JP2006242141A - ガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による吸着材のガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法を得る。
【解決手段】吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサであって、吸着材充填容器を備え、液化ガスにより冷却した吸着材にガスを吸着した後、吸着材を外部入熱により昇温することで吸着材から吸着ガスを脱着、昇圧して送出するようにしてなることを特徴とするガスコンプレッサ、および、温度変化による吸着材のガス吸着能変化を利用したガスの昇圧方法。
【選択図】図７

Description

本発明は、ガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法に関し、より詳しくはメタン、エタン、プロパンその他の低級炭化水素、天然ガス、あるいは水素などの各種ガスの昇圧に用いる、吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法に関する。

水素やメタンや液化天然ガスなどの貯蔵や輸送には通常タンクが用いられる。図１に示すように、その一例として水素の場合、水素は、炭化水素の水蒸気改質装置などの水素製造装置から配管を通してバッファタンクに導入される。バッファタンクの水素は、圧縮機により例えば４０ＭＰａという高圧に昇圧して蓄ガス器に貯蔵あるいは輸送され、各種消費機器に送出される。

また、図２に示すように、水素ステーションにおいて、水素を燃料とする燃料電池自動車などに供給するに際しては、水素製造装置から配管を通してバッファタンクに導入された水素は、圧縮機により例えば４０ＭＰａという高圧に昇圧して蓄ガス器に貯蔵する。そして、ディスペンサを介して燃料電池自動車などに供給される。しかし、これらの技術においては、その圧縮機として通常電動昇圧機を用いるため、その運転動力が大きくなり、非常に高コストとなる。

一方、特開平９−２４９４０１号公報には、水素の利用において、水素圧が高くなればエネルギ密度が向上し、その貯蔵装置においてコンパクト性が向上するとし、水素吸蔵合金を用いて低圧水素から高圧水素を製造する水素圧縮技術が提案されている。図３は同公報に記載の水素圧縮装置を示す図で、水素吸蔵用の下部貯留容器１０と放出用の上部貯留容器１６、放出用の下部貯留容器２５と水素吸蔵用の上部貯留容器３１がそれぞれ吸蔵済合金コンベア１５、放出済み合金コンベア３０で結ばれている。

そして、水素吸蔵合金は、水素吸蔵反応器４において低圧水素を吸蔵した後、吸蔵用の下部貯留容器１０に移される。さらに吸蔵済合金コンベア１５で放出用の上部貯留容器１６に移され、水素放出用反応器１７において熱を加えることにより圧縮された水素を放出する。その後、放出用の下部貯留容器２５に移され、再び低圧水素を吸蔵し、このサイクルを繰り返すことにより、低圧水素から高圧水素が製造される。

また、特開２００４−７５５０６号公報には、上記のような水素吸蔵合金による水素圧縮装置でのランニングコストなどを低く抑えながら、高い圧力の水素を得ることができるとする水素昇圧装置が提案されている。しかし、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させた場合、水素吸蔵量は十分でなく、大量の水素吸蔵合金が必要であり、しかも水素吸蔵合金は重く、高価である。また、水素吸蔵合金の種類により水素の昇圧範囲が限られており、広い範囲での昇圧には多種類の水素吸蔵合金を大量に必要とするなどの問題がある。

特開平９−２４９４０１号公報 特開２００４−７５５０６号公報

それらは一種のガスコンプレッサであるが、本発明は、ガス昇圧に関する従来技術における以上のような諸問題を解決するためのものである。すなわち、本発明は、水素、メタン、エタン、プロパンその他の低級炭化水素、あるいは天然ガスなどの各種ガスの昇圧に用いるための、吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法を提供することを目的とするものである。

本発明（１）は、吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサである。そして、吸着材充填容器を備え、液化ガスにより冷却した吸着材にガスを吸着した後、吸着材を外部入熱により昇温することで吸着材から吸着ガスを脱着、昇圧して送出するようにしてなることを特徴とする。

本発明（２）は、吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサである。そして、容積が異なる複数個の吸着材充填容器を備え、吸着材充填容器の吸着材を液化ガスにより冷却してガスを吸着した後、少なくとも一つの吸着材充填容器の吸着材を外部入熱により昇温して吸着ガスを脱着することで昇圧し、昇圧ガスの一部を他の吸着材充填容器へ移して両吸着材充填容器の圧力を平衡にし、次いで、当該他の吸着材充填容器を昇温することにより、吸着ガスを脱着、昇圧して送出するようにしてなることを特徴とする。

本発明（３）は、吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスの昇圧方法である。そして、吸着材充填容器を備え、吸着材充填容器を液化ガスにより冷却して、ガスを冷却した吸着材により吸着した後、外部入熱により昇温することで吸着材充填容器内の吸着ガスを脱着、昇圧して送出することを特徴とする。

本発明（４）は、吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスの昇圧方法である。そして、容積が異なる複数個の吸着材充填容器を備え、吸着材充填容器の吸着材を液化ガスにより冷却してガスを吸着した後、少なくとも一つの吸着材充填容器の吸着材を外部入熱により昇温して吸着ガスを脱着することで昇圧し、昇圧ガスの一部を他の吸着材充填容器へ移して両吸着材充填容器の圧力を平衡にし、次いで、当該他の吸着材充填容器を昇温することにより、吸着ガスを脱着、昇圧して送出することを特徴とする。

本発明によれば、ガスを冷却した吸着材により吸着し、外部入熱だけでガスを脱着して昇圧することができる。これにより、電動昇圧機などの昇圧手段を用いことなく、各種ガスを必要なサイトへ送出することができる。従来、ガス昇圧には通常電動昇圧機を用いており、多額のコストがかかっているが、本発明によれば、冷却した吸着材を用いることにより、その吸着能力が常温時よりも飛躍的に向上するため、大量のガスも小容積の吸着材で吸着し、高圧で送出することができる。これにより、省スペース化且つ低コスト化ができる。

また、冷却した吸着材は、ガスの高効率吸着により、少量小容積で済むため、吸着材を冷却する冷媒も少量で済む。さらに、脱着に際しての外部からの入熱は、自然入熱であってもよく、内燃機関などから排出される窒素や空気等の排熱でもよく、あるいは電気ヒータ等の外部熱源を用いることもできる。このため、従来のような高エネルギを必要とせずにガスを送出することができる。また、ガス種によらず、入熱温度や吸着材の充填量を制御することにより、入熱による昇圧範囲を広くとることができる。

さらに、前述のように、従来、水素の昇圧に水素吸蔵合金を用いる技術があるが、本発明は水素吸蔵合金よりも昇圧範囲が広く、優れている。しかも、水素吸蔵合金による昇圧は水素だけであるが、本発明は水素とは限らず、メタン等の低級炭化水素、天然ガスなどガスの種類によらず適用することができる。また、本発明によれば、入熱による昇圧効果が大きいため、電動昇圧機を用いずに、天然ガス自動車への天然ガス供給や燃料電池自動車への水素供給も可能となる。

本発明で用いる吸着材としては、活性炭、金属担持の活性炭、炭素繊維、木炭、ゼオライト、カチオンイオン交換ゼオライト、それらゼオライトに金属を担持したゼオライト、金属錯体（配位高分子）または金属ポリ酸化物など、細孔を有する多孔質材料を用いる。比表面積は１００〜３０００ｍ²/ｇの範囲であるのが好ましく、より好ましくは１５００〜３０００ｍ²/ｇである。活性炭は、石油ピッチ、石炭、コークスなどの鉱物系原料や木材、ヤシ殻等の果実殻などの植物系原料、あるいは微生物の一種である酵母類を炭化し、あるいは、それらをさらに賦活化して用いられるが、本発明においてはそれらのいずれの活性炭も使用することができる。

ゼオライトには、天然のものや合成によるものもあり、モルデナイト、Ａ型ゼオライト、フォージャサイト（Ｘ型及びＹ型ゼオライト）、Ｌ型ゼオライト、β型ゼオライト、ＺＳＭ−５など各種あるが、本発明においてはそれらいずれのゼオライトも使用することができる。これらのゼオライトは、カチオンをイオン交換したものでもよい。この場合には、金属の水酸化物、あるいは硝酸塩、酢酸塩などの塩の形で水溶液とし、ゼオライトに対してイオン交換する。カチオンはＨ⁺、ＮＨ₄ ⁺であってもよい。

また、活性炭及びゼオライトは金属を担持したものを用いることができる。担持する金属としてはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ｂｉなどが使用できる。これらのうち、好ましくはＬｉ、Ｋ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇが用いられる。

それらの金属は、硝酸塩、酢酸塩などの塩の形で水や有機溶媒に溶解または懸濁し、その溶液またはスラリーを活性炭またはゼオライトに含浸した後、乾燥することで担持することができる。

金属錯体（配位高分子）は、多座配位が繋ぎとなる二つ以上の金属イオンに配位結合して１〜３次元にわたる構造をもつ多孔質錯体であり、その例としては〔ＣｕＳｉＦ₆（４，４−bipyridine）₂〕_n、〔Ｚｎ₂（ｐ−（ＯＯＣ−Ｐｈ−ＣＯＯ））₂〕_n、〔Ｚｎ₄（Ｏ）ｐ−（ＯＯＣ−Ｐｈ−ＣＯＯ））₃〕_n、〔Ｃｕ₂（ｐｚｄｃ）₂（Ｌ）〕ｎ（式中、ｐｚｄｃ＝pyrazine−２，３−dicarboxylate、Ｌ＝a pilar ligant）、〔Ｃｕ₃（１，３，５−Ｃ₆Ｈ₃（ＣＯＯＨ）₃）₂〕_nなどが挙げられる。

金属ポリ酸化物は、バナジウム（Ｖ⁵⁺）、モリブデン（Ｍｏ⁵⁺）、タングステン（Ｗ⁶⁺）、タンタル（Ｔａ⁵⁺）などの遷移金属イオンに酸化物イオン（Ｏ^2-）が４〜６個配位してできた四面体、四角錐、八面体などの多面体を基本単位とし、これら多面体が多数縮合して多核錯体構造を有する多孔質材料である。その多核錯体構造の基本単位の例としては〔Ｖ₁₈Ｏ₄₄（Ｎ₃）〕^n-（式中、Ｎ₃＝アジドイオン（Ｎ₃ ^-）、〔Ｍｏ₆Ｏ₁₉〕^2-、〔Ｗ₁₀Ｏ₃₂〕^4-、〔Ｔａ₆Ｏ₁₉〕^2-、などが挙げられる。これらは陰イオンであるため、その周囲をプロトン（Ｈ⁺）、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｃａ²⁺、Ｓｒ²⁺などのカチオンが取り囲み、また水分子などの分子も含んでいる。

本発明においては、各種ガスを“冷却した吸着材”により吸着回収することが重要である。吸着材の冷却温度は、ガス（すなわち本発明により高圧にする前のガス）の沸点に近い低温度が好ましい。また、冷却手段は特に限定されず、冷媒、冷蔵庫や冷凍庫など適宜の冷却手段を用いることができる。冷媒としては、低沸点のものであれば利用可能であり、液化ヘリウム、液化ネオン、液化窒素などを用いることができる。このうち液化窒素は不活性で且つ安価であるので好ましい。

本発明において昇圧の対象とするガスは、メタン（沸点＝１１１．７Ｋ）、エタン（沸点＝１８４．６Ｋ）、エチレン（沸点＝１６９．３Ｋ）、プロパン（沸点＝２３１．１Ｋ）、プロピレン（沸点＝２２６．２Ｋ）、ノルマルブタン（沸点＝２７２．７Ｋ）、イソブタン（沸点＝２６１．５Ｋ）、水素（沸点＝１９．３Ｋ）、窒素（沸点＝７７．４Ｋ）などの低沸点ガスの液化ガスである。特に沸点が２７３Ｋ以下である低温液化ガスが好ましく、より好ましくは２００Ｋ以下の低沸点液化ガスである。

本発明において対象とするガスは、それら低沸点ガスの複数種を含むガスでもよい。その例として、天然ガスは、メタンを主成分とするが、その産地等の如何により、特に石油系天然ガスや構造性天然ガスでは、メタンより重質のエタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素ガスが含まれている。天然ガスの組成は、一例としてメタン＝９０．３８％（ｍｏｌ％、以下同じ）、エタン＝４．５５％、プロパン＝３．３１％、ｉ−ブタン＝０．７３％、ｎ−ブタン＝０．９４％、ｉ−ペンタン＝０．０３％、ｎ−ペンタン＝０．０１％である。

本発明においては、それらのガスを“冷却した吸着材”により吸着する。そして、外部入熱により昇温して送出するが、“外部入熱による昇温によりガスを吸着材から離脱して昇圧する”ことが重要である。吸着されたガスは昇温に伴い吸着材から脱着し、その時昇圧する。その熱源は、外部からの自然入熱すなわち吸着材充填容器を囲む雰囲気からの自然入熱でもよく、内燃機関などから排出される窒素や空気等の排熱でもよく、あるいは電気ヒータ等の外部熱源を用いることができる。このように、本発明においては、高価なエネルギを必要とせずに“冷却した吸着材”に吸着したガスを脱着、昇圧して送出するものである。

〈吸着材の冷却如何による水素の吸着性能〉
図４（ａ）に示す測定装置を使用し、図４（ｂ）〜（ｃ）に示す順序、工程により、冷却した吸着材による水素の吸着性能を試験した。また、図５（ａ）に示す測定装置を使用し、図５（ｂ）に示す工程により、冷却しない吸着材による水素の吸着性能を試験した。図４（ａ）と図５（ａ）は、図５（ａ）では、図４（ａ）中圧力計の位置から弁Ｖ₆に続く配管に液化窒素による冷却器“〔図５（ａ）中容器１〕を配置し、また、図５（ａ）では、図４（ａ）では有する吸着材の容器を囲む冷媒容器〔図４（ａ）中容器１〕を有しない点で異なる。吸着材としては、ともに活性炭（ヤシ殻活性炭、比表面積＝１９０５ｍ²/ｇ）を用いた。

この結果、（１）水素を冷却せずに導入した場合、吸着材温度２９８Ｋ、水素導入圧１．０ＭＰａでのＶ_H2／Ｖvessel比は１２．５であり、（２）水素を７７Ｋの液体窒素で冷却して導入した場合、吸着材温度２９８Ｋ、水素導入圧１．０ＭＰａでのＶ_H2／Ｖvessel比は１３．５であり、（３）水素は冷却せずに導入した場合、吸着材温度７７Ｋ（吸着材を７７Ｋの液体窒素で冷却）、水素導入圧１．０ＭＰａでのＶ_H2／Ｖvessel比は１６７であった。このように、予め冷却した吸着材を用いることにより、水素をきわめて有効に吸着できることが明らかである。また、予め冷却しない吸着材に、水素を冷却して導入しても、吸着性能は常温時と比較するとわずかしか向上していない。

〈水素の吸着性能の温度依存特性〉
図６は吸着材の水素の吸着性能の温度依存特性を示した図である。吸着材としては上記と同じ活性炭を用いた。これは、図４（ａ）に示す測定装置を使用し、図４（ｂ）〜（ｃ）に示す順序、工程により、吸着材を７７〜２９８Ｋの範囲に冷却して、室温（２９８Ｋ）の水素を吸着させた時の吸着量を測定したものである。図６のとおり、吸着材の温度が低く、圧力が低いほど、室温での水素貯蔵量に対する水素貯蔵量の増加度合いが大きい。

吸着材温度７７Ｋでは、吸着材充填容器体積（Ｖvessel）の９６倍の水素を吸着できる。１．０ＭＰａ、吸着材温度２９８Ｋでの吸着量は吸着材充填容器体積の１２倍であるから、吸着材温度７７Ｋで吸着し、吸着材温度２９８Ｋ、１．０ＭＰａで放出という工程においては、吸着材充填容器体積の８４倍の水素を吸着できることになる。そして、水素タンクからの水素流量が例えば４０００ｍ³/ｈで、ガス送出圧が０．１ＭＰａの場合、その容積が４８ｍ³の容器を用いることとなり、入熱により２９８Ｋまで加温すると９．８ＭＰａまで昇圧できることになる。本発明においてはこのような現象、事実を利用してガスを昇圧するものである。

〈本発明のガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法の態様例１〉
図７は本発明のガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法の態様例１を説明する図で、図７（ａ）は装置構成、図７（ｂ）は昇圧工程の順序を示している。図７（ａ）のとおり、液化ガス冷媒中に吸着材充填容器１（容積＝Ｖｏｌ１）を浸漬する（工程１）。Ｖ₁〜Ｖ₂はそれぞれ水素製造装置等からの配管及び高圧ガス送出用の配管に配置した開閉弁である。任意の圧力（昇圧後の圧力すなわち本発明により高圧にしようとする圧力よりも低圧）で吸着材充填容器１にガス、例えば水素を導入し、吸着貯蔵する（工程２）。

次に、Ｖ₁を閉め、吸着材充填容器１の冷媒を排出する。冷媒排出に代えて、冷媒中から吸着材充填容器１を取り出してもよい。外部入熱により、吸着材充填容器１を昇温、昇圧する。昇温により吸着ガスを脱着することで昇圧する（以上工程３）。次に、必要（需要）に応じ、Ｖ₂を開けることで、工程３により吸着材充填容器１で昇圧された水素が吸着材充填容器１から送出される（以上工程４）。

〈態様例１による水素昇圧の具体的態様例〉
本態様例１において、例えば、冷媒として液化窒素（沸点＝７７．３５Ｋ）を使用し、吸着材として活性炭を使用した場合、水素を１ＭＰａで導入すると、常温（２９８Ｋ）までの昇温、脱着により、水素の圧力を１６ＭＰａにまで昇圧することができる。

〈本発明のガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法の態様例２〉
図８は本発明のガスコンプレッサの態様例２を説明する図である。図８のとおり、液化ガス冷媒中に吸着材充填容器１（容積＝Ｖｏｌ１）と吸着材充填容器２（容積＝Ｖｏｌ２）を浸漬する。その際、両吸着材充填容器の容積はＶｏｌ１≦Ｖｏｌ２とする。Ｖ₁〜Ｖ₃は水素製造装置等からの配管に配置した開閉弁である。任意の圧力（昇圧後の圧力すなわち本発明により高圧にしようとする圧力よりも低圧）で両吸着材充填容器１、２にガス、例えば水素を導入し、吸着貯蔵する（以上工程１）。

次に、Ｖ₁、Ｖ₃を閉め、吸着材充填容器２の冷媒を排出する。冷媒排出に代えて、冷媒中から吸着材充填容器２を取り出してもよい。外部入熱により、吸着材充填容器２を昇温、昇圧する。昇温により吸着ガスを脱着することで昇圧する（以上工程２）。次に、Ｖ₃を開けると、吸着材充填容器２で昇圧された水素が吸着材充填容器１へ一部移る。吸着材充填容器１の圧力と吸着材充填容器２の圧力が平衡になる（以上工程３）。Ｖ₂を閉め、吸着材充填容器１の冷媒を排出する。排出に代えて、冷媒中から吸着材充填容器２を取り出してもよい。必要（需要）に応じ、外部入熱により、吸着材充填容器１を昇温、昇圧する。昇温により吸着ガスを脱着することで昇圧し、高圧ガスとして送出する（以上工程４）。

〈態様例２による水素昇圧の具体的態様例〉
図８において、冷媒として液体窒素を、吸着材として活性炭を充填して運用した場合の吸着材充填容器１の到達圧力と水素導入圧（吸着圧）及びＶｏｌ１／Ｖｏｌ２比（吸着材充填容器１と吸着材充填容器２の容積比）の依存性を図９に示している。図９のとおり、導入圧が１．０ＭＰａ、且つ、Ｖｏｌ１／Ｖｏｌ２比＝０．２では、吸着材充填容器１での到達圧力が４０ＭＰａ超となる。このように、態様例２は、態様例１よりも到達圧力が高く、昇圧効果が大きい。

そこで、図８のガス昇圧装置において、Ｖ₁、Ｖ₃を開とすることで、例えば、水素ステーションにおいて、燃料電池自動車に３５ＭＰａで水素を充填するための水素昇圧装置、すなわち水素コンプレッサとして利用することができる。図１０〜１１はその態様例を説明する図である。まず、図１０において、水素製造装置から蓄ガス器への配管に図７のような水素コンプレッサを配置する。水素は水素コンプレッサにより４０ＭＰａ超に昇圧して蓄ガス器に貯蔵される。そして、燃料電池自動車に対しては、水素が蓄ガス器からディスペンサを介して供給される。水素は４０ＭＰａ超に昇圧されて貯蔵されているので、燃料電池自動車に対してディスペンサを介して自動的に供給される。

なお、図１０において、水素製造装置の立ち上げ時から定常運転時までの間に水素製造装置から出てくるガスは所定の高純度水素ではないので、その間に出てくるガスは蓄ガス器に貯めることなく排出する必要がある。また、蓄ガス器からの導出管中のガス圧力が異常に上がった場合、安全弁からガスを放出させて配管内の圧力をある程度以下に保持する必要がある。図１０に示すベントスタックは、一種の排気筒であり、それらの放出ガスを排気するためのものである。

また、図１１において、水素製造装置からの配管に図７のような水素昇圧装置、すなわちガスコンプレッサを配置する。水素はコンプレッサにより２５〜３５ＭＰａ程度に昇圧される。そして、水素はその圧力でディスペンサを介して、燃料電池自動車に対して供給される。これら図１０〜１１の態様を前述従来の図２と比較すると明らかなとおり、図１０〜１１の態様例ではバッファータンクも電動圧縮機も不要であるので、水素ステーションにおける設備の点においても省エネ且つ大きな省スペース化効果が可能となる。

さらに、本発明はカセット式燃料タンクとしても適用できる。吸着材充填容器内の“冷却した吸着材”で吸着した水素は、外部入熱により脱着し、昇圧するので、吸着材充填容器内は昇圧水素、すなわち昇圧燃料を充填した状態となる。そこで、この吸着材充填容器をカセット式とし、燃料電池自動車に載置する燃料タンクとして使用する。図１２はその態様例を説明する図である。図１２のように、その燃料タンクを燃料電池自動車にセットして使用する。

水素は４０ＭＰａ超まで昇圧できるので、燃料電池自動車の運転時に必要量を送出することができる。本カセット式燃料タンクは、燃料がメタンその他の低級炭化水素や天然ガスなどの場合も同様に適用される。本カセット式燃料タンクは、前述図２のように従来では必要であった水素圧縮機、蓄ガス器、ディスペンサなどが不要であり、しかもカセット式であるので簡単に取り替えて使用することができる。

〈炭化水素、天然ガスその他のガスの昇圧の具体的態様例〉
図７〜８のようなガス昇圧装置すなわちガスコンプレッサは、メタン、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、天然ガス、その他のガスのコンプレッサとしても使用することができる。

〈メタンの吸着性能の温度依存特性〉
図１３は吸着材が活性炭（ヤシ殻活性炭、比表面積＝２０４２ｍ²/ｇ）である場合のメタンの吸着性能の温度依存特性を示した図である。図１４は、図１３のうち温度１００〜３００Ｋの部分を拡大して示した図である。このデータは、図４（ａ）に示す測定装置を使用し、図４（ｂ）〜（ｃ）に示す順序、工程により、吸着材を冷却して、ガスを吸着させた時の吸着量を測定したものである。

図１３〜１４のとおり、１３３Ｋでは、吸着材充填容器体積１（Ｖvessel）の２６０倍のメタンを吸着、貯蔵することができる。１．０ＭＰａ、２９８Ｋ（常温）での吸着量は吸着材充填容器体積の５０倍であるから、１３３Ｋで吸着し、２９８Ｋで送出という工程においては、吸着材充填容器体積の２１０倍のメタンの昇圧ができることになる。そして、吸着材充填容器内は２１．４ＭＰａまで昇圧される。このように、メタンについても、図７〜８のようなガスコンプレッサにより高圧メタンとして送出することができる。

電動昇圧機を必須とする従来技術を示す図 現行の水素ステーションの概略を示す図 水素吸蔵合金による水素圧縮装置を示す図（特開２００４−７５５０６号公報） 吸着材のガス吸着性能の温度依存特性の測定に使用した測定装置を示す図 吸着材のガス吸着性能の温度依存特性の測定に使用した測定装置を示す図 吸着材が活性炭である場合の水素の吸着性能の温度依存特性を示した図 本発明のガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法の態様例１を説明する図 本発明のガスコンプレッサ及びガスの昇圧方法の態様例２を説明する図 図８において、冷媒に液体窒素を、吸着材に活性炭を充填して運用した場合の吸着材充填容器１の到達圧力と水素導入圧及びＶｏｌ１／Ｖｏｌ２比の依存性を示す図 本発明を燃料電池自動車に水素を充填する水素コンプレッサとして利用する態様を示す図 本発明を燃料電池自動車に水素を充填する水素コンプレッサとして利用する態様を示す図 本発明のガスコンプレッサを燃料カセット用としても使用する態様例を説明する図 吸着材が活性炭である場合のメタンの吸着性能の温度依存特性を示した図 図１２のうち温度１００〜３００Ｋの部分を拡大して示した図

符号の説明

Ｖ₁〜Ｖ₆ 開閉弁
Ｐ₁ 真空ポンプ
Ｖｏｌ１ 吸着材充填容器１の容積
Ｖｏｌ２ 吸着材充填容器２の容積
１０ 水素吸蔵用の下部貯留容器
１５ 吸蔵済合金コンベア
１６ 放出用の上部貯留容器
１７ 水素放出用反応器
２５ 放出用の下部貯留容器
３０ 放出済合金コンベア
３１ 水素吸蔵用の上部貯留容器

Claims (18)

1. 吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサであって、吸着材充填容器を備え、液化ガスにより冷却した吸着材にガスを吸着した後、吸着材を外部入熱により昇温することで吸着材から吸着ガスを脱着、昇圧して送出するようにしてなることを特徴とするガスコンプレッサ。
2. 吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスコンプレッサであって、容積が異なる複数個の吸着材充填容器を備え、吸着材充填容器の吸着材を液化ガスにより冷却してガスを吸着した後、少なくとも一つの吸着材充填容器の吸着材を外部入熱により昇温して吸着ガスを脱着することで昇圧し、昇圧ガスの一部を他の吸着材充填容器へ移して両吸着材充填容器の圧力を平衡にし、次いで、当該他の吸着材充填容器を昇温することにより、吸着ガスを脱着、昇圧して送出するようにしてなることを特徴とするガスコンプレッサ。
3. 請求項１または２に記載のガスコンプレッサにおいて、前記吸着材が活性炭、金属担持の活性炭、炭素繊維、木炭、ゼオライト、カチオンイオン交換ゼオライト、それらゼオライトに金属を担持したゼオライト、金属錯体または金属ポリ酸化物であることを特徴とするガスコンプレッサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスコンプレッサにおいて、前記ガスが水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタンまたは天然ガスであることを特徴とするガスコンプレッサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスコンプレッサが、天然ガス自動車または燃料電池自動車への燃料ガスを供給するためのガスコンプレッサであることを特徴とするガスコンプレッサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスコンプレッサにおいて、前記外部入熱が吸着材充填容器を囲む空気雰囲気からの自然入熱、内燃機関等からの排熱による入熱、あるいは電気ヒータ等の外部熱源からの入熱であることを特徴とするガスコンプレッサ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスコンプレッサが、電動昇圧機によるガス昇圧の代替として用いるものであることを特徴とするガスコンプレッサ。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスコンプレッサが、蓄ガス器の代替として用いるものであることを特徴とするガスコンプレッサ。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスコンプレッサが、カセット式燃料タンクの代替として用いるものであることを特徴とするガスコンプレッサ。
10. 吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスの昇圧方法であって、吸着材充填容器を備え、吸着材充填容器を液化ガスにより冷却して、ガスを冷却した吸着材により吸着した後、外部入熱により昇温することで吸着材充填容器内の吸着ガスを脱着、昇圧して送出することを特徴とするガスの昇圧方法。
11. 吸着材の温度変化によるガス吸着能変化を利用したガスの昇圧方法であって、容積が異なる複数個の吸着材充填容器を備え、吸着材充填容器の吸着材を液化ガスにより冷却してガスを吸着した後、少なくとも一つの吸着材充填容器の吸着材を外部入熱により昇温して吸着ガスを脱着することで昇圧し、昇圧ガスの一部を他の吸着材充填容器へ移して両吸着材充填容器の圧力を平衡にし、次いで、当該他の吸着材充填容器を昇温することにより、吸着ガスを脱着、昇圧して送出することを特徴とするガスの昇圧方法。
12. 請求項１０または１１に記載のガスの昇圧方法において、前記吸着材が活性炭、金属担持の活性炭、炭素繊維、木炭、ゼオライト、カチオンイオン交換ゼオライト、それらゼオライトに金属を担持したゼオライト、金属錯体または金属ポリ酸化物であることを特徴とするガスの昇圧方法。
13. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のガスの昇圧方法において、前記ガスが水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタンまたは天然ガスであることを特徴とするガスの昇圧方法。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のガスの昇圧方法が、天然ガス自動車や燃料電池自動車への燃料ガスを供給するためのものであることを特徴とするガスの昇圧方法。
15. 請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のガスの昇圧方法において、前記外部入熱が吸着材充填容器を囲む空気雰囲気からの自然入熱、内燃機関等からの排熱による入熱、あるいは電気ヒータ等の外部熱源からの入熱であることを特徴とするガスの昇圧方法。
16. 請求項１０〜１５のいずれか１項に記載のガスの昇圧方法が、電動昇圧機によるガス昇圧方法の代替用のものであることを特徴とするガスの昇圧方法。
17. 請求項１０〜１５のいずれか１項に記載のガスの昇圧方法が、蓄ガス器によるガス貯蔵方法の代替用のものであることを特徴とするガスの昇圧方法。
18. 請求項１０〜１５のいずれか１項に記載のガスの昇圧方法が、カセット式燃料タンクによるガス供給方法の代替用のものであることを特徴とするガスの昇圧方法。
    

Images