水素分離精製用容器
【課題】容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難い水素分離精製用容器を提供する。
【解決手段】(1) 容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）が２０μｍ以下であることを特徴とする水素分離精製用容器、(2) 前記水素分離精製用容器において充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層の水素吸蔵合金粉末の質量（重量）が０．５〜１０ｋｇであるもの等。
【解決手段】(1) 容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）が２０μｍ以下であることを特徴とする水素分離精製用容器、(2) 前記水素分離精製用容器において充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層の水素吸蔵合金粉末の質量（重量）が０．５〜１０ｋｇであるもの等。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分離精製用容器に関する技術分野に属するものであり、より詳細には、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器に関する技術分野に属するものであり、特には、リン酸形や固体高分子形等のプロトン伝導形燃料電池等に用いられる高純度水素の製造用の水素分離精製用容器、即ち、燃料電池のエネルギー（燃料）である水素を製造する際に副生する不純物を除去し、高純度の水素を製造する水素精製プロセスに用いられる水素分離精製用容器に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の改善につながる燃料電池用の燃料として、水素への期待が高まっている。水素は、天然ガス、ナフサ、灯油、メタノールなどの炭化水素含有燃料と水蒸気を金属触媒の存在下で改質・変成した後、精製して得ることが一般的である。変成後のガスには水素以外に一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水などが含まれており、固体高分子形燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）の原料として水素を用いる場合は、特に電極触媒の被毒原因となる一酸化炭素は完全に除去しなくてはならず、自動車用ＰＥＦＣにおいては純水素を供給するタイプが一般的である。家庭用を代表とする定置式ＰＥＦＣにおいては、一酸化炭素以外の不純物はそのまま導入されているが、純水素として供給したほうが発電効率は向上する。
【０００３】
高純度水素を得る代表的な方法としては、水素ＰＳＡ法が挙げられる。水素ＰＳＡ法は吸着剤への各ガス成分の吸脱着挙動の違いを利用して分離する方法であり、高圧下で不純物であるＣＯ，ＣＯ2 、ＣＨ4 ，Ｈ2 Ｏなどを吸着させ、これらのガスより吸着親和性の低いＨ2 のみを回収する方法である。吸着した不純物ガス成分は減圧により脱着させて系外に放出させる。本方式による水素ＰＳＡ装置は複数の吸着塔から構成され、それぞれの吸着塔では吸着工程、均圧工程、減圧工程、パージ工程および昇圧工程を組み合わせた操作が繰り返され、装置全体では連続水素精製装置として機能する（例えば、特開２００２−１７７７２６号公報参照）。
【０００４】
上記方法によれば、純度：９９．９９９容積％以上の高純度水素を製造することができるが、水素以外の除去成分に応じた吸着剤が必要となり、そのために吸着塔が大型化し、さらにＨ2 の収率が高くても８０％であり、２０％以上のロスが発生するという問題がある。
【０００５】
高純度水素を得る方法としては水素吸蔵合金を用いる方法（以下、水素吸蔵合金法ともいう）も挙げられる。これは、水素吸蔵合金に水素含有ガス中の水素のみを選択的に吸蔵させて不純物ガスと分離し、水素吸蔵合金から水素のみを放出させることによって高純度水素を製造する方法である（特開平５−３１９８０２号公報）。
【０００６】
しかしながら、水素吸蔵合金は水素吸蔵により膨張、水素放出により収縮する性質を持ち、その比率は１５〜３０％と非常に大きい。この性質により徐々に微粉化し、熱伝導性が悪化するとともに、合金自体の重力、吸蔵時の水素印圧によって容器下部で圧密・固結化する。また、水素吸蔵合金充填容器は水素貯蔵用途ではバッチ式であり、水素吸蔵合金充填層において膨張・収縮が原因となるショートパスやクラックが発生しても水素の拡散により大きな問題とはならないが、水素精製用途では特に水素濃度が低い場合において水素吸蔵合金充填容器は不純物を順次排出するために、流通式とする必要があり、ショートパスやクラックが発生すると処理ガスと水素吸蔵合金の接触が悪化し水素回収率が大きく低下する問題がある。これは、特に大型の装置でスケールアップを行う際に大きな問題となる。
【０００７】
なお、水素吸蔵合金の膨張に伴う応力の発生低減を目的として、無機物あるいは有機物を原料とする粉末を水素吸蔵合金に混合して充填する方法（特開平７−３３０３０２号公報）、水素吸蔵合金の粉末と固体潤滑剤の粉末を混合して充填、もしくはペレットに成型して充填する方法（特開平９−２５５３０１号公報）が提案されているが、これらはいずれも水素貯蔵用途を想定しており、水素放出時の収縮に伴うショートパスやクラックの発生を十分に抑止しうるものではない。更に、前者では、水素吸蔵・放出を繰り返すと共に比重の重い水素吸蔵合金が下部に移動し、無機物あるいは有機物を原料とする粉末と分離してしまう懸念がある。後者では、ペレットに成型してもなおペレットの粉化を長期間に渡り抑止することは困難であり、ショートパスやクラックの発生を抑止するためには十分ではない。本発明者等はこれらの課題を解決するために、水素非吸蔵性金属粉末を水素吸蔵合金粉末に混合して充填する方法（特願２００８−３０８８８２）を提案している。しかしながら、いずれの水素吸蔵合金法においても、水素吸蔵合金の量は１００ｇ〜１０００ｇのオーダーを想定しており、これをスケールアップする際の課題には言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１７７７２６号公報
【特許文献２】特開平５−３１９８０２号公報
【特許文献３】特開平７−３３０３０２号公報
【特許文献４】特開平９−２５５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難い水素分離精製用容器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。このようにして完成された本発明は、水素分離精製用容器に係わり、請求項１〜６記載の水素分離精製用容器（第１〜６発明に係る水素分離精製用容器）である。それは次のような構成としたものである。
【００１１】
即ち、請求項１記載の水素分離精製用容器は、容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であることを特徴とする水素分離精製用容器である〔第１発明〕。
【００１２】
請求項２記載の水素分離精製用容器は、前記充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層の水素吸蔵合金粉末の質量が０．５〜１０ｋｇである請求項１記載の水素分離精製用容器である〔第２発明〕。
【００１３】
請求項３記載の水素分離精製用容器は、前記水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で０．１〜２０μｍである請求項１または２記載の水素分離精製用容器である〔第３発明〕。
【００１４】
請求項４記載の水素分離精製用容器は、前記水素非吸蔵性金属粉末がＣｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載の水素分離精製用容器である〔第４発明〕。
【００１５】
請求項５記載の水素分離精製用容器は、前記充填層中での水素非吸蔵性金属粉末の割合が５〜５０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の水素分離精製用容器である〔第５発明〕。
【００１６】
請求項６記載の水素分離精製用容器は、前記充填層を複数有している請求項１〜５のいずれかに記載の水素分離精製用容器である〔第６発明〕。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水素分離精製用容器によれば、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離するに際し、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難いようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る水素分離精製用容器の一例を示す垂直断面図である。
【図２】本発明に係る水素分離精製用容器の一例を示す垂直断面図である。
【図３】該水素分離精製用容器（図２のもの）の水平断面図である。
【図４】本発明に係る水素分離精製用容器の一例を示す垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[1] 本発明の第１発明（請求項１）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述のように、容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
(2) このように、水素吸蔵合金粉末と、水素非吸蔵性金属粉末、即ち、水素を吸蔵しない金属単体または合金の粉粒体（水素吸蔵・放出に伴う粉末の膨張・収縮が起こらない粉粒体）とを混合していると、水素吸蔵合金粉末の膨張・収縮ならびに膨張に伴う応力を緩和し、水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化を低減することができる。
【００２１】
また、水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末はいずれも金属であるので、両者の比重および嵩密度の差が小さく、従って、水素吸蔵合金粉末が膨張・収縮を繰り返しても、無機・有機充填物を混合した場合と異なり、両者が分離することを防ぐことができる。このため、上記水素非吸蔵性金属粉末の混合による応力緩和および圧密化・固結化低減の効果が保持される。
【００２２】
(3) 水素吸蔵合金粉末の膨張・収縮が緩和されるため、水素放出工程における収縮による充填層のショートパス・クラックの発生を抑制することができる。その結果、充填層に水素含有ガスを均一に流通させることが可能となり、水素回収率ならびに水素吸蔵合金利用率を向上させることができる。なお、バッチ式で行われる水素貯蔵用途では、水素が閉空間において拡散するため、ショートパス・クラックの発生は大きな問題とはならないが、水素精製用途では、流通式となるため、ショートパス・クラックの発生は性能低下に大きく影響するので、ショートパス・クラックの発生の抑制は極めて重要なことである。
【００２３】
(4) 水素吸蔵合金粉末は吸蔵・放出に伴う膨張・収縮に伴い、水素吸蔵合金粉末に割れが発生し、微細化が進行する。充填時の粒径が大きいと、微細化量（粒径の変化量）が大きく、それに伴い発生する応力の絶対量が大きくなる。本発明では、水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であるので、微細化量（粒径の変化量）が小さく、それに伴い発生する応力の絶対量が小さくなる。従って、充填層のショートパス・クラックの発生を更に抑制し得ると共に、水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化が更に生じ難くなり、その程度が小さくなる。
【００２４】
(5) 以上のように、充填層の水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化を低減し得ると共に充填層のショートパス・クラックの発生を抑制し得る。従って、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなり、よって、スケールアップすることが可能となる。
【００２５】
[2] 本発明の第２発明（請求項２）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１発明（請求項１）に係る水素分離精製用容器において充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層中の水素吸蔵合金粉末の質量が０．５〜１０ｋｇであることに特定したものである。
【００２６】
(2) このように、充填層の形状が円柱状であるので、容器は円筒状である。従って、応力発生に対する耐久性が向上すると共に、低コストでの製造が可能となる。
【００２７】
また、この充填層の高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が０．５〜２５であると共に、該充填層中の水素吸蔵合金粉末の質量（重量）が０．５〜１０ｋｇであることとしているので、上部の充填物の重量による充填層の圧密化・固結化、特に容器下部での充填層の圧密化・固結化をより確実に防止し得ると共に、膨張・収縮に伴う僅かなショートパスやクラックによる水素含有ガスと水素吸蔵合金粉末の接触悪化をより確実に防ぐことができる。従って、より確実に、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなり、よって、スケールアップすることが可能となる。
【００２８】
なお、Ｌ／Ｄが０．５未満であれば、充填層全体の圧損が低く、僅かのショートパスやクラックの発生でも水素含有ガスと水素吸蔵合金粉末の接触悪化による水素精製効率の低下が顕著に現れ、水素回収率が低下する。Ｌ／Ｄを２５より大きくすると、特に下部の充填層に上部の重量が作用するため、充填層の圧密化や固結化ないしは固着が生じ、また、過大な応力が発生する恐れがある。この充填層の圧密化や固結化は、水素吸蔵性能の低下による水素回収率の低下をもたらす。過大な応力の発生は、充填層のクラック発生による水素吸蔵性能の低下ひいては水素回収率の低下をもたらす。Ｌ／Ｄのより好ましい値は、５〜２０である。
【００２９】
充填層中の水素吸蔵合金粉末の重量（質量）が０．５ｋｇ未満であれば、僅かのショートパスやクラックの発生でも水素含有ガスと水素吸蔵合金粉末の接触悪化による水素精製効率の低下が現れ、水素回収率が低下する。充填層中の水素吸蔵合金粉末の重量が１０ｋｇ超であれば、充填層の特に下部での圧密化や固結化が生じ、また、過大な応力が発生する恐れがある。充填層中の水素吸蔵合金粉末の質量（重量）のより好ましい値は、１〜５ｋｇである。
【００３０】
[3] 本発明の第３発明（請求項３）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１または２発明（請求項１または２）に係る水素分離精製用容器において水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で０．１〜２０μｍであることに特定したものである。
【００３１】
(2) 前述の第１〜２発明に係る水素分離精製用容器において水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）は２０μｍ以下である。水素吸蔵合金粉末の水素吸蔵・放出に伴う膨張・収縮による微粉化は０．１〜２０μｍ程度で収束する。水素非吸蔵性金属粉末の粒径を前記収束後の水素吸蔵合金粉末の粒径（０．１〜２０μｍ）に合わせておくことにより、さらに水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末との混合がよくなり、両者の分離をより確実に抑制できる。なお、水素非吸蔵性金属粉末の粒径が０．１μｍ未満であると、この粉末が水素分離精製用容器の外部に侵入する恐れが高くなり、機械的トラブルの原因となる危険性が高まる。水素非吸蔵性金属粉末の粒径が２０μｍ超であると、水素吸蔵合金粉末との嵩比重差が大きくなり、水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末が分離する恐れがある。
【００３２】
(3) かかる点から、水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）が０．１〜２０μｍであることに特定した。この場合、この粉末の容器外への漏れ等の問題を招くことなく、より確実に、水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末との分離を抑制できるので、水素非吸蔵性金属粉末の混合による応力緩和および圧密化・固結化低減の効果を保持でき、ひいては、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなる。水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）は、１〜１０μｍであることが更に好ましい。
【００３３】
[4] 本発明の第４発明（請求項４）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１〜３発明（請求項１〜３）に係る水素分離精製用容器のいずれかにおいて水素非吸蔵性金属粉末がＣｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなることに特定したものである。
【００３４】
(2) Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなる水素非吸蔵性金属粉末（以下、Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末）は、いずれも、水素吸蔵合金粉末と比較して水素雰囲気下においての体積膨張、収縮は僅かであり、また、水素吸蔵合金粉末と近い熱伝導度、温度伝導度を有する。従って、上記Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末を水素吸蔵合金粉末に混合した用いた場合、上記Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末よりも熱伝導度、温度伝導度が低いセラミックスやアルミナ、シリコンゴムといった充填物を水素吸蔵合金粉末に混合した場合と比較し、水素分離精製用容器全体としての熱伝導度、温度伝導度が向上する。また、上記Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末は安価で調達可能であり、原料コストダウンに繋がるという利点もある。
【００３５】
[5] 本発明の第５発明（請求項５）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１〜４発明（請求項１〜４）に係る水素分離精製用容器のいずれかにおいて充填層中での水素非吸蔵性金属粉末の割合が５〜５０質量％であることに特定したものである。
【００３６】
(2) この水素分離精製用容器によれば、より確実に、充填層の水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化を低減し得ると共に充填層のショートパス・クラックの発生を抑制し得、従って、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなる。なお、水素非吸蔵性金属粉末の割合が５質量％未満であれば、充填層のショートパス・クラックの発生抑制が十分にできなくなる可能性があり、水素吸蔵性能が低下して水素回収率が低下することが懸念される。水素非吸蔵性金属粉末の割合が５０質量％超であれば、水素吸蔵合金粉末の量が少なくなる（５０質量％未満となる）ので、水素吸蔵量が低下し、充填層の単位体積あたりの水素分離精製能力が低下する。
【００３７】
[6] 本発明の第６発明（請求項６）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１〜５発明（請求項１〜５）に係る水素分離精製用容器のいずれかにおいて充填層を複数有していることに特定したものである。
【００３８】
(2) このように充填層を複数有していると、単位時間あたりの水素含有ガスの導入量を増大できるので、水素吸蔵合金粉末の水素吸蔵量を増大でき、ひいては水素回収量を増大できる。例えば、充填層数以外の条件（充填層の体積、水素吸蔵性能、水素回収率等）が同一下において、充填層数が７本の場合は、１本の場合に比較し、水素回収量を７倍に増大できる。
【００３９】
[7] 本発明に係る水素分離精製用容器の例
(1) 本発明に係る水素分離精製用容器の一例を図１に示す。付番の１は容器、２は充填層、３は水素含有ガス供給管、４はオフガス取り出し管、５は精製水素ガス取り出し管、６はパージ管、７は冷却用熱媒流通管、８は加熱用熱媒流通管、９は熱媒流通層を示すものである（以降の図２〜４においても同様）。この水素分離精製用容器の充填層２は、容器１内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填されて形成されており、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）は２０μｍ以下である（以降の図２〜４に示す充填層２においても同様）。従って、この水素分離精製用容器は本発明の第１発明に係る水素分離精製用容器の例に相当する。なお、更に本発明の第２〜５発明の要件を満たすようにすることができ、そのようにした場合は本発明の第２〜５発明に係る水素分離精製用容器の例に相当するものとなる。
【００４０】
(2) 本発明に係る水素分離精製用容器の一例を図２に示す。該水素分離精製用容器の水平断面図を図３に示す。この水素分離精製用容器は、充填層２を７本有しているので、本発明の第６発明に係る水素分離精製用容器の例に相当する。
【００４１】
(3) 本発明に係る水素分離精製用容器の一例を図４に示す。この水素分離精製用容器は充填層２を７本有しているので、本発明の第６発明に係る水素分離精製用容器の例に相当する。なお、各充填層２は縦方向に三分割されている。
【００４２】
[8] 本発明に係る水素分離精製用容器による水素分離精製の形態例
(1) 水素分離精製工程
先ず、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層２に流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する。このとき、水素吸蔵反応は発熱反応であるので、除熱する。この除熱のため、容器１の外側に設けた熱媒流通層９に冷水を流通させ、冷却する。水素吸蔵合金粉末の種類によっては、加圧状態で水素含有ガスを導入する。
【００４３】
不純物ガス（水素以外のガス）は、オフガスとしてオフガス取り出し管４から排出される。オフガス中の水素濃度が許容範囲を超えた時点で水素分離精製工程を終了する。
【００４４】
(2) パージ工程
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出する。
【００４５】
(3) 水素放出工程
上記パージ工程の後、充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素（高純度水素）を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出す。このとき、水素放出反応は吸熱反応であるので、容器１の外側に設けた熱媒流通層９に温水を流通させ、加熱しながら水素の放出を行う。なお、水素分離精製工程において加圧状態で水素含有ガスを導入して水素を吸蔵させた場合は、水素の放出を行うに際し、加熱だけでなく、減圧も行い、高純度水素を放出させる。
【００４６】
[9] 本発明において、水素吸蔵合金粉末とは、いわゆる水素吸蔵合金よりなる粉末のことである。水素吸蔵合金とは、水素と反応して金属の水素化物（ＭＨ：メタルハライド）を多量に形成して水素をＭＨの形で金属内に貯蔵する性能を有する金属（金属単体あるいは合金）のことである。水素吸蔵合金としては、その種類は特には限定されず、種々のものが使用でき、例えば、ＡＢ２系、ＡＢ５系、Ｍｇ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｖ系、Ｐｄ系、Ｃａ系のもの等が使用できる。
【００４７】
水素非吸蔵性金属粉末とは、水素非吸蔵性金属（金属単体または合金）よりなる粉末のことである。水素非吸蔵性金属とは、水素を吸蔵しない金属、即ち、水素吸蔵合金のような水素貯蔵性能を有していない金属のことである。水素吸蔵合金以外の金属は全て水素非吸蔵性金属に該当する。水素非吸蔵性金属の中には水素吸収をするものもあるが、ＭＨを形成せず、水素吸収するだけでは水素を貯蔵することはできない。水素吸収をし、更にミクロ的には微量のＭＨを形成するものもあるが、その量は水素吸蔵合金の場合に比べて極めて少なく、水素を貯蔵するというレベルには到らない。
【００４８】
水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の粒径とは、平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）のことである。例えば、粉末の粒径：２０μｍとは、粉末の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）：２０μｍのことである。
【実施例】
【００４９】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５０】
〔例１〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００５１】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１ｋｇと上記アトマイズ鉄粉６００ｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：４６ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は６．０である。
【００５２】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００５３】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００５４】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００５５】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：２．０ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００５６】
水素回収率は、下記式により求めた。
水素回収率（％）
＝（水素吸蔵合金粉末に吸蔵された水素量／容器内に導入した水素量）×１００
＝（水素吸蔵合金粉末から放出された水素量／容器内に導入した水素量）×１００
＝（回収された水素量／容器内に導入した水素量）×１００
なお、上記式において、容器内に導入した水素量は容器内に導入した水素含有ガス中の水素量である。
【００５７】
水素分離精製用容器に発生した応力の測定は、下記のようにして行った。即ち、水素分離精製用容器の外面部に歪みゲージを取り付け、周方向の応力を測定した。この歪みゲージ取り付け位置は、充填層の底部から上方への距離：Ｌ（充填層高さ）×１／３の位置とした。
【００５８】
水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径は、粒径の測定により確認した。この粒径の測定は、日機装（株）製ＦＲＡ９２２０マイクロトラックを用いて行い、中心粒径Ｄ50の値を平均粒径とした。
【００５９】
〔例２〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００６０】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末５．８３ｋｇと上記アトマイズ鉄粉３．４５ｋｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１８．３である。
【００６１】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００６２】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００６３】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００６４】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００６５】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００６６】
〔例３〕
(1) 水素分離精製用容器として図２に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００６７】
上記容器は７本の充填部、即ち、ジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）を有している。上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末５．８３ｋｇと上記アトマイズ鉄粉３．４５ｋｇを十分に混合した上で、それぞれのＳＵＳボンベに充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１８．３である。
【００６８】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００６９】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００７０】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００７１】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００７２】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００７３】
〔例４〕
(1) 水素分離精製用容器として図４に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００７４】
上記容器は７本の充填部を有しているとともに、縦方向に充填部が三分割されている。即ち、ジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）を７×３＝２１本有している。上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１．９４ｋｇと上記アトマイズ鉄粉１．１５ｋｇを十分に混合した上で、それぞれのＳＵＳボンベに充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は６．１である。
【００７５】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００７６】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００７７】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００７８】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００７９】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００８０】
〔例５〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１ｍｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００８１】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１ｋｇと上記アトマイズ鉄粉６００ｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：４６ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は６．０である。
【００８２】
(2) 上記充填層形成の後、例１の場合と同様の方法、同様の条件により、水素分離精製を行った。かかる水素分離精製（水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクル）を１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００８３】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、例１の場合と同様である。水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００８４】
〔例６〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００８５】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末４０．８ｋｇと上記アトマイズ鉄粉２２．５ｋｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：１６０ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１１．６である。
【００８６】
(2) 上記充填層形成の後、例１の場合と同様の方法、同様の条件により、水素分離精製を行った。かかる水素分離精製（水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクル）を１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００８７】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００８８】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００８９】
〔例７〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００９０】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１ｋｇと上記アトマイズ鉄粉６００ｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：２５ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は３７．５である。
【００９１】
(2) 上記充填層形成の後、例１の場合と同様の方法、同様の条件により、水素分離精製を行った。かかる水素分離精製（水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクル）を１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００９２】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、例１の場合と同様である。水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００９３】
〔結果〕
前記例１〜７の水素分離精製での水素回収率を表１に示す。前記水素分離精製の際に水素分離精製用容器に発生した応力を表２に示す。この応力は、１０サイクルの水素分離精製の際に水素分離精製用容器に発生した応力の中の最大応力である。また、前記水素分離精製用容器に充填した水素吸蔵合金粉末の平均粒径、その重量、充填層の高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）もあわせて表２に示す。
【００９４】
例５の場合は、水素吸蔵合金粉末の平均粒径が１ｍｍであり、本発明の第１発明での要件を満たしておらず、水素分離精製用容器に発生した最大応力が４５２ｋＰａであって非常に大きい（比較例）。これに対し、例１の場合は、水素吸蔵合金粉末の平均粒径が１０μｍであり、本発明の第１発明での要件を満たしており、水素分離精製用容器に発生した最大応力が８２ｋＰａであって極めて小さく、例５の場合より優れている。これは、水素吸蔵合金粉末の平均粒径の相違によるものである。即ち、水素吸蔵合金粉末の平均粒径が例５の場合は１ｍｍである（２０μｍを遥かに超えている）のに対し、例１の場合は１０μｍと小さい（２０μｍ以下である）ためである。上記事項は、本発明の第１発明の有効性を示唆すると共に支持するものであり、水素吸蔵合金粉末の平均粒径は小さい（２０μｍ以下である）ことが重要であることを示している。
【００９５】
例７の場合は、本発明の第１発明での要件を満たし、また、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が１．０ｋｇである（０．５〜１０ｋｇの範囲内にある）が、充填層のＬ／Ｄ：３７．５であり、本発明の第２発明での要件を満たしておらず、水素分離精製用容器に発生した最大応力が３２０ｋＰａであり、また、水素回収率は８２〜８３％である。これに対し、例１の場合は、本発明の第１発明での要件を満たすと共に、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が１．０ｋｇであり、また、充填層のＬ／Ｄ：６．０であり、本発明の第２発明での要件を満たしており、水素分離精製用容器に発生した最大応力が８２ｋＰａであって極めて小さく、また、水素回収率が９４〜９６％であって極めて高く、例７の場合より優れている。これは、充填層のＬ／Ｄの相違によるものである。即ち、充填層のＬ／Ｄが例７の場合は３７．５である（２５を超えている）のに対し、例１の場合は６．０である（０．５〜２５の範囲内にある）ためである。上記事項は、本発明の第２発明の有効性を示唆すると共に支持するものであり、第２発明は第１発明よりも優れていることを示している。なお、例７の場合、水素分離精製用容器に発生した最大応力が３２０ｋＰａであり、例１の場合より高く、また、水素回収率が８２〜８３％であり、例１の場合より低いが、この原因は充填層のＬ／Ｄ：３７．５であり、本発明の第２発明での要件を満たしていないことにある。即ち、Ｌ／Ｄが大きすぎるため、充填層下部での水素吸蔵合金粉末の固着が起こり、また、水素吸蔵合金粉末と水素含有ガスとの接触が悪化したことにより、ガスの線速度が上昇したためである。
【００９６】
例６の場合は、本発明の第１発明での要件を満たし、また、充填層のＬ／Ｄ：１１．４である（０．５〜２５の範囲内にある）が、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が４０．８ｋｇであり、本発明の第２発明での要件を満たしておらず、水素分離精製用容器に発生した最大応力が７５０ｋＰａであり、また、水素回収率は７６〜８１％である。これに対し、例１の場合は、本発明の第１発明での要件を満たすと共に、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が１．０ｋｇであり、また、充填層のＬ／Ｄ：６．０であり、本発明の第２発明での要件を満たしており、水素分離精製用容器に発生した最大応力が８２ｋＰａであって極めて小さく、また、水素回収率が９４〜９６％であって極めて高く、例６の場合より優れている。これは、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量の相違によるものである。即ち、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が例６の場合は４０．８ｋｇである（１０ｋｇを遥かに超えている）のに対し、例１の場合は１．０ｋｇである（０．５〜１０ｋｇの範囲内にある）ためである。上記事項は、本発明の第２発明の有効性を示唆すると共に支持するものであり、第２発明は第１発明よりも優れていることを示している。なお、例６の場合、水素回収率が７６〜８１％であり、例１の場合より低く、また、水素分離精製用容器に発生した最大応力が７５０ｋＰａであり、例１の場合より高いが、この原因は充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が４０．８ｋｇであり、本発明の第２発明での要件を満たしていないことだけでなく、充填層の内径が大きくなったことに伴って全体の熱伝導が悪化したことにもある。充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が４０．８ｋｇと極めて重いことが原因で、充填層の下部で水素吸蔵合金粉末が固着したと推定される。
【００９７】
例２〜４の場合は、いずれも本発明の第１発明および第２発明の要件を満たしている。この中、例２の場合は、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が５．８３ｋｇであり、例１の場合（１ｋｇ）よりも極めて多いが、例１の場合と比較し、水素分離精製用容器に発生した最大応力は少し高い程度であり、水素回収率は少し低い程度である。
【００９８】
例２の場合、例１の場合に比較して、水素回収率は少し低くなるものの、極めて水素含有ガスの流量が多く（例２の場合：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ、例１の場合：２．０ＮＬ／ｍｉｎ）、水素含有ガス処理量が多いので、回収される水素の総量は極めて多くなってスケールアップされている。これは、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量を５．８３ｋｇと多くしても水素回収率が少し低い程度におさまるからである。つまり、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量を５．８３ｋｇにまで多くしても支障がないようにし得たからである。この水素吸蔵合金粉末の重量は、従来想定の水素吸蔵合金粉末の重量（１００ｇ〜１０００ｇのオーダ）よりも極めて多い。上記事項は、本発明の第２発明によれば、水素回収率の大幅低下等の支障を招くことなく、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量を多くしてスケールアップすることができ、回収される水素の総量を増大し得るという有効性を示唆しており、また、これを支持するものでもある。
【００９９】
例３の場合は、例２の場合と同様の充填部、即ち、ジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）を７本有しており、全ての充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が例２の場合の７倍である（但し、充填層１本あたりの水素吸蔵合金粉末の重量は例２の場合と同様である）。水素分離精製用容器に発生した最大応力は、例２の場合とほぼ同様であり、水素回収率は例２の場合と同様である。例３の場合、例２の場合よりも、更に大幅に、水素含有ガスの流量が多く（例３の場合：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ、例２の場合：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ）、水素含有ガス処理量が多いので、回収される水素の総量は極めて多くなってスケールアップされている。
【０１００】
例４の場合は、全ての充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が例２の場合の７倍であり、例３の場合と同様である。水素分離精製用容器に発生した最大応力は、例１の場合より少し高いが、例２〜３の場合よりは低い。水素回収率は例１の場合よりやや低いが、例２〜３の場合よりは少し高い。例４の場合、例２の場合よりも、更に大幅に、水素含有ガスの流量が多く（例４の場合：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ、例２の場合：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ）、水素含有ガス処理量が多いので、回収される水素の総量は極めて多くなってスケールアップされている。なお、例４の場合、例２〜３の場合に比較し、水素分離精製用容器に発生した最大応力が低く、水素回収率が少し高いが、これは充填層のＬ／Ｄが小さいからである。
【０１０１】
〔その他〕
上記実施例においては、水素含有ガスとして水素濃度：８０％のものを用い、その圧力は０．９ＭＰａとしたが、必ずしもこの濃度に限られたものではなく、温度ならびに水素分圧が用いる水素吸蔵合金粉末の平衡圧以上であればどの圧力・温度でも水素精製は可能である。
【０１０２】
上記実施例においては、水素吸蔵合金粉末としてＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末を用いたが、これ以外の水素吸蔵合金粉末、例えば、ＡＢ２系、Ｍｇ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｖ系、Ｐｄ系、Ｃａ系のもの等を用いても上記と同様の結果が得られる。また、平均粒径が１０μｍ以外のものであって２０μｍ以下のものを用いた場合、データの絶対値は変化するが、傾向としては上記と同様の結果が得られ、本発明の作用効果を奏する。
【０１０３】
上記実施例においては、水素非吸蔵性金属粉末としてアトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いたが、これ以外の水素非吸蔵性金属粉末（平均粒径１０μｍ）を用いた場合、上記と同様の結果が得られる。また、平均粒径が１０μｍ以外のものを用いた場合、データの絶対値は変化するが、傾向としては上記と同様の結果が得られる。このとき、平均粒径が大きくなると、水素分離精製のサイクル繰り返し回数の増大に伴って水素回収率が低下する。かかる点から２０μｍ以下であることが好ましい。
【０１０４】
水素以外のガスとして特に水素吸蔵合金の被毒要因となるＣＯが含まれている場合は、前段で（水素分離精製用容器に導入する前の段階で）ＣＯ選択吸着剤を用いて除去してもよい。
【０１０５】
水素吸蔵合金粉末ならびに水素非吸蔵性金属粉末に加えて、水素吸蔵時の体積膨張に伴う容器外表面の応力をさらに緩和するために、シリコン樹脂粉体、熱伝導性を有する金属製緩衝部材、カーボン、ガラス、セラミックなどを材質とする繊維片、ＭｏＳ2 、ナフタレン等の固体潤滑剤等を充填してもよい。これらは水素吸蔵合金粉末に対し１〜１０％程度の混合率とすることが好ましい。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る水素分離精製用容器は、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離するに際し、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難いので、水素分離精製に好適に用いることができ、長期にわたって水素回収率を高い水準に維持し得、また、スケールアップできて水素の回収量の増大がはかれて有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１--容器、２--充填部、３--水素含有ガス供給管、４--オフガス取り出し管、５--精製水素ガス取り出し管、６--パージ管、７--冷却用熱媒流通管、８--加熱用熱媒流通管、９--熱媒流通層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分離精製用容器に関する技術分野に属するものであり、より詳細には、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器に関する技術分野に属するものであり、特には、リン酸形や固体高分子形等のプロトン伝導形燃料電池等に用いられる高純度水素の製造用の水素分離精製用容器、即ち、燃料電池のエネルギー（燃料）である水素を製造する際に副生する不純物を除去し、高純度の水素を製造する水素精製プロセスに用いられる水素分離精製用容器に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の改善につながる燃料電池用の燃料として、水素への期待が高まっている。水素は、天然ガス、ナフサ、灯油、メタノールなどの炭化水素含有燃料と水蒸気を金属触媒の存在下で改質・変成した後、精製して得ることが一般的である。変成後のガスには水素以外に一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水などが含まれており、固体高分子形燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）の原料として水素を用いる場合は、特に電極触媒の被毒原因となる一酸化炭素は完全に除去しなくてはならず、自動車用ＰＥＦＣにおいては純水素を供給するタイプが一般的である。家庭用を代表とする定置式ＰＥＦＣにおいては、一酸化炭素以外の不純物はそのまま導入されているが、純水素として供給したほうが発電効率は向上する。
【０００３】
高純度水素を得る代表的な方法としては、水素ＰＳＡ法が挙げられる。水素ＰＳＡ法は吸着剤への各ガス成分の吸脱着挙動の違いを利用して分離する方法であり、高圧下で不純物であるＣＯ，ＣＯ2 、ＣＨ4 ，Ｈ2 Ｏなどを吸着させ、これらのガスより吸着親和性の低いＨ2 のみを回収する方法である。吸着した不純物ガス成分は減圧により脱着させて系外に放出させる。本方式による水素ＰＳＡ装置は複数の吸着塔から構成され、それぞれの吸着塔では吸着工程、均圧工程、減圧工程、パージ工程および昇圧工程を組み合わせた操作が繰り返され、装置全体では連続水素精製装置として機能する（例えば、特開２００２−１７７７２６号公報参照）。
【０００４】
上記方法によれば、純度：９９．９９９容積％以上の高純度水素を製造することができるが、水素以外の除去成分に応じた吸着剤が必要となり、そのために吸着塔が大型化し、さらにＨ2 の収率が高くても８０％であり、２０％以上のロスが発生するという問題がある。
【０００５】
高純度水素を得る方法としては水素吸蔵合金を用いる方法（以下、水素吸蔵合金法ともいう）も挙げられる。これは、水素吸蔵合金に水素含有ガス中の水素のみを選択的に吸蔵させて不純物ガスと分離し、水素吸蔵合金から水素のみを放出させることによって高純度水素を製造する方法である（特開平５−３１９８０２号公報）。
【０００６】
しかしながら、水素吸蔵合金は水素吸蔵により膨張、水素放出により収縮する性質を持ち、その比率は１５〜３０％と非常に大きい。この性質により徐々に微粉化し、熱伝導性が悪化するとともに、合金自体の重力、吸蔵時の水素印圧によって容器下部で圧密・固結化する。また、水素吸蔵合金充填容器は水素貯蔵用途ではバッチ式であり、水素吸蔵合金充填層において膨張・収縮が原因となるショートパスやクラックが発生しても水素の拡散により大きな問題とはならないが、水素精製用途では特に水素濃度が低い場合において水素吸蔵合金充填容器は不純物を順次排出するために、流通式とする必要があり、ショートパスやクラックが発生すると処理ガスと水素吸蔵合金の接触が悪化し水素回収率が大きく低下する問題がある。これは、特に大型の装置でスケールアップを行う際に大きな問題となる。
【０００７】
なお、水素吸蔵合金の膨張に伴う応力の発生低減を目的として、無機物あるいは有機物を原料とする粉末を水素吸蔵合金に混合して充填する方法（特開平７−３３０３０２号公報）、水素吸蔵合金の粉末と固体潤滑剤の粉末を混合して充填、もしくはペレットに成型して充填する方法（特開平９−２５５３０１号公報）が提案されているが、これらはいずれも水素貯蔵用途を想定しており、水素放出時の収縮に伴うショートパスやクラックの発生を十分に抑止しうるものではない。更に、前者では、水素吸蔵・放出を繰り返すと共に比重の重い水素吸蔵合金が下部に移動し、無機物あるいは有機物を原料とする粉末と分離してしまう懸念がある。後者では、ペレットに成型してもなおペレットの粉化を長期間に渡り抑止することは困難であり、ショートパスやクラックの発生を抑止するためには十分ではない。本発明者等はこれらの課題を解決するために、水素非吸蔵性金属粉末を水素吸蔵合金粉末に混合して充填する方法（特願２００８−３０８８８２）を提案している。しかしながら、いずれの水素吸蔵合金法においても、水素吸蔵合金の量は１００ｇ〜１０００ｇのオーダーを想定しており、これをスケールアップする際の課題には言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１７７７２６号公報
【特許文献２】特開平５−３１９８０２号公報
【特許文献３】特開平７−３３０３０２号公報
【特許文献４】特開平９−２５５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難い水素分離精製用容器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。このようにして完成された本発明は、水素分離精製用容器に係わり、請求項１〜６記載の水素分離精製用容器（第１〜６発明に係る水素分離精製用容器）である。それは次のような構成としたものである。
【００１１】
即ち、請求項１記載の水素分離精製用容器は、容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であることを特徴とする水素分離精製用容器である〔第１発明〕。
【００１２】
請求項２記載の水素分離精製用容器は、前記充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層の水素吸蔵合金粉末の質量が０．５〜１０ｋｇである請求項１記載の水素分離精製用容器である〔第２発明〕。
【００１３】
請求項３記載の水素分離精製用容器は、前記水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で０．１〜２０μｍである請求項１または２記載の水素分離精製用容器である〔第３発明〕。
【００１４】
請求項４記載の水素分離精製用容器は、前記水素非吸蔵性金属粉末がＣｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載の水素分離精製用容器である〔第４発明〕。
【００１５】
請求項５記載の水素分離精製用容器は、前記充填層中での水素非吸蔵性金属粉末の割合が５〜５０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の水素分離精製用容器である〔第５発明〕。
【００１６】
請求項６記載の水素分離精製用容器は、前記充填層を複数有している請求項１〜５のいずれかに記載の水素分離精製用容器である〔第６発明〕。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水素分離精製用容器によれば、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離するに際し、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難いようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る水素分離精製用容器の一例を示す垂直断面図である。
【図２】本発明に係る水素分離精製用容器の一例を示す垂直断面図である。
【図３】該水素分離精製用容器（図２のもの）の水平断面図である。
【図４】本発明に係る水素分離精製用容器の一例を示す垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[1] 本発明の第１発明（請求項１）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述のように、容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
(2) このように、水素吸蔵合金粉末と、水素非吸蔵性金属粉末、即ち、水素を吸蔵しない金属単体または合金の粉粒体（水素吸蔵・放出に伴う粉末の膨張・収縮が起こらない粉粒体）とを混合していると、水素吸蔵合金粉末の膨張・収縮ならびに膨張に伴う応力を緩和し、水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化を低減することができる。
【００２１】
また、水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末はいずれも金属であるので、両者の比重および嵩密度の差が小さく、従って、水素吸蔵合金粉末が膨張・収縮を繰り返しても、無機・有機充填物を混合した場合と異なり、両者が分離することを防ぐことができる。このため、上記水素非吸蔵性金属粉末の混合による応力緩和および圧密化・固結化低減の効果が保持される。
【００２２】
(3) 水素吸蔵合金粉末の膨張・収縮が緩和されるため、水素放出工程における収縮による充填層のショートパス・クラックの発生を抑制することができる。その結果、充填層に水素含有ガスを均一に流通させることが可能となり、水素回収率ならびに水素吸蔵合金利用率を向上させることができる。なお、バッチ式で行われる水素貯蔵用途では、水素が閉空間において拡散するため、ショートパス・クラックの発生は大きな問題とはならないが、水素精製用途では、流通式となるため、ショートパス・クラックの発生は性能低下に大きく影響するので、ショートパス・クラックの発生の抑制は極めて重要なことである。
【００２３】
(4) 水素吸蔵合金粉末は吸蔵・放出に伴う膨張・収縮に伴い、水素吸蔵合金粉末に割れが発生し、微細化が進行する。充填時の粒径が大きいと、微細化量（粒径の変化量）が大きく、それに伴い発生する応力の絶対量が大きくなる。本発明では、水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であるので、微細化量（粒径の変化量）が小さく、それに伴い発生する応力の絶対量が小さくなる。従って、充填層のショートパス・クラックの発生を更に抑制し得ると共に、水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化が更に生じ難くなり、その程度が小さくなる。
【００２４】
(5) 以上のように、充填層の水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化を低減し得ると共に充填層のショートパス・クラックの発生を抑制し得る。従って、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなり、よって、スケールアップすることが可能となる。
【００２５】
[2] 本発明の第２発明（請求項２）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１発明（請求項１）に係る水素分離精製用容器において充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層中の水素吸蔵合金粉末の質量が０．５〜１０ｋｇであることに特定したものである。
【００２６】
(2) このように、充填層の形状が円柱状であるので、容器は円筒状である。従って、応力発生に対する耐久性が向上すると共に、低コストでの製造が可能となる。
【００２７】
また、この充填層の高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が０．５〜２５であると共に、該充填層中の水素吸蔵合金粉末の質量（重量）が０．５〜１０ｋｇであることとしているので、上部の充填物の重量による充填層の圧密化・固結化、特に容器下部での充填層の圧密化・固結化をより確実に防止し得ると共に、膨張・収縮に伴う僅かなショートパスやクラックによる水素含有ガスと水素吸蔵合金粉末の接触悪化をより確実に防ぐことができる。従って、より確実に、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなり、よって、スケールアップすることが可能となる。
【００２８】
なお、Ｌ／Ｄが０．５未満であれば、充填層全体の圧損が低く、僅かのショートパスやクラックの発生でも水素含有ガスと水素吸蔵合金粉末の接触悪化による水素精製効率の低下が顕著に現れ、水素回収率が低下する。Ｌ／Ｄを２５より大きくすると、特に下部の充填層に上部の重量が作用するため、充填層の圧密化や固結化ないしは固着が生じ、また、過大な応力が発生する恐れがある。この充填層の圧密化や固結化は、水素吸蔵性能の低下による水素回収率の低下をもたらす。過大な応力の発生は、充填層のクラック発生による水素吸蔵性能の低下ひいては水素回収率の低下をもたらす。Ｌ／Ｄのより好ましい値は、５〜２０である。
【００２９】
充填層中の水素吸蔵合金粉末の重量（質量）が０．５ｋｇ未満であれば、僅かのショートパスやクラックの発生でも水素含有ガスと水素吸蔵合金粉末の接触悪化による水素精製効率の低下が現れ、水素回収率が低下する。充填層中の水素吸蔵合金粉末の重量が１０ｋｇ超であれば、充填層の特に下部での圧密化や固結化が生じ、また、過大な応力が発生する恐れがある。充填層中の水素吸蔵合金粉末の質量（重量）のより好ましい値は、１〜５ｋｇである。
【００３０】
[3] 本発明の第３発明（請求項３）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１または２発明（請求項１または２）に係る水素分離精製用容器において水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で０．１〜２０μｍであることに特定したものである。
【００３１】
(2) 前述の第１〜２発明に係る水素分離精製用容器において水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）は２０μｍ以下である。水素吸蔵合金粉末の水素吸蔵・放出に伴う膨張・収縮による微粉化は０．１〜２０μｍ程度で収束する。水素非吸蔵性金属粉末の粒径を前記収束後の水素吸蔵合金粉末の粒径（０．１〜２０μｍ）に合わせておくことにより、さらに水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末との混合がよくなり、両者の分離をより確実に抑制できる。なお、水素非吸蔵性金属粉末の粒径が０．１μｍ未満であると、この粉末が水素分離精製用容器の外部に侵入する恐れが高くなり、機械的トラブルの原因となる危険性が高まる。水素非吸蔵性金属粉末の粒径が２０μｍ超であると、水素吸蔵合金粉末との嵩比重差が大きくなり、水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末が分離する恐れがある。
【００３２】
(3) かかる点から、水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）が０．１〜２０μｍであることに特定した。この場合、この粉末の容器外への漏れ等の問題を招くことなく、より確実に、水素吸蔵合金粉末と水素非吸蔵性金属粉末との分離を抑制できるので、水素非吸蔵性金属粉末の混合による応力緩和および圧密化・固結化低減の効果を保持でき、ひいては、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなる。水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）は、１〜１０μｍであることが更に好ましい。
【００３３】
[4] 本発明の第４発明（請求項４）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１〜３発明（請求項１〜３）に係る水素分離精製用容器のいずれかにおいて水素非吸蔵性金属粉末がＣｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなることに特定したものである。
【００３４】
(2) Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなる水素非吸蔵性金属粉末（以下、Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末）は、いずれも、水素吸蔵合金粉末と比較して水素雰囲気下においての体積膨張、収縮は僅かであり、また、水素吸蔵合金粉末と近い熱伝導度、温度伝導度を有する。従って、上記Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末を水素吸蔵合金粉末に混合した用いた場合、上記Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末よりも熱伝導度、温度伝導度が低いセラミックスやアルミナ、シリコンゴムといった充填物を水素吸蔵合金粉末に混合した場合と比較し、水素分離精製用容器全体としての熱伝導度、温度伝導度が向上する。また、上記Ｃｕ〜Ｚｎ合金粉末は安価で調達可能であり、原料コストダウンに繋がるという利点もある。
【００３５】
[5] 本発明の第５発明（請求項５）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１〜４発明（請求項１〜４）に係る水素分離精製用容器のいずれかにおいて充填層中での水素非吸蔵性金属粉末の割合が５〜５０質量％であることに特定したものである。
【００３６】
(2) この水素分離精製用容器によれば、より確実に、充填層の水素吸蔵合金粉末の圧密化・固結化を低減し得ると共に充填層のショートパス・クラックの発生を抑制し得、従って、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難くなる。なお、水素非吸蔵性金属粉末の割合が５質量％未満であれば、充填層のショートパス・クラックの発生抑制が十分にできなくなる可能性があり、水素吸蔵性能が低下して水素回収率が低下することが懸念される。水素非吸蔵性金属粉末の割合が５０質量％超であれば、水素吸蔵合金粉末の量が少なくなる（５０質量％未満となる）ので、水素吸蔵量が低下し、充填層の単位体積あたりの水素分離精製能力が低下する。
【００３７】
[6] 本発明の第６発明（請求項６）に係る水素分離精製用容器
(1) この水素分離精製用容器は、前述の第１〜５発明（請求項１〜５）に係る水素分離精製用容器のいずれかにおいて充填層を複数有していることに特定したものである。
【００３８】
(2) このように充填層を複数有していると、単位時間あたりの水素含有ガスの導入量を増大できるので、水素吸蔵合金粉末の水素吸蔵量を増大でき、ひいては水素回収量を増大できる。例えば、充填層数以外の条件（充填層の体積、水素吸蔵性能、水素回収率等）が同一下において、充填層数が７本の場合は、１本の場合に比較し、水素回収量を７倍に増大できる。
【００３９】
[7] 本発明に係る水素分離精製用容器の例
(1) 本発明に係る水素分離精製用容器の一例を図１に示す。付番の１は容器、２は充填層、３は水素含有ガス供給管、４はオフガス取り出し管、５は精製水素ガス取り出し管、６はパージ管、７は冷却用熱媒流通管、８は加熱用熱媒流通管、９は熱媒流通層を示すものである（以降の図２〜４においても同様）。この水素分離精製用容器の充填層２は、容器１内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填されて形成されており、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）は２０μｍ以下である（以降の図２〜４に示す充填層２においても同様）。従って、この水素分離精製用容器は本発明の第１発明に係る水素分離精製用容器の例に相当する。なお、更に本発明の第２〜５発明の要件を満たすようにすることができ、そのようにした場合は本発明の第２〜５発明に係る水素分離精製用容器の例に相当するものとなる。
【００４０】
(2) 本発明に係る水素分離精製用容器の一例を図２に示す。該水素分離精製用容器の水平断面図を図３に示す。この水素分離精製用容器は、充填層２を７本有しているので、本発明の第６発明に係る水素分離精製用容器の例に相当する。
【００４１】
(3) 本発明に係る水素分離精製用容器の一例を図４に示す。この水素分離精製用容器は充填層２を７本有しているので、本発明の第６発明に係る水素分離精製用容器の例に相当する。なお、各充填層２は縦方向に三分割されている。
【００４２】
[8] 本発明に係る水素分離精製用容器による水素分離精製の形態例
(1) 水素分離精製工程
先ず、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層２に流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する。このとき、水素吸蔵反応は発熱反応であるので、除熱する。この除熱のため、容器１の外側に設けた熱媒流通層９に冷水を流通させ、冷却する。水素吸蔵合金粉末の種類によっては、加圧状態で水素含有ガスを導入する。
【００４３】
不純物ガス（水素以外のガス）は、オフガスとしてオフガス取り出し管４から排出される。オフガス中の水素濃度が許容範囲を超えた時点で水素分離精製工程を終了する。
【００４４】
(2) パージ工程
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出する。
【００４５】
(3) 水素放出工程
上記パージ工程の後、充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素（高純度水素）を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出す。このとき、水素放出反応は吸熱反応であるので、容器１の外側に設けた熱媒流通層９に温水を流通させ、加熱しながら水素の放出を行う。なお、水素分離精製工程において加圧状態で水素含有ガスを導入して水素を吸蔵させた場合は、水素の放出を行うに際し、加熱だけでなく、減圧も行い、高純度水素を放出させる。
【００４６】
[9] 本発明において、水素吸蔵合金粉末とは、いわゆる水素吸蔵合金よりなる粉末のことである。水素吸蔵合金とは、水素と反応して金属の水素化物（ＭＨ：メタルハライド）を多量に形成して水素をＭＨの形で金属内に貯蔵する性能を有する金属（金属単体あるいは合金）のことである。水素吸蔵合金としては、その種類は特には限定されず、種々のものが使用でき、例えば、ＡＢ２系、ＡＢ５系、Ｍｇ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｖ系、Ｐｄ系、Ｃａ系のもの等が使用できる。
【００４７】
水素非吸蔵性金属粉末とは、水素非吸蔵性金属（金属単体または合金）よりなる粉末のことである。水素非吸蔵性金属とは、水素を吸蔵しない金属、即ち、水素吸蔵合金のような水素貯蔵性能を有していない金属のことである。水素吸蔵合金以外の金属は全て水素非吸蔵性金属に該当する。水素非吸蔵性金属の中には水素吸収をするものもあるが、ＭＨを形成せず、水素吸収するだけでは水素を貯蔵することはできない。水素吸収をし、更にミクロ的には微量のＭＨを形成するものもあるが、その量は水素吸蔵合金の場合に比べて極めて少なく、水素を貯蔵するというレベルには到らない。
【００４８】
水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の粒径とは、平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）のことである。例えば、粉末の粒径：２０μｍとは、粉末の平均粒径（中心粒径Ｄ50の値）：２０μｍのことである。
【実施例】
【００４９】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５０】
〔例１〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００５１】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１ｋｇと上記アトマイズ鉄粉６００ｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：４６ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は６．０である。
【００５２】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００５３】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００５４】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００５５】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：２．０ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００５６】
水素回収率は、下記式により求めた。
水素回収率（％）
＝（水素吸蔵合金粉末に吸蔵された水素量／容器内に導入した水素量）×１００
＝（水素吸蔵合金粉末から放出された水素量／容器内に導入した水素量）×１００
＝（回収された水素量／容器内に導入した水素量）×１００
なお、上記式において、容器内に導入した水素量は容器内に導入した水素含有ガス中の水素量である。
【００５７】
水素分離精製用容器に発生した応力の測定は、下記のようにして行った。即ち、水素分離精製用容器の外面部に歪みゲージを取り付け、周方向の応力を測定した。この歪みゲージ取り付け位置は、充填層の底部から上方への距離：Ｌ（充填層高さ）×１／３の位置とした。
【００５８】
水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径は、粒径の測定により確認した。この粒径の測定は、日機装（株）製ＦＲＡ９２２０マイクロトラックを用いて行い、中心粒径Ｄ50の値を平均粒径とした。
【００５９】
〔例２〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００６０】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末５．８３ｋｇと上記アトマイズ鉄粉３．４５ｋｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１８．３である。
【００６１】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００６２】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００６３】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００６４】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００６５】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００６６】
〔例３〕
(1) 水素分離精製用容器として図２に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００６７】
上記容器は７本の充填部、即ち、ジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）を有している。上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末５．８３ｋｇと上記アトマイズ鉄粉３．４５ｋｇを十分に混合した上で、それぞれのＳＵＳボンベに充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１８．３である。
【００６８】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００６９】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００７０】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００７１】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００７２】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００７３】
〔例４〕
(1) 水素分離精製用容器として図４に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００７４】
上記容器は７本の充填部を有しているとともに、縦方向に充填部が三分割されている。即ち、ジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）を７×３＝２１本有している。上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１．９４ｋｇと上記アトマイズ鉄粉１．１５ｋｇを十分に混合した上で、それぞれのＳＵＳボンベに充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は６．１である。
【００７５】
(2) 上記充填層形成の後、下記のようにして水素分離精製を行った。
先ず、活性化処理として、１５０℃加熱・真空引きを２時間行った。次に、２０℃の冷水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を冷却すると共に、水素含有ガス供給管３より水素含有ガスを容器内に導入し、充填層２に３０分間流通させ、水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離した。同時に、この不純物ガスはオフガス取り出し管４から排出した。なお、この排出ガスには、不純物ガスの他に、水素吸蔵合金粉末に吸蔵されなかった水素も含まれている。
【００７６】
上記水素分離精製工程の終了後、容器内に残存している不純物ガスをパージ管６より排出した。しかる後、０．１ＭＰａまで減圧すると共に８０℃の温水をジャケット部（熱媒流通路）９に流通させて容器内の充填層２を加熱して、水素吸蔵合金粉末から水素を放出させ、精製水素ガス取り出し管５から取り出して回収した。
【００７７】
かかる水素分離精製、即ち、水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクルを１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００７８】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００７９】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００８０】
〔例５〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１ｍｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００８１】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１ｋｇと上記アトマイズ鉄粉６００ｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：４６ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は６．０である。
【００８２】
(2) 上記充填層形成の後、例１の場合と同様の方法、同様の条件により、水素分離精製を行った。かかる水素分離精製（水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクル）を１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００８３】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、例１の場合と同様である。水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００８４】
〔例６〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００８５】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末４０．８ｋｇと上記アトマイズ鉄粉２２．５ｋｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：１６０ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１１．６である。
【００８６】
(2) 上記充填層形成の後、例１の場合と同様の方法、同様の条件により、水素分離精製を行った。かかる水素分離精製（水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクル）を１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００８７】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、下記のとおりである。
圧力：０．９ＭＰａ
温度：２０℃
流量：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ
組成：Ｈ2 ：８０ vol％、ＣＯ2 ：２０ vol％
【００８８】
水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００８９】
〔例７〕
(1) 水素分離精製用容器として図１に示す水素分離精製用容器と同様のものを用いた。水素吸蔵合金粉末として、２０℃での平衡圧：０．２ＭＰａとなるように調整したＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末（平均粒径１０μｍ）、水素非吸蔵性金属粉末として、アトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いた。
【００９０】
上記ＡＢ５系水素吸蔵合金粉末１ｋｇと上記アトマイズ鉄粉６００ｇを十分に混合した上でジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：２５ｍｍ）に充填して充填層を形成した。このとき、充填層の形状は円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は３７．５である。
【００９１】
(2) 上記充填層形成の後、例１の場合と同様の方法、同様の条件により、水素分離精製を行った。かかる水素分離精製（水素の吸蔵から放出・回収にいたるサイクル）を１０回繰り返して行った。そして、このときの水素回収率を求めると共に、水素分離精製用容器に発生した応力を測定した。
【００９２】
このとき、容器内に導入して充填層に流通させた水素含有ガスの条件（組成、圧力、温度、流量）は、例１の場合と同様である。水素回収率は、前記例１の場合と同様の式により求めた。水素分離精製用容器に発生した応力の測定、水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径の測定は、前記例１の場合と同様の方法により行った。
【００９３】
〔結果〕
前記例１〜７の水素分離精製での水素回収率を表１に示す。前記水素分離精製の際に水素分離精製用容器に発生した応力を表２に示す。この応力は、１０サイクルの水素分離精製の際に水素分離精製用容器に発生した応力の中の最大応力である。また、前記水素分離精製用容器に充填した水素吸蔵合金粉末の平均粒径、その重量、充填層の高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）もあわせて表２に示す。
【００９４】
例５の場合は、水素吸蔵合金粉末の平均粒径が１ｍｍであり、本発明の第１発明での要件を満たしておらず、水素分離精製用容器に発生した最大応力が４５２ｋＰａであって非常に大きい（比較例）。これに対し、例１の場合は、水素吸蔵合金粉末の平均粒径が１０μｍであり、本発明の第１発明での要件を満たしており、水素分離精製用容器に発生した最大応力が８２ｋＰａであって極めて小さく、例５の場合より優れている。これは、水素吸蔵合金粉末の平均粒径の相違によるものである。即ち、水素吸蔵合金粉末の平均粒径が例５の場合は１ｍｍである（２０μｍを遥かに超えている）のに対し、例１の場合は１０μｍと小さい（２０μｍ以下である）ためである。上記事項は、本発明の第１発明の有効性を示唆すると共に支持するものであり、水素吸蔵合金粉末の平均粒径は小さい（２０μｍ以下である）ことが重要であることを示している。
【００９５】
例７の場合は、本発明の第１発明での要件を満たし、また、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が１．０ｋｇである（０．５〜１０ｋｇの範囲内にある）が、充填層のＬ／Ｄ：３７．５であり、本発明の第２発明での要件を満たしておらず、水素分離精製用容器に発生した最大応力が３２０ｋＰａであり、また、水素回収率は８２〜８３％である。これに対し、例１の場合は、本発明の第１発明での要件を満たすと共に、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が１．０ｋｇであり、また、充填層のＬ／Ｄ：６．０であり、本発明の第２発明での要件を満たしており、水素分離精製用容器に発生した最大応力が８２ｋＰａであって極めて小さく、また、水素回収率が９４〜９６％であって極めて高く、例７の場合より優れている。これは、充填層のＬ／Ｄの相違によるものである。即ち、充填層のＬ／Ｄが例７の場合は３７．５である（２５を超えている）のに対し、例１の場合は６．０である（０．５〜２５の範囲内にある）ためである。上記事項は、本発明の第２発明の有効性を示唆すると共に支持するものであり、第２発明は第１発明よりも優れていることを示している。なお、例７の場合、水素分離精製用容器に発生した最大応力が３２０ｋＰａであり、例１の場合より高く、また、水素回収率が８２〜８３％であり、例１の場合より低いが、この原因は充填層のＬ／Ｄ：３７．５であり、本発明の第２発明での要件を満たしていないことにある。即ち、Ｌ／Ｄが大きすぎるため、充填層下部での水素吸蔵合金粉末の固着が起こり、また、水素吸蔵合金粉末と水素含有ガスとの接触が悪化したことにより、ガスの線速度が上昇したためである。
【００９６】
例６の場合は、本発明の第１発明での要件を満たし、また、充填層のＬ／Ｄ：１１．４である（０．５〜２５の範囲内にある）が、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が４０．８ｋｇであり、本発明の第２発明での要件を満たしておらず、水素分離精製用容器に発生した最大応力が７５０ｋＰａであり、また、水素回収率は７６〜８１％である。これに対し、例１の場合は、本発明の第１発明での要件を満たすと共に、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が１．０ｋｇであり、また、充填層のＬ／Ｄ：６．０であり、本発明の第２発明での要件を満たしており、水素分離精製用容器に発生した最大応力が８２ｋＰａであって極めて小さく、また、水素回収率が９４〜９６％であって極めて高く、例６の場合より優れている。これは、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量の相違によるものである。即ち、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が例６の場合は４０．８ｋｇである（１０ｋｇを遥かに超えている）のに対し、例１の場合は１．０ｋｇである（０．５〜１０ｋｇの範囲内にある）ためである。上記事項は、本発明の第２発明の有効性を示唆すると共に支持するものであり、第２発明は第１発明よりも優れていることを示している。なお、例６の場合、水素回収率が７６〜８１％であり、例１の場合より低く、また、水素分離精製用容器に発生した最大応力が７５０ｋＰａであり、例１の場合より高いが、この原因は充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が４０．８ｋｇであり、本発明の第２発明での要件を満たしていないことだけでなく、充填層の内径が大きくなったことに伴って全体の熱伝導が悪化したことにもある。充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が４０．８ｋｇと極めて重いことが原因で、充填層の下部で水素吸蔵合金粉末が固着したと推定される。
【００９７】
例２〜４の場合は、いずれも本発明の第１発明および第２発明の要件を満たしている。この中、例２の場合は、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が５．８３ｋｇであり、例１の場合（１ｋｇ）よりも極めて多いが、例１の場合と比較し、水素分離精製用容器に発生した最大応力は少し高い程度であり、水素回収率は少し低い程度である。
【００９８】
例２の場合、例１の場合に比較して、水素回収率は少し低くなるものの、極めて水素含有ガスの流量が多く（例２の場合：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ、例１の場合：２．０ＮＬ／ｍｉｎ）、水素含有ガス処理量が多いので、回収される水素の総量は極めて多くなってスケールアップされている。これは、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量を５．８３ｋｇと多くしても水素回収率が少し低い程度におさまるからである。つまり、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量を５．８３ｋｇにまで多くしても支障がないようにし得たからである。この水素吸蔵合金粉末の重量は、従来想定の水素吸蔵合金粉末の重量（１００ｇ〜１０００ｇのオーダ）よりも極めて多い。上記事項は、本発明の第２発明によれば、水素回収率の大幅低下等の支障を招くことなく、充填層の水素吸蔵合金粉末の重量を多くしてスケールアップすることができ、回収される水素の総量を増大し得るという有効性を示唆しており、また、これを支持するものでもある。
【００９９】
例３の場合は、例２の場合と同様の充填部、即ち、ジャケット付きＳＵＳボンベ（水平断面：円形、内径：７０ｍｍ）を７本有しており、全ての充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が例２の場合の７倍である（但し、充填層１本あたりの水素吸蔵合金粉末の重量は例２の場合と同様である）。水素分離精製用容器に発生した最大応力は、例２の場合とほぼ同様であり、水素回収率は例２の場合と同様である。例３の場合、例２の場合よりも、更に大幅に、水素含有ガスの流量が多く（例３の場合：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ、例２の場合：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ）、水素含有ガス処理量が多いので、回収される水素の総量は極めて多くなってスケールアップされている。
【０１００】
例４の場合は、全ての充填層の水素吸蔵合金粉末の重量が例２の場合の７倍であり、例３の場合と同様である。水素分離精製用容器に発生した最大応力は、例１の場合より少し高いが、例２〜３の場合よりは低い。水素回収率は例１の場合よりやや低いが、例２〜３の場合よりは少し高い。例４の場合、例２の場合よりも、更に大幅に、水素含有ガスの流量が多く（例４の場合：８１．７ＮＬ／ｍｉｎ、例２の場合：１１．７ＮＬ／ｍｉｎ）、水素含有ガス処理量が多いので、回収される水素の総量は極めて多くなってスケールアップされている。なお、例４の場合、例２〜３の場合に比較し、水素分離精製用容器に発生した最大応力が低く、水素回収率が少し高いが、これは充填層のＬ／Ｄが小さいからである。
【０１０１】
〔その他〕
上記実施例においては、水素含有ガスとして水素濃度：８０％のものを用い、その圧力は０．９ＭＰａとしたが、必ずしもこの濃度に限られたものではなく、温度ならびに水素分圧が用いる水素吸蔵合金粉末の平衡圧以上であればどの圧力・温度でも水素精製は可能である。
【０１０２】
上記実施例においては、水素吸蔵合金粉末としてＡＢ５系水素吸蔵合金の粉末を用いたが、これ以外の水素吸蔵合金粉末、例えば、ＡＢ２系、Ｍｇ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｖ系、Ｐｄ系、Ｃａ系のもの等を用いても上記と同様の結果が得られる。また、平均粒径が１０μｍ以外のものであって２０μｍ以下のものを用いた場合、データの絶対値は変化するが、傾向としては上記と同様の結果が得られ、本発明の作用効果を奏する。
【０１０３】
上記実施例においては、水素非吸蔵性金属粉末としてアトマイズ鉄粉（平均粒径１０μｍ）を用いたが、これ以外の水素非吸蔵性金属粉末（平均粒径１０μｍ）を用いた場合、上記と同様の結果が得られる。また、平均粒径が１０μｍ以外のものを用いた場合、データの絶対値は変化するが、傾向としては上記と同様の結果が得られる。このとき、平均粒径が大きくなると、水素分離精製のサイクル繰り返し回数の増大に伴って水素回収率が低下する。かかる点から２０μｍ以下であることが好ましい。
【０１０４】
水素以外のガスとして特に水素吸蔵合金の被毒要因となるＣＯが含まれている場合は、前段で（水素分離精製用容器に導入する前の段階で）ＣＯ選択吸着剤を用いて除去してもよい。
【０１０５】
水素吸蔵合金粉末ならびに水素非吸蔵性金属粉末に加えて、水素吸蔵時の体積膨張に伴う容器外表面の応力をさらに緩和するために、シリコン樹脂粉体、熱伝導性を有する金属製緩衝部材、カーボン、ガラス、セラミックなどを材質とする繊維片、ＭｏＳ2 、ナフタレン等の固体潤滑剤等を充填してもよい。これらは水素吸蔵合金粉末に対し１〜１０％程度の混合率とすることが好ましい。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る水素分離精製用容器は、容器内に導入された水素含有ガス中の水素を水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離するに際し、水素吸蔵性能が低下し難くて水素回収率が低下し難いので、水素分離精製に好適に用いることができ、長期にわたって水素回収率を高い水準に維持し得、また、スケールアップできて水素の回収量の増大がはかれて有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１--容器、２--充填部、３--水素含有ガス供給管、４--オフガス取り出し管、５--精製水素ガス取り出し管、６--パージ管、７--冷却用熱媒流通管、８--加熱用熱媒流通管、９--熱媒流通層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であることを特徴とする水素分離精製用容器。
【請求項２】
前記充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層の水素吸蔵合金粉末の質量が０．５〜１０ｋｇである請求項１記載の水素分離精製用容器。
【請求項３】
前記水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で０．１〜２０μｍである請求項１または２記載の水素分離精製用容器。
【請求項４】
前記水素非吸蔵性金属粉末がＣｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載の水素分離精製用容器。
【請求項５】
前記充填層中での水素非吸蔵性金属粉末の割合が５〜５０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の水素分離精製用容器。
【請求項６】
前記充填層を複数有している請求項１〜５のいずれかに記載の水素分離精製用容器。
【請求項１】
容器内に水素吸蔵合金粉末および水素非吸蔵性金属粉末が混合されて充填された充填層を有し、導入された水素含有ガス中の水素を前記水素吸蔵合金粉末に吸蔵させて不純物ガスと分離する水素分離精製用容器であって、前記水素吸蔵合金粉末の充填時の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で２０μｍ以下であることを特徴とする水素分離精製用容器。
【請求項２】
前記充填層の形状が円柱状であり、その高さ（Ｌ）と内径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が充填時において０．５〜２５であると共に、前記充填層の水素吸蔵合金粉末の質量が０．５〜１０ｋｇである請求項１記載の水素分離精製用容器。
【請求項３】
前記水素非吸蔵性金属粉末の平均粒径が中心粒径Ｄ50の値で０．１〜２０μｍである請求項１または２記載の水素分離精製用容器。
【請求項４】
前記水素非吸蔵性金属粉末がＣｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ合金、Ｆｅ合金、または、Ｚｎ合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載の水素分離精製用容器。
【請求項５】
前記充填層中での水素非吸蔵性金属粉末の割合が５〜５０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の水素分離精製用容器。
【請求項６】
前記充填層を複数有している請求項１〜５のいずれかに記載の水素分離精製用容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１６２３７４（Ｐ２０１１−１６２３７４Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５００４（Ｐ２０１０−２５００４）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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