JPH0783396A - 水素貯蔵用水素吸蔵合金タンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素注入に際し、タンク内で水素吸蔵合金の
偏在化が起こりにくい水素注入ノズルを備えた水素貯蔵
用水素吸蔵合金タンクを提供することを目的とする。 【構成】 水素ガス噴き出し用の噴出孔を少なくとも一
つ有した水素注入ノズルが、タンクの長手方向の一端に
備えられた水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクにおいて、前
記水素注入ノズルから噴き出される水素の噴き出し方向
ベクトルの少なくとも一つが、前記タンクの長手方向に
直交する方向成分を有していることを特徴とする水素貯
蔵用水素吸蔵合金タンク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素注入ノズルが配設
された水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクに関し、より詳し
くは水素注入ノズルの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保全への関心の高まりと
ともに、クリーンエネルギーに対する要請が一段と高ま
っている。このような背景にあって、クリーンエネルギ
ーとしての水素の重要性が従来に増して高まっている。
ところで、水素は、通常気体であり且つ極めて活性な物
質であるため、このような性質の水素を如何に適切に個
別貯蔵するかが、水素エネルギーの高度利用を図る際の
重要課題になる。例えば宇宙開発用ロケットや電気自動
車の電源として、エネルギー変換効率が高くかつ環境汚
染に対する影響の少ない水素燃料電池を活用しようとす
る方向にあるが、この場合、先ず電池燃料である水素を
如何に供給するかが問題となる。また、いわば無尽蔵の
資源である太陽エネルギーの利用を図るため、砂漠等で
太陽電池発電を行いその電力を水の電気分解を通じて一
旦水素に変換し、水素の形態でエネルギー貯蔵し、これ
を消費地に運搬等して利用しようと考える場合、上記と
同様に先ず水素の蓄積貯蔵方法が問題となる。つまり、
如何に適切簡便に水素を貯蔵できるかが水素エネルギー
の高度利用を図るための鍵となる。

【０００３】しかして、最近、水素を可逆的に吸蔵放出
し得る水素吸蔵合金が注目され、この水素吸蔵合金に水
素を吸蔵させて水素貯蔵を行う方式が、水素貯蔵法とし
て利用されるようになって来ている。この方式によれ
ば、水素の個別貯蔵（任意の単位での貯蔵をいう）が容
易となるとともに、その取り出しも容易となるので、高
圧液化方式の従来型貯蔵法に比べて、水素及び水素利用
装置の活用範囲を大幅に拡大できることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の発明者らは、
上記の如き状況を踏まえ、水素吸蔵合金に水素を吸蔵さ
せて水素貯蔵を行う従来型水素貯蔵用水素吸蔵合金タン
クについて見直しを行ったところ、次のような問題点を
見い出した。即ち、従来型水素貯蔵用水素吸蔵合金タン
クに使用されている水素注入ノズルは、水素の噴き出し
方向がノズル軸方向に対し平行であるので、水素の注入
に際し、噴出された水素がそのままタンク内の水素吸蔵
合金に吹き当たる。よって、図７に示したように、水素
吸蔵合金粒子がタンク奥の方に押しやられることになる
が、この場合、細粒子ほど奥に押しやられることになる
ため、タンク内の水素吸蔵合金分布が場所的、粒度的に
偏在化する。ここで、水素吸蔵合金は水素を吸蔵すると
発熱膨張するが、水素吸蔵合金が偏在化し高密度になっ
た部分（タンク奥）では、この発熱膨張の影響により温
度が異常に上昇するとともに、合金の膨張によって内圧
が異常に高まりタンク壁を強く押圧することとなる。こ
のように集中的局部的に加えられる発熱膨張作用は、タ
ンク壁面の疲労（例えば金属疲労）を招来する。つま
り、水素の貯蔵放出の繰り返しによって、タンク壁は次
第に疲労劣化し、タンクの歪みや変形、更には破裂等の
不測の事態を招くことになる。

【０００５】本発明は、このような認識のもとで、水素
注入に際し、タンク内で水素吸蔵合金の偏在化が起こり
にくい水素注入ノズルを備えた水素貯蔵用水素吸蔵合金
タンクを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、水素ガス噴き出し用の噴
出孔を少なくとも一つ有した水素注入ノズルが、タンク
の長手方向の一端に備えられた水素貯蔵用水素吸蔵合金
タンクにおいて、前記水素注入ノズルから噴き出される
水素の噴き出し方向ベクトルの少なくとも一つが、前記
タンクの長手方向に直交する方向成分を有していること
を特徴とする。

【０００７】また請求項２記載の本発明は、前記請求項
１記載の水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクにおいて、水素
注入ノズルが、水素注入管と該注入管から噴き出された
水素の風向を調節する案内板とで構成されたことを特徴
とする。更に請求項３記載の本発明は、前記請求項１記
載の水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクにおいて、水素注入
ノズルが、その周側面に水素噴出孔を複数設けた筒状の
水素噴出部材を備えたことを特徴とする。

【０００８】また請求項４記載の本発明は、前記請求項
３記載の水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクにおいて、前記
周側面に複数設けられた水素噴出孔が、水素貯蔵用水素
吸蔵合金タンクの周方向に配列されたものであることを
特徴とする。更に請求項５記載の本発明は、前記請求項
３記載の水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクにおいて、前記
周側面に複数設けられた水素噴出孔が、水素貯蔵用水素
吸蔵合金タンクの長手方向に配列されたものであること
を特徴とする。

【０００９】また請求項６記載の本発明は、前記長手方
向に配列された複数の水素噴出孔が、各噴出孔からの噴
出速度または噴出量が同一になるように、先端側に進む
につれて孔径を大きく形成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、タンクの長手方向の一端
に設けられた水素噴出ノズルより噴き出される水素は、
長手方向以外の噴出方向成分を有しているので、水素吸
蔵合金粉末に当たる風圧が緩和される。したがって、水
素噴出圧によって水素吸蔵合金粉末がタンク内で飛散
し、偏在化する現象を緩和できる。よって、タンクへの
水素注入を効率的に行えるようになる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を、図に基づいて説明する。 〔実施例１〕本発明の実施例１を図１に基づいて説明す
る。 図１は、円筒状の水素噴出部材の長手方向に沿っ
て、水素ガス噴出孔を８個配列してなる水素注入ノズル
を備えた水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクの断面模式図で
ある。図１中、１は水素貯蔵用水素吸蔵合金タンク本
体、２ｂは中空棒状の水素噴出部材、３は水素ガス噴出
孔、４はフィルター、５は水素ガス供給管であり、矢印
の方向は水素ガスの噴き出し方向を示している。ここ
で、水素貯蔵用水素吸蔵合金タンク本体１は、長手方向
の一端に水素注入ノズルの取付け口を有し、他端が閉じ
られた、長さ１５９ｍｍ、直径３８ｍｍ、壁厚２ｍｍの
大きさの円筒形状をしたタンクである。また、水素注入
ノズルは、後端側に水素ガスから塵等を除去するための
フィルターが取り付けられており、先端側には直径６．
３５ｍｍ、長さ約１５０ｍｍの中空棒状の水素噴出部材
２ｂが取り付けられている。そして、この水素噴出部材
２には、長手方向に沿ってほぼ均等に８個の孔が配設さ
れ、各孔の内側には水素ガスから塵等を除去するととも
に、水素吸蔵合金の流入を防止するために、それぞれ直
径２．５ｍｍのフィルター（２μｍ）が取り付けられて
いる。なお、このような形状のタンク本体及び水素注入
ノズルの材質は、アルミニウム合金（Ａ５０５２）であ
る。 〔実施例２〕本発明の実施例２を、図２に基づいて説明
する。図２は、水素噴出部材の長手方向に沿って、水素
ガス噴出孔を２列に４個配列した例である。但し、水素
ガス噴出孔の配列の仕方は適当に定めればよく、例えば
４列２段の配列であってもよく、また螺旋状に配列して
もよい。更に、長手方向に進むにつれて、孔径を大きく
形成し、水素ガス噴出量または噴出速度が各噴出孔とも
同一になるようにしてもよい。このようにすると、水素
ガスの噴き出しによって生じる水素吸蔵合金粒子の偏在
化現象を効果的に防止できる。なお、先端ほど孔径を大
きくするのは、下流側ほど水素圧が低下するためであ
る。 〔実施例３〕本発明の実施例３を図３、４に基づいて説
明する。 図２中、２ｂはその円周方向に沿って水素ガ
ス 噴出孔を配列した偏平タイプの水素ガス噴出部材で
ある。この水素ガス噴出部材２ｂは、その拡大斜視図を
図４に示すが、直径９．５ｍｍ、厚さ８ｍｍの円筒体
で、その円周面には直径２．５ｍｍの水素ガス噴出孔が
８個配列されたものである。なお、図番号は実施例１と
同様であり、水素ガス噴出部材等の材質も実施例１の場
合と同様である。

【００１２】この実施例３に示した水素噴出部材は、実
施例１のものと異なり、周方向すなわち長手方向に直交
する方向に水素を噴出するように構成したものである。
したがって、水素吸蔵合金タンクの形状が、直径が大き
く、長手方向に短かい場合により効果的に本発明の作用
効果を奏する。 〔実施例４〕本発明の実施例４を図５（イ）〜（ハ）に
基づいて説明する。実施例４は、水素ガス注入管の前方
に案内板を設け、この案内板により注入管より噴き出さ
れた水素ガスの進行方向を変更して、タンク長手方向と
直交する方向成分を形成させる方式の例である。

【００１３】図４中、（イ）は、水素注入管の前方に円
板状の邪魔板（案内板）を配設し、注入管より噴き出し
た水素ガスがこの邪魔板に当たって、長手方向と直交す
る方向に曲がるよう構成した水素噴出部材である。ま
た、（ロ）は、円錐体の頂点を注入管側に配置し、円錐
側面を案内板として作用させて、注入管より噴き出す水
素ガスを所定の方向に導くよう構成した水素噴出部材で
ある。更に（ハ）は、円錐体の側面を曲線状（ラッパ
状）に形成して（ロ）の場合より長手方向と直交する方
向への曲げを大きくするよう構成した水素噴出部材であ
る。

【００１４】なお、上記実施例１〜３では、円筒状の水
素噴出部材を用いたが、例えば円錐筒状、角筒状、三角
筒状、四角筒状等であってもよい。また、実施例４にお
ける案内板は、その形状が特に限定されるものではな
く、所望する噴き出し方向に適合する形状を適当に設定
すればよい。更に、上記実施例を示す各図において、水
素噴出部材がむき出しの状態のままに描いてあるが、こ
れらの水素噴出部材は水素の噴き出しを妨害しない限り
において、カバーで覆うことも可能である。 〔比較例１〕タンク長手方向への噴き出し成分のみを有
した水素注入ノズルを備えた、図７の従来型水素貯蔵用
水素吸蔵合金タンクを作製した。この比較例１の水素貯
蔵用水素吸蔵合金タンクは、タンク本体の材質、大き
さ、及び水素注入ノズルの材質が実施例１〜４と同様で
あり、また水素注入ノズルの形状、大きさが実施例４の
水素注入管と同様にしてある。

【００１５】〔実験〕実施例１、実施例２、実施例３、
及び比較例１のタンク内に、カサ密度４．８ｇ／ｍｌの
ミッシュメタル系（Ｌｍ、Ｙ、Ｎｉ）の水素吸蔵合金粉
末５７０ｇを充填した。この場合のタンク内容積に占め
る水素吸蔵合金粉末の充填率は５０％となる。

【００１６】次に、何れの実施例タンクについても、水
素注入ノズルの幹管部（水素供給源側）での流速が７ｍ
／ｓｅｃとなるように水素ガス圧をかけ、タンク内に６
０リットルの水素を注入し、タンク内における合金粉末
の偏在状況を観察した。 （結果）上記条件での水素ガス注入時間は約１５分であ
り、この場合における各実施例タンク内の状況は次のよ
うであった。

【００１７】比較例１のタンクでは、図７に示すよう
に、合金粉末がガスの噴出勢いによりタンク奥（川下）
の方に押しやられていた。また、奥にはより細かい合金
粉末が存在し、手前にはより粗い合金粉末が存在してい
た。更に、水素の吸蔵とともにタンク奥部分が膨張した
ことが外観的に観察された。この膨張は、タンク奥部分
では水素吸蔵合金が結果的に高密度充填された状態とな
っているため、水素の吸蔵に伴う水素吸蔵合金の膨張圧
力が集合されて局部的に強大となってタンク壁面を強力
に押圧するためであると考えられる。

【００１８】これに対し、実施例１〜３では、合金粉末
の偏在化は少なく、またタンクの膨張も観察されなかっ
た。なお、実施例１〜３では、水素注入ノズルの各噴出
孔から噴き出される水素ガスの噴出速度は、１ｍ／ｓｅ
ｃ以下であった。一方、比較例１において合金粉末の偏
在化を少なくするために、水素注入速度を減少させたと
ころ、水素注入時間を２倍以上としても、実施例１〜３
に比較して水素吸蔵合金粉末の偏在化が大きかった。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水素吸
蔵合金タンクへ水素を注入する際、注入水素の風圧によ
りタンク内の合金粉末がタンク奥に押しやられ、また飛
散するため合金分布が偏在化するという現象が抑制でき
る。このため、本発明水素貯蔵用水素吸蔵合金タンク
は、従来型水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクの場合のよう
に、単位時間当たりの水素注入量を注意深く制御しなく
とも、前記合金粉末の偏在化が生じ難い。よって、水素
注入作業の短縮とともに、水素吸蔵合金の水素吸蔵膨張
がタンクに金属疲労等を生じさせる現象を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１にかかる水素貯蔵用水素吸蔵
合金タンクを示す断面模式図である。

【図２】本発明の実施例２にかかる水素貯蔵用水素吸蔵
合金タンクを示す断面模式図である。

【図３】本発明の実施例３にかかる水素貯蔵用水素吸蔵
合金タンクを示す断面模式図である。

【図４】本発明の実施例３にかかる水素貯蔵用水素吸蔵
合金タンクの水素噴出ノズル部分を示す拡大斜視図であ
る。

【図５】本発明の実施例４にかかる水素貯蔵用水素吸蔵
合金タンクの水素噴出ノズル部分を示す拡大斜視図であ
る。

【図６】本発明のその他の実施例にかかる水素貯蔵用水
素吸蔵合金タンクの水素噴出ノズル部分を示す拡大斜視
図である。

【図７】従来例にかかる水素貯蔵用水素吸蔵合金タンク
を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１ 水素貯蔵用水素吸蔵合金タンク本体 ２ 水素噴出部材 ３ 噴出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 勝 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素ガス噴き出し用の噴出孔を少なくと
   も一つ有した水素注入ノズルが、タンクの長手方向の一
   端に備えられた水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクにおい
   て、 前記水素注入ノズルから噴き出される水素の噴き出し方
   向ベクトルの少なくとも一つが、前記タンクの長手方向
   に直交する方向成分を有していることを特徴とする水素
   貯蔵用水素吸蔵合金タンク。
2. 【請求項２】 前記水素注入ノズルは、水素注入管と該
   注入管から噴き出された水素の風向を調節する案内板と
   で構成されたことを特徴とする請求項１記載の水素貯蔵
   用水素吸蔵合金タンク。
3. 【請求項３】 前記水素注入ノズルは、周側面に水素噴
   出孔が複数設けられた筒状の水素噴出部材を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載の水素貯蔵用水素吸蔵合金タ
   ンク。
4. 【請求項４】 前記周側面に複数設けられた水素噴出孔
   は、水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクの周方向に配列され
   たものであることを特徴とする請求項３記載の水素貯蔵
   用水素吸蔵合金タンク。
5. 【請求項５】 前記周側面に複数設けられた水素噴出孔
   は、水素貯蔵用水素吸蔵合金タンクの長手方向に配列さ
   れたものであることを特徴とする請求項３記載の水素貯
   蔵用水素吸蔵合金タンク。
6. 【請求項６】 前記長手方向に配列された複数の水素噴
   出孔は、各噴出孔からの噴出速度または噴出量が同一に
   なるように、先端側に進むにつれて孔径を大きく形成し
   たことを特徴とする請求項５記載の水素貯蔵用水素吸蔵
   合金タンク。