JP2002106798A

JP2002106798A - 液体水素貯蔵装置

Info

Publication number: JP2002106798A
Application number: JP2000300689A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Yoshida; 泰樹吉田; Koichi Takaku; 晃一高久; Shuichi Togasawa; 秀一斗ヶ沢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】液体水素貯蔵タンク内で生じた液体水素のボ
イルオフガスを低濃度で放出する。【解決手段】液体水素貯蔵装置３は、真空タンク１２
内に設置された液体水素貯蔵タンク５と、開放弁７と、
エゼクタ８と、触媒燃焼器９とを備える。開放弁７は、
液体水素貯蔵タンク５内の圧力が開弁圧力Ｐ1に達した
ときに開放して、液体水素貯蔵タンク５内の水素ガス１
１を放出する。開放弁７から放出された水素ガス１１は
エゼクタ８に流れ、エゼクタ８により吸引された外部空
気とともに、触媒燃焼器９に導入される。触媒燃焼器９
において水素ガスは空気中の酸素と反応して水となり、
この水は燃焼ガスとなった空気とともに排気管１５から
大気に放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液体水素を貯蔵
する液体水素貯蔵装置に関し、特に、液体水素を燃料と
する内燃機関自動車や燃料電池自動車等への搭載に好適
な液体水素貯蔵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体水素を貯蔵タンクに貯蔵する場合、
貯蔵タンク内には外部の熱によって液体水素が気化して
生じた水素ガス（以下、ボイルオフガスと称す）が、液
体水素の液相の上に充満しており、そのままにしておく
とタンク内の圧力が上昇してしまうので、貯蔵タンク内
のボイルオフガスは適宜に外部に排出する必要がある。
この種の従来技術としては、例えば、水素輸送船に搭載
した液体水素貯蔵タンクにおいて発生したボイルオフガ
スを水素吸蔵合金中に回収する方法が知られている（特
開平５−１８０３９７号公報）。これは、液体水素を貯
蔵する液体水素貯蔵タンクとボイルオフガス回収用の水
素吸蔵合金タンクとを配管によって連通し、液体水素貯
蔵タンク内で発生したボイルオフガスを水素吸蔵合金タ
ンクに導いて水素吸蔵合金中に吸蔵させるというもので
ある。この場合、水素吸蔵合金を約１００゜Ｃのエンジ
ン廃熱等で加熱することにより、水素吸蔵合金に吸蔵さ
れた水素を取り出すことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬａＮ
ｉ₅やＭｍ系のＡＢ５型の水素吸蔵合金の水素貯蔵量は
水素吸蔵合金重量の約１ｗｔ％と低く、さらに、水素吸
蔵合金の密度が約８ｇ／ｃｍ³とかなり大きいため、ボ
イルオフガスの回収が長期に亘る場合には、大重量の水
素吸蔵合金が必要であった。そのため、液体水素を燃料
とする内燃機関自動車や燃料電池自動車等に、液体水素
貯蔵タンクと水素吸蔵合金タンクを搭載してボイルオフ
ガスを処理するのは、非現実的である。そこで、この発
明は、液体水素を燃料とする内燃機関自動車や燃料電池
自動車への搭載に好適な液体水素貯蔵装置を提供するも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、液体水素（例えば、後
述する実施の形態における液体水素１０）を貯蔵する液
体水素貯蔵タンク（例えば、後述する実施の形態におけ
る液体水素貯蔵タンク５）と、前記液体水素貯蔵タンク
の内部圧力が所定圧力よりも高くなったときに前記液体
水素貯蔵タンク内の水素ガス（例えば、後述する実施の
形態における水素ガス１１）を外部に放出する開放弁
（例えば、後述する実施の形態における開放弁７）と、
を備えた液体水素貯蔵装置（例えば、後述する実施の形
態における液体水素貯蔵装置３）において、前記開放弁
から放出される水素ガスを燃焼する触媒燃焼器（例え
ば、後述する実施の形態における触媒燃焼器９）と、前
記開放弁から放出された水素ガスを前記触媒燃焼器に導
く水素排出流路（例えば、後述する実施の形態における
水素排出管１４）と、前記開放弁から水素ガスが放出さ
れるときに前記触媒燃焼器に空気を供給する空気供給手
段（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ８）
と、を備えたことを特徴とする。

【０００５】このように構成することにより、前記液体
水素貯蔵タンクの内部圧力が所定圧力以上になると、前
記開放弁が開いて液体水素貯蔵タンク内の水素ガスが前
記水素排出流路を介して触媒燃焼器に導かれるととも
に、空気供給手段から空気が触媒燃焼器に供給される。
その結果、水素ガスは触媒燃焼器において酸化されて、
空気とともに外部に放出される。

【０００６】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載した発明において、前記空気供給手段は、前記水素排
出流路に設置されて水素ガスの流通により外部空気を吸
引するエゼクタ（例えば、後述する実施の形態における
エゼクタ８）であることを特徴とする。このように構成
することにより、外部動力を用いることなく前記触媒燃
焼器に空気を供給することができる。

【０００７】請求項３に記載した発明は、請求項２に記
載した発明において、前記水素排出流路における前記開
放弁と前記エゼクタとの間に、前記開放弁から放出され
た水素ガスを加熱する加熱手段（例えば、後述する実施
の形態における熱交換器２１）を備えたことを特徴とす
る。このように構成することにより、約−２５０゜Ｃの
極低温の水素ガスを加熱してから触媒燃焼器に導入する
ことができる。触媒燃焼器の触媒は活性温度に達してい
ないと触媒作用を充分に発揮できないが、加熱手段によ
り水素ガスを加熱しているので、前記触媒を急速に活性
温度まで上昇させることができる。

【０００８】請求項４に記載した発明は、請求項３に記
載した発明において、前記加熱手段は、前記触媒燃焼器
から排出された燃焼ガスと前記開放弁から放出された水
素ガスとを熱交換させることを特徴とする。このように
構成することにより、外部熱源を用いることなく水素ガ
スを加熱することができる。

【０００９】請求項５に記載した発明は、請求項２から
請求項４のいずれかに記載の発明において、前記エゼク
タよりも上流における前記水素排出流路に、水素ガス流
量を制御する流量制御手段（例えば、後述する実施の形
態における可変オリフィス３０）を備えたことを特徴と
する。このように構成することにより、エゼクタおよび
触媒燃焼器に導入される極低温の水素ガス流量を制御す
ることができ、エゼクタの空気吸引量を制御することが
できる。

【００１０】請求項６に記載した発明は、請求項５に記
載した発明において、前記流量制御手段は、水素ガスの
温度が所定温度未満のときは水素ガス流量を少なくする
ように制御することを特徴とする。このように構成する
ことにより、水素ガスが低温時にはエゼクタおよび触媒
燃焼器に導入される水素ガスの流量を少なくすることが
でき、エゼクタにより吸引される外部空気の流量を少な
くすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る液体水素貯
蔵装置の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説
明する。なお、以下の各実施の形態は、燃料電池自動車
に搭載された液体水素貯蔵装置の態様である。

【００１２】＜第１の実施の形態＞初めに、この発明に
係る液体水素貯蔵装置の第１の実施の形態を図１から図
３の図面を参照して説明する。図１は、燃料電池自動車
１の概略構成を示し、燃料電池自動車１は、水素を燃料
とする燃料電池２と、液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵
装置３とを備え、液体水素貯蔵装置３に貯蔵された液体
水素は気化されて水素ガスとなり、この水素ガスが燃料
として水素供給管４を介して燃料電池２に供給される。

【００１３】図２は、液体水素貯蔵装置３の構成図であ
り、液体水素貯蔵装置３は、真空タンク６内に設置され
た液体水素貯蔵タンク（以下、タンクと略す）５と、開
放弁７と、エゼクタ（空気供給手段）８と、触媒燃焼器
９とを備えている。タンク５の内部には液体水素１０が
貯蔵されており、タンク５内の上部空間は、液体水素１
０が気化して生じた水素ガス１１が充満している。タン
ク５の上部には、タンク５内の上部空間から水素ガス１
１を送出するための水素ガス出口管１２が取り付けられ
ており、水素ガス出口管１２は真空タンク６の外側にお
いて、燃料電池２に水素ガス１１を導く前記水素供給管
４と、水素ガス１１を外部に放出するための放出管１３
に分岐されている。

【００１４】この放出管１３は開放弁７に連結されてお
り、開放弁７の出口は水素排出管（水素排出流路）１４
によって触媒燃焼器９に連結され、触媒燃焼器９の出口
には排気管１５が接続されている。また、水素排出管１
４の途中にはエゼクタ８が設けられている。開放弁７
は、タンク５内の圧力が所定の開弁圧力Ｐ1に達すると
開放してタンク５内の水素ガス１１を外部に逃がし、タ
ンク５内の圧力が前記開弁圧力Ｐ1を越えないようにす
るためのものであり、一旦開弁した開放弁７は、開弁圧
力Ｐ1よりも小さい所定の閉弁圧力Ｐ2以下になると、閉
弁するようになっている（Ｐ2＜Ｐ1）。

【００１５】開放弁７が開弁すると、タンク５内の水素
ガス１１が水素排出管１４を通って触媒燃焼器９に導か
れる。水素排出管１４の途中に設けられたエゼクタ８
は、水素ガス１１が流通することによって生じた負圧で
外部の空気を吸引し、水素ガス１１と空気との混合ガス
を触媒燃焼器９に送出するものである。なお、このエゼ
クタ８は、これを流れる水素ガス１１を完全燃焼させる
のに必要な量以上の空気を吸引することができる仕様に
設定されている。

【００１６】触媒燃焼器９は、機械的特性に優れ高表面
積を有する金属メッシュや発泡体などからなる多孔質の
担体に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム
（Ｒｕ）のうちの少なくとも１種類の酸化触媒を担持し
てなる触媒が、ケーシングに収容されて構成されてい
る。

【００１７】この燃料電池自動車１においては、走行中
は燃料電池２が稼働しており、タンク５内の水素ガス１
１が燃料電池２に燃料として供給され消費されるので、
タンク５内の圧力が開放弁７の開弁圧力Ｐ1にまで上昇
することはない。しかしながら、長時間に亘って燃料電
池自動車１を停止させている時には、タンク５が真空タ
ンク６によって真空断熱されているとはいえ、外部から
の熱を受けてタンク５内の液体水素１０が沸点以上に加
熱され、液体水素１０が気化して水素ガス（即ち、ボイ
ルオフガス）１１が生じ、その結果、タンク５内の圧力
が上昇し、開放弁７の開弁圧力Ｐ1に達する場合があ
る。

【００１８】このときに、この液体水素貯蔵装置３にお
いては、開放弁７が開弁して、タンク５内の水素ガス
（ボイルオフガス）１１が、水素ガス出口管１２、放出
管１３を通り開放弁７を通って水素排出管１４に排出さ
れる。そして、水素ガス１１はエゼクタ８を流れ、この
時にエゼクタ８は外部の空気を吸引して、水素ガス１１
と空気の混合ガスを触媒燃焼器９に送出する。

【００１９】すると、触媒燃焼器９に流入した水素ガス
１１は、水素ガス１１とともに流入した空気中の酸素を
酸化剤として、触媒燃焼器９の触媒作用により酸化反応
を起こし、水になる。この水と燃焼ガスとなった空気は
触媒燃焼器９から排気管１５を介して外部に排出され
る。したがって、排気管１５から排出される排気の水素
濃度は極めて低いものとなる。

【００２０】この第１の実施の形態の液体水素貯蔵装置
３では、水素ガス１１を燃焼させるのに必要な空気をエ
ゼクタ８によって触媒燃焼器９に供給しているので、空
気供給用の外部動力が不要である。そのため、空気供給
のための制御が容易にでき、液体水素貯蔵装置３の簡素
化と小型化を図ることができるとともにコストダウンを
図ることができる。このように外部動力を必要としない
液体水素貯蔵装置３は、水素を燃料とする本実施の形態
の燃料電池自動車１や内燃機関自動車に搭載する場合に
特に有効である。これら自動車に液体水素貯蔵装置３を
搭載した場合、液体水素貯蔵タンク５内の圧力が開放弁
７の開弁圧力Ｐ1より上昇するのは、車両の停止中であ
ることが殆どであると予想されるが、その時には外部動
力の駆動源が得られにくいからである。また、液体水素
貯蔵タンク５のほかに、水素吸蔵合金タンクのようなタ
ンクを設ける必要がないので、水素貯蔵システムの構成
が簡単になり、且つ、軽量にでき、車両搭載性に優れて
いる。

【００２１】なお、図３は、触媒燃焼器９に収容する触
媒として平均粒子径１ｎｍの白金（Ｐｔ）を用い、開放
弁７の開弁圧力Ｐ1を４７０ｋＰａに設定して、タンク
５内におけるボイルオフガス（図３ではＢＯＧと略して
いる）の発生速度が約０．１２Ｎｍ³／ｈのときのボイ
ルオフガスの処理時間と触媒体積との関係を実験的に求
めた結果をグラフ化したものである。この図から、触媒
の体積が大きいほど処理時間が短縮されることがわか
る。

【００２２】＜第２の実施の形態＞次に、この発明に係
る液体水素貯蔵装置の第２の実施の形態を図４から図６
の図面を参照して説明する。燃料電池自動車１の全体構
成については第１の実施の形態のものと全く同じである
ので説明を省略する。図４は、第２の実施の形態におけ
る液体水素貯蔵装置３の構成図であり、液体水素貯蔵装
置３は、真空タンク６内に設置された液体水素貯蔵タン
ク（以下、タンクと略す）５と、開放弁７と、熱交換器
（加熱手段）２１と、可変オリフィス（流量制御手段）
３０と、エゼクタ（空気供給手段）８と、触媒燃焼器９
と、エアクリーナ２２とを備えている。タンク５の内部
には液体水素１０が貯蔵されており、タンク５内の上部
空間は、液体水素１０が気化して生じた水素ガス１１が
充満している。タンク５の上部には、タンク５内の上部
空間から水素ガス１１を送出するための水素ガス出口管
１２が取り付けられており、水素ガス出口管１２は真空
タンク６の外側において、燃料電池２に水素ガス１１を
導く水素供給管４と、水素ガス１１を外部に放出するた
めの放出管１３に分岐されている。

【００２３】この放出管１３は開放弁７に連結されてお
り、開放弁７の出口は水素排出管（水素排出流路）１４
によって触媒燃焼器９に連結され、触媒燃焼器９の出口
には排気管１５が接続されている。また、水素排出管１
４の途中には、上流側から順に、熱交換器２１、可変オ
リフィス３０、エゼクタ８が設けられており、前記排気
管１５は熱交換器２１を通って大気に開放されている。
開放弁７は、タンク５内の圧力が所定の開弁圧力Ｐ1に
達すると開放してタンク５内の水素ガス１１を外部に逃
がし、タンク５内の圧力が前記開弁圧力Ｐ1を越えない
ようにするためのものであり、一旦開弁した開放弁７
は、開弁圧力Ｐ1よりも小さい所定の閉弁圧力Ｐ2以下に
なると、閉弁するようになっている（Ｐ2＜Ｐ1）。

【００２４】熱交換器２１は、触媒燃焼器９から排出さ
れる高温の燃焼ガスと、開放弁７から放出される極低温
の水素ガスとを熱交換して、水素ガスを昇温するととも
に前記燃焼ガスの温度を低下させるものである。

【００２５】可変オリフィス３０は、これを流れる水素
ガスの温度に応じて、オリフィス径が変化するオリフィ
スである。図５は、可変オリフィス３０の概略構成を示
し、可変オリフィス３０のハウジング３１の内部には、
中央に大径の第１オリフィス孔３３を開口させた仕切板
３２が設けられている。この仕切板３２には第１オリフ
ィス孔３３を覆う可動板３４がバイメタル３５を介して
取り付けられており、可動板３４にはオリフィス孔３３
よりも小径の第２オリフィス孔３６が開口している。バ
イメタル３５は、ハウジング３１を流れる水素ガスの温
度が所定温度（例えば、約１００゜Ｃ）以下の低温の時
には図中二点鎖線で示すように可動板３４を仕切板３２
に重複させ、水素ガスの温度が前記所定温度以上の高温
の時には可動板３４を図中実線で示すように仕切板３２
から離反させるように作用する。したがって、水素ガス
の温度が低温の時には、水素ガスは小径の第２オリフィ
ス孔３６を通って流れることになり、水素ガスの温度が
高温の時には水素ガスは大径の第１オリフィス孔３３を
通って流れることになる。

【００２６】エゼクタ８は、水素ガスが流通することに
よって生じた負圧で外部の空気を吸引し、水素ガスと空
気との混合ガスを触媒燃焼器９に送出するものであり、
エアクリーナ２２で清浄にされた空気がエゼクタ８に吸
引される。なお、このエゼクタ８は、これを流れる水素
ガスを完全燃焼させるのに必要な量以上の空気を吸引す
ることができる仕様に設定されている。

【００２７】触媒燃焼器９は、機械的特性に優れ高表面
積を有する金属メッシュや発泡体などからなる多孔質の
担体に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム
（Ｒｕ）のうちの少なくとも１種類の酸化触媒を担持し
てなる触媒が、ケーシングに収容されて構成されてい
る。

【００２８】次に、図６を参照して、この液体水素貯蔵
装置３の作用を説明する。この燃料電池自動車１におい
ては、走行中は燃料電池２が稼働しており、タンク５内
の水素ガスが燃料電池２に燃料として供給され消費され
るので、タンク５内の圧力が開放弁７の開弁圧力Ｐ1に
まで上昇することはない。しかしながら、長時間に亘っ
て燃料電池自動車１を停止させている時には、燃料電池
２のシステムが停止するので（ステップＳ１０１）、タ
ンク５が真空タンク６によって真空断熱されているとは
いえ、外部からの熱を受けてタンク５内の液体水素１０
が沸点以上に加熱され、液体水素８が気化して水素ガス
（即ち、ボイルオフガス）が生じ、その結果、タンク５
内の圧力が上昇し、開放弁７の開弁圧力Ｐ1に達する場
合がある。

【００２９】この場合、タンク５内の圧力が開放弁７の
開弁圧力Ｐ1よりも低いとき（ステップＳ１０２におい
て否定判定のとき）には開放弁７は開かないが、タンク
５内の圧力が開弁圧力Ｐ1以上のとき（ステップＳ１０
２において肯定判定のとき）には、開放弁７が開弁する
（ステップＳ１０３）。開放弁７が開弁すると、タンク
５内の水素ガス（ボイルオフガス）１１が、水素ガス出
口管１２，放出管１３を通り開放弁７を通って水素排出
管１４に排出される。そして、水素ガス１１は熱交換器
２１を通って可変オリフィス３０に至るが、この時点で
は触媒燃焼器９から燃焼ガスが排出されておらず、熱交
換器２１に燃焼ガスが流れていないので、水素ガス１１
は極低温のまま可変オリフィス３０に流入することにな
る。したがって、可変オリフィス３０の可動板３４は仕
切板３２に重複し、大径の第１オリフィス孔３３は塞が
れて小径の第２オリフィス孔３６が開口することにな
る。その結果、水素ガス１１は第２オリフィス孔３６を
小流量（一次流量）で流れてエゼクタ８へと導かれる。
エゼクタ８において、流通する水素ガスを完全燃焼させ
るのに必要な量の空気（換言すれば、水素に対して化学
当量以上の空気）がエアクリーナ２２を介して吸引さ
れ、水素ガス１１と空気の混合ガスが触媒燃焼器９に送
出される。

【００３０】触媒燃焼器９に流入した水素ガス１１は、
水素ガス１１とともに流入した空気中の酸素を酸化剤と
して、触媒燃焼器９の触媒作用により酸化反応を起こし
（ステップＳ１０４）、水になる。この水と燃焼ガスと
なった空気は触媒燃焼器９から排気管１５を介して熱交
換器２１に導かれ、熱交換器２１を流れる水素ガス１１
と熱交換した後、大気中に排出される（ステップＳ１０
５）。触媒燃焼器９の燃焼ガスが熱交換器２１に供給さ
れるようになると、可変オリフィス３０に流入する水素
ガス１１の温度が徐々に上昇してくる。そして、可変オ
リフィス３０に流入する水素ガス１１の温度が規定値に
達するまで（ステップＳ１０６において否定判定してい
る間）は、可変オリフィス３０は可動板３４が仕切板３
２に重複した状態を保持し、したがって、流量の少ない
一次流量の水素ガス１１がエゼクタ８を流れ、触媒燃焼
器９に供給されることになる。

【００３１】エゼクタ８および触媒燃焼器９に導入され
る水素ガス１１の流量が少ないときには、エゼクタ８に
よって吸引される空気の量も少なくなるので、極低温の
水素ガス１１によって凍結される空気中の水分も少なく
なり、したがって、空気中の水分が凍結してエゼクタ８
や触媒燃焼器９に付着し、これらの機能を低下させるの
を未然に防止することができる。

【００３２】また、触媒は活性温度に達するまでは触媒
作用を充分に発揮することができず、水素ガス１１の多
くが酸化されないまま触媒燃焼器９を通過し大気に排出
されてしまうが、水素ガス１１の温度が低いときにはエ
ゼクタ８および触媒燃焼器９に導入される水素ガス１１
の量を少なくしているので、酸化されずに排出される水
素ガス１１の量を極力低減することができるとともに、
触媒燃焼器９の触媒の温度を活性温度まで急速に昇温さ
せることができる。したがって、排気管１５から大気に
排出される排気の水素濃度は極めて低いものとなる。

【００３３】そして、触媒燃焼器９の燃焼ガスを熱交換
器２１に供給することにより可変オリフィス３０に流入
する水素ガス１１の温度が徐々に上昇し、その温度が規
定値以上になると（ステップＳ１０６において肯定判
定）、可変オリフィス３０の可動板３４が仕切板３２か
ら離反して第１オリフィス孔３３が開口する（ステップ
Ｓ１０７）。その結果、水素ガス１１は第１オリフィス
孔３３を大流量（二次流量）で流れてエゼクタ８へと導
かれる。エゼクタ８において、流通する水素ガスを完全
燃焼させるのに必要な量の空気（換言すれば、水素に対
して化学当量以上の空気）がエアクリーナ２２を介して
吸引され、水素ガス１１と空気の混合ガスが触媒燃焼器
９に送出される。

【００３４】触媒燃焼器９に流入した水素ガス１１は空
気中の酸素を酸化剤として酸化反応を起こし（ステップ
Ｓ１０８）、水になる。この水と燃焼ガスとなった空気
は触媒燃焼器９から排気管１５を介して熱交換器２１に
導かれ、熱交換器２１を流れる水素ガス１１と熱交換し
た後、大気中に排出される（ステップＳ１０９）。した
がって、排気管１５から大気に放出される排気の水素濃
度は極めて低いものとなる。

【００３５】このようにして、タンク５内の水素ガス１
１が排出される結果、タンク５内の圧力が低下していく
が、タンク５内の圧力が開放弁７の閉弁圧力Ｐ2を越え
ている間（ステップＳ１１０において否定判定している
間）は、開放弁７の開弁状態が保持されて、水素ガス１
１の放出が継続される。そして、タンク５内の圧力が開
放弁７の閉弁圧力Ｐ1以下になると（ステップＳにおい
て肯定判定）、開放弁７が閉弁して（ステップＳ１１
１）、タンク５内の水素ガス１１の放出を終了する。

【００３６】また、この第２の実施の形態の液体水素貯
蔵装置３では、水素ガス１１燃焼させるのに必要な空気
をエゼクタ８によって触媒燃焼器９に供給しているの
で、空気供給用の外部動力が不要である。そのため、空
気供給のための制御が容易にでき、液体水素貯蔵装置３
の簡素化と小型化を図ることができるとともにコストダ
ウンを図ることができる。

【００３７】また、この第２の実施の形態の液体水素貯
蔵装置３では、エゼクタ８の上流に設けた熱交換器２１
に触媒燃焼器３０の燃焼ガスを供給して、この燃焼ガス
と水素ガスとを熱交換させているので、水素ガスを加熱
するための外部熱源が不要である。そのため、開放弁７
から放出された水素ガスを加熱するための制御が容易に
でき、液体水素貯蔵装置３の簡素化と小型化を図ること
ができるとともにコストダウンを図ることができる。

【００３８】さらに、この第２の実施の形態の液体水素
貯蔵装置３では、バイメタル３５により作動する可変オ
リフィス３０によって水素ガス１１の温度に応じた水素
ガス１１の流量制御を行っているので、流量制御のため
の外部動力が不要である。そのため、エゼクタ８および
触媒燃焼器９に供給する水素ガスの流量制御が容易にで
き、液体水素貯蔵装置３の簡素化と小型化を図ることが
できるとともにコストダウンを図ることができる。この
ように外部動力を必要としない液体水素貯蔵装置３は、
水素を燃料とする本実施の形態の燃料電池自動車１や内
燃機関自動車に搭載する場合に特に有効である。これら
自動車に液体水素貯蔵装置３を搭載した場合、液体水素
貯蔵タンク５内の圧力が開放弁７の開弁圧力Ｐ1より上
昇するのは、車両の停止中であることが殆どであると予
想されるが、その時には外部動力の駆動源が得られにく
いからである。

【００３９】また、液体水素貯蔵タンク５のほかに、水
素吸蔵合金タンクのようなタンクを設ける必要がないの
で、水素貯蔵システムの構成が簡単になり、且つ、軽量
にでき、車両搭載性に優れている。

【００４０】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではなく、例えば、液体水
素貯蔵装置は、水素を燃料とする内燃機関自動車に搭載
することも可能である。また、所定量の水素ガスを貯蔵
可能なアセトンを収容したアセトンタンクを設けて、ア
セトンタンクとタンク５を連通し、アセトンタンクの水
素貯蔵容量を越えた時に、開放弁７から水素ガスを放出
し触媒燃焼器９で燃焼させるようにしてもよい。また、
開放弁７の開弁圧力Ｐ1を、水素の沸点が平衡する臨界
圧力である約１．３ＭＰａに設定して、タンク５内にお
ける液体水素の沸点を上昇させて、ボイルオフガスの発
生を抑制するようにしてもよい。

【００４１】また、触媒燃焼器９に空気を供給するため
の空気供給手段はエゼクタ８に限られるものではなく、
外部動力により作動せしめられるコンプレッサにより構
成して、開放弁７の開弁期間中、前記コンプレッサが作
動するように電気的に制御しても構わない。開放弁７か
ら放出される水素ガスを加熱する加熱手段は熱交換器２
１に限られるものではなく、外部熱源を利用した加熱手
段であってもよい。水素ガスの流量を制御する流量制御
手段は可変オリフィス３０に限られるものではなく、外
部動力で開度制御される流量制御弁で構成することも可
能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載の発明によれば、開放弁から排出された水素ガスは触
媒燃焼器において酸化されて、空気とともに外部に放出
されるので、極めて水素濃度の低いガスとして外部に放
出することができるという優れた効果が奏される。請求
項２に記載した発明によれば、外部動力を用いることな
く触媒燃焼器に空気を供給することができるので、制御
が容易にでき、液体水素貯蔵装置の簡素化と小型化を図
ることができるとともにコストダウンを図ることができ
るという効果がある。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、極低温の
水素ガスを加熱してから触媒燃焼器に導入することがで
きるので、触媒燃焼器の触媒の温度を急速に活性温度ま
で上昇させることができ、その結果、水素ガスを迅速に
酸化処理することができ、水素濃度の高いガスの排出量
を低減することができるという効果がある。請求項４に
記載した発明によれば、外部熱源を用いることなく水素
ガスを加熱することができるので、制御が容易にでき、
液体水素貯蔵装置の簡素化と小型化を図ることができる
とともにコストダウンを図ることができるという効果が
ある。

【００４４】請求項５に記載した発明によれば、エゼク
タおよび触媒燃焼器に導入される極低温の水素ガスの流
量を制御することができ、エゼクタの空気吸引量を制御
することができるので、吸引された外部空気内の水分の
凍結によるエゼクタや触媒燃焼器の機能低下等の不具合
が生じるのを未然に防止することができるという効果が
ある。

【００４５】請求項６に記載の発明によれば、水素ガス
が低温時にはエゼクタおよび触媒燃焼器に導入される水
素ガスの流量を少なくすることができ、エゼクタにより
吸引される外部空気の流量を少なくすることができるの
で、エゼクタに吸引された外部空気中の水分の凍結によ
るエゼクタや触媒燃焼器の機能低下を防止することがで
きる。また、触媒燃焼器の触媒の温度を迅速に活性温度
まで上昇させることができ、その結果、水素ガスを迅速
に酸化処理することができ、水素濃度の高いガスの排出
量を低減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る液体水素貯蔵装置を搭載した
燃料電池自動車の構成図である。

【図２】この発明に係る液体水素貯蔵装置の第１の実
施の形態の構成図である。

【図３】必要触媒体積とボイルオフガスの処理時間と
の関係を示す図である。

【図４】この発明に係る液体水素貯蔵装置の第２の実
施の形態の構成図である。

【図５】前記第２の実施の形態の液体水素貯蔵装置に
用いられる可変オリフィスの概略構成図である。

【図６】前記第２の実施の形態の液体水素貯蔵装置に
おける作用を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

３・・・液体水素貯蔵装置５・・・液体水素貯蔵タンク７・・・開放弁８・・・エゼクタ（空気供給手段）９・・・触媒燃焼器１０・・・液体水素１１・・・水素ガス１４・・・水素排出管（水素排出流路）２１・・・熱交換器（加熱手段）３０・・・可変オリフィス（流量制御手段）

フロントページの続き (72)発明者斗ヶ沢秀一埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 3E072 AA03 BA11 3E073 AB01 DD01 5H027 AA02 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵タンク
と、前記液体水素貯蔵タンクの内部圧力が所定圧力より
も高くなったときに前記液体水素貯蔵タンク内の水素ガ
スを外部に放出する開放弁と、を備えた液体水素貯蔵装
置において、前記開放弁から放出される水素ガスを燃焼する触媒燃焼
器と、前記開放弁から放出された水素ガスを前記触媒燃焼器に
導く水素排出流路と、前記開放弁から水素ガスが放出されるときに前記触媒燃
焼器に空気を供給する空気供給手段と、を備えたことを特徴とする液体水素貯蔵装置。
【請求項２】前記空気供給手段は、前記水素排出流路
に設置されて水素ガスの流通により外部空気を吸引する
エゼクタであることを特徴とする請求項１に記載の液体
水素貯蔵装置。
【請求項３】前記水素排出流路における前記開放弁と
前記エゼクタとの間に、前記開放弁から放出された水素
ガスを加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求
項２に記載の液体水素貯蔵装置。
【請求項４】前記加熱手段は、前記触媒燃焼器から排
出された燃焼ガスと前記開放弁から放出された水素ガス
とを熱交換させることを特徴とする請求項３に記載の液
体水素貯蔵装置。
【請求項５】前記エゼクタよりも上流における前記水
素排出流路に、水素ガス流量を制御する流量制御手段を
備えたことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれ
かに記載の液体水素貯蔵装置。
【請求項６】前記流量制御手段は、水素ガスの温度が
所定温度未満のときは水素ガス流量を少なくするように
制御することを特徴とする請求項５に記載の液体水素貯
蔵装置。