WO2013005617A1 - 水素貯蔵容器 - Google Patents

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hydrogen storage
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liner
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善也 中村
小林　隆
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カヤバ工業株式会社
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/02—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • F04B15/023—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous supply of fluid to the pump by gravity through a hopper, e.g. without intake valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1002—Ball valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
    • F04B9/04—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen storage container that stores hydrogen gas using a hydrogen storage material capable of storing hydrogen gas.
  • a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage container as a supply source of hydrogen gas as fuel.
  • JP2008-151206A includes a hollow liner having a pair of liner openings through which hydrogen gas is guided and storing hydrogen gas, and a hollow cartridge body disposed inside the liner and containing a hydrogen storage material And a heat exchange pipe as a heat exchange flow pipe that is wound around the outer periphery of the sub tank in a spiral manner and through which a heat exchange medium is guided is disclosed.
  • the hydrogen storage material when the hydrogen gas is taken out from the hydrogen storage container, the hydrogen storage material is heated by supplying a high-temperature heat exchange medium to the heat exchange pipe. This facilitates the release of hydrogen gas from the hydrogen storage material.
  • the heat exchange pipe is spirally wound around the outer periphery of the sub tank.
  • the heat exchange pipe and the sub tank are interposed between the heat exchange medium and the hydrogen storage material, there is room for improvement in the heat controllability for cooling and heating the hydrogen storage material.
  • the end of the heat exchange pipe is connected by welding to a piping member provided in the liner. For this reason, there has been a problem that the connection part of the heat exchange pipe is easily damaged when subjected to external vibration or impact.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and aims to improve the thermal controllability and vibration resistance of a hydrogen storage container.
  • a hydrogen storage container that stores hydrogen gas using a hydrogen storage material capable of storing hydrogen gas, the hydrogen storage container having a liner opening through which the hydrogen gas is led is stored.
  • a hollow liner, a hollow sub-tank disposed inside the liner and containing a hydrogen storage material, a heat exchange pipe disposed inside the sub-tank to which a heat exchange medium is guided, and the liner opening A subtank support that supports the end of the subtank and supports the end of the heat exchange pipe, and a heat exchange medium that is formed through the subtank support and guides the heat exchange medium to the heat exchange pipe
  • a hydrogen storage container comprising a passage.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a hydrogen storage container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of a hydrogen storage container according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a part of a hydrogen storage container according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a heat exchange pipe of a hydrogen storage container according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a heat exchange pipe of a hydrogen storage container according to still another embodiment of the present invention.
  • the hydrogen storage container 1 is mounted, for example, on a vehicle using hydrogen gas as a fuel, and stores high-pressure hydrogen gas.
  • the hydrogen storage container 1 includes a liner 2 as a hollow main tank filled with high-pressure hydrogen gas, a hollow subtank 11 provided inside the liner 2, and hydrogen accommodated inside the subtank 11.
  • a storage material 9 and a heat exchange pipe 50 for cooling and heating the hydrogen storage material 9 are provided.
  • the hydrogen storage container 1 is a hybrid type including a liner 2 and a sub tank 11.
  • FIG. 1 shows a state in which the hydrogen storage substance 9 is not stored in the sub tank 11 so that the internal structure of the sub tank 11 can be easily understood.
  • a powdered hydrogen storage alloy is used as the hydrogen storage material 9 accommodated inside the sub tank 11.
  • This hydrogen storage alloy is an alloy capable of storing several hundred times or more hydrogen gas compared to the atmosphere.
  • the hydrogen storage material 9 is heated by supplying a high-temperature heat exchange medium to the heat exchange pipe 50. Thereby, the release of hydrogen gas from the hydrogen storage material 9 is promoted.
  • heat exchange medium supplied to the heat exchange pipe 50 for example, water is used.
  • the hydrogen storage container 1 includes a hollow liner 2 filled with high-pressure hydrogen gas and a reinforcing sleeve 4 surrounding the outer peripheral surface of the liner 2.
  • the liner 2 has a cylindrical liner barrel 21 and a liner end 22 that squeezes both ends of the liner barrel 21 into a dome shape.
  • the liner end 22 has a liner shoulder 23 formed by squeezing a dome shape from both ends of the cylindrical liner body 21, and a liner opening 24 opened to the center of each.
  • the liner 2 is formed of, for example, an aluminum alloy. Thereby, even if the inner surface of the liner 2 is exposed to hydrogen gas, it is prevented from becoming brittle, and corrosion resistance is ensured.
  • the reinforcing sleeve 4 is formed of a high tensile steel, for example, as a metal having a high tensile strength and a low coefficient of thermal expansion compared to the liner 2.
  • the reinforcing sleeve 4 includes a cylindrical sleeve body 41 that fits on the outer peripheral surface of the liner body 21, and a pair of sleeve shoulders that extend from both ends of the sleeve body 41 and abut against the liner shoulders 23. 42.
  • the internal pressure of the liner 2 rises and the liner 2 tends to expand.
  • the expansion of the liner 2 is suppressed by the reinforcing sleeve 4 surrounding the liner 2, the internal stress generated in the liner 2 is reduced.
  • the hydrogen storage container 1 includes a pair of liner openings 24 that are opened at both ends of the liner 2 and through which hydrogen gas is guided, and a pair of sub tank support portions 17 that support both ends of the sub tank 11 with respect to each liner opening 24. .
  • the sub tank 11 is supported in a suspended state in the liner 2 by a pair of sub tank support portions 17. Thereby, an annular gap 8 is formed between the outer peripheral surface of the sub tank 11 and the inner wall surface of the liner 2.
  • the sub-tank support part 17 includes a plug 25 inserted into the liner opening 24 from the outside of the liner 2, a sub-tank column 30 inserted into the plug 25 from the inside of the liner 2, and hydrogen gas and a heat exchange medium attached to the plug 25.
  • the plug 25 includes a plug cylindrical portion 26 that is inserted into the liner opening 24, and a plug flange portion 27 that comes into contact with the end surface of the liner 2.
  • the plug cylinder 26 is assembled to the liner 2 by forming a male screw on its outer periphery and screwing it with a female screw (not shown) formed in the liner opening 24.
  • the plug cylindrical portion 26 has a mounting hole 28 that opens at its end face.
  • the sub tank 11 is assembled to the plug cylindrical portion 26 by inserting the sub tank column 30 into the mounting hole 28.
  • the sub tank 11 has a cylindrical sub tank body portion 12, a pair of sub tank end portions 13 attached to both ends of the sub tank body portion 12, and each sub tank end portion 13 protruding outward. And the above-described sub tank support 30 supported by the liner 2.
  • the sub tank column 30 is formed in a cylindrical shape and is disposed on the center line O of the hydrogen storage container 1.
  • the sub tank column 30 passes through the center portion of the disk-shaped sub tank end portion 13 and is assembled to the mounting hole 28 of the plug cylindrical portion 26.
  • the liner 2 and the sub tank 11 are formed so as to be substantially symmetric with respect to the center line O of the hydrogen storage container 1 when viewed in the cross-sectional view of FIG.
  • a cylindrical space is defined between the sub tank end portions 13 inside the sub tank body 12. In this space, as shown in FIG. 2, the hydrogen storage material 9 is accommodated together with the heat exchange pipe 50.
  • a filter 15 through which hydrogen gas passes is attached to the sub tank end portion 13 through a perforated plate 14.
  • the disc-shaped perforated plate 14 is fastened to the sub tank end 13 by a plurality of bolts 32.
  • the pipe base end portion 51 and the pipe tip end portion 54 which are both ends of the heat exchange pipe 50, are inserted into the through holes 31 of the respective sub tank support portions 17. As a result, the heat exchange pipe 50 is supported in a suspended manner in the sub tank 11.
  • the heat exchange pipe 50 includes a pipe spiral portion 52 that bends from the distal end (left end portion in FIG. 1) of the pipe base end portion 51 protruding from the through hole 31 of the sub tank support portion 17 and extends in a coil shape, and the pipe spiral.
  • a pipe reciprocating portion 53 that is bent from the tip of the portion 52 (the right end portion in FIG. 1) and extends in a U shape inside the pipe spiral portion 52.
  • the tip of the pipe reciprocating portion 53 (the right end portion in FIG. 1) is a pipe tip portion 54 that is inserted into the through hole 31 of the sub tank support portion 17.
  • the heat exchange pipe 50 is accommodated in the sub tank 11 together with the hydrogen storage material 9. Thereby, the outer surfaces of the pipe spiral portion 52 and the pipe reciprocating portion 53 come into direct contact with the hydrogen storage material 9.
  • the heat exchange pipe 50 is formed of a metal material such as stainless steel, for example.
  • One port block 35 located on the left side in FIG. 1 has a hydrogen gas supply / discharge port 36 through which hydrogen gas is supplied / exhausted as shown by an arrow, and heat exchange through which a heat exchange medium is supplied as shown by an arrow.
  • a medium supply port 37 is formed.
  • a pipe (not shown) for introducing hydrogen gas is connected to the hydrogen gas supply / discharge port 36.
  • a pipe (not shown) for guiding the heat exchange medium is connected to the heat exchange medium supply port 37.
  • a hydrogen gas supply / discharge port 36 through which hydrogen gas is supplied / discharged as indicated by an arrow, and a heat exchange medium is discharged as indicated by an arrow.
  • a heat exchange medium discharge port 38 is formed.
  • a pipe (not shown) for introducing hydrogen gas is connected to the hydrogen gas supply / discharge port 36.
  • a pipe (not shown) for guiding the heat exchange medium is connected to the heat exchange medium discharge port 38.
  • the port block 35 and the plug 25 are fastened by a plurality of bolts 16 as shown in FIG.
  • a connector 45 is interposed between the port block 35 and the plug 25.
  • the connector 45 is formed with a through hole 48 through which a heat exchange medium can pass and a through hole 46 through which hydrogen gas can pass.
  • a filter 39 for removing impurities from the hydrogen gas passing between the through hole 46 and the hydrogen gas supply / discharge port 36 is interposed.
  • Each sub-tank support portion 17 is provided with a hydrogen gas passage 18 through which hydrogen gas enters and exits via a connector 45 and a heat exchange medium passage 19 through which a heat exchange medium enters and exits.
  • the hydrogen gas passage 18 includes a hydrogen gas supply / discharge port 36, a through hole 46 of the connector 45, and a through hole 47 of the plug 25.
  • the heat exchange medium passage 19 includes a heat exchange medium supply port 37, a through hole 48 in the connector 45, a through hole 49 in the plug 25, and a through hole 31 in the sub tank column 30.
  • One liner end 22 and liner opening 24 are formed in the right cylindrical liner 2 by drawing.
  • the sub tank 11 is interposed in the liner 2, and one end of the sub tank 11 is supported on the liner opening 24 via the sub tank support portion 17.
  • the other liner end 22 and the liner opening 24 are formed in the liner 2 by drawing.
  • the other end of the sub tank 11 is supported by the liner opening 24 via the sub tank support portion 17.
  • the right cylindrical reinforcing sleeve 4 is fitted to the outer periphery of the liner 2 by press-fitting, for example.
  • a molding process is performed in which both ends of the reinforcing sleeve 4 fitted to the liner 2 are squeezed along the liner end 22.
  • the hydrogen storage container 1 is manufactured.
  • a heat exchange medium as a low-temperature cooling medium supplied to the heat exchange medium supply port 37 is used as the through hole 48 of the connector 45 and the through hole of the plug 25. 49 and the through-hole 31 of the sub-tank column 30 are led to the heat exchange pipe 50.
  • the heat exchange medium guided from the heat exchange medium passage 19 to the pipe base end portion 51 of the heat exchange pipe 50 passes through the pipe spiral portion 52 and the pipe reciprocating portion 53. In this process, the heat exchange medium exchanges heat with the hydrogen storage material 9 via the heat exchange pipe 50 to cool the hydrogen storage material 9.
  • the heat exchange medium that has absorbed the heat of the hydrogen storage material 9 passes from the pipe tip 54 through the through hole 31 of the sub-tank column 30, the through hole 49 of the plug 25, and the through hole 48 of the connector 45. It is discharged from the discharge port 38.
  • the high-temperature heat exchange medium supplied to the heat exchange medium supply port 37 is passed through the through hole 48 of the connector 45, the through hole 49 of the plug 25, and the sub tank column.
  • the heat exchange pipe 50 is led through the thirty through holes 31.
  • the heat exchange medium guided from the heat exchange medium passage 19 to the pipe base end portion 51 of the heat exchange pipe 50 passes through the pipe spiral portion 52 and the pipe reciprocating portion 53.
  • the heat exchange medium exchanges heat with the hydrogen storage material 9 via the heat exchange pipe 50 to heat the hydrogen storage material 9. Thereby, the release of hydrogen gas from the hydrogen storage material 9 is promoted.
  • the liner 2 has a pair of liner openings 24, and the sub tank 11 is supported at both ends by the liner openings 24 via the pair of sub tank supports 17.
  • the liner 2 may have a single liner opening 24 and the sub tank 11 may be cantilevered by the liner opening 24 via the single sub tank support 17.
  • the hydrogen storage container 1 includes a liner 2 having a liner opening 24 through which hydrogen gas is guided to store the hydrogen gas, and a hollow container 2 disposed inside the liner 2 and containing the hydrogen storage material 9.
  • the pipe base end portion 51 of the heat exchange pipe 50 is supported by the sub tank support portion 17.
  • the outer surface of the heat exchange pipe 50 is in direct contact with the hydrogen storage material 9. Therefore, heat exchange is efficiently performed between the heat exchange medium and the hydrogen storage material 9 as compared with the conventional apparatus in which the heat exchange pipe is wound around the outer periphery of the sub tank. Therefore, the heat controllability for cooling and heating the hydrogen storage material 9 is improved.
  • the heat exchanging pipe 50 Since the heat exchanging pipe 50 has a structure in which the pipe base end portion 51 is supported by the sub-tank support portion 17, the heat exchanging pipe 50 is subjected to vibration and impact as compared with the conventional device in which the open end of the heat exchanging pipe is connected by welding. It can prevent that the connection part of the heat exchange pipe 50 is damaged.
  • the liner 2 has a pair of liner openings 24, and the sub tank 11 is supported at both ends by the liner openings 24 via the pair of sub tank supports 17.
  • the end portion 51 and the pipe front end portion 54 are supported by the sub tank support portion 17, respectively.
  • both end portions of the sub tank 11 are supported by the pair of sub tank support portions 17, and the pipe base end portion 51 and the pipe front end portion 54 of the heat exchange pipe 50 are respectively supported by the pair of sub tank support portions 17. The Therefore, it can prevent that the connection part of the sub tank support part 17 and the heat exchange pipe 50 receives a vibration and an impact, and is damaged.
  • the heat exchange pipe 60 includes a pipe base end portion 61 inserted into the through hole 31 of one sub tank support portion 17, and a pipe base end, similarly to the heat exchange pipe 50 in the above-described embodiment.
  • a pipe tip portion (not shown) inserted into the 17 through holes 31.
  • the cross-sectional shape of the heat exchange pipe 60 is formed in an annular shape at the pipe base end portion 61 and the pipe front end portion. Therefore, it is avoided that a gap is formed in the insertion portion with respect to the through hole 31 of the sub tank support portion 17, and leakage of the heat exchange medium is prevented.
  • the cross-sectional shape of the heat exchange pipe 60 is formed in a non-annular shape in the pipe spiral portion 62. Thereby, the contact area of the heat exchange pipe 60 with respect to the hydrogen storage substance 9 is enlarged.
  • the heat exchange pipe 60 includes a plurality of tube convex portions 63 projecting radially on the outer periphery and a plurality of tube concave portions 64 recessed between the adjacent tube convex portions 63. It has an annular cross-sectional shape.
  • the heat exchange pipe 60 has five pipe convex parts 63 and four pipe concave parts 64.
  • the heat exchange pipe 60 is formed in an annular shape so that the tube convex portions 63 whose cross section protrudes in a U shape and the tube concave portions 64 whose cross sections are also recessed in a U shape are alternately arranged in the circumferential direction. .
  • the pipe convex part 63 and the pipe concave part 64 extend linearly along the longitudinal direction which is the axial direction of the heat exchange pipe 60.
  • the heat exchange pipe 60 is formed of a metal material such as stainless steel.
  • the heat exchange medium guided to the heat exchange pipe 60 exchanges heat with the hydrogen storage material 9 through the heat exchange pipe 60 in the same manner as the heat exchange pipe 50 of the above-described embodiment. Thereby, cooling and heating of the hydrogen storage material 9 are performed.
  • the heat exchange pipe 60 has an annular cross section in which a plurality of tube convex portions 63 project radially on the outer periphery. Therefore, when compared with the heat exchange pipe 50 having an annular cross section in the above-described embodiment, the surface area, that is, the contact area with the hydrogen storage material 9 is increased when the cross-sectional areas of the respective channels are equal. Accordingly, the amount of heat exchanged with the hydrogen storage material 9 is increased. Thereby, cooling and heating of the hydrogen storage material 9 are efficiently performed, and storage and release of hydrogen gas by the hydrogen storage material 9 can be performed quickly.
  • the heat exchange pipe 60 has a configuration in which the plurality of tube convex portions 63 have an annular cross section that protrudes radially on the outer periphery, the strength against vibration and impact is increased.
  • the tube convex portion 73 and the tube concave portion 74 of the heat exchange pipe 70 are configured to extend spirally along the longitudinal direction that is the axial direction of the heat exchange pipe 70.
  • the heat exchange pipe 70 is used when the channel cross-sectional areas are the same as in the other embodiments described above, as compared with the case where the tube convex portion 63 and the tube concave portion 64 extend linearly. Increases the surface area, that is, the contact area with the hydrogen storage material 9.
  • the flow velocity in the tip region within the tube convex portion 73 is increased by the centrifugal force acting on the heat exchange medium that flows spirally through the heat exchange pipe 70. Therefore, the amount of heat exchanged between the heat exchange medium and the hydrogen storage material 9 is increased. Thereby, cooling and heating of the hydrogen storage material 9 are efficiently performed, and storage and release of hydrogen gas by the hydrogen storage material 9 can be performed quickly.

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Abstract

　水素ガスを貯蔵可能な水素貯蔵物質を用いて水素ガスを貯蔵する水素貯蔵容器であって、水素ガスが導かれるライナ開口部を有して水素ガスを貯蔵する中空状のライナと、前記ライナの内側に配置されて水素貯蔵物質を収容する中空状のサブタンクと、前記サブタンクの内側に配置されて熱交換媒体が導かれる熱交換パイプと、前記ライナ開口部に対して前記サブタンクの端部を支持するとともに、前記熱交換パイプの端部を支持するサブタンク支持部と、前記サブタンク支持部を貫通して形成され前記熱交換パイプに熱交換媒体を導く熱交換媒体通路と、を備える。

Description

水素貯蔵容器
　本発明は、水素ガスを貯蔵可能な水素貯蔵物質を用いて水素ガスを貯蔵する水素貯蔵容器に関するものである。
　従来から、燃料電池自動車には、燃料となる水素ガスの供給源として、水素貯蔵容器が搭載されている。
　ＪＰ２００８－１５１２０６Ａには、水素ガスが導かれる一対のライナ開口部を有して水素ガスを貯蔵する中空状のライナと、このライナの内側に配置されて水素貯蔵物質を収容する中空状のカートリッジ本体としてのサブタンクと、このサブタンクの外周に螺旋状に巻き付けられて熱交換媒体が導かれる熱交換用流路配管としての熱交換パイプと、を備える水素貯蔵容器が開示されている。
　水素貯蔵容器に水素ガスが充填される際には、高圧の水素ガスがライナ内に供給されるとともに、熱交換パイプに低温の冷却媒体としての熱交換媒体が供給されて、水素貯蔵物質が冷却される。これにより、水素貯蔵物質への水素ガスの貯蔵が促進される。
　一方、水素貯蔵容器から水素ガスが取り出される際には、熱交換パイプに高温の熱交換媒体が供給されることによって、水素貯蔵物質が加熱される。これにより、水素貯蔵物質からの水素ガスの放出が促進される。
　しかしながら、ＪＰ２００８－１５１２０６Ａに開示される従来の水素貯蔵容器では、熱交換パイプは、サブタンクの外周に螺旋状に巻き付けられる。このように、熱交換媒体と水素貯蔵物質との間に、熱交換パイプとサブタンクが介在しているため、水素貯蔵物質の冷却及び加熱を行う熱制御性に改善の余地があった。
　さらに、熱交換パイプの端部が、ライナ内に設けられる配管部材に溶接されることによって接続されている。そのため、外部からの振動や衝撃を受けたときに、熱交換パイプの接続部が破損しやすいという問題点があった。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、水素貯蔵容器の熱制御性及び耐振動性を改善することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、水素ガスを貯蔵可能な水素貯蔵物質を用いて水素ガスを貯蔵する水素貯蔵容器であって、水素ガスが導かれるライナ開口部を有して水素ガスを貯蔵する中空状のライナと、前記ライナの内側に配置されて水素貯蔵物質を収容する中空状のサブタンクと、前記サブタンクの内側に配置されて熱交換媒体が導かれる熱交換パイプと、前記ライナ開口部に対して前記サブタンクの端部を支持するとともに、前記熱交換パイプの端部を支持するサブタンク支持部と、前記サブタンク支持部を貫通して形成され前記熱交換パイプに熱交換媒体を導く熱交換媒体通路と、を備える水素貯蔵容器が提供される。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による水素貯蔵容器の断面図である。 図２は、本発明の実施形態による水素貯蔵容器の一部を示す断面図である。 図３は、本発明の他の実施形態による水素貯蔵容器の一部を示す断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態による水素貯蔵容器の熱交換パイプの斜視図である。 図５は、本発明の更に他の実施形態による水素貯蔵容器の熱交換パイプの斜視図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による水素貯蔵容器１の構成について説明する。この水素貯蔵容器１は、例えば、水素ガスを燃料とする車両に搭載され、高圧の水素ガスを貯蔵するものである。
　水素貯蔵容器１は、高圧の水素ガスが充填される中空状のメインタンクとしてのライナ２と、このライナ２の内側に設けられる中空状のサブタンク１１と、このサブタンク１１の内側に収容される水素貯蔵物質９と、この水素貯蔵物質９を冷却及び加熱する熱交換パイプ５０とを備える。水素貯蔵容器１は、ライナ２とサブタンク１１とを備えるハイブリッドタイプのものである。なお、図１では、サブタンク１１の内部構造が分かりやすいように、サブタンク１１に水素貯蔵物質９が収容されていない状態を示している。
　サブタンク１１の内側に収容される水素貯蔵物質９としては、例えば、粉末状の水素貯蔵合金が用いられる。この水素貯蔵合金は、大気中と比較して数１００倍以上の水素ガスを貯蔵可能な合金である。
　水素貯蔵容器１に水素ガスが充填される際には、高圧の水素ガスがライナ２内に供給されるとともに、熱交換パイプ５０に低温の冷却媒体としての熱交換媒体が供給されて、水素貯蔵物質９が冷却される。これにより、水素貯蔵物質９への水素ガスの貯蔵が促進される。
　一方、水素貯蔵容器１から水素ガスが取り出される際には、熱交換パイプ５０に高温の熱交換媒体が供給されることによって、水素貯蔵物質９が加熱される。これにより、水素貯蔵物質９からの水素ガスの放出が促進される。
　熱交換パイプ５０に供給される熱交換媒体としては、例えば水が用いられる。
　水素貯蔵容器１は、高圧の水素ガスが充填される中空状のライナ２と、このライナ２の外周面を包囲する補強スリーブ４と、を備える。
　ライナ２は、円筒状のライナ胴部２１と、このライナ胴部２１の両端をドーム状に絞るライナ端部２２と、を有する。
　ライナ端部２２は、円筒状のライナ胴部２１の両端からドーム状に絞って形成されるライナ肩部２３と、それぞれの中央部に開口するライナ開口部２４と、を有する。
　ライナ２は、例えばアルミニウム合金によって形成される。これにより、ライナ２は、その内面が水素ガスに晒されても脆化することが防止され、耐食性が確保される。
　補強スリーブ４は、ライナ２と比較して引っ張り強度が高く、熱膨張率が小さい金属として、例えば高張力鋼によって形成される。
　補強スリーブ４は、ライナ胴部２１の外周面に嵌合する円筒状のスリーブ胴部４１と、このスリーブ胴部４１の両端部から延びて各々のライナ肩部２３に当接する一対のスリーブ肩部４２と、を有する。
　水素貯蔵容器１に水素ガスが充填される際には、ライナ２の内部圧力が上昇してライナ２が膨張しようとする。しかしながら、ライナ２を囲む補強スリーブ４によってライナ２の膨張が抑えられるため、ライナ２に生じる内部応力が低減される。
　水素貯蔵容器１は、ライナ２の両端に開口して水素ガスが導かれる一対のライナ開口部２４と、各々のライナ開口部２４に対してサブタンク１１の両端を支持する一対のサブタンク支持部１７と、を備える。サブタンク１１は、一対のサブタンク支持部１７によってライナ２内に宙吊り状態に支持される。これにより、サブタンク１１の外周面とライナ２の内壁面との間には、環状の間隙８が形成される。
　サブタンク支持部１７は、ライナ２の外側からライナ開口部２４に差し込まれるプラグ２５と、ライナ２の内側からプラグ２５に差し込まれるサブタンク支柱３０と、プラグ２５に取り付けられ水素ガスと熱交換媒体をそれぞれ導くポートブロック３５と、を備える。
　プラグ２５は、図２に示すように、ライナ開口部２４に差し込まれるプラグ円筒部２６と、ライナ２の端面に当接するプラグフランジ部２７と、を有する。
　プラグ円筒部２６は、その外周に雄ネジが形成され、ライナ開口部２４に形成される図示しない雌ネジと螺合することによって、ライナ２に組み付けられる。
　プラグ円筒部２６は、その端面に開口する取付穴２８を有する。プラグ円筒部２６には、取付穴２８にサブタンク支柱３０が挿入されることによって、サブタンク１１が組み付けられる。
　サブタンク１１は、図１に示すように、円筒状のサブタンク胴部１２と、このサブタンク胴部１２の両端に装着される一対のサブタンク端部１３と、各々のサブタンク端部１３から外部に突出してライナ２に支持される前述のサブタンク支柱３０と、を備える。
　サブタンク支柱３０は、円筒状に形成されて水素貯蔵容器１の中心線Ｏ上に配置される。サブタンク支柱３０は、円盤状のサブタンク端部１３の中央部を貫通して、プラグ円筒部２６の取付穴２８に組み付けられる。
　ライナ２とサブタンク１１とは、図１の断面図で見たときに、水素貯蔵容器１の中心線Ｏについて略対称となるように形成される。
　サブタンク胴部１２の内側には、各々のサブタンク端部１３の間に円柱状の空間が画成される。この空間には、図２に示すように、水素貯蔵物質９が、熱交換パイプ５０とともに収容される。
　サブタンク端部１３には、図２に示すように、水素ガスを通すフィルタ１５が、多孔板１４を介して取り付けられる。円盤状の多孔板１４は、複数のボルト３２によって、サブタンク端部１３に締結される。
　熱交換パイプ５０は、図１に示すように、その両端部であるパイプ基端部５１とパイプ先端部５４とが、各々のサブタンク支持部１７の通孔３１にそれぞれ挿入される。これにより、熱交換パイプ５０は、サブタンク１１内に宙吊り状に支持されることとなる。
　熱交換パイプ５０は、サブタンク支持部１７の通孔３１から突出するパイプ基端部５１の先端（図１では左側の端部）から曲折してコイル状に延びるパイプ螺旋部５２と、このパイプ螺旋部５２の先端（図１では右側の端部）から曲折してパイプ螺旋部５２の内側にＵ字状に延びるパイプ往復部５３と、を有する。このパイプ往復部５３の先端（図１では右側の端部）は、サブタンク支持部１７の通孔３１に挿入されるパイプ先端部５４となる。
　熱交換パイプ５０は、水素貯蔵物質９とともにサブタンク１１内に収容される。これにより、パイプ螺旋部５２とパイプ往復部５３との外表面は、水素貯蔵物質９に直接的に接触することとなる。
　熱交換パイプ５０は、例えば、ステンレス等の金属材によって形成される。
　図１にて左側に位置する一方のポートブロック３５には、矢印で示すように水素ガスが給排される水素ガス給排ポート３６と、矢印で示すように熱交換媒体が供給される熱交換媒体供給ポート３７と、が形成される。水素ガス給排ポート３６には、水素ガスを導く図示されない配管が接続される。熱交換媒体供給ポート３７には熱交換媒体を導く図示されない配管が接続される。
　一方、図１にて右側に位置する他方のポートブロック３５には、矢印で示すように水素ガスが給排される水素ガス給排ポート３６と、矢印で示すように熱交換媒体が排出される熱交換媒体排出ポート３８と、が形成される。水素ガス給排ポート３６には、水素ガスを導く図示されない配管が接続される。熱交換媒体排出ポート３８には熱交換媒体を導く図示されない配管が接続される。
　ポートブロック３５とプラグ２５とは、図２に示すように、複数のボルト１６によって締結される。ポートブロック３５とプラグ２５との間には、コネクタ４５が介装される。このコネクタ４５には、熱交換媒体が通過可能な通孔４８と水素ガスが通過可能な通孔４６とが形成される。ポートブロック３５とコネクタ４５との間には、通孔４６と水素ガス給排ポート３６との間を通過する水素ガスから不純物を除去するフィルタ３９が介装される。
　各々のサブタンク支持部１７には、コネクタ４５を介して水素ガスが出入りする水素ガス通路１８と、熱交換媒体が出入りする熱交換媒体通路１９と、がそれぞれ設けられる。
　水素ガス通路１８は、水素ガス給排ポート３６、コネクタ４５の通孔４６、及びプラグ２５の通孔４７によって構成される。
　熱交換媒体通路１９は、熱交換媒体供給ポート３７、コネクタ４５の通孔４８、プラグ２５の通孔４９、及びサブタンク支柱３０の通孔３１によって構成される。
　次に、水素貯蔵容器１の製造工程について説明する。
（１）直円筒状のライナ２に、一方のライナ端部２２及びライナ開口部２４を、絞り加工によって形成する。
（２）ライナ２内にサブタンク１１を介装し、このサブタンク１１の一端を、サブタンク支持部１７を介してライナ開口部２４に支持する。
（３）ライナ２に、他方のライナ端部２２及びライナ開口部２４を、絞り加工によって形成する。
（４）サブタンク１１の他端を、サブタンク支持部１７を介してライナ開口部２４に支持する。
（５）直円筒状の補強スリーブ４を、例えば圧入によってライナ２の外周に嵌合させる。
（６）ライナ２に嵌合した補強スリーブ４の両端部を、ライナ端部２２に沿うように絞る成形加工を行う。
　以上の（１）から（６）の工程を経て、水素貯蔵容器１が製造される。
　次に、水素貯蔵容器１への水素ガスの充填、及び水素貯蔵容器１からの水素ガスの取り出しについて説明する。
　水素貯蔵容器１に水素ガスが充填される際には、水素ガス給排ポート３６に供給される高圧の水素ガスが、フィルタ３９、コネクタ４５の通孔４６、及びプラグ２５の通孔４７を通って、ライナ２内に流入する。水素ガス通路１８からライナ２内に流入した水素ガスは、間隙８、多孔板１４、及びフィルタ１５を通って、サブタンク１１の内側に入り、水素貯蔵物質９に貯蔵される。こうして、水素貯蔵容器１には、その両端から水素ガスが充填される。
　また、水素貯蔵容器１に水素ガスが充填される際には、熱交換媒体供給ポート３７に供給される低温の冷却媒体としての熱交換媒体が、コネクタ４５の通孔４８、プラグ２５の通孔４９、及びサブタンク支柱３０の通孔３１を通って、熱交換パイプ５０へと導かれる。こうして、熱交換媒体通路１９から熱交換パイプ５０のパイプ基端部５１へと導かれる熱交換媒体は、パイプ螺旋部５２、及びパイプ往復部５３を通る。この過程で、熱交換媒体は、熱交換パイプ５０を介して水素貯蔵物質９との間で熱交換し、水素貯蔵物質９を冷却する。
　これにより、水素貯蔵物質９への水素ガスの貯蔵が促進される。こうして、水素貯蔵物質９の熱を吸収した熱交換媒体は、パイプ先端部５４からサブタンク支柱３０の通孔３１、プラグ２５の通孔４９、及びコネクタ４５の通孔４８を通って、熱交換媒体排出ポート３８から排出される。
　一方、水素貯蔵容器１から水素ガスが取り出される際には、ライナ２内の水素ガスが、プラグ２５の通孔４７、コネクタ４５の通孔４６、及びフィルタ３９を通って水素ガス給排ポート３６へと流出する。こうして、水素貯蔵容器１に貯蔵された水素ガスは、水素貯蔵容器１の両端から取り出される。
　また、水素貯蔵容器１から水素ガスが取り出される際には、熱交換媒体供給ポート３７に供給される高温の熱交換媒体が、コネクタ４５の通孔４８、プラグ２５の通孔４９、及びサブタンク支柱３０の通孔３１を通って、熱交換パイプ５０へと導かれる。こうして、熱交換媒体通路１９から熱交換パイプ５０のパイプ基端部５１へと導かれる熱交換媒体は、パイプ螺旋部５２、及びパイプ往復部５３を通る。この過程で、熱交換媒体は、熱交換パイプ５０を介して水素貯蔵物質９との間で熱交換し、水素貯蔵物質９を加熱する。これにより、水素貯蔵物質９からの水素ガスの放出が促進される。
　本実施形態では、ライナ２が、一対のライナ開口部２４を有し、サブタンク１１が、一対のサブタンク支持部１７を介してライナ開口部２４に両持ち支持される構成とした。これに限らず、ライナ２が単一のライナ開口部２４を有し、サブタンク１１が単一のサブタンク支持部１７を介してライナ開口部２４に片持ち支持される構成としてもよい。
　以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　水素貯蔵容器１は、水素ガスが導かれるライナ開口部２４を有して水素ガスを貯蔵する中空状のライナ２と、このライナ２の内側に配置されて水素貯蔵物質９を収容する中空状のサブタンク１１と、このサブタンク１１の内側に配置されて熱交換媒体が導かれる熱交換パイプ５０と、ライナ開口部２４に対してサブタンク１１の端部を支持するサブタンク支持部１７と、このサブタンク支持部１７を貫通して形成され熱交換パイプ５０に熱交換媒体を導く熱交換媒体通路１９とを備える。熱交換パイプ５０のパイプ基端部５１は、サブタンク支持部１７に支持される。
　このように、水素貯蔵容器１では、熱交換パイプ５０の外表面が水素貯蔵物質９に直接的に接触する。そのため、熱交換パイプがサブタンクの外周に巻き付けられる従来装置と比較して、熱交換媒体と水素貯蔵物質９との間で熱交換が効率よく行われる。したがって、水素貯蔵物質９の冷却及び加熱を行う熱制御性が高められる。
　熱交換パイプ５０は、そのパイプ基端部５１がサブタンク支持部１７に支持される構造であるため、熱交換パイプの開口端を溶接によって接続する従来装置と比較して、振動や衝撃を受けて熱交換パイプ５０の接続部が破損することを防止できる。
　また、水素貯蔵容器１では、ライナ２が一対のライナ開口部２４を有し、サブタンク１１が一対のサブタンク支持部１７を介してライナ開口部２４に両持ち支持され、熱交換パイプ５０のパイプ基端部５１とパイプ先端部５４とが、サブタンク支持部１７にそれぞれ支持される。
　このように、サブタンク１１の両端部が一対のサブタンク支持部１７にそれぞれ支持されるとともに、熱交換パイプ５０のパイプ基端部５１とパイプ先端部５４とが一対のサブタンク支持部１７にそれぞれ支持される。そのため、振動や衝撃を受けてサブタンク支持部１７や熱交換パイプ５０の接続部が破損することを防止できる。
　次に、図３及び図４を参照して、他の実施形態について説明する。なお、以下で説明する各実施形態では、図１及び図２に示された実施形態と基本的に同じ構成を有するため、相違する部分のみを説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
　図３に示すように、熱交換パイプ６０は、上述した実施形態における熱交換パイプ５０と同様に、一方のサブタンク支持部１７の通孔３１に挿入されるパイプ基端部６１と、パイプ基端部６１から曲折してコイル状に延びるパイプ螺旋部６２と、このパイプ螺旋部６２から曲折してパイプ螺旋部６２の内側にてＵ字状に延びる図示されないパイプ往復部と、他方のサブタンク支持部１７の通孔３１に挿入される図示されないパイプ先端部と、を有する。
　熱交換パイプ６０の断面形状は、パイプ基端部６１とパイプ先端部とにおいては、円環状に形成される。そのため、サブタンク支持部１７の通孔３１に対する挿入部に隙間が空くことが回避され、熱交換媒体の洩れが防止される。
　熱交換パイプ６０の断面形状は、パイプ螺旋部６２においては、非円環状に形成される。これにより、水素貯蔵物質９に対する熱交換パイプ６０の接触面積を大きくしている。
　具体的には、図４に示すように、熱交換パイプ６０は、外周に放射状に突出する複数の管凸部６３と、隣り合う管凸部６３の間で窪む複数の管凹部６４とを有する環状の断面形状に形成される。ここでは、熱交換パイプ６０は、５つの管凸部６３と４つの管凹部６４とを有する。
　換言すると、熱交換パイプ６０は、断面がＵ字状に突出する管凸部６３と、同じく断面がＵ字状に窪む管凹部６４とが周方向に交互に並ぶように環状に形成される。
　管凸部６３と管凹部６４とは、熱交換パイプ６０の軸方向である長手方向に沿って直線状に延びる。
　熱交換パイプ６０は、例えばステンレス等の金属材によって形成される。
　熱交換パイプ６０に導かれる熱交換媒体は、上述した実施形態の熱交換パイプ５０と同様に、熱交換パイプ６０を介して水素貯蔵物質９との間で熱交換を行う。これにより、水素貯蔵物質９の冷却及び加熱が行われる。
　本実施形態では、熱交換パイプ６０は、複数の管凸部６３が外周に放射状に突出する環状の断面を有する。そのため、上述した実施形態における円環状の断面を有する熱交換パイプ５０と比較すると、それぞれの流路断面積が等しい場合には、表面積、即ち水素貯蔵物質９に対する接触面積が大きくなる。よって、水素貯蔵物質９との間で行われる熱交換の熱量が高められる。これにより、水素貯蔵物質９の冷却及び加熱が効率よく行われ、水素貯蔵物質９による水素ガスの貯蔵及び放出を速やかに行うことができる。
　また、熱交換パイプ６０は、複数の管凸部６３が外周に放射状に突出する環状の断面を有する構成としたため、振動や衝撃に対する強度が高められる。
　次に、図５を参照して、更に他の実施形態について説明する。この実施形態では、図５に示すように、熱交換パイプ７０の管凸部７３と管凹部７４とが、熱交換パイプ７０の軸方向である長手方向に沿って螺旋状に延びる構成である。
　本実施形態では、熱交換パイプ７０は、上述した他の実施形態のように管凸部６３と管凹部６４とが直線状に延びるものと比較して、それぞれの流路断面積が等しい場合には、表面積、即ち水素貯蔵物質９に対する接触面積が更に大きくなる。
　また、熱交換パイプ７０を通って螺旋状に流れる熱交換媒体に働く遠心力によって、管凸部７３内の先端領域における流速が高められる。そのため、熱交換媒体と水素貯蔵物質９との間で行われる熱交換の熱量が高められる。これにより、水素貯蔵物質９の冷却及び加熱が効率よく行われ、水素貯蔵物質９による水素ガスの貯蔵及び放出を速やかに行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は、２０１１年７月１日に日本国特許庁に出願された特願２０１１－１４７５４８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
　この発明の実施例が包含する排他的性質又は特徴は、以下のようにクレームされる。
 

Claims (5)

  1. 　水素ガスを貯蔵可能な水素貯蔵物質を用いて水素ガスを貯蔵する水素貯蔵容器であって、
    　水素ガスが導かれるライナ開口部を有して水素ガスを貯蔵する中空状のライナと、
    　前記ライナの内側に配置されて水素貯蔵物質を収容する中空状のサブタンクと、
    　前記サブタンクの内側に配置されて熱交換媒体が導かれる熱交換パイプと、
    　前記ライナ開口部に対して前記サブタンクの端部を支持するとともに、前記熱交換パイプの端部を支持するサブタンク支持部と、
    　前記サブタンク支持部を貫通して形成され前記熱交換パイプに熱交換媒体を導く熱交換媒体通路と、を備える水素貯蔵容器。
  2. 　請求項１の水素貯蔵容器であって、
    　前記ライナは、一対の前記ライナ開口部を有し、
    　前記サブタンクは、一対の前記サブタンク支持部を介して各々の前記ライナ開口部に両持ち支持され、
    　前記熱交換パイプの両端部は、前記サブタンク支持部にそれぞれ支持される水素貯蔵容器。
  3. 　請求項１の水素貯蔵容器であって、
    　前記熱交換パイプは、
    　一方の前記サブタンク支持部から突出するパイプ基端部から曲折してコイル状に延びるパイプ螺旋部と、
    　前記パイプ螺旋部の先端から曲折して当該パイプ螺旋部の内側にＵ字状に延び、先端のパイプ先端部が他方の前記サブタンク支持部に挿入されるパイプ往復部と、を有する水素貯蔵容器。
  4. 　請求項１の水素貯蔵容器であって、
    　前記熱交換パイプは、その長手方向に沿って延びる複数の管凸部を有し、当該複数の管凸部が外周に放射状に突出する断面形状に形成される水素貯蔵容器。
  5. 　請求項４の水素貯蔵容器であって、
    　前記管凸部は、前記熱交換パイプの長手方向に沿って螺旋状に延びる水素貯蔵容器。
     
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