JP2001304495A

JP2001304495A - 水素貯蔵装置

Info

Publication number: JP2001304495A
Application number: JP2000119768A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Aono; 文昭青野; Manabu Ito; 学伊藤
Original assignee: Benkan Corp
Current assignee: Benkan Corp
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒燃焼体の全体をほぼ均一に燃焼させるよ
うにして水素吸蔵合金をほぼ均一に加熱することがで
き、水素放出効率を向上させることができるようにした
水素貯蔵装置を提供する。【解決手段】断熱容器２に水素吸蔵合金３を合金充填
容器１３に充填した状態で収めるとともに、水素吸蔵合
金３を水素放出させるために加熱する触媒燃焼体４を収
める。水素吸蔵合金３から放出される水素を合金充填容
器１３外へ取出す流路３０、２９を形成する。分配板１
８により触媒燃焼体４の全体に燃料ガスをほぼ均一に分
配して触媒燃焼体４の全体をほぼ均一に燃焼させ、水素
吸蔵合金３の全体をほぼ均一に加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池、水素自
動車等に供給する水素を貯蔵するために用いる水素貯蔵
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、水素は、燃料電池や水素自動車の
燃料として、または水素吸蔵合金が吸蔵、放出する際に
生じる発熱、吸熱反応を利用した熱輸送媒体として、直
接的、または間接的にエネルギーとして利用することが
検討されており、水素吸蔵合金はその水素を安定的に吸
蔵して蓄え、また供給する媒体として、その適用が検討
されている。

【０００３】水素吸蔵合金は、一般的に水素を原子状態
で金属格子間に取り込み、金属水素化物となった安定な
吸蔵状態に保持することができる。水素吸蔵合金に吸蔵
された水素は、加熱、減圧することにより放出すること
ができる。水素吸蔵合金は、その材料の種類、組成比に
よって吸蔵することができる水素量、吸蔵・放出するこ
とができる温度、圧力条件に差異を有し、水素吸蔵合金
の種類によっては常温、常圧程度の条件でも液体水素以
上の高い密度で水素を蓄えることもできる。水素吸蔵合
金は、一般的に水素を吸蔵する際には発熱反応を、水素
を放出する際には吸熱反応を伴うため、連続的な水素の
吸蔵・放出を行う場合、吸蔵時には発熱反応を除去する
ために冷却し、放出時には吸熱反応に見合った熱量を外
部から供給する必要がある。

【０００４】そのため、水素吸蔵合金を利用した水素貯
蔵容器には、水素吸蔵時の発熱反応熱を除去するための
水素吸蔵合金の特性に合った温度レベルの冷却用媒体
と、水素放出時の吸熱反応熱を供給するための水素吸蔵
合金の特性に合った温度レベルの熱供給媒体とを必要と
し、このような水素吸蔵容器においては、利用する水素
吸蔵合金に合った温度レベルの熱源をどのように確保す
るかが、実際に利用していく上での技術的課題となって
いる。

【０００５】従来、この種の水素貯蔵容器としては、水
素吸蔵合金から吸蔵している水素を放出するために外部
熱源としてボイラを用い、または廃熱利用による温水を
用いる構成が提案されている。しかしながら、ボイラを
用いると、水素貯蔵容器が大型化するばかりでなく、コ
ストアップとなる。一方、廃熱利用による温水を用いる
と、容易に利用できる排熱温度が１００℃以下のレベル
となるため、必然的にその温度レベルで利用することが
できる水素吸蔵合金に限られる。現在のところ、温水レ
ベルの排熱で水素の放出反応を安定的に行うことができ
る水素吸蔵合金の水素吸蔵量は１００〜１５０ｃｍ³／
ｇであり、水素吸蔵量が多いが、水素放出温度が高いＭ
ｇ系合金ついては利用することができない。また、自動
車など、車載用として水素吸蔵合金を利用する場合、地
域差により曝される温度レベルが相当異なり、寒い所で
は−４０℃以下、暑い所では６０℃以上にもなり、車載
用の水素吸蔵合金もその地域に合った温度レベルで安全
に利用することができるものを適宜選定しなければなら
なかった。

【０００６】そこで、上記のような従来の問題点を解消
すべく、例えば、特開平９−２２７１０１号公報に記載
されているように、水素吸蔵合金が吸蔵している水素を
放出する際にその一部を触媒に供給して触媒を燃焼さ
せ、その熱を水素吸蔵合金が水素を放出するために必要
な反応熱として利用するように構成された水素貯蔵容器
が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来例の構成では、燃料ガスである水素ガスを触
媒にその一側端面のみから供給しているため、触媒の全
体に水素ガスが均一に供給されず、触媒全体の不均一燃
焼により触媒全体に温度のばらつきが生じ、水素吸蔵合
金が不均一に加熱される。また、水素吸蔵合金は触媒と
の離隔側においては熱伝導効率に劣り、水素吸蔵合金が
不均一に加熱される。したがって、水素吸蔵合金からの
水素放出効率に劣り、触媒に供給する水素量が多くな
り、実際に利用する水素量が減少する。また、上記のよ
うに水素吸蔵合金が不均一に加熱されると、水素吸蔵合
金の全体から水素を十分に放出することができず、しか
も、水素吸蔵合金が部分的に加熱されることにより、圧
力が異常に上昇するおそれがあり、安全性に問題があ
る。

【０００８】本発明の目的は、上記のような従来の問題
を解決しようとするものであり、触媒燃焼体の全体をほ
ぼ均一に燃焼させるようにして水素吸蔵合金をほぼ均一
に加熱することができ、したがって、水素放出効率を向
上させることができるようにした水素貯蔵装置を提供す
るにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の水素貯蔵装置は、合金充填容器と、この合金
充填容器に収められた水素吸蔵合金と、この水素吸蔵合
金を水素放出させるために加熱する触媒燃焼体と、この
触媒燃焼体の全体に燃料ガスをほぼ均一に分配する手段
と、上記水素吸蔵合金から放出される水素を外部に取出
す手段とを備えたものである。

【００１０】本発明の他の水素貯蔵装置は、上記各構成
において、水素吸蔵合金が水素を吸蔵する際に発生する
反応熱を除去するための冷却手段を備えたものである。

【００１１】本発明の他の水素貯蔵装置は、上記各構成
において、触媒燃焼体の燃焼による熱を水素吸蔵合金に
おける上記触媒燃焼体に対する離隔側の全体にほぼ均一
に直接伝導により伝熱し得る伝熱手段を備えたものであ
る。

【００１２】そして、上記各構成において、触媒燃焼体
に供給する燃料ガスとして、水素ガス、炭化水素系ガ
ス、若しくはそれらを含む混合ガスを用いることがで
き、また、水素吸蔵合金から放出される水素ガスの一部
を触媒燃焼体の燃料として用いるように構成することが
できる。

【００１３】上記のように構成された本発明によれば、
燃料ガスを触媒燃焼体のほぼ全体に均一に分配供給する
ようにしているので、触媒燃焼体のほぼ全体を均一に燃
焼させ、水素吸蔵合金の全体をほぼ均一に加熱すること
ができる。

【００１４】また、触媒燃焼体の燃焼による熱を水素吸
蔵合金における上記触媒燃焼体に対する離隔側の全体に
ほぼ均一に直接伝導により伝熱することにより、水素吸
蔵合金の収納量が多くてもその全体をほぼ均一に加熱す
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第１の実
施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形
態に係る水素貯蔵装置に用いる水素貯蔵容器の縦断面
図、図２は同水素貯蔵容器の平面図、図３は同水素貯蔵
容器の底面図、図４は図１のIV−IV矢視断面図、図５は
同水素貯蔵装置の配管系統図である。

【００１６】図１ないし図４に示すように、水素貯蔵容
器１は断熱容器２内に水素吸蔵合金３、触媒燃焼体４等
が収められている。その一例について説明すると、断熱
容器２はステンレス等の金属から成る外部容器５の内側
にステンレス等の金属から成る内部容器６が設けられて
いる。外部容器５は四隅部を湾曲させた角筒状の胴部７
の両側開放端部を水密状態に閉塞するように端板８、９
が一体的に設けられている。内部容器６は四隅を湾曲さ
せた角筒状の胴部１０の一側開放端部を水密状態に閉塞
するように端板１１が一体的に設けられ、胴部１０の他
側開放端縁の内周にリング状の端板１２が水密状態で一
体的に設けられている。内部容器６の内部にはステンレ
ス等の金属、好ましくは銅、アルミニウム等の伝熱性に
優れた金属から成り、望ましくは伝熱促進材が入った合
金充填容器１３が設けられている。合金充填容器１３は
四隅を湾曲させた角筒状の胴部１４の両側開放端部を水
密状態に閉塞するように端板１５、１６が一体的に設け
られている。内部容器６と合金充填容器１３との間には
ステンレス等の金属から成る触媒燃焼体容器１７が設け
られている。触媒燃焼体容器１７は四隅を湾曲させた角
筒状の胴部１８の一側開放端部を水密状態に閉塞するよ
うに端板１９が一体的に設けられ、胴部１８の他側開放
端縁の内周にリング状の端板２０が水密状態で一体的に
設けられている。

【００１７】内部容器６の端板１２の内周縁が触媒燃焼
体容器１７の胴部１８における端板２０側の端部外周に
水密状態で一体的に接合され、触媒燃焼体容器１７の端
板２０の内周縁が合金充填容器１３の胴部１４における
端板１６側の端部外周に水密状態で一体的に接合されて
いる。そして、外部容器５の胴部７、端板８、９と、内
部容器６の胴部１０、端板１１、端板１２、触媒燃焼体
容器１７の端板２０、合金充填容器１３の端板１６との
間の密閉空間に断熱材２１が充填されて断熱容器２が構
成されている。

【００１８】合金充填容器１３には各端板１５、１６の
内方に位置して内側端板２２、２３が水密状態で一体的
に設けられ、端板１５、２２間と端板１６、２３間とに
それぞれ流路２４と流路２５が形成されている。合金充
填容器１３の中心部には端板２２、２３間において、ス
テンレス等の金属から成り、円筒状に形成されたフィル
タ２６が設けられ、フィルタ２６における一端は端板２
３の穴に挿入されて接合され、端板２７により水密状態
に閉塞されている。合金充填容器１３の端板２２の中心
部にはステンレス等の金属から成るパイプ２８の一端が
水密状態に接合されている。このパイプ２８は端板２
２、端板１５、端板１１および端板８に水密状態で挿通
され、その内側の流路２９によりフィルタ２６の内側の
流路３０が断熱容器２外に導かれている。端板２２、端
板２３間には胴部１４とフィルタ２６との中間部におい
て、ステンレス等の金属、好ましくは銅、アルミニウム
等の伝熱性に優れた金属から成る小径のパイプ３１が合
金充填容器１３およびフィルタ２６の軸心方向に沿って
周上、均等割り位置の複数箇所（図示例では８箇所）に
設けられ、各パイプ３１内の流路３２の両端部が流路２
４、２５に開放されている。合金充填容器１３の胴部１
４における流路２５側の周囲複数箇所には流路２５を触
媒燃焼体容器１７に連通し得る流路１４ａが形成されて
いる。

【００１９】合金充填容器１３内には軸心と直角方向で
銅、アルミニウム等の伝熱性に優れた金属から成る板状
の伝熱フィン３３が胴部１４の内周面とパイプ３１とフ
ィルタ２６を連結するように複数列（図示例では９列）
に設けられている。合金充填容器１３内には端板２２、
端板２３間において粉末状の水素吸蔵合金３が充填さ
れ、この水素吸蔵合金３はフィルタ２６により流路３０
内へ流出しないようになっている。水素吸蔵合金３は粉
末に替えて成形体を積層することもできる。水素吸蔵合
金３としては、例えば、Ｍｇ₂Ｎｉを用いることがで
き、このほか、水素を可逆的に吸蔵、放出することがで
きるものであれば、希土類系合金、チタン系合金、ジル
コニウム系合金、バナジウム系合金等、各種ものものを
用いることができる。また、水素吸蔵合金３には伝熱を
促進させるために銅、アルミニウム等の粉末を混入する
こともできる。

【００２０】合金充填容器１３の端板１５にはパイプ２
８の外周において、ステンレス等の金属から成るパイプ
３４の一端が水密状態に接合されている。このパイプ３
４は端板１９、端板１１および端板８に水密状態で挿通
され、パイプ３４の外方突出端部は閉塞され、パイプ３
４の外方突出部にパイプ３５の一端が直角方向に接合さ
れている。そして、パイプ３４、パイプ３５の内側の流
路３６により流路２４が断熱容器２の外部へ導かれてい
る。

【００２１】触媒燃焼体容器１７の胴部１８には小径の
穴１８ａが全体にほぼ均一に多数形成され、燃料等の分
配板となっている。触媒燃焼体容器１７内にはその胴部
１８と合金充填容器１３の胴部１４との間において触媒
燃焼体４が収められている。この触媒燃焼体４は、例え
ば、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属をＮｉ発泡体、金属製、セラ
ミックス製の多孔質体などの担体に担持したものを用い
ることができ、このような触媒燃焼体４における触媒体
内部に水素ガスを通過させてＰｔ等と接触させると、空
気の存在下で触媒燃焼を生じる。

【００２２】触媒燃焼体容器１７の端板１９には側方に
位置してステンレス等の金属から成るパイプ３７の一端
が水密状態に接合されている。このパイプ３７は端板１
１および端板８に水密状態で挿通され、その内側の流路
３８により触媒燃焼体容器１７内における端板１９と端
板１５との間の流路３９が断熱容器２外に導かれてい
る。内部容器６の端板１１には側方に位置してステンレ
ス等の金属から成るパイプ４０の一端が水密状態に接合
されている。このパイプ４０は端板８に水密状態で挿通
され、その内側の流路４１により内部容器６と触媒燃焼
体容器１７の胴部１０、胴部１８間の周囲の流路４２と
端板１１、端板１９間の流路４３が断熱容器２外に導か
れている。そして、流路４２、胴部１８の小径の穴１８
ａにより燃料等が触媒燃焼体４の全体にほぼ均一に分配
供給されるようになっている。なお、触媒燃焼体４を多
孔質状に形成するなどにより、流路４２から燃料等を触
媒燃焼体４の全体にほぼ均一に分配供給することができ
るので、胴部１８を不要とすることもできる。

【００２３】図５に示すように、流路２９は圧力調節器
４４、マスフローコントローラ４５、バルブ４６を介し
て水素の利用系に接続されている。流路２９内の圧力は
圧力計４７により計測される。流路３６はバルブ４８、
流量調節バルブ４９を介してブロワ５０に接続されてい
る。流路３８は大気に開放され、流路３８の温度が熱電
対５１により計測され、流路３８内の水素ガスが水素検
知器５２により検知される。流路４１は混合器５３に接
続されている。混合器５３に接続された一方の流路５４
はバルブ５５、マスフローコントローラ５６、圧力調節
器５７、バルブ５８を介して水素ガスボンベ、水電解水
素、炭化水素系ガスの改質水素等の水素供給源に接続さ
れている。混合器５３に接続された他方の流路５９はバ
ルブ６０を介してバルブ４８と流量調節バルブ４９との
間において流路３６に接続されている。流路２９におけ
る水素吸蔵容器１と圧力調節器４４との間に流路６１の
一端が接続され、流路６１の他端は圧力調節器５７とバ
ルブ５８との間において流路５４に接続され、流路６１
の途中にバルブ６２が挿入されている。圧力計４７、熱
電対５１、水素検知器５２のデータが制御装置６３に送
られ、制御装置６３は送られたデータをもとに点線で示
すように、マスフローコントローラ４５、バルブ４６、
バルブ４８、流量調節バルブ４９、バルブ５５、マスフ
ローコントローラ５６、バルブ５８、６０、６１を制御
するようになっている。

【００２４】以上の構成について、以下、その動作と共
に更に詳細に説明する。まず、水素吸蔵合金３に吸蔵し
ている水素を放出させる動作について説明する。バルブ
４８、６２を閉じておき、バルブ４６、５５、５８を開
放するとともに、バルブ６０を開放する。触媒燃焼体４
の燃料である水素ガスは水素ボンベなどの水素供給源か
ら流路５４によりバルブ５８、圧力調節器５７、マスフ
ローコントローラ５６、バルブ５５を介して混合器５３
へ供給する。一方、ブロワ５０の駆動により空気を流路
５９により流量調節バルブ４９、バルブ６０を介して混
合器５３へ供給する。このとき、水素ガスと空気は所定
の燃焼条件となるようにマスフローコントローラ５６と
流量調節バルブ４９により制御する。そして、混合器５
３により空気混合水素ガスを流路４１により水素吸蔵容
器１内の流路４３、４２に供給する。この空気混合水素
ガスは流路４２を介して胴部１８、すなわち、分配板に
おける多数の小穴１８ａから触媒燃焼体４に供給され、
これにより触媒燃焼体４を燃焼させる。触媒燃焼体４に
おける起動時の温度が低い場合、触媒活性が低く、未燃
焼水素ガスが発生しやすいため、起動時には定常運転時
と比較して空気を過剰気味に供給するのが望ましい。

【００２５】燃媒燃焼体４の燃焼に伴う排ガスは流路３
９、３８を介して断熱容器２外へ排出される。その際、
排ガス内の未燃焼ガス濃度を水素検知器５２で計測し、
また、排ガス、すなわち、触媒燃焼体４の温度を熱電対
５１で計測し、触媒燃焼体４における燃焼状況を確認す
る。排ガス中の未燃焼水素ガス濃度が所定の濃度以上に
なると、空気と水素ガスの供給量を制御し、未燃焼水素
ガスの発生を防止する。未燃焼ガス濃度は爆発下限界４
％の１／４程度で運転するのが安全上好ましい。また、
触媒燃焼体４に水素ガスを供給する前に、圧力調節器５
７で圧力を所定の圧力に設定しておく必要があり、触媒
燃焼体４の圧力損失、ブロワ５０の駆動による空気供給
圧力以上で、かつ水素吸蔵合金３からの放出水素の一部
を触媒燃焼体４に供給して運転する自立運転時を考慮し
た、低目の圧力で運転するのが好ましい。

【００２６】触媒燃焼体４の燃焼温度は触媒燃焼体４に
供給する燃料である水素ガスと酸化ガス（空気）との混
合比で決まり、熱損失の少ない効率の良い触媒燃焼体４
の運転は、排ガス中の未燃焼ガス濃度が所定の濃度以上
に上がらないまでの極力理論空燃比に近い状態で運転す
るのが好ましい。また、水素ガスを燃料とした運転の場
合には、水素ガスの爆発限界濃度が広いことを考慮し
て、水素の着火温度５５０℃以下の無炎燃焼で運転する
のが安全上好ましい。したがって、水素吸蔵合金３の昇
温時、昇温後の水素放出時では、常に排ガス中の未燃焼
ガスが所定の濃度以上に上がらないように水素検知器５
２により監視するとともに、マスフローコントローラ５
６や流量調節弁４９などで極力、未燃焼ガスが発生しな
い空燃比の状態で、供給燃料、空気を最適な状態を保ち
ながら、触媒燃焼体４の表面温度、合金充填容器１３、
すなわち、水素吸蔵合金３の温度、いわゆる水素吸蔵合
金３が水素を放出するのに必要な熱量に制御する必要が
ある。また、合金充填容器１３内の水素吸蔵合金３が所
定の温度以上に昇温され、水素解離圧が上昇し、合金充
填容器１３の変形、破損を招くおそれがあるため、常に
圧力計４７により圧力を監視し、圧力管理における合金
温度制御を行う必要がある。また、好ましくは、合金充
填容器３近傍の配管に安全弁を付けるのが良い。そし
て、水素吸蔵合金３から放出された水素はフィルタ２６
を通り、流路３０、２９により圧力調節器４４、マスフ
ローコントローラ４５、バルブ４６を介して利用系に供
給することができる。

【００２７】自立運転をする場合には、水素吸蔵合金３
が所定の温度に昇温され、触媒燃焼４への十分な供給圧
力並びに利用系での必要圧力が得られた状態になると、
バルブ５８を閉じ、バルブ６２を開き、水素吸蔵合金３
からの放出水素の一部を流路５４により圧力調節器５
７、マスフローコントローラ５６、バルブ５５を介して
混合器５３へ送り、空気と混合して流路４１により上記
と同様に、触媒燃焼体４に供給し、放出水素の大部分を
バルブ４６を介して利用系に供給する水素を放出させ
る。利用系において必要とする水素量が得られなくなっ
た時点で放出は終了する。自立運転しない場合には、上
記のように水素発生源から水素ガスを供給する。

【００２８】そして、空気を混合した水素ガスを胴部１
８、すなわち、分配板における多数の小穴１８ａから触
媒燃焼体４の全体にほぼ均一に供給し、触媒燃焼体４の
全体をほぼに均一に燃焼させることができ、しかも、こ
の燃焼熱を伝熱フィン３３により水素吸蔵合金３の全体
にほぼ均一に伝達し、水素吸蔵合金３の全体をほぼ均一
に昇温させることができ、水素吸蔵合金３からの水素放
出効率を向上させることができる。

【００２９】次に、水素吸蔵動作について説明する。水
素放出後、水素吸蔵合金３に再度、水素を吸蔵させる場
合、水素吸蔵合金３を水素吸蔵可能な温度まで昇温する
必要がある。水素吸蔵合金３の昇温に際し、水素吸蔵合
金３が既に冷却されている場合には、触媒燃焼体４の起
動、水素放出時の手順同様に、触媒燃焼体４に燃料であ
る水素ガスと空気を供給し、合金充填容器１３および水
素吸蔵合金３を昇温する必要がある。しかし、水素放出
後、直ぐに水素を吸蔵させる場合には、既に水素吸蔵合
金３は加熱された状態であるので、特に、触媒燃焼体４
による燃焼熱の供給を必要とすることなく、水素の吸蔵
を開始することができる。水素吸蔵合金３に長時間かけ
て水素を吸蔵させる場合には、バルブ４６、４８、５
５、６０を閉じ、バルブ６２を開き、水素供給源から水
素ガスを流路６１、２９によりバルブ５８、６２を介し
て流路３０に供給し、更にフィルタ２６を介して水素吸
蔵合金３に対して供給することにより、水素吸蔵合金３
の反応熱と断熱容器２の放熱とのバランスにより、特
に、冷却手段を設けることなく、水素を吸蔵させること
が可能である。また、水素吸蔵合金３に水素を急速に吸
蔵させる場合には、水素吸蔵時の反応熱を除去するため
に、バルブ４８を開き、ブロワ５０の駆動により空気を
流路３６により流量調節バルブ４９、バルブ４８を介し
て流路２４に供給し、これより流路３２、２５に供給
し、パイプ３１、伝熱フィン３３を介して水素吸蔵合金
３を冷却する。これにより、反応熱を効率良く除去する
ことができるので、急速な水素吸蔵が可能となる。水素
吸蔵合金３の冷却に用いた空気は流路１４ａ、触媒燃焼
体４内を通り、流路３９、３８から水素貯蔵容器１外へ
排出される。

【００３０】ところで、触媒燃焼体４に供給する燃料
は、触媒燃焼体４で安定的に燃焼できる燃料であれば特
に限定するものではない。また、一般的に炭化水素系ガ
スを触媒燃焼体４で燃焼させる場合、３００℃程度まで
触媒燃焼体４が予熱されている必要があり、その予熱に
電気ヒーターなどを用いるのが一般的であるが、この水
素貯蔵容器１では、常温以下でも容易に触媒燃焼体４で
燃焼できる水素ガスを運転開始時の一般的な触媒燃料と
して用いることができる。また、車載用などの空間的な
制約やその他の環境要因で、触媒用としての燃料を搭載
できない場合には、上記のように水素吸蔵合金３の吸蔵
している一部の水素を触媒燃焼体４に供給することで自
立した運転が可能となる。

【００３１】また、触媒燃焼温度は供給する燃料の増減
で容易に制御可能であるため、水素吸蔵合金３として、
従来、熱媒温度的に実用化されなかった水素吸蔵量の多
いＭｇ系合金の利用が可能となり、特に、Ｍｇ系合金を
利用して吸蔵された水素の一部を触媒燃焼体４に供給す
る自立型の水素貯蔵容器１においては、水素燃焼熱量と
Ｍｇ系合金の水素解離熱量との関係から、理論的には約
７０％の吸蔵水素を利用系に、残りの約３０％を触媒に
供給することで、連続的に水素放出が可能となる。

【００３２】例えば、水素吸蔵合金３としてＭｇ₂Ｎｉ
を用いた場合における論理的な利用系水素と触媒供給系
水素の比率と、利用系水素量を試算すると、水素１モル
当たりの燃焼熱量は５７．８ｋｃａｌであり、Ｍｇ₂Ｎ
ｉから水素１モルを放出する際の解離熱量は１６．８ｋ
ｃａｌである。したがって、（１６．８÷５７．８）×
１００＝２９％と試算され、Ｍｇ₂Ｎｉの水素吸蔵量
３．６ｗｔ％から利用系に供給できる水素量は、３．６
×０．７１＝２．５５６ｗｔ％であり、Ｍｇを貯蔵媒体
として利用した場合には、７．６×０．７１＝５．３９
６ｗｔ％にも達する。現在、実用化されている１００℃
以下で水素の吸蔵・放出を行うことができる水素吸蔵合
金（希土類系合金、チタン系合金、ジルコニウム系合
金、バナジウム系合金など）の水素吸蔵量が１．５ｗｔ
％程度であることを考慮すると、吸蔵されている一部の
水素を触媒で燃焼させても、従来より貯蔵量の多い水素
貯蔵容器として利用することができる。

【００３３】また、特に、高温で水素の吸蔵・放出を行
う水素吸蔵合金３を利用する場合、合金充填容器１３と
触媒燃焼体４との熱交換効率と断熱容器２からの放熱が
水素使用効率に大きく影響する。触媒燃焼体４からの熱
は、触媒燃焼体４から放射される輻射熱と燃焼排ガスに
よる対流熱とがあり、その両方の熱を合金充填容器１３
および水素吸蔵合金３が有効に受熱できるように、上記
のように触媒燃焼体４から直接伝熱で熱を受けられるよ
うな構造にし、伝熱フィン３３を設けるとともに、合金
充填容器１３の胴部１４を黒体化するのが好ましい。

【００３４】また、触媒燃焼体４が燃焼する際に必要な
空気量が理論空燃比に近いほど、余剰な空気を加熱する
必要がないため、少ない水素供給量で所定の温度まで触
媒燃焼体４を加熱することができ、また、排ガスも高い
温度となる。しかしながら、燃料ガスと空気とを触媒表
面に別々な状態で供給すると、触媒表面上での燃料と空
気のそれぞれの濃度ムラが生じやすく、論理空燃比に近
い状態では燃焼しきれない未燃焼ガスが発生するため、
論理空燃比の３〜１０倍程度の過剰な空気を供給する必
要がある。したがって、望ましくは、上記のように燃料
ガスと空気とを予め混合させた状態で触媒燃焼体４に供
給することで、過剰に供給する空気量を減らすことがで
きる。

【００３５】また、夜間などに長い時間をかけて水素を
貯蔵する場合には、断熱容器２の放熱ロスとのバランス
で、特に冷却せず、水素を水素吸蔵合金３に吸蔵させる
ことができる。しかし、急速に吸蔵させる必要のある場
合には、上記のように合金充填容器１３に水や空気など
の冷媒を供給し、水素が吸蔵される際の反応熱を除去す
る必要がある。この水素貯蔵容器１には触媒燃焼体４に
空気を供給する必要性から、ブロワ５０などの供給装置
を備えているので、触媒供給用の空気を冷却用媒体とし
て利用することが可能である。

【００３６】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図６は本発明の第２の実施形態に係る水素貯蔵
装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図１と同様の縦断面
図である。

【００３７】本実施形態においては、図６に示すよう
に、流路２５側に冷媒を供給する流路６５を形成するた
めのパイプ６４が水密状態で連通され、上記第１の実施
形態における配管系統が水素ガスを流路３０に供給して
水素吸蔵合金３に水素を吸蔵させる際、冷却空気を流路
４１から流路４３、４２、穴１８ａを経て触媒燃焼体４
へ供給し、触媒燃焼体４を通った冷却空気を流路３９、
３８から水素貯蔵容器１外へ排出する。一方、流路３６
からも冷却空気を流路２４、３２、２５へ供給し、流路
６５から水素貯蔵容器１外へ排出し、この間、胴部１
４、パイプ３１、伝熱フィン３３等を介して水素吸蔵合
金３を冷却するように構成されたものである。したがっ
て、上記第１の実施形態における流路１４ａについては
不要となる。その他の構成については上記第１の実施形
態と同様であるので、同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略する。

【００３８】本実施形態によれば、水素吸蔵合金３に水
素を吸蔵させる際、流路４１および流路３６の両方側か
ら冷媒を供給して反応熱を除去することができるので、
急速に水素を吸蔵させるのに適する。

【００３９】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図７は本発明の第３の実施形態に係る水素貯蔵
装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面
図である。

【００４０】本実施形態においては、図７に示すよう
に、触媒燃焼体４と合金充填容器１３との間に触媒燃焼
体４に対する燃焼時の空気供給、触媒燃焼体４が燃焼す
る際の排ガスの排出、水素吸蔵合金３に水素を吸蔵させ
る際の冷却媒体の供給に兼用する流路６６が形成され、
上記第１の実施形態における配管系統が切替えられるよ
うになっている。また、触媒燃焼体４の燃焼熱を合金充
填容器１３に効率良く伝達するために両者間が放射状に
配置された伝熱フィン６７により連結されている。合金
充填容器１３内の伝熱フィン３３が放射状に配置されて
いる点を除き、その他の構成については上記第１、第２
の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を
付してその説明を省略する。

【００４１】本実施形態によれば、触媒燃焼体４の全体
に燃料ガスおよび空気を一層均一に供給することがで
き、また、空気と水素とを別々の経路より供給すること
ができて、予混合ガスで燃焼させる場合に発生するおそ
れがあるガス供給ラインへ逆火を抑制することができる
ので、触媒燃焼体４の全体を一層均一に燃焼させること
ができて水素吸蔵合金３からの水素放出効率を向上させ
ることができる。また、触媒燃焼体４に供給する燃料ガ
スと空気とを予め混合しておく場合には、流路４２に上
記混合ガスを供給し、流路６６には触媒燃焼体４の燃焼
による排ガスを通すことができる。したがって、この排
ガスによっても合金充填容器１３、すなわち、水素吸蔵
合金３を加熱することができる。

【００４２】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。図８は本発明の第４の実施形態に係る水素貯蔵
装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面
図である。

【００４３】本実施形態においては、図８に示すよう
に、触媒燃焼体４と胴部１８である分配板との間に逆火
防止を兼用するセラミックスファイバーなどから成る分
散材６８が設けられ、胴部１８である分配板の多数の小
穴１８ａ（図１参照）から供給された燃料ガスが分散材
６８により分散されて触媒燃焼体４に供給されるように
構成されている。その他の構成については上記第１、第
２の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号
を付してその説明を省略する。

【００４４】本実施形態によれば、燃料ガスは、胴部１
８の小穴１８ａから分散材６８を経由し、触媒燃焼体４
の全体に更に一層均一に分散供給されるので、触媒燃焼
体４の全体を更に一層均一に燃焼させて水素吸蔵合金３
からの水素放出効率を向上させることができる。また、
分散材６８のガス通過経路を燃料の消炎距離、あるいは
消炎直径以下、望ましくは燃料のいかなる場合の空気に
対する混合比においても、外部の燃料の発火を生じさせ
ないようなギャップ（セーフ・ギャップ）より小さくす
ることにより、予混合ガスを燃焼させる場合に発生する
おそれがあるガス供給ラインへの逆火を確実に防止する
ことができる。例えば、水素であれば、消炎距離０．６
ｍｍ、セーフ・ギャップ０．２８ｍｍであるので、分散
材６８のガス通過経路を０．２８ｍｍ以下にすることに
より、逆火を確実に防止することができる。

【００４５】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。図９は本発明の第５の実施形態に係る水素貯蔵
装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面
図である。

【００４６】本実施形態においては、図９に示すよう
に、触媒燃焼体４と合金充填容器１３の胴部１４との間
に発泡金属から成る伝熱体７７が設けられ、触媒燃焼体
４の燃焼に伴う熱を合成充填容器１３、すなわち、水素
吸蔵合金３に伝達するとともに、触媒燃焼体４に対する
燃焼時の空気の供給、触媒燃焼体４の燃焼時の排ガスの
排出、水素吸蔵合金３を冷却する際の冷媒の供給に兼用
する流路として利用するように構成されたものである。
その他の構成は上記第１ないし第４の実施形態と同様で
あるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省
略する。

【００４７】本実施形態によれば、触媒燃焼体４の燃焼
時の熱を合金充填容器１３、すなわち、水素吸蔵合金３
に対して一層効率良く伝達することができる。また、触
媒燃焼体４の全体に燃料ガスおよび空気を一層均一に供
給することができるので、触媒燃焼体４の全体を一層均
一に燃焼させることができて水素吸蔵合金３からの水素
放出効率を向上させることができる。また、触媒燃焼体
４に供給する燃料ガスと空気とを予め混合しておく場合
には、流路４２に上記混合ガスを供給し、伝熱体７７に
は触媒燃焼体４の燃焼による排ガスを通すことができ
る。したがって、この排ガスによっても合金充填容器１
３、すなわち、水素吸蔵合金３を加熱することができ
る。

【００４８】次に、本発明の第６の実施形態について説
明する。図１０は本発明の第６の実施形態に係る水素貯
蔵装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断
面図である。

【００４９】本実施形態においては、図１０に示すよう
に、水素吸蔵合金３と触媒燃焼体４とが断熱容器２内で
周方向に複数段に配置されている。図示例では、水素吸
蔵合金３と触媒燃焼体４とが断熱容器２内で周方向に２
段に積層されており、上記第１の実施形態において、断
熱容器２と触媒燃焼体容器１７との間に断熱容器２の内
部容器６を利用した筒状の合金充填容器６９と触媒燃焼
体容器７０が設けられ、触媒燃焼体容器７０の胴部７１
である多数の小穴（図示省略）を有する分配板と触媒燃
焼体容器１７の胴部１８である多数の小穴１８ａを有す
る分配板との間に流路４２が形成されている。合金充填
容器６９内には軸方向に沿って周上、複数箇所に筒状の
フィルタ７２と小径のパイプ７３が設けられ、フィルタ
７２内が水素を放出するための流路７４となり、パイプ
７３内が冷媒を供給するための流路７５となっている。
合金充填容器６９内には軸心と直角方向で板状の伝熱フ
ィン（図示省略）が胴部１０、７６とパイプ７３とを連
結するように複数列に設けられている。そして、合金充
填容器１３、６９内には上記と同様の水素吸蔵合金３が
収められ、触媒燃焼体容器１７、７０内には上記と同様
の触媒燃焼体４が収められている。その他の構成につい
ては上記第１ないし第５の実施形態と同様であるので、
同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

【００５０】なお、本実施形態において、外側の合金充
填容器６９の内側に触媒燃焼体４を配置しているが、合
金充填容器６９の外側に触媒燃焼体４と燃料供給用の流
路を形成することもできる。

【００５１】本実施形態によれば、多量の水素ガスの利
用に適応させることができる。

【００５２】次に、本発明の第７の実施形態について説
明する。図１１ないし図１７は本発明の第７の実施形態
に係る水素貯蔵装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図１
１は図１と同様の縦断面図、図１２ないし図１７はそれ
ぞれ図１０のXII−XII矢視図、XIII−XIII矢視断面図、
XIV−XIV矢視断面図、XV−XV矢視断面図、XVI−XVI矢視
断面図、XVII−XVII矢視断面図、図１８は全体の配管系
統図である。

【００５３】本実施形態においては、図１１〜図１７に
示すように、水素吸蔵合金３と触媒燃焼体４とが断熱容
器２の軸心方向に沿って複数段に配置されている。図示
例では、断熱容器２内に合金充填容器７８、７９、８
０、８１、８２が設けられ、各合金充填容器７８〜８２
の対向側には触媒燃焼体容器８３、８４、８５、８６、
８７、８８、８９、９０が設けられている。合金充填容
器７８〜８２および触媒燃焼体容器８３〜９０の外周面
と断熱容器２の内周面との間に触媒燃焼体４を燃焼させ
るための空気混合燃料ガス供給用と水素吸蔵合金３によ
る水素吸蔵時の冷媒供給用とを兼用する流路９１と、触
媒燃焼体４の燃焼時の排ガス排出用の流路９２とが仕切
板９３、９４、９５、９６により区画されて形成されて
いる。流路９１は触媒燃焼体容器８３〜９０の間に形成
された流路９７に連通されている。各触媒燃焼体容器８
３〜９０における流路９７側は分配板９８として多数の
小穴９８ａが形成されている。流路９７の一側は断熱容
器２に接合されたパイプ１００の流路１０１により断熱
容器２外に導かれている。流路９２は触媒燃焼体容器８
３〜９０にその穴１０２により連通され、流路９２の一
側は断熱容器２に接合されたパイプ１０３の流路１０４
により断熱容器２外に導かれている。流路９２は各触媒
燃焼体容器８３〜９０の間に一部を連通させた状態で排
ガス仕切板１０５が設けられ、触媒燃焼体４の燃焼時の
排ガスが迂回されるようになっている。

【００５４】合金充填容器７８〜８２および触媒燃焼体
容器８３〜９０の四隅部において断熱容器２の軸心方向
に沿ってフィルタ１０６により水素放出、吸蔵用の流路
１０７が形成され、各流路１０７の一側が合金充填容器
７８の一側に形成された流路１０８に連通され、流路１
０８は断熱容器２に水密状態で挿通され、合金充填容器
７８に接合されたパイプ１０９内の流路１１０により断
熱容器２外に導かれている。各合金充填容器７８〜８２
内には全体にほぼ均等に多数の水素流通用穴（図示省
略）を有する格子状の伝熱フィン１１１が設けられてい
る。そして、各合金充填容器７８〜８２に上記と同様の
水素吸蔵合金３が収められ、各触媒燃焼体容器８３〜９
０に上記と同様の触媒燃焼体４が収められている。断熱
容器２は図示していないが、外面が断熱材により被覆さ
れている。

【００５５】上記のように流路９１、１０１は空気混合
燃料ガスの供給と冷媒の供給とを兼用しているので、図
１８に示すように、配管系統において、空気混合水素ガ
スと冷却空気が切り替えられて流路１０１に供給される
のを除き、水素吸蔵合金３による水素の放出動作、水素
吸蔵合金３に対する水素吸蔵動作については上記第１の
実施形態と同様に行うことができ、同一部分には同一符
号を付してその説明を省略する。その他の構成について
は上記第１ないし第６の実施形態と同様である。

【００５６】本実施形態によれば、多量の水素ガスの利
用に適応させることができる。

【００５７】次に、本発明の第８の実施形態について説
明する。図１９は本発明の第８の実施形態に係る水素貯
蔵装置に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断
面図である。

【００５８】本実施形態においては、図１９に示すよう
に、上記第１ないし第７の実施形態における水素吸蔵合
金３、触媒燃焼体４およびそれらの水素放出、吸蔵水素
の供給、空気および燃焼ガスの供給、冷媒の供給のため
の流路を１ユニットとして断熱容器２内に複数ユニット
（図示例では４ユニット）組み込むようにしたものであ
り、断熱容器２の内部容器６は各ユニットを包囲するよ
うに形成されている（なお、図示例では、第１の実施形
態の水素貯蔵容器１に用いたものを１ユニットとして示
している。）。その他の構成については上記第１ないし
第７の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符
号を付してその説明を省略する。

【００５９】本実施形態によれば、多量の水素ガスの利
用に適応させることができる。

【００６０】なお、上記第１ないし第６の実施形態にお
ける触媒燃焼体４に燃料ガスを分配供給する分配板を緻
密な金属フィルタに替えることができる。また、上記各
実施形態における水素貯蔵容器１は縦向きで示している
が、使用に際しては縦向きであっても、横向きであって
も差支えない。また、触媒燃焼体４に供給する燃料とし
ては、既存の設備等の問題を考慮すれば、都市ガスなど
の炭化水素系のガス燃料を用いるのが好ましく、水素貯
蔵容器１であることを考慮すれば、水素を燃料として用
いることが十分可能である。そして、触媒燃焼体４の予
熱後、都市ガスなどの炭化水素系ガスに切り替えること
により、安定的に供給することができる。更に、断熱容
器２は外部容器５と内部容器６との空間を真空化する真
空断熱構造とすることにより、外部への放熱ロスを少な
くし、触媒燃焼体４への水素供給量を増加させ、水素利
用効率を向上させるのに貢献することができる。この場
合、真空断熱層は単なる真空断熱構造でもよいが、断熱
層の内壁に反射率の高い銅、アルミニウム、銀などをメ
ッキした真空断熱構造、若しくは真空断熱層に反射率の
高いアルミ箔、銅箔、アルミ蒸着フィルム等の輻射断熱
材を積層状態で設けた積層断熱構造、若しくは真空断熱
層にパーライト粉末、中空ガラス球等の微粉末を充填し
た真空断熱構造を用いることができる。真空断熱層の高
い断熱効率をより長時間に亘って維持するには、ゲッタ
ー材を充填するとよい。このほか、本発明は、その基本
的技術思想を逸脱しない範囲で種々設計変更することが
できる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料ガスを触媒燃焼体のほぼ全体に均一に分配供給するよ
うにしているので、触媒燃焼体のほぼ全体を均一に燃焼
させ、水素吸蔵合金の全体をほぼ均一に加熱することが
できる。したがって、水素放出効率を向上させることが
できて汎用性を向上させることができる。

【００６２】また、触媒燃焼体の燃焼による熱を水素吸
蔵合金における上記触媒燃焼体に対する離隔側の全体に
ほぼ均一に直接伝導により伝熱することにより、水素吸
蔵合金の収納量が多くてもその全体をほぼ均一に加熱す
ることができる。したがって、水素放出効率を更に一層
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る水素貯蔵装置に
用いる水素貯蔵容器を示す縦断面図である。

【図２】同水素貯蔵容器を示す平面図である。

【図３】同水素貯蔵容器を示す底面図である。

【図４】同水素貯蔵容器を示し、図１のIV−IV矢視横断
面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る水素貯蔵装置の
配管系統図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る水素貯蔵装置に
用いる水素貯蔵容器を示す縦断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る水素貯蔵装置に
用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面図であ
る。

【図８】本発明の第４の実施形態に係る水素貯蔵装置に
用いる水素貯蔵容器を示し、図１と同様の縦断面図であ
る。

【図９】本発明の第５の実施形態に係る水素貯蔵装置に
用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面図であ
る。

【図１０】本発明の第６の実施形態に係る水素貯蔵装置
に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面図で
ある。

【図１１】本発明の第７の実施形態に係る水素貯蔵装置
に用いる水素貯蔵容器を示し、図１と同様の縦断面図で
ある。

【図１２】同水素貯蔵容器を示し、図１１のXII−XII矢
視図である。

【図１３】同水素貯蔵容器を示し、図１１のXIII−XIII
矢視横断面図である。

【図１４】同水素貯蔵容器を示し、図１１のXIV−XIV矢
視横断面図である。

【図１５】同水素貯蔵容器を示し、図１１のXV−XV矢視
横断面図である。

【図１６】同水素貯蔵容器を示し、図１１のXVI−XVI矢
視横断面図である。

【図１７】同水素貯蔵容器を示し、図１１のXVII−XVII
矢視横断面図である。

【図１８】本発明の第７の実施形態に係る水素貯蔵装置
の配管系統図である。

【図１９】本発明の第８の実施形態に係る水素貯蔵装置
に用いる水素貯蔵容器を示し、図４と同様の横断面図で
ある。

【符号の説明】

１水素貯蔵容器２断熱容器３水素吸蔵合金４触媒燃焼体１３合金充填容器１７触媒燃焼体容器１８胴部（分配板）１８ａ分散用小穴２１真空断熱層２４流路２５流路２６フィルタ２９流路３０流路３２流路３３伝熱フィン３６流路３７流路４１流路６８分散材７４流路７５流路７７伝熱体７８〜８２合金充填容器８３〜９０触媒燃焼体容器９８分配板９１流路９２流路１０１流路１０４流路１１０流路１１１伝熱フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合金充填容器と、この合金充填容器に収
められた水素吸蔵合金と、この水素吸蔵合金を水素放出
させるために加熱する触媒燃焼体と、この触媒燃焼体の
全体に燃料ガスをほぼ均一に分配する手段と、上記水素
吸蔵合金から放出される水素を外部に取出す手段とを備
えた水素貯蔵装置。
【請求項２】水素吸蔵合金が水素を吸蔵する際に発生
する反応熱を除去するための冷却手段を備えた請求項１
記載の水素吸蔵装置。
【請求項３】触媒燃焼体の燃焼による熱を水素吸蔵合
金における上記触媒燃焼体に対する離隔側の全体にほぼ
均一に直接伝導により伝熱し得る伝熱手段を備えた請求
項１または２記載の水素貯蔵装置。
【請求項４】触媒燃焼体に供給する燃料ガスが水素ガ
ス、炭化水素系ガス、若しくはそれらを含む混合ガスで
ある請求項１ないし３のいずれかに記載の水素貯蔵装
置。
【請求項５】水素吸蔵合金から放出される水素ガスの
一部を触媒燃焼体の燃料として用いるように構成された
請求項１ないし４のいずれかに記載の水素貯蔵装置。