(57)【要約】【課題】設備費やランニングコストを低く抑え、しかも、水素吸蔵材を所定どおりに循環させて所望の機能を発揮し得る水素吸蔵材循環装置。【解決手段】粉粒状の水素吸蔵材Ｍを水素吸蔵容器１と水素放出容器２との間で循環させながら、水素吸蔵容器１において水素供給路７からの水素を水素吸蔵材Ｍに吸蔵させ、水素放出容器２において水素吸蔵材Ｍから水素を放出させて水素排出路８から排出させる水素吸蔵材循環装置で、水素吸蔵容器１が水素放出容器２より下方に配置され、水素吸蔵容器１の出口と水素吸蔵容器２の入口が、水素放出用加熱手段１１を有する搬送手段１０で接続されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状の水素吸蔵材を水素吸蔵容器と水素放出容器との間で循環させながら、前記水素吸蔵容器において水素供給路からの水素を前記水素吸蔵材に吸蔵させ、前記水素放出容器において前記水素吸蔵材から水素を放出させて水素排出路から排出させる水素吸蔵材循環装置であって、
前記水素吸蔵容器が水素放出容器より下方に配置され、前記水素吸蔵容器の出口と前記水素吸蔵容器の入口が、水素放出用加熱手段を有する搬送手段で接続されている水素吸蔵材循環装置。
【請求項２】
前記水素吸蔵容器と前記搬送手段との間に水素吸蔵材を収容する下部容器が介装されて、その下部容器が前記水素吸蔵容器より下方に配置され、前記搬送手段と前記水素放出容器との間に水素吸蔵材を収容する上部容器が介装されて、その上部容器が前記水素放出容器より上方に配置されている請求項１に記載の水素吸蔵材循環装置。
【請求項３】
前記水素供給路から水素精製用の水素含有ガスが供給され、前記水素排出路から精製された水素が排出される請求項１または２に記載の水素吸蔵材循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒状の水素吸蔵材を水素吸蔵容器と水素放出容器との間で循環させながら、前記水素吸蔵容器において水素供給路からの水素を前記水素吸蔵材に吸蔵させ、前記水素放出容器において前記水素吸蔵材から水素を放出させて水素排出路から排出させる水素吸蔵材循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この水素吸蔵材循環装置は、粉粒体の水素吸蔵材を水素吸蔵容器と水素放出容器との間で循環させながら、例えば、水素供給路から供給される水素を昇圧して、昇圧後の水素を水素排出路から排出させたり、水素供給路から供給される水素含有ガスから水素のみを吸蔵させて精製し、精製後の水素を水素排出路から排出させるのに使用される。
従来、この種の水素吸蔵材循環装置としては、水素吸蔵容器と水素放出容器が上下方向においてほぼ同一高さに配置されていて、モータ駆動によるバケット式コンベヤを使用して、水素吸蔵材を水素吸蔵容器から水素放出容器へ搬送し、また、水素放出容器から水素吸蔵容器へ搬送するように構成したものが知られている（例えば、特開平９−２４９４０１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この従来の水素吸蔵材循環装置では、水素吸蔵材の搬送のためにバケット式コンベヤを必要とし、しかも、水素吸蔵材の搬送をバケット式コンベヤのみに依存しているため、稼動に際して大きな外部動力を必要とし、設備費やランニングコストが高くなるという欠点がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の欠点に着目したもので、その目的は、設備費やランニングコストを低く抑え、しかも、水素吸蔵材を所定どおりに循環させて所望の機能を発揮し得る水素吸蔵材循環装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の特徴構成は、粉粒状の水素吸蔵材を水素吸蔵容器と水素放出容器との間で循環させながら、前記水素吸蔵容器において水素供給路からの水素を前記水素吸蔵材に吸蔵させ、前記水素放出容器において前記水素吸蔵材から水素を放出させて水素排出路から排出させる水素吸蔵材循環装置であって、前記水素吸蔵容器が水素放出容器より下方に配置され、前記水素吸蔵容器の出口と前記水素吸蔵容器の入口が、水素放出用加熱手段を有する搬送手段で接続されているところにある。
【０００６】
請求項１の発明の特徴構成によれば、水素吸蔵容器が水素放出容器より下方に配置されているので、水素吸蔵材を水素放出容器から水素吸蔵容器へ搬送するに際し、水素吸蔵材の自重による落下を利用して搬送することができる。
そして、水素吸蔵容器の出口と水素放出容器の入口が、水素放出用加熱手段を有する搬送手段で接続されているので、水素吸蔵材を水素吸蔵容器から水素放出容器へ搬送するに際し、水素放出用加熱手段により水素吸蔵材を加熱して水素を放出されることによって、水素放出に伴う放出力を水素吸蔵材の搬送力として利用することができる。
その結果、水素吸蔵容器から水素放出容器への搬送に水素放出力を利用し、水素放出容器から水素吸蔵容器への搬送に水素吸蔵材の自重を利用することにより、従来のような機械式コンベヤを必要とせず、搬送手段としてパイプやダクトを使用することができ、しかも、極力少ない外部動力で水素吸蔵材を循環させることができ、設備費やランニングコストの低廉化が可能となる。
【０００７】
請求項２の発明の特徴構成は、前記水素吸蔵容器と前記搬送手段との間に水素吸蔵材を収容する下部容器が介装されて、その下部容器が前記水素吸蔵容器より下方に配置され、前記搬送手段と前記水素放出容器との間に水素吸蔵材を収容する上部容器が介装されて、その上部容器が前記水素放出容器より上方に配置されているところにある。
【０００８】
請求項２の発明の特徴構成によれば、水素吸蔵容器と搬送手段との間に水素吸蔵材を収容する下部容器が、また、搬送手段と水素放出容器との間に水素吸蔵材を収容する上部容器が介装されているので、下部容器そして／または上部容器に水素吸蔵材の一部を収容することによって、水素吸蔵容器に収容した一部の水素吸蔵材に水素を吸蔵させながら、同時に、水素放出容器に収容した一部の水素吸蔵材から水素を放出させることが可能となり、水素の吸蔵と放出を同時に進行することで水素吸蔵材を効率よく循環させることができる。
そして、下部容器は水素吸蔵容器より下方に配置され、上部容器は水素放出容器より上方に配置されているので、水素吸蔵材の水素吸蔵容器から下部容器への搬送と上部容器から水素放出容器への搬送も、水素吸蔵材の自重による落下を利用して少ない外部動力で行うことができ、その結果、ランニングコストを低く抑えながら効率のよい水素吸蔵材の循環が可能となる。
【０００９】
請求項３の発明の特徴構成は、前記水素供給路から水素精製用の水素含有ガスが供給され、前記水素排出路から精製された水素が排出されるところにある。
【００１０】
請求項３の発明の特徴構成によれば、水素供給路から水素精製用の水素含有ガスが供給され、水素吸蔵容器において、水素吸蔵材が水素含有ガス中の水素のみを吸蔵することになり、その後、水素放出容器において、吸蔵した水素を放出して水素排出路から精製された水素を取り出すことができ、上述したように安価な設備費とランニングコストにより水素吸蔵材を効率よく循環させて水素含有ガスから水素を精製することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による水素吸蔵材循環装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この水素吸蔵材循環装置は、例えば、水素精製用の水素含有ガスから水素を精製する水素精製用として使用されるもので、図１に示すように、水素吸蔵材として水素吸蔵合金Ｍが使用され、粉粒状の水素吸蔵合金Ｍに水素を吸蔵させる水素吸蔵容器１と、その水素吸蔵合金Ｍから水素を放出させる水素放出容器２を備え、水素吸蔵容器１が水素放出容器２より下方に位置するように配置され、水素吸蔵容器１には、水素吸蔵用熱交換器３が、水素放出容器２には、水素放出用熱交換器４が設けられている。
さらに、移動用上部容器５と移動用下部容器６も備えていて、上部容器５が水素放出容器２の上方に、下部容器６が水素吸蔵容器１の下方に位置するように配置されている。
【００１２】
水素吸蔵容器１には、多数の開口ａを有する分散板Ａが、その上方に水素吸蔵材Ｍを保持する作用姿勢と、上方の水素吸蔵材Ｍを下方へ落下させる非作用姿勢とに姿勢変更可能に内装され、その水素吸蔵容器１における分散板Ａの下方には、ファンＦによって水素含有ガスを供給する水素供給路としての供給パイプ７が接続されて、その供給パイプ７に第１仕切弁Ｖ１が設けられ、水素放出容器２には、水素を排出する水素排出路としての排出パイプ８が接続されて第２仕切弁Ｖ２が設けられている。
移動用上部容器５の出口と水素放出容器２の入口とは第３仕切弁Ｖ３を有するパイプにより、水素放出容器２の出口と水素吸蔵容器１の入口とは第４仕切弁Ｖ４を有するパイプによりそれぞれ接続されている。また、水素吸蔵容器１の出口と移動用下部容器６の入口とは、前記供給パイプ７の一部を共用する状態で第５仕切弁Ｖ５を有するパイプにより接続され、その供給パイプ７の第１仕切弁Ｖ１より上手側と水素吸蔵容器１の上部とが、第６仕切弁Ｖ６を有する循環パイプ９により接続され、移動用下部容器６と水素放出容器２も第７仕切弁Ｖ７を有するパイプにより接続されている。
そして、移動用の下部容器６の出口と上部容器５の入口は、搬送手段としての移動用パイプ１０により接続されて、下部容器６の近傍に第８仕切弁Ｖ８が、上部容器５の近傍に第９仕切弁Ｖ９が設けられ、さらに、移動用パイプ１０の外周には、水素放出用加熱手段として機能する加熱用熱交換器１１が、移動用パイプ１０のほぼ全長にわたって配設されている。
【００１３】
この水素吸蔵材循環装置は、全て図外の制御装置による制御の基で作動され、そのため、図示はしないが、水素吸蔵容器１、水素放出容器２、移動用上部容器５、移動用下部容器６などには、温度センサや圧力センサなどの必要なセンサ類が設けられている。
そして、水素吸蔵合金Ｍは、原則的に、そのほぼ１／３の量が水素吸蔵容器１と水素放出容器２にそれぞれ存在し、残りの１／３の量が移動用の下部容器６そして／または上部容器５に存在するように設定され、以下のようにして循環される。
【００１４】
水素吸蔵容器１において、作用姿勢にある分散板Ａの上方にほぼ１／３の量の水素吸蔵合金Ｍが存在する状態で、第１仕切弁Ｖ１が開いてファンＦによって供給パイプ７から水素含有ガスが供給されるとともに、第６仕切弁Ｖ６も開いて水素含有ガスが循環される。水素含有ガスは、分散板Ａに設けられた多数の開口ａから上方へ吹き上げられ、その吹き上げに伴って粉粒状の水素吸蔵合金Ｍが流動状態となり、その水素吸蔵合金Ｍが、水素吸蔵用熱交換器３により３０℃程度に冷却されて水素を効率よく吸蔵し、不純物リッチとなった水素含有ガスは系外に排出される。
つぎに、第１と第６仕切弁Ｖ１，Ｖ６が閉じ、分散板Ａが非作用姿勢に切り換えられるとともに第５仕切弁Ｖ５が開いて、水素吸蔵容器１内の水素吸蔵合金Ｍが、その自重による落下で移動用下部容器６内へ搬送されるのであり、その際、下部容器６は空の状態にあり、さらに、水素放出容器２内の水素吸蔵合金Ｍは水素吸蔵容器１へ、移動用上部容器５内の水素吸蔵合金Ｍは水素放出容器２へと順次搬送される。
【００１５】
そして、第７仕切弁Ｖ７が開いて、移動用下部容器６の圧力が、水素吸蔵容器１の圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２に設定され、移動用上部容器５が空になった後、第８と第９仕切弁Ｖ８，Ｖ９が開いて、移動用下部容器６内の水素吸蔵合金Ｍは、その自重により移動用パイプ１０内に落下する。落下した水素吸蔵合金Ｍは、加熱用熱交換器１１により加熱されて水素を放出するので、その水素放出時の圧力によって高密度で移動用上部容器５へと搬送される。
水素放出容器２が空になると、第３仕切弁Ｖ３が開いて、上部移動容器５内の水素吸蔵合金Ｍは、自重による落下で水素放出容器２内へ搬送され、水素放出用熱交換器４により７０℃程度に加熱されて水素を放出し、上述のように、その一部が移動用下部容器６に供給されるとともに、上述の圧力Ｐ２よりも高い圧力Ｐ３を有する精製後の水素が排出パイプ８から取り出される。
【００１６】
〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、本発明の水素吸蔵材循環装置を使用して水素含有ガスから水素を精製する例を示したが、この水素吸蔵材循環装置を使用して水素を昇圧したり、水素を搬送することもできる。
水素を昇圧する場合であれば、供給パイプ７から昇圧すべき水素を供給して、例えば、圧力Ｐ１の水素を圧力Ｐ３まで昇圧して排出パイプ８から取り出すことになり、水素を搬送する場合であれば、供給パイプ７から搬送すべき水素を供給して、水素放出容器２にまで搬送することになる。
【００１７】
（２）先の実施形態では、水素吸蔵容器１で水素吸蔵材Ｍを冷却することにより水素を吸蔵させ、水素放出容器２で水素吸蔵材Ｍを加熱することにより水素を放出させる例を示したが、加圧により水素を吸蔵させ、減圧により水素を放出させるように構成することも、さらに、加圧と冷却により水素を吸蔵させ、減圧と加熱により水素を放出させるように構成することもできる。
また、水素吸蔵容器１の出口側に移動用下部容器６を接続し、水素放出容器２の入口側に移動用上部容器５を接続して、それら移動用の下部容器６と上部容器５を介して、水素吸蔵容器１の出口と水素放出容器２の入口を加熱用熱交換器１１を有する移動用パイプ１０で接続した例を示したが、移動用の下部容器６と上部容器５をなくして、水素吸蔵容器１の出口と水素放出容器２の入口を加熱用熱交換器１１を有する移動用パイプ１０で直接接続して実施することもできる。
【００１８】
（３）先の実施形態では、水素吸蔵材として水素吸蔵合金Ｍを使用した例を示したが、水素吸蔵合金に代えて、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、カーボンナノファイバと呼ばれる水素を吸蔵・放出する特性を有する炭素化合物の粉粒体を水素吸蔵材として使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素吸蔵材循環装置の概念図
【符号の説明】
１　　　　　水素吸蔵容器
２　　　　　水素放出容器
５　　　　　上部容器
６　　　　　下部容器
７　　　　　水素供給路
８　　　　　水素排出路
１０　　　　搬送手段
１１　　　　水素放出用加熱手段
Ｍ　　　　　水素吸蔵材
【図１】
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