JP2017211029A - 水素貯蔵タンクおよび水素吸放出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水素貯蔵タンクの構造の簡素化と装置コストの低減を可能にする。【解決手段】液体の熱媒を収容する熱媒容器を有し、前記熱媒容器の内部に前記熱媒容器を縦に仕切る仕切りを有し、仕切られた空間のそれぞれに、長尺形状を有する水素吸蔵合金容器が長尺方向を縦にして前記熱媒との熱交換が可能に配置されており、前記仕切りによって熱媒容器の空間内に１または２以上の熱媒系統を有し、熱媒系統で前記熱媒容器に対する熱媒移動を可能にすることができる。【選択図】図２

Description

この発明は、熱媒との熱交換によって水素の吸放出を行う水素貯蔵タンクおよび水素吸放出方法に関するものである。

水素吸蔵合金は、熱の授受によって水素を吸放出することができ、水素吸蔵合金を利用した水素貯蔵タンクに適用することができる。水素貯蔵タンクでは、水素の吸放出に際し熱交換手段は不可欠な要素である。これまで、特許文献１〜３のように、水素吸蔵合金容器の内外にプレートフィン等の高性能な熱交換部材を配置した構造が考案され、その一部は製品化されている。

従来、水素吸蔵合金を利用した水素貯蔵タンクに関わる技術では、先行特許文献のように、水素吸放出速度を重視したものが多い。しかし、近年のトレンドとして、余剰の再生可能エネルギーを利用して生成した水素を少しずつ吸収するとともに、大量に貯蔵した水素を少しずつ放出するような需要が多くなりつつある。

この場合、高い水素吸放出速度は求められないため、プレートフィン構造などの高コストな熱交換手段は必要ない。それよりも、いかに低コストで大容量の水素貯蔵タンクを製作できるかが重要視される。
大容量の水素貯蔵タンクの製品例として、横置きの円筒型水素吸蔵合金容器を鋼製架台に多段積みしたものが挙げられる。

特開平１０−８５５８２号公報 特開２００３−１３０２９２号公報 特開２００４−２０５１９７号公報

しかし、水素貯蔵タンクを横にして積載すると、容器自身の大重量に耐えるため、強固な架台が必要となり、架台自身の製作コストが無視できないという難点がある。一方、架台コストを下げるために水素吸蔵合金容器を平積みにすると、広い設置面積が必要になるというデメリットが発生する。

さらに、水素吸蔵合金との熱交換手段として、プレートフィンに代えて、より安価な熱媒循環ジャケットを採用する方法も採られているが、溶接等の手間がかかるため依然高コストであり、各種の検査も困難になる。これに対し、水素吸蔵合金容器を架台ごと熱媒容器内に収め、熱媒を循環させて熱交換する方法も考えられるが、架台自身の顕熱が大きく、架台構造に遮られて熱媒もスムーズに流れにくいことから、必要とする熱エネルギーが大きくなってしまうおそれがある。また、点検の度に熱媒容器から架台ごと水素貯蔵タンクを引き出さなければならず、検査の煩雑化が懸念される。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、簡素な構造によって、水素の吸放出を行うことができる水素貯蔵タンクおよび水素吸放出方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の水素貯蔵タンクのうち、第１の形態は、液体の熱媒を収容する熱媒容器を有し、前記熱媒容器の内部に前記熱媒容器を縦に仕切る仕切りを有し、仕切られた空間のそれぞれに、長尺形状を有する水素吸蔵合金容器が長尺方向を縦にして前記熱媒との熱交換が可能に配置されていることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵タンクの発明は、前記形態の本発明において、前記仕切りによって熱媒容器の空間内に１または２以上の熱媒系統を有し、熱媒系統で前記熱媒容器に対する熱媒移動が可能であることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵タンクの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒系統において前記熱媒容器に熱媒出入路が接続されていることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵タンクの発明は、前記形態の本発明において、前記熱媒系統を形成する仕切りの方向に沿って１または２以上の水素吸蔵合金容器が配列されていることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵タンクの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器は、水素吸蔵合金容器毎または複数の水素吸蔵合金容器毎に複数の水素系統が設けられ、水素系統毎に水素の吸放出設定が可能であることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵タンクの発明は、前記形態の本発明において、前記水素系統に水素吸放出路が接続されていることを特徴とする。

他の形態の水素貯蔵タンクの発明は、前記形態の本発明において、前記水素系統に水素吸放出状態を測定する水素吸放出測定部を有することを特徴とする。

本発明の水素吸放出方法のうち、第１の形態は、前記形態の水素貯蔵タンクにおける水素の吸放出方法であって、
１または２以上の水素吸蔵合金容器毎に、水素の吸放出を行うことを特徴とする。

他の形態の水素吸放出方法の発明は、他の形態の本発明において、特定の前記水素吸蔵合金容器に限定して、水素の吸放出を行うことを特徴とする。

他の形態の水素吸放出方法の発明は、他の形態の本発明において、特定の前記水素吸蔵合金容器が熱媒容器を仕切る仕切りで仕切られた特定の空間内の水素吸蔵合金容器であることを特徴とする。

他の形態の水素吸放出方法の発明は、他の形態の本発明において、特定の前記水素吸蔵合金容器に限定して、水素の吸放出を行う際に、水素の吸収量または放出量が所定の閾値に達すると、別に特定された前記水素吸蔵合金容器で、水素の吸放出を行うことを特徴とする。

他の形態の水素吸放出方法の発明は、他の形態の本発明において、水素の吸収量または放出量が所定の閾値に達した前記水素吸蔵合金容器では水素の吸放出を停止することを特徴とする。

他の形態の水素吸放出方法の発明は、他の形態の本発明において、熱媒容器を仕切る仕切りで仕切られた空間内で、熱媒容器に対する熱媒の出入りで熱媒の入り側に近い側の水素吸蔵合金容器を優先して水素の吸放出を行うことを特徴とする。

本発明の水素貯蔵タンクは、長尺形状を有する水素吸蔵合金容器を縦にして配置するため、設置構造を簡略にすることができる。また、熱媒容器に仕切りを設けることで、熱媒容器内を異なる熱媒系統によって熱交換することが可能になる。

本発明の一実施形態における水素貯蔵タンクを示す斜視図である。 同じく、断面斜視図である。 同じく、側面図であり、Ａ図は右側面図、Ｂ図は左側面図である。 同じく、配管系統を示す図である。 本発明の他の実施形態における水素貯蔵タンクを示す斜視図である。 同じく、配管系統を示す図である。

（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態（実施形態１）における水素貯蔵タンク１を、図１〜図４に基づいて説明する。
なお、この実施形態では、従来技術の課題であったコスト、専有面積、熱交換効率、作業効率を解決するような大容量の水素貯蔵タンクを実現することを目指したものである。

水素貯蔵タンク１は、液体熱媒を収容する熱媒容器２を有しており、熱媒容器２は有底の直方体形状を有している。この実施形態では、熱媒容器２に蓋を設けていないが、蓋を設けるようにしてもよい。

熱媒容器２の材料としては、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、高合金鋼、アルミニウム合金、プラスチック、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ；以下同じ）、あるいはこれらの複合材料などを用いることができるが、本発明としては、これらに限定されるものではない。さらに、不要な放熱を低減するために、熱媒容器２の外面に断熱材を設けるようにしてもよい。なお、熱媒容器２は、熱媒と水素吸蔵合金容器３を内包した状態で、外力に伴う荷重を保持するのに必要な強度が求められるため、リブなどで補強することができる。また、熱媒容器２の材料は、熱媒に対する耐食性や耐熱性が求められる。

この実施形態の熱媒は、熱媒容器２内部を加熱または冷却する液体である。熱媒は、熱媒容器２の外部の加熱器や冷却器等の熱交換器との間で循環するものであってもよく、熱媒容器２に対し掛け流しをするものであってもよい。また、熱媒を熱媒容器２に収納して滞留させるものであってもよい。例えば、大気で維持される温度で水素吸収または放出が可能であれば、熱媒を熱媒容器２に対し出入りさせることなく熱交換を行うことが可能である。

熱媒は、単位体積当たりの熱容量あるいは潜熱が大きく、伝熱係数が大きい液体の中から使用環境や加熱・冷却温度によって選定することができる。熱媒容器２を腐食しないものが望ましく、水、油、エチレングリコール、プロピレングリコール、アルコール、あるいはこれらの混合物が望ましい。ただし、本発明としては熱媒の種類が限定されるものではない。

また、熱媒容器２には、熱媒容器２内空間を縦に仕切る仕切り板４を有している。仕切り板４は、本発明の仕切りに相当する。この実施形態では、熱媒容器２の側壁に並行する２枚の仕切り板４によって熱媒容器２内が３列に区画して仕切られている。
仕切り板４は、主たる熱媒流れを制御する目的で配置すればよく、隣接する区画との間に、ある程度の隙間や穴などの通液部分の存在を許容することができる。また、隣接する空間で熱媒の種類や移動を異なるものとする場合、仕切りを２層にして、その間に断熱材を配置するようにして断熱を図るものであってもよい。
なお、通液部分を有することなく仕切り板４を完全に密閉すると、隣り合う熱媒系統の液面レベルが大きく異なった場合、圧力差によって仕切り板４が損傷するおそれがあれば、通液部分を設けるのが望ましい。

なお、仕切りの数や仕切り方法、区画の数は特に限定されるものではなく、仕切りの構造も板材に限定されるものではない。
仕切り板４の材料は、熱媒容器２と同様の材料で選定することができるが、異なる材料で構成するものであってもよい。

仕切り板４で仕切られた各列の区画内に、密閉された円筒シリンダ形状の３つの水素吸蔵合金容器３が縦にした状態（この形態では鉛直方向）で並べられる。水素吸蔵合金容器３は、中空で内部に水素吸蔵合金が収容されている。
ただし、本発明としては、各列に配置される水素吸蔵合金容器の数や熱媒容器に設置される水素吸蔵合金容器の数が特に限定されるものではない。

水素吸蔵合金容器３を構成する材料は、耐圧強度を保持しながら、熱媒に対する耐食性、耐熱性を考慮して選定することができる。例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、高合金鋼、アルミニウム合金、銅合金等が好ましい。水素吸蔵合金容器３の形状は、円筒が耐圧的にも流体抵抗からも好適であるが円筒に限定されない。また、熱交換を促進するため、水素吸蔵合金容器３の外面や内面にフィンを設けてもよい。

水素吸蔵合金容器３の長尺／直径比は、大きいほど水素吸蔵合金との熱交換性能が向上する傾向を持つが、容器体積当たりの水素貯蔵量が減るとともに、直立させた場合に不安定になりやすい。したがって、求められる水素貯蔵量や水素放出速度、熱媒温度などによって、最適な長尺／直径比を決定するが、一般的に長尺／直径＝２〜２０の範囲から選定するのが好ましい。
さらに、点検時などの際、１本ずつ水素吸蔵合金容器３を引き抜けるように、それぞれの水素吸蔵合金容器３には吊り下げ用の部材を取り付けるとともに、空気との接触による水素吸蔵合金の劣化を防ぐためそれぞれの水素吸放出口に封止バルブを設けておくことが望ましい。

水素吸蔵合金容器３に収納される水素吸蔵合金としては、熱交換を介して水素を吸放出する材料一般から選定する。常温・常圧で可逆的に水素吸放出が可能なＡＢ_５系、ＡＢ_２系、ＢＣＣ系、ＡＢ系の水素吸蔵合金が好ましい。また、水素吸蔵合金容器３の長尺方向を縦に配置する構造上、時間経過や水素吸放出サイクルの繰り返しを経ても、水素吸蔵合金が容器下部に過度に凝縮しないよう、樹脂の混合による粘性の付与や、スペーサーと通気材等を組み合わせることによって水素吸蔵合金容器３の長尺方向の水素吸蔵合金の移動を抑制するようにしてもよい。

熱媒容器２内に設置された水素吸蔵合金容器３は、熱媒容器２内に架設した支持材６によって支持するのが望ましい。支持材６は、熱媒流れや地震動など外力による水素吸蔵合金容器３の倒れを防ぐ目的で設置する。支持材６としてはステンレス鋼、炭素鋼、高合金鋼、アルミニウム合金、プラスチック、ＦＲＰ、あるいはこれらの複合材料などの材料を用いることができる。

本実施形態では、各区画内で仕切り板４に並設した２本の支持材６で水素吸蔵合金容器３を挟み込み、さらに、仕切り板４に直行する２本の支持材６で同じく水素吸蔵合金容器を挟む込みように支持材６を格子状に設置している。
ただし、支持材の配置構造としては、格子状に限らず、プレート状、トラス状など、使用条件や材料強度に応じた形状が許容される。ここで、長尺方向を縦に配置した水素吸蔵合金容器３のできるだけ上部に接触するように支持材６を配置すれば、低い支持材強度で容器の倒れを防止することが可能である。水素吸蔵合金容器３下方にも同様の支持材６を設置するか、熱媒容器２底面に水素吸蔵合金容器３の底面に合ったくぼみや抑え部材を追加することで安定度はさらに向上する。

なお、本実施形態の水素貯蔵タンク１を輸送する際、水素吸蔵合金容器３を熱媒容器２内に立てた状態では、輸送時の傾斜や荷重によって支持材６が損傷し、水素吸蔵合金容器３が転倒してしまうおそれがある。事故を避けるためにも、輸送時は水素吸蔵合金容器３を熱媒容器２から抜いた状態で別個運ぶか、支持材６を補強するスペーサー等を追加するようにしてもよい。

水素吸蔵合金容器３には、区画の列ごとに水素移動路５Ａ、５Ｂ、５Ｃが接続され、水素吸蔵合金容器３内と外部との間における水素の移動を可能とする。
水素の移動は、水素吸蔵合金容器３内の水素吸蔵合金に水素を充填する際、および水素吸蔵合金から水素を放出する際に行われる。水素移動路５Ａ、５Ｂ、５Ｃ内の空間は、第１水素系統５０Ａ、第２水素系統５０Ｂ、第３水素系統５０Ｃを構成する。第１水素系統５０Ａ、第２水素系統５０Ｂ、第３水素系統５０Ｃは本発明の水素系統に相当する。

熱媒容器２の一つの側壁の上方側に各区画に連通する熱媒入ノズル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設けられ、同じ側壁の下方側に各区画に連通する熱媒入ノズル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが設けられている。熱媒入ノズル１２Ａと熱媒入ノズル１３Ａ、熱媒入ノズル１２Ｂと熱媒入ノズル１３Ｂ、熱媒入ノズル１２Ｃと熱媒入ノズル１３Ｃとがそれぞれ共通する区画に接続されている。

この側壁に対向する側壁の上方側に、各区画に連通する熱媒出ノズル１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが設けられ、下方側に各区画に連通する熱媒出ノズル１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが設けられている。熱媒出ノズル１４Ａと熱媒出ノズル１５Ａ、熱媒出ノズル１４Ｂと熱媒出ノズル１５Ｂ、熱媒出ノズル１４Ｃと熱媒出ノズル１５Ｃとがそれぞれ共通する区画に接続されている。
熱媒出入口の位置や数は熱媒流れのよどみができるだけ少なくなるように配置するのが望ましい。

熱媒入ノズル１２Ａ、１３Ａを通した熱媒入系統１２０Ａ、１３０Ａとこれに連通する区画、熱媒出ノズル１４Ａ、１５Ａを通した熱媒出系統１４０Ａ、１５０Ａによって第１熱媒系統が構成され、熱媒入ノズル１２Ｂ、１３Ｂを通した熱媒入系統１２０Ｂ、１３０Ｂとこれに連通する区画、熱媒出ノズル１４Ｂ、１５Ｂを通した熱媒出系統１４０Ｂ、１５０Ｂで第２熱媒系統が構成され、熱媒入ノズル１２Ｃ、１３Ｃを通した熱媒入系統１２０Ｃ、１３０Ｃとこれに連通する区画、熱媒出ノズル１４Ｃ、１５Ｃを通した熱媒出系統１４０Ｃ、１５０Ｃで第３熱媒系統が構成されている。

次に、各水素系統および各熱媒系統の接続図を図４に基づいて説明する。なお、図４では、便宜上、説明のために水素吸蔵合金容器を横にした状態で記載している。
熱媒入系統１２０Ａ、１３０Ａは、熱媒出入バルブＶ６を介して、熱媒入系統１２０Ｂ、１３０Ｂは、熱媒出入バルブＶ８を介して、熱媒入系統１２０Ｃ、１３０Ｃは、熱媒出入バルブＶ１０が介して、外部のポンプ２０の出側と接続されている。
ポンプ２０の入側には、熱媒出入バルブＶ１３を介して加熱器２１と、熱媒出入バルブＶ１４を介して冷却器２２が接続されている。

熱媒出系統１４０Ａ、１５０Ａは、熱媒出入バルブＶ７を介して、熱媒出系統１４０Ｂ、１５０Ｂは、熱媒出入バルブＶ９を介して、熱媒出系統１４０Ｃ、１５０Ｃは、熱媒出入バルブＶ１１を介して、熱媒出入バルブＶ１２を介在させた加熱器２１と熱媒出入バルブＶ１５を介在させた冷却器２２とに接続されている。
したがって、第１熱媒系統、第２熱媒系統、第３熱媒系統は、熱媒出入バルブの動作によって、ポンプ２０を介在して加熱器２１または冷却器２２との間で熱媒を循環させることができる。

次に、第１水素系統５０Ａは水素出入バルブＶ３を介して、第２水素系統５０Ｂは水素出入バルブＶ４を介して、第３水素系統５０Ｃは水素出入バルブＶ５を介して、水素出入バルブＶ１を介在させた水素供給路２５Ａおよび水素出入バルブＶ２を介在させた水素放出路２６Ａに接続されている。
水素供給路２５Ａは、水素供給設備２５に接続され、水素放出路２６Ａは水素利用設備２６に接続されている。水素供給設備２５の内容については特に限定されないが、例えば太陽電池、風力などの再生エネルギーで得られた電力によって水電解を行って水素を得る電解設備などが挙げられる。また、水素利用設備の内容について特に限定されないが、例えば、水素を利用した燃料電池や水素ガスタービン発電機などを備える発電設備などが挙げられる。
なお、この実施形態では、複数の水素系統で共通する水素供給路または水素放出路に接続されているが、水素系統毎に水素供給路または水素放出路に接続されるものであってもよい。

なお、第１水素系統５０Ａには、圧力計５１Ａが設けられ、第２水素系統５０Ｂには、圧力計５１Ｂが設けられ、第３水素系統５０Ｃには、圧力計５１Ｃが設けられている。
圧力計５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは各水素系統における水素圧力を測定して水素の吸収量または放出量を把握することができ、本発明の水素吸放出測定部に相当する。なお、水素吸放出測定部としては、フローメーターや残量計などを用いた水素吸放出測定部を用いることもできる。

次に、水素の吸放出方法について説明する。
水素の充填状態で低温に保たれた水素貯蔵タンクから水素を放出する際は、まず、第１熱媒系統の熱媒出入バルブＶ６、Ｖ７と加熱器２１に接続された熱媒出入バルブＶ１２、Ｖ１３を開き、ポンプ２０を作動させる。すると、加熱器２１を介した高温熱媒の循環によって第１熱媒系統内の水素吸蔵合金容器３が加熱されて水素吸蔵合金容器３内の水素吸蔵合金から水素が放出され、第１水素系統の水素圧力Ｐ１が徐々に高くなる。水素圧力は、圧力計５１Ａで検出される。水素圧力Ｐ１が十分に高くなった時点で水素出入バルブＶ２、Ｖ３を開き、水素放出路２６Ａを通して水素利用設備２６に水素を供給する。
また、フローメーターや残量計等で第１水素系統５０Ａの水素吸蔵合金容器内の水素残量が一定値を下回った時点で、第２熱媒系統の熱媒出入バルブＶ８、Ｖ９を開き、第２熱媒系統の水素吸蔵合金容器３を加熱し始める。この際の水素残量を水素の吸放出を別の特定された水素吸蔵合金容器で水素吸放出を行う際の所定の閾値に相当する。

すなわち、第２熱媒系統の熱媒出入バルブＶ８、Ｖ９を開き、加熱器２１を介した高温熱媒の循環によって第２熱媒系統内の水素吸蔵合金容器３が加熱されて水素吸蔵合金容器３内の水素吸蔵合金から水素が放出される。
続いて、第２水素系統５０Ｂの水素圧力Ｐ２がＰ１と等しくなった時点で水素出入バルブＶ４を開き、第２水素系統５０Ｂの水素吸蔵合金容器３からも水素供給を開始する。水素圧力は、圧力計５１Ｂで測定される。さらに、第１水素系統５０Ａの水素残量がさらに少なくなった時点で、水素出入バルブＶ３、熱媒出入バルブＶ６、Ｖ７を閉じ、第１熱媒系統での熱媒循環と第１水素系統５０Ａからの水素放出とを停止する。第２水素系統５０Ｂから第３水素系統５０Ｃへの切り替えも同様に実施する。上記判断における水素残量は、特定された水素吸蔵合金を停止する際の所定の閾値に相当する。

第２水素系統５０Ｂから第３水素系統５０Ｃへの切り替える際には、第２水素系統５０Ｂの水素吸蔵合金容器内の水素残量が所定の閾値を下回った時点で、第３熱媒系統の熱媒出入バルブＶ１０、Ｖ１１を開き、第３熱媒系統の水素吸蔵合金容器３を加熱し始める。
第２水素系統５０Ｂの水素残量がさらに少なくなって所定の閾値になった時点で、水素出入バルブＶ４、熱媒出入バルブＶ８、Ｖ９を閉じ、第２熱媒系統での熱媒循環と第２水素系統５０Ｂからの水素放出を停止する。

水素吸収行程については、放出行程とほぼ同様に、第１水素系統５０Ａから順に水素供給設備２５から水素を充填するとともに、冷却した熱媒を第１熱媒系統で循環し、充填レベルに応じて順次切り替えていく。

具体的には、水素の吸収を行う場合、水素出入バルブＶ３、Ｖ１を開くことで、水素供給設備２５から水素供給路２５Ａ、第１水素経路５０Ａを通して水素が供給され、第１水素系統の水素圧力Ｐ１が徐々に高くなる。
水素圧力Ｐ１が十分な値になった時点で、冷却器２２直前の熱媒出入バルブＶ１４、Ｖ１５を開き、第１熱媒系統における熱媒出入バルブＶ６、Ｖ７を開く。これにより、第１熱媒入系統１２０Ａ、１３０Ａを通して熱媒が熱媒容器２の区画に導入され、この区画の水素吸蔵合金容器３を冷却し、第１熱媒出系統１４０Ａ、１５０Ａを通して熱媒容器２外に排出され、冷却器２２で再度冷却されて第２熱媒系統で循環する。これにより冷却されている水素吸蔵合金容器３の水素吸蔵合金では、水素供給設備２５から供給される水素が吸収される。

フローメーターや残量計等で第１水素系統５０Ａの蔵合金容器内の水素残量が一定値を超えると、水素出入バルブＶ４を開き、また第２熱媒系統の熱媒出入バルブＶ８、Ｖ９を開いて、第２熱媒系統の水素吸蔵合金容器３を冷却する。これにより第２熱媒経路にある水素吸蔵合金容器の水素吸蔵合金で水素が吸収される。
フローメーターや残量計等で第１水素系統５０Ａの水素吸蔵合金容器内の水素残量が一定値を超えた時点で、水素出入バルブＶ３を閉じて第１熱媒系統への水素供給を停止し、熱媒出入バルブＶ６、Ｖ７を閉じて、第１熱媒系統における熱媒の循環を停止する。
第２水素系統５０Ｂから第３水素系統５０Ｃへの切り替えも同様に実施する。

この実施形態では、各区画において熱媒の出入りの制御が可能であり、区画毎に吸収、放出を行うように制御することができる。
すなわち、各熱媒系統では、選択された系統で水素の吸放出を選択的に行うことができる。各水素系統が個別に水素吸放出路に接続されていれば、或る熱媒系統で水素の放出を行うとともに、他の熱媒系統で水素の吸収を行うようにすることもできる。

なお、この実施形態では、各水素経路に接続された水素吸蔵合金容器３では、個別の水素吸放出について説明しなかったが、それぞれの水素吸蔵合金容器で水素移動の開閉を行えるようにしてもよい。水素の吸放出の順序については、例えば、熱媒の出入りを行う熱媒入口の近い側から優先して行うことができる。熱媒の入り側では、熱媒の蓄熱エネルギーが最も大きく、入口に近い側で熱交換するのが効率的である。入口に近い水素吸蔵合金容器で水素吸収または放出が十分になされたならば、次に近い水素吸蔵合金容器に移って水素の吸放出を行うことができる。これを順次行うことで効率的な水素の吸放出が可能になる。
また、本発明では、水素吸蔵合金容器のほぼ全体を液体熱媒中に浸すことができ、水素等の漏れのある水素吸蔵合金容器を把握することができる効果がある。

本実施形態によれば、仕切り板４を設けることによって、熱媒の流れをおおよそ一方向に整えることができるため、効率よく熱媒と水素吸蔵合金容器との熱交換を行うことができ、水素の吸放出を行うことが可能である。

（実施形態２）
熱媒に利用する熱エネルギーが豊富にある環境ならば、熱循環系統は単一系統としてもよく、この場合、熱媒出入バルブを簡略化できる。一方、水素吸蔵合金容器は熱媒入口に近い順に複数系統に分け、水素圧力を見ながら水素バルブを開閉すると効果的である。
この実施形態（実施形態２）における水素貯蔵タンク１Ａについて図５、６に基づいて説明する。なお、実施形態１と同様の構成については説明を省略または簡略化し、図面上における同一構成については同一の符号を付すものとする。

実施形態１では、仕切り板で仕切られた区画毎に熱媒系統を有するものとしたが、この実施形態では、仕切り板で仕切られた区間を連通させて共通する熱媒系統とする。
この実施形態２では、直方体形状の熱媒容器２に、熱媒容器２内空間を縦に仕切る仕切り板４Ａ、４Ｂを有している。仕切り板４Ａ、４Ｂは、本発明の仕切りに相当する。この実施形態では、熱媒容器２の側壁に並行する２枚の仕切り板４Ａ、４Ｂによって熱媒容器２内が３列に区画して仕切られている。
ただし、仕切り板４Ａは、熱媒の出側で熱媒容器２の側壁に達しない長さを有しており、隣の区画と連通している。一方、仕切り板４Ｂは、熱媒の出側で熱媒容器２の側壁から熱媒の入り側に伸張し、熱媒の入り側で熱媒容器２の側壁に達していない長さを有しており、隣の区画と連通している。この結果、熱媒経路は、仕切り板４Ａ、４Ｂで仕切られつつ、交互に位置を変えて区間間が連通しており、そのまま出側に連なっている。したがって、この実施形態２では、熱媒容器２内に一つの熱媒系統のみを有している。

仕切り板４Ａ、４Ｂで仕切られた各列の区画内には、それぞれ３つの水素吸蔵合金容器３が縦にした状態で並べられる。ただし、本発明としては、各列に配置される水素吸蔵合金容器の数や熱媒容器に設置される水素吸蔵合金容器の数が特に限定されるものではない。

熱媒容器２内に設置された水素吸蔵合金容器３は、熱媒容器２内に架設した格子状の支持材６によって支持されている。支持材の構成がこれに限定されないのは、前記実施形態１と同様である。

水素吸蔵合金容器３には、前記実施形態１と同様に区画の列ごとに水素移動路５Ａ、５Ｂ、５Ｃがそれぞれ接続されて、第１水素系統５０Ａ、第２水素系統５０Ｂ、第３水素系統５０Ｃを構成する。

仕切り板４Ａで仕切られた端部側の区画では熱媒容器２の一つの側壁の上方側に前記区画に連通する熱媒入ノズル１６が設けられ、同じ側壁の下方側に前記区画に連通する熱媒入ノズル１７が設けられている。
また、仕切り板４Ｂで仕切られた他端部側の区画では、前記側壁の対向側の側壁の上方側に前記区画に連通する熱媒出ノズル１８が設けられ、同じ側壁の下方側に前記区画に連通する熱媒出ノズル１９が設けられている。

熱媒入ノズル１６を通した熱媒入系統１６０、熱媒入ノズル１７を通した熱媒入系統１７０とこれに連通する３つの区画、熱媒出ノズル１８を通した熱媒出系統１８０と、熱媒出ノズル１９を通した熱媒出系統１９０とによって第１熱媒系統が構成されている。

次に、各水素系統および各熱媒系統の接続図を図６に基づいて説明する。なお、図６では、便宜上、説明のために水素吸蔵合金容器を横にした状態で記載している。
熱媒入系統１６０、１７０は、外部のポンプ２０の出側と接続されている。
ポンプ２０の入側には、開閉弁Ｖ１７を介して加熱器２１と、開閉弁Ｖ１８を介して冷却器２２と接続されている。

熱媒出系統１８０、１９０は、開閉弁Ｖ１６を介して加熱器２１および開閉弁Ｖ１９を介在させた冷却器２２に接続されている。
したがって、第１熱媒系統は、開閉弁の動作によって、ポンプ２０を介在して加熱器２１または冷却器２２との間で熱媒を循環させることができる。

第１水素系統５０Ａは水素出入バルブＶ３を介して、第２水素系統５０Ｂは水素出入バルブＶ４を介して、第３水素系統５０Ｃは水素出入バルブＶ５を介して、水素出入バルブＶ１を介在させた水素供給路２５Ａおよび水素出入バルブＶ２を介在させた水素放出路２６Ａに接続されている。
水素供給路２５Ａは、水素供給設備２５に接続され、水素放出路２６Ａは水素利用設備２６に接続されている。

なお、第１水素系統５０Ａには、圧力計５１Ａが設けられ、第２水素系統５０Ｂには、圧力計５１Ｂが設けられ、第３水素系統５０Ｃには、圧力計５１Ｃが設けられている。
圧力計は各水素系統における水素圧力を測定して水素の吸収量または放出量を把握することができ、本発明の水素吸放出測定部に相当する。なお、水素吸放出測定部としては流量計などを用いるものであってもよい。

次に、水素の吸放出方法について説明する。
熱媒容器２に対しポンプ２０によって液体の熱媒を外部から送り込み、熱媒容器２内の熱媒経路を通って排出する。
水素の放出を行う場合、加熱器２１直前の熱媒出入バルブＶ１６、１７を開く。これにより、熱媒入経路１６０、１７０を通して熱媒が熱媒容器２内に導入され、熱媒容器２内の水素吸蔵合金容器３が第１熱媒経路の順に加熱される。その後、熱媒は熱媒出系統１８０、１９０を通して熱媒容器２外に排出され、加熱器２１で再度加熱されて第１熱媒系統で循環する。

水素吸蔵合金容器３は、収納されて水素を吸蔵している水素吸蔵合金が加熱され、吸蔵されている水素が放出される。このときの圧力は、圧力計５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃで測定される。各圧力計の圧力が予め設定した値まで十分に高くなると、水素出入バルブＶ２を開き、圧力が十分に高くなった水素経路において、水素出入バルブを開く。例えば、第１水素経路５０Ａでは、水素出入バルブＶ３を開く。全ての圧力が十分に高い場合、水素出入バルブＶ３〜Ｖ５を開き、水素は第１水素系統５０Ａ、第２水素系統５０Ｂ、第３水素系統５０Ｃを通して水素が放出される。放出された水素は水素放出路２６Ａを通って水素利用設備２６に移動し、該設備で利用される。利用の形態は本発明としては特に限定されるものではない。

また、水素の吸収を行う場合、冷却器２２直前の開閉弁Ｖ１８、Ｖ１９を開く。これにより、熱媒入系統１６０、１７０を通して熱媒が熱媒容器２内に導入され、熱媒容器２内の水素吸蔵合金容器３が第１熱媒経路の順に冷却される。その後、熱媒は熱媒出系統１８０、１９０を通して熱媒容器２外に排出され、冷却器２２で再度冷却されて第１熱媒系統で循環する。水素吸蔵合金容器３に収納されている水素吸蔵合金では、冷却により水素吸蔵が可能になる。この際に、水素出入バルブＶ３〜Ｖ５の開閉によって、所望の水素吸蔵合金において水素の吸収を行うことができる。また、圧力計５１Ａ〜５１Ｃで圧力を測定し、圧力が予め定めた圧力まで十分に下がると、その水素経路において水素出入バルブを開くようにしてもよい。水素出入バルブＶ１を開くことで、水素供給設備２５からは、水素供給路２５Ａを通して水素が供給され、開いている水素系統の水素吸蔵合金容器の水素吸蔵合金で吸蔵される。

この実施形態では、熱媒容器２内では、区画毎の熱媒の出入りの制御はできないが、水素経路を選択することで、各水素吸蔵合金容器での水素の吸収、放出を行うように制御することもできる。

なお、この実施形態では、各水素経路に接続された水素吸蔵合金容器３では、個別の水素吸放出について説明しなかったが、それぞれの水素吸蔵合金容器で水素移動の開閉を行えるようにしてもよい。水素の吸放出の順序については、例えば、熱媒の出入りを行う熱媒入口の近い側から優先して行うことができる。熱媒容器２における熱媒の入口側では、熱媒の蓄熱エネルギーが最も大きく、入口に近い側で熱交換するのが効率的である。入口に近い水素吸蔵合金容器で水素吸収または放出が十分になされたならば、次に近い水素吸蔵合金容器に移って水素の吸放出を行うことができる。これを順次行うことで効率的な水素の吸放出が可能になる。

各実施形態の水素貯蔵タンクは、シリンダ形状の水素吸蔵合金容器を垂直に立てて配置しているので、水素吸蔵合金容器の重心が容器底面の範囲内にある限り、支持物がなくても自立することができるが、実際は熱媒流れや地震動等の外力によって容器の安定が失われることが予想されるので、横方向荷重に耐えられるだけの強度を持った支持物が必要である。ただし、横置き時の架台に比べて、はるかに軽量で簡素な支持物で良いため、製造・輸送コストの面で大きなメリットとなる。また、水素貯蔵タンクの専有面積も、横置き方式より小さくすることができる。

各実施形態の水素貯蔵タンクは、プレートフィン方式やジャケット方式ほどの熱交換性能は期待できないが、低レートの水素吸放出には十分な熱交換速度が見込める。ただし、熱エネルギー消費をできるだけ低減するため、熱媒容器に仕切りを設け、必要な系列の水素吸蔵合金容器に限定して熱交換するような構造としている。これによって、不要な系列の容器や熱媒の温度は大きく変化しないため、目的の系列に対する熱交換効率が高くなる。

各実施形態の水素貯蔵タンクは、水素吸蔵合金容器を熱媒容器上部から１本ずつ吊り上げることができる。この特徴によって、輸送、設置、点検、交換、廃棄などの際に、横置き方式と比較してクレーン規模や作業コストを大幅に低減できる。
本実施形態では、水素吸蔵合金容器のほぼ全体が液体熱媒中に浸されているため、気密検査にあたっては気泡の発生の有無を確認するだけで良い。また、気泡の発生位置からリークのある水素吸蔵合金容器を少数に絞り込めるため、検査工程の短縮につながる。

本実施形態は、熱媒として利用可能である熱エネルギーが豊富にある環境下で本発明の水素貯蔵タンクを使用する際に選択することが可能である。

以上、本発明について前記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは前記実施形態に対する適宜の変更が可能である。

１ 水素貯蔵タンク
１Ａ 水素貯蔵タンク
２ 熱媒容器
３ 水素貯蔵合金容器
４ 仕切り板
４Ａ 仕切り板
４Ｂ 仕切り板
５Ａ 水素移動路
５Ｂ 水素移動路
５Ｃ 水素移動路
６ 支持材
２０ ポンプ
２１ 加熱器
２２ 冷却器
５０Ａ 第１水素系統
５０Ｂ 第２水素系統
５０Ｃ 第３水素系統

Claims (13)

1. 液体の熱媒を収容する熱媒容器を有し、前記熱媒容器の内部に前記熱媒容器を縦に仕切る仕切りを有し、仕切られた空間のそれぞれに、長尺形状を有する水素吸蔵合金容器が長尺方向を縦にして前記熱媒との熱交換が可能に配置されていることを特徴とする水素貯蔵タンク。
2. 前記仕切りによって熱媒容器の空間内に１または２以上の熱媒系統を有し、熱媒系統で前記熱媒容器に対する熱媒移動が可能であることを特徴とする請求項１記載の水素貯蔵タンク。
3. 前記熱媒系統において前記熱媒容器に熱媒出入路が接続されていることを特徴とする請求項２記載の水素貯蔵タンク。
4. 前記熱媒系統を形成する仕切りの方向に沿って１または２以上の水素吸蔵合金容器が配列されていることを特徴とする請求項２または３に記載の水素貯蔵タンク。
5. 前記水素吸蔵合金容器は、水素吸蔵合金容器毎または複数の水素吸蔵合金容器毎に複数の水素系統が設けられ、水素系統毎に水素の吸放出設定が可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素貯蔵タンク。
6. 前記水素系統に水素吸放出路が接続されていることを特徴とする請求項５記載の水素貯蔵タンク。
7. 前記水素系統に水素吸放出状態を測定する水素吸放出測定部を有することを特徴とする請求項５または６に記載の水素貯蔵タンク。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の水素貯蔵タンクにおける水素の吸放出方法であって、
   １または２以上の水素吸蔵合金容器毎に、水素の吸放出を行うことを特徴とする水素給放出方法。
9. 特定の前記水素吸蔵合金容器に限定して、水素の吸放出を行うことを特徴とする請求項８記載の水素吸放出方法。
10. 特定の前記水素吸蔵合金容器が熱媒容器を仕切る仕切りで仕切られた特定の空間内の水素吸蔵合金容器であることを特徴とする請求項９記載の水素吸放出方法。
11. 特定の前記水素吸蔵合金容器に限定して、水素の吸放出を行う際に、水素の吸収量または放出量が所定の閾値に達すると、別に特定された前記水素吸蔵合金容器で、水素の吸放出を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の水素吸放出方法。
12. 水素の吸収量または放出量が所定の閾値に達した前記水素吸蔵合金容器では水素の吸放出を停止することを特徴とする請求項１１記載の水素吸放出方法。
13. 熱媒容器を仕切る仕切りで仕切られた空間内において、熱媒容器に対する熱媒の出入りで熱媒の入り側に近い側の水素吸蔵合金容器を優先して水素の吸放出を行うことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の水素吸放出方法。

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