JPS6140801A - 水素貯蔵及び放出装置 - Google Patents

水素貯蔵及び放出装置

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JPS6140801A
JPS6140801A JP59161544A JP16154484A JPS6140801A JP S6140801 A JPS6140801 A JP S6140801A JP 59161544 A JP59161544 A JP 59161544A JP 16154484 A JP16154484 A JP 16154484A JP S6140801 A JPS6140801 A JP S6140801A
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hydrogen
hydrogen storage
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Kiyoshi Inoue
潔 井上
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Inoue Japax Research Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

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、水素の貯蔵、輸送手段として利用されている
金属水素化物等から成る水素吸蔵金属を用いて作製され
る新規な水素吸蔵体並びにその製造及び使用方法に関す
る。
(従来の技術〕 水素は、燃焼しても有害物質を発生しなむ)ため環境汚
染の虞れが皆無であり、また使用できる分野が広い等の
理由によって、新たな二次エネルギ源として近年大いに
注目されている。
然しなから、水素ガスは1rrrの重さが約90gとい
う最も軽い気体であるため、量的に嵩張り、貯蔵や輸送
の効率が想いという欠点がある。極低温に冷却、液化し
て貯蔵、輸送することも可能ではあるが、液化のために
大量のエネルギが必要とされる詐りでなく保冷設備も必
要とされることから経済性が悪ぐ、特殊な用途に使用す
る場合を除いて液化水素を一般的に用いることは困難で
ある。
上記の如き問題点を解消するものとして、近年、水素を
チタン、マグネシウムその他の金属若しくは合金から成
る水素吸蔵金属と化合させ、金属水素化物とすることに
よって水素を効率良く貯蔵する技術が開発されている。
この反応は下記の式で示される可逆反応である。
M + H2−MH2+ Q (ここでMは水素吸着性の金属、Qは熱である。)上記
反応の平衡は温度と水素ガスの圧力によって定まり、成
る一定温度で金属に水素を反応させるとすると、水素ガ
スを連続的に供給していっても水素は金属と反応して金
属水素化物となり、反応室の圧力は特定の範囲内では殆
ど変化しない。
上記圧力は温度が高くなる程高くなり、その特性は金属
によって固有の曲線を描く。従って、圧力或いは温度を
変えることによって金属内の水素含有量を変化させるこ
とが可能であり、圧力を平衡圧以上にすれば水素は貯蔵
され、また逆に金属から水素を放出させるには若干加熱
すれば良い。
上記の如き水素吸蔵金属による水素の貯蔵は、上記反応
の可逆性が良いこと、水素の貯蔵密度が大きいこと、高
圧容器や保冷容器のような特殊な容器を必要としないこ
と、長期間安全に貯蔵できること、規模の大小を問わな
いこと等々の多くの利点を有してい乞。また、上記の式
から明らかな通り、水素吸蔵金属は、水素との反応時に
は発熱し、水素放出時には吸熱するので、蓄熱媒体とし
ても利用できる。
而して、現在実用に供されている水素吸蔵金属としては
、ランタン・ニッケル合金、鉄・チタン合金、マグネシ
ウム・ニッケル合金等があり、これらを水素と反応させ
て金属水素化物としたときに当該金属水素化物中に含ま
れる水素の密度は、気体水素の約1000倍、即ち液体
水素と同等若しくはそれ以上であることが知られている
。ミソシュメタル(セリウム、ランタン等のセリウム族
希土類の混合物)とニッケル、マンガン、コバルトなど
との合金も水素吸蔵金属として利用できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
而して、上記の如き金属水素化物から成る水素吸蔵金属
は、通常微細な粉末状の形態を有しており、そのため取
扱いが面倒である詐りでなく、これを使用する装置にも
特別の機構を必要とするなど様々な制約があった。
本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、取扱いが容易で、簡便
に使用できる水素吸蔵体を提供すると同時に、その製造
方法及び使用方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
而して、本発明に係る水素吸蔵体の構成の要旨とすると
ころは、骨材の表面に水素吸蔵金属粉末を焼結したこと
にある。
上記骨材としては、金網、孔明き板等の表面積の大きな
ものが選ばれ、またその材質としては、焼結に耐え得る
Ni鋼等の耐熱性の金属若しくはこれらを含む合金が推
奨される。
上記の如き水素吸蔵体は、上記骨材の周囲を水素吸蔵金
属粉末で覆い、両者を熱間ブレス若しくは放電焼結する
ことにより製造できる。
また、上記の如き水素吸蔵体から水素を放出させる方法
としては、従来公知の各種手段のほか、上記水素吸蔵体
を減圧タンク内に収容し、上記減圧タンク内で上記吸蔵
体さらには骨材を電極としてグロー放電を発生させるこ
とにより水素を放出させることが可能である。
〔作 用〕
上記の如き構成の水素吸蔵体であると、その持ち運びが
容易である詐りでなく、これを使用する各種装置への取
付け、交換等も容易となり、使用時に於ける熱交換も均
−且つ効率良くなされる等多くの利点が得られるもの、
である。
〔実施例〕
以下、図面を参照しつ\、本発明に係る水素吸蔵体並び
にその製造及び使用方法の具体的な実施例について説明
する。
第1図は本発明に係る水素吸蔵体の一実施例を示す正面
図、第2図は第1図中n−n線に沿った断面図、第3図
は本発明に係る水素吸蔵体の骨材の他の一例を示す正面
図、第4図は本発明に係る水素吸蔵体の製造方法の一実
施例を示す説明図、第5図及び第6図は本発明に係る水
素吸蔵体の使用方法の概要をそれぞれ異なった実施例に
よって示す説明図である。
而して、第1図及び第2図中に示した本発明に係る水素
吸蔵体1は、金網2の表面に水素吸蔵金属粉末3を焼結
して成る水素吸蔵体本体を、フレーム4に取り付けたも
のである。フレーム4には、第2図に示す如く2枚の水
素吸蔵体本体が取り付けられ、ユニット構造としである
金網2の材質は、前記の如<Nim等の耐熱性の金属若
しくはこれらを含む合金である。また、焼結さるべき水
素吸蔵金属粉末3としては、LaNa3 。
Mg2 Ni、 FeTi、 LaNi5 、 MoA
1等々の水素吸蔵金属又はその水素化物、Mg、 Ti
、 Zr、  La、 Ce、 Nb等々の水素吸蔵金
属単体又はその水素化物或いはそれらの複合物等の水素
吸蔵金属が用いられる。
図示したような構成の水素吸蔵体であると、従来の粉末
状の水素吸蔵金属自体に比べて持ち運びその他の取扱い
が便利であるだけでなく、これを利用する装置への取付
け、交換も容易であり、しかも後述する如く、水素の貯
蔵、放出等の制御を正確に行ない得るという利点も得ら
れるものである。
なお、水素吸蔵金属を焼結すべき骨材としては、上記の
如き金網に限らず、例えば第3図に示すような多数の孔
5a、5aを明けた孔明き板5を使用するようにしても
良い。
次に、第4図を参照しつ−、上記の如き本発明に係る水
素吸蔵体を通電焼結法により製造する方法について説明
する。
同図中、6は耐熱性の電気絶縁性高抵抗材料(例えばA
l103 、St3 N 4−、 B N等)で作製さ
れた型、7,7は型6の両端より挿入した耐熱耐圧性金
属合金または耐圧処理加工された炭素材等の導電性電極
パンチ、8は電極パンチ7.7間に焼結用電圧を印加す
る電源装置、9は高周波加熱のための誘導コイル、10
は本発明水素吸蔵体の骨材となる金網、11は水素吸蔵
金属粉末である。
本発明に係る水素吸蔵体を製造するに当っては、型6内
に上記金網10及び水素吸蔵金属粉末11を充填し、電
極パンチ7.7で軽加圧しつ一1誘導コイル9に高周波
電流を通じて型6並びにその内部の金網10及び水素吸
蔵金属粉末11等を所定時間予備加熱する。然るのち電
極パンチ7.7間の圧力を上げると共に両電極間に電源
装置8から高電圧を印加して通電焼結を行なう。然ると
きは、金網10の表面に水素吸蔵金属粉末11が付着、
焼結せしめられ、第1図に示したような本発明水素吸蔵
体が得られるものである。この場合、加圧力及び電圧を
余りに高く設定すると、水素吸蔵金属粉末11は、単に
吸蔵水素を一旦放出して焼結されるだけでなく粉末11
が完全に癒着、一体化して表面積が減少し、水素の吸着
及び放出性能を低下させるので、通電焼結中の圧力は1
0〜50 kg / ci程度、電圧は0.3〜1.O
kV程度とすることが推奨される。
なお、水素吸蔵金属粉末の種類や量に応じて、誘導コイ
ルによる予備加熱を行なう必要がない場合もあり、また
、通電焼結法によらず単なる熱間プレスによって本発明
水素吸蔵体を製造することも可能である。
次に、本発明に係る水素吸蔵体の使用方法の一例を第5
図を参照しつ\説明する。
第5図中、12はその内部に例えば第1図に示したよう
な本発明に係る水素吸蔵体ユニ7 ) 13.13を多
数収納した水素貯蔵タンク、14.14は上記水素吸蔵
体13.13間に配設された熱交換パイプ、15゜15
は水素製造装置、16は水素消費装置、17は熱消費装
置、18は熱交換器、19は熱水発生装置、20,21
゜22.23はポンプ、24,25,26.27は電磁
バルブである。
水素製造装置15によって製造された水素を貯蔵タンク
12に貯蔵すべきときは、バルブ24を開いてポンプ2
0により当該水素をタンク12内へ送り込む。
然るときは、水素はタンク内の水素吸蔵体13.13に
吸着、貯蔵される。当該吸着反応は前記の通り発熱反応
であるため、この熱を利用する場合には、バルブ26を
開き、熱交換器18内の熱交換媒体としての水をポンプ
22を用いて熱交換パイプ14.14中を循環させ、水
素吸蔵体13.13から発生する熱を吸収せしめ、これ
を熱交換器18を介して熱消費装置17に伝達して利用
するものである。このとき、バルブに及び27は閉じて
お(。
一方、貯蔵クンク12から水素を回収して使用すべきと
きには、バルブ27を開いてポンプ詔により熱水発生装
置19内の熱水を水素貯蔵タンク12内の熱交換パイプ
14.14中に送り込んで循環させると共に、バルブ5
を開き、ポンプ21を作動させてタンク12内を減圧す
る。然るときは、水素吸蔵体13゜13に吸着されてい
た水素は加熱と減圧により放出され、バルブ怒及びポン
プ21を介して水素消費装置16に導かれて利用される
。このとき、バルブ別及びあは閉じておく。
上記の如き構成であれば、タンク12内の水素吸蔵体1
3.13と熱交換パイプ14.14間の熱交換は、粉末
状の水素吸蔵金属の場合に比べて均一に行なれ、また通
気性が良好であるため水素の貯蔵、放出も均−且つ円滑
に行なわれ得るものである。
第6図には、本発明に係る水素吸蔵体から水素を放出さ
せるためにグロー放電を利用する例が示されている。
第6図中、第5図と同一の符号を付したものは同−又は
同等の作用効果を有する構成要素を示しており、また2
8.28はグロー放電発生用の陽極、29.29は陰極
、30はグロー放電発生用直流又はパルス電源である。
而して、水素製造装置15で得られた水素を貯蔵する際
は、第5図に示した実施例の場合と同様にバルブ24を
開いてポンプ20により水素製造装置15で得られた水
素をタンク12内へ送り込み、タンク内の水素吸蔵体1
3.13に吸着せしめる。
一方、水素吸蔵体13.13から水素を回収して使用す
べきときには、バルブ25を開いてポンプ21を作動さ
せることによりタンク12内の圧力を10−3〜10 
torr程度に減圧した上で、直流又はパルス電源回路
30を作動させて陽極28.28と陰極29.29間に
グロー放電を発生させる。然るときは、水素吸蔵体13
.13に吸着されていた水素はグロー放電による加熱と
励起作用により水素吸蔵体から放出される。
上記の如く、グロー放電を利用して水素の放出を行なわ
せる利点は、グロー放電のための直流電源の放電電圧及
び電流値、パルス電源の電圧パルスの周波数、パルス幅
、パルス間隔、波高値等のパルス特性を変化させること
により、水素の放出量を正確且つ容易に制御できること
である。従来の如く、粉末状の水i吸蔵金属を使用した
のでは、当該粉末中にグロー放電を形成することは困難
であり、本発明に係る水素吸蔵体の如き構成のものによ
って初めて可能となったものである。
なお、第6図に示した実施例とは異なり、本発明水素吸
蔵体中の骨材としての金網等自体を一方の電極、特に陰
極として利用し、これをグロー放重用の直流又はパルス
電源に接続してグロー放電を発生させることによりその
表面の金属水素化物焼結体から水素を放出させるように
構成することも推奨される。
〔発明の効果〕
本発明は鉄工の如く構成されるから、本発明によるとき
は、持ち運びが容易である詐りでなく、これを使用する
各種装置への取付け、交換等も容易で、使用時に於ける
熱交換も均−且つ効率良くなされ、水素の放出制御も正
確に行なわれ得る等々、極めて多くの利点を有する水素
吸蔵体が提供されるものである。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでなく
、本発明の目的の範囲内に於て上記の説明から当業者が
容易に想到し得る変更実施例のすべてを包摂するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第F図は本発明に係る水素吸蔵体の一実施例を示す正面
図、第2図は第1図中n−n線に沿った断面図、第3図
は本発明に係る水素吸蔵体の骨材の他の一例を示す正面
図、第4図は本発明に係る水素吸蔵体の製造方法の一実
施例を示す説明図、第5図及び第6図は本発明に係る水
素吸蔵体の使用方法の概要をそれぞれ異なった実施例に
よって示す説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)骨材の表面に水素吸蔵金属粉末を焼結して成る水素
    吸蔵体。 2)上記骨材が金網である特許請求の範囲第1項記載の
    水素吸蔵体。 3)上記骨材が孔明き板である特許請求の範囲第1項記
    載の水素吸蔵体。 4)上記骨材の材質が耐熱性の金属若しくはその合金で
    ある特許請求の範囲第1項ないし第3項のうちいずれか
    一に記載の水素吸蔵体。 5)上記骨材の材質がNi若しくはこれを含む合金であ
    る特許請求の範囲第4項記載の水素吸蔵体。 6)骨材の周囲を水素吸蔵金属粉末で覆い、両者を熱間
    プレス若しくは通電焼結することにより、上記骨材の表
    面に上記水素吸蔵金属を焼結せしめることを特徴とする
    水素吸蔵体の製造方法。 7)骨材の表面に水素吸蔵金属粉末を焼結して成る水素
    吸蔵体を、減圧タンク内に収容し、上記減圧タンク内で
    グロー放電を発生させることにより上記水素吸蔵体に吸
    着された水素を放出させることを特徴とする上記水素吸
    蔵体の使用方法。 8)上記骨材を一方の電極としてグロー放電を発生させ
    る特許請求の範囲第7項記載の使用方法。
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