特開 2025-25002 水素吸蔵システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025025002

(43)【公開日】2025-02-21

(54)【発明の名称】水素吸蔵システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 11/00 20060101AFI20250214BHJP

   C01B 3/00 20060101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

F17C11/00 C

C01B3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023129426

(22)【出願日】2023-08-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】間宮 尚

(72)【発明者】

【氏名】前田 均

(72)【発明者】

【氏名】小川 博之

【テーマコード（参考）】

3E172

4G140

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA09

3E172AB01

3E172BD03

3E172BD05

3E172DA90

3E172EB02

3E172EB18

3E172FA01

3E172KA03

4G140AA16

(57)【要約】

【課題】水素利用装置の始動時に、水素利用装置に確実に水素を供給する。
【解決手段】水素吸蔵システム１００は、水素利用装置Ｃに供給するための水素を吸蔵する水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂと、水と反応することで発熱する発熱剤を有する発熱部７１と、始動時に発熱部７１によって発生した熱で水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱する加熱部７２Ａ，７２Ｂと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素利用装置に供給するための水素を吸蔵する水素吸蔵合金と、
水と反応することで発熱する発熱剤を有する発熱部と、
始動時に前記発熱部によって発生した熱で前記水素吸蔵合金を加熱する加熱部と、を備えた水素吸蔵システム。

【請求項2】

請求項１に記載された水素吸蔵システムであって、
前記発熱剤は、再利用可能である水素吸蔵システム。

【請求項3】

請求項１に記載された水素吸蔵システムであって、
前記発熱剤は、前記水素吸蔵合金で発生した熱によって加熱されることで再生する水素吸蔵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素吸蔵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、水素吸蔵合金が収容される水素吸蔵合金容器と、水素吸蔵合金との伝熱が行われる熱媒体が移動する熱媒体移動路と、熱媒体移動路で移動する熱媒体の温度調整を行う温度調整部とを備えた水素貯蔵システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－３５４７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された発明では、ヒータによって水タンク内の水（熱媒体）を加熱して、その加熱された水によって水素吸蔵合金を加熱することで、水素吸蔵合金から水素を脱着している。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された発明において、例えば、燃料電池(水素利用装置)を始動する時に、停電などによってヒータを作動させる電源が確保できない状態になっている場合には、水素吸蔵合金を加熱できない。この結果、燃料電池に水素を供給することができず、燃料電池を始動できないおそれがある。

【0006】

本発明は、水素利用装置の始動時に、外部から電力供給を受けずとも、水素利用装置に水素を供給することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、水素吸蔵システムであって、水素利用装置に供給するための水素を吸蔵する水素吸蔵合金と、水と反応することで発熱する発熱剤を有する発熱部と、始動時に発熱部によって発生した熱で水素吸蔵合金を加熱する加熱部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、水素利用装置の始動時に、外部から電力供給を受けずとも、水素利用装置に水素を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る水素吸蔵システムが適用される水素エネルギーシステムの概略図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る水素吸蔵合金の吸蔵量と水素貯蔵タンク内の圧力との関係を示す特性図である。

【図3】図３は、本発明の第２実施形態に係る水素吸蔵システムが適用される水素エネルギーシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0011】

＜第１実施形態＞
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る水素吸蔵システム１００について説明する。

【0012】

水素吸蔵システム１００は、建物やモビリティに設置または搭載される水素ガスを燃料とする発電機や駆動源に水素を供給するものであり、水素発生装置Ｐによって生成された水素ガスを吸蔵または放出する。まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る水素吸蔵システム１００が適用される水素エネルギーシステムＳについて簡単に説明する。

【0013】

図１に示すように、水素エネルギーシステムＳは、水素吸蔵システム１００と、水素吸蔵システム１００に水素を供給する水素発生装置Ｐと、水素吸蔵システム１００から放出された水素を利用する水素利用装置Ｃと、を備える。

【0014】

水素発生装置Ｐは、水を電気分解することで水素を発生させる。水素発生装置Ｐは、発生させた水素の温度を調整する温度調整装置（図示せず）と、発生させた水素の圧力を調整する圧力調整装置（図示せず）と、を備えている。

【0015】

水素利用装置Ｃは、水素吸蔵システム１００から放出された水素が化学反応することでエネルギーを作り出すエネルギー発生源である。具体的には、エネルギー発生源は、燃料電池や水素エンジンである。燃料電池は、水素吸蔵システム１００から放出された水素を酸素と反応させて電気エネルギーを作り出し、水素エンジンは、水素吸蔵システム１００から放出された水素を燃焼させて回転エネルギーを作り出す。なお、燃料電池及び水素エンジンからは、熱及び水ないし水蒸気が排出される。

【0016】

水素吸蔵システム１００は、水素吸蔵する水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂと、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ収容される水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂと、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂとの間で熱交換を行う水（流体）が循環する循環回路２０Ａ，２０Ｂと、循環回路２０Ａ，２０Ｂを流れる水を冷却する冷却機構３０と、循環回路２０Ａ，２０Ｂを流れる水を加熱する加熱機構４０Ａ，４０Ｂと、を備える。

【0017】

水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂは、水素発生装置Ｐにそれぞれ流路５１Ａ，５１Ｂによって接続され、水素利用装置Ｃにそれぞれ流路５２Ａ，５２Ｂによって接続される。つまり、水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂは、水素発生装置Ｐと水素利用装置Ｃとを接続する流路において、並列に設けられている。

【0018】

流路５１Ａ，５１Ｂには、流路５１Ａ，５１Ｂを開放または遮断する開閉弁５３Ａ，５３Ｂが設けられ、流路５２Ａ，５２Ｂには、流路５２Ａ，５２Ｂを開放または遮断する開閉弁５４Ａ，５４Ｂが設けられる。開閉弁５３Ａ，５３Ｂ及び開閉弁５４Ａ，５４Ｂは、コントローラ６０によって動作が制御される。

【0019】

続いて、水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂ、循環回路２０Ａ，２０Ｂ、及び加熱機構４０Ａ，４０Ｂについて説明する。なお、水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂ、循環回路２０Ａ，２０Ｂ、及び加熱機構４０Ａ，４０Ｂは同じ構成であるため、以下では、水素貯蔵タンク１０Ａ、循環回路２０Ａ、及び加熱機構４０Ａを中心に説明し、水素貯蔵タンク１０Ｂ、循環回路２０Ｂ、及び加熱機構４０Ｂについては、水素貯蔵タンク１０Ａ、循環回路２０Ａ、及び加熱機構４０Ａと同一の構成には図中に同じ数字の符号を付して説明を省略する。水素貯蔵タンク１０Ａ、循環回路２０Ａ及び加熱機構４０Ａの構成には符号に「Ａ」を付し、水素貯蔵タンク１０Ｂ、循環回路２０Ｂ、及び加熱機構４０Ｂの構成には符号に「Ｂ」を付して区別する。

【0020】

水素貯蔵タンク１０Ａは、圧力容器によって構成され、水素貯蔵タンク１０Ａ内には、水素吸蔵合金１１Ａが収容される。水素吸蔵合金１１Ａとしては、ＡＢ５型、ＡＢ２型、Ａ２Ｂ型、固溶体型（ＢＣＣ合金）などを用いることができる。

【0021】

流路５１Ａにおける開閉弁５３Ａより下流側には、圧力センサ５５Ａが設けられる。圧力センサ５５Ａは、水素吸蔵合金１１Ａの周囲の圧力（水素貯蔵タンク１０Ａの水素の圧力）を検出する。なお、圧力センサ５５Ａは、流路５２Ａにおける開閉弁５４Ａより上流側に設けられていてもよい。

【0022】

水素エネルギーシステムＳでは、開閉弁５３Ａを開弁することで、水素発生装置Ｐによって発生した水素が、流路５１Ａを通じて水素貯蔵タンク１０Ａに供給される。また、開閉弁５３Ａを閉弁することで、水素発生装置Ｐによって発生した水素の水素貯蔵タンク１０Ａへの供給が遮断される。

【0023】

また、水素エネルギーシステムＳでは、開閉弁５４Ａを開弁することで、水素貯蔵タンク１０Ａ内の水素は、流路５２Ａ及び減圧弁５６を通じて水素利用装置Ｃに供給される。また、開閉弁５４Ａを閉弁することで、水素貯蔵タンク１０Ａ内の水素の水素利用装置Ｃへの供給が遮断される。

【0024】

次に、循環回路２０Ａについて説明する。

【0025】

循環回路２０Ａは、水を循環させて、水素吸蔵合金１１Ａとの間で熱交換を行い、水素吸蔵合金１１Ａの温度調整を行う。

【0026】

図１に示すように、循環回路２０Ａは、循環回路２０Ａ内の水を循環させるためのポンプ２１Ａと、加熱機構４０Ａとの間で熱交換を行う第１熱交換部２２Ａと、水素吸蔵合金１１Ａとの間で熱交換を行う第２熱交換部２３Ａと、循環回路２０Ａ内を流れる水を冷却する冷却機構３０と、冷却機構３０をバイパスするバイパス流路２４Ａと、冷却機構３０及びバイパス流路２４Ａへ流れる流量の分配を制御する制御弁２５Ａと、第２熱交換部２３Ａの入口側の水温を検出する第１温度センサ２６Ａと、第２熱交換部２３Ａの出口側の水温を検出する第２温度センサ２７Ａと、をさらに有する。

【0027】

ポンプ２１Ａは、図示しないモータによって駆動される。ポンプ２１Ａの種類は特に限定はないが、ポンプ２１Ａは、遠心ポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどによって構成される。

【0028】

第１熱交換部２２Ａは、加熱機構４０Ａとの間で熱交換を行い、加熱機構４０Ａからの熱を受け取ることで、循環回路２０Ａ内を循環する水を加熱する。

【0029】

第２熱交換部２３Ａは、水素吸蔵合金１１Ａとの間で熱交換を行うことで、水素吸蔵合金１１Ａの温度を調整する。

【0030】

制御弁２５Ａは、第２熱交換部２３Ａを通過した水を冷却機構３０とバイパス流路２４Ａに分配する。具体的には、制御弁２５Ａは、三方弁によって構成される。制御弁２５Ａは、コントローラ６０によって制御され、冷却機構３０とバイパス流路２４Ａに分配される水の流量を制御する。本実施形態では、制御弁２５Ａを三方弁によって構成した場合を例に示しているが、制御弁２５Ａを２つの二方弁によって構成してもよい。

【0031】

冷却機構３０は、チラーや冷却塔、ラジエータなどによって構成される。冷却機構３０は、少なくとも循環回路２０Ａ内を循環する水の熱を大気へ放出する放熱器としての機能を有していればどのようなものであってもよい。

【0032】

本実施形態では、１つの冷却機構３０によって、循環回路２０Ａ及び循環回路２０Ｂ内を循環する水を冷却している、言い換えると、本実施形態では、冷却機構３０が、循環回路２０Ａ及び循環回路２０Ｂに対して共通化されているが、冷却機構３０は、循環回路２０Ａ及び循環回路２０Ｂに個別に設けられていてもよい。

【0033】

加熱機構４０Ａは、熱媒体としての水が循環する循環回路４１Ａと、循環回路４１Ａ内の水を循環させるためのポンプ４２と、循環回路４１Ａに設けられ第１熱交換部２２Ａとの間で熱交換を行う第３熱交換部４３Ａと、循環回路４１Ａに設けられ水素利用装置Ｃとの間で熱交換を行う第４熱交換部４４と、循環回路４１Ａにおけるポンプ４２と第３熱交換部４３Ａの間に設けられ、ポンプ４２から第３熱交換部４３Ａへの水の流れを許容または遮断する開閉弁４５Ａと、を有する。

【0034】

循環回路４１Ａは、内部の水が循環することによって水素利用装置Ｃで発生した排熱を循環回路２０Ａに伝達する。

【0035】

ポンプ４２は、図示しないモータによって駆動される。ポンプ４２の種類は特に限定はないが、ポンプ４２は、遠心ポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどによって構成される。

【0036】

第３熱交換部４３Ａは、第１熱交換部２２Ａとの間で熱交換を行い、循環回路４１Ａ内を循環する水の熱によって循環回路２０Ａ内を循環する水を加熱する。

【0037】

第４熱交換部４４は、水素利用装置Ｃとの間で熱交換を行い、水素利用装置Ｃを駆動した際に発生する排熱によって循環回路４１Ａ内を循環する水を加熱する。

【0038】

このように、加熱機構４０Ａは、水素利用装置Ｃを駆動した際に発生する排熱を利用して、循環回路４１Ａ内を循環する水を加熱する。

【0039】

なお、本実施形態では、１つのポンプ４２によって、循環回路４１Ａ及び循環回路４１Ｂ内の水を循環させるとともに、１つの第４熱交換部４４によって循環回路４１Ａ及び循環回路４１Ｂ内を循環する水を加熱している、言い換えると、本実施形態では、ポンプ４２及び第４熱交換部４４は、循環回路４１Ａ及び循環回路４１Ｂに対して共通化されているが、ポンプ４２及び第４熱交換部４４は、循環回路４１Ａ及び循環回路４１Ｂにそれぞれ個別に設けられていてもよい。

【0040】

次に、水素吸蔵合金１１Ａにおける水素の吸着及び脱着について、図２を参照しながら説明する。図２は、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂ（水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂ）の圧力と、温度と、水素の吸蔵量との関係を示すグラフである。なお、図２における実線は、吸着時の特性を示し、点線は、脱着時の特性を示している。

【0041】

まず、水素吸蔵合金１１Ａへの水素の吸着について説明する。水素発生装置Ｐによって発生した水素は、開閉弁５３Ａを開弁することによって、流路５１Ａを通じて水素貯蔵タンク１０Ａ内に導かれる。本実施形態では、水素発生装置Ｐから供給される水素の圧力は、０．８ＭＰａ程度である。水素貯蔵タンク１０Ａ内に導かれた水素は、水素吸蔵合金１１Ａによって吸着される。水素吸蔵合金１１Ａが水素を吸着する際には、発熱反応により水素吸蔵合金１１Ａの温度が上昇する。

【0042】

図２に示すように、水素吸蔵合金１１Ａは、同じ圧力では、温度が高くなるほど吸蔵量が減少する。そのため、本実施形態では、吸着時には、ポンプ２１Ａを駆動して、循環回路２０Ａ内の水を循環させる。なお、本実施形態では、ポンプ２１Ａは、吐出流量が一定となるように駆動される。

【0043】

ポンプ２１Ａから吐出された水は、第２熱交換部２３Ａにおいて、水素吸蔵合金１１Ａを冷却する。水素吸蔵合金１１Ａと熱交換することによって温度が上昇した水（第２熱交換部２３Ａを通過した水）は、制御弁２５Ａを通って冷却機構３０に導かれる。冷却機構３０では、通過する水の熱が除熱され、水の温度が低下する。冷却機構３０によって冷却された水は、ポンプ２１Ａに導かれ、再びポンプ２１Ａから吐出される。このように循環回路２０Ａ内の水を循環させることで、水素吸蔵合金１１Ａによって発生した熱を外部へ放出することができる。なお、吸着時には、加熱機構４０Ａのポンプ４２を停止する、あるいは、開閉弁４５Ａを閉弁することで、第１熱交換部２２Ａにおいて熱交換が行われない。これにより、循環回路２０Ａ内の水が加熱されることはない。

【0044】

本実施形態では、水素吸蔵合金１１Ａによって水素を吸着させる際には、水素の圧力が０．８ＭＰａ程度で一定になるように制御する。具体的には、コントローラ６０は、圧力センサ５５Ａによって検出した水素の圧力が低下してきた場合には、制御弁２５Ａを制御して、第２熱交換部２３Ａを通過した水の一部をバイパス流路２４Ａに導く。これにより、バイパス流路２４Ａに導かれた水は、冷却機構３０を通過することなく、つまり、冷却されることなく、再びポンプ２１Ａから吐出される。

【0045】

水素吸蔵合金１１Ａの冷却が強すぎる、つまり、第２熱交換部２３Ａを通過する水の温度が低すぎると、水素の温度が低下してしまい、その結果、水素の圧力が低下してしまう。そこで、第２熱交換部２３Ａを通過した水の一部をバイパス流路２４Ａに導いて冷却機構３０をバイパスさせることで、第２熱交換部２３Ａに導かれる水の温度を上昇させる。このように、水素の圧力が低下した場合には、水素吸蔵合金１１Ａの冷却を抑制することで、水素を一定の圧力に維持することができる。なお、この制御は、予め実験などによって水素の圧力と制御弁２５Ａの開度（冷却機構３０とバイパス流路２４Ａへの流量の分配量）との関係を求めておき、これらの関係をコントローラ６０に記憶させ、この記憶された関係に基づいて制御が行われる。また、圧力センサ５５Ａによって検出された圧力に基づいて、フィードバック制御を行うようにしてもよい。あるいは、循環回路２０Ａに設けられた第１温度センサ２６Ａ及び第２温度センサ２７Ａを用いて制御を行ってもよく、圧力センサ５５Ａと、第１温度センサ２６Ａ及び第２温度センサ２７Ａと、を併用して制御を行ってもよい。

【0046】

水素吸蔵合金１１Ａによる吸着は、開閉弁５３Ａを閉じることによって終了する。

【0047】

次に、水素吸蔵合金１１Ａからの水素の脱着について説明する。水素貯蔵タンク１０Ａ内の水素は、開閉弁５４Ａを開弁することによって、流路５２Ａを通じて水素利用装置Ｃに導かれる。

【0048】

コントローラ６０は、水素利用装置Ｃが始動すると、水素利用装置Ｃに水素を供給するために水素吸蔵合金１１Ａからの水素を脱着させる。具体的には、まず、コントローラ６０は、開閉弁５４Ａを開弁する。これにより、水素貯蔵タンク１０Ａから水素利用装置Ｃに水素が供給される。本実施形態では、水素吸蔵合金１１Ａから脱着された水素の圧力は、０．８ＭＰａ程度で一定になるように制御される。

【0049】

水素吸蔵合金１１Ａは、水素を脱着する際には、吸熱反応により水素吸蔵合金１１Ａの温度が低下する。水素吸蔵合金１１Ａの温度が低下すると、水素吸蔵合金１１Ａから脱着された水素の圧力が低下し脱着しなくなる。そこで、本実施形態では、加熱機構４０Ａを駆動して、循環回路２０Ａ内を循環する水を加熱機構４０Ａによって加熱することで、水素吸蔵合金１１Ａを加熱する。

【0050】

具体的には、コントローラ６０は、ポンプ４２を駆動するとともに開閉弁４５Ａを開弁する。また、コントローラ６０は、ポンプ２１Ａを駆動するとともに、循環回路２０Ａ内を循環する水の全量がバイパス流路２４Ａを通過するように制御弁２５Ａを制御する。これにより、循環回路４１Ａ内の水が循環するとともに、循環回路２０Ａ内の水が冷却機構３０をバイパスしながら循環する。

【0051】

循環回路４１Ａ内を循環する水は、第４熱交換部４４において水素利用装置Ｃとの間で熱交換を行うことで、水素利用装置Ｃの排熱によって加熱される。そして、第４熱交換部４４において加熱された水が、第３熱交換部４３Ａに到達すると、第３熱交換部４３Ａと第１熱交換部２２Ａとの間で熱交換が行われ、循環回路２０Ａ内を循環する水が加熱される。このように、本実施形態では、水素利用装置Ｃの排熱を用いて、水素吸蔵合金１１Ａを加熱する。

【0052】

なお、循環回路２０Ａ内を循環する水の温度が高くなりすぎると、水素吸蔵合金１１Ａから脱着された水素の圧力が上昇してしまう。この場合には、コントローラ６０は、開閉弁４５Ａを制御して、第３熱交換部４３Ａを通過する水の流量を減少させる。これにより、第１熱交換部２２Ａにおいて第３熱交換部４３Ａから受け取る熱量を少なくすることができるので、循環回路２０Ａ内を循環する水の温度上昇を抑制できる。なお、この制御は、圧力センサ５５Ａによって検出された圧力に基づいて、フィードバック制御を行うことで実行される。

【0053】

循環回路２０Ａ内を循環する水の温度が高くなりすぎた場合に、開閉弁４５Ａを制御することに加えて、制御弁２５Ａを制御して、循環回路２０Ａ内を循環する水の一部が冷却機構３０を通過するようにしてもよい。冷却機構３０を通過した水は、冷却機構３０によって冷却され、バイパス流路２４Ａを通過した水と合流する。これにより、循環回路２０Ａ内を循環する水の温度を低下させることができる。また、制御弁２５Ａのみを制御するようにしてもよい。さらに、循環回路２０Ａに設けられた第１温度センサ２６Ａ及び第２温度センサ２７Ａを用いて制御を行ってもよく、圧力センサ５５Ａと、第１温度センサ２６Ａ及び第２温度センサ２７Ａと、を併用して制御を行ってもよい。

【0054】

水素エネルギーシステムＳでは、水素吸蔵システム１００が、２つの水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂを備えている。このため、水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂの一方の水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂが脱着しているときに、一方の水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂにおいて水素を吸着させることができる。これにより、水素利用装置Ｃに安定的に水素を供給することができる。なお、水素貯蔵タンクは、３つ以上であってもよいし、水素エネルギーシステムＳにおける要求が満たされるのであれば、１つであってもよい。

【0055】

ところで、例えば、水素利用装置Ｃが長時間停止していた場合には、水素利用装置Ｃの排熱が生じないため、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱できなくなるおそれがある。そこで、ヒータなどの発熱装置を設けて、水素利用装置Ｃの始動時に発熱装置によって生じた熱を用いて水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱し、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂから水素を脱着させることが考えられる。

【0056】

しかしながら、ヒータなどの発熱装置を設けても、停電などによってヒータを作動させる電源が確保できない状態になってしまった場合には、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱できず、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂから水素を脱着できないおそれがある。この結果、水素利用装置Ｃに水素を供給することができず、水素利用装置Ｃを始動できないおそれがある。

【0057】

そこで、本実施形態の水素吸蔵システム１００では、電力を用いずに水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱できる加熱装置７０を設けている。以下に、加熱装置７０について具体的に説明する。

【0058】

図１に示すように、加熱装置７０は、水と反応することで発熱する発熱剤を有する発熱部７１と、発熱部７１によって発生した熱を用いて水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱する加熱部７２Ａ，７２Ｂと、発熱部７１に供給する水を貯留する水タンク７３と、発熱部７１と水タンク７３との間の水の流れを許容または遮断する開閉弁７４と、発熱部７１において発生した熱を加熱部７２Ａ，７２Ｂに伝達する熱伝達回路７５と、を備える。

【0059】

発熱部７１は、水ないし水蒸気と反応することで発熱する発熱剤（図示せず）と、発熱剤が収容された容器と、を有する。発熱剤としては、例えば、シリカゲル、ゼオライト、酸化カルシウムといった固体、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）や塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）の水溶液が採用される。

【0060】

加熱部７２Ａ，７２Ｂは、それぞれ水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂに接する、あるいは近傍に位置するようにして水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂ内に設けられる。

【0061】

熱伝達回路７５は、熱媒体としての水が循環する循環回路７５Ａと、循環回路７５Ａ内の水を循環させるためのポンプ７５Ｂと、発熱部７１との間で熱交換を行う第５熱交換部７５Ｃと、を有する。

【0062】

循環回路７５Ａは、内部の水が循環することによって発熱部７１で発生した熱を加熱部７２Ａ，７２Ｂに伝達する。

【0063】

ポンプ７５Ｂは、図示しないモータによって駆動される。ポンプ７５Ｂの種類は特に限定はないが、ポンプ７５Ｂは、遠心ポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどによって構成される。

【0064】

第５熱交換部７５Ｃは、発熱部７１との間で熱交換を行い、発熱部７１で発生した熱によって循環回路７５Ａ内を循環する水を加熱する。

【0065】

次に、加熱装置７０の使用方法について説明する。

【0066】

加熱装置７０は、例えば、作業員のスイッチ操作などにより始動する。作業員がスイッチ操作を行うと、コントローラ６０はまず、開閉弁７４を開弁する。これにより、水タンク７３に貯留されている水が、発熱部７１に供給される。この結果、発熱部７１の容器内に収容された発熱剤が、水タンク７３から供給された水と反応し、発熱する。なお、開閉弁７４は、コントローラ６０からの指示によって開閉される電動のバルブである。

【0067】

コントローラ６０は、開閉弁７４が開弁してから所定時間Ｔが経過すると、ポンプ７５Ｂを駆動する。なお、所定時間Ｔは、発熱部７１における発熱温度が所定温度以上になっていると推定できる時間に設定される。また、これに限らず、発熱部７１の温度を計測して、計測した温度に基づいてポンプ７５Ｂを駆動するようにしてもよい。さらに、ポンプ７５Ｂを駆動する電力量を十分に確保できるのであれば、開閉弁７４の開弁と同時に駆動するようにしてもよい。

【0068】

ポンプ７５Ｂが駆動すると、循環回路７５Ａ内の水が循環する。循環回路７５Ａ内を循環する水は、第５熱交換部７５Ｃにおいて発熱部７１との間で熱交換を行うことで、発熱部７１によって発生した熱によって加熱される。そして、第５熱交換部７５Ｃにおいて加熱された水が、加熱部７２Ａ，７２Ｂに到達すると水素吸蔵合金が１１Ａ，１１Ｂが加熱される。このように、本実施形態では、発熱部７１で発生した熱を用いて、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱する。

【0069】

なお、開閉弁７４やポンプ７５Ｂを駆動する電力量は、ヒータなどの発熱装置によって水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱するための電力量に比べて小さいので、停電時であってもバッテリなどの非常用電源からの電力供給を受けて作動することができる。

【0070】

このように、水素吸蔵システム１００は、加熱装置７０を備えることにより、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱できない状況、具体的には、停電などにより外部から電力供給を受けられない状況であっても、水素利用装置Ｃを始動することができる。水素利用装置Ｃが始動すれば、発電することが可能になるとともに、水素利用装置Ｃの排熱を利用することが可能になる。これにより、通常の制御を実行することができる。

【0071】

以上のように構成された第１実施形態に係る水素吸蔵システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。

【0072】

本実施形態の水素吸蔵システム１００は、水と反応することで発熱する発熱剤を有する発熱部７１と、発熱部７１によって発生した熱を用いて水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱する加熱部７２Ａ，７２Ｂと、を有する加熱装置７０を備えている。したがって、本実施形態の水素吸蔵システム１００によれば、外部から電力供給を受けずとも、加熱装置７０を用いて水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱することで、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂから水素を脱着させて、水素利用装置Ｃに水素を供給するができる。これにより、水素利用装置Ｃを確実に始動させることができる。

【0073】

また、水素吸蔵システム１００では、水素利用装置Ｃの稼働に伴う排熱で水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱しているので、エネルギー効率を向上させることができる。

【0074】

なお、発熱剤として、シリカゲル、ゼオライト、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）や塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）の水溶液を採用した場合には、例えば、加熱装置７０を使用して水素利用装置Ｃが始動した後、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂにおいて発生した熱やヒータを用いて発熱部７１を加熱することで、発熱剤を乾燥させることができる。なお、図示はしないが、この場合には、発熱部７１と水タンク７３との間に、発熱部７１から水タンク７３へ水蒸気を戻すための戻し通路が設けられる。このように発熱剤を再利用することにより、加熱装置７０を繰り返し使用することができる。

【0075】

＜第２実施形態＞
次に、図３を参照して、第２実施形態に係る水素吸蔵システム２００について説明する。以下では、第１実施形態に係る水素吸蔵システム１００と異なる点のみを説明し、同一の構成については同じ付番を付して説明を省略する。

【0076】

第２実施形態に係る水素吸蔵システム２００は、第１実施形態に係る水素吸蔵システム１００の加熱装置７０に換えて、加熱装置１７０を備えている。

【0077】

図３に示すように、加熱装置１７０は、水と反応することで発熱する発熱剤を有する発熱部１７１Ａ，１７１Ｂと、発熱部１７１Ａ，１７１Ｂに供給する水を貯留する水タンク７３と、発熱部１７１Ａ，１７１Ｂと水タンク７３とを接続する接続流路１７５と、接続流路１７５に設けられ、発熱部１７１Ａ，１７１Ｂと水タンク７３との間の水の流れを許容または遮断する開閉弁７４と、を備える。

【0078】

発熱部１７１Ａ，１７１Ｂは、水と反応することで発熱する発熱剤（図示せず）と、発熱剤が収容された容器と、を有する。発熱剤としては、例えば、シリカゲル、ゼオライト、酸化カルシウムといった固体、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）や塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）の水溶液が採用される。

【0079】

発熱部１７１Ａ，１７１Ｂは、それぞれ水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂに接する、あるいは近傍に位置するようにして水素貯蔵タンク１０Ａ，１０Ｂ内に設けられる。

【0080】

次に、加熱装置１７０の使用方法について説明する。

【0081】

加熱装置１７０は、例えば、作業員のスイッチ操作などにより始動する。作業員がスイッチ操作を行うと、コントローラ６０は、開閉弁７４を開弁する。これにより、水タンク７３に貯留されている水が、接続流路１７５を通じて発熱部１７１Ａ、１７１Ｂに供給される。この結果、発熱部１７１Ａ，１７１Ｂの容器内に収容された発熱剤が、水タンク７３から供給された水と反応し、発熱する。

【0082】

発熱部１７１Ａ、１７１Ｂによって熱が発生すると、その熱によって水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂが加熱される。このように、本実施形態においても、発熱部１７１Ａ，１７１Ｂで発生した熱を用いて、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱することができる。なお、本実施形態では、発熱部１７１Ａ，１７１Ｂは、特許請求の範囲における「発熱部」と「加熱部」を兼ねている。

【0083】

以上のように構成された第２実施形態に係る水素吸蔵システム２００によれば、第１実施形態に係る水素吸蔵システム１００による効果に加え、以下の作用効果を奏する。

【0084】

水素吸蔵システム２００では、加熱装置１７０がポンプ７５Ｂを備えていないので、加熱装置１７０を駆動する際の電力消費量を小さくできる。これにより、バッテリを小型化できる。また、ポンプを用いないことにより、コストを削減できる。

【0085】

また、開閉弁７４を手動式とすれば、電源が無くとも水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂを加熱することができる。さらに、開閉弁５４Ａ、５４Ｂを手動可能な構成とすれば、電源がなくとも、水素利用装置Ｃに水素を供給することができる。

【0086】

なお、上述のように、水素吸蔵システム１００を備えることにより、外部から電力供給を受けずに、水素利用装置Ｃを始動させて発電することができる。このため、水素エネルギーシステムＳを、非常用発電設備、より具体的には、例えば、電力系統の停電を回避するための非常用発電設備として利用することができる。

【0087】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0088】

上記実施形態では、加熱装置７０，１７０が、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂの両方を加熱する構成を例に説明したが、これに限らず、水素吸蔵合金１１Ａ，１１Ｂの一方のみを加熱するようにしてもよい。

【0089】

上記実施形態では、加熱機構４０Ａ，４０Ｂとして、水素利用装置Ｃからの排熱を用いて循環回路４１Ａ，４１Ｂを流れる水を加熱する構成を例に説明したが、これに限らず、加熱機構４０Ａ，４０Ｂは、循環回路２０Ａ，２０Ｂ内を循環する水を直接加熱するヒータであってもよい。また、循環回路２０Ａ，２０Ｂ内を循環する水を加温冷却できるチラーなどを備えている場合には、加熱機構４０Ａ，４０Ｂを設けなくてもよい。なお、省エネルギーの観点からは、上記実施形態のように水素利用装置Ｃで発生した排熱を利用した加熱機構４０Ａ，４０Ｂを採用することが望ましい。

【0090】

上記実施形態では、循環回路２０Ａ，２０Ｂを流れる流体として水を例に説明したが、これに限らない。冷却機構３０としてラジエータ、チラーなどを用いる場合には、循環回路２０Ａ，２０Ｂを外部と遮断することができるので、水以外の流体を用いることができる。

【0091】

さらに、上記実施形態では、吸着時に吐出流量が一定になるようにしてポンプ２１Ａを駆動する場合を例に説明したが、これに限らず、水素の圧力や温度の変化に応じて、ポンプ２１Ａの吐出流量を変化させるようにしてもよい。

【0092】

上記実施形態では、圧力が一定になるように制御を行っている場合を例に説明したが、圧力が所定の範囲内になるように制御を行ってもよい。また、冷却温度を低くできる場合には、吸着時の圧力を０．８ＭＰａよりも低く設定してもよい。

【0093】

水素利用装置Ｃの入口に減圧弁などの圧力調整装置を設けてもよい。また、図１などに示す実施例では、便宜上、第１熱交換部２２Ａと第３熱交換部４３Ａとによって構成される熱交換器を並流式、第１熱交換部２２Ｂと第３熱交換部４３Ｂとによって構成される熱交換器を向流式として記載しているが、これらは、並流式及び向流式のいずれも採用可能である。

【0094】

なお、上記実施形態では、水素発生装置Ｐとして、水を電気分解することで水素を発生させる電解装置を例に説明したが、水素発生装置Ｐは、電解装置のような固定式のものに限らず、例えば、水素トレーラーのような移動式のものであってもよい。

【0095】

また、上記実施形態では、加熱装置７０が、作業員のスイッチ操作などにより始動する場合を例に説明したが、コントローラ６０によって自動で始動するように構成してもよい。

【符号の説明】

【0096】

１００，２００・・・水素吸蔵システム
Ｓ・・・水素エネルギーシステム
Ｐ・・・水素発生装置
Ｃ・・・水素利用装置
１０Ａ，１０Ｂ・・・水素貯蔵タンク
１１Ａ，１１Ｂ・・・水素吸蔵合金
２０Ａ，２０Ｂ・・・循環回路
３０・・・冷却機構
４０Ａ，４０Ｂ・・・加熱機構
７０，１７０・・・加熱装置
７１，１７１・・・発熱部
７２Ａ，７２Ｂ・・・加熱部
７３・・・水タンク
７４・・・開閉弁
７５・・・熱伝達回路
１７１Ａ，１７１Ｂ・・・発熱部（加熱部）

【図1】

【図2】

【図3】