説明

熱処理容器、それを用いた水素貯蔵タンクの製造方法、それを用いて製造された水素貯蔵タンク、並びに、それを用いた酸化処理物の製造方法

【課題】 未処理ライナをアルゴンガス等の特殊ガス雰囲気下で簡易に加熱することができ、その際に使用する特殊ガスの量を少量とすることができる熱処理容器の提供。
【解決手段】蓋体41と、開口部42aを有する容器本体部42とを備え、蓋体41が開口部42aに取り付けられることにより、密閉された内部空間が形成され、内部空間に熱処理するための未処理物120が配置される熱処理容器40であって、蓋体41又は容器本体部42に設けられ、内部空間の圧力が外部の圧力より低いときには、内部空間と外部とを連通させる第一弁50と、蓋体41又は容器本体部42に設けられ、内部空間の圧力が外部の圧力より高いときには、内部空間と外部とを連通させる第二弁60とを備えることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱処理容器、それを用いた水素貯蔵タンクの製造方法、それを用いて製造された水素貯蔵タンク、並びに、それを用いた酸化処理物の製造方法に関し、特に、燃料電池に水素を供給するための水素貯蔵タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の地球温暖化に伴い、ガソリン自動車から排出される二酸化炭素が問題となっている。そこで、自動車に関して二酸化炭素の排出量を低減するための努力が払われている。燃料電池自動車は、水素と酸素との電気化学的反応により発生した電力をエネルギー源として使用するものであり、反応過程で二酸化炭素が発生しないことから、次世代の自動車として開発が行われている。燃料電池自動車では、燃料となる水素の供給源として、水素貯蔵タンクを搭載する。水素貯蔵タンクは、自動車に搭載されるため、安全であることが重要であるととともに、水素貯蔵タンクの占有容積はできるだけ小さく、それでいて充填される水素量が大きいことが求められる。このような要求を満たすための水素貯蔵タンクとして、水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵タンクの開発が行われている。
【0003】
ところで、水素吸蔵合金に水素を吸蔵・吸着させる際には、吸蔵・吸着の動作に伴って水素吸蔵合金が発熱して昇温し、昇温に応じて吸蔵・吸着の効率が次第に低下する。そのため、吸蔵・吸着の動作を促進するためには、水素吸蔵合金で生じた熱を効率よく放出する必要がある。
よって、圧力容器(水素貯蔵タンク)において、水素吸蔵合金を水素吸蔵用ユニット(熱交換器)に充填して、水素吸蔵用ユニットをライナ(タンク)に収納している(例えば、特許文献1参照)。このような水素貯蔵タンクによれば、水素吸蔵合金と水素吸蔵用ユニットのフィン等との接触面積を大きく確保することができるので、水素吸蔵合金に水素を吸蔵・吸着させる際には、水素吸蔵合金で生じた熱を効率よく逃がすことができる。
【0004】
このような水素貯蔵タンクでは、ライナの内部に水素吸蔵用ユニットを配置するために、ライナをライナ本体部とライナ蓋体とに分割している。つまり、ライナ本体部には、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵用ユニットが挿入可能な寸法の大開口部を設け、ライナ蓋体を大開口部に取り付け取り外しすることができるようにしている。
しかしながら、ライナ本体部とライナ蓋体との分割部分のシール性を確保するように工夫がなされているが、大量の水素を貯蔵するため、水素ガスの充填圧を高圧(35MPa)下にすると、ライナ本体部とライナ蓋体との間の気密性が充分でなくなり、その結果、ライナ本体部とライナ蓋体との間からリークする可能性があった。
【0005】
そこで、大開口部を有するライナの内部にカートリッジ(熱交換器)を収納した後に、ライナの大開口部を接続口部(小開口部)に絞り加工する水素貯蔵タンクの製造方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。図6は、水素貯蔵タンクの断面図である。
水素貯蔵タンク110は、略円筒形状のライナ20と、略円柱形状のカートリッジ130と、略円柱形状のプラグ23、24と、粉末状の水素吸蔵合金Pとを備える。
また、ライナ20の左端部には、ライナ20の胴部の断面に比べて小さく形成された円形状の小開口部である第一接続口部22を有する。そして、第一接続口部22には、円柱形状のプラグ24がはめ込まれている。
また、ライナ20の右端部には、ライナ20の胴部の断面に比べて小さく形成された円形状の小開口部である第二接続口部21を有する。そして、第二接続口部21には、円柱形状のプラグ23がはめ込まれている。
【0006】
プラグ23においては、ライナ20の内部に対して水素ガスを給排するための水素給排流路23aが、軸方向に貫通するように設けられている。また、プラグ24においては、ライナ20の内部に冷媒(又は熱媒)を供給するための冷媒供給流路24aと、ライナ20の内部から冷媒を排出するための冷媒排出流路24bとが、軸方向に貫通するように設けられている。このようなプラグ23、24は、第二接続口部21及び第一接続口部22においてライナ20の気密性を確保するための構造であり、ライナ20の内部に貯蔵される水素が水素給排流路23a以外から外部に漏れることを防ぐ。
【0007】
カートリッジ130は、ライナ20の胴部よりも断面の小さい略円筒形状の容器である熱交換器ケース134を備える。そして、熱交換器ケース134の内部には、熱交換を行う薄板状部材(図示せず)が積層されており、薄板状部材間に粉末状の水素吸蔵合金Pが充填されている。
また、カートリッジ130には、冷媒流路135が形成されている。冷媒流路135は、カートリッジ130における第一接続口部22側の端部において、プラグ24に設けられた冷媒供給流路24aと接続されるようになっており、カートリッジ130の胴部の外周面において、巻きつけられるように形成されており、カートリッジ130における第二接続口部21側の端部において、進路を逆向きに変更することにより、カートリッジ130の胴部の外周面において、軸方向の逆方向に形成されており、カートリッジ130における第一接続口部22側の端部において、プラグ24に設けられた冷媒排出流路24bと接続されるようになっている。
【0008】
ここで、ライナ20の材質について説明する。一般にアルミニウム(アルミニウム合金)は、熱伝導性に優れ、軽量であり、水素分子を透過させない材料として知られている。また、水素貯蔵タンク110では、水素の充填と水素の放出とを繰り返すことになるので、ライナ20の内部の圧力が昇降して、ライナ20の膨張収縮が何度も発生することになり、その結果、次第に金属疲労が増大することになる。そこで、アルミニウムは、熱処理(加熱と水冷)されることによりアルミニウム自体の疲労強度をさらに向上させることができることも知られている。
よって、上述したような水素貯蔵タンク110のライナ20は、熱処理されたアルミニウム合金で製造されており、その結果、軽量であり耐疲労性が強く、しかも35MPa以上の圧力の水素を貯蔵することができるようになっている。
【0009】
次に、このような水素貯蔵タンク110の製造方法について説明する。なお、図7は、製造方法に用いる片側加工未処理ライナ129とカートリッジ130と水素吸蔵物質Pとの断面図である。また、「片側加工」とは、ライナの片側だけが小開口部であることを意味し、「未処理」とは、熱処理を行っていないことを意味する。
片側加工未処理ライナ129は、アルミニウム合金で形成されている。片側加工未処理ライナ129の右端部は、円形状の大開口部129aを有する。また、片側加工未処理ライナ129の左端部には、片側加工未処理ライナ129の胴部の断面に比べて小さく形成された円形状の小開口部である第一接続口部22を有する。
そして、熱交換器30と水素吸蔵合金Pとは別になっている。
【0010】
水素貯蔵タンク110の製造方法は、(a)片側加工未処理ライナ129を用意する主要部品形成工程と、(b)片側加工未処理ライナ129の残り片側を加工して未処理ライナに成型するスピニング工程と、(c)未処理ライナに熱処理を行う熱処理工程と、(d)保持プラグ23で封止する封止工程と、(e)保持プラグ23に形成された水素給排流路23aを介して、カートリッジ130内に水素吸蔵物質Pを充填する充填工程とを含む。
【0011】
このような水素貯蔵タンク110の製造方法によれば、片側加工未処理ライナ129の大開口部129aの大きさを大きくしているので、カートリッジ130を片側加工未処理ライナ129の内部に配置することができ、その後に大開口部129aを第二接続口部21に絞り加工して熱処理することになるので、水素貯蔵タンク110を使用するときには高圧の充填圧に耐えつつ気密性にも問題がなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2004−270861号公報
【特許文献2】特開2008−151206号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、上述したような水素貯蔵タンク110の製造方法では、カートリッジ130を片側加工未処理ライナ129内に固定した後で、(e)充填工程において、小開口部である第二接続口部21を介してカートリッジ130に水素吸蔵合金Pを充填する必要があるため、水素吸蔵合金Pを充填しやすくなるカートリッジ130の内部構造(フィン構造や冷媒流路の構造)とすることが求められ、設計の自由度が制限されることとなっていた。
なお、(e)充填工程を(c)熱処理工程の前に実行することも考えられるが、その場合には、(c)熱処理工程において未処理ライナに対して約540℃での熱処理を施すことになるが、カートリッジ130の材質は熱伝導性に優れているため、カートリッジ130に充填された水素吸蔵合金Pも加熱されることになる。その際に未処理ライナの内部に、空気(酸素)が存在すると、水素吸蔵合金Pが酸化され性能が劣化することになった。
【0014】
そこで、本発明は、先に水素吸蔵合金を充填したカートリッジを内蔵する未処理ライナをアルゴンガス等の特殊ガス雰囲気下で簡易に加熱することができ、その際に使用する特殊ガスの量を少量とすることができる熱処理方法及び熱処理に用いる熱処理容器を提供することを目的とする。
また、本発明は、未処理ライナに対して熱処理を施しても、水素吸蔵合金が酸化されない水素貯蔵タンクの製造方法、及び、それを用いて製造された水素貯蔵タンクを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、熱処理における酸化を防止する以外にも、不要な雰囲気ガスを排除した雰囲気下で熱処理することができる酸化処理物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記課題を解決するためになされた本発明の熱処理容器は、蓋体と、開口部を有する容器本体部とを備え、前記蓋体が開口部に取り付けられることにより、密閉された内部空間が形成され、当該内部空間に熱処理するための未処理物が配置される熱処理容器であって、前記蓋体又は容器本体部に設けられ、前記内部空間の圧力が外部の圧力より第一差圧以上の大きさで低くなっているときのみに、前記内部空間と外部とを連通させる第一弁と、前記蓋体又は容器本体部に設けられ、前記内部空間の圧力が外部の圧力より第二差圧以上の大きさで高くなっているときのみに、前記内部空間と外部とを連通させる第二弁とを備えるようにしている。
【0016】
ここで、「第一差圧」及び「第二差圧」は、設計者等によって予め決められた任意の数値であり、例えば、第一差圧は10kPaとなり、第二差圧は20kPaとなる。
本発明の熱処理容器によれば、第一弁と第二弁とを備える。第一弁は、内部空間の圧力が外部の圧力より第一差圧以上の大きさで低くなっているときのみに、内部空間と外部とを連通させる。よって、内部空間の圧力が外部の圧力より低くすることで、熱処理容器の内部空間に第一弁から特殊ガスを充填したり冷却流体(水、グライコール(あるいはその水溶液)など)を流入させたりすることができる。
また、第二弁は、内部空間の圧力が外部の圧力より第二差圧以上の大きさで高くなっているときのみに、内部空間と外部とを連通させる。よって、内部空間の圧力が外部の圧力より高くすることで、第二弁から空気を放出させたり特殊ガスを放出させたりすることができる。
【0017】
よって、本発明の熱処理容器によれば、加熱する前に第二弁から空気を放出させて第一弁から特殊ガスを充填することができる。つまり、加熱中の内部空間には不要なガス(例えば、酸素)が存在しなくなる。
また、加熱中には第二弁から特殊ガスを放出させることができ、そして冷却時には第一弁から一気に冷却流体を流入させることができる。つまり、本発明の熱処理容器をそのまま水槽内の冷却流体に浸漬すれば、内部空間が減圧状態になって流体が入り込むようになり急冷することができる。
【発明の効果】
【0018】
以上のように、本発明の熱処理容器によれば、未処理物を特殊ガス雰囲気下で簡易に加熱することができ、その際に使用する特殊ガスの量を、熱処理容器の内部空間と同程度の量とすることができる。
【0019】
(その他の課題を解決するための手段及び効果)
また、本発明の熱処理容器は、前記第一弁及び第二弁は、ボール弁であるようにしてもよい。
また、本発明の熱処理容器は、前記蓋体及び容器本体部は、ステンレス製であるようにしてもよい。
【0020】
また、本発明の水素貯蔵タンクの製造方法は、水素吸蔵物質を充填した熱交換器をタンクの内部に収納した水素貯蔵タンクの製造方法であって、上述した熱処理容器を準備する熱処理容器準備工程と、前記水素吸蔵物質を充填した熱交換器を収納した未処理タンクと容器本体部の内部の底面とを固定することで、前記熱処理容器の内部空間に未処理タンクを配置して、前記容器本体部の開口部に蓋体を取り付けるタンク配置工程と、前記熱処理容器の内部空間に第一弁から不活性ガスを充填して、前記熱処理容器を加熱しながら第二弁から不活性ガスを放出させた後、前記第一弁から冷却流体を流入させることにより未処理タンクを冷却する熱処理工程と、前記容器本体部の開口部から蓋体を取り外して、前記熱処理容器の内部から水素貯蔵タンクを取り出す取出工程とを含むようにしている。
【0021】
本発明の水素貯蔵タンクの製造方法によれば、未処理タンクに対して熱処理を施しても酸化されないので、水素吸蔵合金が収納された未処理タンクに対して熱処理を施すことができる。よって、小開口部を介して水素吸蔵合金を充填する必要がなくなるため、熱交換器の内部の設計の自由度を高くすることができる。
また、本発明の水素貯蔵タンクは、上述した水素貯蔵タンクの製造方法を用いて製造されたものであるようにしてもよい。
【0022】
また、別の観点からなされた本発明の酸化処理物の製造方法は、上述した熱処理容器を準備する熱処理容器準備工程と、前記未処理物と容器本体部の内部の底面とを固定することで、前記熱処理容器の内部空間に未処理物を配置して、前記容器本体部の開口部に蓋体を取り付けるタンク配置工程と、前記熱処理容器の内部空間に第一弁から酸素ガスを充填して、前記熱処理容器を加熱しながら第二弁から酸素ガスを放出させた後、前記第一弁から冷却流体を流入させることにより未処理物を冷却する熱処理工程と、前記容器本体部の開口部から蓋体を取り外して、前記熱処理容器の内部空間から酸化処理物を取り出す取出工程とを含むようにしている。
【0023】
本発明の酸化処理物の製造方法によれば、未処理物に対して高濃度の酸素と接触させながら熱処理を施すことができる。よって、タンクの表面に形成される酸化層を厚くすることができる。
【0024】
さらに、本発明の酸化処理物の製造方法は、前記熱処理工程で、前記熱処理容器の内部空間に充填する酸素ガスの濃度を調整するようにしてもよい。
本発明の酸化処理物の製造方法によれば、未処理物を適切な濃度の酸素と接触させながら熱処理を施すことができるので、酸化層の厚さを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の一実施形態である熱処理容器の断面図である。
【図2】本発明に係る水素貯蔵タンクの一例を示す断面図である。
【図3】水素貯蔵タンクの製造方法に用いる片側加工未処理ライナと熱交換器との断面図である。
【図4a】製造方法の工程について説明するための図である。
【図4b】製造方法の工程について説明するための図である。
【図4c】製造方法の工程について説明するための図である。
【図4d】製造方法の工程について説明するための図である。
【図5】水素貯蔵タンクの製造方法について説明するためのフローチャートである。
【図6】水素貯蔵タンクの一例を示す断面図である。
【図7】製造方法に用いる片側加工未処理ライナとカートリッジと水素吸蔵合金との断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【0027】
<熱処理容器>
図1は、本発明の一実施形態である熱処理容器の断面図である。熱処理容器40は、蓋体41と容器本体部42とを有する。
容器本体部42は、底面42aを有する略円筒形状であり、ステンレスで形成されている。容器本体部42の上端部は、未処理タンク(未処理物)120の胴部の断面に比べて充分に大きく形成された円形状の開口部42bを有する。容器本体部42の内部の底面42aには、熱交換器30を収納した未処理タンク120の第一接続口部22と固定するための円柱形状の固定部材42cが形成されている。
【0028】
蓋体41は、上面41aを有する略円筒形状であり、ステンレスで形成されている。上面41aには、第一ボール弁50と第二ボール弁60とが形成されている。
そして、開口部42bには、蓋体41が銅製の円環状のメタルシール41bを介して取り付けられるようになっている。蓋体41が開口部42bに取り付けられることで、密閉された内部空間が形成される。
第一ボール弁50は、球状のボール51と、スプリング状のバネ52と、円筒形状のケース部53と、開口を有する蓋部54とを有する。ケース部53の一端部には、ボール51の直径より小さい直径である円形状の開口53aが形成されている。また、ケース部53の他端部には、蓋部54が取り付けられている。そして、ケース部53の内部において、蓋部54にバネ52の一端部が取り付けられ、バネ52の他端部にボール51が取り付けられている。
これにより、内部空間の圧力が外部の圧力より第一差圧以上の大きさで低くなっているときに、バネ52に左方向の力が加わりバネ52を縮めて内部空間と外部とを連通させる。一方、内部空間の圧力が外部の圧力より第一差圧以上の大きさで低くなっていないときには、バネ52によってボール51が開口53aに押さえつけられて内部空間と外部とを連通させない。このとき、内部空間の圧力が外部の圧力より10kPa以上の大きさで低くなるときに、内部空間と外部とを連通させるように構成することが好ましい。
【0029】
第二ボール弁60は、球状のボール61と、スプリング状のバネ62と、円筒形状のケース部63と、開口を有する蓋部64とを有する。ケース部63の一端部には、ボール61の直径より小さい直径である円形状の開口63aが形成されている。また、ケース部63の他端部には、蓋部64が取り付けられている。そして、ケース部63の内部において、ケース部63の他端部には、蓋部64にバネ62の一端部が取り付けられ、バネ62の他端部にボール61が取り付けられている。
これにより、内部空間の圧力が外部の圧力より第二差圧以上の大きさで高くなっているときに、バネ62に右方向の力が加わりバネ62を縮めて内部空間と外部とを連通させる。一方、内部空間の圧力が外部の圧力より第二差圧以上の大きさで高くなっていないときには、バネ62によってボール61が開口63aに押さえつけられて内部空間と外部とを連通させない。このとき、内部空間の圧力が外部の圧力より20kPa以上の大きさで高くなるときに、内部空間と外部とを連通させるように構成することが好ましい。
なお、第一ボール弁50と第二ボール弁60との材質としては、例えば、インコネル718や、Refractaloy26等が挙げられる。
【0030】
<水素貯蔵タンク>
図2は、本発明に係る水素貯蔵タンクの一例を示す断面図である。水素貯蔵タンク10は、略円筒形状のライナ(タンク)20と、略円柱形状の熱交換器30と、略円柱形状のプラグ23、24と、粉末状の水素吸蔵合金Pとを備える。なお、上述した従来の水素貯蔵タンク110と同様のものについては、同じ符号を付している。
ライナ20は、アルミニウム合金で形成されている。ライナ20の左端部には、ライナ20の胴部の断面に比べて小さく形成された円形状の小開口部である第一接続口部22を有する。そして、第一接続口部22には、円柱形状のプラグ24がはめ込まれている。また、ライナ20の右端部には、ライナ20の胴部の断面に比べて小さく形成された円形状の小開口部である第二接続口部21を有する。そして、第二接続口部21には、円柱形状のプラグ23がはめ込まれている。
【0031】
熱交換器30は、ライナ20の胴部よりも断面の小さい略円筒形状の容器である熱交換器ケース34を備える。そして、熱交換器ケース34の内部には、熱交換を行う薄板状部材(図示せず)が積層されており、薄板状部材間に粉末状の水素吸蔵合金Pが充填されている。
また、熱交換器30には、冷媒流路35が形成されている。冷媒流路35は、熱交換器30における第一接続口部22側の端部において、プラグ24に設けられた冷媒供給流路24aと接続されるようになっており、熱交換器30の胴部の内部において、熱交換器30の軸方向に貫通するように形成されており、熱交換器30における第二接続口部21側の端部において、進路を逆向きに変更することにより、熱交換器30の胴部の内部において、熱交換器30の軸方向と逆方向に貫通するように形成されており、熱交換器30における第一接続口部22側の端部において、プラグ24に設けられた冷媒排出流路24bと接続されるようになっている。
なお、水素吸蔵合金Pとしては、例えば、AB型希土類系合金、AB型ラーベス相合金等が挙げられる。
【0032】
<水素貯蔵タンクの製造方法>
次に、このような水素貯蔵タンク10の製造方法の一例について説明する。なお、図3は、製造方法に用いる片側加工未処理ライナ129と、水素吸蔵合金Pを充填した熱交換器30との断面図であり、図4は、製造方法の工程について説明するための図である。また、図5は、水素貯蔵タンク10の製造方法について説明するためのフローチャートである。
水素貯蔵タンク10の製造方法は、(a)片側加工未処理ライナ129と熱交換器30とを準備する準備工程と、(b)片側加工未処理ライナ129の内部に熱交換器30を配置する熱交換器配置工程と、(c)片側加工未処理ライナ129の大開口部129aを第二接続口部21に絞り加工する加工工程と、(d)熱処理容器40を準備する熱処理容器準備工程と、(e)熱処理容器40の内部に未処理ライナ120を配置するタンク配置工程と、(f)未処理ライナ120を熱処理する熱処理工程と、(g)熱処理容器40の内部から水素貯蔵タンク10を取り出す取出工程とを含む。
【0033】
(a)準備工程(ステップS101)
略円筒形状の片側加工未処理ライナ129と、熱交換器30とを準備する(図3参照)。熱交換器30には、既に水素吸蔵合金Pが充填されている。
(b)熱交換器配置工程(ステップS102)
熱交換器30を片側加工未処理ライナ129の大開口部129aから挿入することで、片側加工未処理ライナ129の内部に熱交換器30を配置する。
【0034】
(c)加工工程(ステップS103)
片側加工未処理ライナ129の大開口部129aを第二接続口部21に絞り加工する。
このとき、例えば、図4(a)に示すように、片側加工未処理ライナ129の胴部の外周面をチャック装置60で保持するとともに、熱交換器30の右端部をプレス装置61で支持する。そして、成型ローラ62により大開口部129aを絞り、第二接続口部21を形成する(スピニング工程)。
(d)熱処理容器準備工程(ステップS104)
熱処理容器40を準備する(図1参照)。
(e)タンク配置工程(ステップS105)
熱交換器30を収納した未処理ライナ120の第一接続口部22を容器本体部42の内部の固定部材42cに固定することで、熱処理容器40の内部に未処理ライナ120を配置して、容器本体部42に蓋体41をメタルシール41bを介して取り付ける(図4(b)参照)。
【0035】
(f)熱処理工程(ステップS106)
まず、熱処理容器40の第一ボール弁50に、不活性ガスを充填した高圧ガスボンベ72(例えば、130kPa)をバルブ71を介して連結するとともに、第二ボール弁60に、真空ポンプ73を連結する。そして、バルブ71を閉じて真空ポンプ73を作動させることにより、第一ボール弁50と第二ボール弁60とが自然に開くことで、第二ボール弁60から空気を排気し、熱処理容器40の内部空間を真空にする(図4(c)参照)。
次に、真空ポンプ73を停止させてバルブ71を開けることにより、第二ボール弁60が自然に閉まるとともに第一ボール弁50が自然に開くことで、第一ボール弁50から不活性ガスを充填する。そして、内部空間に不活性ガスが充填されれば、第一ボール弁50が自然に閉まる。
【0036】
次に、熱処理容器40の第一ボール弁50から高圧ガスボンベ72を取り外すとともに、第二ボール弁60から真空ポンプ73を取り外す。そして、熱処理容器40を500℃以上540℃以下で熱処理炉を用いて加熱するが、このとき内部空間の圧力が高くなっていくので第二ボール弁60が自然に開くため第二ボール弁60から不活性ガスが放出されていくことになる。
次に、熱処理容器40を水槽74を用いて冷却するが、熱処理容器40を水槽74内の水(あるいはグライコール水溶液)に浸漬すれば、内部空間の圧力が低くなり第一ボール弁50が自然に開くので第一ボール弁50から水が流入し、未処理ライナ120は急冷される(図4(d)参照)。このとき、熱処理容器40を熱処理炉から水槽74にすばやく移動させることになる。
なお、不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられる。
【0037】
(g)取出工程(ステップS107)
水槽74内から熱処理容器40を取り出して、熱処理容器40の容器本体部42から蓋体41を取り外して、熱処理容器40の内部からライナ20を取り出す。そして、ライナ20を乾燥させた後、第二接続口部21にプラグ23を取り付けるとともに、第一接続口部22にプラグ24を取り付ける(図2参照)。
【0038】
以上のように、本発明の水素貯蔵タンク10の製造方法によれば、未処理タンク120に対して熱処理を施しても酸化されないので、水素吸蔵合金Pが収納された未処理タンク120に対して熱処理を施すことができる。よって、小開口部を介して水素吸蔵合金Pを充填する必要がなくなるため、熱交換器30の内部の設計の自由度を高くすることができる。
【0039】
<水素貯蔵タンクの使用方法>
次に、水素貯蔵タンク10の使用方法の一例について説明する。
水素貯蔵タンク10に対して水素を貯蔵する際には、水素給排流路23aを介して水素貯蔵タンク10の内部に高圧の水素を導入する。水素給排流路23aから導入された水素は、熱交換器30の内部に導入され、水素吸蔵合金Pに吸蔵される。このとき、水素吸蔵合金Pは、所定の温度に達するまで、水素を吸蔵しつつ昇温する。よって、冷媒供給流路24aを介して水素貯蔵タンク10の内部に冷媒(例えば、5℃)を供給するとともに、水素貯蔵タンク10の内部を通過した冷媒を、冷媒排出流路24bを介して外部に排出している。これによって、水素貯蔵タンク10の内部が冷却され、水素吸蔵合金Pによる水素吸蔵の動作が促進される。このとき、熱交換器30の内部構造(フィン構造や冷媒流路の構造)を複雑にしているので、水素貯蔵タンク10の内部が効率的に冷却され、水素吸蔵合金Pによる水素吸蔵の動作がより促進される。
【0040】
一方、水素貯蔵タンク10から水素を取り出す際には、水素を水素給排流路23aから放出させる。このとき、水素吸蔵合金Pは、所定の温度に達するまで、水素を放出しつつ吸熱する。よって、冷媒供給流路24aを介して水素貯蔵タンク10の内部に熱媒を供給するとともに、水素貯蔵タンク10の内部を通過した熱媒(例えば、80℃)を、冷媒排出流路24bを介して外部に排出している。これによって、水素貯蔵タンク10の内部が暖められ、水素吸蔵合金Pによる水素放出の動作が促進される。このとき、熱交換器30の内部構造(フィン構造や冷媒流路の構造)を複雑にしているので、水素貯蔵タンク10の内部が効率的に暖められ、水素吸蔵合金Pによる水素放出の動作がより促進される。
【0041】
<酸化処理タンク(酸化処理物)の製造方法>
次に、本発明の変形実施態様であるアルミニウム合金製の酸化処理タンクの製造方法について説明する。
酸化処理タンクの製造方法は、(a’)未処理タンクを準備する準備工程と、(b’)熱処理容器40を準備する熱処理容器準備工程と、(c’)熱処理容器40の内部に未処理タンクを配置するタンク配置工程と、(d’)未処理タンクを熱処理する熱処理工程と、(e’)熱処理容器40の内部から酸化処理タンクを取り出す取出工程とを含む。
【0042】
(a’)準備工程
アルミニウム合金製の略円筒形状の未処理タンクを準備する。
(b’)熱処理容器準備工程
熱処理容器40を準備する(図1参照)。
(c’)タンク配置工程
未処理タンクの端部とケース状本体部42の内部の固定部材42cとを固定することで、熱処理容器40の内部に未処理タンクを配置して、容器本体部42に蓋体41をメタルシール41bを介して取り付ける。
【0043】
(d’)熱処理工程
まず、図4と同様にして、熱処理容器40の第一ボール弁50に、酸素ガスを充填した高圧ガスボンベ(例えば、130kPa)をバルブを介して連結するとともに、第二ボール弁60に、真空ポンプを連結する。そして、バルブを閉じて真空ポンプを作動させることにより、第一ボール弁50と第二ボール弁60とが自然に開くことで、第二ボール弁60から空気を排気する。次に、真空ポンプを停止させてバルブを開けることにより、第二ボール弁60が自然に閉まるとともに第一ボール弁50が自然に開くことで、第一ボール弁50から酸素ガスを充填する。そして、内部空間に酸素ガスが充填されれば、第一ボール弁50が自然に閉まる。このとき、熱処理容器40の内部空間に適切な濃度の酸素ガスを充填する。
【0044】
次に、熱処理容器40の第一ボール弁50から高圧ガスボンベを取り外すとともに、第二ボール弁60から真空ポンプを取り外す。そして、熱処理容器40を500℃以上540℃以下で熱処理炉を用いて加熱するが、このとき内部空間の圧力が高くなっていくので第二ボール弁60が自然に開くため第二ボール弁60から酸素ガスが放出されていくことになる。
次に、熱処理容器40を水槽を用いて冷却するが、熱処理容器40を水槽内の水に浸漬すれば、内部空間の圧力が低くなっていくので第一ボール弁50が自然に開くので第一ボール弁50から水が流入し、未処理ライナは急冷される。そして、内部空間に水が流入されれば、第一ボール弁50が自然に閉まる。
(e’)取出工程
水槽内から熱処理容器40を取り出して、熱処理容器40の容器本体部42から蓋体41を取り外して、熱処理容器40の内部からタンクを取り出す。そして、タンクを乾燥させる。
【0045】
以上のように、本発明の酸化処理タンクの製造方法によれば、未処理タンクに対して高濃度の酸素と接触させながら熱処理を施すことができる。よって、タンクの表面に形成される酸化層を厚くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明は、燃料電池に水素を供給するための水素貯蔵タンクの製造等に利用することができる。
【符号の説明】
【0047】
10: 水素貯蔵タンク
20: ライナ(タンク)
21: 第二接続口部
22: 第一接続口部
30: 熱交換器
40: 熱処理容器
41: 蓋体
42: 容器本体部
42a: 底面
50: 第一ボール弁
60: 第二ボール弁
120: 未処理ライナ(未処理物)
129: 片側加工未処理ライナ
129a: 大開口部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
蓋体と、開口部を有する容器本体部とを備え、
前記蓋体が開口部に取り付けられることにより、密閉された内部空間が形成され、当該内部空間に熱処理するための未処理物が配置される熱処理容器であって、
前記蓋体又は容器本体部に設けられ、前記内部空間の圧力が外部の圧力より第一差圧以上の大きさで低くなっているときのみに、前記内部空間と外部とを連通させる第一弁と、
前記蓋体又は容器本体部に設けられ、前記内部空間の圧力が外部の圧力より第二差圧以上の大きさで高くなっているときのみに、前記内部空間と外部とを連通させる第二弁とを備えることを特徴とする熱処理容器。
【請求項2】
前記第一弁及び第二弁は、ボール弁であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理容器。
【請求項3】
前記蓋体及び容器本体部は、ステンレス製であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱処理容器。
【請求項4】
水素吸蔵物質を充填した熱交換器をタンクの内部に収納した水素貯蔵タンクの製造方法であって、
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の熱処理容器を準備する熱処理容器準備工程と、
前記水素吸蔵物質を充填した熱交換器を収納した未処理タンクと容器本体部の内部の底面とを固定することで、前記熱処理容器の内部空間に未処理タンクを配置して、前記容器本体部の開口部に蓋体を取り付けるタンク配置工程と、
前記熱処理容器の内部空間に第一弁から不活性ガスを充填して、前記熱処理容器を加熱しながら第二弁から不活性ガスを放出させた後、前記第一弁から冷却流体を流入させることにより未処理タンクを冷却する熱処理工程と、
前記容器本体部の開口部から蓋体を取り外して、前記熱処理容器の内部から水素貯蔵タンクを取り出す取出工程とを含むことを特徴とする水素貯蔵タンクの製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載の水素貯蔵タンクの製造方法を用いて製造されたことを特徴とする水素貯蔵タンク。
【請求項6】
酸化処理物の製造方法であって、
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の熱処理容器を準備する熱処理容器準備工程と、
前記未処理物と容器本体部の内部の底面とを固定することで、前記熱処理容器の内部空間に未処理物を配置し、前記容器本体部の開口部に蓋体を取り付けるタンク配置工程と、
前記熱処理容器の内部空間に第一弁から酸素ガスを充填して、前記熱処理容器を加熱しながら第二弁から酸素ガスを放出させた後、前記第一弁から冷却流体を流入させることにより未処理物を冷却する熱処理工程と、
前記容器本体部の開口部から蓋体を取り外して、前記熱処理容器の内部空間から酸化処理物を取り出す取出工程とを含むことを特徴とする酸化処理物の製造方法。
【請求項7】
前記熱処理工程で、前記熱処理容器の内部空間に充填する酸素ガスの濃度を調整することを特徴とする請求項6に記載の酸化処理物の製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4a】
image rotate

【図4b】
image rotate

【図4c】
image rotate

【図4d】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2011−208794(P2011−208794A)
【公開日】平成23年10月20日(2011.10.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−80035(P2010−80035)
【出願日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成21年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究「水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発/システム技術開発/車載等水素貯蔵・輸送容器システム技術に関する研究開発」産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(593166462)サムテック株式会社 (12)
【出願人】(000231372)日本重化学工業株式会社 (14)
【Fターム(参考)】