(57)【要約】【課題】水素ガスステーション等の高圧水素インフラを利用できる小型電動移動体における燃料電池用の原料水素の供給システムを得ることを目的とする。【解決手段】燃料電池収納部１２内の燃料電池の水素供給源として、水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５を用いる。この水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５の使用法として、水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５のいずれか一方を先に用い、その後、他方のボンベを用いる方法や、水素吸蔵合金ボンベ１４の水素を燃料電池の燃料用として用い、高圧水素ボンベ１５の水素を、水素吸蔵合金ボンベ１４の充填用に用いる方法があげられる。このようにすることにより、水素ガスステーション等の高圧水素インフラを利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池、並びにこの燃料電池への水素供給源を有し、この水素供給源として、水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベを用いる燃料電池システム。
【請求項２】
上記の水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベのいずれか一方を先に用い、その後、他方のボンベを用いる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
上記の水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベを同時に用いる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
上記水素吸蔵合金ボンベの水素を上記燃料電池の燃料用として用い、上記高圧水素ボンベの水素を、上記水素吸蔵合金ボンベの充填用に用いる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
上記の高圧水素ボンベの出口に圧力調整装置を設ける請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
電動車椅子又は電動カートの動力源として用いられる請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システム、特に、燃料電池に原料用水素を供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
動力として燃料電池を用いる装置として、燃料電池自動車が現在、検討されている。この燃料電池自動車は、特許文献１，２等に記載されているように、燃料電池の供給燃料として、高圧水素が検討されている。そして、３５ＭＰａや７０ＭＰａの高圧水素容器の開発や、高圧水素を供給する水素ガスステーション等の高圧水素インフラの開発が、現在、進められている。
【０００３】
ところで、電動車いすや電動カート等の小型電動移動体においても、動力として燃料電池を用いることが検討されている。この場合、高圧水素を用いると、上記の高圧水素インフラを利用することができ、移動範囲が広まり、利便性が高まる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０２４７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記高圧水素を封入した高圧水素ボンベは、高圧ガス容器としての制限、管理を受ける。これに対し、水素吸蔵合金を用いた水素吸蔵合金ボンベは、その水素貯蔵圧力が１ＭＰａ未満であり、高圧ガスとしての扱いを受けない。しかし、この水素吸蔵合金ボンベを用いる場合、水素ガスの充填は、圧力を１ＭＰａ以下の低圧で行うように設計されている。このため、高圧の状態での充填は、ボンベ自体の耐圧性や、内部の水素吸蔵合金の耐久性等の問題が生じ、好ましくない。したがって、水素吸蔵合金ボンベを用いた小型電動移動体には、この高圧水素インフラを利用できないという問題点を有する。
【０００６】
さらに、水素吸蔵合金は、低温だと、水素の貯蔵・放出が困難となるため、燃料電池に水素を供給することが困難となる場合がある。このため、燃料電池を用いた動力の起動時や、寒冷地、冬期等の低温状態の場合に、燃料電池に水素を供給することが困難となる場合がある。
【０００７】
そこで、この発明は、低温状態でも水素を燃料電池に供給することができ、かつ、水素ガスステーション等の高圧水素インフラを利用できる小型電動移動体における燃料電池用の原料水素の供給システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、燃料電池、並びにこの燃料電池への水素供給源を有し、この水素供給源として、水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベを用いることにより、上記課題を解決することができる。
【０００９】
上記水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベの用い方としては、水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベのいずれか一方を先に用い、その後、他方のボンベを用いる方法や、水素吸蔵合金ボンベの水素を燃料電池の燃料用として用い、高圧水素ボンベの水素を、水素吸蔵合金ボンベの充填用に用いる方法があげられる。
【００１０】
また、高圧水素ボンベの出口に圧力調整装置が設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によると、燃料電池を用いた小型電動移動体の水素供給源として、水素吸蔵合金ボンベ以外に高圧水素ボンベを用いるので、水素ガスステーション等の高圧水素インフラを利用することができる。
【００１２】
また、高圧水素ボンベの水素を、水素吸蔵合金ボンベの充填用に用いる場合、高圧水素ボンベから水素吸蔵合金ボンベへのラインの途中に上記圧力調整装置を設けることにより、高圧水素ボンベからの水素圧を下げることができ、水素吸蔵合金ボンベへの充填が可能となる。
【００１３】
さらに、低温においても、高圧水素ボンベの水素を燃料電池に送ることができるので、動力起動時や寒冷地、冬期等の低温状態であっても、水素供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池、及びこの燃料電池への水素供給源を有するシステムをいう。
【００１５】
この発明にかかる燃料電池システムは、電動車椅子や電動カート等の小型電動移動体の動力の動力源として用いられる。このような小型電動移動体１１（１１ａ，１１ｂ）は、図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、小型電動移動体本体部１１’に燃料電池を収納した燃料電池収納部１２を設け、かつ、この小型電動移動体本体部１１’の後部にボンベ収納部１３を配置した移動体である。
【００１６】
上記水素供給源としては、水素吸蔵合金ボンベ及び高圧水素ボンベの両方を用いたボンベシステムが用いられる。このボンベシステムにおける水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、全てをボンベ収納部１３に収納する場合や、図２（ａ）（ｂ）に示すように、水素吸蔵合金ボンベ１４又は高圧水素ボンベ１５の１本又は複数本を、高圧水素ボンベ１５を燃料電池収納部１２内に配置し（図２（ａ）（ｂ）では、高圧水素ボンベ１５の１本を燃料電池収納部１２内に配置。）、残りをボンベ収納部１３に収納する場合があげられる。
【００１７】
このボンベシステムとしては、水素吸蔵合金ボンベ１４と高圧水素ボンベ１５とを並列に連結し、かつ、水素吸蔵合金ボンベ１４又は高圧水素ボンベ１５を複数本使用するときは、それらの複数のボンベを並列に連結したシステムがあげられる。これは、図１（ａ）（ｂ）のときはもちろんのこと、図２（ａ）（ｂ）のように、ボンベの収納場所が燃料電池収納部１２及びボンベ収納部１３に分かれる場合であっても、配管を工夫することによって、並列に連結することができる。
【００１８】
このボンベシステムの具体例として、複数本の水素吸蔵合金ボンベ１４、及び１本の高圧水素ボンベ１５を用いた、図３に示す場合を用いて説明する。
まず、複数の水素吸蔵合金ボンベ１４の出口にバルブ１６ａをそれぞれ設けると共に、高圧水素ボンベ１５の出口に圧力調整装置１７ａ及びバルブ１６ｂをこの順に設ける。次いで、必要に応じて、各水素吸蔵合金ボンベ１４が並列になるように、バルブ１６ａからでた配管を１本にまとめる。そして、これとバルブ１６ｂからでた配管とを並列になるように１本にまとめる。そのまとめられた配管に圧力調整装置１７ｂを設けて、燃料電池収納部１２内の燃料電池１２’と接続する。なお、圧力調整装置１７ｂと燃料電池１２’との間には、必要に応じて、バルブ１６ｃが設けられる。
【００１９】
上記圧力調整装置１７ａ，１７ｂは、水素のガスの圧力を、低下させる装置である。この装置の前後で圧力の低下具合が分かるように、その装置の前後にケージ１９ａ，１９ｂを設けることが好ましい。この圧力調整装置１７ａ，１７ｂとしては、減圧弁等があげられる。
【００２０】
なお、図３においては、複数本の水素吸蔵合金ボンベ１４、及び１本の高圧水素ボンベ１５の場合を説明したが、複数本の水素吸蔵合金ボンベ１４、及び複数本の高圧水素ボンベ１５の場合や、１本の水素吸蔵合金ボンベ１４、及び１本の高圧水素ボンベ１５の場合であっても同様である。
【００２１】
次に、このボンベシステムの使用法について、図３を用いて説明する。このボンベシステムの１つめの使用法としては、水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５のいずれか一方を先に用い、その後、他方のボンベを用いる方法があげられる。すなわち、バルブ１６ａ又はバルブ１６ｂを先ず、開放して使用し、使用後、残りのバルブを開放して使用する方法である。その後、圧力調整装置１７ｂで、燃料電池１２’に供給する水素圧に調整し、燃料電池１２’に送られる。
【００２２】
この場合、高圧水素ボンベ１５の出口に取り付けられた圧力調整装置１７ａによって、高圧水素ボンベ１５からの水素の圧力を、水素吸蔵合金ボンベ１４と同等の圧力とするのが好ましい。このようにすると、圧力調整装置１７ｂに送られる水素の圧力をほぼ均一に保持することができ、圧力調整装置１７ｂの再度の調整を省くことができる。また、バルブ１６ａが開放されている場合、高圧水素ボンベ１５の高圧水素が、直接、水素吸蔵合金ボンベ１４に入り、水素吸蔵合金ボンベ１４の許容圧力を超えるおそれが生じるのを防止できる。
【００２３】
水素吸蔵合金ボンベ１４を複数本使用する場合、又は高圧水素ボンベ１５を複数本使用する場合は、その複数本にかかるボンベにかかるバルブを一度に開放してもよく、１本のボンベのバルブを開放し、使用後に次のバルブを開放してもよい。
【００２４】
ところで、水素吸蔵合金ボンベ１４を使用すると、ボンベ自体が冷却していき、水素が残存しているのにもかかわらず、途中で、水素吸蔵合金ボンベ１４からの水素の放出が止まることがある。この場合、この水素吸蔵合金ボンベ１４を開放した状態で、次のボンベのバルブを開放するとよい。すると、冷却した水素吸蔵合金ボンベ１４が外気で徐々に暖められると共に、次に使用するボンベの水素が、上記水素放出の停止したボンベへ圧入され、結果、水素が充填されることとなり、この水素充填により温度が上昇する。これにより、上記水素放出の停止したボンベから水素の放出が再開されることがあるからである。このため、ボンベを順番に使用する場合であって、水素吸蔵合金ボンベ１４が複数本ある場合は、まず、水素吸蔵合金ボンベ１４を順番に用い、その後に高圧水素ボンベ１５を用いるのが好ましい。このようにすると、最後の高圧水素ボンベ１５を使用している最中に、それまで使用した水素吸蔵合金ボンベ１４からの水素の放出の再開が行われるので、効率よく、ボンベから水素を放出させることができるからである。
【００２５】
上記ボンベシステムの２つめの使用法としては、水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５を同時に用いる方法があげられる。すなわち、まず、高圧水素ボンベ１５の出口に取り付けられた圧力調整装置１７ａによって、高圧水素ボンベ１５からの水素の圧力を、水素吸蔵合金ボンベ１４と同等の圧力とする。次いで、バルブ１６ａとバルブ１６ｂとの両方を開放する。その後、圧力調整装置１７ｂで、燃料電池１２’に供給する水素圧に調整し、燃料電池１２’に送る。
【００２６】
この場合、水素吸蔵合金ボンベ１４及び高圧水素ボンベ１５は同時に使用されるが、実際には、ボンベ圧のより高い高圧水素ボンベ１５が先に消費されることとなる。そして、高圧水素ボンベ１５のボンベ圧が水素吸蔵合金ボンベ１４のボンベ圧と同等になってから、各ボンベが同等に使用される。この場合、水素吸蔵合金ボンベ１４が冷却して、水素放出が止まった場合、上記したように、高圧水素ボンベ１５から水素吸蔵合金ボンベ１４に、水素が圧入され、水素充填がされる状態が生じるので、その結果、温度が上昇し、水素放出が再開される。
【００２７】
上記ボンベシステムの３つめの使用法としては、水素吸蔵合金ボンベ１４の水素を燃料電池１２’の燃料用として用い、高圧水素ボンベ１５の水素を、水素吸蔵合金ボンベ１４の充填用に用いる方法があげられる。すなわち、まず、バルブ１６ｂを閉鎖し、かつ、バルブ１６ａ、１６ｃを開放することにより、水素吸蔵合金ボンベ１４から燃料電池１２’へ水素を供給する。この場合、圧力調整装置１７ｂで、燃料電池１２’に供給する水素圧を調整する。一方、バルブ１６ｃを閉鎖し、バルブ１６ａ，１６ｂを開放することにより、高圧水素ボンベ１５の水素を水素吸蔵合金ボンベ１４へ圧入し、充填することができる。この場合、圧力調整装置１７ａによって、高圧水素ボンベ１５からの水素の圧力を、水素吸蔵合金ボンベ１４と同等の圧力とする。これを行うことにより、水素吸蔵合金ボンベ１４に供給される水素圧が、水素吸蔵合金ボンベ１４の許容圧力を超えるおそれが生じるのを防止できる。
【００２８】
水素吸蔵合金ボンベ１４から燃料電池１２’への水素供給と、水素吸蔵合金ボンベ１４の充填との切替時期は、水素吸蔵合金ボンベ１４が冷却されて、水素の放出が止まった段階で行うのがよい。水素の圧入・充填により、水素吸蔵合金ボンベ１４の温度が上昇し、水素放出の再開が可能となるからである。
【００２９】
なお、水素吸蔵合金ボンベ１４を複数本使用する場合、それらをまとめて同時に使用してもよく、上記のボンベシステムの１つめの使用法に記載した方法で使用してもよい。
【００３０】
上記の電動車椅子や電動カート等の小型電動移動体１１（１１ａ，１１ｂ）は、燃料電池への水素供給源として、水素吸蔵合金ボンベ１４以外に高圧水素ボンベ１５を用いるので、水素吸蔵合金ボンベ１４のみを用いる場合に比べ、動力起動時や寒冷地、冬期等の低温状態で、水素吸蔵合金ボンベ１４からの水素供給が困難となる場合でも、高圧水素ボンベ１５から燃料電池への水素供給が可能となる。
【００３１】
また、高圧水素ボンベを用いるので、水素の充填法として、水素ガスステーション等の高圧水素インフラを利用することができる。さらにまた、水素吸蔵合金ボンベへの水素の充填による補充は、特願２００６−３３３８号に記載の方法等を用いて行うことができる。
【００３２】
さらに、高圧水素ボンベから水素吸蔵合金ボンベへのラインの途中に圧力調整装置を設けることにより、高圧水素ボンベからの水素圧を下げることができ、上記の特願２００６−３３３８号に記載の方法等を用いなくても、水素吸蔵合金ボンベへの充填が可能となる。したがって、この場合は、水素ガスステーション等の高圧水素インフラのみの利用で、水素ガスの補充が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）この発明にかかる小型電動移動体の例を示す正面図、（ｂ）（ａ）のボンベ収納部を示す正面図
【図２】（ａ）この発明にかかる小型電動移動体の他の例を示す正面図、（ｂ）（ａ）のボンベ収納部を示す正面図
【図３】図１（ｂ）又は図２（ｂ）の場合の各ボンベと燃料電池との連結状態を示す模式図
【符号の説明】
【００３４】
１１，１１ａ，１１ｂ  小型電動移動体
１１’  小型電動移動体本体部
１２  燃料電池収納部
１２’   燃料電池
１３  ボンベ収納部
１４  水素吸蔵合金ボンベ
１５  高圧水素ボンベ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  バルブ
１７ａ，１７ｂ  圧力調整装置
１９ａ，１９ｂ  ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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