JPH03271101A - 水素純度向上装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水素純度向上装置及びその運転方法に関する
。

（従来の技術） 従来、水素貯蔵合金を用いた水素利用装置（含水素発生
装置）から放出される水素ガスの回収方法としては、バ
ッチ式又はフロー式が採用されている。

バッチ式は、水素冷却式発電機、半導体製造設備等の水
素利用装置に使用される高純度水素ガス（例えば濃度９
９．５％以上）の回収に適用され、またフロー式は、ア
ンモニア分解装置等の水素発主装置の低純度水素ガス（
例えば濃度９９，５％以下）の回収に適用されている。

従来のバッチ式による水素回収装置は、第３図に示すよ
うに水素利用装置１、並びに水素貯蔵合金を収容し、水
素貯蔵合金を加熱する手段及び冷却する手段を付属する
水素回収容器２を備える。

そして、周圧力計１ａ、２ａによって水素利用装置１及
び水素回収容器２内の圧力を検出しながら、水素利用装
置１と水素回収容器２との間に設けた第１バルブ６′、
又は水素回収容器２に接続する製品ガス２イン？及び放
出時パージガスライン４′にそれぞれ設けた第２，３バ
ルブγ、ぎを適宜に開閉操作する。

水素回収容器２による水素吸蔵時には、水素回収容器２
を冷却し、第４図（イ）に示すように第１バルブσを開
き、第２，３バルブγ、８′は閉じている。水素回収容
器２内の水素貯蔵合金が充分に水素を機成すれば、周圧
力計１ａ、２ａの検出値が平衡圧を示すようになる。

一方、水素放出時には第４図（ロ）に示すように第１バ
ルブ６′を閉めて水素回収容器２を加熱し、第３バルブ
ぎを瞬時間いて放出初期の・ぞ−ジガスを放出時ノぞ一
ジガスライン４′へ放出した後に、第２バルブ７′を開
いて水素ガスを製品ガスライン３′へ送る。そして、水
素回収容器２の圧力計２ａの検出値が低下することで、
水素貯蔵合金から充分に水素が放出されたことが検知さ
れる。

従来のフロー式による水素回収装置は、第５図に示すよ
うに水素利用装置１１並びに水素貯蔵合金を収容し、水
素貯蔵合金を加熱する手段及び冷却する手段を付属する
水素回収容器２を備える。

そして、水素回収容器２は水素利用装置ｌ側に水素濃度
計Ａ１と第１ＡルブＣとを有する配管グにて水素利用装
置１に連絡している。又、圧力制御弁１１′と水素濃度
計Ａ２とを備える吸収時パージガスラインｌσ、及び第
２バルブτを備える製品ガスラインぎとが水素回収装置
２に接続している。

そして、両水素濃度計Ａｌ、Ａ２によって、水素利用装
置１より水素回収容器２へ供給される水素濃度と、水素
回収容器２内の水素貯蔵合金に水素が教東された後に、
吸収時パージガスライン１０’よう放出される不純ガス
中の水素濃度を検出しながら水素利用装置１と水素回収
容器２との間に設けた第１バルゾぎ、製品ガスライン了
に設けた第２バルブτ及び圧力制御弁１１′を適宜に開
閉操作する。

水素回収容器２による水素吸蔵時には、水素回収容器２
を冷却し、第６図（イ）に示すように第１バルブＣを開
き、圧力制御弁１１’を用いて、水素回収容器２内の圧
力を調整しながら水素ガスを吸収時パージガスライン１
０’へ向けて流しつつ水素を吸蔵する。該パージガスラ
インＩσの水素濃度計Ａ２の水素濃度検出値が上昇して
、水素濃度計Ａ１の値と同等に近付くことによって、水
素回収容器２内の水素貯蔵合金が充分に水素を機成した
ことが知られる。この時点にて第１Ａルデσ及び圧力制
御弁１１’を閉塞する。

一方水素放出時には、上記の状態にて、水素回収容器２
を加熱し、第６図（ロ）に示すように第２・ぞルブτを
開いて水素ガスを製品ガスラインγへ送る。水素回収容
器２の圧力計２３の検出値が低下することで、水素貯蔵
合金から充分に水素が放出されたことが検知される。

（発明が解決しようとする課題） 従来は、上述のように、水素回収、精製を行う場合に、
水素利用装置１内の水素濃度が高い場合と低い場合とで
それぞれ別個の水素回収方法が採用されていた。特に、
低純度水素ガスからフロー式で高純度水素ガスを得る場
合には、放出時ノソージガスライン４′が々いために水
素純度の向上が不充分であった。又、例えば、濃度９９
．５％程度以上にかいて、７ａ−式を採用すれば、水素
吸蔵時に水素回収容器２内の水素貯蔵合金によって充分
な水素が吸蔵されることなく吸収時パージガスライン１
０′へ不純ガスと共に水素が流出し、水素回収車が低下
し、又濃度９９．５％程度以下に）いてパッチ式を採用
すれば、不純ガスによって水素回収容器２の内圧が早期
に上昇し、水素貯蔵合金が充分に水素をｒ！に′Ｒする
前に、周圧力計１ａ、２ａＯ検出値が平衡圧を示すよう
になう、水素回収容器２よう放出された製品ガスは、不
純ガスの影響によって少なくなシ、かつ水素濃度も低く
なる。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の事情に鑑みて、高純度水素ガス、低純度
水素ガス共に、水素純度を向上し得る一つの装置及び運
転方法を提供するものであう、その構成は次の通うであ
る。

請求項（１）記載の発明は、 水素利用装置と、水素貯蔵合金を内蔵して加熱・冷却手
段を付属する水素回収容器とを第１圧力制御弁を有する
配管にて接続すると共に、該水素回収容器内圧力に対応
させて圧力を設定する第２圧力制御弁を有する吸収時パ
ージガスライン、第１バルブを有する製品ガスライン及
び第２バルブを有する放出時パージガスラインを、それ
ぞれ該水素回収容器に接続する水素純度向上装置である
。

請求項（２）記載の発明は、 水素利用装置と、水素貯蔵合金を内鳶して加熱・冷却手
段を付属する水素回収容器とを第１圧力制御弁を有する
配管にて接続すると共に、該水素回収容器内圧力に対応
させて圧力を設定する第２圧力制御弁を有する吸収時ノ
ξ−ジガスライン、第１バルブを有する製品ガスライン
及び第２バルブを有する放出時パージガスツインを、そ
れぞれ該水素回収容器に接続する水素純度向上装置の運
転方法であって、水素回収容器を冷却して水素貯蔵合金
に該水素利用装置からの水素ガスを機成させる際に１、
該水素利用装置内の水素ガスの純度の低い場合は、高い
場合よシも第２圧力制御弁の設定圧力を低くして運転す
る水素純度向上装置の運転方法である。

（作用） このような水素純度向上装置にあっては、次のように作
用する。

先ず、水素利用装置内の水素が低純度水素ガスの場合、
つｔｂ従来の７０−式に該当するものについて説明する
。

水素回収時には、第１圧力制御弁を開くと共に、水素回
収容器を冷却し、水素利用装置の低純度水素ガスを水素
回収容器に導入する。

次に、第２圧力制御弁の設定圧を水素回収容器内の飽和
圧力よシも若干低い圧力に設定する。水素貯蔵合金によ
る水素機成に伴って水素回収容器内に不純ガスが次第に
蓄積され、水ｉ回収容器内の圧力が第２圧力制御弁の設
定圧を上回ると、不純ガスの割合を増加した低純度水素
ガスが吸収時ｔ’？−ジガスラインへ放出され、水素回
収容器内の圧力が設定圧を上回ることが阻止される。水
素貯蔵合金が充分に水素を機成したなら、水素回収容器
内圧力が、機成されなくなった水素ガスの影響で急激に
上昇するので、吸収時パージガスラインの流量の急激な
増加等として検出し、第１圧力制御弁及び第２圧力制御
升を閉塞する。また、水素吸蔵作業の終了は、水素利用
装置内の低純度水素ガスが充分に放出された際、この圧
力低下を検出して行うこと、もてきる。

水素回収容器の水素貯蔵合金から水素を放出する際には
、第１圧力制御弁及び第２圧力制御弁を閉じた状態で、
水素回収容器を加熱に切シ換えると共に、水素回収容器
内に不純ガスが充満していることがあるので、第２ノ々
ルブを瞬時量いて不純ガスを放出時パージガスラインか
ら放出し、第１ノぞルプを開き製品ガスラインへ、水素
純度を向上した水素ガスを流す。水素回収容器内の水素
が充分に流出したことを水素回収容器内の圧力低下によ
って検知し、第１バルブを閉じる。

次に、水素利用装置内の水素ガスが高純度水素ガスの場
合、つまシ従来のバッチ式に該当する場合について説明
する。

水素回収時には、第１圧力制御弁を開くと共に、水素回
収容器を冷却し、第１，２Ａルブ及び第２圧力制御弁を
閉状態として、水素利用装置内の高純度水素ガスを水素
回収容器内へ向けて少しずつ流しつつ水素回収容器内の
水素貯蔵合金に水素を充分に吸蔵させる。水素吸蔵の終
了時には、水素回収容器内の不純ガスを若干増加させた
水素ガスの充満によシ、水嵩回収容器内圧力が一時的に
上昇するので、この上昇を検出し、第１圧力制御弁を閉
塞して吸収作業を終了する。筐た、水素利用装置内の高
純度水素ガスが充分に放出された際には、水素利用装置
内圧力が低下すると共に、水素回収容器への流量が急激
に減少するので、この圧力低下又は流量減少を検出して
、第１圧力制御弁を閉塞する。

水素回収容器の水素貯蔵合金からの水素ガスの放出は、
低純度水素ガスの場合と同様になされる。

請求項（２）記載の水素純度向上装置の運転方法によれ
ば、水素回収容器を冷却して、水素利用装置から送出さ
れる種々の純度の水素ガスを水素貯蔵合金に吸蔵させる
際に、第２圧力制御弁の設定圧を、水素ガスの純度の低
下に応じて水素回収装置内の飽和圧力よりも、それぞれ
所定量低く設定し、水素ガスを吸収時パージガスライン
へ向けて流すため、水素回収装置内の圧力が、不純ガス
の増加に伴って上昇するのが抑制され、早期に均衡圧と
なって水素貯蔵合金の水素吸蔵能が阻害されることが回
避され、水素貯蔵合金に水素が吸蔵される状態が長時間
維持される。このように、本方法によれば、フロー式に
ノ々ツチ式を加味した水素純度向上方法となう、その結
果、特に水素利用装置内が低純度水素ガスの場合、その
純度を向上させるのに有効に作用する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照してにかいて
符号１は、圧力計１ａを備える水素利用装置であう、高
純度水素ガス（例えば濃度９９．５％以上）を使用後に
排出する水素冷却式発電機、半導体製造設備等、又は、
低純度水素ガス（例えば濃度５０〜９９．５％）を使用
する装置、又は分解後に、低純度水素ガスを排出する、
例えばアンモニア分解装置に備えられる。

２は、水素貯蔵合金を内蔵し、加熱・冷却手段を付属す
る水素回収容器であり、圧力計２１を有する。水素回収
容器２は、第１圧力制御弁６を備えた配管９にて水素利
用装置１に接続している。

３は第１バルブ７を有し、水素回収容器２に接続する製
品ガスラインであう、その端末は、水素利用装置１又は
水素補給装置１３に接続する。４は水素回収容器２と第
１Ａルブ７との間で製品ガスライン３から分岐する放出
時パージガスラインであシ、第２バルブ８を有して水素
回収容器２に接続している。５は、制御盤を示し、各機
器を制御する。１０は、吸収時パージガスラインであう
、水素回収容器２と製品ガスライン３の第１バルブ７と
の間から分岐し、水素回収容器２に接続している。この
吸収時パージガスライン１０には、第２圧力制御弁１１
及び流量計１２が備えられ、第２圧力制御弁１１は、制
御盤５からの信号に基づいて単独で、或いは流量計１２
等による検出信号に応じて、開度が制御され、水素回収
容器２内の圧力に対応させられる。

次に、第２図を説明する。第２図は、横軸に水素回収容
器２内の水素貯蔵合金の水素機成時間ｔを採シ、上半部
は、縦軸に水素回収容器２内の圧力Ｐを採った特性を示
し、また下半分は、縦軸に水素回収容器２による水素吸
薦量Ｑを採った特性を示す。第２図の上半分にかいて、
（イ）曲線は高純度水素ガス（濃度１００％）の特性を
示し、（ロ）曲線は、より低い純度の水素ガス（濃度９
５％）の特性を示す。Ｐｌは水素回収容器２内の飽和圧
力（第１圧力制御弁の設定圧に均衡して水素利用装置１
から水素ガスが供給されない圧力）を示す。同図から知
られるように高純度水素ガス（濃度１００％）の場合に
は、飽和圧力Ｐ、にをいて充分な吸蔵量Ｑ、が得られる
が、より低い純度の水素ガス（濃度９５％）の場合には
、水素貯蔵合金に吸蔵されない不純ガスを多く含むため
、速やかに飽和圧力Ｐ１に達すると共に、飽和圧力Ｐ１
にシいて僅かの吸蔵量Ｑ、　Ｌか得られない。

しかして、よう低い純度の水素ガス（濃度９５％）の場
合には、第２圧力制御弁１１の設定圧を、水素回収容器
２内の飽和圧力Ｐ１よシも若干低い圧力Ｐ、に設定する
。これにより、水素回収容器２内の圧力が圧力Ｐ、を上
回ると水素回収容器２内に充満する不純ガスが吸収時ノ
４−ジガスライン１０から僅かに漏れ出る状態が維持さ
れ、（／号曲線に示すように水素貯蔵合金に水素が機成
され得る状態が持続される。その結果、よう低い純度の
水素ガス（濃度９５％）の場合にも充分々吸蔵量Ｑ、が
得られる。

次に作用を説明する。

先ず、水素利用装置１内の水素ガスが低純度水素ガスの
場合、つｔｂ従来のフロー式に該当する場合について説
明する。

水素回収時には、第１圧力制御弁６の設定圧を、水素利
用装置１内のガス圧の変動によって水素回収容器２内へ
の低純度水素ガスの流入を妨げない圧力に設定し、第２
圧力制御弁１１の圧力を、水素回収容器２内の飽和圧力
、すなわち第１圧力制御弁の設定圧に均衡して水素ガス
が供給されない圧力よ砂も若干低い設定圧とする。そし
て、第１゜２Ａルブ７，８を閉じて、水素回収容器２を
冷却して水素利用装置ｌの低純度水素ガスを水素回収容
器２へ導入する。

水素貯蔵合金の水素吸蔵に伴って、水素回収容器２内に
不純ガスが蓄積され、水素回収容器２内の圧力が第２圧
力制御弁１１の設定圧を越えると、不純ガスの増加した
低純度水素ガスが吸収時パージガスライン１０へ放出さ
れるので水素貯蔵合金による水素吸蔵が継続される。

水素貯蔵合金が充分に水素を吸蔵すると、水素ガスの流
出によって流量計１２による吸収時パージガスライン１
０の流量の急激女増加、又は圧力計２ａによる圧力上昇
としてこれを検出できるので、その検出信号に基づいて
第２圧力制御弁１１及び第１圧力制御弁６を共に閉塞す
る。なか、水素利用装置１内の低純度水素ガスが充分に
放出された場合には、水素利用装置１内の圧力が急激に
低下するので、この圧力低下を圧力計１ａによって検出
し、第２圧力制御弁１１、第１圧力制御弁６を共に閉塞
する。

水素回収容器２の水素貯蔵合金が吸蔵した水素を放出す
る際には、第１圧力制御弁６、第２圧力制御弁１１は共
に閉じた状態の１１とし、水素回収容器２を加熱に切シ
換え、必要に応じて第２バルブ８を瞬時量いて不純ガス
を放出時パージガスライン４から放出した後、第１バル
ブ７を開き製品ガスライン３へ高純度となった水素ガス
を流して水素利用装置ｌ側へ該水素ガスを帰えし、又は
水素補給装置１３へ貯溜する。水素回収容器２の水素貯
蔵合金から水素が充分に放出されたなら水素回収容器２
内の圧力が低下するので、これを圧力計２ａによって検
出し第１バルブ７′ｆＩ：閉じる。

次に水素利用装置１内の水素ガスが高純度水素ガスの場
合、つまυ従来のパッチ式に該当する場合について説明
する。

水素回収時には、第１圧力制御弁６の設定圧を、水素利
用装置ｌ内のガス圧の変動によって水素回収容器２内へ
の高純度水素ガスの流入を妨げない圧力に設定し、第２
圧力制御弁１１及び第１，２バルブ７．８を閉じて水素
回収容器２を冷却して水素利用装置１の高純度水素ガス
を水素回収容器２へ導入する。このようにして、水素利
用装置１内の高純度水素ガスを水素回収容器２へ向けて
流しつつ水素回収容器２内の水素貯蔵合金に高純度水素
ガスの水素を充分に吸蔵させる。

上記の水素回収の終了は、一般に、水素回収容器２内の
水素ガスの充満によう水素回収容器２内の圧力が一時的
に上昇するので、この圧力上昇を圧力計２３によう検出
し、その検出信号に基づ−て、第１圧力制御弁６を閉じ
る。

次に、水素回収容器２の水素貯蔵合金を加熱して、水素
を放出させる場合は、放出初期に第２バルブ８を必ず瞬
時量いて水素回収容器２内に残溜する不純ガスを放出時
パージガスライン４へ放出する以外Ｆｉ、低純度水素ガ
スの場合と同様であるので説明を省略する。

上記のように本方法によれば、フロー式にパッチ式を加
味した水素純度向上がなされる。

又、水素利用装置１内の水素ガスが低純度水素ガスであ
シ、その純度が異彦る場合には、不純ガスが多ければ多
い程早期に水素回収容器内が飽和圧力に達して、水素貯
蔵合金の水素吸Ｒ能が組害されるので、この点を改善す
るためのバルブ操作がなされる。

すなわち、水素吸鼠時には第１圧力制御弁を設定し、水
素回収装置２を冷却し、水素利用装置１内の水素ガスの
純度が低ければ低い程、第２圧力制御弁１１の設定圧を
、水素回収容器２内の飽和圧力ようも低く設定し、早期
に不純ガスを吸収時・ξ−ジガスライン１０へ向けて流
し、水素貯蔵合金の吸蔵能を長時間維持させて水素を充
分に吸蔵させる。

上記の装置及び方法によ、ｊＤ、２．４ｋ）の水素貯蔵
合金を使用し、水素利用装置ｌとしての混合ガスタンク
２．５ｄ内の９６％濃度、圧力４ｋ）／ｃｄの水素ガス
を９９．５％以上の水素濃度に向上させた結果を第７図
に示す。すなわち、４８時間程度で、９９．５％に達し
た。又その場合の水素回収率は、第８図に示すように、
９０〜９７％であった。

（発明の効果） 以上の説明によって理解されるように、本発明によれば
、水素利用装置に接続した水素回収容器に吸収時Ａ−ジ
ガスラインを付設すると共に、吸収時パージガスライン
に圧力制御弁を備えさせ、圧力制御弁の設定圧を調節す
るという簡素な構造とすることによう１１台の装置によ
って低純度水素ガス又は高純度水素ガスのいずれからも
水素純度を向上させた水素ガスを高い回収率で得られる
ようになった。

又、低純度水素の純度に関係なく、水素貯蔵合金の水素
吸蔵能を充分に活用して能率良く、高純度水素ガスが得
られるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る水素純度向上装置の機
器配置を示す概略図、第２図は、同水素吸蔵時間−水素
回収容器内圧力、及び水素吸蔵時間−水素機成量の各特
性を示す線図、第３図は、従来のパッチ式による水素回
収装置を示す概略図、第４図（イ）、（ロ）は、第３図
装置の作用説明図、第５図は、従来のフロー式による水
素回収装置を示す概略図、第６図（イ）、（ロ）は、第
５図装置の作用説明図、第７，８図は共に、本発明の実
施例による結果を示し、第７図は、運転時間と水素濃度
との関係を示す線図、第８図は、水素濃度と水素回収率
との関係を示す線図である。 １：水素利用装置、１ａ：圧力計、２：水素回収容器、
２ａ：圧力計、３：製品ガスライン、４：放出時／ξ−
ジガスライン、５：制御盤、６：第１圧力制御弁、７：
第１バルブ、８：第２バルブ、９：配管、１０：吸収時
・ぞ−ジガスライン、１１：第２圧力制御弁、１２：流
量計。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素利用装置と、水素貯蔵合金を内蔵して加熱・
   冷却手段を付属する水素回収容器とを第１圧力制御弁を
   有する配管にて接続すると共に、該水素回収容器内圧力
   に対応させて圧力を設定する第２圧力制御弁を有する吸
   収時パージガスライン、第１バルブを有する製品ガスラ
   イン及び第２バルブを有する放出時パージガスラインを
   、それぞれ該水素回収容器に接続することを特徴とする
   水素純度向上装置。
2. （２）水素利用装置と、水素貯蔵合金を内蔵して加熱・
   冷却手段を付属する水素回収容器とを第１圧力制御弁を
   有する配管にて接続すると共に、該水素回収容器内圧力
   に対応させて圧力を設定する第２圧力制御弁を有する吸
   収時パージガスライン、第１バルブを有する製品ガスラ
   イン及び第２バルブを有する放出時パージガスラインを
   、それぞれ該水素回収容器に接続する水素純度向上装置
   の運転方法であつて、水素回収容器を冷却して水素貯蔵
   合金に該水素利用装置からの水素ガスを吸蔵させる際に
   、該水素利用装置内の水素ガスの純度の低い場合は、高
   い場合よりも、第２圧力制御弁の設定圧力を低くして運
   転することを特徴とする水素純度向上装置の運転方法。