JP2000146352A - 水素吸放出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素吸蔵合金を用いた水素吸放出装置の
構造を簡略化するとともに、装置効率を改善する。 【解決手段】 それぞれに熱媒出入口４ａ、４ｂ、５
ａ、５ｂ、６ａ、６ｃを設けた複数の熱交換室４、５、
６を並設し、いずれかの熱交換室内に位置して該室内の
熱媒に晒されるべく各室内間を順次移動する水素吸蔵合
金収容体８を設ける。該収容体８に水素ガス移動路１７
を接続する。 【効果】 弁等の部品点数を少なし、また配管の配
置を簡略にする。さらに熱交換室等での熱媒の混合、顕
熱の損失が防止され、装置の効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水素吸蔵合金の
水素吸放出反応を利用した水素吸放出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素吸蔵合金の発熱又は吸熱を伴
う水素吸放出反応を利用して水素を吸放出させる水素吸
放出装置が実用化されている。この装置の一例を図５に
示す。この装置では、連続して水素の吸放出を行うため
２つの水素吸蔵合金容器を有している。この水素吸蔵合
金容器６０、６１は、内部に水素吸蔵合金（図示しな
い）を収容して、該水素吸蔵合金との間で熱交換（加
熱、冷却）を行うように容器６０、６１内に熱媒を導入
し、容器６０、６１に連結した水素移動路４６を通して
容器間で水素の吸放出を行う。水素移動路６２には、水
素の流れ方向を変える水素バルブ６３…６３とコンプレ
ッサ６４とが設けられている。また、熱媒の導入、排出
は、冷却用ポンプ６５、冷熱利用部６６およびブライン
ポンプ６７との間で熱媒移動路を通して行われるが、容
器６０、６１でこれら機器を共用するため、熱媒移動路
にはバルブ（この例では三方弁７０〜７３）を設け、こ
れらを制御して熱媒流路を切り換えている。また、冷却
用ポンプ６５に接続されている熱媒移動路には顕熱回収
用に熱媒を容器６０、６１間で移動させるように、顕熱
回収用バルブ７４が設けられている。

【０００３】上記装置では、例えば容器６０から容器６
１へ水素を移動させるときは、コンプレッサ６４の吸込
み側が容器６１、吐出側が容器６２になるように水素バ
ルブ６３…６３を開閉操作してコンプレッサ６４を動作
させる。このとき、容器６１内の水素吸蔵合金は水素を
吸って高温、高圧となるため冷却ポンプ６５の動作によ
り冷却媒体を流して冷やす必要がある。一方、容器６０
内の水素吸蔵合金が水素を放出して低温になるため、ブ
ラインポンプ６７の動作によりブラインを導入して冷熱
を取り出し、冷熱利用部６６に供給する。上記動作にお
いては、バルブ７０〜７４を制御して容器６０、６１に
必要な機器を連結させる。なお、容器６１から容器６０
へ水素を移動させるときは、バルブ７０〜７４を制御し
て、上記とは逆に容器６０側で水素吸蔵合金を冷却し、
容器６１側で冷熱を取り出して冷熱利用部６６に冷熱を
供給する。また、容器６０、６１間で水素の吸放出を切
り換える際に、水素を放出した側の冷熱の顕熱を回収し
て、その後、水素を放出する予定の容器側に供給するた
めに、顕熱回収バルブ７４を制御して、熱媒を容器６
０、６１間で移動させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した水素
吸放出装置では、容器１基につき切換用バルブ（３方
弁）が２個必要となり、システム全体では顕熱回収用バ
ルブを含めて計５個のバルブが必要となり、部品点数が
増大し、また制御が煩雑になる。さらに配管も複雑とな
ることからコスト高になるという問題がある。また、容
器、配管での熱媒の混合による熱損失や容器構造体、配
管等の顕熱が損失になり、結果としてＣＯＰ（成績係
数）を悪化させるという問題がある。本発明は、上記事
情を背景としてなされたものであり、バルブ点数の減少
や配管の簡略化等により構造が簡略になり、その一方
で、成績係数に優れた水素吸放出容器を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のうち第１の発明の水素吸放出装置は、それ
ぞれに熱媒出入口を設けた複数の熱交換室が並設されて
いるとともに、いずれかの熱交換室内に位置して該室内
の熱媒に晒されるべく各室内間を順次移動する水素吸蔵
合金収容体を有しており、該収容体に水素ガス移動路が
接続されていることを特徴とする。

【０００６】第２の発明の水素吸放出装置は、第１の発
明の水素吸放出装置において、複数の熱交換室が仕切壁
を介して隣接配置されており、前記水素合金収容体は、
上記仕切壁に形成された貫通孔を通過して各室内間を移
動するように配置されており、該水素合金収容体には、
収容体の移動に追随して移動または伸縮して仕切壁に開
いている貫通孔を封止するシール筒体が取り付けられて
いることを特徴とする。

【０００７】第３の発明の水素吸放出装置は、第２の発
明の水素吸放出装置において、シール筒体が伸縮自在な
密閉筒体からなり、その端部に流体注出入口が形成さ
れ、該流体注出入口に流体ポンプが接続されていること
を特徴とする。第４の発明の水素吸放出装置は、第１〜
第３の発明の水素吸放出装置において、熱媒の出入りに
よって受圧部が移動する受圧室を有し、かつ該受圧部に
前記水素吸蔵合金収容体が連結されて受圧部と水素吸蔵
合金収容体とが互いに連動するように構成されており、
さらに、前記受圧部は受圧室への熱媒の導入に伴って、
この熱媒と同種の熱媒が導入される熱交換室に水素吸蔵
合金収容体を移動させるように受圧室内で移動すること
を特徴とする。第５の発明の水素吸放出装置は、第４の
発明の水素吸放出装置において、受圧室が、いずれかの
熱交換室と熱媒の出入りが可能に連通していることを特
徴とする。

【０００８】本願発明は、水素吸蔵合金の水素吸放出反
応を利用した装置に関するものであり、該装置の適用に
おいては、水素の貯蔵や移動を行うシステムに利用した
り、あるいは吸放出の際の反応熱を利用して熱エネルギ
の貯蔵や移動を行うシステムに利用したり、加熱または
冷却装置等に利用することができる。ただし、本願発明
としては、水素の吸放出を行うものであれば、その用途
は特に限定されない。

【０００９】本願発明の装置では、複数の熱交換室が並
設されており、通常は、仕切壁を介して隣接配置されて
いる。ただし、本発明としては配置内容が特に限定され
るものではなく、平面横置き、縦置き、曲線状配置、円
弧状配置等を適宜採用することができ、各熱交換室を離
隔配置するものであってもよい。なお、熱交換室の数、
種別も特に限定されるものではなく、装置の利用目的に
従って適宜選定することができる。例えば、高温熱回収
室、低温熱回収室、顕熱回収室、冷却室、加熱室等を熱
交換室とすることができる。なお、一つの装置で、同種
の熱交換室を２以上設けることも可能である。また、一
つの水素吸蔵合金収容体が移動する複数の熱交換室を一
組として、これを複数組有するものであってもよい。上
記した熱交換室にはそれぞれ熱媒出入口が設けられてお
り、該熱媒出入口には熱媒管路等を介して熱媒供給部を
接続する。熱媒供給部は、通常は、熱媒貯蔵タンク、上
下水道等の供給源と熱媒ポンプにより構成される。な
お、上記熱媒出入口には、その熱交換室に適合させた同
一の熱媒を常に供給するように構成するのが望ましい。
すなわち、複数の熱媒供給部を切換え接続することな
く、専用の熱媒供給部のみに接続するのが望ましい。

【００１０】上記複数の熱交換室では、後述する水素吸
蔵合金収容体が各室内間を移動できるように構成する必
要がある。但し、水素合金収容体の移動形態は本発明と
しては特に限定されないので、熱交換室における移動に
備えた構造が限定されるものではない。代表的には、第
２の発明に示すように、複数の熱交換室を仕切壁を介し
て隣接配置するとともに仕切壁に貫通孔を形成し、この
貫通孔を通過するようにして水素吸蔵合金収容体を移動
させることができる。なお、貫通孔では各室間での熱媒
の混合を避けるために、水素吸蔵合金が貫通孔にとどま
っている状態はもとより貫通してしまった状態の貫通孔
を封止する。この封止は、収容体の移動に追随して移動
または伸縮するシール筒体を用いることにより行うこと
ができる。なお、確実にシール性を持たせるために貫通
孔の周縁部にシール材を配置し、このシール材を水素吸
蔵合金収容体およびシール筒体に摺動可能に接触させる
ことができる。なお、シール筒体は、中実材であっても
よいが、軽量化の観点からは筒形状が望ましい。

【００１１】上記のように隣接する熱交換室間で貫通孔
を通して水素吸蔵合金収容体を移動させる構成にするこ
とにより、簡易な構造により水素吸蔵合金収容体を所望
の熱交換室に移動させて所望の熱媒に晒すことが可能に
なる。また上記水素吸蔵合金収容体は、通常は、周囲と
隔離された空間を有する収容容器内に水素吸蔵合金を収
容した構成を有しており、該構成においては水素合金収
容体は通常は筒形状を有している。この収容体には水素
移動路が接続されており、該水素移動路は、通常は各熱
交換室の外部に伸張して水素の移動を可能にする。な
お、水素吸蔵合金収容体が各室間を移動する際には、収
容されている水素吸蔵合金が当該室内に位置して、室内
の熱媒との間で熱交換させるので、水素吸蔵合金が各室
内の適切な場所に位置するように水素吸蔵合金収容体を
移動させるのが望ましい。

【００１２】なお上記したように水素吸蔵合金収容体
は、各熱交換室間を移動するので、該収容体を移動させ
るための駆動源が必要になる。本願発明としては該駆動
の種別は特に限定されず、外部油圧、モータ等を利用す
ることができるが、上記シール筒体を、第３の発明に示
すように伸縮自在な密閉筒体で構成し、その内部空間を
利用するべくシール筒体の端部に流体注出入口を形成
し、該流体注出入口に流体ポンプを接続する方法を好適
な例として挙げることができる。この方法では、シール
筒体内に注入された流体の圧力が水素吸蔵合金に伝わ
り、シール筒体が伸びるに従って水素吸蔵合金収容体が
移動する。上記方法によれば、シール筒体を利用して駆
動力の伝達を行うことができるので、構造の複雑を招く
ことなく水素吸蔵合金収容体の移動を可能にする。な
お、利用する流体としては、気体、液体、粉体等を使用
することができるが、特には、流体を特別に用意する必
要がなく、また万が一漏れがあった場合にも熱媒混入に
対する支障が少ないものとして空気が好適である。

【００１３】さらに、駆動源として、熱媒の圧力を利用
することができる。この場合、第４の発明に示すよう
に、熱媒の出入りによって受圧部が移動する受圧室を設
け、この受圧部に水素吸蔵合金収容体を直接にまたは適
宜の駆動力伝達機構を介して連結する。これにより熱媒
の圧力によって受圧部から水素吸蔵合金収容体へと駆動
力が伝達され、受圧部の移動につれて水素吸蔵合金収容
体が移動する。この際に、水素吸蔵合金収容体が所望の
位置（所望の熱交換室内）に移動するように、受圧部の
配置位置、移動方向、受圧板と水素吸蔵合金との連結方
法等を適宜選定する。なお、この場合には、水素吸蔵合
金収容体を移動させたい熱交換室で使用する熱媒と、受
圧室に導入する熱媒とに同種のものを使用し、かつ同一
の熱媒供給源から熱媒の供給を行うのが望ましい。これ
により特別な駆動源を使用しないでも、熱交換室への熱
媒の移送を利用して水素吸蔵合金収容体を移動させるこ
とが可能になる。なお、この場合、第５の発明に示すよ
うに、受圧室と熱交換室とを、熱媒の出入りが可能に連
通させておけば、簡易な構成により、熱交換室への熱媒
の導入に伴って受圧室に熱媒を供給することができる。

【００１４】上記の受圧室の配置位置は特には限定され
ないが、簡易な構造にするという観点からは、水素吸蔵
合金収容体の移動方向の延伸位置に、受圧部が位置し、
該収容体の移動方向に沿って受圧部が移動するように受
圧室を設けるのが有利である。なお、受圧室は、 固定
筒部と受圧板等の受圧部とで構成してもよく、また、受
圧板にベローズシリンダを固定したもので構成すること
もできる。さらに、受圧室を水素吸蔵合金収容体の移動
方向の両側にそれぞれ設け、各受圧室の受圧部に水素吸
蔵合金収容体を連結するものとすれば、強制的に移動さ
せる受圧部を選択することにより、水素吸蔵合金収容体
の移動方向を選択することができる。

【００１５】本願発明では、各熱交換室間で水素吸蔵合
金収容体を移動させるので、所定の熱交換室に熱媒を導
入して水素吸蔵合金と熱交換することができ、また、こ
の水素吸蔵合金と他種の熱媒とを熱交換させる場合に
は、水素吸蔵合金収容体を他の熱交換室内に移動させ、
この室内に他種の熱媒を導入することにより速やかに他
種の熱媒との熱交換を行うことができる。また、この際
に、熱交換室だけでなく、熱媒の経路も熱媒ごとに独立
したものとすることができるので、熱媒の混合や熱交換
室、経路での顕熱損失を少なくすることができ、結果と
して装置の効率を向上させる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下に、本発明の
一実施形態を図１、２に基づいて説明する。箱形の容器
１Ａ内に仕切壁２、３が等間隔で並設配置されて、容器
内が３つに区画されており、各区画領域は、図１示左方
より、合金冷却室４、顕熱回収室５、冷熱回収室６の各
熱交換室に割り当てられている。なお、仕切壁２、３
は、シール断熱材２ａ、３ａを両面から仕切材２ｂ、２
ｂ、３ｂ、３ｂで挟んだ構造からなる。また、合金冷却
室４、顕熱回収室５、冷熱回収室６には、それぞれ熱媒
出入口４ａ、４ｂおよび熱媒出入口５ａ、５ｂおよび熱
媒出入路６ａ、６ｂが対になって形成されている。上記
容器１Ａ内には、内部に水素吸蔵合金ＭＨを収容した筒
型容器の水素吸蔵合金収容体（以下、収容体という）
８、８が配置されており、該収容体８は、仕切壁２、３
に設けた貫通孔２ｃ、２ｃ、３ｃ、３ｃを通過する大き
さを有している。なお、貫通孔２ｃ、３ｃでは、仕切材
２ｂ、３ｂ部分が大径でシール断熱材２ａ、３ａ部分が
若干小径になった段差形状を有しており、該シール断熱
材２ａ、３ａの貫通孔周縁部が該収容体８および後述す
るシール筒体１０、１１の外周面に接して、貫通孔を摺
動可能にシールしている。該収容体８の図１示左右端外
周部には、伸縮自在なシール筒体１０、１１が嵌め込み
固定されている。また、シール筒体１０、１１は端部側
が容器１の側壁に固定された状態で外部に貫通してお
り、容器外部において、シール筒体１０端部には、内部
に水素移動路を形成した水素バッファ槽１３が固定さ
れ、シール筒体１１端部にはエア封止栓１４が嵌め込み
固定されている。なお、この実施形態では、一つの容器
において水素吸蔵合金収容体および仕切壁の貫通孔を２
つとしたが、本発明としては特にこれらの数に限定され
るものではなくその数は１以上であれば任意である。

【００１７】なお、水素吸蔵合金収容体８、８では、シ
ール筒体１０側において、シール筒体１０内に開口する
通気口８ａが設けられており、該通気口８ａには通気性
の蓋材１５が嵌められている。シール筒体１０内には、
上記通気口８ａを覆い、かつシール筒体１０に沿うよう
にしてベローズシリンダ１７が配置されている。該ベロ
ーズシリンダ１７は一端が水素吸蔵合金収容体８に固定
され、他端が上記水素バッファ槽１３に固定されてい
る。水素バッファ槽１３では、ベローズシリンダ１７内
に開口する連通口１３ａが形成されており、該ベローズ
シリンダ１７によって水素吸蔵合金収容体８内部と水素
バッファ槽１３内部とが気密に連通している。さらに水
素バッファ槽１３には、上記連通口１３ａに連通し、か
つ外部に開口する連通口１３ｂが形成されている。

【００１８】一方、上記シール筒体１１内には、筒体１
１の軸方向に沿ってバネ材２０が配置されており、該バ
ネ材は水素吸蔵合金収容体８とエア封止栓１４とにそれ
ぞれ端部が固定されている。このバネ材２０は、可動な
水素吸蔵合金収容体８に引張力を与えて図１左方に付勢
している。なお、この実施形態ではバネ材としてコイル
スプリングを使用しているが、本発明としては、水素吸
蔵合金収容体に付勢力を与えることができるものであれ
ばこれに限定されるものではない。また、エア封止栓１
４には、空気口１４ａが形成されており、該空気口１４
ａには、空気路２１を介してエアポンプ２２が接続され
ている。さらに上記した容器１Ａと対になる容器１Ｂを
有しており、該容器１Ａ、１Ｂとは上記した構成につい
て同一の構造を有している。

【００１９】上記容器１Ａ、１Ｂでは、互いの合金冷却
室４、４間、冷熱回収室６、６間では、熱媒出入口４
ａ、４ａ同士および熱媒出入口６ａ、６ａ同士が三方弁
２４、２５の２ポートを介して熱媒を移動させる連絡路
で連結されており、顕熱回収室５では、熱媒出入口５
ａ、５ａ同士が同じく熱媒を移動させる連結路により直
接連結されている。なお、三方弁２４、２５の他ポート
には熱媒ポンプ２６、２８の出力側が接続されており、
熱媒ポンプ２６の入力側には図示しない冷却用熱媒供給
部が接続され、熱媒ポンプ２８の入力側には図示しない
冷熱取出し用熱媒供給部が接続されている。また熱媒出
入口５ａ、５ａ間の連結路には熱媒ポンプ２７の出力側
が接続されており、該熱媒ポンプ２７の入力側には図示
しない顕熱回収用熱媒供給部が接続されている。また、
熱媒出入路４ｂ、５ｂ、６ｂはそれぞれ冷却用熱媒供給
部、顕熱回収用熱媒供給部、冷熱取出し用熱媒供給部に
接続されて、熱媒が各室および熱媒供給部との間で循環
するように構成されている。また、容器１Ａ、１Ｂ間で
は、水素バッファ槽１３、１３の連通口１３ｂ、１３ｂ
が、水素を移動させる連結路およびコンプレッサ装置２
９を介して連結されている。該コンプレッサ装置２９で
は、連通口１３ａ、１３ｂ間の連結路に４つの開閉弁２
９ａ…２９ａを直並列に配置し、該開閉弁２９ａ…２９
ａの接続点間にコンプレッサ２９ｂを接続して、開閉弁
２９ａの開閉操作によってコンプレッサによる流体の流
れ方向を変えるように構成されている。

【００２０】次に、上記装置の動作について説明する。
図１の状態では、予め容器１Ｂ側の水素吸蔵合金ＭＨに
水素が吸蔵され、容器１Ａ側の水素吸蔵合金ＭＨでは水
素放出後の状態にあるものとする。上記の初期状態にお
いて、先ず容器１Ａ側で水素合金収容体８を合金冷却室
４内に位置するように移動させる。このために、空気路
２１の一部を解放してシール筒体１１内から空気を抜く
と、水素吸蔵合金収容体８は他の室内にあってもバネ材
２０の引張り力によって図示左方に引かれ、合金冷却室
４内に移動する。この移動に際しては伸縮自在なシール
筒体１１が縮み、同じくシール筒体１０は伸びてそれぞ
れエア封止栓１４、水素バッファ槽１３との連結状態が
維持される。このシール筒体１１が縮み限界に達した状
態で水素吸蔵合金収容体８の移動が停止し、該収容体
８、すなわち水素吸蔵合金ＭＨが合金冷却室４の適正場
所に位置することになる。また、水素吸蔵合金収容体８
と水素バッファ槽１３との間に配置したベローズシリン
ダ１７は、シール筒体１０とともに伸びて両者間の気密
性を維持する。一方、容器１Ｂ側では水素合金収容体８
を冷熱回収室６内に位置させるように、空気ポンプ２２
を作動させ、シール筒体１１内に空気を圧送する。この
圧力により水素吸蔵合金収容体８はバネ材２０の付勢力
に抗して図示右方、すなわち、冷熱回収室６内に移動す
る。この移動に際しては伸縮自在なシール筒体１０は縮
み、同じくシール筒体１１は伸びる。また、水素吸蔵合
金収容体８と水素バッファ槽１３との間に配置したベロ
ーズシリンダ１７は、シール筒体１０とともに縮んで両
者間の気密性も維持される。この移動に際してもシール
筒体１０が縮み限界に達した状態で水素吸蔵合金収容体
８の移動が停止し、該収容体８内の水素吸蔵合金ＭＨは
冷熱回収室６の適正場所に位置することになる。

【００２１】上記の状態で開閉弁２９ａ…２９ａの開閉
を操作してコンプレッサ２９ｂを動作させることにより
容器１Ｂ側から容器１Ａ側に向けて吸引力が発生する。
容器１Ｂでは、圧力の低下に伴って、水素吸蔵合金収容
体８の水素吸蔵合金ＭＨから水素が放出されて、ベロー
ズシリンダ１７内、通気口１３ａ、水素バッファ槽１
３、通気口１３ｂを通してコンプレッサ２９ｂに吸引さ
れる。コンプレッサ２９ｂの吐出側では、通気口１３ｂ
を通して該水素が容器１Ａ側の水素バッファ槽１３に圧
送され、通気口１３ａ、ベローズシリンダ１７を通して
水素吸蔵合金収容体８内に供給され、該収容体８内の水
素吸蔵合金ＭＨに水素が吸蔵される。なお、上記におい
ては、容器１Ｂ側では、水素吸蔵合金ＭＨでの水素の放
出反応に伴って吸熱するので、収容体８が位置している
冷熱回収室６に熱媒ポンプ２７によって冷熱回収用熱媒
を導入し、冷熱を取り出した後、該熱媒を移動させて図
示しない冷凍庫等の冷熱利用部（図示しない）に冷熱を
供給する。また、容器１Ａ側の水素吸蔵合金では、水素
の吸蔵反応により発熱するため、熱媒ポンプ２６を作動
させて水素吸蔵合金収容体８が位置している合金冷却室
４に冷却用熱媒を供給し、水素吸蔵合金ＭＨを冷却して
水素の吸蔵を促進させる。上記により、容器１Ｂ側の水
素吸蔵合金から水素を連続的に取り出し、容器１Ａ側の
水素吸蔵合金に吸蔵させることができる。

【００２２】上記における水素の吸蔵、放出は容器１
Ａ、１Ｂ間で反転させることができる。具体的には、開
閉弁２９ａ…２９ａの開閉状態を変えてコンプレッサ装
置２９における流れ方向を容器１Ａ側から容器１Ｂ側に
向くように変え、水素吸蔵合金収容体８については、上
記と同様に、空気ポンプ２２の動作および空気路２１の
開閉によって容器１Ａ側では冷熱回収室６に移動させ、
容器１Ｂ側では合金冷却室４に移動させ、さらにそれぞ
れ熱媒ポンプ２６、２８の動作により熱交換室内に熱媒
を供給して水素の放出、吸蔵を行わせる。この反転を繰
り返すことにより水素の吸放出を続けて行わせることが
できる。

【００２３】なお、上記における反転時には、熱効率の
観点から、水素吸蔵合金収容体８、８の熱を顕熱として
回収する。具体的には、図２に示すように、水素の吸
蔵、放出が終了した後、容器１Ａ、１Ｂともに顕熱回収
室５、５に水素吸蔵合金収容体８、８を位置させる。こ
のためには、水素吸蔵合金収容体８が合金冷却室４に位
置している容器側では、空気ポンプ２２を動作させて空
気をシール筒体１１内に圧送して水素吸蔵合金収容体８
を図示左方に移動させて顕熱回収室８に位置させる。一
方、水素吸蔵合金収容体８が冷熱回収室６に位置してい
るものでは、空気路２１から多少の空気を抜いて、シー
ル筒体１１内の空気圧とバネ材２０の引張力のバランス
により水素吸蔵合金収容体８を顕熱回収室５に位置させ
る。この状態で熱媒ポンプ２７から顕熱回収用熱媒を顕
熱回収室５、５に供給し、収容体８、８の顕熱を回収す
る。上記の一連の行程では、熱媒同士の混合や配管での
顕熱損失が避けられるので装置全体の熱効率が向上して
いる。また、弁の数が少なく、煩雑な弁操作も不要にな
るので、装置構造が簡略になっている。

【００２４】（実施形態２）次に、他の実施形態を図
３、４に基づいて説明する。この実施形態２においても
上記実施形態１と同様に箱形の容器３０Ａ、３０Ｂを有
しており、容器３０Ａ、３０Ｂでは同一の構造を有して
いる。すなわち、該容器３０Ａ、３０Ｂ内には仕切壁３
２、３３が配置されて、容器内が図２示左方より、合金
冷却室３４、顕熱回収室３５、冷熱回収室３６の各熱交
換室に区画されている。なお、仕切壁３２、３３は、上
記実施形態と同様にシール断熱材を両面から仕切材で挟
んだ構造からなり、後述する水素吸蔵合金収容体３８、
３８が通過する貫通孔３２ｃ、３３ｃを有している。上
記容器３０Ａ、３０Ｂ内には、内部中央部に水素吸蔵合
金ＭＨを収容した筒型容器の水素吸蔵合金収容体３８、
３８が配置されて前記貫通孔３２ｃ、３３ｃを貫通して
いる。なお、貫通孔３２ｃ、３３ｃは、シール断熱材部
分が若干小径になっており、該シール断熱材の貫通孔周
縁部が水素吸蔵合金収容体３８に接して、水素吸蔵合金
収容体３８との貫通部を摺動可能にシールしている。水
素吸蔵合金収容体３８は容器３０Ａ、３０Ｂの全長と同
じ長さを有しており、上記したように長さ方向中央部に
水素吸蔵合金ＭＨが収容されており、該合金の両端側に
は充填断熱材３９、３９が配置され、図２示右方端で
は、水素吸蔵合金ＭＨと外部との通気性を確保するよう
に通気性充填材４０が配置されている。該収容体３８の
左方端部には連結バー３８ａが固定されており、該連結
バー３８ａは、左方に伸張して容器３０Ａ、３０Ｂの左
方壁に形成された貫通孔４１、４１を貫通しており、そ
の先端部に受圧部として受圧板４２が固定されている。
なお、貫通孔４１、４１は、水素吸蔵合金収容体３８が
通過でき、かつ収容体３８との間に隙間が確保されるの
に十分な大きさを有している。さらに、上記受圧板４２
と容器３０Ａ、３０Ｂの左側壁外面との間には貫通孔４
１、４１を囲むようにしてベローズシリンダ４２が配置
されており、その両端は受圧板４３と容器左側壁外面と
にそれぞれ気密に固定されている。該ベローズシリンダ
４２は、水素吸蔵合金収容体３８が約１／３長さで容器
外部に突出している状態にまで広がることができる。

【００２５】また、上記通気性充填材４０の右方には、
水素吸蔵合金収容体３８と同軸に通気管４４が配置され
ており、該通気管４４は中途の部分で水素吸蔵合金収容
体８の右端部に固定されているとともに、その左方端は
水素吸蔵合金収容体８内を左方に伸張して通気性充填材
４０に気密に接している。また該通気管４４は右方にお
いては、容器３０Ａ、３０Ｂの右側壁に形成された貫通
孔４５を貫通しており、その端部には、内部に水素移動
路を形成した水素バッファ槽４６が固定されている。な
お、貫通孔４５は、上記貫通孔４１と同様に、水素吸蔵
合金収容体３８が通過でき、かつ収容体３８との間に隙
間が確保されるのに十分な大きさを有している。また、
上記水素バッファ槽４６の容器左側面は受圧面に割り当
てられており、該水素バッファ槽は受圧部を兼用してい
る。該受圧面と容器３０Ａ、３０Ｂの右側壁外面との間
には貫通孔４５、４５を囲むようにしてベローズシリン
ダ４７が配置されており、その両端は水素バッファ槽４
６の受圧面と容器右側壁外面にそれぞれ気密に固定され
ている。該ベローズシリンダ４７は、水素吸蔵合金収容
体３８が約１／３長さで容器右外部に突出している状態
にまで広がることができる。また、水素バッファ槽４６
と通気管４４とは連通口４６ａによって連通しており、
通気管４４によって水素吸蔵合金収容体３８と水素バッ
ファ槽４６とが気密に連通している。さらに水素バッフ
ァ槽４６には、外部に連通する連通口４６ｂが形成され
ている。

【００２６】上記容器３０Ａ、３０Ｂにおける、合金冷
却室３４、３４、顕熱回収室３５、３５、冷熱回収室３
６、３６には、実施形態１と同様にそれぞれ対となる熱
媒出入口が形成されており、容器３０Ａ、３０Ｂ間で同
種の熱交換室同士は、三方弁５０、５１の２ポートを介
して熱媒出入口が連絡路で連結されている。三方弁５
０、５１の他ポートには熱媒ポンプ５２、５４の出力側
が接続されており、熱媒ポンプ５２の入力側には図示し
ない冷却用熱媒供給部が接続され、熱媒ポンプ５４の入
力側には図示しない冷熱取出し用熱媒供給部が接続され
ている。顕熱回収室３５の熱媒出入口間の連結路には熱
媒ポンプ５３の出力側が接続されており、該熱媒ポンプ
５３の入力側には図示しない顕熱回収用熱媒供給部が接
続されている。また、各室の他の熱媒出入口はそれぞれ
冷却用熱媒供給部、顕熱回収用熱媒供給部、冷熱取出し
用熱媒供給部に接続されている。また、容器３０Ａ、３
０Ｂ間では、水素バッファ槽４６、４６の連通口４６
ｂ、４６ｂが、上記実施形態１と同構造のコンプレッサ
装置５５を介して連結されている。

【００２７】以下に、この実施形態の動作について説明
する。この実施形態においても上記実施形態１と同様
に、容器３０Ａ、３０Ｂの水素吸蔵合金においてそれぞ
れ対照的に水素の吸蔵、放出を行わせる。図３に示すよ
うに容器３０Ａ側で水素を吸蔵し、容器３０Ｂ側で水素
を放出させる場合には、コンプレッサ装置５５で水素を
容器３０Ｂ側から容器３０Ａ側へと圧送するとともに、
熱媒ポンプ５２、５４を動作させ、三方弁５０、５１の
切り換えにより容器３０Ａ側の合金冷却室３４に熱媒出
入口を通して冷却用の熱媒を圧送し、容器３０Ｂ側の冷
熱回収室３６に冷熱回収用の熱媒を圧送する。それぞれ
の熱交換室に圧送された熱媒は、各室を満たすと、容器
壁の貫通孔４１または貫通孔４５を通して容器外部に流
れ出し、ベローズシリンダ４２と受圧板４３との間およ
びベローズシリンダ４７と水素バッファ槽４６の受圧面
との間の空間に流れ込み、圧力によりこの空間を次第に
押し広げる。この作用は連結バー３８ａまたは通気管４
４によってそれぞれの水素吸蔵合金収容体３８、３８に
伝達され、容器３０Ａ側で、水素吸蔵合金収容体３８が
合金冷却室３４へと移動し、容器３０Ｂ側では冷熱回収
室３６へと移動する。移動した水素吸蔵合金収容体３８
では内部の水素吸蔵合金ＭＨと熱媒との間で、上記実施
形態１と同様に熱交換がなされ、円滑に水素の吸放出が
なされるとともに、冷熱が外部に取り出される。

【００２８】一方、容器３０Ａ、３０Ｂ間で水素の吸
蔵、放出を反転させる際には、コンプレッサ装置５５に
おける圧送方向を変えるとともに、水素を放出した容器
側では合金冷却室３４に必要な熱媒を供給し、水素を吸
蔵した容器側では冷熱回収室３６に必要な熱媒を供給す
る。すると、同室に熱媒が供給されることにより、上記
と同様に、ベローズシリンダ内に熱媒が導入され、水素
吸蔵合金収容体３８、３８が、熱媒を供給した室に位置
するべく移動し、一方、他の室に導入されていた熱媒は
徐々にその室の熱媒出入口から排出され、水素吸蔵合金
に対する所望の熱交換がなされる。

【００２９】また、顕熱を回収する際には、図４に示す
ように熱媒を導入していた室と別の合金冷却室３４また
は冷熱回収室３６に熱媒を供給し、水素吸蔵合金収容体
３８、３８が顕熱回収室３５に位置するまでに移動した
状態で熱媒の供給を止めて該収容体を停止させ、該室に
熱媒を供給して顕熱の回収を行う。顕熱回収後は、熱媒
の供給を中断した熱交換室への熱媒供給を再会し、水素
吸蔵合金収容体３８を所望の合金冷却室３４または冷熱
回収室３６に移動させ、水素の吸蔵、放出を行わせる。
上記動作を繰り返すことにより、効率的に水素の吸放
出、冷熱の取り出しがなされる。なお、この実施形態で
は、実施形態１と同様の効果が得られるとともに、熱交
換室への熱媒の供給により水素吸蔵合金を任意の室内に
移動させることができるので、余分な駆動源を省くこと
ができる。また、顕熱回収に際し、後に移動する室には
所望の熱媒がある程度供給されて室内の温度が適温にな
っているので、顕熱回収室から当該熱交換室に移動した
後の熱交換がより円滑になされるという利点もある。な
お、上記実施形態１、２はいずれも対となる容器にそれ
ぞれ複数の熱交換室を有するものについて説明したが、
本発明としてはその数は特に限定されるものではなく、
単独の容器で水素の吸放出を行わせるものであってもよ
く、また３以上の容器間で水素の吸放出を行わせるもの
であっても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の水素吸放
出装置によれば、それぞれに熱媒出入口を設けた複数の
熱交換室を並設するとともに、いずれかの熱交換室内に
位置して該室内の熱媒に晒されるべく各室内間を順次移
動する水素吸蔵合金収容体を有しており、該収容体に水
素ガス移動路を接続しているので、部品点数の軽減、配
管の簡略配置が可能になり、装置コストが低下する効果
があり、さらに熱媒の混合、顕熱の損失が回避されるの
で、熱効率が向上し、結果として装置の成績係数等が向
上する効果がある。

【００３１】また、熱交換室を仕切壁を介して隣接配置
し、前記水素合金収容体は、上記仕切壁に形成された貫
通孔を通過して各室内間を移動するように配置し、該水
素合金収容体には、収容体の移動に追随して移動または
伸縮して仕切壁に開いている貫通孔を封止するシール筒
体を取り付けたので、簡易な構造により水素吸蔵合金収
容体を移動させて上記効果を得ることができる。

【００３２】さらに、熱媒の出入りによって受圧部が移
動する受圧室を有し、かつ該受圧部に前記水素吸蔵合金
収容体が連結されて受圧部と水素吸蔵合金収容体とが互
いに連動するように構成し、前記受圧部を受圧室への熱
媒の導入に伴って、この熱媒と同種の熱媒が導入される
熱交換室に水素吸蔵合金収容体を移動させるように受圧
室内で移動させれば、特別な駆動源を必要とすることな
く簡易な構造により水素吸蔵合金収容体を移動させるこ
とが可能になる。さらに、受圧室を、いずれかの熱交換
室と熱媒の出入りが可能に連通させれば、受圧室への熱
媒の特別な導入路が不要になるので、装置構造が一層簡
略化される効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態における水素の吸放出状
態の装置断面図である。

【図２】 同じく顕熱回収状態の装置断面図である。

【図３】 本発明の他の実施形態における水素の吸放出
状態の装置断面図である。

【図４】 同じく顕熱回収状態の装置断面図である。

【図５】 従来の水素吸放出装置の概略図である。

【符号の説明】

１Ａ 容器 １Ｂ 容器 ２ 仕切壁 ２ｃ 貫通孔 ３ 仕切壁 ３ｃ 貫通孔 ４ 合金冷却室 ４ａ 熱媒出入口 ４ｂ 熱媒出入口 ５ 顕熱回収室 ５ａ 熱媒出入口 ５ｂ 熱媒出入口 ６ 冷熱回収室 ６ａ 熱媒出入口 ６ｂ 熱媒出入口 ８ 水素吸蔵合金収容体 １０ シール筒体 １１ シール筒体 １７ ベローズシリンダ ２０ バネ材 ２１ 空気路 ２２ エアポンプ ２６ 熱媒ポンプ ２７ 熱媒ポンプ ２８ 熱媒ポンプ ２９ コンプレッサ装置 ３０Ａ 容器 ３０Ｂ 容器 ３２ 仕切壁 ３２ｃ 貫通孔 ３３ 仕切壁 ３３ｃ 貫通孔 ３４ 合金冷却室 ３５ 顕熱回収室 ３６ 冷熱回収室 ３８ 水素吸蔵合金収容体 ４１ 貫通孔 ４２ 受圧板 ４３ ベローズシリンダ ４４ 通気管 ４５ 貫通孔 ４６ 水素バッファ槽 ４７ ベローズシリンダ ５２ 熱媒ポンプ ５３ 熱媒ポンプ ５４ 熱媒ポンプ ５５ コンプレッサ装置

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 幸雄 北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 河合 政征 北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 河原崎 芳徳 北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日本 製鋼所内 Ｆターム(参考） 3L093 NN05 PP03 PP07 PP09 QQ05 RR01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれに熱媒出入口を設けた複数の熱
   交換室が並設されているとともに、いずれかの熱交換室
   内に位置して該室内の熱媒に晒されるべく各室内間を順
   次移動する水素吸蔵合金収容体を有しており、該収容体
   に水素ガス移動路が接続されていることを特徴とする水
   素吸放出装置
2. 【請求項２】 複数の熱交換室が仕切壁を介して隣接配
   置されており、前記水素合金収容体は、上記仕切壁に形
   成された貫通孔を通過して各室内間を移動するように配
   置されており、該水素合金収容体には、収容体の移動に
   追随して移動または伸縮して仕切壁に開いている貫通孔
   を封止するシール筒体が取り付けられていることを特徴
   とする請求項１記載の水素吸放出装置
3. 【請求項３】 シール筒体は伸縮自在な密閉筒体からな
   り、その端部に流体注出入口が形成され、該流体注出入
   口に流体ポンプが接続されていることを特徴とする請求
   項２記載の水素吸放出装置
4. 【請求項４】 熱媒の出入りによって受圧部が移動する
   受圧室を有し、かつ該受圧部に前記水素吸蔵合金収容体
   が連結されて受圧部と水素吸蔵合金収容体とが互いに連
   動するように構成されており、さらに、前記受圧部は受
   圧室への熱媒の導入に伴って、この熱媒と同種の熱媒が
   導入される熱交換室に水素吸蔵合金収容体を移動させる
   ように受圧室内で移動することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の水素吸放出装置
5. 【請求項５】 受圧室は、いずれかの熱交換室と熱媒の
   出入りが可能に連通していることを特徴とする請求項４
   記載の水素吸放出装置