JP2003021298A - 水素源用供給装置 - Google Patents

水素源用供給装置

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JP2003021298A JP2002113264A JP2002113264A JP2003021298A JP 2003021298 A JP2003021298 A JP 2003021298A JP 2002113264 A JP2002113264 A JP 2002113264A JP 2002113264 A JP2002113264 A JP 2002113264A JP 2003021298 A JP2003021298 A JP 2003021298A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池に供給するため、簡便、便利に水素
を放出すること。 【解決手段】 本発明は、底部、ポート端、該ポート端
に設けられたガス放出バルブ装置からなる金属水素化物
が充填されている少なくとも一本の加圧ボンベと、ポー
ト端に設けられたガス放出バルブ装置と、内部に閉止端
と開放端を有するコンパートメントが形成され、該開放
端を介してコンパートメント内に前記圧縮ボンベを設置
しコンパートメント内に確実に保持する収容タンクと、
前記コンパートメントの前記閉止端に設けられ、加圧ボ
ンベのガス放出バルブ装置に接続されてガス放出バルブ
装置を作動させる少なくとも一個の簡易接続部と、前記
コンパートメントの周囲に配置され、前記加圧ボンベを
加熱し、一定の圧力で前記ガス放出バルブ装置から水を
を放出させるため加圧ボンベ内の金属水素化物の吸熱反
応を引き起こさせることができる加熱装置とから構成さ
れている水素源用供給装置関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素源用供給装
置、特に、水素源に充填されている金属水素化物の吸熱
反応を引き起こし一定の圧力でガス放出バルブ装置から
水素を放出させることができるよう加熱装置を備えた燃
料電池の水素源用供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人類文明の急速な発達に伴い、石炭、石
油、天然ガスといった従来のエネルギー源の消費が急速
に増大している。この結果、地球環境に深刻な汚染が発
生し、地球規模の温暖化や酸性雨などといった様々な環
境問題を引き起こしている。既存の天然エネルギー資源
に限りがあることは今では周知である。このため、現在
のエネルギー消費量が続けば、既存の天然エネルギー資
源は近い将来全て枯渇してしまう。従って、先進国の多
くは代替エネルギー源の研究開発を行っている。燃料電
池は、最も重要かつ手頃な価格のエネルギー源の一つで
ある。従来の内燃機関よりも燃料電池は高いエネルギー
変換効率、清浄な排気ガス、低騒音、従来のガソリンを
消費しないといった点で優れている。
【０００３】つまり、燃料電池は水素と酸素の電気化学
反応による発電装置である。基本的には、この反応は水
の電気分解反応の逆で化学エネルギーを電気エネルギー
にするものである。燃料電池、例えばプロトン交換膜燃
料電池の基本構造は複数の電池ユニットで構成されてい
る。各電池ユニットは中央にプロトン交換膜（ＰＥＭ）
を備え、その両側にそれぞれ触媒層が設けられているお
り、さらに各触媒層の各面にはガス拡散層（ＧＤＬ）が
形成されている。ＧＤＬに隣接した各最外層に陽極プレ
ートと陰極プレートが設けられている。これらを一体に
組み立てて電池ユニットを作製する。
【０００４】燃料電池の実際の利用に関しては、十分な
量の電気を発生させるため、酸素と水素を燃料電池へ連
続的に供給し、電気化学反応を持続させねばならない。
酸素は通常大気から得るが、燃料電池へ水素を供給する
には特別な供給装置が必要である。
【０００５】周知の水素蓄積手段の一つは、加圧水素ボ
ンベに加圧された低温水素を蓄積し、次にその水素を放
出前に必要動作条件に戻すのである。
【０００６】他の周知な水素蓄積手段は、いわゆる金属
水素化物を用いる方法である。金属水素化物はおかれた
温度に応じた圧力で水素を放出することができ、その水
素放出のプロセスが吸熱反応である。金属水素化物内に
蓄積された水素が完全に放出されると、純粋水素を金属
水素化物に再度充填できる。この水素を充填するプロセ
スが発熱反応である。金属水素化物の温度は、金属水素
化物から放出される水素の圧力に正比例するもので、こ
うした比例関係は供給業者が提供する金属水素化物によ
って異なる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】水素の高燃焼性のた
め、特定の容器への充填や上記電気化学反応を行うのに
必要な水素の放出を行う簡便便利な方法が求められてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の主要な目的は、
燃料電池用供給装置、特に、水素源に充填されている金
属水素化物の吸熱反応を引き起こし一定の圧力でガス放
出バルブ装置から水素を放出させることができるよう加
熱装置を備えた燃料電池の水素源用供給装置に関するも
のである。
【０００９】本発明の供給装置は、金属水素化物内に蓄
積されている水素を放出させるのに特に有用である。
【００１０】本発明の主な技術内容は、金属水素化物が
充填された加圧ボンベを収容するためのコンパートメン
トが内蔵されている少なくとも一つの収容タンクと、前
記加圧ボンベを加熱するためコンパートメントの周囲に
配置された加熱装置を実装することにあり、加圧ボンベ
内で金属水素化物の吸熱反応を起こさせて一定の圧力で
ガス放出バルブ装置から水素を放出させる。
【００１１】添付図面と好適実施態様の説明を参照して
本発明の構造および特性を理解する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の水素源用供給装
置１０の分解斜視図であり、図２は供給装置１０の一端
を示す分解斜視図である。
【００１３】図１と２に示すように、本発明の水素源と
して作用する加圧ボンベ５０が点線で示されており、該
加圧ボンベ５０に金属水素化物（図示せず）が充填され
ている。図示の通り、本実施態様は２本の加圧ボンベ５
０を備えているが、この加圧ボンベ５０の本数は適宜変
更可能である。各加圧ボンベ５０には底端部とポート端
が設けられており、ガス放出バルブ装置５２がポート端
に設けられていてガス排出ポートとして機能する。
【００１４】図１に示す他の部品より、供給装置１０は
収容タンク１２、複数の簡易接続部１４と加熱装置とか
ら構成されている。
【００１５】収容タンク１２には少なくとも１つのコン
パートメント１２２が内部に形成されている。本実施態
様においては、収容タンク１２には２本の加圧ボンベ５
０を収容できるようコンパートメント１２２が２つ形成
されている。
【００１６】各コンパートメント１２２には閉止端１２
４と開放端１２６が設けられている。本実施態様におい
ては、コンパートメント１２２は、主に収容タンク１２
を貫通する穴から形成されており、該穴の一端にはプレ
ート１２８が固定されてコンパートメント１２２の閉止
端１２４を形成している。当然のことながら、他の手段
を採用して収容タンク１２内のコンパートメント１２２
を形成してもよい。コンパートメント１２２の開放端１
２６から収容タンク１２内へ加圧ボンベ５０を挿入す
る。
【００１７】コンパートメント１２２の閉止端１２４に
は簡易接続部１４が設けられている。本実施態様におい
ては、２本の加圧ボンベ５０との接続用に２個の簡易接
続部１４が設けられていて、ガス放出バルブ装置５２を
作動させる。図４は、簡易接続部１４の断面図である。
各簡易接続部１４にはコンパートメント１２２の閉止端
に設けられているプレート１２８に固定された保持リン
グ１４２と、保持リング１４２の中央部にプレート１２
８からコンパートメント１２２側へと垂直に突出したバ
ルブ装置針１４４が設けられている。保持リング１４２
上に、プレート１２８方向に傾斜したスリット１４６が
形成されている。該スリット１４６には加圧ボンベ５０
のポート端に設けられたロック装置５４（図ではロッ
ド）が挿入されるようになっている。このように、加圧
ボンベ５０を開放端１２６からコンパートメント１２２
に挿入し、加圧ボンベ５０のロック装置５４をスリット
１４６に沿って移動させると加圧ボンベ５０がプレート
１２８側へ回転して保持リング１４２に固定されると、
押圧ピン１４４がガス放出バルブ装置５２に挿入されて
ガス放出バルブ装置５２を作動させ、図４に示すように
ガスを放出する。
【００１８】簡易接続部１４の押圧ピン１４４による加
圧ボンベ５０の作動状況は図５ａと５ｂに最もよく示さ
れている。図５ａに示すように、加圧ボンベ５０がまだ
簡易接続部１４の保持リング１４２に接続されている場
合は、ボンベ５０内のガス圧によりバルブ装置５２のバ
ルブ装置ピン５５の回りに設置されている圧縮スプリン
グ５６が伸張状態に維持され、バルブ装置５０をオフ状
態とし、バルブ装置５０からのガス漏出を防止する。加
圧ボンベ５０がコンパートメント１２２内に設置されて
簡易接続部１４の保持リング１４２に固定されている場
合は、簡易接続部１４の押圧ピン１４４でバルブ装置ピ
ン５５を押圧して圧縮スプリング５６に反発弾性が生じ
ると、図５ｂに示すようにバルブ装置５０とバルブ装置
ピン５５が後退してバルブ装置５２が作動し、特定の圧
力で加圧ボンベ５０内のガスが放出される。
【００１９】加圧ボンベ５０を加熱するためコンパート
メント１２２の周囲に加熱装置１６が配置され、加圧ボ
ンベ５０内の金属水素化物の吸熱反応を生じさせて一定
の圧力でガス放出バルブ装置５２から水素を放出させ
る。
【００２０】加熱装置１６は電気ヒーターであってもよ
く、燃料電池から発生する電気エネルギーが供給されて
いる。その他の一定の加熱を行う装置を熱源として用い
ることもできる。
【００２１】図示の実施態様においては、熱源として熱
湯を使用している。図示の通り、加熱装置１６は、熱湯
を蓄積するため収容タンク１２内に設置された水タンク
１６２と、コンパートメント１２２の周囲を流通する複
数の水路１６４とから構成されており、水路１６４内を
通ってコンパートメント１２２の周囲を熱湯が流通する
よう水路１６４と水タンク１６２とを連通させている。
【００２２】図３の水素源用供給装置を示す組立斜視図
にはさらに、水路１６４と熱湯の流通方向が示されてお
り、図６には水路１６４の側面断面図が示されている。
【００２３】図３に示すよに、水タンク１６２の上部に
形成されている水流入孔１６５から水タンク１６２へ熱
湯が流入し、水タンク１６２の下端側に形成されている
水排出孔１６６を介して熱湯は水タンク１６２から排出
される。次に、パイプ（図示せず）を介してプレート１
２８の下端部分に形成されている複数の水流入孔１６７
を介して水路１６４に流入する。さらに、プレート１２
８の下端部分に形成されている複数の水流出孔１６８を
介して水路１６４から排出される。コンパートメント１
２２の周囲を熱湯が流通しているため、熱湯の熱エネル
ギーが加圧水に伝達される。上述のように、金属水素化
物から水素を放出させる工程が吸熱反応である。従っ
て、熱湯の熱エネルギーは吸熱反応に必要なエネルギー
として機能し、圧縮ボンベ５０内の金属水素化物は選択
された温度と対応する圧力にて水素を排出する。
【００２４】水素源用供給装置は燃料電池から発生する
電力、循環熱湯あるいはその他可能な加熱装置を熱源と
して利用するため、供給装置は加圧ボンベ内の金属水素
化物を継続的に加熱して水素を放出させることができ
る。
【００２５】実際には、５０ｐｓｉ〜３００ｐｓｉの圧
力範囲で水素を供給する時に燃料電池の効率が最もよく
なることが分かった。従って、電子制御回路、温度セン
サ、その他の従来手段を用いて加熱装置を制御し、加圧
ボンベに充填されている金属水素化物の特性に合わせて
好適圧力範囲に対応する温度で加圧ボンベを維持する。
金属水素化物に蓄積されている水素が完全に無くなる
と、迅速にコンパートメント１２２から加圧ボンベ５０
を取り除き、純粋水素を金属水素化物に再充填すること
ができ、これにより安全で軽量な水素源として再度利用
してもよい。
【００２６】本発明は従来技術を突破する画期的創作物
に関するものである。上記説明は本発明の好適実施態様
の説明である。しかしながら、本発明の技術思想の範囲
内において当業者は様々な変更や具体化を行うことがで
きる。本発明は好適実施態様に関する特定の詳細事項に
限定されるためではないため、本発明の全体基本機能を
変更することなく好適実施態様の特定の機能に加える変
更を添付特許請求の範囲内で考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の水素源用供給装置の分解斜視図であ
る。
【図２】 図１の水素源用供給装置を示す別の分解斜視
図である。
【図３】 図１の水素源用供給装置及び水路内を流れる
水の概略を示す組立斜視図である。
【図４】 供給装置の簡易接続部と加圧ボンベのガス放
出バルブ装置の相互接続状態を示す断面概略図である。
【図５ａ】 供給装置の簡易接続部から加圧ボンベを取
り外してガス放出バルブ装置がオフ状態にある様子を示
す断面概略図である。
【図５ｂ】 供給装置の簡易接続部に加圧ボンベを接続
してガス放出バルブ装置がオン状態にある様子を示す断
面概略図である。
【図６】 図３の水路の配置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 供給装置 １２ コンパートメント １４ 簡易接続部 ５０ 加圧ボンベ ５２ ガス放出バルブ装置 ５４ ロック装置 ５５ バルブ装置ピン ５６ 圧縮スプリング １２２ コンパートメント １２４ 閉止端 １２６ 開放端 １２８ プレート １４２ 保持リング １４４ 押圧ピン １４６ スリット １６２ 水タンク １６４ 水路 １６５ 水流入孔 １６６ 水排出孔 １６７ 水流入孔 １６８ 水排出孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｊ Ｆターム(参考） 3E072 AA01 DB03 EA10 4G140 AA12 AA16 AA22 AA24 5H027 AA02 BA14

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 底端部、ポート端、及び、該ポート端に
    設けられたガス放出バルブ装置を有する、金属水素化物
    が充填されている少なくとも一本の加圧ボンベと、 前記少なくとも一本の加圧ボンベを収容するため少なく
    とも１つのコンパートメントが内部に形成されたもので
    あって、閉止端と開放端を備え、該開放端を介して前記
    コンパートメント内に前記圧縮ボンベが設置される収容
    タンクと、 前記コンパートメントに収容されている加圧ボンベのガ
    ス放出バルブ装置に接続されてガス放出バルブ装置を開
    放位置にする、前記少なくとも１つのコンパートメント
    の前記閉止端に設けられた少なくとも１つの簡易接続部
    と、 前記少なくとも１つのコンパートメントの周囲に配置さ
    れ、一定の圧力で前記ガス放出バルブ装置から水素を放
    出させるために加圧ボンベ内の金属水素化物の吸熱反応
    を引き起こさせることができる、該コンパートメント内
    に収容されている加圧ボンベを加熱する加熱装置と、 を含む水素源用供給装置。
  2. 【請求項２】 前記加熱装置が、 収容タンク内に形成された熱湯を蓄積する水タンクと、 該水路を介してコンパートメントの周囲に熱湯を流通さ
    せることができるように前記水タンクと連通している前
    記コンパートメントの周囲を囲む複数の水路と、を含む
    請求項１記載の供給装置。
  3. 【請求項３】 各簡易接続部が、 コンパートメントの閉止端に固定された保持リングと、 前記保持リングと加圧ボンベのポート端に接続された取
    り外し自在なロック装置と、 前記保持リングの中央においてコンパートメントの閉止
    端からコンパートメント方向へ突出した押圧ピンと、を
    備え、 開放端から加圧ボンベがコンパートメントへ装着され、
    前記加圧ボンベの前記ポート端が保持リングにロックさ
    れると、押圧ピンがガス放出バルブ装置内に挿入されて
    ガス放出バルブ装置を作動させ、水素を排出させるよう
    になっている請求項１記載の供給装置。
  4. 【請求項４】 前記加熱装置は電気ヒーターである請求
    項１記載の供給装置。
  5. 【請求項５】 前記加熱装置が所定温度の下で圧力を維
    持し、対応する最適圧力にて加熱ボンベから水素を放出
    させる請求項１記載の供給装置。
  6. 【請求項６】 前記対応する最適圧力は、５０ｐｓｉか
    ら３００ｐｓｉの範囲である請求項５記載の供給装置。
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