JP2004340530A

JP2004340530A - 水素吸蔵合金容器

Info

Publication number: JP2004340530A
Application number: JP2003140118A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fujita; 泰宏藤田; Takashi Iwamoto; 隆志岩本; Masayuki Kawai; 政征河合
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】水素圧縮機などに用いられる水素吸蔵合金容器の設計変形、保守などを容易にする。
【解決手段】熱媒の出入口８、９がそれぞれ設けられ、少なくとも一端部を開閉可能にした筒状の熱交換ジャケット７と、該熱交換ジャケットの筒方向に沿って伸張し、該熱交換ジャケット内に抜き差し可能に配置される複数の水素吸蔵合金チューブ１２と、水素吸蔵合金チューブに接続される複数の水素移動用配管１７を備える。
【効果】保守、修理に際しては、所望のチューブを抜いて保守等を容易に行うことができ、修理、取り替え等においてはチューブを再度熱交換ジャケットに容易に配置できる。また、ジャケットの大きさやチューブの本数、配置間隔を適宜変更することで設計変形に容易に対応できる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を行う水素吸蔵合金容器に関するものであり、特に水素圧縮機に好適な水素吸蔵合金容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
来るべき水素エネルギー時代に向け、水素製造、輸送、貯蔵、利用に関する様々な技術開発が年を追うごとに活発化している。利用用途として最も実用化に期待がかかっているのが燃料電池自動車であり、このための水素貯蔵法として内圧３５ＭＰａ以上の高圧水素タンクを搭載するのが主流となりつつある。これほどの高圧まで水素を圧縮させる機器として、現状ではダイアフラムによる機械式コンプレッサーが広く用いられているが、信頼性、メンテナンス性の面で未だ多くの課題が残っている。
一方、化学式コンプレッサーとして、水素吸蔵合金の水素吸放出反応を利用する試みが１９７０年代から始まっている（特許文献１、特許文献２、非特許文献１、非特許文献２）。水素吸蔵合金とは可逆的に多量の水素（１００〜３００ＮＬ／ｋｇ）を吸放出する金属材料であり、温度によってその水素吸放出平衡圧は大きく変化する。温度と水素吸放出平衡圧との関係は以下の式（１）で表される。
【０００３】
【数１】

【０００４】
ここで、Ｐは水素吸放出平衡圧、Ｐ^０は標準大気圧、△Ｈ^０は標準水素化エンタルピー変化、ΔＳ^０は標準水素化エントロピー変化、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度を示す。例えば、代表的な水素吸蔵合金であるＬａＮｉ_５（ΔＨ^０＝−３０．１ｋＪ／ｍｏｌＨ_２、ΔＳ^０＝−１０８．８Ｊ／Ｋ・ｍｏｌＨ_２）では、室温（２９８Ｋ）での水素吸放出平衡圧は０．２６ＭＰａであるのに対し、１００℃（３７３Ｋ）まで加熱するとその圧力は１０倍以上の３．０ＭＰａに達する。
【０００５】
図１に水素圧縮の概略図を示す。図１中の２本の実線は温度Ｔ_１および温度Ｔ_２（＞Ｔ_１）における水素吸蔵合金のＰＣＴ曲線である。まず、吸収点１にて水素吸蔵合金は温度Ｔ_１、水素圧力Ｐ_１の環境下でＸ_１の水素を吸収する。この合金を温度Ｔ_２まで加熱すると、圧力Ｐ_２（＞Ｐ_１）の水素をＸ_２−Ｘ_１だけ放出する。水素が十分放出され、放出点２に達すると今度は合金を冷却しながら圧力Ｐ_ｌの水素を導入する。このサイクルを繰り返すことで、圧力Ｐ_ｌから圧力Ｐ_２への水素圧縮が実現される。以降、この種の圧縮サイクルに基づく圧縮機をＭＨコンプレッサーと呼ぶ（ＭＨはＭｅｔａｌＨｙｄｒｉｄｅの略）。
【０００６】
ＭＨコンプレッサーが機械式コンプレッサーに比べて優位な点を次に挙げる。
（イ）機械摺動部がないため、水素リーク、オイル混入、騒音、振動などの悪影響がほとんど無視できる。このため、メンテナンス費用が安価である。
（ロ）熱駆動による水素圧縮であるため、有効な廃熱源があればランニングコストはほぼゼロとなる。また、６０℃〜２００℃の低い排熱温度によって動作可能である。
（ハ）機械式コンプレッサー以上のコンパクト化、低コスト化が可能である。
【０００７】
また、ＭＨコンプレッサーは、水素平衡圧力の異なる複数の合金を組み合わせることで、多段圧縮が可能である。この方法を用いると、１０ＭＰａを超える圧力まで水素を昇圧することができる。例として、２段圧縮を図２を用いて説明する。図２はＰ−Ｔ線図と呼ばれ、横軸に絶対温度の逆数を、縦軸に水素圧力の対数をとったグラフである。前記式（１）より、水素吸蔵合金の平衡水素圧力の対数は温度の逆数に比例するため、Ｐ−Ｔ線図上では直線を描く。ここで、１段目ＭＨおよび２段目ＭＨがそれぞれ図２に示す直線をとるものとする。
まず、温度Ｔ_１にて１段目ＭＨに圧力Ｐ_ｌの水素を吸収させる（点３）。次に、１段目ＭＨを温度Ｔ_２（＞Ｔ_ｌ）まで加熱すると、平衡水素圧力はＰ_２（＞Ｐ_ｌ）となる（点４）。このとき、２段目ＭＨの温度をＴ_ｌにするとその平衡水素圧力はＰ_２’（＜Ｐ_２）であるため、１段目と２段目の容器間で水素の行き来ができ、１段目ＭＨは水素を放出し、２段目ＭＨは水素を吸収する（点５）。最後に、２段目ＭＨを温度Ｔ_２まで加熱すると、平衡水素圧力はＰ_３（＞Ｐ_２）となって高圧水素が得られる（点６）。
【０００８】
また、ＭＨコンプレッサーは機械式コンプレッサーに比べ、１サイクルにかかる時間が長い（数分〜数十分）ため、単独運転では連続的な高圧水素の製造ができない。そこで、同性能の合金容器を複数個用意し、互いにサイクルをずらして運転することによって連続的に高圧水素を得る方法が考案されている。この方法を用いると、熱負荷が安定するメリットもある。
現在までにＭＨコンプレッサーに関して以下の技術的提案があった。
（ａ）圧縮効率の向上のための水素圧回収方法および顕熱回収方法の提案。（特許文献３）
（ｂ）新規な水素吸蔵合金容器、熱交換容器の提案。（特許文献４、５、６）
（ｃ）容器顕熱ロスの低減のため、合金そのものを低温・低圧槽と高温・高圧槽との間を流動的に行き来させるＭＨコンプレッサーの提案。（特許文献７、８、非特許文献３）
（ｄ）新規なＭＨコンプレッサーシステムの提案。（特許文献９、１０、１１、１２）
【０００９】
続いて、従来までのＭＨコンプレッサーの試作例を下記に挙げる。
Ｅｒｇｅｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．（米）は吸入水素圧０．３４ＭＰａ、吐出水素圧３．４ＭＰａ、冷却水温度２０℃、温水温度７５℃、水素処理量１．７Ｎｍ^３／ｈのＭＨコンプレッサーを試作している（非特許文献４）。この圧縮機は４種類の水素吸蔵合金を用いた４段圧縮システムをとっている。合金は外径９．５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの細管内に内蔵されており、さらに圧縮段ごとに各１本ずつ計４本の細管をまとめて熱交換チューブ（外径２８・６ｍｍ、肉厚１．３ｍｍ）内に挿入した構造となっている。合金重量当たりの伝熱面積が非常に大きいため、２分／サイクルの短時間での加熱・冷却行程が実現されている。
【００１０】
ＮａｔｉｏｎａｌＵｋｒａｉｎｉａｎＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ（ウクライナ）は、吸入水素圧０．３ＭＰａ、吐出水素圧１５．０ＭＰａ、水素処理量１０Ｎｍ^３／ｈの工業用ＭＨコンプレッサーを開発した（非特許文献５）。２種類の合金を用いた２段圧縮機であり、合金内蔵チューブ内に配置した電気ヒーターによって合金を加熱し、ファンによってチューブ外面を空冷することで合金を冷却する構造となっている。
【００１１】
また、ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｅｒｇｙＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（独）は、吸入水素圧０．５ＭＰａ、吐出水素圧１２．５ＭＰａ、冷却水温度１０℃、温水温度１００℃、水素処理量０．３Ｎｍ^３／ｈのＭＨコンプレッサーを試作している（非特許文献６）。この圧縮機は２種類の合金を用いた２段階圧縮を採用しており、内容積２．５Ｌの合金容器内部に熱交換チューブを螺旋状に巻いて配置する構造となっている。試験の結果、放出時間を２０分に設定した時に最大流量が得られている。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第３９４３７１９号明細書
【特許文献２】
米国特許第４０８５５９０号明細書
【特許文献３】
特許第１７７９１３５号明細書
【特許文献４】
米国特許第４５０５１２０号明細書
【特許文献５】
特許第１６８８７２１号明細書
【特許文献６】
特許第１８４８０４３号明細書
【特許文献７】
特許第１３２７２０１号明細書
【特許文献８】
特開平９−２４９４０１号公報
【特許文献９】
米国特許第４４０２１８７号明細書
【特許文献１０】
特許第１６１２７０３号明細書
【特許文献１１】
西独国特許第３８０９６８０号明細書
【特許文献１２】
特許第２６４８９５９号明細書
【非特許文献１】
”ＩＥＣＥＣ ’７５ＲＥＣＯＲＤ”，（１９７５），ｐ１３３９
【非特許文献２】
”Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ＨｙｄｒｉｄｅｓＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅ”，（１９７８），ｐ２５１
【非特許文献３】
”ＨｙｄｒｏｇｅｎＥｎｅｒｇｙＰｒｏｇ．”，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３，ｐ．１４１９（１９９０）
【非特許文献４】
”Ｐｒｏｃ．１８ｔｈＩＥＣＥＣ”，（１９８３），ｐ１７４６
【非特許文献５】
”ＨｙｄｒｏｇｅｎＰｏｗｅｒ：ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｌｕｔｉｏｎｓ”，（１９９８），ｐ３２３
【非特許文献６】
”ＨｙｄｒｏｇｅｎＰｏｗｅｒ：ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｌｕｔｉｏｎｓ”，（１９９８），ｐ３８３
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術には熱効率の向上や装置のコンパクト化などの工夫は見られるものの、設計・製造時の労力およびコストの低減、メンテナンス性の向上、多様な水素処理量・水素圧への対応性に関する技術は考案されてこなかった。そのため、以下の点が課題として残っている。
【００１４】
設計・製造：需要家によって吸入・吐出圧力、水素処理量、装置サイズの要求は千差万別であり、従来の技術では仕様に沿った設計変更を余儀なくされるため、設計の規格化は困難なものと考えられる。また、製造においても、合金容器や熱媒チューブの形状が複雑であるため、製造コストや納期の点で不利となる。
【００１５】
保守・修理：わが国では高圧ガス保安法によって高圧ガス使用機器の定期保安検査および自主検査が義務づけられているが、従来の技術で製造された合金容器は表面検査等が困難な構造であることが多い。また、検査の結果修理すべき箇所が発見された場合も、構造の複雑さ故にその他の正常な部位も含めて新規に交換しなければならない設計となっているものも少なくない。さらに、水素吸蔵合金は水素活性化後空気に触れるとその水素化能力が著しく低下するため、水素配管の修理・交換などの際は細心の注意を払う必要があり、場合によっては合金ごと交換しなければならない。
【００１６】
処理能力・水素圧の変更：従来のＭＨコンプレッサーの製作・納入後、その水素処理能力・水素圧を変更する場合は、新たなＭＨコンプレッサーを追加するか、合金容器を丸ごと交換しなければならない。
【００１７】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、設計・製造が容易で、多様な水素処理等にも容易に対応ができ、さらに、修理・交換などの保守が容易であり、さらに処理能力の変更を可能にする水素吸蔵合金容器を提供することを目的とする。
【００１８】
【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水素吸蔵合金容器のうち、請求項１記載の発明は、熱媒の出入口がそれぞれ設けられ、少なくとも一端部を開閉可能にした筒状の熱交換ジャケットと、該熱交換ジャケットの筒方向に沿って伸張し、該熱交換ジャケット内に抜き差し可能に配置される複数の水素吸蔵合金チューブと、該水素吸蔵合金チューブに接続される複数の水素移動用配管とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１記載の発明において、前記水素移動用配管には、前記各水素吸蔵合金チューブに対する開閉弁がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記水素移動用配管の一部または全部は、少なくとも熱交換ジャケット外部に伸張する水素移動用主管に熱交換ジャケット内で着脱可能に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記水素移動用配管は、１つの水素吸蔵合金チューブに接続された部分が、他の水素吸蔵合金チューブと接続された他の部分と、着脱可能に接続されているとともに、前記した他の部分は、前記した１つの水素吸蔵合金チューブを熱交換ジャケットに対し抜き差しする際に該水素吸蔵合金チューブと干渉しない位置にあることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記水素吸蔵合金チューブは、それぞれ水素平衡圧の異なる水素吸蔵合金を収容する複数のグループからなることを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記熱交換ジャケットの内部には、前記水素吸蔵合金チューブと交差する方向に沿ってジャケットの内部空間の一部または全部を遮る仕切板が配置されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記仕切板は、水素吸蔵合金チューブが抜き差し可能に挿入されるチューブ挿通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項８記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記水素吸蔵合金チューブの外面および／または内面にフィンが取り付けられていることを特徴とする。
【００２６】
請求項９記載の水素吸蔵合金容器の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記水素吸蔵合金チューブが直管であることを特徴とする。
【００２７】
本発明では、円筒、角筒などの形状を有する熱交換ジャケットに筒方向に伸張する水素吸蔵合金チューブを配置するものとしたので、設計変更においては、ジャケットの大きさやチューブの本数、配置間隔を適宜変更することで容易に対応することができる。さらには、予め、必要とされる処理能力に合わせて設計変更すべき事項をパラメータ化して仕様を定めておくこともできる。
【００２８】
また、各水素吸蔵合金チューブは、熱交換ジャケットに対し抜き差し可能になっているので、保守、修理に際しては、所望のチューブを抜いて保守等を容易に行うことができ、修理、取り替え等においてはチューブを再度熱交換ジャケットに容易に配置することができる。これら処理においてはチューブは直管である方が処理が容易となる。また、各水素吸蔵合金に接続される複数の水素移動用配管を配置したので、水素吸蔵合金チューブの抜き差しに際しては一部の水素移動用配管の接続を解くことでチューブの取り出しを容易に行うことができる。このため、水素移動用配管は、ジャケット外部に伸張する水素移動用主管に着脱可能に接続することが提案される。また、水素移動用配管は、１つの水素吸蔵合金チューブに接続された部分が、他の水素吸蔵合金チューブと接続された他の部分と、着脱可能に接続されているものとして、この他の部分は、１つの水素吸蔵合金チューブを熱交換ジャケットに対し抜き差しする際にこの水素吸蔵合金チューブと干渉しない位置にあるものとするのが望ましい。このような接続状態にすることで任意のチューブを容易に抜き差しすることを可能にする。また、水素移動用配管には、各水素吸蔵合金チューブに対する開閉弁を設けることができる。これによりいずれかのチューブの抜き差しに際し、他のチューブに対する開閉弁を閉じておくことで収容されている水素吸蔵合金の被毒などを避けることができる。このため、開閉弁は、各水素吸蔵合金に個別に対応する数を配置するのが望ましい。
【００２９】
また、本発明の水素吸蔵合金容器の構造では、チューブの抜き差しを容易に行うことができるので、熱交換ジャケットの内部には、追加して水素吸蔵合金チューブを収容可能な余部空間を設けておくこともできる。
【００３０】
また、この水素吸蔵合金チューブは、水素平衡圧の異なる水素吸蔵合金を収容する複数のグループで構成されているものであってもよい。その場合、グループ間のチューブでは、水素の移動を可能にすることで水素の多段圧縮が可能になる。
なお、水素吸蔵合金チューブが複数のグループで構成される場合も含めて、各水素吸蔵合金チューブは、外形形状を共通にするものが望ましい、これにより設計変更が容易になり、また保守、修理においてもチューブの抜き差し作業を円滑に行うことが可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図３、４に基づいて説明する。なお、この実施形態の水素吸蔵合金容器は、２段圧縮式ＭＨコンプレッサーを構成する例である。
熱交換ジャケット７は、円筒形状で構成され、その一端部近辺に熱媒／冷媒入口８、他端部近辺に熱媒／冷媒出口９が設けられており、さらに両端部にフランジ１０を取り付けることによって蓋板１１、１１をボルト締めして閉止できるようになっている。したがってボルトを緩めて蓋板１１を外すことによってその一端部を開くことができる。
【００３２】
上記熱交換ジャケット７の内部には、計１４本の直管形状の合金内蔵チューブ１２を筒方向に沿って収容することができる。熱交換ジャケット７内には、径方向断面に沿った複数の仕切板１６…１６が筒方向に間隔を有して配置されている。該仕切板１６は、筒方向両端に位置するものでは、熱交換ジャケット内の径方向断面を遮断する形状を有しており、その内側に位置する仕切板１６では、径方向端部に位置する一部開口を除いて熱交換ジャケット内の径方向断面を遮断する形状を有している。該開口は、隣接する仕切板１６において交互に異なる端部に位置している。この仕切板１６…１６を設置することで熱媒／冷媒と水素吸蔵合金チューブ１２との熱交換が効率よく進行できるよう配慮されている。なお、各仕切板１６には、各水素吸蔵合金チューブ１２が挿入・貫通する挿通孔１６ａ…１６ａが形成されている。
【００３３】
各水素吸蔵合金チューブ１２は、それぞれ一端に閉止バルブ１３が取り付けられて水素移動配管１７に接続されている。水素移動配管１７は、複数配置されており、それぞれチューブフィッティング１９を介して熱交換ジャケット７の外部に伸張する低圧側水素移動主管１４または高圧側水素移動主管１５に接続されている。なお低圧側水素移動主管１４および高圧側水素移動主管１５は、熱交換ジャケット７の外部でコンプレッションフィッティング１８が介設されている。
また、水素移動配管１７は、各水素吸蔵合金チューブ１２毎に分割されてそれぞれチューブフィッティング１９によって接続されている。このため、水素移動配管１７は、レンチ等を用いることで容易にその脱着が可能である。なお、水素移動配管１７の分割箇所は、１つの水素合金チューブ１２を抜き差しする際に、該水素合金チューブ１２とともに移動する水素移動配管以外の残余の水素移動配管１７が、抜き差しされるのチューブ１２と干渉しないように位置している。また、水素移動主管１４、１５は、いずれの水素吸蔵合金チューブ１２を抜き差しする際にも該チューブ１２と干渉しない位置に配置されている。
【００３４】
なお、本実施形態のＭＨコンプレッサーは２段圧縮であるので、合金内蔵チューブ１２は低圧用と高圧用の２種類（２グループ）で構成されている。したがって、水素移動配管１７は低圧系統２０と高圧系統２１に区別されている。すなわち、低圧系統２０の水素移動管１７は、前記した低圧側水素移動主管１４に接続され、高圧系統２１の水素移動配管１７は、前記した高圧側水素移動主管１５に接続されている。ここで、図に示すように低圧系統に属する合金内蔵チューブの方が高圧系統のものよりも本数が少なくなっている。その理由は、内部で発生する圧力に違いによって後者に比べて前者のチューブ肉厚を薄くできるため単位チューブ長さあたりに収納しうる水素吸蔵合金量が多くなり、結果として必要チューブ長さが短くて済むためである。
【００３５】
次に、水素吸蔵合金チューブ１２の詳細を図５の断面図を示す。
チューブ１２内には、熱伝導率の向上のために数ｍｍ間隔で薄い円盤状のアルミニウムフィン２８が配置されており、該アルミニウムフィン２８の間に粒状に粉砕された水素吸蔵合金２９が充填されている。また、水素通気用に、該水素吸蔵合金２９とアルミニウムフィン２８を貫いて数本の繊維チューブ２７がチューブの長手方向に沿って配置されている。水素吸蔵合金チューブ１２の一端はエンドキャップ３１によって溶接閉止されており、もう一端はグラスウール２６、焼結金属フィルター２５が詰められた後、中心に水素入出孔２３を設けたヘッドキャップ２４が溶接される。水素入出孔２３にはさらに水素導管２２が差し込み溶接され、閉止バルブ１３が接続されている。該閉止バルブ１３には、前記したように分割された水素移動配管１７が接続され、該水素移動配管１７にチューブフィッティング１９が取り付けられて、他の分割された水素移動配管１７に接続されている。
【００３６】
上記実施形態では、低圧系統２０および高圧系統２１が同一の熱交換ジャケット７内にあるため、低圧系統２０が水素放出行程にあるとき、高圧系統も水素放出行程にある。したがって、低圧系統２０で昇圧された水素を直接高圧系統に導入することはできない。そのため、以下のような対応策（ａ）（ｂ）のいずれかが採られる。
（ａ）熱交換ジャケット外部に低圧系統と高圧系統とを結ぶバッファタンク３４を設ける（図６）。図中３２は、低圧水素供給源、３３は高圧水素需要先、３５はバルブである。
この構成の圧縮機では、熱交換ジャケット７に、熱媒／冷媒入口８、熱媒／冷媒出口９を通して冷媒を連続的に導入すると、チューブ１２内の水素吸蔵合金が冷却される。これに伴って低圧水素供給源３２側のバルブ３５とバッファタンク３４の高圧側水素移動主管１５側のバルブ３５を開ける。なお、このとき、バッファタンク３４には中圧の水素が収容されているものとする。すると、低圧水素供給源３２の低圧水素が低圧側水素移動主管１４から低圧系統２０の水素移動配管１７を通して水素吸蔵合金チューブ１２に導入され、該チューブ１２内の水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。一方、バッファタンク３４に収容されている中圧の水素は、高圧側水素移動主管１５から高圧系統２１の水素移動配管１７を通して水素吸蔵合金チューブ１２に導入され、該チューブ１２内の水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。
【００３７】
上記工程が完了すると、上記で開いたバルブ３５、３５を閉じ、バッファタンク３４の低圧側水素移動主管１４側のバルブ３５と、高圧水素需要先３４のバルブ３５を開く。そして熱交換ジャケット７の熱媒／冷媒入口８、熱媒／冷媒出口９を通して熱媒を連続的に導入すると、チューブ１２内の水素吸蔵合金が加熱される。すると、低圧系統２０において、水素吸蔵合金チューブ１２内の水素吸蔵合金で水素が放出され、水素移動配管１７および低圧側水素移動主管１４を通して中圧の水素がバッファタンク３２に送出される。一方、高圧系統２１においては、水素吸蔵合金チューブ１２内の水素吸蔵合金から水素が放出され、水素移動配管１７および高圧側水素移動主管１５を通して高圧の水素が高圧水素需要先３３に送られる。上記サイクルを繰り返すことで低圧の水素を２段で圧縮して高圧の水素を供給することができる。
【００３８】
（ｂ）同性能・同量の水素吸蔵合金チューブを搭載した熱交換ジャケットを複数基（図では熱交換ジャケット７と７ａ）用意し、加熱・冷却サイクルを互いにずらして運転する（図７）。
この構成の圧縮機では、低圧水素供給源３２と、高圧水素需要先３３と、熱交換ジャケット７、熱交換ジャケット７ａ間にバルブ３５を設けて水素移動を制御する。
【００３９】
先ず、上記実施形態と同様に、熱交換ジャケット７内の水素吸蔵合金を冷媒によって冷却し、熱交換ジャケット７ａ内の水素吸蔵合金を熱媒によって加熱する行程を説明する。熱交換ジャケット７では、バルブ３５の制御によって低圧水素供給源３２の水素が低圧系統の水素吸蔵合金に吸蔵され、高圧系統では、熱交換ジャケット７ａの低圧系統の水素吸蔵合金から放出された水素が導入されて水素吸蔵合金に吸蔵される。熱交換ジャケット７ａでは、上記のように低圧系統の水素吸蔵合金から放出された中圧の水素が熱交換ジャケット７側に送出され、高圧系統の水素吸蔵合金から放出された高圧の水素が高圧水素需要先３３に供給される。
【００４０】
上記行程が完了すると、熱交換ジャケット７側の水素吸蔵合金を熱媒で加熱し、熱交換ジャケット７ａ側の水素吸蔵合金を冷媒によって冷却する。この結果、熱交換ジャケット７側では、低圧系統の水素吸蔵合金から放出された水素が熱交換ジャケット７ａ側に供給され、高圧系統の水素吸蔵合金から放出された水素が高圧水素需要先３３に供給される。一方、熱交換ジャケット７ａ側では、低圧系統の水素吸蔵合金に低圧水素供給源３２の水素が吸蔵され、高圧系統の水素吸蔵合金では上記のように熱交換ジャケット７の低圧系統の水素吸蔵合金から放出された水素が吸蔵される。
この実施形態では、これらの行程を繰り返すことで低圧の水素を２段で圧縮して連続して高圧の水素を供給することができる。
【００４１】
上記の水素吸蔵合金容器のメンテナンスを行う際には、まず熱交換ジャケット７内に溜まった熱媒／冷媒を抜き、水素移動配管１７内の水素圧を常圧付近まで低下させる。続いて一方の蓋板１１を取り外し、それぞれの水素吸蔵合金チューブ１２に接続された閉止バルブ１３を閉じ、必要なチューブフィッティング１９を取り外してから水素吸蔵合金チューブ１２を水素吸蔵合金容器から引き抜く。この際には、他部材と干渉することなく必要な水素吸蔵合金チューブを容易に引き抜くことができる。引き抜いたチューブについては、気密・耐圧試験や表面検査、場合によっては非破壊検査を実施し、もしリークや欠陥が認められた場合は、該当する水素吸蔵合金チューブを同等のものと交換する。点検後、再び水素吸蔵合金チューブ１２を熱交換ジャケット７内に差し入れ、水素移動配管１７にチューブフィッティング１９を接続した後、水素移動配管１７内に混入した空気を除くために真空ポンプにて真空引きする。真空引き後、閉止バルブ１３を開放し、熱交換ジャケット７の蓋板１１を閉鎖する。これら一連の作業によって保守、点検作業を容易に行うことができる。
【００４２】
また、将来的に水素処理量や吐出水素圧力の増加が見込まれる場合は、図８に示すように熱交換ジャケット７０の径を必要な径よりも大きくとり、水素吸蔵合金チューブを後から追加できるように予備のスペース（余部空間７０ａ）を空けておく。この場合に、仕切板１６には、追加して配置する水素吸蔵合金チューブのための挿通孔１６ａを形成しておいてもよく、また、必要に応じて該挿通孔１６ａには蓋をしておいてもよい。
上記構成の水素吸蔵合金容器では、水素処理量の増大が望まれた場合は、既存の水素吸蔵合金チューブと同等のチューブを予備のスペースに差し入れ、水素移動配管を接続するだけで改造は完了する。一方、水素圧力の増加は、昇圧に必要な性能を有した水素吸蔵合金を納めた水素吸蔵合金チューブを予備のスペースに追加し、逆止弁や自動バルブ等の構成を改めることで実現できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水素吸蔵合金容器によれば、熱媒の出入口がそれぞれ設けられ、少なくとも一端部を開閉可能にした筒状の熱交換ジャケットと、該熱交換ジャケットの筒方向に沿って伸張し、該熱交換ジャケット内に抜き差し可能に配置される複数の水素吸蔵合金チューブと、該水素吸蔵合金チューブに接続される複数の水素移動用配管とを備えるので、本発明により、次のような効果が認められる。
（イ）水素吸蔵合金チューブを熱交換ジャケット内から引き出しやすくなり、点検、交換作業が簡便化される。該チューブは直管とすることにより該作業はより容易になる。
（ロ）水素吸蔵合金チューブの外径を標準化することにより、多様な水素処理能力、水素圧のＭＨコンプレッサーの設計・製造を簡便化・低コスト化できる。
（ハ）水素吸蔵合金チューブおよび熱交換ジャケットの長さを変更することで、設置場所の大きさに応じた柔軟な寸法調整が可能である。
（ニ）それぞれの水素吸蔵合金チューブに閉止バルブを設けることで合金を大気に晒すことなく点検、交換作業が実施できる。
素圧力の変更に容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素吸蔵合金のＰＣＴ線図と圧縮サイクルの概略を示す図である。
【図２】２種類の水素吸蔵合金を用いた２段圧縮のＰ−Ｔ線図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】同じく入口方向から見た図である。
【図５】同じく水素吸蔵合金チューブの断面図である。
【図６】同じくバッファタンクを用いたＭＨコンプレッサーの水素配管構成図である。
【図７】同じく２基の熱交換ジャケットを用いたＭＨコンプレッサーの水素配管構成図である。
【図８】拡張のための予備スペースを設けた場合の他の実施形態における熱交換ジャケットを入口方向から見た図である。
【符号の説明】
１水素吸収点
２水素放出点
３１段目ＭＨ吸収点
４１段目ＭＨ放出点
５２段目ＭＨ吸収点
６２段目ＭＨ放出点
７熱交換ジャケット
８熱媒／冷媒入口
９熱媒／冷媒出口
１０フランジ
１１蓋板
１２水素吸蔵合金チューブ
１３閉止バルブ
１４低圧側水素移動主管
１５高圧側水素移動主管
１６仕切板
１７水素移動配管
１８コンプレッションフィッティング
１９チューブフィッティング
２０低圧水素系統
２１高圧水素系統
２２水素導管
２３水素入出孔
２４ヘッドキャップ
２５焼結金属フィルター
２６グラスウール
２７通気材
２８アルミニウムフィン
２９水素吸蔵合金
３１エンドキャップ
３２低圧水素供給源
３３高圧水素需要先
３４バッファタンク
３５バルブ

Claims

熱媒の出入口がそれぞれ設けられ、少なくとも一端部を開閉可能にした筒状の熱交換ジャケットと、該熱交換ジャケットの筒方向に沿って伸張し、該熱交換ジャケット内に抜き差し可能に配置される複数の水素吸蔵合金チューブと、該水素吸蔵合金チューブに接続される複数の水素移動用配管とを備えることを特徴とする水素吸蔵合金容器。
前記水素移動用配管には、前記各水素吸蔵合金チューブに対する開閉弁がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の水素吸蔵合金容器。
前記水素移動用配管の一部または全部は、少なくとも熱交換ジャケット外部に伸張する水素移動用主管に熱交換ジャケット内で着脱可能に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水素吸蔵合金容器。
前記水素移動用配管は、１つの水素吸蔵合金チューブに接続された部分が、他の水素吸蔵合金チューブと接続された他の部分と、着脱可能に接続されているとともに、前記した他の部分は、前記した１つの水素吸蔵合金チューブを熱交換ジャケットに対し抜き差しする際に該水素吸蔵合金チューブと干渉しない位置にあ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蔵合金容器。
前記水素吸蔵合金チューブは、それぞれ水素平衡圧の異なる水素吸蔵合金を収容する複数のグループからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水素吸蔵合金容器。
前記熱交換ジャケットの内部には、前記水素吸蔵合金チューブと交差する方向に沿ってジャケットの内部空間の一部または全部を遮る仕切板が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水素吸蔵合金容器。
前記仕切板は、水素吸蔵合金チューブが抜き差し可能に挿入されるチューブ挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水素吸蔵合金容器。
前記水素吸蔵合金チューブの外面および／または内面にフィンが取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水素吸蔵合金容器。
前記水素吸蔵合金チューブが直管であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の水素吸蔵合金容器。