JPH02279501A - 金属水素化物による発電機水素純度維持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電機冷却装置における発電機水素の純度及び
圧力を一定に保って発電機の冷却を行うことができる金
属水素化物による発電機水素純度維持装置に関する。

〔従来の技術〕

発電機の冷却用水素はその発電効率向上のために、圧力
及び純度を高く維持することが望まれ、その方法として
本出願人らは先に「水素の圧力及び純度を一定に保持す
る方法」　（特開昭６２〜９１４０１号公報参照ぎを提
案した。

この提案方法は水素を可逆的に吸収・放出する材料を充
填した熱交換機能付貯蔵槽を少なくとも２系列以上準備
し、少なくとも１系列以上の貯蔵槽には水素を充填した
状態に、他の少なくとも１系列以上の貯蔵槽には水素を
未充填のままにした状態にしておき、夫々の前記貯蔵槽
を、水素の圧力及び純度を一定に維持する必要がある特
定装置に配管弁を介して連通接続し、該特定装置内の水
素の圧力及び純度を検知し、特定装置内の水素の圧力の
変動に関しては水素充填貯蔵槽内の温度を調節すること
により水素の圧力を一定圧に維持し、特定装置内の純度
の劣化に関しては劣化純度の水素を未充填貯蔵槽に導き
、それに伴い減圧された特定装置内へは前記したように
水素充填貯蔵槽から水素を供給するようにすることを特
徴とする特定装置内の水素の圧力及び純度を一定に保持
する方法である。

すなわち、該方法は、（１）水素圧力を一定に維持する
こと、（２）水素の純度を一定に維持すること、（３）
水素を貯蔵することを２個以上の水素吸蔵合金を充填し
た容器からなる装置にて実施するようにしているもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記提案方法は実際には、例えば、２個の容器を設け、
その２個の容器は交互に水素の吸蔵、不純物の排出、高
純度水素の放出を行うが、圧力の維持、純度の維持及び
水素の供給という機能を各々の容器自身が保持する必要
があり、操作のための計装設備及び各容器に保有すべき
合金の債、ひいては容器自身も複雑かつ、高価なものと
なる。また、不純物を分離排出するに際しては水素を同
伴し、その水素消費量は相当な量となる。

本発明は上記提案方法の不具合を解消し、水素吸蔵合金
収納容器に夫々独自の機能を分担させることによって合
目的に作動する発電機冷却装置を提供しようとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は水素吸蔵合金を収納し同合金を加熱・冷却する
手段を備えた水素貯蔵容器を水素供給・回収管で発電機
に接続した水素による発電機冷却装置において、冷却用
水素供給圧力より高い水素解離圧を有する水素吸蔵容器
井を収納し同合金を加熱・冷却する手段をｉ＋ｉｔｉえ
た水素Ｍ’！Ｊ容器と水素回収容器とを前記水素吸蔵容
器と並列に設け、かつ該水素精製容器と水素回収容器と
は直列的にも接続してなることを特徴とする金属水素化
物による発電機水素純度維持装置である。

〔構成の説明〕

本発明では、従来の方法における水素吸蔵合金収納容器
を容器毎に機能を分担さけ、より効率的な発電機の冷却
用水素純度維持装置を提供するものである。

先ず、発電機冷却用水素の純度維持は１対の容器におい
て交互に水素の吸蔵・不純物分離・高純度水素の放出を
行なう。その作動態様は第１図Ａ（２３は熱・冷却の供
給を示す）に示すようなものである。これらの容器を精
製容器と呼ぶ。第１図には容器は１個のみを示しである
が、実操業においては１対設けて交互に作動させるのが
よい。以下の容器についても同じである。

なお、これらの容器には積極的な水素貯蔵機能をもたせ
ることなく、必要最小限の合金量を充填した小容量の容
器である。

ｍ製容器における水素の精製機能は発電機内水素ガスを
水素吸蔵合金を充填した容器内に導入し、合金に水素を
選択的に吸蔵させた後、容器内空間に残留する不純物ガ
スを容器外に排出することにより、合金内部に高純度水
素を得ることで達成される。なお、合金への水素の吸蔵
には発熱を伴なうので、吸蔵時には合金を冷却する必要
があり、逆に放出には吸熱を伴うので、力［熱が必要で
ある。従って、合金容器は高性能の熱交換機能を有す必
要がある。熱交換機能がよい程、水素の吸蔵及び放出の
速度が大きく、先に示した作動態様におけるサイクルタ
イムを短かくすることができ、■サイクルに吸蔵すべき
水素の量を低減させ、ひいては合金の量及び容器のコス
トを低げることができる。

精製容器から不純物分離時に同伴し７て排出される水素
を回収するために回収容器を設ける。

その作動態様は第１図Ｂ（２５は熱・冷媒の供給を示す
）に示すようなものである。これにより、水素の消費量
は飛躍的に減少する。

水素ガスの回収は精製容器から分離放出される不純物ガ
ス中の水素を合金に吸蔵させ、不純物濃度を高めて、系
外に排出し、合金中に高純度水素を回収するものであり
、１蔑能的には、精製容器と同様であるが、精製容器に
比し、その吸蔵すべき水素の量は少なく、合金の量も少
ない小容量の容器で対応しつる。

上述のように精製容器、回収容器を設けることにより、
系全体の水素消費は減少するものの、水素の補給は必要
であるので、長期間の水素補給を自動的に行うために水
素の貯蔵容器を設ける。この作動態様は第１図Ｃ（２１
は熱・冷媒の供給を示す）に示すようなものである。こ
の容器は水素の補給と同時に、発電機の圧力を適宜調節
する機能も併せもつものである。

水素の貯蔵・補給及び発電機内水素ガス圧力調整は、１
つには、水素消費量に対して、長期間補給しうる水素を
合金に貯蔵することが必要であり、合金の量は多く必要
となるが、その補給速度は、前述の水素回収機能を設け
たことにより、極めて小さく、従って、合金の加熱速度
も小さくてよい、即ち、熱交換の速度が小さくてよいた
め、貯蔵を主体とした容器となり、前述の精製容器に比
し、合金の量と伝熱面積の比は大きくとれることになり
、安価なものとなる。

又、水素ガス圧力は合金の温度によって調節できるため
、合金の加熱温度を一定に保つことにより圧力も一定に
保つことができる。更に発電機の効率は機内ガス圧力に
よっても左右されるが、この貯蔵容器をもつことにより
、水素ガスの放出なしに発電機内のガス圧力を適当に調
節することができる。即ち、調節したい圧力に見合うよ
うに合金の温度を調節ずればよく、圧力を上げたい時に
は温度を上げ水素の補給を増し、逆に下げたい時には温
度を下げて、水ｉｔ吸蔵することにより達成しうる。

〔作用〕

本発明における各容器の作用は、前述の構成に関しての
説明と関連させて説明したが、本発明における発電機水
素純度維持装置は、水素吸蔵合金の水素選択吸蔵性を利
用し、発電機内水素ガスを効率よく精製するものである
ばかりでなく、更に機内水素ガス圧力を調節すると同時
に水素の貯蔵・補給をも熱・冷媒の債、温度を調節する
ことにより自動的に行なうものである。

このため、各容器はその役割を果たすたｌ〕にバルブを
設け、その切換操作によって各役割を行うようにする。

水素吸蔵合金の水素の精製機能、回収機能及び貯蔵機能
はそのいずれもが、基本的には水素の吸蔵性によるとこ
ろのものであるが、精製・回収機能は水素の選択的吸蔵
性を利用したもので、貯蔵・補給及び圧力調節はその水
素圧力の温度との平衡性を利用したものである。

本発明はこれらの機能と発電機水素の純度及び圧力維持
の必要性に応じ、より効果的、より経済的に装置Ｎ化し
たものである。

〔実施例〕

本発明における発電機水素純度維持装置の一実施例を第
２図に示す。

発電機１より精製容器２に水素ガスを配管５を介して導
ひき、水素を合金に吸蔵させる。合金の水素吸蔵容量に
達した時点で、容器内空間に濃縮された不純物ガスを配
管６を介し回収容器３に導びき、更に不純物ガス中の水
素を吸蔵させ、同様に濃縮した不純物ガスを配管８より
系外に排出する。

一方、精製容器２の合金に吸蔵された水素は配管７を介
して、再び発電機１に戻される。また回収容器３の吸蔵
水素も同様に配管９を介して戻される。

貯蔵容器４は、配管８より放出される不純物ガスに伴っ
て放出される水素の補給を配管１０を介して行う。

各合金容器の水素の吸蔵放出に伴う必要な熱の授受は配
管２１．２３及び２５に冷媒又は熱媒を必要に応じ切換
えながらおこなう。その作動態様は前記第１図に示す通
りである。

第２図のフローに従い実施した結果を表−１に示すが、
その時の装置は次の考慮のもとに製作したものである。

表−２にその結果を示す。

（１）精製容器及び回収容器 （ａ）発電機への不純物ガスの混入速度に見合う不純物
ガスの排出速度を有すること。

（１〕）水素の吸蔵・不純物の排出・水素の放出という
繰返し動作のサイクルタイムを小さくする。そのために
は、合金への熱の授受を迅速に行なう必要があり、合金
と熱媒体との伝熱面積を極力大きくした容器とする。

又、サイクルタイムが短かくなるとこにより、合金の必
要量は小さくなる。

（ｃ）回収容器は精製容器より放出される水素ガスに見
合う合金量を充填する。

（２）　　貯蔵容器 （ａ＞回収容器から排出する不純物ガスに伴なって撮出
される水素ガスの貯蔵・補給に必要な量の一定期間分を
貯蔵する。

（ｂ）回収容器から排出されるガス量は、発電機内ガス
量に比し、極めてわずかであり、そのために、機内ガス
圧力が急激に低下するものではない。第１図に示すよう
に、回収容器からのガス排出は、間欠的に行われるが、
貯蔵容器からの補給は機内ガス圧力をある範囲内で一定
に保てばよく、極めてゆるやかに行われる。従って、合
金と熱媒体との熱の授受もゆるやかでよく、伝熱面積も
小さくてよい。

（ｃ）発電機内ガス圧力は、発電機の負荷等々により変
更されるが、従来の方法では、■ガス圧力を上げる場合
高圧ボンベより水素ガスを補給し、■ガス圧力を１にげ
ろ場合、水素ガスを系外に排出していたが、本発明によ
れば、■ガス圧を上げる場合、容器を加熱し、合金の平
衡圧を上げ、発電機に供給し、■下げる場合、冷却して
平衡圧を下げ、発電機内水素を吸蔵することにより達成
でき、操作も簡単、ガス圧も低く安全でありかつ、水素
の消費もなく経済的である。

（３）水素吸蔵合金の選定 本発明の装置に適用する合金は、そのいずれもが常温付
近で２〜５　Ｋｇ／ｃｍ”Ｇ程度の平衡圧を有するもの
であれば適用可能であるが、より効率的には次の考慮が
求必られる。

（ａ）精製容器には、常温付近（冷媒で、冷却可能な温
度）で発電機水素ガス圧力よりも低い平衡圧を有し、か
つ、若干の加熱温度（熱媒で加熱可能な温度）で発電機
水素ガス圧力よりも高い平衡圧ををするものが適してい
る。

（ｂ）回収容器には、精製容器からの不純物分離ガス圧
力に応じて、（ａ）と同様の考慮を必要とするが、この
実施例では、不純物分離ガス圧力を発電機ガス圧力と同
様に設定したため、ｍｓ容器と同じ合金とした。

（ｃ）貯蔵容器には、機能的に平衡圧は発電機内圧力の
変更範囲（２〜５　Ｋｇ／ｃｍ’Ｇ）で、極力常温に近
い温度で作動する合金が適しており、（ａ）、　（ｂ）
よりも若干平衡圧力の高いものを選定した。

表−１ カー　２ 〔発明の効果〕 本発明により次の効果を得た。

１、発電機に対して （１）発電機風損率を低減することができた。

（２）発電機圧力を自動的かつ経済的に調節し得た。

（３）水素の補給を自動的かつ経済的に行えた。

２、本装置について 機能別容器にしたことにより次の効果が得られた。

（１３ｆｉｌ製容器；合金量を低減し、サイクルタイム
を短くし、容器をコンパクトにできた。

（２）　　回収容器二上記と同じ （３）貯蔵容器：合金量に比し、伝熱面積を小さくでき
、経済的な仕様となった。

（４）操作態様についても、各々の容器がそれぞれ単純
な動きをするので、設備がシンプルとなり経済的であっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の各構成容器の作動態様の模式図、第２
図は本発明の一実施例の装置の概略図である。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素吸蔵合金を収納し同合金を加熱・冷却する手段を備
   えた水素貯蔵容器を水素供給・回収管で発電機に接続し
   た水素による発電機冷却装置において、冷却用水素供給
   圧力より高い水素解離圧を有する水素吸蔵合金を収納し
   同合金を加熱・冷却する手段を備えた水素精製容器と水
   素回収容器とを前記水素吸蔵容器と並列に設け、かつ該
   水素精製容器と水素回収容器とは直列的にも接続してな
   ることを特徴とする金属水素化物による発電機水素純度
   維持装置。