| 【発明の名称】 |
吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】杉本 剛
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、水素吸蔵材料に水素を急増して貯蔵する水素貯蔵装置に関する。この種の水素貯蔵装置では、水素吸蔵材料への水素の吸蔵は、水素吸蔵温度や水素圧によって左右され、水素吸蔵材料への水素の吸蔵を早くするためには、水素吸蔵温度が低温で水素圧を高くする必要がある。本発明は、水素吸蔵温度及び水素圧をこのように設定しなくても、一定にしたままで、更に早く水素の水素吸蔵材料への吸蔵ができる水素貯蔵装置を提供することを目的とする。
【解決手段】水素吸蔵材料１２を収納した水素貯蔵装置１０において、分子状水素をタンク１１内へ導入する時又はタンクに導入した後水素吸蔵材料１２へ吸着する前に、吸蔵促進手段１６により所定温度以上に加熱する。そうすれば、分子状水素は水素吸蔵材料１２への吸着前にその一部が原子状水素に解離し、水素吸蔵材料への吸蔵時間が短縮される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内部に水素吸蔵材料が収納されたタンクと、該タンク内に分子状水素を供給する水素供給手段と、該タンク内の分子状水素を加熱して原子状水素に解離させる吸蔵促進手段と、を具備することを特徴とする吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置。
【請求項２】前記吸蔵促進手段は、前記水素供給部材の供給口に配置されている請求項１に記載の吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置。
【請求項３】前記吸蔵促進手段は前記タンクの内部に配置されている請求項１に記載の吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置。
【請求項４】前記吸蔵促進手段は、前記分子状水素を加熱するフィラメントである請求項２又は３に記載の吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素貯蔵装置に関し、特にタンク内に収納した水素吸蔵材料に水素を吸蔵して貯蔵する水素貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素を貯蔵する水素貯蔵装置としては種々のものが知られている。タンク内に収納した水素吸蔵合金又は水素吸蔵金属等の水素吸蔵材料に気体水素を吸蔵して貯蔵する水素貯蔵装置はその一例である。特開平４−１７５２０１号公報に開示された水素吸蔵装置は、第３図に示すように、水素吸蔵合金５１が収納されたタンク５０と、このタンク５０内に分子状水素を供給する水素供給部材５２とで構成されている。この水素吸蔵装置は、外部から導入される気体状の分子状水素を水素吸蔵合金５１に吸蔵（充填）し、固体状の金属水素化物として貯蔵している。水素吸蔵時の水素吸蔵合金５１の温度は温度調整部材５３により調整される。尚、この特開平４−１７５２０１号公報には、水素吸蔵合金５１から放出される分子状水素をフィラメント５４で加熱することにより原子状水素に解離することが開示されている。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】水素吸蔵材料への水素の吸蔵速度は、水素吸蔵温度や水素圧によって左右され、水素吸蔵材料への水素の吸蔵を早くするためには、水素吸蔵温度が低温で水素圧を高くする必要がある。但し、水素吸蔵温度及び水素圧を一定にした条件で、即ち水素吸蔵温度をそれ程低くすることなく、また水素圧をそれほど高くすることなく、更に早く水素の水素吸蔵材料への吸蔵ができれば、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置としては好ましいことである。従って、本発明の目的は、水素の水素吸蔵材料への吸蔵速度を向上させて、短時間に水素を水素吸蔵材料に吸蔵できる水素貯蔵装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】ところで、最近水素の性質について注目すべき現象が報告されている（平成１１年７月１日付け金属学会セミナーテキスト第９頁（以下「文献」という）参照）。それによれば、分子状水素をフィラメント等の加熱部材で加熱すると、分子状水素の一部が熱的に解離して原子状水素となる。この原子状水素は化学的に極めて活性であり、Ｓｉに当てられるとその表面に吸着する旨が記載されている。従って、原子状水素はＳｉ表面における水素終端化に有効である。また、特開平５−８０１号公報は、図４に示すように、水素吸蔵合金平板６０から原子状水素を供給する原子状水素供給器を開示している。この原子状水素供給装置では、全系が超真空空間内におかれ、原子状水素が吸蔵された水素吸蔵合金平板６０の背後にフィラメント６４が配置されている。そして、フィラメント６４で水素吸蔵合金平板６０を１００度程度に加熱すると、原子状水素がそのまま水素吸蔵合金平板６０から放出され、放出された原子状水素は半導体ウェハ６２の表面に吸着する。
【０００５】本願の発明者は、上記文献に開示されたような、分子状水素を加熱して原子状水素に解離させることにより水素の半導体ウェハの表面への吸着力を向上させる技術、又は図４に開示されたような、水素吸蔵合金６０から原子状水素を放出することにより水素の半導体ウェハの表面への吸着力を向上させる技術を、上記図３に示した水素吸蔵合金５１を収納した水素貯蔵装置に応用できないか検討した。図３の水素貯蔵装置では、水素は分子状態で水素吸蔵合金５１に供給され、水素吸蔵合金５１の表面に接触した後でなければ原子状水素に解離せず、水素吸蔵合金５１への吸着力が弱いために吸蔵速度が遅いと考えられるからである。その結果、水素吸蔵材料を収納した水素貯蔵装置においても、分子状水素は、タンク内へ導入する時又はタンクに導入した後に所定温度以上に加熱されれば、素吸蔵材料への吸着前にその一部が原子状水素に解離することが判明した。これにより、供給される水素の水素吸蔵材料への吸着力が向上し、水素の水素吸蔵材料への吸蔵速度が速くなって吸蔵時間が短縮する。
【０００６】本発明にかかる吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置は、上記検討結果に基づきなされたものであり、水素吸蔵材料が収納されたタンクと、該タンク内に分子状水素を供給する水素供給手段と、該タンク内の分子状水素を加熱して原子状水素に解離させる吸蔵促進手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】タンク内に収納される水素吸蔵材料としては、水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金が採用可能である。水素吸蔵合金としては、例えば、希土類系（ＬａＮｉ系）のＬａＮｉ5Ｈ6.0 、ＴｉＦｅ系のＴｉＦｅＨ1.9，ＭｇＮｉ系のＭｇ2ＮｉＨ4.0，及びＴｉＭｎ系のＴｉＭｎ1.5Ｈ2.47等が使用できる。また、タンク内に分子状水素を供給する水素供給手段は、例えば管部材から成り、タンクの上壁又は側壁に、これらを貫通して設けることができる。尚、タンク内部の水素をタンクの外部に取り出すための水素放出手段をタンクに設ける場合、この水素放出手段はタンクの上壁又は側壁を内部から外部に貫通して設けることができる。また、水素のタンクへの供給と水素のタンクからの放出とは異なる時間に行われるので、タンクに単一の管部材を取り付け、この管部材を水素の供給管及び放出管として兼用することもできる。このようにすれば、タンクに水素を供給及び放出するための構造が簡単になる。更に、タンク内の分子状水素を加熱して原子状水素に解離させる吸蔵促進手段としては、分子状水素を加熱するフィラメント又はヒータが採用可能である。フィラメントとしては、例えば、タングステンフィラメントやニッケルフィラメントが使用できる。吸蔵促進手段は、水素吸蔵材料を収納したタンクの内部に配置することが望ましく、水素供給手段の近傍に又は水素供給手段の供給口の直前に配置することができる。吸蔵促進手段を水素供給手段の供給口直前に配置すれば、吸蔵促進手段による分子状水素の加熱効率が上昇する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明に係る吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置の実施例を、添付図面に基づき説明する。
＜第１の実施例＞図１に示すように、吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置１０は、水素吸蔵合金１２を収納したタンク１１と、タンク１１に取り付けられた水素供給兼放出管（水素供給手段）１３と、タンク１１に取り付けられたタングステンフィラメント（吸蔵促進手段）１６と、水素吸蔵合金１６の温度を調整するための温度調整部材１７とを含む。詳述すると、タンク１１は、容器状の本体１１ａと、その上部開口を覆う蓋１１ｂとから成り、本体１１ａ内に水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5Ｈ6.0）１２を収納している。水素供給兼放出管１３は、タンク１１の蓋１１ｂに上下方向に挿通され、外部の水素源（不図示）から供給される気体状の分子状水素をタンク１１内に導入するため、及び水素貯蔵合金１６内から放出される分子状水素をタンク１１の外へ放出するために使用される。そのために、水素供給兼放出管１３上には開閉弁１４が設けられ、この開閉弁１４は水素の供給時及び放出時に開閉される。コイル状のタングステンフィラメント１６は、タンク１１の蓋１１ｂに上記水素供給兼放出管１３と並んで設けられ、タンク１１の内部に位置している。タングステンフィラメント１６は、水素供給兼放出管１３から供給される気体状の分子状水素を室温以上の約1500℃まで加熱することができる。温度調整部材１７は、水素吸蔵合金１２を約−２０℃まで冷却したり、約１５０℃まで加熱することができる。
【０００９】次に、上記水素貯蔵装置１０における水素の水素吸蔵合金１２への吸蔵、及び水素吸蔵合金１２からの水素の放出について説明する。まず、開閉弁１４を開いて外部の水素源から気体状の分子状水素を水素供給兼放出管１３を通してタンク１１内に供給する。このとき、水素吸蔵合金１２は温度調整部材１７により室温付近に設定しておく。分子状水素は、水素供給兼放出管１３の供給口１３ａから吹き出した後水素吸蔵合金１２に接触する前に、水素供給兼放出管１３の側方にあるタングステンフィラメント１６によって約1300℃まで加熱される。その際、分子状水素はタングステンフィラメント１６の触媒作用により大きなエネルギを与えられて、その一部が原子状水素に解離する。上述したように、原子状水素は化学的に活性であり、水素吸蔵合金１２の表面への吸着力が強いので、短時間内に水素吸蔵合金１２の表面に吸着する。そして、原子状水素は、水素吸蔵合金１２の表面に吸着後、その内部に拡散する。尚、タングステンフィラメント１６で加熱されても原子状水素に解離しない分子状水素は、水素吸蔵合金１２の表面に接触したときに原子状水素に解離し、その後水素吸蔵合金１２の内部に拡散する。所定量の分子状水素の水素吸蔵合金１２への吸蔵が終了した時点で、開閉弁１４を閉じる。水素は、原子状態で水素吸蔵合金１２内に貯蔵される。
【００１０】タンク１１から水素を取り出すときは、開閉弁１４を開くとともに、温度調整部材１７で水素吸蔵合金１２を約１００度に加熱する。すると、水素貯蔵合金１２から原子状水素が放出され、この原子状水素は水素吸蔵合金１２の表面から離れると分子状水素になる。分子状水素は水素供給兼放出管１３から放出して利用される。その際、必要に応じて、放出された分子状水素を加熱し原子状水素に解離させた後利用することもできる。
【００１１】この第１の実施例においては、吸蔵促進手段としてのタングステンフィラメント１６を設けたことにより、水素吸蔵時における水素吸蔵合金１２の水素吸蔵温度を室温付近に設定できる（吸蔵促進手段を有しない従来の水素貯蔵装置では水素吸蔵温度は約０℃である）。その結果、本実施例によれば、水素吸蔵時に水素吸蔵合金１２の温度を室温以下に下げることなく、即ち温度調整部材１７を作動させることなく、水素を水素吸蔵合金１２に吸蔵することも可能である。但し、水素吸蔵速度をより上げるためには、供給される分子状水素をタングステンフィラメント１６で加熱するとともに、温度調整部材１７により水素吸蔵合金１２を室温以下に冷却することが望ましい。また、本実施例によれば、水素吸蔵時の水素圧についても、タングステンフィラメント１６のような吸蔵促進手段を設けない従来の水素貯蔵装置よりも低く設定できる。尚、本実施例では、水素供給兼放出管１３が水素の供給管と水素の放出管とを兼ねていたが、水素の供給管と放出管とは別々設けても良い。その場合、供給管側にタングステンフィラメント１６を設けることができる。
【００１２】＜第２の実施例＞図２に示した水素貯蔵装置２０では、タングステンフィラメント２６はタンク２１の内部であって、供給口２３ａの直前（図２では直下方）、換言すれば水素供給兼放出管２３の供給口２３ａと水素吸蔵合金２２との間に配置されている。その他の点は、上記第１の実施例と同様である。この第２の実施例によれば、水素供給兼放出管２３から供給される気体状の分子状水素は、供給口２３ａから吐出されると同時にタングステンフィラメント２６により加熱される。従って、水素供給兼放出管２３からタンク１１内に供給される分子状水素はタングステンフィラメント２６によって効率よく加熱され、より多くの分子状水素が原子状水素へに解離されることとなる。
【００１３】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明にかかる吸蔵促進手段を持つ水素貯蔵装置は、水素吸蔵材料が収納されたタンク及び該タンク内に分子状水素を供給する水素供給手段の他に、該タンク内の分子状水素を加熱して原子状水素に解離させる吸蔵促進手段を具備する。従って、水素供給手段によりタンクに供給される分子状水素は、吸蔵促進手段により加熱されてその一部が原子状水素に解離し、化学的に活性になった状態で水素吸蔵材料に接触する。その結果、水素吸蔵温度及び水素圧を一定にした条件でも、供給される水素の水素吸蔵材料への吸着力が増大し、水素の水素吸蔵材料への吸蔵速度が上昇して吸蔵時間が短縮される効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１日（１９９９．９．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１７７６
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５７９６（Ｐ２００１−６５７９６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４７２２２ |
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