JPS58184399A - 水素ガスの吸蔵・放出方法 - 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】 本発明は水素吸蔵性金属と蓄熱材を併用して水素吸蔵時
の反応熱を水素放出時の熱源として利用する水素ガスの
吸蔵・放出方法に関する。

水素吸蔵性金属は、 Ｍ＋≠Ｈ２二＝　跪十証 （ただし、Ｍは水素吸蔵性金属、Ｘは正の整数、Ｍは反
応熱）で表わされる反応式にしたがって水素を吸蔵・放
出する。

水素吸蔵性金属を用いる水素貯蔵システムは、（１）従
来方法に比べて貯蔵水素密度が数十倍程度高いので貯蔵
効率がよいこと、（６）貯蔵温度を調節することにより
貯蔵時の水素圧を１０気圧以下とすることも可能である
ことなどの利点を有し、また水素吸蔵性金属を用いて粗
製水素ガスを精製することもできる。このようなことが
ら、水素吸蔵性金属には様々な方面から期待が寄せられ
ており、その応用技術の研究開発が種々の技術分野で進
められている。

ところで、前記の反応式からもわかるように、水素吸蔵
性金属が水素を吸蔵ないし放出する際、反応熱が関与す
る。一般にその吸蔵時は発熱的であり、放出時は吸熱的
である。そのため、吸蔵・放出操作には、反応熱（劇に
応じたタンクの冷却処理または加熱処理が必要となる。

反応熱（劇は用いる水素吸蔵性金属の種類により異なる
が、通常５〜５０　ｋｏａ４／ｎｏ］Ｊ　ＨＢの値であ
る。したがって、前記処理に要するエネルギーも多大な
ものとなる。加えて、使用水素吸蔵性金属や操作温度条
件によっては水素ガスの平衡圧力が数１０気圧以上にも
なるばあいかあり、そのためタンク外壁の肉厚を厚いも
のとしなければならず、それゆえタンクそのものの熱容
量もエネルギー消費の点から無視できないものとなる。

本発明者らは以上の問題点に鑑、、、み・水素ガ・の吸
蔵・放出操作において要する外部供給エネルギーを簡易
な方法で低減化することを目的として鋭意研究を重ねた
結果、水素吸蔵性金属を内蔵する１または２以上のタン
クを用いて水素を間欠的ないし連続的に吸蔵・放出させ
る方法において、該タンクに蓄熱部を付設して水素吸蔵
時の反応熱を蓄熱させ、これを水素放出時の熱源として
有効利用する水素ガスの吸蔵・放出方法の開発に成功し
た。

すなわち、本発明は従来の技術的思想、すなわち水素吸
蔵時の反応熱に基づく熱量を、タンクの冷却処理などを
通じてそのまま系外に捨て去るか、あるいは水素放出過
程にあって加熱処理を要する他のタンクに供給するとい
う思想を一掃し、水素吸蔵時の反応熱に基づく熱量を同
じタンクが水素放出過程に移行するまで系内に蓄熱する
ようにしたものである。したがって、従来の水素吸蔵時
の反応熱に基づく熱量をそのまま系外に捨て去る無駄が
省ける利点、タンクの冷却処理を省けるか冷却処理を要
してもその必要エネルギーを低減化でき、かつ同じ冷却
子・：序を使用するばあいであれば従来の必要エネルギ
ーの低減量に応じて冷却効率を高めることができる利点
、他方加熱処理を要する他のタンクに供給する方式に対
してはその供給のための熱通路を省略ないし削減できて
水素ガスの吸蔵・放出システムの構成を簡略化できる利
点などがあり、これらの利点は当該システムが大型化す
るほどその有利性が発揮される。

本発明の方法において用いられる水素吸蔵性金属として
はとくに限定はなく、従来公知のものを用いることがで
き、その具体例としてはたとえばチタン・鉄系合金、チ
タン・コバルト系合金、チタン・マンガン系合金、ラン
タン・ニッケル系合金、ミツシュメタル・ニッケル系合
金、マグネシウム系合金、ジルコニウム系合金またはニ
オブ、バナジウムもしくはそれらの混合物などをあげる
ことができる。用いる水素吸蔵性金属は当該システムに
おけるタンクの設定圧力、設定温度などの条件により適
宜選択される。

他方、本発明の方法における蓄熱部は蓄熱材を密閉容器
に包蔵させ、これを水素吸蔵性金属とともにタンク内に
入れることが本発明の方法を使用する水素ガスの吸蔵・
放出システムの構成を簡便なものとなしうる点で好まし
い。すなわち４１）複数のタンクで当該システムを構成
するばあいに各タンクの配置について熱交換機構の構成
上の制約をうけないこと、（ロ）熱交換用熱媒の循環通
路設備が不要となることにより当該システムの構成を容
易ならしめることができる。

本発明の方法において用いられる蓄熱材としては、たと
えばパラフィンワックスのように潜熱による固体−液体
一気体間の状態変化を蓄熱原理とするもの、その他反応
熱や顕熱を蓄熱原理とするものなど、従来公知のものを
あげることができる。

本発明の方法は水素吸蔵性金属を用いて水素ガスの吸蔵
・放出システムを構成するばあいに利用することができ
、当該システムとしてはたとえば水素貯蔵システム、粗
製水素ガス精製システム、ヒートポンプシステムなどを
あげることができるが、利用分野はこれらのみに限定さ
れるものではない。

つぎに実施例をあげて本発明の水素ガスの吸蔵・放出方
法を説明する。

実施例 はじめに本発明の方法を実施するために構成された装置
を第１図に示す。この装置は水素ガス吸蔵・放出口（７
ａ）を有するタンク（７）中に水素吸蔵性金属としてＭ
ｍＮｉ、５Ａｊ。、５粉末（６）３ｋｐが、蓄熱材とし
てのパラフィンワックス（＆）　（融点５４°ａ、潜熱
３６　、８　ｏａ４／Ｇ＋　）　２００９を封入する密
閉容器（８）全間隙をもって５段貫入させてできた空隙
に充填密度０．７４ａの割合で充填され、水素吸蔵性金
属の流出を防止するための金属焼結フィルタ（５）（２
μ、ＳＵＢ　５１６　）が水素ガス吸蔵・放出口と水素
吸蔵性金属層との間に介在され、タンクの外側周に供給
口（９ａ）　、排出口（９ｂ）をもつ温水または冷水を
循環させるためのジャケット（９）を設けたものから構
成されている。

この装置への水素ガスの供給は、水素ボンベ（１）とタ
ンクの水素ガス吸蔵・放出口とを結ぶ連結管の間に水素
ボンベ（１）から順次圧力調整器（２）、三方弁（３）
、二方弁（４）を介在させた、水素ボンベとタンクの水
素ガス吸蔵・放出口とを結ぶ連結管（１０）　、（１１
）を介して行なわれ、他方タンク内の水素ガスの放出は
二方弁、三方弁の介在する連結管（１１）および三方弁
に取付けられた放出管（ロ）を介して行なわれる。

なお、タンク内のＭｍＮｉ、５ＡＪ。、５粉末は１１０
０°Ｏで８時間アニーリングしたものであり、その後真
空ポンプを用いてタンク内を約１０トールの真空状態と
し、この状態下で８時間約１００°Ｃの加熱処理を施し
て活性化させたものである。

本発明の方法を実施するべく、まず水素ボンベ内の市販
水素ガス（純度９９．９８％）を圧力調整器で２Ｑａｔ
ｍに圧力調整しつつタンク内に供給して迦Ｎ１４．５”
０．５粉末に吸蔵させた。水素ガスの全貯蔵量は３００
！であり、タンク内の水素圧は約５　ａｔｍである。ま
た吸蔵時タンクの温度は５４°ａを超えることはなかっ
た。

つぎに、タンク内に貯蔵させた水素を２砂の割合で放出
させた。放出量の調整は放出口に流量調整バルブを取付
けることにより、単位時間（分）あたりの放出量が２砂
を超えるばあいのみ行なった。

：：１゜ その際、タンク内の水素は放出開始から１時間経過する
までに約半分が放出されたが、タンク内の水素圧は初期
値（約５ａｔｍ）の約９／１０（約４．５ａｔｍ）に低
下したのみであった。またタンク内の水素圧は放出開始
から３時間後には大気圧と等しくなり、その結果水素の
放出は止まった。この間、タンクの温度は蓄熱材の作用
によって５４〜４８００の範囲に保たれた。

なおその際、外部加熱処理または外部冷却処理するため
の補助熱源としてのジャケットへの温水または冷水の供
給は行なわなかった。

比較のために、蓄熱材を用いなかったほかは前述したと
ころと同様にして水素を吸蔵させ、ついで放出させたと
ころ、放出開始から約２０分間経過後温度低下のために
水素圧は初期値の１／２以下に減少し、６時間経過後に
水素貯蔵量（６ｏｏ　ｊ）の約４０％が放出されたのみ
であった。

第２図は実施例（イ）および比較例（ロ）の水素放出時
におけるタンク内水素圧の時間変化を表わしたグラフで
あり、これより蓄熱材の有効性がわかる。

なお第３図は本発明の方法を実施するための他の装置を
例示したものであり、これは実施例で用いた装置におけ
る密閉容器に代えて、蓄熱材をカプセル容器ωりに入れ
てタンク中に納めたものであり、装置が簡略化されると
ともに蓄熱材と水素吸蔵性金属との熱交換性が高められ
る長所をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図および第６図は本発明の方法を実施するための装
置を例示した断面図、第２図は水素放出特性を表わした
グラフである。 （図面の主要符号） （６）：水素吸蔵性金属 （７）：タンク （８）、（８’）　：蓄熱材を封入した密閉容器代理人
　　　葛　野　信　−（ほか１名）≠キーｐ（２）） 手続補正書（自発） ５η８７ 昭和　　　　　月　　日 ／ １、事件の表示　　　　特願昭　５７−６６８０参号２
、発明の名称　　　　水素ガスの吸蔵・放出方法３、補
正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
５、補正の対象 （１）明細書の１特許請求の範囲」の欄（２）明細書の
「発明の詳細な説明」の欄６、補正の内容 （１）明細書の「特許請求の範囲」を別紙「補正された
特許請求の範囲」のとおり補正する。 （２）同２頁４行の「反応熱を水素放出時の熱源として
」を「発熱と水素放出時の吸熱を相互」と補正する。 （８）同４頁３〜４行の「吸蔵時の・・・・・・・・・
・・・熱源として」を「吸蔵時の発熱を蓄熱させ、これ
を水素放出時の温熱源として用い、水素放出時の吸熱を
蓄熱させ、これを水素吸蔵時の冷熱源として」と補正す
る。 （４）同４頁８行、４頁１５行および４頁１５〜１６行
においてそれぞれ障却処理」とあるのをいずれも「冷却
もしくは加熱処理」と補正する。 （５）同４頁９行「水素放出・・・・・・・・・・・・
を要する」を削除する。 （６）同４頁１０〜１１行および４頁１３行においてそ
れぞれ「水素吸蔵時」とあるのをいずれも「水素吸蔵時
もしくは放出時」と補正する。 （７）同４頁１１〜１２行の「水素放出過程」を「もう
一方の過程」と補正する。 （８）同４頁１７行の「冷却手段」を「冷却もしくは加
熱手段」と補正する。 （９）同４頁１８行の「冷却効率」を［冷却もしくは加
熱効率」と補正する。 αＯ）同４頁１９〜２０行の「他方・・・・・・・・・
・・・要する」を削除する。 （１０同６頁８行の「固体−液体一気体間」を「固体−
液体間」と補正する。 （ロ）同７頁６行の１５段」を削除する。 （１３）同８頁１０行の「水素圧」を「平衡水素圧」と
補正する。 ０動量８頁１１行の「温度は５４°０を」を［温度は、
蓄熱材であるパラフィンワックスの蓄熱効果によ１ す５４°０を」と補正する。 に）同８頁４行の「８時間約１００°０の」を「８時間
、１００°Ｑの温水をジャケット内を循環させ、」と補
正する。 ０６）同８頁１２行の「ながった」を「なかった。これ
により、蓄熱材による冷却効果は明らかである」と補正
する。 ７、添付書類の目録 （１）補正された特許請求の範囲　　　　　１通補正さ
れた特許請求の範囲 ［（１）水素吸蔵性金属を内蔵する１または２以上のタ
ンクを用いて水素を間欠的ないし連続的に吸蔵・放出さ
せる方法において、該タンクに蓄熱部を付設して、水素
吸蔵時の発熱を蓄熱させ、これを水素放出時の温熱源と
して用い、水素放出時の吸熱を蓄熱させ、これを水素吸
蔵時の冷熱源として用いることを特徴とする水素ガスの
吸蔵・放出方法。 （２）タンク中に蓄熱材を包蔵する密閉容器と水素吸蔵
性金属を入れた特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （８）潜熱または反応熱を蓄熱原理とする壁熱材を用い
る特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （４）水素吸蔵性金属としてチタン・鉄系合金、チタン
・フバルト系合金、チタン・マンガン系合金、ランタン
・ニッケル系合金、ミツシュメタル昏ニッケル系合金、
マグネシウム系合金、ジルコニウム系合金またはニオブ
、バナジウムを単独もしく（ま混合して用いる特許請求
の範囲第（１）項記載の方法。」以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）水素吸蔵性金属を内蔵する１または２以上のタン
   クを用いて水素を間欠的ないし連続的に吸蔵・放出させ
   る方法において、 該タンクに蓄熱部を付設して水素吸蔵時の反応熱を蓄熱
   させ、これを水素放出時の熱源として用いることを特徴
   とする水素ガスの吸蔵・放出方法。 （２）タンク中に蓄熱材を包蔵する密閉容器と水素吸蔵
   性金属を入れた特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （８）潜熱または反応熱を蓄熱原理とする蓄熱材を用い
   る特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （４）水素吸蔵性金属としてチタン・鉄系合金、チタン
   ・コバルト系合金、チタン曇マンガン系合金、ランタン
   ・ニッケル系合金、ミツシュメタル・ニッケル系合金に
   マグネシウム系合金、ジルコニウム系合金またはニオブ
   、バナジウムを単独もしくは混合して用いる特許請求の
   範囲第（１）項記載の方法。