JP2010266046A - 水素ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主水素貯蔵器内の水素の充填割合が満タンになっている場合であっても、副水素貯蔵器内の水素を外部へ放出することなく、副水素貯蔵器内の圧力を一定以内に保つことができる水素ガス供給装置を提供する。
【解決手段】水素ガス供給装置１０に蓄圧用タンク２０を設けるとともに、蓄圧用タンク２０は、第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０と連結されている。さらに、第４の供給路２４にはリリーフ弁２５が設けられている。そして、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに、リリーフ弁２５が開弁するとともにサブボンベ１２ａ内の水素ガスが第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０内に放出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素吸蔵材料を使用した水素貯蔵タンクを用いて、例えば水素を燃料とする燃料電池もしくは水素エンジンに水素を供給する水素ガス供給装置に関する。

近年、地球温暖化を抑制する意識が高まり、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車や水素エンジン自動車等の水素を燃料とした水素自動車の開発が盛んである。水素自動車としては、水素供給源として水素ガスが充填された水素貯蔵タンクを搭載するものが一般的である。

水素の貯蔵、輸送の方法として、ある温度、圧力の条件のもとで水素を吸蔵して水素化物になり、必要時に別の温度、圧力の条件のもとで水素を放出する水素吸蔵材料の一種である「水素吸蔵合金」といわれる金属の利用が着目されている。そして、水素吸蔵合金を使用した水素タンクでは、同じ容積で水素貯蔵量を増大させることができるため、注目されている。

このような水素吸蔵合金を水素貯蔵タンク内に収容するとともに、水素貯蔵タンクを冷却することで水素を貯蔵させた後、水素貯蔵タンクへ燃料電池や水素エンジン等にて発生した熱を供給し水素貯蔵タンク内の水素吸蔵合金から水素を放出させ、燃料電池や水素エンジンに水素を供給する水素ガス供給装置が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の水素ガス供給装置は、燃料電池システムにおいて通常発生し得る上限温度（６０℃）を上限とする所定の高温状態（２０℃〜６０℃）で１ＭＰａ以下のプラトー圧を保つ常温動作用の水素吸蔵合金を収容する主水素貯蔵器（主水素貯蔵タンク）を備えている。また、特許文献１に記載の水素供ガス給装置は、低温状態（−１０℃〜２０℃）で０．１ＭＰａのプラトー圧を発生し得る水素吸蔵合金を収容する副水素貯蔵器（副水素貯蔵タンク）をさらに備えている。このように構成された該水素ガス供給装置は、主水素貯蔵器から水素が出せないとき、先ず、副水素貯蔵器から水素を燃料電池側へ供給するとともに、副水素貯蔵器からの水素により燃料電池を起動させた後に発生した熱で主水素貯蔵器を加熱する。そして、主水素貯蔵器からの水素を燃料電池側へ供給するとともに、主水素貯蔵器からの水素を副水素貯蔵器側へ送り、副水素貯蔵器内に水素を貯蔵させる。

また、環境温度が非常に高い温度まで上昇し、副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された１ＭＰａを越えると、副水素貯蔵器内の水素を主水素貯蔵器側に逃し、主水素貯蔵器内で高温用水素吸蔵合金に吸着させることで、副水素貯蔵器内の圧力を１ＭＰａ以下に保つようにしている。

特開２０００−１２０６２号公報

しかしながら、特許文献１の水素ガス供給装置では、副水素貯蔵器内の水素を主水素貯蔵器側に逃すときに、主水素貯蔵器内の水素の充填割合が満タンになっている場合には、副水素貯蔵器内の水素を主水素貯蔵器側に逃すことができず、副水素貯蔵器内の水素を外部へ放出せざるを得ない。水素を外部へ放出することは、安全性の面から考えてあまり好ましくない。

本発明の目的は、主水素貯蔵器内の水素の充填割合が満タンになっている場合であっても、副水素貯蔵器内の水素を外部へ放出することなく、副水素貯蔵器内の圧力を一定以内に保つことができる水素ガス供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の高温状態で水素を放出する高温用水素吸蔵材料を収容する主水素貯蔵器と、前記所定の高温状態よりも低い温度状態で水素を放出し得る低温用水素吸蔵材料を収容する副水素貯蔵器と、前記副水素貯蔵器と放出用管路を介して連結されたタンクと、前記放出用管路に設けられるとともに前記放出用管路を開閉する開閉手段と、を備え、前記開閉手段は、前記副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに前記放出用管路を開くことを要旨とする。

この発明によれば、開閉手段は、副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに放出用管路を開くことで、副水素貯蔵器内の水素を放出用管路を介してタンク内に放出する。よって、副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに、主水素貯蔵器内の水素の充填割合が満タンになっている場合であっても、副水素貯蔵器内の水素を外部へ放出することなく、副水素貯蔵器内の圧力を一定以内に保つことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記開閉手段は、前記副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えると開弁状態となるリリーフ弁であることを要旨とする。

この発明によれば、副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えるとリリーフ弁が開弁状態となるため、副水素貯蔵器内の圧力を監視してバルブを制御することなく、副水素貯蔵器内の水素を放出用管路を介してタンク内に放出することができる。よって、副水素貯蔵器内の圧力を監視してバルブを制御するシステムと比較して、システムを簡素化することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記タンク内には、該タンク内の圧力に応じて該タンク内の容量を調整する容量調整手段が設けられていることを要旨とする。

この発明によれば、例えば、副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えて、タンク内へ放出される際に、容量調整手段によってタンク内の容量を増やすことで、副水素貯蔵器から放出される水素ガスをタンク内に充填することができる容量を確保することができる。よって、副水素貯蔵器内の水素ガスをタンク内に放出するときに、タンク内の水素の充填割合が満タンとなっていることを回避することができ、タンクにおける安全性を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記水素ガス供給装置は車両に搭載されるとともに、前記車両に設けられる駆動輪の回転によって駆動して前記主水素貯蔵器又は前記タンク内の圧力を昇圧させるコンプレッサをさらに設けたことを要旨とする。

この発明によれば、例えば、副水素貯蔵器内の圧力が低い状態のときに、コンプレッサによって主水素貯蔵器又はタンク内の圧力を昇圧させることで、主水素貯蔵器又はタンク内の水素ガスを、主水素貯蔵器又はタンクと副水素貯蔵器との圧力差によって副水素貯蔵器へスムーズに供給することができる。

また、コンプレッサを車両に設けられる駆動輪の回転力を用いて駆動させるため、コンプレッサを駆動させるための別の駆動源を必要とせずに、コンプレッサを駆動することができる。よって、コンプレッサを駆動させるための余分なエネルギーを必要とせずに省エネルギー化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記コンプレッサによって前記タンク内の圧力を一定に保つことを要旨とする。
この発明によれば、タンク内の圧力をコンプレッサによって一定の圧力に保つことで、副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を下回ったときに、タンク内に充填された水素を副水素貯蔵器へスムーズに供給することができる。

この発明によれば、主水素貯蔵器内の水素の充填割合が満タンになっている場合であっても、副水素貯蔵器内の水素を外部へ放出することなく、副水素貯蔵器内の圧力を一定以内に保つことができる。

第１の実施形態における水素ガス供給装置の概略構成図。 水素ガス供給装置におけるサブボンベへ水素ガスを充填する手順を示すフローチャート。 第２の実施形態における蓄圧用タンク内を示す模式図。 第３の実施形態における蓄圧用タンク内を示す模式図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両としての電気自動車の燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給装置に具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。

図１に示すように、水素ガス供給装置１０は、水素ガスが充填されたメインタンク１１と、サブタンク１２とを備えている。メインタンク１１は、主水素貯蔵器としての複数のメインボンベ１１ａを図示しない配管で連結された構成となっている。図１では、便宜上メインボンベ１１ａを４本図示しているが、メインボンベ１１ａの本数は例えば１０本以上である。各メインボンベ１１ａには、燃料電池システムの作動上限温度（１００℃）で１５ＭＰａ以下のプラトー圧を保つ高温用水素吸蔵材料の一種である高温用水素吸蔵合金が収容されている。また、各メインボンベ１１ａには充填割合が満タンの状態において所定圧力（例えば１５ＭＰａ）に水素ガスが充填されている。メインタンク１１には、メインボンベ１１ａ内部の水素吸蔵合金の温度を検出するための温度計１３と、各メインボンベ１１ａ内の水素圧力を検出するための圧力計１４とが配設されている。

サブタンク１２は、副水素貯蔵器としての複数（例えば２本）のサブボンベ１２ａを図示しない配管で連結された構成となっている。各サブボンベ１２ａには、所定の高温状態よりも低い温度状態（−４０℃）で０．１ＭＰａのプラトー圧を保つ低温用水素吸蔵材料の一種である低温用水素吸蔵合金が収容されている。また、各サブボンベ１２ａには充填割合が満タンの状態において所定圧力（例えば１５ＭＰａ）に水素ガスが充填されるようになっている。サブタンク１２には、サブボンベ１２ａ内部の水素吸蔵合金の温度を検出するための温度計１５と、各サブボンベ１２ａ内の水素圧力を検出するための圧力計１６とが配設されている。

また、水素ガス供給装置１０はコンプレッサ１７を備えるとともに、コンプレッサ１７はクラッチ機構１８を介して駆動輪１９と接続されており、クラッチ機構１８によりコンプレッサ１７と駆動輪１９との間の接続／切り離しが行われるようになっている。そして、電気自動車のブレーキング時にコンプレッサ１７と駆動輪１９とがクラッチ機構１８によって接続されることにより、駆動輪１９の回転でコンプレッサ１７を駆動できるようになっている。

水素ガス供給装置１０にはタンクとしての蓄圧用タンク２０がさらに設けられている。蓄圧用タンク２０は、充填割合が満タンの状態において所定圧力（例えば２０ＭＰａ）まで水素ガスが充填可能となっている。なお、蓄圧用タンク２０内に充填可能な水素ガスの所定圧力は、サブタンク１２内に充填可能な水素ガスの所定圧力よりも大きく設定されている。また、蓄圧用タンク２０には、蓄圧用タンク２０内の水素圧力を検出するための圧力計２０ａが配設されている。

メインタンク１１は第１の供給路２１を介して燃料電池３０に連結されている。第１の供給路２１には第１バルブＶ１が設けられている。第１の供給路２１の途中には、第１の供給路２１から分岐される第２の供給路２２が、分岐点Ｓ１からサブタンク１２側へ延びるように設けられている。第２の供給路２２には第２バルブＶ２及び第３バルブＶ３が設けられている。

サブタンク１２には第３の供給路２３が燃料電池３０側へ延びるように設けられている。第３の供給路２３における燃料電池３０側端部は、第１の供給路２１における分岐点Ｓ１と第１バルブＶ１との間に接続されている。よって、サブタンク１２は、第３の供給路２３及び第１の供給路２１の一部を介して燃料電池３０と連結されている。また、第３の供給路２３には第４バルブＶ４が設けられている。

第３の供給路２３の途中には、第３の供給路２３から分岐される第４の供給路２４が、分岐点Ｓ２から蓄圧用タンク２０に向かって延びるように設けられるとともに、第４の供給路２４の蓄圧用タンク２０側端部は蓄圧用タンク２０と接続されている。よって、サブタンク１２は、第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０と連結されている。また、第４の供給路２４にはリリーフ弁２５が設けられている。リリーフ弁２５を構成する圧縮ばねは、サブタンク１２側の圧力が所定圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えたときに、リリーフ弁２５を構成する弁体が開放するようにばね定数が予め設定されている。

また、第２の供給路２２におけるサブタンク１２側端部は、第３の供給路２３におけるサブタンク１２側端部と分岐点Ｓ２との間に接続されている。よって、メインタンク１１は、第１の供給路２１の一部、第２の供給路２２及び第３の供給路２３の一部を介してサブタンク１２と連結されている。また、第２の供給路２２において、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３との間には、蓄圧用タンク２０から延設された第５の供給路２６が接続されている。よって、メインタンク１１は、第１の供給路２１の一部、第２の供給路２２の一部及び第５の供給路２６を介して蓄圧用タンク２０と連結されている。また、蓄圧用タンク２０は、第５の供給路２６、第２の供給路２２の一部及び第３の供給路２３の一部を介してサブタンク１２と連結されている。さらに、蓄圧用タンク２０は、第５の供給路２６、第２の供給路２２の一部、第３の供給路２３の一部及び第１の供給路２１の一部を介して燃料電池３０と連結されている。

また、第２の供給路２２において、第２バルブＶ２と第３バルブＶ３との間には、コンプレッサ１７から延設された第６の供給路２７が接続されている。コンプレッサ１７は、第６の供給路２７、第２の供給路２２の一部及び第５の供給路２６を介して蓄圧用タンク２０と連結されている。また、コンプレッサ１７は、第６の供給路２７、第２の供給路２２の一部及び第１の供給路２１の一部を介してメインタンク１１と連結されている。

また、蓄圧用タンク２０には、第７の供給路２８がメインタンク１１側へ延びるように設けられている。第７の供給路２８におけるメインタンク１１側端部は、第１の供給路２１における分岐点Ｓ１と第１バルブＶ１との間に接続されている。よって、蓄圧用タンク２０は、第７の供給路２８及び第１の供給路２１の一部を介してメインタンク１１と連結されている。また、第７の供給路２８には第５バルブＶ５が設けられている。

各バルブＶ１〜Ｖ５には電磁弁が使用されている。各バルブＶ１〜Ｖ５は、制御装置３１からの指令で開閉駆動されるようになっている。制御装置３１は、制御動作を所定の手順で実行することができるＣＰＵ３１ａ（中央処理装置）と必要なデータの読出し及び書換え可能なメモリ（図示せず）とが設けられている。ＣＰＵ３１ａは、温度計１３，１５及び圧力計１４，１６，２０ａにより測定した温度及び圧力に基づいて各バルブＶ１〜Ｖ５の開閉を制御している。

メインボンベ１１ａ内に充填されている水素ガスは、第１バルブＶ１が開弁すると、メインボンベ１１ａ側と燃料電池３０側との圧力差によって第１の供給路２１を介して燃料電池３０側へ供給される。また、サブボンベ１２ａ内に充填されている水素ガスは、第４バルブＶ４及び第１バルブＶ１が開弁すると、サブボンベ１２ａ側と燃料電池３０側との圧力差によって第３の供給路２３及び第１の供給路２１の一部を介して燃料電池３０側へ供給される。さらに、蓄圧用タンク２０内に充填されている水素ガスは、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４及び第１バルブＶ１が開弁すると、蓄圧用タンク２０側と燃料電池３０側との圧力差によって、第５の供給路２６、第２の供給路２２の一部、第３の供給路２３の一部及び第１の供給路２１の一部を介して燃料電池３０側へ供給される。

上記構成の水素ガス供給装置１０は、メインタンク１１から水素が放出できない状態のとき、例えば、メインボンベ１１ａが十分に暖まっておらず、メインボンベ１１ａ内の圧力が十分に高くなっていないときには、先ずサブボンベ１２ａ内に充填されている水素ガスを燃料電池３０側へ供給する。そして、サブタンク１２から供給された水素ガスにより燃料電池３０を起動させた後に発生した熱でメインボンベ１１ａが加熱されるとともに、メインボンベ１１ａが十分に暖まった状態になると、メインボンベ１１ａ内に充填されている水素ガスを燃料電池３０側へ供給するようになっている。このとき、第４バルブＶ４は閉弁状態となるとともに、サブタンク１２から燃料電池３０側への水素ガスの供給が停止される。また、メインボンベ１１ａ及びサブボンベ１２ａ内の水素ガスが双方とも空の状態である場合、蓄圧用タンク２０内に充填されている水素ガスが燃料電池３０側へ供給されるようになっている。

次に、上記構成の水素ガス供給装置１０において、サブボンベ１２ａへ水素ガスを充填するための手順を、図２に示すフローチャートにしたがって説明する。
図２に示すように、ＣＰＵ３１ａは、まず、圧力計１６により検出されたサブボンベ１２ａ内の圧力が所定圧力（例えば５ＭＰａ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。この判定結果が肯定の場合、ＣＰＵ３１ａは、サブボンベ１２ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態と判断し、次に、圧力計２０ａにより検出された蓄圧用タンク２０内の圧力が所定圧力（例えば５ＭＰａ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

一方、ステップＳ１１の判定結果が否定の場合、ＣＰＵ３１ａは、サブボンベ１２ａ内にはまだ水素ガスが十分に充填されている状態であり、サブボンベ１２ａ内に水素ガスを充填する必要がないと判断し、ＣＰＵ３１ａにおけるサブボンベ１２ａへ水素ガスを充填する制御処理は終了する。

次に、ステップＳ１２の判定結果が肯定の場合、ＣＰＵ３１ａは、蓄圧用タンク２０内における水素ガスの充填量が不足している状態と判断し、次に、圧力計１４により検出されたメインボンベ１１ａ内の圧力が所定圧力（例えば５ＭＰａ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

一方、ステップＳ１２の判定結果が否定の場合、ＣＰＵ３１ａは、蓄圧用タンク２０内にサブボンベ１２ａへ供給可能な水素ガスが十分に充填されていると判断し、ＣＰＵ３１ａは、第３バルブＶ３を開弁するように第３バルブＶ３を制御する（ステップＳ１５）。すると、蓄圧用タンク２０側とサブボンベ１２ａ側との圧力差によって、蓄圧用タンク２０内の水素ガスが、第５の供給路２６、第２の供給路２２の一部及び第３の供給路２３の一部を介してサブボンベ１２ａ内へ供給される。よって、サブボンベ１２ａ内に水素ガスが充填される。

次に、ステップＳ１３の判定結果が肯定の場合、ＣＰＵ３１ａは、メインボンベ１１ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態と判断し、次に、クラッチ機構１８によって駆動輪１９とコンプレッサ１７とを接続させるとともにコンプレッサ１７を駆動させる（ステップＳ１４）。すると、コンプレッサ１７によって蓄圧用タンク２０内の圧力が昇圧される。さらに、ＣＰＵ３１ａは、第３バルブＶ３を開弁するように第３バルブＶ３を制御する（ステップＳ１５）。すると、蓄圧用タンク２０側とサブボンベ１２ａ側との圧力差によって、蓄圧用タンク２０内の水素ガスが、第５の供給路２６、第２の供給路２２の一部及び第３の供給路２３の一部を介してサブボンベ１２ａ内へ供給される。よって、サブボンベ１２ａ内に水素ガスが充填される。

一方、ステップＳ１３の判定結果が否定の場合、ＣＰＵ３１ａは、メインボンベ１１ａ内にサブボンベ１２ａへ供給可能な水素ガスが十分に充填されていると判断し、ＣＰＵ３１ａは、まず、第２バルブＶ２を開弁するように第２バルブＶ２を制御する（ステップＳ１６）。さらに、ステップＳ１５へ移行し、ＣＰＵ３１ａは、第３バルブＶ３を開弁するように第３バルブＶ３を制御する。すると、メインボンベ１１ａ側とサブボンベ１２ａ側との圧力差によって、メインボンベ１１ａ内の水素ガスが、第１の供給路２１の一部、第２の供給路２２及び第３の供給路２３の一部を介してサブボンベ１２ａ内へ供給される。よって、サブボンベ１２ａ内に水素ガスが充填される。

また、各ボンベ１１ａ，１２ａ及び蓄圧用タンク２０への水素ガスの充填は、水素ステーションと呼ばれるガソリンスタンドやＬＰガススタンドに対応する設備で行われる。
図１に示すように、水素ステーションから供給される水素ガスは、第１バルブ、第２バルブＶ２及び第３バルブＶ３を開弁した状態で、第１の供給路２１における第１バルブＶ１と燃料電池３０との間からメインボンベ１１ａ、蓄圧用タンク２０及びサブボンベ１２ａ側へ一定の充填圧力（例えば１５ＭＰａ）で供給される。

メインボンベ１１ａには高温用水素吸蔵合金が用いられているため、水素ステーションにおいて急速充填が可能である。しかしながら、サブボンベ１２ａには低温用水素吸蔵合金が用いられているため、水素ステーションにおける充填圧力を高くするか、サブボンベ１２ａ内の水素吸蔵合金の温度を極低温まで下げなければ急速に充填することができない。よって、本実施形態においては、水素ステーションにおける各ボンベ１１ａ，１２ａ及び蓄圧用タンク２０への水素ガスの充填は、メインボンベ１１ａ及び蓄圧用タンク２０内の圧力が１５ＭＰａに達したときに充填完了とする。そして、その後、サブボンベ１２ａへ水素ガスを充填する際には、例えば電気自動車が走行しているときに、メインボンベ１１ａ又は蓄圧用タンク２０からサブボンベ１２ａへ水素ガスを供給して、サブボンベ１２ａ内に水素ガスを充填する。

さて、サブボンベ１２ａに用いられている低温用水素吸蔵合金は、環境温度が非常に高い温度まで上昇して常温以上に温度が上昇した際に、サブボンベ１２ａ内の圧力が高い値まで上昇し得る。

上記構成の水素ガス供給装置１０においては、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えたときに、リリーフ弁２５が開弁するとともにサブボンベ１２ａ内の水素ガスが第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０内に放出される。すなわち、第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４によって、サブボンベ１２ａ内の水素を蓄圧用タンク２０内に放出するための放出用管路が構成されている。また、リリーフ弁２５は、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに、サブボンベ１２ａ内の水素ガスを蓄圧用タンク２０内へ放出するために、放出用管路の一部を構成する第４の供給路２４を開く開閉手段として機能する。

サブタンク１２から蓄圧用タンク２０内に放出された水素ガスは、蓄圧用タンク２０内に充填された状態となる。そして、例えば、サブボンベ１２ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態となった場合には、蓄圧用タンク２０内に充填された水素ガスをサブボンベ１２ａに供給することで、サブボンベ１２ａ内に水素ガスを充填する。また、例えば、メインボンベ１１ａ及びサブボンベ１２ａ内における水素ガスの充填量が双方とも不足の状態となったときには、蓄圧用タンク２０内に充填された水素ガスを燃料電池３０側へ供給することができる。さらに、メインボンベ１１ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態となった場合には、第５バルブＶ５を開弁するとともに、蓄圧用タンク２０内に充填された水素ガスを第７の供給路２８及び第１の供給路２１の一部を介してメインボンベ１１ａ内に供給することで、メインボンベ１１ａ内に水素ガスを充填する。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）水素ガス供給装置１０に蓄圧用タンク２０を設けるとともに、サブタンク１２は、第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０と連結されている。さらに、第４の供給路２４にはリリーフ弁２５を設けた。よって、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに、リリーフ弁２５が開弁するとともにサブボンベ１２ａ内の水素ガスが第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０内に放出される。したがって、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに、メインボンベ１１ａ内の水素の充填割合が満タンになっている場合であっても、サブボンベ１２ａ内の水素を外部へ放出することなく、サブボンベ１２ａ内の圧力を一定以内に保つことができる。

（２）第４の供給路２４には、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えると開弁状態となるリリーフ弁２５を設けた。よって、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えるとリリーフ弁２５が開弁状態となるため、サブボンベ１２ａ内の圧力を監視してバルブを制御することなく、サブボンベ１２ａ内の水素を第３の供給路２３の一部及び第４の供給路２４を介して蓄圧用タンク２０内に放出することができる。したがって、サブボンベ１２ａ内の圧力を監視してバルブを制御するシステムと比較して、システムを簡素化することができる。

（３）水素ガス供給装置１０にコンプレッサ１７をさらに設けた。そして、メインボンベ１１ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態と判断されたときには、コンプレッサ１７によって蓄圧用タンク２０内の圧力を昇圧する。よって、蓄圧用タンク２０内の水素ガスを、蓄圧用タンク２０とサブボンベ１２ａとの圧力差によってサブボンベ１２ａへスムーズに供給することができる。

（４）コンプレッサ１７は、電気自動車のブレーキング時にコンプレッサ１７と駆動輪１９とがクラッチ機構１８によって接続されることにより、駆動輪１９の回転で駆動する。よって、コンプレッサ１７を駆動するための別の駆動源を必要とせずに、電気自動車に設けられる駆動輪１９の回転力を用いるだけでコンプレッサ１７を駆動することができる。よって、コンプレッサ１７を駆動させるための余分なエネルギーを必要とせずに省エネルギー化することができる。

（５）上記水素ガス供給装置１０によれば、メインボンベ１１ａ及びサブボンベ１２ａ内における水素ガスの充填量が双方とも不足の状態となったときには、蓄圧用タンク２０内に充填された水素ガスを燃料電池３０側へ供給することができる。蓄圧用タンク２０内に充填されている水素は既にガスの状態で充填されているため、メインボンベ１１ａ及びサブボンベ１２ａのような水素吸蔵合金を用いて化学反応によって水素ガスを放出する場合と比較して、スムーズに燃料電池３０側へ水素ガスを供給することができる。

（６）水素ガス供給装置１０に蓄圧用タンク２０を設けたことで、サブボンベ１２ａ内に水素を充填する際に、メインボンベ１１ａ内の水素ガスの充填量が不足している状態であったとしても、蓄圧用タンク２０からサブボンベ１２ａへ水素ガスを供給して、サブボンベ１２ａ内に水素ガスを充填することができる。

（７）蓄圧用タンク２０は、第７の供給路２８及び第１の供給路２１の一部を介してメインタンク１１と連結されている。よって、メインボンベ１１ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態となった場合には、第５バルブＶ５を開弁するとともに、蓄圧用タンク２０内に充填された水素ガスを第７の供給路２８及び第１の供給路２１の一部を介してメインボンベ１１ａ内に供給することで、メインボンベ１１ａ内に水素ガスを充填することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を車両としての電気自動車の燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給装置に具体化した第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

図３に示すように、蓄圧用タンク２０内には、該蓄圧用タンク２０内の圧力に応じて該蓄圧用タンク２０内の容量を調整する容量調整手段としてのばね機構４１が設けられている。ばね機構４１は、圧縮ばね４２とスライド板４３とから構成されている。圧縮ばね４２の基端部４２ａは蓄圧用タンク２０内の底面に支持されるとともに、圧縮ばね４２の先端部４２ｂにはスライド板４３が支持されている。スライド板４３は圧縮ばね４２によって蓄圧用タンク２０内を上下方向（図３に示す矢印Ｙの方向）に移動可能となっている。圧縮ばね４２は、蓄圧用タンク２０内の圧力が所定圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えたときにスライド板４３が下方へ移動するようにばね定数が予め設定されている。よって、蓄圧用タンク２０内の圧力が１５ＭＰａを越えたときにスライド板４３が下方へ移動することで、蓄圧用タンク２０内の容量が増える。

上記構成の蓄圧用タンク２０を用いた水素ガス供給装置１０によれば、例えば、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えて、リリーフ弁２５を介して蓄圧用タンク２０内へ放出する際に、スライド板４３が下方へ移動し、蓄圧用タンク２０内の容量を増やすことができる。

また、水素ステーションでの水素充填時において、水素ステーションからの一定の充填圧力（例えば１５ＭＰａ）で蓄圧用タンク２０に供給されることで、スライド板４３が下方へ移動し、蓄圧用タンク２０内の容量を増やすことができる。

したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（７）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（８）蓄圧用タンク２０内にばね機構４１を設けるとともに、ばね機構４１は圧縮ばね４２及びスライド板４３により構成されており、圧縮ばね４２は、蓄圧用タンク２０内の圧力が所定圧力を越えたときにスライド板４３が下方へ移動するようにばね定数が予め設定されている。よって、例えば、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えて、リリーフ弁２５を介して蓄圧用タンク２０内へ放出する際に、スライド板４３が下方へ移動し、蓄圧用タンク２０内の容量を増やすことができる。したがって、サブタンク１２から放出される水素ガスを蓄圧用タンク２０内に充填することができる容量を確保することができ、蓄圧用タンク２０における安全性を確保することができる。

（９）また、例えば、水素ステーションでの水素充填時において、水素ステーションからの一定の充填圧力（例えば１５ＭＰａ）で蓄圧用タンク２０に供給されることで、スライド板４３が下方へ移動し、蓄圧用タンク２０内の容量を増やすことができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明を車両としての電気自動車の燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス供給装置に具体化した第３の実施形態を図４にしたがって説明する。

図４に示すように、蓄圧用タンク２０内は、仕切板５３にて上部室Ｒ１と下部室Ｒ２とに仕切られており、下部室Ｒ２内には該蓄圧用タンク２０内の圧力に応じて該蓄圧用タンク２０内の容量を調整する容量調整手段としてのリリーフ弁５１が設けられている。リリーフ弁５１を構成する圧縮ばねは、蓄圧用タンク２０内の圧力が所定圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えたときに、リリーフ弁５１を構成する弁体が開放するようにばね定数が予め設定されている。また、蓄圧用タンク２０内の下部室Ｒ２には、下部室Ｒ２内の圧力を逃すための放出路５２が設けられている。放出路５２は、第５の供給路２６側へ延びるように設けられるとともに、放出路５２における第５の供給路２６側端部が第５の供給路２６と接続されている。

上記構成の蓄圧用タンク２０を用いた水素ガス供給装置１０によれば、第２の実施形態と同様に、例えば、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力（例えば１５ＭＰａ）を越えて、リリーフ弁２５を介して蓄圧用タンク２０内へ放出する際に、リリーフ弁５１が開弁し、蓄圧用タンク２０内の容量を増やすことができる。

また、例えば、水素ステーションでの水素充填時において、水素ステーションからの一定の充填圧力（例えば１５ＭＰａ）で蓄圧用タンク２０に供給されることで、リリーフ弁５１が開弁し、蓄圧用タンク２０内の容量を増やすことができる。さらに、リリーフ弁５１を介して蓄圧用タンク２０内の下部室Ｒ２へ充填された水素ガスは、放出路５２を介して、第５の供給路２６側へ供給される。

したがって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（７）及び第２の実施形態の効果（８）、（９）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。

（１０）蓄圧用タンク２０内の下部室Ｒ２には、下部室Ｒ２内の圧力を逃すための放出路５２が設けられるとともに、放出路５２は第５の供給路２６と連通している。よって、リリーフ弁５１を介して蓄圧用タンク２０内の下部室Ｒ２へ充填された水素ガスは、放出路５２を介して、第５の供給路２６側へ供給される。したがって、下部室Ｒ２内から放出路５２を介して第５の供給路２６側へ供給された水素ガスをサブボンベ１２ａへ供給することができる。また、下部室Ｒ２内から放出路５２を介して第５の供給路２６側へ供給された水素ガスを再び蓄圧用タンク２０の上部室Ｒ１へ戻すことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態において、蓄圧用タンク２０内の圧力をサブボンベ１２ａにおける予め設定された圧力よりも上回るように、コンプレッサ１７によって蓄圧用タンク２０内の圧力を保つようにしてもよい。これによれば、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を下回ったときに、第３バルブＶ３を開弁するだけで、蓄圧用タンク２０内に充填されている水素ガスをサブボンベ１２ａへスムーズに供給することができる。

○ 第１の実施形態において、第４の供給路２４には、開閉手段としてサブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えると開弁状態となるリリーフ弁２５を設けたが、これに限らない。例えば、第４の供給路の途中に開閉手段として電磁弁を設けるとともに、サブボンベ１２ａ内の圧力が予め設定された圧力を越えると該電磁弁が開弁状態となるように、制御装置３１によって制御するようにしてもよい。

○ 第１の実施形態において、コンプレッサ１７は、電気自動車のブレーキング時にコンプレッサ１７と駆動輪１９とがクラッチ機構１８によって接続されることにより、駆動輪１９の回転で駆動できるようにしたが、これに限らず、例えば、コンプレッサ１７の駆動源を別途設けてもよい。

○ 第１の実施形態において、メインボンベ１１ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態と判断されたときには、コンプレッサ１７によって蓄圧用タンク２０内の圧力を昇圧するとともに、蓄圧用タンク２０内の水素ガスをサブボンベ１２ａ内へ供給するようにしたが、これに限らない。例えば、メインボンベ１１ａ内における水素ガスの充填量が不足している状態と判断されたときには、コンプレッサ１７によってメインボンベ１１ａ内の圧力を昇圧するとともに、メインボンベ１１ａ内の水素ガスをサブボンベ１２ａ内へ供給するようにしてもよい。

○ 第１の実施形態において、メインボンベ１１ａ内にサブボンベ１２ａへ供給可能な水素ガスが十分に充填されていると判断されるときには、第２バルブＶ２及び第３バルブＶ３を開弁するとともに、メインボンベ１１ａからサブボンベ１２ａ内へ供給されるようにしたが、これに限らない。例えば、メインボンベ１１ａ内にサブボンベ１２ａへ供給可能な水素ガスが十分に充填されていると判断されるときには、第２バルブＶ２を開弁するとともに、メインボンベ１１ａ内の水素ガスをいったん蓄圧用タンク２０内に充填させ、その後、第３バルブＶ３を開弁するとともに蓄圧用タンク２０内の水素ガスをサブボンベ１２ａ内へ供給するようにしてもよい。

○ 第２及び第３実施形態において、サブボンベ１２ａ内へ水素ガスを充填する際に、メインボンベ１１ａ内の水素ガスをいったん蓄圧用タンク２０内に充填させ、その後、第３バルブＶ３を開弁するとともに蓄圧用タンク２０内の水素ガスをサブボンベ１２ａ内へ供給するようにしてもよい。このときに、容量調整手段（ばね機構４１又はリリーフ弁５１）によって、蓄圧用タンク２０内の容量を小さくすることで、蓄圧用タンク２０への充填時間を短縮させて、メインボンベ１１ａからサブボンベ１２ａへより効率良く水素ガスを供給させるようにしてもよい。

○ 水素ガス供給装置１０は、電気自動車の燃料電池に水素ガスを供給するものに限らず、例えば、水素エンジン車等の水素源として搭載されて使用される水素タンクに水素ガスを供給する供給用として適用してもよい。

○ 水素ガス供給装置１０は車両用に限らず、例えば、車両以外の移動体用に適用したり、家庭用のコジェネレーションシステムに適用したりしてもよい。
○ 水素吸蔵材料は、水素吸蔵合金に限らず、例えば、非金属からなるとともに水素を吸蔵できる材料であってもよい。

１０…水素ガス供給装置、１１ａ…主水素貯蔵器としてのメインボンベ、１２ａ…副水素貯蔵器としてのサブボンベ、１７…コンプレッサ、１９…駆動輪、２０…タンクとしての蓄圧用タンク、２３…放出用管路を構成する第３の供給路、２４…放出用管路を構成する第４の供給路、２５…開閉手段として機能するリリーフ弁、４１…容量調整手段としてのばね機構、５１…容量調整手段としてのリリーフ弁。

Claims (5)

1. 所定の高温状態で水素を放出する高温用水素吸蔵材料を収容する主水素貯蔵器と、
   前記所定の高温状態よりも低い温度状態で水素を放出し得る低温用水素吸蔵材料を収容する副水素貯蔵器と、
   前記副水素貯蔵器と放出用管路を介して連結されたタンクと、
   前記放出用管路に設けられるとともに前記放出用管路を開閉する開閉手段と、を備え、
   前記開閉手段は、前記副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えたときに前記放出用管路を開くことを特徴とする水素ガス供給装置。
2. 前記開閉手段は、前記副水素貯蔵器内の圧力が予め設定された圧力を越えると開弁状態となるリリーフ弁であることを特徴とする請求項１に記載の水素ガス供給装置。
3. 前記タンク内には、該タンク内の圧力に応じて該タンク内の容量を調整する容量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素ガス供給装置。
4. 前記水素ガス供給装置は車両に搭載されるとともに、前記車両に設けられる駆動輪の回転によって駆動して前記主水素貯蔵器又は前記タンク内の圧力を昇圧させるコンプレッサをさらに設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の水素ガス供給装置。
5. 前記コンプレッサによって前記タンク内の圧力を一定に保つことを特徴とする請求項４に記載の水素ガス供給装置。

Images