(57)【要約】【課題】  減圧に伴う断熱膨張により低下した水素ガスの温度を簡易な構成で昇温する。【解決手段】  高圧水素タンク２１は、減圧弁２３を介して水素ガス供給配管２２により燃料電池スタック１０に接続されている。この水素ガス供給配管２２は、減圧弁２３から燃料電池スタック１０までの最短配管経路よりも１ないし２メートル程度長くなるように余剰配管部３０を有している。余剰配管部３０は、水素ガス供給配管２２の一部が蛇行状に屈曲されることにより形成されている。このような構成であれば、減圧に伴う断熱膨張によって急激に低下した水素ガスの温度を容易に昇温することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを消費する水素消費機器に前記水素ガスを供給する水素ガス供給システムであって、
高圧状態の水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵手段と、
前記水素ガスを減圧する減圧手段と、
前記減圧手段により減圧された水素ガスを、前記水素消費機器に供給する水素ガス供給配管とを備え、
前記水素ガス供給配管は、その一部を屈曲して形成した余剰配管部を有しており、前記減圧手段から前記水素消費機器までの配管に必要な経路長よりも長い配管長とした
水素ガス供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水素ガス供給システムであって、
前記余剰配管部は、前記水素ガス供給配管の一部が、蛇行状または螺旋状または渦巻状に屈曲されることにより形成されている
水素ガス供給システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水素ガス供給システムであって、
前記水素消費機器は、水素ガスを燃料とする内燃機関または燃料電池である
水素ガス供給システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の水素ガス供給システムを備える移動体。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体であって、
前記余剰配管部は、走行風があたる位置に配置されている
移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料として水素ガスを用いる内燃機関や燃料電池に、減圧した水素ガスを供給する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される燃料電池システムのように、高圧水素タンクから燃料ガスとしての水素ガスが供給されるシステムでは、高圧状態の水素ガスを減圧する段階で、断熱膨張により水素ガスの温度が著しく低下する現象が知られている（例えば、特許文献１参照）。そのため、低下した水素ガスの温度次第では、燃料電池を構成する各種部品やシール部の耐久性・信頼性等に影響を与える可能性がある。
【０００３】
そこで、下記特許文献２には、燃料電池に水素ガスを供給する水素ガス配管と、燃料電池本体を冷却した水を排出する冷却水排出管とを隣接して配置することで、冷却水の廃熱を利用して水素ガスを予熱する技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術では、もともと機能の異なる２つの配管を隣接して配置する必要があるため、車両等の限られた空間内では、そのような配置を採ることが困難である場合があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１６８１２号公報
【特許文献２】実開平１−７７２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、減圧によって低下した水素ガスの温度を簡易な構成で昇温することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を踏まえ、本発明は、
水素ガスを消費する水素消費機器に前記水素ガスを供給する水素ガス供給システムであって、
高圧状態の水素ガスを貯蔵する水素ガス貯蔵手段と、
前記水素ガスを減圧する減圧手段と、
前記減圧手段により減圧された水素ガスを、前記水素消費機器に供給する水素ガス供給配管とを備え、
前記水素ガス供給配管は、その一部を屈曲して形成した余剰配管部を有しており、前記減圧手段から前記水素消費機器までの配管に必要な経路長よりも長い配管長としたことを要旨とする。
【０００８】
本発明の水素ガス供給システムでは、減圧に伴い断熱膨張によって低温となった水素ガスが水素供給配管中の余剰配管部を通ることで外気との熱交換が行われ昇温される。水素は比熱が低いため、配管を蛇腹状に形成したり、その表面に受熱用のフィンを設けたりするなど、特別な形状とすることなく、本発明のように水素ガス供給配管を長くするという簡易な構成で容易に昇温することができる。例えば、余剰配管部の長さは、１メートルないし２メートル程度とすることができる。この程度の長さがあれば、水素は比熱が低いため、十分に水素ガスを昇温させることができる。
【０００９】
上記構成の水素ガス供給システムにおいて、
前記余剰配管部は、前記水素ガス供給配管の一部が蛇行状または螺旋状または渦巻状に屈曲されることにより形成されているものとすることができる。
【００１０】
このような構成によれば、余剰配管部をコンパクトに形成できると共に、その長さを大きく確保することができる。従って、水素ガス供給配管が外気と触れる面積が増し、熱交換を効率よく行うことが可能となる。
【００１１】
上記構成の水素ガス供給システムにおいて、
前記水素消費機器は、水素ガスを燃料とする内燃機関または燃料電池であるものとすることができる。
【００１２】
このような構成によれば、低温となった水素ガスの影響により内燃機関や燃料電池を構成する各種部品やシール部が劣化し、耐久性や信頼性等が損なわれることを抑制することができる。また、本発明によれば、燃料としての水素ガスの温度を昇温させることができるため、内燃機関における水素ガスの燃焼状態の向上や、燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
【００１３】
また、本発明は、上述した水素ガス供給システムを備える移動体としても構成することができる。
【００１４】
移動体内部には、内燃機関や燃料電池、その他、様々な補機類が取り付けられているため熱交換機などの装置を取り付けるスペースを確保することが困難な場合がある。そのため、簡易な構成で水素ガスの昇温が可能な本発明の効果が特に高い。
【００１５】
また、このような移動体において、前記余剰配管部は、走行風があたる位置に配置されているものとしてもよい。
【００１６】
このような構成であれば、走行風を余剰配管部にあてることにより、より効率的に水素ガスを昇温させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について実施例に基づき説明する。
図１は、実施例としての車両１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施例の車両１００は、燃料電池スタック１０や、この燃料電池スタック１０に水素ガスを供給する水素供給システム２０、モータ４０、制御ユニット５０等により構成されている。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、水素供給システム２０から供給される水素と、ブロア４５から供給される空気中の酸素の電気化学反応によって発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池スタック１０には、この燃料電池スタック１０によって発電された電力によって駆動するモータ４０が接続されている。モータ４０は車軸６０を介して車輪６５を駆動する動力源として用いられる。
【００１９】
制御ユニット５０は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭを備えている。ＣＰＵは、ＲＡＭを作業領域として用いつつＲＯＭに記録された制御プログラムを実行することで車両１００の運転制御を行う。制御ユニット５０には、アクセル開度センサ５５が接続されている。制御ユニット５０は、このアクセル開度センサ５５によって検出した運転者のアクセルの踏み込み量に応じてブロア４５からの空気の供給量や水素供給システム２０からの水素の供給量を調整し、燃料電池スタック１０による発電量を制御する。
【００２０】
水素供給システム２０は、４つの高圧水素タンク２１と、水素ガス供給配管２２とを備えている。高圧水素タンク２１は、それぞれ、減圧弁２３と、手動バルブ２４と、シャットバルブ２５とを介して水素ガス供給配管２２に接続されている。なお、本実施例の車両１００は、高圧水素タンク２１を４つ備えるものとしたが、その数は任意であり、１つ備えるものとしてもよいし、２つ備えるものとしてもよい。また、３つ備えるものとしてもよい。もちろん、５つ以上備えるものとしてもよい。
【００２１】
高圧水素タンク２１には、水素ガスが、３５〜７０ＭＰａの高圧状態で貯蔵されている。減圧弁２３は、この高圧水素を、燃料電池スタック１０が要求する圧力、すなわち、０．１〜０．２ＭＰａ程度の圧力まで減圧する。手動バルブ２４は、緊急時等に燃料電池スタック１０への水素ガスの供給を手動で停止するためのバルブである。シャットバルブ２５は、制御ユニット５０からの指示に基づき、４つの高圧水素タンクのうち、燃料電池スタック１０に対して実際に水素供給を行うタンクを選択するために用いるバルブである。高圧水素タンク２１には、更に、外部から水素ガスの補給を受けるための水素補給配管２６が逆止弁２７，２８や手動バルブ２９を介して接続されている。
【００２２】
水素ガス供給配管２２は、その配管長が、減圧弁２３から燃料電池スタック１０までの最短配管経路よりも１ないし２メートル程度長くなるように余剰配管部３０を有している。この余剰配管部３０は、水素ガス供給配管２２の一部が蛇行状に屈曲されることにより形成されている。このような形状であれば、余剰配管部３０をコンパクトに形成することができるため、車両１００内の限られた空間の中に効率よく収容することができる。
【００２３】
以上のように構成された本実施例の車両１００では、高圧水素タンク２１から出力された水素ガスは、減圧弁２３によって急激に減圧され、断熱膨張によってその温度が著しく低下することになる。しかし、水素ガスは、水素ガス供給配管２２の経路中に設けられた余剰配管部３０を通ることで、外気との熱交換が促進されて昇温されることになる。水素は比熱が小さいため、水素ガス供給配管２２を蛇腹状に形成したり、表面に受熱用のフィンを設けたりするなど特別な配管形状とすることなく、本実施例のように余剰配管部３０を設けて水素ガス供給配管２２の配管長を長くするという簡易な構成で容易に昇温することができる。この結果、低温の水素ガスによって燃料電池スタック１０を構成する種々の部品やシール部が劣化し、耐久性や信頼性が低下することを抑制することが可能になる。
【００２４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に何ら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施例では、車両１００に水素供給システム２０を搭載するものとしたが、据え置き型の燃料電池システムに水素供給システム２０を備えるものとしてもよい。また、水素供給システム２０は、水素ガスを燃焼して駆動力を得る内燃機関に水素ガスを供給する目的にも利用可能である。その他、以下のような変形が可能である。
【００２５】
（変形例１）
図２および図３は、余剰配管部３０の変形例を示す説明図である。上記実施例では、水素ガス供給配管２２の一部を蛇行状に屈曲することで余剰配管部３０を形成したが、これに対して、図３の余剰配管部３０ｂは、水素ガス供給配管２２の一部を螺旋状に屈曲することで形成した。また、図４の余剰配管部３０ｃは、水素ガス供給配管２２の一部を渦巻状に屈曲することで形成した。これらの形状であっても、水素ガス供給配管２２の配管長を長くすることができ、外気との熱交換を促進することができる。
【００２６】
（変形例２）
図４は、車両１００の変形例を示す説明図である。本変形例の車両１００ｂは、図示するように、走行風を導入するダクト７０とファン８０とを余剰配管部３０に向けて設置するものとした。このような構成であれば、熱交換をより一層促進させることができる。水素ガスの温度は、外気温よりも１０℃程度低い温度であれば発電に支障がないため、走行風によって十分に熱交換を行うことができる。また、高圧水素タンク２１から供給される水素ガスの温度は、燃料電池スタック１０がより多くの水素ガスを要求する高速走行時等の高負荷時ほど低下する。しかし、このような場合であっても、高速走行時であれば、熱交換に十分な量の走行風の流量を得ることができるため、水素ガスを十分に昇温させることができる。なお、本変形例では、ダクト７０とファン８０の両者を備えるものとしたが、いずれか一方のみを備える構成としてもよい。また、ダクト７０やファン８０を設けず、走行風のあたる位置に余剰配管部３０を配置するという簡略的な構成を採るものとしてもよい。
【００２７】
（変形例３）
図５（ａ）および（ｂ）は、水素ガス供給配管２２の変形例を示す説明図である。上述した実施例や変形例では、水素ガス供給配管２２の一部を屈曲することで蛇行状や螺旋状の余剰配管部３０を形成した。これに対して、本変形例では、燃料電池スタック１０と高圧水素タンク２１とを結ぶ最短経路よりも長い経路となるように水素ガス供給配管２２を遠回りさせて配管している。このようにすることによっても、外気との熱交換を促進させて水素ガスを昇温させることができる。このように、配管を遠回りさせてその配管長を長くするものとすれば、燃料電池スタック１０と高圧水素タンク２１との間（図中の破線内）にスペースが開くため、車両に搭載される様々な機器を自由度高く配置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】車両１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】余剰配管部３０の変形例を示す説明図である。
【図３】余剰配管部３０の変形例を示す説明図である。
【図４】車両１００の変形例を示す説明図である。
【図５】水素ガス供給配管２２の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００...車両
１０...燃料電池スタック
２０...水素供給システム
２１...高圧水素タンク
２２...水素ガス供給配管
２３...減圧弁
２４...手動バルブ
２５...シャットバルブ
２６...水素補給配管
２７，２８...逆止弁
２９...手動バルブ
３０...余剰配管部
４０...モータ
４５...ブロア
５０...制御ユニット
５５...アクセル開度センサ
６０...車軸
６５...車輪
７０...ダクト
８０...ファン
【図１】
2006144962.tif 000003
【図２】
2006144962.tif 000004
【図３】
2006144962.tif 000005
【図４】
2006144962.tif 000006
【図５】
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