(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温・低温の熱媒を介してガス吸放出物質を加熱・冷却してガス吸放出物質にて吸・発熱を伴うガス吸放出反応を生じさせるガス吸放出装置の運転方法において、ガス吸収または／および放出時にガス圧力を検出し、この圧力と予め定めた設定圧力との比較に基づき、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸収または／および放出の限界判断を行うこと特徴とするガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法。
【請求項２】
ガス吸収時に前記検出圧力がガス吸収設定圧力を越え、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸収の限界判断を行うことを特徴とする請求項１記載のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法。
【請求項３】
ガス放出時に前記検出圧力がガス放出設定圧力を下回り、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス放出の限界判断を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法。
【請求項４】
ガス吸放出物質を気密に収容するガス吸放出容器と、前記ガス吸放出物質を加熱・冷却するべく該容器に高温・低温の熱媒を選択的に供給する熱媒供給手段と、前記ガス吸放出物質にガスを吸収させるべくガス吸放出容器にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス吸放出物質から放出されるガスをガス吸放出容器から取り出してガス利用部に移送するガス移送手段とを有するガス吸放出装置において、前記ガス供給手段からガス吸放出容器に至るガス供給路内、ガス吸放出容器内のガス収容空間およびガス移送手段におけるガス移送路内の１以上にガス圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、さらに、該圧力検出手段の検出結果と予め定めた設定圧力とを比較した結果に基づき、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸放出限界を判定する判定部と、該判定部での判定結果に基づいて熱媒供給手段、ガス供給手段およびガス移送手段にガス吸放出を切り換えるための制御信号を出力する吸放出制御部とを有することを特徴とするガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金等のガス吸放出物質のガス吸放出や、あるいはその作用を利用した加熱または冷凍装置等の吸放熱を伴う反応を利用した装置およびその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素吸蔵合金のようなガス吸放出物質は、吸発熱を伴って水素等のガスの吸脱着反応を起こすので、従来からこの反応を利用した各種のシステムが提案されている。
例えば、水素吸蔵合金は水素を吸放出する際に吸放熱が生じるので、圧力操作や温度操作によって水素の吸放出を行い、その際に発生する熱を利用して冷暖房や冷凍、熱回収を行う装置類が提案されている。また、吸放熱を利用して水素の貯蔵、運搬、回収、精製等を行う装置類も提案されている。
【０００３】
上記目的に沿ったガス吸放出装置を図４、図５に基づいて説明すると、ガス吸放出物質（図示しない）を収容したガス吸放出容器１に、電磁弁２、ガス供給路３を介してガス供給装置４が接続され、さらに、電磁弁５、ガス放出路６を介してガス利用装置７が接続されている。
また、ガス吸放出容器１には、熱媒導入路８と熱媒排出路９が接続されている。上記熱媒導入路８には、ポンプ１０、冷却熱媒供給路１１を介して冷却熱媒供給装置１２が接続され、さらにポンプ１３、加熱熱媒供給路１４を介して加熱熱媒供給装置１５が接続されている。また熱媒排出路９には、電磁弁１６を介して冷却熱媒返流路１７が接続され、さらに電磁弁１８を介して加熱熱媒返流路１９が接続されている。なお、上記電磁弁２、５、１６、１８およびポンプ１０、１３は、制御装置２０によって集中制御されている。
【０００４】
上記装置ではガス吸放出物質でガス吸放出させる際に、ガスの吸収と放出との動作に応じて制御装置２０で上記電磁弁およびポンプを制御している。
すなわち、ガス吸放出物質ではガスの吸収、放出量には限度があるので、上記装置では、吸放出が限界に達した場合には吸放出を停止させるとともに吸放出動作を切り換えてガスの吸放出を繰り返す。
従来、ガス吸放出物質でガスの吸放出が限界に達したかどうかの判断は、該物質の予測される吸放出能力（吸放出量や吸放出速度）を考慮して行っている。例えば、吸放出開始からの時間を計って所定の時間に達した場合に吸放出限界と判定する方法や、図５に示すように吸放出路６等にガス流量計２１を設置してガス流量、すなわちガス吸放出量が所定量に達した場合に吸放出限界と判定する方法が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の判定方法によれば、ガス吸放出物質の実際の吸放出能力が設定値（予測値）を越えているときは、吸放出能力を残して切り替えられてしまうことになり必要以上に吸放出の回数が行われるために、吸放出物質の劣化が早く進みやすく、また吸放出物質や容器の加熱と冷却の繰り返しによる顕熱ロスも多くなりエネルギ効率が悪い。一方、ガス吸放出物質の劣化に伴い実際の吸放出能力が減少して設定値を下回っている場合には、能力の限界を過ぎても吸放出が切り替えられないため、その間、能力の出ない空白時間ができ、装置としての最大能力（時間あたりのガス回収、供給量、吸放熱量等）が発揮できず、さらにはその空白の間に加熱・冷却熱媒輸送のための無駄な動力が発生する。
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、ガス吸放出物質の吸放出能力に合わせて的確にガス吸放出動作を切り換えて効率的な動作を可能にする、ガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置およびその運転方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法のうち第１の発明は、高温・低温の熱媒を介してガス吸放出物質を加熱・冷却してガス吸放出物質にて吸・発熱を伴うガス吸放出反応を生じさせるガス吸放出装置の運転方法において、ガス吸収または／および放出時にガス圧力を検出し、この圧力と予め定めた設定圧力との比較に基づき、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸収または／および放出の限界判断を行うこと特徴とする。
【０００７】
第２の発明のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法は、第１の発明において、ガス吸収時に前記検出圧力がガス吸収設定圧力を越え、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸収の限界判断を行うことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法は、第１または第２の発明において、ガス放出時に前記検出圧力がガス放出設定圧力を下回り、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス放出の限界判断を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置は、ガス吸放出物質を気密に収容するガス吸放出容器と、前記ガス吸放出物質を加熱・冷却するべく該容器に高温・低温の熱媒を選択的に供給する熱媒供給手段と、前記ガス吸放出物質にガスを吸収させるべくガス吸放出容器にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス吸放出物質から放出されるガスをガス吸放出容器から取り出してガス利用部に移送するガス移送手段とを有するガス吸放出装置において、前記ガス供給手段からガス吸放出容器に至るガス供給路内、ガス吸放出容器内のガス収容空間およびガス移送手段におけるガス移送路内の１以上にガス圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、さらに、該圧力検出手段の検出結果と予め定めた設定圧力とを比較した結果に基づき、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸放出限界と判定する判定部と、該判定部での判定結果に基づいて熱媒供給手段、ガス供給手段およびガス移送手段にガス吸放出を切り換えるための制御信号を出力する吸放出制御部とを有することを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明では、ガス吸放出物質を用いてガスの吸放出を行うものであり、この物質としては、代表的には水素吸蔵合金を挙げることができるが、要は、ガスの吸収、放出反応が起こり、その結果として吸放熱が生じる材料であればよい。例えば吸着剤としてガスの吸着、離脱を行ったり、反応によってガスの吸収、放出を行ったりするものを使用することができる。すなわち、上記ガス吸収にはガス吸着が含まれ、ガス放出にはガス離脱が含まれる。上記材料としては可逆的に吸収、放出を行う材料として活性炭、カーボンファイバ、ゼオライト、活性アルミナ等を挙げることができ、また化学反応によって可逆的に水素ガスの吸収、放出を行う材料として上記水素吸蔵合金を挙げることができる。
上記物質で吸放出されるガスは該物質の種別に応じて適宜のものが選定される。例えば水素吸蔵合金では水素ガスが選定される。
【００１１】
該ガス吸放出物質は、高温・低温の熱媒を介して加熱・冷却されることによりガスの吸放出が行われるが、通常はガス吸放出容器内に気密に収容され、該容器にガスの吸放出路を接続する。吸放出路は一つの配管等を兼用してもよく、また、それぞれ吸収路、放出路を設けてもよい。
また該容器では上記の熱媒がガス吸放出物質との間で熱交換できるように熱媒を導入する。容器内での熱媒の収容空間や移動路の構成は特に限定されるものではなく、ガス吸放出物質との間で効率的に熱交換できるものであればよい。
高温・低温の熱媒の種別は、加熱・冷却する温度等を考慮して適宜定めることができ、本発明としては特に限定されるものではなく、その供給方法も任意である。
また、ガス吸放出容器で吸収されるガスは、通常はガス供給手段から供給され、ガス吸放出容器から放出されたガスはガス利用部に送られる。ガス供給手段としてはガスを貯蔵した貯蔵タンク等が挙げられ、ガス利用部としては種々の用途が想定される。なお、ガス吸放出装置は、ガスの利用を目的とするものの他に、ガスの吸放出に伴って発生する吸放熱を利用するものであってもよい。
さらに、上記のガス供給手段やガス利用部として本発明のガス吸放出装置と対になる他のガス吸放出装置を有するものであってもよい。
【００１２】
本発明では、ガス吸放出時におけるガス圧力を検出するが、検出はガス吸収時と放出時の一方だけでもよく、また両方であってもよいが、吸放出を的確に行うためには両方でガス圧力を検出するのが望ましい。
ガス圧力の検出は、ガス吸放出物質の雰囲気圧を測定できるようにガス吸放出物質に近い位置で行うのが望ましく、ガス吸放出容器内のガス収容空間でガス圧力を検出するのが良いが、本発明としてはこれに限定されず、ガス供給手段からガス吸放出容器に至るガス供給路内やガス移送手段におけるガス移送路内であってもよく、また、これらの複数でガス圧力を検出するものであってもよい。
【００１３】
この検出されたガス圧力と比較される設定圧力は、予めガス吸放出物質の能力限界時に現れるガス圧力を想定して設定することができる。能力限界としてはガスの吸放出が殆どなされない状態や吸放出が大幅に低下した状態を基準にすることができ、その程度は適宜定めることができる。ガス圧力と設定圧力との比較に際しては、上記能力限界に達したことを推定するための条件を定める。例えば、ガス吸収時には検出圧力が設定値を上回ったことを条件にガス吸収の限界判断を行うことができ、ガス放出時には検出圧力が設定値を下回ったことを条件にガス放出の限界判断を行うことができる。
また、上記限界判断においては、外乱等による誤判定を避けるため及び規定の圧力に達してから或る時間でガス吸放出物質のガス吸放出反応が終了することから、上記条件を一定時間維持した場合に限界に達したものと判断するのが望ましい。この維持時間は、吸放出物質の容器の熱交換性能や吸放出物質のガス吸放出速度、システムの運転特性にも依存するため一義的に定めることは難しいが、上記性能等を考慮して適宜定めることできる。例えば、予めそのシステムで規定の圧力に達してからガス吸放出物質のガス吸放出反応が終了するまでの適正な時間や外乱の生じる時間を測定しておき、その時間を基に設定することができる。
【００１４】
本発明の運転方法では、上記によって吸放出限界判断を行った後、吸放出を終了し、また、所望により吸放出の切換を行う。これら一連の動作は、制御部で行うことができる。制御対象は、吸放出の切換に必要なものであって装置の構成によって異なるが、通常はガスの供給路や排出路に設けられた弁やガス供給装置の供給部、熱媒供給手段に設けた弁や輸送手段であるポンプ等が挙げられる。
【００１５】
本発明によれば、ガス吸放出に際し、ガス吸放出物質の状態に合った適切な時期に吸放出の限界判断を行うことができるので、ガス吸放出物質の劣化の進行を抑制し、さらに無駄な動力の発生等を防止でき効率的な運転を可能にする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
なお、ガス吸放出装置おいて従来技術と同様の構成については同一の符号を付している。
ガス吸放出物質として水素吸蔵合金（図示しない）を収容したガス吸放出容器１にガス吸放出路１ａが接続されており、該ガス吸放出路１ａに、ガス吸収側として、電磁弁２およびガス供給路３を介して水素ガス供給装置４が接続され、ガス放出側として、電磁弁５およびガス放出路６を介してガス利用装置７が接続されている。
また、ガス吸放出容器１には、上記したガス吸放出物質を加熱または冷却するために熱媒を導入して排出する流路（図示しない）が配置されており、該流路に容器外部に伸長する熱媒導入路８と熱媒排出路９が接続されている。
上記熱媒導入路８には、ポンプ１０および冷却熱媒供給路１１を介して冷却熱媒供給装置１２が接続され、また同様にポンプ１３および加熱熱媒供給路１４を介して加熱熱媒供給装置１５が接続されている。一方、熱媒排出路９には、電磁弁１６を介して冷却熱媒返流路１７が接続され、同様に電磁弁１８を介して加熱熱媒返流路１９が接続されている。なお、上記冷却熱媒返流路１７は冷却熱媒供給装置１２の返流側に接続され、加熱熱媒返流路１９は加熱熱媒供給装置１５の返流側に接続されて熱媒が循環するように構成されている。
【００１７】
さらに、上記したガス吸放出容器１には、内部のガス収容空間内のガス圧を検出するガス圧力発信器３０が取り付けられており、該発信器３０の出力側は圧力計３１に接続されている。これら圧力発信器３０および圧力計３１によって圧力検出手段３１が構成されている。さらに圧力計３１の出力側は、前記電磁弁２、５、１６、１８およびポンプ１０、１３を制御する制御装置３３に接続されている。
制御装置３３は、検出圧力と比較する圧力を予め設定しておく設定部３３０と、検出圧力と設定部３３０で設定された圧力とを比較して吸放出限界を判断する判定部３３１と、経過時間を計測するタイマ部３３２と、判定部３３１での比較結果に基づいて上記電磁弁２、５、１６、１８およびポンプ１０、１３に制御信号を送出する制御部３３３とで構成されている。
【００１８】
次に上記ガス吸放出装置の運転方法について説明する。
先ず、水素吸蔵合金で水素を吸収する場合について説明する。
制御装置３３では、水素の吸収に合わせて電磁弁およびポンプを制御する。
具体的には電磁弁２、電磁弁１６を開き、電磁弁５、１８を閉じる。また、ポンプ１０を作動させるとともに、ポンプ１３は停止させておく。
これにより水素ガスがガス供給路３、ガス吸放出路１ａを通してガス吸放出容器１内に供給される。一方、冷却熱媒が冷却熱媒供給装置１２よりポンプ１０で送出され、冷却熱媒供給管１１、熱媒導入路８を通してガス吸放出容器１内に導入される。この熱媒はガス吸放出容器１内で図示しない流路を通って水素吸蔵合金を冷却し、熱媒排出路９、冷却熱媒辺流路１７、電磁弁１６を通って冷却熱媒供給装置に戻るようにして循環する。水素吸蔵合金は冷却によって水素平衡解離圧が低下し、水素の吸引力が生じ、ガス供給装置４から供給される水素を吸収する。
【００１９】
このとき、ガス吸放出容器１内では、ガスが収容される空間で、上記吸引力によって低圧な状態になっており、この圧力は水素吸蔵合金で吸引力が生じている間は一定圧以下に維持される。該圧力は圧力発信器３０によって測定され圧力に関する出力信号が得られており、該信号が圧力計３１に送信されている。圧力計３１では、該信号を制御装置３３に送出する。なお、この際に圧力計３１で圧力値を目視できるように表示することもできる。制御装置３３では、設定部３３０において予めガスの吸収時に水素吸蔵合金が限界状態に至った際に現れるガス圧力をガス吸収時設定圧力として設定してある。
判定部３３１では、図３に示すように、このガス吸収時設定圧力と検出圧力との大小を比較し、検出圧力が設定圧力を上回った場合に限界域突入判断をし、かつそれ以降の経過時間をタイマ３３２にてカウントする。なお、ガス吸収初期には、ガス圧力が即座に低下しないので、所定の経過時間後から上記比較動作を行う。
上記突入判断後、予め設定された所定時間の間、上記のガス吸収設定圧力＜検出圧力の条件が維持された場合、判定部３３１では吸収限界との判断を行う。一方、上記所定時間の間に上記条件が維持されなくなった場合には、限界域突入判断を取り消してタイマ３３２でのカウントをリセットし引き続き判定部３３１でガス吸収設定圧力と検出圧力との比較を行う。
【００２０】
上記吸収限界の判断を行った後は、その結果が制御部３３３に送られ、制御部３３３ではその結果に基づいて吸収動作を終了させるとともに放出動作に切り返す制御信号を各電磁弁およびポンプに送出する。
具体的には、電磁弁２、１６を閉じ、ポンプ１０を停止させるとともに、電磁弁５、１８を開き、ポンプ１３を作動させる。この結果、加熱熱媒が加熱熱媒供給装置１５からポンプ１３によって送出され、加熱熱媒供給路１４、熱媒導入路８を通してガス吸放出容器１に導入され、内部で水素吸蔵合金を加熱した後、熱媒排出路９から排出され、加熱熱媒返流路１９、電磁弁１８を通して加熱熱媒供給装置１５に返流されて循環する。水素吸蔵合金では、上記加熱によって水素が放出され、該水素はガス吸放出路１ａ、電磁弁５、ガス放出路６を通してガス利用部７へと移送され、所望の目的に利用される。
【００２１】
上記水素の放出に伴って、ガス吸放出容器１内では、ガスが収容される空間で、上記水素の放出によって高圧な状態になっており、この圧力は水素吸蔵合金から水素が放出されている間は一定圧以上に維持される。該圧力は上記と同様に圧力発信器３０によって測定され、圧力計３１を通して圧力データが制御装置３３に送出されている。設定部３３０では上記と同様に予めガスの放出時に水素吸蔵合金が水素放出の限界状態に至った際に現れるガス圧力をガス放出時設定圧力として設定してある。制御装置３３では、判定部３３１で、このガス放出設定圧力と検出圧力との大小を比較し、検出圧力が設定圧力を下回った場合に限界域突入判断をし、それ以降の経過時間をタイマ３３２にてカウントする。なお、ガス放出初期にも、ガス圧力が即座に上昇しないので、所定の経過時間後から上記比較動作を行う。
【００２２】
上記突入判断後、予め設定された所定時間の間、上記のガス放出設定圧力＞検出圧力の条件が維持された場合、判定部３３１では放出限界との判断を行う。一方、上記所定時間の間に上記条件が維持されなくなった場合には、限界域突入判断を取り消してタイマ３３２でのカウントをリセットし引き続き判定部３３１でガス放出設定圧力と検出圧力との比較を行う。
上記放出限界の判断を行った後は、制御部３３３ではその結果に基づいて放出動作を終了させるとともに吸収動作に切り返す制御信号を各電磁弁およびポンプに送出する。
上記動作を繰り返すことによりガスの吸放出を効率的に行うことができる。
なお、上記装置では一台のガス吸放出装置の動作について説明したが、安定したガス回収と供給のために、ガス吸放出容器を複数台設けて動作を各容器間で切り替えることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置の運転方法によれば、高温・低温の熱媒を介してガス吸放出物質を加熱・冷却してガス吸放出物質にて吸・発熱を伴うガス吸放出反応を生じさせるガス吸放出装置の運転方法において、ガス吸収または／および放出時にガス圧力を検出し、この圧力と予め定めた設定圧力との比較に基づき、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸収または／および放出の限界判断を行うので、ガス吸放出物質の状態に合わせて適切な時期に吸放出動作を行わせることができ、ガス吸放出物質の劣化を防止するとともに、無駄な運転時期を排除して効率的な運転を可能にする。
【００２４】
また、本発明のガス吸放出物質を用いたガス吸放出装置によれば、ガス吸放出物質を気密に収容するガス吸放出容器と、前記ガス吸放出物質を加熱・冷却するべく該容器に高温・低温の熱媒を選択的に供給する熱媒供給手段と、前記ガス吸放出物質にガスを吸収させるべくガス吸放出容器にガスを供給するガス供給手段と、前記ガス吸放出物質から放出されるガスをガス吸放出容器から取り出してガス利用部に移送するガス移送手段とを有するガス吸放出装置において、前記ガス供給手段からガス吸放出容器に至るガス供給路内、ガス吸放出容器内のガス収容空間およびガス移送手段におけるガス移送路内の１以上にガス圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、さらに、該圧力検出手段の検出結果と予め定めた設定圧力とを比較した結果に基づき、その両者間の関係が一定時間保持されたときにガス吸放出限界を判定する判定部と、該判定部での判定結果に基づいて熱媒供給手段、ガス供給手段およびガス移送手段にガス吸放出を切り換えるための制御信号を出力する吸放出制御部とを有するので、ガス吸放出物質の劣化に伴う吸放出量（能力）の減少に応じて、吸放出の切り替えを行うことができ、その時点での最大限の吸放出能力で運転でき、単位能力あたりで最小限の吸放出回数となり、吸放出物質の劣化が進みにくく、吸放出物質や容器の加熱と冷却の繰り返しによる顕熱ロスも少なくなりエネルギ効率が良くなる。また、能力の出ない空白時間がないため、装置としての最大能力（時間あたりのガス回収、供給量）が発揮できて、さらに空白の間の加熱冷却熱媒輸送のための無駄な動力が発生せず、高効率の運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】  同じく制御装置を示すブロック図である。
【図３】  同じく制御装置での動作を示すフローチャート図である。
【図４】  従来のガス吸放出装置を示す概略構成図である。
【図５】  従来の他のガス吸放出装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    ガス吸放出容器
２    電磁弁
３    ガス供給路
４    ガス供給装置
５    電磁弁
６    ガス放出路
７    ガス利用部
８    熱媒導入路
９    熱媒排出路
１０    ポンプ
１１    冷却熱媒供給路
１２    冷却熱媒供給装置
１３    ポンプ
１４    加熱熱媒供給路
１５    加熱熱媒供給装置
３０    圧力発信器
３１    圧力計
３３    制御装置
３３０  設定部
３３１  判定部
３３２  タイマ
３３３  制御部
【図１】
0003758131.tif 000002
【図２】
0003758131.tif 000003
【図３】
0003758131.tif 000004
【図４】
0003758131.tif 000005
【図５】
0003758131.tif 000006