JP4809678B2

JP4809678B2 - 燃料水素供給装置

Info

Publication number: JP4809678B2
Application number: JP2006003338A
Authority: JP
Inventors: 成樹山室
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007187174A

Description

この発明は、燃料水素供給装置であって、燃料水素の供給圧力を所望の圧力に調整して燃料水素を供給する装置に関する。

燃料水素の供給基地に関する先行技術として次の特許文献がある。

特開２００５−０６９３２７号公報（要約および選択図面）

特開２００５−２６５０７１号公報（要約および選択図面）

上記先行技術に係る燃料水素供給基地は、車載充填水素タンクの仕様に合わせて安定して燃料水素を供給するために、燃料水素供給ラインにレギュレータを配置し、燃料水素の供給状態を監視し、この監視データを制御装置に取り込んで安定的に燃料水素を車載タンクに供給するようにしたものである。

上記先行技術では、一般的な車両への燃料水素の供給を主とするものであるから燃料水素の供給基地へ向かうのは容易であるが、電動車椅子のように、燃料の充填が小規模で、燃料水素基地に向かうことが困難な用途に対する考慮は払われていない問題がある。
電動車椅子のように、燃料の充填が小規模で、燃料水素基地に向かうことが困難な用途に対応して、簡単で安全に多数の燃料水素基地を設置できるようにするためには、水素吸蔵合金ボンベへの燃料水素の充填を効率よく行う必要があり、また、利用者に掛ける負担を軽減する必要がある。

上記の問題に鑑みこの発明は、電動車椅子のように燃料水素の供給規模(充填規模）が小さく、遠くの燃料水素基地に向かうことが困難な場合のために簡単で安全に多数の燃料水素基地を設置できる技術を提供することを課題とし、水素吸蔵合金ボンベへの燃料水素の充填を効率よく行うことができるようにし、また、利用者に掛ける負担を軽減することを課題とする。

上記課題を解決するためにこの発明は、燃料電池の燃料である水素の供給圧力を所定圧力に調整する圧力調整器１９を備えた水素供給源と、上記水素供給源に複数の水素吸蔵合金ボンベ１３を一括して繋ぐことができる接続部とからなり、上記水素供給源と上記水素吸蔵合金ボンベ１３との接続をクイック接続機構としたものであり、上記クイック接続機構は、水素吸蔵合金ボンベ１３側に設けた水素受・給プラグ３０と、水素供給源側に設けたソケット２９とからなり、上記水素受・給プラグ３０は上記ソケット２９内に嵌り合いソケット２９の内周またはプラグの外周に嵌められたシールリング３３に接して気密に接続され、ソケット２９と水素受・給プラグ３０との間に両者の着脱機構を設けてなる。
上記燃料水素供給装置１０の水素吸蔵合金ボンベ１３を収容する架台２７には、水素吸蔵合金ボンベ１３を斜め下向きに誘導する収容部が開口し、この開口から水素受・給プラグ３０部分を斜め下向きにして水素吸蔵合金ボンベ１３を落とし込むことによりをクイック接続するようにした。また、好ましくは、上記燃料水素供給マウント２５またはソケット２９に異物侵入防止シャッタ２５ｓ，２９ｓを設けてなる。

水素吸蔵合金ボンベ１３の表面温度を計測する温度センサＴｒと、外気温を計測する温度センサ１００と、上記ソケット２９の直前の供給水素圧力を計測する圧力センサ５２との出力を演算装置に入力し、この入力と予め演算装置に書き込んだデータとを比較して水素充填状態を判断し、水素供給を遮断および／または警報を発するようにし、上記水素充填状態の判断を、架台２７に収容した水素吸蔵合金ボンベ１３を一括して行うか、グループごとに行うか、一本宛個別に行うかのいずれかを採用してなる。

上記の如く構成するこの発明によれば、燃料水素の供給圧力を周辺技術に相応して安全な圧力に調整することにより、燃料水素供給基地を随所に設置可能となる。また、基地と水素吸蔵合金ボンベとの接続がクイック接続できるようになり、さらに、複数本の水素吸蔵合金ボンベに供給できるので利用者に掛ける負担を大幅に軽減し、異物侵入防止シャッタを付設することにより暴発の防止効果が得られる。また、水素吸蔵合金ボンベへの水素の充填を効率よく行うことができる。

次にこの発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る燃料水素供給装置１０のキャビネット１１の背面を一部剥いで水素ボンベ１２と、水素ボンベ１２から供給される源圧（一次圧）を所定の供給圧に圧力調整する配管系を示す。図２は同キャビネット１１の側面の一部を剥ぎ、供給圧に調整した燃料水素を水素吸蔵合金ボンベ１３に供給している状態を示す図、図３は図２における燃料水素供給マウント２５に付設された異物侵入防止シャッタ２５ｓ部分の拡大図、図４は同じく水素吸蔵合金ボンベ１３に燃料水素を供給している状態の正面図、図５は同キャビネット１１の背面図である。

図１に示すようにこの実施例では、キャビネット１１の背面に観音開きの扉１４が設けられてあり、この扉１４を開いて二本の水素ボンベ１２を収容できるようになっており、各ボンベ１２から管路１５が延び、それぞれ水素ガスの管路１５を開閉するバルブ１６が設けられ、その下流で合流し一次圧を示す圧力計１７を設けている。

合流した管路１８の途中で二次側圧力が、例えば１３ＭＰａになるように設定したレギュレータ１９が取付けられ、このレギュレータ１９には一次・二次圧を示す圧力計２１，２２が付設され、二次圧側の管路２３はバルブ２４を介して燃料水素供給マウント２５（図２参照）に繋がっている。なお、キャビネット１１の正面には一次管路１５と二次管路２３から導出管が延びて一次圧力と二次圧力を示す圧力計１７，２６が設けられている。

図２，図３，図４に示すようにキャビネット１１の正面下部には水素吸蔵合金ボンベ１３の架台２７（４列×３段＝１２個）が設けられ、架台２７の下部に燃料水素供給マウント２５がそれぞれ配置されている。

図３は燃料水素供給マウント２５に塵埃あるいは油分などが侵入しないように異物侵入防止シャッタが付設されている。ヒンジによって支持されたシャッタ２５ｓは、水素吸蔵合金ボンベ１３の水素受・給プラグ３０をトーションスプリングＳの付勢に抗して差し込むと開き、抜き取ると閉じる。この図でシャッタ２５ｓは片開きになっているが観音開きとすることもできる。

上記架台２７は、燃料水素を吸蔵した吸蔵合金が、水素吸蔵量−吸蔵圧力が大きくなるに従って温度上昇することを考慮して、パンチングネット２８などの素材を採用して放熱するようにしている。なお、図５はキャビネット１１の背面図である。

図６（ａ）は、燃料水素供給マウント２５と水素吸蔵合金ボンベ１３と（図２参照）をクイック接続する一形態を示し、燃料水素供給マウント２５側にソケット２９が形成されており、このソケット内に水素吸蔵合金ボンベ側の水素受・給プラグ３０が嵌り合い、ソケット２９の底部内周に環状凹溝３１と凹球面３２が形成され、上記環状凹溝３１にシールリング３３が嵌められ、上方はテーパー段部３４になって内径が大きくなり、その上部に、雌形割りテーパー片３６が嵌る窪所３５が形成されている。なお、ソケット２９の底部内周に設けた環状凹溝とシールリングを無しにして、後述する水素受・給プラグの先端外周に環状凹溝を設け、これにシールリングを嵌めるようにしても良い。

上記窪所３５には下面がテーパーになった雌形割りテーパー片３６が嵌り、この雌形割りテーパー片３６には円孔３７が設けられ、この円孔３７には偏心カム３８が嵌り、この偏心カム３８の回転により雌形割りテーパー片３６が水素受・給プラグ３０に向かって進退する。

一方、水素受・給プラグ３０の先端はソケット２９の底部（小径部）に嵌り、その先端で球面３９を形成し、大径部４０の肩部４１にはテーパーが形成され、このテーパーの上面に当接した雌形割りテーパー片３６の進退により水素受・給プラグ３０の先端がソケット２９側に押しつけられるようになっている。

図６（ｂ）は、上記ソケット２９の上面に異物侵入防止シャッタを設けた機構的説明図でソケット２９の上方に支点軸Ｐを設け、この支点軸Ｐから延びたアームの先端にローラーＲを設け、支点軸から斜め下に延びるアームの下端はシャッタ２９ｓのブラケットＢに接続（作用点Ｗ）される。なお、作用点Ｗのアームの孔はシャッタを水平に移動させるために長孔にしてある。

このように構成するシャッタ２９ｓはプラグ３０が差し込まれるとローラーＲが押えられ支点軸を中心にアームが矢印の方向に回りシャッタが開き、プラグを抜き去ると自動的の閉じることとなる。ここで、支点軸Ｐにはトーションスプリングを設けてもよく、作用側のアームを絶えず振り上げ状態にして自動的に閉じるようにすることもできる。

図７（ａ）は、別のソケット２９と水素受・給プラグ３０（図６（ａ）参照）とのクイック接続形態で、水素受・給プラグ３０の外周に環状凹溝４２ａを形成し、ソケット２９の内面にプランジャー４３が嵌まる複数個の穴４４を設け、この穴４４に押しバネ４５を介してボールプランジャー４６を装入したものである。

また、図７（ｂ）は、さらに別のソケット２９と水素受・給プラグ３０（図６（ａ）参照）とのクイック接続形態で、水素受・給プラグ３０の外周に環状Ｖ形凹溝４２ｂを形成し、ソケット２９の内面にプランジャー４３が嵌まる複数個の穴４４を設け、この穴４４に押しバネ４５を介して屈折リンクプランジャー４７を装入したものである。

上記二つの形態では、押しバネの付勢に抗して水素受・給プラグを押し込むと、環状半円凹溝にボールプランジャーが嵌まるか、環状Ｖ形凹溝に屈折リンクプランジャーが嵌って水素受・給プラグを押し込んだ状態が維持され、外すときは押しバネの付勢に抗して水素受・給プラグを引き抜くことができる。

また、別のクイック接続機構として水素受・給プラグとソケットとの間にバヨネットマウントを構成することもできる。

図８は、燃料水素を充填した水素吸蔵合金ボンベ１３を電動車椅子５０の架台５１に装填している状態を示す。この場合においても、上記実施の形態のソケット２９と水素受・給プラグ３０とのクイック接続を適用することができる。

図９は、水素吸蔵合金ボンベ１３への満充填制御あるいは、燃料水素充填時の水素吸蔵合金ボンベ１３の温度上昇抑制のための回路図を示し、架台２７には水素吸蔵合金ボンベ１３の表面温度を検出する温度センサＴｒが付設され、二次管路２３の各段の分岐部にはソレノイドバルブＳｖが付設され、各分岐管には圧力センサ５２が付設されている。

上記温度センサＴｒの出力と圧力センサ５２の出力は制御・演算装置に入力され、予め演算装置に書き込まれたデータと比較演算されて水素吸蔵合金ボンベ１３が満充填されたことを判断しソレノイドバルブＳｖを閉じるとともに、必要ならば警報器５３により満充填を報知するようにできる。また、燃料水素を充填するとき水素吸蔵合金ボンベ１３の温度が上昇すると充填効率が低下し、かつ安全性が阻害されるので設定された温度以上になると制御装置から指令が出されてファンモータが作動するようになっている。なお、上記制御・演算装置の電源は、商用電源、太陽光発電・燃料電池など適宜採用することができる。

また簡易で安価な満充填制御手段として、上記圧力センサ５２の代わりに外気温センサ１００を設置し（図９参照）、水素吸蔵合金ボンベ側の温度センサＴｒと外気温センサ１００の両出力とを制御・演算装置に入力し、両者の差がゼロになると満充填と判断し水素供給を停止するものを採用することができる。

以上説明したようにこの発明によれば、燃料水素の供給圧力を周辺技術に相応して安全な圧力に調整することにより、燃料水素供給基地を随所に設置可能となり、燃料水素供給側と水素吸蔵合金ボンベとの接続、あるいは水素吸蔵合金ボンベと燃料水素の消費側との接続がクイックリーに行うことができ、暴発の防止効果も得られ、燃料水素の水素吸蔵合金ボンベへの充填が効率よく行われる。

本発明に係る装置の一部を剥いだ背面図同側面図同シャッタ部を拡大した（ａ）正面図、（ｂ）側面図同正面図同背面図（ａ）クイック接続の機構図（その１）、（ｂ）同シャッタ機構図（ａ）同その２、（ｂ）同その３本発明を電動車椅子に適用した例の説明図本発明に係る装置満充填制御回路図

符号の説明

１０燃料水素供給装置
１１キャビネット
１２水素ボンベ
１３水素吸蔵合金ボンベ
１４扉
１５管路
１６バルブ
１７圧力計（一次）
１８合流後の管路
１９レギュレータ（圧力調整器）
２１圧力計（一次）
２２圧力計（二次）
２３管路（二次）
２４バルブ
２５燃料水素供給マウント
２５ｓ，２９ｓシャッタ
２６圧力計（二次）
２７架台
２８パンチングネット
２９ソケット
３０水素受・給プラグ
３１環状凹溝
３２凹球面
３３シールリング
３４テーパー段部
３５窪所
３６雌形割りテーパー片
３７円孔
３８偏心カム
３９球面
４０大径部
４１肩部
４２ａ環状凹溝
４２ｂ環状Ｖ形凹溝
４３プランジャー
４４穴
４５押しバネ
４６ボールプランジャー
４７屈折リンクプランジャー
５０電動車椅子
５１架台
５２圧力センサ
５３警報器
１００外気温センサ
Ｂブラケット
Ｆｍファンモータ
Ｐ支点軸
Ｒローラー
Ｓトーションスプリング
Ｓｖソレノイドバルブ
Ｔｒ温度センサ
Ｗ作用点

Claims

電動車椅子に搭載された燃料電池に燃料水素を供給するために用いられる水素吸蔵合金ボンベへの燃料水素供給装置において、
燃料電池の燃料である水素の供給圧力を所定圧力に調整する圧力調整器（１９）を備えた水素供給源と、上記水素供給源に複数の水素吸蔵合金ボンベ（１３）を一括して繋ぐことができる接続部とからなり、上記水素供給源と上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）との接続をクイック接続機構としており、
上記クイック接続機構は、水素吸蔵合金ボンベ（１３）側に設けた水素受・給プラグ（３０）と、水素供給源側に設けたソケット（２９）とからなり、上記水素受・給プラグ（３０）は上記ソケット（２９）内に嵌り合い、ソケット（２９）の内周またはプラグの外周に嵌められたシールリング（３３）に接して気密に接続され、ソケット（２９）と水素受・給プラグ（３０）との間に両者の着脱機構を設け、
上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）を収容する架台（２７）には、水素吸蔵合金ボンベ（１３）を斜め下向きに誘導する収容部が開口し、この開口から水素受・給プラグ（３０）部分を斜め下向きにして水素吸蔵合金ボンベ（１３）を落とし込むことにより、水素受・給プラグ（３０）はソケット（２９）内に嵌り合い水素供給源側から水素吸蔵合金ボンベ（１３）側へ水素が供給される状態とでき、その状態から、水素吸蔵合金ボンベ（１３）を上方に向かって持ち上げることにより水素受・給プラグ（３０）をソケット（２９）から取り外し可能として水素供給源と水素吸蔵合金ボンベ（１３）とをクイック接続するようにし、
上記架台（２７）は上下方向に複数段設けられて、その各段の架台（２７）にそれぞれ上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）を落とし込んでその水素吸蔵合金ボンベ（１３）を上記水素供給源に接続可能であり、
上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）の表面温度をそれぞれ計測する温度センサ（Ｔｒ）と、上記ソケット（２９）の直前の供給水素圧力を計測する圧力センサ（５２）との出力を演算装置に入力し、この入力と予め演算装置に書き込んだデータとを比較して水素充填状態を判断し、上記各段の架台（２７）毎に、上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）への水素供給を遮断および／または警報を発するようにした燃料水素供給装置。
電動車椅子に搭載された燃料電池に燃料水素を供給するために用いられる水素吸蔵合金ボンベへの燃料水素供給装置において、
燃料電池の燃料である水素の供給圧力を所定圧力に調整する圧力調整器（１９）を備えた水素供給源と、上記水素供給源に複数の水素吸蔵合金ボンベ（１３）を一括して繋ぐことができる接続部とからなり、上記水素供給源と上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）との接続をクイック接続機構としており、
上記クイック接続機構は、水素吸蔵合金ボンベ（１３）側に設けた水素受・給プラグ（３０）と、水素供給源側に設けたソケット（２９）とからなり、上記水素受・給プラグ（３０）は上記ソケット（２９）内に嵌り合い、ソケット（２９）の内周またはプラグの外周に嵌められたシールリング（３３）に接して気密に接続され、ソケット（２９）と水素受・給プラグ（３０）との間に両者の着脱機構を設け、
上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）を収容する架台（２７）には、水素吸蔵合金ボンベ（１３）を斜め下向きに誘導する収容部が開口し、この開口から水素受・給プラグ（３０）部分を斜め下向きにして水素吸蔵合金ボンベ（１３）を落とし込むことにより、水素受・給プラグ（３０）はソケット（２９）内に嵌り合い水素供給源側から水素吸蔵合金ボンベ（１３）側へ水素が供給される状態とでき、その状態から、水素吸蔵合金ボンベ（１３）を上方に向かって持ち上げることにより水素受・給プラグ（３０）をソケット（２９）から取り外し可能として水素供給源と水素吸蔵合金ボンベ（１３）とをクイック接続するようにし、
上記架台（２７）は上下方向に複数段設けられて、その各段の架台（２７）にそれぞれ上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）を落とし込んでその水素吸蔵合金ボンベ（１３）を上記水素供給源に接続可能であり、
上記各水素吸蔵合金ボンベ（１３）の表面温度をそれぞれ計測する温度センサ（Ｔｒ）と、外気の温度を計測する外気温センサー（１００）との出力を演算装置に入力し、この入力を比較して両者の差がゼロになると水素充填状態を満充填と判断し、上記各段の架台（２７）毎に、上記水素吸蔵合金ボンベ（１３）への水素供給を遮断および／または警報を発するようにした燃料水素供給装置。