JP2016157522A - 燃料電池システム、水素貯蔵タンク、及び水素貯蔵ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】着脱作業が容易にできる水素貯蔵ユニットと、水素充填に関して容易に行える燃料電池システム、水素貯蔵タンク及び水素貯蔵ユニットを提供する。【解決手段】水素貯蔵タンク２に着脱可能に収容される複数の水素貯蔵ユニット４を備える。水素貯蔵ユニット４の各々は複数の水素ボンベを内蔵する。水素貯蔵ユニット４は同一側面に水素供給口と接続端子とを備え、接続作業を容易にする。水素貯蔵タンク２は、第１マニホールド６と、水素充填口７と、水素放出口８とを備える。第１マニホールド６は水素貯蔵ユニット４への水素流出入経路を形成し、水素貯蔵ユニット４は接続を解除しなくても水素を充填する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システム、水素貯蔵タンク、及び水素貯蔵ユニットに関する。

一般に、水素及び酸素を燃料とする燃料電池は、水素ボンベ内に充填した水素吸蔵合金から燃料電池に水素を供給することにより発電し、電源として使用される。このため、燃料電池をより長時間動作させるためには、水素ボンベの容量を増やす必要があるが、燃料電池本体の寸法上の制約から、収容できる水素ボンベの大きさには限りがある。

従来、特許文献１には、水素貯蔵装置が燃料電池本体とは別に独立した燃料電池システムが提案されている。このシステムにおいて、水素貯蔵装置は可搬構造であり、水素吸蔵合金を内蔵したボンベを複数収容している。

特開平０６−０６０８９４号公報

しかしながら特許文献１の燃料電池システムでは、水素の容量を増やして水素貯蔵装置を大型化するほど重量が重くなる為に、水素貯蔵装置と電源本体との着脱作業が困難になってしまうという問題があった。また、水素の充填に関しては、何ら考慮されていなかった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、着脱作業が容易にできる水素貯蔵ユニットと、水素充填に関して容易に行える燃料電池システム、水素貯蔵タンク、及び水素貯蔵ユニットを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体に接続される水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンクに着脱可能に収納される複数の水素貯蔵ユニットと、前記水素貯蔵ユニットに収納される複数の水素ボンベとを備えた燃料電池システムであって、前記水素貯蔵タンクは、前記複数の水素貯蔵ユニットへの水素流出入経路を形成する第１のマニホールドと、前記第１のマニホールドに接続される水素充填口と、前記第１のマニホールドに接続される水素放出口とを備え、前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記複数の水素ボンベへの水素流出入経路を形成する第２のマニホールドと、前記第２のマニホールドに接続される水素供給口とを備え、複数の前記水素供給口が前記第１のマニホールドに接続され、前記水素放出口が前記燃料電池本体に接続されることを特徴とするものである。

また、請求項２記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムであって、更に前記水素貯蔵タンクは、前記複数の水素貯蔵ユニットが各々着脱されるタンク筐体を備え、前記複数の水素貯蔵ユニットは、各々が同一の着脱方向に着脱されることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の燃料電池システムは、請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、更に前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、前記接続端子は、複数の前記水素供給口と同一側面に設けられたことを特徴とするものである。

また、請求項４記載の燃料電池システムは、請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、更に前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、前記接続端子は、複数の前記水素供給口とは反対側の側面に設けられたことを特徴とするものである。

また、請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、更に前記燃料電池本体は、第３のマニホールドを備え、複数の前記水素貯蔵タンクは、前記第３のマニホールドに接続されることを特徴とするものである。

また、請求項６記載の水素貯蔵タンクは、水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンクに着脱可能に収納される複数の水素貯蔵ユニットと、前記水素貯蔵ユニットに収納される複数の水素ボンベとを備えた水素貯蔵タンクであって、前記水素貯蔵タンクは、前記複数の水素貯蔵ユニットへの水素流出入経路を形成する第１のマニホールドと、前記第１のマニホールドに接続される水素充填口と、前記第１のマニホールドに接続される水素放出口とを備え、前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記複数の水素ボンベへの水素流出入経路を形成する第２のマニホールドと、前記第２のマニホールドに接続される水素供給口とを備え、複数の前記水素供給口が前記第１のマニホールドに接続されることを特徴とするものである。

また、請求項７記載の水素貯蔵タンクは、請求項６に記載の水素貯蔵タンクであって、更に前記水素貯蔵タンクは、前記複数の水素貯蔵ユニットが各々着脱されるタンク筐体を備え、前記複数の水素貯蔵ユニットは、各々が同一の着脱方向に着脱されることを特徴とするものである。

また、請求項８記載の水素貯蔵タンクは、請求項６または７に記載の水素貯蔵タンクであって、更に前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、前記接続端子は、複数の前記水素供給口と同一側面に設けられたことを特徴とするものである。

また、請求項９記載の水素貯蔵タンクは、請求項６または７に記載の水素貯蔵タンクであって、更に前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、前記接続端子は、複数の前記水素供給口とは反対側の側面に設けられたことを特徴とするものである。

また、請求項１０記載の水素貯蔵タンクは、請求項６〜９のいずれか１項に記載の水素貯蔵タンクであって、更に前記水素貯蔵タンクは、複数の前記水素供給口と第１のマニホールドとの間に各々設けられた複数の第１の電磁弁を備え、前記複数の第１の電磁弁は、前記複数の水素貯蔵ユニットと前記第１マニホールドとの間の水素流出入経路を各々開閉することを特徴とするものである。

また、請求項１１記載の水素貯蔵ユニットは、第１のマニホールドに接続される水素充填口と水素放出口とを備えた水素貯蔵タンクに着脱可能に収容される水素貯蔵ユニットであって、ユニット筐体に収納される複数の水素ボンベと、前記第１のマニホールドに接続される水素供給口と、前記複数の水素ボンベへの水素流出入経路を形成する第２のマニホールドとを備え、前記水素供給口が前記第２のマニホールドと接続されることを特徴とするものである。

また、請求項１２記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体内に手動弁を備え、前記手動弁は、前記第２のマニホールドと前記水素供給口との間の水素流出入経路を開閉することを特徴とするものである。

また、請求項１３記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１または１２に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体内に加熱装置を備え、前記加熱装置の接続端子が、前記水素供給口と同一側面に配置されたことを特徴とするものである。

また、請求項１４記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体内に温度検出器を備え、前記温度検出器の接続端子が、前記水素供給口と同一側面に配置されたことを特徴とするものである。

また、請求項１５記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体内に第２の電磁弁を備え、前記第２の電磁弁は、前記水素供給口と前記手動弁との間の水素流出入経路を開閉し、前記第２の電磁弁の接続端子が、前記水素給口と同一側面に配置されたことを特徴とするものである。

また、請求項１６記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１または１２に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体内に、加熱装置と温度検出器とを備え、前記加熱装置と前記温度検出器との接続端子が、前記水素供給口とは反対側の側面に配置されたことを特徴とするものである。

また、請求項１７記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体は可搬用の把持部材を備え、前記水素貯蔵ユニットの重心と前記把持部材が鉛直方向になる条件において、前記複数の水素ボンベの各々が、鉛直方向に重ならないことを特徴とするものである。

また、請求項１８記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記水素ボンベと前記ユニット筐体の内壁面との間に、衝撃吸収部材を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項１９記載の水素貯蔵ユニットは、請求項１７に記載の水素貯蔵ユニットであって、更に前記ユニット筐体は、前記把持部材とは反対の外面に衝撃吸収部材を備えたことを特徴とするものである。

請求項１記載の燃料電池システムによれば、複数の水素ボンベをまとめて１つのユニットとして着脱できるので、着脱作業が容易になる。また、設置や交換の際にはユニット単位で持ち運びできるので運搬作業が容易になる。また、水素貯蔵ユニットは接続を解除しなくても水素充填が可能であるので、充填作業が容易になる。また、水素充填口１箇所のみの接続ですべての水素ボンベに充填可能であり、充填作業が容易になる。

また、請求項２記載の燃料電池システムによれば、すべての水素貯蔵ユニットは、水素貯蔵タンクの同一側面から着脱することができるため、着脱作業がしやすい。

また、請求項３記載の燃料電池システムによれば、水素供給口の接続と接続端子の接続とが、水素貯蔵タンクに対してすべて同一側面で作業できるので、水素貯蔵ユニットの着脱作業が容易になる。また、接続作業に必要な空間を同一側面に集中させることにより、水素貯蔵タンクの寸法を小さくでき、燃料電池システム全体の寸法も小さくできる。

また、請求項４記載の燃料電池システムによれば、水素貯蔵ユニットの着脱作業時に、水素配管と電気配線とを区別しやすい。また、燃料電池本体の電気制御基板に近い側に接続端子を設け、燃料電池本体の水素配管に近い側に水素供給口を設けた場合、水素配管の長さと電気配線の長さを短くできる。

また、請求項５記載の燃料電池システムによれば、水素貯蔵タンクを複数台増設して接続することが可能であり、更に長時間の運転にも対応できる。

また、請求項６記載の水素貯蔵タンクによれば、複数の水素ボンベをまとめて１つのユニットとして着脱できるので、着脱作業が容易になる。また、設置や交換の際にはユニット単位で持ち運びできるので運搬作業が容易になる。また、水素貯蔵ユニットは接続を解除しなくても水素充填が可能であるので、充填作業が容易になる。また、水素充填口１箇所のみの接続ですべての水素ボンベに充填可能であり、充填作業が容易になる。

また、請求項７記載の水素貯蔵タンクによれば、すべての水素貯蔵ユニットは、水素貯蔵タンクに対して同一側面から着脱することができるため、着脱作業がしやすい。

また、請求項８記載の水素貯蔵タンクによれば、水素供給口の接続と接続端子の接続とが、水素貯蔵タンクに対してすべて同一側面で作業できるので、水素貯蔵ユニットの着脱作業が容易になる。また、接続作業に必要な空間を同一側面に集中させることにより、水素貯蔵タンクの寸法を小さくでき、燃料電池システム全体の寸法も小さくできる。

また、請求項９記載の水素貯蔵タンクによれば、水素貯蔵ユニットの着脱作業時に、水素配管と電気配線とを区別しやすい。また、燃料電池本体の電気制御基板に近い側に接続端子を設け、燃料電池本体の水素配管に近い側に水素供給口を設けた場合、水素配管の長さと電気配線の長さを短くできる。

また、請求項１０記載の水素貯蔵タンクによれば、各ユニットに接続された電磁弁によりユニット別に水素供給を切り替えて水素量を調節することができ、例えば高出力時や低出力時の運転など、様々な条件での運転が可能になる。

また、請求項１１記載の水素貯蔵ユニットによれば、水素貯蔵タンクに対して、複数の水素ボンベをまとめたユニット単位で着脱できるので、水素貯蔵タンクが大型化しても、ユニット単位での着脱作業が容易になる。また、設置や交換の際にはユニット単位で持ち運びできるので運搬作業が容易になる。また、水素貯蔵ユニットは、水素貯蔵タンクとの接続を解除しなくても水素充填が可能であるので、充填作業が容易になる。また、水素供給口１箇所からすべての水素ボンベに充填可能である。

また、請求項１２記載の水素貯蔵ユニットによれば、万が一、水素供給口のカプラが動作不良になった場合でも、手動弁を閉じることで水素流出を防ぐことができる。

また、請求項１３記載の水素貯蔵ユニットによれば、加熱装置により水素貯蔵容器を加熱でき、水素を効率良く放出することができる。また、水素供給口と接続端子とが同一側面に設けられているため接続が容易であり、水素貯蔵ユニットの着脱作業がしやすい。また、接続作業に必要な空間を同一側面に集中させることにより、水素貯蔵ユニットの寸法を小さくできる。

また、請求項１４記載の水素貯蔵ユニットによれば、水素ボンベの温度を検出することができる。水素ボンベの温度情報から水素放出の状態を判断する制御手段を用いれば、水素放出の状態を把握できる。また、水素供給口と接続端子とが同一側面に設けられているため接続が容易であり、水素貯蔵ユニットの着脱作業がしやすい。また、接続作業に必要な空間を同一側面に集中させることにより、水素貯蔵ユニットの寸法を小さくできる。

また、請求項１５記載の水素貯蔵ユニットによれば、電磁弁により水素貯蔵ユニットの水素放出を制御し、水素供給量を調整することができる。また、接続端子が水素配管と同一側面にあることにより、ユニット着脱時の接続作業が容易になり、寸法も小さくできる。また、万が一水素供給口のカプラが故障した場合に、電磁弁を閉じることで水素流出を防ぐことができる。

また、請求項１６記載の水素貯蔵ユニットによれば、水素貯蔵ユニットの着脱作業時に、水素配管と電気配線とを区別しやすい。また、燃料電池本体の電気制御基板に近い側に接続端子を設け、燃料電池本体の水素配管に近い側に水素供給口を設けた場合、水素配管の長さと電気配線の長さを短くできる。

また、請求項１７記載の水素貯蔵ユニットによれば、持ち運ぶ状態で水素ボンベの重量が他の水素ボンベにかかることがなく、水素ボンベの破損を防ぐことができる。

また、請求項１８記載の水素貯蔵ユニットによれば、衝撃吸収部材により水素ボンベを保護し、水素貯蔵ユニットの運搬や着脱作業などの際に、水素ボンベの破損を防ぎ、騒音を低減させることができる。

また、請求項１９記載の水素貯蔵ユニットによれば、衝撃吸収部材により持ち運び時に地面に置いた際の衝撃を吸収し、水素貯蔵ユニットの破損を防ぐことができる。

本発明の第１実施形態の燃料電池システムを示す構成説明図である。 本発明の第１実施形態の燃料電池システムの全体を表した斜視図である。 本発明の第１実施形態の燃料電池システムにおいて、フレームと水素貯蔵ユニットとの接続関係を表した分離斜視図である。 本発明の第１実施形態の水素貯蔵ユニットを示す構成説明図である。 本発明の第１実施形態の水素貯蔵ユニットの外観を表した斜視図である。 本発明の第１実施形態の水素貯蔵ユニットにおいて、水素ボンベの接続の詳細を表した斜視図である。 図５の水素貯蔵ユニットから上カバー２９を外した状態を表した斜視図である。 図７のＡ−Ａ線に従って切断し、矢印方向に見た断面を表した図面である。 本発明の第１実施形態の水素貯蔵ユニットを後面から見た状態を表した図面である。 本発明の第２実施形態の燃料電池システムを示す構成説明図である。 本発明の第２実施形態の水素貯蔵ユニットを示す構成説明図である。 本発明の第２実施形態の水素貯蔵ユニットの詳細を表した斜視図である。 本発明の第３実施形態の水素貯蔵ユニットの外観を表した斜視図である。 本発明の第４実施形態の燃料電池システムを示す構成説明図である。 本発明の第１変形例の燃料電池システムを示す構成説明図である。 本発明の第１変形例の水素貯蔵ユニットを示す構成説明図である。

［第１実施形態］
本発明の燃料電池システムは、例えば災害などによる停電時において非常用電源として使用される。

以下、本発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。

＜燃料電池システムの構成＞
燃料電池システム１は、水素貯蔵タンク２と燃料電池本体３とで構成される。

水素貯蔵タンク２は、６個の水素貯蔵ユニット４と、６個の第１電磁弁５と、第１マニホールド６と、水素充填口７と、水素放出口８とを備える。水素貯蔵ユニット４の各々は、水素配管９ａを介して電磁弁５に接続される。第１電磁弁５は水素配管９ｂを介して第１マニホールド６に接続される。第１マニホールド６は、水素貯蔵ユニット４への水素流出入経路を形成する。第１マニホールド６は８個の接続口を有し、８個の接続口のうち、６個の接続口の各々は第１電磁弁５と接続され、１個の接続口は水素充填口７と接続され、１個の接続口は水素放出口８を介して燃料電池本体３に接続される。

燃料電池本体３は、水素流路の上流側から順に、レギュレータ１０と、圧力計１１と、燃料電池スタック１２とを備える。燃料電池スタック１２は、水素貯蔵タンク２から供給された水素と、空気中の酸素とを利用して発電を行う。レギュレータ１０は、水素貯蔵タンク２から供給される水素の圧力と流量とを、燃料電池スタック１２の発電に適切な値に調整する。尚、燃料電池本体３は酸素流路等も備えているが、これらについては本燃料電池システムの特徴部分ではないので図中での表示は省略している。

燃料電池スタック１２の下流に接続された水素流路には、水素パージフィルタ１３と、気液分離器１４と、液面センサ１５と、水素排水弁１６とが配置される。燃料電池スタック１２において発電で利用されなかった水素ガスの排ガスは、水素循環ポンプ１７により再び燃料電池スタック１２に導入され、発電に利用される。即ち、燃料電池システム１は水素循環方式である。

また、燃料電池スタック１２より下流に接続された水素流路の内部には、発電に伴って水や不純物が滞留する。水素排水弁１６が開いた状態となったときに、水素流路内に溜まった水や不純物は、燃料電池システム１の外部に排出される。

＜燃料電池システムの形状＞
次に、燃料電池システム１の形状について図２を参照して説明する。

水素貯蔵タンク２は燃料電池本体３に隣接して配置され、燃料電池本体３に水素を供給する。水素貯蔵タンク２は、タンク筐体としてのフレーム１８と、フレーム１８に収納される６個の水素貯蔵ユニット４とから主に構成される。フレーム１８は、角柱形状の金属部材を組み合わせて構成される枠組み構造であり、前面から水素貯蔵ユニット４を収容する。（以下の説明の為に、水素貯蔵ユニット４が着脱される面を前、反対側を後とする。）
第１マニホールド６は、フレーム１８の左側面において、上下方向の中央付近に配置される。６個の第１電磁弁５は、フレーム１８の、第１マニホールド６が配置された面と同じ面に配置される。第１電磁弁５の各々は、一端は水素配管９ａを介して水素貯蔵ユニット４と接続され、他端は水素配管９ｂを介して第１マニホールド６と接続される。第１電磁弁５の各々は、水素配管９ａと水素配管９ｂとの間の経路を開閉する。

第１電磁弁５は、例えば、図示しない制御部からの指示（信号）に基づいて開閉を切り替え可能なソレノイド弁によって構成される。また、ソレノイド弁の代わりに、モータによって開閉状態を調整可能な電動弁が用いられても良い。第１電磁弁５は、電気配線１９ａを介して図示しない制御部と接続される。

水素配管の材質は、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブを用いることができる。硬質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。

水素充填口７は、水素貯蔵タンク２への水素充填時に、例えば、図示しない外部の高圧水素ボンベ等と接続されるコネクタである。水素充填口７は、相手側のコネクタが連結されない状態では閉弁している。

水素充填口７は、水素貯蔵タンク２の左側面であればどの位置に配置されていても機能上問題ないが、水素貯蔵タンク２の前面に近い位置に配置することが水素の充填作業の関係上、好ましい。

尚、燃料電池本体３は、燃料電池スタック１２等の他、各種制御回路などを収容しているが、これらについては本燃料電池システムの特徴部分ではないので図中での表示は省略している。

＜フレーム＞
次に、フレーム１８に水素貯蔵ユニット４を着脱する構造について図３を参照して説明する。

フレーム１８は、上下方向に延びる左右２本ずつの柱１８ａ、１８ｂと、上枠１８ｃと、下枠１８ｄとを備える。

柱１８ａ、１８ｂは、それぞれ水素貯蔵ユニット４を収納できるだけの左右の間隔を開けて配置され、上枠１８ｃと下枠１８ｄとに固定される。また、前側の柱１８ａと後側の柱１８ｂの間には、金属板状の側壁板２１が配置される。側壁板２１は、上枠１８ｃから下枠１８ｄまで延びる大きさであり、左右それぞれに配置される。側壁板は、上下に等間隔に支持部２２を有する。水素貯蔵ユニット４は支持部２２により支持され、フレーム１８の前側から着脱される。水素貯蔵ユニット４の左右には後述する取り付け部材３２が配置される。取り付け部材３２は、前側の柱１８ａの前面に当接し、取り付けボルト２３によって柱１８ａに固定される。

以上のように、水素貯蔵ユニット４は、フレーム１８内の上下方向に６個重ねて配置され、各々が個別に着脱可能である。水素貯蔵ユニット４は、後述する取っ手３３を前方に引くことにより、フレーム１８から引き出して取り外すことが可能である。

＜水素貯蔵ユニットの構成＞
次に、水素貯蔵ユニット４の構成について図４を参照して説明する。

水素貯蔵ユニット４は、４個の水素ボンベ２５と、第２マニホールド２６と、手動弁２７と、水素供給口２８とを備える。

水素ボンベ２５は、内部に水素吸蔵合金を備え、水素を貯蔵している。４個の水素ボンベ２５の各々は、水素配管９ｃを介して第２マニホールド２６に接続される。第２マニホールド２６は、水素ボンベ２５への水素流出入経路を形成する。第２マニホールド２６は５個の接続口を有し、５個の接続口のうち、４個の接続口は水素ボンベ２５と各々接続され、１個の接続口は手動弁２７を介して水素供給口２８に接続される。

＜水素貯蔵ユニット外観＞
次に、水素貯蔵ユニット４の外観形状の詳細について図５を参照して説明する。

水素貯蔵ユニット４は、金属板状の上カバー２９と下カバー３０とから成る箱型のユニット筐体を備える。下カバー３０の左右の側面にはＬ字状の取り付け部材３２が固定されている。取り付け部材３２にはそれぞれ上下２箇所に孔が設けられ、取り付けボルト２３によりフレーム１８に着脱可能に固定される。

水素供給口２８は、水素配管９ａが接続されると開弁するコネクタであり、水素配管９ａが接続されない状態では閉弁している。

水素貯蔵ユニット４は、接続端子３１を備える。接続端子３１は、電気配線１９ｂから延長されたコネクタと接続可能な構造である。水素供給口２８と接続端子３１は、水素貯蔵ユニット４の同一側面かつ取り付け部材３２よりも前面寄りに配置される。

水素貯蔵ユニット４は、上カバー２９の前面中央位置に把持部材としての取っ手３３を備える。

＜水素ボンベ接続＞
次に、水素ボンベの接続の詳細について図６を参照して説明する。

水素ボンベ２５は円筒形状であり、一端に水素を充填及び放出するバルブ３４を備える。バルブ３４は手動開閉式である。４個の水素ボンベ２５は、バルブ３４をすべて前面に向けた方向で、横一列に配置される。バルブ３４と下カバー３０との隙間には、左右方向に延びる第２マニホールド２６が配置される。第２マニホールド２６は下カバー３０に固定される。

バルブ３４の各々は、水素配管９ｃを介して第２マニホールド２６に接続される。
手動弁２７の一端は水素配管９ｄを介して第２マニホールド２６と接続され、他端は水素配管９ｅを介して水素供給口２８に接続される。手動弁２７は、水素配管９ｄと９ｅとの間の水素流出入経路を開閉する。手動弁２７のレバーは上カバー２９と下カバー３０とに設けられた切り欠きから外部に延出しており、水素貯蔵ユニット４の外部から手動弁２７を開閉することが可能である。

バルブ３４は、水素ボンベ２５から水素供給口２８に至るまでの水素配管がすべて接続された状態で、開放される。
＜水素ボンベ支持構造＞
次に、水素ボンベを支持する構造の詳細について図７を参照して説明する。

４個の水素ボンベ２５は、上カバー２９、下カバー３０、上カバー２９に備えられた上側支持部材４０ａ、下カバー３０に備えられた下側支持部材４０ｂ、及び下カバー３０に備えられた前側支持部材４０ｃにより支持される。

上カバー２９は、内壁面に金属板状の上側支持部材４０ａを備える。（尚、図７では図面の都合上、上カバー２９を省略してある）バルブ３４は前方より見て六角形の形状であり、６個の側面を有している。上側支持部材４０ａは、バルブ３４の上側の２つの側面の形状に合わせた凹みが設けられ、バルブ３４に係合する。

下カバー３０は、内壁面に金属板状の下側支持部材４０ｂと前側支持部材４０ｃと備える。下側支持部材４０ｂと前側支持部材４０ｃとは、水素配管９ｃと第２マニホールド２６との間に配置される。下側支持部材４０ｂは、バルブ３４の下側の２つの側面の形状に合わせた凹みが設けられ、バルブ３４に係合する。前側支持部材４０ｃは、前後方向においてバルブ３４の下端と重なるように、バルブ３４の前側に配置される。前側支持部材４０ｃにより、水素ボンベ２５は前方向への移動が規制される。

尚、上側支持部材４０ａと下側支持部材４０ｂとは、バルブ３４に対して完全に密着するのではなく、わずかに隙間をあけて配置される。上側支持部材４０ａと下側支持部材４０ｂとは、主に水素ボンベ２５の回転を規制するための部材である。基本的には下カバー３０が水素ボンベ２５の表面を支持し、重量を支える。ただし、水素貯蔵ユニット４の持ち運び時等に、傾きや振動が加わった際には、上側支持部材４０ａ及び下側支持部材４０ｂが水素ボンベ２５の重量を支えることもある。

＜水素貯蔵ユニット内部構造＞
次に、水素貯蔵ユニット内部の構造の詳細について図７〜９を参照して説明する。

水素貯蔵ユニット４の内部には、加熱装置としてシート状のヒーター３５が配置される。ヒーター３５は４個の水素ボンベ２５の上側の表面に沿うように配置される。ヒーター３５の電気配線は、接続端子３１の端子と接続される。ヒーター３５は、例えば図示しない制御部からの指示（信号）に基づいて通電され、水素ボンベ２５を加熱する。ヒーター３５の電気配線の途中には温度ヒューズ３６が配置される。万が一ヒーター３５が過剰に加熱した場合は、温度ヒューズ３６によりヒーター３５への通電が切断される。

水素貯蔵ユニット４の内部には、水素ボンベ２５の温度を検出する温度センサ３７が配置される。温度センサ３７は、ヒーター３５に接近している状態ではヒーター３５の温度を検知してしまうため、ヒーター３５とは反対側の面に配置されている。温度センサ３７は、ヒーター３５と反対側の面であれば、どの位置に配置されていてもセンサの機能上問題ないが、下カバー３０と水素ボンベ２５との間の隙間に配置することがスペースの有効利用上、好ましい。温度センサ３７は接続端子３１に接続され、検出された温度の情報（信号）を図示しない制御部に送る。

＜衝撃吸収部材＞
下カバー３０の左右側面と水素ボンベ２５との間には、板状の衝撃吸収部材３８が配置される。衝撃吸収部材３８はゴムやスポンジ等の弾性体であり、温度や湿度に対する耐久性の高い材質が好ましい。

４個の水素ボンベ２５は、上カバー２９及び下カバー３０の内部に隙間なく配置されることが好ましいが、部品の加工精度により、実際には僅かな隙間が存在する。例えば水素貯蔵ユニット４を持ち運ぶ際、水素ボンベ２５が隙間を移動して上カバー２９や下カバー３０にぶつかると、騒音が発生したり、振動により水素ボンベ２５が破損する等の原因となる可能性がある。衝撃吸収部材３８により、水素ボンベ２５の左右方向の衝撃が吸収される。尚、本実施例ではヒーター３５が衝撃吸収部材としての役割も兼ねている為、水素ボンベ２５の上下方向の衝撃が吸収されるが、より好ましくは、水素ボンベ２５の上下に別途衝撃吸収部材を追加しても良い。

水素貯蔵ユニット４の後面には、４つの衝撃吸収部材３９が配置される。衝撃吸収部材３９は、下カバー３０の四隅の表面に固定される。取っ手３３を持ち上げた際、取っ手３３と水素貯蔵ユニット４の重心が鉛直線上になる状態では衝撃吸収部材３９を配置した面が下面となる。水素貯蔵ユニット４は、持ち運び時において、衝撃吸収部材３９により地面や床等に置いた際の衝撃が緩和される。衝撃吸収部材３９はゴムやスポンジ等の弾性体であり、温度や湿度に対する耐久性の高い材料が好ましい。また、衝撃吸収部材３９が下面となる状態では、水素ボンベ２５同士が鉛直方向において重なることがない。即ち水素ボンベ２５の重量が他の水素ボンベ２５にかかることがなく、破損を防止することができる。

＜燃料電池システムの動作＞
次に、本実施形態の燃料電池システム１の動作について説明する。

本発明における燃料電池システムは、例えば災害などによる停電時において非常用電源として使用される。停電により商用電源が遮断されると、二次電池の電力によって弁動作がなされ、水素貯蔵タンク２から燃料電池スタック１２に水素が供給される。燃料電池スタック１２は、水素及び空気中の酸素を燃料として発電を行い、所望の設備に電力を供給する。

＜水素充填＞
次に、本実施形態の燃料電池システム１の水素充填について説明する。

水素貯蔵タンク２への水素充填方法として、例えば、水素充填口７から充填しても良いし、水素貯蔵ユニット４を交換しても良い。

水素充填口７から水素を充填する場合、外部から補充用の水素タンク等を接続し、水素を供給したい水素貯蔵ユニット４に接続された第１電磁弁５を開弁することにより、任意の水素貯蔵ユニット４に水素を充填することができる。第１電磁弁５は、１つだけ開弁しても良いし、複数を同時に開弁しても良い。１箇所の水素充填口７からすべての水素貯蔵ユニット４を選択して水素を充填できるため、充填作業が容易である。

＜水素貯蔵ユニット交換＞
次に、水素貯蔵ユニット４を交換する場合について説明する。

各水素貯蔵ユニット４は、水素配管９ａと、電気配線１９ｂと、取り付けボルト２３とを取り外すことにより、フレーム１８から前方向に引き出して取り外しできる。

水素供給口２８及び接続端子３１は、着脱作業の為にユーザーが手や工具等を使用するための作業空間が必要であるが、水素貯蔵ユニット４の同一側面かつ前寄りに配置されている為に、空間が最小限で済み、水素貯蔵タンク２の寸法がコンパクトになる。

また、水素供給口２８と接続端子３１とが、水素貯蔵ユニット４の同一側面かつ前寄りに配置されている為に、ユーザーは水素貯蔵ユニット４の前面側から着脱作業ができる。取り付けボルト２３も前面から着脱ができるため、水素貯蔵ユニット４はいわゆるフロントアクセスが可能であり、着脱作業が容易である。

水素貯蔵ユニット４の取り外し時には、手動弁２７を閉じることにより、万が一水素供給口２８の弁が動作不良や開閉不良になった場合でも、水素ボンベ２５内部の水素が外に漏れることがない。

取り外した水素貯蔵ユニット４は、水素供給口２８に水素タンク等を接続し、手動弁２７を開弁状態にし、水素を充填することができる。

尚、水素貯蔵ユニット４を取り外した後は、あらかじめ用意しておいた水素を充填した状態の水素貯蔵ユニット４と交換して水素貯蔵タンク２に取り付けることにより、水素充填の時間を有効活用することができる。

また、水素貯蔵ユニット４を交換する場合は、一部の水素貯蔵ユニット４を使用して発電を継続しながら、別の水素貯蔵ユニット４を交換することもできる。

本実施形態では水素貯蔵ユニット４を６段重ねで使用しているが、必要な発電量が少ない場合には、例えば水素貯蔵ユニット４の数を５個、４個と減らした状態であっても良い。６段すべて備えている必要はなく、空きがある状態であっても問題ない。また、水素貯蔵ユニットは独立可搬構造であるため、必要に応じて、フレーム１８の段数を例えば７段、８段と増設した構造も容易に設計できる。水素貯蔵ユニットの数を増やした場合は、発電時間を更に長期化することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図１０〜１２を参照して説明する。本実施形態では、電磁弁の配置が第１実施形態とは異なる。第１実施形態では第１電磁弁５はフレーム１８の左側面に配置されているが、本実施形態では、第２電磁弁５ａは水素貯蔵ユニット４の内部に配置されている。尚、第２電磁弁５ａの配置を除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

水素貯蔵タンク２は６個の水素貯蔵ユニット４と、第１マニホールド６と、水素充填口７と、水素放出口８とを備える。水素貯蔵ユニット４の各々は、水素配管９ｆを介して第１マニホールド６に接続される。第１マニホールド６は、水素貯蔵ユニット４への水素流出入経路を形成する。第１マニホールド６は８個の接続口を有し、８個の接続口のうち、６個の接続口の各々は水素貯蔵ユニット４と接続され、１個の接続口は水素充填口７と接続され、１個の接続口は水素放出口８を通して燃料電池本体３に接続される。

水素貯蔵ユニット４は、４個の水素ボンベ２５と、第２マニホールド２６と、手動弁２７と、第２電磁弁５ａと、水素供給口２８とを備える。

４個水素ボンベ２５の各々は、内部に水素吸蔵合金を備え、水素を貯蔵している。第２マニホールド２６は５個の接続口を有し、５個の接続口のうち、４個の接続口は水素ボンベ２５と各々接続され、１個の接続口は手動弁２７の一端に接続される。手動弁２７の他端は、第２電磁弁５ａを介して水素供給口２８に接続される。

第２電磁弁５ａは、スペースの有効利用上、水素ボンベ２５やバルブ３４などの隙間に配置することが好ましい。

第２電磁弁５ａの電気配線は接続端子３１の端子に接続され、第２電磁弁５ａは図示しない制御部からの指示（信号）により制御される。

この場合でも、第１実施形態と同様に、水素貯蔵ユニット４の着脱作業が容易であり、また、水素貯蔵タンク２への充填作業が容易である。また、例えば水素貯蔵ユニット４を水素貯蔵タンク２から取り外した状態で、万が一水素供給口２８のカプラが動作不良となり、なおかつ手動弁２７を閉め忘れた場合であっても、第２電磁弁５ａにより水素流路を遮断できるため、水素ボンベ２５内部の水素が外部に漏れることがない。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図１３を参照して説明する。本実施形態では、接続端子３１ａの配置が第１実施形態とは異なる。第１実施形態では接続端子３１は水素貯蔵ユニット４の左側面に配置されているが、本実施形態では、水素貯蔵ユニット４の右側面に配置されている。尚、接続端子３１ａの配置を除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。

水素貯蔵ユニット４は、左側面に水素供給口２８を備え、右側面に接続端子３１ａを備える。水素供給口２８と接続端子３１ａは、取り付け部材３２よりも前面寄りに配置される。

本実施形態によれば、水素貯蔵ユニット４の着脱作業時に、水素配管９ｃと電気配線１９ｂとを区別しやすい。また、水素貯蔵タンク２と燃料電池本体３との接続において、燃料電池本体３内部の左側面に近い側に水素配管を設け、右側面に近い側に電気制御基板を設けた場合、水素配管９ｃの長さと電気配線１９ｂの長さを短くできる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１４を参照して説明する。本実施形態では、燃料電池本体３と水素貯蔵タンク２との間の接続において、第３マニホールド４１を配置した点と、水素貯蔵タンク２を複数配置した点が、第１実施形態とは異なる。尚、第３マニホールド４１を除く構成と、燃料電池システム１の動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。水素貯蔵タンク２の内部構造についても上述の第１実施形態と同様なので、図中での説明は省略する。

燃料電池システム１は、燃料電池本体３と、複数の水素貯蔵タンク２とで構成される。燃料電池本体３は、第３マニホールド４１を備え、複数の水素貯蔵タンク２から水素が供給される。

本実施形態によれば、水素の容量を増やして、燃料電池をより長時間動作させることができる。また、第１実施例と同様に、水素貯蔵ユニット４の着脱作業が容易である。

以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。

例えば図１５及び図１６で示すように、水素貯蔵タンク２は第１マニホールド６と第４マニホールド４２を備え、水素の充填経路と放出経路とを分けた形態であってもよい。

水素貯蔵ユニット４ａは、水素充填口４３と、水素供給口４４とを備える。第４マニホールド４２は、水素充填口７と、複数の水素貯蔵４ａとの間の水素充填経路を形成する。水素充填口７から充填された水素は、第４マニホールド４２と充填側電磁弁５ｃとを介して、水素貯蔵ユニット４ａに収納された水素ボンベ２５に充填される。水素ボンベ２５に充填された水素は、放出側電磁弁５ｄと、第１マニホールド６とを介して、水素放出口８から燃料電池本体３に供給される。

この場合でも、上記同様の効果を得る。また更に、一部の水素貯蔵ユニット４ａから水素を供給して発電をしながら、他の（使用していない）水素貯蔵ユニット４ａに水素を充填することが可能である。

１ 燃料電池システム
２ 水素貯蔵タンク
３ 燃料電池本体
４ 水素貯蔵ユニット
５ 第１電磁弁
６ 第１マニホールド
７ 水素充填口
８ 水素放出口
１８ フレーム
２５ 水素ボンベ
２６ 第２マニホールド
２８ 水素供給口
３１ 接続端子
３３ 取っ手

Claims (19)

1. 燃料電池本体と、前記燃料電池本体に接続される水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンクに着脱可能に収納される複数の水素貯蔵ユニットと、前記水素貯蔵ユニットに収納される複数の水素ボンベとを備えた燃料電池システムであって、
   前記水素貯蔵タンクは、
   前記複数の水素貯蔵ユニットへの水素流出入経路を形成する第１のマニホールドと、前記第１のマニホールドに接続される水素充填口と、前記第１のマニホールドに接続される水素放出口とを備え、
   前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、
   前記複数の水素ボンベへの水素流出入経路を形成する第２のマニホールドと、前記第２のマニホールドに接続される水素供給口とを備え、
   複数の前記水素供給口が前記第１のマニホールドに接続され、前記水素放出口が前記燃料電池本体に接続されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記水素貯蔵タンクは、前記複数の水素貯蔵ユニットが各々着脱されるタンク筐体を備え、
   前記複数の水素貯蔵ユニットは、各々が同一の着脱方向に着脱されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、
   前記接続端子は、複数の前記水素供給口と同一側面に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、
   前記接続端子は、複数の前記水素供給口とは反対側の側面に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池本体は、第３のマニホールドを備え、
   複数の前記水素貯蔵タンクは、前記第３のマニホールドに接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンクに着脱可能に収納される複数の水素貯蔵ユニットと、前記水素貯蔵ユニットに収納される複数の水素ボンベとを備えた水素貯蔵タンクであって、
   前記水素貯蔵タンクは、
   前記複数の水素貯蔵ユニットへの水素流出入経路を形成する第１のマニホールドと、前記第１のマニホールドに接続される水素充填口と、前記第１のマニホールドに接続される水素放出口とを備え、
   前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、
   前記複数の水素ボンベへの水素流出入経路を形成する第２のマニホールドと、前記第２のマニホールドに接続される水素供給口とを備え、
   複数の前記水素供給口が前記第１のマニホールドに接続されることを特徴とする水素貯蔵タンク。
7. 前記水素貯蔵タンクは、前記複数の水素貯蔵ユニットが各々着脱されるタンク筐体を備え、
   前記複数の水素貯蔵ユニットは、各々が同一の着脱方向に着脱されることを特徴とする請求項６に記載の水素貯蔵タンク。
8. 前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、
   前記接続端子は、複数の前記水素供給口と同一側面に設けられたことを特徴とする請求項６または７に記載の水素貯蔵タンク。
9. 前記複数の水素貯蔵ユニットの各々は、前記水素貯蔵タンクと電気的に接続される接続端子を備え、
   前記接続端子は、複数の前記水素供給口とは反対側の側面に設けられたことを特徴とする請求項６または７に記載の水素貯蔵タンク。
10. 前記水素貯蔵タンクは、複数の前記水素供給口と第１のマニホールドとの間に各々設けられた複数の第１の電磁弁を備え、
    前記複数の第１の電磁弁は、前記複数の水素貯蔵ユニットと前記第１マニホールドとの間の水素流出入経路を各々開閉することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の水素貯蔵タンク。
11. 第１のマニホールドに接続される水素充填口と水素放出口とを備えた水素貯蔵タンクに着脱可能に収容される水素貯蔵ユニットであって、
    ユニット筐体に収納される複数の水素ボンベと、前記第１のマニホールドに接続される水素供給口と、前記複数の水素ボンベへの水素流出入経路を形成する第２のマニホールドとを備え、
    前記水素供給口が前記第２のマニホールドと接続されることを特徴とする水素貯蔵ユニット。
12. 前記ユニット筐体内に手動弁を備え、
    前記手動弁は、前記第２のマニホールドと前記水素供給口との間の水素流出入経路を開閉することを特徴とする請求項１１に記載の水素貯蔵ユニット。
13. 前記ユニット筐体内に加熱装置を備え、
    前記加熱装置の接続端子が、前記水素供給口と同一側面に配置されたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の水素貯蔵ユニット。
14. 前記ユニット筐体内に温度検出器を備え、
    前記温度検出器の接続端子が、前記水素供給口と同一側面に配置されたことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニット。
15. 前記ユニット筐体内に第２の電磁弁を備え、
    前記第２の電磁弁は、前記水素供給口と前記手動弁との間の水素流出入経路を開閉し、
    前記第２の電磁弁の接続端子が、前記水素給口と同一側面に配置されたことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニット。
16. 前記ユニット筐体内に、加熱装置と温度検出器とを備え、
    前記加熱装置と前記温度検出器との接続端子が、前記水素供給口とは反対側の側面に配置されたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の水素貯蔵ユニット。
17. 前記ユニット筐体は可搬用の把持部材を備え、
    前記水素貯蔵ユニットの重心と前記把持部材が鉛直方向になる条件において、前記複数の水素ボンベの各々が、鉛直方向に重ならないことを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニット。
18. 前記水素ボンベと前記ユニット筐体の内壁面との間に、衝撃吸収部材を備えたことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の水素貯蔵ユニット。
19. 前記ユニット筐体は、前記把持部材とは反対の外面に衝撃吸収部材を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の水素貯蔵ユニット。

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