JPS6114101A - 水素精製装置 - 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】 技術分野 不発明は、水素吸蔵合金を利用して水素含有ガスから水
素ガスを精製する装置に関する。

水素吸蔵合金を使用して水素を精製する方法は。

ある樵の合金が水素をよ（吸蔵する性質を利用したもの
であるユ容器内に水素吸蔵合金を充填し、この容器に不
純ガスを含む水素ガス化導入すると。

水素ガスのみが発熱を伴って合金に吸蔵され、不純ガス
が残る。この不純ガスを容器外に放出したのち１合金を
加熱下れば、吸鷺水素ガスが合金から放出され、高純水
素が得られる。そしてこのプロセスにおいて水素を吸蔵
する時は発熱を伴うため冷却水などで冷却し、温度上昇
を防止する８優があり、逆に放出する時は吸熱するため
温水などで加熱し、温度を一定に保つ必要がある。

そして、このプロセスを連続的に運転して高純水素を工
業的に製造するには、水素吸蔵合金を充填した２筒以上
の精製筒を設置し、加熱源および冷却源として温水およ
び冷却水を用意し、精製筒を水素吸蔵工程と水素放出工
程とに交互に・切換え。

水素吸蔵工程にある精製筒に冷却水を、水素放出工程に
あるｆ＃精製筒温水をそれぞれ切替えて供給するように
してい′る。

しかし、このような方法では加熱、冷却に温水および冷
却水を使用しかつこれらの顕熱を熱源としている窄め、
装置が大型化し、消費エネルギーが嵩む欠点があった。

筐た、冷却水での冷却には限界があり、吸蔵温度を十分
低（することができず、このため吸蔵圧力を高くせざる
を得ないという大きな欠点もあった。

発明の目的 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エネルギー
コストの低減、装置の小型比を図ることのできる水素吸
蔵合金を利用した水素Ｍ製装置を提供することを目的と
するものである。

発明の構成 本発明の水素精製装置は、水素吸蔵合金を充填した２筒
以上の精製筒％：設け、水素吸蔵工程にある精製筒を蒸
発器とし、水素放出工程にある精製筒を凝縮器とする冷
凍サイクルを付設したもので。

ある。

発明の具体的構成とその作用 以下１図面を参照して不発８Ａを詳しく説明する。

図面は本発明の水素ｉ／′ＩｔＩＪ１装置の一例な示す
ものである。

原料ガスとして不純ガスを含む水素ガスが２〜数Ｌ　Ｏ
ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　　程度に加圧されて、管ｌから弁
２を経て、水素吸蔵工程にある第１稽製筒３に送り込ま
れる。第１渭裂筒３は、その内部にＬａＮｉ系合金、Ｆ
ｅＴｉ系合金などの室温付近での平衡水素圧の高い水素
吸蔵金塗が充填さ載ているとともに熱交換が行えるよう
な構造となっている。第１精製筒３に導入された原料ガ
ス中の水素は選択的に水素吸蔵合金に吸蔵され、不純ガ
スが筒内の空間に残る。この水素吸蔵合金への水素の吸
或は発熱反応であるので、この水素吸蔵工程では水素吸
蔵合金および第ｔｎ製１ｌｌＩ３の温度が上昇する。こ
の温度が上昇すると水素平向圧力が上昇して、７に素吸
蔵速度が低下するため、冷却する必要がある。そこで、
フロン液溜４から膨張弁５　　　゛を経て、気液混相状
態となったフロンな雷６．弁７を経てｘｉｓ製筒３に送
り込み、冷却する０第ｌ精製筒３に送られたフロンは気
液混相であるため、冷却に蒸発潜熱を利用でき、耐却幼
来が高（、゛フロン量は少量でよい。

かくして、水素の吸蔵が進行し、水素吸蔵合金が飽和し
たならば原料ガスの導入を停止し、弁８を開けて、不純
ガス？第１精装筒３から導出し。

管９かも排出するとともに弁７葡閉じて第１梢製筒３へ
のフロンの供給を停止する。第１稽製筒３内で加熱され
て気化したフロンは、管１０．弁１１？：経てフロンコ
ンプレッサ１２に送られる。

一方、第１稽製筒３と同様な構造の第２精製筒１３は、
この時水素放出工程にある。丁なわち。

前工程において上述のように充填された水素吸蔵合金が
水ＪＪＬｒ：吸蔵し、不純ガスが排出された状態の第２
精製筒Ｌ３からは水素吸蔵合金から放出された梢製水索
が弁１４．管１５な通って導出される。この水素吸蔵合
金からの水素の放出は、吸熱反応であるため、第２精裏
筒１３内の温度が低下してゆく。筒内の温度が低下する
と、水素放出速度、水素放出圧力が低下してしまうので
、加熱する必要があるっそこで、第１稽製筒３かもフロ
ンコンプレッサｔ２に送られて昇温昇圧された気化状Ｍ
のフロンを管１６．弁１７を経て？Ａ２精製筒に送り込
む。第２梢製筒【３に導入された気化状フロンガスは、
水素放出中の水素吸蔵合金を加熱するとともに自らは冷
却されて液化する。液化したフロンは弁菖８．管１９を
経て、空冷または水冷方式による過冷器２０でほば常温
まで冷却されたうえ、フロン液溜４に溜められる。第２
梢裂筒１３に導入された７０／は凝縮熱を発するため。

加熱幼果に優れ、フロン量も少量で済む。水素の゛放出
が停止丁れば、気化状フロンの供給を停止し。

第２精製筒１３は次の水素吸蔵工程に入ることになる。

以下、この二つの工程を第１稽裏筒３と第２梢製筒１３
とで又互に繰り返丁ことにより、連続的に水素を精製す
ることができる。

このような水素精製装置にあっては、加熱が必要な水嵩
放出工程にある、例えば第２精製筒【３に高温のガス状
フロンを導入して加熱するとともにフロンを液化せしめ
、同時に冷却が必要な水素吸蔵工程にある第１精裂筒３
に気液混相状態のフロンを導入して冷却するとともにフ
ロンな気化せしめて、水素放出工程にあるＭ製筒を＃縮
器とし。

水素吸蔵工程にある精製筒を蒸発器とするフロン冷凍サ
イクルを形成したので、水素吸蔵工程にある、例えば第
１精製筒３の発熱を、水素放出工程にある第２精製筒Ｌ
３の吸熱に利用できるようになり、精製筒【３の加熱、
冷却に必要なエネルギー費用を低減することが可能とな
る。また、易凝縮性のフロンを使用しているので、加熱
、冷却に潜熱を利用でき、加熱冷却幼果が人きく循環フ
ロン量が少量で済み、精製筒３．ｔ３内の温度分布を均
一に保ち易く、運転が容易で設備もコンパクトとするこ
とができる。また、水素吸蔵工程にある精製筒を十分低
い温度にまで冷却することができるので、水素の吸蔵圧
力を低下せしめることかり能となり、原料ガスの圧縮圧
力を乍げて圧縮動力を削減できる。

次に、本発明のＮ製装置と従来の精製装置とについ”を
経済性を比較する。

水素吸蔵合金としてＬａＮｉ系合ｉ＆用い、１０ｋｇ７
ｃｍ２以下の圧力で１００　Ｎｍ３／ｈｒの水素’ａ［
裂する場合、水素放出時の加熱エネルギーは理論上３５
０００Ｋｃａ　１／ｈｒ必要トＴｘる。これｔ従来の電
気ヒータによる温水で賄うとすると、４０Ｋｗの′電力
が必要となり、また温水循環ポンプの運転にも電力が必
要となる。一方、本発明の装置ではフロンコンプレッサ
１２（７］ｊｂ力として１３〜Ｌ５Ｋｗの電力が必要で
あるだけであり、動力費用は半分以下とｒｌる。

なお、フロント以外の塩化メタン（メチルクロライド］
やアンモニアなどの熱媒体を使用することもできる。

発明の詳細 な説明したように、この発明の水素精製装置は水素吸蔵
合金を充填した２筒以上の精製筒を交互に水素吸蔵工程
と水素放出工程とに切換運転する装置に、水素吸蔵工程
にある′ＩｎＩＩｎ上蒸発器とし、水素放出工程にある
ｆ＃裂製筒凝縮器とした帝凍すイクル％：設けたもので
あるので、水素吸蔵工程にある精製筒の発熱を水素放出
工程にある精＃！１・筒の加熱に利用することができ、
Ｍ製筒の加熱冷却に必要なエネルギー費用を大きく低減
できる。

また、水素吸蔵工程にあるＩ製筒を十分低温度にまで冷
却することができるので、水素吸蔵合金を低（下ること
ができ、原料ガスの圧縮動力費用も削減できる。さらに
、加熱、冷却のための設備が小型化でき、運転も荏易で
あるなどの利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の水素精製装置の一例火示す概略構成図
である。 ３・・・第１梢襄筒、４・・・フロン液溜、５・・・膨
張弁、１２・・・フロンコンプレッサ、【３・・・第２
　ｆｔｔＲ筒、２０・・・過冷器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水素吸蔵合金を充填した２筒以上の精製筒を有し、これ
   ら精製筒を交互に水素吸蔵工程と水素放出工程とに切換
   えて水素含有ガスから水素を精製する装置において、 水素吸蔵工程にある精製筒を蒸発器とし、水素放出工程
   にある精製筒を凝縮器とした冷凍サイクルを設けたこと
   を特徴とする水素精製装置。