JP2004286178A

JP2004286178A - Gas storage tank

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Publication number: JP2004286178A
Application number: JP2003081706A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kanehara; 雅彦金原; Daigoro Mori; 大五郎森; Takehiro Nitou; 丈裕仁藤; Makoto Tsuzuki; 誠都築; Yoshihiro Isogai; 嘉宏磯貝
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP4167521B2

Abstract

【課題】ガスの吸蔵・吸着材を備えると共に、より高圧のガスを貯蔵可能なガス貯蔵タンクを提供する。
【解決手段】水素貯蔵タンク１０は、水素吸蔵合金を内部に充填した熱交換器３０と、熱交換器３０を内部に収納し開口部２１，２２が形成されるタンク容器２０と、タンク容器２０内で熱交換器３０を支持する支持部４０とを備える。支持部４０は波形状板材によって形成されるため、タンク容器２０と熱交換器３０との間には、タンク容器２０の長手方向に略平行な複数の空間が形成される。水素貯蔵タンク１０を製造する際に、タンク容器２０に対して水冷を伴う熱処理を施す場合には、タンク容器２０の開口部である接続口２１，２２の一方から内部に水を導入して他方から水を排出すると、水が上記複数の空間を通過することで、タンク容器２０を内側から急激に水冷することができる。
【選択図】図１Provided is a gas storage tank including a gas storage / adsorption material and capable of storing a higher-pressure gas.
A hydrogen storage tank includes a heat exchanger filled with a hydrogen storage alloy, a tank container accommodating the heat exchanger therein and having openings and formed therein. And a support portion 40 for supporting the heat exchanger 30 therein. Since the support portion 40 is formed of a corrugated plate, a plurality of spaces substantially parallel to the longitudinal direction of the tank container 20 are formed between the tank container 20 and the heat exchanger 30. When performing a heat treatment involving water cooling on the tank container 20 when manufacturing the hydrogen storage tank 10, water is introduced into one of the connection ports 21 and 22 that are openings of the tank container 20, and the other is introduced. When the water is discharged from the tank, the water passes through the plurality of spaces, so that the tank container 20 can be rapidly cooled from the inside.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスを貯蔵するための種々のガス貯蔵タンクが提案されている。ガスを貯蔵する方法の一つとして、ガスを所定の吸蔵・吸着材に吸蔵・吸着させる方法が知られている。例えば、特許文献１では、より多くの水素を吸蔵可能となるように改良した水素吸蔵合金や、内部に水素吸蔵合金を備える水素貯蔵タンクが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５３９２６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
吸蔵・吸着材を備えるガス貯蔵タンクを用いる場合には、ガス貯蔵タンクに対するガスの供給圧をより高くすることで、ガスを吸蔵・吸着させる動作を促進することができる。また、ガス貯蔵タンクに対するガスの供給圧をより高くすることで、吸蔵・吸着材にガスを吸蔵・吸着させる他に、ガス貯蔵タンク内に形成される空間中に圧縮ガスとしてより多くのガスを貯蔵することが可能となる。このようにガス貯蔵タンク内の圧力をより高くして用いる場合には、ガス貯蔵タンクの強度をより高める必要がある。しかしながら、内部にガスの吸蔵・吸着材が充填されると共に、より高圧のガスを貯蔵可能となるガス貯蔵タンクの構成については、充分な検討がされていなかった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ガスの吸蔵・吸着材を備えると共に、より高圧のガスを貯蔵可能なガス貯蔵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およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明の第１のガス貯蔵タンクは、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクであって、
少なくとも一つの開口部が形成されているタンク容器と、
前記タンク容器内に収納される収納部と、
前記タンク容器と前記収納部との間に配設され、前記タンク容器と前記収納部との間に形成される空間全体が前記開口部と連通するように、前記タンク容器内で前記収納部を支持する支持部と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
このような構成とすれば、タンク容器と収納部との間に形成される空間全体が、タンク容器に形成された少なくとも一つの開口部と連通しているため、タンク容器内に容易に水を流通させることが可能となり、タンク容器に対して水冷を伴う熱処理を施す際には、充分に急激にタンク容器を冷却することが可能となる。そして、タンク容器にこのような水冷を伴う熱処理を施すことで、ガス貯蔵タンクの強度を向上させることができる。
【０００８】
本発明の第１のガス貯蔵タンクにおいて、前記収納部は、前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材を内部に充填していることとしても良い。このような構成とすれば、吸蔵・吸着材を充填した収納部を内部に備えるガス貯蔵タンクを製造する際に、タンク容器の強度を向上させるための水冷を伴う熱処理を良好に行なうことが可能となる。
【０００９】
本発明の第２のガス貯蔵タンクは、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクであって、
前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材を内部に充填した充填部と、
前記充填部を内部に収納し、長手方向端部の少なくとも一方に開口部が形成されているタンク容器と、
前記タンク容器の長手方向に略平行に配設された複数の薄板によって形成されると共に、前記薄板における長手方向端面の一方で前記タンク容器と接し、前記長手方向端面の他方で前記充填部と接して、前記タンク容器と前記充填部との間に前記開口部と連通する空間を形成しつつ、前記タンク容器内で前記充填部を支持する支持部とを備えることを要旨とする。
【００１０】
このような構成とすれば、タンク容器内に形成される空間は、長手方向に略平行に配設された薄板によって形成されるため、タンク容器の長手方向端部に設けた開口部からタンク容器内に水を投入すると、投入された水は、上記薄板に導かれて上記空間内を速やかに通過することができる。そのため、タンク容器に対して水冷を伴う熱処理を施す際には、充分に急激にタンク容器を冷却することが可能となる。そして、タンク容器にこのような水冷を伴う熱処理を施すことで、ガス貯蔵タンクの強度を向上させることができる。なお、上記複数の薄板の各々は、互いに別体として形成されている必要はなく、１枚の薄板を例えば波形に折り畳んだものでも良く、全体として上記形状となっていればよい。
【００１１】
本発明の第１あるいは第２のガス貯蔵タンクにおいて、
前記タンク容器は、端部に形成される開口部付近において、横断面の面積がより小さくなる絞り部を有することとしても良い。
【００１２】
このような構成とすれば、絞り部を設けてタンク容器の開口部の大きさを充分に小さくすることにより、内部に貯蔵するガスの圧力に耐えつつタンクの気密性を確保することが容易となる。そして、このような構成とするために、タンク容器内に充填部を収納した後にタンク容器に絞り加工などを施して絞り部を形成する場合に、さらにその後に水冷を伴う熱処理を施すときには、上記支持部を備えることで、充填部により水の流れが妨げられるのを抑えて、効率よく水冷を行なうことができる。
【００１３】
また、本発明の第１または第２のガス貯蔵タンクにおいて、
前記タンク容器は、対向する位置に２つの前記開口部が形成されている構成も好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、タンク容器を水冷する際には、一方の開口部からタンク容器内に導入された水は他方の開口部から速やかに排出されるため、熱処理時の水冷の動作を、より迅速に行なうことができる。
【００１５】
また、本発明の第１または第２のガス貯蔵タンクにおいて、
前記タンク容器は、略円筒形状に形成され、
前記支持部は、前記円筒形状の軸方向に略平行に配設された薄板によって形成されることとしても良い。
【００１６】
このような形状とすることで、より高圧のガスを貯蔵するのに適したガス貯蔵タンクとすることができる。また、軸方向に略平行な薄板によって支持部を形成することで、ガス貯蔵タンクの断面において、支持部の総面積が小さくなり、水冷の際の水流路を充分に広く確保することができる。
【００１７】
本発明の第１または第２のガス貯蔵タンクにおいて、
前記ガス貯蔵タンクは、水素を貯蔵するタンクであり、
前記吸蔵・吸着材は、少なくとも水素吸蔵合金を含み、
前記タンク容器は、アルミニウムを含む金属により形成されることとしても良い。
【００１８】
アルミニウムは、熱伝導性に優れ、軽量であり、アルミニウム（アルミニウム合金）製の容器内に高圧の水素を内部に貯蔵しても水素分子が外部に漏れ出すことが無く、水素貯蔵タンクを構成するタンク容器の材料として優れている。そして、タンク容器を、このようなアルミニウムを含む金属によって形成する場合には、水冷を伴う熱処理を施すことで、タンク容器の疲労強度を向上させることができる。
【００１９】
本発明の第１または第２のガス貯蔵タンクにおいて、前記支持部は、金属によって形成されていることとしても良い。
【００２０】
支持部を金属により形成することで、充填部とタンク容器との間の伝熱性を向上させることができる。これにより、水素充填時に水素吸蔵合金で発生する熱を、充填部からタンク容器に伝えて、タンク容器およびこれから熱を伝えられる部材に吸収させたり、外部に放出させることができる。このように、水素充填時に水素吸蔵合金で発生する熱を効率よく処理可能となることで、ガス貯蔵タンク内に充填する水素吸蔵量をより多くしたり、水素吸蔵の動作をより早く行なうことが可能となる。また、水素充填時に水素吸蔵合金で発生する熱を効率よく処理可能となることで、熱を排出するために充填部内に設ける冷媒流路を小型化したり、不要としたりすることが可能となる。
【００２１】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガス貯蔵タンクの製造方法などの形態で実現することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．水素貯蔵タンク１０の構造：
Ｂ．水素貯蔵タンク１０の製造工程：
Ｃ．水素の吸蔵および放出の動作：
Ｄ．効果：
Ｅ．変形例：
【００２３】
Ａ．水素貯蔵タンク１０の構造：
図１は、本発明の好適な一実施例である水素貯蔵タンク１０の構成の概略を表わす説明図であり、図２は、図１における２−２断面の様子を表わす説明図である。水素貯蔵タンク１０は、タンク容器２０と、このタンク容器２０内に収納される熱交換器３０と、タンク容器２０内において熱交換器３０との間に配設される支持部４０とを備えている。
【００２４】
タンク容器２０は、略円柱状に形成された中空の容器である。本実施例では、タンク容器２０は、アルミニウム合金によって形成している。このタンク容器２０は、その両端部が、それぞれ接続口２１，２２として開口しており、これら接続口２１，２２の近傍は、その横断面が、タンク容器２０の中程の横断面に比べてより小さな略円形となるように形成されている。
【００２５】
これら接続口２１，２２には、それぞれ、接続部２３，２４がはめ込まれている。接続部２３，２４は、接続口２１，２２においてタンク容器２０の気密性を確保するための構造であり、これによって、タンク容器２０内部に貯蔵される水素ガスが外部に漏れるのを防いでいる。また、接続部２３においては、タンク容器２０内に対して水素ガスを給排するための水素給排口２３ａが、外部に開口して設けられている。
【００２６】
熱交換器３０は、タンク容器２０よりも横断面の小さい略円柱形状の容器である熱交換器ケース３４と、この熱交換器ケース３４内に充填した水素吸蔵合金とを備えている。そしてさらに、充填された水素吸蔵合金と所定の冷媒との間で熱交換可能となるように、熱交換器３０の内部を長手方向に貫通して、３組の冷媒流路３５を備えている。３組の冷媒流路３５は、いずれも、Ｕ字型形状を有している。これらＵ字型をした冷媒流路３５のそれぞれでは、その両端部が、接続口２２にはめ込まれた接続部２４を介してタンク容器２０内から外部に延出している。また、各々の冷媒流路３５は、接続口２１側の端部において熱交換器ケース３４から突出して、熱交換器ケース３４の外部においてＵターン構造を形成している。これにより、各々の冷媒流路３５に対して冷媒が供給されるときには、冷媒は、接続部２４において外部に延出する端部の一方から冷媒流路３５内に導入され、冷媒流路３５内において熱交換器３０の長手方向に導かれる。このように冷媒流路３５内を導かれた冷媒は、熱交換器ケース３４から突出して設けられた上記Ｕターン構造において流れの向きを反転し、そのまま接続部２４側に向かって導かれ、接続部２４において外部に延出する他方の端部から水素貯蔵タンク１０外に排出される。
【００２７】
また、タンク容器２０と熱交換器３０との間には、熱交換器３０の外周を取り囲むように、支持部４０が配設されている。支持部４０は、アルミニウム合金やステンレス鋼、あるいはこれらを備えるクラッド材等の金属材料の薄板を、所定の間隔で互い違いの方向に折り畳んだ波形形状を有している（図２参照）。このような構造を有することで、支持部４０は、昇温・降温に伴う熱交換器３０における膨張・収縮を吸収しつつ、タンク容器２０内で熱交換器３０を保持する。すなわち、支持部４０は、上記のような波形形状に形成することで全体が弾性体として働くため、生じる圧力によって熱交換器３０を保持することができる。さらに、この支持部４０は、熱交換器３０とタンク容器２０の壁面との間の伝熱を確保するという働きを有している。支持部４０と、タンク容器２０および熱交換器３０との間を接合することによって、タンク容器２０内で熱交換器３０を保持し、このような伝熱性を向上させることとしても良い。
【００２８】
なお、支持部４０を上記のように波形形状に形成することで、タンク容器２０の内壁面と熱交換器３０との間には、タンク容器２０の長手方向に貫通する空間である保持空間３２が複数形成される（図２参照）。また、タンク容器２０の内壁面と熱交換器３０との間であって、タンク容器２０の長手方向の両端部近傍には、支持部４０を介さない空間である端部空間３３が形成されている（図１参照）。水素貯蔵タンク１０に供給された水素は、熱交換器３０内に充填される水素吸蔵合金に吸蔵される他、水素吸蔵合金粉末間の空間や保持空間３２および端部空間３３においても、圧縮水素として貯蔵される。また、後述するように、水素貯蔵タンク１０を製造する際には、タンク容器２０に対して水冷を伴う熱処理を施すが、上記複数の保持空間３２は、水冷の際には水の通り道となる。
【００２９】
さらに、タンク容器２０の外周には、補強層２６が設けられている。この補強層２６は、内部に高圧水素を貯蔵するタンク容器２０の強度を向上させるためのものであり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されている。
【００３０】
Ｂ．水素貯蔵タンク１０の製造工程：
図３は、水素貯蔵タンク１０の製造方法を表わす工程図である。また、図４および図５は、水素貯蔵タンク１０を製造する際の主要な工程の様子を表わす説明図である。
【００３１】
水素貯蔵タンク１０を製造する際には、まず、中空の円柱状容器である熱交換器ケース３４を用意する（ステップＳ１００）。そして、この熱交換器ケース３４に、３組の冷媒流路３５を組み付ける（ステップＳ１１０、図４（Ａ））。組み付けるには、熱交換器ケース３４に予め冷媒流路３５を貫通させる穴を開けておき、熱交換器ケース３４の一方の端部の外側からＵ字型の冷媒流路３５の両端部を差し込み、他方の端部から突出するように冷媒流路３５を熱交換器ケース３４内に貫通させればよい。熱交換器ケース３４を貫通させた冷媒流路３５は、溶接によって熱交換器ケース３４に固定し、これにより、冷媒流路３５と熱交換器ケース３４との隙間を塞げばよい。また、ステップＳ１１０では、熱交換器ケース３４の上記他方の端部から突出した冷媒流路３５に対してさらに曲げ加工を施し、上記他方の端部から突出する６本の冷媒流路３５を、熱交換器ケース３４の中心軸よりに束ねた状態としている（図４（Ａ）参照）。なお、熱交換器ケース３４において、熱交換器ケース３４のＵ字型の屈曲部が突出している側の面（円柱形状の底面）の中央部には、予め、水素吸蔵合金を充填するための穴３１が形成されている。図４（Ａ）では、穴３１を設けている位置を矢印で示している。
【００３２】
次に、タンク容器２０を形成するための、両端部が開放された略円柱形状の外壁部５０と、支持部４０を形成するための波形状板材５２とを用意する（ステップＳ１２０）。図４（Ｂ）は、外壁部５０の外観を示し、図４（Ｃ）は、波形状板材５２の外観を示す。そして、用意した外壁部５０内に、冷媒流路３５を組み付けた熱交換器ケース３４と、波形状板材５２とを収納する（ステップＳ１３０）。このとき、外壁部５０と熱交換器ケース３４との間に、外壁部５０の両端部を連通させ互いに略平行な複数の空間が形成される向きとなるように、波形状板材５２を配設する。このように、熱交換器ケース３４と外壁部５０との間に波形状板材５２を配設することで、波形状板材５２によって支持部４０が形成される（図５（Ａ））。
【００３３】
次に、外壁部５０の両端に絞り加工（口絞り加工）を施す（ステップＳ１４０）。すなわち、外壁部５０の両端の開口部が、より小さな開口部である接続口２１，２２と成るように、外壁部５０を加工して、タンク容器２０を形成する（図５（Ｂ））。このとき、冷媒流路３５の端部が外部に突出する側の開口部が接続口２２となり、反対側の開口部が接続口２１となる。
【００３４】
その後、タンク容器２０に対して、熱処理を施す（ステップＳ１５０）。この熱処理とは、タンク容器２０を構成するアルミニウム合金の疲労強度を向上させるための処理である。水素貯蔵タンク１０においては、温度の上昇および下降に伴って構成部材が膨張・収縮を行なうと共に、水素の充填および放出に伴って内部の圧力が昇降する。このような構成部材の膨張・収縮や、内部圧力の昇降に伴って、タンク容器２０の形状は、所定の割合でひずみを起こす。このようなひずみを繰り返し生じることで、タンク容器２０を構成するアルミニウム合金は、次第に金属疲労を起こす。上記熱処理は、疲労に対する耐性を高めるものであり、本実施例では、アルミニウム合金に対して施される周知のＴ６処理を行なった。この熱処理においては、例えば５１５〜５５０℃に加熱することで、アルミニウム合金を固溶化させ、その後水冷により急冷する。水冷の際には、充分に急激に冷却を行なうことができるように、タンク容器２０の内部、すなわちタンク容器２０の内壁面と熱交換器ケース３４との間に形成される保持空間３２にも水を通して冷却を行なう。
【００３５】
熱処理の後は、熱交換器ケース３４内に、水素吸蔵合金の粉末を充填する（ステップＳ１６０）。このステップＳ１６０の動作は、タンク容器２０の接続口２１を介して、熱交換器ケース３４に設けた穴３１から熱交換器ケース３４内に水素吸蔵合金を投入することによって行なう（図５（Ｂ）中の矢印参照）。そして、穴３１を塞いで、タンク容器２０内で熱交換器３０を完成する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１７０で穴３１を塞ぐ際には、焼結金属によって形成されるガス透過性の多孔質部材３７を穴３１にはめ込む（図５（Ｂ）参照）。このような多孔質部材３７としては、熱交換器３０に充填した水素吸蔵合金を、実質的に内部に進入させずに保持可能なものを用いる。これによって、熱交換器３０内に充填した水素吸蔵合金が外部にこぼれ出すのを防止することができる。なお、多孔質部材３７がはめ込まれた穴３１は、水素貯蔵タンク１０において熱交換器３０内の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際、あるいは水素吸蔵合金から水素を取り出す際に、水素の通り道として働く。
【００３６】
その後、接続口２１には接続部２３を取り付け、接続口２２には接続部２４を取り付ける（ステップＳ１８０）本実施例では、接続部２３は、オン−オフ弁である電磁弁と共に減圧弁を備えている。そして、水素給排口２３ａに対して高圧の水素ガスを導入することで、水素貯蔵タンク１０内に水素を貯蔵可能となると共に、上記減圧弁によって減圧された水素を水素貯蔵タンク１０から水素給排口２３ａを介して排出可能となっている。また、接続部２４では、タンク容器２０内外の間の気密性を確保しつつ、３組の冷媒流路３５の両端部がタンク容器２０外に延出するように保持される。
【００３７】
さらに、タンク容器２０の外周に補強層２６を形成して（ステップＳ１９０）、水素貯蔵タンク１０を完成する。補強層２６は、例えば、エポキシ樹脂などを含浸させた炭素繊維をタンク容器２０の外周に巻き付けた後に、上記含浸させた樹脂を硬化させることにより形成する。
【００３８】
Ｃ．水素の吸蔵および放出の動作：
水素貯蔵タンク１０に対して水素を貯蔵する際には、水素給排口２３ａを介して水素貯蔵タンク１０内に高圧の水素を導入する。水素給排口２３ａから導入された水素は、水素貯蔵タンク１０内の保持空間３２および端部空間３３に導かれ、さらに、穴３１にはめ込まれた多孔質部材３７を介して熱交換器３０内に導入され、水素吸蔵合金に吸蔵される。水素吸蔵合金における水素吸蔵量は、水素圧力と温度と水素吸蔵合金の種類とによって決まる。そして所定の圧力で水素を供給すると、水素吸蔵合金は、所定の温度に達するまで、水素を吸蔵しつつ昇温する。このように水素の貯蔵を行なう際には、３組の冷媒流路３５の各々に対して冷媒を給排し、冷媒流路３５内に冷媒を通過させることによって水素貯蔵タンク１０内を冷却し、水素吸蔵合金による水素吸蔵の動作を促進する。なお、水素吸蔵合金が所定の温度にまで昇温した後は、水素貯蔵タンク１０に供給される水素圧に応じた圧力で、保持空間３２および端部空間３３内に水素ガスが充填されて、水素貯蔵タンク１０は、満充填状態となる。
【００３９】
水素貯蔵タンク１０から水素を取り出す際には、所定の圧力に減圧した水素を水素給排口２３ａから放出させる。水素を取り出す際には、まず、保持空間３２および端部空間３３内の圧縮水素から放出され、その後さらに、水素吸蔵合金に吸蔵された水素が放出される。水素吸蔵合金は、水素の放出と共に吸熱するため、上記した冷媒の流路内に所定の高温の冷媒を通過させ、水素吸蔵合金を加熱することにより、水素吸蔵合金から水素を放出させる動作を継続することができる。
【００４０】
なお、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際には、水素吸蔵の動作に伴って水素吸蔵合金で生じる熱の一部は、熱交換器ケース３４と、支持部４０とを介してタンク容器２０に伝えられ、タンク容器２０から外部に放出される。
【００４１】
Ｄ．効果：
以上のように構成された水素貯蔵タンク１０によれば、タンク容器２０と熱交換器３０との間に、タンク容器２０の開口部である接続口２１と接続口２２とを連通させる空間が、支持部４０によって形成されているため、タンク容器２０内に容易に水を流通させることが可能となり、タンク容器２０を水冷する動作を充分に急激に行なうことができる。特に、本実施例では、支持部４０は、熱交換器３０の外周を取り囲んで配設され、タンク容器２０と熱交換器３０との間に形成される空間全体が、接続口２１，２２と連通しているため、水冷の際には、タンク容器２０全体を内側から迅速に冷却することができる。
【００４２】
既述したように、アルミニウム合金を熱処理することで、アルミニウム合金の疲労強度を向上させることができ、水素貯蔵タンク１０内（保持空間３２および端部空間３３）に、より高圧の水素、例えば１ＭＰａ以上の圧力の水素を貯蔵することが可能となる。そして、本実施例のように補強層２６を設けることで、さらに高圧の水素を貯蔵することができ、例えば２５ＭＰａ以上、あるいはさらに３５ＭＰａ以上の圧力の水素を貯蔵することも可能となる。このように、より高圧の水素を貯蔵する場合に、内部の水素の圧力に耐えつつタンクの気密性を充分に確保するためには、タンク容器２０の開口部をできるだけ小さくすることが必要となる。また、タンク容器２０内に熱交換器３０を収納するためには、この熱交換器３０の収納の時点では、タンク容器２０の開口部は、熱交換器３０が通過可能な大きさが確保されていることが必要となる。したがって、本実施例のように、熱交換器３０を内部に収納した後に、タンク容器２０に対して絞り加工を施す必要がある。また、水冷を伴う熱処理の工程を絞り加工の前に行なってしまうと、絞り加工を行なうことで、熱処理による疲労強度向上の効果が損なわれてしまう可能性があるため、水冷を伴う熱処理は、絞り加工の後に行なう必要がある。このように、水冷を伴う熱処理は、熱交換器３０をタンク容器２０内に収納する工程と、絞り加工を施す工程との後に行なうことが望ましいが、タンク容器２０内で熱交換器を支える支持部が水の流れを妨げると、水冷を充分に急激に行なうことが困難となる可能性がある。本実施例のように、タンク容器２０の両端部に形成される開口部と連通するように、支持部４０によって空間を形成することで、水冷を充分に急激に行なうことが可能となる。
【００４３】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４４】
Ｅ１．変形例１：
タンク容器と熱交換器との間に設ける支持部は、上記実施例とは異なる形状としても良い。上記実施例では、支持部４０は、熱交換器ケース３４の長手方向の長さとほぼ同じ長さを有する波形状板材５２を用いて形成したが、例えば、長さがより短い波形状板材を、熱交換器ケース３４の外周に複数巻き付けて支持部を形成することとしても良い。このような水素貯蔵タンクの一例の様子を図６に示す。図６では、支持部４０ａ，４０ｂという２つの支持部を備えることとしたが、より多くに分割された支持部を設けることとしても良い。支持部を配設することで、タンク容器と熱交換器との間に形成される空間全体がタンク容器の開口部と連通するならば、冷却水をタンク容器内部全体に通すことができ、タンク容器を急激に冷却することが可能になるという同様の効果を得られる。特に、支持部によって形成される空間がタンク容器の長手方向に平行となるように、支持部の形状を形成することが、水冷の効率上、望ましい。
【００４５】
Ｅ２．変形例２：
実施例では、タンク容器２０は、その両端のそれぞれに開口部（接続口２１，２２）を有するため、水冷の際にタンク容器２０内に容易に水を通過させてタンク容器２０を急冷することができるので望ましいが、開口部は少なくとも１つ有していればよい。支持部の形状により、タンク容器と熱交換器との間の空間全体が開口部と連通していれば、熱処理の際にタンク容器の内部からも水冷を行なうことが可能となる。
【００４６】
Ｅ３．変形例３：
実施例では、支持部４０を金属製の薄板で形成しているため、タンク容器と熱交換器との間において、水の流通空間をより広く確保することができて望ましいが、薄板以外の部材により支持材を形成しても良い。支持部を設けることで、タンク容器と熱交換器との間の空間全体が開口部と連通するならば、熱処理の際にタンク容器の内部からも水冷を行なうことが可能となる。
【００４７】
Ｅ４．変形例４：
実施例では、タンク容器２０の端部に形成した穴３１から水素吸蔵合金の充填を行なうと共に、さらにこの穴３１を水素の給排のために用いているが、水素吸蔵合金の充填に用いる穴と水素の給排に用いる穴とは別個に設けることとしても良い。この場合には、水素給排のための穴には、熱交換器ケース３４をタンク容器２０内に収納するのに先立って多孔質部材３７をはめ込んでおけばよい。そして、水素吸蔵合金を充填した後には、充填に用いた穴は、溶接などにより完全に塞ぐこととすればよい。
【００４８】
Ｅ５．変形例５：
実施例では、熱交換器ケース３４を収納したタンク容器２０に絞り加工および熱処理を施した後に、水素吸蔵合金を充填したが、熱交換器ケース３４をタンク容器２０に収納する前に、熱交換器ケース３４に水素吸蔵合金を充填することとしても良い。このように、水素吸蔵合金を充填した熱交換器３０を収納するタンク容器に対して水冷を伴う熱処理を施す場合には、水冷によって水素吸蔵合金が湿潤状態とならないように、水冷の際には熱交換器３０のシール性を充分に確保することが望ましい。例えば、水素吸蔵合金を充填した後、熱交換器３０に着脱可能な蓋体を取り付け、水冷を伴う熱処理の後に、この蓋体を取り外すこととすればよい。
【００４９】
Ｅ６．変形例６：
実施例では、アルミニウム合金で形成されたタンク容器を用いたが、このようなタンク容器に代えて、異なる材料によって形成されたタンク容器を用いることとしても良い。例えばステンレス鋼によりタンク容器を形成しても良い。他種の金属を用いる場合にも、水冷を伴う固溶化処理などの熱処理を行なう製造方法を採用する際に、本発明を適用することで、同様の効果を得ることができる。
【００５０】
Ｅ７．変形例７：
水素吸蔵合金を充填する充填部としては、実施例に示した熱交換器の他に、種々の変形が可能である。例えば、内部にフィン等の伝熱部を設けた充填部を用いることとしても良い。水素吸蔵合金と冷媒流路との両方と接するように、充填部内に金属製のフィンを設けることで、水素吸蔵合金の冷却・加熱の効率を向上させることができる。また、水素吸蔵合金とタンク容器との両方と接するように、充填部内にフィンを設けることで、水素吸蔵の際に放熱を促進することができる。あるいは、水素の吸蔵を行なう際の冷却や、水素の放出を行なう際の加熱が充分に行なわれるならば、冷媒流路を内部に設けないこととしても良い。いずれの場合にも、タンク容器内に充填部（あるいは充填部を形成するためのケース）を収納し、その後に水冷を伴う熱処理を行なう場合には、本発明を適用することで、水冷を良好に行なうことが可能となる。
【００５１】
Ｅ８．変形例８：
また、実施例では、充填部としての熱交換器内に水素吸蔵合金を充填することとしたが、他種の吸蔵・吸着材を用いることとしても良い。あるいは、他種の吸蔵・吸着材をさらに備えることとしても良い。例えば、水素吸蔵合金に加えて、活性炭やカーボンナノチューブをさらに備えることとしても良い。
【００５２】
Ｅ９．変形例９：
また、水素を吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材を内部に充填した充填部に代えて、このような吸蔵・吸着材を充填しない所定の収納部をタンク容器内に収納することとしても良い。すなわち、何らかの収納部をタンク容器内に収納するガス貯蔵タンクにおいて、タンク容器内で収納部を支持するために本発明の支持部を用いることで、同様の効果を得ることができる。
【００５３】
Ｅ１０．変形例１０：
上記実施例では、水素を貯蔵する水素貯蔵タンクとしたが、水素以外の高圧ガスを貯蔵するタンクを製造する場合にも、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素貯蔵タンク１０の構成の概略を表わす説明図である。
【図２】図１における２−２断面の様子を表わす説明図である。
【図３】水素貯蔵タンク１０の製造方法を表わす工程図である。
【図４】水素貯蔵タンク１０を製造する際の主要な工程の様子を表わす説明図である。
【図５】水素貯蔵タンク１０を製造する際の主要な工程の様子を表わす説明図である。
【図６】変形例の水素貯蔵タンクの様子を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０…水素貯蔵タンク
２０…タンク容器
２１，２２…接続口
２３，２４…接続部
２３ａ…水素給排口
２６…補強層
３０…熱交換器
３１…穴
３２…保持空間
３３…端部空間
３４…熱交換器ケース
３５…冷媒流路
３７…多孔質部材
４０…支持部
４０ａ，４０ｂ…支持部
５０…外壁部
５２…波形状板材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas storage tank for storing gas.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various gas storage tanks for storing gas have been proposed. As one of the methods of storing gas, a method of storing and adsorbing gas in a predetermined storage / adsorption material is known. For example, Patent Literature 1 discloses a hydrogen storage alloy improved so as to be able to store more hydrogen, and a hydrogen storage tank including a hydrogen storage alloy therein.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-53926 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a gas storage tank provided with a storage / adsorption material is used, the operation of storing and adsorbing gas can be promoted by increasing the gas supply pressure to the gas storage tank. In addition, by increasing the gas supply pressure to the gas storage tank, in addition to storing and adsorbing the gas to the storage / adsorption material, more gas as compressed gas is formed in the space formed in the gas storage tank. It can be stored. When using the gas storage tank at a higher pressure, it is necessary to further increase the strength of the gas storage tank. However, sufficient consideration has not been given to the configuration of a gas storage tank that is capable of storing a gas at a higher pressure while being filled with a gas storage / adsorption material.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has an object to provide a gas storage tank including a gas storage / absorption material and capable of storing a higher-pressure gas.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
To achieve the above object, a first gas storage tank of the present invention is a gas storage tank for storing gas,
A tank container in which at least one opening is formed,
A storage unit stored in the tank container,
The storage portion is disposed in the tank container so that the entire space formed between the tank container and the storage portion communicates with the opening portion, which is disposed between the tank container and the storage portion. With the supporting part to support
The gist is to provide
[0007]
With such a configuration, the entire space formed between the tank container and the storage portion communicates with at least one opening formed in the tank container, so that water can be easily introduced into the tank container. It becomes possible to circulate, and when performing the heat treatment accompanying water cooling with respect to a tank container, it becomes possible to cool a tank container rapidly enough. By subjecting the tank container to such a heat treatment involving water cooling, the strength of the gas storage tank can be improved.
[0008]
In the first gas storage tank of the present invention, the storage section may be filled with a storage / adsorption material that stores and / or adsorbs the gas. With such a configuration, when manufacturing a gas storage tank having a storage section filled with an occlusion / adsorption material therein, it is possible to favorably perform a heat treatment involving water cooling to improve the strength of the tank container. It becomes.
[0009]
The second gas storage tank of the present invention is a gas storage tank for storing gas,
A filling section filled with an occluding / adsorbing material for occluding and / or adsorbing the gas,
A tank container in which the filling portion is housed, and an opening is formed in at least one of the longitudinal ends,
It is formed by a plurality of thin plates arranged substantially parallel to the longitudinal direction of the tank container, and is in contact with the tank container on one of the longitudinal end surfaces of the thin plate and is in contact with the filling portion on the other of the longitudinal end surfaces. The gist of the invention is to provide a space that communicates with the opening between the tank container and the filling portion, and a support portion that supports the filling portion in the tank container.
[0010]
With such a configuration, since the space formed in the tank container is formed by a thin plate disposed substantially parallel to the longitudinal direction, the tank container is opened from the opening provided at the longitudinal end of the tank container. When water is introduced into the space, the introduced water can be guided by the thin plate and quickly pass through the space. Therefore, when heat treatment involving water cooling is performed on the tank container, the tank container can be cooled sufficiently rapidly. By subjecting the tank container to such a heat treatment involving water cooling, the strength of the gas storage tank can be improved. In addition, each of the plurality of thin plates does not need to be formed separately from each other, and one thin plate may be folded into, for example, a waveform, and may have the above-described shape as a whole.
[0011]
In the first or second gas storage tank of the present invention,
The tank container may have a narrowed portion having a smaller cross-sectional area near an opening formed at an end.
[0012]
With such a configuration, it is easy to secure the airtightness of the tank while enduring the pressure of the gas stored therein by providing the throttle portion and sufficiently reducing the size of the opening of the tank container. Become. And, in order to make such a configuration, when forming a drawn portion by performing drawing or the like on the tank container after storing the filling portion in the tank container, when further performing a heat treatment with water cooling thereafter, Providing the support portion can prevent the flow of water from being hindered by the filling portion, and can efficiently perform water cooling.
[0013]
Further, in the first or second gas storage tank of the present invention,
It is also preferable that the tank container has two openings formed at opposing positions.
[0014]
With such a configuration, when the tank container is cooled with water, the water introduced into the tank container from one opening is quickly discharged from the other opening. Can be done more quickly.
[0015]
Further, in the first or second gas storage tank of the present invention,
The tank container is formed in a substantially cylindrical shape,
The support portion may be formed by a thin plate that is disposed substantially parallel to the axial direction of the cylindrical shape.
[0016]
With such a shape, a gas storage tank suitable for storing a higher-pressure gas can be obtained. Further, by forming the support portion by a thin plate substantially parallel to the axial direction, the total area of the support portion in the cross section of the gas storage tank is reduced, and a sufficiently wide water flow path for water cooling can be secured.
[0017]
In the first or second gas storage tank of the present invention,
The gas storage tank is a tank that stores hydrogen,
The storage / adsorption material includes at least a hydrogen storage alloy,
The tank container may be formed of a metal including aluminum.
[0018]
Aluminum has excellent thermal conductivity and is lightweight. Even if high-pressure hydrogen is stored inside a container made of aluminum (aluminum alloy), hydrogen molecules do not leak out and constitute a hydrogen storage tank. Excellent as a material for tank containers. When the tank container is formed of such a metal containing aluminum, a heat treatment involving water cooling can be performed to improve the fatigue strength of the tank container.
[0019]
In the first or second gas storage tank of the present invention, the support may be formed of metal.
[0020]
By forming the support portion with metal, the heat transfer between the filling portion and the tank container can be improved. Thereby, the heat generated by the hydrogen storage alloy at the time of filling with hydrogen can be transmitted from the filling portion to the tank container, absorbed by the tank container and a member to which heat can be transmitted, or released to the outside. In this way, the heat generated by the hydrogen storage alloy during hydrogen filling can be efficiently treated, so that the amount of hydrogen storage filled in the gas storage tank can be increased or the hydrogen storage operation can be performed faster. It becomes possible. Further, since the heat generated by the hydrogen storage alloy at the time of filling with hydrogen can be efficiently treated, it is possible to reduce or eliminate the need for a coolant passage provided in the filling portion to discharge the heat.
[0021]
The present invention can be realized in various forms other than the above. For example, the present invention can be realized in a form such as a method for manufacturing a gas storage tank.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Structure of hydrogen storage tank 10:
B. Manufacturing process of the hydrogen storage tank 10:
C. Behavior of hydrogen storage and release:
D. effect:
E. FIG. Modification:
[0023]
A. Structure of hydrogen storage tank 10:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the outline of the configuration of a hydrogen storage tank 10 according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the state of section 2-2 in FIG. The hydrogen storage tank 10 includes a tank container 20, a heat exchanger 30 stored in the tank container 20, and a support 40 disposed between the heat exchanger 30 in the tank container 20. I have.
[0024]
The tank container 20 is a hollow container formed in a substantially columnar shape. In this embodiment, the tank container 20 is formed of an aluminum alloy. Both ends of the tank container 20 are opened as connection ports 21 and 22, respectively. The cross section of the vicinity of the connection ports 21 and 22 is smaller than that of the middle of the tank container 20. It is formed so as to be smaller and substantially circular.
[0025]
Connection portions 23 and 24 are fitted into these connection ports 21 and 22, respectively. The connection portions 23 and 24 have a structure for ensuring the airtightness of the tank container 20 at the connection ports 21 and 22, thereby preventing the hydrogen gas stored in the tank container 20 from leaking to the outside. . In the connection portion 23, a hydrogen supply / discharge port 23a for supplying / discharging hydrogen gas to / from the tank container 20 is provided to open to the outside.
[0026]
The heat exchanger 30 includes a heat exchanger case 34 that is a substantially cylindrical container having a smaller cross section than the tank container 20, and a hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger case 34. Further, three sets of refrigerant flow passages 35 are provided penetrating the inside of the heat exchanger 30 in the longitudinal direction so that heat can be exchanged between the charged hydrogen storage alloy and the predetermined refrigerant. . Each of the three sets of refrigerant flow paths 35 has a U-shape. In each of these U-shaped refrigerant flow paths 35, both ends thereof extend from the inside of the tank container 20 to the outside via the connection portion 24 fitted in the connection port 22. Each of the refrigerant flow paths 35 protrudes from the heat exchanger case 34 at the end on the connection port 21 side, and forms a U-turn structure outside the heat exchanger case 34. Thereby, when the refrigerant is supplied to each of the refrigerant channels 35, the refrigerant is introduced into the refrigerant channel 35 from one of the ends extending to the outside at the connection portion 24, and Is guided in the longitudinal direction of the heat exchanger 30. The refrigerant guided in the refrigerant flow path 35 in this way reverses the flow direction in the U-turn structure provided so as to protrude from the heat exchanger case 34, and is guided toward the connection portion 24 as it is, and It is discharged from the hydrogen storage tank 10 from the other end extending outside in the part 24.
[0027]
Further, between the tank container 20 and the heat exchanger 30, a support portion 40 is provided so as to surround the outer periphery of the heat exchanger 30. The support portion 40 has a corrugated shape obtained by folding a thin plate of a metal material such as an aluminum alloy, stainless steel, or a clad material including the same in a staggered direction at predetermined intervals (see FIG. 2). By having such a structure, the support part 40 holds the heat exchanger 30 in the tank container 20 while absorbing expansion and contraction in the heat exchanger 30 due to temperature rise / fall. That is, since the supporting portion 40 is formed as a wavy shape as described above, the entire portion functions as an elastic body, and thus, the heat exchanger 30 can be held by the generated pressure. Further, the support portion 40 has a function of securing heat transfer between the heat exchanger 30 and the wall surface of the tank container 20. By joining the supporting portion 40 with the tank container 20 and the heat exchanger 30, the heat exchanger 30 may be held in the tank container 20 to improve such heat transfer.
[0028]
By forming the support portion 40 in a corrugated shape as described above, a holding space 32 that is a space penetrating in the longitudinal direction of the tank container 20 is provided between the inner wall surface of the tank container 20 and the heat exchanger 30. Are formed (see FIG. 2). Further, between the inner wall surface of the tank container 20 and the heat exchanger 30 and near both ends in the longitudinal direction of the tank container 20, an end space 33 which is a space not passing through the support portion 40 is formed. (See FIG. 1). The hydrogen supplied to the hydrogen storage tank 10 is occluded by the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30, and also in the space between the hydrogen storage alloy powders, the holding space 32, and the end space 33, the compressed hydrogen is stored. Stored as As will be described later, when manufacturing the hydrogen storage tank 10, a heat treatment involving water cooling is performed on the tank container 20. However, the plurality of holding spaces 32 serve as water passages during water cooling. .
[0029]
Further, a reinforcing layer 26 is provided on the outer periphery of the tank container 20. The reinforcing layer 26 is for improving the strength of the tank container 20 for storing high-pressure hydrogen therein, and is formed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
[0030]
B. Manufacturing process of the hydrogen storage tank 10:
FIG. 3 is a process chart illustrating a method for manufacturing the hydrogen storage tank 10. FIG. 4 and FIG. 5 are explanatory views showing the state of the main steps in manufacturing the hydrogen storage tank 10.
[0031]
When manufacturing the hydrogen storage tank 10, first, the heat exchanger case 34, which is a hollow cylindrical container, is prepared (Step S100). Then, three sets of refrigerant flow paths 35 are attached to the heat exchanger case 34 (step S110, FIG. 4A). In order to assemble, a hole is formed in the heat exchanger case 34 in advance so as to penetrate the refrigerant channel 35, and both ends of the U-shaped refrigerant channel 35 are inserted from outside one end of the heat exchanger case 34. The refrigerant flow path 35 may penetrate into the heat exchanger case 34 so as to protrude from the other end. The refrigerant channel 35 penetrating the heat exchanger case 34 may be fixed to the heat exchanger case 34 by welding, thereby closing a gap between the refrigerant channel 35 and the heat exchanger case 34. Further, in step S110, the refrigerant flow path 35 protruding from the other end of the heat exchanger case 34 is further bent to form six refrigerant flow paths 35 protruding from the other end. The heat exchanger case 34 is bundled from the center axis (see FIG. 4A). In the heat exchanger case 34, a central portion of a surface (a bottom surface in a cylindrical shape) of a side of the heat exchanger case 34 on which the U-shaped bent portion protrudes is previously filled with a hydrogen storage alloy. A hole 31 is formed. In FIG. 4A, the position where the hole 31 is provided is indicated by an arrow.
[0032]
Next, a substantially cylindrical outer wall portion 50 having both open ends for forming the tank container 20 and a corrugated plate 52 for forming the support portion 40 are prepared (step S120). FIG. 4B shows the appearance of the outer wall 50, and FIG. 4C shows the appearance of the corrugated plate 52. Then, the heat exchanger case 34 in which the refrigerant flow passage 35 is assembled and the corrugated plate 52 are housed in the prepared outer wall 50 (step S130). At this time, the corrugated plate 52 is disposed between the outer wall 50 and the heat exchanger case 34 so that both ends of the outer wall 50 communicate with each other so that a plurality of substantially parallel spaces are formed. I do. Thus, by disposing the corrugated plate 52 between the heat exchanger case 34 and the outer wall 50, the support 40 is formed by the corrugated plate 52 (FIG. 5A).
[0033]
Next, drawing (mouth drawing) is performed on both ends of the outer wall 50 (step S140). That is, the outer wall 50 is processed to form the tank container 20 so that the openings at both ends of the outer wall 50 become the connection openings 21 and 22 which are smaller openings (FIG. 5B). At this time, the opening on the side where the end of the refrigerant flow path 35 protrudes to the outside is the connection port 22, and the opening on the opposite side is the connection port 21.
[0034]
Thereafter, heat treatment is performed on the tank container 20 (step S150). This heat treatment is a treatment for improving the fatigue strength of the aluminum alloy constituting the tank container 20. In the hydrogen storage tank 10, the constituent members expand and contract as the temperature rises and falls, and the internal pressure rises and falls as the hydrogen is charged and released. The shape of the tank container 20 is distorted at a predetermined ratio with the expansion and contraction of the constituent members and the rise and fall of the internal pressure. By repeatedly generating such strain, the aluminum alloy constituting the tank container 20 gradually causes metal fatigue. The heat treatment improves the resistance to fatigue, and in this embodiment, the well-known T6 treatment applied to the aluminum alloy was performed. In this heat treatment, for example, the aluminum alloy is dissolved by heating to 515 to 550 ° C., and then rapidly cooled by water cooling. At the time of water cooling, the holding space 32 formed inside the tank container 20, that is, between the inner wall surface of the tank container 20 and the heat exchanger case 34 is also provided so that cooling can be performed sufficiently rapidly. Cool through water.
[0035]
After the heat treatment, the heat exchanger case 34 is filled with the hydrogen storage alloy powder (step S160). The operation in step S160 is performed by charging the hydrogen storage alloy into the heat exchanger case 34 from the hole 31 provided in the heat exchanger case 34 via the connection port 21 of the tank container 20 (see FIG. 5B )). Then, the hole 31 is closed to complete the heat exchanger 30 in the tank container 20 (Step S170). When closing the hole 31 in step S170, the gas-permeable porous member 37 formed of a sintered metal is fitted into the hole 31 (see FIG. 5B). As such a porous member 37, a member capable of holding the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30 without substantially entering the inside is used. This can prevent the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30 from spilling out. The hole 31 into which the porous member 37 is fitted serves as a hydrogen passage when hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy in the heat exchanger 30 in the hydrogen storage tank 10 or when hydrogen is extracted from the hydrogen storage alloy. work.
[0036]
Thereafter, the connection portion 23 is attached to the connection port 21, and the connection portion 24 is attached to the connection port 22 (Step S180). In this embodiment, the connection portion 23 includes a pressure reducing valve together with a solenoid valve which is an on-off valve. ing. By introducing high-pressure hydrogen gas to the hydrogen supply / discharge port 23a, hydrogen can be stored in the hydrogen storage tank 10, and hydrogen reduced by the pressure reducing valve is supplied from the hydrogen storage tank 10 to the hydrogen supply tank. It can be discharged through the discharge port 23a. In the connection part 24, both ends of the three sets of refrigerant flow paths 35 are held so as to extend out of the tank container 20 while ensuring airtightness between the inside and the outside of the tank container 20.
[0037]
Further, the reinforcing layer 26 is formed on the outer periphery of the tank container 20 (Step S190), and the hydrogen storage tank 10 is completed. The reinforcing layer 26 is formed, for example, by winding carbon fibers impregnated with an epoxy resin or the like around the outer periphery of the tank container 20 and then curing the impregnated resin.
[0038]
C. Behavior of hydrogen storage and release:
When storing hydrogen in the hydrogen storage tank 10, high-pressure hydrogen is introduced into the hydrogen storage tank 10 through the hydrogen supply / discharge port 23a. Hydrogen introduced from the hydrogen supply / discharge port 23 a is guided to the holding space 32 and the end space 33 in the hydrogen storage tank 10, and is further supplied to the inside of the heat exchanger 30 via the porous member 37 fitted in the hole 31. And stored in the hydrogen storage alloy. The amount of hydrogen storage in the hydrogen storage alloy is determined by the hydrogen pressure, the temperature, and the type of the hydrogen storage alloy. When hydrogen is supplied at a predetermined pressure, the temperature of the hydrogen storage alloy increases while occluding hydrogen until the temperature reaches a predetermined temperature. When storing hydrogen in this way, the refrigerant is supplied to and discharged from each of the three sets of refrigerant flow paths 35, and the inside of the hydrogen storage tank 10 is cooled by allowing the refrigerant to pass through the refrigerant flow paths 35. Further, the operation of hydrogen storage by the hydrogen storage alloy is promoted. After the temperature of the hydrogen storage alloy reaches a predetermined temperature, the holding space 32 and the end space 33 are filled with hydrogen gas at a pressure corresponding to the hydrogen pressure supplied to the hydrogen storage tank 10, The hydrogen storage tank 10 is fully charged.
[0039]
When extracting hydrogen from the hydrogen storage tank 10, hydrogen reduced to a predetermined pressure is released from the hydrogen supply / discharge port 23a. When taking out hydrogen, first, hydrogen is released from compressed hydrogen in the holding space 32 and the end space 33, and then hydrogen stored in the hydrogen storage alloy is further released. Since the hydrogen storage alloy absorbs heat together with the release of hydrogen, a predetermined high-temperature refrigerant is passed through the above-described refrigerant flow path, and the operation of releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy is continued by heating the hydrogen storage alloy. can do.
[0040]
When hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy, a part of the heat generated in the hydrogen storage alloy along with the hydrogen storage operation is transferred to the tank container 20 via the heat exchanger case 34 and the support 40. It is transmitted and discharged from the tank container 20 to the outside.
[0041]
D. effect:
According to the hydrogen storage tank 10 configured as described above, the space that connects the connection port 21 and the connection port 22 that are the openings of the tank container 20 between the tank container 20 and the heat exchanger 30 includes: Since it is formed by the support portion 40, water can be easily circulated in the tank container 20, and the operation of cooling the tank container 20 with water can be performed sufficiently rapidly. In particular, in the present embodiment, the support part 40 is disposed so as to surround the outer periphery of the heat exchanger 30, and the entire space formed between the tank container 20 and the heat exchanger 30 is connected to the connection ports 21 and 22. Because of the communication, the entire tank container 20 can be rapidly cooled from the inside during water cooling.
[0042]
As described above, by heat-treating the aluminum alloy, the fatigue strength of the aluminum alloy can be improved, and higher-pressure hydrogen, for example, 1 MPa, is placed in the hydrogen storage tank 10 (the holding space 32 and the end space 33). It is possible to store hydrogen at the above pressure. By providing the reinforcing layer 26 as in this embodiment, it is possible to store hydrogen at a higher pressure, for example, hydrogen at a pressure of 25 MPa or more, or even 35 MPa or more. As described above, when storing higher-pressure hydrogen, it is necessary to make the opening of the tank container 20 as small as possible in order to withstand the pressure of the internal hydrogen and sufficiently secure the airtightness of the tank. . In addition, in order to store the heat exchanger 30 in the tank container 20, at the time of storing the heat exchanger 30, the opening of the tank container 20 has a size that allows the heat exchanger 30 to pass through. It is necessary to be. Therefore, as in the present embodiment, it is necessary to draw the tank container 20 after the heat exchanger 30 is housed inside. Also, if the step of heat treatment with water cooling is performed before drawing, the effect of improving fatigue strength by heat treatment may be impaired by performing drawing, so heat treatment with water cooling is It must be performed after drawing. As described above, the heat treatment involving water cooling is desirably performed after the step of housing the heat exchanger 30 in the tank container 20 and the step of performing drawing, but the support for supporting the heat exchanger in the tank container 20 is preferable. If the part obstructs the flow of water, it may be difficult to perform water cooling sufficiently rapidly. As in the present embodiment, by forming a space with the support portion 40 so as to communicate with the openings formed at both ends of the tank container 20, it is possible to perform water cooling sufficiently rapidly.
[0043]
E. FIG. Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0044]
E1. Modification 1
The support provided between the tank container and the heat exchanger may have a shape different from that of the above embodiment. In the above embodiment, the support portion 40 is formed using the corrugated plate 52 having substantially the same length as the length of the heat exchanger case 34 in the longitudinal direction. A plurality of windings may be formed around the outer periphery of the heat exchanger case 34 to form a support portion. FIG. 6 shows an example of such a hydrogen storage tank. In FIG. 6, two support portions, that is, the support portions 40a and 40b are provided. However, more divided support portions may be provided. By disposing the support portion, if the entire space formed between the tank container and the heat exchanger communicates with the opening of the tank container, cooling water can be passed through the entire inside of the tank container, The same effect that the container can be rapidly cooled can be obtained. In particular, it is desirable from the viewpoint of water cooling efficiency to form the shape of the support portion so that the space formed by the support portion is parallel to the longitudinal direction of the tank container.
[0045]
E2. Modified example 2:
In the embodiment, since the tank container 20 has openings (connection ports 21 and 22) at both ends thereof, water can be easily passed through the tank container 20 during water cooling to rapidly cool the tank container 20. However, it is only necessary to have at least one opening. If the entire space between the tank container and the heat exchanger communicates with the opening due to the shape of the support portion, water cooling can be performed from inside the tank container during the heat treatment.
[0046]
E3. Modification 3:
In the embodiment, since the supporting portion 40 is formed of a thin metal plate, it is desirable to be able to secure a wider space for water flow between the tank container and the heat exchanger. May be used to form the support material. By providing the support, if the entire space between the tank container and the heat exchanger communicates with the opening, water cooling can be performed from inside the tank container during the heat treatment.
[0047]
E4. Modification 4:
In the embodiment, the hydrogen storage alloy is filled from the hole 31 formed at the end of the tank container 20 and the hole 31 is used for supplying and discharging hydrogen. And the holes used for supplying and discharging hydrogen may be provided separately. In this case, the porous member 37 may be inserted into the hole for supplying and discharging hydrogen before the heat exchanger case 34 is stored in the tank container 20. Then, after filling the hydrogen storage alloy, the holes used for filling may be completely closed by welding or the like.
[0048]
E5. Modification 5:
In the embodiment, the tank container 20 containing the heat exchanger case 34 is drawn and heat-treated, and then filled with the hydrogen storage alloy. The case 34 may be filled with a hydrogen storage alloy. As described above, when heat treatment involving water cooling is performed on the tank container that stores the heat exchanger 30 filled with the hydrogen storage alloy, the water storage cooling is performed so that the hydrogen storage alloy does not become wet. It is desirable that the heat exchanger 30 be sufficiently sealed. For example, after filling the hydrogen storage alloy, a detachable lid may be attached to the heat exchanger 30, and after heat treatment involving water cooling, the lid may be removed.
[0049]
E6. Modification 6:
In the embodiment, a tank container formed of an aluminum alloy is used, but a tank container formed of a different material may be used instead of such a tank container. For example, the tank container may be formed of stainless steel. Even when other types of metals are used, the same effects can be obtained by applying the present invention when employing a manufacturing method of performing a heat treatment such as a solution treatment involving water cooling.
[0050]
E7. Modification 7:
As the filling section for filling the hydrogen storage alloy, various modifications are possible in addition to the heat exchanger shown in the embodiment. For example, a filling section having a heat transfer section such as a fin inside may be used. By providing metal fins in the filling portion so as to be in contact with both the hydrogen storage alloy and the coolant flow path, the efficiency of cooling and heating of the hydrogen storage alloy can be improved. Further, by providing fins in the filling portion so as to be in contact with both the hydrogen storage alloy and the tank container, it is possible to promote heat radiation during hydrogen storage. Alternatively, if cooling at the time of storing hydrogen and heating at the time of releasing hydrogen are sufficiently performed, the refrigerant flow path may not be provided inside. In any case, when the filling portion (or the case for forming the filling portion) is housed in the tank container and then heat treatment with water cooling is performed, the present invention is applied to improve the water cooling. Can be performed.
[0051]
E8. Modification 8:
Further, in the embodiment, the hydrogen storage alloy is filled in the heat exchanger as the filling section, but another kind of storage / adsorption material may be used. Alternatively, another type of storage / adsorption material may be further provided. For example, activated carbon or carbon nanotubes may be further provided in addition to the hydrogen storage alloy.
[0052]
E9. Modification 9:
Further, instead of the filling portion filled with an occlusion / adsorption material that occludes and / or adsorbs hydrogen, a predetermined storage portion not filled with the occlusion / adsorption material may be stored in the tank container. . That is, in a gas storage tank in which some storage unit is stored in the tank container, the same effect can be obtained by using the support of the present invention to support the storage unit in the tank container.
[0053]
E10. Modification 10:
In the above embodiment, the hydrogen storage tank for storing hydrogen is used. However, the same effect can be obtained by applying the present invention to a case where a tank for storing high-pressure gas other than hydrogen is manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen storage tank 10.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a 2-2 cross section in FIG. 1;
FIG. 3 is a process chart showing a method of manufacturing the hydrogen storage tank 10.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state of a main process when manufacturing the hydrogen storage tank 10.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a state of a main process when manufacturing the hydrogen storage tank 10.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state of a hydrogen storage tank according to a modification.
[Explanation of symbols]
10. Hydrogen storage tank
20 ... Tank container
21, 22, ... connection port
23, 24 ... connection part
23a: Hydrogen supply / discharge port
26 ... reinforcement layer
30 ... heat exchanger
31 ... hole
32 ... holding space
33 ... End space
34 ... heat exchanger case
35 ... refrigerant channel
37 ... porous member
40 ... Support
40a, 40b ... support part
50 ... outer wall
52: corrugated plate

Claims

A gas storage tank for storing gas,
A tank container in which at least one opening is formed,
A storage unit stored in the tank container,
The storage portion is disposed in the tank container so that the entire space formed between the tank container and the storage portion communicates with the opening portion, which is disposed between the tank container and the storage portion. A gas storage tank comprising:

The gas storage tank according to claim 1, wherein
A gas storage tank in which the storage section is filled with a storage / adsorption material that stores and / or adsorbs the gas.

A gas storage tank for storing gas,
A filling section filled with an occluding / adsorbing material for occluding and / or adsorbing the gas,
A tank container in which the filling portion is housed, and an opening is formed in at least one of the longitudinal ends,
It is formed by a plurality of thin plates arranged substantially parallel to the longitudinal direction of the tank container, and is in contact with the tank container on one of the longitudinal end surfaces of the thin plate and is in contact with the filling portion on the other of the longitudinal end surfaces. A gas storage tank comprising: a support portion that supports the filling portion within the tank container while forming a space between the tank container and the filling portion that communicates with the opening.

The gas storage tank according to any one of claims 1 to 3, wherein
The gas storage tank, wherein the tank container has a narrowed portion having a smaller cross-sectional area near an opening formed at an end.

The gas storage tank according to any one of claims 1 to 4, wherein
A gas storage tank in which the tank container has the two openings at opposing positions.

It is a gas storage tank in any one of Claims 1 thru | or 5, Comprising:
The tank container is formed in a substantially cylindrical shape,
The gas storage tank, wherein the support portion is formed by a thin plate disposed substantially parallel to an axial direction of the cylindrical shape.

The gas storage tank according to any one of claims 1 to 6, wherein
The gas storage tank is a tank that stores hydrogen,
The storage / adsorption material includes at least a hydrogen storage alloy,
The tank container is a gas storage tank formed of a metal including aluminum.

The gas storage tank according to any one of claims 1 to 7, wherein
The support is a gas storage tank formed of metal.

A method of manufacturing a gas storage tank for storing gas,
(A) A predetermined storage portion is stored in a tank container having at least one opening formed therein, and the entire space formed between the tank container and the storage portion communicates with the opening. A step of disposing a support portion for supporting the storage portion in the tank container, between the tank container and the storage portion,
(B) performing a heat treatment with water cooling on the tank container after the step (a).