JP4167607B2 - 水素貯蔵タンク - Google Patents

Description

本発明は、水素貯蔵タンクに係り、詳しくは水素吸蔵合金及び熱交換器を内蔵する水素貯蔵タンクに関する。

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。例えば、熱媒を流通させる熱媒チューブの外周に複数のフィンを櫛歯状に配置した構成の熱交換器が用いられる。また、熱媒チューブの代わりに波形板と平板とを組み合わせて熱媒を流通させる流路を形成する構成の熱交換器もある（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、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膨張するという性質を有する。従って、充填された水素吸蔵合金粉末がタンク内を沈降し、圧密化した状態で水素を吸蔵すると、その膨張に伴って局部的に過大な応力が発生し、タンク本体及び内蔵された熱交換器に対して悪影響を及ぼす場合がある。このような問題の対策として、例えば、熱交換器を構成する複数のフィンチューブの間にシート状部材を設け、これにより水素吸蔵合金粉末の沈降を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。また、断面が長楕円形の中空管構造を有する熱媒チューブによって水素吸蔵合金の沈降を阻止するようにしたものもある（例えば、特許文献３参照。）。

また、金属水素化物が水素を吸蔵して膨張する際の空間を有するように、所定量の金属水素化物を収容する容器を複数積み重ねて容器本体内に収容した金属水素化物貯蔵容器も提案されている（例えば特許文献４参照。）。
特開２０００−１１１１９３号公報（明細書の段落［００１１］，［００１２］、図１） 特開平１１−４３３０１号公報（明細書の段落［０００９］、図２） 特開２００１−１０８０１号公報（明細書の段落［００２４］） 特開２００３−１２０８９８号公報（明細書の段落［００１３］〜［００２２］、図１，２）

ところが、複数のフィンチューブの間にシート状部材を設ける特許文献２の技術は、水素吸蔵合金粉末の沈降防止を可能とするものの、タンク本体にシート状部材等を内装する領域を確保する必要があり、その分、水素吸蔵合金粉末の充填可能量や熱交換器の設置可能領域が少なくなる。また、タンク本体の断面方向に関し複数のフィンチューブ及び伝熱フィンが配置される構成のため、複数のフィンチューブの間に伝熱フィンと水素吸蔵合金粉末とが部分的に接触しない領域が多く形成される。このように、特許文献２の技術では、水素吸蔵合金粉末のタンク内における沈降防止が可能になる反面、水素吸蔵合金粉末と熱交換器との間の熱交換性能が低下するという問題がある。

一方、特許文献３の技術では、熱媒チューブによって水素吸蔵合金の沈降を阻止することで特許文献２の技術の問題を解消することが可能になるものの、熱媒チューブはＲ部分（曲部）を有するため、水素吸蔵合金の沈降を防止するのには限界があり、確実な方法とは言い難い。

また、特許文献１〜特許文献３では、フィン間に充填された水素吸蔵合金粉末量を多くした場合に、水素の吸蔵、放出を繰り返すことで水素吸蔵合金粉末が微粉化し、かさ密度が減少した際において、フィンと直交する方向に過大な圧力が作用して熱交換器が変形、破損するのを防止することに関しては配慮がなされていない。

一方、特許文献４の貯蔵容器では金属水素化物に水素を充填する際の金属水素化物の膨張は考慮されているが、微粉化によるかさ密度の減少に対することに関しては何ら記載されていない。

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、その目的は水素吸蔵合金の膨張及び微粉化によるかさ密度の減少が生じても、熱交換器の変形、破損を抑制することができる水素貯蔵タンク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、水素吸蔵合金及び熱交換器を内蔵する水素貯蔵タンクであって、前記熱交換器は、熱媒が流通する熱媒管と、タンク本体内を複数の空間に区画するように前記熱媒管に接合された複数の伝熱フィンとを備え、前記伝熱フィン間の空間は伝熱フィン自身によってさらに複数の領域に区画されている。そして、複数の領域のうち、一部の領域に前記水素吸蔵合金が充填されているとともに一部の領域には前記水素吸蔵合金が充填されてなく、前記水素吸蔵合金が充填されていない領域が前記水素吸蔵合金の膨張時の作用力により変形して膨張の作用力を吸収する吸収部を構成する。ここで、「水素吸蔵合金の膨張時の作用力」とは、水素吸蔵合金の膨張時に水素吸蔵合金が伝熱フィンや前記吸収部に及ぼす力を意味する。

この発明では、水素貯蔵タンクへの水素の充填時には熱交換器の伝熱フィンを介して水素吸蔵合金が冷却され、水素貯蔵タンクからの水素の放出時には熱交換器を介して水素吸蔵合金が加熱されて、水素の充填及び放出が円滑に行われる。水素吸蔵合金は水素の吸蔵及び放出を繰り返すことにより微粉化され、かさ密度が小さくなる。水素吸蔵合金は水素の吸蔵時に膨張するため、水素吸蔵合金が微粉化されてかさ密度が小さくなった状態で水素が充填されると、水素吸蔵合金の膨張により熱交換器に作用する力が大きくなる。水素貯蔵タンクはタンク本体内が熱交換器の伝熱フィンにより複数の空間に区画され、伝熱フィン自体によりさらに複数の領域に区画されており、水素吸蔵合金は各領域内に充填されている。従って、伝熱フィン間に充填される水素吸蔵合金粉末量を多くした場合、水素吸蔵合金の膨張量が大きくなって、熱交換器の変形、破損を招く虞があるが、水素吸蔵合金が充填されていない領域で構成される吸収部が変形することにより水素吸蔵合金の膨張時の作用力が吸収されて、熱交換器の変形、破損が抑制される。

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、前記熱交換器は、水素貯蔵タンクの使用状態において、前記タンク本体内に充填されている水素吸蔵合金の沈降方向への移動を規制する沈降規制手段を備えている。

水素貯蔵タンクは一般に長手方向が水平方向となる状態に載置されて使用されるため、熱交換器の伝熱フィンは上下方向と平行に配置された状態となる。この状態で水素の充填、放出が繰り返されると、水素吸蔵合金が微粉化されるとともに、上側に充填されていた水素吸蔵合金が沈降方向（下方に）移動される。そして、水素吸蔵合金がタンク本体の下部で圧密化された状態となり、圧密化された部分において膨張力がより大きくなる。しかし、この発明では、水素吸蔵合金の沈降方向への移動を規制する沈降規制手段を備えているため、使用状態において下部となる部分に微粉化された水素吸蔵合金が局所的に圧密化された状態で集中することが抑制され、吸収部の配置位置の設定が容易になる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記沈降規制手段は、前記伝熱フィン間の空間を複数の領域に区画する伝熱フィンで構成されている。この発明では、前記沈降規制手段が伝熱フィン自身により構成されているため、隣接する伝熱フィンの少なくとも一方を非平板状（例えば、波板状）とすることにより、容易に沈降規制手段を構成することができる。また、伝熱フィンが平板状の場合に比較して、水素吸蔵合金との接触面積が増加するため、熱交換効率が向上する。

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、前記吸収部は、前記沈降方向と交差する方向につぶれるように形成されている。この発明では、水素吸蔵合金の膨張により熱交換器の他の部分に過大な作用力が作用するのを吸収部で吸収し易くなる。

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、前記伝熱フィンは前記吸収部に対応する部分以外の部分に前記水素吸蔵合金の通過を許容する孔が形成されている。この発明では、孔を通じて水素吸蔵合金の充填が可能である。

本発明によれば、水素吸蔵合金の膨張及び微粉化によるかさ密度の減少が生じても、熱交換器の変形、破損を抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に従って説明する。図１（ａ）は水素貯蔵タンクの模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、図２は図１（ａ）の部分拡大図、図３は図１（ａ）のＡ−Ａ線における模式断面図である。なお、図１（ａ）は本実施形態において水素貯蔵タンク使用時の設置向き（図面の上下方向が使用時の上下方向）を示している。

図１（ａ）に示すように、水素貯蔵タンク１１は、筒状（この実施の形態では円筒状）のタンク本体１２内に、熱交換器１３が内蔵されている。タンク本体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、水素貯蔵タンク１１の気密性を確保している。ライナ１４は一端（基端）側が分割式となっており、略筒状の本体部１４ａと、本体部１４ａの基端側の開口部１６を覆う蓋部１７とを備えている。ライナ１４の他端（先端）側には水素の導入、排出用の気体通路用の開口部１８が設けられている。

開口部１８にはバルブ１９が取り付けられ、このバルブ１９のポート切り換えによって水素貯蔵タンク１１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。水素放出状態とは、水素貯蔵タンク１１内の水素がバルブ１９を介して外部へ放出可能、かつ外部から水素貯蔵タンク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、水素貯蔵タンク１１内の水素をバルブ１９を介して外部へ放出不能、かつ外部から水素貯蔵タンク１１内への水素の供給が可能な状態を意味する。バルブ１９とライナ１４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（Carbon Fiber Reinforced Plastics）で構成され、水素貯蔵タンク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。

熱交換器１３は蓋部１７に組み付けられている。熱交換器１３は、水素貯蔵タンク１１の長手方向（図１（ａ）の左右方向）に延び、略Ｕ字状に折り曲げられたパイプからなり、熱媒が流通する熱媒管２０と、蓋部１７への取付け部となる略円板形状のヘッダ部２１とを備えている。この実施形態では熱媒管２０は複数本設けられ、端部がロウ付けや溶接等によってヘッダ部２１に固着されている。

図２に示すように、蓋部１７は開口部１６に嵌挿される凸部２２と、凸部２２より大径のフランジ部２３とを備えている。凸部２２は円柱状に形成され、その周面と、開口部１６の周面との間に、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１６ａが介装されている。蓋部１７には凸部２２の端面側に形成されるとともにヘッダ部２１を嵌合する凹部２２ａと、凹部２２ａに連通する通路１７ａ，１７ｂとが形成されている。通路１７ａ，１７ｂ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、熱媒管２０には熱媒供給部から熱媒としての水（冷水又は加熱水）が供給可能に構成されている。この実施の形態では通路１７ａが上流側、通路１７ｂが下流側となっている。通路１７ａ，１７ｂはヘッダ部２１に形成された流路を介してそれぞれ、各熱媒管２０の端部と連通されている。

熱媒管２０には略円板状のエンドプレート２４，２５が固着され、先端側に設けられたエンドプレート２５の中心部には水素吸蔵合金粉末充填用のねじ孔２５ａが形成されるとともにねじ（図示せず）が螺合されている。両エンドプレート２４，２５の間に複数の伝熱フィン２６，２７がタンク本体１２内をタンクの長手方向において複数の空間に区画するように接合されている。両伝熱フィン２６，２７は熱媒管２０の延びる方向（タンク本体１２の長手方向）と直交する状態で交互に等間隔に配置されている。

第１の伝熱フィン２６は、軸方向から見た形状がエンドプレート２４，２５と同じ円形で、複数の屈曲部２６ａで屈曲された波板状に形成されている。屈曲部２６ａは先鋭状になっている。一方、第２の伝熱フィン２７は、軸方向から見た形状がエンドプレート２４，２５と同じ円形で、平板状（平坦）に形成されている。両伝熱フィン２６，２７は伝熱フィン２６の屈曲部２６ａで当接するとともに、当接箇所がロウ付けによって接合され、隣接する伝熱フィン２６，２７の空間を伝熱フィン２６自身によって断面がほぼ三角形状の複数の領域２８に区画するように構成されている。

図１（ｂ）に示すように、前記伝熱フィン２６自身によって区画された複数の領域２８の一部の領域２８に水素吸蔵合金（ＭＨ）の粉末２９（以下、ＭＨ粉末と称す。）が充填され、前記領域２８のうちＭＨ粉末２９が充填されない領域２８がＭＨ粉末２９のタンク本体１２の長手方向への膨張時の作用力により変形して膨張の作用力を吸収する吸収部３０を構成する。また、波板状に屈曲された第１の伝熱フィン２６自身が水素貯蔵タンク１１の使用状態において、タンク本体１２内に充填されている水素吸蔵合金の沈降方向への移動を規制する沈降規制手段を構成する。即ち、この実施の形態では、吸収部３０が沈降規制手段の一部を構成している。

吸収部３０の配置及び吸収部３０の熱交換器１３において占める体積の割合は、使用する水素吸蔵合金の種類、水素吸蔵合金充填量、微粉化が進んでかさ密度がほぼ変化しない状態での水素吸蔵合金のかさ密度等を考慮して設定される。この実施形態のように隣接する伝熱フィン２６，２７間が複数の領域２８に区画された構成では、吸収部３０は均等に配置されるのが好ましい。

第１の伝熱フィン２６には、図１（ｂ）及び図３に示すように、ＭＨ粉末２９の通過を許容する孔３１が吸収部３０と対応しない部分に複数形成されている。また、第２の伝熱フィン２７にも、ＭＨ粉末２９の通過を許容する孔３２が吸収部３０と対応しない部分に複数形成されている。この実施形態では第１の伝熱フィン２６に形成された孔３１は、第２の伝熱フィン２７に形成された孔３２と対応する位置に形成されている。従って、ＭＨ粉末２９が充填された領域２８は、孔３１，３２を介して隣接する領域２８と連通されるようになっている。なお、図１（ｂ）では、便宜上ＭＨ粉末２９の充填密度が過度に低い状態を示しているが、実際の充填時にはＭＨ粉末２９はほぼ最密充填状態となる。

図１（ａ）に示すように、伝熱フィン２６，２７の径方向端部には全ての伝熱フィン２６，２７を覆う状態で、ＭＨ粉末２９の通過を阻止し、水素を透過可能なフィルタ３３が設けられている。フィルタ３３はその外周面と、ライナ１４の内周面との間に空間が存在するように外径が設定されている。熱交換器１３は、その長手方向の中間部及び先端部において、タンク本体１２内面とフィルタ３３外面との間に両者に接触した状態で介在される支持部材１２ａを介してタンク本体１２に支持されている。支持部材１２ａは連続気孔を有する金属多孔体で構成されている。支持部材１２ａは環状に形成され、フィルタ３３の周方向全体にわたって接触している。

次に前記のように構成された水素貯蔵タンク１１の製造方法を説明する。先ず熱媒管２０、エンドプレート２４，２５及び伝熱フィン２６，２７を備えた熱交換器１３の熱媒管２０の端部を、ロウ付けや溶接等によってヘッダ部２１に固着する。続いて、蓋部１７とヘッダ部２１との間にシール材３４を介装した状態で、ヘッダ部２１を凹部２２ａに嵌合してねじ３５によってヘッダ部２１を蓋部１７に取り付ける。

ヘッダ部２１を介して熱交換器１３が取り付けられた後、熱交換器１３をタンク本体１２の内部に収容した状態で蓋部１７をねじ３６によってライナ１４に固定し、分割式のライナ１４を一体化する。そして、このライナ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法によりライナ１４の外周に熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維を巻き付け、その後、熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層１５を形成する。

次に蓋部１７を下側にした状態で、開口部１８及びエンドプレート２５に形成されたねじ孔２５ａに挿通される筒部を備えたロート状の充填用治具を使用してＭＨ粉末２９の充填を行う。ねじ孔２５ａから第１の伝熱フィン２６上に供給されたＭＨ粉末２９は孔３１，３２を介して徐々に下方及び側方の領域２８へ移動する。そして、吸収部３０を除く全ての領域２８にＭＨ粉末２９が充填された後、充填用治具が取り外され、ねじ孔２５ａにねじを螺合してＭＨ粉末２９の充填が完了する。次に開口部１８にバルブ１９が取り付けられて、水素貯蔵タンク１１の製造が完了する。

次に、前記のように構成された水素貯蔵タンク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。
水素貯蔵タンク１１は、横置き状態で使用される。水素貯蔵タンク１１は通路１７ａ，１７ｂ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１９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。タンク本体１２内には高圧状態で水素が充填されている。タンク本体１２内を高圧にするのは、ＭＨ粉末２９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、例えばタンク本体１２内の圧力を２５ＭＰａとした場合には、タンク本体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１９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１９を介して水素貯蔵タンク１１から水素ガスが放出されて燃料極に供給される。水素貯蔵タンク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ＭＨ粉末２９から水素ガスが放出される。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、ＭＨ粉末２９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。ＭＨ粉末２９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１７ａ、熱媒管２０及び通路１７ｂを加熱水が流れ、この加熱水によって熱媒管２０及び伝熱フィン２６，２７を介してＭＨ粉末２９の温度降下が抑制され、水素放出の反応が円滑に進行する。ＭＨ粉末２９から放出された水素はバルブ１９を経て水素貯蔵タンク１１の外部へ放出され、燃料極へと供給される。

水素が放出された水素貯蔵タンク１１に再び水素ガスを充填、即ちＭＨ粉末２９に水素ガスを吸蔵させる場合は、バルブ１９を水素充填状態に切り換えてバルブ１９から水素貯蔵タンク１１に水素ガスを供給する。水素貯蔵タンク１１内に供給された水素ガスは、ＭＨ粉末２９と反応して水素化物となってＭＨ粉末２９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１７ａ、熱媒管２０及び通路１７ｂを冷水が流れ、この冷水によって熱媒管２０及び伝熱フィン２６，２７を介してＭＨ粉末２９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、ＭＨ粉末２９の組成等に応じて適宜決定される。
ＭＨ粉末２９が水素の吸蔵、放出を繰り返すと、ＭＨ粉末２９が微粉化されてかさ密度が減少する。かさ密度が小さくなった状態で水素が充填されると、ＭＨ粉末２９の膨張により熱交換器１３に作用する力が大きくなる。従って、吸収部３０のない状態では、伝熱フィン２６，２７間に充填されるＭＨ粉末２９の量を多くした場合、タンク本体１２の長手方向におけるＭＨ粉末２９の膨張量が大きくなって、熱交換器１３の変形、破損を招く虞がある。熱交換器１３が変形、破損すると、その箇所からＭＨ粉末２９が漏れ、バルブ１９を介して水素貯蔵タンク１１の外部に流出する。しかし、この実施形態では吸収部３０が存在するため、ＭＨ粉末２９の膨張量が大きくなると吸収部３０が変形する（押しつぶされる）ことによりＭＨ粉末２９の膨張時の作用力が吸収されて、熱交換器１３の変形、破損が抑制される。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１） 水素貯蔵タンク１１は熱交換器１３を内蔵し、熱交換器１３は、熱媒が流通する熱媒管２０と、タンク本体１２内をタンクの長手方向において複数の空間に区画するように熱媒管２０に接合された複数の伝熱フィン２６，２７とを備えている。ＭＨ粉末２９は前記空間内に充填され、前記空間内に吸収部３０が設けられている。ＭＨ粉末２９は水素の吸蔵及び放出を繰り返すことにより微粉化され、かさ密度が小さくなる。また、ＭＨ粉末２９は水素の吸蔵時に膨張する。従って、伝熱フィン２６，２７間に充填されるＭＨ粉末２９の量を多くした場合、タンク本体１２の長手方向におけるＭＨ粉末２９の膨張量が大きくなって、熱交換器１３の変形、破損を招く虞がある。しかし、吸収部３０が変形することによりＭＨ粉末２９の膨張時の作用力が吸収されて、熱交換器１３の変形、破損が抑制される。

（２） 熱交換器１３は、水素貯蔵タンク１１の使用状態において、タンク本体１２内に充填されているＭＨ粉末２９の沈降方向への移動を規制する沈降規制手段（領域２８）を備えている。ＭＨ粉末２９が伝熱フィン２６，２７間に充填された状態で水素の充填、放出が繰り返されると、ＭＨ粉末２９が微粉化されるとともに、上側に充填されていたＭＨ粉末２９が沈降方向（下方に）移動される。そして、ＭＨ粉末２９がタンク本体１２の下部で圧密化された状態となり、圧密化された部分において膨張力がより大きくなる。しかし、この実施形態では、ＭＨ粉末２９の沈降方向への移動を規制する沈降規制手段を備えているため、使用状態において下部となる部分に微粉化されたＭＨ粉末２９が局所的に圧密化された状態で集中することが抑制され、吸収部３０の配置位置の設定が容易になる。

（３） 沈降規制手段は、伝熱フィン２６，２７間の空間を伝熱フィン２６自身によって複数の領域２８に区画するように構成されている。従って、隣接する伝熱フィン２６，２７の少なくとも一方（例えば、第１の伝熱フィン２６）を非平板状（例えば、波板状）とすることにより、容易に沈降規制手段を構成することができる。また、第１の伝熱フィン２６が平板状の場合に比較して、ＭＨ粉末２９との接触面積が増加するため、熱交換効率が向上する。

（４） 沈降規制手段により区画された複数の領域２８の一部の領域にはＭＨ粉末２９の充填が行われず、該領域２８が吸収部３０を構成する。従って、熱交換器１３が沈降規制手段を備えた構成において、吸収部３０の製造が容易になる。また、吸収部３０が伝熱フィン２６により構成されているため、つぶれた後もＭＨ粉末２９の熱伝導の妨げにならない。

（５） 吸収部３０は、前記沈降方向と交差する方向につぶれるように形成されている。従って、ＭＨ粉末２９の膨張により熱交換器１３の他の部分にタンク本体１２の長手方向への過大な作用力が作用するのを吸収部３０で吸収し易くなる。

（６） 吸収部３０は、波板状の第１の伝熱フィン２６と、平板状の第２の伝熱フィン２７とによって形成された断面が三角形状の領域２８により形成されているため、ＭＨ粉末２９の沈降方向と交差する方向につぶれ易くなる。

（７） タンク本体１２を構成するライナ１４に熱交換器１３を挿入可能な開口部１６が設けられ、熱交換器１３が蓋部１７に一体に組み付けられている。従って、熱交換器１３をライナ１４に固定した状態でライナ１４のスピニング加工及び熱処理を行う必要がないため、ライナ１４の加工が容易になる。

（８） 熱交換器１３は、その長手方向の中間部において、タンク本体１２の内面と、フィルタ３３の外面との間に介在される金属多孔体製の支持部材１２ａを介して支持されている。従って、熱交換器１３を片持ち状態でタンク本体１２に支持する構成に比較して、水素貯蔵タンク１１に振動が加わった際の耐久性が向上する。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図４に従って説明する。この実施形態は沈降規制手段が設けられていない点と、吸収部が伝熱フィンと別部材で構成されている点とが前記第１の実施形態と異なっており、他の基本的な構成は同じである。前記実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。

図４は、図１（ｂ）に対応する水素貯蔵タンク１１の部分模式断面図である。熱交換器１３には平板状の伝熱フィン２７がほぼ一定間隔で設けられ、波板状の伝熱フィン２６は設けられていない。即ち、両エンドプレート２４，２５間の空間は伝熱フィン２７にタンク本体１２の長手方向において一定間隔に区画されているが、隣接する伝熱フィン２７間の空間は区画されずに一つの空間となっている。

一部の伝熱フィン２７にはＭＨ粉末２９のタンク本体１２の長手方向への膨張時の作用力により変形して膨張の作用力を吸収する吸収部３７が設けられている。吸収部３７は断面ほぼ楕円状に形成された金属製（例えばアルミニウム製）のパイプで形成され、扁平な部分が伝熱フィン２７と対向する状態で、水素貯蔵タンク１１の使用状態において吸収部３７が水平に延びるように、伝熱フィン２７にロウ付けや溶接等で固着されている。即ち、吸収部３７は水素貯蔵タンク１１の長手方向への圧力によりつぶれ易いように形成されている。ＭＨ粉末２９は伝熱フィン２７間の空間に吸収部３７の占める空間を除いた部分に充填される。

この実施形態においては、前記第１の実施形態の（１）、（７）及び（８）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（９） 伝熱フィンの一部が吸収部３０を構成するのではなく、伝熱フィン２７と別の部材で吸収部３７が構成されている。従って、伝熱フィン２７としてＭＨ粉末２９の通過を許容する孔３２を全体にほぼ均一に形成されたものと、前記孔３２が吸収部３０と対応する箇所には形成されていないものとの２種類の伝熱フィン２７を準備する必要がない。

（１０） 吸収部３７は断面ほぼ楕円状に形成され、扁平な部分が伝熱フィン２７と対向する状態で伝熱フィンに沿って固定されている。従って、吸収部３７は水素貯蔵タンク１１の長手方向への圧力によりつぶれ易くなる。

（１１） 伝熱フィンとして平板状の伝熱フィン２７のみを一定間隔で熱媒管２０に固定するため、波形状の伝熱フィン２６と平板状の伝熱フィン２７とを互いに当接する状態で熱媒管２０に固定する構成の熱交換器１３に比較して熱交換器１３の製造が容易になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 第１の実施形態のように、隣接する伝熱フィンの間の空間を伝熱フィン自身によって複数の領域２８に区画する構成において、波形状の伝熱フィン２６と、平板状の伝熱フィン２７とを使用する代わりに、図５に示すように、波形状の伝熱フィン２６のみを相互に当接するように設けてもよい。この場合、一種類の伝熱フィン２６で沈降防止手段と吸収部３０とを構成することができる。

○ 第１の実施形態のように、隣接する伝熱フィンの間の空間を伝熱フィン自身によって複数の領域２８に区画する構成において、図６に示すように、平面部３８ａと、該平面部３８ａの片面に突設された複数の立設部３８ｂとによって構成されている伝熱フィン３８を使用してもよい。この構成では吸収部３０を構成する領域２８以外の領域２８を構成する立設部３８ｂにもＭＨ粉末２９の通過を許容する孔３９が形成される。

〇 第１の実施形態等のように、隣接する伝熱フィンの間の空間を伝熱フィン自身によって複数の領域２８に区画する構成において、その一部の領域２８と対応する箇所にＭＨ粉末２９の通過を許容する孔３１，３２を形成せずに吸収部３０とする代わりに、全ての領域２８に孔３１，３２を形成する。そして、一部の領域２８内に吸収部３７を構成するパイプを設けてもよい。この場合、伝熱フィン２６，２７，３８として、それぞれ孔３１，３２の形成状態の異なる２種類の伝熱フィン２６，２７，３８を設ける必要がない。

〇 第２の実施形態のように沈降規制手段を設けずに吸収部３７のみを伝熱フィン２７間の空間に設ける構成において、吸収部３７を水素貯蔵タンク１１の使用状態において下部側に位置する割合が多くなるように設ける。沈降規制手段を設けない場合、水素貯蔵タンク１１の使用によりＭＨ粉末２９が下部側において圧密化されて、水素の吸蔵時におけるＭＨ粉末２９の膨張による作用力が大きくなるが、下部側に位置する吸収部３７の割合が多いため、作用力が円滑に吸収されて、熱交換器１３の変形、破損が抑制される。

〇 第２の実施形態のように沈降規制手段を設けずに吸収部３７のみを伝熱フィン２７間の空間に設ける構成において、吸収部３７を金属製ではなく例えば樹脂製としてもよい。しかし、樹脂は金属に比較して熱伝導性が悪いため、金属製の方がＭＨ粉末２９と伝熱フィン２７との間の熱伝導効率が良くなる。

○ 吸収部３７はパイプに限らず、圧力によってつぶれる空間を有する形状の部材であればよい。
○ 吸収部３７はゴムのように圧縮力で縮む物質で構成してもよい。

〇 伝熱フィンが沈降規制手段を構成しない第２の実施形態のような構成において、伝熱フィンとして平板状ではなく波形状の伝熱フィン２６を使用してもよい。この場合、平板状の伝熱フィン２７に比較してＭＨ粉末２９との接触面積が大きくなり、熱交換効率が良くなる。伝熱フィンとして波形状に限らず、凹部を形成したり、波形状以外の形状に屈曲した形状としたりても、平板状の場合より熱交換効率が良くなる。

〇 第１の実施形態等のように、隣接する伝熱フィンの間の空間を伝熱フィン自身によって複数の領域２８に区画する構成において、全ての領域２８と対応する箇所に孔３１，３２を形成する。そして、吸収部３０を構成する領域２８と対応する箇所の孔３１，３２を埋めて、吸収部３０となる領域２８へのＭＨ粉末２９の侵入を防止するようにしてもよい。

〇 熱交換器１３は、熱媒が流通する熱媒管２０と、タンク本体１２内をタンクの長手方向において複数の空間に区画するように熱媒管２０に接合された複数の伝熱フィンとを備えた構成であればよく、熱媒管２０はＵ字状に屈曲された構成に限らない。例えば、熱媒管２０を一対の直線状のパイプとし、一端（基端）をヘッダ部２１に固着し、他端（先端）を流路を有するブロック材によって接続した構成としてもよい。

〇 ライナ１４は蓋部１７を有する分割式であることに限定されない。例えば、熱交換器１３をライナ１４の一端に組み付けた後、スピニング加工でライナ１４の他端側を絞るように加工してもよい。

〇 伝熱フィン２６，２７等の形状は軸方向から見た形状がほぼ円形に限らず、楕円形あるいは四角形、六角形等の多角形状であってもよい。
〇 熱交換器１３は、蓋部１７にヘッダ部２１を介して固定される構成に限らず、蓋部１７に熱媒管２０の端部が固着された構成としてもよい。

〇 熱交換器１３が有する熱媒管２０の本数は２本に限らず、例えば１本、３本、４本以上等、その本数は特に限定されない。
〇 熱媒は水に限らず、これ以外の流体を用いてタンク内部の温度制御を行ってもよい。

○ 熱交換器１３の先端側や途中を支持部材１２ａで支持せずに、基端側のみで支持する構成としてもよい。
〇 水素貯蔵タンク１１は燃料電池搭載電気自動車の水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、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。また、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用してもよい。

○ 繊維強化樹脂の強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維や炭化ケイ素系セラミック繊維やアラミド繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を強化繊維として使用してもよい。

○ ライナ１４の材質はアルミニウム合金に限らず、気密性を確保可能でアルミニウムと同程度の比重の金属や、金属に限らずポリアミド、高密度ポリエチレン等の合成樹脂であってもよい。

〇 水素貯蔵タンク１１のタンク本体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、全体が金属製であってもよい。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。

○ 本実施形態では水素貯蔵量を稼ぐため高圧で水素貯蔵タンクに水素を貯蔵したが貯蔵する圧力に限定されない。例えば大気圧と同程度でもよく、その場合は気密性が保たれていれば良い。

以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
・ 前記タンク本体は、中空状のライナと、該ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナは一端側が開口部と蓋部とに分割されている。

（ａ）は第１の実施形態の水素貯蔵タンクの模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。 図１（ａ）の部分拡大図。 図１（ａ）のＡ−Ａ線における模式断面図。 第２の実施形態の水素貯蔵タンクの部分模式断面図。 別の実施形態の水素貯蔵タンクの部分模式断面図。 別の実施形態の水素貯蔵タンクの部分模式断面図。

符号の説明

１１…水素貯蔵タンク、１２…タンク本体、１３…熱交換器、２０…熱媒管、２６，３８…沈降規制手段を構成する伝熱フィン、２７…伝熱フィン、２８…沈降規制手段を構成する領域、３０，３７…吸収部、３１，３２，３９…孔。

Claims (5)

1. 水素吸蔵合金及び熱交換器を内蔵する水素貯蔵タンクであって、
   前記熱交換器は、熱媒が流通する熱媒管と、タンク本体内を複数の空間に区画するように前記熱媒管に接合された複数の伝熱フィンとを備え、前記伝熱フィン間の空間は伝熱フィン自身によってさらに複数の領域に区画され、該複数の領域のうち、一部の領域に前記水素吸蔵合金が充填されているとともに一部の領域には前記水素吸蔵合金が充填されてなく、前記水素吸蔵合金が充填されていない領域が前記水素吸蔵合金の膨張時の作用力により変形して膨張の作用力を吸収する吸収部を構成する水素貯蔵タンク。
2. 前記熱交換器は、水素貯蔵タンクの使用状態において、前記タンク本体内に充填されている水素吸蔵合金の沈降方向への移動を規制する沈降規制手段を備えている請求項１に記載の水素貯蔵タンク。
3. 前記沈降規制手段は、前記伝熱フィン間の空間を複数の領域に区画する伝熱フィンで構成されている請求項２に記載の水素貯蔵タンク。
4. 前記吸収部は、前記沈降方向と交差する方向につぶれるように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水素貯蔵タンク。
5. 前記吸伝熱フィンは前記吸収部に対応する部分以外の部分に前記水素吸蔵合金の通過を許容する孔が形成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の水素貯蔵タンク。

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