(57)【要約】【課題】本発明は、水素を短時間で吸蔵させられる水素貯蔵方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様に係る水素貯蔵方法は、容器内に収容した水素吸蔵合金によって水素を吸蔵させる水素貯蔵方法であって、水素の最大供給圧力をＰｍａｘ、無吸蔵状態から実用吸蔵量の水素を吸蔵させる場合の理想充填時間Ｔｓ、容器内の初期圧力上昇速度をＶｐとして、Ｘ＝Ｐｍａｘ／（Ｔｓ×Ｖｐ）で表される評価指数Ｘの値が０．１以上１．０以下となるよう上記容器内に供給する水素の流量を設定することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に収容した水素吸蔵合金によって水素を吸蔵させる水素貯蔵方法であって、
水素の最大供給圧力をＰｍａｘ、無吸蔵状態から実用吸蔵量の水素を吸蔵させる場合の理想充填時間Ｔｓ、容器内の初期圧力上昇速度をＶｐとして、
Ｘ＝Ｐｍａｘ／（Ｔｓ×Ｖｐ）で表される評価指数Ｘの値が０．１以上１．０以下となるよう上記容器内に供給する水素の流量を設定することを特徴とする水素貯蔵方法。
【請求項２】
上記理想充填時間が、上記水素吸蔵合金の有効水素吸蔵量の５０％を充填するための時間である請求項１に記載の水素貯蔵方法。
【請求項３】
上記理想充填時間が１０分である請求項１又は請求項２に記載の水素貯蔵方法。
【請求項４】
上記容器を冷却しながら水素を吸蔵させる請求項１、請求項２又は請求項３に記載の水素貯蔵方法。
【請求項５】
容器内に収容した水素吸蔵合金によって水素を吸蔵させる水素貯蔵方法であって、
水素供給開始から容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が１分以上１０分以下となるよう、上記容器内に供給する水素の流量を設定することを特徴とする水素貯蔵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の改善につながる燃料電池用の燃料として、水素への期待が高まっている。水素は、沸点が極めて低く、他の燃料ガスのように容易に液化して体積を小さくすることができないため、例えば水素吸蔵合金等に吸蔵させることで体積を小さくする方法が採用されている。
【０００３】
水素を自動車等の燃料とする場合、水素吸蔵合金に短時間で水素を吸蔵させられるようにすることが望まれる。水素吸蔵合金による水素の吸蔵反応は発熱反応である。また、水素吸蔵合金は、温度が低いほど水素を吸蔵しやすい特性（ＰＣＴ特性）を有する。このため、例えば特開２００１−２０８２９６号公報には、水素吸蔵合金を収容する容器に冷熱媒を挿通する流路を設け、容器内の水素吸蔵合金を冷却しながら水素を吸蔵させることで、水素吸蔵速度を向上する技術が提案されている。
【０００４】
しかしながら、冷熱媒によって水素吸蔵合金を冷却したとしても、水素吸蔵速度が大きい場合には、水素吸蔵合金の温度が上昇することにより容器内の圧力が上昇して水素吸蔵速度が低下してしまうため、必要な水素量を吸蔵させるまでに必要な時間を十分に短縮できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０８２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記不都合に鑑みて、本発明は、水素を短時間で吸蔵させられる水素貯蔵方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る水素貯蔵方法は、容器内に収容した水素吸蔵合金によって水素を吸蔵させる水素貯蔵方法であって、水素の最大供給圧力をＰｍａｘ、無吸蔵状態から実用吸蔵量の水素を吸蔵させる場合の理想充填時間Ｔｓ、容器内の初期圧力上昇速度をＶｐとして、Ｘ＝Ｐｍａｘ／（Ｔｓ×Ｖｐ）で表される評価指数Ｘの値が０．１以上１．０以下となるよう上記容器内に供給する水素の流量を設定することを特徴とする。
【０００８】
当該水素貯蔵方法は、評価指数Ｘ＝Ｐｍａｘ／（Ｔｓ×Ｖｐ）の値を上記範囲内とするよう水素の流量を設定することによって、容器内の圧力の上昇による水素吸蔵速度の低下を抑制することができる結果、実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間を短縮することができる。
【０００９】
当該水素貯蔵方法において、上記理想充填時間が、上記水素吸蔵合金の有効水素吸蔵量の５０％を充填するための時間であってもよい。このように、上記水素吸蔵合金の有効水素吸蔵量の５０％を基準とすることで、水素を短時間で吸蔵させられるより最適化な条件が得られる。
【００１０】
当該水素貯蔵方法において上記理想充填時間が１０分であってもよい。このように、上記理想充填時間が上記時間であることによって、車両用水素吸蔵装置に水素を供給するシステムを最適化することができる。
【００１１】
当該水素貯蔵方法において上記容器を冷却しながら水素を吸蔵させることが好ましい。このように、上記容器を冷却しながら水素を吸蔵させることによって、容器内の圧力の上昇をより確実に抑制することができる。
【００１２】
本発明の別の態様に係る水素貯蔵方法は、容器内に収容した水素吸蔵合金によって水素を吸蔵させる水素貯蔵方法であって、水素供給開始から容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が１分以上１０分以下となるよう、上記容器内に供給する水素の流量を設定することを特徴とする。
【００１３】
当該水素貯蔵方法は、水素供給開始から容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間を上記範囲内とすることによって、容器内圧力の上昇による水素吸蔵速度の低下を抑制することができる結果、実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間を短縮することができる。
【００１４】
なお、「初期圧力上昇速度」とは、容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの圧力上昇速度を意味するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の水素貯蔵方法は、水素を短時間で吸蔵させられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の水素貯蔵方法に用いられる水素貯蔵システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の試験における容器内の圧力の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１８】
［水素貯蔵システム］
図１に、本発明の一実施形態に係る水素貯蔵方法の実施に用いられる水素貯蔵システムの構成を示す。
【００１９】
図１の水素貯蔵システムは、水素吸蔵合金を収容した水素貯蔵容器１と、不図示の水素供給源から一定の圧力（最大供給圧力）で供給される水素の流量を設定して水素貯蔵容器１に導入する供給マスフローコントローラー２と、供給マスフローコントローラー２から水素貯蔵容器１に水素を導入する流路を遮断可能な供給遮断弁３と、供給マスフローコントローラー２から水素貯蔵容器１に水素を導入する流路内の圧力を検出する圧力計４とを備える。
【００２０】
また、この水素貯蔵システムは、水素貯蔵容器１から需要設備に水素を一定の流量で供給する排出マスフローコントローラー５と、水素貯蔵容器１から排出マスフローコントローラー５への水素の流出流路を遮断可能な排出遮断弁６とを有する。
【００２１】
水素貯蔵容器１は、熱媒体（冷熱媒又は温熱媒）を挿通する熱媒体流路を有し、熱媒体との熱交換によって収容する水素吸蔵合金を冷却又は加熱することができるよう構成されている。このため、水素貯蔵システムは、冷熱媒源７及び温熱媒源８と、水素貯蔵容器１に冷熱媒と温熱媒とのいずれを挿通するかを選択する入口切替弁９及び出口切替弁１０とを有する。
【００２２】
水素貯蔵容器１としては、熱媒体と水素吸蔵合金との熱交換を促進するために、熱媒体流路を画定する隔壁から水素吸蔵合金を収容する空間に突出するフィンを有することが好ましい。
【００２３】
水素貯蔵容器１に収容される水素吸蔵合金は、圧力又は温度を制御することによって水素を吸蔵及び放出できる合金である。このような水素吸蔵合金としては、公知のものを用いることができるが、例えば２元系合金、３元系合金、４元系合金、５元系合金等が挙げられる。
【００２４】
上記２元系合金としては、例えばＬａＮｉ５等のＬａＮｉ系合金、ＴｉＦｅ系合金、ＭｍＮｉ系合金、ＣａＮｉ系合金、ＴｉＭｎ系合金、ＴｉＺｒ系合金、ＺｒＭｎ系合金などを挙げることができる。
【００２５】
上記３元系合金としては、例えばＴｉ２５Ｃｒ５０Ｖ２５、Ｔｉ２５Ｃｒ２５Ｖ５０等のＴｉＣｒＶ系合金、Ｔｉ３６Ｃｒ３２Ｍｎ３２、Ｔｉ３０Ｃｒ３５Ｍｎ３５等のＴｉＣｒＭｎ系合金、Ｔｉ２０Ｃｒ４５Ｖ３５等のＴｉＣｒＶ系合金、ＴｉＶＭｏ系合金などを挙げることができる。
【００２６】
上記４元系合金としては、例えばＴｉ３０Ｃｒ４５Ｖ１０Ｍｏ１５、Ｔｉ２５Ｃｒ５０Ｖ２０Ｍｏ５等のＴｉＣｒＶＭｏ系合金、Ｔｉ２５Ｃｒ４４Ｖ２５Ｆｅ６等のＴｉＣｒＶＦｅ系合金、Ｔｉ２５Ｃｒ５０Ｖ２０Ｎｉ５等のＴｉＣｒＶＮｉ系合金などを挙げることができる。
【００２７】
上記５元系合金としては、例えばＴｉ１１Ｃｒ１２Ｖ７１Ｍｏ５Ｎｉ１等のＴｉＣｒＶＭｏＮｉ合金などを挙げることができる。
【００２８】
水素貯蔵容器１ひいては水素吸蔵合金を冷却する冷熱媒の温度としては、水素吸蔵合金の水素平衡圧（平衡解離圧）が例えば０．１ＭＰａとなる温度と近い温度とすることができる。一方、水素貯蔵容器１ひいては水素吸蔵合金を加熱する温熱媒の温度としては、水素吸蔵合金の水素平衡圧が例えば需要設備への供給圧力となる温度以上の温度とすることができる。
【００２９】
以上の水素貯蔵システムを用いて行うことができる本発明の一実施形態に係る水素貯蔵方法は、水素貯蔵容器１内に収容した水素吸蔵合金によって水素を吸蔵させる水素貯蔵方法であって、排出遮断弁６を閉じ、入口切替弁９及び出口切替弁１０によって水素貯蔵容器１に冷熱媒を挿通させる状態で、供給遮断弁３を開いて水素貯蔵容器１に水素を供給する。
【００３０】
当該水素貯蔵方法は、供給マスフローコントローラー２によって、水素の流量を設定する。具体的には、水素の最大供給圧力をＰｍａｘ［ＭＰａ］、無吸蔵状態から実用吸蔵量の水素を吸蔵させる場合の理想充填時間Ｔｓ［ｍｉｎ］、容器内の初期圧力上昇速度をＶｐ［ＭＰａ／ｍｉｎ］として、Ｘ＝Ｐｍａｘ／（Ｔｓ×Ｖｐ）で表される評価指数Ｘの値が一定の範囲内となるよう上記容器内に供給する水素の流量を設定する。この供給マスフローコントローラー２における水素の流量の設定値は、実験及び経験に基づいて定めることができる。
【００３１】
評価指数Ｘの下限としては、０．１が好ましく、０．２がより好ましい。一方、評価指数Ｘの上限としては、１．０が好ましく、０．６がより好ましい。評価指数Ｘが上記下限に満たない場合、水素貯蔵容器１内の圧力上昇を十分に抑制することができず、実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間を低減できないおそれがある。逆に、評価指数Ｘが上記上限を超える場合、水素貯蔵容器１内の圧力上昇は抑制できるが、水素の流量が不十分となって実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間が却って増大するおそれがある。
【００３２】
このように、当該水素貯蔵方法は、上記評価指数Ｘを上記範囲内とするよう水素の流量を設定することによって、水素貯蔵容器１内の圧力の上昇による水素吸蔵速度の低下を抑制することができる結果、実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間を短縮することができる。
【００３３】
なお、「実用吸蔵量」は、水素吸蔵合金に吸蔵させる水素の標準量であって、システムの用途等に応じて定められる。具体例として、水素貯蔵容器１が車両に搭載される水素燃料タンクである場合、実用吸蔵量は有効水素吸蔵量の５０％とすることが好ましい。このように、水素吸蔵合金の有効水素吸蔵量の５０％を基準とすることで、水素を短時間で吸蔵させられるより最適化な条件が得られる。
【００３４】
また、「理想充填時間」は、水素吸蔵合金に実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間として許容される時間であって、システムの用途等に応じて定められる。具体例として、水素貯蔵容器１が車両に搭載される水素燃料タンクである場合、１０分とすることが好ましい。このように、理想充填時間を１０分とすることによって、車両に燃料用水素を供給するシステムを最適化することができる。
【００３５】
当該水素貯蔵方法では、冷熱媒を挿通して水素貯蔵容器１を冷却しながら水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる。このように、水素貯蔵容器１ひいては水素吸蔵合金を冷却しながら水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによって、水素貯蔵容器内の圧力の上昇をより確実に抑制し、実用吸蔵量の水素を吸蔵させるために要する時間をより確実に短縮することができる。
【００３６】
また、当該水素貯蔵方法では、上記評価指数Ｘが上記範囲内となると共に、水素供給開始から水素貯蔵容器１内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が、水素貯蔵システムの需要設備に応じて定められる一定の範囲内となるよう、水素貯蔵容器１内に供給する水素の流量（供給マスフローメーター２の設定値）が設定されることが好ましい。
【００３７】
水素貯蔵容器１が車両に搭載される水素燃料タンクである場合、水素供給開始から水素貯蔵容器１内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間の下限としては、１分が好ましく、２分がより好ましい。一方、水素供給開始から水素貯蔵容器１内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間の上限としては、１０分が好ましく、６分がより好ましい。水素供給開始から水素貯蔵容器１内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が上記下限に満たない場合、水素吸蔵合金に水素を十分に吸蔵させる前に水素貯蔵容器１内の圧力が上昇して実用吸蔵量の水素を吸蔵させ終えるまでの時間が増大するおそれがある。逆に、水素供給開始から水素貯蔵容器１内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が上記上限を超える場合、水素吸蔵合金への水素の供給が過度に抑制されて実用吸蔵量の水素を吸蔵させ終えるまでの時間が増大するおそれがある。
【００３８】
図１の水素貯蔵システムでは、供給遮断弁３を閉じ、入口切替弁９及び出口切替弁１０によって水素貯蔵容器１に温熱媒を挿通させる状態として、排出遮断弁６を開くことによって、水素吸蔵合金から水素を解離させて、水素貯蔵容器１から排出マスフローコントローラー５を介して需要設備に水素を供給する。
【００３９】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００４０】
本発明に係る水素貯蔵方法は、評価指数Ｘが０．１以上１．０以下にならなくても、水素供給開始から容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が１分以上１０分以下となるよう、容器内に供給する水素の流量を設定するものであってもよい。逆に、本発明に係る水素貯蔵方法は、特に理想充填時間が長い場合、評価指数Ｘは０．１以上１．０以下となるが、水素供給開始から容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間が１０分超となるよう容器内に供給する水素の流量を設定するものであってもよい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００４２】
上記実施形態と同様の構成を有する水素貯蔵システムを用い、流量の設定を変えて無吸蔵状態から水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる試験１〜５を行った。
【００４３】
水素ボンベから調圧弁を介して供給マスフローコントローラーに水素を供給した。供給マスフローコントローラーに供給する水素の圧力（最大供給圧力Ｐｍａｘ）は、０．９５ＭＰａに設定した。
【００４４】
水素貯蔵容器としては、熱媒体流路を有する全長３００ｍｍ、内径４６ｍｍ、容器体積５００ｃｃのジャケット式円筒容器を横置きにして使用した。この水素貯蔵容器には、水素吸蔵合金として、水素平衡圧が−２０℃で０．１ＭＰａとなるＬａＮｉ５系水素吸蔵合金であるＭｍＮｉ４．５５Ｃｏ０．７Ｍｎ０．１５（粒径１．２ｍｍ以下）を１ｋｇ収容した。
【００４５】
この水素貯蔵容器の実用吸蔵量としては有効水素吸蔵量の５０％の８０ＮＬである。また、無吸蔵状態から実用吸蔵量の水素を吸蔵させる場合の理想充填時間Ｔｓは１０分である。
【００４６】
水素貯蔵容器に挿通する冷熱媒としては、ＭＯＲＥＳＣＯ社のブライン「ナイブラインＺ１」を使用し、ＥＹＥＬＡ社のチラー「ＣＣＡ−１１１１」により−２０℃の温度で供給した。
【００４７】
供給マスフローコントローラーとしては、ＢＲＯＯＫＳ社の「５８５０Ｅ」を用い、供給マスフローコントローラーが出力する実際の流量をキーエンス社のデータロガー「ＮＲ−２５０」を用いて記録した。また、供給マスフローコントローラーから水素貯蔵容器に水素を供給する配管に圧力計を設けて圧力変化を記録した。この圧力は、水素貯蔵容器の内圧と等しいものと考えてよい。
【００４８】
試験１〜５における供給マスフローコントローラーの設定値としては、それぞれ３３．３ＮＬ／ｍｉｎ、１６．７ＮＬ／ｍｉｎ、８．８ＮＬ／ｍｉｎ、５．３ＮＬ／ｍｉｎ及び４．５ＮＬ／ｍｉｎとした。
【００４９】
図２に、試験１〜５における容器内の圧力の変化を示す。
【００５０】
次の表１に示すように、試験１〜５における容器内の圧力が水素の最大供給圧力の９５％に達するまでの時間（９５％圧力上昇時間）は、それぞれ０．７分、１．５分、４．５分、８．９分及び１５．３分であった。これから算出される容器内の初期圧力上昇速度Ｖｐは、それぞれ１．２９ＭＰａ／ｍｉｎ、０．６０ＭＰａ／ｍｉｎ、０．２ＭＰａ／ｍｉｎ、０．１０ＭＰａ／ｍｉｎ及び０．０６ＭＰａ／ｍｉｎであった。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
上記結果から、試験１〜５において評価指数Ｘ＝Ｐｍａｘ／（Ｔｓ×Ｖｐ）を算出した。この結果、試験１〜５の評価指数Ｘの値は、表１に合わせて示すように、それぞれ０．０７、０．１６、０．４８、０．９４及び１．６２となった。
【００５３】
また、データロガーに記録された水素流量の積算値が実用吸蔵量に達した時間（実吸蔵時間）を確認した結果を、表１に合わせて示す。この結果から、最大供給圧力の９５％に達するまでの時間を１分以上１０分以下とした場合、及び評価指数Ｘを０．１以上１．０以下とした場合に、実吸蔵時間が比較的小さく、短時間で水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る水素貯蔵方法は、車両に搭載される水素燃料タンクの水素吸蔵合金に水素を吸蔵させるために特に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  水素貯蔵容器
２  供給マスフローコントローラー
３  供給遮断弁
４  圧力計
５  排出マスフローコントローラー
６  排出遮断弁
７  冷熱媒源
８  温熱媒源
９  入口切替弁
１０  出口切替弁
【図１】
2019019931.tif 000004
【図２】
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