JP4916367B2 - 水素吸蔵合金容器の活性化装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素吸蔵合金容器の活性化装置に関し、特に、水素吸蔵合金容器を内設した耐圧容器内に冷却コイルからなる熱除去手段を設けることにより、活性化時間の短縮を実現するための新規な改良に関する。

従来、用いられていた水素吸蔵合金の活性化方法としては、例えば、粉末状の水素吸蔵合金を水素導入管を設けた密閉容器内に入れ、８０℃以上の温度で数時間〜数十時間真空引きをした後、室温以下の温度で数気圧以上の水素を導入する方法が一般的である。ここで、前半部分の高温での真空引きを「減圧活性化」、後半部分の低温での高圧水素導入を「加圧活性化」と呼ぶ。ＢＣＣ系水素吸蔵合金のような活性化しにくい水素吸蔵合金では、ＡＢ５系やＡＢ２系の活性化しやすい合金に比べ、減圧活性化条件の高温化及び高真空化とともに、加圧活性化条件の低温化および高圧化が必要である。また、これらの活性化条件を強めるほど、一般的に活性化にかかる時間は短くなる。すなわち、減圧活性化工程では１００℃よりも１５０℃の方が、加圧活性化工程では２０℃よりも０℃、或いは１ＭＰａよりも１０ＭＰａで行った方が活性化完了までの時間は短くなる。

しかしながら、実用的な水素吸蔵合金容器を活性化する場合には、容器の設計温度、圧力に自ずと制限があるため、活性化条件を無制限に強めることはできない。金属容器であれば温度の許容幅は比較的広いものの、圧力の許容限度を超えることは容器の変形や破裂をもたらす可能性がある。さらに、活性化前後で水素吸蔵合金自身の体積も大きく変化するため、水素ガス圧力に加えて合金の膨張圧力も考慮に入れる必要がある。すなわち、加圧活性化時の導入水素圧は容器本来の設計圧力よりも低くせざるを得ない。このため、活性化速度の遅い水素吸蔵合金を内蔵した容器では、活性化に要する時間が長くなってしまう欠点があった。

また、前述の従来方法を改良するために、次の特許文献１および２に記載の方法が提案されていた。
すなわち、特許文献１の方法の場合、水素吸蔵合金を水素とともにポリエチレン袋のような可塑性容器に封入し、袋ごと冷間静水圧プレスすることで活性化する方法が考案されている。しかしながら、水素吸蔵合金は自身の体積の１０００倍近い水素を吸収することができることを考えると、例えば体積１Ｌの水素吸蔵合金（およそ６〜８ｋｇ）を活性化するためには、容積１ｍ^３の可塑性容器が必要になる。活性化する合金量に比例して可塑性容器体積は増えるため、大量処理には不向きな方法であった。

また、前述の特許文献２の方法の場合、水素ガス供給装置、不活性ガス供給装置、減圧装置を備えたベッセル内に、水素吸放出孔を開放した水素吸蔵合金容器を入れ、ベッセル内部ごと減圧および水素加圧することで、水素活性化する装置および方法が提案されている。この方法では、水素吸蔵合金容器の内外圧を均等にすることができるため、圧力差による容器の変形を考慮することなく、高圧で水素活性化することができる。しかしながら、この方法には、次のような欠点がある。(1)ベッセルごと減圧しなければならないため、水素吸蔵合金容器単体を減圧するときよりも減圧活性化時の真空度を上げることが困難である。(2)合金容器だけではなく、ベッセル内部すべてを高圧水素で満たさなくてはならないため、大量の水素が必要である。(3)熱交換用のジャケットは、減圧時の内圧および加圧時の外圧に共に耐えられる構造としなければならない。(4)活性化終了後、水素吸蔵合金容器を取り出す際は、水素を放出させた上で不活性ガスにてベッセル内部を置換し、さらに不活性ガスで置換したまま合金容器に蓋をしなければならず、装置および製造工程が複雑になっていた。

特許第２６９９１３６号公報 特開２０００−１７４０８号公報

従来の水素吸蔵合金容器の活性化方法は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、容器変形を防ぐため、加圧活性化時の水素圧力を一定以下に抑えているため、活性化に時間がかかっていた。そこで、容器に入れる前の水素吸蔵合金を水素ガスとともに可塑性容器に入れ、静水圧をかける事で活性化時間の短縮を図る方法が考案されたが、活性化前の容器体積が非常に大きくなるため、現実的な方法ではない。その他に、蓋を開放した水素吸蔵合金容器をべッセルに入れ、ベッセル内に水素を導入することで、合金容器内外圧を均圧させたまま、活性化する方法が考案されたが、活性化に必要な水素量が多くなることや、活性化終了後の合金容器の取り出しが難しいといった課題が存在していた。

本発明による水素吸蔵合金容器の活性化装置は、耐圧容器内に水素吸蔵合金容器が配置でき、前記耐圧容器の外部に配設された水素源に連通する水素配管が前記水素吸蔵合金容器に接続され、前記耐圧容器には前記耐圧容器に流入させる流体の流入口が設けられ、前記耐圧容器には前記流体の充填及び加圧ができる充填・加圧手段が接続されている構成において、前記流体の熱を除去するため冷媒を流入させた冷却コイルからなる熱除去手段を前記耐圧容器内に有する構成である。

本発明による水素吸蔵合金容器の活性化装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、水素吸蔵合金容器を耐圧容器に入れ、冷媒を流入させた冷却コイルからなる熱除去手段を耐圧容器内に設け、水素吸蔵合金容器外部を流体で満たした上で、流体によって水素吸収熱を除去できるため、水素活性化時間を短縮できる。

本発明は、水素吸蔵合金容器を内設した耐圧容器内に冷却コイルからなる熱除去手段を設けることにより、活性化時間の短縮を実現するようにした水素吸蔵合金容器の活性化装置を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による水素吸蔵合金容器の活性化装置の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明による水素活性化装置の一形態を示すもので、符号１で示される耐圧容器の蓋部２には、水素配管３、差圧計４及びエア抜き弁５が設けられている。

前記耐圧容器１の本体部１Ａには、流体６を貯蔵する流体タンク７が流体配管８を介して接続され、この流体配管８は前記本体部１Ａの流入口９及び放出口１０に接続されている。
前記流体配管８には、第１、第２、第３弁１１,１２,１３が設けられていると共に、前記第１、第３弁１１,１３間には、この流体６を前記耐圧容器１内に充填・加圧するための充填・加圧ポンプ等からなる充填・加圧手段１４が設けられている。

前記差圧計４及び充填・加圧手段１４は、出力制御部１５に接続され、前記差圧計４からの差圧４ａに基づいて前記充填・加圧手段１４の流体６の送り量を制御することができるように構成されている。
前記水素配管３には、圧力計１６及びレギュレータ１７を介して高圧水素源からなるタンク状の水素源１８が接続されている。

次に、前述の構成において、水素活性化手順について述べる。まず、図１に示されるように、減圧活性化工程が終了した複数の水素吸蔵合金容器２０を水素配管３に取り付け、図２に示されるように、蓋部２を閉める。前記蓋部２を閉めた状態で内部の工程のエアを抜きながら流体６を耐圧容器１内に充填し終わった後、水素１８ａを導入する。この水素１８ａと流体６との圧力の差圧が０になるように充填・加圧手段１４で送り制御をしながら水素を徐々に加圧していき、目標圧力に達したら、圧力を一定に保ち、活性化終了まで待つ。水素活性化終了後は、流体の圧力と水素の圧力とを同時に抜き、水素吸蔵合金容器２０の許容圧力以下まで水素圧力を下げる。最後に、前記耐圧容器１の蓋部２を開けて活性化済みの水素吸蔵合金容器２０を取り外す。

尚、前記流体６としては、好ましくは水が用いられるが、活性化温度によっては、油や不凍液を用いても良い。また、水素圧力と流体圧力との差圧解消手段としては、図１に示したような差圧計４の出力に応じて送り出力を調整する方法の他、ダイアフラムやシリンダーを用いて機械的に水素圧力と流体との圧力バランスを取る方法も可能である。

前述の水素吸蔵合金容器の活性化装置によって、水素吸蔵合金容器２０の内外圧を平衡に保つことができるため、水素吸蔵合金容器２０の変形を極力抑えながら高い水素圧力で活性化ができると共に、周囲の流体６への熱伝達によって発生した水素吸収熱を除去することができるので、活性化にかかる時間を短縮できる。また、図３のように冷媒を流入させた冷却コイルからなる熱除去手段３０を耐圧容器１内に配置すると、水素吸収熱の除去効率は格段に向上し、活性化時間をさらに短くすることができる。ここで、流体６の熱除去手段３０は、図３で例示した他に、耐圧容器１の外側に冷却コイルを巻いて耐圧容器１ごと冷却する方法や、流体配管の一部をコイル状にして冷却槽に浸け、流体を強制循環することで冷却する方法も可能である。

次に、本出願人が本発明による水素吸蔵合金容器の活性化装置について、従来方法と比較するため、定格水素容量５０ＮＬの水素吸蔵合金タンク（外寸φ５０ｍｍ×Ｈ１３２ｍｍ、ＡＢ５合金３３０ｇ内蔵）を用いて活性化速度比較の実験を行ったため、その結果について述べる。
従来方法による活性化手順は、次の通りである。(1)８０℃の水槽に合金タンクを浸け、５時間真空引きをする。(2)１５℃の水槽に合金タンクを浸けると共に、１ＭＰａの水素を内部に導入する。合金タンクの水素吸収量は質量流量計で測定した。
本発明装置による活性化手順は、次の通りである。(1) ８０℃の水槽に合金タンクを浸け、５時間真空引きをする。(2)１５℃の水が循環するコイルを内部に設けた耐圧容器内に合金タンクを配置し、水素配管を接続して耐圧容器を閉める。(3)耐圧容器内部に水を充填し、水素圧力を徐々に上げていくとともに、平衡させて水圧もあげていく。(4)水素圧力、水圧がともに５ＭＰａに達したら昇圧をやめ、水素吸収量を質量流量計で測定する。次に、水素充填を開始した時刻を０としたときのＭＨタンクの水素吸収量変化を図４に示す。従来方法では３．５時間かかった活性化が、本発明装置では２時間程度で完了することが判明した。

本発明による水素吸蔵合金容器の活性化装置を示す構成図である。 図１の蓋部を閉じた状態を示す構成図である。 図１の他の形態を示す構成図である。 本発明装置と従来方法の活性化時間の速度比較を示す特性図である。

１ 耐圧容器
１Ａ 本体部
２ 蓋部
３ 水素配管
４ 差圧計
５ エア抜き弁
６ 流体
７ 流体タンク
８ 流体配管
９ 流入口
１０ 放出口
１１〜１３ 第１〜第３弁
１４ 充填・加圧手段
１５ 出力制御部
１６ 圧力計
１７ レギュレータ
１８ 水素源
１８ａ 水素
２０ 水素吸蔵合金容器
３０ 熱除去手段

Claims (1)

1. 耐圧容器(1)内に複数の水素吸蔵合金容器(20)が配置でき、前記耐圧容器(1)の外部に配設された水素源(18)に連通する水素配管(3)が前記水素吸蔵合金容器(20)に接続され、前記耐圧容器(1)には前記耐圧容器(1)に流入させる流体(6)の流入口(9)が設けられ、前記耐圧容器(1)には前記流体(6)の充填及び加圧ができる充填・加圧手段(14)が接続されている構成からなる水素吸蔵合金容器の活性化装置において、
   前記流体(6)の熱を除去するため冷媒を流入させた冷却コイルからなる熱除去手段(30)を前記耐圧容器(1)内に有することを特徴とする水素吸蔵合金容器の活性化装置。

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