JP2004286177A

JP2004286177A - Gas storage tank, and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004286177A
Application number: JP2003081704A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kanehara; 雅彦金原; Daigoro Mori; 大五郎森; Takehiro Nitou; 丈裕仁藤; Hideto Kubo; 秀人久保; Akiko Kumano; 明子熊野
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: JP4163541B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technique for manufacturing a gas storage tank provided with gas storage/adsorption material, in which higher pressure gas can be stored. <P>SOLUTION: In manufacturing a hydrogen storage tank 10, hydrogen storage alloy is charged into a heat exchanger 30 after the heat exchanger 30 is set up. In the heat exchanger 30, a storage material charging hole 56 used for charging hydrogen storage alloy is closed, and a detachable cap is installed on a hydrogen introducing hole 61. The heat exchanger 30 is contained in a cylindrical tank container 20, and both ends of the tank container 20 are drawn to form connection ports 21 and 22. Heat treatment including water cooling is then applied to the tank container 20, and the detachable cap body is removed. Connection parts 23 and 24 are installed on the connection ports 21 and 22, and a reinforcing layer 26 is formed to complete the hydrogen storage tank 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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およびその製造方法に関する。
【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、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。特許文献１に開示される水素貯蔵タンクは、円筒容器内に水素吸蔵合金を充填しており、円筒容器端部は、フランジにおいて止めつけられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５５３００号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７０９９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
吸蔵・吸着材を用いてガスを貯蔵する場合に、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・吸着材に吸蔵・吸着させる他にガス貯蔵タンク内の空間内に圧縮ガスとして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がより高くなる場合には、上記のように容器端部の開口部で、フランジにおいて止め付けを行なったり、あるいはガスケットを用いてタンク内の気密性を確保する構成は、採用し難くなる可能性がある。しかしながら、タンク内に対してガスの吸蔵・吸着材を充填すると共に、より高圧のガスを貯蔵可能となるガス貯蔵タンクの製造方法については、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・吸着材の性能を保持しつつ、より高圧のガスを貯蔵可能なガス貯蔵タンクを製造する技術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、本発明は、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクの製造方法であって、
（ａ）中空の充填部と、前記充填部を内部に収納可能な金属製の外壁材とを用意する工程と、
（ｂ）前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材を、前記充填部内に充填する工程と、
（ｃ）着脱可能な蓋体を取り付けることによって、前記吸蔵・吸着材を充填した前記充填部の開口部を塞ぐと共に、前記吸蔵・吸着材を充填した前記充填部を、前記外壁材に設けられた開口部から前記外壁材内に収納する工程と、
（ｄ）前記充填部を収納した前記外壁材の開口部近傍を絞り加工する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程で絞り加工した前記外壁材に対して、水冷を伴う熱処理を施す工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記外壁材内に収納した前記充填部から、前記蓋体を取り外すと共に、前記吸蔵・吸着材に対して前記ガスを給排可能となるように、前記充填部内と前記外壁材の外部とを、前記絞り加工した前記開口部を介して連通させる工程と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
以上のように構成された本発明のガス貯蔵タンクの製造方法によれば、熱処理に先立って着脱可能な蓋体を取り付けることによって、吸蔵・吸着材を充填した充填部の開口部を塞いでいるため、熱処理と共に水冷を行なう際に、充填部内に充填した吸蔵・吸着材が湿潤状態となるのを防止することができる。吸蔵・吸着材は、充填部に充填した後に湿潤状態になると、これを乾燥させるのは極めて困難であり、また、用いる吸蔵・吸着材の種類によっては、一旦湿潤状態になるとガスを吸蔵・吸着する性能が大きく低下してしまうものもある。本発明のように、予め着脱可能な蓋体を取り付けておくことで、このような不都合を防止することができる。なお、取り付けた蓋体を、水冷を伴う熱処理を行なった後に取り外すことで、充填部内に充填した吸蔵・吸着材に対してガスを給排するためのガスの通路を確保することができる。
【０００８】
さらに、本発明のガス貯蔵タンクの製造方法によれば、外壁材内に充填部を収納した後に、外壁材の開口部を絞り加工するため、充填部の収納の際には、収納の動作に支障がないように外壁材開口部の大きさを確保可能となると共に、ガスを貯蔵する際には、内部のガス圧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ように、外壁材の開口部の大きさを充分に小さくすることができる。また、充填部を外壁材内に収納して外壁材を絞り加工する前に、充填部内に吸蔵・吸着材を充填するため、吸蔵・吸着材を充填する動作を容易に行なうことができる。さらに、外壁材に対して水冷を伴う熱処理を施すことで、外壁材の強度を向上させることができる。また、この熱処理を、絞り加工の後に行なうため、絞り加工を行なうことで熱処理の効果が損なわれてしまうことがない。
【０００９】
本発明のガス貯蔵タンクの製造方法において、
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、
前記外壁材は、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。
【００１０】
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外壁材の材料として優れている。そして、外壁材を、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、外壁材の疲労強度を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明のガス貯蔵タンクの製造方法において、
前記（ａ）工程で用意する前記充填部は、充填された前記吸蔵・吸着材と接触可能なフィン構造を内部に備えることとしても良い。
【００１２】
このような構成とすることで、充填部内部の伝熱性を向上させることができ、ガスを吸蔵・吸着させる際に吸蔵・吸着材において熱が生じる場合には、この熱を排出する効率を高めて、ガスの吸蔵・吸着を促進することが可能となる。
【００１３】
このようなガス貯蔵タンクの製造方法において、
前記（ａ）工程で用意する前記充填部は、貫通孔を備える複数の薄板状部材を積層することによって形成した前記フィン構造を内部に備え、
前記（ｂ）工程は、前記複数の薄板状部材間に形成され、前記複数の薄板状部材の各々が備える前記貫通孔によって互いに連通される空間に、前記吸蔵・吸着材を充填することとしても良い。
【００１４】
このように複数の薄板状部材を設けることで、充填部内部の伝熱性を効果的に向上させることができる。また、充填部内にフィン構造を組み付ける動作を簡素化することが可能となる。さらに、充填部に吸蔵・吸着材を充填する動作を行なう際には、薄板状部材が備える貫通孔を介して、充填部内の空間に吸蔵・吸着材が充填される。そして、このように充填部の構造がより複雑になっても、外壁材内に充填部を収納する前に充填部への吸蔵・吸着材の充填を行なうため、充填の動作を容易に行なうことができる。
【００１５】
また、本発明のガス貯蔵タンクの製造方法において、
前記充填部は、冷媒を流通させるための冷媒流路を備え、
（ｇ）前記（ｅ）工程の後、前記冷媒流路に対して前記冷媒を給排可能となるように、前記冷媒流路と前記外壁材の外部とを、前記絞り加工した前記開口部を介して連通させる工程を
さらに備えることとしても良い。
【００１６】
充填部内に冷媒流路を設けることで、吸蔵・吸着材を冷却したり加熱することが容易となり、ガスの吸蔵・吸着の動作や、ガスの取り出しの動作の効率を向上させることができる。このように充填部の構造がより複雑になっても、外壁材内に充填部を収納する前に充填部への吸蔵・吸着材の充填を行なうため、充填の動作を容易に行なうことができる。
【００１７】
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、上記水素貯蔵タンクの製造方法によって形成された水素貯蔵タンクなどの形態で実現することが可能である。
【００１８】
【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：
【００１９】
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の内部の縦断面の概略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とを備えている。
【００２０】
タンク容器２０は、水素貯蔵タンクの外壁材であって、略円柱状に形成された中空の容器によって構成される。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、その両端部に、タンク容器２０の横断面に比べて小さく形成された穴部である接続口２１，２２を有している。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。そして、接続部２４においては、タンク容器２０内に所定の冷媒を供給するための冷媒供給口２４ａと、タンク容器２０内から冷媒を排出するための冷媒排出口２４ｂとが、外部に開口して設けられている。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。
【００２１】
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を備え、この熱交換器ケース３４内に水素吸蔵合金が充填されている。熱交換器ケース３４内には、アルミニウム合金から成る薄板状部材が積層されており、この薄板状部材間に水素吸蔵合金が充填されているが、詳しい構成は後述する。また、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、複数の冷媒流路４０が形成されている。これら複数の冷媒流路４０は、既述した接続部２４に設けられた冷媒供給口２４ａと接続している。すなわち、冷媒供給口２４ａから連続してタンク容器２０内に延出する冷媒の流路は、熱交換器３０における接続口２２側の端部において、複数の冷媒流路４０の各々に分岐している。これにより、外部から複数の冷媒流路４０の各々に対して、冷媒を導入可能となっている。
【００２２】
さらに熱交換器３０の内部には、その略中心部を長手方向に貫通して、略円柱形状のフィルタ３６が配設されている。フィルタ３６は、焼結金属によって形成される多孔質体であり、熱交換器３０内に充填された水素吸蔵合金の粒子を、実質的に内部に進入させずに保持することができる。さらに、このフィルタ３６の内部には、熱交換器３０の積層方向に貫通して、冷媒流路を形成する冷媒管３７が配設されている。既述した複数の冷媒流路４０は、熱交換器３０における接続口２１側の端部において集合し、この冷媒管３７に接続している。そして、冷媒管３７は、接続口２２側に延出して、接続部２４に設けられた冷媒排出口２４ｂにおいて開口している。そのため、複数の冷媒流路４０内を通過した冷媒は、接続口２１側の端部で集合すると共に流れの向きを逆向きに変更し、冷媒管３７および冷媒排出口２４ｂを経由して外部に排出可能となっている。
【００２３】
なお、タンク容器２０の内壁面と熱交換器３０との間には、水素充填空間３３が形成されている。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、粉末状の水素吸蔵合金の空隙およびこの水素充填空間３３においても、圧縮水素として貯蔵される。
【００２４】
また、タンク容器２０と熱交換器３０との間には、支持材４５が配設されている。支持材４５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折り畳んだ形状を有している。そして、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。さらに、この支持材４５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している。この支持材４５は、上記のような折り畳み構造とすることで支持材４５全体を弾性体と成し、生じる圧力によって熱交換器３０を保持することとしても良い。また、支持材４５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、熱交換器３０を保持することとしても良い。
【００２５】
Ｂ．水素貯蔵タンク１０の製造工程：
図２は、水素貯蔵タンク１０の製造方法を表わす工程図である。ステップＳ１００〜Ｓ１３０は、熱交換器３０を製造するための工程である。熱交換器３０を製造する際には、まず、薄板状部材を積層して、熱交換器３０の組み立てを行なう（ステップＳ１００）。以下、熱交換器３０の組み立てについて説明する。
【００２６】
熱交換器３０は、既述した熱交換器ケース３４内に、略円盤状の２種類の薄板状部材である平板３１と凹凸板３２とを交互に積層することによって形成されている。図３は、図１の水素貯蔵タンク１０におけるタンク容器２０内の３−３断面の様子を表わす説明図である。ただし、図３では、熱交換器３０内に充填した水素吸蔵合金については記載していない。また、図４は、熱交換器３０を構成する平板３１と凹凸板３２との断面の様子を表わす説明図であり、図５は、平板３１と凹凸板３２とを交互に積層して成る熱交換器３０の縦断面の一部の様子を拡大して示す説明図である。平板３１は、平坦な薄板状部材であり、凹凸板３２は、所定間隔で折り曲げられて凹凸が形成された薄板状部材である。なお、既述した図１では、平板３１に相当する薄板状部材のみが記載されている。また、図３は、凹凸板３２を表わしており、折り曲げ位置が図中に平行な直線で表わされている。略円盤状の薄板状部材である平板３１と凹凸板３２とは、互いに対応する位置に、複数の冷媒孔５３と、複数の吸蔵材充填孔５４とを備えている（図３参照）。
【００２７】
熱交換器３０を組み立てる際には、各々の平板３１および凹凸板３２が有する冷媒孔５３および吸蔵材充填孔５４の位置が、互いに重なり合うように、複数の平板３１および凹凸板３２を交互に積層する。そして、互いに重なり合う位置に設けられた冷媒孔５３において、その積層方向に熱交換器３０を貫通するように、冷媒流路４０を形成するための冷媒管５５を挿入する（図３，図５参照）。
【００２８】
各々の平板３１および凹凸板３２は、その中心部において円形の穴部が形成されており、熱交換器３０を組み立てる際には、これらの穴部において、その積層方向に熱交換器３０を貫通して、フィルタ３６を挿入する（図１、図３参照）。そして、このフィルタ３６内において、熱交換器３０の積層方向に貫通して、冷媒管３７をさらに挿入する（図１、図３参照）。
【００２９】
さらに、熱交換器３０を組み立てる際には、平板３１と凹凸板３２とを積層した積層体の一方の端部に第１マニホールドプレート３８を配設し、他方の端部に第２マニホールドプレート３９を配設する（図１参照）。図６は、図１の水素貯蔵タンク１０におけるタンク容器２０内の６−６断面の様子、すなわち、第１マニホールドプレート３８を積層したときに、積層体の外側の面から第１マニホールドプレート３８を見た様子を表わす説明図である。また、図７は、図１の水素貯蔵タンク１０におけるタンク容器２０内の７−７断面の様子、すなわち、第２マニホールドプレート３９を積層したときに、積層体の内側の面から第２マニホールドプレート３９を見た様子を表わす説明図である。
【００３０】
図６に示すように、第１マニホールドプレート３８は、平板３１と凹凸板３２とが備える各吸蔵材充填孔５４に対応する位置に、吸蔵材充填孔５６を備えている。また、図中に破線で示すように、図６に示した面と反対側の面には、平板３１と凹凸板３２とが備える冷媒孔５３に対応する位置に、凹部５２が形成されている。さらに、第１マニホールドプレート３８の内部には、その中央部付近に、所定の空間である分配空間５８が設けられている。この分配空間５８は、第１マニホールドプレート３８の中央部付近であって図６に示す側の面において、冷却水導入口５７として開口している（図１参照）。そして、分配空間５８は、第１マニホールドプレート３８の内部において、同じく第１マニホールドプレート３８内に形成された連通路５９を介して、上記した各凹部５２と連通している。さらに、第１マニホールドプレート３８は、その中央部付近を貫通して、上記分配空間５８とは連通することなく設けられた冷却水排出孔６０を備えている。熱交換器３０を組み立てる際には、各凹部５２が、冷媒流路４０を形成する各冷媒管５５と接続するように、また、冷却水排出孔６０が冷媒管３７と接続するように、第１マニホールドプレート３８を組み付ける。なお、図１では、冷却水の流路の分岐の様子をわかりやすく示すために、第１マニホールドプレート３８に設けられた吸蔵材充填孔５６の記載は省略している。
【００３１】
図７に示すように、第２マニホールドプレート３９は、平板３１と凹凸板３２とが備える各冷媒孔５３に対応する位置に、図７に示した面側において凹部６４を備えている。さらに、第２マニホールドプレート３９の内部には、その中央部付近に、所定の空間である集合空間６２が設けられている。この集合空間６２は、第２マニホールドプレート３９の中央部付近であって図７に示す側の面において、冷却水口６３として開口している。そして、集合空間６２は、第２マニホールドプレート３９の内部において、同じく第２マニホールドプレート３９内に形成された連通路６５を介して、上記した各凹部６４と連通している。さらに、第２マニホールドプレート３９は、その中央部付近を貫通して、上記集合空間６２とは連通することなく設けられた水素導入孔６１を備えている。熱交換器３０を組み立てる際には、各凹部６４が、冷媒流路４０を形成する各冷媒管５５と接続するように、また、冷却水口６３が冷媒管３７と接続するように、第２マニホールドプレート３９を組み付ける。これにより、上記水素導入孔６１は、フィルタ３６の端部によって塞がれた状態となる。
【００３２】
このようにして熱交換器３０を組み立てると、次に、熱交換器３０内に水素吸蔵合金の粉末を充填する（ステップＳ１１０）。水素吸蔵合金は、第１マニホールドプレート３８が備える吸蔵材充填孔５６から、熱交換器３０内に充填される。熱交換器３０内では、図５に示すように平板３１と凹凸板３２とを交互に積層することで、これら積層された薄板状部材間に空間が形成され、これらの空間同士は、平板３１と凹凸板３２とが備える吸蔵材充填孔５４によって互いに連通している。第１マニホールドプレート３８が備える吸蔵材充填孔５６から熱交換器３０内に水素吸蔵合金を投入すると、水素吸蔵合金は、平板３１と凹凸板３２とが備える吸蔵材充填孔５４を介して熱交換器３０内部に入り込み、上記空間内に充填される。
【００３３】
熱交換器３０内に水素吸蔵合金を充填した後は、第１マニホールドプレート３８が備える各吸蔵材充填孔５６を塞ぐと共に、第２マニホールドプレート３９の水素導入孔６１を塞ぐ（ステップＳ１２０）。吸蔵材充填孔５６は、この後に再び開口させる必要はないため、例えば溶接により塞ぐこととすれば良い。水素導入孔６１は、後述するように、水素貯蔵タンク１０の完成に先立って開放する必要があるため、着脱可能に塞がれる。例えば、水素導入孔６１に応じた大きさのボルトを蓋体として用い、この水素導入孔６１にボルトをねじ込むことにより塞げばよい。水素導入孔６１を塞ぐ動作は、後述する熱処理の工程で熱交換器３０内に水が入り込むのを充分に防止可能であればよく、例えばＯリングを用いてシール性を確保することとしても良い。
【００３４】
吸蔵材充填孔５６および水素導入孔６１を塞ぐと、熱交換器３０に対して冷媒流路を接続して、熱交換器３０を完成する（ステップＳ１３０）。図８および図９は、このステップＳ１３０以後の工程を模式的に表わす説明図であり、図８（Ａ）は、ステップＳ１３０で完成した熱交換器３０を示している。ステップＳ１３０で熱交換器３０を完成する際には、第１マニホールドプレート３８の冷却水導入口５７と冷却水排出孔６０とのそれぞれに対して、ステンレス鋼等で形成した管状部材７０，７１を接続する。その後、この管状部材７０，７１を、ステンレス鋼などで形成した円柱部材７２に貫通させて、熱交換器３０を完成する。なお、図８（Ａ）では、円柱部材７２を断面で表わすことで、円柱部材７２の内部を管状部材７０，７１が貫通している様子を示している。
【００３５】
熱交換器３０が完成すると、次に、タンク容器２０を用意する（ステップＳ１４０）。本実施例のタンク容器２０は、アルミニウム合金から成り、ステップＳ１４０では、両端が開放された円柱形状のものを用意する。ステップＳ１４０でタンク容器２０を用意する様子を図８（Ｂ）に示す。
【００３６】
そして、ステップＳ１４０で用意したタンク容器２０内に、ステップＳ１３０で完成した熱交換器３０を収納する（ステップＳ１５０、図８（Ｃ）参照）。なお、ステップＳ１５０でタンク容器２０内に熱交換器３０を収納する際には、同時に、タンク容器２０と熱交換器３０との間に支持材４５を配設する。
【００３７】
次に、タンク容器２０の両端に対して絞り加工（口絞り加工）を施し（ステップＳ１６０）、タンク容器２０の両端部の開口部をより小さくして、接続口２１，２２と成す（図９（Ａ）参照）。
【００３８】
その後、タンク容器２０に対して、熱処理を施す（ステップＳ１７０）。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すことで、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、タンク容器２０の内部にも水を通して冷却を行なう。
【００３９】
熱処理を行なうと、次に、第２マニホールドプレート３９の水素導入孔６１から蓋体を取り外して、水素導入孔６１を開放する（ステップＳ１８０）。すなわち、ステップＳ１６０で成形した接続口２１を介して、水素導入孔６１に取り付けておいた蓋体を取り外す。
【００４０】
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Ｓ１９０）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、この接続部２４の内部を貫通するように、円柱部材７２を配設している。円柱部材７２は、既述したように管状部材７０，７１が貫通しているため、このように円柱部材７２を配設することで、管状部材７０，７１の端部をそれぞれ、冷媒供給口２４ａ，冷媒排出口２４ｂとしている。
【００４１】
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Ｓ２００）、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。
【００４２】
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、接続部２３に設けられた電磁弁を介して、水素貯蔵タンク１０内の水素充填空間３３内に導かれ、さらに、水素導入孔６１およびフィルタ３６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。
【００４３】
このように水素の貯蔵を行なう際には、冷媒供給口２４ａを介して水素貯蔵タンク１０内に冷媒を供給すると共に、水素貯蔵タンク１０内を通過した冷媒を、冷媒排出口２４ｂを介して外部に排出している。水素貯蔵タンク１０内に供給された冷媒は、既述した第１マニホールドプレート３８内において各冷媒流路４０に分配され、第２マニホールドプレート３９内で再び集合し、冷媒管３７を経由して外部に排出される。これによって、水素貯蔵タンク１０内が冷却され、水素吸蔵合金による水素吸蔵の動作が促進される。
【００４４】
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、水素充填空間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。
【００４５】
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、水素充填空間３３内の圧縮水素から放出され、その後圧力の低下に伴って、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。
【００４６】
なお、上記のように水素吸蔵合金に水素を吸蔵させたり水素を放出させたりする動作を行なう際には、熱交換器３０内に積層された各薄板状部材は、水素吸蔵合金と冷媒との間の熱交換を促進するフィンとして働く。すなわち、水素吸蔵の際には、水素吸蔵合金で生じる熱がフィンを介して冷媒流路４０内の冷媒に伝えられることで吸蔵の動作が促進され、水素放出の際には、冷媒流路４０内の冷媒の熱がフィンを介して水素吸蔵合金に伝えられることで放出の動作が促進される。また、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は、上記フィンとして働く薄板状部材と、熱交換器ケース３４と、支持材４５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。
【００４７】
Ｄ．効果：
以上のように構成された水素貯蔵タンク１０の製造方法によれば、熱交換器３０内に水素吸蔵合金を充填した後、着脱可能な蓋体を熱交換器３０に取り付けて、水素吸蔵合金を充填した空間を塞ぎ、熱交換器３０をタンク容器２０内に収納した後、タンク容器２０に絞り加工を施し、さらに水冷を伴う熱処理を行なった後に、上記蓋体を取り外している。そのため、熱処理と共に水冷を行なう際に、熱交換器３０内に充填した水素吸蔵合金が湿潤状態となるのを防止することができる。水素吸蔵合金の粉末は、熱交換器３０に充填した後に湿潤状態になると、これを乾燥させるのは極めて困難であり、また、用いる水素吸蔵合金の種類によっては、一旦湿潤状態になると水素を吸蔵する性能が大きく低下してしまうものもある。本実施例のように、予め着脱可能な蓋体を取り付けておくことで、このような不都合を防止することができる。なお、熱処理の後に蓋体を取り外して、水素導入孔６１を開放することで、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させたり取り出したりする際に水素が通過するための開口を、熱交換器３０の表面に確保することができる。
【００４８】
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内に、より高圧の水素、例えば１ＭＰａ以上の圧力の水素を水素充填空間３３内に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。なお、アルミニウム合金は、このよう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、熱伝導性に優れ、軽量であり、タンク容器２０の材料として優れている。
【００４９】
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。そのため、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、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、絞り加工により開口部を小さくした後に、このちいさな開口部（接続口２１，２２）を介して内部の熱交換器３０内に水素吸蔵合金を充填することは極めて困難となる。本実施例に示した製造工程により水素貯蔵タンク１０を製造することで、望ましい順序で各工程を行なうと共に、支障無く水素吸蔵合金を充填する動作を行ない、水素吸蔵合金が湿潤状態となるのを防止することができる。
【００５０】
なお、蓋体を取り付ける水素導入孔６１は、絞り加工により小さくした開口部（接続口２１）を介して取り外す動作を容易に行なうことができる位置に設けることが望ましい。例えば、円盤状の第２マニホールドプレート３９の中心部付近に設けることとすればよい。
【００５１】
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。
【００５２】
Ｅ１．変形例１：
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、充填部の中で充分に伝熱が行なわれるならば、充填部内にフィン構造を設けないこととしても良い。また、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。内部に水素吸蔵合金等の吸蔵・吸着材を充填する充填部を、所定の外壁材内に収納する貯蔵タンクの製造方法として、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。
【００５３】
Ｅ２．変形例２：
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。
【００５４】
Ｅ３．変形例３：
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外壁材を用いることとしても良い。例えばステンレス鋼により外壁材を形成しても良い。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。
【００５５】
Ｅ４．変形例４：
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】本発明の好適な一実施例である水素貯蔵タンク１０の内部の縦断面の概略を表わす説明図である。
【図２】図２は、水素貯蔵タンク１０の製造方法を表わす工程図である。
【図３】図１における３−３断面の様子を表わす説明図である。
【図４】平板３１と凹凸板３２との断面の様子を表わす説明図である。
【図５】熱交換器３０の縦断面の一部の様子を拡大して示す説明図である。
【図６】図１における６−６断面の様子を表わす説明図である。
【図７】図１における７−７断面の様子を表わす説明図である。
【図８】ステップＳ１３０以後の工程を表わす説明図である。
【図９】ステップＳ１６０以後の工程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
２４ａ…冷媒供給口
２４ｂ…冷媒排出口
２６…補強層
３０…熱交換器
３１…平板
３２…凹凸板
３３…水素充填空間
３４…熱交換器ケース
３６…フィルタ
３７…冷媒管
３８，１３８，２３８…第１マニホールドプレート
３９…第２マニホールドプレート
４０…冷媒流路
４５…支持材
５２…凹部
５３…冷媒孔
５４…吸蔵材充填孔
５５…冷媒管
５６，１５６，２５６…吸蔵材充填孔
５７…冷却水導入口
５８…分配空間
５９…連通路
６０…冷却水排出孔
６１…水素導入孔
６２…集合空間
６３…冷却水口
６４…凹部
６５…連通路
７０，７１…管状部材
７２…円柱部材
１８０…隔壁板
１８５…空間
２８０…平板
２８２…凹凸板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas storage tank for storing gas and a method for manufacturing the same.
[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 Document 1 discloses a hydrogen storage tank including a hydrogen storage alloy therein. In the hydrogen storage tank disclosed in Patent Document 1, a hydrogen storage alloy is filled in a cylindrical container, and an end of the cylindrical container is fixed at a flange.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-55300
[Patent Document 2]
JP-A-2000-170998
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When storing gas using an occlusion / adsorption material, increasing the gas supply pressure to the gas storage tank allows the occlusion / adsorption material to occlude / adsorb the compressed gas in the space inside the gas storage tank. As a gas. When the pressure in the gas storage tank becomes higher as described above, the airtightness in the tank is secured by using a gasket or a stopper at the opening at the container end as described above. The configuration can be difficult to adopt. However, a method for manufacturing a gas storage tank capable of storing a gas at a higher pressure while filling the tank with a gas occluding / adsorbing material has not been sufficiently studied.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and provides a technique for manufacturing a gas storage tank capable of storing a higher-pressure gas while maintaining the performance of a gas storage / adsorption material. The purpose is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a gas storage tank for storing gas,
(A) a step of preparing a hollow filling portion and a metal outer wall material capable of storing the filling portion therein;
(B) filling an occlusion / adsorption material that occludes and / or adsorbs the gas into the filling section;
(C) By attaching a detachable lid, the opening of the filling section filled with the storage / adsorbent is closed, and the filling section filled with the storage / adsorbent is provided on the outer wall material. Accommodating in the outer wall material from the opening,
(D) a step of drawing near the opening of the outer wall material containing the filling portion;
(E) a step of subjecting the outer wall material drawn in the step (d) to a heat treatment involving water cooling;
(F) After the step (e), the lid is removed from the filling portion housed in the outer wall material, and the gas is supplied to and discharged from the occlusion / adsorption material. A step of allowing the inside of the filling section and the outside of the outer wall material to communicate with each other through the drawn opening;
The gist is to provide
[0007]
According to the manufacturing method of the gas storage tank of the present invention configured as described above, the opening of the filling portion filled with the occlusion / adsorbent is closed by attaching the removable lid prior to the heat treatment. Therefore, when performing water cooling together with the heat treatment, it is possible to prevent the occlusion / adsorption material filled in the filling portion from becoming wet. If the occlusion / adsorption material is wet after filling the filling section, it is extremely difficult to dry it. Depending on the type of occlusion / adsorption material used, once the occlusion / adsorption material is wet, the gas is occluded / adsorbed. In some cases, the performance of the operation is greatly reduced. By attaching a removable lid in advance as in the present invention, such inconveniences can be prevented. By removing the attached lid after performing heat treatment involving water cooling, it is possible to secure a gas passage for supplying and discharging gas to and from the occlusion / adsorption material filled in the filling portion.
[0008]
Furthermore, according to the method for manufacturing a gas storage tank of the present invention, after storing the filling portion in the outer wall material, the opening portion of the outer wall material is subjected to drawing processing. The size of the outer wall material opening can be ensured so as not to cause any trouble, and the outer wall must be able to secure the gas tightness of the tank while storing the gas while storing the gas. The size of the opening of the material can be made sufficiently small. In addition, since the filling portion is filled with the occlusion / adsorption material before the filling portion is housed in the outer wall material and the outer wall material is drawn, the operation of filling the occlusion / adsorption material can be easily performed. Furthermore, by performing a heat treatment involving water cooling on the outer wall material, the strength of the outer wall material can be improved. Further, since this heat treatment is performed after the drawing, the effect of the heat treatment is not impaired by performing the drawing.
[0009]
In the method for manufacturing a 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 outer wall material may be formed of a metal including aluminum.
[0010]
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 outer wall materials. When the outer wall material is formed of such a metal containing aluminum, a heat treatment involving water cooling can be performed to improve the fatigue strength of the outer wall material.
[0011]
Further, in the method for manufacturing a gas storage tank of the present invention,
The filling section prepared in the step (a) may include a fin structure inside which can be in contact with the filled occlusion / adsorption material.
[0012]
With such a configuration, the heat conductivity inside the filling section can be improved, and when heat is generated in the occlusion / adsorption material when the gas is occluded / adsorbed, the efficiency of discharging the heat is increased. Accordingly, it is possible to promote the occlusion and adsorption of the gas.
[0013]
In the method of manufacturing such a gas storage tank,
The filling unit prepared in the step (a) includes therein the fin structure formed by stacking a plurality of thin plate-shaped members having through holes,
In the step (b), the occlusion / adsorption material may be filled in spaces formed between the plurality of thin plate members and communicated with each other through the through holes provided in each of the plurality of thin plate members. good.
[0014]
By providing a plurality of thin plate members in this way, the heat conductivity inside the filling portion can be effectively improved. Further, the operation of assembling the fin structure in the filling section can be simplified. Furthermore, when performing the operation of filling the occlusion / adsorption material into the filling portion, the occlusion / adsorption material is filled into the space in the filling portion via the through-hole provided in the thin plate member. Even if the structure of the filling portion becomes more complicated, the filling operation is easily performed because the filling portion is filled with the absorbing / adsorbing material before the filling portion is housed in the outer wall material. Can be.
[0015]
Further, in the method for manufacturing a gas storage tank of the present invention,
The filling unit includes a refrigerant flow path for flowing a refrigerant,
(G) After the step (e), the refrigerant flow path and the outside of the outer wall material are subjected to the drawing by the opening so that the refrigerant can be supplied to and discharged from the refrigerant flow path. The process of communicating through
Further provision may be made.
[0016]
By providing the refrigerant flow path in the filling portion, it becomes easy to cool or heat the occlusion / adsorption material, and the efficiency of the occlusion / adsorption operation of the gas and the operation of taking out the gas can be improved. Even if the structure of the filling section becomes more complicated as described above, the filling section is filled with the absorbing / adsorbing material before the filling section is stored in the outer wall material, so that the filling operation can be easily performed. .
[0017]
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 hydrogen storage tank formed by the method for manufacturing a hydrogen storage tank.
[0018]
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:
[0019]
A. Structure of hydrogen storage tank 10:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a longitudinal section inside a hydrogen storage tank 10 according to a preferred embodiment of the present invention. The hydrogen storage tank 10 includes a tank container 20 and a heat exchanger 30 housed in the tank container 20.
[0020]
The tank container 20 is an outer wall material of the hydrogen storage tank, and is constituted by a hollow container formed in a substantially columnar shape. In this embodiment, the tank container 20 is formed of an aluminum alloy. The tank container 20 has connection ports 21 and 22 at both ends, which are holes formed smaller than the cross section of the tank container 20. 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 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. In the connecting portion 24, a refrigerant supply port 24a for supplying a predetermined refrigerant into the tank container 20 and a refrigerant discharge port 24b for discharging the refrigerant from inside the tank container 20 open to the outside. Is provided. 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).
[0021]
The heat exchanger 30 includes a heat exchanger case 34 which is a substantially cylindrical container having a smaller cross section than the tank container 20, and the heat exchanger case 34 is filled with a hydrogen storage alloy. In the heat exchanger case 34, thin plate members made of an aluminum alloy are laminated, and a hydrogen storage alloy is filled between the thin plate members. The detailed configuration will be described later. Further, a plurality of refrigerant channels 40 are formed penetrating the inside of the heat exchanger 30 in the longitudinal direction so that heat can be exchanged between the filled hydrogen storage alloy and a predetermined refrigerant. The plurality of coolant channels 40 are connected to the coolant supply ports 24 a provided in the connection portions 24 described above. That is, the flow path of the refrigerant continuously extending into the tank container 20 from the refrigerant supply port 24a is branched into each of the plurality of refrigerant flow paths 40 at the end of the heat exchanger 30 on the connection port 22 side. I have. Thereby, the refrigerant can be introduced from the outside into each of the plurality of refrigerant channels 40.
[0022]
Further, a substantially cylindrical filter 36 is provided inside the heat exchanger 30 so as to penetrate the substantially central portion thereof in the longitudinal direction. The filter 36 is a porous body formed of a sintered metal, and can hold the particles of the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30 without substantially entering the inside. Further, inside the filter 36, a refrigerant pipe 37 that penetrates in the stacking direction of the heat exchanger 30 and forms a refrigerant flow path is disposed. The plurality of refrigerant channels 40 described above gather at the end of the heat exchanger 30 on the connection port 21 side and are connected to the refrigerant pipe 37. The refrigerant pipe 37 extends toward the connection port 22 and opens at a refrigerant discharge port 24b provided in the connection portion 24. Therefore, the refrigerant that has passed through the plurality of refrigerant passages 40 gathers at the end on the connection port 21 side, changes the flow direction to the opposite direction, and goes to the outside via the refrigerant pipe 37 and the refrigerant discharge port 24b. It can be discharged.
[0023]
Note that a hydrogen filling space 33 is formed between the inner wall surface of the tank container 20 and the heat exchanger 30. The hydrogen supplied to the hydrogen storage tank 10 is stored as compressed hydrogen in the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30 and also in the voids of the powdery hydrogen storage alloy and the hydrogen filling space 33. Is done.
[0024]
A support member 45 is provided between the tank container 20 and the heat exchanger 30. The support member 45 has a 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 at a predetermined interval. Then, the heat exchanger 30 is held in the tank container 20 while absorbing the expansion and contraction of the heat exchanger 30 caused by the temperature rise / fall. Further, the support 45 secures heat transfer between the heat exchanger 30 and the wall surface of the tank container 20. The support member 45 may have the above-described folded structure so that the entire support member 45 is formed as an elastic body, and the heat exchanger 30 is held by generated pressure. Further, the heat exchanger 30 may be held by joining the support member 45 with the tank container 20 and the heat exchanger 30.
[0025]
B. Manufacturing process of the hydrogen storage tank 10:
FIG. 2 is a process chart illustrating a method for manufacturing the hydrogen storage tank 10. Steps S100 to S130 are steps for manufacturing the heat exchanger 30. When manufacturing the heat exchanger 30, first, the thin plate members are stacked, and the heat exchanger 30 is assembled (step S100). Hereinafter, the assembly of the heat exchanger 30 will be described.
[0026]
The heat exchanger 30 is formed by alternately stacking two types of substantially disc-shaped thin plates 31 and uneven plates 32 in the heat exchanger case 34 described above. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state of the section 3-3 in the tank container 20 in the hydrogen storage tank 10 of FIG. However, FIG. 3 does not describe the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30. FIG. 4 is an explanatory view showing a cross section of a flat plate 31 and a concavo-convex plate 32 constituting the heat exchanger 30. FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an enlarged view of a part of a vertical section of the exchanger 30. The flat plate 31 is a flat thin plate member, and the uneven plate 32 is a thin plate member bent at predetermined intervals to form unevenness. In FIG. 1 described above, only a thin plate member corresponding to the flat plate 31 is shown. FIG. 3 shows the concavo-convex plate 32, and the bending position is represented by a parallel straight line in the figure. The flat plate 31 and the concavo-convex plate 32, which are substantially disk-shaped thin plate members, have a plurality of refrigerant holes 53 and a plurality of occlusion material filling holes 54 at positions corresponding to each other (see FIG. 3).
[0027]
When assembling the heat exchanger 30, the plurality of flat plates 31 and the uneven plates 32 are alternately stacked so that the positions of the refrigerant holes 53 and the occlusion material filling holes 54 of the respective flat plates 31 and the uneven plates 32 overlap with each other. I do. Then, in the refrigerant holes 53 provided at positions overlapping each other, a refrigerant pipe 55 for forming the refrigerant flow path 40 is inserted so as to penetrate the heat exchanger 30 in the laminating direction (see FIGS. 3 and 5). ).
[0028]
Each of the flat plate 31 and the concavo-convex plate 32 has a circular hole formed at the center thereof. When assembling the heat exchanger 30, the holes penetrate the heat exchanger 30 in the laminating direction at these holes. Then, the filter 36 is inserted (see FIGS. 1 and 3). Then, in the filter 36, a refrigerant pipe 37 is further inserted through the heat exchanger 30 in the stacking direction (see FIGS. 1 and 3).
[0029]
Further, when assembling the heat exchanger 30, a first manifold plate 38 is provided at one end of a laminate in which the flat plate 31 and the uneven plate 32 are stacked, and a second manifold plate 39 is provided at the other end. (See FIG. 1). FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 in the tank container 20 of the hydrogen storage tank 10 of FIG. 1, that is, when the first manifold plates 38 are stacked, the first manifold plates 38 are removed from the outer surface of the stacked body. It is explanatory drawing showing the appearance. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line 7-7 in the tank container 20 in the hydrogen storage tank 10 of FIG. 1, that is, when the second manifold plate 39 is stacked, the second manifold plate is viewed from the inner surface of the stacked body. It is explanatory drawing showing the mode which looked at 39.
[0030]
As shown in FIG. 6, the first manifold plate 38 has an occlusion material filling hole 56 at a position corresponding to each occlusion material filling hole 54 provided in the flat plate 31 and the uneven plate 32. As shown by a broken line in the drawing, a concave portion 52 is formed on a surface opposite to the surface shown in FIG. 6 at a position corresponding to a coolant hole 53 provided in the flat plate 31 and the uneven plate 32. . Further, inside the first manifold plate 38, a distribution space 58, which is a predetermined space, is provided near the center thereof. The distribution space 58 is opened as a cooling water inlet 57 on the side near the center of the first manifold plate 38 and on the side shown in FIG. 6 (see FIG. 1). The distribution space 58 communicates with each of the recesses 52 via a communication path 59 formed in the first manifold plate 38 inside the first manifold plate 38. Further, the first manifold plate 38 is provided with a cooling water discharge hole 60 which penetrates the vicinity of the central portion and is provided without communicating with the distribution space 58. When assembling the heat exchanger 30, the concave portions 52 are connected to the respective refrigerant tubes 55 forming the refrigerant passages 40, and the cooling water discharge holes 60 are connected to the refrigerant tubes 37. Assemble one manifold plate 38. Note that, in FIG. 1, the occlusion material filling holes 56 provided in the first manifold plate 38 are omitted in order to clearly show the branch of the cooling water flow path.
[0031]
As shown in FIG. 7, the second manifold plate 39 has a recess 64 on the surface side shown in FIG. 7 at a position corresponding to each coolant hole 53 provided in the flat plate 31 and the uneven plate 32. Further, inside the second manifold plate 39, a collective space 62, which is a predetermined space, is provided near the center thereof. This collecting space 62 is opened as a cooling water port 63 on the side near the center of the second manifold plate 39 and on the side shown in FIG. The collecting space 62 communicates with each of the recesses 64 via a communication passage 65 formed in the second manifold plate 39 inside the second manifold plate 39. Further, the second manifold plate 39 has a hydrogen introduction hole 61 that penetrates the vicinity of the central portion and is provided without communicating with the collecting space 62. When assembling the heat exchanger 30, the second manifold is connected so that each recess 64 is connected to each refrigerant pipe 55 forming the refrigerant flow path 40, and so that the cooling water port 63 is connected to the refrigerant pipe 37. The plate 39 is assembled. As a result, the hydrogen inlet 61 is closed by the end of the filter 36.
[0032]
After assembling the heat exchanger 30 in this way, the heat exchanger 30 is filled with the hydrogen storage alloy powder (step S110). The hydrogen storage alloy is charged into the heat exchanger 30 from the storage material filling hole 56 provided in the first manifold plate 38. In the heat exchanger 30, by alternately stacking the flat plates 31 and the concavo-convex plates 32 as shown in FIG. 5, a space is formed between the stacked thin plate-like members. And the concave and convex plate 32 communicate with each other through an occlusion material filling hole 54 provided. When the hydrogen storage alloy is introduced into the heat exchanger 30 from the storage material filling hole 56 provided in the first manifold plate 38, the hydrogen storage alloy exchanges heat through the storage material filling hole 54 provided in the flat plate 31 and the uneven plate 32. It enters the vessel 30 and fills the space.
[0033]
After filling the heat exchanger 30 with the hydrogen storage alloy, the storage material filling holes 56 of the first manifold plate 38 are closed, and the hydrogen introduction holes 61 of the second manifold plate 39 are closed (step S120). Since it is not necessary to reopen the occluding material filling hole 56 after this, the occluding material filling hole 56 may be closed by welding, for example. As will be described later, the hydrogen introduction hole 61 needs to be opened prior to completion of the hydrogen storage tank 10, and is thus removably closed. For example, a bolt having a size corresponding to the hydrogen introduction hole 61 may be used as a lid, and the bolt may be screwed into the hydrogen introduction hole 61 to close the cover. The operation of closing the hydrogen introduction hole 61 may be any as long as it is possible to sufficiently prevent water from entering the heat exchanger 30 in a heat treatment step described later, and for example, an O-ring may be used to ensure sealing properties. .
[0034]
When the storage material filling hole 56 and the hydrogen introduction hole 61 are closed, a refrigerant flow path is connected to the heat exchanger 30 to complete the heat exchanger 30 (Step S130). FIG. 8 and FIG. 9 are explanatory views schematically showing the steps after step S130, and FIG. 8A shows the heat exchanger 30 completed in step S130. When the heat exchanger 30 is completed in step S130, the tubular members 70 and 71 made of stainless steel or the like are respectively connected to the cooling water inlet 57 and the cooling water outlet 60 of the first manifold plate 38. Connecting. Thereafter, the tubular members 70 and 71 are made to penetrate through a cylindrical member 72 formed of stainless steel or the like, and the heat exchanger 30 is completed. FIG. 8A shows a state in which the tubular members 70 and 71 pass through the inside of the cylindrical member 72 by representing the cylindrical member 72 in a cross section.
[0035]
When the heat exchanger 30 is completed, next, the tank container 20 is prepared (Step S140). The tank container 20 of the present embodiment is made of an aluminum alloy. In step S140, a cylindrical container having both ends opened is prepared. FIG. 8B shows how the tank container 20 is prepared in step S140.
[0036]
Then, the heat exchanger 30 completed in step S130 is stored in the tank container 20 prepared in step S140 (step S150, see FIG. 8C). When the heat exchanger 30 is stored in the tank container 20 in step S150, the support member 45 is provided between the tank container 20 and the heat exchanger 30 at the same time.
[0037]
Next, drawing (mouth drawing) is performed on both ends of the tank container 20 (step S160), and the openings at both ends of the tank container 20 are made smaller to form connection ports 21 and 22 (FIG. 9). (A)).
[0038]
Thereafter, heat treatment is performed on the tank container 20 (Step S170). 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 repeating 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, water is also passed through the inside of the tank container 20 to perform cooling sufficiently rapidly.
[0039]
After the heat treatment, the lid is removed from the hydrogen introduction holes 61 of the second manifold plate 39 to open the hydrogen introduction holes 61 (step S180). That is, the lid attached to the hydrogen inlet 61 is removed via the connection port 21 formed in step S160.
[0040]
Thereafter, the connection part 23 is attached to the connection port 21 and the connection part 24 is attached to the connection port 22 (Step S190). In this embodiment, the connection part 23 includes a pressure reducing valve together with an electromagnetic 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. Further, in the connection portion 24, a columnar member 72 is provided so as to penetrate the inside of the connection portion 24. As described above, since the tubular members 70 and 71 penetrate through the cylindrical member 72, by disposing the cylindrical members 72 in this manner, the ends of the tubular members 70 and 71 are respectively connected to the coolant supply ports 24a. , And a refrigerant outlet 24b.
[0041]
Further, the reinforcing layer 26 is formed on the outer periphery of the tank container 20 (Step S200), 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.
[0042]
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. The hydrogen introduced from the hydrogen supply / discharge port 23a is guided into the hydrogen filling space 33 in the hydrogen storage tank 10 through the electromagnetic valve provided in the connection part 23, and further, the hydrogen is introduced into the hydrogen introduction hole 61 and the filter 36. The gas is introduced into the heat exchanger 30 through the heat exchanger 30 and is 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.
[0043]
When storing hydrogen as described above, the refrigerant is supplied into the hydrogen storage tank 10 through the refrigerant supply port 24a, and the refrigerant that has passed through the hydrogen storage tank 10 is externally transmitted through the refrigerant discharge port 24b. To be discharged. The refrigerant supplied into the hydrogen storage tank 10 is distributed to each of the refrigerant channels 40 in the above-described first manifold plate 38, gathers again in the second manifold plate 39, and is externally transmitted through the refrigerant pipe 37. Is discharged. Thereby, the inside of the hydrogen storage tank 10 is cooled, and the operation of hydrogen storage by the hydrogen storage alloy is promoted.
[0044]
After the temperature of the hydrogen storage alloy is raised to a predetermined temperature, the hydrogen storage space 10 is filled with hydrogen gas at a pressure corresponding to the hydrogen pressure supplied to the hydrogen storage tank 10. Is in a fully filled state.
[0045]
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 the compressed hydrogen in the hydrogen filling space 33, and then the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy is released as the pressure decreases. 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 by heating the hydrogen storage, the operation of releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy is continued. be able to.
[0046]
When performing the operation of storing and releasing hydrogen in the hydrogen storage alloy as described above, each of the thin plate members laminated in the heat exchanger 30 includes the hydrogen storage alloy and the refrigerant. Acts as fins that promote heat exchange between them. That is, at the time of hydrogen storage, the heat generated by the hydrogen storage alloy is transmitted to the refrigerant in the refrigerant flow path 40 via the fins, thereby promoting the storage operation. The heat of the refrigerant in the inside is transferred to the hydrogen storage alloy via the fins, thereby promoting the release operation. Further, when hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy, heat generated in the hydrogen storage alloy due to the hydrogen storage operation is generated by the thin plate member acting as the fin, the heat exchanger case 34, and the support member 45. The liquid is transmitted to the tank container 20 via the tank container 20 and discharged from the tank container 20 to the outside.
[0047]
D. effect:
According to the method of manufacturing the hydrogen storage tank 10 configured as described above, after filling the heat exchanger 30 with the hydrogen storage alloy, the detachable lid is attached to the heat exchanger 30 to remove the hydrogen storage alloy. After the filled space is closed and the heat exchanger 30 is housed in the tank container 20, the tank container 20 is subjected to squeezing processing, and after performing a heat treatment with water cooling, the lid is removed. Therefore, when performing water cooling together with the heat treatment, it is possible to prevent the hydrogen storage alloy filled in the heat exchanger 30 from becoming wet. If the powder of the hydrogen storage alloy becomes wet after being filled in the heat exchanger 30, it is extremely difficult to dry it. Also, depending on the type of hydrogen storage alloy used, once it becomes wet, hydrogen is absorbed. In some cases, the performance of the operation is greatly reduced. By attaching a detachable lid in advance as in this embodiment, such inconvenience can be prevented. By removing the lid after the heat treatment and opening the hydrogen introduction hole 61, the opening through which the hydrogen passes when the hydrogen storage alloy absorbs or removes the hydrogen is formed on the surface of the heat exchanger 30. Can be secured.
[0048]
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, hydrogen having a pressure of 1 MPa or more, is filled in the hydrogen storage space 33 in the hydrogen storage tank 10. It can be stored inside. 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. The aluminum alloy does not leak hydrogen molecules to the outside even when such high-pressure hydrogen is stored therein, has excellent heat conductivity, is lightweight, and is excellent as a material of the tank container 20. .
[0049]
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. Further, if the step of heat treatment involving water cooling is performed before drawing, the effect of improving the fatigue strength by heat treatment may be impaired by performing drawing. Therefore, the heat treatment involving water cooling needs to be performed after drawing. As described above, it is desirable that the heat treatment be performed after the step of housing the heat exchanger 30 in the tank container 20 and the step of performing drawing, but after reducing the opening by drawing, the small opening It is extremely difficult to fill the internal heat exchanger 30 with the hydrogen storage alloy through the (connection ports 21 and 22). By manufacturing the hydrogen storage tank 10 by the manufacturing process shown in the present embodiment, the respective steps are performed in a desirable order, and the operation of filling the hydrogen storage alloy is performed without any trouble. Can be prevented.
[0050]
It is desirable that the hydrogen introduction hole 61 for attaching the lid is provided at a position where the operation of removing the hydrogen introduction hole 61 can be easily performed through the opening (connection port 21) reduced by drawing. For example, it may be provided near the center of the disc-shaped second manifold plate 39.
[0051]
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.
[0052]
E1. Modification 1
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, if heat transfer is sufficiently performed in the filling section, the fin structure may not be provided in the filling section. In addition, if cooling for storing hydrogen and heating for releasing hydrogen are sufficiently performed, the coolant channel may not be provided inside. A similar effect can be obtained by applying the present invention as a method of manufacturing a storage tank in which a filling section for filling a storage / adsorbent such as a hydrogen storage alloy is stored in a predetermined outer wall material.
[0053]
E2. Modified example 2:
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.
[0054]
E3. Modification 3:
In the embodiment, the tank container made of an aluminum alloy is used, but an outer wall material made of a different material may be used instead of such a tank container. For example, the outer wall material 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.
[0055]
E4. Modification 4:
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 view schematically showing a longitudinal section inside a hydrogen storage tank 10 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process chart showing a method of manufacturing the hydrogen storage tank 10.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state of a 3-3 cross section in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of a cross section of a flat plate 31 and an uneven plate 32;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged view of a part of a longitudinal section of the heat exchanger 30.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of a section taken along line 6-6 in FIG. 1;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of a section taken along line 7-7 in FIG. 1;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a process after step S130.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a process after step S160.
[Explanation of symbols]
10. Hydrogen storage tank
20 ... Tank container
21, 22, ... connection port
23, 24 ... connection part
23a: Hydrogen supply / discharge port
24a: refrigerant supply port
24b: refrigerant outlet
26 ... reinforcement layer
30 ... heat exchanger
31 ... flat plate
32 ... uneven plate
33 ... hydrogen filling space
34 ... heat exchanger case
36 ... Filter
37 ... refrigerant pipe
38, 138, 238: First manifold plate
39: 2nd manifold plate
40 ... refrigerant channel
45 ... Support material
52 ... recess
53 ... refrigerant hole
54 ... Occlusion material filling hole
55 ... refrigerant pipe
56, 156, 256 ... occlusion material filling hole
57 ... Cooling water inlet
58 ... distribution space
59… Communication passage
60 Cooling water discharge hole
61 ... hydrogen introduction hole
62… set space
63 ... Cooling water outlet
64 ... recess
65… Communication passage
70, 71 ... tubular member
72 ... Cylindrical member
180 ... partition plate
185… space
280 ... flat plate
282: uneven plate

Claims

ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクの製造方法であって、
（ａ）中空の充填部と、前記充填部を内部に収納可能な金属製の外壁材とを用意する工程と、
（ｂ）前記ガスを吸蔵および／または吸着する吸蔵・吸着材を、前記充填部内に充填する工程と、
（ｃ）着脱可能な蓋体を取り付けることによって、前記吸蔵・吸着材を充填した前記充填部の開口部を塞ぐと共に、前記吸蔵・吸着材を充填した前記充填部を、前記外壁材に設けられた開口部から前記外壁材内に収納する工程と、
（ｄ）前記充填部を収納した前記外壁材の開口部近傍を絞り加工する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程で絞り加工した前記外壁材に対して、水冷を伴う熱処理を施す工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記外壁材内に収納した前記充填部から、前記蓋体を取り外すと共に、前記吸蔵・吸着材に対して前記ガスを給排可能となるように、前記充填部内と前記外壁材の外部とを、前記絞り加工した前記開口部を介して連通させる工程と
を備えるガス貯蔵タンクの製造方法。A method of manufacturing a gas storage tank for storing gas,
(A) a step of preparing a hollow filling portion and a metal outer wall material capable of storing the filling portion therein;
(B) filling an occlusion / adsorption material that occludes and / or adsorbs the gas into the filling section;
(C) By attaching a detachable lid, the opening of the filling section filled with the storage / adsorbent is closed, and the filling section filled with the storage / adsorbent is provided on the outer wall material. Accommodating in the outer wall material from the opening,
(D) a step of drawing near the opening of the outer wall material containing the filling portion;
(E) a step of subjecting the outer wall material drawn in the step (d) to a heat treatment involving water cooling;
(F) After the step (e), the lid is removed from the filling portion housed in the outer wall material, and the gas is supplied to and discharged from the occlusion / adsorption material. Making the inside of the filling section and the outside of the outer wall material communicate with each other through the opening that has been drawn.

請求項１記載のガス貯蔵タンクの製造方法であって、
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、
前記外壁材は、アルミニウムを含む金属により形成される
ガス貯蔵タンクの製造方法。It is a manufacturing method of the gas storage tank according to claim 1,
The gas storage tank is a tank that stores hydrogen,
The storage / adsorption material includes at least a hydrogen storage alloy,
The method for manufacturing a gas storage tank, wherein the outer wall material is formed of a metal including aluminum.

請求項１または２記載のガス貯蔵タンクの製造方法であって、
前記（ａ）工程で用意する前記充填部は、充填された前記吸蔵・吸着材と接触可能なフィン構造を内部に備える
ガス貯蔵タンクの製造方法。It is a manufacturing method of the gas storage tank according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a gas storage tank, wherein the filling unit prepared in the step (a) includes a fin structure inside capable of contacting the filled storage / adsorption material.

請求項３記載のガス貯蔵タンクの製造方法であって、
前記（ａ）工程で用意する前記充填部は、貫通孔を備える複数の薄板状部材を積層することによって形成した前記フィン構造を内部に備え、
前記（ｂ）工程は、前記複数の薄板状部材間に形成され、前記複数の薄板状部材の各々が備える前記貫通孔によって互いに連通される空間に、前記吸蔵・吸着材を充填する
ガス貯蔵タンクの製造方法。It is a manufacturing method of the gas storage tank of Claim 3, Comprising:
The filling unit prepared in the step (a) includes therein the fin structure formed by stacking a plurality of thin plate-shaped members having through holes,
In the step (b), the gas storage tank is formed between the plurality of thin plate members, and fills the occlusion / adsorbent in spaces communicated with each other by the through holes provided in each of the plurality of thin plate members. Manufacturing method.

請求項１ないし４いずれか記載のガス貯蔵タンクの製造方法であって、
前記充填部は、冷媒を流通させるための冷媒流路を備え、
（ｇ）前記（ｅ）工程の後、前記冷媒流路に対して前記冷媒を給排可能となるように、前記冷媒流路と前記外壁材の外部とを、前記絞り加工した前記開口部を介して連通させる工程を
さらに備えるガス貯蔵タンクの製造方法。It is a manufacturing method of the gas storage tank in any one of Claims 1-4, Comprising:
The filling unit includes a refrigerant flow path for flowing a refrigerant,
(G) After the step (e), the refrigerant flow path and the outside of the outer wall material are subjected to the drawing by the opening so that the refrigerant can be supplied to and discharged from the refrigerant flow path. A method for manufacturing a gas storage tank, further comprising a step of communicating with the gas storage tank.

ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクであって、
請求項１ないし５いずれか記載のガス貯蔵タンクの製造方法によって製造したガス貯蔵タンク。A gas storage tank for storing gas,
A gas storage tank manufactured by the method for manufacturing a gas storage tank according to claim 1.