JP3327564B2 - 水素貯蔵装置 - Google Patents

水素貯蔵装置

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水素貯蔵装置に関し、特
に、水素の貯蔵、放出の応答性が良好となるように工夫
したものである。
【0002】
【従来の技術】金属が水素を吸蔵することは古くから知
られており、金属材料における水素脆性はそのために起
こる。ここで金属が水素を貯蔵するとは、ある温度の水
素圧下で水素を貯蔵し、一定の平衡水素圧をもつ金属水
素化物となり、それがその平衡水素圧よりも低い水素圧
の環境におかれると、貯蔵した水素を放出し、もとの金
属に戻ることをいう。
【0003】上述した水素貯蔵特性の優れた素材として
は、例えばLaNi5 ,FeTiなどがあり、上記La
Ni5 の例では、室温で気圧の水素と平衡し、水素を貯
蔵してLaNi5 2 となった金属水素化物を、100
℃で加熱すると、平衡圧が10気圧であるから、10気
圧の水素ガスを放出することとなる。このほかの水素貯
蔵金属としては、マグネシウム水素化物、リチウム水素
化物などがある。
【0004】従来ではこのような水素貯蔵合金を用い
て、図3に示すようなボンベ01内に該水素貯蔵合金を
充填し、水素貯蔵装置としている。尚、従来では、例え
ばボンベの内容積が2lの場合には水素貯蔵合金の充填
量としては約1Lとしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術に係る水素貯蔵装置では、以下のような問題がある。 水素に例えば水,CO2 ,CO,O2 等の不純物
(ガス)成分が入った場合、吸収能が無くなる。 水素の貯蔵又は放出を繰り返していくうちに、1〜
5mm位の大きさのものが1μmぐらいの大きさまで割れ
て微粉化するという欠陥がある。 水素の貯蔵時には反応熱を取り、又放出時には加熱
する必要があるが、粉体化した水素貯蔵合金に、伝熱す
ることが困難である。 例えば車載用に利用する場合など伝熱が早くなけれ
ば応答性が悪くなり利用できないという問題がある。
【0006】本発明は、以上述べた事情に鑑み、水素の
貯蔵、放出の応答性が良好な水素貯蔵装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明にかかる水素貯蔵装置の構成は、粒径50μmの粉体
化水素貯蔵合金が充填されてなる水素貯蔵合金充填室
と、この水素貯蔵合金充填室を加温又は冷却する通路と
を交互に積層して形成してなり、 かつ、水素貯蔵合金充
填室に充填する水素貯蔵合金量を充填室の75〜85%
容量とすると共に、 上記水素貯蔵合金充填室に充填する
水素貯蔵合金の表面をパーフルオロスルホン酸樹脂膜で
コーティングしてなることを特徴とする。また、上記発
明において、上記水素貯蔵合金充填室内にはコルゲート
フィンが挿入され、該コルゲートフィンの山頂部が、両
側の加温又は冷却する通路と接しているようにしてもよ
い。
【0008】
【作用】前記構成において、粒径1μm〜100μmと
した水素貯蔵合金を充填した充填室を挾むように加熱又
は冷却する通路を設けているので、伝熱面積が大幅に増
大する結果、充填時,放出時の応答性が大幅に改善され
る。また、最初から1μm〜100μm程度の粒径とし
ているので、これ以上細かくなりにくい。
【0009】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。
【0010】図1は本実施例に係る水素貯蔵装置の一部
断面概略図である。同図に示すように、水素貯蔵装置1
0は粒径1μm〜100μmとした水素貯蔵合金11を
充填する水素貯蔵合金充填室としてのプレートフィン1
2と、このプレートフィン12の上面側及び下面側から
加温又は冷却する通路13とが交互に積層されてなるも
のである。
【0011】上記プレートフィン12は本実施例におい
ては内部にコルゲートフィン14を内在しており、粉体
の水素貯蔵合金11への熱の伝達の向上を図っている。
またコルゲートフィン14の代りとしてハニカムフィン
又は平状のフィンを内在させるようにしてもよい。また
その材質としては、アルミニウム合金等熱伝達の良好な
ものが好ましい。
【0012】またプレートフィン12内に充填する水素
貯蔵合金11の粒径を1〜100μmとするのは、1μ
m未満とすると水素充填時圧力が高くなり水素充填がで
きないからである。また、100μmを超える場合に
は、更に細かく劣化する場合があり、好ましくないから
である。
【0013】この粉末の水素貯蔵合金11をプレートフ
ィン12内に充填する際の充填率は約80容量%程度と
することが好ましい。これは完全に詰め込むと水素充填
時に圧力が高くなり水素が入らなくなり、空孔を確保す
るためである。
【0014】なお、粒径50μmとして表面をパーフル
オロスルホン酸ポリマー膜(例えば「ナフィオン11
7」商品名:デュポン社製)でコーティングして、劣化
(粒体化)を防止し、空孔率を80%程度に確保するよ
うにしてもよい。
【0015】一方、従来においては、水素ナットにH2
O,CO,CO2 ,O2 などの不純物の混入があると吸
収能が不能となっていたが、本実施例のようにプレート
フィン12内に1〜100μmの粉状の水素貯蔵合金を
充填してなる水素貯蔵装置では、ある程度許容できる。
【0016】次に、本実施例に係る水素貯蔵装置10を
用いた燃料電池システムの一例を、図2を参照して説明
する。
【0017】図2中、21は水蒸気改質反応器であり、
原料となるメタノールと水蒸気とを混合して導入するた
めの原料供給管22が連結されている。また、水蒸気改
質反応器21は改質反応に必要な熱源となる燃焼触媒室
23を具えている。そして、燃料触媒室23には定常運
転時の触媒反応の原料となるメタノールを供給するため
の配管24が連結されている。
【0018】水蒸気改質反応器21へ供給されたメタノ
ール及び水蒸気は水蒸気改質反応により主に水素及び二
酸化炭素に分解され、一酸化炭素を二酸化炭素へ転化す
るCO変成器5へ送られる。
【0019】図中26は固体高分子電解質型燃料電池
(以下、燃料電池という)であり、水素極27及び空気
極28を有している。ここで、水素極27へは上記CO
変成器25で二酸化炭素及び水素に転化された水素ガス
が導入され、また、空気極28へはブロワ29を介して
空気が導入されており、水素極27へ導入された水素ガ
ス及び空気極28へ導入された空気が反応することによ
り発電する。
【0020】燃料電池26の水素極27からの排ガスは
配管30により燃焼触媒室23に導入されるようになっ
ているが、この配管30の途中には前述した水素貯蔵装
置10が介装されている。そして、水素の貯蔵を行う時
以外には、水素極27からの排ガスはバイパス配管31
を介して燃焼触媒室23へ送られるようになっている。
なお、燃焼触媒室23へはブロワ29からの空気が空気
供給管32を介して供給されており、また、燃焼触媒室
23からの燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管33から排出
される。
【0021】次に、上述した燃料電池システムの起動方
法を説明する。まず、建設時の起動は、予め水素を蓄え
た水素貯蔵装置10からの水素を配管30を介して燃焼
触媒室23へ供給することにより燃焼触媒を加熱する。
そして、燃焼触媒の温度が500℃以上となったところ
で徐々にメタノールを配管24を介して供給し、水素か
らメタノールの切り換えを行う。水蒸気改質反応器21
が所定温度になった後、該水蒸気改質反応器21内に原
料メタノールと原料水蒸気とを原料供給管22から供給
し、システムを安定させる。そして、低負荷時又はシス
テム停止時に水素貯蔵装置10に水素を蓄えて次回の起
動用とし、他の運転時には水素極27からの排ガスはバ
イパス配管31を介して燃焼触媒室23へ供給される。
このシステムの稼働において、本実施例に係る水素貯蔵
装置10を用いているので、その応答性が従来のボンベ
形式のものに比べて向上していた。
【0022】
【発明の効果】以上実施例と共に説明したように、本発
明の水素貯蔵装置は、水素の貯蔵,放出の応答性が向上
し、例えば燃料電池、水素エンジンの水素供給装置とし
て用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る水素貯蔵装置の概略図である。
【図2】一実施例に係る燃料電池システムの構成図であ
る。
【図3】従来技術に係る貯蔵容器である。
【符号の説明】
10 水素貯蔵装置 11 水素貯蔵合金 12 プレートフィン 13 通路 14 コルゲートフィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 峰尾 徳一 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重 工業株式会社 相模原製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−79701(JP,A) 特開 昭62−196500(JP,A) 特開 昭63−180798(JP,A) 特開 昭60−26897(JP,A) 特開 昭58−37395(JP,A) 特開 平1−246101(JP,A) 特公 昭61−59241(JP,B2) 特公 昭56−18521(JP,B2) 実願 昭60−76337号(実開 昭61− 193300号)の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム (JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径50μmの粉体化水素貯蔵合金が充
    填されてなる水素貯蔵合金充填室と、 この水素貯蔵合金充填室を加温又は冷却する通路とを交
    互に積層して形成してなり、 かつ、水素貯蔵合金充填室に充填する水素貯蔵合金量を
    充填室の75〜85%容量とすると共に、 上記水素貯蔵合金充填室に充填する水素貯蔵合金の表面
    をパーフルオロスルホン酸樹脂膜でコーティングしてな
    ことを特徴とする水素貯蔵装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 上記水素貯蔵合金充填室内にはコルゲートフィンが挿入
    され、該コルゲートフィンの山頂部が、両側の加温又は
    冷却する通路と接していることを特徴とする水素貯蔵装
    置。
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