JPH0650629A - 熱利用システム内の異種ガス検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異種ガスの混入を早期に発見する。 【構成】 水素吸蔵圧力の低い水素水素吸蔵合金を充填
した容器１と、水素吸蔵圧力の高い水素吸蔵合金を充填
した容器２とが水素配管３を介して水素の移動をさせて
容器１、２で発生する熱を利用する熱利用システム内
に、水素配管３に配置され水素配管３内に閉鎖空間を形
成する２個からなる第１の水素バルブ６ａ，６ｂと、水
素配管３内の閉鎖空間と第２の水素バルブ７を介して連
通する水素吸蔵合金ＭＨ３を充填した容器５と、水素吸
蔵合金ＮＨ３を加熱および冷却する手段と、水素配管３
の閉鎖空間の圧力を検出する圧力センサ４と、所定の条
件時に圧力センサ４により検出する圧力と予め設定され
た圧力とを比較して異種ガスの混入を検知する検知手段
９とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金を利用す
る熱利用システム内の異種ガス検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素吸蔵合金は一定の反応条件の下で、
多量の水素を繰り返し吸収、放出する特性を有し、同時
にこの吸収放出時にかなりの反応熱を伴うことが知られ
ている。この反応熱を利用して特開昭５６ー１００２７
６号公報や特開昭５８ー２２８５４号公報に開示されて
いるように、温冷熱を得る熱利用装置が既に提案されて
いる。

【０００３】一方、水素吸蔵合金を用いたこれらの装置
では、連続運転を可能とするために、それぞれ水素吸蔵
合金を収容した二つの水素吸蔵合金容器を水素配管で接
続したユニットを少なくとも２組設け、これらユニット
を交互に切替え運転することが不可欠であった。また、
特開平４ー２８９７３号公報で開示されているように１
組の水素吸蔵合金対により発生する冷熱を熱負荷および
蓄冷材へ供給し、再生過程においては蓄冷材に蓄えられ
た冷熱を熱負荷へ供給する冷房装置も報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水素吸
蔵合金による熱利用装置では、装置の各部の気密性を保
持することが困難であり、特に熱利用装置が減圧化で作
動する場合には、装置の各部の接続部等から空気の混入
の危惧が大きいが、従来異種ガス混入を早期に検知する
検知手段がなかった。熱利用装置内への空気の混入は、
その量が微量であっても熱利用装置の性能への影響は大
きく、例えば、水素吸蔵合金の表面被毒により性能劣化
を招くという問題があった。

【０００５】そこで、本発明はこのような点を鑑みて為
されたものであって、熱利用装置内の装置各部の接続部
などからの空気等の異種ガス混入を早期に発見し、水素
吸蔵合金の表面被毒による性能劣化を防止する熱利用シ
ステム内の異種ガス検知装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、異なる平衡水
素圧力を有する水素吸蔵合金を充填した容器間を水素配
管で接続し、前記水素配管を介して前記容器間で水素の
移動をさせることにより各容器で発生する熱を利用する
熱利用システム内に混入する異種ガスを検知する装置に
おいて、前記水素配管の２個所に第１および第２の水素
バルブを設置し、これら２個のバルブで囲まれる水素配
管に配管内の圧力を検出する圧力センサを取り付けると
共に、第３の水素バルブを介して水素吸蔵合金を充填し
た第３の容器を接続し、前記第３の水素バルブを開状態
とし、かつ、前記水素吸蔵合金が水素を吸蔵状態にした
ときの前記圧力センサの圧力値に基づいて異種ガスの混
入を検知するようにしたものである。

【０００７】

【作用】上記構成により、第３の水素バルブを開状態と
し、かつ、水素吸蔵合金が水素を吸蔵状態にしたときの
水素配管の第１および第２の水素バルブで囲まれる水素
配管内の圧力値を圧力センサが検出し、この圧力値に基
づいて異種ガスの混入が検知される。これによって、装
置の各部の接続部からの空気の混入が早期に検知され水
素吸蔵合金の性能劣化を防止できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【０００９】図１は、本発明の一実施例を示す熱利用シ
ステム内の異種ガス検知装置の構成図である。図におい
て、容器１，２には、同一温度で平衡水素圧力の異なる
水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２が充填されており、これら
容器１，２は水素配管３により連通し、水素配管３の途
中には圧力センサ４が接続されると共に、容器１，２に
連通する容器５が設けられている。

【００１０】水素配管３には、容器１と容器２との間の
水素の移動を阻止する水素バルブ６ａ，６ｂと容器５か
ら水素の移動を阻止する水素バルブ７が配置されてい
る。容器５は、容器１，２に充填される水素吸蔵合金Ｍ
Ｈ１，ＭＨ２とは異なる特性の水素吸蔵合金ＭＨ３が充
填され、さらに、その内部の温度を調節するヒータ８が
配置されている。圧力センサ４には、異種ガスの混入を
検知する検知手段９が接続されている。

【００１１】この熱利用装置では、水素バルブ６ａ，６
ｂを開動作とする一方、水素バルブ７を閉動作として容
器１，２に充填された平衡水素圧力の異なる水素吸蔵合
金ＭＨ１，ＭＨ２間の水素の移動によって熱利用がされ
る。一方、熱利用装置の作動水素ガスの純度、つまり、
異種ガスの検知をする場合には、閉動作となっている水
素バルブ７に連通する容器５の水素吸蔵合金ＭＨ３を予
めヒータ８により加熱しておく。この状態で、かつ、熱
利用装置の水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２が平衡状態のと
きに水素バルブ６ａ，６ｂを閉動作とし、閉鎖空間３ａ
を形成させる。さらに、水素バルブ７を開動作として容
器５内の水素吸蔵合金ＭＨ３の温度を所定値まで降下さ
せて水素配管３内の閉鎖空間３ａの水素を容器５内の水
素吸蔵合金ＭＨ３に吸蔵させる。その後、水素吸蔵合金
ＭＨ３に水素が吸蔵されたとき、検知手段９が圧力セン
サ４から閉鎖空間３ａの圧力値を読み、この圧力値と予
め設定された平衡水素圧力値とから異種ガスの混入の有
無を検知する。

【００１２】次に、本発明の熱利用システム内の異種ガ
ス検知装置を冷房装置に適用した具体例を図２を参照し
て説明する。

【００１３】この熱利用システムによる冷房装置では、
水素吸蔵圧力の低い水素吸蔵合金ＭＨ１，１２ｋｇを充
填した容器１０と水素吸蔵圧力の高い水素吸蔵合金ＭＨ
２，１２ｋｇを充填した容器１１とが設けられ、容器１
０と容器１１が水素配管１２によって連通し、水素配管
１２のほぼ中央には、圧力センサ１３が配置され容器１
５に連通している。

【００１４】水素配管１２には、容器１０と容器１１と
の入口近傍に各々水素バルブ１６，１７、また、容器１
５の入口に水素バルブ１８が設けられている。容器１５
には、水素吸蔵合金ＭＨ１，ＭＨ２と異なる平衡水素圧
力の水素吸蔵合金ＭＨ３を充填され、加熱手段としてヒ
ータ１９が配置されている。ここで、容器１５に充填さ
れる水素吸蔵合金ＭＨ３は、異種ガス混入の検知のため
設けられたもので、図３に示す如く平衡水素圧力ー温度
特性を有し、かつ、図４に示す如く平衡水素圧力ー組成
特性を示す希土類ーＮｉ系、マグネシュウム系、バラジ
ュウム系の合金組成のものが用いられている。

【００１５】すなわち、図３の平衡圧力ー温度特性は混
入ガスの有無の如何にかかわらず水素による平衡水素圧
力と温度との関係を示し、温度２５℃ではたとえ他のガ
スが混入されて圧力が０．３ａｔｍ以上であったとして
も水素自体の圧力は０．３ａｔｍとなり、温度４０℃で
０．５５ａｔｍの水素圧力となり、かつ、図４の平衡水
素圧力ー組成特性の如く、温度４０℃でａに示す平衡水
素圧力と水素濃度の特性となり、冷却して温度２５℃に
すれば、ｂに示す平衡水素圧力と水素濃度の特性となる
ものが用いられている。

【００１６】一方、容器１１には、容器１１内を冷却す
る図示省略するダンパー等の冷却手段と冷熱を蓄える蓄
冷器２０と、この蓄冷器２０と熱交換する熱負荷２１と
が設けられている。また、容器１０には、加熱手段とし
てヒータ２２が設けられている。

【００１７】上記構成で、冷房装置の作用を簡単に説明
すると、まず、容器１１側の水素吸蔵合金ＭＨ２を図示
省略する手段により蓄冷器２０および熱負荷２１と熱交
換させると共に、容器１０側の水素吸蔵合金ＭＨ１を図
示省略するダンパ等で外気と熱交換させる。これによっ
て、容器１１側の水素吸蔵合金ＭＨ２と容器１０側の水
素吸蔵合金ＭＨ１とに圧力差が生じて冷熱工程の初期状
態となる。

【００１８】このとき、水素バルブ１６，１７を開動作
とすると、容器１１側の水素吸蔵合金ＭＨ２は吸熱的に
水素放出し、この水素は水素配管１２によって容器１０
側の水素吸蔵合金ＭＨ１に吸蔵され発熱する。また、容
器１１側では、図示省略する手段で熱負荷２１へ冷熱
（図示矢印ｃ）を供給し、また、蓄冷器２０へ冷熱（図
示矢印ｄ）を供給する。その一方で、容器１０側では、
図示省略するダンパ等で発生する熱を外気へ除去する。

【００１９】上記した水素の移動が終了すると、予備工
程として水素バルブ１６，１７が閉動作とされ、容器１
０側をヒータ２２で加熱し、容器１１側をダンパー等に
より外気で冷却して容器１０側と容器１１側の平衡圧力
を逆にする。この状態で水素バルブ１６，１７を開動作
すると、再生工程として容器１０側から容器１１側へ水
素が移動し、この水素移動後に水素バルブ１６，１７が
閉動作とされる。この再生工程のときは蓄冷器２０内に
蓄えられた冷熱が（図示矢印ｅ）が取り出され熱負荷へ
供給される。このような工程が交互に繰り返されること
によって連続的に冷房が行われる。なお、上記工程では
後述する異種ガス混入の検知しない場合、安全のために
水素バルブ１８は閉動作としておく。

【００２０】次に、異種ガス混入の検知をする場合の一
例について説明する。ここで、上記冷房装置の冷熱工程
では、その工程の終了時の平衡圧力は０．５ａｔｍであ
るとする。

【００２１】まず、この冷熱発生工程過程の終了後に、
水素バルブ１６，１７を同時に閉動作として容器１０，
１１から水素配管１２を閉鎖し閉鎖空間１２ａを形成す
る。この場合に、水素バルブ１８は閉動作のままで容器
１５の水素吸蔵合金ＭＨ３は、予め図４のａの状態の如
く、平衡水素圧力を０．５５ａｔｍ（または約０．６〜
１．０ａｔｍ）になるようにヒータ１９により加熱して
おく。

【００２２】上記処理後に、水素バルブ１８は開動作と
され、図示省略するダンパ等で外気により容器１５内の
温度を２５℃に降下させる。これによって、水素配管１
２の閉鎖空間１２ａの水素が容器１５の水素吸蔵合金Ｍ
Ｈ３に吸蔵される。検知手段１４は、容器１５の水素吸
蔵合金ＭＨ３に水素が吸蔵された後に圧力センサ１３か
ら閉鎖空間１２ａの圧力値を入力し、この圧力値と予め
設定されている図４に示すｂの水素のみの平衡水素圧力
値とを比較し、両者の差が所定値以上のとき異種ガスの
混入有りの検知をする。この状態は図示省略する表示手
段、警報手段によって外部に知らせる。

【００２３】例えば、検知手段１４が水素吸蔵合金ＭＨ
３に水素が吸蔵された後の圧力値を、０．４ａｔｍと圧
力センサ１３から検知すれば、水素のみの平衡水素圧力
が、０．３ａｔｍであるから異種ガス分の圧力は０．１
ａｔｍであると検知がされる。

【００２４】従って、異種ガス分の圧力が０．１ａｔｍ
であるから、水素のみの圧力は、０．４ａｔｍとなり、
この水素のみの圧力、０．４ａｔｍと水素吸蔵合金ＭＨ
３に吸蔵される前の閉鎖空間１２ａの圧力、０．５ａｔ
ｍとの割合から水素純度は８０ｖｏｌ％と言ことにな
る。

【００２５】ところで、この例で、閉鎖空間１２ａの体
積を１気圧で約１００ｍｌとすれば、水素吸蔵合金ＭＨ
３に吸蔵される水素平衡圧０．１ａｔｍ分、つまり、１
気圧で１０ｍｌの水素が吸蔵されればよいとすると、こ
の場合、次の式（１）よりその１０ｍｌに対応する水素
重量Ｗが求められる。

【００２６】

【数１】 Ｗ＝（Ｖ１／Ｖ２）×Ｗ１＝（１０／２４０００）×２ ＝０．０００８３［ｇ］………（１）

【００２７】ここで、Ｖ１：水素平衡圧０．１ａｔｍ分
の１気圧に換算した体積（１０ｍｌ） Ｖ２：水素１モルの常温での概略の体積（２４ｌ） Ｗ１：水素１モルの重量（２ｇ）

【００２８】ところで、水素吸蔵合金の水素濃度Ｄ％
は、次の式（２）で示される。

【００２９】

【数２】Ｄ＝（Ｗ／Ｗ２）×１００………………（２）

【００３０】ここで、Ｗ：吸蔵された水素重量 Ｗ２：水素吸蔵合金の合金のみの重量

【００３１】そこで、前記水素吸蔵合金ＭＨ３の合金の
みの重量を上記式（２）からＷ２として求めるに、前記
１０ｍｌの水素を吸蔵した水素吸蔵合金ＭＨ３の水素濃
度Ｄを０．２ｗｔ％とすると、吸蔵された水素重量Ｗは
０．０００８３［ｇ］となるので、水素吸蔵合金ＭＨ３
の合金のみの重量Ｗ２は上記式（２）から０．４１５
［ｇ］として求めれる。

【００３２】これにより、水素濃度Ｄを０．２ｗｔ％と
するときの水素吸蔵合金ＭＨ３の必要な合金量は約０．
４２ｇとなり、コンパクトな素子で本発明を実施でき
る。

【００３３】このようにガス純度測定用素子としての水
素吸蔵合金に水素を吸蔵させて異種ガスの混入がない平
衡水素圧と比較し、これによって、異種ガスの混入ガス
の検知がされ、水素吸蔵合金の性能劣化を防止できる。
なお、温度調節用のヒータの温度を変化させて、水素吸
蔵合金ＭＨ１の平衡水素圧力を上下させれば、冷熱発生
過程時や再生過程時の双方の場合にも異種ガスの検知が
でき、また、本発明は他の熱利用装置、例えば、水素吸
蔵合金を利用する保冷システム、熱輸送システム、冷熱
システム等にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
素吸蔵合金に水素を吸蔵させたときの圧力値に基づいて
異種ガスの混入を検知するから装置の各部分の接続部等
からの空気の混入が早期に検知され水素吸蔵合金の性能
劣化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す熱利用システム内の異
種ガス検知装置の構成図。

【図２】図１の熱利用システム内の異種ガス検知装置を
冷房装置に適用した具体例を示す構成図。

【図３】図２の冷房装置の異種ガス検知素子として用い
られる水素吸蔵合金の温度に対する平衡水素圧力の特性
図。

【図４】図２の冷房装置の異種ガス検知素子として用い
られる水素吸蔵合金の平衡水素圧力に対する組成の特性
図。

【符号の説明】

１，２ 容器 ３ 水素配管 ４ 圧力センサ ５ 容器 ６ａ，６ｂ 水素バルブ ７ 水素バルブ ８ ヒータ ９ 検知手段 ＭＨ１，ＭＨ２，ＭＨ３ 水素吸蔵合金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる平衡水素圧力を有する水素吸蔵合
   金を充填した容器間を水素配管で接続し、前記水素配管
   を介して前記容器間で水素の移動をさせることにより各
   容器で発生する熱を利用する熱利用システム内に混入す
   る異種ガスを検知する装置において、 前記水素配管の２個所に第１および第２の水素バルブを
   設置し、これら２個のバルブで囲まれる水素配管に配管
   内の圧力を検出する圧力センサを取り付けると共に、第
   ３の水素バルブを介して水素吸蔵合金を充填した第３の
   容器を接続し、前記第３の水素バルブを開状態とし、か
   つ、前記水素吸蔵合金が水素を吸蔵状態にしたときの前
   記圧力センサの圧力値に基づいて異種ガスの混入を検知
   することを特徴とする熱利用システム内の異種ガス検知
   装置。