(57)【要約】【課題】設備を大型化することなく、水素ガスの貯留量を増大させることができるようにするとともに、需要側に対して水素ガスを安定して供給することができるようにした水素吸蔵合金を用いた貯槽システムを提供すること。【解決手段】水素ガスを消費する機器４に水素ガスを供給する水素ガス供給パイプラインにおける貯槽システムにおいて、水素ガス供給パイプライン１に接続され、一時的に水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽５内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽１４を配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを消費する機器に水素ガスを供給する水素ガス供給パイプラインにおける貯槽システムにおいて、水素ガス供給パイプラインに接続され、一時的に水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽を配置するようにしたことを特徴とする水素吸蔵合金を用いた貯槽システム。
【請求項２】
貯槽システムの２次側に対して一定流量に制御可能な自動弁を介して接続され、２次側の圧力変化に応じ水素ガス貯留槽内の水素を２次側に自動連続供給可能なライン構成と制御構成を有することを特徴とする請求項１記載の水素吸蔵合金を用いた貯槽システム。
【請求項３】
水素吸蔵合金からの水素の放出ガス量の制御に水素吸蔵合金槽の温度を検知し、吸蔵された水素の放出による反応吸熱による水素吸蔵合金槽の温度降下を抑制するための温度制御機構を有することを特徴とする請求項１又は２記載の水素吸蔵合金を用いた貯槽システム。
【請求項４】
水素吸蔵合金からの水素の放出ガス量の制御に水素吸蔵合金槽の温度及び圧力を検知し、放出水素平衡点を自動演算して、水素吸蔵合金槽の温度を制御する制御機構を有することを特徴とする請求項３記載の水素吸蔵合金を用いた貯槽システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス供給ラインにおける水素ガスを貯留する貯槽システムにおいて、水素ガス貯留槽に水素ガスを貯留するようにした貯槽システムに関し、特に、この貯槽システムに貯槽水素吸蔵合金を用いるようにした貯槽システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素ガス供給ラインにおける水素ガスを貯留する貯槽システムにおいては、水素ガス供給ラインに水素ガスを圧縮して貯留する水素ガス貯留槽を設け、圧力変動の吸収やバックアップ用として用いるようにしている。
また、バックアップ用には、液体水素ガス貯留槽を組み込む場合もある。
【０００３】
ところで、近年、水素ガスを貯留するために、水素吸蔵合金を用いた技術が開発されてきている。
そして、水素吸蔵合金からの水素放出量は、使用する水素吸蔵合金特有の圧力と温度の関数として平衡吸蔵量（ｗｔ％）が変化していくため、ある一定水素量を連続して放出させるために、水素吸蔵合金を加熱して温度を維持する方策が取られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の水素ガス供給ラインにおける水素ガスを貯留する貯槽システムにおいては、以下の改善すべき課題があった。
１）水素ガスラインの貯槽に、水素ガスを圧縮して貯留する水素ガス貯留槽を備えた場合、水素のガス密度自体が非常に小さいため、かなりの高圧に圧縮するか、容積自体を増やさねばならない。すなわち、小型の水素ガスタンクで、保持圧力が５ＭＰａ程度であれば、常温でわずかな量の水素ガスしか貯留できない。
２）１）の問題を改善するために、水素吸蔵合金を用いた場合、一旦水素を吸蔵保持した状態から、水素吸蔵合金からその水素吸蔵合金特有の温度圧力で決まる水素吸蔵平衡量（ｗｔ％）が降下することで水素ガスが放出されるが、この放出反応が吸熱反応のため、水素吸蔵合金自体の温度が下がる。そして、水素吸蔵合金の温度が下がると、それに伴い水素吸蔵平衡量が上昇し、十分な水素ガスの放出速度が得られない。
３）２）の課題に対応するため、水素吸蔵合金全体を加熱して元の平衡温度に近づける方策が必要になるが、水素吸蔵合金への伝熱が粉体への伝熱となるため、時間遅れが生じやすく、制御がハンチングしやすい。
４）さらに、需要側からは貯槽システムに対して一定の共有流量を要求されるが、貯槽システムの１次圧が刻々と変化していくため、単純なＴＩＣ制御では限界がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の水素ガス供給ラインにおける水素ガスを貯留する貯槽システムの有する問題点に鑑み、設備を大型化することなく、水素ガスの貯留量を増大させることができるようにするとともに、需要側に対して水素ガスを安定して供給することができるようにした水素吸蔵合金を用いた貯槽システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムは、水素ガスを消費する機器に水素ガスを供給する水素ガス供給パイプラインにおける貯槽システムにおいて、水素ガス供給パイプラインに接続され、一時的に水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽を配置するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、貯槽システムの２次側に対して一定流量に制御可能な自動弁を介して接続され、２次側の圧力変化に応じ水素ガス貯留槽内の水素を２次側に自動連続供給可能なライン構成と制御構成を有するようにすることができる。
【０００８】
また、水素吸蔵合金からの水素の放出ガス量の制御に水素吸蔵合金槽の温度を検知し、吸蔵された水素の放出による反応吸熱による水素吸蔵合金槽の温度降下を抑制するための温度制御機構を有するようにすることができる。
【０００９】
また、水素吸蔵合金からの水素の放出ガス量の制御に水素吸蔵合金槽の温度及び圧力を検知し、放出水素平衡点を自動演算して、水素吸蔵合金槽の温度を制御する制御機構を有するようにすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムによれば、水素ガスを消費する機器に水素ガスを供給する水素ガス供給パイプラインにおける貯槽システムにおいて、水素ガス供給パイプラインに接続され、一時的に水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽を配置することにより、水素ガスの貯留量を増大させることができる。
【００１１】
また、貯槽システムの２次側に対して一定流量に制御可能な自動弁を介して接続され、２次側の圧力変化に応じ水素ガス貯留槽内の水素を２次側に自動連続供給可能なライン構成と制御構成を有するようにしたり、水素吸蔵合金からの水素の放出ガス量の制御に水素吸蔵合金槽の温度を検知し、吸蔵された水素の放出による反応吸熱による水素吸蔵合金槽の温度降下を抑制するための温度制御機構を有するようにしたり、さらに、水素吸蔵合金からの水素の放出ガス量の制御に水素吸蔵合金槽の温度及び圧力を検知し、放出水素平衡点を自動演算して、水素吸蔵合金槽の温度を制御する制御機構を有するようにすることにより、需要側に対して水素ガスを安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの一実施例を示す基本構成図である。
【図２】本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの第１実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの第２実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの第３実施例を示す構成図である。
【図５】水素ガス貯留槽単独使用の場合の水素ガスの供給可能時間を示す説明図である。
【図６】水素ガス貯留槽内に水素吸蔵合金槽を設置した場合の水素ガスの供給可能時間を示す説明図である。
【図７】水素吸蔵合金の平衡性能事例を示すグラフである。
【図８】水素ガス貯留槽内に水素吸蔵合金槽を設置した場合の水素ガスの蓄積能力を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図２に、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの第１実施例を示す。
この水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの基本構成は、水素ガスを消費する機器４に水素ガスを供給する水素ガス供給パイプラインにおける貯槽システムにおいて、水素ガス供給パイプラインとしての水素ガスライン母管１に接続され、一時的に水素ガスを貯留する水素ガス貯留槽５内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽１４を配置するようにしている。
【００１５】
より具体的には、この水素吸蔵合金を用いた貯槽システムは、水素ガスを消費する機器４、例えば、燃料電池等に対して、水素ガスが水素ガスライン枝管２から圧力Ｐ２で連続供給するために、水素ガスライン枝管２に対して、水素ガスが水素ガスライン母管１から圧力Ｐ０にてネットワーク的に接続されている。
【００１６】
そして、供給ライン構成に対して、並列的に、水素ガス貯留槽５が接続されている。
この水素ガス貯留槽５は、一時的なバッファー、圧力変動の吸収のみならず、メインラインからの水素供給量が低下した場合のバックアップの機能を備えている。
水素ガス貯留槽５には、水素ガスが、水素ガスライン母管１から分岐した水素ガス貯槽充填ライン８から圧力Ｐ０（又は外部圧縮設備１０の水素ガス貯槽充填ライン９から所定の圧力Ｐ１）で充填、貯留される。
【００１７】
ここで、水素ガスライン母管１は、水素ガスライン供給弁３を介して、水素ガスライン枝管２に接続されるとともに、水素ガスライン母管１から分岐した水素ガス貯槽充填ライン８を、水素ガス貯留槽５に接続するようにしている。
【００１８】
また、水素ガスライン枝管２には、水素ガスライン枝管２の圧力を検知する圧力検知器７を設けるようにしている。
【００１９】
この水素ガス貯留槽５から需要側に対しての水素払い出し運転では、水素ガスライン枝管２側の圧力降下を検知して、必要な質量の水素ガスを水素ガスライン放出弁６を介してバックアップ供給する。
一例として、３．５ｍ３の水素ガス貯留槽５の充填保持圧５ＭＰａ、３０℃で、水素ガスライン枝管２側の最低圧力が０．１５ＭＰａであり、バックアップ供給水素ガス量を２０ｇ／ｓである場合の水素ガス供給の可能時間は、約１０分になる（図５に示す、水素ガス貯留槽５に水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽１４を配置しない場合参照。）。
【００２０】
ところで、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムにおいては、水素ガス貯留槽５内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽を配置するようにしている。
【００２１】
より具体的には、図２に示すように、水素ガス貯留槽５内に、水素吸蔵合金槽１４を配置し、水素吸蔵合金槽１４に充填された水素吸蔵合金に、水素ガスを吸蔵させることにより、水素ガスの貯留量を、水素ガス貯留槽５単独の場合と比較して、数倍以上に増大させることができるようにしている（図８に示される水素ガス貯留槽内に水素吸蔵合金槽を設置した場合の水素ガスの蓄積能力参照。）。
【００２２】
ここで、水素吸蔵合金槽１４に充填する水素吸蔵合金には、Ｔｉ−Ｆｅ系（Ｔｉ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｆｅ−Ｖ系）のほか、Ｌａ−Ｃｅ−Ｎｉ系、Ｌａ−Ｎｉ系等の水素吸蔵合金を用いることができるが、水素吸蔵能力、放出時の圧力依存性、ヒステリシス性及び温度依存性がいずれも高いＴｉ−Ｆｅ系の水素吸蔵合金を好適に用いることができる（図７に示す水素吸蔵合金の平衡性能事例参照。）。
【００２３】
水素吸蔵合金槽１４には、水素ガスが、水素ガスライン母管１から圧力Ｐ０（又は外部圧縮設備１０により所定の圧力Ｐ１）で供給され、この圧力が保持されることで、温度平衡に伴い、最終的に水素ガスは、その水素吸蔵合金の最大平衡量（ｗｔ％）まで吸蔵される。
この貯槽システムでは、水素ガス貯留槽５における水素ガスの圧縮貯留と、水素吸蔵合金槽１４における水素吸蔵合金での吸蔵とを合算した量を貯留することが可能になる。
【００２４】
そして、この貯槽システムから水素を払い出す場合には、まず、図１と同様に、放出弁を制御することで、水素ガス貯留槽５から所定量の水素ガスを下流側へ供給するが、水素ガス貯留槽５の圧力の降下に伴い、その温度での水素吸蔵合金の平衡量（ｗｔ％）とのバランスで、水素吸蔵合金槽１４の水素吸蔵合金に貯留されていた水素の一部が、水素ガスとなって放出が開始され、水素ガス貯留槽５の圧力が徐々に下がるとそれに伴い水素ガスの放出量は増加していく。
【００２５】
水素吸蔵合金の温度をほぼ一定に保った場合の放出事例を図６に示す。
この事例では、図５の１０分に対して、１１８分間連続供給することができる。
【００２６】
さらに、貯槽システムから水素を払い出す場合には、水素吸蔵合金の水素放出による温度低下を抑制する必要から、例えば、需要側の水素ガスを消費する機器４である燃料電池の排熱を加熱源として温水供給ライン１１を構成し、必要に応じて、冷却水供給ライン１２からの冷却水と混合して、水素吸蔵合金槽１４内に設けた熱交換器１３に導入し、水素吸蔵合金槽１４の内部を効率的に加熱するようにする。
なお、運用当初の水素吸蔵合金への水素加圧吸蔵時には、水素吸蔵合金の温度を適宜下げていくことが求められるため、このときは冷却水のみを使用する。
【００２７】
このように、水素ガス貯留槽５内に、水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金槽１４を配置することにより、水素ガスの貯留量を増大させることができ、水素ガスの供給可能時間を、水素ガス貯留槽５単独使用の場合と比較して、より長い払い出し運転時間を実現することができる（図５及び図６参照。）。
【００２８】
そして、水素吸蔵合金槽１４の温度を検知し、吸蔵された水素の放出による反応吸熱による水素吸蔵合金槽１４の温度降下を抑制するための、温水供給ライン１１、冷却水供給ライン１２、熱交換器１３等からなる温度制御機構を設けることにより、水素ガスを安定して供給することができるようにすることができる。
【００２９】
この場合、水素吸蔵合金槽１４の温度の検知は、本実施例においては、温水供給ライン１１の水素吸蔵合金槽１４の出口側の温度を測定することにより行うようにしているが、図３に示す、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの第２実施例のように、水素吸蔵合金槽１４の内部の温度を直接測定することによって行うようにしてもよい。
【００３０】
この場合、水素吸蔵合金槽１４の温度を単純なＴＩＣ機能でほぼ一定に維持するだけでなく、払い出し２次側圧力からの要求量も加味して常に最適な放出水素平衡点に制御することもできる。
【００３１】
より具体的には、図４に示す、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムの第３実施例においては、水素ガスを常に最適な量を払い出すことを実現するために、水素吸蔵合金槽１４の圧力と温度を検知し、かつ、２次側の圧力変動速度との関係から、水素ガスを所定流量供給するための水素吸蔵合金の現在の状態から放出水素平衡点を水素平衡条件演算器１５で求め、その温度になるように温水供給ライン１１、冷却水供給ライン１２、熱交換器１３等からなる温度制御機構を制御する機能を持たせるようにしている。
これにより、より正確に時間遅れも補償した制御を行うことができる。
【００３２】
以上、本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の水素吸蔵合金を用いた貯槽システムは、設備を大型化することなく、水素ガスの貯留量を増大させることができるようにするとともに、需要側に対して水素ガスを安定して供給することができる特性を有していることから、水素ガス供給ラインにおける水素ガスを貯留する貯槽システムの用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  水素ガスライン母管（水素ガス供給パイプライン）
２  水素ガスライン枝管
３  水素ガスライン供給弁
４  水素ガスを消費する機器
５  水素ガス貯留槽
６  水素ガスライン放出弁
７  圧力検知器
８  水素ガス貯槽充填ライン
９  水素ガス貯槽充填ライン
１０  外部圧縮設備
１１  温水供給ライン
１２  冷却水供給ライン
１３  熱交換器
１４  水素吸蔵合金槽
１５  水素平衡条件演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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