JP2002121001A

JP2002121001A - 水素供給装置

Info

Publication number: JP2002121001A
Application number: JP2000312551A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Shimada; 毅昭島田; Yoshio Nuitani; 芳雄縫谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-23
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: US20020045079A1; JP4454824B2; US6861168B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水素供給装置の小型・軽量化を図る。【解決手段】ダクト３内に水素吸蔵タンク１を設置
し、ダクト３内における水素吸蔵タンク１よりも上流に
熱交換チューブ５を設ける。ダクト３内には第１ファン
２７により外気を導入し、熱交換チューブ５には燃料電
池７を冷却した冷却水を導入する。水素吸蔵タンク１に
は水素吸蔵合金を収容し、水素吸蔵合金から放出された
水素を、水素供給管９，１３と流量制御弁Ｖ1を介して
燃料電池７に供給する。外気が熱交換チューブ５を通過
する際に加熱され、加熱された外気が水素吸蔵タンク１
の周囲を通過する際に、水素吸蔵タンク１を加熱する。

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、水素吸蔵合金に
吸蔵されている水素を、燃料電池や水素エンジン等の水
素を利用する機器に供給する水素供給装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、水素を吸蔵させておいた水素
吸蔵合金から水素を放出させて例えば自動車等の移動体
に搭載した燃料電池などの水素利用機器に水素を供給す
るシステムは、多々開発されている（特開昭６１−２２
０００９号公報、特開平１−２１６０２４号公報等）。

【０００３】この水素吸蔵合金においては、水素の吸蔵
・放出に熱の出入りを伴い、水素を吸蔵させる時には水
素吸蔵合金から熱を除去してやらなければならず、水素
を放出させる時には水素吸蔵合金に熱を供給してやらな
ければならない。この時の熱量は、水素１モル当たりに
して２０〜４０ｋＪという巨大な熱量である。ここで、
水素放出に必要な熱量は、水素吸蔵合金の熱容量により
賄われ、その結果、水素吸蔵合金の温度が低下する。

【０００４】ところで、一般的に、水素吸蔵合金は合金
温度が高くなるほど水素解離圧（水素放出平衡圧）が高
くなる性質を有しており、前述の如く水素の放出に伴い
水素吸蔵合金の温度が低下すると水素解離圧（以下、解
離圧と略す）が低下していく。図４は、縦軸に解離圧
（絶対圧）、横軸に温度（上側は゜Ｃ表示、下側は絶対
温度Ｔの逆数を１０００倍した数値で示す表示）をとっ
て示す解離圧特性図である。図４において、実線と破線
は解離圧特性を異にする２種類の水素吸蔵合金を示して
おり、また、放出限界圧とは前記水素利用機器に水素を
供給するために必要な解離圧の下限値であり、解離圧が
放出限界圧よりも下回ると水素を供給することができな
くなる。したがって、水素放出に伴って水素吸蔵合金の
温度が低下したときには、解離圧が放出限界圧よりも下
がらないように水素吸蔵合金を加熱する必要がある。そ
のため、このシステムでは水素吸蔵合金に熱交換器を併
設するのが一般的である。

【０００５】そして、水素吸蔵合金から水素を放出する
ときには前記熱交換器によって水素吸蔵合金を加熱し、
水素吸蔵合金に水素を吸蔵させるときには前記熱交換器
により水素吸蔵合金を冷却する。従来は、この熱交換器
の熱媒体として、燃料電池など水素利用機器の冷却水を
用いていた。即ち、水素利用機器を冷却した冷却水はか
なりの高温になるので、この冷却水を熱媒体として熱交
換器に供給して、水素放出時における水素吸蔵合金の加
熱を行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記熱
交換器の熱媒体に冷却水を用いた場合には、水素利用機
器と水素吸蔵合金との間で冷却水を循環させる冷却水回
路を設けなければならず、装置の複雑化、大型化を招く
という問題があった。また、冷却水の保有水量の増大に
より、重量増大を招くという問題もある。そこで、この
発明は、水素放出時に水素吸蔵合金を加熱する熱媒体と
して空気を用いることにより、構造簡易で小型・軽量化
が可能な水素供給装置を提供するものである。

【０００７】

【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、水素を利用する水素利
用機器（例えば、後述する実施の形態における燃料電池
７）と、水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵タンク（例え
ば、後述する実施の形態における水素吸蔵タンク１）
と、前記水素吸蔵タンクから放出された水素を前記水素
利用機器へ供給する水素供給手段（例えば、後述する実
施の形態における水素供給管９，１３および流量制御弁
Ｖ1）と、を備えた水素供給装置において、前記水素利
用機器が水素を消費することで発生する熱により暖めら
れた空気で前記水素吸蔵タンク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ダクト３および熱交
換チューブ５）を備えたことを特徴とする。このように
構成することで、水素吸蔵タンクを加熱する熱源を水素
利用機器で発生する熱で賄うことができる。また、この
熱で暖められた空気を熱媒体としているので、装置構成
を簡素化でき、重量低減が可能となる。

【０００８】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載の発明において、前記水素利用機器は水素と空気中の
酸素の化学反応で電気を発生させる燃料電池であり、前
記暖められた空気は前記燃料電池から排出された生成水
を含む排出空気であることを特徴とする。このように構
成することで、生成水を含む湿潤空気は乾いた空気より
も熱量が大きいので、水素吸蔵タンクおよび水素吸蔵合
金と空気との熱交換効率が大きくなる。

【０００９】請求項３に記載した発明は、請求項１また
は請求項２に記載の発明において、前記暖められた空気
と該空気と温度の異なる空気とを混合する混合手段（例
えば、後述する実施の形態における合流ダクト２１，外
気ダクト２３，内気ダクト２５）を、前記水素吸蔵タン
クの上流に備えたことを特徴とする。このように構成す
ることで、水素吸蔵タンクを加熱する空気の温度を所望
の温度に制御可能となる。

【００１０】請求項４に記載した発明は、請求項３に記
載の発明において、前記温度の異なる空気の流量を制御
する流量制御手段（例えば、後述する実施の形態におけ
る流量制御弁Ｖ2〜Ｖ4）を前記混合手段に備え、前記流
量制御手段は前記水素吸蔵合金の要求温度に応じて制御
されることを特徴とする。このように構成することで、
水素吸蔵合金を常にその要求温度に保持することが可能
となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る水素供給装
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。〔第１の実施の形態〕初めに、この発明に係る水素供給
装置の第１の実施の形態を図１から図５の図面を参照し
て説明する。図１は、水素供給装置を備えた自動車用燃
料電池システムの構成図である。内部に水素吸蔵合金を
備えた水素吸蔵タンク１はダクト（加熱手段）３内の下
流部位に設置されている。水素吸蔵タンク１はステンレ
ス（ＳＵＳ３０４）製で耐圧１０ＭＰａで設計されてお
り、外周面に多数のフィン１ａを備えている。この水素
吸蔵タンク１に水素吸蔵合金が充填率５０％で充填され
ている。充填されている水素吸蔵合金はＬａＮｉ₅系
で、図４において実線で示す解離圧特性を有しており、
４０゜Ｃで解離圧が１０気圧以上になっている。

【００１２】ダクト３の内部であって水素吸蔵タンク１
よりも上流側には熱交換チューブ（加熱手段）５が設け
られている。この熱交換チューブ５は、ダクト３の外部
に設置された燃料電池（図１ではＦＣと記す）７の冷却
水回路（図示せず）に接続されていて、燃料電池７の冷
却水が循環するようになっている。水素利用機器として
の燃料電池７は、水素と空気中の酸素とを化学反応させ
て電気を発生させるタイプのものであり、前記冷却水は
燃料電池７が発電時に発生する熱を除去するためのもの
である。燃料電池７を冷却することによって加熱された
冷却水が熱交換チューブ５に導入され、熱交換チューブ
５を通過する際にダクト３を流れる空気と熱交換し、こ
れにより冷却水は冷却され再び燃料電池７の冷却水回路
に戻るようになっている。つまり、熱交換チューブ５は
燃料電池７の冷却ラジエータと言うことができる。

【００１３】水素吸蔵タンク１内において水素吸蔵合金
から放出された水素は、水素供給管９、流量制御弁Ｖ
1、水素供給管１３を介して燃料電池７に供給されるよ
うになっている。この実施の形態において、水素供給管
９と流量制御弁Ｖ1と水素供給管１３は水素供給手段を
構成する。尚、水素供給管１３には流量計１５が設置さ
れている。また、水素吸蔵タンク１内の水素は、水素供
給管９、流量制御弁Ｖ1、水素供給管１７を介して、ダ
クト３の外部に設置された水素貯蔵タンク（図１ではガ
スタンクと記す）１９にも供給可能にされている。水素
貯蔵タンク１９は、低温のため水素吸蔵合金から水素を
放出できず、水素吸蔵タンク１から燃料電池７に水素を
供給できない時に、水素貯蔵タンク１９内の水素を燃料
電池７に供給するためのものである。流量制御弁Ｖ1は
その弁体位置によって水素の流路を４パターンに切り替
え可能にするものであり、第１の弁体位置では水素供給
管９と水素供給管１３を連通して水素供給管１７を閉塞
し、第２の弁体位置では水素供給管９と水素供給管１７
とを連通して水素供給管１３を閉塞し、第３の弁体位置
では水素供給管１３と水素供給管１７とを連通して水素
供給管９を閉塞し、第４の弁体位置では全ての水素供給
管９，１３，１７を閉塞するようになっている。

【００１４】一方、ダクト３において水素吸蔵タンク１
と熱交換チューブ５との間には、合流ダクト２１が連結
されており、この合流ダクト２１には、外気を導入可能
な外気ダクト２３と、自動車の室内空気を導入可能な内
気ダクト２５が接続されている。この実施の形態におい
て、合流ダクト２１と外気ダクト２３と内気ダクト２５
は混合手段を構成する。

【００１５】ダクト３内において、熱交換チューブ５の
上流には第１ファン２７が設けられ、水素吸蔵タンク１
の下流には第２ファン２９が設けられている。これらフ
ァン２７，２９の駆動モータ（図示せず）は中央電子制
御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）３７に電気的に接続
されており、ＥＣＵ３７からの指令に基づいてＯＮ／Ｏ
ＦＦ動作するようになっている。

【００１６】また、ダクト３内において、合流ダクト２
１との合流点と熱交換チューブ５との間には流量制御弁
Ｖ2が設けられている。また、外気ダクト２３，内気ダ
クト２５にもそれぞれ流量制御弁Ｖ3，Ｖ4が設けられて
いる。これら流量制御弁Ｖ2〜Ｖ4の弁体を駆動するアク
チュエータ（図示せず）はＥＣＵ３７に電気的に接続さ
れており、ＥＣＵ３７からの指令値に応じて弁体の開度
調整が行われるようになっている。この実施の形態にお
いて、流量制御弁Ｖ2〜Ｖ4は流量制御手段を構成する。

【００１７】水素供給管９，水素供給管１７には圧力セ
ンサ３９，４１が設けられており、これら圧力センサ３
９，４１は検出圧力に応じた出力信号をＥＣＵ３７に出
力する。ダクト３内において、合流ダクト２１との合流
点と水素吸蔵タンク１との間、および、熱交換チューブ
５と流量制御弁Ｖ2との間には、温度センサ４３，４５
が設けられている。また、外気ダクト２３、内気ダクト
２５にも温度センサ４７，４９が設けられている。さら
に、水素吸蔵タンク１内にも内部に収容されている水素
吸蔵合金の温度を検出するための温度センサ５１が設け
られている。これら温度センサ４３，４５，４７，４
９，５１は検出温度に応じた出力信号をＥＣＵ３７に出
力する。

【００１８】このように構成された燃料電池の水素供給
装置においては、水素吸蔵タンク１内の水素吸蔵合金が
水素を放出する際に水素吸蔵合金に奪われる熱を補うた
めに、第１ファン２７によってダクト３内に導入した外
気を、熱交換チューブ５を流れる燃料電池７の冷却水と
熱交換することにより加熱し、加熱された外気を水素吸
蔵タンク１の周囲に流すことにより、外気の熱をフィン
１ａから吸熱させる。

【００１９】また、燃料電池７への水素の安定供給を図
るために、水素吸蔵タンク１内を所定の一定圧力となる
ように制御するが、そのために、水素吸蔵合金の温度、
換言すれば水素吸蔵タンク１内の温度が、前記一定圧力
を解離圧としたときに対応する温度となるように制御す
る。尚、この実施の形態では、水素吸蔵タンク１内の制
御温度を４０゜Ｃとした。

【００２０】そして、この水素供給装置における水素吸
蔵タンク１の前記温度制御では、外気ダクト２３から導
入される外気と、内気ダクト２５から導入される内気
と、ダクト３の上流端から導入され熱交換チューブ５で
加熱された外気（以下、加熱外気と称し、外気ダクト２
３から導入される外気と区別する）とを所定流量比で混
合することにより、水素吸蔵タンク１を所定温度に制御
するのに必要な熱量を水素吸蔵タンク１に供給するよう
にしている。

【００２１】詳述すると、ＥＣＵ３７は、温度センサ５
１の出力信号から、水素吸蔵合金の温度およびその温度
低下率等を算出し、これから水素吸蔵タンク１に供給す
べき空気の温度（以下、目標空気温度という）を算出
し、また、温度センサ４３，４５，４７，４９の出力信
号から水素吸蔵タンク１に供給される空気の温度、加熱
外気の温度、外気ダクト２３から導入された外気の温
度、内気ダクト２５から導入された室内空気の温度を算
出し、温度センサ４３で検出される空気温度が前記目標
空気温度になるように加熱外気、外気、内気の流量比を
算出し、その流量比となるように流量制御弁Ｖ2，Ｖ3，
Ｖ4の弁開度を算出し、それぞれの弁開度に対応する出
力信号を流量制御弁Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4のアクチュエータに
出力する。この流量比制御（即ち、流量制御弁Ｖ2，Ｖ
3，Ｖ4の開度制御）には、ＰＩＤ制御、フィードフォワ
ード制御、フィードバック制御のいずれを採用すること
も可能である。

【００２２】また、この水素供給装置では、通常は水素
吸蔵タンク１から水素を燃料電池７に供給するが、始動
時、寒冷地などにおいて水素貯蔵合金が放出限界圧に対
応する温度以下になったため、水素吸蔵タンク１から水
素を燃料電池７に供給することができないときには、水
素貯蔵タンク１９に貯蔵されている水素を燃料電池７に
供給するようにしている。この時、燃料電池７の排熱に
より水素吸蔵タンク１が水素放出可能な温度になるまで
供給する。また、水素貯蔵タンク１９への水素の貯蔵
は、燃料電池自動車の運転を停止するとき、即ち、燃料
電池７の停止時に適宜実行するようにしている。

【００２３】次に、図２および図３の図面を参照して、
燃料電池への水素供給処理を説明する。なお、図２およ
び図３に示す水素供給処理制御では、水素吸蔵タンク１
内の温度を４０゜Ｃに制御し、水素貯蔵タンク１９内の
圧力を１．０ＭＰａに制御するものとする。上記構成に
したことで、車載した場合に過渡に対応し得る熱量を水
素吸蔵合金自体の熱量で賄うことができる。このため、
外部から水素吸蔵タンク１へ供給する単位時間当たりの
熱量を減少させることができる（図５参照）。まず、燃
料電池自動車の始動時には、ＥＣＵ３７は、イグニッシ
ョンスイッチのＯＮ信号を受けて（ステップＳ１０
１）、ステップＳ１０２に進み、温度センサ５１の出力
信号に基づき水素吸蔵タンク１の温度が０゜Ｃを越えて
いるか否か判定する。

【００２４】ステップＳ１０２において肯定判定した場
合には、水素吸蔵合金から水素放出が可能であるので、
ステップＳ１０３に進んで、流量制御弁Ｖ1の弁体位置
を水素供給管９と水素供給管１３とが連通する位置にし
て水素吸蔵タンク１と燃料電池７とを接続し、水素吸蔵
タンク１から燃料電池７への水素の供給を開始して（ス
テップＳ１０４）、燃料電池７を起動する（ステップＳ
１０５）。次に、ステップＳ１０６に進み、第１ファン
２７および第２ファン２９の運転を開始するとともに、
流量制御弁Ｖ3，Ｖ4を閉じ流量制御弁Ｖ2を全開にし
て、熱交換チューブ５で加熱した外気を水素吸蔵タンク
１に流す。

【００２５】一方、ステップＳ１０２において否定判定
した場合には、水素吸蔵合金から水素を放出することが
できない可能性が大きいので、ステップＳ１０７に進ん
で、流量制御弁Ｖ1の弁体位置を水素供給管１３と水素
供給管１７とが連通する位置にして水素貯蔵タンク１９
と燃料電池７とを接続し、水素貯蔵タンク１９から燃料
電池７への水素の供給を開始して（ステップＳ１０
８）、燃料電池７を起動する（ステップＳ１０９）。

【００２６】ステップＳ１０９に続いて、ステップＳ１
１０に進み、第１ファン２７および第２ファン２９の運
転を開始するとともに、流量制御弁Ｖ3，Ｖ4を閉じ流量
制御弁Ｖ2を全開にして、熱交換チューブ５で加熱した
外気を水素吸蔵タンク１に流す。次に、ステップＳ１１
１に進み、水素吸蔵タンク１の温度が０゜Ｃを越えたか
否か判定し、否定判定した場合にはステップＳ１１０に
戻り、水素貯蔵タンク１９からの水素供給および加熱外
気による水素吸蔵タンク１の加熱を続行する。一方、ス
テップＳ１１１で肯定判定した場合には、ステップＳ１
１２に進み、流量制御弁Ｖ1の弁体位置を水素供給管９
と水素供給管１３とが連通する位置にして水素吸蔵タン
ク１と燃料電池７とを接続し、水素吸蔵タンク１から燃
料電池７への水素の供給を開始する（ステップＳ１１
３）。

【００２７】ステップＳ１０６あるいはステップＳ１１
３に続いてステップＳ１１４に進み、水素吸蔵タンク１
の温度が４０゜Ｃ以上か否か判定する。ステップＳ１１
４において否定判定した場合には、ステップＳ１０６に
戻り、水素吸蔵タンク１からの水素供給および加熱外気
による水素吸蔵タンク１の加熱を続行する。ステップＳ
１１４において肯定判定した場合には、ステップＳ１１
５に進む。ステップＳ１１４での肯定判定により始動時
制御が終了し、通常走行制御に移行する。

【００２８】通常走行時には、ステップＳ１１５におい
て、温度センサ４３，４５，４７，４９，５１の出力信
号に基づいて各部の温度を検出し、ステップＳ１１６に
進んで、水素吸蔵タンク１の温度が４０゜Ｃとなるよう
に混合空気の温度（目標空気温度）を算出する。次に、
ステップＳ１１７に進み、前記目標空気温度となるよう
に流量制御弁Ｖ2〜Ｖ4の開度を算出し、各流量制御弁Ｖ
2〜Ｖ4のアクチュエータに制御信号を出力する。次に、
ステップＳ１１８に進んで、運転停止指令があるか否か
判定する。ステップＳ１１８で否定判定した場合には、
ステップＳ１１５に戻る。したがって、通常走行状態で
は、運転停止指令がない限り、ステップＳ１１５からス
テップＳ１１７のステップを実行し続けることになる。
ステップＳ１１８において肯定判定した場合には、ステ
ップＳ１１９に進む。ステップＳ１１８での肯定判定に
より通常走行制御が終了し、停止制御に移行する。

【００２９】運転停止時には、ステップＳ１１９におい
て、圧力センサ４１の出力信号に基づいて水素貯蔵タン
ク１９内の圧力が１．０ＭＰａ以上か否か判定する。ス
テップＳ１１９において肯定判定した場合には、次回運
転開始時に水素貯蔵タンク１９から燃料電池７に水素を
供給するようになったとしても十分な量の水素が水素貯
蔵タンク１９内に貯蔵されていると判断できるので、ス
テップＳ１２４に進み、第１ファン２７および第２ファ
ン２９を停止し、流量制御弁Ｖ1の弁体位置を水素供給
管９，１３，１７の総てを閉塞する位置にして、停止動
作を終了する（ステップＳ１２５）。

【００３０】一方、ステップＳ１１９において否定判定
した場合には、ステップＳ１２０に進み、流量制御弁Ｖ
2を全開にし、流量制御弁Ｖ3，Ｖ4を全閉にする。さら
に、ステップＳ１２１に進み、流量制御弁Ｖ1の弁体位
置を水素供給管９と水素供給管１７とが連通する位置に
して水素吸蔵タンク１と水素貯蔵タンク１９とを接続
し、水素吸蔵タンク１から水素貯蔵タンク１９に水素を
充填する（ステップＳ１２２）。これは、ステップＳ１
１９において否定判定したときには、次回運転開始時に
水素貯蔵タンク１９から燃料電池７に水素を供給するよ
うになったときに水素量が不足する虞があるので、運転
停止する前に、水素貯蔵タンク１９に水素を補充するの
である。

【００３１】ステップＳ１２２に続いてステップＳ１２
３に進み、水素貯蔵タンク１９内の圧力が１．０ＭＰａ
以上か否か判定する。ステップＳ１２３において否定判
定した場合には、ステップＳ１２２に戻り、水素貯蔵タ
ンク１９への水素充填をを続行する。ステップＳ１２３
において肯定判定した場合には、ステップＳ１２４に進
み、第１ファン２７および第２ファン２９を停止し、流
量制御弁Ｖ1の弁体位置を水素供給管９，１３，１７の
総てを閉塞する位置にして、停止動作を終了する（ステ
ップＳ１２５）。

【００３２】ところで、この実施の形態における水素供
給装置では、水素吸蔵タンク１に収容した水素吸蔵合金
として、ＬａＮｉ₅系で、図４において実線で示す解離
圧特性を有する水素吸蔵合金を用いたが、これについて
図４および図５を参照して説明する。図４において、破
線は比較例であって、従来から水素吸蔵合金として一般
的に用いられている水素吸蔵合金の解離圧特性を示して
いる。以下、説明の都合上、図４において実線で示す解
離圧特性の水素吸蔵合金を「本水素吸蔵合金」と称し、
図４において破線で示す解離圧特性の水素吸蔵合金を
「従来型水素吸蔵合金」と称して区別する。

【００３３】図４から明らかなように、従来型水素吸蔵
合金の場合には、放出限界圧に対応する温度（以下、こ
れを放出限界温度という）が約５０゜Ｃ弱と高く、した
がって、従来型水素吸蔵合金を使用した場合には水素吸
蔵合金の温度を４０゜Ｃに制御したのでは水素を放出す
ることができず、放出限界温度より高温の例えば約６０
゜Ｃに制御して用いている。しかしながら、６０゜Ｃに
制御しても放出限界温度との差が小さいので、加速・登
坂時などにおいて燃料電池７に供給すべき水素必要量が
急激に増大した場合には、従来型水素吸蔵合金の温度が
放出限界温度以下にならないように、多大な熱量を短時
間のうちに従来型水素吸蔵合金に供給しなければならな
い。このようにした場合には、第１の実施の形態のよう
に燃料電池７の冷却水と熱交換して得た加熱外気では、
投入熱量が間に合わないので、熱交換チューブ５とは別
に加熱手段が必要になる。そうすると、装置が大型化
し、重量も増大してしまう。

【００３４】これに対して、本水素吸蔵合金の場合に
は、放出限界温度が０゜Ｃ以下と極めて低く、水素吸蔵
合金を４０゜Ｃに制御して使用しても、放出限界温度と
の温度差が４０ｄｅｇ以上もある。したがって、本水素
吸蔵合金の場合には、第１の実施の形態のように燃料電
池７の冷却水と熱交換して得た加熱外気で本水素吸蔵合
金を加熱しても、不足する熱量を水素吸蔵タンク１およ
び本水素吸蔵合金の熱容量で賄うことができるので、本
水素吸蔵合金の温度を放出限界温度以下にさせないよう
にすることができる。したがって、本水素吸蔵合金を用
いた場合には、水素吸蔵タンク１を加熱する手段とし
て、燃料電池７の冷却水を熱源とする熱交換器（即ち、
熱交換チューブ５）だけで済み、空気を熱媒体とするこ
とができるので、装置の小型化、軽量化を図ることがで
きる。また、従来は廃棄されるだけであった燃料電池７
の冷却水の廃熱を利用しているので、エネルギを有効利
用することができる。

【００３５】また、第１の実施の形態においては水素吸
蔵タンク１を１０ＭＰａの耐圧設計にしているので、本
水素吸蔵合金の解離圧１０ＭＰａに対応する温度である
約１２０゜Ｃまで昇温可能となる。したがって、水素吸
蔵タンク１への水素充填時に水素吸蔵タンク１および本
水素吸蔵合金を１２０゜Ｃまで昇温することが可能なの
で、放熱効率を向上させることができる。したがって、
水素充填時の水素吸蔵タンク１の冷却方式が空冷であっ
ても、短時間で水素を充填することが可能となる。

【００３６】なお、図５は、加速時に燃料電池７が必要
とする水素流量と、水素吸蔵合金を放出限界温度以下に
させないために水素吸蔵合金に供給すべき投入熱量と、
水素吸蔵合金の温度の時間的推移を示したものであっ
て、投入熱量および水素吸蔵合金温度の線図のうち、実
線は本水素吸蔵合金の場合を示し、破線は従来型水素吸
蔵合金の場合を示している。

【００３７】〔第２の実施の形態〕次に、この発明に係
る水素供給装置の第２の実施の形態を図６の図面を参照
して説明する。第２の実施の形態の水素供給装置が第１
の実施の形態のものと相違する点は、ダクト３に供給さ
れる加熱空気源にある。以下、これについて説明する。
燃料電池７は、固体高分子電解質膜の両側にアノード電
極とカソード電極とを備えて構成されており、アノード
電極に水素を供給し、カソード電極に酸素を含む空気を
供給して、前記固体高分子電解質膜を介した電気化学反
応により電気エネルギを生じさせている。このときに、
燃料電池７内では、水素と酸素の化学反応により水が生
成され、この生成水は水蒸気となって空気とともに燃料
電池７から排出空気（以下、オフガスという）として排
出される。また、前記化学反応は発熱を伴うため、排出
空気はかなりの高温（例えば、６０〜８０゜Ｃ）で排出
される。第２の実施の形態では、この水分を含む高温の
オフガスをダクト３に供給するようにしている。そのた
めに、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態に
おいてダクト３内に設けていた熱交換チューブ５がな
い。即ち、第２の実施の形態では、燃料電池７が外気を
加熱する熱交換器として機能する。

【００３８】次に、図６を参照して、第２の実施の形態
における水素供給装置のシステム構成を説明する。水素
は水素供給管１３を介して燃料電池７に供給され、水素
の排出ガスは水素供給管３１を介して水素供給管１３に
戻されるようになっている。燃料電池７に供給される空
気は、図示しないスーパーチャージャによって加圧さ
れ、その加圧空気が燃料電池７に供給され、この空気の
オフガスは空気導入管３３を介してダクト３に供給され
る。ダクト３に供給される空気は加圧空気であるので、
この第２の実施の形態では第１ファン２７を設ける必要
がない。その他の構成については第１の実施の形態のも
のと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して
説明を省略する。

【００３９】この第２の実施の形態の水素供給装置にお
いては、前述したように水分を含んだ高温の空気オフガ
スがダクト３に供給され、この加熱空気が水素吸蔵タン
ク１に加熱用熱媒として供給される。この水分を含み加
熱された湿潤空気は、第１の実施の形態の乾いた加熱外
気よりも熱量が大きいので、第１の実施の形態の場合よ
りも、水素吸蔵タンク１と空気との熱交換効率を大きく
でき、水素吸蔵タンク１および水素吸蔵合金をより速く
加熱することが可能となる。なお、この第２の実施の形
態においても、第１の実施の形態の場合と同様に外気お
よび内気との混合制御により、水素吸蔵タンク１および
水素吸蔵合金を一定温度に制御することができる。

【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い。例えば、水素利
用機器は燃料電池に限るものではなく、水素エンジンで
あってもよい。また、温度の異なる空気として、燃料電
池に供給される圧縮空気でもよい。圧縮空気は総発熱量
としては燃料電池の発熱による熱と比べて大きくない
が、瞬間的な温度は高い（１２０゜Ｃくらい）。例え
ば、始動時など燃料電池の発電によって得られる熱が充
分でないときなどには、前記圧縮空気を温度の異なる空
気として水素吸蔵タンクに供給することで、水素吸蔵タ
ンクから急速に水素を放出させることができるので、急
速始動ができるとともに、補助水素タンク（実施例にお
ける水素貯蔵タンク１９）の容量を小さくできるので、
装置全体として小型化が図れる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、水素吸蔵タンクを加熱する熱源を
水素利用機器で発生する熱で賄うことができるので、エ
ネルギを有効に利用することができるという優れた効果
が奏される。また、空気を熱媒体としているので、装置
構成を簡素化でき、重量低減が可能という効果もある。
請求項２に記載した発明によれば、生成水を含む湿潤空
気は乾いた空気よりも熱量が大きく、水素吸蔵タンクお
よび水素吸蔵合金と空気との熱交換効率が大きくなるの
で、水素吸蔵合金を迅速に加熱することができ、水素吸
蔵合金から水素を多量に放出させることができるという
優れた効果が奏される。

【００４２】請求項３に記載した発明によれば、水素吸
蔵タンクを加熱する空気の温度を所望の温度に制御可能
となるので、水素吸蔵タンクを所望の温度に制御するこ
とが可能になるという効果がある。請求項４に記載した
発明によれば、水素吸蔵合金を常にその要求温度に保持
することが可能となるので、水素吸蔵タンクから水素利
用機器へ水素を安定供給することができるという優れた
効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る第１の実施の形態の水素供給
装置を備えた自動車用燃料電池のシステム構成図であ
る。

【図２】前記第１の実施の形態における水素供給処理
のフローチャート（その１）である。

【図３】前記第１の実施の形態における水素供給処理
のフローチャート（その２）である。

【図４】水素吸蔵合金の解離圧特性図である。

【図５】車両加速時における燃料電池の必要水素流量
と水素吸蔵タンク加熱用の投入熱量と水素吸蔵合金温度
の時間的推移を示す図である。

【図６】この発明に係る第２の実施の形態の水素供給
装置を備えた自動車用燃料電池のシステム構成図であ
る。

【符号の説明】

１・・・水素吸蔵タンク３・・・ダクト（加熱手段）５・・・熱交換チューブ（加熱手段）７・・・燃料電池（水素利用機器）９，１３・・・水素供給管（水素供給手段）２１・・・合流ダクト（混合手段）２３・・・外気ダクト（混合手段）２５・・・内気ダクト（混合手段）Ｖ1・・・流量制御弁（水素供給手段）Ｖ2〜Ｖ4・・・流量制御弁（流量制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3E072 EA10 4G040 AA16 AA17 AA24 AA29 4G140 AA16 AA17 AA24 AA29 5H027 AA02 BA14 KK41 KK48 MM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素を利用する水素利用機器と、水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵タンクと、前記水素吸蔵タンクから放出された水素を前記水素利用
機器へ供給する水素供給手段と、を備えた水素供給装置において、前記水素利用機器が水素を消費することで発生する熱に
より暖められた空気で前記水素吸蔵タンクを加熱する加
熱手段を備えたことを特徴とする水素供給装置。
【請求項２】前記水素利用機器は水素と空気中の酸素
の化学反応で電気を発生させる燃料電池であり、前記暖
められた空気は前記燃料電池から排出された生成水を含
む排出空気であることを特徴とする請求項１に記載の水
素供給装置。
【請求項３】前記暖められた空気と該空気と温度の異
なる空気とを混合する混合手段を、前記水素吸蔵タンク
の上流に備えたことを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の水素供給装置。
【請求項４】前記温度の異なる空気の流量を制御する
流量制御手段を前記混合手段に備え、前記流量制御手段
は前記水素吸蔵合金の要求温度に応じて制御されること
を特徴とする請求項３に記載の水素供給装置。