JP5360765B2 - 水素吸蔵合金タンクシステム - Google Patents
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Description
前記水素供給源からの水素を前記水素吸蔵合金内に蓄える、システム全体の運転モードが水素吸蔵モードにおいては、前記対となる水素吸蔵合金タンクにおいて、一方の水素吸蔵合金タンクの水素吸蔵過程終了後と他方の水素吸蔵合金タンクの水素吸蔵過程開始前の間に、対となるタンク相互間で熱交換が行なわれると共に、他の対における一の水素吸蔵合金タンクでは水素吸蔵運転がなされ、
水素負荷に対して前記蓄えた水素を供給する、システム全体の運転モードが水素放出モードにおいては、前記対となる水素吸蔵合金タンクにおいて、一方の水素吸蔵合金タンクの水素放出過程終了後と他方の水素吸蔵合金タンクの水素放出過程開始前との間に、対となるタンク相互間で熱交換が行なわれると共に、他の対における一の水素吸蔵合金タンクでは水素放出運転がなされる、ことを特徴としている。
[計算条件]
(1)水素吸蔵合金の質量:50kg
(2)タンク(SUS)の質量:100kg
(3)銅配管(全ての水配管系に用いた配管):2m×48本(12.7mmφ、厚さ1mm)+8m
(4)前記銅配管の内部には、水が充填されているものと仮定
(5)合金の水素利用率:80%
(6)水素吸蔵タンクの吸蔵・放出運転時の温度差:20℃(高温32℃、低温12℃)
(1)水素吸蔵合金の反応熱:28kJ/mol−H2
(2)水素吸蔵合金の理論水素吸蔵量:0.156Nm3/kg
(3)水素吸蔵合金の比熱:0.41kJ/(kg・K)
(4)SUSの比熱:0.50kJ/(kg・K)
(5)銅の比熱:0.38kJ/(kg・K)
(6)銅の密度:0.0089kg/m3
(7)水の比熱:4.2kJ/(kg・K)
(8)水の密度:1,000 kg/m3
(1)合金の反応熱Q1
Q1 = 0.156Nm3/kg×50kg×0.8×44.64mol
−H2/Nm3×28kJ/mol−H2 =7,800kJ
(2)温度差20℃のときの熱容量
水素吸蔵合金の熱容量C1=0.41kJ/(kg・K)×50kg×20K=410kJ
タンクの熱容量C2=0.50kJ/(kg・K)×100kg×20
=1,000kJ
銅配管の熱容量C3=0.38kJ/(kg・K)×{(12.7×3.14×1)/1000000×(2×48+8)}×0.0089kg/m3×20K=0.00028kJ
銅配管内の水の熱容量C4=4.2kJ/(kg・K)×{(12.7/2)2×3.14/1000000×(2×48+8)}×1,000kg/m3×20K=1,106kJ
全ての熱容量C20=C1+C2+C3+C4 =410+1000+0.00028+1106=2516kJ
Q1に対する割合C20/Q1=2516/7800=32%
(3)温度差10℃のときの熱容量
熱容量C10 =C20/2=2516/2=1,258kJ
Q1に対する割合C10/Q1 =1258/7800=16%
2、31 熱交換器
3 冷熱利用系
4 配管(冷熱利用系)
5 還管
6、25、28 ポンプ
7 温熱利用系
10 水素配管
11 水素供給源
12 水素負荷
21 個別還管
22 個別往管
23、24、26、27 配管(循環系)
32 冷却塔
33 冷却水配管
41、42 ヒートパイプ
51、52 自然循環配管
A、B、C、D 水素吸蔵合金タンク
A1、B1、C1、D1 熱交換部
V1〜V14、V21〜V24 バルブ
Claims (9)
- 水素吸蔵合金を内蔵するタンクを備え、水素供給源からの水素を前記水素吸蔵合金内に蓄え、水素負荷に対して前記蓄えた水素を供給可能な水素吸蔵合金タンクシステムであって、
水素吸蔵合金タンクの対を形成する偶数の水素吸蔵合金タンクを2対以上有し、
熱利用系に通ずる外部配管との間で熱交換を行なう熱交換器に接続される水の往管、還管に各々接続され、各水素吸蔵合金タンクとの間で熱交換を行なうための個別往管、個別還管とを有し、
前記水素供給源からの水素を前記水素吸蔵合金内に蓄える、システム全体の運転モードが水素吸蔵モードにおいては、
前記対となる水素吸蔵合金タンクにおいて、一方の水素吸蔵合金タンクの水素吸蔵過程終了後と他方の水素吸蔵合金タンクの水素吸蔵過程開始前の間に、対となるタンク相互間で熱交換が行なわれると共に、他の対における一の水素吸蔵合金タンクでは水素吸蔵運転がなされ、
水素負荷に対して前記蓄えた水素を供給する、システム全体の運転モードが水素放出モードにおいては、
前記対となる水素吸蔵合金タンクにおいて、一方の水素吸蔵合金タンクの水素放出過程終了後と他方の水素吸蔵合金タンクの水素放出過程開始前との間に、対となるタンク相互間で熱交換が行なわれると共に、他の対における一の水素吸蔵合金タンクでは水素放出運転がなされる、
ことを特徴とする、水素吸蔵合金タンクシステム。 - 前記熱利用系は冷熱利用系であり、前記往管及び還管は、冷却塔との間に配管された冷却水配管と熱交換を行なう他の熱交換器にも接続され、前記水は、前記熱交換器または他の熱交換器との間で切り替え供給可能であることを特徴とする、請求項1に記載の水素吸蔵合金タンクシステム。
- 前記熱利用系は温熱利用系であることを特徴とする、請求項1に記載の水素吸蔵合金タンクシステム。
- 前記対となる水素吸蔵合金タンク相互間では、個別往管と個別還管、および個別還管と個別往管とが接続されて循環水配管が形成され、前記熱交換は、当該循環水配管を流れる水によって行なわれ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タンクシステム。
- 前記水素供給源および水素負荷と、各水素吸蔵合金タンクとの間に各々配管された水素配管、並びに前記循環水配管には夫々制御弁が設けられ、これら制御弁と、前記循環水配管に設けられた循環ポンプによって、水素吸蔵合金タンクにおける水素吸蔵、水素放出および熱交換のタイミングが個別に制御されることを特徴とする、請求項4に記載の水素吸蔵合金タンクシステム。
- 前記対となる水素吸蔵合金タンク相互間には、タンク内を一方で加熱、他方で冷却できるヒートパイプが設けられ、前記熱交換は、当該ヒートパイプによって行なわれ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タンクシステム。
- 前記水素供給源および水素負荷と、各水素吸蔵合金タンクとの間に各々配管された水素配管、並びに前記ヒートパイプには夫々制御弁が設けられ、これら制御弁によって、水素吸蔵合金タンクにおける水素吸蔵、水素放出および熱交換のタイミングが個別に制御されることを特徴とする、請求項6に記載の水素吸蔵合金タンクシステム。
- 前記対となる水素吸蔵合金タンク相互間には、気液の密度差によってタンク間を一方で加熱、他方で冷却できる冷媒の循環路が設けられ、前記熱交換は、当該循環路によって行なわれ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タンクシステム。
- 前記水素供給源および水素負荷と、各水素吸蔵合金タンクとの間に各々配管された水素配管、並びに前記循環路には夫々制御弁が設けられ、これら制御弁によって、水素吸蔵合金タンクにおける水素吸蔵、水素放出および熱交換のタイミングが個別に制御されることを特徴とする、請求項8に記載の水素吸蔵合金タンクシステム。
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