JPH05180528A - 水素利用方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 輸送された水素ガスの有効利用を図る。 【構成】 水素用切替弁５が一対の金属水素化物容１
ａ，１ｂのうち一方に切替ると、加圧水素が加圧水素ガ
ス供給配管４から供給されて水素吸蔵合金２を吸蔵態に
応じて水素切替弁７が一対の金属水素化物容１ａ，１ｂ
のうち他方に切替えて水素吸蔵合金を放出状態とし、吸
熱反応によって熱交換器の熱媒体から吸熱して冷熱を発
生させる一方、放出水素を水素使用側に供給する。発生
した温熱媒体は温熱負荷に供給され、発生した冷熱媒体
は冷熱負荷へ供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素供給側からの加圧
水素ガスを水素使用側に供給する際に水素の有効利用が
できる水素吸蔵合金を用いた水素利用方法および水素利
用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、自然界から無尽蔵に得られる水素
が、クリーンなエネルギーとして注目されてきている。
即ち、現在の石油等の燃料の需給関係が逼迫し、また
は、環境破壊の問題などから太陽を中心とする自然エネ
ルギーの利用がエネルギーの主要部を占めるようになれ
ば、水素は自然エネルギーによって発生させ、消費地へ
輸送して利用することができるエネルギーとして用途は
極めて広い。従来、水素は、ガス状水素あるいは液体水
素の状態でタンクに充填してトラック等で輸送され利用
が図られているに過ぎない。ところが、将来的な観点か
ら水素ガスの利用が普及し水素エネルギーの社会になる
と、例えば、現在の都市ガスの配管網と同様に水素ガス
の配管網が構築されることが充分に考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
都市ガスと同様に水素を燃焼等により水素使用側が熱エ
ネルギーに変換して使用するだけでは、熱効率、安全性
等の面で水素エネルギーの有効利用を図ることができな
いという問題がある。

【０００４】そこで、本発明は水素供給側から輸送ライ
ンによって水素使用側に送られる水素を有効に利用でき
る水素利用方法および水素利用装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水素
供給側から水素使用側に供給される加圧水素ガスを利用
する水素利用方法において、前記水素供給側と前記水素
使用側との間に水素吸蔵合金を充填した少なくとも一対
の容器を配置し、前記容器の一方に充填される水素吸蔵
合金に前記水素供給側から供給される水素を吸蔵させ前
記容器の他方に充填される水素吸蔵合金から水素を放出
させ、その反応熱エネルギーを取り出し利用すると共
に、利用後の水素を前記水素使用側に供給するようにし
たものである。

【０００６】請求項２の発明は、水素供給側から水素使
用側に加圧水素ガスを水素供給配管を介して供給する水
素利用装置において、前記水素供給側と水素使用側から
の水素供給配管にそれぞれ接続して設けられ、温熱負荷
あるいは冷熱負荷へ熱媒体を流すためそれぞれ熱交換器
が水素吸蔵合金を充填した耐圧容器内部を気密に貫通配
置されてなる少なくとも一対の金属水素化物容器と、前
記水素供給側から水素供給配管を介して供給される加圧
水素ガスを前記一対の金属水素化物容器のうちの一方と
他方とに交互に切替えて供給する第１の切替弁と、この
第１の切替弁の切替え状態とは逆に前記一対の金属水素
化物容器のうちの他方と一方を交互に切替えて前記水素
使用側へ水素を供給する第２の切替弁と、前記一対の金
属水素化物容器の各熱交換器と前記温熱負荷および冷熱
負荷とをそれぞれ交互に接続する熱媒体配管とを前記第
１と第２の切替弁の切替状態に応じて交互に接続を切替
える第３の切替弁とを設けるようにしたものである。

【０００７】

【作用】請求項１の発明では、水素供給側と水素使用側
との間に配置された水素吸蔵合金により水素供給側から
供給される水素が吸蔵されあるいは水素吸蔵合金から水
素が放出されるから、その反応熱エネルギーを利用でき
ると共に、この利用された水素が水素使用側に供給され
使用できる。

【０００８】請求項１の発明では、第１の切替弁が水素
供給側から水素供給配管を介して供給される加圧水素ガ
スを一対の金属水素化物容器のうちの一方と他方とに交
互に切替えて供給する。第２の切替弁は、第１の切替弁
の切替え状態とは逆に一対の金属水素化物容器のうちの
他方と一方を交互に切替えて水素使用側へ水素を供給す
る。第３の切替弁は、一対の金属水素化物容器の各熱交
換器と温熱負荷および冷熱負荷とをそれぞれ交互に接続
する熱媒体配管とを第１と第２の切替弁の切替状態に応
じて交互に接続を切替える。従って、水素供給配管によ
って連続して輸送される水素を利用することによって連
続的な温熱の発生と連続的な冷熱の発生と利用された水
素ガスが水素使用側に供給できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１０】図１は、本発明の一実施例を示す水素利用
装置の水素利用側の概念を示す構成図である。図におい
て、水素利用側には、第１の金属水素化物容器１ａと第
２の金属水素化物容器１ｂとを備えた水素利用ユニット
１が設置され、これらの第１の金属水素化物容器１ａと
第２の金属水素化物容器１ｂには、それぞれ水素吸蔵合
金２が充填されると共に、第１の熱交換器３ａと第２の
熱交換器３ｂとが貫通して配置されている。

【００１１】また、第１の金属水素化物容器１ａと第２
の金属水素化物容器１ｂには、水素輸送ラインとしての
加圧水素ガス供給配管４からの水素ガスが第１の切替弁
としての水素用切替弁５を介して選択的に供給されるよ
うに分岐水素ガス供給配管６ａ，６ｂが接続されている
一方、第１の金属水素化物容器１ａあるいは第２の金属
水素化物容器１ｂで放出された水素ガスが第２切替弁と
しての水素切替弁７を介して選択的に回収されるように
分岐水素回収配管８ａ，８ｂが接続され、水素切替弁７
から水素ガス回収配管９に接続されている。

【００１２】なお、加圧水素ガス供給配管４は、図示省
略する水素ガス供給源に接続され、水素ガスが所定の加
圧状態で水素利用側に供給されており、また、水素ガス
回収配管９は、図示省略する水素ガス使用手段に接続さ
れている。

【００１３】第１の熱交換器３ａの一方には、熱媒体切
替弁１０を介して熱媒体供給配管１１が接続され、第１
の熱交換器３ａの他方には、熱媒体切替弁１２を介して
熱媒体戻り配管１３が接続されている。

【００１４】また、第２の熱交換器３ｂの一方には、熱
媒体切替弁１４を介して熱媒体供給配管１５が接続さ
れ、第２の熱交換器３ｂの他方には、熱媒体切替弁１６
を介して熱媒体戻り配管１７が接続されている。

【００１５】さらに、熱媒体供給配管１１，熱媒体戻り
配管１３，熱媒体供給配管１５，熱媒体戻り配管１７に
は、第１の熱交換器３ａまたは第２の熱交換器３ｂの熱
媒体を選択的に切替えて流路とするための分岐配管１
８，１９，２０，２１が各々配設されている。

【００１６】なお、熱媒体供給配管１１と熱媒体戻り配
管１３には、図示省略する暖房等手段が接続され、温熱
が温熱負荷に供給され、熱媒体供給配管１５と熱媒体戻
り配管１７には、図示省略する冷房等の手段が接続さ
れ、冷熱が冷熱負荷に供給されるようになっている。

【００１７】また、第１の金属水素化物容器１ａと第２
の金属水素化物容器１ｂ内には、図示省略する温度セン
サまたは圧力センサ等が配置され、これらのセンサの信
号に応じて所定の手順で第１の切替弁としての水素用切
替弁５と第２の切替弁としての水素用切替弁７とを交互
に切替え、この切替え状態に応じて第３の切替弁として
の熱媒体切替弁１０，１２，１４，１６が切替えられる
ように構成されている。

【００１８】以上の構成で、第１の金属水素化物容器１
ａと第２の金属水素化物容器１ｂ内には、図２に示す温
度圧力平衡特性Ａの水素吸蔵合金２を予め収納してお
く。即ち、水素利用側の第１の金属水素化物容器１ａと
第２の金属水素化物容器１ｂ内には、希土類−Ｎｉ系合
金等の水素吸蔵合金２が充填され、温度と平衡圧力の特
性が図２のＡに示すものを収納する。

【００１９】ここで、第２の金属水素化物容器１ｂの水
素吸蔵合金２が水素吸蔵状態、つまり、図２に示す圧力
約１０ａｔｍ、温度約５０〜６０℃のＡ１の状態で、第
１の金属水素化物容器１ａの水素吸蔵合金２が水素ガス
の放出状態、つまり、図２に示す圧力約１ａｔｍ、温度
約５〜１０℃のＡ２の状態とする。

【００２０】このとき以後の動作を図３に示す工程図に
沿って説明すると、まず、図示省略する圧力センサ等の
信号に応じて工程Ｉへ移行するための切替え信号が水素
用切替弁５ａ，７ｂを選択するように出力される。これ
とほぼ同時に熱媒体切替弁１０ｂ，１２ａ，１４ａ，１
６ａが選択されるように信号が出力される。これによっ
て水素用切替弁５ａで第１の金属水素化物容器１ａが選
択され、加圧水素ガス供給配管４から約１０ａｔｍの加
圧水素が第１の金属水素化物容器１ａに導入されると共
に、水素用切替弁７ｂで第２の金属水素化物容器１ｂが
選択され第２の金属水素化物容器１ｂから約１ａｔｍの
水素ガスが水素ガス回収配管９から水素使用側に供給さ
れる。

【００２１】このとき第１の金属水素化物容器１ａの水
素吸蔵合金２は、図２に示す温度−水素ガス特性Ａが水
素ガス放出状態Ａ２から水素ガス吸蔵状態Ａ１に徐々に
移行し、発熱反応による約５０〜７０℃の熱エネルギー
が第１の熱交換器３ａの水やオイル等の熱媒体に伝導さ
れる。第１の熱交換器３ａの熱媒体の温度上昇に伴っ
て、温熱媒体が熱媒体戻り配管１３から熱媒体切替弁１
２ａを介して温熱負荷に供給され熱媒体切替弁１０ｂを
介して熱媒体供給配管１１から第１の熱交換器３ａへ供
給される。この結果、加圧水素ガス供給配管４から供給
された水素ガスが温熱として利用される。

【００２２】この工程Ｉの状態のとき、第２の金属水素
化物容器１ｂの水素吸蔵合金２は、逆に図２に示す水素
ガス吸蔵状態Ａ１から水素ガス放出状態Ａ２に移行し
て、水素吸蔵合金２の放出反応によって約５〜１０℃の
温度で第２の熱交換器３ｂの熱媒体が冷却される。そし
て、水素ガスは、分岐水素回収配管８ｂ、水素切替弁７
ｂから水素ガス回収配管９を介して回収され、図示省略
する水素ガス使用機器に供給される。

【００２３】また、第２の熱交換器３ｂで冷却された冷
熱媒体は、熱媒体切替弁１６ａを介して熱媒体戻り配管
１７から図示省略する冷熱負荷に供給され、熱媒体切替
弁１４ａにより循環して熱媒体供給配管１５から第２の
熱交換器３ｂへ供給される。この結果、加圧水素ガス供
給配管４から供給された水素ガスが冷熱として利用され
る。

【００２４】上記した工程Ｉの終了を図示省略する圧力
センサ等が検出すると、即ち、第１の金属水素化物容器
１ａの水素吸蔵合金２の水素吸蔵が終了する時点で今度
は工程IIに移行するための切替え信号が水素用切替弁５
ｂ，７ａに出力される。これに伴い加圧水素ガス供給配
管４からの水素ガスが第２の金属水素化物容器１ｂに供
給され、水素吸蔵合金２を吸蔵状態Ａ１方向に移行させ
る一方、第１の金属水素化物容器１ａの水素吸蔵合金２
が放出状態Ａ２に移行させる。これとほぼ同時に熱媒体
切替弁１０ａ，１２ｂ，１４ｂ，１６ｂのそれぞれの側
が選択される。これによって、第１の金属水素化物容器
１ａの第１の熱交換器３ａから冷熱媒体が利用側の冷熱
負荷に供給され、さらに放出された水素ガスが水素ガス
使用機器へ供給される。他方、第２の金属水素化物容器
１ｂの第２の熱交換器３ｂから温熱媒体が温熱負荷へ供
給される。

【００２５】上記した工程Ｉと工程IIは、交互に繰り返
され温熱利用側と冷熱利用側へ連続的に熱エネルギーが
供給され、同時に放出された水素ガスが水素ガス使用機
器へ供給される。水素使用側では燃料電池の燃料として
あるいは燃焼による熱エネルギーとして使用できる。な
お、図３の○印は対応する切替え側が選択されたことを
示し、×印は対応する切替え側が選択されていないこと
を示し、切替弁は必ずしも三方弁に限ることはなく、電
磁弁、空気弁等の組合せでもよい。

【００２６】このように、水素利用装置の水素利用側に
設けた水素吸蔵合金を利用することにより暖房給湯など
の温熱負荷と冷房等の冷熱負荷と水素ガス使用機器に対
して水素の供給とを連続的に実施できる。従って、輸送
された水素ガスが水素利用側でも熱エネルギーとして利
用ができ、水素使用側でも水素ガスが使用でき水素ガス
の有効な利用が図れる。

【００２７】なお、本実施例では、一対の水素吸蔵合金
を水素利用側に配置したが、これに限ることなく複数の
対の水素吸蔵合金を水素利用側に配置すれば同様に実施
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
素利用側に水素吸蔵合金を充填した容器を配置し、水素
吸蔵合金の水素吸蔵および放出による反応熱を利用し、
さらに、利用された水素を水素使用側に供給するように
したから水素利用側でも熱エネルギーとして利用がで
き、水素使用側でも水素ガスが使用でき水素ガスの有効
な利用が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す水素利用装置の水素利
用側の概念図。

【図２】図１の水素吸蔵合金の作用を示す説明図。

【図３】図１の工程を示す説明図。

【符号の説明】

１ａ 第１の金属水素化物容器 １ｂ 第２の金属水素化物容器 ２ 水素吸蔵合金 ３ａ 第１の熱交換器 ３ｂ 第２の熱交換器 ４ 加圧水素ガス供給配管 ５ 水素切替弁 ７ 水素切替弁 ９ 水素ガス回収配管 １０ 熱媒体切替弁 １１ 熱媒体供給配管 １２ 熱媒体切替弁 １３ 熱媒体戻り配管 １４ 熱媒体切替弁 １５ 熱媒体供給配管 １６ 熱媒体切替弁

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】ここで、第２の金属水素化物容器１ｂの水
素吸蔵合金２が水素吸蔵状態、つまり、図２に示す圧力
約１０ａｔｍ、温度約５０〜６０℃のＡ１の状態で、第
１の金属水素化物容器１ａの水素吸蔵合金２が水素ガス
の放出状態、つまり、図２に示す圧力約１ａｔｍ、温度
約５〜１０℃のＡ２の状態とする。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

フロントページの続き (72)発明者 米津 育郎 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素供給側から水素使用側に供給される
   加圧水素ガスを利用する水素利用方法において、 前記水素供給側と前記水素使用側との間に水素吸蔵合金
   を充填した少なくとも一対の容器を配置し、前記容器の
   一方に充填される水素吸蔵合金に前記水素供給側から供
   給される水素を吸蔵させ前記容器の他方に充填される水
   素吸蔵合金から水素を放出させ、その反応熱エネルギー
   を取り出し利用すると共に、利用後の水素を前記水素使
   用側に供給することを特徴とする水素利用方法。
2. 【請求項２】 水素供給側から水素使用側に加圧水素ガ
   スを水素供給配管を介して供給する水素利用装置におい
   て、 前記水素供給側と水素使用側からの水素供給配管にそれ
   ぞれ接続して設けられ、温熱負荷あるいは冷熱負荷へ熱
   媒体を流すためそれぞれ熱交換器が水素吸蔵合金を充填
   した耐圧容器内部を気密に貫通配置されてなる少なくと
   も一対の金属水素化物容器と、 前記水素供給側から水素供給配管を介して供給される加
   圧水素ガスを前記一対の金属水素化物容器のうちの一方
   と他方とに交互に切替えて供給する第１の切替弁と、 この第１の切替弁の切替え状態とは逆に前記一対の金属
   水素化物容器のうちの他方と一方を交互に切替えて前記
   水素使用側へ水素を供給する第２の切替弁と、 前記一対の金属水素化物容器の各熱交換器と前記温熱負
   荷および冷熱負荷とをそれぞれ交互に接続する熱媒体配
   管とを前記第１と第２の切替弁の切替状態に応じて交互
   に接続を切替える第３の切替弁とを備えたことを特徴と
   する水素利用装置。