JPH0710501A - 水素吸蔵合金タンクの処理方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 初期活性化工程の時間を短縮することがで
き、水素吸蔵工程において、水素吸蔵合金タンクが局所
的に熱や力を受けて歪むことのないような水素吸蔵合金
タンクの処理方法および処理装置を提供することを目的
とする。 【構成】 内部に水素吸蔵合金粉末３を含む水素吸蔵合
金タンク４の処理方法および処理装置において、真空引
き手段１５により真空引きして水素吸蔵合金粉末３を活
性化させる初期活性化工程および／又は水素供給源１３
から水素吸蔵合金タンク４に水素を吸蔵する水素吸蔵工
程において、水素吸蔵合金タンク４を回転手段２０によ
って回転させることを特徴とする。

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タンクの処
理方法および処理装置に関し、特にタンクの内部に水素
吸蔵合金粉末を含む水素吸蔵合金タンクの初期活性化方
法および水素吸蔵方法およびその処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素吸蔵合金タンクは、そのタンクの中
に入れられている水素吸蔵合金が、水素を可逆的に吸
蔵、放出するという性質を有するため、タンクを加熱あ
るいは冷却するなどの手段によって、手軽に水素を吸
蔵、放出することができるものである。したがって、安
全でコンパクトな水素の吸蔵供給手段として、例えば小
型燃料電池電源の燃料供給源などに利用されている。

【０００３】ところで、一度使用した後の水素吸蔵合金
タンクは、加温しながら真空ポンプなどによって真空引
きして水素吸蔵合金粉末を活性化させる初期活性化工
程、および水素ボンベなどの水素供給源から水素吸蔵合
金タンクに水素を吸蔵する水素吸蔵工程によって処理す
ることにより、繰り返して使用することが可能である。
この初期活性化工程は、水素吸蔵合金粉末に付着してい
る油などの不純物を加温しながら真空引きすることによ
って除去し、水素吸蔵合金粉末を活性化させる工程であ
る。

【０００４】従来、水素吸蔵合金タンクの処理装置とし
ては、例えば図２に示されるようなものがある。すなわ
ち、一方の端面に気体の出入口４２が設けられた円筒形
の容器４１に、粉末状の水素吸蔵合金４３が入れられて
いる水素吸蔵タンク４４の前記出入口４２に一対のカチ
ットバルブ（不図示）を介して配管１７の一端を接続
し、配管１７の他端には水素ボンベ１３及び真空ポンプ
１５を接続したものである。図中、１２は開閉弁、１４
はレギュレータ、３０は水槽である。

【０００５】初期活性化工程においては、水素吸蔵合金
粉末に付着している油などの不純物を除去するために、
水槽３０に温水を入れて水素吸蔵タンク４４を加温しな
がら真空引きを行う。一方、水素吸蔵工程においては、
この粉末状の水素吸蔵合金は水素吸蔵反応により発熱す
るので、水槽３０に冷水を入れ水素吸蔵タンク４４を冷
却しながら行う。また水素吸蔵合金３の見かけ上の体積
が水素吸蔵により膨張するので、この膨張を考慮して容
器内に適量の粉末状の水素吸蔵合金が入れられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の初期
活性化工程においては、水素吸蔵合金粉末を静止したま
ま真空引きをおこなうので、水素吸蔵合金粉末に付着し
ている油などの不純物を除去しにくく、水素吸蔵合金タ
ンクの表面から距離がある内部の水素吸蔵合金には熱が
伝わりにくいので、初期活性化工程の時間が長くかかる
という課題を有していた。

【０００７】また、従来の水素吸蔵工程においては、水
素吸蔵タンクが局所的に受ける熱や力により歪み、劣化
が速いという課題を有していた。すなわち、図２によっ
て説明すると、水素吸蔵工程の初期においては、容器４
１内の全域にわたって水素吸蔵合金４３が存在するので
はなく、水素吸蔵合金４３が存在する領域Ａと存在しな
い領域Ｂが生じるが、水素吸蔵の反応はこの２つの領域
の境界面Ｓ付近で活発に起きるので、発熱と膨張は領域
Ａにおいて活発に行われ、その中でも特に前記境界面Ｓ
付近において活発に行われることになる。したがって、
容器１においても、領域Ａに接する所、その中でも特に
境界面Ｓ付近の所は、水素吸蔵合金４３から多くの熱と
力を受け、この部位において歪が生じ、また劣化が速ま
るのである。

【０００８】加えて、水素供給源である水素ボンベ１５
から供給される水素は、レギュレーター１４によって圧
力を一定（例えば６kg／平方センチメートル）に保ちながら供
給されているが、この場合水素吸蔵速度は一般的に初期
においてに大きく、時間がたつに従って漸減する。従っ
て、水素吸蔵合金の発熱、膨張も初期において急激であ
るため、この影響で容器４１が局所的に受ける熱や力が
一層大きく、上記のような水素吸蔵タンクの歪みや劣化
をさらに助長するものであった。

【０００９】本発明は上記課題に鑑み、水素吸蔵タンク
の処理時間を短縮することのでき、水素吸蔵工程におい
ては、水素吸蔵合金タンクが局所的にあるいは時間的に
集中して熱や力を受けることのない、すなわち水素吸蔵
合金タンクに歪や劣化を及ぼすことが少ない有用な水素
吸蔵合金タンクの処理方法並びにその方法を実施するた
めに直接使用する処理装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、内部に水素吸蔵合金粉末を含む水素吸蔵合金
タンクの処理方法および処理装置において以下の構成を
有することを特徴とする。 真空引き手段により真空引きして水素吸蔵合金粉末
を活性化させる初期活性化工程および／又は水素供給源
から水素吸蔵合金タンクに水素を吸蔵する水素吸蔵工程
において、水素吸蔵合金タンクを回転させる。 水素供給源から水素吸蔵合金タンクに水素を吸蔵す
る水素吸蔵工程において、水素の流速を一定にコントロ
ールする。 記載の水素吸蔵工程において、水素の流速を一定
にコントロールしながら水素吸蔵合金タンクを回転させ
る。 水素吸蔵合金粉末を活性化させるための真空引き手
段、および／又は水素吸蔵合金タンクに水素を吸蔵する
ための水素供給源と連通する通路が、前記タンクから外
方に延設された水素吸蔵合金タンク処理装置において、
前記タンクを回転させる回転手段を有する。 水素吸蔵タンクに水素を吸蔵するための水素供給源
と連通する通路が、タンクから外方に延設された水素吸
蔵合金タンク処理装置において、水素の流速を一定にコ
ントロールするためのコントローラーが前記通路に設置
されている。 記載の水素吸蔵合金タンク処理装置において、水
素吸蔵合金タンクを回転させる回転手段を更に有する。

【００１１】

【作用】およびの構成によれば、初期活性化工程に
おいて水素吸蔵合金タンクを回転させながらおこなうの
で、水素吸蔵合金粉末が攪拌され、水素吸蔵合金粉末同
士が衝突したり擦れたりすることによって、静止時にお
いては取れにくい水素吸蔵合金粉末に付着している油な
どの不純物が掻き落とされる作用がある。また、水素吸
蔵合金が攪拌されることによって全体に熱が速く伝わ
り、水素吸蔵合金の昇温が速い。したがって初期活性化
工程時間も短縮される。

【００１２】また、水素吸蔵工程においても、水素吸蔵
合金タンクを回転させながら行うので、水素吸蔵合金粉
末が攪拌されることにより、水素吸蔵で発熱・膨張した
水素吸蔵合金粉末はすぐに分散され、局所的な発熱・膨
張を避けることができる上、水素吸蔵合金タンクに対し
て水素吸蔵合金粉末が接触する面も回転によって順次変
化するので、水素吸蔵合金タンクが均一的に熱や力を受
けることになる。加えて、攪拌によって放熱効果も増大
するので、水素吸蔵合金タンクの歪や劣化を抑えること
ができる。またそれとともに、水素吸蔵合金タンクの回
転によって、水素吸蔵合金と水素との接触面が変化し接
触効率もよくなるので、水素吸蔵の速度を向上し水素吸
蔵工程の時間を短縮することもできる。

【００１３】およびの構成によれば、水素の流速を
一定にコントロールしながら水素吸蔵工程を行うので、
従来のごとく圧力を一定に保ちながら供給したときにお
こっていたような初期における急激な水素吸蔵による水
素吸蔵合金の急激な発熱、膨張を避けることになる。従
って、水素吸蔵タンクの歪および劣化を抑えることがで
きる。

【００１４】およびの構成によれば、上記・お
よび・の作用を合わせ持つことになるので、水素吸
蔵タンクの歪および劣化を抑える作用は、・単独ま
たは・単独の時よりも大きくなる。

【００１５】

【実施例】

［実施例］図１は本発明の一実施例に係わる水素吸蔵合
金タンク処理装置の模式図である。温度調節のできる水
槽３０の中に、回転装置２０と水素給蔵タンク４が入れ
られていて、開閉弁１２を介して、真空ポンプ１５、お
よびレギュレーター１４が付けられた水素ボンベ１３と
連通している配管１７が、水槽３０の外から水槽３０内
まで延設されている。回転装置２０は水素給蔵タンク４
を回転させるのに充分な能力を有し、真空ポンプ１５
は、水素吸蔵タンク４を真空引きするのに充分な容量を
もつものである。なお、配管１７で、レギュレーター１
４から開閉弁１２に到る途中には水素ガスの流速を一定
に保つことのできるマスフローコントローラー１８が設
置されている。

【００１６】水素吸蔵合金タンク４は、片方の底面の中
央に管状の出入口２が設けられた円筒形の容器１（外形
３８mm、高さ１５９mm、厚さ２mmのアルミ合金製）の中
に、水素吸蔵合金３が適量入れられたものである（水素
吸蔵能力は約６０リットル）。この水素吸蔵合金３は、貴土
類金系ーニッケル系合金で室温で大気圧以上の放出圧力
を持つ粉末状の合金（例えばＭｍＮｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ
0.1Ｆｅ0.1Ｃｏ0.3の組成を持つもの）であり、水素吸
蔵工程によって、水素吸蔵合金３の見かけ上の体積が２
倍近くに膨張するので、水素吸蔵工程前においては容器
内に５０％程度の充填率にしてある。

【００１７】回転装置２０は、減速機構付きモーター２
３と、円筒形容器１を脱着することのできるアタッチメ
ント２１と、モーター２１の回転力をアタッチメント２
１に伝える軸継手２２からできていて、モーター２３は
その減速回転軸が水平方向となるように水槽３０に固定
されている。アタッチメント２１は、円筒形の容器１の
入口２がない方の底面を装着することができるように円
筒状のくぼみを有しており、そのくぼみの反対側は軸継
手２２とつながっている。軸継手２２はモーター２３の
回転軸とつながっていて、モーターの回転力をアタッチ
メント２１に伝えるものである。

【００１８】また、配管１７の先端で、円筒形の容器１
を回転装置２０に装着した時の入口２に対応する水槽３
０内の位置には回転管継手１６が固定されている。出入
口２の先端と、回転管継手１６の先端には脱着可能な一
対のカチットバルブ（不図示）が付けられていて、カチ
ットバルブ装着時には出入口２は配管１７と連通すると
ともに、回転管継手１６が回転軸受けの役割を果たし、
カチットバルブを外すと出入口２および配管１７の先端
は閉じられる。 ［比較例］上記実施例の中で、回転装置２０と回転管継
手１６とマスフローコントローラー１８がない以外は実
施例と同様の構成であり、ここでは図２の従来装置を比
較例とする。図２中の水素吸蔵合金タンク４４すなわち
容器４１・水素吸蔵合金４３・出入口４２の構成は、そ
れぞれ水素吸蔵合金タンク４すなわち容器１・水素吸蔵
合金３・出入口２と同じである。ただし、水素吸蔵合金
タンク４４は出入口４２の先端と配管の先端に付けられ
た一対のカチットバルブ（不図示）を装着することによ
って、水槽３０内に固定されている。 ［実験１］ （タンクを回転しながら初期活性化を行う
例と従来の初期活性化法との比較） 上記実施例の水素吸蔵合金タンク処理装置を用いて、水
素吸蔵合金タンク４を１回／１分で回転しながら、初期
活性化工程を行い、所定の初期活性化度に到るまでに要
する時間を測定した結果、４５分であった。この初期活
性化工程は、水素吸蔵合金の温度を８０℃に保つよう
に、水槽３０の温度をコントロール（約９０℃）しなが
ら、真空ポンプ１５を稼働させ真空引きを行った。一方
比較例の水素吸蔵合金タンク処理装置を用いて、タンク
４４を回転しない点以外は同様の条件で初期活性化工程
を行い、所定の初期活性化度に到るまでに要する時間を
測定した結果１００分であった。

【００１９】以下、実験２〜５は水素吸蔵工程における
比較である。 ［実験２］ （タンクを回転しながら水素吸蔵を行う
例） 上記実施例の水素吸蔵合金タンク処理装置を用いて、水
素吸蔵合金タンク４を１回／１分および１回／５分の回
転速度で回転しながら水素吸蔵工程を行った。この水素
吸蔵工程は、水槽３０を氷冷しながら、マスフローコン
トローラー１８は使用せず、レギュレーター１４で水素
吸蔵合金タンク４内の水素圧を６Kg／平方センチメートルにコ
ントロールしながら合金温度を２５℃と一定に保ちなが
ら所定の水素吸蔵量（６０リットル）に到るまで行った。 ［実験３］ （水素の流速を一定にコントロールしなが
ら水素吸蔵を行う例） 上記実施例の水素吸蔵合金タンク処理装置を用いて、マ
スフローコントローラー１８で水素の流速を一定（２リッ
トル／min、４リットル／minおよび６リットル／min）にコントロ
ールしながら、水素吸蔵合金タンク４を回転しないで行
なう点以外は、実験２と同様の条件で水素吸蔵工程を行
った。 ［実験４］ （タンクを回転しつつ、水素の流速を一定
にコントロールしながら水素吸蔵を行う例） 上記実施例の水素吸蔵合金タンク処理装置を用いて、水
素吸蔵合金タンク４を回転しつつ、マスフローコントロ
ーラー１８で水素の流速を一定（６リットル／min）にコン
トロールしながら、実験２と同様の条件で、水素吸蔵工
程を行った。 ［実験５］ （従来の水素吸蔵の例） 上記比較例の水素吸蔵合金タンク処理装置を用いて、タ
ンク４４を回転しない点以外は実験２と同じ条件で水素
吸蔵工程を行った。

【００２０】以上の水素吸蔵工程に関する実験２〜５の
結果、水素吸蔵合金タンクに生じた歪を比較すると、タ
ンクの歪は実験２（回転速度が１回／１分および１回／
５分の時ともに）、実験３（水素の流速が２リットル／min
の時、４リットル／minの時、６リットル／minの時ともに）いず
れにおいても実験５よりも小さかった。特に実験２にお
いては、タンクに回転を与えるだけでタンクの歪がかな
り低減できることがわかった。また、図３は実験３で水
素の流速が２リットル／minの時（図中Ｘ）と、実験５（図
中Ｙ）における、吸蔵量（％）ー歪値（％）の関係を示
す特性図であり、流速を小さく一定にコントロールする
だけでもやはりタンクの歪がかなり抑えられることを示
している。また、実験４においては、実験２および実験
３よりもさらにタンクの歪は小さかった。

【００２１】実験１〜５の結果を整理すると、初期活性
化においては、タンクを回転させながら初期活性化工程
を行うことによって、初期活性化の時間が短縮されるこ
とが確認された。また、水素吸蔵工程においては、タン
クを回転させながら行うことと、水素の流速を一定にし
ながら行うことが、ともに水素吸蔵工程において生ずる
タンクの歪を軽減するのに有効であることを示し、両者
を合わせた方法、すなわちタンクを回転しつつ、水素の
流速を一定にしながら行うことが最もタンクの歪軽減に
有効であることがわかった。

【００２２】［その他の事項］本実施例においては、装
置を簡素にすることを考慮して水素吸蔵合金タンクの回
転は一方向に一定速度で連続して行ったが、水素吸蔵合
金を攪拌させるような運動であれば、例えば反転しなが
らあるいは変速的に回転を行っても同様の効果が得られ
るものと考えられる。

【００２３】

【発明の効果】以上の本発明によれば、初期活性化工
程、水素吸蔵工程の時間を短縮し、水素吸蔵工程におい
て、水素吸蔵合金タンクが歪むことの少ない水素吸蔵合
金タンクの処理方法および処理装置を提供することがで
きる。すなわち短時間で初期活性化でき、水素吸蔵合金
タンクの寿命が長い、優れた水素吸蔵合金タンクの処理
方法および処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる水素吸蔵合金タンク
処理装置の模式図である。

【図２】比較例にかかわる従来の水素吸蔵合金タンク処
理装置の模式図である。

【図３】実施例実験３で水素の流速が２リットル／minの時
と、実験５における、吸蔵量（％）ー歪値（％）の関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

３ 水素吸蔵合金 ４ 水素吸蔵合金タンク １３ 水素ボンベ １５ 真空ポンプ ２０ 回転装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 勝 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に水素吸蔵合金粉末を含む水素吸蔵
   合金タンクを、真空引き手段により真空引きして前記水
   素吸蔵合金粉末を活性化させる初期活性化工程および／
   又は水素供給源から前記水素吸蔵合金タンクに水素を吸
   蔵する水素吸蔵工程において、 前記水素吸蔵合金タンクを回転させることを特徴とする
   水素吸蔵合金タンクの処理方法。
2. 【請求項２】 内部に水素吸蔵合金粉末を含む水素吸蔵
   合金タンクに水素を吸蔵する水素吸蔵工程において、 前記水素の流速を一定にコントロールすることを特徴と
   する水素吸蔵方法。
3. 【請求項３】 水素の流速を一定にコントロールしなが
   ら水素吸蔵合金タンクを回転させることを特徴とする請
   求項２記載の水素吸蔵方法。
4. 【請求項４】 水素吸蔵合金タンク内部の水素吸蔵合金
   粉末を活性化させるための真空引き手段を備え、又は前
   記タンクに水素を吸蔵するための水素供給源と連通する
   通路が、前記タンクから外方に延設された水素吸蔵合金
   タンク処理装置において、 前記タンクを回転させる回転手段を有することを特徴と
   する水素吸蔵合金タンク処理装置。
5. 【請求項５】 内部に水素吸蔵合金粉末を含む水素吸蔵
   合金タンクに水素を吸蔵するための水素供給源と連通す
   る通路が、前記タンクから外方に延設された水素吸蔵合
   金タンク処理装置において、 水素の流速を一定にコントロールするためのコントロー
   ラーが前記通路に設置されていることを特徴とする水素
   吸蔵合金タンク処理装置。
6. 【請求項６】 水素吸蔵合金タンクを回転させる回転手
   段を更に有することを特徴とする請求項５記載の水素吸
   蔵合金タンク処理装置。