JP2004205197A - 水素吸蔵合金、水素吸蔵合金ユニット、並びに、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプ及び水素圧縮装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置をコンパクトにでき、水素吸蔵合金の加熱と冷却の切り替え時の熱のロスが少なく、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損するおそれのない水素吸蔵合金ユニットを提供する。
【解決手段】熱媒体源が流通する熱交換室と、熱交換室の両側に形成された一対の水素室と、一対の水素室内にそれぞれ一端部が臨み、他端部が自由状態で熱交換室内に延び、一対の水素室側にそれぞれ一端部が固定された対をなす水素吸蔵合金パイプ群と、を備え、対をなす水素吸蔵合金パイプ群を構成する各水素吸蔵合金パイプは、その内部に水素吸蔵合金を有していて、熱交換室内側の自由端部は閉じており、水素室内側の端部に水素流通孔が開口している。
【選択図】 図１
【解決手段】熱媒体源が流通する熱交換室と、熱交換室の両側に形成された一対の水素室と、一対の水素室内にそれぞれ一端部が臨み、他端部が自由状態で熱交換室内に延び、一対の水素室側にそれぞれ一端部が固定された対をなす水素吸蔵合金パイプ群と、を備え、対をなす水素吸蔵合金パイプ群を構成する各水素吸蔵合金パイプは、その内部に水素吸蔵合金を有していて、熱交換室内側の自由端部は閉じており、水素室内側の端部に水素流通孔が開口している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金、水素吸蔵合金ユニット、並びに、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプ及び水素圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
従来、複数の水素吸蔵合金を使用する場合には、各水素吸蔵合金ごとに熱媒体源、水素取出し流路を設けなければならなかったため、装置が複雑化、大型化しやすく、大量の熱媒体源を用意しなければならなかった。また、水素吸蔵合金の加熱と冷却の切り替え時の熱のロスも多かった。さらに、水素吸蔵合金を固定配置すると、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損することがあった。
【０００３】
一方、従来の水素吸蔵合金を用いるヒートポンプにおいては、超低温を達成するのは困難であって、達成するためには大掛かりな装置を用いなければならなかった。
【０００４】
また、従来の水素圧縮装置においては、コンプレッサのピストンリングとシリンダ内壁との間隙から水素漏れが生じやすかったため、高圧縮を達成することが困難であった。
【０００５】
さらに、粉体状の水素吸蔵合金を用いた場合、水素吸蔵合金を収容した容器が振動するとその振動によって内部の水素吸蔵合金が偏ってしまうことで水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損することがあった。
【０００６】
【特許文献】
特開平２−１１０２６３号公報
特開昭６０−９８３９号公報
特開２０００−４５９２６号公報
特開昭６３−１６１３６８号公報
実用新案登録第２５２８６２１号公報
米国特許第４，６０９，０３８号公報
特開平４−２３２２０２号公報
特開平２−１８８４０１号公報
【０００７】
【発明の目的】
そこで本発明の目的は、装置をコンパクトにでき、水素吸蔵合金の加熱と冷却において熱伝播を速めながら切り替え時の熱のロスが少なく、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損するおそれの少ない水素吸蔵合金ユニットを提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、コンパクトな構成で超低温を達成することのできるヒートポンプを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、より高圧で水素を圧縮可能な水素圧縮装置を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる別の目的は、振動によって容器内に収容された水素吸蔵合金が偏ることのない水素吸蔵合金装置を提供することにある。
【００１１】
【発明の概要】
上記問題点を解決するために、本発明の水素吸蔵合金においては、水素吸蔵合金材料及び水素吸着材料の共融混合物の粉末を粘性物質と混合してペースト化したことを特徴としている。
【００１２】
本発明の水素吸蔵合金ユニットにおいては、熱媒体源が流通する熱交換室と、熱交換室の両側に形成された一対の水素室と、一対の水素室内にそれぞれ一端部が臨み、他端部が自由状態で熱交換室内に延び、一対の水素室側にそれぞれ一端部が固定された対をなす水素吸蔵合金パイプ群と、を備え、対をなす水素吸蔵合金パイプ群を構成する各水素吸蔵合金パイプは、その内部に水素吸蔵合金を有していて、熱交換室内側の自由端部は閉じており、水素室内側の端部に水素流通孔が開口していることを特徴としている。
【００１３】
対をなす水素吸蔵合金パイプは、ハニカム状に配置されていることが好ましく、その内部の水素吸蔵合金の解離圧を異ならせることにより、共通の熱媒体源により水素の吸蔵と放出を同時に実現可能となる。
【００１４】
水素吸蔵合金パイプはそれぞれ、中心部の水素流通孔を有する多孔質材料からなるパウンド材と、このパウンド材と外殻パイプとの間にペースト状で装着した後に固化させる水素吸蔵合金ペーストとを有すると製造上好ましい。
【００１５】
さらに、水素吸蔵合金パイプの外周にはカーボン繊維または炭化物繊維が巻きつけられていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のヒートポンプは、所定の解離圧を有する第１水素吸蔵合金を備える第１水素吸蔵合金装置と、第１水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第２水素吸蔵合金を備える第２水素吸蔵合金装置と、第２水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第３水素吸蔵合金を備える第３水素吸蔵合金装置と、第３水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第４水素吸蔵合金を備える第４水素吸蔵合金装置と、を有し、第２水素吸蔵合金装置と第３水素吸蔵合金装置は一つのユニットを形成し、ユニットは、第２水素吸蔵合金を有する第１水素吸蔵合金パイプ群と、第１水素吸蔵合金パイプの一端が固定される第１水素室と、第３水素吸蔵合金を有する第２水素吸蔵合金パイプ群と、第２水素吸蔵合金パイプの一端が固定される第２水素室と、を備え、第２水素吸蔵合金パイプの他端及び第３水素吸蔵合金パイプの他端は共通の熱交換室に配置され、第１水素吸蔵合金装置は、第２水素吸蔵合金装置及び第３水素吸蔵合金装置のうちの一方と連通し、第４水素吸蔵合金装置は、第２水素吸蔵合金装置及び第３水素吸蔵合金装置のうちの他方と連通し、第１水素吸蔵合金装置乃至第４水素吸蔵合金装置のいずれかを加熱又は冷却することにより、第１水素吸蔵合金装置及び第４水素吸蔵合金装置は、それぞれユニットへ水素を移送することを特徴としている。
【００１７】
上記ヒートポンプにおいては、第２水素吸蔵合金装置と第４水素吸蔵合金装置とは、第４水素吸蔵合金装置から第２水素吸蔵合金装置へ水素を移送可能なポンプを介して連通されていることが好ましい。
【００１８】
さらに、上記ヒートポンプに用いる水素吸蔵合金パイプの外周にはカーボン繊維または炭化物繊維が巻きつけられていることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明のヒートポンプは、所定の解離圧を有する第１水素吸蔵合金を備える第１水素吸蔵合金装置と、第１水素吸蔵合金より低い解離圧を有する第２水素吸蔵合金を備える第２水素吸蔵合金装置と、前記第１水素吸蔵合金より低い解離圧を有する第３水素吸蔵合金を備える第３水素吸蔵合金装置と、第１水素吸蔵合金と同じ解離圧を有する第４水素吸蔵合金を備える第４水素吸蔵合金装置と、を有し、第１水素吸蔵合金装置と前記第２水素吸蔵合金装置はポンプユニットにより連結された第１系統を形成し、第３水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置は前記ポンプユニットにより連結された第２系統を形成し、２つの系統のそれぞれにおいて、一方の水素吸蔵合金装置を加熱又は冷却し、かつ、前記ポンプユニットを動作させることにより、第１水素吸蔵合金装置と前記第２水素吸蔵合金装置との間、及び、前記第３水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置との間で、互いに反対方向に水素の移送を行うことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の水素圧縮装置では、水素吸蔵合金材料及び水素吸着材料の共融混合物の粉末を粘性物質と混合してなる水素吸蔵合金を有し、熱媒体源との間で熱の授受が可能な水素吸蔵合金装置と、水素吸蔵合金装置とポンプを介して連通した水素貯蔵容器と、を備え、熱媒体源により水素吸蔵合金装置を加熱するとともに、ポンプを水素吸蔵合金装置から水素貯蔵容器へ水素を移送するように動作させることにより水素貯蔵容器に圧縮して水素を収容することを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明の水素圧縮装置は、水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金装置と、それぞれ水素吸蔵合金装置に切り替え可能に連通された第１圧力容器及び第２圧力容器と、第１圧力容器及び第２圧力容器の双方に連通され、流体を移送可能なポンプと、第１圧力容器及び第２圧力容器のそれぞれに連通した水素貯蔵容器と、を備え、水素吸蔵合金装置を加熱して水素吸蔵合金から放出された水素を、第１圧力容器及び第２圧力容器の一方に移送し、かつ、第１圧力容器及び第２圧力容器のうち水素が移送された一方側から他方側へ流体を移送するようにポンプを動作させることにより水素貯蔵容器に圧縮して水素を収容することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下、本発明に係る水素吸蔵合金及び水素吸蔵合金ユニット、並びに、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプ及び水素圧縮装置の実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
【００２３】
（１）第１実施形態（水素吸蔵合金ユニット）
第１実施形態に係る水素吸蔵合金ユニット１０の全体構造について図１乃至図３を参照しつつ説明する。水素吸蔵合金ユニット１０は、略円筒状の本体部１１と、該本体部１１の両端部を閉塞する外側に凸の端板部１２、１３と、この端板部１２、１３の外側に溶接され、該端板部１２、１３との間にそれぞれ密閉された水素室３２、３３を形成する椀状部２２、２３とを有する。水素室３２、３３を形成する壁面としての端板部１２、１３、椀状部２２、２３は高圧に耐えうるように肉厚としてある。また、水素吸蔵合金ユニット１０は、例えばチタン、ＳＵＳ、アルミニウムなどの金属材によって形成することができる。
【００２４】
水素吸蔵合金ユニット１０の本体部１１には、端板部１２側及び端板部１３側にそれぞれノズル１４及び１５が設けられている。ノズル１４及び１５は、水素吸蔵合金ユニット１０の外部に配置された熱媒体源（不図示）にそれぞれ連結されていて、中空本体部１１の内部の熱交換室１６と連通している。したがって、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源の温度を調整しまたは選択することにより熱交換室１６の雰囲気温度を調整することが可能である。熱媒体源としては、雪や氷を含む自然外気温、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００２５】
また、水素室３２、３３を構成する椀状部２２及び２３には、該水素室３２、３３を外部と連通させるノズル（水素ノズル）２４及びノズル（水素ノズル）２５が設けられている。
【００２６】
熱交換室１６には、同一構造を有する第１、第２の水素吸蔵合金パイプ（群）４１、４２がハニカム状（蜂の巣状）に配置されている。第１の水素吸蔵合金パイプ４１は、閉じられた一端（放置端）４１ａが熱交換室１６内にあり、開放された他端（固定端）４１ｂは端板部１２を気密に貫通し水素室３２内に臨んでいる。同様に水素吸蔵合金パイプ４２は、閉じられた一端４２ａが熱交換室１６内に配置され、開放された他端４２ｂが端板部１３を気密に貫通し水素室３３内に臨んでいる。これらの第１、第２の水素吸蔵合金パイプ４１及び４２は、それぞれ水素室３２、３３側の端部だけが端板部１２、１３に固定されている。このため、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２が熱により膨張しても、放置端４１ａ及び４２ａが伸張可能であるため、パイプの破損を回避することができる。また、このような構成とするとパイプ間を密接して設けることができるため、熱交換室１６内に供給する熱媒体源の量を少なくすることができ、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２を加熱又は冷却するときの熱媒体源切り替え時の熱のロスを最小限にすることができる。なお、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２は、例えばチタン、ＳＵＳによって形成することができる。
【００２７】
水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の外周にはカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）が巻きつけられていることが好ましい。このように構成することにより、軽量かつ耐圧性の高い水素吸蔵合金ユニット１０を実現することができる。
【００２８】
水素吸蔵合金パイプ４１、４２は、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源により熱交換室１６の温度が上げられ水素吸蔵温度域に達すると、内部に配置された水素吸蔵合金から水素が放出される。放出された水素は、開放された固定端４１ｂ又は４２ｂから水素室３２又は３３に移送され、水素吸蔵合金ユニット１０の外部に排出される。一方、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源により又は常温下に放置することにより、水素放出温度より高温であった熱交換室１６の温度が下げられ水素放出温度に達すると、水素吸蔵合金パイプ４１又は４２の内部に配置された水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。
【００２９】
この水素吸蔵合金パイプ４１及び４２においては、一方の水素吸蔵合金パイプの水素吸蔵合金が吸蔵（水素化）又は放出する場合の発熱又は吸熱による発生熱を、他方の水素吸蔵合金パイプの水素吸蔵合金が受領して水素を放出又は吸蔵（水素化）することができる。
【００３０】
また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２は、互いに接するように配置してあるため、使用する熱媒体が少なくて済む。このため、熱媒体を変更したときの熱交換室１６内の温度の切替をすばやく行うことができる。
【００３１】
さらに、この水素吸蔵合金パイプ４１と４２に用いる水素吸蔵合金の解離圧を異なるものとし、共通の熱媒体源によって水素吸蔵合金パイプ４１及び４２を同一温度に加熱又は冷却すると、一方の水素吸蔵合金パイプは水素を放出するが他方の水素吸蔵合金パイプは水素を吸蔵するという作用を実現することができる。
【００３２】
水素吸蔵合金パイプ（群）４１、４２は、以上の機能を有するものである。次に、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の好ましい実施形態を図３について説明する。水素吸蔵合金パイプ４１と４２は構造が同一であるため、ここでは水素吸蔵合金パイプ４１についてのみ説明する。もちろん、水素吸蔵合金パイプ４１と４２の構造を異なるものとすることもできる。
【００３３】
水素吸蔵合金パイプ４１は、金属製の筒状部材４１ｆ、水素吸蔵合金ペースト４１ｇ、パウンド材４１ｃ及び金属板４１ｄを有する一様断面をなしていて、筒状部材４１ｆの放置端４１ａが閉じられている。金属板４１ｄは、筒状部材４１ｆの径方向に渡る長さを有し、その中心部に波形曲折部４１ｄ’が形成されている。パウンド材４１ｃは、この金属板４１ｄの表裏に位置する略半円柱状をなす多孔質部材（水素を通すことができる部材）であり、該金属板４１ｄの波形曲折部４１ｄ’とパウンド材４１ｃとの間に水素流通孔４１ｅを構成する。この水素流通孔４１ｅは水素室３２に開口する。パウンド材４１ｃとしては、耐熱性が高く、かつ、伸縮性のあるものが好ましく、例えば発泡シリコンゴム剤を用いることができる。
【００３４】
水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、このパウンド材４１ｃと筒状部材４１ｆの間の空隙に充填された後、固化される。水素吸蔵合金材料をペースト化して装着することにより、水素吸蔵合金材料の微粉の飛散防止を図ることができるとともに、速い熱伝播を実現できるため水素吸蔵合金材料内における水素化及び外部への水素放出に要する反応時間を短くすることができる。また、筒状部材４１ｆ内に収容された水素吸蔵合金が振動によって偏ることがない。
【００３５】
なお、パウンド材４１ｃ及び金属板４１ｄを用いずに、筒状部材４１ｆの内壁に水素吸蔵合金ペースト４１ｇを成膜し、水素吸蔵合金ペースト４１ｇの内部を水素流通孔としてもよいし、あらかじめ接着剤を内壁に塗布した筒状部材４１ｆに水素吸蔵合金材料の粉末を装着して水素吸蔵合金ペースト４１ｇを形成してもよい。
【００３６】
ここで、水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、あらかじめ粒子径を約２０〜５０μｍに調整した粉末状の水素吸蔵合金材料単体を高分子系の接着剤と混合したものを使用するのが好ましいが、水素吸蔵合金材料と水素吸着材料との共融混合物（共晶体）の粉体を、接着剤などの粘性物質と混合してペースト化したものを用いることもできる。共融混合物とすることにより、合金重量に対して水素吸蔵重量比率を増やすことができる。また、水素吸着材料は圧力の増加に伴って水素吸着量が増加する性質を有するため、水素吸蔵合金材料単独の場合よりも多くの水素を取り込むことができ、かつ、本発明のように高圧を実現可能な水素吸蔵合金ユニットにおいてはこの効果は顕著である。
【００３７】
水素吸蔵合金材料としては、例えば、Ｃａ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉのほか、ＬａＮｉ系の合金、ＭｇＴｉ系の合金、メカニカルアロイング法によりＶ系の元素を混入した共融混合物などを使用することができる。
【００３８】
一方、水素吸着材料としては、例えば、炭素材、グラファイト構造やアモルファス構造のナノカーボン類、炭化物及び酸化物を使用することができる。ただし、水素吸着材料としてナノカーボン類を用いる場合は、共融混合物の製造時にナノカーボン類が水素吸蔵合金材料に溶け込んで、水素吸蔵合金材料が炭化されてしまうため、あらかじめナノカーボン微粒子に水素解離性の金属、炭化物又は酸化物の被膜を形成しておくことが好ましい。この被膜の形成は、湿式めっき、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法の中から、ナノカーボン類の種類等に応じた方法を選択して行う。
【００３９】
このように被膜したナノカーボン類、炭化物及び酸化物と、水素吸蔵合金材料との共融混合物は、カーボン類、炭化物及び酸化物の周囲にある水素吸蔵合金材料の水素解離特性によって、気体の水素分子（Ｈ２）が水素吸蔵合金材料に触れることによってプロトン（Ｈ）に分離して水素吸着材料の微粒子の表面及び内部の間隙に定着するため、より多くの水素を吸蔵することができる。
【００４０】
さらに、上述の接着剤に代えてゴム剤を用いることもできる。すなわち、水素吸蔵合金ペースト４１ｇとして、水素吸蔵合金材料単体、又は、水素吸蔵合金材料と水素吸着材料との共融混合物の粉体を、例えばシリコンのゴム剤と混合してペースト化してもよい。この場合は、筒状部材４１ｆに充填された水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、水素吸蔵合金パイプ４１を加熱することによって硬化する。
【００４１】
以上のように構成した水素吸蔵合金ユニット１０においては、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源の温度を所定の温度に設定することによって、熱交換室１６の温度を調整することができる。熱媒体源の温度を上げて熱交換室１６の温度が水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の一方または両方の水素放出温度に至ると、水素放出が始まる。放出された水素は、水素吸蔵合金パイプ４１から放出されたものは水素室３２を経てノズル２４から外部へ、水素吸蔵合金パイプ４２から放出されたものは水素室３３を経てノズル２５から外部へ流出する。一方、熱媒体源の温度を下げて、熱交換室１６の温度が水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の一方または両方の水素吸蔵温度に至ると、水素吸蔵が始まる。水素吸蔵合金パイプ４１内、水素室３２内及びノズル２４に連通した外部機器内の水素は徐々に水素吸蔵合金パイプ４１の水素吸蔵合金に吸蔵され、水素吸蔵合金パイプ４２内、水素室３３内及びノズル２５に連通した外部機器内の水素は徐々に水素吸蔵合金パイプ４２の水素吸蔵合金に吸蔵される。また、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源の温度を８０℃程度で加熱させながら熱交換室３２，３３およびパイプ４１、４２内をノズル２４、２５から真空引きして水素吸蔵合金の脱気を行い、次いで、熱媒体源を冷却の５℃程度に変えてノズル２４、２５から、３０ｋｇ／ｃｍ２程度で水素加圧が行えるため、水素吸蔵合金の活性化が専用チャンバーを用いることなく完成後に直接行うことができる。
【００４２】
また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２にカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）を巻きつけると耐圧が向上するため、水素吸蔵合金ユニット１０内を高圧にすることができ、圧力が高いほど水素吸着量が多くなる水素吸着材料を含有する本発明の水素吸蔵合金においては水素吸蔵合金材料単独の場合よりも多くの水素を取り込むことができる。
【００４３】
さらに、水素吸蔵合金ユニット１０は、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の内部に水素吸蔵合金や水素吸着の材料を装着せず高耐圧で軽量な水素貯蔵容器として水素ステーションや水素自動車に用いることができる。この場合においては、従来のボンベ方式の水素貯蔵容器に比べ高圧水素の充填に伴なう流体摩擦による高温発熱を熱媒体源で冷却しやすく、高圧水素の充填時間を大幅に短縮できる。
【００４４】
（２）第２実施形態（ヒートポンプ）
第２実施形態に係るヒートポンプ５０について図４を参照しつつ説明する。
ヒートポンプ５０は、水素解離圧の異なる４つの水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）６０、水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）６１、水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）６２及び水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）６３を有する。水素吸蔵合金装置６０及び６３にはそれぞれ熱媒体源７０、７１、７２及び７３が接離可能に接続され、水素吸蔵合金装置６１及び６２には共通の熱媒体源７１が接続されている。さらに、水素吸蔵合金装置６２と６３との間には、水素吸蔵合金装置６３で発生した水素を水素吸蔵合金装置６２に移送可能なポンプ７４が配置され、水素吸蔵合金装置６２と６３とを連通している。なお、熱媒体源７１は、水素吸蔵合金装置６１及び６２と、水素吸蔵合金装置６３との一方に対して選択的に接続可能である。熱媒体源７０、７１、７２としては、雪や氷を含む自然外気温、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００４５】
図４では簡略に表現されているが、水素吸蔵合金装置６１及び６２は、図１に示す水素吸蔵合金ユニット１０を構成している。すなわち、水素吸蔵合金装置６１及び６２はそれぞれ水素吸蔵合金ユニット１０における水素吸蔵合金パイプ４１及び４２のいずれかを構成し、それぞれノズル２４及びノズル２５によって水素吸蔵合金装置６０及びポンプ７４に連通され、熱媒体源７１はノズル１４及び１５に連結されている。また、水素吸蔵合金装置の数は任意に設定可能であり、図１に示す水素吸蔵合金ユニット１０を構成する水素吸蔵合金装置の数は２以上であってもよい。また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の外周にはカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）が巻きつけられていることが好ましい。このように構成することにより、耐圧性の高いヒートポンプ用水素吸蔵合金装置を実現することができる。
【００４６】
水素吸蔵合金装置６０、６１、６２及び６３の水素吸蔵合金の水素解離圧は、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金が最も小さく、水素吸蔵合金装置６２、水素吸蔵合金装置６１の順に大きくなり、水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金が最も大きくなるように配置している。したがって、水素放出開始温度は、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金が最も高く、水素吸蔵合金装置６２、水素吸蔵合金装置６１の順に低くなり、水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金が最も低い。
【００４７】
水素吸蔵合金装置６０、６１、６２及び６３に使用する水素吸蔵合金材料としては、例えば、Ｃａ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉのほか、ＬａＮｉ系の合金、ＭｇＴｉ系の合金などが挙げられる。この場合、あらかじめ粒子径を約２０〜５０μｍに調整した粉末状の水素吸蔵合金材料単体を高分子系の接着剤と混合したものを使用すると、ヒステリシス特性値が最小となるためヒートポンプの場合に限っては望ましい。
【００４８】
このような水素吸蔵合金材料は、水素解離特性によって、気体の水素分子（Ｈ２）が水素吸蔵合金材料に触れるとプロトン（Ｈ）に分離して合金結晶間に貯蔵をする。
【００４９】
さらに、上述の接着剤に代えてゴム剤を用いることもできる。すなわち、水素吸蔵合金ペースト４１ｇとして、水素吸蔵合金材料の粉体を、例えばシリコンのゴム剤と混合してペースト化してもよい。この場合は、筒状部材４１ｆに充填された水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、水素吸蔵合金パイプ４１を加熱することによって硬化する。
【００５０】
なお、水素吸蔵合金装置６０及び６３は任意の構成をとることができるが、例えば、図３の水素吸蔵合金パイプ４１のようにパイプ内に水素吸蔵合金を配置した構造をとることができる。
【００５１】
以上のように構成されたヒートポンプ５０においては、水素吸蔵合金装置６３から水素吸蔵合金装置６２へ、及び、水素吸蔵合金装置６１から水素吸蔵合金装置６０へ、それぞれ水素を移送し、熱媒体源７３から熱を奪って超低温化する超低温生成工程（図４（ａ））、並びに、水素吸蔵合金装置６０から水素吸蔵合金装置６１へ、及び、水素吸蔵合金装置６２から水素吸蔵合金装置６３へ、それぞれ水素を移送する再生工程（図４（ｂ））からなる１サイクルを実現することができる。また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２にカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）を巻きつけると耐圧が向上するため、水素吸蔵合金装置６０、６１、６２、６３内を高圧にすることができ、圧力が高いほど水素吸着量が多くなる水素吸着材料を含有する本発明の水素吸蔵合金においては水素吸蔵合金材料単独の場合よりも多くの水素を取り込むことができる。
【００５２】
図４（ａ）に示す生成工程においては、熱媒体源７０により高温の水素吸蔵合金装置６０が常温まで冷却されると、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金と水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金との水素解離圧の差により水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金から発生した水素が水素吸蔵合金装置６０に移送される。このとき水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金は熱媒体源７１から熱を奪うとともに、水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金が冷却されるため、水素吸蔵合金装置６２と６３との水素吸蔵合金の水素解離圧の差により水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金から放出された水素が水素吸蔵合金装置６２に移送されるとともに、水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金は熱媒体源７３から熱を奪う。水素吸蔵合金装置６２と６３の水素吸蔵合金の解離圧の差を大きくとることにより、熱媒体源７３の温度をより低温にすることができる。さらに、ポンプ７４を動作させることにより、水素吸蔵合金装置６３から水素吸蔵合金装置６２へ強制的に水素を移送させることができるため、熱媒体源７３の超低温化を効率的に実現することができる。
【００５３】
図４（ｂ）に示す再生工程においては、熱媒体源７０を高温として水素吸蔵合金装置６０を加熱することにより、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金から水素を発生させて水素吸蔵合金装置６０内の水素圧を高めて、水素吸蔵合金装置６１へ水素を移送する。水素吸蔵合金装置６０から移送された水素を吸蔵した水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金は発熱し、水素吸蔵合金装置６２に熱を与える。水素吸蔵合金装置６１から与えられた熱により温度が上昇した水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金は水素を放出する。水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金から放出された水素は水素吸蔵合金装置６２と連通した水素吸蔵合金装置６３に移送され、この水素を吸蔵した水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金は熱を排出する。このとき、ポンプ７４は動作しておらず、水素吸蔵合金装置６２と水素吸蔵合金装置６３とは連通状態にある。
【００５４】
再生工程においては、水素吸蔵合金装置６３と熱媒体源７３、並びに、水素吸蔵合金装置６１及び６２と熱媒体源７１の接続はそれぞれ解除され、水素吸蔵合金装置６３には熱媒体源７１が連結されている。このような構成にすることによって、水素吸蔵合金装置６３からの排熱を熱媒体源７１が受領してその温度が上昇し、高温となった熱媒体源７１を生成工程における水素吸蔵合金装置６１への熱の供給源とすることができる。また、上述のように、生成工程において水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金量を水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金量より多くすると、熱媒体源７１をより低温にすることができ、この熱媒体源７１を再生工程で使用すると、水素吸蔵合金装置６３から熱媒体源７１への熱の授受をより効率的に行うことができる。
【００５５】
以上のように、ヒートポンプ５０を用いることによって、コンパクトかつ効率的なヒートポンプを実現することができる。さらに、ポンプによる水素移送を併用することによって、熱媒体源のみでは達成が困難な超低温を容易に達成することができる。
【００５６】
（３）第３実施形態（ヒートポンプ）
第３実施形態に係るヒートポンプ８０について図５を参照しつつ説明する。
ヒートポンプ８０は２系統の水素移送路を一つのポンプユニット９０を介して構成し、極低温を実現するものである。２系統の水素移送路とは、ポンプユニット９０を介して連結された水素吸蔵合金装置１００と水素吸蔵合金装置１０１を結ぶ第１系統と、ポンプユニット９０を介して連結された水素吸蔵合金装置１０２と水素吸蔵合金装置１０３を結ぶ第２系統である。図５では簡略に表現されているが、水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２、１０３は、それぞれ図１に示す水素吸蔵合金ユニット１０のユニットを構成している。すなわち、水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２及び１０３は、それぞれ、水素吸蔵合金ユニット１０の水素吸蔵合金パイプ４１及び４２とで構成し、水素吸蔵合金装置１０１及び１０２の水素吸蔵合金も、それぞれ、水素吸蔵合金ユニット１０の水素吸蔵合金パイプ４１及び４２とで構成されている。なお、水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２及び１０３は、それぞれ水素吸蔵合金ユニット１０以外の構成をとってもよいが、水素吸蔵合金ユニット１０によって構成すると熱媒体源交換時の熱のロスが少なくてすむ。
【００５７】
水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２及び１０３の水素吸蔵合金は、水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）１００及び水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）１０３が同一種の水素吸蔵合金を有し、かつ、水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）１０１及び水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）１０２が同一種の水素吸蔵合金を有している。これらの水素吸蔵合金の水素解離圧は、水素吸蔵合金装置１０１及び１０２の水素吸蔵合金より、水素吸蔵合金装置１００及び１０３の水素吸蔵合金の方が高く、それぞれ目的とする集熱温度にあわせた特性の水素吸蔵合を装着している。
【００５８】
ポンプユニット９０は、ポンプ９１、切替弁９２、９３、９４、９５、一方向弁９６、９７を有する。切替弁９２及び９３は水素吸蔵合金装置１００に連結されている。ポンプ９１の下流には、ポンプ９１から水素吸蔵合金装置１０１への流れは許容し、水素吸蔵合金装置１０１からの流れは遮る一方向弁９６が設けられている。一方、切替弁９４及び９５は水素吸蔵合金装置１０３に連結されている。ポンプ９１の下流には、ポンプ９１から水素吸蔵合金装置１０２への流れは許容し、水素吸蔵合金装置１０２からの流れは遮る一方向弁９７が設けられている。
【００５９】
以上のように構成されたヒートポンプ８０の第１系統の生成行程においては、切替弁９２を閉じ、切替弁９３及び一方向弁９６を開いた状態で、高温の水素吸蔵合金装置１０１を常温で冷却する。すると、水素吸蔵合金装置１０１と１００の水素吸蔵合金の解離圧の差により、水素吸蔵合金装置１００の水素吸蔵合金から水素が放出され、水素吸蔵合金装置１０１へ移送される。このときポンプ９１を動作させると、水素吸蔵合金装置１００から水素吸蔵合金装置１０１への水素移送が効率的に行われる。さらに、ポンプ９１を用いて水素を強制的に移送することによって水素吸蔵合金装置１００の水素吸蔵合金は水素吸蔵合金装置１００に連結された熱媒体源１０５からより多くの熱を奪うことができるため、この熱媒体源を極低温に導くことができる。
【００６０】
また、このときの第２系統では、切替弁９５を開き，切替弁９４及び一方向弁９７を閉じた状態で、第１系統と逆に水素吸蔵合金装置１０２から水素が放出され、水素吸蔵合金装置１０３へ移送され再生行程が行われる。
【００６１】
このときの冷却の熱媒体源１０６、１０８としては、雪や氷を含む自然外気温を使用し、加熱の熱媒体源１０７としては、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱，燃料等の燃焼熱，燃料電池排熱、機械作動時の排熱などを使用することができる。
【００６２】
ヒートポンプ８０においては、第１系統では水素吸蔵合金装置１００から水素吸蔵合金装置１０１へ、第２系統では水素吸蔵合金装置１０２から水素吸蔵合金装置１０３へそれぞれ水素が移送される。このように移送された水素は、切替弁９２〜９５、一方向弁９６及び９７を切り替えることにより、もとの水素吸蔵合金装置にもどす逆の行程ができる。
【００６３】
すなわち逆の行程として第１系統においては、切替弁９３及び一方向弁９６を閉じて、切替弁９２を開いた状態で、水素吸蔵合金装置１０１に接続された熱媒体源１０６の温度を上昇させることにより、水素吸蔵合金装置１０１の水素吸蔵合金から水素を放出させて、水素吸蔵合金装置１０１の水素吸蔵合金よりも水素解離圧の大きな水素吸蔵合金装置１００へ水素を移送して再生行程を行う。
【００６４】
一方、第２系統においては、切替弁９４及び一方向弁９７を開いて、切替弁９５を閉じた状態で、ポンプ９１を動作させて水素を水素吸蔵合金装置１０３から水素吸蔵合金装置１０２へ移送して生成行程を行う。
【００６５】
このときの冷却の熱媒体源１０５、１０７としては、雪や氷を含む自然外気温を使用し、加熱の熱媒体源１０６としては、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱，燃料等の燃焼熱，燃料電池排熱、機械作動時の排熱などを使用することができる。
【００６６】
以上のように構成することにより、熱媒体源が途絶えることなく、極低温の熱媒体源を生成し、ヒートポンプ８０を再生する工程を繰り返すことができる。さらに、第１系統及び第２系統のいずれかによってポンプ９１が連続的に駆動できるため、ポンプの断続的な駆動に起因する不具合を防止することができる。
【００６７】
（４）第４実施形態（水素圧縮装置）
第４実施形態に係る水素圧縮装置１１０について図６を参照しつつ説明する。水素圧縮装置１１０は、圧縮した水素を水素貯蔵容器１２５に貯蔵する装置であって、水素精製、改質などを目的とした低圧の水素貯蔵容器１２０、高圧貯蔵のための水素貯蔵容器１２５、水素吸蔵合金装置１２１、冷却の熱媒体源１２２、加熱の熱媒体源１２４及びポンプ１２３を有する。
【００６８】
水素吸蔵合金装置１２１は、任意の構成をとることができるが、図１の水素吸蔵合金ユニット１０を用いることもできる。この場合は、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２に同一の水素解離圧の水素吸蔵合金を装着することが好ましい。水素吸蔵合金の装着はペースト状の水素吸蔵合金を水素吸蔵合金パイプ４１及び４２に充填し、その後固化させることにより行う。
【００６９】
このように構成された水素圧縮装置１１０は、水素吸蔵合金装置１２１に水素を貯蔵する水素貯蔵工程（図６（ａ））と、水素貯蔵容器１２５に水素を圧縮貯蔵する水素圧縮工程（図６（ｂ））からなるサイクルを実現可能である。
【００７０】
水素貯蔵工程においては、熱媒体源１２２により水素吸蔵合金装置１２１は常温で冷却される。すると、水素吸蔵合金装置１２１内の水素吸蔵合金は水素貯蔵容器１２０から内に存在する水素を吸蔵する。
【００７１】
一方、水素圧縮工程においては、熱媒体源１２４は高温に維持されており、これに連結された水素吸蔵合金装置１２１の温度が上昇する。水素吸蔵合金装置１２１の温度が、水素吸蔵合金装置１２１の水素吸蔵合金の水素放出開始温度に至ると水素が放出される。水素貯蔵容器１２５とポンプ１２３との間に設けた弁は開放されており、放出された水素は水素貯蔵容器１２５に貯蔵される。この工程では、水素吸蔵合金装置１２１側を入口、水素貯蔵容器１２５側を出口とするポンプ１２３が動作しており、強制的に水素吸蔵合金装置１２１の水素吸蔵合金で放出された水素が水素貯蔵容器１２５に貯蔵されるため、高圧に圧縮した状態で水素貯蔵容器１２５に水素を貯蔵することができる。
【００７２】
例えば、６０〜９０℃程度の排熱との熱交換により熱媒体源１２４を加熱し、水素吸蔵合金装置１２１の水素吸蔵合金の水素放出圧を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２程度に高め、ポンプ１２３の吸入側（水素吸蔵合金装置１２１側）を与圧すると、ポンプ１２３の出口側圧力が容易に高圧となる。
【００７３】
（５）第５実施形態（水素圧縮装置）
第５実施形態に係る水素圧縮装置１３０について図７を参照しつつ説明する。水素圧縮装置１３０は、圧縮した水素を水素貯蔵容器１４０に貯蔵する装置であって、水素貯蔵容器１４０、水素吸蔵合金装置１４１、圧力容器１４２、１４３及びポンプ１４４を有する。
【００７４】
水素吸蔵合金装置１４１は、水素吸蔵合金装置１４１から外部への流れのみを許容する逆止弁１５０、逆止弁１５０から分岐し逆止弁１５０から圧力容器１４２への流れのみを許容する逆止弁１５２、及び、逆止弁１５０から分岐し逆止弁１５０から圧力容器１４３への流れのみを許容する逆止弁１５３を介して、圧力容器１４２及び１４３に連結されている。
圧力容器１４２及び１４３は、それぞれ、圧力容器１４２及び１４３から水素貯蔵容器１４０への流れのみを許容する逆止弁１５４及び１５５を介して水素貯蔵容器１４０に連結されている。逆止弁１５４及び１５５と、水素貯蔵容器１４０との間には切替弁１５６が配置されている。さらに、圧力容器１４２と１４３との間には双方向搬送が可能なポンプ１４４が配置してある。このような配置により、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素を圧力容器１４２及び１４３のいずれか一方に選択的に搬送させることができる。
【００７５】
水素吸蔵合金装置１４１は任意の構成をとることができるが、図１の水素吸蔵合金ユニット１０を用いることができる。この場合は、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２に同一の水素解離圧の水素吸蔵合金を充填装着する。ノズル１４及び１５には熱媒体源１４５を連結させ、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵合金パイプの開放端は、水素室及びノズルを介して逆止弁１５０に連結される。熱媒体源としては、雪や氷を含む自然外気温、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００７６】
圧力容器１４２及び１４３は、それぞれ、作動流体１６０が収容された密閉容器からなる液面ピストンを構成している。作動流体としては、例えば水を使用することができる。水を使う場合は、純水、蒸留水であることが望ましい。圧力容器１４２と１４３とがポンプ１４４を介して連通されているため、逆止弁１５２を開いて逆止弁１５３を閉じれば水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素は圧力容器１４２に流入してその中の作動流体１６０を押し下げて、その作動流体１６０は圧力容器１４３に流入し、圧力容器１４３内の作動流体１６０の上側に存在した水素は水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。逆に、逆止弁１５３を開いて逆止弁１５２を閉じれば水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素は圧力容器１４３に流入してその中の作動流体１６０を押し下げて、その作動流体１６０は圧力容器１４２に流入し、圧力容器１４２内の作動流体１６０の上側に存在した水素は水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。
【００７７】
つづいて、本実施形態における水素圧縮貯蔵の工程について説明する。
第１工程においては、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素を圧力容器１４２（水素導入側圧力容器、第１圧力容器）に流入させて、圧力容器１４３（圧縮側圧力容器、第２圧力容器）内の水素を水素貯蔵容器１４０に貯蔵する。具体的には、逆止弁１５０、１５３、１５４、切替弁１５６を開いて、逆止弁１５５、１５２を閉じた状態で、連結された熱媒体源１４５により水素吸蔵合金装置１４１を加熱すると、その水素吸蔵合金から放出された水素は、▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼の経路を経て水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。このとき、ポンプ１４４を駆動して作動流体を圧送することにより圧力容器１４２の液面ピストンが上昇して内部の水素を圧縮し、高圧縮状態で水素貯蔵容器１４０に水素を貯蔵することができる。熱媒体源としては、冷却の熱媒体源１４６には、雪や氷を含む自然外気温を使用し、加熱の熱媒体源１４５には、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００７８】
第２工程においては、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素を圧力容器１４３（水素導入側圧力容器）に流入させて、圧力容器１４２（圧縮側圧力容器）内の水素を水素貯蔵容器１４０に貯蔵する。具体的には、逆止弁１５０、１５２、１５５、切替弁１５６を開いて、逆止弁１５３、１５４を閉じた状態で、連結された熱媒体源１４５により水素吸蔵合金装置１４１を加熱すると、その水素吸蔵合金から放出された水素は、▲１▼→▲５▼→▲６▼→▲７▼→▲８▼→▲９▼の経路を経て水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。このとき、圧力容器１４２から圧力容器１４３へポンプ１４４を駆動して作動流体を圧送することにより、圧力容器１４３の液面ピストンが上昇して内部の水素を圧縮し、高圧縮状態で水素貯蔵容器１４０に水素を貯蔵することができる。
【００７９】
以上の第１工程及び第２工程を交互に行うことにより、水素貯蔵容器１４０に高圧に圧縮した水素を貯蔵することができる。例えば、６０〜９０℃程度の排熱との熱交換により水素吸蔵合金装置１４１を加熱し、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金の水素放出圧を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２程度に高めて与圧することにより、圧力容器１４２及び圧力容器１４３のうち水素導入側圧力容器内は、体積が一旦（一次圧縮）縮小されて導入できるため、ポンプ１４４は常圧の体積から超高圧の体積まで縮小することなく容易に水素を水素貯蔵容器１４０内に圧縮（二次圧縮）して移送され、従来装置に比べ要する時間も短時間となる。
【００８０】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、装置をコンパクトにでき、水素吸蔵合金の加熱と冷却の切り替え時の熱のロスが少なく、水素吸蔵合金と熱媒体源との熱の授受が瞬時にでき、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により容器が破損するおそれの少ない水素吸蔵合金ユニットを提供することができる。また、コンパクトな構成で超低温を達成することのできるヒートポンプを提供することができる。さらに、より高圧で水素を圧縮可能な水素圧縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵合金ユニットの構造を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ方向の断面図であり、（ｂ）は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ方向の断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵合金パイプの構造を示す軸直交断面図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵合金パイプの構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプの概略構成図であり、（ａ）は超低温生成工程を示し、（ｂ）は再生工程を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプの概略構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る水素圧縮装置の概略構成図であり、（ａ）は水素貯蔵工程を示す図であり、（ｂ）は水素圧縮工程を示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る水素圧縮装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 水素吸蔵合金ユニット
１１ 本体部
１２ １３ 端板部
１４ １５ ノズル
１６ 熱交換室
２４ ２５ ノズル（水素ノズル）
３２ ３３ 水素室
４１ ４２ 水素吸蔵合金パイプ（群）
６０ 水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）
６１ 水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）
６２ 水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）
６３ 水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）
７０ ７１ ７２ ７３ 熱媒体源
７４ ポンプ
８０ ヒートポンプ
９０ ポンプユニット
９１ ポンプ
１００ 水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）
１０１ 水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）
１０２ 水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）
１０３ 水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）
１０５ １０６ １０７ １０８ 熱媒体源
１１０ 水素圧縮装置
１２０ 水素貯蔵容器
１２１ 水素吸蔵合金装置
１２２ 熱媒体源
１２３ ポンプ
１３０ 水素圧縮装置
１４０ 水素貯蔵容器
１４１ 水素吸蔵合金装置
１４２ １４３ 圧力容器
１４４ ポンプ
１４５ １４６ 熱媒体源
１５０ １５２ １５３ １５４ １５５ 逆止弁
１５６ 切替弁
１６０ 作動流体
【技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金、水素吸蔵合金ユニット、並びに、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプ及び水素圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
従来、複数の水素吸蔵合金を使用する場合には、各水素吸蔵合金ごとに熱媒体源、水素取出し流路を設けなければならなかったため、装置が複雑化、大型化しやすく、大量の熱媒体源を用意しなければならなかった。また、水素吸蔵合金の加熱と冷却の切り替え時の熱のロスも多かった。さらに、水素吸蔵合金を固定配置すると、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損することがあった。
【０００３】
一方、従来の水素吸蔵合金を用いるヒートポンプにおいては、超低温を達成するのは困難であって、達成するためには大掛かりな装置を用いなければならなかった。
【０００４】
また、従来の水素圧縮装置においては、コンプレッサのピストンリングとシリンダ内壁との間隙から水素漏れが生じやすかったため、高圧縮を達成することが困難であった。
【０００５】
さらに、粉体状の水素吸蔵合金を用いた場合、水素吸蔵合金を収容した容器が振動するとその振動によって内部の水素吸蔵合金が偏ってしまうことで水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損することがあった。
【０００６】
【特許文献】
特開平２−１１０２６３号公報
特開昭６０−９８３９号公報
特開２０００−４５９２６号公報
特開昭６３−１６１３６８号公報
実用新案登録第２５２８６２１号公報
米国特許第４，６０９，０３８号公報
特開平４−２３２２０２号公報
特開平２−１８８４０１号公報
【０００７】
【発明の目的】
そこで本発明の目的は、装置をコンパクトにでき、水素吸蔵合金の加熱と冷却において熱伝播を速めながら切り替え時の熱のロスが少なく、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により水素吸蔵合金を収容する容器が破損するおそれの少ない水素吸蔵合金ユニットを提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、コンパクトな構成で超低温を達成することのできるヒートポンプを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、より高圧で水素を圧縮可能な水素圧縮装置を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる別の目的は、振動によって容器内に収容された水素吸蔵合金が偏ることのない水素吸蔵合金装置を提供することにある。
【００１１】
【発明の概要】
上記問題点を解決するために、本発明の水素吸蔵合金においては、水素吸蔵合金材料及び水素吸着材料の共融混合物の粉末を粘性物質と混合してペースト化したことを特徴としている。
【００１２】
本発明の水素吸蔵合金ユニットにおいては、熱媒体源が流通する熱交換室と、熱交換室の両側に形成された一対の水素室と、一対の水素室内にそれぞれ一端部が臨み、他端部が自由状態で熱交換室内に延び、一対の水素室側にそれぞれ一端部が固定された対をなす水素吸蔵合金パイプ群と、を備え、対をなす水素吸蔵合金パイプ群を構成する各水素吸蔵合金パイプは、その内部に水素吸蔵合金を有していて、熱交換室内側の自由端部は閉じており、水素室内側の端部に水素流通孔が開口していることを特徴としている。
【００１３】
対をなす水素吸蔵合金パイプは、ハニカム状に配置されていることが好ましく、その内部の水素吸蔵合金の解離圧を異ならせることにより、共通の熱媒体源により水素の吸蔵と放出を同時に実現可能となる。
【００１４】
水素吸蔵合金パイプはそれぞれ、中心部の水素流通孔を有する多孔質材料からなるパウンド材と、このパウンド材と外殻パイプとの間にペースト状で装着した後に固化させる水素吸蔵合金ペーストとを有すると製造上好ましい。
【００１５】
さらに、水素吸蔵合金パイプの外周にはカーボン繊維または炭化物繊維が巻きつけられていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のヒートポンプは、所定の解離圧を有する第１水素吸蔵合金を備える第１水素吸蔵合金装置と、第１水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第２水素吸蔵合金を備える第２水素吸蔵合金装置と、第２水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第３水素吸蔵合金を備える第３水素吸蔵合金装置と、第３水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第４水素吸蔵合金を備える第４水素吸蔵合金装置と、を有し、第２水素吸蔵合金装置と第３水素吸蔵合金装置は一つのユニットを形成し、ユニットは、第２水素吸蔵合金を有する第１水素吸蔵合金パイプ群と、第１水素吸蔵合金パイプの一端が固定される第１水素室と、第３水素吸蔵合金を有する第２水素吸蔵合金パイプ群と、第２水素吸蔵合金パイプの一端が固定される第２水素室と、を備え、第２水素吸蔵合金パイプの他端及び第３水素吸蔵合金パイプの他端は共通の熱交換室に配置され、第１水素吸蔵合金装置は、第２水素吸蔵合金装置及び第３水素吸蔵合金装置のうちの一方と連通し、第４水素吸蔵合金装置は、第２水素吸蔵合金装置及び第３水素吸蔵合金装置のうちの他方と連通し、第１水素吸蔵合金装置乃至第４水素吸蔵合金装置のいずれかを加熱又は冷却することにより、第１水素吸蔵合金装置及び第４水素吸蔵合金装置は、それぞれユニットへ水素を移送することを特徴としている。
【００１７】
上記ヒートポンプにおいては、第２水素吸蔵合金装置と第４水素吸蔵合金装置とは、第４水素吸蔵合金装置から第２水素吸蔵合金装置へ水素を移送可能なポンプを介して連通されていることが好ましい。
【００１８】
さらに、上記ヒートポンプに用いる水素吸蔵合金パイプの外周にはカーボン繊維または炭化物繊維が巻きつけられていることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明のヒートポンプは、所定の解離圧を有する第１水素吸蔵合金を備える第１水素吸蔵合金装置と、第１水素吸蔵合金より低い解離圧を有する第２水素吸蔵合金を備える第２水素吸蔵合金装置と、前記第１水素吸蔵合金より低い解離圧を有する第３水素吸蔵合金を備える第３水素吸蔵合金装置と、第１水素吸蔵合金と同じ解離圧を有する第４水素吸蔵合金を備える第４水素吸蔵合金装置と、を有し、第１水素吸蔵合金装置と前記第２水素吸蔵合金装置はポンプユニットにより連結された第１系統を形成し、第３水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置は前記ポンプユニットにより連結された第２系統を形成し、２つの系統のそれぞれにおいて、一方の水素吸蔵合金装置を加熱又は冷却し、かつ、前記ポンプユニットを動作させることにより、第１水素吸蔵合金装置と前記第２水素吸蔵合金装置との間、及び、前記第３水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置との間で、互いに反対方向に水素の移送を行うことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の水素圧縮装置では、水素吸蔵合金材料及び水素吸着材料の共融混合物の粉末を粘性物質と混合してなる水素吸蔵合金を有し、熱媒体源との間で熱の授受が可能な水素吸蔵合金装置と、水素吸蔵合金装置とポンプを介して連通した水素貯蔵容器と、を備え、熱媒体源により水素吸蔵合金装置を加熱するとともに、ポンプを水素吸蔵合金装置から水素貯蔵容器へ水素を移送するように動作させることにより水素貯蔵容器に圧縮して水素を収容することを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明の水素圧縮装置は、水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金装置と、それぞれ水素吸蔵合金装置に切り替え可能に連通された第１圧力容器及び第２圧力容器と、第１圧力容器及び第２圧力容器の双方に連通され、流体を移送可能なポンプと、第１圧力容器及び第２圧力容器のそれぞれに連通した水素貯蔵容器と、を備え、水素吸蔵合金装置を加熱して水素吸蔵合金から放出された水素を、第１圧力容器及び第２圧力容器の一方に移送し、かつ、第１圧力容器及び第２圧力容器のうち水素が移送された一方側から他方側へ流体を移送するようにポンプを動作させることにより水素貯蔵容器に圧縮して水素を収容することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下、本発明に係る水素吸蔵合金及び水素吸蔵合金ユニット、並びに、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプ及び水素圧縮装置の実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
【００２３】
（１）第１実施形態（水素吸蔵合金ユニット）
第１実施形態に係る水素吸蔵合金ユニット１０の全体構造について図１乃至図３を参照しつつ説明する。水素吸蔵合金ユニット１０は、略円筒状の本体部１１と、該本体部１１の両端部を閉塞する外側に凸の端板部１２、１３と、この端板部１２、１３の外側に溶接され、該端板部１２、１３との間にそれぞれ密閉された水素室３２、３３を形成する椀状部２２、２３とを有する。水素室３２、３３を形成する壁面としての端板部１２、１３、椀状部２２、２３は高圧に耐えうるように肉厚としてある。また、水素吸蔵合金ユニット１０は、例えばチタン、ＳＵＳ、アルミニウムなどの金属材によって形成することができる。
【００２４】
水素吸蔵合金ユニット１０の本体部１１には、端板部１２側及び端板部１３側にそれぞれノズル１４及び１５が設けられている。ノズル１４及び１５は、水素吸蔵合金ユニット１０の外部に配置された熱媒体源（不図示）にそれぞれ連結されていて、中空本体部１１の内部の熱交換室１６と連通している。したがって、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源の温度を調整しまたは選択することにより熱交換室１６の雰囲気温度を調整することが可能である。熱媒体源としては、雪や氷を含む自然外気温、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００２５】
また、水素室３２、３３を構成する椀状部２２及び２３には、該水素室３２、３３を外部と連通させるノズル（水素ノズル）２４及びノズル（水素ノズル）２５が設けられている。
【００２６】
熱交換室１６には、同一構造を有する第１、第２の水素吸蔵合金パイプ（群）４１、４２がハニカム状（蜂の巣状）に配置されている。第１の水素吸蔵合金パイプ４１は、閉じられた一端（放置端）４１ａが熱交換室１６内にあり、開放された他端（固定端）４１ｂは端板部１２を気密に貫通し水素室３２内に臨んでいる。同様に水素吸蔵合金パイプ４２は、閉じられた一端４２ａが熱交換室１６内に配置され、開放された他端４２ｂが端板部１３を気密に貫通し水素室３３内に臨んでいる。これらの第１、第２の水素吸蔵合金パイプ４１及び４２は、それぞれ水素室３２、３３側の端部だけが端板部１２、１３に固定されている。このため、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２が熱により膨張しても、放置端４１ａ及び４２ａが伸張可能であるため、パイプの破損を回避することができる。また、このような構成とするとパイプ間を密接して設けることができるため、熱交換室１６内に供給する熱媒体源の量を少なくすることができ、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２を加熱又は冷却するときの熱媒体源切り替え時の熱のロスを最小限にすることができる。なお、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２は、例えばチタン、ＳＵＳによって形成することができる。
【００２７】
水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の外周にはカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）が巻きつけられていることが好ましい。このように構成することにより、軽量かつ耐圧性の高い水素吸蔵合金ユニット１０を実現することができる。
【００２８】
水素吸蔵合金パイプ４１、４２は、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源により熱交換室１６の温度が上げられ水素吸蔵温度域に達すると、内部に配置された水素吸蔵合金から水素が放出される。放出された水素は、開放された固定端４１ｂ又は４２ｂから水素室３２又は３３に移送され、水素吸蔵合金ユニット１０の外部に排出される。一方、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源により又は常温下に放置することにより、水素放出温度より高温であった熱交換室１６の温度が下げられ水素放出温度に達すると、水素吸蔵合金パイプ４１又は４２の内部に配置された水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。
【００２９】
この水素吸蔵合金パイプ４１及び４２においては、一方の水素吸蔵合金パイプの水素吸蔵合金が吸蔵（水素化）又は放出する場合の発熱又は吸熱による発生熱を、他方の水素吸蔵合金パイプの水素吸蔵合金が受領して水素を放出又は吸蔵（水素化）することができる。
【００３０】
また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２は、互いに接するように配置してあるため、使用する熱媒体が少なくて済む。このため、熱媒体を変更したときの熱交換室１６内の温度の切替をすばやく行うことができる。
【００３１】
さらに、この水素吸蔵合金パイプ４１と４２に用いる水素吸蔵合金の解離圧を異なるものとし、共通の熱媒体源によって水素吸蔵合金パイプ４１及び４２を同一温度に加熱又は冷却すると、一方の水素吸蔵合金パイプは水素を放出するが他方の水素吸蔵合金パイプは水素を吸蔵するという作用を実現することができる。
【００３２】
水素吸蔵合金パイプ（群）４１、４２は、以上の機能を有するものである。次に、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の好ましい実施形態を図３について説明する。水素吸蔵合金パイプ４１と４２は構造が同一であるため、ここでは水素吸蔵合金パイプ４１についてのみ説明する。もちろん、水素吸蔵合金パイプ４１と４２の構造を異なるものとすることもできる。
【００３３】
水素吸蔵合金パイプ４１は、金属製の筒状部材４１ｆ、水素吸蔵合金ペースト４１ｇ、パウンド材４１ｃ及び金属板４１ｄを有する一様断面をなしていて、筒状部材４１ｆの放置端４１ａが閉じられている。金属板４１ｄは、筒状部材４１ｆの径方向に渡る長さを有し、その中心部に波形曲折部４１ｄ’が形成されている。パウンド材４１ｃは、この金属板４１ｄの表裏に位置する略半円柱状をなす多孔質部材（水素を通すことができる部材）であり、該金属板４１ｄの波形曲折部４１ｄ’とパウンド材４１ｃとの間に水素流通孔４１ｅを構成する。この水素流通孔４１ｅは水素室３２に開口する。パウンド材４１ｃとしては、耐熱性が高く、かつ、伸縮性のあるものが好ましく、例えば発泡シリコンゴム剤を用いることができる。
【００３４】
水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、このパウンド材４１ｃと筒状部材４１ｆの間の空隙に充填された後、固化される。水素吸蔵合金材料をペースト化して装着することにより、水素吸蔵合金材料の微粉の飛散防止を図ることができるとともに、速い熱伝播を実現できるため水素吸蔵合金材料内における水素化及び外部への水素放出に要する反応時間を短くすることができる。また、筒状部材４１ｆ内に収容された水素吸蔵合金が振動によって偏ることがない。
【００３５】
なお、パウンド材４１ｃ及び金属板４１ｄを用いずに、筒状部材４１ｆの内壁に水素吸蔵合金ペースト４１ｇを成膜し、水素吸蔵合金ペースト４１ｇの内部を水素流通孔としてもよいし、あらかじめ接着剤を内壁に塗布した筒状部材４１ｆに水素吸蔵合金材料の粉末を装着して水素吸蔵合金ペースト４１ｇを形成してもよい。
【００３６】
ここで、水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、あらかじめ粒子径を約２０〜５０μｍに調整した粉末状の水素吸蔵合金材料単体を高分子系の接着剤と混合したものを使用するのが好ましいが、水素吸蔵合金材料と水素吸着材料との共融混合物（共晶体）の粉体を、接着剤などの粘性物質と混合してペースト化したものを用いることもできる。共融混合物とすることにより、合金重量に対して水素吸蔵重量比率を増やすことができる。また、水素吸着材料は圧力の増加に伴って水素吸着量が増加する性質を有するため、水素吸蔵合金材料単独の場合よりも多くの水素を取り込むことができ、かつ、本発明のように高圧を実現可能な水素吸蔵合金ユニットにおいてはこの効果は顕著である。
【００３７】
水素吸蔵合金材料としては、例えば、Ｃａ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉのほか、ＬａＮｉ系の合金、ＭｇＴｉ系の合金、メカニカルアロイング法によりＶ系の元素を混入した共融混合物などを使用することができる。
【００３８】
一方、水素吸着材料としては、例えば、炭素材、グラファイト構造やアモルファス構造のナノカーボン類、炭化物及び酸化物を使用することができる。ただし、水素吸着材料としてナノカーボン類を用いる場合は、共融混合物の製造時にナノカーボン類が水素吸蔵合金材料に溶け込んで、水素吸蔵合金材料が炭化されてしまうため、あらかじめナノカーボン微粒子に水素解離性の金属、炭化物又は酸化物の被膜を形成しておくことが好ましい。この被膜の形成は、湿式めっき、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの成膜方法の中から、ナノカーボン類の種類等に応じた方法を選択して行う。
【００３９】
このように被膜したナノカーボン類、炭化物及び酸化物と、水素吸蔵合金材料との共融混合物は、カーボン類、炭化物及び酸化物の周囲にある水素吸蔵合金材料の水素解離特性によって、気体の水素分子（Ｈ２）が水素吸蔵合金材料に触れることによってプロトン（Ｈ）に分離して水素吸着材料の微粒子の表面及び内部の間隙に定着するため、より多くの水素を吸蔵することができる。
【００４０】
さらに、上述の接着剤に代えてゴム剤を用いることもできる。すなわち、水素吸蔵合金ペースト４１ｇとして、水素吸蔵合金材料単体、又は、水素吸蔵合金材料と水素吸着材料との共融混合物の粉体を、例えばシリコンのゴム剤と混合してペースト化してもよい。この場合は、筒状部材４１ｆに充填された水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、水素吸蔵合金パイプ４１を加熱することによって硬化する。
【００４１】
以上のように構成した水素吸蔵合金ユニット１０においては、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源の温度を所定の温度に設定することによって、熱交換室１６の温度を調整することができる。熱媒体源の温度を上げて熱交換室１６の温度が水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の一方または両方の水素放出温度に至ると、水素放出が始まる。放出された水素は、水素吸蔵合金パイプ４１から放出されたものは水素室３２を経てノズル２４から外部へ、水素吸蔵合金パイプ４２から放出されたものは水素室３３を経てノズル２５から外部へ流出する。一方、熱媒体源の温度を下げて、熱交換室１６の温度が水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の一方または両方の水素吸蔵温度に至ると、水素吸蔵が始まる。水素吸蔵合金パイプ４１内、水素室３２内及びノズル２４に連通した外部機器内の水素は徐々に水素吸蔵合金パイプ４１の水素吸蔵合金に吸蔵され、水素吸蔵合金パイプ４２内、水素室３３内及びノズル２５に連通した外部機器内の水素は徐々に水素吸蔵合金パイプ４２の水素吸蔵合金に吸蔵される。また、ノズル１４又は１５に連結された熱媒体源の温度を８０℃程度で加熱させながら熱交換室３２，３３およびパイプ４１、４２内をノズル２４、２５から真空引きして水素吸蔵合金の脱気を行い、次いで、熱媒体源を冷却の５℃程度に変えてノズル２４、２５から、３０ｋｇ／ｃｍ２程度で水素加圧が行えるため、水素吸蔵合金の活性化が専用チャンバーを用いることなく完成後に直接行うことができる。
【００４２】
また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２にカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）を巻きつけると耐圧が向上するため、水素吸蔵合金ユニット１０内を高圧にすることができ、圧力が高いほど水素吸着量が多くなる水素吸着材料を含有する本発明の水素吸蔵合金においては水素吸蔵合金材料単独の場合よりも多くの水素を取り込むことができる。
【００４３】
さらに、水素吸蔵合金ユニット１０は、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の内部に水素吸蔵合金や水素吸着の材料を装着せず高耐圧で軽量な水素貯蔵容器として水素ステーションや水素自動車に用いることができる。この場合においては、従来のボンベ方式の水素貯蔵容器に比べ高圧水素の充填に伴なう流体摩擦による高温発熱を熱媒体源で冷却しやすく、高圧水素の充填時間を大幅に短縮できる。
【００４４】
（２）第２実施形態（ヒートポンプ）
第２実施形態に係るヒートポンプ５０について図４を参照しつつ説明する。
ヒートポンプ５０は、水素解離圧の異なる４つの水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）６０、水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）６１、水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）６２及び水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）６３を有する。水素吸蔵合金装置６０及び６３にはそれぞれ熱媒体源７０、７１、７２及び７３が接離可能に接続され、水素吸蔵合金装置６１及び６２には共通の熱媒体源７１が接続されている。さらに、水素吸蔵合金装置６２と６３との間には、水素吸蔵合金装置６３で発生した水素を水素吸蔵合金装置６２に移送可能なポンプ７４が配置され、水素吸蔵合金装置６２と６３とを連通している。なお、熱媒体源７１は、水素吸蔵合金装置６１及び６２と、水素吸蔵合金装置６３との一方に対して選択的に接続可能である。熱媒体源７０、７１、７２としては、雪や氷を含む自然外気温、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００４５】
図４では簡略に表現されているが、水素吸蔵合金装置６１及び６２は、図１に示す水素吸蔵合金ユニット１０を構成している。すなわち、水素吸蔵合金装置６１及び６２はそれぞれ水素吸蔵合金ユニット１０における水素吸蔵合金パイプ４１及び４２のいずれかを構成し、それぞれノズル２４及びノズル２５によって水素吸蔵合金装置６０及びポンプ７４に連通され、熱媒体源７１はノズル１４及び１５に連結されている。また、水素吸蔵合金装置の数は任意に設定可能であり、図１に示す水素吸蔵合金ユニット１０を構成する水素吸蔵合金装置の数は２以上であってもよい。また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の外周にはカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）が巻きつけられていることが好ましい。このように構成することにより、耐圧性の高いヒートポンプ用水素吸蔵合金装置を実現することができる。
【００４６】
水素吸蔵合金装置６０、６１、６２及び６３の水素吸蔵合金の水素解離圧は、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金が最も小さく、水素吸蔵合金装置６２、水素吸蔵合金装置６１の順に大きくなり、水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金が最も大きくなるように配置している。したがって、水素放出開始温度は、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金が最も高く、水素吸蔵合金装置６２、水素吸蔵合金装置６１の順に低くなり、水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金が最も低い。
【００４７】
水素吸蔵合金装置６０、６１、６２及び６３に使用する水素吸蔵合金材料としては、例えば、Ｃａ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉのほか、ＬａＮｉ系の合金、ＭｇＴｉ系の合金などが挙げられる。この場合、あらかじめ粒子径を約２０〜５０μｍに調整した粉末状の水素吸蔵合金材料単体を高分子系の接着剤と混合したものを使用すると、ヒステリシス特性値が最小となるためヒートポンプの場合に限っては望ましい。
【００４８】
このような水素吸蔵合金材料は、水素解離特性によって、気体の水素分子（Ｈ２）が水素吸蔵合金材料に触れるとプロトン（Ｈ）に分離して合金結晶間に貯蔵をする。
【００４９】
さらに、上述の接着剤に代えてゴム剤を用いることもできる。すなわち、水素吸蔵合金ペースト４１ｇとして、水素吸蔵合金材料の粉体を、例えばシリコンのゴム剤と混合してペースト化してもよい。この場合は、筒状部材４１ｆに充填された水素吸蔵合金ペースト４１ｇは、水素吸蔵合金パイプ４１を加熱することによって硬化する。
【００５０】
なお、水素吸蔵合金装置６０及び６３は任意の構成をとることができるが、例えば、図３の水素吸蔵合金パイプ４１のようにパイプ内に水素吸蔵合金を配置した構造をとることができる。
【００５１】
以上のように構成されたヒートポンプ５０においては、水素吸蔵合金装置６３から水素吸蔵合金装置６２へ、及び、水素吸蔵合金装置６１から水素吸蔵合金装置６０へ、それぞれ水素を移送し、熱媒体源７３から熱を奪って超低温化する超低温生成工程（図４（ａ））、並びに、水素吸蔵合金装置６０から水素吸蔵合金装置６１へ、及び、水素吸蔵合金装置６２から水素吸蔵合金装置６３へ、それぞれ水素を移送する再生工程（図４（ｂ））からなる１サイクルを実現することができる。また、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２にカーボン繊維または炭化物繊維（例えばＳｉＣ）を巻きつけると耐圧が向上するため、水素吸蔵合金装置６０、６１、６２、６３内を高圧にすることができ、圧力が高いほど水素吸着量が多くなる水素吸着材料を含有する本発明の水素吸蔵合金においては水素吸蔵合金材料単独の場合よりも多くの水素を取り込むことができる。
【００５２】
図４（ａ）に示す生成工程においては、熱媒体源７０により高温の水素吸蔵合金装置６０が常温まで冷却されると、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金と水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金との水素解離圧の差により水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金から発生した水素が水素吸蔵合金装置６０に移送される。このとき水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金は熱媒体源７１から熱を奪うとともに、水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金が冷却されるため、水素吸蔵合金装置６２と６３との水素吸蔵合金の水素解離圧の差により水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金から放出された水素が水素吸蔵合金装置６２に移送されるとともに、水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金は熱媒体源７３から熱を奪う。水素吸蔵合金装置６２と６３の水素吸蔵合金の解離圧の差を大きくとることにより、熱媒体源７３の温度をより低温にすることができる。さらに、ポンプ７４を動作させることにより、水素吸蔵合金装置６３から水素吸蔵合金装置６２へ強制的に水素を移送させることができるため、熱媒体源７３の超低温化を効率的に実現することができる。
【００５３】
図４（ｂ）に示す再生工程においては、熱媒体源７０を高温として水素吸蔵合金装置６０を加熱することにより、水素吸蔵合金装置６０の水素吸蔵合金から水素を発生させて水素吸蔵合金装置６０内の水素圧を高めて、水素吸蔵合金装置６１へ水素を移送する。水素吸蔵合金装置６０から移送された水素を吸蔵した水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金は発熱し、水素吸蔵合金装置６２に熱を与える。水素吸蔵合金装置６１から与えられた熱により温度が上昇した水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金は水素を放出する。水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金から放出された水素は水素吸蔵合金装置６２と連通した水素吸蔵合金装置６３に移送され、この水素を吸蔵した水素吸蔵合金装置６３の水素吸蔵合金は熱を排出する。このとき、ポンプ７４は動作しておらず、水素吸蔵合金装置６２と水素吸蔵合金装置６３とは連通状態にある。
【００５４】
再生工程においては、水素吸蔵合金装置６３と熱媒体源７３、並びに、水素吸蔵合金装置６１及び６２と熱媒体源７１の接続はそれぞれ解除され、水素吸蔵合金装置６３には熱媒体源７１が連結されている。このような構成にすることによって、水素吸蔵合金装置６３からの排熱を熱媒体源７１が受領してその温度が上昇し、高温となった熱媒体源７１を生成工程における水素吸蔵合金装置６１への熱の供給源とすることができる。また、上述のように、生成工程において水素吸蔵合金装置６１の水素吸蔵合金量を水素吸蔵合金装置６２の水素吸蔵合金量より多くすると、熱媒体源７１をより低温にすることができ、この熱媒体源７１を再生工程で使用すると、水素吸蔵合金装置６３から熱媒体源７１への熱の授受をより効率的に行うことができる。
【００５５】
以上のように、ヒートポンプ５０を用いることによって、コンパクトかつ効率的なヒートポンプを実現することができる。さらに、ポンプによる水素移送を併用することによって、熱媒体源のみでは達成が困難な超低温を容易に達成することができる。
【００５６】
（３）第３実施形態（ヒートポンプ）
第３実施形態に係るヒートポンプ８０について図５を参照しつつ説明する。
ヒートポンプ８０は２系統の水素移送路を一つのポンプユニット９０を介して構成し、極低温を実現するものである。２系統の水素移送路とは、ポンプユニット９０を介して連結された水素吸蔵合金装置１００と水素吸蔵合金装置１０１を結ぶ第１系統と、ポンプユニット９０を介して連結された水素吸蔵合金装置１０２と水素吸蔵合金装置１０３を結ぶ第２系統である。図５では簡略に表現されているが、水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２、１０３は、それぞれ図１に示す水素吸蔵合金ユニット１０のユニットを構成している。すなわち、水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２及び１０３は、それぞれ、水素吸蔵合金ユニット１０の水素吸蔵合金パイプ４１及び４２とで構成し、水素吸蔵合金装置１０１及び１０２の水素吸蔵合金も、それぞれ、水素吸蔵合金ユニット１０の水素吸蔵合金パイプ４１及び４２とで構成されている。なお、水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２及び１０３は、それぞれ水素吸蔵合金ユニット１０以外の構成をとってもよいが、水素吸蔵合金ユニット１０によって構成すると熱媒体源交換時の熱のロスが少なくてすむ。
【００５７】
水素吸蔵合金装置１００、１０１、１０２及び１０３の水素吸蔵合金は、水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）１００及び水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）１０３が同一種の水素吸蔵合金を有し、かつ、水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）１０１及び水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）１０２が同一種の水素吸蔵合金を有している。これらの水素吸蔵合金の水素解離圧は、水素吸蔵合金装置１０１及び１０２の水素吸蔵合金より、水素吸蔵合金装置１００及び１０３の水素吸蔵合金の方が高く、それぞれ目的とする集熱温度にあわせた特性の水素吸蔵合を装着している。
【００５８】
ポンプユニット９０は、ポンプ９１、切替弁９２、９３、９４、９５、一方向弁９６、９７を有する。切替弁９２及び９３は水素吸蔵合金装置１００に連結されている。ポンプ９１の下流には、ポンプ９１から水素吸蔵合金装置１０１への流れは許容し、水素吸蔵合金装置１０１からの流れは遮る一方向弁９６が設けられている。一方、切替弁９４及び９５は水素吸蔵合金装置１０３に連結されている。ポンプ９１の下流には、ポンプ９１から水素吸蔵合金装置１０２への流れは許容し、水素吸蔵合金装置１０２からの流れは遮る一方向弁９７が設けられている。
【００５９】
以上のように構成されたヒートポンプ８０の第１系統の生成行程においては、切替弁９２を閉じ、切替弁９３及び一方向弁９６を開いた状態で、高温の水素吸蔵合金装置１０１を常温で冷却する。すると、水素吸蔵合金装置１０１と１００の水素吸蔵合金の解離圧の差により、水素吸蔵合金装置１００の水素吸蔵合金から水素が放出され、水素吸蔵合金装置１０１へ移送される。このときポンプ９１を動作させると、水素吸蔵合金装置１００から水素吸蔵合金装置１０１への水素移送が効率的に行われる。さらに、ポンプ９１を用いて水素を強制的に移送することによって水素吸蔵合金装置１００の水素吸蔵合金は水素吸蔵合金装置１００に連結された熱媒体源１０５からより多くの熱を奪うことができるため、この熱媒体源を極低温に導くことができる。
【００６０】
また、このときの第２系統では、切替弁９５を開き，切替弁９４及び一方向弁９７を閉じた状態で、第１系統と逆に水素吸蔵合金装置１０２から水素が放出され、水素吸蔵合金装置１０３へ移送され再生行程が行われる。
【００６１】
このときの冷却の熱媒体源１０６、１０８としては、雪や氷を含む自然外気温を使用し、加熱の熱媒体源１０７としては、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱，燃料等の燃焼熱，燃料電池排熱、機械作動時の排熱などを使用することができる。
【００６２】
ヒートポンプ８０においては、第１系統では水素吸蔵合金装置１００から水素吸蔵合金装置１０１へ、第２系統では水素吸蔵合金装置１０２から水素吸蔵合金装置１０３へそれぞれ水素が移送される。このように移送された水素は、切替弁９２〜９５、一方向弁９６及び９７を切り替えることにより、もとの水素吸蔵合金装置にもどす逆の行程ができる。
【００６３】
すなわち逆の行程として第１系統においては、切替弁９３及び一方向弁９６を閉じて、切替弁９２を開いた状態で、水素吸蔵合金装置１０１に接続された熱媒体源１０６の温度を上昇させることにより、水素吸蔵合金装置１０１の水素吸蔵合金から水素を放出させて、水素吸蔵合金装置１０１の水素吸蔵合金よりも水素解離圧の大きな水素吸蔵合金装置１００へ水素を移送して再生行程を行う。
【００６４】
一方、第２系統においては、切替弁９４及び一方向弁９７を開いて、切替弁９５を閉じた状態で、ポンプ９１を動作させて水素を水素吸蔵合金装置１０３から水素吸蔵合金装置１０２へ移送して生成行程を行う。
【００６５】
このときの冷却の熱媒体源１０５、１０７としては、雪や氷を含む自然外気温を使用し、加熱の熱媒体源１０６としては、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱，燃料等の燃焼熱，燃料電池排熱、機械作動時の排熱などを使用することができる。
【００６６】
以上のように構成することにより、熱媒体源が途絶えることなく、極低温の熱媒体源を生成し、ヒートポンプ８０を再生する工程を繰り返すことができる。さらに、第１系統及び第２系統のいずれかによってポンプ９１が連続的に駆動できるため、ポンプの断続的な駆動に起因する不具合を防止することができる。
【００６７】
（４）第４実施形態（水素圧縮装置）
第４実施形態に係る水素圧縮装置１１０について図６を参照しつつ説明する。水素圧縮装置１１０は、圧縮した水素を水素貯蔵容器１２５に貯蔵する装置であって、水素精製、改質などを目的とした低圧の水素貯蔵容器１２０、高圧貯蔵のための水素貯蔵容器１２５、水素吸蔵合金装置１２１、冷却の熱媒体源１２２、加熱の熱媒体源１２４及びポンプ１２３を有する。
【００６８】
水素吸蔵合金装置１２１は、任意の構成をとることができるが、図１の水素吸蔵合金ユニット１０を用いることもできる。この場合は、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２に同一の水素解離圧の水素吸蔵合金を装着することが好ましい。水素吸蔵合金の装着はペースト状の水素吸蔵合金を水素吸蔵合金パイプ４１及び４２に充填し、その後固化させることにより行う。
【００６９】
このように構成された水素圧縮装置１１０は、水素吸蔵合金装置１２１に水素を貯蔵する水素貯蔵工程（図６（ａ））と、水素貯蔵容器１２５に水素を圧縮貯蔵する水素圧縮工程（図６（ｂ））からなるサイクルを実現可能である。
【００７０】
水素貯蔵工程においては、熱媒体源１２２により水素吸蔵合金装置１２１は常温で冷却される。すると、水素吸蔵合金装置１２１内の水素吸蔵合金は水素貯蔵容器１２０から内に存在する水素を吸蔵する。
【００７１】
一方、水素圧縮工程においては、熱媒体源１２４は高温に維持されており、これに連結された水素吸蔵合金装置１２１の温度が上昇する。水素吸蔵合金装置１２１の温度が、水素吸蔵合金装置１２１の水素吸蔵合金の水素放出開始温度に至ると水素が放出される。水素貯蔵容器１２５とポンプ１２３との間に設けた弁は開放されており、放出された水素は水素貯蔵容器１２５に貯蔵される。この工程では、水素吸蔵合金装置１２１側を入口、水素貯蔵容器１２５側を出口とするポンプ１２３が動作しており、強制的に水素吸蔵合金装置１２１の水素吸蔵合金で放出された水素が水素貯蔵容器１２５に貯蔵されるため、高圧に圧縮した状態で水素貯蔵容器１２５に水素を貯蔵することができる。
【００７２】
例えば、６０〜９０℃程度の排熱との熱交換により熱媒体源１２４を加熱し、水素吸蔵合金装置１２１の水素吸蔵合金の水素放出圧を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２程度に高め、ポンプ１２３の吸入側（水素吸蔵合金装置１２１側）を与圧すると、ポンプ１２３の出口側圧力が容易に高圧となる。
【００７３】
（５）第５実施形態（水素圧縮装置）
第５実施形態に係る水素圧縮装置１３０について図７を参照しつつ説明する。水素圧縮装置１３０は、圧縮した水素を水素貯蔵容器１４０に貯蔵する装置であって、水素貯蔵容器１４０、水素吸蔵合金装置１４１、圧力容器１４２、１４３及びポンプ１４４を有する。
【００７４】
水素吸蔵合金装置１４１は、水素吸蔵合金装置１４１から外部への流れのみを許容する逆止弁１５０、逆止弁１５０から分岐し逆止弁１５０から圧力容器１４２への流れのみを許容する逆止弁１５２、及び、逆止弁１５０から分岐し逆止弁１５０から圧力容器１４３への流れのみを許容する逆止弁１５３を介して、圧力容器１４２及び１４３に連結されている。
圧力容器１４２及び１４３は、それぞれ、圧力容器１４２及び１４３から水素貯蔵容器１４０への流れのみを許容する逆止弁１５４及び１５５を介して水素貯蔵容器１４０に連結されている。逆止弁１５４及び１５５と、水素貯蔵容器１４０との間には切替弁１５６が配置されている。さらに、圧力容器１４２と１４３との間には双方向搬送が可能なポンプ１４４が配置してある。このような配置により、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素を圧力容器１４２及び１４３のいずれか一方に選択的に搬送させることができる。
【００７５】
水素吸蔵合金装置１４１は任意の構成をとることができるが、図１の水素吸蔵合金ユニット１０を用いることができる。この場合は、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２に同一の水素解離圧の水素吸蔵合金を充填装着する。ノズル１４及び１５には熱媒体源１４５を連結させ、水素吸蔵合金パイプ４１及び４２の水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵合金パイプの開放端は、水素室及びノズルを介して逆止弁１５０に連結される。熱媒体源としては、雪や氷を含む自然外気温、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００７６】
圧力容器１４２及び１４３は、それぞれ、作動流体１６０が収容された密閉容器からなる液面ピストンを構成している。作動流体としては、例えば水を使用することができる。水を使う場合は、純水、蒸留水であることが望ましい。圧力容器１４２と１４３とがポンプ１４４を介して連通されているため、逆止弁１５２を開いて逆止弁１５３を閉じれば水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素は圧力容器１４２に流入してその中の作動流体１６０を押し下げて、その作動流体１６０は圧力容器１４３に流入し、圧力容器１４３内の作動流体１６０の上側に存在した水素は水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。逆に、逆止弁１５３を開いて逆止弁１５２を閉じれば水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素は圧力容器１４３に流入してその中の作動流体１６０を押し下げて、その作動流体１６０は圧力容器１４２に流入し、圧力容器１４２内の作動流体１６０の上側に存在した水素は水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。
【００７７】
つづいて、本実施形態における水素圧縮貯蔵の工程について説明する。
第１工程においては、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素を圧力容器１４２（水素導入側圧力容器、第１圧力容器）に流入させて、圧力容器１４３（圧縮側圧力容器、第２圧力容器）内の水素を水素貯蔵容器１４０に貯蔵する。具体的には、逆止弁１５０、１５３、１５４、切替弁１５６を開いて、逆止弁１５５、１５２を閉じた状態で、連結された熱媒体源１４５により水素吸蔵合金装置１４１を加熱すると、その水素吸蔵合金から放出された水素は、▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼の経路を経て水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。このとき、ポンプ１４４を駆動して作動流体を圧送することにより圧力容器１４２の液面ピストンが上昇して内部の水素を圧縮し、高圧縮状態で水素貯蔵容器１４０に水素を貯蔵することができる。熱媒体源としては、冷却の熱媒体源１４６には、雪や氷を含む自然外気温を使用し、加熱の熱媒体源１４５には、太陽熱、地熱、工場排熱、ごみ焼却熱、燃料等の燃焼熱、燃料電池排熱、機器作動時の排熱などを使用することができる。
【００７８】
第２工程においては、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金から放出された水素を圧力容器１４３（水素導入側圧力容器）に流入させて、圧力容器１４２（圧縮側圧力容器）内の水素を水素貯蔵容器１４０に貯蔵する。具体的には、逆止弁１５０、１５２、１５５、切替弁１５６を開いて、逆止弁１５３、１５４を閉じた状態で、連結された熱媒体源１４５により水素吸蔵合金装置１４１を加熱すると、その水素吸蔵合金から放出された水素は、▲１▼→▲５▼→▲６▼→▲７▼→▲８▼→▲９▼の経路を経て水素貯蔵容器１４０に貯蔵される。このとき、圧力容器１４２から圧力容器１４３へポンプ１４４を駆動して作動流体を圧送することにより、圧力容器１４３の液面ピストンが上昇して内部の水素を圧縮し、高圧縮状態で水素貯蔵容器１４０に水素を貯蔵することができる。
【００７９】
以上の第１工程及び第２工程を交互に行うことにより、水素貯蔵容器１４０に高圧に圧縮した水素を貯蔵することができる。例えば、６０〜９０℃程度の排熱との熱交換により水素吸蔵合金装置１４１を加熱し、水素吸蔵合金装置１４１の水素吸蔵合金の水素放出圧を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２程度に高めて与圧することにより、圧力容器１４２及び圧力容器１４３のうち水素導入側圧力容器内は、体積が一旦（一次圧縮）縮小されて導入できるため、ポンプ１４４は常圧の体積から超高圧の体積まで縮小することなく容易に水素を水素貯蔵容器１４０内に圧縮（二次圧縮）して移送され、従来装置に比べ要する時間も短時間となる。
【００８０】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、装置をコンパクトにでき、水素吸蔵合金の加熱と冷却の切り替え時の熱のロスが少なく、水素吸蔵合金と熱媒体源との熱の授受が瞬時にでき、水素吸蔵合金の水素化時の膨張により容器が破損するおそれの少ない水素吸蔵合金ユニットを提供することができる。また、コンパクトな構成で超低温を達成することのできるヒートポンプを提供することができる。さらに、より高圧で水素を圧縮可能な水素圧縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵合金ユニットの構造を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ方向の断面図であり、（ｂ）は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ方向の断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵合金パイプの構造を示す軸直交断面図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵合金パイプの構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプの概略構成図であり、（ａ）は超低温生成工程を示し、（ｂ）は再生工程を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプの概略構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る水素圧縮装置の概略構成図であり、（ａ）は水素貯蔵工程を示す図であり、（ｂ）は水素圧縮工程を示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る水素圧縮装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 水素吸蔵合金ユニット
１１ 本体部
１２ １３ 端板部
１４ １５ ノズル
１６ 熱交換室
２４ ２５ ノズル（水素ノズル）
３２ ３３ 水素室
４１ ４２ 水素吸蔵合金パイプ（群）
６０ 水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）
６１ 水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）
６２ 水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）
６３ 水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）
７０ ７１ ７２ ７３ 熱媒体源
７４ ポンプ
８０ ヒートポンプ
９０ ポンプユニット
９１ ポンプ
１００ 水素吸蔵合金装置（第１水素吸蔵合金装置）
１０１ 水素吸蔵合金装置（第２水素吸蔵合金装置）
１０２ 水素吸蔵合金装置（第３水素吸蔵合金装置）
１０３ 水素吸蔵合金装置（第４水素吸蔵合金装置）
１０５ １０６ １０７ １０８ 熱媒体源
１１０ 水素圧縮装置
１２０ 水素貯蔵容器
１２１ 水素吸蔵合金装置
１２２ 熱媒体源
１２３ ポンプ
１３０ 水素圧縮装置
１４０ 水素貯蔵容器
１４１ 水素吸蔵合金装置
１４２ １４３ 圧力容器
１４４ ポンプ
１４５ １４６ 熱媒体源
１５０ １５２ １５３ １５４ １５５ 逆止弁
１５６ 切替弁
１６０ 作動流体
Claims (12)
- 水素吸蔵合金材料及び水素吸着材料の共融混合物の粉末を粘性物質と混合してペースト化したことを特徴とする水素吸蔵合金。
- 熱媒体源が流通する熱交換室と、
前記熱交換室の両側に形成された一対の水素室と、
前記一対の水素室内にそれぞれ一端部が臨み、他端部が自由状態で熱交換室内に延び、前記一対の水素室側にそれぞれ一端部が固定された対をなす水素吸蔵合金パイプ群と、
を備え、
前記対をなす水素吸蔵合金パイプ群を構成する各水素吸蔵合金パイプは、その内部に水素吸蔵合金を有していて、前記熱交換室内側の自由端部は閉じており、前記水素室内側の端部に水素流通孔が開口していることを特徴とする水素吸蔵合金ユニット。 - 前記対をなす水素吸蔵合金パイプは、ハニカム状に配置されている請求項２記載の水素吸蔵合金ユニット。
- 前記対をなす水素吸蔵合金パイプ内の水素吸蔵合金は解離圧が異なっている請求項２又は請求項３記載の水素吸蔵合金ユニット。
- 前記水素吸蔵合金パイプはそれぞれ、中心部の前記水素流通孔を有する多孔質材料からなるパウンド材と、このパウンド材と外殻パイプとの間にペースト状で装着した後に固化させた水素吸蔵合金ペーストと、を有する請求項２乃至４のいずれか１項記載の水素吸蔵合金ユニット。
- 前記水素吸蔵合金パイプの外周にはカーボン繊維または炭化物繊維が巻きつけられている請求項２乃至５のいずれか１項記載の水素吸蔵合金ユニット。
- 所定の解離圧を有する第１水素吸蔵合金を備える第１水素吸蔵合金装置と、
前記第１水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第２水素吸蔵合金を備える第２水素吸蔵合金装置と、
前記第２水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第３水素吸蔵合金を備える第３水素吸蔵合金装置と、
前記第３水素吸蔵合金より高い解離圧を有する第４水素吸蔵合金を備える第４水素吸蔵合金装置と、
を有し、
前記第２水素吸蔵合金装置と前記第３水素吸蔵合金装置は一つのユニットを形成し、
前記ユニットは、前記第２水素吸蔵合金を有する第１水素吸蔵合金パイプ群と、
前記第１水素吸蔵合金パイプの一端が固定される第１水素室と、前記第３水素吸蔵合金を有する第２水素吸蔵合金パイプ群と、前記第２水素吸蔵合金パイプの一端が固定される第２水素室と、を備え、前記第２水素吸蔵合金パイプの他端及び前記第３水素吸蔵合金パイプの他端は共通の熱交換室に配置され、
前記第１水素吸蔵合金装置は、前記第２水素吸蔵合金装置及び前記第３水素吸蔵合金装置のうちの一方と連通し、
前記第４水素吸蔵合金装置は、前記第２水素吸蔵合金装置及び前記第３水素吸蔵合金装置のうちの他方と連通し、
前記第１水素吸蔵合金装置乃至第４水素吸蔵合金装置のいずれかを加熱又は冷却することにより、第１水素吸蔵合金装置及び第４水素吸蔵合金装置は、それぞれ前記ユニットへ水素を移送することを特徴とするヒートポンプ。 - 前記第２水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置とは、前記第４水素吸蔵合金装置から前記第２水素吸蔵合金装置へ水素を移送可能なポンプを介して連通されている請求項７記載のヒートポンプ。
- 前記水素吸蔵合金パイプの外周にはカーボン繊維または炭化物繊維が巻きつけられている請求項７又は請求項８項記載のヒートポンプ。
- 所定の解離圧を有する第１水素吸蔵合金を備える第１水素吸蔵合金装置と、
前記第１水素吸蔵合金より低い解離圧を有する第２水素吸蔵合金を備える第２水素吸蔵合金装置と、
前記第１水素吸蔵合金より低い解離圧を有する第３水素吸蔵合金を備える第３水素吸蔵合金装置と、
前記第１水素吸蔵合金と同じ解離圧を有する第４水素吸蔵合金を備える第４水素吸蔵合金装置と、
を有し、
前記第１水素吸蔵合金装置と前記第２水素吸蔵合金装置はポンプユニットにより連結された第１系統を形成し、
前記第３水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置は前記ポンプユニットにより連結された第２系統を形成し、
前記２つの系統のそれぞれにおいて、一方の水素吸蔵合金装置を加熱又は冷却し、かつ、前記ポンプユニットを動作させることにより、
前記第１水素吸蔵合金装置と前記第２水素吸蔵合金装置との間、及び、前記第３水素吸蔵合金装置と前記第４水素吸蔵合金装置との間で、互いに反対方向に水素の移送を行うことを特徴とするヒートポンプ。 - 水素吸蔵合金材料及び水素吸着材料の共融混合物の粉末を粘性物質と混合してなる水素吸蔵合金を有し、熱媒体源との間で熱の授受が可能な水素吸蔵合金装置と、
前記水素吸蔵合金装置とポンプを介して連通した水素貯蔵容器と、
を備え、
前記熱媒体源により前記水素吸蔵合金装置を加熱するとともに、前記ポンプを前記水素吸蔵合金装置から前記水素貯蔵容器へ水素を移送するように動作させることにより前記水素貯蔵容器に圧縮して水素を収容することを特徴とする水素圧縮装置。 - 水素吸蔵合金を有する水素吸蔵合金装置と、
それぞれ前記水素吸蔵合金装置に切り替え可能に連通された第１圧力容器及び第２圧力容器と、
前記第１圧力容器及び前記第２圧力容器の双方に連通され、流体を移送可能なポンプと、
前記第１圧力容器及び前記第２圧力容器のそれぞれに連通した水素貯蔵容器と、を備え、
前記水素吸蔵合金装置を加熱して前記水素吸蔵合金から放出された水素を、前記第１圧力容器及び前記第２圧力容器の一方に移送し、かつ、前記第１圧力容器及び前記第２圧力容器のうち水素が移送された一方側から他方側へ流体を移送するように前記ポンプを動作させることにより前記水素貯蔵容器に圧縮して水素を収容することを特徴とする水素圧縮装置。
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