JP2000128502A - 自動車の水素貯蔵タンクへの水素充填方法 - Google Patents

自動車の水素貯蔵タンクへの水素充填方法

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JP2000128502A JP10300459A JP30045998A JP2000128502A JP 2000128502 A JP2000128502 A JP 2000128502A JP 10300459 A JP10300459 A JP 10300459A JP 30045998 A JP30045998 A JP 30045998A JP 2000128502 A JP2000128502 A JP 2000128502A
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有する水素供
給タンク２を備えた水素ステーション１にて、自動車３
の、水素吸蔵合金を有する水素貯蔵タンク４に水素を充
填するに当り、水素貯蔵タンク４において水素吸蔵合金
３が発生した熱量を、水素ステーション１において、水
素放出のために必要な水素吸蔵合金の加熱に有効利用す
る。 【解決手段】 水素供給タンク２および水素貯蔵タンク
４間に第１，第２，第４，第５導水管２１1 ，２１2 ，
２１4 ，２１5 を介して熱媒体である純水を循環させ
る。水素貯蔵タンク４においては、水素の吸蔵に伴い発
熱した水素吸蔵合金を純水により冷却し、またその冷却
により昇温した純水を水素供給タンク２に向って排出す
る。水素供給タンク２においては、水素を放出すべく、
純水により水素吸蔵合金を加熱し、またその加熱により
降温した純水を水素貯蔵タンク４に向って排出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素エンジンまた
は燃料電池を搭載した自動車において、その水素貯蔵タ
ンクへの水素充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有する水
素供給タンクを備えた水素ステーションにて、自動車
の、水素吸蔵合金を有する水素貯蔵タンクに水素を充填
する場合、水素貯蔵タンクにおいては水素の吸蔵に伴い
水素吸蔵合金が発熱する。従来法では、水素貯蔵タンク
に冷却水を循環させて水素吸蔵合金を冷却し、これによ
り水素の吸蔵量の増加を図っている（例えば、特開平７
−１０８９０９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
おいては、発熱した水素吸蔵合金を単に冷却するだけで
あるから、その熱量の有効利用が全く図られておらず、
省エネルギ化の要請上好ましくない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、自動車の水素
貯蔵タンクにおいて水素吸蔵合金が発生した熱量を、水
素ステーションにおいて、水素放出のために必要な水素
吸蔵合金の加熱に有効利用して、省エネルギ化の要請に
応じ得るようにした前記水素充填方法を提供することを
目的とする。
【０００５】前記目的を達成するため本発明によれば、
水素を吸蔵した水素吸蔵合金を有する水素供給タンクを
備えた水素ステーションにて、自動車の、水素吸蔵合金
を有する水素貯蔵タンクに水素を充填するに当り、前記
水素供給タンクおよび水素貯蔵タンク間に熱媒体を循環
させて、前記水素貯蔵タンクにおいては、水素の吸蔵に
伴い発熱した前記水素吸蔵合金を前記熱媒体により冷却
し、またその冷却により昇温した前記熱媒体を前記水素
供給タンクに向って排出し、前記水素供給タンクにおい
ては、水素を放出すべく、前記熱媒体により前記水素吸
蔵合金を加熱し、またその加熱により降温した前記熱媒
体を前記水素貯蔵タンクに向って排出する自動車の水素
貯蔵タンクへの水素充填方法が提供される。
【０００６】前記のような手段を採用すると、充填開始
段階でのみ、水素ステーションにおいて、水素を放出さ
せるべく水素吸蔵合金を加熱するために所定の加熱源を
用いればよく、その後の定常状態では、水素貯蔵タンク
における水素吸蔵合金の発熱による熱量を有効利用し
て、水素ステーションにて水素を放出させることができ
る。一方、水素貯蔵タンクにおける水素吸蔵合金の冷却
には、水素供給タンクにて熱交換により降温した熱媒体
が用いられるので、熱媒体のための特別な冷却手段は不
要である。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１において、水素ステーション
１は水素供給タンク２を備え、そのタンク２は水素を吸
蔵した水素吸蔵合金を有する。自動車３は水素吸蔵合金
を有する水素貯蔵タンク４を備え、水素ステーション１
にて、水素供給タンク２から放出された水素を供給スタ
ンド５および主給気管６を介して自動車３の水素貯蔵タ
ンク４に充填することができる。この実施例では、水素
ステーション１の水素供給タンク２と自動車３の水素貯
蔵タンク４は同一の構造を有する。ただし、容量につい
ては前者の方が後者よりも大きい。
【０００８】図２において、水素供給タンク２（および
水素貯蔵タンク４）は、ステンレス鋼製外筒体７と、そ
の内部に在る、ステンレス鋼製内筒体８とを有し、その
外筒体７内周面および内筒体８外周面間は熱媒体として
の純水の通路９である。外筒体７は、その一方の端壁に
突設された入口管１０と他方の端壁に突設された出口管
１１を有し、両管１０，１１の内部はそれぞれ通路９に
連通する。
【０００９】内、外筒体７，８における入口管１０側の
両端壁に、それらを貫通するステンレス鋼製水素出入口
管１２が気密に取付けられる。その水素出入口管１２の
内端部に、例えば焼結ニッケルよりなる金属フィルタと
しての多孔質水素出入管１３の開放一端部が嵌着され、
その閉鎖他端部は内筒体８の他方の端壁近傍に位置す
る。
【００１０】水素出入管１３に、複数の円盤状合金ユニ
ット１４が、その中心孔１５を嵌合させると共に相隣る
もの相互を密着させて支持され、それら合金ユニット１
４の外周面は内筒体８の内周面に嵌着される。各合金ユ
ニット１４は、図３にも示すように、肉薄で、且つ円盤
状をなすアルミニウム製容器１６内に粉末状水素吸蔵合
金１７を充填して密閉したものである。水素吸蔵合金１
７としては、（ＴｉＺｒ）（ＭｎＶ）2 が用いられてい
る。
【００１１】内、外筒体７，８における出口管１１側の
両端壁に、それらを貫通する温度センサ１８が気密に取
付けられる。
【００１２】図４は水素充填システムを示す。水素ステ
ーション１において、その水素供給タンク２の水素出入
口管１２に第１給気管６1 を介して第１三方弁３Ｖ1 の
第１ポートｐ１が接続され、その第２ポートｐ2 は第１
二方弁２Ｖ1 を有する第２給気管６2 を介して、水素生
成源である水電解装置Ｅに接続される。水素供給タンク
２の入口管１０に第１導水管２１1 が接続され、その第
１導水管２１1 は入口管１０側にヒータＨを、また自動
車３との接続端に第２二方弁２Ｖ2 を、さらにその弁２
Ｖ2 およびヒータＨ間に循環ポンプＰをそれぞれ有す
る。水素供給タンク２の出口管１１に第２導水管２１2
を介して第２三方弁３Ｖ2 の第１ポートｐ１が接続さ
れ、その第２ポートｐ２は第３導水管２１3 を介して第
１導水管２１ 1 の、循環ポンプＰと第２二方弁２Ｖ2 と
の間に接続される。
【００１３】自動車３において、その水素貯蔵タンク４
の水素出入口管１２に第３給気管６ 3 を介して第３三方
弁３Ｖ3 の第１ポートｐ１が接続され、その第２ポート
ｐ２は第４給気管６4 を介して燃料電池Ｆに接続され
る。
【００１４】自動車３の水素貯蔵タンク４への水素の充
填に当っては、先ず、自動車３における第３三方弁３Ｖ
3 の第３ポートｐ３を主給気管６を介して水素ステーシ
ョン１における第１三方弁３Ｖ1 の第３ポートｐ３に接
続する。また自動車３における水素貯蔵タンク４の入口
管１０を、第４導水管２１4 を介して水素ステーション
１における第２三方弁３Ｖ2 の第３ポートｐ３に、また
出口管１１を、第５導水管２１5 を介して水素ステーシ
ョン１における第２二方弁２Ｖ2 にそれぞれ接続する。
そして、第１，第２二方弁２Ｖ1 ，２Ｖ2 を閉じ、また
第１，第３三方弁３Ｖ1 ，３Ｖ3 を、それらの第１，第
３ポートｐ１，ｐ３がそれぞれ連通するように切換え、
さらに第２三方弁３Ｖ2 を、その第１，第２ポートｐ
１，ｐ２が連通するように切換える。
【００１５】その後、循環ポンプＰおよびヒータＨを作
動させる。純水は、循環ポンプＰ→ヒータＨ→水素供給
タンク２の通路９→第２三方弁３Ｖ2 →循環ポンプＰの
水路を循環する。純水の温度は充填開始時に、例えば約
２５℃であるが、ヒータＨにより加熱されて昇温するの
で、水素供給タンク２の入口管１０における純水の温度
が約４４．２℃に達したとき、その温度が保たれるよう
にヒータＨの出力および循環ポンプＰによる純水の流量
を制御する。
【００１６】水素供給タンク２において、昇温した純水
により各合金ユニット１４内の、水素を吸蔵した水素吸
蔵合金１７が加熱され、その温度が、純水のそれと同じ
に約４４．２℃に達すると、水素吸蔵合金１７は水素を
放出する。その放出された水素は、アルミニウムよりな
る容器１６および水素出入管１３の多孔質壁を透過して
その水素出入管１３内に進入し、次いでその管１３、水
素出入口管１２、第１三方弁３Ｖ1 、主給気管６、第３
三方弁３Ｖ3 等を経て水素貯蔵タンク４に導かれる。
【００１７】水素貯蔵タンク４においては、水素が、水
素出入口管１２を経て水素出入管１３内に至り、そこか
ら多孔質壁および各合金ユニット１４のアルミニウムよ
りなる容器１６を透過して水素吸蔵合金１７に吸蔵され
る。この水素の吸蔵に伴い水素吸蔵合金１７が発熱す
る。
【００１８】一方、水素供給タンク２においては、純水
の熱量が水素吸蔵合金１７の加熱に費やされるので、出
口管１１内に至った純水の温度は約２６．９℃に降下し
ている。この時点で、第２三方弁３Ｖ2 を第１，第３ポ
ートｐ１，ｐ３が連通するように切換え、また第２二方
弁２Ｖ2 を開き、さらにヒータＨの作動を停止する。こ
れにより、出口管１１から排出された約２６．９℃の純
水が水素貯蔵タンク４の通路９を流通するので水素吸蔵
合金１７が冷却される。そして、この冷却により純水は
約４４．２℃に昇温し、その昇温した純水は出口管１１
から水素供給タンク２に向って排出される。
【００１９】爾後の定常状態では、水素供給タンク２お
よび水素貯蔵タンク４間に純水を循環させると、水素貯
蔵タンク４においては、水素の吸蔵に伴い発熱した水素
吸蔵合金１７が純水により冷却され、またその冷却によ
り約４２．２℃に昇温した純水が水素供給タンク２に向
って排出される。一方、水素供給タンク２においては、
水素を放出すべく、純水により水素吸蔵合金１７が加熱
され、またその加熱により降温した約２６．９℃の純水
が水素貯蔵タンク４に向って排出される。
【００２０】因に、水素供給タンク２における、水素吸
蔵合金１７の重量９０kg、水素貯蔵量０．９０kg、一
方、水素貯蔵タンク４における、水素吸蔵合金１７の重
量４４kg、水素貯蔵量０．５４kgの場合、定常状態での
純水の流量が１０Ｌ／min のとき、水素供給タンク２か
ら水素貯蔵タンク４への水素供給量は６Ｎｍ3 （２６８
ｍｏｌ）で、充填時間は約１０分間であった。
【００２１】前記のような手段を採用すると、充填開始
段階でのみ、水素ステーション１において、水素を放出
させるべく水素吸蔵合金１７を加熱するためにヒータＨ
を用いればよく、爾後の定常状態では、水素貯蔵タンク
４における水素吸蔵合金１７の発熱による熱量を有効利
用して、水素ステーション１にて水素を放出させること
ができる。一方、水素貯蔵タンク４における水素吸蔵合
金１７の冷却には、水素供給タンク２にて熱交換により
降温した純水が用いられるので、純水のための特別な冷
却手段は不要である。
【００２２】図５は、水素ステーション１における水素
供給タンク２、実施例ではそのタンク２に連なる供給ス
タンド５と、自動車３の水素貯蔵タンク４とを集合通路
部材２２を介して接続したものである。その集合通路部
材２２は、図６に明示するように水素が通る第１通路２
３1 と、降温した純水が通る第２通路２３2 と、昇温し
た純水が通る第３通路２３3 とを備えている。集合通路
部材２２は両端に連結具２４，２５の一方の半体２
４1 ，２５1 を有し、それらの半体２４1 ，２５1が供
給スタンド５および水素貯蔵タンク４に存する他方の半
体２４2 ，２５2 にそれぞれ着脱自在に連結される。
【００２３】これにより図７および図４に示すように、
供給スタンド５の他方の半体２４2に存する、第１三方
弁３Ｖ1 の第３ポートｐ３に連なる通孔２６1 、第２三
方弁３Ｖ2 の第３ポートｐ３に連なる通孔２６2 および
第２二方弁２Ｖ2 に連なる通孔２６3 が、第１〜第３通
路２３1 〜２３3 を介して、水素貯蔵タンク４の他方の
半体２５2 に存する、第３三方弁３Ｖ3 の第３ポートｐ
３に連なる通孔２７1、入口管１０に連なる通孔２７2
および出口管１１に連なる通孔２７3 にそれぞれ連結さ
れる。
【００２４】このような集合通路部材２２を用いると、
供給スタンド５と水素貯蔵タンク４との連結およびその
解除が容易となり、また連結ライン系を簡素化すること
ができる。
【００２５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、前記のよ
うな手段を採用することにより、自動車の水素貯蔵タン
クにおいて水素吸蔵合金が発生した熱量を、水素ステー
ションにおいて、水素放出のために必要な水素吸蔵合金
の加熱に有効利用して、省エネルギ化を達成することが
できる。
【００２６】請求項２記載の発明によれば、水素ステー
ションの水素供給タンクおよび自動車の水素貯蔵タンク
間の連結およびその解除を容易に行うことができ、また
連結ライン系も簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素スタンドにて自動車の水素貯蔵タンクに水
素を充填する状態の一例を示す説明図である。
【図２】水素供給タンク（水素貯蔵タンク）の縦断面図
である。
【図３】合金ユニットの要部破断斜視図である。
【図４】水素充填システムの説明図である。
【図５】水素スタンドにて自動車の水素貯蔵タンクに水
素を充填する状態の他例を示す説明図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】図５における各部の連結状態説明図である。
【符号の説明】
１……………水素ステーション ２……………水素供給タンク ３……………自動車 ４……………水素貯蔵タンク １７…………水素吸蔵合金 ２２…………集合通路部材 ２３1 〜２３3 ……第１〜第３通路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水素を吸蔵した水素吸蔵合金（１７）を
    有する水素供給タンク（２）を備えた水素ステーション
    （１）にて、自動車（３）の、水素吸蔵合金（１７）を
    有する水素貯蔵タンク（４）に水素を充填するに当り、
    前記水素供給タンク（２）および水素貯蔵タンク（４）
    間に熱媒体を循環させて、前記水素貯蔵タンク（４）に
    おいては、水素の吸蔵に伴い発熱した前記水素吸蔵合金
    （１７）を前記熱媒体により冷却し、またその冷却によ
    り昇温した前記熱媒体を前記水素供給タンク（２）に向
    って排出し、前記水素供給タンク（２）においては、水
    素を放出すべく、前記熱媒体により前記水素吸蔵合金
    （１７）を加熱し、またその加熱により降温した前記熱
    媒体を前記水素貯蔵タンク（４）に向って排出すること
    を特徴とする自動車の水素貯蔵タンクへの水素充填方
    法。
  2. 【請求項２】 前記水素供給タンク（２）と水素貯蔵タ
    ンク（４）とを集合通路部材（２２）を介して接続し、
    その集合通路部材（２２）は、水素が通る第１通路（２
    ３1 ）と、降温した前記熱媒体が通る第２通路（２
    ３2 ）と、昇温した前記熱媒体が通る第３通路（２
    ３3 ）とを備えている、請求項１記載の自動車の水素貯
    蔵タンクへの水素充填方法。
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