(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵タンクと、
前記水素貯蔵タンク内壁部に設置され、水素吸蔵合金が収容された水素吸蔵合金容器と、
前記水素吸蔵合金容器内空間と前記水素貯蔵タンク内空間とを選択的に連通させる水素移動部と、
前記水素吸蔵合金容器に前記水素貯蔵タンク外部から水素を導入する水素導入部と、
前記水素貯蔵タンク外壁側に設置され、前記水素吸蔵合金に対する加熱と冷却とを行う合金熱交換部と、を備えることを特徴とする水素昇圧貯蔵システム。
【請求項２】
前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンクの一部壁部が該水素吸蔵合金容器の一部壁部を構成していることを特徴とする請求項１記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項３】
前記水素吸蔵合金容器の一部壁部を構成している前記水素貯蔵タンクの一部壁部が、前記水素貯蔵タンクの他の壁部よりも肉厚が小さくなっていることを特徴とする請求項２記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項４】
前記水素貯蔵タンクの一部壁部の外面が、前記合金熱交換部の内面を構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項５】
前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンク内空間とを仕切る壁部が、前記水素貯蔵タンクの壁部よりも耐圧性の低い材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項６】
前記水素移動部に、選択的な連通を行う構成として、圧力差によって前記水素吸蔵合金容器内から前記水素貯蔵タンク内空間への水素の流れを可能にし、前記水素貯蔵タンク内空間から前記水素吸蔵合金容器内への水素の流れを防止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項７】
前記水素貯蔵タンク外部から導入される水素の圧力が、前記水素貯蔵タンクで貯蔵される水素の最終圧力よりも低いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項８】
前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンクの内壁に沿った形状を有し、水素貯蔵タンクの内周長の１／１２〜１／２の長さを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項９】
前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンクの内径の１／３〜１／６０の径方向厚さを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項１０】
前記水素貯蔵タンクを少なくとも二つ有し、各水素貯蔵タンクにおいて、水素吸蔵合金容器への外部からの水素導入と、水素吸蔵合金容器から水素貯蔵タンク内部への水素移動とを切り替えつつ行う制御部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の水素昇圧貯蔵システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載された前記水素貯蔵タンクを少なくとも二つ有する水素昇圧貯蔵システムの昇圧方法であって、
各水素貯蔵タンクにおいて、水素吸蔵合金容器への外部からの水素導入と、水素吸蔵合金容器から水素貯蔵タンク内部への水素移動とを行い、
各水素貯蔵タンク間で、前記水素導入と前記水素移動を切り替えつつ行うことを特徴とする水素昇圧貯蔵システムの昇圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素の圧力を昇圧して昇圧した水素を貯蔵する水素昇圧貯蔵システムおよび水素昇圧貯蔵システムの昇圧方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素エネルギー社会が始まりＣＯ２フリーのエネルギーとして再生可能エネルギーが期待されている。再生可能エネルギーで発電された電気は蓄電池などに蓄えることができるが、蓄えた電気が放電してしまう問題がある。このため再生可能エネルギーの電力で水電解により水素を作り、その水素を貯蔵しておくことが考えられる。蓄えた水素はいつまでも保持しておくことができる。そして、必要な時にその水素を使用して燃料電池で発電し電気を供給することができる。
【０００３】
水素の貯蔵では、水素を昇圧してより多くの水素を貯蔵したいという要望がある。水素吸蔵合金を利用したコンプレッサの原理は既に公知の文献に提示されている。
例えば、金属水素化物の放出圧力は、温度の上昇とともに高くなる性質を持っている。低温・低圧で水素を吸収させ、その後に高温に加熱すると高圧水素を得ることができる。その動作原理を図１２に示す。この例では、ランタン・ニッケル水素化物を使用して、容器内に前記水素化物を収容し、容器内には熱交換器を配設する。
例えば、図１２の（ａ）図に示すように、熱交換器に２０℃の冷水を通水させ、０．２ＭＰａの水素を容器内に導入すると、ＬａＮｉ５と水素とが反応し、ＬａＮｉ５Ｈ６が生成される。
その後、図１２の（ｂ）図に示すように、熱交換器に８０℃の温水を通水させ、容器から１．２ＭＰａの水素が放出される。これにより、水素吸蔵合金を用いて水素を昇圧して貯蔵することができる。また、平衡圧の異なる合金を多種類使用すると多段式コンプレッサを作ることができる。利点としては、振動がなく、排熱を利用することで小さい動力で駆動することができる。
【０００４】
また、ＥＲＧＥＮＩＣ社の研究報告があり、水素貯蔵合金のみで５０ＭＰａ程度まで昇圧可能であることが報告されている。多段の水素貯蔵合金式水素コンプレッサの例で、４段に組合わせることにより２１Ｐｓｉから１７００Ｐｓｉまで昇圧することに成功している（図１３）。
一方、温度範囲を広くとれれば、一段の水素貯蔵合金コンプレッサで低圧から高圧まで、昇圧することも可能である。例えば、０℃前後の冷水と１５０℃前後の熱水を組合わせることにより、一段で２ＭＰａから３５ＭＰａまでの昇圧が原理的に可能である。同様の例でＥＲＧＮＩＣ社は、室温と４００℃の燃焼ガスを使用し、やはり一段で１ＭＰａから３５ＭＰａまでの昇圧を実現している。
【０００５】
また、特許文献１では、水素貯蔵合金を収容した水素吸放出容器を２基備えるコンプレッサシステムにおいて、容器内のデッドスペースに残存する水素を他方の容器のデッドスペースに回収することで、高い有効利用効率で高圧の水素を供給できるシステムを提案している。さらに、特許文献２のシステムでは、複数の吸着塔において吸着、均圧、減圧、洗浄、昇圧の各工程を繰り返しながら、水素リッチガスから水素ガスを精製して水素ガス貯蔵タンクに貯蔵する圧力スイング吸着法による水素精製装置を設け、高純度の水素とガスが貯蔵タンクに蓄えられることが記載されている。この方法は主に水素ガスを精製することを目的とした装置である。
【０００６】
一般的に考えられている水素吸蔵合金コンプレッサのシステムを図１４に基づいて説明する。また、ＭＨタンクに使用される水素吸蔵合金のＰＣＴ線図例を図１５に示す。
図１４に示す例では、ＭＨタンクは２基備えられ、バルブの操作によって、予め水素吸収されたＭＨタンク（１）に高温媒体（８０℃）を流し、ＭＨタンク（１）に貯蔵された水素吸蔵合金を加熱することで水素圧力を高め、ＭＨタンクとは別に設置した貯蔵タンク側に水素を供給する。
一方、ＭＨタンク（２）は冷却水で冷却して低圧の水素ガスを吸収する。この水素吸収、昇圧および水素供給の動作をバルブを切り替えることで連続的に低圧の水素を吸収し、連続的に昇圧して前記貯蔵タンク側に水素ガスを供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２２７５９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の水素吸蔵合金を用いたコンプレッサの水素吸蔵合金容器は、水素を貯蔵するタンクと切り離されたもので、単に機械式コンプレッサを入れ替えたシステムである。昇圧した水素を貯蔵タンクに溜めておくシステムの場合、この貯蔵タンクには、大きなタンクが必要となり、設置スペースを大きく必要とし、またタンク重量も重くなる課題がある。
また、従来のコンプレッサに使用する水素吸蔵合金容器は、昇圧速度を上げるため伝熱性の良い容器構造が必要となるが、水素圧が高くなるほど伝熱部が破損する可能性が高くなる問題もある。また、水素吸蔵合金容器の容器外筒は耐圧容器となることでコストも高くなる。さらに、システムが複雑になり水素系配管のロスが大きくなるなどの問題がある。
【０００９】
この発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、水素吸蔵合金容器を水素貯蔵タンク内に組み込むことで、外部にコンプレッサを不要とし、システムを単純化して信頼の高いシステムとし、水素を低動力で昇圧し、大容量でかつコンパクトに貯蔵する水素昇圧貯蔵システムおよび昇圧方法を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の水素昇圧貯蔵システムのうち、第１の形態は、水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンク内壁部に設置され、水素吸蔵合金が収容された水素吸蔵合金容器と、前記水素吸蔵合金容器内空間と前記水素貯蔵タンク内空間とを選択的に連通させる水素移動部と、前記水素吸蔵合金容器に前記水素貯蔵タンク外部から水素を導入する水素導入部と、前記水素貯蔵タンク外壁側に設置され、前記水素吸蔵合金に対する加熱と冷却とを行う合金熱交換部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンクの一部壁部が該水素吸蔵合金容器の一部壁部を構成していることを特徴とする。
【００１２】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器の一部壁部を構成している前記水素貯蔵タンクの一部壁部が、前記水素貯蔵タンクの他の壁部よりも肉厚が小さくなっていることを特徴とする。
【００１３】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素貯蔵タンクの一部壁部の外面が、前記合金熱交換部の内面を構成していることを特徴とする。
【００１４】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンク内空間を仕切る壁部が、前記水素貯蔵タンクの壁部よりも耐圧性の低い材料で構成されていることを特徴とする。
【００１５】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素移動部に、選択的な連通を行う構成として、圧力差によって前記水素吸蔵合金容器内から前記水素貯蔵タンク内空間への水素の流れを可能にし、前記水素貯蔵タンク内空間から前記水素吸蔵合金容器内への水素の流れを防止する逆止弁を備えることを特徴とする。
【００１６】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素貯蔵タンク外部から導入される水素の圧力が、前記水素貯蔵タンクで貯蔵される水素の最終圧力よりも低いことを特徴とする。
【００１７】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンクの内壁に沿った形状を有し、水素貯蔵タンクの内周長の１／１２〜１／２の長さを有することを特徴とする。
【００１８】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素吸蔵合金容器は、前記水素貯蔵タンクの内径の１／３〜１／６０の径方向厚さを有することを特徴とする。
【００１９】
他の形態の水素昇圧貯蔵システムの発明は、前記形態の本発明において、前記水素貯蔵タンクを少なくとも二つ有し、各水素貯蔵タンクにおいて、水素吸蔵合金容器への外部からの水素導入と、水素吸蔵合金容器から水素貯蔵タンク内部への水素移動とを切り替えつつ行う制御部を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の水素昇圧貯蔵システムの昇圧方法の発明は、本発明の水素貯蔵タンクを少なくとも二つ有する水素昇圧貯蔵システムの昇圧方法であって、
各水素貯蔵タンクにおいて、水素吸蔵合金容器への外部からの水素導入と、水素吸蔵合金容器から水素貯蔵タンク内部への水素移動とを行い、
各水素貯蔵タンク間で、前記水素導入と前記水素移動を切り替えつつ行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、水素吸蔵合金容器を水素貯蔵タンクに組み込むことで、システムの設置効率を上げ、水素吸蔵合金容器から水素貯蔵タンクへの水素経路の距離を短くして損失を小さくすることができる。この結果、信頼の高いシステムとし、水素を低動力で昇圧し、大容量でかつコンパクトに水素を貯蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の水素貯蔵タンクを示す斜視図である。
【図２】同じく、側面断面図である
【図３】同じく、正面断面図である。
【図４】同じく、熱交換器の平面断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の水素貯蔵タンクを示す正面図である。
【図６】同じく、使用状態の一つを示す正面図である。
【図７】同じく、図５に示す水素昇圧貯蔵システムのフローを示す図である。
【図８】同じく、フローの一部を示す図である。
【図９】同じく、フローの一部を示す図である。
【図１０】同じく、フローの一部を示す図である。
【図１１】同じく、フローの一部を示す図である。
【図１２】従来例の昇圧作動原理を示す図である。
【図１３】他の従来例における昇圧作動原理を示す図である。
【図１４】他の従来例の水素吸蔵合金コンプレッサを用いたシステムを示す図である。
【図１５】水素吸蔵合金のＰＣＴ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の一実施形態の水素昇圧貯蔵システム１について、図１〜図４に基づいて説明する。
水素昇圧貯蔵システム１は、有蓋の円筒形状の水素貯蔵タンク２を有しており、その内部に水素吸蔵合金容器３が設置され内壁に取り付けられて一体化されている。なお、水素貯蔵タンク２は、ＳＳ材（一般構造用圧延材）、ＳＵＳ材（ステンレス鋼材）、Ａｌ材（アルミニウム合金材；例えばＪＩＳ Ａ５０００系や６０００系）などの材料で構成されており、耐圧性の高い材料が使用されている。また、水素吸蔵合金容器３は、薄板のＳＳ材（一般構造用圧延材）、ＳＵＳ材（ステンレス鋼材）、Ａｌ材（アルミニウム合金材；例えばＪＩＳ Ａ５０００系や６０００系）などの材料で構成されており、水素貯蔵タンク２に用いられている材料よりも耐圧性の低い材料で構成されている。なお、耐圧性は、容器内外の圧力差の大小によって評価することができる。例えば、前者の、水素貯蔵タンク２の容器内外の圧力差は大きく、後者の、水素吸蔵合金タンク３は容器内外の圧力差が小さくできるため、薄板の隔壁で十分となる。
耐圧性の低い材料は、材質の選定または厚さを薄くすることによって得られる。
【００２４】
このため、水素貯蔵合金容器３の水素貯蔵タンク空間側の壁面３０は、水素貯蔵タンク２ほどの耐圧構造が不要となり、少なくとも、水素貯蔵合金容器３と水素貯蔵タンク２の最大圧との差圧分の強度を持っていればよく、後述する逆止弁のクラッキング圧に耐え得るものであればよい。上記水素吸蔵合金容器３における材料の選定によって、水素吸蔵合金容器のコストダウンになる。また、仮に水素吸蔵合金容器の隔壁が壊れても水素貯蔵タンク２の外部に水素が漏れることはなく安全性が保たれる。
水素貯蔵合金容器３は、水素貯蔵タンク２の円筒内周壁に沿った形状を有しており、前記円筒内周壁の１／１２〜１／２の長さを有している。また、その厚みは、円筒内周壁の径に対し、１／３〜１／６０の厚さを有している。
【００２５】
水素貯蔵タンク２の外周壁には、前記水素吸蔵合金容器３の形状に合わせて、前記水素吸蔵合金容器３の形状に合わせるか、これを完全にカバーするように熱交換器４が設けられている。熱交換器４は、水素貯蔵タンク２の外周壁に沿った形状を有しており、媒体導入部４Ａと、媒体排出部４Ｃとを有しており、これらに連通する媒体流路４Ｂが内部に設けられている。熱交換器４は、本発明の合金熱交換部に相当する。
水素貯蔵タンク２は、熱交換器４が底部に位置するように設置することで姿勢が安定し、保守等も容易になる。
【００２６】
媒体流路４Ｂは、水素貯蔵タンク２の周面に沿った方向で対向する熱交換器４の内部両側壁に、媒体導入部４Ａから媒体排出部４Ｃに至る方向に、互い違いで千鳥状に隔壁４Ｄ…４Ｄが設置されて蛇行した流路を構成している。隔壁４Ｄは、多数が設けられており、この隔壁４Ｄが水素貯蔵タンク２の一部構成となることで、水素貯蔵タンクの壁部の板厚、特に熱交換器が位置する壁部の板厚をさらに薄肉化できる効果がある。
なお、熱交換器本体４Ｅは、厚さの小さい容器形状として、その壁部の一面が水素貯蔵タンク２の外壁に接するように配置してもよく、また、水素貯蔵タンク２の外壁面を熱交換器本体４Ｅの内壁面として兼用するものであってもよい。
【００２７】
また、水素吸蔵合金容器３内と、水素貯蔵タンク２内の空間Ｓとを連通する水素移動管５が水素吸蔵合金容器３に取り付けられており、水素移動管５には、水素吸蔵合金容器３側から水素貯蔵タンク２内の空間Ｓにガスを移動させることができる逆止弁６が設けられている。逆止弁６は、水素移動管５において空間Ｓから水素吸蔵合金３内に向けたガスの流れを阻止する。逆止弁６は、所定の圧力において、水素吸蔵合金容器３側から空間Ｓに向けて水素ガスの移動を可能にする。これにより水素吸蔵合金容器３と水素貯蔵タンク２とが選択的に連通する。したがって、水素移動管５と逆止弁６とは、本発明の水素移動部を構成する。
水素移動管５は、水素吸蔵合金容器３内の空間と、水素貯蔵タンク２内の空間とを最短距離で連通させることができる。
【００２８】
さらに、水素移動管５には、外部水素配管８が接続されており、低圧の水素ガスを水素移動管５に供給することができる。外部水素配管８には、図示しない開閉バルブが設けられる。外部水素配管８は、さらに、水素吸蔵合金容器３内に接続してもよく、水素移動管５に接続することなく直接、水素貯蔵タンク２に水素を供給できるようにしてもよい。
【００２９】
次に、上記水素昇圧貯蔵システム１の動作について説明する。
水素吸蔵合金容器３内には、所定の水素吸蔵合金が収容される。本発明としては水素吸蔵合金の種別が特に限定されるものではないが、例えば、ＡＢ５、ＡＢ２、ＢＣＣ、ＡＢ合金などを用いることができる。
【００３０】
外部水素配管８では、開閉弁を開いて低圧の水素が水素移動管５に供給される。この際に、熱交換器４では、媒体導入部４Ａから媒体流路４Ｂ内に、冷水などの冷却媒体が導入され、媒体流路４Ｂを通って媒体排出部４Ｃから排出されるように媒体が連続して導入、排出される。この熱交換器４の動作によって、水素吸蔵合金容器３内の水素吸蔵合金が冷却され、水素移動管５に導入された水素を吸蔵する。このとき、逆止弁６は、開放されず、水素吸蔵合金容器３と空間Ｓとの連通は閉ざされている。
【００３１】
水素吸蔵合金に対する水素吸蔵が完了すると、外部水素配管８の開閉弁は閉じ、熱交換器４では、温水などの加熱媒体が媒体導入部４Ａから媒体流路４Ｂに導入され、媒体流路４Ｂを通って媒体排出部４Ｃから排出されるように媒体が連続して導入、排出される。この熱交換器４の動作によって、水素吸蔵合金容器３内の水素吸蔵合金が加熱され、水素吸蔵合金に吸蔵された水素が放出される。この際の放出圧力によって、逆止弁６が開き、水素吸蔵合金容器３内の水素が水素移動管５を通して空間Ｓに移動する。
【００３２】
その後、水素吸蔵合金を熱交換器４で冷却するとともに、水素移動管５に外部水素配管８を通して低圧水素を供給し、水素吸蔵合金容器で水素を吸蔵する。その後、水素吸蔵合金を熱交換器４で再度加熱して、水素移動管５を通して昇圧した水素を空間Ｓ内に供給する。
以上の工程を繰り返すことで、水素吸蔵合金で昇圧可能な圧力にまで、空間Ｓ内に水素を昇圧して貯蔵することができる。なお、水素貯蔵タンク２に水素が昇圧可能な最大圧力で貯蔵された状態で、水素吸蔵合金容器３内で水素を吸蔵した状態にすることができ、貯蔵効率が向上する。このため、水素貯蔵タンクの容量を小さくすることができる。
【００３３】
例えば、０．３５ＭＰａの水素ガスを使用し、圧力０．９ＭＰａで水素貯蔵タンク２に貯蔵することができる。３００Ｎｍ３の水素を貯蔵するためには内容積が３４ｍ３必要となり、水素貯蔵タンクサイズは円筒形状として径２．２×９．４ｍ、設置スペースは約２０．７ｍ２、材料を鋼製とすると質量は約６．４ｔｏｎとなる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、水素貯蔵タンクの一つについて動作を説明したが、図５に示すように、水素昇圧貯蔵システムに、水素貯蔵タンクを２つ以上備えるものであってもよい。
以下に、水素貯蔵タンクを二つ備える水素昇圧貯蔵システム１Ａについて説明する。
この水素昇圧貯蔵システム１Ａでは、前記実施形態と同一構造によって、水素貯蔵タンク２Ａ、水素吸蔵合金容器３Ａ、熱交換器１４Ａ、水素移動管５Ａ、逆止弁６Ａ、水素貯蔵タンク２Ｂ、水素吸蔵合金容器３Ｂ、熱交換器１４Ｂ、水素移動管５Ｂ、逆止弁６Ｂを有している。水素移動管５Ａ、５Ｂには、外部水素配管８が接続されており、図示しないバルブの操作によって、水素移動管５Ａ、５Ｂのうちの一方を選択して水素を供給することができる。
【００３５】
この実施形態では、一方側の水素貯蔵タンク（例えば水素貯蔵タンク２Ａ）で、外部水素配管８から水素移動管５Ａに水素を供給し、熱交換器１４Ａで冷却用の媒体を用いて水素吸蔵合金を冷却し、水素吸蔵合金で低圧の水素を吸蔵する。この際に、他方側の水素貯蔵タンク（例えば水素貯蔵タンク２Ｂ）では、熱交換器１４Ｂで加熱用の媒体を用いて水素吸蔵合金を加熱し、水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素を放出させ、水素移動管５Ｂ、逆止弁６Ｂを通して水素貯蔵タンク２Ｂ内の空間Ｓに水素を貯蔵する。
【００３６】
水素貯蔵タンク２Ｂで水素吸蔵合金からの水素放出が完了すると、外部水素移動管８におけるバルブ動作を変更するとともに、熱交換器１４Ａにおける媒体を、冷却用のものから加熱用のものに変え、熱交換器１４Ｂにおける媒体を、加熱用のものから冷却用のものに変える。
これにより、水素吸蔵合金容器３Ａでは、水素吸蔵合金に吸蔵されていた水素が放出され、水素移動管５Ａ、逆止弁６Ａを通して水素貯蔵タンク２Ａ内の空間Ｓに放出されて貯蔵される。一方、水素吸蔵合金容器３Ｂでは、熱交換器１４Ｂによる冷却により水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。これらの動作を繰り返すことで、無駄な停止時間を有することなく連続して水素の昇圧を行って、所定の圧力の水素をそれぞれ水素貯蔵タンク２Ａ、２Ｂに貯蔵することができる。なお、水素貯蔵タンクの数は、一つまたは二つに限定されるものではなく、適宜数の水素貯蔵タンクを設けることが可能である。
なお、水素の昇圧中にも、図６に示すように、水素貯蔵タンク２Ａ、２Ｂに貯蔵された水素を燃料電池などの利用側に供給するようにしてもよい。
【００３７】
図５の水素昇圧貯蔵システム１Ａでは、例えば、圧力０．９ＭＰａで３００Ｎｍ３の水素を貯蔵するためには、水素貯蔵タンクの内容積がそれぞれ１０ｍ３となり、水素貯蔵タンクサイズは円筒形状として径１．８×４．２ｍ、水素吸蔵合金容器にはトータル０．９ｔｏｎのＡＢ５合金が充填される。水素吸蔵合金容器への貯蔵と合わせて３００Ｎｍ３の水素が水素貯蔵タンク内に貯蔵される。また、設置スペースは約１５．２ｍ２、重量はトータルで約４．５ｔｏｎとなり、設置スペース、重量ともに小さくなる。
水素吸蔵合金容器の合金は０．９ｔｏｎ使用され、水素貯蔵タンク底面の面積を有効に使用することで、合金層厚さを３５ｍｍと薄くできるため伝熱性を良くすることができる。また、板厚を薄くするためにリブを設けることで５ｍｍ以下の板厚とすることができる。
熱交換器内部では、媒体の流速を０．３〜１．５ｍ／秒、媒体の入出口温度差を５℃以下になるように流路の面積を設計することができる。
なお、上記は例示であり、本発明を限定するものではない。
【００３８】
次に、図７に、図５に示した水素昇圧貯蔵システムのフロー図を示す。なお、この図では、説明しやすくするために水素吸蔵合金容器と水素貯蔵タンクとが離隔して記載されているが、図５に示すように、水素吸蔵合金容器は水素貯蔵タンク内に設置されているものである。
水素吸蔵合金容器３Ａ、３Ｂ（図では、ＭＨタンクＡ、Ｂとして表示、以下同じ）は、それぞれ水素貯蔵タンク２Ａ、２Ｂ（図では、貯蔵タンクＡ、Ｂとして表示、以下同じ）の内部空間に、逆止弁６Ａ、６Ｂを介し水素移動管５Ａ、５Ｂによって選択可能に連通している。逆止弁６Ａ、６Ｂは、水素吸蔵合金容器３Ａ、３Ｂから水素貯蔵合金タンク２Ａ、２Ｂ側へのガス移動を許容し、その逆方向へのガス移動を阻止する。また、外部水素配管８は、逆止弁８Ａ、８Ｂを介し、２路に分岐して水素吸蔵合金容器３Ａ、３Ｂおよび水素移動管５Ａ、５Ｂに接続されており、水素移動管５Ａ、５Ｂでの接続では、逆止弁６Ａ、６Ｂよりも水素吸蔵合金容器３Ａ、３Ｂ側に接続されている。
【００３９】
水素吸蔵合金容器３Ａ、３Ｂでは、熱交換器において媒体導入口に接続された導入管３０Ａ、３０Ｂと媒体排出口に接続された排出管３１Ａ、３１Ｂとを有し、それぞれに導入側開閉弁３２Ａ、３２Ｂ、排出側開閉弁３３Ａ、３３Ｂが介設されている。
導入管３０Ａは、二路に分岐して、温水タンク６０側の送水側三方弁４０のＣポートと、冷却水供給源７０側の送水側三方弁５０のＣポートとに接続されている。
排出管３１Ａは、二路に分岐して、温水タンク６０側の戻り側三方弁４１のＢポートと、冷却水供給源７０側の戻り側三方弁５１のＣポートとに接続されている。
導入管３０Ｂは、二路に分岐して、温水タンク６０側の送水側三方弁４０のＢポートと、冷却水供給源の送水側三方弁５０のＢポートとに接続されている。
排出管３１Ｂは、二路に分岐して、温水タンク６０の戻り側三方弁４１のＣポートと、冷却水供給源７０側の戻り側三方弁５１のＢポートとに接続されている。
【００４０】
温水タンク６０には、温水供給路４５の一端が接続されており、温水供給路４５には、ポンプ４６と流量調整弁４７とが介設されている。温水供給路４５の他端は、送水側三方弁４０のＡポートに接続されている。
また、温水タンク６０には温水環流路４８の一端が接続されており、その他端が、戻り側三方弁４１のＡポートに接続されている。
冷却水供給源７０には、冷却水供給路５５が接続されており、冷却水供給路５５には、ポンプ５６が介設されている。冷却水供給路５５の他端は、送水側三方弁５０のＡポートに接続されている。
また、冷却水供給原７０には環流路５７の一端が接続されており、その他端が、戻り側三方弁５１のＡポートに接続されている。
【００４１】
次に、上記水素昇圧貯蔵システムの動作を図８〜図１１に基づいて説明する。なお、この例では、低圧水素は、０．３５ＭＰａであるものとする。ただし、本発明としては、これに限定されるものではない。
先ず、図８に示すように、水素吸蔵合金容器３Ａ、３Ｂ、水素貯蔵タンク２Ａ、２Ｂの内圧が０．３５ＭＰａ未満である場合、水電解などから送られてくる低圧水素（０．３５ＭＰａ）を、逆止弁８Ａ、８Ｂを介して直接、貯蔵タンク２Ａ、２Ｂに送る。また、これと並行して水素吸蔵合金容器３Ａを冷却し、水素を吸収しておく。水素吸蔵合金容器３Ｂは冷却していないが少量の水素が吸収される。
【００４２】
続いて、図９に示すサイクルＡでは、水素吸蔵合金容器３Ａに、温水タンク６０から加熱媒体を流す。具体的には、送水側三方弁４０において、ＡポートとＣポートとを連通させ、Ｂポートを閉じ、戻り側三方弁４１において、ＡポートとＢポートを連通させ、Ｃポートを閉じる。
これにより、温水（８０℃）がポンプ４６で温水供給路４５に送られ、流量調整弁４７で流量が調整されて、送水側三方弁４０でポートＡ、Ｃを通り、導入管３０Ａ、導入側開閉弁３２Ａを介して熱交換器の媒体導入側に温水が導入される。温水は、熱交換器の媒体流路を通って媒体排出口から排出され、排出管３１Ａ、排出側開閉弁３３Ａ、さらに、戻り側三方弁４１ＡのポートＢ、Ａ間を通り、温水環流路４８に流れて温水タンク６０に環流する。
上記温水による加熱によって水素吸蔵合金容器３Ａ内の圧力を上げ、この圧力が水素貯蔵タンク２Ａの内圧より高くなると逆止弁６Ａを介して、水素吸蔵合金容器３Ａから水素貯蔵タンク２Ａに水素が流れる。
【００４３】
一方、水素吸蔵合金容器３Ｂは冷却媒体を流して水電解などから送られてくる低圧水素を吸収する。具体的には、冷却水供給源７０から冷却水供給路５５に冷却水（３２℃）を流し、送水側三方弁５０のＡポートとＢポートを連通させ、Ｃポートを閉じる。これにより、冷却水は、導入路３０Ｂを通して熱交換器の媒体導入側に導入される。冷却水は、熱交換器の媒体流路を通って媒体排出口から排出され、排出管３１Ｂ、排出側開閉弁３３Ｂ、さらに、戻り側三方弁５１のポートＢ、Ａ間を通り、冷却水環流路５７に流れて冷却水供給源７０に環流する。
【００４４】
続いて、図１０に示すサイクルＢはサイクルＡの逆となり、水素吸蔵合金容器３Ｂに加熱媒体を流して圧力を上げ、水素貯蔵タンク２Ｂの内圧より高くなると逆止弁６Ｂを介して水素貯蔵タンク２Ｂに水素が流れる。一方、水素吸蔵合金容器３Ａは冷却媒体を流して水電解などから送られてくる低圧水素を吸収する。
この際に、送水側三方弁４０において、ＡポートとＢポートとを連通させ、Ｃポートを閉じ、戻り側三方弁４１において、ＡポートとＣポートを連通させ、Ｂポートを閉じる。
これにより、温水（８０℃）がポンプ４６で温水供給路４５に送られ、流量調整弁４７で流量が調整されて、送水側三方弁４０でポートＡ、Ｂを通り、導入管３０Ｂ、導入側開閉弁３２Ｂを介して熱交換器の媒体導入側に温水が導入される。温水は、熱交換器の流路を通って媒体排出口から排出され、排出管３１Ｂ、排出側開閉弁３３Ｂ、さらに、戻り側三方弁４１ＡのポートＣ、Ａ間を通り、温水環流路４８に流れて温水タンク６０に環流する。
上記温水による加熱によって水素吸蔵合金容器３Ｂ内の圧力を上げ、この圧力が水素貯蔵タンク２Ｂの内圧より高くなると逆止弁６Ｂを介して、水素吸蔵合金容器３Ｂから水素貯蔵タンク２Ｂに水素が流れる。
【００４５】
一方、水素吸蔵合金容器３Ａは冷却媒体を流して水電解などから送られてくる低圧水素を吸収する。具体的には、冷却水供給源７０から冷却水供給路５５に冷却水（３２℃）を流す。この際に、送水側三方弁５０では、ポートＡ、Ｃを連通させ、Ｂポートを閉じる。
戻り側三方弁５１では、ポートＡ、Ｃを連通させ、Ｂポートを閉じる。
これにより、冷却水は、導入路３０Ａを通して熱交換器の媒体導入側に導入される。冷却水は、熱交換器の流路を通って媒体排出口から排出され、排出管３１Ａ、排出側開閉弁３３Ａ、さらに、戻り側三方弁５１のポートＣ、Ａ間を通り、冷却水環流路５７に流れて冷却水供給源７０に環流する。
【００４６】
続いて、図１１に示すように、水素貯蔵タンク２Ａおよび水素貯蔵タンク２Ｂの圧力が０．９ＭＰａ以上に到達したら、上記と同様に、両水素吸蔵合金容器３Ａおよび水素吸蔵合金容器３Ｂを交互に冷却水を流し低圧で水素を貯蔵して完了となる。
これにより、水素貯蔵タンク２Ａおよび水素貯蔵タンク２Ｂの内部は水素圧が０．９ＭＰａとなり、合わせて約１８０Ｎｍ３の水素が貯蔵される。また、水素吸蔵合金容器３ＡおよびＢには３０℃以下の温度で低圧（０．３５ＭＰａ）で水素貯蔵されるので、図１４のＰＣＴ線図上で示すように１５０ｃｃ／ｇ以上の水素吸蔵量となり、合わせて約１２０Ｎｍ３の水素が貯蔵される。貯蔵タンクとＭＨタンクの水素を合わせて約３００Ｎｍ３の水素が貯蔵される。
【００４７】
以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    水素昇圧貯蔵システム
２、２Ａ、２Ｂ  水素貯蔵タンク
３、３Ａ、３Ｂ  水素吸蔵合金容器
４    熱交換器
４Ａ  媒体導入部
４Ｂ  媒体流路
４Ｃ  媒体排出部
４Ｄ  隔壁
６０    温水タンク
７０    冷却水供給源
【図１】
0006362566.tif 000002
【図２】
0006362566.tif 000003
【図３】
0006362566.tif 000004
【図４】
0006362566.tif 000005
【図５】
0006362566.tif 000006
【図６】
0006362566.tif 000007
【図７】
0006362566.tif 000008
【図８】
0006362566.tif 000009
【図９】
0006362566.tif 000010
【図１０】
0006362566.tif 000011
【図１１】
0006362566.tif 000012
【図１２】
0006362566.tif 000013
【図１３】
0006362566.tif 000014
【図１４】
0006362566.tif 000015
【図１５】
0006362566.tif 000016