JP2656084B2 - 水素ガス放出吸蔵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は水素ガスの放出吸蔵装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 水素エンジン車等の駆動は水素を貯蔵する金属水素化
物を加熱して水素ガスを発生させ、この水素ガスをエン
ジンに送ることにより行われる。すなわち、水素吸蔵合
金を水素ガスの雰囲気中で冷却させて水素ガスと反応さ
せて、金属水素化物の化合物の形で水素を貯蔵させる。
また、この金属水素化物を所定温度以上で加熱すると水
素ガスを放出する。この可逆反応に着目して、熱交換に
より生ずる水素ガスをエネルギーとしてエンジンを駆動
するものである。

上記した、水素エンジンを駆動する装置として第５図
に示すものがある。この装置はエンジンＥと複数個の収
容容器27とを管路28を介して連通させている。そして、
エンジン冷却水エンジンＥ内を通過するとき加熱されて
温水となり、この温水がエンジンＥ内から管路28を介し
て収容容器27内に圧送される。

前記収容容器27内には細粒状の金属水素化物が充填さ
れ、各収容容器27内を蛇行して延びる管路28内を流れる
温水が金属水素化物を加熱する。この加熱時に熱交換に
より温水が再度冷やされ、収容容器27を貫通してエンジ
ンＥに戻る管路28内を通過してエンジンＥに帰還して、
エンジンＥの冷却を行う。この動作が連続的に行われ、
収容容器27内の金属水素化物が継続して加熱されるよう
になっている。そして、温水によって加熱された金属水
素化物からは水素ガスが放出され、この水素ガスがガス
管路29を介してアクセル30の操作角度に応じた量だけエ
ンジンＥ内に圧送されて、エンジンにて燃焼される。

また、収容容器27内の金属水素化物から水素ガスの放
出を重ねて行い、金属水素化物に貯蔵されている水素ガ
スの量が徐々に減少して、水素ガスを補充する必要が生
じたときには、エンジンＥを停止させ、収容容器27内へ
の温水の流れを遮断して、冷却装置から管路32を経て収
容容器27中に冷却水を通過させ、これを循環させる。こ
れと同時に水素ボンベ33と収容容器27とを連通させ、金
属水素化物を水素ガス雰囲気下において冷却して、金属
水素化物に水素を吸蔵させる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記の装置においては、収容容器27内を通
過する温水が熱交換を行いながら金属水素化物を加熱す
るため、温水が収容容器27内を進行するにつれて同温水
の温度が徐々に低下する。このため、収容容器27内にお
ける金属水素化物は温水の供給側においては充分に加熱
されて、水素ガスの放出が盛んに行われるものの、温水
の流通方向下流では加熱が不充分な状態となり、放出さ
れる水素ガスの量も僅かなものとなる。よって、金属水
素化物を有効に使用することができない。

また、水素ガスの吸蔵時においては、上記とは逆に、
収容容器27内を通過する冷却水が熱交換を行いながら金
属水素化物を冷却するため、冷却水が収容容器27内を進
行するにつれてこれの温度が上昇し、金属水素化物は冷
却水の流通方向上流においては充分に冷却されて、水素
が良好に吸蔵されるが、下流では温度低下が充分ではな
く、水素の吸蔵も僅かなものとなり、金属水素化物を再
度使用するにあたり、含有水素量が少なく、有効に利用
することが難しい。

この発明は上記した問題点を解決するためになされた
ものであり、この目的は可逆反応の均一化を図り、金属
水素化物を有効利用性を向上させることが可能な水素ガ
スの放出吸蔵装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記した目的を達成するために、金属水素
化物が収容された収容手段と、前記収容手段内を通過
し、かつ熱交換により金属水素化物の可逆反応を促進す
るための媒体が流通される媒体通過路と、前記収容手段
内における媒体の流通方向下流側において媒体の熱交換
率の低下に関連して、金属水素化物の均一な可逆反応を
図るべく媒体通過路内の媒体の流通方向を切換える切換
手段とを設けたことをその要旨とする。

〔作用〕

この発明は上記した手段を採用したことによって、媒
体通過路内を流れる媒体が熱交換により収容手段内の金
属水素化物の可逆反応を促進させながら、収容手段内の
下流側に流れる。下流側において媒体の熱交換率が低下
すると、切換手段により媒体通過路内の媒体の流通方向
が切換えられ、金属水素化物の均一な可逆反応が図られ
る。

〔実施例〕

以下、この発明を水素エンジンを搭載したフォークリ
フトの走行駆動装置に具体化した第１の実施例を第1,2
図に従って詳述する。

エンジンＥ内には排ガス管路１が連通されるととも
に、その内部に流入する冷却水がエンジンＥ内の配管内
を下流側に流れて、稼動中のエンジンＥを冷却すること
によりエンジンＥの熱の上昇を防止する。この冷却水は
エンジンＥの熱により加熱流体としての温水となり、こ
れに連結された流体循環路２内を流れ、循環路２内に配
設した電磁式方向切換弁９がａ位置にあるとき、矢印Ｐ
にて示す供給経路内を下流側へと流れる。前記流体循環
路２は点20において２本の分岐管路2a,2bに分岐され、
下流側に配置された収容手段としての一対の収容容器３
内にそれぞれ延びている。

前記収容容器３内には細粒状に加工された金属水素化
物が充填され、この金属水素化物を加熱すべく分岐管路
2a,2bが収容容器３内で蛇行状に折曲されて配管された
のち、外部に導出されている。前記金属水素化物は本実
施例ではチタン鉄系の水素吸蔵合金が水素ガス雰囲気中
において冷却されて形成されたものであり、一定圧力下
で加熱されて水素ガスを放出する。よって、収容容器３
内において分岐管路2a,2b内を温水が流れ、同温水が熱
交換作用によって金属水素化物を加熱して、水素ガスを
放出させる。

前記分岐管路2a,2bは収容容器３の下流側の点21にお
いて１本に合流し、矢印Ｑにて示す帰還経路として供給
経路と平行にエンジンＥに延び、収容容器３内で熱交換
により温度が低下された温水が流通中に一層冷却され
て、冷却水として再度エンジンＥ内に流入する。そし
て、冷却水は再度エンジンＥの冷却を行った後に温水と
なり、上記と同様の過程を繰り返す。

各収容容器３には内部で発生した水素ガスを通過させ
る通過管路４が連通されて下流側に延び、各通過管路４
には切換弁５を介してチャージ管路６に接続され、さら
にこのチャージ管路６の切換弁７を介して水素ガスボン
ベ８に接続されている。

前記した２本の通過管路４は１本に合流されてガス管
路10となり、このガス管路10には水素ガスの圧力が予め
設定した許容圧力値を越えたときに開放される機械式の
安全弁11、ガス管路10内の水素ガスの圧力及び流量を適
正に制御するための減圧弁12及びレギュレータ13がそれ
ぞれ設けられている。さらに、これらの上流側に圧力計
14〜16がそれぞれ配置されている。そして、ガス管路10
はアクセルＡへ延び、同アクセルＡの操作量に応じた水
素ガスがエンジンＥに供給され、エンジンＥにて燃焼さ
れるようになっている。

また、前記流体循環路２の供給経路及び帰還経路には
冷却装置17に連通する冷却水循環炉18が接続されてい
る。この冷却装置17は金属水素化物の水素吸蔵時に連結
して使用されるものであり、収容容器３内の金属水素化
物が解離されて、合金の水素含有量が低下したとき、エ
ンジンＥを停止させて収容容器３内への温水供給を遮断
したのち、方向切換弁18a、18bの操作により同冷却装置
17から送られる冷却水が冷却水循環路18を通過して収容
容器３内の金属水素化物を冷却する。これと同時に、切
換弁5,7の操作によりチャージ管路６及び通過管路４を
介して水素ボンベ８と収容容器３が連通され、水素ボン
ベ８から収容容器３内に流入する水素が金属水素化物に
吸蔵される。

さらに、前記方向切換弁９はコントローラ19に接続さ
れ、切換弁９がa,bいずれかの位置にセットされると、
コントローラ19に内蔵されたタイマが時間計測を開始
し、この計測値が予め設定した値に達すると、コントロ
ーラが切換弁９を例えば第１図に示すａ位置から第２図
のｂ位置に切換える。

上記した、切換弁９の切換タイミングは、収容容器３
内に配管された分岐管路2a、2b内を下流側に流通して金
属水素化物を加熱する温水の温度が熱交換により所定値
以下に低下するまでの時間、即ち収容容器３の下流側の
温水の熱交換率が上流に比べて極めて分岐管路2a,2bの
内径、長さ等の条件を考慮して設置されたものである。

そして、前記切換弁９がｂ位置にセットされると、第
２図に示すように、流体循環路２内の温水の流れは第１
図とは逆になり、矢印Paで示す供給経路より点21を介し
て分岐管路2a,2bに流れて収容容器３に流入する。そし
て、温水は収容容器３内の金属水素化物を加熱して、点
20を通過し、矢印Qaで示す帰還経路を経てエンジンＥに
戻る。この切換弁９がｂ位置に保持されている時間もコ
ントローラ19のタイマにて計測され、所定時間が経過す
ると切換弁５は再びａ位置に切換えられる。

上記したように、切換弁９が一方の位置に保持される
時間、即ち収容容器３内の分岐管路2a,2b内を一方向に
流れる温水の下流における熱効率が設定値まで低下する
時間が経過すると、コントローラ19が切換弁９を切換え
て、温水の流通方向を変換する。これにより、流通方向
変換後は収容容器３内における熱交換率が最も低かった
部分、即ち金属水素化物が水素ガス放出を充分に行い得
なかった部分から加熱が開始され、該当部分における水
素ガスの放出が活発に行われ、水素ガス放出の均一化が
図られる。従って、効率のよいエンジンＥの駆動が行わ
れる。

次に、この発明における第２の実施例を第３図に従っ
て述べる。

この実施例では収容容器３の両端部に温度センサ22を
取付け、その両端部の温度を温度センサ22よりコントロ
ーラ19に出力し、収容容器３の温度分布に基いて切換弁
９を切換制御する構成としたものである。即ち、本実施
例では温水の流通方向下流側の温度と上流側の温度との
差が予め設定した値になった時、温水の流通方向を切換
えるようにしている。

この構成においても、収容容器３内において分岐管路
2a,2bを流れる温水の熱交換率の低下に従って同温水の
流通方向が変換され、水素ガス放出状態が均一化て、安
定したエンジンＥの駆動が実現される。

さらに、第４図はこの発明の第３の実施例を示すもの
である。この実施例では第２実施例の構成に加えて冷却
水循環路18内に電磁式方向切換弁23を配置したものであ
る。そして、大量の水素ガスを放出した金属水素化物に
水素を吸蔵させるべく、これを冷却しつつ下流側に進む
温水の熱交換による温度の上昇に伴う冷却能力の低下
を、上流及び下流側の両温度センサ22にて検出する。両
温度センサ22の検出値の差が設定値を上回ったとき、コ
ントローラ19が切換弁23を切換えて、冷却水の流通方向
を逆にすることにより収容容器３内の金属水素化物も逆
方向、即ち充分に冷却されていなった側から冷却され、
均一な冷却が行われる。これにより、金属水素化物は効
率のよい水素吸蔵を行う。

この実施例における収容容器３内の熱交換率の低下の
検出は、第１実施例と同様にコントローラ19内にタイマ
の計測時間に従って方向切換弁23を切換制御する方法を
採用してもよい。

なお、この発明は上記した実施例に限定されるもので
はなく、例えば 第１実施例におけるタイマの計測時間を、熱交換率の
低下とは無関係に、切換弁９を短い時間毎に交互に切換
えて、温度分布の均一化を図ったり、 金属水素化物を収容する収容容器３を個数を任意に設
定したり、 フォークリフトの駆動系に限らず、他の水素エンジン
の駆動装置にも応用したり、水素エンジン以外にも水素
を必要とする装置に応用する、 等、発明の要旨から逸脱しない限りにおいて任意の変更
は無論可能である。

［効果］ 以上、詳述したようにこの発明の水素放出吸蔵装置に
よれば、可逆反応の均一化を図り、金属水素化物を有効
に利用することができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明における第１の実施例における流体系
及び電気系の回路図、第２図は第１図から流体通過路を
切換えた状態を示す図、第３図は第２の実施例を示す回
路図、第４図は第３の実施例を示す回路図、第５図は従
来例を示す回路図である。 収容手段としての収容容器３、媒体通過路としての流体
循環路２及び冷却水循環路18、切換手段としての方向切
換弁５、23。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 洋 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 柴田 充蔵 福岡県北九州市八幡東区枝光１丁目１番 １号 新日本製鐵株式會社第３技術研究 所内 (72)発明者 鈴木 啓之 福岡県北九州市八幡東区枝光１丁目１番 １号 新日本製鐵株式會社第３技術研究 所内 (72)発明者 竹田 護 東京都千代田区大手町手２丁目６番３号 新日本製鐵株式會社内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属水素化物が収容された収容手段と、 前記収容手段内を通過し、かつ熱交換により金属水素化
   物の可逆反応を促進するための媒体が流通される媒体通
   過通路と、 前記収容手段内における媒体の流通方向下流側において
   媒体の熱交換率の低下に関連して、金属水素化物の均一
   な可逆反応を図るべく媒体流通路内の媒体の流通方向を
   切換える切換手段と からなる水素ガスの放出吸蔵装置。