JP2010254485A - 電動車椅子、電動カートの水素ボンベへの水素製造充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車椅子Ｐ、電動カートＤの水素ボンベＢへの水素供給を容易になし得るようにする。
【解決手段】 家庭用燃料電池システムＭに組み込まれ、そのシステムＭは、脱硫器１１、改質器１２、ＰＥＦＣスタック１３、インバータ１４、熱交換器１５、貯湯タンク１６及びバックアップ電源１７とからなる。この家庭用燃料電池システムＭに三方弁２１を介してＣＯ_２除去器２２、水素（Ｈ_２）ストッカー２３が接続され、この水素ストッカー２３に主開閉弁２４を介して所用数の副開閉弁２５が接続されており、常時、システムＭの駆動によって、水素ストッカー２３に所要量の水素ｄを適宜に充填しておく。電動車椅子等の使用によって、その水素ボンベＢが空になれば、その水素ボンベＢを電動車椅子等から外して、水素スットカー２３に副開閉弁を介し接続して水素ｄを充填する。この水素充填は、家庭用燃料電池システムを有する各家庭に於いて行い得るので、非常に便利である。
【選択図】図１

Description

この発明は、駆動用電源として燃料電池システムを搭載した電動車椅子、電動カートの水素ボンベへの水素製造充填装置に関するものである。

近年、燃料電池システムの開発に伴い、身障者や高齢者向け移動手段としての電動車椅子や電動カートの駆動用電源として燃料電池システムが検討されつつある。
例えば、図３に示す電動車椅子Ｐは、車椅子本体１の下部に駆動用モータを、その後側に燃料電池２をそれぞれ設け、その燃料電池２の燃料である水素を供給する水素ボンベＢの収納箱３を背もたれの後面に設けたものである。
また、図４に示す電動カートＤは、座席７の下部に、駆動用モータ、燃料電池２及び水素ボンベＢの収納部を搭載している。
これらの電動車椅子Ｐ又は電動カートＤは、特許文献１、２又は３に詳細を記載のように、操作盤４における操作信号が制御器（図示せず）に送られ、その制御器でもって走行、停止等が行われる。

国際公開ＷＯ２００６／０１９０３０号公報 特開２００８−１４２１７７号公報 特開２００７−２７５２８０号公報 特開２００７−１８７１７４号公報 特開平１０−１３９４０１号公報

この電動車椅子Ｐや電動カートＤ（以下、両者を「電動車椅子等」と言う。）は、水素ボンベＢを搭載し、その水素ボンベＢが空になれば、水素満充填の水素ボンベＢに取り替えることによって、燃料補給を行っており、当然のこととして、その空になった水素ボンベＢには燃料である水素を充填する必要がある。
その水素ボンベＢには、純水素を充填するため、その純水素供給源としては、高圧ガスボンベ（特許文献４ 参照）や水素ステーション（特許文献５ 参照）からの配管供給が必要であった。
しかし、これらの高圧ガスボンベや水素ステーションの設置場所は、高圧水素に関する法規制や立地条件などから限られており、燃料電池システムを搭載した電動車椅子等の普及が遅れている原因にもなっている。

この発明は、この様な実情の下、燃料電池システムを搭載した電動車椅子等の水素ボンベへの供給を容易になし得るようにすることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、まず、近年、家庭用燃料電池が普及し始めており、その家庭用燃料電池に着目したのである。家庭用燃料電池は、都市ガス又は液化石油ガス（ＬＰＧ）等の商用ガスを燃料とし、その燃料を、改質器を用いて、水素：約８０％、二酸化炭素（ＣＯ_２）：約２０％の改質ガス（水素リッチガス）とし、その改質ガスを用いて、電気を生成するとともに、発熱を利用した給湯などをするシステムである。
つぎに、この発明は、この家庭用燃料電池システムにおいて生成される上記改質ガスから、二酸化炭素（ＣＯ_２）を除去した水素をストックし、そのストックした水素を上記水素ボンベに供給することとしたのである。
このようにすれば、電動車椅子等の所有者宅、又はその使用者宅において、家庭用燃料電池システムが導入されれば、その所有者宅等において、その電動車椅子等の燃料用水素の製造充填装置を設置し得ることとなる。使用者宅には、電動車椅子等が訪れる、市役所、区役所、公民館、劇場等の人が集まる各種の建物が含まれる。

この発明の構成としては、燃料電池システムを搭載した電動車椅子又は電動カートの所有者宅、又はその使用者宅に設置される、前記電動車椅子又は電動カートの水素ボンベへの水素製造充填装置であって、都市ガス又は液化石油ガスからなる燃料を改質して水素リッチガスを生成する改質手段と、その改質手段で生成した水素リッチガスから水素を分離して水素ガスを得る水素純化手段と、その水素純化手段で分離した水素の貯蔵手段と、その貯蔵手段の水素を電動車椅子又は電動カートの水素吸蔵合金ボンベに供給する手段とからなり、その改質手段を家庭用燃料電池の改質手段からなるものとした構成を採用することができる。

この構成において、上記家庭用燃料電池が上記改質手段の後段に水素純化手段を有するものの場合は、上記水素純化手段もその家庭用燃料電池の水素純化手段からなるものとし得る。
また、上記水素純化手段と貯蔵手段が水素吸蔵合金法によるものにあっては、一方を他方で兼用することができる。

この発明は、以上のように構成して、一般家庭においても、水素を製造できて貯蔵できるようにしたので、電動車椅子等の所有者又は使用者等の自宅において、自己の電動車椅子等の燃料たる水素の供給が容易となる。

この発明の一実施形態の概略図 この発明の他の実施形態の概略図 電動車椅子の斜視図 電動カートの斜視図

図１に、この発明の一実施形態を示し、この実施形態の水素製造充填装置は、固体高分子形の家庭用燃料電池（ＰＥＦＣ）システムＭに組み込んだものである。
この燃料電池システムＭは、脱硫器１１、改質器１２、ＰＥＦＣスタック１３、インバータ１４、熱交換器１５、貯湯タンク１６及びバックアップ電源１７とからなる。その脱硫器１１に都市ガスａが送り込まれており、この脱硫器１１において、付臭剤に含まれる硫黄が取り除かれた都市ガスａは、水蒸気ｂとともに改質器１２に送り込まれて、７００〜１０００℃の高温下で反応させて、水素（Ｈ_２）とＣＯ_２の改質ガス（水素リッチガス）ｃとなり、この改質ガスｃはＰＥＦＣスタック１３に送られる。

ＰＥＦＣスタック１３では、送られた改質ガスｃ中の水素ｄと空気の酸素でもって、電気と熱と水が生み出され、電気はインバータ１４により直流から交流に変換されて家庭用電源として使用される。水は発生熱によって水蒸気となり、この水蒸気は改質器１２への水蒸気ｂとされたり、熱交換器１５に送られて貯湯タンク１６内の水（湯）と熱交換されたりする。貯湯タンク１６内の湯は、家庭用の給湯として利用される。貯湯タンク１６内の湯がなくなれば、バックアップ電源１７でもって加熱して湯を作って供給する。改質ガスｃ中の不要なＣＯ_２は適宜に大気に放出される。

この家庭用燃料電池システムＭにおいて、改質器１２の下流に三方弁２１が介設されて、その三方弁２１の一口に改質器１２、二口にＰＥＦＣスタック１３、三口にＣＯ_２除去器２２と水素（Ｈ_２）ストッカー２３が接続されている。
この水素ストッカー２３は、水素吸蔵合金を充填したボンベ又は高圧ボンベであって、ＣＯ_２除去器２２からの水素ｄの充分な量を充填可能なものであり、この水素ストッカー２３に主開閉弁２４を介して所用数の副開閉弁２５が接続されている。この副開閉弁２５に、電動車椅子等の水素ボンベＢを接続して水素ｄを充填する。水素吸蔵合金を充填したボンベからなる水素ストッカー２３には加冷温器が付設されており、その加冷温器の冷却作用によって水素ｄを吸蔵（ストック）し、加熱作用によって吸蔵した水素ｄを送り出す。また、高圧ボンベからなる水素ストッカー２３は、周知の水素充填機でもってＣＯ_２除去器２２からの水素ｄを適宜に充填する。これらの水素ストッカー２３と水素ボンベＢの接続態様は、例えば、特許文献４に記載のものとする。

この実施形態は以上の構成であって、その家庭用燃料電池システムＭにおいて水素ストッカー２３に所要量の水素ｄを適宜に充填しておく。電動車椅子等の使用によって、その水素ボンベＢが空になれば、又は、空近くになれば、その水素ボンベＢを電動車椅子等から外して、水素ストッカー２３にその水素ボンベＢを接続して水素ｄを充填する。
この水素充填は、家庭用燃料電池システムＭを有する各家庭に於いて行い得るので、非常に便利である。

この実施形態において、図２に示すように、ＣＯ_２除去器２２を家庭用燃料電池システムＭに設けることができる。この場合、三方弁２１はそのＣＯ_２除去器２２の下流に設けられ、その一口にＣＯ_２除去器２２、二口にＰＥＦＣスタック１３、三口に水素（Ｈ_２）ストッカー２３が接続される。ＣＯ_２除去器２２には、圧力スイング式吸着（ＰＳＡ）法や水素吸蔵合金法等が採用できる。後者の水素吸蔵合金法を採用した場合、水素ストッカー２３が水素吸蔵合金を充填したものであれば、そのＣＯ_２除去器２２と水素ストッカー２３は水素吸蔵合金を充填した同一構成物となるため、ＣＯ_２除去器２２と水素ストッカー２３の一方で他方を兼用することもでき、他方を省略できる。このとき、図２の実施形態では、三方弁２１の三口に主開閉弁２４を接続する。

Ｂ 水素ボンベ
Ｄ 電動カート
Ｍ 家庭用燃料電池システム
Ｐ 電動車椅子
ａ 都市ガス
ｂ 水蒸気
ｃ 改質ガス（水素リッチガス）
ｄ 水素
１１ 脱流器
１２ 改質器
１３ ＰＥＦＣスタック
１４ インバータ
１５ 熱交換器
１６ 貯湯タンク
２１ 三方弁
２２ ＣＯ_２除去器
２３ 水素（Ｈ_２）ストッカー
２４ 主開閉弁
２５ 副開閉弁

Claims (3)

1. 燃料電池システムを搭載した電動車椅子（Ｐ）又は電動カート（Ｄ）の所有者宅、又はその使用者宅に設置される、前記電動車椅子（Ｐ）又は電動カート（Ｄ）の水素ボンベ（Ｂ）への水素製造充填装置であって、
   都市ガス又は液化石油ガスからなる燃料（ａ）を改質して水素リッチガス（ｃ）を生成する改質手段（１２）と、その改質手段（１２）で生成した水素リッチガス（ｃ）から水素を分離して水素ガス（ｄ）を得る水素純化手段（２２）と、その水素純化手段（２２）で分離した水素（ｄ）の貯蔵手段（２３）と、その貯蔵手段（２３）の水素（ｄ）を上記電動車椅子（Ｐ）又は電動カート（Ｄ）の水素吸蔵合金ボンベ（Ｂ）に供給する手段とからなり、前記改質手段（１２）が家庭用燃料電池の改質手段からなる水素製造充填装置。
2. 上記家庭用燃料電池が上記改質手段（１２）の後段に水素純化手段（２２）を有するものにあっては、上記水素純化手段（２２）もその家庭用燃料電池の水素純化手段（２２）からなるものとしたことを特徴とする請求項１に記載の水素製造充填装置。
3. 上記水素純化手段（２２）と貯蔵手段（２３）が水素吸蔵合金法によるものにあっては、一方を他方で兼用するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素製造充填装置。

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