- 伝熱流体の循環が維持され、水素化物を含有する円筒形ケーシングから水素を収集するステップ、
を含んでなる。

ステップａ／では、水素の注入は、冷却の開始直後に、またはサーモスタット制御槽が準備できてから行われ得る。

ステップｂ／では、水素の収集は、アセンブリを加熱する前に、またはサーモスタット制御槽が準備できでから行われ得る。

伝熱流体は、好ましくは液体、好ましくは水、またはグリコールまたは他のものを含む水である。

本発明の他の利点および特徴は、以下の図を参照して、説明の目的のために与えられた非限定的な本発明の実施例の詳細な説明を読むことによって、明らかになるであろう。

本発明の可逆水素貯蔵用タンクの一例の概略を示す斜視図である。 本発明の可逆水素貯蔵用タンクの他の例の概略を示す斜視図である。 図２に示すタンクの縦断面図である。 図２に示すタンクの水素化物を含有するケーシングのシースを形成する固体コンポーネントの概略を示す斜視図である。 図３に示す固体コンポーネントを構成する各種ブロックを示す分解図である。 伝熱流体の分配器または収集器を構成する、図３に示す固体コンポーネントの端部ブロックを示す上方斜視図である。 図２に示すタンクの透視斜視図であって、各端部に収集ブロックおよび分配ブロックを追加装備したタンクを示す。 図２に示すタンクの縦断面図であって、円筒形ケーシングの支持体の変形実施形態を示す。 本発明によるタンクに使用される一体固体コンポーネントの一例を示す斜視図である。 本発明によるタンクに使用される一体固体コンポーネントの一例を示す縦断面の概略図である。 ケーシングを調整するための部品が固体コンポーネントを構成するブロックの積み重ね体に挿入される、本発明によるタンクの固体コンポーネントの変形例を示す斜視図である。 ケーシングを調整するための構成要素が固体コンポーネントを構成するブロックの積み重ね体に挿入される、本発明によるタンクの固体コンポーネントの変形例を示す縦断面の概略図である。 図８および図８Ａに示すタンク内に配置された調整部品の概略を示す平面図である。 本発明による一体固体コンポーネントの変形例の概略を示す断面図である。 水素化物のケーシングの軸方向支持のための調整部品を有する変形例によるタンクの底部における概略を示す詳細断面図である。

本出願を通して、「垂直」、「下側」、「上側」、「下」、「上」、「下に」、「上に」、「高さ」という用語は、本発明による可逆的水素貯蔵のためのタンクに対して、それが例えば垂直方向の作動形態にあるように参照によって理解されるべきである。

図１は、本発明による水素Ｈ２を可逆的に貯蔵するためのタンク１を示す。

タンク１は、第１に、低熱容量の断熱材料でできた固体コンポーネント２を含み、その中に、それぞれ金属水素化物を含有し、正円断面３を有する円筒状の複数の同一のケーシングが収容されて保持されている。

より正確には、固体コンポーネント２は、タンク１の長手方向軸Ｘに平行に配置された軸を有し、固体コンポーネント２の容積内に均一に分布された複数の同一の円筒形ハウジング２０を含む。

本発明によれば、各ハウジング２０の内部には、単一の円筒形のケーシング３が収容され、それらの間に環状空間Ｖを残して、所定の位置に保持され、その結果、環状空間Ｖが伝熱流体によってトラバースされ得る（図２Ａおよび図６）。例えば、環状空間の幅は、円筒状ケーシングの直径７６ｍｍに対して５ｍｍに等しくてもよい。

図示された例では、タンク１は、ハウジング２０内にそれぞれ収容された７つの同一の円筒形ケーシング３を備え、軸Ｘに平行で、固体コンポーネント２の容積内に均一に分布している。

固体コンポーネント２は有利にはEPPから作られ得る。この固体コンポーネント２は、例えば、モールディングによる一体成形（図１、図７、図７Ａ）、或いは相互に重ね合わされたｎ個のブロック２.１、・・・２.ｉ、・・・２.ｎを組み立てることによって一体化してもよく（図２〜図６）。いくつかの別個のブロックを組み立てることによって固体コンポーネント２を製造することは、ブロックを切断して積み重ねることによって容易に実施できるので有利である。

ブロックを接着して密閉することによって水の不浸透性を確実にすることができる（図３と図４）が、気密性が十分ではないと考えることも可能で、漏れを収集するために全体を不浸透性のタンクに入れてもよい。

固体コンポーネント２（一体的に、または所定位置に積み重ね保持されたブロックからなるアセンブリ）に想定される製造方法に関係なく、すべての環状空間Ｖに共通の入口２１から共通の出口２２に、画定された各環状空間に伝熱流体回路が設けられている。

作動中、タンク１は垂直に、すなわち円筒形ケーシング３を垂直に配置することができる。図に示すように、伝熱流体の循環の２つの方向、すなわち上から下または下から上への流れが可能である。加熱中、すなわち水素の脱離が行われる際には、熱い伝熱流体を頂部に注入することが好ましく、冷却中、すなわち水素の吸収が行われるときには、自然の熱層状化が生じるように底部に流体を注入する。

熱い伝熱流体を注入する代わりに、ケーシング３の周りの各環状空間内でこの流体を、例えば、各ケーシングの周りに巻かれた抵抗、或いは、ケーシング３の下方に配置されたタンクの一部に配置された抵抗を使って直接加熱することが想定され得る。

固体コンポーネント２がブロックの組立によって製造される構成の方法において、有利な実施形態は、エンドブロック２.１または２.ｎ内の伝熱流体の分配／収集のために回路をエッチングし、一体化された分配器／収集器を形成する。エッチングされるブロックは、例えば下部ブロック２.１（図４および図４Ａ）であってもよい。

この実施形態では、伝熱流体収集器または分配器２.１は、ケーシング３のブラインド端部３０を受容することを意図したハウジング２０のブラインド部分２００を含む。この収集器または分配器２.１は、主チャネル２３および２次チャネル２４をさらに含み、それぞれが、外部からの伝熱流体の収集または供給を可能にする。２次チャネル２４は、入口２１（図４および図４Ａ）から或いは出口２２へ、環状空間Ｖ内の伝熱流体を分配するために、主チャネル２３およびハウジング２０のブラインド部２００に接続されている。

流体分配の技術の規則は、各２次チャネル２４のフロー横断面よりも大きい流路断面２３を必要とする。環状空間Ｖにほぼ等しい流速を有するために、それぞれの２次チャネル２４にフロー分配器を形成するコンポーネントの配置が想定され得る。

伝熱流体分配器２.１および伝熱流体収集器２.ｎの両方を、それらをエッチングすることにより、同一であってもなくてもよいように製造することが想定されてもよい。図５の透視図はタンク１を示し、その一端に、分配器としてエッチングされたブロック２.１と、他の端部に、伝熱流体の収集器としてのエッチングされたブロック２.ｎと、を有するタンク１を示す。

他の形態の分配／収集回路も可能である。

下部ブロック２.１の寸法が不十分である場合、特に、それ自体が水素化物および貯蔵水素を伴うケーシング３の重量を支持できない場合、ケーシングを外部から支持することが、例えば櫛状の支持体４によって、その各ブランチ４０がケーシング３を支持する。

また、図８および図８Ａは、ブロック２.１、・・・２.ｉ、・・・２ｎの積み重ねに１つまたは複数の調整部品５、５.１、５.２が挿入されている、固体コンポーネントの変形実施形態を示す。

調整部品５、５.１、５.２の機能は、ケーシング３のシリンダーを横方向に適所に保持することであり、したがって、それぞれのハウジング２０に対して完全に中心合わせすることが可能で、それぞれのケーシング３の周りに完全に中心に置かれた環状空間を画定する。

より正確には、図８および図８Ａに示すように、固体コンポーネントは、伝熱流体収集または分配ブロック２.１と、第１の調整部品５.１と、ハウジング２０の高さの主要部分を画定する中央ブロック２.２と、第２の調整部品５.２と、流体収集または分配ブロック２.３とを含む。

図６に示すタイプの製造では、部品５、５.１、５.２も、プレート２.ｎの間、すなわち円筒形ケーシング３をその軸方向に保持するための中間高さに、異なるレベルで挿入することができる。

収集／分配ブロック２.１、２.３は、有利には、図２〜図６を参照して説明したように製造することができる。

例示的な例として、図８および図８Ａに示される固体コンポーネント２は、５００ｍｍのオーダーの高さ及び３００ｍｍのオーダーの直径を有することができる。

図９に示すように、調整部品は、ハウジングと同じ数の貫通開口５０を含む。各貫通開口５０は、それらの主要直径５２に対して１つ以上の突起５１を有する縁部によって区切られている。

図示された例では、３つの均一に分布した突起５１が設けられており、それらの間にケーシング３の外径とほぼ等しい直径を規定している。したがって、突起５１は、ハウジング２０に収容され、対向開口５０内のそれぞれのケーシング３を横方向に保持する。それぞれのケーシング３と主直径５２との間に画定される環状空間は、伝熱流体を循環させる。

締結突起５１の製造は、調整部品４.１、４.２の高さ全体にわたってのみ示されているが、固体コンポーネントが一体成形されている場合には、固体コンポーネントの高さ全体にわたって設けることも想定され得る。

図１０は、一体成型の固体コンポーネント２の変形を示し、ハウジング２０に加えて、固体コンポーネント２の高さの少なくとも一部を上回る、可変サイズの凹部５３、５４を含む。これらの凹部５３、５４は、ハウジング２０から分離しているので、各円筒形ハウジング２０間の材料の量を減らすことができ、したがってコンポーネント２の重量を減らすことができる。

図１１は、タンク１の底部におけるケーシング３の軸方向支持及び軸方向調整の変形を示す。底部のブロック２.１に挿入された楔６は、ハウジング２０内の各ケーシング３の高さの個々の調整を可能にする。

角度調整のために、締結突起５１とともに、またはその代わりに、すべての水素化物のケーシング３の上部に嵌合し、ケーシング３の上端が挿入される孔を含む絶縁材料製のカバーを使用することが可能である。

次に、本発明によるタンク１の動作を、伝熱流体として水を用いて説明する。

固体コンポーネント２のハウジング２０内に収容された円筒形ケーシング３であって、それぞれの円筒形ケーシング３の間に環状空間を有する円筒形ケーシング３のそれぞれは、水素化物材料で充填されるが、最初は水素を含有しない。

ケーシング３と水との間の熱交換の規則によって計算された流量で、冷水が入口２１から出口２２に注入される。水の流れは、ケーシング３の周りのそれぞれの環状空間に均一に分配される。サーモスタット制御槽が形成され、入口２１に課された最大流速を通過させることができなければならない出口２２の開口の良好な寸法決めによって、槽のレベルが制御される。

そして、ケーシング３内に水素が注入され、水素化物が水素を吸収して発熱する。ケーシング３内の温度上昇が、水素化物材料での水素の吸収反応を徐々に阻止する。これを防止するために、熱はケーシング３の内部の伝導によって除去され、環状空間Ｖの水との交換によって除去される。その後、水素の充填は正常に継続する。充填の反応速度は、水素を冷却する能力によって決定される。より高い水素充填率のために、例えば水流量を増加させることが可能である。

反対に、タンクから水素を使用する、すなわち、タンク１から水素を脱着するためには、ケーシング３を加熱する必要がある。次いで、加熱された水が入口２１を介して注入され、環状空間Ｖ内で各ケーシング３の周りを循環する。

水素化物を含有するケーシングが単一の大きな水槽に浸漬されたサーモスタット制御槽を有するタンクと比較して、前述した本発明によるタンク１の利点は、大量の水が不必要に加熱されないことである。大量の水は、固体コンポーネント２の熱容量の小さい材料に置き換えられる。

この利点は、従来技術のタンクを有するシステムでは、熱伝達回路が閉ループで、システムの温度上昇には、伝熱流体自体の温度を上昇させるのに必要なエネルギーが含まれることが多いため、すべてにおいてより重要となる。したがって、本発明によるこのエネルギー量の最小化は重要である。

本発明は、ここで説明した例に限定されるものではなく、とりわけ、例示された実施例の特徴は、図示されていない変形例にも組み合わせることができる。

本発明の範囲内であるが、他の変形および改良が想定され得る。

固体コンポーネント２がブロックを積み重ねることによって製造される図示された実施形態では、単純にブロックを所定位置に保持することが必要である。これは、外部タンク内の伝熱流体の封じ込めが選択されるすべての構成に関連し得る。

しかし、互いの上に積み重ねられたブロックを一緒に糊付けすることも考えられる。この実施形態では、積み重ねられたブロックは、好ましくはポリマー製で、適切なタイプの接着剤は、ブロックに使用されるポリマーに関して選択される。例えば、エポキシ接着剤、ポリウレタンタイプの接着剤およびシアノアクリレート接着剤は、ポリマー材料を接着するのに適している。

伝熱流体を収容する容器内に配置されたコンポーネント２を作るために接着されていないブロックの積層体を有する実施形態では、分配ブロックをそのまま直ちに使用することが可能で、その代わりに図７および図７Ａに示されたタイプのブロックの下の分配空間を確保することが可能である。

図示された実施形態では、金属水素化物のケーシング３は、タンク１の底部に挿入された楔６と軸調整され、締結突起、および／または、金属水素化物のケーシングが個別に挿入される孔を含む断熱カバー（図示せず）を含む絶縁カバーと角度調整される。これらの調整方法は、水素化物を含むほとんどの比較的軽いケーシングに完全に適しています。水素化物を含む重いケーシング、または、より低い機械的強度を有する底部に絶縁ブロックをそなえたケーシングの場合、ケーシングを、より強固な材料で作られたウェッジで支持し、より一般的には、シリンダーの上端に調整された穿孔プレートで、その材料がより高い機械的強度、例えば金属またはより強いポリマーを有するカバーで半径方向に支持することが想定される。

図示された実施形態では、金属水素化物のケーシング３はブラインドであり、すなわち、底端部が塞がれており、金属水素化物は他の端部から充填されている。また、各端部に開口部を有するケーシングを想定してもよく、これらの開口部はそれぞれタンク内の別個の入口および出口を画定する。ケーシングの各側面に閉鎖のためのシステムを設ける必要がある。この種の閉鎖システムは、例えば、ケーシングの各開放端に溶接によって固定されたドーム型カバー、またはフランジまたはねじ式プラグシステムなどの取り外し可能なシステムで構成されてもよい。

１ タンク
２ 固体コンポーネント
２.１、２.ｉ、２.ｎ ブロック
３ 円筒形ケーシング
４ 支持体
５、５.１、５.２ 調整部品
２０ ハウジング
２１ 入口
２２ 出口
２３ 主チャネル
２４ ２次チャネル
３０ ブラインド端部
４０ ブランチ
５０ 開口
５１ 突起
５２ 主直径
５３、５４ 凹部
２００ ブラインド部分
Ｘ 軸
Ｖ 環状空間

Claims (17)

1. 水素を可逆的に貯蔵するためのタンク（１）であって、
   - それぞれが水素化物を含有する円筒形状をしたいくつかのケーシング（３）であって、それぞれが水素化物によって吸収または脱着される水素Ｈ２を充填または排出するのに適したいくつかのケーシング（３）と、
   - 断熱材で作られた固体コンポーネントであって、熱容量が小さく、前記ケーシング（３）の直径よりも大きな直径を有するいくつかの円筒形状のハウジング（２０）が内部に設けられた固体コンポーネントと、を含んでなり、
   当該タンク内（１）では、それぞれの前記ケーシング（３）が前記ハウジング（２０）内に個別に収容され、その間の環状空間（Ｖ）を自由にして、すべての前記環状空間への共通の入口から共通の出口に、それぞれ画定された前記環状空間内の回路に沿って、前記環状空間（Ｖ）を伝熱流体が移動できることを特徴とするタンク（１）。
2. それぞれの円筒形の前記ハウジングが、円筒形の前記ケーシングの周囲に同心に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のタンク。
3. 前記ケーシング及び前記ハウジングが直円柱形状であることを特徴とする、請求項１に記載のタンク。
4. 前記固体コンポーネントが、好ましくは成型によって得られる一体物であることを特徴とする、請求項１に記載のタンク。
5. 前記固体コンポーネントが、互いに重なり合って所定位置に保持されたブロック（２.１、・・・２.ｉ、・・・２ｎ）の組立体であって、それぞれの前記ブロックが円筒形の前記ハウジングの一部によって穿孔されていることを特徴とする、請求項１に記載のタンク。
6. 前記ハウジングから分離された凹部をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のタンク。
7. 前記固体コンポーネントの材料が、前記伝熱流体の容積熱容量の半分以下の容積熱容量を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のタンク。
8. 前記固体コンポーネントの材料が、例えば、発泡ポリプロピレン（EPP）、発泡ポリスチレン（EPS）、発泡ポリウレタン、アクリル発泡体、エチレンビニルアセテート（EVA）、ポリエチレン発泡体、ネオプレン発泡体から選択されるポリマーであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のタンク。
9. 前記環状空間の幅は、円筒形の前記ケーシングの直径の１％〜５０％であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のタンク。
10. 円筒形の前記ケーシングは、ブラインドされていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のタンク。
11. 前記固体コンポーネントは、前記ケーシングの端部（３０）が収容される前記ハウジングのブラインド部分（２００）を含み、前記伝熱流体の収集器または分配器を形成する少なくとも１つの端部（２.１、２.ｎ）を含み、前記端部（２.１、２.ｎ）は、外部からの前記伝熱流体の収集または供給のための少なくとも一つの主チャネル（２３）および２次チャネル（２４）を含み、前記２次チャネル（２４）は、前記環状空間（Ｖ）内に前記伝熱流体を分配するために前記主チャネル（２３）および前記ハウジングの前記ブラインド部分（２００）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタンク。
12. 前記環状空間内にほぼ等しい流量を有するように、２次チャネル（２４）にそれぞれ配置されたフロー分配器を形成するコンポーネントを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のタンク。
13. 前記ケーシングのブラインド端部（３０）が、前記固体コンポーネントの端部のブラインドハウジング部分に当接することを特徴とする、請求項９に記載のタンクと請求項１０または１１に記載のタンクとの組合せ。
14. 複数の前記ハウジングは、それらの軸が平行で、前記固体コンポーネントの容積を均一に分布させていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のタンク。
15. 前記ケーシングおよび前記固体コンポーネントが収容される、好ましくは前記伝熱流体によって加圧されるのに適した容器をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のタンク。
16. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載のタンクの操作方法であって、
    ステップａ／水素の吸収：
    - 比較的冷たい温度で前記伝熱流体を前記環状空間（Ｖ）に注入し循環させて、サーモスタット制御槽を比較的低温にするステップと、
    - 前記伝熱流体の循環が維持され、水素化物を含有する円筒形の前記ケーシング（３）に水素を注入するステップと、
    および、ステップｂ／水素の脱離：
    - 比較的高い温度で前記伝熱流体を前記環状空間（Ｖ）に注入し循環させて、サーモスタット制御槽を比較的高温にするステップと、
    - 前記伝熱流体の循環が維持され、水素化物を含有する円筒形の前記ケーシング（３）から水素を収集するステップと、
    を含んでなることを特徴とする、操作方法。
17. 前記伝熱流体が液体、好ましくは水またはグリコールを含有する水であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

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