JP3446269B2 - 水素自動車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水素を燃料として走行さ
れる自動車つまり水素エンジンを塔載した自動車に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車においては、排気ガスによ
る環境汚染を防止するため、また燃料の多様化のため、
水素を燃料として走行される自動車、つまり水素を燃料
として作動される水素エンジンを塔載した自動車が提案
されている（特開昭６２−２７９２６４号公報参照）。

【０００３】水素自動車の実用化に際しては、解決すべ
き点がいくつかあるが、その中でもっとも問題となる防
爆上の点は、燃料タンクを水素吸蔵合金を利用して構成
すること、つまりエンジンに供給される水素を水素吸蔵
合金に吸蔵させた形で貯留しておくことにより解決され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水素吸
蔵合金を利用して燃料タンクを構成した場合、次のよう
な種々の問題があらたに生じる。すなわち、水素吸蔵合
金から放出される水素の圧力は、エンジンに対する水素
の供給量制御等の観点から、水素の吸蔵量の変化にかか
わらず大きく変化しないのが望まれる。この一方、吸蔵
水素量がどの程度残留しているかを知るための燃料計が
必要になるが、放出圧力が吸蔵量の変化に対して大きく
変化しないということは、この放出圧力を利用して残留
水素量を知ることが不可能になり、残留水素量を知るた
めの何等かの対策が必要になる。

【０００５】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、水素吸蔵合金を利用して燃料タンクを構成
した場合に生じる問題点のうち、残留水素量の表示の点
について満足し得るようにした水素自動車を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明はその構成として次のようにしてある。すな
わち、特許請求の範囲における請求項１に記載のよう
に、水素を燃料として走行される水素自動車において、
水素吸蔵合金に水素を吸蔵させてなる主燃料タンクと、
水素吸蔵合金に水素を吸蔵させてなり、前記主燃料タン
クの容量よりも十分小さい容量とされた副燃料タンク
と、前記主燃料タンクからの水素をエンジンに対して供
給するための第１供給系路と、前記第１供給系路とは別
個独立して設けられ、前記副燃料タンクからの水素をエ
ンジンに対して供給するための第２供給系路と、前記副
燃料タンクから放出される水素の圧力を検出する圧力検
出手段と、前記圧力検出手段で検出される圧力に応じ
て、前記主燃料タンク内に残留している水素量を表示す
る燃料計と、前記第１供給系路と第２供給系路とを接続
する連通通路と、前記連通通路に接続され、前記各燃料
タンクに水素を吸蔵させるときは該各燃料タンクへの水
素吸蔵割合が等しくなるように開かれると共に、水素の
吸蔵が終了した後に閉じられるように設定された開閉弁
と、前記各燃料タンクからエンジンに対して水素を供給
するときに、該各燃料タンクからの水素放出割合が互い
に略等しくなるように設定する放出割合設定手段と、を
備え、前記主燃料タンク用の水素吸蔵合金としてＬａＮ
ｉ系、ＭｍＮｉＡｌ系、ＴｉＦｅ系の中のいずれか１つ
が用いられる一方、前記副燃料タンク用の水素吸蔵合金
としてＭｍＮｉＭｎ系が用いられることにより、該副燃
料タンク内の水素吸蔵合金が、該主燃料タンク内の水素
吸蔵合金に比して、水素吸蔵量の変化に対して放出され
る水素の圧力変化の度合が大きくなるように設定されて
いる、を備えているような構成としてある。

【０００７】前記放出割合設定手段としては、前記主燃
料タンクの構造と副燃料タンクの構造とを略相似形にな
るように構成し、前記主燃料タンクと副燃料タンクとに
対する水素放出用の熱媒の供給量の割合を、該両燃料タ
ンクの最大水素吸蔵量の割合に応じた割合となるように
設定すること、によって構成することができる（請求項
２対応）。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、主燃料タンク用の水素
吸蔵合金として、吸蔵水素量の変化に対して水素の放出
圧力の変化があまり生じないようなものを用いても、残
留水素量を知ることができる。また、残留水素量を知る
ために用いる副燃料タンク用の水素吸蔵合金の割合を極
力少なくして、エンジンにとって好ましい傾向を示す主
燃料タンクの水素吸蔵合金の割合を多くすることができ
る。さらに、副燃料タンク内の残留水素量の割合を主燃
料タンク内の残留水素量の割合と極力等しくして、主燃
料タンク内の残留水素量を精度よく知る上で好ましいも
のとなる。さらにまた、主燃料タンクと副燃料タンクへ
の水素補充を同じような割合で行なって、主燃料タンク
内の残留水素量を精度よく知る上で好ましいものとなる
ばかりでなく、主と副との燃料タンクへの水素補充を別
途独立して行なう手間を省略することもできる。請求項
２に記載したような構成とすることにより、放出割合設
定手段の具体的構成を簡単に得ることができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を添付した図面に基づい
て説明する。図１において、水素自動車Ａは、その車体
前部に水素を燃料として作動される水素エンジン１が塔
載され、エンジン１の前方にはラジエタ２が配設されて
いる。また、車体後部には、下方位置において、３つの
燃料タンク１０〜１２が装備されている。

【００１０】３つの燃料タンク１０〜１２のうち、１０
は主燃料タンクで、内部に充填された水素吸蔵合金によ
って水素を吸蔵するものとなっている。また、１１は、
エンジン始動用の第１副燃料タンクで、水素ガスを貯留
している。さらに１２は、残留水素量を表示するために
用いる第２副燃料タンクで、主燃料タンク１０と同様
に、内部に充填された水素吸蔵合金によって水素を吸蔵
するものとなっている。各副燃料タンク１１と１２とは
それぞれ、主燃料タンク１０に比してその容量が十分小
さいものとされている。

【００１１】図２は、エンジン１と各燃料タンク１０〜
１２との接続系統を示すものである。先ず、それぞれ水
素吸蔵合金が充填された主燃料タンク１０および第２副
燃料タンク１２は、エンジン冷却水を熱媒として水素を
放出させるものとなっており、この冷却水入口が符号１
０ａあるいは１２ａで示され、冷却水出口が符号１０ｂ
あるいは１２ｂで示され、水素放出口が符号１０ｃある
いは１２ｃで示される。なお、入口１０ａ（１２ａ）と
出口１０ｂ（１２ｂ）とは、主燃料タンク１０（副燃料
タンク１２）内に配設された伝熱管（図示略）を介して
接続されているが、この内部の伝熱管は、水素吸蔵合金
に対してくまなく効率的に伝熱し得るように、長い距離
を有している。

【００１２】エンジン１に設けた冷却水出口１ａが、通
路２１、感温式の切換弁２２、通路２３、ポンプ２４、
通路２５を介して、主燃料タンク１０の冷却水入口１０
ａに接続されている。また、通路２５から分岐された通
路２６が、第２副燃料タンク１２の冷却水入口１２ａに
接続されている。

【００１３】主燃料タンク１０の冷却水出口１０ｂが、
通路２７を介して、エンジン１の冷却水戻り口１ｂに接
続され、通路２７から分岐された通路２８が前記切換弁
２２に接続されている。また、第２副燃料タンク１２の
冷却水出口１２ｂが、通路２９を介して前記通路２７に
接続されている。切換弁２２は、通路２７つまり２８の
冷却水の温度が所定温度以下のときは、通路２３を通路
２１のみに連通させて、エンジン１からの高温の熱媒を
主燃料タンク１０および第２副燃料タンク１２に供給す
る。また、通路２７つまり２８の冷却水温度が所定温度
以上であると、通路２３を通路２８のみに連通させる。
このようにして、各燃料タンク１０と１２とに供給され
る冷却水温度が、水素放出用として最適な温度範囲にな
るように制御される。

【００１４】主燃料タンク１０の水素放出口１０ｃは、
通路３１を介して、エンジン１に装備した燃料噴射弁
（図示略）に接続されている。この通路３１には、主燃
料タンク１０側から順次、所定圧力以上で閉弁される安
全弁３２、イグニッションスイッチＯＦＦで閉弁される
電磁開閉弁３３が接続されている。また、第２副燃料タ
ンク１２の水素放出口１２ｃは、通路３４を介して、エ
ンジン１の吸気マニホルドに接続されている。この通路
３４には、副燃料タンク１２側から順次、所定圧力以上
で閉弁される安全弁３５（安全弁３２と同じ閉弁圧に設
定）、イグニッションスイッチＯＦＦで閉弁される電磁
開閉弁３６が接続されている。水素供給用の各通路３１
と３４とは、電磁開閉弁３３、３６よりもエンジン１側
の位置において連通路３７によって連通され、この連通
路３７には電磁開閉弁３８が接続されている。

【００１５】第２副燃料タンク１２の水素放出通路３４
には、安全弁３５よりも副燃料タンク１２側の位置にお
いて、圧力センサ４１が接続されている。この圧力セン
サ４１の出力信号が、燃料計４２を制御する制御ユニッ
ト４３に入力される。

【００１６】主燃料タンク１０の水素放出通路３１に
は、前記第１副燃料タンク１１が接続されている。すな
わち、第１副燃料タンク１１は、通路４５を介して２つ
の弁３２と３３との間において水素放出通路３１に接続
されると共に、通路４６を介して開閉弁３３よりもエン
ジ１側において水素放出通路３１に接続されている。そ
して、通路４６には電磁開閉弁４７が接続されている。
なお、ポンプ２４や各弁は、図１符号Ｙで示すようにユ
ニット化されて、車体に塔載されている。

【００１７】ここで、主燃料タンク１０に充填されてい
る水素吸蔵合金は、水素吸蔵量の変化に対する放出水素
の圧力の変化が、図３に示すような特性を示すものが用
いられている。この図３に示す特性から明らかなよう
に、吸蔵水素量が極めて多い状態と極めて少ない状態と
を除いた領域、つまり残留水素量をもっとも知りたい領
域においては、吸蔵水素量の変化に対して放出水素の圧
力がほとんど変化しないものとなる。このような特性を
示す水素吸蔵合金としては、例えば、ＬａＮｉ系、Ｍｍ
ＮｉＡｌ系、ＴｉＦｅ系がある。

【００１８】これに対して、第２副燃料タンク１２に充
填されている水素吸蔵合金は、吸蔵水素量の変化に対す
る放出水素の圧力の変化が、図４に示すような特性を示
すものが用いられている。この図４の特性から明らかな
ように、吸蔵水素量が極めて多い状態と極めて少ない状
態は勿論のこと、この中間の領域でも吸蔵水素量の変化
に対する放出水素の圧力の変化の度合が大きいものとな
る。したがって、第２副燃料タンク１２から放出される
水素の圧力を圧力センサ４１で検出することにより、少
なくとも第２副燃料タンク１２の残留水素量を精度よく
知ることができる（燃料計４２への表示）。このような
水素吸蔵合金としては、例えば、ＭｍＮｉＭｎ系があ
る。

【００１９】主燃料タンク１０と副燃料タンク１２との
残留水素量の割合が同程度となるように、つまり副燃料
タンク１２の残留水素量が３０％であれば主燃料タンク
１０の残留水素量も３０％となるように、次のような手
法が採用されている。先ず、各燃料タンク１０と１２と
はその構造が、大小の相違はあるものの、全体として相
似形な構造とされている。特に、機械的構造や、熱媒の
伝熱態様が同じようにして行なわれるように設定されて
いる。また、副燃料タンク１２における熱媒の流通経路
例えば供給経路としての通路２６の有効開口面積を、主
燃料タンク１０における熱媒の流通経路例えば供給経路
となる通路２５の有効開口面積に比して所定割合小さく
なるようにしてある。この所定割合は、主燃料タンク１
０に対する副燃料タンク１２の容積比つまり水素吸蔵合
金の充填量（重さ）割合に応じたものとされる。

【００２０】電磁開閉弁３８は、常時は閉弁されている
が、給水素スタンドでの水素補充の際は、開弁される。
これにより、主燃料タンク１０と第２副燃料タンク１２
との充填割合を同じように行なうことができる。そし
て、水素補充終了後は、電磁開閉弁３８は再び閉じられ
る。なお、どの程度充填されたかを知るには、水素補充
過程の途中で、一旦電磁開閉弁３８を閉じて、この状態
で燃料計４２を見ることにより行なえばよい。

【００２１】なお、水素補充つまり水素吸蔵合金に対し
て水素を吸蔵させる際には、冷媒を用いて各燃料タンク
１０、１２が冷却されるが、この冷却は別途独立して構
成されたた冷却経路を利用してもよいが、熱媒供給経路
を遮断して、その出入口１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２
ｂをそのまま利用して冷媒の流通経路を構成するように
してもよい。

【００２２】第１副燃料タンク１１には、主燃料タンク
１０から放出された水素が水素ガスの状態として、つま
り熱媒等で加温しなくても水素をエンジン１に供給し得
る状態で貯留される。この第１副燃料タンク１１におけ
る電磁開閉弁４７は、エンジン始動時およびその後のし
ばらくの間だけ開弁されて、この電磁開閉弁４７が開弁
しているときにのみ、第１副燃料タンク１１からエンジ
ン１へ水素ガスが供給される。ただし、エンジン１が十
分暖機されて、エンジン冷却水が主燃料タンク１０や副
燃料タンク１２の水素放出温度にまで高められたとき後
は、すみやかに閉弁される。なお、第１副燃料タンク１
１への水素ガス補充は、主燃料タンク１０からのみ行な
われる関係上、主燃料タンク１０と第２副燃料タンク１
２との残留水素量に相違を生じることになるが、第１副
燃料タンク１への水素補充量はわずかなので、燃料計４
２に表示される残留水素量の精度としては実用上無視で
きる範囲となる。

【００２３】水素ガスを貯留する第１副燃料タンク１１
は、例えばスライド式等にして、車体の側方、後方ある
いは下方から容易に着脱し得るようにしておくのが好ま
しい。このようにすることによって、第１副燃料タンク
１１の貯留水素量が零になってエンジン始動が不可能な
ときは、充填済みの第１副燃料タンク１１と交換するこ
とによりエンジン始動を行なうことができる。このよう
な交換用の第１副燃料タンク１１は、あらかじめ自動車
Ａに装備してもよく、近くの給水素スタンド等からその
つど入手してもよく、あるいは急報によって整備能力を
有する者が運転してくる緊急援助の車両に常備品として
装備されているものを利用することができる。

【００２４】ここで、水素吸蔵合金を内蔵した燃料タン
ク１０、１２への熱媒として用いられるエンジン冷却水
は、切換弁２２によって、実施例では３０〜３５度Ｃの
範囲に制御される（水素吸蔵合金の最低水素放出温度が
３０度Ｃよりも弱化低いものが用いられている）。ただ
し、水素吸蔵合金として、最低水素放出温度が、通常の
温度環境化では容易には到達しない温度以上、例えば５
０度Ｃ以上好ましくは６０度Ｃ以上のものを用いるの
が、吸蔵された水素を安定して保管しておく上で好まし
いものとなる。ただし、熱媒として容易に入手できるエ
ンジン冷却水を利用すべく、最低水素放出温度は、８０
度Ｃを大きく越えない範囲のものとするのが好ましい。
さらに、水素を吸蔵させるときの最高吸蔵温度は、例え
ば水道水のように安価にかつ容易に入力できるものを用
いるべく、２０度Ｃ以下のもの、好ましくは１０〜２０
度Ｃの範囲のものを選択するのが好ましい。

【００２５】勿論、多量に水素を吸蔵すべく、吸蔵効率
すなわち同じ重量の水素吸蔵合金に対してはより大きい
重量の水素を吸蔵できるようなものを選定するのがよ
く、９０％以上の吸蔵効率を有するものが好ましい。以
上のような各種条件を勘案して、吸蔵効率９０％以上を
満足することを前提として、最低水素放出温度が５０〜
８０度Ｃの範囲で、最高水素吸蔵温度が１０〜２０度Ｃ
の範囲のものとしては、例えばミッシュメタル系の水素
吸蔵合金がある。

【００２６】図５〜図８は、水素吸蔵合金に吸蔵されて
いる残留水素量を検出するための参考例を示すものであ
り、各例共に、第２副燃料タンク１２に代えて用いられ
るものである。先ず、図５に示す例は、主燃料タンク１
０の重量を例えば圧電素子からなる重量センサ５１によ
って検出して、このセンサ５１で検出された重量の変化
に応じて残留水素量を検出、表示するものである。

【００２７】図６に示す例は、主燃料タンク１０に補充
された水素量を検出する流量計５２と、主燃料タンク１
０から放出された水素量を検出する流量計５３とを用い
て、補充量と放出量との差分を制御ユニット４２で演算
して、この演算された結果の値を残留水素量として表示
するようにしたものである。

【００２８】図７に示す例は、主燃料タンク１０に対し
て、発信器５４から超音波を発信すると共に、主燃料タ
ンク１０を透過した超音波を受信器５５で受信して、こ
の受信状態の変化から残留水素量を検出するようにした
ものである。

【００２９】図８に示す例は、定電圧源としてのバッテ
リ５６に対して、主燃料タンク１０（の水素吸蔵合金）
および電流計５７を直列に接続して、吸蔵水素量の変化
に起因して生じる水素吸蔵合金の抵抗値の変化に応じて
残留水素量を検出するようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された水素自動車の一例を示す一
部断面簡略側面図。

【図２】本発明の一実施例を示す全体系統図。

【図３】主燃料タンク用の水素吸蔵合金の特性を示す
図。

【図４】燃料計用としての第２副燃料タンクに用いられ
た水素吸蔵合金の特性を示す図。

【図５】燃料計を構成するための参考例を示す図。

【図６】燃料計を構成するための参考例を示す図。

【図７】燃料計を構成するための参考例を示す図。

【図８】燃料計を構成するための参考例を示す図。

【符号の説明】

Ａ：水素自動車 １：エンジン １０：主燃料タンク １２：第２副燃料タンク（燃料計用） ３１：通路（第１供給系路） ３４：通路（第２供給系路） ３７：連通通路 ３８：開閉弁 ４１：圧力センサ ４２：燃料計 ４３：制御ユニット（圧力に応じた燃料表示用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊原 利憲 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 平林 繁文 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−106513（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5464（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−368228（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−961（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−187825（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−99073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246459（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−216024（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−248439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−220009（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−223012（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−66813（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−153824（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−49519（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭58−52922（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 15/10 F02M 21/02 F17C 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水素を燃料として走行される水素自動車に
   おいて、 水素吸蔵合金に水素を吸蔵させてなる主燃料タンク（１
   ０）と、 水素吸蔵合金に水素を吸蔵させてなり、前記主燃料タン
   ク（１０）の容量よりも十分小さい容量とされた副燃料
   タンク（１２）と、前記主燃料タンク（１０）からの水素をエンジン（１）
   に対して供給するための第１供給系路（３１）と、 前記第１供給系路（３１）とは別個独立して設けられ、
   前記副燃料タンク（１２）からの水素をエンジン（１）
   に対して供給するための第２供給系路（３４）と、 前記副燃料タンク（１２）から放出される水素の圧力を
   検出する圧力検出手段（４１）と、 前記圧力検出手段（４１）で検出される圧力に応じて、
   前記主燃料タンク（１０）内に残留している水素量を表
   示する燃料計（４２）と、前記第１供給系路（３１）と第２供給系路（３４）とを
   接続する連通通路（３７）と、 前記連通通路（３７）に接続され、前記各燃料タンク
   （１０、１２）に水素を吸蔵させるときは該各燃料タン
   ク（１０、１２）への水素吸蔵割合が等しくなるように
   開かれると共に、水素の吸蔵が終了した後に閉じられる
   ように設定された開閉弁（３８）と、 前記各燃料タンク（１０、１２）からエンジン（１）に
   対して水素を供給するときに、該各燃料タンク（１０、
   １２）からの水素放出割合が互いに略等しくなるように
   設定する放出割合設定手段と、 を備え、 前記主燃料タンク（１０）Ｒ用の水素吸蔵合金としてＬ
   ａＮｉ系、ＭｍＮｉＡｌ系、ＴｉＦｅ系の中のいずれか
   １つが用いられる一方、前記副燃料タンク（１ ２）用の
   水素吸蔵合金としてＭｍＮｉＭｎ系が用いられることに
   より、該副燃料タンク（１２）内の水素吸蔵合金が、該
   主燃料タンク（１０）内の水素吸蔵合金に比して、水素
   吸蔵量の変化に対して放出される水素の圧力変化の度合
   が大きくなるように設定されている、ことを特徴とする
   水素自動車。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記放出割合設定手段が、 前記主燃料タンク（１０）の構造と副燃料タンク（１
   ２）の構造とを略相似形になるように構成し、 前記主燃料タンク（１０）と副燃料タンク（１２）とに
   対する水素放出用の熱媒の供給量の割合を、該両燃料タ
   ンク（１０、１２）の最大水素吸蔵量の割合に応じた割
   合となるように設定すること、によって構成されてい
   る、ことを特徴とする水素自動車。