(57)【要約】【課題】 本発明は、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を取り出す、他の技術を提案する。【解決手段】水素貯留システムは、内部に酸素を導入するための酸素導入口と、第１の水素吸蔵合金と、第１の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放出する第１の水素放出口と、を備える第１の水素貯留容器と、第２の水素吸蔵合金と、第２の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放出する第２の水素放出口と、を備える第２の水素貯留容器と、第１の水素貯留容器において、酸素導入口から導入される酸素による、第１の水素吸蔵合金の酸化反応により発生する熱を、第２の水素貯留容器に伝達する熱伝達部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯留システムであって、
内部に酸素を導入するための酸素導入口と、第１の水素吸蔵合金と、前記第１の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放出する第１の水素放出口と、を備える第１の水素貯留容器と、
第２の水素吸蔵合金と、前記第２の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放出する第２の水素放出口と、を備える第２の水素貯留容器と、
前記第１の水素貯留容器において、前記酸素導入口から導入される酸素による、前記第１の水素吸蔵合金の酸化反応により発生する熱を、前記第２の水素貯留容器に伝達する熱伝達部と、
を備える、水素貯留システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素貯留システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素を貯留する水素貯留容器において、容器の内部に水素吸蔵合金を備えるものが用いられている（特許文献１〜３参照）。このように水素吸蔵合金を備える水素貯留容器において、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を、室温近傍で全て取り出すことは困難である。そこで、特許文献１では、水素貯留容器を加熱するための発熱体を備える水素貯留システムが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７６７４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６１８８９号公報
【特許文献３】特開２００５−０６３７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、発熱体を備えるようにすると、部品の追加になるため、システムが大きくなる、重量が重くなる、という問題がある。本発明は、従来技術の課題に鑑みて、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を取り出す、他の技術を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］  水素貯留システムであって、
内部に酸素を導入するための酸素導入口と、第１の水素吸蔵合金と、前記第１の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放出する第１の水素放出口と、を備える第１の水素貯留容器と、
第２の水素吸蔵合金と、前記第２の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を放出する第２の水素放出口と、を備える第２の水素貯留容器と、
前記第１の水素貯留容器において、前記酸素導入口から導入される酸素による、前記第１の水素吸蔵合金の酸化反応により発生する熱を、前記第２の水素貯留容器に伝達する熱伝達部と、
を備える、水素貯留システム。
【０００７】
この水素貯留システムにおいて、第１の水素貯留容器内に、酸素導入口を介して酸素を導入すると、第１の水素吸蔵合金が酸化されて、発熱する。この熱が、熱伝達部によって、第２の水素貯留容器に伝達されると、第２の水素貯留容器内の第２の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素が、第２の水素放出口から、容易に放出される。したがって、第２の水素貯留容器を加熱するための加熱部材を追加しなくても、第２の水素貯留容器内の水素吸蔵合金に吸蔵されている水素を取り出すことができる。
【０００８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、水素吸蔵合金を備える水素貯留容器から水素を放出する方法等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施例としての水素貯留システム１０００の構成を概念的に示す図である。水素貯留システム１０００は、第１の水素タンク１００と、第２の水素タンク２００と、第３の水素タンク３００と、第１の熱交換器４２０と、第２の熱交換器４４０と、第３の熱交換器４６０と、を備える。本実施例において、水素貯留システム１０００は、配管５００を介して燃料電池２０００と接続されている。第１の水素タンク１００、第２の水素タンク２００、第３の水素タンク３００それぞれから放出される水素は、配管５００を介して、燃料電池２０００に供給される。なお、水素の供給量は、リークバルブ６００によって制御される。リークバルブ６００は、人によって調節されてもよいし、コンピュータによって制御されてもよい。
【００１０】
第１の水素タンク１００は、水素タンク本体１０２と、水素吸蔵合金１０４と、配管１０６と、リークバルブ１０８と、配管１１０と、バルブ１１２と、を備える。水素タンク本体１０２は、内部に空間を有する略円筒状を成す、耐圧容器である。水素タンク本体１０２内には、粉末状の水素吸蔵合金１０４が収納されている。本実施例において、水素吸蔵合金１０４としては、チタン（Ｔi）、クロム（Ｃr）、バナジウム（Ｖ）からなるＢＣＣ（Ｂｏｄｙ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｃｕｂｉｃ  ｌａｔｔｉｃｅ）構造（体心立方格子構造）の合金が用いられている。その他、マグネシウム（Ｍg）、パラジウム（Ｐd）、ジルコニウム（Ｚr）、ランタン（Ｌa）、ニッケル（Ｎi）、鉄（Ｆe）等を種々の割合で混合した合金を用いることができる。
【００１１】
配管１０６は、第１の水素タンク１００内に空気を導入するための配管である。配管１０６上にリークバルブ１０８が設けられ、リークバルブ１０８によって、第１の水素タンク１００内に導入される空気の量が制御される。配管１１０は、水素タンク本体１０２内の水素吸蔵合金１０４に吸蔵されている水素を、放出するための配管である。配管１１０上には、バルブ１１２が設けられ、バルブ１１２を開弁すると、水素吸蔵合金１０４に吸蔵されている水素が放出される。バルブ１１２を開弁したまま放置すると、水素吸蔵合金１０４に吸蔵されている水素の７５％が放出される。
【００１２】
第２の水素タンク２００、第３の水素タンク３００も、第１の水素タンク１００と同一の構成を成すため、各構成の説明を省略する。
【００１３】
図２は、第１の熱交換器４２０の構成を概略的に示す概略断面図である。図２では、水素タンク本体１０２の長手方向に平行に切断した切断面を示している。図２では、配管１０６、リークバルブ１０８、配管１１０、バルブ１１２の図示を省略している。第１の熱交換器４２０は、冷媒導入部４２２と、管路４２４と、冷媒排出部４２６と、を備える。冷媒は、冷媒導入部４２２を介して水素タンク本体１０２内に導入され、管路４２４を通って粉末状の水素吸蔵合金１０４内を蛇行しながら通過し、冷媒排出部４２６を介して排出される。
【００１４】
第２の熱交換器４４０(図１)、第３の熱交換器４６０(図１)も、第１の熱交換器４２０と同様の構成を成すため、その詳細な説明は省略する。図１に示すように、第１の熱交換器４２０の冷媒排出部４２６は、切替バルブ４５２を介して、第１の冷媒導入部４４２と、第２の冷媒導入部４５４と接続されている。切替バルブ４５２を、第１の熱交換器４２０の冷媒排出部４２６と第２の熱交換器４４０の第１の冷媒導入部４４２とが接続されるようにすると、第１の熱交換器４２０から排出される冷媒が第１の冷媒導入部４４２を介して第２の水素タンク２００内に導入される。後述するように、水素吸蔵合金１０４が酸化により発熱すると、その熱が、冷媒を介して第２の水素タンク２００に伝達される。
【００１５】
また、第２の熱交換器４４０の冷媒排出部４４６は、切替バルブ４５６を介して循環管４５８と、第３の熱交換器４６０の冷媒導入部４６２と接続されている。切替バルブ４５６を、第２の熱交換器４４０の冷媒排出部４４６と循環管４５８とが接続されるようにすると、第２の熱交換器４４０から排出される冷媒が循環管４５８を通って第１の熱交換器４２０の冷媒導入部４２２に戻されて、冷媒導入部４２２を介して第１の水素タンク１００内に導入される。このようにして、冷媒は、第１の水素タンク１００内と第２の水素タンク２００内を通って循環する。
【００１６】
一方、切替バルブ４５６を、第２の熱交換器４４０の冷媒排出部４４６と冷媒導入部４６２とが接続されるようにすると、第２の熱交換器４４０から排出される冷媒が冷媒導入部４６２を介して第３の水素タンク３００内に導入される。また、第３の熱交換器４６０の冷媒排出部４６６は、循環管（図示しない）を介して第２の冷媒導入部４５４に接続されている。切替バルブ４５２を、第２の冷媒導入部４５４と第１の冷媒導入部４４２とが接続されるようにすると、第３の熱交換器４６０から排出される冷媒が循環管(図示しない)を通って第２の熱交換器４４０の第２の冷媒導入部４５４に戻されて、第１の冷媒導入部４４２を介して第２の水素タンク２００内に導入される。このようにして、冷媒は、第２の水素タンク２００内と第３の水素タンク３００内を通って循環する。
【００１７】
図３は、本実施例における水素吸蔵合金１０４の水素放出特性を示す図である。図３は、大気圧（０．１ＭＰａ）下の水素吸蔵合金における、温度と水素の放出との関係と示している。本実施例における水素吸蔵合金１０４は、水素の放出反応が２段階で行なわれる。第１段階目の反応を（式１）、第２段階目の反応を（式２）に示す。
【００１８】
４／３ＭＨ2→４／３ＭＨ0.5＋Ｈ2  ΔＨ＝３０〜４０ＫＪ／ｍｏｌＨ2・・・（式１）
４ＭＨ０．５→４Ｍ＋Ｈ２  ΔＨ＝７０〜１００ＫＪ／ｍｏｌＨ2・・・（式２）
Ｍ：水素吸蔵合金１０４
ΔＨ：反応エンタルピー
【００１９】
（式１）、（式２）に示すように、第１段階目の反応と、第２段階目の反応とでは、反応エンタルピーが異なる。大気圧下において、室温（約２０〜３０度）近傍では、第１段階目の反応は起こるが、第２段階目の反応は起こらない。第２段階目の反応には高温（２００度程度）が必要となるからである。したがって、水素貯留システム１０００が大気圧、室温近傍のもとに配置される場合、図１に示すバルブ１１２を開弁するだけでは、上記した第２段階目の反応は起きない。図３に示すように、室温近傍では、例えば、水素吸蔵合金１０４に吸蔵されている水素の約７５％しか放出されず、約２５％が残留する。第２の水素タンク２００が備える水素吸蔵合金２０４、第３の水素タンク３００が備える水素吸蔵合金３０４についても同様である。
【００２０】
次に、本実施例における水素貯留システム１０００の使用方法を、図１に基づいて説明する。水素貯留システム１０００を使用する場合には、以下の１〜７の工程に従って、水素を取り出す（放出させる。）なお、第１の水素タンク１００、第２の水素タンク２００、第３の水素タンク３００には、予め、水素を充填して、水素吸蔵合金１０４、２０４、３０４に１００％水素を吸蔵させておく。
【００２１】
１．バルブ１１２を開弁して、第１の水素タンク１００内の水素を放出する。
２．第１の水素タンク１００内の水素が約７５％放出されたら、バルブ２１２を開弁して、第２の水素タンク２００内の水素を放出する。
３．第２の水素タンク２００内の水素が約７５％放出されたら、バルブ３１２を開弁して、第３の水素タンク３００内の水素を放出する。
４．第１の熱交換器４２０と第２の熱交換器４４０とを作動させる。
５．第１の水素タンク１００のリークバルブ１０８を調節して、第１の水素タンク１００内に大気（酸素）を導入する。
６．第２の水素タンク２００内の残留水素が放出されて、残留水素が約０％になったら、第１の熱交換器４２０を停止させて、第３の熱交換器４６０を作動させる。
７．第２の水素タンク２００のリークバルブ２０８を調節して、第２の水素タンク２００内に大気（酸素）を導入する。
【００２２】
上記した工程１において、バルブ１１２を開弁して、所定の時間が経過すると、第１の水素タンク１００から水素は放出されなくなり、上記したように、第１の水素タンク１００内には約２５％の水素が残留する。第２の水素タンク２００についても、第１の水素タンク１００と同様に、上記した工程２において、バルブ２１２を開弁して、所定の時間が経過すると、水素は放出されなくなり、第２の水素タンク２００内には約２５％の水素が残留する。また、第３の水素タンクについても同様に、工程３において、バルブ３１２を開弁して所定の時間が経過すると、第３の水素タンク３００内には約２５％の水素が残留している。したがって、工程１〜３が終了すると、第１の水素タンク１００、第２の水素タンク２００、第３の水素タンク３００内には、それぞれ、水素が約２５％残留している。
【００２３】
上記した工程４において、具体的には、切替バルブ４５２を、第１の水素タンク１００の冷媒排出部４２６と第２の水素タンク２００の第１の冷媒導入部４４２とが接続されるようにする。また、切替バルブ４５６を、第２の水素タンク２００の冷媒排出部４４６と循環管４５８とが接続されるようにする。そして、循環ポンプ（図示しない）を駆動すると、冷媒が第１の水素タンク１００内と第２の水素タンク２００内とを通って循環する。
【００２４】
上記した工程５において第１の水素タンク１００内に酸素を導入するとき、バルブ１１２は閉弁されている。粉末状の水素吸蔵合金１０４は、導入された酸素によって酸化される。水素吸蔵合金１０４の酸化反応は発熱反応であるため、第１の水素タンク１００内が加熱される。第１の熱交換器４２０と水素吸蔵合金１０４との間で熱交換が行なわれ、水素吸蔵合金１０４の酸化反応によって生じた熱によって、管路４２４を通過する冷媒が温められる。そして、温められた冷媒が第１の冷媒導入部４４２を介して第２の水素タンク２００内に導入される。
【００２５】
そして、第２の熱交換器４４０と第２の水素タンク２００内の水素吸蔵合金２０４との間で熱交換が行なわれ、水素吸蔵合金２０４が加熱される。このように、第１の水素タンク１００内に大気（酸素）導入しつつ、第１の熱交換器４２０と第２の熱交換器４４０とを作動させて、冷媒を循環させることによって、第２の水素タンク２００内の水素吸蔵合金２０４の温度が上昇して、上記した（式２）の反応が促進される。その結果、配管２１０を介して、第２の水素タンク２００内に残留していた水素（以下、残留水素ともいう。）が放出される。
【００２６】
上記した工程６において、具体的には、切替バルブ４５６を第２の水素タンク２００の冷媒排出部４４６と第３の水素タンク３００の冷媒導入部４６２とが接続されるように切替える。また、切替バルブ４５２を第２の水素タンク２００の第１の冷媒導入部４４２と第２の冷媒導入部４５４とが接続されるように切替える。そして、循環ポンプ（図示しない）を駆動すると、冷媒が第２の水素タンク２００内と第３の水素タンク３００内とを通って循環する。
【００２７】
上記した工程７において、第２の水素タンク２００内に酸素を導入するとき、バルブ２１２は閉弁されている。このようにすると、工程５において、第２の水素タンク２００内の残留水素が放出されたのと同様に、第３の水素タンク３００内の残留水素が放出される。
【００２８】
なお、上記した各工程において、リークバルブ１０８、２０８の調節や、バルブ１１２、２１２、３１２の開閉や、切替バルブ４５２、切替バルブ４５６の切替や、第１の熱交換器４２０、４４０、４６０の動作は、人によって制御されてもよいし、コンピュータによって制御されてもよい。
【００２９】
以上説明したように、本実施例における水素貯留システム１０００によれば、第１の水素貯留容器としての第１の水素タンク１００と、第２の水素貯留容器としての２００と、熱伝達部としての第１の熱交換器４２０および第２の熱交換器４４０を備える。そして、第１の水素タンク１００が、酸素導入口としての配管１０６およびリークバルブ１０８を備える。そのため、第１の水素タンク１００内に酸素を導入することによって、水素吸蔵合金１０４を酸化させ、第１の熱交換器４２０および第２の熱交換器４４０によって、その酸化熱を第２の水素タンク２００に伝達することができる。
【００３０】
その結果、第２の水素タンク２００内の水素吸蔵合金が加熱され、大気圧、室温下において、バルブ２１２を開弁するだけでは取り出すことができない残留水素を、取り出すことができる。同様に、第２の水素タンク２００内の水素吸蔵合金２０４の酸化熱を利用して、第３の水素タンク３００内の残留水素を取り出すことができる。本実施例における水素貯留システム１０００では、第２の水素タンク２００、第３の水素タンク３００を加熱するために、別個の加熱部材を追加しなくても、第２の水素タンク２００内、第３の水素タンク３００内の残留水素を取り出すことができるため、水素貯留システム１０００の体格（大きさ）や重量の増加が抑制することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記した実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記した実施例において、水素タンクを３個備える水素貯留システム１０００を例示したが、水素タンクの数は、上記した実施例に限定されず、２個でもよいし、４個以上でもよい。
【００３２】
また、上記した実施例において、第１の水素タンク１００、第２の水素タンク２００、第３の水素タンク３００全てにおいて、室温・大気圧下において、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素の約７５％を放出できる水素吸蔵合金を用いているが、全て同様の水素吸蔵合金でなくてもよい。例えば、第１の水素タンク１００において室温・大気圧下において、水素吸蔵合金に吸蔵されている水素の約１００％を放出できる水素吸蔵合金を用いてもよい。このようにすれば、第１の水素タンク１００内の水素吸蔵合金を酸化させる際に、燃焼される残留水素を低減することができる。
【００３３】
また、上記した実施例において、第１の水素タンク１００から順に水素を放出させ、また、第１の水素タンク１００、第２の水素タンク２００の順に、水素吸蔵合金を酸化させたが、これらの順序に限定されない。例えば、第１の水素タンク１００内の水素吸蔵合金１０４を酸化させると共に、第１の熱交換器４２０、第２の熱交換器４４０、第３の熱交換器４６０を作動させて、水素吸蔵合金１０４の酸化熱によって、第２の水素タンク２００と第３の水素タンク３００内の水素を放出させてもよい。
【００３４】
また、第１の水素タンク１００内の水素吸蔵合金１０４と、第２の水素タンク２００内の水素吸蔵合金２０４とを酸化させて、これらの酸化熱を利用して、第３の水素タンク３００内の水素を取り出す構成にしてもよい。例えば、熱量が足りない場合には、このようにするのが好ましい。
【００３５】
また、本実施例において、第１〜３の熱交換器４２０、４４０、４６０は、それぞれ、水素タンク本体１０２、１０４、１０６内を蛇行する管路４２４等を備えるものを例示したが、管路が水素タンク本体１０２等の外側に配置される構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例としての水素貯留システム１０００の構成を概念的に示す図である。
【図２】第１の熱交換器４２０の構成を概略的に示す概略断面図である。
【図３】本実施例における水素吸蔵合金１０４の水素放出特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００…第１の水素タンク
１０２…水素タンク本体
１０４…水素吸蔵合金
１０６…配管
１０８…リークバルブ
１１０…配管
１１２…バルブ
２００…第２の水素タンク
２０４…水素吸蔵合金
２０８…リークバルブ
２１０…配管
２１２…バルブ
３００…第３の水素タンク
３０４…水素吸蔵合金
３１２…バルブ
４２０…第１の熱交換器
４２２…冷媒導入部
４２４…管路
４２６…冷媒排出部
４４０…第２の熱交換器
４４２…第１の冷媒導入部
４４６…冷媒排出部
４５２…切替バルブ
４５４…第２の冷媒導入部
４５６…切替バルブ
４５８…循環管
４６０…第３の熱交換器
４６２…冷媒導入部
４６６…冷媒排出部
５００…配管
６００…リークバルブ
１０００…水素貯留システム
２０００…燃料電池
【図１】
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【図２】
2010144805.tif 000004
【図３】
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