JPS62241801A

JPS62241801A - 水素の吸蔵−放出方法および装置

Info

Publication number: JPS62241801A
Application number: JP61082758A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sawa; 澤　繁樹
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1987-10-22

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】

発明の目的Ｅ産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金による水素の吸蔵および放出を
容易にし、その利用効率を高めるための方法に関し、そ
の方法の実施に適する装置をも包含する。

【従来の技術】

水素吸蔵合金は、数に！Ｊ／ｃｕｔ〜数１０に３／ｃＩ
１１の比較的低い圧力で水素を吸蔵し、または放出する
ことができるため、水素の安全な輸送、貯蔵手段として
注目されている。　水素の吸蔵は発熱反応、放出は吸熱
反応であり、反応熱を利用するエネルギーの貯蔵、再利
用手段としても研究が不ねられでいる。　これまでに多
くの合金が開発され、その代表的なものは、Ｔｉ−１：
ｅ系、ｌ’−ｉ　−Ｍｇ系、１ｉ−Ｃｏ系、Ｍｇ−Ｎｉ
系、Ｃａ−Ｎｉ系およびこれらの改良形である。しかし、水素吸蔵合金の工業的な利用は、現在なお実現
していない。　その最大の理由は、これらの合金の水素
吸蔵作用が、本質的に金属水素化物の生成という化学反
応に基づくために、水素１ｇにつき３００〜５ＱＱｋｃ
ａ１に及ぶ多脂の反応熱と、２０％に達する体積膨張を
伴うからである。水素の吸蔵と放出の繰り返しにより、合金は次第に破砕
されて微粉末となる。　とくに水素吸蔵処理の場合には
、発熱と体積膨張により合金の一部が焼結状態となるこ
とがあり、これが水素の流通を妨げ、反応熱の伝達を阻
害する。　逆に、水素放出の際には、吸熱反応のため外
部加熱を要するが、微粉化し焼結状態となった合金への
熱伝達が悪く、これが水素放出の律速となる。　このた
め、合金粉末粒自体の水素放出反応速度はきわめて速い
にもかかわらず、容器に充填した合金仝休としては、水
素放出に長時間を要するという結果になる。従来の技術では、上記のような水素吸蔵合金の粒子（通
常１ｍ程度）を容器に充填し、水素を供給して加圧し、
真空下で加熱するといった操作を繰り返し、合金を活性
化した状態で使用する。水素の吸蔵と放出の繰り返しによって起る微粉化に伴う
障害に対しては、容器内に棚を設けて合金を分散配置し
たり、容器内に熱交換用媒体を通す管を設けるなどの方
法がとられている。　しかし、このような方法をとるの
では、水素吸蔵合金を水素の輸送手段として利用するこ
とは困難であり、また、熱エネルギーの貯蔵、再生手段
として用いる場合に、反応速度の低下はその利用効率を
著しく低めるものである。

【発明が解決しようとする問題点】

本発明の第一の目的は、上記の問題点を解決し、反応熱
の伝達を促進することによって、水素吸蔵の際に生じる
焼結現象を防止し、水素吸蔵合金の利用効率を高めるこ
とができる、水素の吸蔵−放出方法および装置を提供す
ることにある。本発明の第二の目的は、利用効率の向上にＪ一つて、水
素の輸送手段または貯蔵−再生手段として実用化が容易
な、水素の吸蔵−放出方法および装置を提供することに
ある。１肌り璽虞［問題点を解決するための手段１本発明の水素の吸蔵−放出方法は、水素吸蔵合金に水素
を吸蔵させ、または放出させる方法であって、粉末状の
水素吸蔵合金を使用し、合金粉末の一部または全部を反
応容器内で水素ガスの流れにより流動化した状態で吸蔵
条件または放出条件の下におくことを特徴とする。上記の方法を実施するための本発明の水素の吸蔵−放出
装置は、水素カスの入口および出口を有する反応容器内
に、水素吸蔵合金の粉末を流動状態にする流動床形成手
段を設け、この流動床形成手段に水素ガスを供給するた
めの水素ガス供給手段、および流動状態にある水素吸蔵
合金の粉末を加熱し、または冷却するための熱交換手段
をそなえることにより本質的に構成される。（作　用］本発明の方法は、水素吸蔵合金の粉末を水素ガスで流動
状ｒｇとして実施するものであるから、水素の吸蔵、放
出のいずれの場合も良好な気−因接触状態が保たれ、反
応熱の伝達をよくすることができる。　両者の熱交換は
、水素の吸蔵の場合には送入する水素ガスを冷却するこ
とににす、放出の場合には水素ガスを加熱することによ
り、容易に行なえる。本発明の方法の最大の利点は、反応熱の伝達がよくなっ
て水素吸蔵合金の焼結現象が防止できることに加えて、
吸蔵と放出の繰り返しによる合金の微粉化が表面積の増
大をもたらし、気−因接触状態をさらに良好にし、反応
熱の伝達をより円滑にし、利用効率を高めることである
。本発明の装置は、水素吸蔵合金粉末を収容する反応容器
の内部、外壁または水素ガスの送入経路に熱交換手段を
設けるという簡素な構造で足りる。水素の吸蔵、放出のいずれの場合も、合金粉末の一部を
循環させることにより小型化が可能である。［実ＩＭ態様１図面を参照して本発明を説明すれば、第１図において、
１は水素吸蔵処理のためのステンレス製の反応容器であ
り、水素ガスの入口１１および出口１２を有する。　反
応容器１の外壁および内部には、熱交換器２Ａおよび２
Ｂが設けてあり、冷却水によって冷却する。水素ガスは器底部に設けた多孔質の目皿３の細孔を通じ
て反応容器１内に送入され、水素吸蔵合金粉末Ｓを流動
化する。　吸蔵されなかった水素ガスは、反応容器の上
部空間に設けたフィルター４で粉末と分離され、出口１
２を通じて排出されて、循環ポンプ５によりライン６を
経て循環される。ライン６には、必要に応じて他の熱交換器７、水素ガス
中に不純物として含有されることのあるＣ目４などを吸
着除去するための浄化装置８を設ける。　反応容器１の
上下には、それぞれ未９ａ理合金の貯槽９と処理済み合
金の貯槽１０が設けである。流動床形成用の目皿３は、フィルター４と同様に、多数
の細孔をもつ焼結金属製の仕切板またはパイプなどの、
常用のものを使用できる。上）本の第１図を引用しての説明は、水素の吸蔵の場合
であるが、熱交換器２Ａ、２Ｂなどによる冷却を加熱に
変更し、また圧力を低めることにより、同じ装置を用い
て水素の放出を行なうこともできる。第２図は、流動床を三段形成する水素の吸蔵−放出のた
めの装置である。　反応容器１は上下三段の目皿３Ａ、
３８．３Ｃによって三つの室１　Ａ。ＩＢ、１Ｃに区画されている。　各室は、合金粉末通路
１３と、水素通路を兼ねる目皿３により連通している。　反応容器１内には、各室１Ａ〜１Ｃに共通の二重管式
熱交換器２Ｃが、中央に軸方向に設けられている。水素吸蔵合金粉末Ｓは、貯槽９から定聞供給装置１５に
よって反応容器１に供給される。最下段の目皿３Ａを通して供給された水素ガスは、各室
での合金粉末Ｓを流動化しながら逐次上昇し、合金粉末
Ｓに吸蔵されなかった残りの水素は、フィルター４を経
て出口１２から水素貯槽１３に排出貯蔵される。　水素
貯槽１３Ａと出口１２との間には、粉末分離槽１４およ
び上記と同様の熱交換器７、水素の浄化装置８が設けて
必る。水素貯（ｅｆ１３Ａの水素は、循環ポンプ５および別の
水素貯槽１３Ｂを経て、再び反応容器１内に戻される。水素吸蔵により水素化された合金粉末Ｓは密度が低下す
るから、各室１Ａ〜１Ｃの上部付近で開口する通路１１
から逐次下段に移動し、水素吸蔵処理がほぼ完了した状
態で処理済み合金の下部貯槽１０に移行する。上記の水素吸蔵操作は、水素吸蔵合金の特性を示す圧カ
ー水索吸Ｒ最曲線において、いわゆるプラトー域で、従
って比較的圧力の低い領域で実施する。　そして、残余
の高圧圧縮を要する領域の操作は、吸蔵量および発熱量
とも比率が小さいから、流動床装置とは別に、貯槽その
他の容器で単に水素の圧力を高めることによって実施で
きる。このような分担は、反応容器の耐圧を不当に高くしない
ですむという点からも好ましい。第３図は、水素放出処理に適する装置である。反応容器１は横型の管状であり、下部に水素送入用の多
数の細孔を有する金属管１５、上部に水素排出用の多孔
質焼結金属管１６を備えるとともに、反応容器１の外側
および内部に、反応熱の大部分を供給するための熱交換
器１７Ａ、１７Ｂを有する。　反応容器１の内部は、下
方に導通部１８Ａを有する２枚の仕切板１８によって王
室ＩＤ、１Ｅ、１Ｆに区画されている。水素吸蔵合金粉末Ｓは、貯槽９から定量供給装置１２に
よって反応容器１の室１Ｄに連続的に供給され、熱交換
器１７Ａ、１７Ｂによる加熱によって水素を放出する。　水素の放出で密度が大になるに従って、合金粉末は逐
次、室ＩＥ、ＩＦに移動し、排出管１９から貯槽１０に
排出される。熱交換器１７Ａ、１７Ｂで不足する反応熱は、循環水素
の熱交換によって供給され、その熱源を与えるため熱交
換器１９を設ける。　２０は除塵器、２１は放出された
水素の扱き出し管である。第１図の装置は断続操作であるが、第２図おにび第３図
の装置では流動床を多段に形成したことにより、連続ま
たは断続操作のいずれも行なうことができる。　また、
第１図および第２図で、符号Ｖで示すように、水素の循
環経路の一部を真空ポンプ、加圧、加熱装置と接続する
ことにより、水素吸蔵合金の活性化処理も行なうことが
できる。

【試験例１］第１図に示す装置を製作し、反応容器１に粒径０．１ｍ
以下に粉砕したＬａ　Ｎｉ　５水素吸蔵合金１００ＫＦ
Ｉを入れ、水素送風差圧０．３に３／ｃＭ、送ｆｆ１２
．３ｍ３／ｍｉｎ　、水！ａ圧力８に！Ｊ／ｃｉ（Ｄ条
件Ｃ１水素吸蔵処理を行なった。その結果は、吸蔵所要時間５０分、吸蔵ｆｆ１１２Ｔｒ
Ｌ３で必った。上記と同様の吸蔵処理を、単に反応容器に１ａＮｉ５系
合金粉末を充填するだけで流動化させずに行なった左こ
ろ、焼結現象を起し、吸蔵処理は３時間を経過しても完
了しなかった。Ｉ試験例２］第２図に示す多段流動床装置を製作し、各段において３
０に３のＬａＮｉ５系合金粉末を使用し、試験例１と同
様な条件で吸蔵処理を行なった。その結果、毎分４Ｋｇの合金を処理することができ、処
理は平均２３分の短い時間で終了した。【試験例３】第３図に示すような水素放出処理装置を製作し、粒径０
．１７１１１１１以下に粉砕したＴｉ　−Ｍ０合金を毎
分１．６Ｋｙ投入し、水素送風差圧０．３ＫＦｊ／ｃｒ
ｉ、送風２．５ｍ３／ｍｉｎ　、水１ｆ５圧ｊＥ　２　
ＫＨ／　ａｔｒノ条件で水素放出処理を行なった。その結果、水素発生量は毎分２００．１！、各室におけ
る合金粉末の平均滞留時間は２５分であった。１皿五四ス本発明の水素の吸蔵−放出方法は、合金粉末が流動状態
で使用されるから、反応熱の伝達がよく、高い利用効率
が得られるとともに、その焼結現象を防止することがで
きる。　吸蔵と放出の繰返しによって起る合金の微粉化
は、かえって反応率を良好にする。また、本発明の処理装置は、流動状態におる合金粉末お
よび（または）水素の熱交換手段を設けるだけの簡素な
構造で足り、安価に製作および運転できる。このようにして、水素吸蔵合金を水素の安全な輸送、貯
蔵手段として実用することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の一例を、その主要部を断面で
示したフローチャー］へである。第２図および第３図は、それぞれ本発明の装置の仙の例
を示ザ、第１図と同様なフローチャートでおる。１・・・反応容器２Ａ、２Ｂ・・・熱交換器３・・・流動床５・・・循環ポンプ７・・・熱交換器８・・・）争化装首９．１０・・・貯　槽

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水素吸蔵合金に水素を吸蔵させ、または放出させ
る方法であって、粉末状の水素吸蔵合金を使用し、合金
粉末の一部または全部を反応容器内で水素ガスの流れに
より流動化した状態で吸蔵条件または放出条件の下にお
くことを特徴とする水素の吸蔵−放出方法。
（２）反応容器の内部および（または）外壁に熱交換器
を設け、さらに必要に応じて反応容器に送入する水素ガ
スの経路に熱交換器を設けて、水素ガスの熱交換を行な
いながら実施する特許請求の範囲第１項の方法。
（３）反応容器内に送入する水素ガスの一部または全部
を循環させて実施する特許請求の範囲第１項または第２
項の処理方法。
（４）反応容器に流動床を多段に形成するとともに、反
応容器への水素吸蔵合金の供給およびそこからの排出の
手段を設け、水素の吸蔵または放出を連続的または断続
的に行なう特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
かの方法。
（５）反応容器に真空吸引および（もしくは）加圧手段
、ならびに（または）加熱および（もしくは）冷却手段
を設け、水素吸蔵合金粉末の活性化処理を行なった上で
吸蔵−放出を行なう特許請求の範囲第１項ないし第４項
のいずれかの方法。
（６）水素ガスの経路に水素の浄化装置を設け、水素吸
蔵合金の汚染による活性低下を防止し、または回復させ
る工程を含む特許請求の範囲第１項ないし第５項のいず
れかの方法。
（７）水素ガスの入口および出口を有する反応容器内に
、水素吸蔵合金の粉末を流動状態にする流動床形成手段
を設け、この流動床形成手段に水素ガスを供給するため
の水素ガス供給手段、および流動状態にある水素吸蔵合
金の粉末を加熱し、または冷却するための熱交換手段を
そなえることにより本質的に構成される水素の吸蔵−放
出装置。