(57)【要約】【課題】水素吸蔵合金の放熱性を向上する水素吸蔵システムを提供する。【解決手段】水素を吸収あるいは放出する水素吸蔵合金を内装した水素吸蔵合金容器１と、この水素吸蔵合金容器に設けられ、前記水素吸蔵合金と熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路１ａと、前記水素吸蔵合金容器に液体状の熱媒体を圧送する圧送手段３と、熱媒体を冷却凝縮して前記圧送手段に供給する冷却手段４と、を備える水素吸蔵システムにおいて、前記熱媒体流路内に液体状の熱媒体を霧状にする霧化手段７を設け、霧状の熱媒体が気化する際の潜熱を用いて前記水素吸蔵合金のもつ熱を吸熱する。【選択図】図１
2007303521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を吸収あるいは放出する水素吸蔵合金を内装した水素吸蔵合金容器と、
この水素吸蔵合金容器に設けられ、前記水素吸蔵合金と熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、
前記水素吸蔵合金容器に液体状の熱媒体を圧送する圧送手段と、
前記熱媒体流路から排出された気体状の熱媒体を加圧して前記冷却手段に送る加圧手段と、
前記加圧手段からの熱媒体を冷却凝縮して前記圧送手段に供給する冷却手段と、
を備える水素吸蔵システムにおいて、
前記熱媒体流路内に液体状の熱媒体を霧状にする霧化手段を設け、霧状の熱媒体が気化する際の潜熱を用いて前記水素吸蔵合金のもつ熱を吸熱することを特徴とする水素吸蔵システム。
【請求項２】
前記熱媒体流路での熱媒体の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記霧化手段は、前記熱媒体の温度が第１所定温度以上の場合に、熱媒体を霧化することを特徴とする請求項１に記載の水素吸蔵システム。
【請求項３】
前記霧化手段は、液体状の熱媒体を加速して液滴化するオリフィスを備え、熱媒体の温度が第１所定温度以上の場合に、前記オリフィスを熱媒体を通過することを特徴とする請求項２に記載の水素吸蔵システム。
【請求項４】
前記霧化手段は、内周形状が熱媒体流れ方向下流側に向けて縮径するテーパー形状を有する本体部と、外周形状が前記本体部の内周形状と略同一のテーパー形状を有するとともに、前記流れ方向に沿って貫通する貫通孔を備え、この貫通孔に前記オリフィスを設けたノズルと、このノズルを前記流れ方向下流側に変位させる熱伸縮部材とを備え、
前記熱伸縮部材は、熱媒体が第１所定温度以上の場合に、前記ノズルを下流方向に変位させて前記ノズル外周面を前記本体部内周面に押し付け、熱媒体が前記オリフィスを通過するように設定されることを特徴とする請求項３に記載の水素吸蔵システム。
【請求項５】
前記熱伸縮部材は、形状記憶合金からなることを特徴とする請求項４に記載の水素吸蔵システム。
【請求項６】
前記霧化手段は、前記熱媒体流路を開閉な揺動する弁体と、この弁体を駆動する熱伸縮部材とからなり、
前記弁体は、前記熱媒体流路閉塞時に熱媒体が流通する複数の貫通孔を備え、
前記熱伸縮部材は、熱媒体が第１所定温度以上の場合に、前記弁体を駆動して前記熱媒体流路を閉塞することを特徴とする請求項３に記載の水素吸蔵システム。
【請求項７】
前記霧化手段が前記熱媒体流路に複数設置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の水素吸蔵システム。
【請求項８】
前記熱媒体流路は、熱媒体が前記水素吸蔵合金との間で顕熱により加熱される顕熱領域と潜熱により加熱される潜熱領域とに分けられ、前記霧化手段が前記潜熱領域に設置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の水素吸蔵システム。
【請求項９】
前記霧化手段は、前記第１所定温度が異なる複数種類からなり、前記熱媒体流路の下流側ほど前記第１所定温度の高い霧化手段が設置されることを特徴とする請求項８に記載の水素吸蔵システム。
【請求項１０】
前記霧化手段は、前記熱媒体流路の下流側ほど設置間隔が狭まるように設置されることを特徴とする請求項８または９に記載の水素吸蔵システム。
【請求項１１】
前記霧化手段は、等間隔に設置されることを特徴とする請求項８に記載の水素吸蔵システム。
【請求項１２】
それぞれの霧化手段は、隣接する前記熱媒体流路に設置された他の霧化手段と、熱媒体流れ方向に対して直角方向で重ならないように設置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の水素吸蔵システム。
【請求項１３】
前記水素吸蔵合金容器出口の熱媒体流路に熱媒体の流量を検出する流量検出手段と、
検出された流量が所定流量以上の場合に前記熱媒体の気化が完了したと判定する気化判定手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水素吸蔵システム。
【請求項１４】
前記水素吸蔵合金容器出口の熱媒体流路に熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
検出された温度が第２所定温度以上の場合に前記熱媒体の気化が完了したと判定する第２気化判定手段とを設けたことを特徴とする請求項１または１３に記載の水素吸蔵システム。
【請求項１５】
前記第１、第２気化判定手段は、検出した熱媒体の流量または温度に応じて熱媒体の気化か完了していない場合に、熱媒体を前記熱媒体流路に供給する熱媒体供給手段の負荷を低減することを特徴とする請求項１３または１４に記載の水素吸蔵システム。
【請求項１６】
前記第２所定温度は、熱媒体の沸点であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の水素吸蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵システム、特に水素貯蔵合金の冷却性を向上する水素貯蔵システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池に燃料ガスとしての水素を供給する手段の一例として水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵システムが研究されている。この水素貯蔵システムに用いられる水素吸蔵合金は、水素吸蔵時に発熱する特性を有し、水素吸蔵合金の温度の上昇により、所定の吸蔵能力を発揮することができず、水素吸蔵量の低下や吸蔵にかかる水素充填時間が長くなるといった課題を生じる。この課題を克服するために水素吸蔵合金を冷却する構成をシステム中に備えることが通常行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の冷却手段は、水素吸蔵合金を内装した筐体内に冷媒流路を設け、水素吸蔵時に冷媒流路を流通する冷媒により水素吸蔵合金の熱を吸熱するものである。また、特許文献２に記載のものは、水素吸蔵合金の熱を吸熱する冷媒として、燃料電池の冷却に使用した冷媒を用いるため、冷却システムを簡素化することができる。
【特許文献１】特開２０００−８８１９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の冷却手段では、水素吸蔵合金と冷媒の熱交換時に顕熱により水素吸蔵合金から冷媒へ熱が移動し、冷媒の温度が上昇することを用いて、水素吸蔵合金の温度を低下させている。このため、水素吸蔵合金の熱量の増加とともに、冷媒量を増加させる必要が生じ、また冷媒量の増加に合わせて熱交換を促進するためのフィンや配管の増加等が必要となり、水素吸蔵合金の水素吸蔵量の増加するためにはシステムの大型化が避けられないという課題が生じることととなる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、水素吸蔵合金の放熱性を向上する水素貯蔵システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、水素を吸収あるいは放出する水素吸蔵合金を内装した水素吸蔵合金容器と、  この水素吸蔵合金容器に設けられ、前記水素吸蔵合金と熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、前記水素吸蔵合金容器に液体状の熱媒体を圧送する圧送手段と、前記熱媒体流路から排出された気体状の熱媒体を加圧して前記冷却手段に送る加圧手段と、前記加圧手段からの熱媒体を冷却凝縮して前記圧送手段に供給する冷却手段と、を備える水素吸蔵システムにおいて、前記熱媒体流路内に液体状の熱媒体を霧状にする霧化手段を設け、霧状の熱媒体が気化する際の潜熱を用いて前記水素吸蔵合金のもつ熱を吸熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、水素吸蔵時に発熱する水素吸蔵合金の熱を熱媒体との間の気化潜熱と顕熱とを用いて熱交換することで、水素吸蔵合金の放熱性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、水素吸蔵システムの構成を示す構成図である。水素吸蔵システムは、水素を吸収あるいは放出する水素吸蔵合金を内装し、この水素吸蔵合金の温度を調整するための熱媒体が流通するための熱媒体流路１ａと、この熱媒体流路１ａの放熱性を向上するためのフィン１ｂとを備えた水素吸蔵合金容器１と、この水素吸蔵合金容器１を内部に配置する水素ガス容器２とを備える。水素ガス容器２には水素吸蔵合金に吸蔵される水素が供給、排出され、また一方で、水素吸蔵合金容器１で水素吸蔵合金と熱交換される熱媒体が供給、排出される。
【０００９】
水素ガス容器２には熱媒体を水素吸蔵合金容器１の熱媒体流路１ａに圧送するためのポンプ３が接続され、ポンプ３には凝縮器４で凝縮された液体の熱媒体が送られる。一方、熱媒体流路１ａから排出された熱媒体は圧縮機５に送られ、圧縮機５は熱媒体を加圧して凝縮器４に送る。凝縮器４にはファン６が備え付けられ、熱媒体を気体から液体に凝縮させる。
【００１０】
前述のように、水素吸蔵合金容器１内では、熱媒体が液体から気体へと相転移し、その際の潜熱及び相転移前の顕熱により水素吸蔵合金の放熱を促進する。図２は、相転移が行われる水素吸蔵合金容器１の構成図である。
【００１１】
内部に水素吸蔵合金を配置した水素吸蔵合金容器１には、その外面に熱媒体が流通する熱媒体流路１ａが熱媒体の放熱が不均一にならないように均一に配設され、かつ水素吸蔵合金の熱を効率よく放熱するためのフィン１ｂが備えられる。
【００１２】
熱媒体流路１ａには所定間隔でオリフィス８を備えた霧化手段７が設置される。図３は、霧化手段７の構成を説明する図である。
【００１３】
図２に示したように霧化手段７は、熱媒体流路１ａに所定間隔で設置され、その構成は、熱媒体が流入、流出する中空円柱状の本体部７ａと、この本体部７ａ内に配置され、その内周形状が下流側に向けて縮径するテーパー形状のストッパ７ｂと、ストッパ７ｂのテーパー形状に一致するテーパー状の外形を有し、一方、中心に熱媒体が流通する貫通孔７ｃを備え、この貫通孔７ｃの一部にオリフィス８を設けたノズル７ｄとからなる。さらに、熱媒体の温度に応じて熱媒体流れ方向に伸縮してノズル７ｄをストッパ７ｂに押し付ける熱伸縮部材７ｅと、ストッパ７ｂに設けられ、ノズル７ｄがストッパ７ｂに押し付けられた時にノズル７ｄとストッパ７ｂ間の熱媒体の流れを禁止するためのＯリング７ｆとから構成される。熱伸縮部材７ｅは、例えば形状記憶合金やバイメタルを用いて形成される。
【００１４】
このように構成された霧化手段７は、熱媒体の温度が所定温度未満の場合には（ａ）に示すように熱伸縮部材７ｅが縮まり、ノズル７ｄとストッパ７ｂ間を液体の熱媒体が流通し、熱媒体は液体のまま下流に流出する。対して熱媒体の温度が所定温度以上の場合には、（ｂ）に示すように熱伸縮部材７ｅが伸長してノズル７ｄをストッパ７ｂに押し付け、熱媒体は貫通孔７ｃに設置されたオリフィス８を通過する。オリフィス８を通過することにより圧力が低下した熱媒体の一部は気化して気体に相転移して、残りは粒状の液体となり、全体として霧状となって下流に位置する次の霧化手段７に送られる。そして、複数の霧化手段７を通過するうちに水素吸蔵合金との熱交換により熱媒体の大部分が気化して気体となり、水素吸蔵合金容器１から排出される時点では、全てが気体となって圧縮機５に供給される。
【００１５】
このような水素吸蔵合金容器１を備えることにより、最上流部に位置する霧化手段７の上流側では、水素吸蔵合金の熱を熱媒体に伝熱して顕熱により放熱し、霧化手段７下流では液体の熱媒体を気体に相転移させて潜熱により放熱することができる。
【００１６】
図４は、本実施形態の霧化手段７を用いて顕熱と潜熱により水素吸蔵合金の放熱を促進する場合の効果を示す図である。図４では、同一熱媒体流量での所定水素充填量（図４では５ｋｇ）に必要な時間で評価している。図によると、従来の顕熱のみを用いて水素吸蔵合金の放熱を行った場合に比して、本実施形態の霧化手段７を用いて顕熱と潜熱とを用いた場合には水素吸蔵合金の温度上昇を抑制し、水素吸蔵合金の水素の充填効率を高め、極めて短時間で終了することができる。
【００１７】
図５は、水素吸蔵合金容器１内の熱媒体流路１ａの長さが１０ｍとして、流入する熱媒体の温度が６０℃、熱媒体が気体に相転移するのに必要な長さが５ｍとした場合のノズル７位置と水素吸蔵合金と熱媒体間の交換熱量の関係を示す図である。なおこの図では、ノズル位置での熱媒体の温度が一定温度（図では１００℃）となるように流入する熱媒体流量を変化させている。また図において、液体顕熱４ｍ、気体潜熱５ｍの条件とは、熱媒体流路１０ｍのうち１ｍは熱交換に寄与しない流路が存在していることを意味している。
【００１８】
図によれば液体顕熱での熱交換が行われる長さが５ｍで、気化潜熱が行われる長さが５ｍの場合に、熱媒体と水素吸蔵合金との交換熱量が最も大きくなる。一方で液体顕熱のみでの交換熱量が最も小さくなり、本実施形態のように顕熱と潜熱との双方を用いて熱交換することの効果が明らかである。
【００１９】
図６は、液体顕熱を用いて熱交換する熱媒体流路長さと総交換熱量との関係を気化に必要な長さを変化させて示した図である。図５、図６から分かることは、水素吸蔵合金容器１内のどの場所で気化が開始されても顕熱のみの熱交換の場合に比して、本発明のように顕熱と潜熱とを用いた方が熱交換が促進される。
【００２０】
図７は、霧化手段７の他の構成を示す断面図である。この霧化手段７は、図３に示す霧化手段７に比較して、ストッパが可変する機能を備えた点が相違する。図３の構成と同じ構成には同じ符号を記して、以下、霧化手段７の構成を説明する。
【００２１】
この構成の特徴である可変式のストッパ９は、形状記憶合金を用いて構成された円筒状の部材で、その上流側の一端は本体部７ａの内壁に揺動可能に支持される。このストッパ９は温度に応じて、内壁に沿って円筒状の断面形状となる場合と、ストッパ９の下流側が徐々に縮径した円錐台の断面形状となる場合とがある。
【００２２】
図３のＯリング７ｆに代えて、ノズル７ｄ外周面にＯリング１０が設置され、ストッパ９の形状が縮径した円錐台の断面形状の場合に、ストッパ９の内面とＯリング１０が接触し、この間の熱媒体の流通が禁止される。
【００２３】
このように構成されて、熱媒体の温度が所定温度未満の場合には、（ａ）に示すようにストッパ９は円筒形状となり、ノズル７ｄとの間隙を通じて熱媒体がスムースに流通することができる。一方、熱媒体の温度が所定温度以上の場合には、（ｂ）に示すようにストッパ９が円錐台の断面形状となるとともに、熱伸縮部材７ｅが伸長して、ストッパ９がノズル７ｄに設置されたＯリング１０に接触してストッパ９とノズル７ｄ間の熱媒体の流通が禁止される。このため、液体の熱媒体はノズル７ｄの貫通孔７ｃに導かれ、貫通孔７ｃに設置されたオリフィス８の効果により低圧化して、一部が気化し、残りが粒状の液体となり下流に位置する次の霧化手段７に送られる。この実施形態の霧化手段７は、図３に示す霧化手段７に比してノズル７ｄとストッパ９間の流路断面積を大きく確保することができる。なお、この霧化手段の構成において、ノズル７ｄの位置を所定位置に固定するようにしても同様の作用効果を得ることが可能である。
【００２４】
図８は、霧化手段の他の構成を示す断面図である。この霧化手段１１は、円環状の熱媒体流路１ａ内に設置され、半円状の弁体１１ａを２枚用いて形成される。一対の弁体１１ａは、円形となるように蝶番１１ｂにより回転自在に接続される。弁体１１ａには複数の貫通孔１１ｃが設置され、この貫通孔１１ｃから熱媒体が流通する。一対の弁体１１ａに渡って熱伸縮部材１１ｄが設置され、熱媒体温度の温度に応じて伸縮し、伸長時に一対の弁体１１ａが円形状となり、収縮時には弁体１１ａは「く」の字状に折りたたまる。
【００２５】
各弁体１１ａの外周部に沿ってＯリング１２が配置され、弁体１１ａが円形状となった場合に、熱媒体流路１ａの内壁面にＯリング１２が接して、熱媒体流路１ａの内壁面と弁体１１ａとの間の熱媒体の流通を禁止するとともに、弁体１１ａが熱媒体流路１ａ内壁面から凸状に形成されたストッパ１３に接することで熱媒体流路１ａ内壁面と弁体１１ａ間の熱媒体の流通を禁止する。図９に示す熱媒体流路１ａ内壁と一対の弁体との間隙Ｓは、熱媒体流路１ａ内壁に設けた凸状のストッパ１３により覆われるようにしてもよいし、または間隙Ｓの一部のみを覆うようにしてもよい。一部のみ覆う場合にストッパ１３が覆う間隙Ｓの面積は、残りの覆われない部分の面積が貫通孔１１ｃの面積と略同じとなるように設定する。この場合には、ストッパ１３により覆われない部分の間隙は貫通孔１１ｃと同様の作用を備えることになる。
【００２６】
このように構成された霧化手段１１において、図８（ａ）に示すように、熱媒体の温度が所定温度未満の場合には熱伸縮部材１１ｄが収縮して弁体１１ａは「く」の字状に折りたたまれ、弁体１１ａと熱媒体流路１ａとの間に間隙ができ、この間隙から液体の熱媒体が流通する。熱媒体が所定温度以上となると、図８（ｂ）に示すように、熱伸縮部材１１ｄが伸長して、弁体１１ａは円形状になり、ストッパ１３及び熱媒体流路１ａの内壁面に接触して熱媒体流路１ａを遮蔽する。この時、液体の熱媒体は弁体１１ａに複数個形成された貫通孔１１ｃを通過して下流側に流出する。貫通孔１１ｃを通過する際に熱媒体の圧力が低下し、一部が気化し、残りが粒状の液体となり下流に位置する次の霧化手段７に送られる。この霧化手段１１では、前述の他の霧化手段の作用効果を維持したまま、熱媒体温度が所定温度未満の場合の熱媒体が流通する面積を大きく確保することができる。
【００２７】
図１０は、これまで説明した霧化手段の配置の一例を示す構成図である。この霧化手段の配置例では、１個の霧化手段７が水素吸蔵合金容器１の略中央部に配置される。ここで、霧化手段７が設置される上流側は熱媒体が水素吸蔵合金との間で顕熱により加熱される顕熱領域であり、霧化手段７が設置された場所より下流は熱媒体が水素吸蔵合金との間で潜熱により加熱される潜熱領域となる。１個の霧化手段７を設置して顕熱及び潜熱による交換熱量で水素吸蔵合金の放熱が満たされる場合には、複数の霧化手段７を設置することによる圧力損失を抑制することができる。
【００２８】
図１１は、霧化手段７を熱媒体流路１ａに略一定間隔で複数個配置した一例を示す図である。この配置では、熱媒体が所定温度以上となる位置が熱媒体流路１ａのどの位置であっても、所定温度に達した位置の直近下流の霧化手段７により熱媒体の気化を開始することができる。このように霧化手段７を一定間隔で複数配置することにより、水素吸蔵合金の温度が高い箇所（＝水素吸蔵合金との熱交換により熱媒体温度が高い箇所）に応じて近傍の霧化手段７により熱媒体の液体から気体への相転移が生じて、この時の顕熱と潜熱とにより、水素吸蔵合金の熱を効率よく放出することができる。
【００２９】
なお、図１２に示すように熱媒体流路１ａの最上流部に配置される霧化手段７までの距離を所定距離だけ確保して、この間は顕熱により水素吸蔵合金と熱媒体との間の熱交換が行なわれるようにしてもよい。この場合には、顕熱と潜熱とによる総交換熱量を考慮して顕熱のみの熱交換長さを設定する。
【００３０】
図１３は、水素吸蔵合金容器１内の熱媒体流路１ａに所定間隔で複数個、温度特性の異なる霧化手段を配置した一例である。この配置では、熱媒体流路１ａの下流側ほど熱媒体の気化を開始する所定温度が高い特性を備えた霧化手段が設置されることを特徴とする。水素吸蔵合金容器１に導入された熱媒体は、水素吸蔵合金との熱交換により、下流側ほどその温度が上昇する傾向を有する。この下流側ほど温度が高くなる熱媒体の温度分布に対応した温度特性を有する霧化手段７を配置する、つまり上流側には熱媒体の気化を開始する温度の低い温度特性を有する霧化手段７（図中、Ｌ）を設置し、下流側ほど熱媒体の気化を開始する温度の高い温度特性を有する霧化手段７（図中、Ｈ）を設置することで、水素吸蔵合金と熱媒体間の熱交換効率を向上することができる。
【００３１】
図１４は、霧化手段７を水素吸蔵合金容器１内の熱媒体流路１ａに下流側ほど設置間隔が狭くなるように複数個、配置した一例である。水素吸蔵合金容器１内の熱媒体流路１ａを流れる熱媒体の温度分布は、前述したように下流側ほど温度が高くなる傾向にある。したがって、高温の下流側に霧化手段７を多く設置することで、熱交換効率を高めることができる。
【００３２】
これまで熱媒体流路１ａを平面上に形成し、所定間隔で霧化手段７を設置する構成を説明してきたが、図１５に示す構成は、熱媒体流路１ａを多段積層して構成し、その流路１ａに霧化手段７を複数設置した構成である。このような積層した熱媒体流路１ａに霧化手段を配置する例として、互いに隣合う熱媒体流路１ａに設置された霧化手段７同士が熱媒体の流れ方向の直角方向から見て重ならないように設置する配置方法がある。この霧化手段の配置方法では、隣接する霧化手段７同士が重なり合うことがないため、熱媒体流路間を狭めることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００３３】
図１６は、図１５に示した熱媒体流路１ａの配置の効果を説明する図である。（ａ）は隣接する霧化手段７が重なり合う従来の配置を示し、（ｂ）は本発明の霧化手段７の配置を示す。
【００３４】
熱媒体流れ方向から見た場合の霧化手段７の高さをＨ、幅をＷ、従来の配置での各霧化手段間の最小クリアランスをＳ、熱媒体流路間の最小間隔から設定される熱媒体流れ方向から見た霧化手段７の上下方向のラップ代をＭ１、左右方向のラップ代をＭ２とする。従来の配置では、熱媒体流路１ａの間隔は、図中、上下方向でＨ＋Ｓ、左右方向でＷ＋Ｓで求められる。対して本発明の配置では、熱媒体流路１ａの間隔は、図中、上下方向でＨ‐Ｍ、左右方向でＷ‐Ｍで求められる。したがって、熱媒体流路１ａの間隔は、従来配置に対して本発明の配置が上下方向でＳ＋Ｍ１、左右方向でＳ＋Ｍ２だけ狭めることができる。
【００３５】
したがって、熱媒体流路１ａの長さを従来より長く確保し、また霧化手段７をより多く配置することが可能となり、水素吸蔵合金の放熱量を増大することができる。
【００３６】
図１７は、熱媒体の気化状態と霧化手段７を流通する熱媒体の流量との関係を説明する図である。霧化手段７を用いて熱媒体を霧状として気化を促進させるが、熱媒体の気化が水素吸蔵合金容器１の出口で完了することが最も熱交換効率の点で効率がよい。そこで、気化が完了する位置を霧化手段７を流通する熱媒体の流量を用いて制御する。
【００３７】
つまり、気化完了位置が出口より上流側で完了する場合には、ポンプ３の負荷を大きくして熱媒体の流量を増量し、気化完了位置を下流側へ移動し、一方、気化完了位置が出口より下流側で還流する場合には、ポンプ３の負荷を小さくして熱媒体の流量を減量し、気化完了位置を上流側へ移動する。このようにして熱媒体の最適流量を設定し、しいては水素吸蔵合金の放熱を最適化することができる。
【００３８】
図１８、図１９は、熱媒体の気化状態に応じて霧化手段７を流通する熱媒体の流量を制御する制御方法を説明するフローチャートとシステム構成図である。
【００３９】
まず、図１９を用いて水素吸蔵システムの構成を説明する。水素吸蔵合金容器１を備えた水素ガス容器２の構成は、図２に示す構成に熱媒体流路１ａの上流部、中流部、下流部及び出口部にそれぞれ熱媒体の温度を検出する温度センサ１４ａ〜１４ｄを設置するとともに、出口部に熱媒体の流量を検出する流量計１５を追加した点が異なる。温度センサ１４ａ〜１４ｄが検出する熱媒体の温度及び流量計１５が検出する熱媒体の流量に基づいて熱媒体の状態、具体的には気化状態を判別する。これら温度センサ１４ａ〜１４ｄと流量計１５の出力信号は、コントローラ２０に送られ、コントローラ２０は図１８のフローチャートに示す制御を実施し、制御に基づいてポンプ３の負荷を制御する。
【００４０】
図１８のフローチャートについて以下に説明する。この制御は、コントローラ２０により実施され、水素吸蔵システムの起動時に実施される。
【００４１】
まず、ステップＳ１でポンプ３を起動し、水素吸蔵システムを起動する。続くステップＳ２でポンプ３の負荷を予め設定した熱媒体の流量となる初期値に設定する。ステップＳ３では、熱媒体流路１ａの各部に設置した温度センサ１４ａ〜１４ｄの出力を読み込み、ステップＳ４で熱媒体の温度が上昇しているかどうかを判定する。上昇する場合にステップＳ５に進み、それ以外は温度が上昇するまで判定を繰り返す。
【００４２】
ステップＳ５では、ポンプ３の負荷を制御して熱媒体の流量を増加し、ステップＳ６で改めて熱媒体流路１ａの各部に設置した温度センサ１４ａ〜１４ｄの出力を読み込み、熱媒体の温度は霧化手段７が気化を開始する所定温度以上かどうかを判定する。所定温度以上であればステップＳ７に進み、所定温度未満であれば、ステップ３に戻る。
【００４３】
ステップＳ７では、霧化手段７が気化を開始する。ここで、前述のように、形状記憶合金を用いて所定温度に達した場合に、気化を開始するものでも、またコントローラ２０の制御に応じて気化を開始する電気制御式の制御弁を用いた霧化手段であってもよい。
【００４４】
ステップＳ８では、熱媒体流路１ａ出口に設けた流量計１５を用いて熱媒体の流量を読み込み、ステップＳ９で読み込んだ熱媒体流量が予め設定した気化完了流量以上かどうかを判定する。気化完了流量は、熱媒体流路１ａの長さ等により異なるため、予め実験等により求めておく。
【００４５】
熱媒体流量が気化完了流量未満であればステップＳ１０に進み、気化完了流量以上であればステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、出口部での熱媒体流量が多すぎ、水素吸蔵合金容器１で熱媒体の気化が完了しないため、熱媒体の流量を低減するようにポンプ３を制御し、ステップＳ８に戻る。
【００４６】
ステップＳ１０では、熱媒体流路上流側に設置した温度センサ１４ａの出力から熱媒体の上流側温度Ｔ１を読み込む。この上流側温度Ｔ１が熱媒体の沸点未満かどうかステップＳ１２で判定し、沸点未満であればステップＳ１３に進み、沸点以上であればステップＳ１４に進み、熱媒体流量が増加するようにポンプ３を制御する。
【００４７】
ステップＳ１２で上流側温度Ｔ１が沸点以上の場合には、上流側温度センサ１４ａが設置された位置までに熱媒体の気化が完了していると判定でき、この場合にはステップＳ１４で熱媒体流量を増加させて検出される熱媒体の温度を低下させ、熱媒体の気化がより下流側で完了するように制御する。一方、ステップＳ１２で上流側温度Ｔ１が熱媒体の沸点未満であれば、上流側温度センサ１４ａが設置された位置でまだ熱媒体の気化が完了していないと判定される。
【００４８】
ステップＳ１３では、熱媒体流路中流側に設置した温度センサ１４ｂの出力から熱媒体の中流側温度Ｔ２を読み込む。この中流側温度Ｔ２が熱媒体の沸点未満かどうかステップＳ１５で判定し、沸点未満であればステップＳ１６に進み、沸点以上であればステップＳ１４に進み、熱媒体流量が増加するようにポンプ３を制御する。
【００４９】
ステップＳ１５で中流側温度Ｔ２が沸点以上の場合には、中流側温度センサ１４ｂが設置された位置までに熱媒体の気化が完了していると判定でき、この場合にはステップＳ１４で熱媒体流量を増加させて、熱媒体の気化がより下流側で完了するように制御する。一方、ステップＳ１５で中流側温度Ｔ２が熱媒体の沸点未満であれば、中流側温度センサ１４ｂが設置された位置でまだ熱媒体の気化が完了していないと判定される。
【００５０】
ステップＳ１６では、熱媒体流路下流側に設置した温度センサ１４ｃの出力から熱媒体の下流側温度Ｔ３を読み込む。この下流側温度Ｔ３が熱媒体の沸点未満かどうかステップＳ１７で判定し、沸点未満であればステップＳ１８に進み、沸点以上であればステップＳ１４に進み、熱媒体流量が増加するようにポンプ３を制御する。
【００５１】
ステップＳ１７で下流側温度Ｔ３が沸点以上の場合には、下流側温度センサ１４ｃが設置された位置までに熱媒体の気化が完了していると判定でき、この場合にはステップＳ１４で熱媒体流量を増加させて、熱媒体の気化が出口側で完了するように制御する。一方、ステップＳ１７で下流側温度Ｔ３が熱媒体の沸点未満であれば、下流側温度センサ１４ｃが設置された位置でまだ熱媒体の気化が完了していないと判定される。
【００５２】
このような制御を実施することにより、熱媒体の気化が完了する位置を水素吸蔵合金容器１の出口付近に設定し、熱交換効率を最適にすることで、水素吸蔵合金の温度を効率よく低下させることができる。
【００５３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】水素吸蔵システムの構成を示す構成図である。
【図２】相転移が行われる水素吸蔵合金容器の構成図である。
【図３】霧化手段の構成を説明する図である。
【図４】霧化手段の効果を示す図である。
【図５】ノズル位置と水素吸蔵合金と熱媒体間の交換熱量の関係を示す図である。
【図６】液体顕熱を用いて熱交換する熱媒体流路長さと総交換熱量との関係を気化に必要な長さを変化させて示した図である。
【図７】霧化手段の他の構成を示す断面図である。
【図８】霧化手段の他の構成を示す断面図である。
【図９】図８のＣ部拡大図である。
【図１０】霧化手段の配置の一例を示す構成図である。
【図１１】霧化手段を熱媒体流路に一定間隔で複数個配置した一例を示す図である。
【図１２】熱媒体流路の最上流部に配置される霧化手段までの熱媒体流路の距離を所定距離だけ確保したレイアウトを示す図である。
【図１３】水素吸蔵合金容器内の熱媒体流路に所定間隔で複数個、温度特性の異なる霧化手段を配置した一例を示す図である。
【図１４】霧化手段を水素吸蔵合金容器内の熱媒体流路に下流側ほど設置間隔が狭くなるように複数個、配置した一例を示す図である。
【図１５】熱媒体流路を多段積層して構成し、その流路に霧化手段を複数設置した構成図である。
【図１６】図１５に示した熱媒体流路の配置の効果を説明する図である。
【図１７】熱媒体の気化状態と霧化手段を流通する熱媒体の流量との関係を説明する図である。
【図１８】熱媒体の気化状態に応じて霧化手段を流通する熱媒体の流量を制御する制御方法を説明するフローチャートである。
【図１９】熱媒体の気化状態に応じて霧化手段を流通する熱媒体の流量を制御する場合の水素吸蔵システムの構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：水素吸蔵合金容器
１ａ：熱媒体流路
１ｂ：フィン
２：水素ガス容器
３：ポンプ
４：凝縮器
５：圧縮機
６：ファン
７：霧化手段
７ａ：本体部
７ｂ：ストッパ
７ｃ：貫通孔
７ｄ：ノズル
７ｅ：熱伸縮部材
７ｆ：Ｏリング
８：オリフィス
９：可変式ストッパ
１０：Ｏリング
１１：霧化手段
１１ａ：弁体
１２：Ｏリング
１３：ストッパ
１４ａ〜１４ｄ：温度センサ
１５：流量計
２０：コントローラ
【図４】
2007303521.tif 000003
【図１８】
2007303521.tif 000004
【図１】
2007303521.tif 000005
【図２】
2007303521.tif 000006
【図３】
2007303521.tif 000007
【図５】
2007303521.tif 000008
【図６】
2007303521.tif 000009
【図７】
2007303521.tif 000010
【図８】
2007303521.tif 000011
【図９】
2007303521.tif 000012
【図１０】
2007303521.tif 000013
【図１１】
2007303521.tif 000014
【図１２】
2007303521.tif 000015
【図１３】
2007303521.tif 000016
【図１４】
2007303521.tif 000017
【図１５】
2007303521.tif 000018
【図１６】
2007303521.tif 000019
【図１７】
2007303521.tif 000020
【図１９】
2007303521.tif 000021