JP4348807B2 - 水素供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（水素吸蔵合金）を有し、水素吸蔵材に蓄えられた水素を解離させることにより水素を供給する水素供給装置に関するもので、水素を燃料として発熱する燃焼式ヒータの燃料供装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
水素供給装置として、例えば特開平８−１１５７３２号公報に記載の発明では、低温時においても安定的に水素を供給するために、複数個の水素吸蔵材が収納された吸蔵材タンクのうち、少なくとも１つの吸蔵材タンク内に水素吸蔵材を加熱する発熱体を配設している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、発熱体が配設された吸蔵材タンク内の水素吸蔵材に十分な量の水素が吸蔵されている場合には、発熱体により水素吸蔵材を加熱すれば、十分な水素を供給することができるものの、仮に、発熱体が配設された吸蔵材タンク内の水素吸蔵材に十分な量の水素が吸蔵されていない場合には、十分な水素を供給することができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、十分な水素を安定的に供給することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（１１０）が収納された複数個の吸蔵材タンク（１０）を有し、水素吸蔵材（１１０）に蓄えられた水素を解離させることにより水素を供給する水素供給装置であって、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）内それぞれに、水素吸蔵特性が異なる水素吸蔵材（１１０）を収納し、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）は、同一温度に対する解離平衡圧が最も高い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された第１吸蔵材タンク（１０１）と、その他の複数個の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）を含み、同一温度に対する解離平衡圧が低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０５）から順に並ぶように、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）間を順次連通させる複数の水素配管（１５２）が設けられ、前記水素配管（１５２）には、前記第１吸蔵材タンク（１０１）側に向けて水素が流通することのみを許容し、同一温度に対する解離平衡圧が最も低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵材タンク（１０５）側に向けて水素が流通することを阻止する弁（１５４）が設けられ、前記水素吸蔵材（１１０）の温度を調節する温度調節手段（１６０〜１６３）が設けられ、前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、定常時モードにおいて、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を第１の温度に調節し、また、水素流れにおいて隣り合う前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を相違させるとともに、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させるよう、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を周期的に調節し、さらに、その周期的な調節においては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち水素流れにおいて前記第１水素吸蔵タンク（１０１）と隣り合う第２吸蔵材タンク（１０２）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を上昇させたときに、当該上昇した温度が前記第１の温度よりも高くなるようになっており、この調節により、同一温度に対する解離平衡圧が低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０５）から順次に、同一温度に対する解離平衡圧が高い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０１）に、前記複数の水素配管（１５２）を介して水素を移動させ、さらに、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の水素を供給水素として外部に供給することを特徴とする。
【０００９】
これにより、水素を外部に供給する同一温度に対する解離平衡圧が最も高い水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵材タンク（１０１）内の吸蔵材（１１０）に十分な量の水素を吸蔵させることができるので、水素を常時、安定的に供給することができる。
【００１０】
また、水素を外部に供給する同一温度に対する解離平衡圧が最も高い水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵タンク（１０１）には、高圧の水素が供給されるので、始動時において、外気温度が低く吸蔵タンク内の圧力が低下しているときでも、高圧の水素を確実に供給することができる。
【００１１】
また、圧縮機等のポンプ手段を用いることなく、高圧の水素を供給することができるので、水素供給装置１００の部品点数及び構造を簡便なものとすることができ、水素供給装置１００の製造原価低減を図ることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載のように、前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、前記定常時モードにおいて、第１定常時モードと第２定常時モードを周期的に繰り返し、前記第１定常時モードにおいては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて奇数番目の吸蔵材タンク（１０３、１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）を高温に調節すると共に、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて偶数番目の吸蔵材タンク（１０２、１０４）内の前記水素吸蔵材（１１０）を前記高温よりも低い低温に調節し、前記第２定常時モードにおいては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて偶数番目の吸蔵材タンク（１０２、１０４）内の前記水素吸蔵材（１１０）を高温に調節すると共に、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて奇数番目の吸蔵材タンク（１０３、１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）を前記高温よりも低い低温に調節するようになっていてもよい。
また、請求項３に記載のように、前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、外部への水素供給を開始した時から所定時間が経過する前の始動時モードにおいては、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度よりも高くすることで、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の水素を供給水素として外部に供給し、外部への水素供給を開始した時から所定時間が経過した後は、前記定常時モードの作動を行うようになっていてもよい。
【００１６】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る水素供給装置を車両用暖房装置の燃料（水素）供給装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。
【００１８】
図１中、１００は本実施形態に係る水素供給装置であり、２００は水素供給装置１００から供給される水素を燃料として発熱する燃焼式ヒータ（以下、ヒータと略す。）であり、３００はヒータ２００にて加熱された熱媒体（本実施形態では、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体）を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱する暖房用熱交換器（ヒータコア）である。
【００１９】
４００はヒータコア３００から流出した熱媒体を冷却するラジエータであり、ラジエータファン（冷却用送風機）４１０の送風量を調節することにより、ラジエータ４００から流出する熱媒体の温度を所定温度まで低下させている。
【００２０】
なお、４２０は熱媒体を循環させるポンプであり、４３０は水素供給装置１００から流出した熱媒体が水素供給装置１００内に逆流することを防止する逆止弁である。
【００２１】
次に、本実施形態に係る水素供給装置１００について述べる。
【００２２】
図２において、１０１〜１０５は水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（以下、吸蔵材と略す。）１１０が収納された第１〜５水素吸蔵材タンク（以下、吸蔵タンクと略す。）であり、これら第１〜５水素吸蔵材タンク１０１〜１０５は、図３に示すように、吸蔵材１１０と熱媒体とを熱交換する熱交換器１２０、並びに吸蔵材１１０及び熱交換器１２０を収納するケーシング１３０等からなるものである。
【００２３】
因みに、熱交換器１２０は、熱媒体が流通する複数本のチューブ１２１、チューブ１２１の長手方向両端側に配設されて複数本のチューブ１２１に連通するヘッダタンク１２２、及び各チューブ１２１間に配設されて熱媒体と吸蔵材１１０との熱交換を促進するフィン１２３等からなる、いわゆるマルチフロー型の熱交換器である。そして、吸蔵材１１０が充填された熱交換１２０を水素吸蔵コアと呼ぶ。
【００２４】
ところで、吸蔵材１１０は、周知のごとく、吸蔵材自身の温度に対して一義的に解離平衡圧が決定されるが、吸蔵材の種類毎に、同一温度に対する解離平衡圧が相違しており、本明細書では、同一温度に対する解離平衡圧が相違していることを「水素吸蔵特性が相違している」と言い、同一温度に対する解離平衡圧が等しいことを「水素吸蔵特性が等しい」と言う。そして、本実施形態では、第１〜５吸蔵タンク１０１〜１０５内に収納された吸蔵材１１０は、全て水素吸蔵特性が等しい同種の吸蔵材である。
【００２５】
また、図２の一点鎖線は、各吸蔵タンク１０１〜１０５内の熱交換器１２０（水素吸蔵コア）に循環させる熱媒体が流通する熱媒体回路１４０を示しており、１４１は熱媒体回路１４０（各吸蔵タンク１０１〜１０５）に高温の熱媒体（ラジエータ４００にて冷却されていない熱媒体）を循環させる場合と、低温の熱媒体（ラジエータ４００にて冷却された熱媒体）を循環させる場合とを切換制御する三方式の切換弁であり、１４２は第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５（の熱交換器１２０）を循環する熱媒体を制御する制御弁である。
【００２６】
また、図２の太い実線は、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５内にて解離した水素（水素ガス）を集合回収して、その回収した水素を第１吸蔵タンク１０１内に導く水素配管（水素通路）１４３である。このため、本実施形態に係る水素供給装置１００では、第１吸蔵タンク１０１内の水素が供給水素として、外部（本実施形態では、ヒータ２００）に供給される。
【００２７】
なお、水素配管１４３のうち各吸蔵タンク１０１〜１０５間には、外部に水素を供給する第１吸蔵材タンク１０１側に向けて水素が流通することのみを許容し、第１吸蔵タンク１０１側から第５吸蔵タンク１０５側に向けて水素が流通することを阻止する逆止弁１４４が設けられている。
【００２８】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００２９】
１．始動時モード
このモードは、水素吸蔵装置１００にて水素の供給を開始する時に行うモードであり、図４に示すように、切換弁１４１を作動させて第１吸蔵タンク１０１に高温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１４２を閉じて第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５への熱媒体の循環を停止させる。
【００３０】
これにより、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の温度が上昇して解離平衡圧が上昇するので、第１吸蔵タンク１０１内の圧力が解離平衡圧となるように吸蔵材１１０から水素が解離放出され、水素がヒータ２００に供給される。
【００３１】
２．定常時モード
このモードは、外部（ヒータ２００）への水素供給を開始した時から所定時間が（始動モードが所定時間）経過した後に実行されるモードである。なお、所定時間とは、第１吸蔵タンク１０１から解離放出される水素量が低下し、第１吸蔵タンク１０１内の圧力が所定圧力以下となるまでの時間等に基づいて適宜選定されるものである。
【００３２】
そして、このモードでは、図５に示すように、切換弁１４１を作動させて第１吸蔵タンク１０１に低温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１４２を開いて高温の熱媒体を第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５に循環させる。
【００３３】
これにより、第２吸蔵タンク１０２〜１０５内の吸蔵材１１０の温度が上昇して解離平衡圧が上昇するので、第２〜５吸蔵タンク１０１〜１０５内の圧力が解離平衡圧となるように吸蔵材１１０から水素が解離放出されるとともに、その解離放出された水素が第１吸蔵タンク１０１内に導かれる。
【００３４】
一方、第１吸蔵タンク１０１には低温の熱媒体が供給されるので、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５内の吸蔵材１１０の解離平衡圧より低下し、第１吸蔵タンク１０１内の圧力がその低下した解離平衡圧となるように、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から導かれた水素を吸蔵する。
【００３５】
しかし、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０にて吸蔵される水素量より、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素量の方が多いので、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素の一部が第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵され、その他は、外部（ヒータ２００）に供給される。
【００３６】
そこで、本実施形態では、第１吸蔵タンク１０１を始動用タンクと呼び、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５を定常時用タンクと呼ぶ。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３８】
本実施形態によれば、定常時モードにおいては、定常時用タンク（第２〜５吸蔵タンク）１０２〜１０５から始動用タンク（第１吸蔵タンク）１０１に水素が導かれるとともに、その導かれた水素の一部が始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵されるので、始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に十分な量の水素を吸蔵させることができ、水素を常時、安定的に供給することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、始動用タンク１０１の体積を定常用タンク１０２〜１０５の体積より小さくして、始動用タンク１０１の内圧（水素ガス圧）が低下することを抑制しつつ、内圧を昇圧し易くしている。
【００４０】
（第２実施形態）
図６は本実施形態に係る水素供給装置１００の模式図であり、本実施形態では同一温度に対する解離平衡圧（以下、この解離平衡圧を温度解離平衡圧と呼ぶ。）が最も低い吸蔵材が第５吸蔵タンク１０５に収納され、最も温度解離平衡圧が高い吸蔵材が第１吸蔵タンク１０１に収納されるように、温度解離平衡圧の順に各吸蔵タンク１０１〜１０５を並べる。
【００４１】
そして、隣り合う吸蔵タンク１０１〜１０５間を２本の水素配管１５１、１５２にて連通させるとともに、一方の水素配管１５１には、隣り合う吸蔵タンク１０１〜１０５間（第１吸蔵タンク１０１と第２吸蔵タンク１０２間は除く。）の圧力高低差（内圧高低差）が所定圧となるように調節するレギュレータ１５３が配設され、他方側の水素配管１５２には、第１吸蔵材タンク１０１側に向けて水素が流通することのみを許容し、第１吸蔵タンク１０１側から第５吸蔵タンク１０５側に向けて水素が流通することを阻止する逆止弁１５４が設けられている。
【００４２】
なお、第１吸蔵タンク１０１と第２吸蔵タンク１０２間の水素配管１５１には、水素配管１５１の連通状態を制御する制御弁１５５が設けられ、１５６は第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５（の熱交換器１２０）を循環する熱媒体を制御する制御弁である。
【００４３】
また、１６０は各吸蔵タンク１０１〜１０５に熱媒体を供給する熱媒体回路であり、１６１〜１６３は、各吸蔵タンク１０１〜１０５に供給する熱媒体を切り換えて、隣り合う吸蔵材タンク１０１〜１０５内の吸蔵材１１０の温度を相違させるとともに、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させる第１〜３切換弁である。そして、これら切換弁１６１〜１６３及び熱媒体回路１６０により吸蔵材１１０の温度を調節する温度調節手段が構成されている。
【００４４】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００４５】
１．始動時モード
このモードは、水素吸蔵装置１００にて水素の供給を開始する時に行うモードであり、図７に示すように、第１切換弁１６１をを作動させて第１吸蔵タンク１０１に高温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１５６を閉じて第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５への熱媒体の循環を停止させる。
【００４６】
これにより、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の温度が上昇して解離平衡圧が上昇するので、第１吸蔵タンク１０１内の圧力が解離平衡圧となるように吸蔵材１１０から水素が解離放出され、水素がヒータ２００に供給される。
【００４７】
２．定常時モード
このモードは、外部（ヒータ２００）への水素供給を開始した時から所定時間が（始動モードが所定時間）経過した後に実行されるモードであり、図８に示すように、第１切換弁１６１を作動させて第１吸蔵タンク１０１に低温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１５６を開いて熱媒体を第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５に循環させる。
【００４８】
このとき、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５に循環させる熱媒体は、隣り合う吸蔵材タンク１０１〜１０５内の吸蔵材１１０の温度を相違させるように、隣り合う吸蔵材タンクに温度の異なる熱媒体を循環させるとともに、高温の熱媒体を循環させる場合と低温の熱媒体を循環させる場合とを周期的に切り換えることにより、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させている。
【００４９】
具体的には、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５に高温の熱媒体を循環させる場合（以下、この場合を第１定常時と呼ぶ。）には、第２、４吸蔵タンクに１０２、１０４に低温の熱媒体を循環させ、一方、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４に高温の熱媒体を循環させる場合（以下、この場合を第２定常時と呼ぶ。）には、図９に示すように、第３、５吸蔵タンクに１０３、１０５に低温の熱媒体を循環させる。
【００５０】
これにより、第１定常時には、図１０に示すように、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が上昇し、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５内の吸蔵材１１０から水素が解離放出される。一方、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５と隣り合う第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が低下し、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０は水素を吸蔵する。
【００５１】
このため、隣り合う吸蔵タンク１０２〜１０５間に内圧差が生じるため、第２吸蔵タンク１０２には、水素配管１５２介して第３吸蔵タンク１０３から水素が供給され、第４吸蔵タンク１０４には、水素配管１５２介して第５吸蔵タンク１０５から水素が供給される。
【００５２】
このとき、逆止弁１５４が水素配管１５２に設けられているので、水素配管１５２を介して第３吸蔵タンク１０３から第４吸蔵タンク１０４に水素が流通することはない。
【００５３】
また、水素配管１５１には、レギュレータ１５５が設けられているので、仮に、第３吸蔵タンク１０３にて解離した水素量が第２吸蔵タンク１０２にて吸蔵する水素量より多い場合には、その余剰水素は、レギュレータ１５５にて第４吸蔵タンク１０４の内圧まで減圧されて第４吸蔵タンク１０４に供給される。
【００５４】
また、第２定常時においては、図１０に示すように、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が上昇し、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０から水素が解離放出される。一方、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４と隣り合う第３、５吸蔵タンク１０３、１０５及び第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が低下し、第１、３、５吸蔵タンク１０１、１０３、１０５内の吸蔵材１１０は水素を吸蔵する。
【００５５】
このため、隣り合う吸蔵タンク間に内圧差が生じるため、第１吸蔵タンク１０１には、水素配管１５２介して第２吸蔵タンク１０２から水素が供給され、第３吸蔵タンク１０３には、水素配管１５２介して第４吸蔵タンク１０５から水素が供給される。
【００５６】
したがって、第１定常時と第２定常時とを周期的に繰り返せば、第５吸蔵タンク１０５の吸蔵材１１０に吸蔵されていた水素は、第２〜４吸蔵タンク１０２〜１０４を介して順次、第１吸蔵タンク１０１に導かれることとなる。同様に、第４吸蔵タンク１０４の吸蔵材１１０に吸蔵されていた水素は、第２〜３吸蔵タンク１０２〜１０３を介して順次、第１吸蔵タンク１０１に導かれ、第３吸蔵タンク１０３の吸蔵材１１０に吸蔵されていた水素は、第２吸蔵タンク１０２を介して第１吸蔵タンク１０１に導かれることとなる。
【００５７】
また、第１〜４吸蔵タンク１０１〜１０５に収納された吸蔵材１１０のうち、第１吸蔵タンク１０１に収納された吸蔵材１１０の温度解離平衡圧が最も高いので、第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素は、図１０から明らかなように、第１吸蔵タンク１０１に向かうほど、圧力が高くなる。そこで、本実施形態では、第１吸蔵タンク１０１を始動用タンクと呼び、第２吸蔵タンク１０２を高圧用タンクと呼び、第３吸蔵タンク１０３を中圧用タンクと呼び、第４吸蔵用タンク１０４を低圧用タンクと呼び、第５吸蔵タンク１０５を定常時用タンクと呼ぶ。
【００５８】
このとき、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０にて吸蔵される水素量より、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素量の方が多いので、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素の一部が第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵され、その他は、外部（ヒータ２００）に供給される。
【００５９】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００６０】
定常時モードにおいては、定常時用タンク（第５吸蔵タンク）１０５から高圧タンク（第２吸蔵タンク）１０２に向けて順次昇圧しながら、始動用タンク（第１吸蔵タンク）１０１に水素が導かれるとともに、その導かれた水素の一部が始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵されるので、始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に十分な量の水素を吸蔵させることができ、水素を常時、安定的に供給することができる。
【００６１】
また、始動用タンク１０１には高圧の水素が供給されるので、始動時において、外気温度が低く始動用タンク１０１内の圧力が低下しているときでも、高圧の水素を確実に供給することができる。延いては、始動時においても、ヒータ２００が要求する水素量を確実、かつ、瞬時にレスポンス良く供給することができる。
【００６２】
また、圧縮機等のポンプ手段を用いることなく、高圧の水素を供給することができるので、水素供給装置１００の部品点数及び構造を簡便なものとすることができ、水素供給装置１００の製造原価低減を図ることができる。
【００６３】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、始動用タンク１０１の体積を高圧タンク１０２、中圧タンク１０３、低圧タンク１０４及び定常用タンク１０５の体積より小さくして、始動用タンク１０１の内圧（水素ガス圧）が低下することを抑制しつつ、内圧を昇圧し易くしている。
【００６４】
（第３実施形態）
本実施形態は、図１１に示すように、始動用タンク１０１より水素供給対象（本実施形態では、ヒータ２００側）に、吸蔵材１１０を用いず、単純に水素を蓄える予備（高圧）タンク１０１ａを設け、かつ、予備タンク１０１ａと始動タンク１０１とを繋ぐ水素配管に開閉バルブ１０１ｂを設けるとともに、水素供給を停止する際には、開閉バルブ１０１ｂを閉じるようにしたものである。
【００６５】
これにより、水素供給の停止時に各タンク１０１〜１０５内の吸蔵材１１０の温度が低下して水素が吸蔵材１１０に吸蔵されても、予備タンク１０１ａ内に蓄えられた水素を供給することができるので、低温始動時においても、確実に水素を供給することができる。
【００６６】
なお、図１１は第２実施形態に係る水素供給装置に本実施形態を適用した例であったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、第１実施形態に係る水素供給装置にも適用することができる。
【００６７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、暖房用のヒータ２００に水素を供給する水素供給装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素と酸素とを化学反応させて電力を起こす燃料電池の水素供給装置等その他の水素供給装置に適用してもよい。
【００６８】
また、第１実施形態では、温度解離平衡圧が等しい吸蔵材１１０が各吸蔵タンク１０１〜１０５に収納されていたが、温度解離平衡圧が相違する吸蔵材１１０を各吸蔵タンク１０１〜１０５に収納してもよい。
【００６９】
また、第２実施形態では、温度解離平衡圧が相違する吸蔵材１１０を用いたが、温度解離平衡圧が等しい吸蔵材１１０を各吸蔵タンク１０１〜１０５に収納させるとともに、各吸蔵タンク１０１〜１０５に供給する高温及び低温の熱媒体の温度を、吸蔵タンク毎に相違させることにより、解離する水素の圧力を順次、昇圧して第１吸蔵タンク１０１に導いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水素供給装置を用いた暖房装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る吸蔵タンクの模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る水素供給装置の模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る水素供給装置における始動時の模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る水素供給装置における定常時の模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置の模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置における始動時の模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置における第１定常時の模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置における第２定常時の模式図である。
【図１０】解離平衡圧と吸蔵材の温度との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る水素供給装置の模式図である。
【符号の説明】
１００…水素供給装置、１０１…第１吸蔵タンク、１０２…第２吸蔵タンク、
１０３…第３吸蔵タンク、１０４…第４吸蔵タンク、
１０５…第５吸蔵タンク、１４１…切換弁、１４４…逆止弁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（水素吸蔵合金）を有し、水素吸蔵材に蓄えられた水素を解離させることにより水素を供給する水素供給装置に関するもので、水素を燃料として発熱する燃焼式ヒータの燃料供装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
水素供給装置として、例えば特開平８−１１５７３２号公報に記載の発明では、低温時においても安定的に水素を供給するために、複数個の水素吸蔵材が収納された吸蔵材タンクのうち、少なくとも１つの吸蔵材タンク内に水素吸蔵材を加熱する発熱体を配設している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、発熱体が配設された吸蔵材タンク内の水素吸蔵材に十分な量の水素が吸蔵されている場合には、発熱体により水素吸蔵材を加熱すれば、十分な水素を供給することができるものの、仮に、発熱体が配設された吸蔵材タンク内の水素吸蔵材に十分な量の水素が吸蔵されていない場合には、十分な水素を供給することができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、十分な水素を安定的に供給することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（１１０）が収納された複数個の吸蔵材タンク（１０）を有し、水素吸蔵材（１１０）に蓄えられた水素を解離させることにより水素を供給する水素供給装置であって、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）内それぞれに、水素吸蔵特性が異なる水素吸蔵材（１１０）を収納し、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）は、同一温度に対する解離平衡圧が最も高い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された第１吸蔵材タンク（１０１）と、その他の複数個の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）を含み、同一温度に対する解離平衡圧が低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０５）から順に並ぶように、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）間を順次連通させる複数の水素配管（１５２）が設けられ、前記水素配管（１５２）には、前記第１吸蔵材タンク（１０１）側に向けて水素が流通することのみを許容し、同一温度に対する解離平衡圧が最も低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵材タンク（１０５）側に向けて水素が流通することを阻止する弁（１５４）が設けられ、前記水素吸蔵材（１１０）の温度を調節する温度調節手段（１６０〜１６３）が設けられ、前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、定常時モードにおいて、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を第１の温度に調節し、また、水素流れにおいて隣り合う前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を相違させるとともに、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させるよう、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を周期的に調節し、さらに、その周期的な調節においては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち水素流れにおいて前記第１水素吸蔵タンク（１０１）と隣り合う第２吸蔵材タンク（１０２）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を上昇させたときに、当該上昇した温度が前記第１の温度よりも高くなるようになっており、この調節により、同一温度に対する解離平衡圧が低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０５）から順次に、同一温度に対する解離平衡圧が高い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０１）に、前記複数の水素配管（１５２）を介して水素を移動させ、さらに、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の水素を供給水素として外部に供給することを特徴とする。
【０００９】
これにより、水素を外部に供給する同一温度に対する解離平衡圧が最も高い水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵材タンク（１０１）内の吸蔵材（１１０）に十分な量の水素を吸蔵させることができるので、水素を常時、安定的に供給することができる。
【００１０】
また、水素を外部に供給する同一温度に対する解離平衡圧が最も高い水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵タンク（１０１）には、高圧の水素が供給されるので、始動時において、外気温度が低く吸蔵タンク内の圧力が低下しているときでも、高圧の水素を確実に供給することができる。
【００１１】
また、圧縮機等のポンプ手段を用いることなく、高圧の水素を供給することができるので、水素供給装置１００の部品点数及び構造を簡便なものとすることができ、水素供給装置１００の製造原価低減を図ることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載のように、前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、前記定常時モードにおいて、第１定常時モードと第２定常時モードを周期的に繰り返し、前記第１定常時モードにおいては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて奇数番目の吸蔵材タンク（１０３、１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）を高温に調節すると共に、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて偶数番目の吸蔵材タンク（１０２、１０４）内の前記水素吸蔵材（１１０）を前記高温よりも低い低温に調節し、前記第２定常時モードにおいては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて偶数番目の吸蔵材タンク（１０２、１０４）内の前記水素吸蔵材（１１０）を高温に調節すると共に、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて奇数番目の吸蔵材タンク（１０３、１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）を前記高温よりも低い低温に調節するようになっていてもよい。
また、請求項３に記載のように、前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、外部への水素供給を開始した時から所定時間が経過する前の始動時モードにおいては、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度よりも高くすることで、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の水素を供給水素として外部に供給し、外部への水素供給を開始した時から所定時間が経過した後は、前記定常時モードの作動を行うようになっていてもよい。
【００１６】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る水素供給装置を車両用暖房装置の燃料（水素）供給装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。
【００１８】
図１中、１００は本実施形態に係る水素供給装置であり、２００は水素供給装置１００から供給される水素を燃料として発熱する燃焼式ヒータ（以下、ヒータと略す。）であり、３００はヒータ２００にて加熱された熱媒体（本実施形態では、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体）を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱する暖房用熱交換器（ヒータコア）である。
【００１９】
４００はヒータコア３００から流出した熱媒体を冷却するラジエータであり、ラジエータファン（冷却用送風機）４１０の送風量を調節することにより、ラジエータ４００から流出する熱媒体の温度を所定温度まで低下させている。
【００２０】
なお、４２０は熱媒体を循環させるポンプであり、４３０は水素供給装置１００から流出した熱媒体が水素供給装置１００内に逆流することを防止する逆止弁である。
【００２１】
次に、本実施形態に係る水素供給装置１００について述べる。
【００２２】
図２において、１０１〜１０５は水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（以下、吸蔵材と略す。）１１０が収納された第１〜５水素吸蔵材タンク（以下、吸蔵タンクと略す。）であり、これら第１〜５水素吸蔵材タンク１０１〜１０５は、図３に示すように、吸蔵材１１０と熱媒体とを熱交換する熱交換器１２０、並びに吸蔵材１１０及び熱交換器１２０を収納するケーシング１３０等からなるものである。
【００２３】
因みに、熱交換器１２０は、熱媒体が流通する複数本のチューブ１２１、チューブ１２１の長手方向両端側に配設されて複数本のチューブ１２１に連通するヘッダタンク１２２、及び各チューブ１２１間に配設されて熱媒体と吸蔵材１１０との熱交換を促進するフィン１２３等からなる、いわゆるマルチフロー型の熱交換器である。そして、吸蔵材１１０が充填された熱交換１２０を水素吸蔵コアと呼ぶ。
【００２４】
ところで、吸蔵材１１０は、周知のごとく、吸蔵材自身の温度に対して一義的に解離平衡圧が決定されるが、吸蔵材の種類毎に、同一温度に対する解離平衡圧が相違しており、本明細書では、同一温度に対する解離平衡圧が相違していることを「水素吸蔵特性が相違している」と言い、同一温度に対する解離平衡圧が等しいことを「水素吸蔵特性が等しい」と言う。そして、本実施形態では、第１〜５吸蔵タンク１０１〜１０５内に収納された吸蔵材１１０は、全て水素吸蔵特性が等しい同種の吸蔵材である。
【００２５】
また、図２の一点鎖線は、各吸蔵タンク１０１〜１０５内の熱交換器１２０（水素吸蔵コア）に循環させる熱媒体が流通する熱媒体回路１４０を示しており、１４１は熱媒体回路１４０（各吸蔵タンク１０１〜１０５）に高温の熱媒体（ラジエータ４００にて冷却されていない熱媒体）を循環させる場合と、低温の熱媒体（ラジエータ４００にて冷却された熱媒体）を循環させる場合とを切換制御する三方式の切換弁であり、１４２は第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５（の熱交換器１２０）を循環する熱媒体を制御する制御弁である。
【００２６】
また、図２の太い実線は、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５内にて解離した水素（水素ガス）を集合回収して、その回収した水素を第１吸蔵タンク１０１内に導く水素配管（水素通路）１４３である。このため、本実施形態に係る水素供給装置１００では、第１吸蔵タンク１０１内の水素が供給水素として、外部（本実施形態では、ヒータ２００）に供給される。
【００２７】
なお、水素配管１４３のうち各吸蔵タンク１０１〜１０５間には、外部に水素を供給する第１吸蔵材タンク１０１側に向けて水素が流通することのみを許容し、第１吸蔵タンク１０１側から第５吸蔵タンク１０５側に向けて水素が流通することを阻止する逆止弁１４４が設けられている。
【００２８】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００２９】
１．始動時モード
このモードは、水素吸蔵装置１００にて水素の供給を開始する時に行うモードであり、図４に示すように、切換弁１４１を作動させて第１吸蔵タンク１０１に高温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１４２を閉じて第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５への熱媒体の循環を停止させる。
【００３０】
これにより、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の温度が上昇して解離平衡圧が上昇するので、第１吸蔵タンク１０１内の圧力が解離平衡圧となるように吸蔵材１１０から水素が解離放出され、水素がヒータ２００に供給される。
【００３１】
２．定常時モード
このモードは、外部（ヒータ２００）への水素供給を開始した時から所定時間が（始動モードが所定時間）経過した後に実行されるモードである。なお、所定時間とは、第１吸蔵タンク１０１から解離放出される水素量が低下し、第１吸蔵タンク１０１内の圧力が所定圧力以下となるまでの時間等に基づいて適宜選定されるものである。
【００３２】
そして、このモードでは、図５に示すように、切換弁１４１を作動させて第１吸蔵タンク１０１に低温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１４２を開いて高温の熱媒体を第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５に循環させる。
【００３３】
これにより、第２吸蔵タンク１０２〜１０５内の吸蔵材１１０の温度が上昇して解離平衡圧が上昇するので、第２〜５吸蔵タンク１０１〜１０５内の圧力が解離平衡圧となるように吸蔵材１１０から水素が解離放出されるとともに、その解離放出された水素が第１吸蔵タンク１０１内に導かれる。
【００３４】
一方、第１吸蔵タンク１０１には低温の熱媒体が供給されるので、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５内の吸蔵材１１０の解離平衡圧より低下し、第１吸蔵タンク１０１内の圧力がその低下した解離平衡圧となるように、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から導かれた水素を吸蔵する。
【００３５】
しかし、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０にて吸蔵される水素量より、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素量の方が多いので、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素の一部が第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵され、その他は、外部（ヒータ２００）に供給される。
【００３６】
そこで、本実施形態では、第１吸蔵タンク１０１を始動用タンクと呼び、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５を定常時用タンクと呼ぶ。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３８】
本実施形態によれば、定常時モードにおいては、定常時用タンク（第２〜５吸蔵タンク）１０２〜１０５から始動用タンク（第１吸蔵タンク）１０１に水素が導かれるとともに、その導かれた水素の一部が始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵されるので、始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に十分な量の水素を吸蔵させることができ、水素を常時、安定的に供給することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、始動用タンク１０１の体積を定常用タンク１０２〜１０５の体積より小さくして、始動用タンク１０１の内圧（水素ガス圧）が低下することを抑制しつつ、内圧を昇圧し易くしている。
【００４０】
（第２実施形態）
図６は本実施形態に係る水素供給装置１００の模式図であり、本実施形態では同一温度に対する解離平衡圧（以下、この解離平衡圧を温度解離平衡圧と呼ぶ。）が最も低い吸蔵材が第５吸蔵タンク１０５に収納され、最も温度解離平衡圧が高い吸蔵材が第１吸蔵タンク１０１に収納されるように、温度解離平衡圧の順に各吸蔵タンク１０１〜１０５を並べる。
【００４１】
そして、隣り合う吸蔵タンク１０１〜１０５間を２本の水素配管１５１、１５２にて連通させるとともに、一方の水素配管１５１には、隣り合う吸蔵タンク１０１〜１０５間（第１吸蔵タンク１０１と第２吸蔵タンク１０２間は除く。）の圧力高低差（内圧高低差）が所定圧となるように調節するレギュレータ１５３が配設され、他方側の水素配管１５２には、第１吸蔵材タンク１０１側に向けて水素が流通することのみを許容し、第１吸蔵タンク１０１側から第５吸蔵タンク１０５側に向けて水素が流通することを阻止する逆止弁１５４が設けられている。
【００４２】
なお、第１吸蔵タンク１０１と第２吸蔵タンク１０２間の水素配管１５１には、水素配管１５１の連通状態を制御する制御弁１５５が設けられ、１５６は第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５（の熱交換器１２０）を循環する熱媒体を制御する制御弁である。
【００４３】
また、１６０は各吸蔵タンク１０１〜１０５に熱媒体を供給する熱媒体回路であり、１６１〜１６３は、各吸蔵タンク１０１〜１０５に供給する熱媒体を切り換えて、隣り合う吸蔵材タンク１０１〜１０５内の吸蔵材１１０の温度を相違させるとともに、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させる第１〜３切換弁である。そして、これら切換弁１６１〜１６３及び熱媒体回路１６０により吸蔵材１１０の温度を調節する温度調節手段が構成されている。
【００４４】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００４５】
１．始動時モード
このモードは、水素吸蔵装置１００にて水素の供給を開始する時に行うモードであり、図７に示すように、第１切換弁１６１をを作動させて第１吸蔵タンク１０１に高温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１５６を閉じて第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５への熱媒体の循環を停止させる。
【００４６】
これにより、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の温度が上昇して解離平衡圧が上昇するので、第１吸蔵タンク１０１内の圧力が解離平衡圧となるように吸蔵材１１０から水素が解離放出され、水素がヒータ２００に供給される。
【００４７】
２．定常時モード
このモードは、外部（ヒータ２００）への水素供給を開始した時から所定時間が（始動モードが所定時間）経過した後に実行されるモードであり、図８に示すように、第１切換弁１６１を作動させて第１吸蔵タンク１０１に低温の熱媒体を循環させるとともに、制御弁１５６を開いて熱媒体を第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５に循環させる。
【００４８】
このとき、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５に循環させる熱媒体は、隣り合う吸蔵材タンク１０１〜１０５内の吸蔵材１１０の温度を相違させるように、隣り合う吸蔵材タンクに温度の異なる熱媒体を循環させるとともに、高温の熱媒体を循環させる場合と低温の熱媒体を循環させる場合とを周期的に切り換えることにより、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させている。
【００４９】
具体的には、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５に高温の熱媒体を循環させる場合（以下、この場合を第１定常時と呼ぶ。）には、第２、４吸蔵タンクに１０２、１０４に低温の熱媒体を循環させ、一方、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４に高温の熱媒体を循環させる場合（以下、この場合を第２定常時と呼ぶ。）には、図９に示すように、第３、５吸蔵タンクに１０３、１０５に低温の熱媒体を循環させる。
【００５０】
これにより、第１定常時には、図１０に示すように、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が上昇し、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５内の吸蔵材１１０から水素が解離放出される。一方、第３、５吸蔵タンク１０３、１０５と隣り合う第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が低下し、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０は水素を吸蔵する。
【００５１】
このため、隣り合う吸蔵タンク１０２〜１０５間に内圧差が生じるため、第２吸蔵タンク１０２には、水素配管１５２介して第３吸蔵タンク１０３から水素が供給され、第４吸蔵タンク１０４には、水素配管１５２介して第５吸蔵タンク１０５から水素が供給される。
【００５２】
このとき、逆止弁１５４が水素配管１５２に設けられているので、水素配管１５２を介して第３吸蔵タンク１０３から第４吸蔵タンク１０４に水素が流通することはない。
【００５３】
また、水素配管１５１には、レギュレータ１５５が設けられているので、仮に、第３吸蔵タンク１０３にて解離した水素量が第２吸蔵タンク１０２にて吸蔵する水素量より多い場合には、その余剰水素は、レギュレータ１５５にて第４吸蔵タンク１０４の内圧まで減圧されて第４吸蔵タンク１０４に供給される。
【００５４】
また、第２定常時においては、図１０に示すように、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が上昇し、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４内の吸蔵材１１０から水素が解離放出される。一方、第２、４吸蔵タンク１０２、１０４と隣り合う第３、５吸蔵タンク１０３、１０５及び第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０の解離平衡圧が低下し、第１、３、５吸蔵タンク１０１、１０３、１０５内の吸蔵材１１０は水素を吸蔵する。
【００５５】
このため、隣り合う吸蔵タンク間に内圧差が生じるため、第１吸蔵タンク１０１には、水素配管１５２介して第２吸蔵タンク１０２から水素が供給され、第３吸蔵タンク１０３には、水素配管１５２介して第４吸蔵タンク１０５から水素が供給される。
【００５６】
したがって、第１定常時と第２定常時とを周期的に繰り返せば、第５吸蔵タンク１０５の吸蔵材１１０に吸蔵されていた水素は、第２〜４吸蔵タンク１０２〜１０４を介して順次、第１吸蔵タンク１０１に導かれることとなる。同様に、第４吸蔵タンク１０４の吸蔵材１１０に吸蔵されていた水素は、第２〜３吸蔵タンク１０２〜１０３を介して順次、第１吸蔵タンク１０１に導かれ、第３吸蔵タンク１０３の吸蔵材１１０に吸蔵されていた水素は、第２吸蔵タンク１０２を介して第１吸蔵タンク１０１に導かれることとなる。
【００５７】
また、第１〜４吸蔵タンク１０１〜１０５に収納された吸蔵材１１０のうち、第１吸蔵タンク１０１に収納された吸蔵材１１０の温度解離平衡圧が最も高いので、第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素は、図１０から明らかなように、第１吸蔵タンク１０１に向かうほど、圧力が高くなる。そこで、本実施形態では、第１吸蔵タンク１０１を始動用タンクと呼び、第２吸蔵タンク１０２を高圧用タンクと呼び、第３吸蔵タンク１０３を中圧用タンクと呼び、第４吸蔵用タンク１０４を低圧用タンクと呼び、第５吸蔵タンク１０５を定常時用タンクと呼ぶ。
【００５８】
このとき、第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０にて吸蔵される水素量より、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素量の方が多いので、第２〜５吸蔵タンク１０２〜１０５から第１吸蔵タンク１０１に導かれた水素の一部が第１吸蔵タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵され、その他は、外部（ヒータ２００）に供給される。
【００５９】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００６０】
定常時モードにおいては、定常時用タンク（第５吸蔵タンク）１０５から高圧タンク（第２吸蔵タンク）１０２に向けて順次昇圧しながら、始動用タンク（第１吸蔵タンク）１０１に水素が導かれるとともに、その導かれた水素の一部が始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に吸蔵されるので、始動用タンク１０１内の吸蔵材１１０に十分な量の水素を吸蔵させることができ、水素を常時、安定的に供給することができる。
【００６１】
また、始動用タンク１０１には高圧の水素が供給されるので、始動時において、外気温度が低く始動用タンク１０１内の圧力が低下しているときでも、高圧の水素を確実に供給することができる。延いては、始動時においても、ヒータ２００が要求する水素量を確実、かつ、瞬時にレスポンス良く供給することができる。
【００６２】
また、圧縮機等のポンプ手段を用いることなく、高圧の水素を供給することができるので、水素供給装置１００の部品点数及び構造を簡便なものとすることができ、水素供給装置１００の製造原価低減を図ることができる。
【００６３】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、始動用タンク１０１の体積を高圧タンク１０２、中圧タンク１０３、低圧タンク１０４及び定常用タンク１０５の体積より小さくして、始動用タンク１０１の内圧（水素ガス圧）が低下することを抑制しつつ、内圧を昇圧し易くしている。
【００６４】
（第３実施形態）
本実施形態は、図１１に示すように、始動用タンク１０１より水素供給対象（本実施形態では、ヒータ２００側）に、吸蔵材１１０を用いず、単純に水素を蓄える予備（高圧）タンク１０１ａを設け、かつ、予備タンク１０１ａと始動タンク１０１とを繋ぐ水素配管に開閉バルブ１０１ｂを設けるとともに、水素供給を停止する際には、開閉バルブ１０１ｂを閉じるようにしたものである。
【００６５】
これにより、水素供給の停止時に各タンク１０１〜１０５内の吸蔵材１１０の温度が低下して水素が吸蔵材１１０に吸蔵されても、予備タンク１０１ａ内に蓄えられた水素を供給することができるので、低温始動時においても、確実に水素を供給することができる。
【００６６】
なお、図１１は第２実施形態に係る水素供給装置に本実施形態を適用した例であったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、第１実施形態に係る水素供給装置にも適用することができる。
【００６７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、暖房用のヒータ２００に水素を供給する水素供給装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素と酸素とを化学反応させて電力を起こす燃料電池の水素供給装置等その他の水素供給装置に適用してもよい。
【００６８】
また、第１実施形態では、温度解離平衡圧が等しい吸蔵材１１０が各吸蔵タンク１０１〜１０５に収納されていたが、温度解離平衡圧が相違する吸蔵材１１０を各吸蔵タンク１０１〜１０５に収納してもよい。
【００６９】
また、第２実施形態では、温度解離平衡圧が相違する吸蔵材１１０を用いたが、温度解離平衡圧が等しい吸蔵材１１０を各吸蔵タンク１０１〜１０５に収納させるとともに、各吸蔵タンク１０１〜１０５に供給する高温及び低温の熱媒体の温度を、吸蔵タンク毎に相違させることにより、解離する水素の圧力を順次、昇圧して第１吸蔵タンク１０１に導いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水素供給装置を用いた暖房装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る吸蔵タンクの模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る水素供給装置の模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る水素供給装置における始動時の模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る水素供給装置における定常時の模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置の模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置における始動時の模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置における第１定常時の模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る水素供給装置における第２定常時の模式図である。
【図１０】解離平衡圧と吸蔵材の温度との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る水素供給装置の模式図である。
【符号の説明】
１００…水素供給装置、１０１…第１吸蔵タンク、１０２…第２吸蔵タンク、
１０３…第３吸蔵タンク、１０４…第４吸蔵タンク、
１０５…第５吸蔵タンク、１４１…切換弁、１４４…逆止弁。
Claims (3)
- 水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材（１１０）が収納された複数個の吸蔵材タンク（１０）を有し、前記水素吸蔵材（１１０）に蓄えられた水素を解離させることにより水素を供給する水素供給装置であって、
前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）内それぞれに、水素吸蔵特性が異なる水素吸蔵材（１１０）を収納し、
前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）は、同一温度に対する解離平衡圧が最も高い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された第１吸蔵材タンク（１０１）と、その他の複数個の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）を含み、
同一温度に対する解離平衡圧が低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０５）から順に並ぶように、前記複数個の吸蔵材タンク（１０１〜１０５）間を順次連通させる複数の水素配管（１５２）が設けられ、
前記水素配管（１５２）には、前記第１吸蔵材タンク（１０１）側に向けて水素が流通することのみを許容し、同一温度に対する解離平衡圧が最も低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された吸蔵材タンク（１０５）側に向けて水素が流通することを阻止する弁（１５４）が設けられ、
前記水素吸蔵材（１１０）の温度を調節する温度調節手段（１６０〜１６３）が設けられ、
前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、定常時モードにおいて、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を第１の温度に調節し、また、水素流れにおいて隣り合う前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を相違させるとともに、その相違する温度の高低差を周期的に逆転させるよう、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を周期的に調節し、さらに、その周期的な調節においては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち水素流れにおいて前記第１水素吸蔵タンク（１０１）と隣り合う第２吸蔵材タンク（１０２）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を上昇させたときに、当該上昇した温度が前記第１の温度よりも高くなるようになっており、この調節により、同一温度に対する解離平衡圧が低い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０５）から順次に、同一温度に対する解離平衡圧が高い前記水素吸蔵材（１１０）が収納された前記吸蔵材タンク（１０１）に、前記複数の水素配管（１５２）を介して水素を移動させ、さらに、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の水素を供給水素として外部に供給することを特徴とする水素供給装置。 - 前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、前記定常時モードにおいて、第１定常時モードと第２定常時モードを周期的に繰り返し、
前記第１定常時モードにおいては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて奇数番目の吸蔵材タンク（１０３、１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）を高温に調節すると共に、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて偶数番目の吸蔵材タンク（１０２、１０４）内の前記水素吸蔵材（１１０）を前記高温よりも低い低温に調節し、
前記第２定常時モードにおいては、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）のうち、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて偶数番目の吸蔵材タンク（１０２、１０４）内の前記水素吸蔵材（１１０）を高温に調節すると共に、水素流れにおいて前記第１吸蔵材タンク（１０１）から数えて奇数番目の吸蔵材タンク（１０３、１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）を前記高温よりも低い低温に調節することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。 - 前記温度調節手段（１６０〜１６３）は、外部への水素供給を開始した時から所定時間が経過する前の始動時モードにおいては、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度を、前記他の複数の吸蔵材タンク（１０２〜１０５）内の前記水素吸蔵材（１１０）の温度よりも高くすることで、前記第１吸蔵材タンク（１０１）内の水素を供給水素として外部に供給し、
外部への水素供給を開始した時から所定時間が経過した後は、前記定常時モードの作動を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の水素供給装置。
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