JP2003176101A - 水素供給機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 水素分離型改質器における水素ガス製造効率
を低下させること無く、水素吸蔵合金を省略することが
出来る燃料電池用水素供給機構の提供。 【解決手段】 液体水素貯蔵手段２２から気化手段４２
を介して水素消費側４８に連通する第１の系統Ｒ１と、
水素分離型改質器３２と水素消費側とを連通する第２の
系統Ｒ２とが合流４３しており、水素分離型改質器より
も水素消費側（下流側）の領域には水素ガス吸引容器２
５が介装されている。該水素ガス吸引容器には、液体水
素貯蔵手段と気化手段とを連通する冷熱配管系（第１の
系統におけるＬ１、Ｌ８）と、温熱を保有する流体（例
えば、水素分離型改質器の燃焼排ガス）が流過する温熱
配管系（例えばＬ５）とが熱的に連通しており、冷熱配
管系と温熱配管系には開閉手段２３、３７、３５が介装
され、水素ガス吸引容器に対して冷熱或いは温熱を選択
的に投入可能に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池等の様に
水素を使用する機器や、燃料電池自動車を対象とする水
素供給ステーション等に対して、水素を供給するための
機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池、燃料電池搭載車、水素
燃料自動車等へ水素を供給する機構には、製造した水素
を液状でタンクに貯蔵しておいて必要に応じて気化させ
て使用する方法や、メタンガス（ＣＨ４）を化学反応さ
せて水素ガスを生成する改質器によって供給する方法、
等が提案されている。

【０００３】これに対して、貯蔵した液体水素を気化し
て供給する系統と、改質器により水素ガスを製造する系
統とを併設したハイブリッド式水素供給機構（ハイブリ
ッド式水素供給ステーション）が近年、提案されてい
る。

【０００４】図４は、ハイブリッッド式水素供給機構を
示したもので、液体水素タンク２と気化器４で構成され
る第１の系統Ｒｐと、従来型の水素分離型改質器６と水
素吸蔵合金８とで構成される第２の系統Ｒｒとの両系統
から供給される水素をクッションタンク１０で合流さ
せ、圧縮機１２で昇圧させ、ディスペンサー１４で用途
に応じた調圧をして水素消費側２０に供給するように構
成されている。

【０００５】ここで、水素吸蔵合金８に水素を吸蔵させ
るには水素吸蔵合金８を冷却媒体で冷却して吸引する必
要があり、吸蔵された水素をクッションタンク１０に吐
出の際には、水素吸蔵合金８を加熱して水素を吐出させ
る必要がある。図４においては、冷媒を循環させて水素
を吸蔵させるためのポンプ１６と冷却塔２２が配置され
ている。

【０００６】また、水素吸蔵合金８は、水素ガス（Ｈ
２）以外の不純物、例えば、水やＣＯ２、ＣＯ、ごみ等
によって容易に損傷し、寿命が短縮されるので、その対
策処理とコストを要する欠点がある。

【０００７】図５は、近時開発された、水素分離型改質
器を模式的に示している。改質器３２は、シェルＡ３２
とその中に配置されたＰｄ合金膜の水素分離管Ｂ３２
と、シェルＡ３２と水素分離管Ｂ３２の間に充填された
触媒Ｃ３２とで構成され、都市ガスＣＨ４が水蒸気改質
反応によってＣＯと３Ｈ２を生成し、ＣＯ変成反応によ
ってＣＯ２とＨ２を生成させる。そして、生成されたＨ
２は水素分離管Ｂ３２を透過して改質器３２外に導かれ
るように構成されている。

【０００８】この水素分離管Ｂ３２から水素ガスＨ２を
透過させて外部Ｔｃへ導くには、外部Ｔｃから水素ガス
を吸引して分離効率を上げる必要がある。図４における
水素吸蔵合金８への冷媒循環も、この吸引作用のための
ものである。上述した様に、水素吸蔵合金８は、水素ガ
スＨ２以外の混合物、例えば水やＣＯ２、ＣＯ、ごみ等
によって損傷し易く、寿命が短縮されるので、その対策
処理とコストを要する欠点がある。そのため、水素吸蔵
合金を使用すること無く、水素分離型改質器を使用した
いという要請が存在する。しかし、水素分離型改質器に
おける水素ガス製造効率を低下させること無く、水素吸
蔵合金を省略することが出来る様な技術は未だに提案さ
れていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、水素分離
型改質器における水素ガス製造効率を低下させること無
く、水素吸蔵合金を省略することが出来る水素供給機構
の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者は種々研究の結
果、水素ガスを冷却して負圧を発生せしめれば、水素吸
蔵合金を用いること無く、水素ガスを吸引出来ること、
負圧発生に液体水素が保有する冷熱が利用可能であるこ
と、の２点に着目した。

【００１１】本発明の水素供給機構は、液体水素貯蔵手
段（液体水素タンク）（２２）から気化手段（ベーパラ
イザー）（４２）を介して水素消費側（例えば、燃料電
池、燃料電池搭載車、水素燃料自動車、その他）（４
８）に連通する第１の系統（Ｒ１）と、水素分離型改質
器（３２）と水素消費側（４８）とを連通する第２の系
統（Ｒ２）とが合流（例えばクッションタンクで合流）
（４３）しており、水素分離型改質器（３２）よりも水
素消費側（下流側）（４８）の領域には水素ガス吸引容
器（水素ガス吸引ベッセル）（２５）が介装されてお
り、該水素ガス吸引容器（２５）には、液体水素貯蔵手
段（２２）と気化手段（４２）とを連通する冷熱配管系
（第１の系統（Ｒ１）における液体水素貯蔵手段（２
２）と気化手段（４２）との間の領域（Ｌ１））と、温
熱を保有する流体（例えば、水素分離型改質器（３２）
の燃焼排ガス）が流過する温熱配管系（例えば、水素分
離型改質器（３２）の燃焼排ガスライン（Ｌ５））とが
熱的に連通しており、冷熱配管系（Ｒ１）と温熱配管系
（Ｒ２）には開閉手段（例えば開閉弁）（２３、３７、
３５）が介装され、水素ガス吸引容器（２５）に対して
冷熱或いは温熱を選択的に投入可能に構成されている
（請求項１）。

【００１２】係る構成を具備する本発明によれば、液体
水素が保有する冷熱を利用して水素ガス吸引容器（ベッ
セル）（２５）を冷却して水素ガスの体積を減少或いは
凝縮せしめることにより、水素ガス吸引容器（２５）内
に負圧を発生して、水素分離型改質器（３２）から水素
ガスを吸引する。水素ガス吸引容器（２５）の容量及び
内圧に相当する量の水素ガスを吸引した後、水素ガス吸
引容器（２５）への液体水素の供給を遮断し、例えば水
素分離型改質器（３２）の燃焼排ガスライン（温熱配管
系）（Ｌ５）内を流れる燃焼排ガス（温熱を保有する流
体）を水素ガス吸引容器（２５）に熱的に連通せしめ、
当該ガスが保有する温熱により、水素ガス吸引容器（２
５）内の水素ガスの体積を膨張させ、水素ガス吸引容器
（２５）内の圧力を増加して、第１の系統（Ｒ１）との
合流点（例えばクッションタンク）（４３）に水素ガス
を吐出せしめる。以下、上述した吸引と吐出とを繰り返
すことにより、水素吸蔵合金を有しなくても、水素分離
型改質器（３２）で製造された水素ガスを吸い込むこと
が出来るのである。

【００１３】本発明において、水素ガス吸引容器（２
５）は複数個設けられており、冷熱配管系（Ｌ１）及び
温熱配管系（Ｌ５）は水素ガス吸引容器（２５）の個数
だけ分岐して各々の水素ガス吸引容器（２５）に連通し
ているのが好ましい（請求項２）。

【００１４】ここで、水素ガス吸引容器が１つのみであ
っても良い。但し、吸引した水素ガスを水素ガス吸引容
器（２５）から吐出する際に、水素ガスの吸引が出来な
くなり、水素分離型改質器（３２）の性能低下の恐れが
ある。連続的な吸引を可能とするため、水素ガス吸引容
器（２５）は複数具備することが好ましい。

【００１５】水素ガス吸引容器（２５）の個数は、２つ
に限定されるものではない。３個以上設けることも可能
である。その様な場合、例えば、１つの吸引容器（２
５）は冷却されて水素ガスを吸引し、他の吸引容器（２
５）は加熱されて、液化した吸引した水素ガスの吐出を
させるようにすることが可能である。

【００１６】吸引する水素ガス吸引容器（２５）
（系）、吐出する水素ガス吸引容器（２５Ａ）（系）と
が最低１つずつあれば、水素分離型改質器（３２）から
水素を連続吸引することが出来る。上記において、冷却
は液体水素の冷熱を使用し、加熱は改質器（３２）排ガ
スが保有する熱量で例えば２００℃まで加熱する。改質
器を出る水素ガスの温度は問わない。バルブの開閉は水
素ガス吸引容器（２５）内の圧力により行う。後記実施
形態の例であれば、吸引時は−０．２ａｔｍＧ（ゲージ
圧）、圧縮時は０．５ａｔｍＧ（ゲージ圧）でバルブの
切換えをする。この制御は、自動制御には限定すること
なく、マニュアル制御も可能である。

【００１７】温熱としては、改質器の排ガスが保有する
熱量には限定しないで、水素供給機構（水素供給ステー
ション）における各種排熱が利用可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の水素供給機構の第
１実施形態を示している。図１において、水素供給機構
は、液体水素貯蔵手段の液体水素タンク２２と、気化手
段のベーパライザー４２と、液体水素タンク２２からベ
ーパライザー４２を介して水素消費側４８に連通する第
１の系統Ｒ１と、水素分離型改質器３２と、水素分離型
改質器３２から水素消費側４８に連通する第２の系統Ｒ
２と、第１、第２水素ガス吸収容器２５、２５Ａと、で
主要構成がなされている。

【００１９】液体水素タンク２２は、別途製造された液
体水素を貯蔵するタンクで、液体水素を輸送する冷熱配
管系の１つである第１冷熱配管Ｌ１を介して第１水素ガ
ス吸引容器（以降、第１水素ガス吸引ベッセルと呼称す
る。）２５に連通されている。第１冷熱配管Ｌ１には、
開閉手段の第１開閉弁２３が介装されている。

【００２０】第１冷熱配管Ｌ１に、開閉手段の第２開閉
弁２７を介装した冷熱配管系の１つである第２冷熱配管
Ｌ２が分岐部Ｂ１で分岐され、第２水素ガス吸引容器
（以降、第２水素ガス吸引ベッセルと呼称する。）２５
Ａに連通されている。

【００２１】第１水素ガス吸引ベッセル２５は、内部に
中空なカプセル状のカプセル体２６を備えたシェル２５
ａで形成され、吸入口２５ｉと吐出口２５ｏが設けられ
ている。

【００２２】カプセル体２６の内部に、熱交換器２４が
配置されていて、一方は第１冷熱配管Ｌ１に連結され、
他方は次記する冷熱配管系の１つである第３冷熱配管Ｌ
８に連結されている。カプセル体２６に、水素分離型改
質器３２に連通する第１水素ガス吸引管Ｌ３が第３開閉
弁３３を介装して連通され、第８開閉弁３８を介装した
第２水素ガス管Ｌ９によってクッションタンク４３に連
通されている。カプセル体２６に、内部の圧力を計測す
る第１圧力センサＰ１と、内部の温度を計測する第１温
度センサＴ１が設けられている。

【００２３】第２水素ガス吸引ベッセル２５Ａは、内部
に中空なカプセル状のカプセル体２６Ａを備えたシェル
２５Ａａで形成され、吸入口２５ｉＡと吐出口２５Ａｏ
が設けられている。

【００２４】カプセル体２６Ａの内部に、熱交換器２４
Ａが配置されていて、一方は第２冷熱配管Ｌ２に連結さ
れ、他方は次記する冷熱配管系の１つである第４冷熱配
管Ｌ１０に連結されている。カプセル体２６Ａに、水素
分離型改質器３２に連通する第２水素ガス吸引管Ｌ４が
第４開閉弁３４を介装して連通され、第１０開閉弁４０
を介装した第２水素ガス管Ｌ１１によって第２水素ガス
管Ｌ９と合流する第２合流部Ｇ２にに連通されている。
カプセル体２６Ａに、内部の圧力を計測する第２圧力セ
ンサＰ２と、内部の温度を計測する第２温度センサＴ２
が設けられている。

【００２５】第１と第２水素ガス吸引ベッセル２５、２
５Ａは、実質的に同形態である。

【００２６】第３冷熱配管Ｌ８は、開閉手段の第７開閉
弁３７及び第１合流部Ｇ１を介してベーパライザー４２
に連通されている。第４冷熱配管Ｌ１０は、開閉手段の
第９開閉弁３９を介装して上記第１合流部Ｇ１に連通さ
れている。

【００２７】水素分離型改質器３２は、図示しないＣＨ
４供給源に連通され、図５で示した改質器３２と同機能
を有して構成されていて、分離された水素ガスが輸送さ
れる第１水素ガス供給管Ｌ３によって前記中空カプセル
体２６に連通されている。第１水素ガス供給管Ｌ３に、
第２分岐部Ｂ２が設けられ、第２分岐部Ｂ２は第４開閉
弁３４を介装した第２水素吸引管Ｌ４よって前記中空カ
プセル体２６Ａに連通されている。

【００２８】水素分離型改質器３２に、改質に要した燃
焼排ガスを排出流過する温熱配管である第１温熱配管Ｌ
５が連結され、第１温熱配管Ｌ５は第３分岐部Ｂ３と開
閉弁である第５開閉弁３５を介装して水素ガス吸引ベッ
セル２５の入り口部２５ｉに連通されている。また、第
３分岐部Ｂ３は、開閉手段の第６開閉弁３６を介装した
第２温熱配管Ｌ６によって水素ガス吸引ベッセル２５Ａ
の入り口部２５Ａｉに連通されている。

【００２９】このようにして、第１、第２温熱配管Ｌ
５、Ｌ６は、前記第１、第２冷熱配管Ｌ１、Ｌ２が開の
ときに閉とし、第１、第２冷熱配管Ｌ１、Ｌ２が閉のと
きに開とするように選択的に、温熱或いは冷熱を前記第
１、第２水素ガス吸引ベッセル２５或いは２５Ａに投入
可能になっている。

【００３０】ベーパライザー４２は、第１または第２水
素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａで冷熱を放出した液体
水素を気化させる機能を有して構成され、管Ｌ１２によ
ってクッションタンク４３に連通されている。

【００３１】クッションタンク４３は、ベーパライザー
４２を介した水素と、第１または第２カプセル体２６ま
たは２６Ａを介した水素と、を圧力及び温度を均一化す
る機能を有して構成され、管Ｌ１３によって圧縮機Ｌ４
に連通されている。

【００３２】圧縮機４４は、各種の水素消費側４８の使
用にたえる水素圧力に水素を昇圧させる機能を有して構
成され、管Ｌ１４によってディスペンサー４５に連通さ
れている。

【００３３】ディスペンサー４５は、各種の水素消費側
４８の使用に応じた調圧その他の機能を有し、必要時に
管Ｌ１５を介して水素消費側４８に連通するよう構成さ
れている。

【００３４】上記構成において、液体水素タンク２２か
ら水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａ、ベーパライザー
４２と、クッションタンク４３と、圧縮機４４と、ディ
スペンサー４５とを経由して水素消費側４８に連通する
経路が冷熱配管系Ｌ１、Ｌ８、Ｌ２、Ｌ１０を含む第１
の系統Ｒ１である。

【００３５】また、水素分離型改質器３２から水素ガス
吸引ベッセル２５、２５Ａ、とクッションタンク４３
と、圧縮機４４と、ディスペンサー４５とを経由して水
素消費側４８に連通する経路が温熱配管系Ｌ５、Ｌ６を
含む第２の系統Ｒ２であり、第１、第２の系統Ｒ１、Ｒ
２は、水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａで熱的に連通
し、クッションタンク４３で合流している。

【００３６】次に、上記構成の本発明の操作を実施する
に当って、水素分離型改質器３２で製造した水素ガスを
水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａに吸引する吸引工程
と、水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａに吸引された水
素ガスを水素消費側４８に吐出する吐出工程とからなる
サイクルの１例について、図１及び図５を参照して説明
する。

【００３７】最初に吸引工程を説明する。簡単のため
に、第１水素ガス吸引ベッセル２５について説明する。
水素分離型改質器３２で製造された水素ガスは、図５に
おける水素分離管Ｂ３２を透過して、外部Ｔｃに相当す
る第１水素ガス吸引ベッセル２５の第１中空カプセル体
２６に連通している。

【００３８】図１において、水素ガスの入口側の第３開
閉弁３３が開で、出口側の第８開閉弁３８を閉の状態に
しておく。カプセル体２６内の状態は例えば２００℃
（４７３Ｋ）、０．５ａｔｍＧ（ゲージ圧）である。そ
して、第１開閉弁２３を開いて−２６０℃の（極低温
の）液体水素を第１熱交換器２４に導き、冷却させる。
なお、図１中の開閉弁の黒塗りは閉止、白は開の状態を
示している。

【００３９】分離水素ガスは第１熱交換器２４によって
冷却され、温度低下と共に容積減少により圧力が減少す
る。前記状態の水素ガスを例えば−１００℃（１７３
Ｋ）まで冷却させると、｛ＰＶ＝ｎＲＴ｝の公知の関係
から、｛Ｐ＝１．５ｘ１７３／４７３＝０．５４９ａｔ
ｍ（−０．４５１ａｔｍＧ）｝の負圧になる。この大気
圧基準で｛−０．４５１ａｔｍＧ、−１００℃｝の状態
で、水素分離型改質器３２から水素ガスを第１中空カプ
セル体２６に吸引する。第１中空カプセル体２６内の水
素ガスが−０．２ａｔｍＧに達した時点で第３開閉弁３
３及び第１開閉弁２３を閉止して吸引を停止する。ここ
までが、吸引工程である。

【００４０】次に吐出工程に移る。これまで閉止してい
た第５開閉弁３５を開にして、燃焼排ガスを吸入口２５
ｉからシェル２５ａ内に導き第１中空カプセル体２６を
加熱させる。第１中空カプセル体２６を加熱させ、例え
ば、−１００℃、−０．２ａｔｍＧの水素ガスを＋２０
０℃（４７３Ｋ）まで昇温させる。これによって、｛Ｐ
＝０．８ｘ４７３／１７３＝２．１８７ａｔｍ（＝１．
１８７ａｔｍＧ）｝となって、大気圧基準で＋１．１８
７ａｔｍの圧力状態になる。上記圧力状態で、第５開閉
弁３５を閉止して、加熱を停止する。次いで、第８閉止
弁３８を開とし、水素ガスをクッションタンク４３に圧
送する。例えば、第１中空カプセル体２６内の内圧が、
０．５ａｔｍＧとなるまで放出（圧送）する。

【００４１】上記の吸引工程及び吐出工程の１サイクル
によって、第１水素ガス吸引ベッセル２５からクッショ
ンタンク４３に吐出する分離水素ガス量は、第１中空カ
プセル体２６の実容積がＶの場合では、｛Ｖ（１．１８
７−０．５）ｘ２７３／４７３＝Ｖｘ０．３９７｝とな
って、実容積の０．３９７倍の吐出量、即ち、吸引量と
なる。

【００４２】上記の操作は、第１中空カプセル体２６に
設けられた第１圧力センサＰ１と第１温度センサＴ１を
基準に手動で行うが、自動制御でもよい。

【００４３】上記は、第１水素ガス吸引ベッセル２５に
ついてのサイクルであって、本発明では第２水素ガス吸
引ベッセル２５Ａを並列に設けているので、第１水素ガ
ス吸引ベッセル２５と第２水素ガス吸引ベッセル２５Ａ
のサイクルを逆にすれば、前記の２倍の分離水素ガス量
をクッションタンク４３に供給できる。

【００４４】図２は、 本発明の第２実施形態の水素ガ
ス吸引ベッセルが３ヶの例を示すブロック構成を示して
いる。図２において、水素供給機構は、液体水素貯蔵手
段の液体水素タンク２２と、気化手段のベーパライザー
４２と、液体水素タンク２２からベーパライザー４２を
介して水素消費側４８に連通する第１の系統Ｒ１Ｂと、
水素分離型改質器３２と、水素分離型改質器３２から水
素消費側４８に連通する第２の系統Ｒ２Ｂと、第１、第
２、第３水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａ、２５Ｂ
と、で主要構成がなされている。以下、図１の第１実施
形態と異なる部分を主体に説明する。

【００４５】液体水素タンク２２は、別途製造された液
体水素を貯蔵するタンクで、液体水素を輸送する第１冷
熱配管Ｌ１を介して第１水素ガス吸引ベッセル２５に連
通されている。第１冷熱配管Ｌ１には、開閉手段の第１
開閉弁２３が介装されている。

【００４６】第１冷熱配管Ｌ１に、開閉手段の第２開閉
弁２７を介装した第２冷熱配管Ｌ２が分岐部Ｂ１で分岐
され、第２水素ガス吸引ベッセル２５Ａに連通されてい
る。

【００４７】また、第１冷熱配管Ｌ１に、第１１開閉弁
４２Ｖを介装した第５の冷熱配管Ｌ１３が分岐部Ｂ０で
分岐され、第３水素ガス吸引ベッセル２５Ｂに連通され
ている。

【００４８】第１水素ガス吸引ベッセル２５は、内部に
中空なカプセル状の第１カプセル体２６を備えたシェル
２５ａで形成され、吸入口２５ｉと吐出口２５ｏが設け
られている。

【００４９】第１カプセル体２６の内部に、熱交換器２
４が配置されていて、一方は第１冷熱配管Ｌ１に連結さ
れ、他方は次記する冷熱配管系の１つである第３冷熱配
管Ｌ８に連結されている。第１カプセル体２６に、水素
分離型改質器３２に連通する第１水素ガス吸引管Ｌ３が
第３開閉弁３３を介装して連通され、第８開閉弁３８を
介装した第２水素ガス管Ｌ９によってクッションタンク
４３に連通されている。カプセル体２６に、内部の圧力
を計測する第１圧力センサＰ１と、内部の温度を計測す
る第１温度センサＴ１が設けられている。

【００５０】第２水素ガス吸引ベッセル２５Ａは、内部
に中空なカプセル状の第２カプセル体２６Ａを備えたシ
ェル２５Ａａで形成され、吸入口２５ｉＡと吐出口２５
Ａｏが設けられている。

【００５１】カプセル体２６Ａの内部に、熱交換器２４
Ａが配置されていて、一方は第２冷熱配管Ｌ２に連結さ
れ、他方は次記する冷熱配管系の１つである第４冷熱配
管Ｌ１０に連結されている。カプセル体２６Ａに、水素
分離型改質器３２に連通する第２水素ガス吸引管Ｌ４が
第４開閉弁３４を介装して連通され、第１０開閉弁４０
を介装した第２水素ガス管Ｌ１１によって第２水素ガス
管Ｌ９と合流する第２合流部Ｇ２にに連通されている。
カプセル体２６Ａに、内部の圧力を計測する第２圧力セ
ンサＰ２と、内部の温度を計測する第２温度センサＴ２
が設けられている。

【００５２】第３水素ガス吸引ベッセル２５Ｂは、内部
に中空なカプセル状の第３カプセル体２６Ｂを備えたシ
ェル２５Ｂａで形成され、吸入口２５ｉＢと吐出口２５
Ｂｏが設けられている。

【００５３】カプセル体２６Ｂの内部に、熱交換器２４
Ｂが配置されていて、一方は第５の冷熱配管Ｌ１３に連
結され、他方は後記する第６の冷熱配管Ｌ１２に連結さ
れている。カプセル体２６Ｂに、水素分離型改質器３２
に連通する第３水素ガス吸引管Ｌ１７が第１１開閉弁５
０を介装して連通され、また、第１３開閉弁５２を介装
した第４水素ガス管Ｌ１５によって第２水素ガス管Ｌ９
と合流する第２合流部Ｇ２にに連通されている。カプセ
ル体２６Ｂに、内部の圧力を計測する第３圧力センサＰ
３と、内部の温度を計測する第３温度センサＴ３が設け
られている。第１、第２、第３水素ガス吸引ベッセル２
５、２５Ａ、２５Ｂは、実質的に同形態である。

【００５４】第３冷熱配管Ｌ８は、開閉手段の第７開閉
弁３７及び第１合流部Ｇ１を介してベーパライザー４２
に連通されている。第４冷熱配管Ｌ１０は、開閉手段の
第９開閉弁３９を介装して上記第１合流部Ｇ１に連通さ
れている。第６の冷熱配管Ｌ１２は、開閉手段の第１４
開閉弁５３を介装して上記第１合流部Ｇ１に連通されて
いる。

【００５５】水素分離型改質器３２は、図示しないＣＨ
４供給源に連通され、図５で示した改質器３２と同機能
を有して構成されていて、分離された水素ガスが輸送さ
れる第１水素ガス供給管Ｌ３によって前記中空カプセル
体２６に連通されている。

【００５６】第１水素ガス供給管Ｌ３に、第２分岐部Ｂ
２が設けられ、第２分岐部Ｂ２は第４開閉弁３４を介装
した第２水素吸引管Ｌ４よって前記中空カプセル体２６
Ａに連通されている。また、第１水素ガス供給管Ｌ３
に、第５分岐部Ｂ５が設けられ、第５分岐部Ｂ５は第１
１開閉弁５０を介装した第３水素吸引管Ｌ１７によって
前記中空カプセル体２６Ｂに連通されている。

【００５７】水素分離型改質器３２に、改質に要した燃
焼排ガスを排出する温熱配管である第１温熱配管Ｌ５が
連結され、第１温熱配管Ｌ５は第４分岐部Ｂ４と開閉弁
である第１２開閉弁５１を介装して第３水素ガス吸引ベ
ッセル２５Ｂの吸入口２５ｉＢに連通されている。第４
分岐部Ｂ４は、分岐管で温熱配管でもある第３温熱配管
Ｌ１８が開閉手段の第１２開閉弁５１を介装して水素ガ
ス吸引ベッセル２５Ｂの吸入口２５ｉＢに連通されてい
る。

【００５８】ベーパライザー４２は、第１、第２、第３
水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａ、２５Ｂで冷熱を放
出した液体水素を気化させる機能を有して構成され、管
Ｌ１２によってクッションタンク４３に連通されてい
る。

【００５９】クッションタンク４３は、ベーパライザー
４２を介した水素と、第１、第２、第３カプセル体２
６、２６Ａ、２６Ｂを介した水素ガスと、を圧力及び温
度を均一化する機能を有して構成され、管Ｌ１３によっ
て圧縮機Ｌ４に連通されている。

【００６０】圧縮機４４は、各種の水素消費側４８の使
用にたえる水素圧力に水素を昇圧させる機能を有して構
成され、管Ｌ１４によってディスペンサー４５に連通さ
れている。

【００６１】ディスペンサー４５は、各種の水素消費側
４８の使用に応じた調圧その他の機能を有し、必要時に
管Ｌ１５を介して水素消費側４８に連通するよう構成さ
れている。

【００６２】上記構成において、液体水素タンク２２か
ら水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａ、２５Ｂと、ベー
パライザー４２と、クッションタンク４３と、圧縮機４
４と、ディスペンサー４５とを経由して水素消費側４８
に連通する経路が冷熱配管系Ｌ１、Ｌ８、Ｌ２、Ｌ１
０、Ｌ１３、Ｌ１２を含む第１の系統Ｒ１Ｂである。

【００６３】また、水素分離型改質器３２から水素ガス
吸引ベッセル２５、２５Ａ、２５Ｂとクッションタンク
４３と、圧縮機４４と、ディスペンサー４５とを経由し
て水素消費側４８に連通する経路が温熱配管系Ｌ５、Ｌ
６、Ｌ１８を含む第２の系統Ｒ２Ｂであり、第１、第２
の系統Ｒ１Ｂ、Ｒ２Ｂは、水素ガス吸引ベッセル２５、
２５Ａ、２５Ｂで熱的に連通し、クッションタンク４３
で合流している。

【００６４】次に、上記構成の第２実施形態の作用を、
図２を参照して、図１と異なる作用を主体に説明する。
個々の第１、第２、第３水素ガス吸引ベッセル２５、２
５Ａ、２５Ｂにおける吸引工程と吐出工程は、前記第１
実施形態で説明と同じである。運転要領としては、第
１、第２、第３水素ガス吸引ベッセル２５、２５Ａ、２
５Ｂにおける吸引工程と吐出工程の各サイクルを、全体
として無駄時間をなくすように運転させる。

【００６５】本水素供給機構が始動して第１の系統Ｒ１
Ｂによって負圧で第１水素ガス吸引ベッセル２５内に所
定圧まで分離水素ガスを吸引する。この過程で第１の系
統Ｒ１Ｂで冷熱を放出した液体水素はベーパライザー４
２を経てクッションタンク４３に供給される。

【００６６】第１の系統Ｒ１Ｂによって所定圧になった
分離水素ガスは、次いで温熱配管Ｌ５またはＬ６によっ
て加熱され昇圧してクッションタンク４３に水素ガスを
供給する。

【００６７】上記第１水素ガス吸引ベッセル２５を、加
熱し昇圧する工程では、第２水素ガス吸引ベッセル２５
Ａ内に第１の系統によって分離水素ガスを吸引する吸引
工程をはじめる。吸引工程が完了後は、温熱配管Ｌ５ま
たはＬ６によって吐出工程に入る。

【００６８】第２水素ガス吸引ベッセル２５Ａの吐出工
程時に、第３水素ガス吸引ベッセル２５Ｂの吸引工程を
はじめる。そして吐出工程に入る。

【００６９】第３水素ガス吸引ベッセル２５Ｂの吐出工
程時に、第１水素ガス吸引ベッセル２５の吸引工程をは
じめる。

【００７０】このように、全構成での吸入工程と吐出工
程を連続させるようにし、第１及び第２系統Ｒ１Ｂ、Ｒ
２Ｂの閉止時間をなくすようにして、分離水素ガスの製
造をする。

【００７１】図３は、第３実施形態であって、水素ガス
吸引ベッセルが１個のみ設けられている実施形態を示
す。前記図１の第１実施形態と異なる部分を主体に説明
する。図１と同じ形態の装置は、原則として同じ符号を
使用して説明する。

【００７２】図３において、水素供給機構は、液体水素
貯蔵手段の液体水素タンク２２と、気化手段のベーパラ
イザー４２と、液体水素タンク２２からベーパライザー
４２を介して水素消費側４８に連通する第１の系統Ｒ１
Ｃと、水素分離型改質器３２と、水素分離型改質器３２
から水素消費側４８に連通する第２の系統Ｒ２Ｃと、水
素ガス吸引ベッセル２５とで主要構成がなされている。

【００７３】液体水素タンク２２は、別途製造された液
体水素を貯蔵するタンクで、液体水素を輸送する冷熱配
管系の１つである第１冷熱配管Ｌ１を介して水素ガス吸
引ベッセル２５に連通されている。第１冷熱配管Ｌ１に
は、開閉手段の第１開閉弁２３が介装されている。

【００７４】水素ガス吸引ベッセル２５は、内部に中空
なカプセル状のカプセル体２６を備えたシェル２５ａで
形成され、吸入口２５ｉと吐出口２５ｏが設けられてい
る。カプセル体２６の内部に、熱交換器２４が配置され
ていて、一方は第１冷熱配管Ｌ１に連結され、他方は後
記する第３冷熱配管Ｌ８に連結されている。

【００７５】カプセル体２６に、水素分離型改質器３２
に連通する第１水素ガス吸引管Ｌ３が第３開閉弁３３を
介装して連通され、第８開閉弁３８を介装した第２水素
ガス管Ｌ９によってクッションタンク４３に連通されて
いる。また、カプセル体２６に、内部の圧力を計測する
圧力センサＰ１と、内部の温度を計測する温度センサＴ
１が設けられている。

【００７６】第１水素ガス吸引管Ｌ３は、分岐点Ｂ３１
からバイパス配管Ｌ３０が分岐している。バイパス配管
Ｌ３０には開閉弁１３１が介装されており、合流点Ｇ３
１にて第２水素ガス管Ｌ９に合流している。なお、第３
冷熱配管Ｌ８は、開閉手段の第７開閉弁３７を介装して
ベーパライザー４２に連通されている。

【００７７】水素分離型改質器３２は、図示しないＣＨ
４供給源に連通され、図５で示した改質器３２と同機能
を有して構成されていて、分離された水素ガスが輸送さ
れる第１水素ガス供給管Ｌ３によって前記中空カプセル
体２６に連通されている。水素分離型改質器３２に、改
質に要した燃焼排ガスを排出する温熱配管である温熱配
管Ｌ５が連結され、温熱配管Ｌ５は開閉弁である第５開
閉弁３５を介装して水素ガス吸引ベッセル２５の入り口
部２５ｉに連通されている。

【００７８】ベーパライザー４２は、水素ガス吸引ベッ
セル２５で冷熱を放出した液体水素を気化させる機能を
有して構成され、管Ｌ１２によってクッションタンク４
３に連通されている。

【００７９】クッションタンク４３は、ベーパライザー
４２を介した水素と、カプセル体２６を介した水素ガス
とを、圧力及び温度を均一化する機能を有して構成さ
れ、管Ｌ１３によって圧縮機Ｌ４に連通されている。圧
縮機４４は、各種の水素消費側４８の使用にたえる水素
圧力に水素を昇圧させる機能を有して構成され、管Ｌ１
４によってディスペンサー４５に連通されている。

【００８０】ディスペンサー４５は、各種の水素消費側
４８の使用に応じた調圧その他の機能を有し、必要時に
管Ｌ１５を介して水素消費側４８に連通するよう構成さ
れている。

【００８１】上記構成の水素供給機構における水素分離
型改質器３２から分離水素ガスを第１の系統Ｒ１Ｃによ
って水素ガス吸引ベッセル２５に吸引する吸引工程と、
水素ガス吸引ベッセル２５に吸引された分離水素ガスを
温熱配管Ｌ５の開通によって加熱し、昇圧させクッショ
ンタンク４３に供給する吐出工程は、第１実施形態と実
質的に同じである。

【００８２】但し、本第３実施形態では、水素ガス吸引
ベッセルが１個のみ設けられているので、吸引及び吐出
の基準となる中空カプセル体２６内の温度、圧力によっ
て操作する開閉弁の数量が少なく、設備コストが低く、
作業及び点検が容易である。また、吐出工程に際して
は、開閉弁３３を閉鎖すると共に、バイパスラインＬ３
０に介装された開閉弁１３１を開放する。水素分離型改
質器３２で生成・分離された水素ガスは、その自圧によ
り、バイパスラインＬ３０を介してクッションタンク４
３（この場合、略大気圧で運転されている）に送出され
るのである。

【００８３】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記載ではない。そ
して、図示の実施形態において上げられた各種数値も単
なる「例」であり、本発明の技術的範囲について、数値
限定をする趣旨ではない旨を付記する。

【００８４】

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列記する。 （１） 本発明によれば、水素ガス吸引ベッセルを設け
て、液体水素の冷熱で水素分離型改質器で製造した水素
ガスを冷却して負圧を生じさせ、改質器から水素ガスを
吸引させるので、水素吸蔵合金を使用せずに効率的に水
素を製造できる。 （２） 水素ガス吸引ベッセルに吸引した水素ガスを、
改質器で使用した燃焼排ガスによって加熱、昇圧して吐
出させるので、燃焼排ガスを有効利用できる。 （３） ベーパライザーで気化した液体水素と改質器で
製造した水素ガスを、クッションタンク４３で圧力及び
温度を均一化させ、圧縮機で所定圧に昇圧させ、ディス
ペンサーで用途に応じた調合にするので、一貫したシス
テムとして各種用途にたえる仕様で供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の第１実施形態を示すブロック構成図。

【図２】本発明の第２実施形態の水素ガス吸引ベッセル
が３ヶの例を示すブロック構成図。

【図３】本発明の第３実施形態の水素ガス吸引ベッセル
が１ヶの例を示すブロック構成図。

【図４】従来のハイブリッッド式水素供給機構を示すブ
ロック構成図。

【図５】水素吸蔵合金を使用しない水素分離型改質器を
模式的に示す構成図。

【符号の説明】

２２・・・液体水素タンク ２３・・・第１開閉弁 ２４・・・第１熱交換器 ２４Ａ・・第２熱交換器 ２５・・・第１水素ガス吸引ベッセル ２５Ａ・・第２水素ガス吸引ベッセル ２６・・・第１中空カプセル体 ２６Ａ・・・第２中空カプセル体 ２７・・・第２開閉弁 ３２・・・水素分離型改質器 ３３・・・第３開閉弁 ３４・・・第４開閉弁 ３５・・・第５開閉弁 ３６・・・第６開閉弁 ３７・・・第７開閉弁 ３８・・・第８開閉弁 ３９・・・第９開閉弁 ４０・・・第１０開閉弁 ４２・・・ベーパライザー ４３・・・クッションタンク ４４・・・圧縮機 ４５・・・ディスペンサー Ｒ１・・・第１の系統 Ｒ２・・・第２の系統 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ８、Ｌ１０・・・第１、２、３、４冷熱
配管 Ｌ３、Ｌ４・・・第１、第２水素ガス吸引管 Ｌ９、Ｌ１１・・・第１、第２水素ガス管 Ｌ５、Ｌ６・・・第１、第２温熱配管 Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・第１、第２、第３分岐部 Ｇ１、Ｇ２・・・第１、第２合流部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白 崎 義 則 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 高 橋 徹 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 AB01 EA03 EA06 EB33 5H027 AA02 BA01 BA13 BA16 MM01 MM08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体水素貯蔵手段から気化手段を介して
   水素消費側に連通する第１の系統と、水素分離型改質器
   と水素消費側とを連通する第２の系統とが合流してお
   り、水素分離型改質器よりも水素消費側の領域には水素
   ガス吸引容器が介装されており、該水素ガス吸引容器に
   は、液体水素貯蔵手段と気化手段とを連通する冷熱配管
   系と、温熱を保有する流体が流過する温熱配管系とが熱
   的に連通しており、冷熱配管系と温熱配管系には開閉手
   段が介装され、水素ガス吸引容器に対して冷熱或いは温
   熱を選択的に投入可能に構成されていることを特徴とす
   る水素供給機構。
2. 【請求項２】 水素ガス吸引容器は複数個設けられてお
   り、冷熱配管系及び温熱配管系は水素ガス吸引容器の個
   数だけ分岐して各々の水素ガス吸引容器に連通している
   請求項１の水素供給機構。