JPH049726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、金属水素化物を利用した水素ガス
の精製方法及び装置に関するものである。

〈従来の技術〉 希土類、チタン、マグネシウム、その他の金属
をベースとした水素貯蔵（吸蔵）合金又はメタル
ハイドライド（Metal Hydride）と呼ばれてい
る金属水素化物が、水素化反応を起して速やかに
発熱的に水素を吸蔵し、またこの金属水素化物が
可逆的に脱水素化反応を起して吸熱的に水素を放
出することが知られている。

この化学反応式は次式によつて示される。

Ｍ＋ｎ／2H₂MH_o＋ΔH Ｍ：水素貯（吸）蔵合金 ΔH：反応熱 MH_o：金属水素化物 しかしながら一旦水素化反応が起り金属水素化
物となると、完全にもとの合金の状態に戻すこと
は非常に困難なことから次式によつて表わされる
ことがある。

MH_(n+o)MH_n＋ｎ／2H₂±ΔH 即ち、ｍは仁常に水素貯（吸）蔵合金と結合し
て金属水素化物を形成している水素原子を表わ
し、ｎは実用上、金属水素化物となつた合金から
取出し得る水素を表わしている。

本明細書においては、上述のＭ，MH_o，
MH_(n+o)，MH_nを総称して金属水素化物と称し、
単に記号Ｍで表示する。

また、本明細書で使用する位相とは、周期的反
応又は運動するものの１周期のうちのある状態又
は位置をいい、特に水素化反応と脱水素化反応の
状態を含め最も広義に解釈するものとする。

前記金属水素化物は、水素吸蔵過程において不
純物を含む水素ガス中で水素を選択的に吸蔵し、
不純物は吸蔵され難いため、水素放出過程で放出
される水素ガスは不純物の少ないものとなる。か
ような金属水素化物の性質を利用した水素精製装
置が種々提案されている。

例えば、特公昭59−53201号公報や特公昭59−
53202号公報には、金属水素化物を内蔵した少な
くとも１組の水素精製容器を熱交換器により相互
に熱交換可能に連結し、一方の容器に精製しよう
とする水素ガスを吸蔵させると同時に、他方の容
器からは合金に吸蔵されている水素を精製水素と
して放出させるようにした水素精製方法と装置が
記載されている。この従来技術によれば、一方の
容器における水素の吸蔵熱を他方の容器の水素の
放出に利用できるので、精製しようとする原料水
素をこれらの容器へ交互に供給することにより、
連続的にまた熱効率がよく行なえるという利点が
ある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら上述した従来の水素精製方法又は
装置においては、１組の容器に交互に原料水素を
供給したり、これらの容器から交互に精製水素を
取出すために弁切換方式を用い、多数の弁の切換
動作が必要となるため、操作が煩雑となると共に
水素を合金に吸蔵させた際に不純物が容器内に残
留し、これが合金から水素を放出させる際に同伴
するという欠点がある。

そのためこの発明は、原料水素の供給や精製水
素の取出しに際して煩雑な弁切換操作を必要とせ
ずに、回転駆動力のみで極めて簡単に連続運転で
き不純物の同伴が少ない水素精製方法及び装置を
提供することを目的としてなされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 すなわちこの発明の水素精製方法は、水素導管
によつて相互に接続され金属水素化物を充填した
複数の密閉容器を用い、第ｎ番目の密閉容器内で
行なわれる金属水素化物の水素化反応の結果該密
閉容器（第ｎ番目）内に残留する不純物を含む劣
化水素ガスが後段の密閉容器（第ｎ−１番目）に
おける金属水素化物の水素化反応開始に伴い後段
の該密閉容器（第ｎ−１番目）へ戻り、該第ｎ番
目の密閉容器内でなされる金属水素化物の脱水素
化反応により放出される精製水素ガスが次段の密
閉容器（第ｎ＋１番目）内における金属水素化物
の水素化反応に伴い次段へ前進するように、各密
閉容器相互の加熱と冷却の時期をずらすことを特
徴とするものである。

また、この発明の水素精製装置は、金属水素化
物を充填した密閉容器の複数個を周方向に配設し
た回転体を回転軸に沿つて複数個配列し、該回転
体の回転に伴い各回転体の密閉容器が低温熱媒室
および高温熱媒室を交互に順次通過するように該
回転軸の周囲に低温熱媒室と高温熱媒室とを設
け、１つの回転体（第ｎ番目）上の第ｍ個目の密
閉容器（_oR_n）が低温熱媒室にあるとき該密閉容
器内で行なわれる金属水素化物の水素化反応の結
果該密閉容器（_oR_n）内に残留する不純物を含む
劣化水素ガスが、後段の回転体（第ｎ−１番目）
上の低温熱媒室に回動してきた第ｍ個目の密閉容
器（_o-1R_n）内における金属水素化物の水素化反
応開始に伴い後段の該密閉容器（_o-1R_n）へ戻る
と共に、該第ｎ番目の回転体上の密閉容器（_o
R_n）が高温熱媒室に回動して該密閉容器（_oR_n）
内でなされる金属水素化物の脱水素化反応により
放出される精製水素ガスが、次段の回転体（第ｎ
＋１番目）上の低温熱媒室内にある第ｍ個目の密
閉容器（_o+1R_n）内における金属水素化物の水素
化反応に伴い次段の該密閉容器（_o+1R_n）へ前進
するように、回転体相互の密閉容器同士を各々位
相をずらして水素導管で接続し、かつ、最終段の
回転体の各密閉容器から出る水素導管を精製水素
出口に接続し、第１段の回転体の各密閉容器から
出る水素導管を劣化水素出口に接続し、任意段の
１つの回転体の各密閉容器に入る水素導管を原料
水素供給口に接続し、前記各水素導管と精製水素
出口、劣化水素出口または原料水素供給口との前
記接続は回転体の回転に伴つて連通または遮断さ
れるようにしたことを特徴とするものである。

〈実施例〉 以下に図面に示す実施例を参照してこの発明を
詳述する。

第１図はこの発明の水素精製装置を模式的に示
す説明図であり、円板状の３個の回転体１ａ，１
ｂ，１ｃが回転軸２に固着され、この回転軸は軸
受３により支承されて、回転軸２の回転とともに
回転体も回転しうるようになつている。各回転体
１は、第２図の側面図に示したように、放射方向
に配した仕切壁４および環状壁５，５によりその
内部が４個に区画され、各室はそれぞれ１個の密
閉容器６を形成している。各回転体１内に形成さ
れる密閉容器６の数は必ずしも４個とする必要は
なく、複数個、好ましくは３個以上の任意の個数
を形成することができる。

なお、各密閉容器６の仕切壁４を断熱材を用い
た断熱壁とすれば、各密閉容器６間の伝熱の影響
を防止することができて好ましい。さらには、各
密閉容器の内側および外側に伝熱フイン等の伝熱
面を大きくする手段や、ヒートパイプ等の熱伝手
段を設けるといつた従来の回転熱交換器の技術を
この発明にも利用することができる。

各回転体上の密閉容器６内にはいずれも金属水
素化物Ｍが充填されている。また、回転体１ｂ上
の各密閉容器６は、回転体１ａ上の密閉容器６の
１つおよび回転体１ｃ上の密閉容器６の１つとそ
れぞれ１本ずつ、すなわち２本の水素導管７，７
によつて連通接続されている。水素導管７により
連通させる密閉容器の対については、後述する装
置の動作の説明において詳述する。なお、第１図
においては、簡略化のために１つの回転体上の２
個の密閉容器のみについて１組の水素導管７，７
を図示してあるが、実際にはすべての密閉容器に
１組の水素導管が設けられている。

回転軸２の一端部には、回転体１ａ上の各密閉
容器６の１組の水素導管のうちの１本を介して
各々の密閉容器６と回転軸２の回転に伴つて個別
に連通又は遮断する原料水素供給口８及び劣化水
素出口９が設けられている。一方、回転軸２の他
端部には、回転体１ｃ上の各密閉容器６と１組の
水素導管の１本を介して各々の密閉容器６と回転
軸２の回転に伴つて個別に連通または遮断する精
製水素出口１０が設けられている。

すなわち回転軸２の一端部には、第３図に示し
たように、所定個所に原料水素供給口８および劣
化水素出口９が開口する環状部材２０を回転軸２
の周囲に固定するとともに、この環状部材２０と
回転軸２で構成される環状空間には、回転体１ａ
の４個の密閉容器６に対応する４個の空洞２１が
回転軸２から放射方向に配設された仕切部材２０
内壁を摺動回転する環状仕切部材７１とによつて
形成され、各密閉容器からの水素導管７が各空洞
２１と連通している。また、環状仕切部材７１に
は各空洞２１に連通する開孔２２が形成されてお
り、回転軸２の回転に伴つて各水素導管は空洞２
１を介して原料水素供給口８との連通、遮断、劣
化水素出口９との連通、遮断のサイクルを繰返す
ことになる。

同様に、回転軸２の他端部には、第４図に示し
たように、所定個所に精製水素出口１０が開口す
る環状部材２３を回転軸２の周囲に固定するとと
もに、この環状部材２３と回転軸２で構成される
環状空間には、回転軸２から放射方向に配設され
た仕切部材７４と環状部材２３内壁を摺動回転す
る環状仕切部材７５とによつて回転体１ｃの４個
の密閉容器に対応する４個の空洞２４を形成し、
各空洞に対応する環状仕切部材７５の箇所にそれ
ぞれ１つの開孔２５を形成してある。これによつ
て、回転軸２が１回転する間に、各水素導管は空
洞２４を介して精製水素出口１０と１回連通する
ことができる。

なお、第３図及び第４図の７３，７６は環状部
材２０，２１を構成する一部材で、各水素導管が
原料水素供給口８、劣化水素出口９及び精製水素
出口１０の各出入口と空洞２１，２４を介して連
通する時間及びタイミングを調整するものであ
る。

第１図を参照してさらに説明すると、各水素導
管７の途中には水素の戻り流に対する抵抗部材１
１が設けられている。この抵抗部材１１は、例え
ば回転体１ｂの密閉容器における金属水素化物の
脱水素化反応の結果放出された水素が水素導管７
を通つて回転体１ｃの密閉容器へ流れる場合には
抵抗が小さくなり、一方、回転体１ｃの密閉容器
からの水素が水素導管７を通つて水素１ｂの密閉
容器へ戻る流れに対しては抵抗が大きくなるよう
に働く。かような抵抗部材１１としては、例えば
第５図に示したようなノズル型オリフイス３０を
水素導管７内にフランジ部３１を介して挿入した
型式のものが使用できる。これによつて、矢印方
向の水素流に対しては抵抗が小さく、逆方向の流
れに対しては抵抗が大きくなるようにすることが
できる。第６図は、回転軸２が略鉛直となるよう
に構成した場合に、その水素導管７の鉛直部に好
ましく採用できるスイング弁をもつ型式の抵抗部
材１１を示しており、水素導管７内周面に形成し
た肩部にスイング弁３２を枢軸３３により揺動自
在に支承し、このスイング弁の自由端には支持突
起３４を設けてある。これによつて、矢印方向の
水素流に対してはスイング弁が押上げられるため
抵抗が小さくなり、逆方向の水素流の場合にはス
イング弁が流路を塞ぎ、支持突起３４と肩部との
間隙のみから流れるようになるため抵抗が大とな
る。

なお、回転体１ｃの各密閉容器６から精製水素
出口１０に接続する水素導管７には、上記抵抗部
材１１は特に必要がない。また、回転体１ａの各
密閉容器から劣化水素出口９に接続する水素導管
７の抵抗部材１１は劣化水素ガス（不純物）量に
対応してその抵抗値を定めるとよい。

前述したように、各密閉容器６には水素導管７
がそれぞれ２本接続されているが、一方の水素導
管から導入された水素が同じ密閉容器内の他方の
水素導管から短絡的に排出されないようにすると
同時に、細粒化した金属水素化物が水素導管内に
入り込まないようにする必要がある。そのため、
第７図に示したように、一方の水素導管７ａを回
転体の回転方向に対して後側にある密閉容器６側
壁に沿つて回転軸中心側から放射方向に配設し、
他方の水素導管７ｂを回転体の回転方向に対して
前側にある密閉容器側壁に沿つて回転軸中心側か
ら放射方向に配設するとともに、２本の水素導管
７ａ，７ｂには水素が出入する多数の開口４０を
穿設し、さらには積層金網または多孔質金属焼結
体等からなるフイルター４１を水素導管７ａ，７
ｂの周囲に配設する。なお、水素導管に穿設する
開口４０は、金属水素化物の量に比例させて、回
転体外周に向うほど開口の数を多くすることが望
ましい。

第８図は、水素導管の別な配設例を示すもので
あり、一方の水素導管７ｃを密閉容器外周壁に沿
つて配置し、他方の水素導管７ｄを密閉容器内周
壁に沿つて配置してある。この場合にも、水素７
ｃ，７ｄに水素が出入する多数の開口４０を穿設
するとともにフイルター４１を水素導管の周囲に
配設する。

上記のように一体的に組み立てられた回転体１
ａ，１ｂ，１ｃと回転軸２は、第１図に示したよ
うに外側ダクト１２で囲繞され、さらにこの外側
ダクトの内部は回転軸２を挟んで延びる仕切壁１
３によつて２つのダクト部に区画される。

仕切壁１３は回転軸２および回転体１ａ，１
ｂ，１ｃの回転に支障がないように、これらに対
して僅かな間隙を隔てて設けられている。この場
合、回転軸２を中空とし、回転軸内に水素導管７
を通すようにすれば、回転軸２と仕切壁１３との
間隙を小さくでき各ダクト部の間のシール性を向
上することができる。かくして各ダクト部に高温
熱媒あるいは低温熱媒を流すことによつて、回転
軸２の一側、例えば上側に高温熱媒室１４が形成
され、回転軸２の他側、例えば下側に低温熱媒室
１５が形成される。かような構成によつて、外部
駆動源（図示せず）による回転軸２の回転に伴
い、各回転体の密閉容器６が高温熱媒室１４およ
び低温熱媒室１５を交互に順次通過できるように
されている。

なお、各熱媒室１４，１５に流す熱媒は、流体
であればその種類は特に限定されないが、一般的
には気体が好ましく使用できる。また各熱媒室に
実質的に等しい圧力で流体の熱媒が供給される場
合には各熱媒室間のシールを厳密にする必要はな
い。

上記したごとき構成のこの発明の水素精製装置
の作動を以下に説明する。第９図は第１図の３個
の回転体を展開した図であり、回転軸の上側は温
度T_Hの高温熱媒室１４を、回転軸の下側は温度
T_L（＜T_H）の低温熱媒室１５を各々表わしてい
る。また、第ｎ番目の回転体上の第ｍ個目の密閉
容器を_oR_nと表わし、第１番目の回転体１ａ上の
４個の密閉容器をそれぞれ₁R₁，₁R₂，₁R₃，₁R₄と記
すことにする。このとき、第１番目の回転体１ａ
の密閉容器₁R₁と第２番目の回転体１ｂの密閉容
器₂R₁と第３番目の回転体１ｃの密閉容器₃R₁と
が水素導管７，７により接続されていることを意
味している。

精製されるべき原料水素は供給口８より導入さ
れて、低温熱媒室１５内にあつて冷却されている
密閉容器₁R₁内に流入し、ここで水素化反応によ
り金属水素化物に吸蔵される。この水素化反応は
発熱反応であるが、この密閉容器が低温熱媒室１
５内を回転移動している限り冷却されるので、金
属水素化物中の水素濃度は増していき、平衡水素
圧が系内圧と等しくなるまで水素を吸蔵し続ける
ことになる。

かくして水素を吸蔵した金属水素化物を含む密
閉容器₁R₁は、回転軸の回転に伴い高温熱媒室１
４へ回動し、図中の₁R₃の位置に至る。高温熱媒
室１４内で加熱されるとこの密閉容器₁R₃内の金
属水素化物は脱水素化反応により水素を放出し始
める。この脱水素化反応は吸熱反応であるが、こ
の密閉容器が高温熱媒室１５内を回転移動してい
る限り加熱されるので、平衡水素圧が系内圧と等
しくなるまで水素を放出し続けることになる。密
閉容器₁R₃にて放出された水素はその大部分が次
段の回転体１ｂ上の低温熱媒室１５内にあつて冷
却されている密閉容器₂R₃内へ流出し、同時に水
素ガスの一部は劣化水素出口９から外部へ排出さ
れる。

次段の回転体１ｂにおいては、密閉容器₂R₃内
の金属水素化物により上記と同様な水素化反応に
よつて密閉容器₁R₃からの放出水素が吸蔵され、
回転軸の回転に伴いこの密閉容器が高温熱媒室１
４の₂R₁の位置に達すると、加熱されて脱水素化
反応による金属水素化物からの水素放出が起る。
密閉容器₂R₁にて放出された水素は、その大部分
が次段の回転体１ｃ上の低温熱媒室１５内にあつ
て冷却されている密閉容器₃R₁へ流出し、同時に
水素ガスの一部は後段の回転体１ａ上の低温熱媒
室１５内で冷却され始めた密閉容器₁R₁へ戻る。
上記のごとき水素の前進流および戻り流の制御
は、密閉容器₃R₁，₂R₁，₁R₁の水素導管７内の抵抗
体１１により戻り流の抵抗が大きくなるようにし
てあるため、戻り流の量は次段の回転体１ｃへの
前進流の量に比べて少なくすることができる。

最終段の回転体１ｃにおいては、密閉容器₃R₁
内の金属水素化物に密閉容器₂R₁からの放出水素
が吸蔵され、次いでこの密閉容器が高温熱媒室１
４の₃R₃の位置まで回転してくると、加熱されて
水素放出が起り、放出された水素は精製水素とし
て出口１０から排出される。また、ここで放出さ
れた水素ガスの一部は後段の回転体１ｂ上の低温
熱媒室１５内で冷却され始めた密閉容器₂R₃へ戻
る。

このようにして各密閉容器内での金属水素化物
による水素の吸蔵工程と放出工程とが繰返し行な
われることになる。そして、金属水素化物が水素
吸蔵する場合には、一般に不純物は吸蔵され難い
性質があるため、吸蔵工程−放出工程の繰返しを
数多く行なう程、すなわち、回転体の数を多くす
る程、水素の精製純度は高められることになる。

上述したように、金属水素化物が水素を吸蔵す
る場合には不純物は吸蔵され難いため、低温熱媒
室から高温熱媒室へ移動する際、換言すれば水素
の吸蔵工程から放出工程へ移行する際の密閉容器
内に残留しているガスは不純物の多い水素ガス
（劣化水素）である。そのため、この劣化水素は
次段へ流すよりも後段へ戻す必要がある。また、
高温熱媒室での水素放出工程にある密閉容器内に
放出される水素ガスは不純物が少ないため、その
大部分を次段の回転体上の密閉容器へ前進させて
流すようにする必要がある。

そこでこの発明においては水素導管で接続する
各回転体上の密閉容器を互いに位相がずれるよう
にしている。すなわち図示の実施例においては、
第ｎ番目の回転体上の１つの密閉容器_oR_nが低温
熱媒室にあつてこの密閉容器内の金属水素化物が
水素を吸蔵する場合、吸蔵工程の終期には密閉容
器_oR_n内には不純物を含む劣化水素が残留するこ
とになる。このとき、後段すなわち第（ｎ−１）
番目の回転体上で水素吸蔵工程が開始される密閉
容器_o-1R_nと前記密閉容器_oR_nとを水素導管で接
続してあれば、劣化水素は_oR_nから_o-1R_nへ戻り
易くなる。この戻り流の最終段が劣化水素出口９
から排出される。一方、第ｎ番目の回転体上の１
つの密閉容器_oR_nが高温熱媒室にあつてこの密閉
容器内で水素が放出されているとき、次段すなわ
ち第（ｎ＋１）番目の回転体上での水素吸蔵工程
にある密閉容器_o+1R_nと前記_oR_nとを水素導管で
接続してあれば、放出水素は次段へと流れ易くな
り、この放出水素の最終段が精製水素出口１０か
ら排出される。水素ガスのかような戻り流および
前進流の量的制御は、水素導管７の途中に設けた
抵抗部材１１の作用によつて一層確実に行なうこ
とができる。

このように、図示の実施例においては、水素導
管で互いに接続される密閉容器_o-1R_n，_oR_n，_o+1R_n
は、_o-1R_nより_oR_nが位相が進んでおり、さらに_o
R_nより_o+1R_nが位相が進んでいるような関係にな
つている。

位相関係について更に詳しくは述べるならば、
水素導管により互いに接続される密閉容器の位相
のずらせかたは、１つの回転体上の密閉容器の
数、各密閉容器の大きさ、熱伝導率、金属水素化
物の反応性、抵抗部材の有無およびその性能等に
よつて異なり、また次段の位相が遅れるようにし
た方がよい場合もあつて、一概に規定できない。
しかしながら一般的には、水素導管で連通接続し
ている密閉容器_o+1R_n，_oR_n，_o-1R_nにおいて、密閉
容器_oR_nの先端部が低温熱媒室を出る直前に、後
段の密閉容器_o-1R_n及び次段の密閉容器_o+1R_nの
先端部が低温熱媒室に入る直前にある位置関係
（第１０図においては_o+1R_n，_oR_n，_o-1R_nが互いに
180゜ずつ位相がずれている関係）から、密閉容器
_ｏR_nが低温熱媒室と高温熱媒室との間にあると
き、後段の密閉容器_o-1R_nが完全に低温熱媒室に
入つてしまつた直後であり、次段の密閉容器_o+1
R_nの先端部が低温熱媒室に入る直前にある位置
関係（第１１図においては_o+1R_n，_oR_n，_o-1R_nが互
いに135゜づつ位相がずれている関係）までの範囲
にあることが好ましく、さらには密閉容器_oR_nが
低温熱媒室と高温熱媒室との間にあり、該密閉容
器の金属水素化物の容積が低温熱媒室側と高温熱
媒室側とで等しくなるとき、後段の密閉容器_o-1
R_nが完全に低温熱媒室に入つてしまつた直後で
あり、次段の密閉容器_o+1R_nの先端部が低温熱媒
室に入る直前にある位置関係から密閉容器_oR_nの
先端部が低温熱媒室を出る直前に後段及び次段の
密閉容器_o+1R_n，_o-1R_nの先端部が低温熱媒室に入
る直前にある位置関係に至る前の位置関係までの
範囲がよい。

なお、前記回転体１ａの密閉容器６から劣化水
素出口９に劣化水素を排出するタイミングは、前
述のように脱水素化反応によつて放出される水素
が次段に行く前に排出するのが好ましく、そのた
め劣化水素出口９に自動弁や吸引手段を設け劣化
水素を排出するタイミング及びその排出量を微調
整できるようにすることが好ましい。

第１２図はこの発明の装置の別な実施例を示し
ており、原料水素供給口と劣化水素排出とを同じ
回転体上で行なつていた第１図および第９図の実
施例と異なる点は、劣化水素中の水素を回収する
ための水素回収装置を設けた点である。第１２図
中、参照番号５０は水素精製装置を、５１は精製
装置５０からの劣化水素の水素回収装置をそれぞ
れ示している。水素精製装置５０は第１図と同じ
構造を有しているため、第１図と同じ部材には同
じ参照番号を付すことにより説明を省略する。水
素回収装置５１は、精製装置５０の回転軸と共通
な回転軸２を有し、精製装置５０の回転体と同様
な回転体５３ａ，５３ｂが回転軸２の回転と共に
回動しうるようになつている。回転軸２と回転体
５３ａ，５３ｂの周囲は外側ダクト５４で囲繞さ
れ、外側ダクトの内部は回転軸２を挟んで延びる
仕切壁５５によつて２つのダクト部に区画され、
低温熱媒室５６と高温熱媒室５７とが形成されて
いる。なお、精製装置５０の回転体１ａ上の密閉
容器₁R₃からの劣化水素を、この密閉容器と同じ
側（例えば上側）にある回転体５３ａ上の密閉容
器₁S₁へ流すようにするため、図示の例では精製
装置５０の高温熱媒室１４と同じ側に、回収装置
５１の低温熱媒室５６を配置してある。

かような構成の装置において、精製装置５０の
回転体１ａ上の密閉容器₁R₃からの劣化水素は、
水素導管７を通して回収装置５１の回転体５３ａ
上の低温熱媒室５６内にあつて冷却されている密
閉容器₁S₁内へ流入し、この密閉容器内の金属水
素化物による水素の吸蔵がなされる。この密閉容
器₁S₁が高温熱媒室５７へ回動し、図中の₁S₃の位
置に至る間に、この密閉容器内に残留する不純物
の多い劣化水素は回転体５３ｂ上の低温熱媒室５
６内にあつて冷却されている密閉容器₂S₃へ流出
し、一方、密閉容器₁S₃内で放出された不純物の
少ない水素は、供給口８から流入する原料水素流
と合流して精製装置５０の回転体１ａ上の密閉容
器₁R₁へ導入される。密閉容器₂S₃へ流出した不純
物の多い劣化水素中の水素ガスはここで金属水素
化物に吸蔵され、このとき残留する不純物のさら
に濃縮された劣化水素は、密閉容器₂S₃が高温熱
媒室５７へ回動して₂S₁の位置に至る間に、劣化
水素出口９へ送られてここから排出される。一
方、密閉容器₂S₁で放出された不純物の少ない水
素は回転体５３ａの密閉容器₁S₁へ戻される。か
くして、精製装置５０の回転体１ａ上の密閉容器
₁R₃から直接劣化水素を排出するのに比べて劣化
水素中の水素を回収できることになる。この場合
にも、回収装置５１中の回転体の数を多くする
程、劣化水素中の水素回収率を向上させることが
できる。

この発明の水素精製装置のさらに別な実施例を
第１３図と第１４図に示す。第１３図は同じ位相
をもち同じ作用をする複数の回転体１ａ，１ａ，
１ａを一組として第１図の回転体１ａに相当する
段とし、同様に複数の回転体１ｂ，１ｂ，１ｂを
一組として第１図の回転体１ｂに相当する段とし
たものである。これによつて密閉容器の伝熱容積
を増加させることができる。なお、第１３図中に
おいては、水素導管７はその一部しか図示してい
ないが、回転体の数が増す程水素導管の数も増え
て配管が複雑となるため、図示のように回転軸２
を中空とし、この回転軸内に水素導管７を配設す
るとよい。

第１４図は、第１図の各回転体の高温熱媒室と
低温熱媒室をそれぞれ連通した一体の高温熱媒室
１４と低温熱媒室１５としたものと異なり、各回
転体１ａ，１ｂ，１ｃごとに熱媒室１４，１５を
配設した実施例を示す。この場合、図示したよう
に高温熱媒室１４（T_H）と低温熱媒室１５（T_L）
とを交互に設けることによつて、第１図のように
回転軸を挟んだ略点対称の位置関係にある密閉容
器同士を接続していた水素導管７を、第１４図で
は同じ側（例えば上側）にある密閉容器同士を接
続すればよく、回転軸を横切らないので水素導管
７の配管がしやすくなる。なお、高温熱媒室の温
度をいずれもT_Hとして表示したが、これらが異
なる温度を有していてもよい。低温熱媒室につい
ても同様で、T_H＞T_Lの関係にあればよい。

また、第１図および第１４図の例において、回
転軸２を挟んで延びる仕切壁１３は、回転軸２の
両側で必ずしも同一平面上にある必要はなく、回
転軸２の両側でそれぞれ放射方向に角度を代えて
延びるように設けることもでき、放射方向の角度
を調整することにより前述した各回転体間の位相
のずれを与えるようにしてもよい。さらにまた、
回転軸２から放射方向に多数の仕切壁１３を延設
せしめて、回転軸のまわりに高温熱媒室と低温熱
媒室を対として複数組設けるようにしてもよい。

本発明の水素精製容器は、上記した実施例のみ
に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で
種々の変形が可能である。例えば回転体は必ずし
も円板状とする必要はなく、球状や多角形状とし
てもよい。また、金属水素化物を充填した複数個
の密閉容器は、図示した回転体１ａ，１ｂ，１ｃ
のように一体構造にする必要はなく、回転軸の周
方向に放射状に散在させて回転軸とともに回転し
うるように配置してあればよい。

さらに、例えば第１５図に示したように、金属
水素化物を充填した円筒状の密閉容器６０の複数
個を互いに平行になるように環状に並列させてチ
エーンまたはベルト等の無端回転送行部材６１上
に配列した１つの環状列を１つの回転体６２ａと
してもよい。この場合、密閉容器６０の下半部が
嵌合する切欠き６３を有する一対の回転歯車６４
間に無端回転送行部材６１を数列にわたつて架設
すれば、列の数に相当する回転体６２ａ，６２
ｂ，６２ｃが形成されることになる。そして隣り
合う回転体上の密閉容器同士を直線状に水素導管
７で接続し、各水素導管７の途中に抵抗部材１１
を配し、高温熱媒室６５と低温熱媒室６６とを交
互になるように無端回転送行部材６１の送行方向
及び列方向にそれぞれ配設することによつて、第
１４図の実施例の装置同様に機能させることがで
きる。

なお、この実施例においては原料水素供給口、
劣化水素出口又は精製水素出口に接続する水素導
管は、一部可撓性材料を使用し、第３図（又は第
４図）の空洞２１（２４）に接続するか、または
該空洞が無端回転送行部材６１と平行して移動す
るように、第３図、第４図における環状部材２０
（２３）と回転軸２とを無端回転送行部材６１と
相似形状の部材に代えて、即ち、無端回転送行部
材６１の送行形状と略同形の第３図、第４図の環
状部材２０（２３）と回転軸２で構成される環状
空間に相当する環状空間を形成し、その空間内に
開孔を有する空洞を形成したチヤンバを移動する
ようにするとよい。

〈発明の効果〉 以上説明したようにこの発明によれば、水素導
管によつて相互に接続された密閉容器相互の加熱
と冷却の時期をずらして、即ち水素化反応と脱水
素化反応における位相をずらして水素ガスの吸蔵
と放出を繰返し行なつたから、水素を合金に吸蔵
させた際に容器内に残留する不純物が精製水素ガ
スと同伴することなく、また、隣り合う回転体上
の密閉容器同士を位相をずらして水素導管で接続
したから、回転体の回転に伴い各密閉容器が低温
熱媒室と高温熱媒室を順次回動する間に、密閉容
器内の金属水素化物による水素ガスの吸蔵と放出
を繰返し連続して行なわせることができるととも
に、精製水素ガス流と不純物の多い劣化水素ガス
流の制御も自動的に行なうことができる。

加えて、この発明において用いる金属水素化物
の水素解離圧は温度に対して大きく変化するた
め、高温熱媒室温度T_Hと低温熱媒室T_Lとの温度
差は数十度（℃）程度でよい。従つて、冷却水と
温排水等の廃熱を利用して効率良く水素ガスを精
製することができる。

なお、この発明の装置において、密閉容器内に
金属水素化物を充填する代りにシリカゲル、活性
炭、ゼオライト等の各種吸着剤を充填し、不純物
を含む各種のガスを通せば、種々のガスの精製装
置として使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の水素精製装置の実施例を示
す説明図；第２図は第１図における回転体の側面
図；第３図および第４図はそれぞれ第１図におけ
る原料水素供給口および精製水素出口の断面図；
第５図および第６図は水素導管内の抵抗部材の例
を示す断面図；第７図および第８図は密閉容器内
の構造の例を示す説明図；第９図は第１図の回転
体についての展開図；第１０図および第１１図は
各回転体の密閉容器の位相のずれを示す説明図；
第１２図は劣化水素中の水素を回収する装置を具
備するこの発明装置の他の実施例を示す説明図；
第１３図、第１４図および第１５図はこの発明装
置のさらに別な実施例を示す説明図である。 １…回転体、２…回転軸、６…密閉容器、７…
水素導管、８…原料水素供給口、９…劣化水素出
口、１０…精製水素出口、１１…抵抗部材、１２
…外側ダクト、１３…仕切壁、１４…高温熱媒
室、１５…低温熱媒室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水素導管によつて相互に接続され金属水素化
   物を充填した複数の密閉容器を用い、第ｎ番目の
   密閉容器内で行なわれる金属水素化物の水素化反
   応の結果該密閉容器（第ｎ番目）内に残留する不
   純物を含む劣化水素ガスが後段の密閉容器（第ｎ
   −１番目）における金属水素化物の水素化反応開
   始に伴い後段の該密閉容器（第ｎ−１番目）へ戻
   り、該第ｎ番目の密閉容器内でなされる金属水素
   化物の脱水素化反応により放出される精製水素ガ
   スが次段の密閉容器（第ｎ＋１番目）内における
   金属水素化物の水素化反応に伴い次段へ前進する
   ように、各密閉容器相互の加熱と冷却の時期をず
   らすことを特徴とする水素精製方法。 ２ 金属水素化物を充填した密閉容器の複数個を
   周方向に配設した回転体を回転軸に沿つて複数個
   配列し、該回転体の回転に伴い各回転体の密閉容
   器が低温熱媒室および高温熱媒室を交互に順次通
   過するように該回転軸の周囲に低温熱媒室と高温
   熱媒室とを設け、１つの回転体（第ｎ番目）上の
   第ｍ個目の密閉容器（_oR_n）が低温熱媒室にある
   とき該密閉容器内で行なわれる金属水素化物の水
   素化反応の結果該密閉容器（_oR_n）内に残留する
   不純物を含む劣化水素ガスが、後段の回転体（第
   ｎ−１番目）上の低温熱媒室に回動してきた第ｍ
   個目の密閉容器（_o-1R_n）内における金属水素化
   物の水素化反応開始に伴い後段の該密閉容器（_{o-
   １}R_n）へ戻ると共に、該第ｎ番目の回転体上の密
   閉容器（_oR_n）が高温熱媒室に回動して該密閉容
   器（_oR_n）内でなされる金属水素化物の脱水素化
   反応により放出される精製水素ガスが、次段の回
   転体（第ｎ＋１番目）上の低温熱媒室内にある第
   ｍ個目の密閉容器（_o+1R_n）内における金属水素
   化物の水素化反応に伴い次段の該密閉容器（_o+1
   R_n）へ前進するように、回転体相互の密閉容器
   同士を各々位相をずらして水素導管で接続し、か
   つ、最終段の回転体の各密閉容器から出る水素導
   管を精製水素出口に接続し、第１段の回転体の各
   密閉容器から出る水素導管を劣化水素出口に接続
   し、任意段の１つの回転体の各密閉容器に入る水
   素導管を原料水素供給口に接続し、前記各水素導
   管と精製水素出口、劣化水素出口または原料水素
   供給口との前記接続は回転体の回転に伴つて連通
   または遮断されるようにしたことを特徴とする水
   素精製装置。 ３ 前記密閉容器同士を接続する水素導管はその
   途中に、劣化水素ガスの戻り流に対しては抵抗が
   大きくかつ精製水素ガスの前進流に対しては抵抗
   が小さい抵抗部材が配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の水素精製装置。 ４ 前記位相は、水素導管で相互に接続される密
   閉容器（_o+1R_n，_oR_n，_o-1R_n）において、１つの密
   閉容器（_oR_n）の先端部が低温熱媒室を出る直前
   に後段の密閉容器（_o-1R_n）及び次段の密閉容器
   （_o+1R_n）の先端部が低温熱媒室に入る直前にあ
   る位置関係から、該１つの密閉容器（_oR_n）が低
   温熱媒室と高温熱媒室との間にあるとき後段の密
   閉容器（_o-1R_n）が完全に低温熱媒室に入つてし
   まつた直後でありかつ次の密閉容器（_o+1R_n）の
   先端部が低温熱媒室に入る直前にある位置関係ま
   での範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の水素精製装置。 ５ 前記密閉容器同士を結ぶ水素導管を前記回転
   軸を横切るように配設し、各回転体の高温熱媒室
   と低温熱媒室とをそれぞれ連通した一体の高温熱
   媒室と低温熱媒室とすることによつて、前記位相
   をずらせたことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の水素精製装置。 ６ 前記各回転体の高温熱媒室と低温熱媒室を交
   互に配設し、密閉容器同士を結ぶ水素導管が前記
   回転軸を横切らないように配設することによつ
   て、前記位相をずらせたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の水素精製装置。