(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサと、
複数の前記タンク同士を熱交換可能に接続する熱媒配管および該熱媒配管に設けられた熱媒送り方向が可逆の熱媒ポンプと、
を有する水素吸蔵合金の活性化装置。
【請求項２】
活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサを有する水素吸蔵合金の活性化装置。
【請求項３】
活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクと、該複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサと、複数の前記タンク同士を熱交換可能に接続する熱媒配管および該熱媒配管に設けられた熱媒送り方向が可逆の熱媒ポンプと、を有する水素吸蔵合金の活性化装置を用いて実施される水素吸蔵合金の活性化方法であって、
前記複数のタンクのうち水素放出中の第１のタンクから水素吸蔵中の第２のタンクに水素を圧縮して移動させるとともに、水素吸蔵中の第２のタンクで発生する熱を水素放出中の第１のタンクに熱媒にて供給し水素放出中の第１のタンクでの水素放出を促進する第１の工程と、
前記水素コンプレッサと前記熱媒ポンプとを逆転させ、水素の移動方向と熱の供給方向を第１の工程と逆転させて水素を第２のタンクから第１のタンクに戻す第２の工程と、
を有し、
第１の工程および第２の工程を、複数回繰り返す、水素吸蔵合金の活性化方法。
【請求項４】
活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクと、該複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサと、を有する水素吸蔵合金の活性化装置を用いて実施される水素吸蔵合金の活性化方法であって、
前記複数のタンクのうち水素放出中の第１のタンクから水素吸蔵中の第２のタンクに水素を圧縮して移動させる第１の工程と、
前記水素コンプレッサを逆転させ、水素の移動方向を第１の工程と逆転させて水素を第２のタンクから第１のタンクに戻す第２の工程と、
を有し、
第１の工程および第２の工程を、複数回繰り返す、水素吸蔵合金の活性化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金（水素の吸収・放出が可逆的で水素の貯蔵に用いられる金属水素化物、以下、ＭＨ（Metal Hydride ）ともいう）の活性化装置と活性化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素の吸蔵・放出に水素吸蔵合金を用いる場合、水素吸蔵合金は、使用の前に水素吸蔵合金に水素を吸収・放出することを数回から数十回繰返し行わせ、水素吸蔵合金を活性化させる必要がある。これは、水素吸蔵合金が水素を吸蔵する時に膨張し、それまで酸化物皮膜で覆われていた水素吸蔵合金粒子が割れ新生面が出るので、水素吸蔵合金に水素を吸収・放出させることにより、水素吸蔵合金の水素化の促進が可能となり、水素吸蔵合金を活性化できるからである。
特開平２０００−１７４０８号は、水素吸蔵合金の活性化方法を開示しており、水素吸蔵合金の活性化の際には、水素放出時には、水素吸蔵合金を入れたタンク（以下、ＭＨタンクという）内雰囲気を減圧すると共に温度を高め、水素吸蔵時には、ＭＨタンク内雰囲気を高圧にすると共に低温にすることを開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来、水素は水素ボンベ等から供給され、ＭＨタンク内の水素吸蔵合金に一度吸蔵した後は、大気へ放出したり空気と混合して燃焼させるなどし、再利用されることはなかった。このため、たとえば容量が２０ｍ3 程度のＭＨタンク内の水素吸蔵合金を活性化するには、２００〜１０００ｍ3 程度の水素が必要であった。また、ＭＨタンク内雰囲気の加熱、冷却にはそれぞれ独立に熱エネルギーが消費され、水素吸蔵時で発生する熱を水素放出時の吸熱に利用するということは行われていなかった。
本発明の目的は、水素吸蔵合金の活性化の際の水素消費量を大幅に低減できるとともに、熱エネルギーを低減できる水素吸蔵合金の活性化装置と活性化方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、水素吸蔵合金の活性化の際の水素消費量を大幅に低減できる水素吸蔵合金の活性化装置と活性化方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサと、
複数の前記タンク同士を熱交換可能に接続する熱媒配管および該熱媒配管に設けられた熱媒送り方向が可逆の熱媒ポンプと、
を有する水素吸蔵合金の活性化装置。
（２）  活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサを有する水素吸蔵合金の活性化装置。
（３）  活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクと、該複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサと、複数の前記タンク同士を熱交換可能に接続する熱媒配管および該熱媒配管に設けられた熱媒送り方向が可逆の熱媒ポンプと、を有する水素吸蔵合金の活性化装置を用いて実施される水素吸蔵合金の活性化方法であって、
前記複数のタンクのうち水素放出中の第１のタンクから水素吸蔵中の第２のタンクに水素を圧縮して移動させるとともに、水素吸蔵中の第２のタンクで発生する熱を水素放出中の第１のタンクに熱媒にて供給し水素放出中の第１のタンクでの水素放出を促進する第１の工程と、
前記水素コンプレッサと前記熱媒ポンプとを逆転させ、水素の移動方向と熱の供給方向を第１の工程と逆転させて水素を第２のタンクから第１のタンクに戻す第２の工程と、
を有し、
第１の工程および第２の工程を、複数回繰り返す、水素吸蔵合金の活性化方法。
（４）  活性化処理前の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクと活性化処理済の水素吸蔵合金を入れた少なくとも１つのタンクとを含む、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクと、該複数のタンクを連通する水素配管および該水素配管に設けられた水素の圧縮、送り方向が可逆の水素コンプレッサと、を有する水素吸蔵合金の活性化装置を用いて実施される水素吸蔵合金の活性化方法であって、
前記複数のタンクのうち水素放出中の第１のタンクから水素吸蔵中の第２のタンクに水素を圧縮して移動させる第１の工程と、
前記水素コンプレッサを逆転させ、水素の移動方向を第１の工程と逆転させて水素を第２のタンクから第１のタンクに戻す第２の工程と、
を有し、
第１の工程および第２の工程を、複数回繰り返す、水素吸蔵合金の活性化方法。
【０００５】
上記（１）の水素吸蔵合金の活性化装置および上記（３）の水素吸蔵合金の活性化方法では、複数のタンクを水素配管で接続したので、水素を複数のタンク間で吸収・放出し合って、水素を繰り返し利用することができ、一度吸蔵した水素を大気に放出して再利用しなかった従来に比べて、水素吸蔵合金の活性化に必要な水素量を、従来の１０分の１から数１０分の１に低減することができる他、複数のタンク同士を熱交換可能に接続したので、水素吸蔵で発生する熱を他のタンクの水素放出エネルギー（吸熱）に利用することができ、水素吸蔵合金の活性化に必要な熱エネルギーを低減することができる。
また、活性化をこれからするタンクと、活性化済みのタンクとを組み合わせたので、より短期間で活性化することができる。
上記（２）の水素吸蔵合金の活性化装置および上記（４）の水素吸蔵合金の活性化方法では、複数のタンクを水素配管で接続したので、水素を複数のタンク間で吸収・放出し合って、水素を繰り返し利用することができ、一度吸蔵した水素を大気に放出して再利用しなかった従来に比べて、水素吸蔵合金の活性化に必要な水素量を、従来の１０分の１から数１０分の１に低減することができる。
また、活性化をこれからするタンクと、活性化済みのタンクとを組み合わせたので、より短期間で活性化することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の水素吸蔵合金の活性化装置とその方法を図面を参照して、説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る水素吸蔵合金の活性化装置と活性化方法を示しており、図２は、本発明の実施例２に係る水素吸蔵合金の活性化装置と活性化方法を示している。
本発明の実施例１、２にわたって共通する部分には、本発明の実施例１、２にわたって同じ符号を付してある。
【０００７】
まず、本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化装置を、図１を参照して、説明する。
本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化装置は、水素吸蔵合金を入れた複数のタンク１、２を連通する水素配管３および水素配管３に設けられた水素コンプレッサ４と、複数のタンク１、２同士を熱交換可能に接続する熱媒配管５および熱媒配管５に設けられた熱媒ポンプ６と、を有する。
【０００８】
図１では、タンクの個数が２個の場合を示しているが、３個以上でもよい。タンク１、２内には、活性化する水素吸蔵合金が入れられている。複数のタンク１、２内の少なくとも一部のタンクは、活性化済みのタンクであってもよい。
【０００９】
水素配管３はタンク１、２内と連通しており、水素は水素吸蔵合金と接触する。熱媒配管５はタンク１、２内を通るが、熱媒と水素吸蔵合金は配管５によって隔てられており、熱媒は水素吸蔵合金と非接触である。熱媒配管５は連通した１本の管で、その中を熱媒ポンプ６により、熱媒が循環する。
熱媒は、水でよく、水素放出側のタンクに入る時は約８０℃の温水であり、水素放出側のタンクで水素吸蔵合金が水素を放出する吸熱に熱エネルギーを奪われ、水素放出側のタンクを出る時にはやく−５℃の冷水となっており、それが水素吸蔵側のタンクに流れ、水素吸蔵側のタンクに入る時は約−５℃の冷水であり、水素吸蔵側のタンクで水素吸蔵合金が水素を吸蔵する時の発熱によって温められ、水素吸蔵側のタンクを出る時には約８０℃の温水となっており、それが水素放出側のタンクに循環する。
【００１０】
また、水素コンプレッサ４は水素の圧縮・送り方向が可逆のコンプレッサである。同様に、熱媒ポンプ６は熱媒送り方向が可逆のポンプである。
水素コンプレッサ４は、水素吸蔵側のタンク内を約数〜１０ＭＰａに昇圧する。水素放出側のタンク内の圧力は平均約０．３〜０．６ＭＰａである。
【００１１】
本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化方法（本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化の作用）を、図１を参照して説明する。
本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化方法は、第１の工程を実行し、次いで第２の工程を実行することを、繰り返し実行する方法からなる。すなわち、第１の工程、第２の工程、第１の工程、第２の工程、第１の工程、第２の工程、（以下、繰り返し）の順で実行する。
【００１２】
第１の工程では、図１の左部分に示すように、水素吸蔵合金を入れた複数のタンクのうち水素放出中の第１のタンク１から水素吸蔵の第２のタンク２に水素を圧縮して移動させるとともに、水素吸蔵の第２のタンク２で発生する熱を水素放出の第１のタンク１に熱媒にて供給し水素放出の第１のタンク１での水素放出を促進する。
【００１３】
第２の工程では、図１の右部分に示すように、水素の移動方向と熱の供給方向を第１の工程と逆転させて水素を第２のタンク２から第１のタンク１に戻す。この場合、第２のタンク２が水素放出のタンクとなり、第１のタンク１が水素吸蔵のタンクとなって、水素放出・吸蔵タンクの関係が第１の工程と逆転する。そして、水素コンプレッサ４は第２のタンク２で放出された水素を圧縮して第１のタンクに送る。また、熱媒は、第２のタンク２に入る時に温水であり、第２のタンク２を出る時には冷水であり、第１のタンク１に入る時に冷水であり、第１のタンク１を出る時には温水である。
【００１４】
第１の工程、第２の工程を交互に繰り返すことにより、タンク１、２内の水素吸蔵合金は同時に水素化し、ＭＨタンク１、２の活性化が行われる。
この場合、活性化をこれからするタンクと、活性化済みのタンクとを組み合わせると、水素・熱の移動速度および１サイクル当りの移動量が増大して、より短期間で活性化することができるので、そのように組み合わせてもよい。
【００１５】
本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化装置とその方法の作用・効果は、つぎの通りである。
本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化装置および水素吸蔵合金の活性化方法では、複数のタンク１、２を水素配管３で接続したので、水素を複数のタンク１、２間で吸収・放出し合って、水素を繰り返し利用することがでる。その結果、一度吸蔵した水素を大気に放出して再利用しなかった従来に比べて、水素吸蔵合金の活性化に必要な水素量を、従来の１０分の１から数１０分の１に低減することができる。また、複数のタンク１、２同士を熱媒配管５により熱交換可能に接続したので、水素吸蔵で発生する熱を他のタンクの水素放出エネルギー（吸熱）に利用することができ、水素吸蔵合金の活性化に必要な熱エネルギーを低減することができる。
【００１６】
つぎに、本発明の実施例２の水素吸蔵合金の活性化装置および活性化方法を、図２を参照して、説明する。
本発明の実施例２の水素吸蔵合金の活性化装置は、本発明の実施例１において、熱媒をタンク１、２にわたって循環させる構造を廃止し（循環配管５の廃止）、タンク１の加熱、冷却とタンク２の加熱、冷却とを、互いに独立させた構造としてある。水素吸蔵合金を入れた複数のタンク１、２を連通する水素配管３および該水素配管３に設けられた水素コンプレッサ４を有する構造は本発明の実施例１と同様である。その他の構造は、本発明の実施例１に準じる。
【００１７】
また、本発明の実施例２の水素吸蔵合金の活性化方法は、熱媒をタンク１、２間に循環させて一方のタンクでの発熱を他方のタンクでの吸熱に利用することは廃止した以外は本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化方法と同じである。すなわち、本発明の実施例２の水素吸蔵合金の活性化方法では、水素吸蔵合金を入れた複数のタンク１、２のうち水素放出中の第１のタンクから水素吸蔵の第２のタンクに水素を圧縮して移動させる第１の工程と、水素の移動方向を第１の工程と逆転させて水素を第２のタンクから第１のタンクに戻す第２の工程と、を有し、第１の工程および第２の工程を、複数回繰り返す。
【００１８】
本発明の実施例２の水素吸蔵合金の活性化装置と方法の作用、効果については、複数のタンク１、２を水素配管３で接続したので、水素を複数のタンク１、２間で吸収・放出し合って、水素を繰り返し利用することができ、一度吸蔵した水素を大気に放出して再利用しなかった従来に比べて、水素吸蔵合金の活性化に必要な水素量を、従来の１０分の１から数１０分の１に低減することができる。
また、本発明の実施例１と実施例２とを組み合わせもよく、その場合は、水素吸蔵合金の排熱と外部熱源とを併用して水素放出タンクの水素吸蔵合金を温熱することになる。
【００１９】
水素を吸蔵した水素吸蔵合金から放出された水素を、固体高分子電解質型燃料電池のアノードに供給して発電することができる。固体高分子電解質型燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【００２０】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図３、図４に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路２７および燃料電池冷却用の冷却水が流れる冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９を構成し（たとえば、２セルから１モジュールを構成し）、モジュール１９を積層してモジュール群とし、モジュール群のセル積層方向（燃料電池積層方向）両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置してスタック２３を構成し、スタック２３を積層方向に締め付けスタック２３の外側で燃料電池積層体積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、スルーボルトなど）とボルト２５またはナットで固定したものからなる。
【００２１】
固体高分子電解質型燃料電池１０では、アノード１４側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００２２】
固体高分子電解質型燃料電池１０では、アノード１４側に水素を供給することが必要である。水素の供給方法としては、水素を吸蔵させた水素吸蔵合金から水素を放出させて供給する方法、水素を圧縮して内蔵させた高圧タンクから水素を供給する方法、メタノールやガソリンを改質器で改質して水素を生成させ供給する方法、等がある。
水素の吸蔵に水素吸蔵合金を用いる場合、タンクに水素吸蔵合金を入れ水素を吸蔵させ、それを自動車に搭載することとなる。そして、水素吸蔵合金を入れたタンク１、２は、使用の前に水素吸蔵合金に水素を吸収・放出することを数回から数十回繰返し行わせ、水素吸蔵合金を活性化させることが必要であり、それに本発明の装置と方法を使用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の水素吸蔵合金の活性化装置および請求項３の水素吸蔵合金の活性化方法によれば、複数のタンクを水素配管で接続したので、水素を複数のタンク間で吸収・放出し合って、水素を繰り返し利用することができ、水素吸蔵合金の活性化に必要な水素量を、従来の１０分の１から数１０分の１に低減することができる他、複数のタンク同士を熱交換可能に接続したので、水素吸蔵で発生する熱を他のタンクの水素放出エネルギー（吸熱）に利用することができ、水素吸蔵合金の活性化に必要な熱エネルギーを低減することができる。
また、活性化をこれからするタンクと、活性化済みのタンクとを組み合わせたので、より短期間で活性化することができる。
請求項２の水素吸蔵合金の活性化装置および請求項４の水素吸蔵合金の活性化方法によれば、複数のタンクを水素配管で接続したので、水素を複数のタンク間で吸収・放出し合って、水素を繰り返し利用することができ、水素吸蔵合金の活性化に必要な水素量を、従来の１０分の１から数１０分の１に低減することができる。
また、活性化をこれからするタンクと、活性化済みのタンクとを組み合わせたので、より短期間で活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の水素吸蔵合金の活性化装置、および本発明の実施例３の水素吸蔵合金の活性化方法の全体系統図である。
【図２】  本発明の実施例２の水素吸蔵合金の活性化装置、および本発明の実施例４の水素吸蔵合金の活性化方法の全体系統図である。
【図３】  本発明が適用可能な燃料電池の概略正面図である。
【図４】  本発明が適用可能な燃料電池の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１、２  タンク
３  水素配管
４  水素コンプレッサ
５  熱媒配管
６  熱媒ポンプ
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１２  触媒層
１３  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１５  触媒層
１６  拡散層
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  モジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルトまたはナット
【図１】
0004432239.tif 000002
【図２】
0004432239.tif 000003
【図３】
0004432239.tif 000004
【図４】
0004432239.tif 000005