JPH1081501A

JPH1081501A - 水素吸蔵放出方法及びその装置

Info

Publication number: JPH1081501A
Application number: JP8255580A
Authority: JP
Inventors: Yukio Sato; 幸雄佐藤; Yuichi Wakizaka; 裕一脇坂; Harunobu Takeda; 晴信竹田; Masakazu Sato; 将一佐藤
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】水素回収容器内の水素吸蔵合金による水素吸
蔵及び水素放出が、水素利用装置の圧力に支配された状
態でなされるため、水素の吸蔵放出量がその圧力におけ
る飽和量が限度になる。その結果、吸蔵放出量の劣るも
のとなつていた。【解決手段】水素利用装置１からの水素ガスを水素回
収容器１０に吸蔵させる工程で、水素ガスを水素回収容
器１０に吸蔵させると共に、容積可変型のタンク２にも
水素ガスを貯め、その後、タンク２に貯めた水素ガスを
加圧放出させて、この水素ガスを水素回収容器１０内に
吸蔵させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素の移送、貯
蔵、精製、分離、エネルギー変換等を目的にした水素吸
蔵合金利用システムにおける水素吸蔵放出方法及びその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来の水素吸蔵放出方法及
びその装置であつて水素吸蔵合金を使用するものとし
て、例えば特開平３−２７１１０１号公報に記載される
ものが知られている。この公報に記載される水素吸蔵放
出装置は、水素利用装置と、水素吸蔵合金を内蔵して加
熱装置及び冷却装置を付属する水素回収容器とを圧力調
節バルブを有する吸収用配管にて接続すると共に、バル
ブを有するガスラインを該水素回収容器に接続すること
を特徴とする。

【０００３】この水素吸蔵放出装置によれば、水素利用
装置内の不純ガスを含む水素は、圧力調節バルブの設定
圧を調節し、ガスラインのバルブを閉じた状態で、冷却
した水素回収容器に導入して吸蔵させ、また、水素回収
容器に吸蔵させた高純度の水素は、水素回収容器を加熱
すると共に、ガスラインのバルブを開いてガスラインか
ら水素利用装置に還流させる。

【０００４】しかしながら、このような従来の水素吸蔵
放出方法及びその装置にあつては、水素回収容器内の水
素吸蔵合金による水素吸蔵が、圧力調節バルブを介して
連通される水素利用装置内の圧力又は圧力調節バルブの
設定圧力に支配された状態でなされ、また、水素回収容
器内の水素吸蔵合金からの水素放出が、バルブを介して
連通される水素利用装置内の圧力に支配された状態でな
される。その結果、水素の吸蔵放出量がその圧力におけ
る飽和量が限度になり、水素回収容器による水素の吸蔵
放出量を上記飽和量を越えて増やすことができず、吸蔵
放出量に劣るという技術的課題があつた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成
は次の通りである。請求項１の発明の構成は、水素源
１，３１からの水素ガスを水素回収容器１０内の水素吸
蔵合金Ｂに吸蔵させ、その後、水素回収容器１０内の水
素吸蔵合金Ｂに吸蔵させた水素を放出させ、この水素ガ
スを外部装置１，１’に回収させる水素吸蔵放出方法に
おいて、水素源１，３１からの水素ガスを水素回収容器
１０に吸蔵させる工程で、水素ガスを水素回収容器１０
に吸蔵させると共に、容積可変型のタンク２にも貯め、
その後、タンク２に貯めた水素ガスを加圧して水素回収
容器１０に向けて放出させ、この水素ガスを水素回収容
器１０内に吸蔵させることを特徴とする水素吸蔵放出方
法である。

【０００６】請求項２の構成は、水素源１，３１からの
水素ガスを水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに吸蔵
させ、その後、水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに
吸蔵させた水素を放出させ、この水素ガスを外部装置
１，１’に回収させる水素吸蔵放出方法において、水素
回収容器１０内から放出される水素ガスを外部装置１，
１’に回収させる工程で、水素ガスを外部装置１，１’
に回収させると共に、容積可変型のタンク２２にも貯
め、その後、タンク２２に貯めた水素ガスを加圧して外
部装置１，１’に向けて放出させて、この水素ガスを外
部装置１，１’に回収させることを特徴とする水素吸蔵
放出方法である。

【０００７】請求項３の構成は、水素源１，３１に吸収
用配管１１を介して接続され、水素を水素化物として吸
蔵する水素吸蔵合金Ｂを収容する水素回収容器１０と、
水素回収容器１０にガスライン８を介して接続され、水
素を回収する外部装置１，１’と、吸収用配管１１に設
けられる第１開閉弁ＡＶ１と、ガスライン８に設けられ
る第２開閉弁ＡＶ２と、第１開閉弁ＡＶ１と水素源１，
３１との間の吸収用配管１１及び水素回収容器１０と第
２開閉弁ＡＶ２との間のガスライン８の内の少なくとも
一方に、接続部１９ａ，２９ａによつて接続され、水素
源１，３１から外部装置１，１’に向けて流れる水素ガ
スを一時的に貯めておく容積可変型のタンク２，２２
と、タンク２，２２を加圧して容積を縮小させる加圧手
段３と、タンク２，２２の接続部１９ａ，２９ａよりも
上流側に隣接させて設けられ、タンク２，２２から上流
に向かう流れを阻止する弁部材４，２４，ＡＶ６とを有
することを特徴とする水素吸蔵放出装置である。

【０００８】請求項４の構成は、水素源１，３１に吸収
用配管１１を介して接続され、水素を水素化物として吸
蔵する水素吸蔵合金Ｂを収容する水素回収容器１０と、
水素回収容器１０に吸収用配管１１，１１’を介して接
続され、水素を回収する外部装置１，１’と、吸収用配
管１１に設けられる第１開閉弁ＡＶ１及び第４開閉弁Ａ
Ｖ４，ＡＶ４’と、第１開閉弁ＡＶ１と第４開閉弁ＡＶ
４，ＡＶ４’との間の吸収用配管１１に接続部１９ａに
よつて接続され、水素源１，３１から流出する水素ガス
を第４開閉弁ＡＶ４，ＡＶ４’を通して一時的に貯めて
おく容積可変型のタンク２と、タンク２を加圧して容積
を縮小させる加圧手段３とを有することを特徴とする水
素吸蔵放出装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施の形態に
ついて図１，図２を参照して説明する。図１中において
符号１は水素源である水素利用装置であり、例えば使用
後の不純ガスを含む水素ガスを排出する水素冷却式発電
機である。１０は水素回収容器（ＭＨ容器）であり、水
素を水素化物として吸蔵する水素吸蔵合金Ｂ（金属水素
化物）を収容し、水素吸蔵合金Ｂの全体を加熱する加熱
装置１７及び冷却する冷却装置１８をそれぞれ付属す
る。

【００１０】冷却装置１８は、水素を吸収させるように
水素吸蔵合金Ｂを冷却する機能を有し、例えば冷水を供
給する冷水供給装置である。加熱装置１７は、水素を放
出させるように水素吸蔵合金Ｂを加熱する機能を有し、
例えば温水を供給する温水供給装置、電熱器等である。
水素吸蔵合金Ｂは、水素ガスと反応し、可逆的に水素ガ
スを吸蔵又は放出するが、この反応はプラトー領域にお
ける水素平衡圧力−温度特性（Ｐ−Ｔ特性）に基づいて
行われ、水素平衡圧力における温度条件から、低温度に
冷却すれば水素ガスを吸蔵し、高温度に加熱すれば水素
ガスを放出する。しかして、水素回収容器１０における
通常の加熱装置１７は、水素吸蔵合金Ｂを８０〜９８℃
程度に加熱して水素ガスの放出を図るものである。但
し、スチームを供給し、１１０〜１７０℃程度に加熱し
て水素ガスの放出を図ることもできる。

【００１１】水素利用装置１の水素流出部に一端部が接
続する吸収用配管１１は、開閉機能を有する第１開閉弁
ＡＶ１を備え、水素回収容器１０に他端部が接続してい
る。また、水素回収容器１０に一端部が接続し、開閉機
能を有する第２開閉弁ＡＶ２を備えるガスライン８の他
端部が、水素利用装置１の水素流入部に接続している。
なお、ガスライン８の他端部は、水素利用装置１を含む
外部装置に接続すればよく、水素利用装置１に補給する
ための水素を貯留する水素補給装置に接続することもで
きる。

【００１２】この吸収用配管１１には、水素利用装置１
から水素回収容器１０に向けて流れる水素ガスを一時的
に貯めておく容積可変型のタンク２を接続させる。具体
的には、タンク２は、吸収用配管１１の水素利用装置１
と第１開閉弁ＡＶ１との間に、タンク配管１９を介して
接続されている。このタンク２は、ベローズ、ダイヤフ
ラムを含むゴム等の変形可能な部材やピストンを備える
シリンダ装置により、容積可変に形成されている。ま
た、タンク２には、タンク２を加圧する加圧手段３を付
属させてある。この加圧手段３は、タンク２を収容する
剛体からなる容器３ａを有し、タンク２の一端開口部が
容器３ａの一端部内面に固着されている。容器３ａは、
両端が閉塞された筒状をなし、一端中央部がタンク２内
に突出する凹形の突出部３ｂを形成し、突出部３ｂの周
囲でタンク２が伸縮可能となつている。タンク配管１９
は、突出部３ｂの中央部に接続されている。これによ
り、タンク２は、容器３ａの他端部内面に密着するよう
に伸長ないしは膨張する最大容積から、収縮して突出部
３ｂに密着する最小容積まで、容積が可変である。

【００１３】更に、タンク２の吸収用配管１１への接続
部、つまりタンク配管１９と吸収用配管１１との接続部
１９ａよりも上流側となる吸収用配管１１には、接続部
１９ａに隣接させて、タンク２から上流に向かう流れを
阻止する逆止弁４を設けてある。逆止弁４は、開閉弁に
よつて置き換えることが可能であり、水素利用装置１か
らタンク２及び水素回収容器１０に向かう流れを適時に
許容し、タンク２から水素利用装置１に向かう逆流を適
時に阻止できる弁部材によつて構成すれば良い。勿論、
タンク２内には、水素吸蔵合金は収容されていない。

【００１４】そして、容器３ａの他端部には、開閉機能
を有する第３開閉弁ＡＶ３を備える加圧用配管７を介し
て空気源６を接続させてある。空気源６からの圧力空気
の圧力は、水素利用装置１内の最高圧力を超えるものに
設定されている。また、第３開閉弁ＡＶ３と容器３ａと
の間の加圧用配管７には、開閉機能を有する第５開閉弁
ＡＶ５を備える放出用配管２０を接続させ、第５開閉弁
ＡＶ５を開くことにより、容器３ａ内の空気を外部（大
気）に放出できるようになつている。なお、第３開閉弁
ＡＶ３を３方切換え弁に置き換え、第５開閉弁ＡＶ５を
省略することも可能である。この３方切換え弁には、空
気源６からの圧力空気を加圧用配管７を介してタンク２
内に供給できる第１切換え位置、タンク２を密閉する第
２切換え位置、及びタンク２内の空気を外部に排出する
第３切換え位置を与える。この容器３ａ、第３開閉弁Ａ
Ｖ３、第５開閉弁ＡＶ５、空気源６等により、空気圧に
よつて作動する加圧手段３を構成している。

【００１５】次に、上記水素吸蔵放出装置の作用につい
て説明する。先ず、水素利用装置１からの水素ガスを水
素回収容器１０に吸蔵させる工程を行なう。水素利用装
置１からの水素ガスを水素回収容器１０に導き、水素回
収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに水素を吸蔵させる場合
には、冷却装置１８によつて水素吸蔵合金Ｂを冷却する
と共に、第２開閉弁ＡＶ２を閉じた状態で、第１開閉弁
ＡＶ１を開く。その際、タンク２は、加圧手段３によつ
て加圧され、収縮作動した状態から、第５開閉弁ＡＶ５
を開いておく。

【００１６】これにより、水素利用装置１からの水素ガ
スが、吸収用配管１１を通り、逆止弁４及び第１開閉弁
ＡＶ１を通過し、水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂ
に吸蔵される。同時に、水素利用装置１からの水素ガス
が、逆止弁４を有する吸収用配管１１及びタンク配管１
９を通過して、タンク２内にも流入する。その際、タン
ク２が伸長ないしは膨張し、容器３ａ内の空気は第５開
閉弁ＡＶ５を有する放出用配管２０から外部に放出され
る。タンク２は、容器３ａの内面に密着するように伸長
し、最大容積が規制される。

【００１７】水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂは純
水素を吸収し、水素利用装置１の圧力に依存する飽和状
態に近づくにつれて水素回収容器１０内のガス圧力が次
第に高まる。そして、水素回収容器１０内の圧力が水素
利用装置１内の圧力と均衡することにより、水素ガスの
流入が終了する。このとき、タンク２内にも同圧の水素
ガスが流入している。なお、第１開閉弁ＡＶ１に圧力調
節機能を付与した場合には、水素回収容器１０内の圧力
が第１開閉弁ＡＶ１の設定圧力と均衡し、タンク２内の
圧力が水素利用装置１内の圧力と均衡する。このように
して水素回収容器１０内に所定量の水素ガスが吸蔵され
たなら、第１，第５開閉弁ＡＶ１，ＡＶ５を閉じる。

【００１８】次いで、加圧手段３を作動させ、タンク２
を加圧する。すなわち、第３開閉弁ＡＶ３を開き、空気
源６からの圧力空気を容器３ａ内に供給する。これによ
り、タンク２が次第に収縮し、タンク２内の水素ガスが
タンク配管１９を通つて吸収用配管１１に送り込まれ
る。吸収用配管１１に送り込まれた水素ガスは、上流側
への流れが逆止弁４によつて阻止されるので、開放され
ている第１開閉弁ＡＶ１を通つて水素回収容器１０内に
送り込まれる。水素回収容器１０内に送り込まれた水素
ガスは、空気源６に応じた高い圧力となつているので、
水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに吸蔵される。タ
ンク２は、容器３ａの突出部３ｂに密着する最小容積と
なるまで収縮する。タンク２内の水素ガスが十分に排出
されたなら、冷却装置１８及び空気源６を停止すると共
に、第１，第３開閉弁ＡＶ１，ＡＶ３を閉じる。このよ
うにして、水素利用装置１内の圧力に依存することな
く、タンク２の容積及び空気源６の圧力に応じて、多量
の水素吸蔵がなされる。

【００１９】その後、水素回収容器１０内から放出され
る水素ガスを水素利用装置１に回収させる工程を行な
う。水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂから水素を放
出させる際には、加熱装置１７によつて水素吸蔵合金Ｂ
を加熱する。

【００２０】次いで、第２開閉弁ＡＶ２を開き、水素吸
蔵合金Ｂから放出される水素ガスをガスライン８を通じ
て水素利用装置１に還流させる。なお、水素利用装置１
内の水素純度を維持・向上させる場合、つまり水素の分
離、精製を行なう場合には、水素吸蔵合金Ｂから水素を
放出させる初期に、水素吸蔵合金Ｂに吸蔵されずに水素
回収容器１０内に残つている不純ガスを多く含むガスを
図外のパージガスラインから大気放出させる。

【００２１】ここで、図２の例を参照してタンク２の作
用による水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量の増加分について
説明する。水素吸蔵合金Ｂは、ＣａＮｉＭｍＡｌであ
る。水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂを８０℃の温
度に加熱して水素を放出させた後、水素吸蔵合金Ｂの水
素吸蔵量Ｑ₁は約７３ｃｃ／ｇであつた。この状態から
水素吸蔵合金Ｂを２０℃の温度に冷却して水素を吸蔵さ
せたところ、水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量Ｑ₂は約１５
５ｃｃ／ｇになつた。この間の水素吸蔵量の差（Ｑ₂−
Ｑ₁）が、従来の水素吸蔵放出装置における水素吸蔵量
に一致している。また、水素吸蔵合金Ｂに水素を吸蔵さ
せたときのタンク２内の圧力は、５ｋｇｆ／ｃｍ²であ
つた。

【００２２】この状態から加圧手段３により、タンク２
内の圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ²となるように加圧した。
これにより、水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量Ｑ₃は約１６
５ｃｃ／ｇに増加した。この加圧後の水素吸蔵合金Ｂの
水素吸蔵量Ｑ₃と加圧前の水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量
Ｑ₂との差（Ｑ₃−Ｑ₂）が加圧手段３の作用によつて
増加した分の水素吸蔵量である。

【００２３】なお、水素利用装置１からの水素ガスを水
素回収容器１０に吸蔵させる工程を行なうに際し、加圧
手段３によつてタンク２を収縮作動させたままとし、水
素利用装置１からの水素ガスを水素回収容器１０内の水
素吸蔵合金Ｂに十分に吸蔵させた後に第１開閉弁ＡＶ１
を閉じると共に、第３開閉弁ＡＶ３を閉じて加圧手段３
を停止させ、その後、第５開閉弁ＡＶ５を開いて加圧手
段３内の空気圧力を抜いてタンク２内に水素利用装置１
からの水素ガスを導入する操作も可能である。このよう
にして、タンク２内に十分な水素ガスが導入されたな
ら、その後、第５開閉弁ＡＶ５を閉じると共に第１開閉
弁ＡＶ１を開き、かつ、加圧手段３によつてタンク２を
収縮作動させ、タンク２内の水素ガスを水素回収容器１
０内に送り込み、水素吸蔵合金Ｂに吸蔵させる。

【００２４】この場合、水素利用装置１の飽和圧力に依
存した状態で水素利用装置１内の水素ガスが水素回収容
器１０内に吸蔵された後、タンク２の容積の大きさに応
じて、タンク２内の圧力と水素利用装置１内の圧力とが
均衡するように、水素利用装置１からの水素ガスがタン
ク２内に貯められる。従つて、特に水素流出に伴つて水
素利用装置１内の水素圧力の低下が著しい場合に、水素
利用装置１の水素ガスを更に良好に水素回収容器１０内
に吸蔵させることが可能になる。

【００２５】図６は、第１実施の形態の他の構造例に係
る水素吸蔵放出装置を示す。この構造例にあつては、水
素利用装置１に代えて、吸収用配管１１の一端部に水素
を貯留する水素源である貯蔵タンク３１を接続させてあ
る。しかして、上記第１実施の形態と同様の操作によ
り、貯蔵タンク３１から流出する水素ガスを分離、精製
して水素利用装置１に導入することができる。

【００２６】ところで、第１実施の形態にあつては、水
素ガスを分離、精製させたが、水素利用装置１又は貯蔵
タンク３１のいずれかからの水素を水素回収容器１０内
に吸蔵させ、水素の貯蔵、エネルギー変換等を行なうこ
とができるのみならず、吸収用配管１１及びガスライン
８を取り外し、水素を吸蔵した状態の水素回収容器１０
を移送することもできる。

【００２７】図３は、本発明の第２実施の形態に係る水
素吸蔵放出装置を示し、第１実施の形態と実質的に同一
機能部分には同一符号を付してそれらの説明は省略す
る。第２実施の形態では、第１実施の形態における水素
回収容器１０よりも上流側のタンク２、逆止弁４及び加
圧手段３を省略し、これらと同様の構造を有するタンク
２２、逆止弁２４及び加圧手段３を水素回収容器１０よ
りも下流側に配置してある。

【００２８】すなわち、容積可変型のタンク２２は、水
素回収容器１０から水素利用装置１に向けて流れる水素
ガスを一時的に貯めておく機能を有し、ガスライン８の
中間部（水素回収容器１０と第２開閉弁ＡＶ２との間）
にタンク配管２９を介して接続されている。このタンク
２２に、タンク２２を加圧する加圧手段３を付属させて
ある。しかして、タンク２２は、容器３ａ内に密着する
ように伸長ないしは膨張する最大容積から、収縮して突
出部３ｂに密着する最小容積まで、容積が可変である。

【００２９】また、逆止弁２４は、タンク２２のガスラ
イン８への接続部、つまりタンク配管２９とガスライン
８との接続部２９ａよりも上流側となるガスライン８
に、接続部２９ａに隣接させて設けられ、タンク２２か
ら上流（水素回収容器１０）に向かう流れを阻止する機
能を有する。逆止弁２４は、後記するように開閉弁によ
つて置き換えることが可能であり、水素回収容器１０か
らタンク２２及び水素利用装置１に向かう流れを適時に
許容し、タンク２２から水素回収容器１０に向かう流れ
を適時に阻止する弁部材によつて構成すれば良い。

【００３０】次に、上記第２実施の形態の作用について
説明する。先ず、水素利用装置１からの水素ガスを水素
回収容器１０に吸蔵させる工程を行なう。この工程は、
水素利用装置１からの水素ガスをタンク２に代えてタン
ク２２内に導入する以外は、第１実施の形態と同様に行
なわれる。但し、加圧手段３を作動させてタンク２２を
収縮させ、タンク２２への水素ガスの流入を防止してお
く。勿論、逆止弁２４を開閉弁によつて構成し、この開
閉弁を閉じて水素回収容器１０からタンク２２への水素
ガスの流入を阻止すれば、加圧手段３を作動させておく
必要はない。

【００３１】水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに十
分に水素が吸蔵されたなら、水素回収容器１０内から放
出される水素ガスを水素利用装置１に回収させる工程を
行なう。水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂから水素
を放出させる際には、加熱装置１７によつて水素吸蔵合
金Ｂを加熱する。

【００３２】次いで、第２開閉弁ＡＶ２を開き、水素吸
蔵合金Ｂから放出される水素ガスをガスライン８を通じ
て水素利用装置１に還流させる。また、第３開閉弁ＡＶ
３を閉じると共に、第５開閉弁ＡＶ５を開き、加圧手段
３によつてタンク２を収縮作動させた状態のタンク２の
伸長作動を許容させる。

【００３３】これにより、水素回収容器１０からの水素
ガスが、ガスライン８を流れ、逆止弁２４及び第２開閉
弁ＡＶ２を通過して水素利用装置１内に還流する。同時
に、水素回収容器１０からの水素ガスが、逆止弁２４を
有するガスライン８及びタンク配管２９を通つて、タン
ク２２内にも流入する。その際、タンク２２が伸長し、
容器３ａ内の空気は第５開閉弁ＡＶ５を有する放出用配
管２０から外部に放出される。タンク２は、容器３ａの
内面に密着するように伸長ないしは膨張し、最大容積が
規制される。

【００３４】水素吸蔵合金Ｂからの水素放出が進むにつ
れて水素回収容器１０内のガス圧力が次第に低下し、水
素回収容器１０内の圧力が水素利用装置１内の圧力と均
衡することにより、水素ガスの還流が一旦終了する。こ
のとき、タンク２２内にも同圧の水素ガスが流入してい
る。このようにして水素回収容器１０からの水素ガスの
流出が停止ないしは減少したなら、加熱装置１７を停止
すると共に、第５開閉弁ＡＶ５を閉じる。

【００３５】次いで、加圧手段３を作動させ、タンク２
２を加圧する。すなわち、第３開閉弁ＡＶ３を開き、空
気源６からの圧力空気を容器３ａ内に供給する。これに
より、タンク２２が次第に収縮し、タンク２２内の水素
ガスがタンク配管２９を通つてガスライン８に送り込ま
れる。ガスライン８に送り込まれた水素ガスは、上流側
への流れが逆止弁２４によつて阻止されるので、開放さ
れている第２開閉弁ＡＶ２を通つて水素利用装置１内に
送り込まれる。水素利用装置１内に送り込まれる水素ガ
スは、空気源６に応じた高い圧力となつているので、水
素利用装置１内に良好に送り込まれる。タンク２２は、
容器３ａの突出部３ｂに密着する最小容積となるまで収
縮する。なお、水素ガスを水素利用装置１内に送り込む
ために空気源６からタンク２２内に供給すべき空気の圧
力は、水素ガスを水素回収容器１０内に送り込むために
空気源６から第１実施の形態のタンク２内に供給すべき
空気の圧力よりも低圧でよい。

【００３６】タンク２２内の水素ガスが十分に排出され
たなら、空気源６を停止すると共に、第２，第３開閉弁
ＡＶ２，ＡＶ３を閉じる。このようにして、水素回収容
器１０ひいては水素利用装置１内の圧力に依存すること
なく、タンク２２の容積に応じて、多量の水素を水素利
用装置１に繰り返して還流回収することができる。

【００３７】ところで、水素回収容器１０内の水素ガス
を水素利用装置１に回収させる工程を行なうに際し、加
圧手段３によつてタンク２２を収縮作動させたままと
し、水素回収容器１０からの水素ガスを水素利用装置１
に十分に回収させた後に第２開閉弁ＡＶ２を閉じると共
に、第３開閉弁ＡＶ３を閉じて加圧手段３を停止させ、
かつ、第５開閉弁ＡＶ５を開いて加圧手段３内の空気圧
力を抜いてタンク２２内に水素回収容器１０からの水素
ガスを導入する操作も可能である。タンク２２内に十分
な水素ガスが導入された後、第５開閉弁ＡＶ５を閉じる
と共に第２開閉弁ＡＶ２を開き、かつ、加圧手段３によ
つてタンク２２を収縮作動させ、タンク２２内の水素ガ
スを水素利用装置１に送り込み、回収させる。

【００３８】この場合、水素利用装置１の飽和圧力に依
存した状態で水素回収容器１０内の水素ガスが水素利用
装置１に回収された後、水素利用装置１の飽和圧力に依
存することなく、水素回収容器１０内の水素ガスがタン
ク２２内に貯められるので、水素回収容器１０内の水素
ガスが更に良好に水素利用装置１に回収される。

【００３９】ここで、図４を参照してタンク２２の作用
による水素吸蔵合金Ｂからの水素放出量の増加分につい
て説明する。水素吸蔵合金Ｂは、ＣａＮｉＭｍＡｌであ
る。水素吸蔵合金Ｂを２０℃の温度に冷却して水素を吸
蔵させた後、水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量Ｑ₂は約１５
５ｃｃ／ｇであつた。この状態から水素吸蔵合金Ｂを８
０℃の温度に加熱して水素を放出させ、水素利用装置１
に回収したところ、水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量Ｑ₁は
約７３ｃｃ／ｇになつた。この間の水素吸蔵量の差（Ｑ
₂−Ｑ₁）が、従来の水素吸蔵放出装置における水素吸
蔵（放出）量に一致している。また、水素利用装置１の
圧力に依存させて、水素吸蔵合金Ｂに水素を吸蔵させた
後、及び放出させた後のタンク２２内の圧力は、それぞ
れ５ｋｇｆ／ｃｍ²であつた。

【００４０】この状態から第５開閉弁ＡＶ５を開き、水
素吸蔵合金Ｂから放出される水素ガスをタンク２２内に
導入した。このとき、タンク２２内の圧力は、１ｋｇｆ
／ｃｍ²に低下し、また、水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量
Ｑ₄は約１３ｃｃ／ｇに減少した。従つて、この減圧後
の水素吸蔵合金Ｂの水素吸蔵量Ｑ₄と減圧前の水素吸蔵
量Ｑ₁との差（Ｑ₁−Ｑ₄）が、加圧手段３の作用によ
つて増加した分の水素吸蔵（放出）量である。

【００４１】図５には、逆止弁２４に代えて弁部材とし
ての第６開閉弁ＡＶ６を設けた構造例を示す。すなわ
ち、第６開閉弁ＡＶ６は、タンク２２のガスライン８へ
の接続部、つまりタンク配管２９とガスライン８との接
続部２９ａよりも上流側となるガスライン８に、接続部
２９ａに隣接させて設けられ、閉じることにより、タン
ク２２から上流（水素回収容器１０）に向かう流れを阻
止する機能を有する。

【００４２】この構造例によれば、第１開閉弁ＡＶ１を
開いた状態で、水素利用装置１からの水素ガスを水素回
収容器１０に吸蔵させる工程を、上記第１実施の形態と
ほぼ同様に行なうことができる。すなわち、冷却装置１
８によつて水素吸蔵合金Ｂを冷却すると共に、第２開閉
弁ＡＶ２を閉じた状態で、第１開閉弁ＡＶ１を開く。そ
の際、第６開閉弁ＡＶ６を開き、かつ、加圧手段３によ
つてタンク２を加圧して収縮作動させた状態から、第５
開閉弁ＡＶ５を開いておく。

【００４３】これにより、水素利用装置１からの水素ガ
スが、吸収用配管１１を通り、第１開閉弁ＡＶ１を通過
し、水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに吸蔵され
る。同時に、水素利用装置１からの水素ガスが、第６開
閉弁ＡＶ６を有するガスライン８及びタンク配管２９を
通過して、タンク２２内にも流入する。その際、タンク
２２が伸長ないしは膨張し、容器３ａ内の空気は第５開
閉弁ＡＶ５を有する放出用配管２０から外部に放出され
る。

【００４４】かくして、水素回収容器１０内の圧力が水
素利用装置１内の圧力と均衡することにより、水素ガス
の流入が終了する。このとき、タンク２２内にも同圧の
水素ガスが流入している。このようにして水素回収容器
１０内に所定量の水素ガスが吸蔵されたなら、第１，第
５開閉弁ＡＶ１，ＡＶ５を閉じる。

【００４５】次いで、加圧手段３の第３開閉弁ＡＶ３を
開作動させ、タンク２２を加圧する。これにより、タン
ク２２が次第に収縮し、タンク２２内の水素ガスがタン
ク配管２９を通つてガスライン８に送り込まれる。ガス
ライン８に送り込まれた水素ガスは、上流側への流れが
開状態の第６開閉弁ＡＶ６によつて許容され、下流側へ
の流れが閉状態の第２開閉弁ＡＶ２によつて阻止される
ので、開放されている第６開閉弁ＡＶ６を通つて水素回
収容器１０内に送り込まれる。水素回収容器１０内に送
り込まれた水素ガスは、空気源６に応じた高い圧力とな
つているので、水素回収容器１０内の水素吸蔵合金Ｂに
吸蔵される。タンク２２内の水素ガスが十分に排出され
たなら、冷却装置１８を停止すると共に、第１，第３開
閉弁ＡＶ１，ＡＶ３を閉じる。このようにして、水素利
用装置１内の圧力に依存することなく、タンク２２の容
積及び空気源６の圧力に応じて、多量の水素吸蔵がなさ
れる。

【００４６】水素回収容器１０内から放出される水素ガ
スを水素利用装置１に回収させる工程は、上記第２実施
の形態とほぼ同様に行なうことができる。但し、水素回
収容器１０内からの水素ガスをガスライン８に導く際に
は、第６開閉弁ＡＶ６を開く。また、タンク２２を加圧
し、タンク２２内の水素ガスを水素利用装置１内に送り
込む際には、第６開閉弁ＡＶ６を閉じる。

【００４７】ところで、第１，第２実施の形態の構成を
融合させ、水素回収容器１０の上流側及び下流側の両方
にタンク２，２２を配置し、第１，第２実施の形態の両
作用を得ることにより、水素回収容器１０による１回の
水素吸蔵放出工程によつて多量の水素を処理することも
できる。また、タンク２，２２を加圧する加圧手段３
は、空気圧のみならず、油圧、その他の機械的構造によ
つて構成することが可能である。

【００４８】図７は、本発明の第３実施の形態に係る水
素吸蔵放出装置を示し、第１実施の形態と実質的に同一
機能部分には同一符号を付してそれらの説明は省略す
る。第３実施の形態では、第１実施の形態におけるガス
ライン８及び第２開閉弁ＡＶ２を省略すると共に、第１
実施の形態における逆止弁４に代えて、水素利用装置１
寄りの吸収用配管１１に開閉機能を有する第４開閉弁Ａ
Ｖ４を設けてある。

【００４９】このような第３実施の形態によつても、先
ず、水素利用装置１からの水素ガスを水素回収容器１０
に吸蔵させる工程を行なう。この工程は、水素利用装置
１からの水素ガスを水素回収容器１０又はタンク２内に
導入する際に第４開閉弁ＡＶ４を開き、タンク２内の水
素ガスを水素回収容器１０内に導入する際に第４開閉弁
ＡＶ４を閉じる以外は、第１実施の形態と同様の操作に
よつて行なわれる。しかして、加圧手段３を作動させて
タンク２内の水素ガスを十分に排出させて水素回収容器
１０内の水素吸蔵合金Ｂに吸蔵させることにより、水素
利用装置１内の圧力に依存することなく、タンク２の容
積及び空気源６の圧力に応じて、多量の水素吸蔵がなさ
れる。

【００５０】水素回収容器１０内から放出される水素ガ
スを水素利用装置１に回収させる工程は、冷却装置１８
を停止した後に加熱装置１７によつて水素吸蔵合金Ｂを
加熱すると共に、第１開閉弁ＡＶ１及び第４開閉弁ＡＶ
４を共に開き、水素回収容器１０内からの水素ガスを水
素利用装置１に回収させる。その際、加圧手段３によつ
て収縮作動させた状態のタンク２の伸長作動を許容さ
せ、タンク２内にも水素ガスを充満させる。

【００５１】水素吸蔵合金Ｂからの水素放出が進むにつ
れて水素回収容器１０内のガス圧力が次第に低下し、水
素回収容器１０内の圧力が水素利用装置１内の圧力と均
衡することにより、水素ガスの還流が一旦終了する。こ
のとき、タンク２内にも同圧の水素ガスが流入してい
る。このようにして水素回収容器１０からの水素ガスの
流出が停止ないしは減少したなら、加熱装置１７を停止
すると共に、第１開閉弁ＡＶ１及び第５開閉弁ＡＶ５を
閉じる。

【００５２】次いで、第４開閉弁ＡＶ４に加えて第３開
閉弁ＡＶ３を開くと共に加圧手段３を作動させてタンク
２を加圧し、タンク２内の水素ガスを吸収用配管１１を
通じて水素利用装置１内に送り込む。水素利用装置１内
に送り込まれる水素ガスは、空気源６に応じた高い圧力
となつているので、水素利用装置１内に良好に送り込ま
れる。

【００５３】タンク２内の水素ガスが十分に排出された
なら、空気源６を停止すると共に、第３，第４開閉弁Ａ
Ｖ３，ＡＶ４を閉じる。このようにして、水素回収容器
１０ひいては水素利用装置１内の圧力に依存することな
く、タンク２の容積に応じて、多量の水素を水素利用装
置１に繰り返して還流回収することができる。

【００５４】ところで、水素回収容器１０内の水素ガス
を水素利用装置１に回収させる工程を行なうに際し、加
圧手段３によつてタンク２を収縮作動させたままとし、
水素回収容器１０からの水素ガスを水素利用装置１に十
分に回収させた後に第４開閉弁ＡＶ４を閉じると共に、
第３開閉弁ＡＶ３を閉じて加圧手段３を停止させ、か
つ、第５開閉弁ＡＶ５を開いて加圧手段３内の空気圧力
を抜いてタンク２内に水素回収容器１０からの水素ガス
を導入する操作も可能である。タンク２内に十分な水素
ガスが導入された後、第５開閉弁ＡＶ５を閉じると共に
第４開閉弁ＡＶ４を開き、かつ、加圧手段３によつてタ
ンク２を収縮作動させ、タンク２内の水素ガスを水素利
用装置１に送り込み、回収させる。

【００５５】この場合、水素利用装置１の飽和圧力に依
存した状態で水素回収容器１０内の水素ガスが水素利用
装置１に回収された後、水素利用装置１の飽和圧力に依
存することなく、水素回収容器１０内の水素ガスがタン
ク２内に貯められるので、水素回収容器１０内の水素ガ
スが更に良好に水素利用装置１に回収される。

【００５６】更に、図７において、タンク配管１９の接
続部１９ａと第４開閉弁ＡＶ４との間の吸収用配管１１
に、破線で示すように第４開閉弁ＡＶ４’を備える吸収
用配管１１’の一端部を接続部１１ａによつて接続さ
せ、吸収用配管１１’の他端部に外部装置である他の水
素利用装置１’を接続させることもできる。これによれ
ば、水素回収容器１０内から放出される水素ガスを水素
利用装置１に回収させる工程に際し、第４開閉弁ＡＶ４
を閉じたままで他の第４開閉弁ＡＶ４’を開くことによ
り、水素回収容器１０及びタンク２内の水素ガスを他の
水素利用装置１’に回収することができる。この場合、
吸収用配管１１の一端部に、水素利用装置１に代えて水
素を貯留する水素源である貯蔵タンク３１を接続させる
ことも可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る水素吸蔵放出方法及びその装置によれば、
次の効果を奏することができる。すなわち、請求項１の
発明によれば、水素回収容器内の水素吸蔵合金による水
素吸蔵が、水素源の圧力に支配された状態でなされるの
みならず、タンクに貯めた分が加えられてなされる。そ
の結果、水素ガスをタンクに貯める分だけ、水素回収容
器による水素の吸蔵放出量を水素源内の圧力に基づく飽
和量を越えて増やすことが可能となり、吸蔵放出量を向
上させることができる。

【００５８】請求項２の発明によれば、水素回収容器内
の水素吸蔵合金からの水素放出が、外部装置内の圧力に
支配された状態でなされるのみならず、タンクに貯めた
分が加えられてなされる。その結果、水素ガスをタンク
に貯める分だけ、水素回収容器による水素の吸蔵放出量
を外部装置内の圧力に基づく飽和量を越えて増やすこと
が可能となり、吸蔵放出量を向上させることができる。
請求項３，４の発明によれば、請求項１，２の発明の効
果を融合して奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る水素吸蔵放出
装置を示す概略図。

【図２】同じく水素吸蔵合金の水素吸蔵量−水素圧力
特性を示す線図。

【図３】本発明の第２実施の形態に係る水素吸蔵放出
装置を示す概略図。

【図４】同じく水素吸蔵合金の水素吸蔵量−水素圧力
特性を示す線図。

【図５】同じく水素吸蔵放出装置の他の構造例を示す
概略図。

【図６】同じく第１実施の形態に係る水素吸蔵放出装
置の他の構造例を示す概略図。

【図７】本発明の第３実施の形態に係る水素吸蔵放出
装置を示す概略図。

【符号の説明】

１，１’：水素利用装置（外部装置、水素源）、２，２
２：タンク、３：加圧手段、４，２４：逆止弁（弁部
材）、８：ガスライン、１０：水素回収容器、１１，１
１’：吸収用配管、１７：加熱装置、１８：冷却装置、
１９，２９：タンク配管、１９ａ，２９ａ：接続部、３
１：貯蔵タンク（水素源）、ＡＶ１：第１開閉弁、ＡＶ
２：第２開閉弁、ＡＶ３：第３開閉弁、ＡＶ４，ＡＶ
４’：第４開閉弁（弁部材）、ＡＶ５：第５開閉弁、Ａ
Ｖ６：第６開閉弁（弁部材）、Ｂ：水素吸蔵合金。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤将一北海道室蘭市茶津町４番地株式会社日本製鋼所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素源（１，３１）からの水素ガスを水
素回収容器（１０）内の水素吸蔵合金（Ｂ）に吸蔵さ
せ、その後、水素回収容器（１０）内の水素吸蔵合金
（Ｂ）に吸蔵させた水素を放出させ、この水素ガスを外
部装置（１，１’）に回収させる水素吸蔵放出方法にお
いて、水素源（１，３１）からの水素ガスを水素回収容
器（１０）に吸蔵させる工程で、水素ガスを水素回収容
器（１０）に吸蔵させると共に、容積可変型のタンク
（２）にも貯め、その後、タンク（２）に貯めた水素ガ
スを加圧して水素回収容器（１０）に向けて放出させ、
この水素ガスを水素回収容器（１０）内に吸蔵させるこ
とを特徴とする水素吸蔵放出方法。
【請求項２】水素源（１，３１）からの水素ガスを水
素回収容器（１０）内の水素吸蔵合金（Ｂ）に吸蔵さ
せ、その後、水素回収容器（１０）内の水素吸蔵合金
（Ｂ）に吸蔵させた水素を放出させ、この水素ガスを外
部装置（１，１’）に回収させる水素吸蔵放出方法にお
いて、水素回収容器（１０）内から放出される水素ガス
を外部装置（１，１’）に回収させる工程で、水素ガス
を外部装置（１，１’）に回収させると共に、容積可変
型のタンク（２２）にも貯め、その後、タンク（２２）
に貯めた水素ガスを加圧して外部装置（１，１’）に向
けて放出させて、この水素ガスを外部装置（１，１’）
に回収させることを特徴とする水素吸蔵放出方法。
【請求項３】水素源（１，３１）に吸収用配管（１
１）を介して接続され、水素を水素化物として吸蔵する
水素吸蔵合金（Ｂ）を収容する水素回収容器（１０）
と、水素回収容器（１０）にガスライン（８）を介して
接続され、水素を回収する外部装置（１，１’）と、吸
収用配管（１１）に設けられる第１開閉弁（ＡＶ１）
と、ガスライン（８）に設けられる第２開閉弁（ＡＶ
２）と、第１開閉弁（ＡＶ１）と水素源（１，３１）と
の間の吸収用配管（１１）及び水素回収容器（１０）と
第２開閉弁（ＡＶ２）との間のガスライン（８）の内の
少なくとも一方に、接続部（１９ａ，２９ａ）によつて
接続され、水素源（１，３１）から外部装置（１，
１’）に向けて流れる水素ガスを一時的に貯めておく容
積可変型のタンク（２，２２）と、タンク（２，２２）
を加圧して容積を縮小させる加圧手段（３）と、タンク
（２，２２）の接続部（１９ａ，２９ａ）よりも上流側
に隣接させて設けられ、タンク（２，２２）から上流に
向かう流れを阻止する弁部材（４，２４）とを有するこ
とを特徴とする水素吸蔵放出装置。
【請求項４】水素源（１，３１）に吸収用配管（１
１）を介して接続され、水素を水素化物として吸蔵する
水素吸蔵合金（Ｂ）を収容する水素回収容器（１０）
と、水素回収容器（１０）に吸収用配管（１１，１
１’）を介して接続され、水素を回収する外部装置
（１，１’）と、吸収用配管（１１）に設けられる第１
開閉弁（ＡＶ１）及び第４開閉弁（ＡＶ４，ＡＶ４’）
と、第１開閉弁（ＡＶ１）と第４開閉弁（ＡＶ４，ＡＶ
４’）との間の吸収用配管（１１）に接続部（１９ａ）
によつて接続され、水素源（１，３１）から流出する水
素ガスを第４開閉弁（ＡＶ４，ＡＶ４’）を通して一時
的に貯めておく容積可変型のタンク（２）と、タンク
（２）を加圧して容積を縮小させる加圧手段（３）とを
有することを特徴とする水素吸蔵放出装置。