(57)【要約】【課題】水素タンクが外力により変形した際、及び／又は水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、水素ガスが外部に漏洩することを抑制することが可能となる水素タンク及び水素タンクを有する燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素吸蔵合金を有する水素タンクであって、  前記水素タンクは、前記水素吸蔵合金を冷却する冷却機構を備え、  前記冷却機構は、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、に作動して前記水素吸蔵合金を冷却可能に構成される。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵合金を有する水素タンクであって、
前記水素タンクは、前記水素吸蔵合金を冷却する冷却機構を有し、
前記冷却機構は、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、に作動して前記水素吸蔵合金を冷却可能に構成されていることを特徴とする水素タンク。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記水素タンクの内部に設けられた冷却材と溶媒とにより構成され、該溶媒に該冷却材が溶解する際の吸熱反応により前記水素吸蔵合金を冷却することを特徴とする請求項１に記載の水素タンク。
【請求項３】
前記冷却機構は、前記水素タンクの全ての領域において、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際に、
作動可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素タンク。
【請求項４】
前記冷却機構は、前記水素タンクの水素ガス供給口周辺において、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際に、
作動可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素タンク。
【請求項５】
前記冷却機構は、前記水素タンクの外力及び／又は前記水素タンクの規定以上の内圧を電気的に検出することによって、
作動可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素タンク。
【請求項６】
前記冷却機構は、該冷却機構の作動をタンク外部に通知する通知装置を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水素タンク。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の水素タンクを有することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素タンク及び水素タンクを有する燃料電池システムに関する。
特に、水素ガスの漏洩対策が施された水素吸蔵合金を用いた水素タンク及び水素タンクを有する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用されている電池として、乾電池と言われている一次電池や、車のバッテリーなどに使われる鉛蓄電池、モバイル機器などで使われるリチウム電池などの二次電池がある。
一次電池は、内部に反応物質を保持しており、反応物質の化学反応により電流を生じるが、反応物質がすべて消費されてしまうと使用できなくなる。
また、近年における電子機器の高性能・多機能化に伴う電力消費量の拡大により十分なエネルギー量を供給出来なくなってきている。
【０００３】
二次電池は、内部に反応物を設け、電流を発生させることで反応物が減少するが、充電することによって逆反応が起こり、生成物質がもとの反応物質に戻ることで繰り返し使用することが出来る。
しかしながら、一回の充電で使用できるエネルギーは一次電池のものよりも少なく、また、充電するために外部電力を必要とし、充電するのに数十分から数時間の充電時間を必要としている。
【０００４】
これに対し、近年、地球環境に対して低公害で電力を発生させる燃料電池が注目されている。
燃料電池は従来、宇宙衛星で実用化され、それから、省エネルギー性・環境に対し低公害であることから、発電装置や自動車用の駆動源として開発が進められてきた。
また、燃料電池は単位面積当りで、従来の電池に比べ数倍から十倍近い電気出力が得られることから、さらなる小型・軽量に可能性があるため電気機器の分野でも開発が行われている。
さらに、燃料のみを交換すれば連続して使用が可能であるため、二次電池の様に充電に時間がかかることもない。
【０００５】
燃料電池には、様々な方式のものがあるが、大きな出力を得るための燃料電池には、水素を燃料に使用するのがより効果的である。
また、水素を内燃機関内で燃焼させて動力とする水素自動車も、走行時における排出ガスが無公害であること、エネルギー効率が良いことから注目されている。常圧下において気体である水素を貯蔵する方法としては、つぎのような方法が用いられている。
第一の方法は、水素を圧縮して高圧ガスとして保存する方法である。
第二の方法は、水素を低温にして、液体として貯蔵する方法である。
第三の方法は、水素吸蔵合金を使用して水素を貯蔵する方法である。
第四の方法は、メタノールやガソリンなどを燃料タンクに積み、改質して水素に変換し使用する方法である。
また、最近、第五の方法として、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、カーボンナノホーンなどの炭素系材料が注目されている。
【０００６】
これらの水素貯蔵方法の中でも、水素吸蔵合金を利用する方法は、一般に貯蔵容器（以下、水素タンクと呼ぶ）内の水素吸蔵合金の体積の約１０００倍を超える水素の貯蔵が可能である。
このため、ポータブルな電気機器に燃料電池を搭載する場合に有力な方法である。
しかしながら、水素には酸素との体積比４〜７５％の範囲において着火し、その中でも２：１となったとき、もっとも激しく爆発的燃焼するという重大な危険性がある。
したがって、水素を燃料に用いる場合、水素タンク外部への水素の漏洩防止対策は十分になされていなければならない。
このような水素が水素タンクの外部に漏れる状況として、つぎのような場合が考えられる。
一つは、水素タンクを構成する物性上や構造上やむをえない、設計上予見された漏れであり、かつ上記の着火に至らないようなリークレート（スローリーク）が保証された場合である。このような場合においては、特に対策の必要は無い。
次に、水素タンクが高温環境下に放置された場合である。このような状況においては、水素吸蔵合金が水素を放出すると共に気体の圧力は上昇するから、常温下のレートを越えて漏洩したり、新たな亀裂を発生させて漏洩したりする可能性がある。
さらには、水素タンクが落下などで過度の衝撃を受けて破損、亀裂を生じたり、水素タンクの着脱の際の無理な操作により接続する燃料供給口（コネクタ）部分などに破損や変形が生じて、その箇所から通常のレートを超えて漏洩したりする場合である。
以上の水素が水素タンクの外部に漏れる場合のうち、高温環境下放置による場合と、過度な衝撃や外力を受けた場合については、十分な対策を施さなければならない。
【０００７】
従来においては、上記高温環境下放置の場合の解決策として、特許文献１のような解決策が提案されている。
特許文献１によれば、燃料カートリッジが高温下で放置された際に内部圧力が増し、燃料が外部へ漏洩してしまう危険性に対して、つぎのような解決策が採られている。
すなわち、ここではカートリッジ内にある水素タンクとは別に燃料燃焼タンクを設け、そこに水素タンクから漏れた燃料を導いて消費するように構成されている。
また、ここでは別の手段として、水素タンクの周りに吸熱反応を利用した冷却材からなる温度上昇制御部を設け、温度上昇による圧力上昇に応じてその温度上昇制御部を機能させることで温度を低下させ、圧力を低下させるように構成されている。
【特許文献１】特開２００６−１４４８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の手法は高温下でのタンク内圧の増加による水素漏洩の危険性に対しては有効な手段であるが、圧力上昇以外の原因による水素漏洩に対しては作用しない可能性がある。
また、そのような場合には、仮に圧力を低下させたとしても、より確実に漏洩を防止することは困難である。
さらには、過度な衝撃や外力を受けた場合の漏洩に対しての有効な手段とはなり得ない。
したがって、水素漏洩の危険性に対しては、タンク内の圧力変化だけではなく、タンクへの衝撃、落下、機器との着脱時の無理な取り扱いによるタンク本体あるいは燃料供給口周辺の破損、亀裂、変形、等による可能性まで含めて考慮することが必要とされる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、水素タンクが外力により変形した際、及び／又は水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、水素ガスが外部に漏洩することを抑制することが可能となる水素タンク及び水素タンクを有する燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、次のように構成した水素タンク及び水素タンクを有する燃料電池システムを提供するものである。
本発明の水素タンクは、水素吸蔵合金を有する水素タンクであって、
前記水素タンクは、前記水素吸蔵合金を冷却する冷却機構を有し、
前記冷却機構は、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、に作動して前記水素吸蔵合金を冷却可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の水素タンクは、前記冷却機構が、前記水素タンクの内部に設けられた冷却材と溶媒とにより構成され、該溶媒に該冷却材が溶解する際の吸熱反応により前記水素吸蔵合金を冷却することを特徴とする。
また、本発明の水素タンクは、前記冷却機構が、前記水素タンクの全ての領域において、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際に、作動可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の水素タンクは、前記冷却機構が、前記水素タンクの水素ガス供給口周辺において、前記水素タンクが外力により変形した際、及び／又は前記水素タンクが規定以上の内圧を受けた際に、
作動可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の水素タンクは、前記冷却機構が、前記水素タンクの外力及び／又は前記水素タンクの規定以上の内圧を電気的に検出することによって、作動可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の水素タンクは、前記冷却機構が、該冷却機構の作動をタンク外部に通知する通知装置を有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、上記したいずれかに記載の水素タンクを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素タンクが外力により変形した際、及び／又は水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、水素ガスが外部に漏洩することを抑制することが可能となる水素タンク及び水素タンクを有する燃料電池システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の上記構成によれば、水素タンクが衝撃等の外力や規定以上の圧力等によって破損、変形した際、それをトリガとして作用する冷却機構によって、タンク内部の吸蔵合金に水素を吸蔵させ、外部への水素漏洩を抑制することができる。
上記構成は、水素吸蔵合金を使用した水素タンクにおいて、内蔵する水素吸蔵合金が持つ、低温下では水素を吸蔵し放出はしないという特性に着目して見出されたものである。
すなわち、このような特性を利用することで、水素タンクが外力により変形した際、及び／又は水素タンクが規定以上の内圧を受けた際、に作動して前記水素吸蔵合金を冷却可能に構成したものである。
【実施例】
【００１３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明の水素タンクの全ての領域において、外力により変形した際、及び／又はタンクが予め設定された規定以上の内圧を受けた際に作動可能とした構成の構成例について説明する。
図１に、本実施例における水素吸蔵合金を有する水素タンクの構成を説明するための全体概要図を示す。
図１において、１０１は水素タンク内の燃料貯蔵部、１０２は不図示の燃料である水素を吸蔵するための水素吸蔵合金で、１０１内の体積に対し最適な割合で収めてある。
１０３は冷却材、１０４は冷却材１０３を溶解するための溶媒で、冷却材１０３が溶媒１０４に溶解する際に吸熱反応を生じ、タンク内部を冷却する。
冷却材１０３としては硝酸アンモニウム、溶媒１０４としては水が吸熱反応を生ずる好適な組み合わせであるが、吸熱反応と安全性が保証できれば他の組み合わせであっても問題ない。
１０５は薄膜で、溶媒１０４を水泡のように包み込むようにして周辺の構造部材から溶媒１０４を隔離する役割をもっている。
具体的には冷却材１０３と水素タンクの外壁を構成する外装部材の内壁全体に形成された鋭利な形状の突起からなる薄膜破壊機構１０６に接するとともに、それらと溶媒１０４を隔離する役割を持っている。
冷却材１０３に硝酸アンモニウム、溶媒１０４に水を用いた場合には薄膜１０５の材質としてはパラフィン膜などが好適と考えられる。
ただし、予め設定された規定以上の内圧、または衝撃等の外力で薄膜破壊機構１０６によって壊されるものであれば膜であることや材質にはこだわらない。
なお、１０７は燃料である水素を燃料電池セル（発電部）に供給するための燃料供給口である。
本実施例においては、この燃料供給口１０７を介して、上記水素吸蔵合金を有する水素タンクを燃料電池に接続することにより、不図示の水素タンクを有する燃料電池システムを構成することができる。
【００１４】
つぎに、以上の構成からなる水素タンクに、衝撃や落下など外部から予め設定された規定以上の力が加わった場合について説明する。
水素タンクに、衝撃等の力が加わると、タンク内壁の数多くの鋭利な形状の薄膜破壊機構１０６によって薄膜１０５が破られ、隔離された状態にあった溶媒１０４が薄膜１０５の外に漏れ出して、冷却材１０３と吸熱反応を起こし、急速に温度を下げる。
例えば、冷却材１０３に硝酸アンモニウム、溶媒１０４に水の組み合わせとした場合の熱化学方程式は
ＮＨ４ＮＯ３（固体）＋ａｑ＝ＮＨ４ＮＯ３ａｑ−２５．７ｋＪ
で表される。
この熱量は２００グラムの水を３０．７℃下げる熱量に相当する。
これにより、燃料貯蔵部１０１内に組み込まれた水素吸蔵合金１０２も温度が低下するため、水素が吸蔵合金から放出される事は無く、また貯蔵部内に気体で存在していた水素も吸蔵合金に吸蔵される。
【００１５】
ここで、この冷却機構がどの程度の衝撃や外力に応答するかを決めるには、薄膜１０５の膜質や膜厚あるいは薄膜破壊機構１０６の鋭利な形状の突起の先鋭度によって調整すればよい。その際には、あまり過敏に応答しないように注意しておくべきである。
このようにして、ひとたび冷却機構が働いたタンクは再利用が困難な状態となるが、このタンクは既に亀裂や変形が生じる規模の衝撃や外力を受けた状態にあるタンクであるから、その再利用についてはタンク全体の修復を含め、別途に考えるべき問題である。
【００１６】
なお、水素タンクが衝撃や予め設定された規定以上の外力を受け冷却機構が働いた場合、そのことを使用者に確実に通知する必要がある。
さらに、冷却状態を長時間保持することは困難であり、ポータブル機器に使用する燃料電池用の水素タンクの体積に内蔵できる冷却材１０３および溶媒１０４の量を考えれば、その保持期間はさほど長くないと考えられる。
したがって、その間に使用者には、その水素タンクは使用不可であることを通知するとともに、的確な処置を促すために外部への通知機能をもたせる必要がある。
そのための通知機構としては、冷却機構が作動したことをタンク外部に伝達できる手段であれば方式は問わない。
例えば、タンク内部に薄膜破壊機構１０６に接するように圧力スイッチを設置しておき、薄膜１０５を破るような力を外部から受けた時に、同時に圧力スイッチを薄膜破壊機構１０６によってＯＮさせる。
そして、その信号を元にタンク表面に取り付けたインジケータ等に表示させるようにすればよい。
あるいは、より簡単な構成として、タンク外装部分の一部を透明な窓状にしておき、内部で冷却材１０３と溶媒１０４が反応したことが視覚的に分るような構造にしても良い。
【００１７】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１の変形である水素吸蔵合金を有する水素タンクについて説明する。
すなわち、本実施例においては、実施例１ではタンク内部のほぼ全面に構成していた冷却材と溶媒を隔てる薄膜破壊機構を、特に燃料漏洩が発生し易い水素ガス供給口周辺のエリアに限定して配置した構成例について説明する。
図２に、本実施例における水素吸蔵合金を有する水素タンクの構成を説明するための全体概要図を示す。
図２には図１の実施例１と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図２において、２０１は薄膜破壊機構である。
【００１８】
燃料供給口そのものは水素タンクからは突き出た形状であり、またその役割から、衝撃や水素タンクを機器から着脱する際などに無理な力を受けやすい。
そのため水素タンク全体を眺めた時、このエリア周辺が特に影響を受け易いことは容易に想像がつく。
このようなことから、本実施例では図２に示すように、薄膜破壊機構２０１である鋭利な形状の突起を燃料供給口１０７の周辺にのみ構成して、その部分が受ける衝撃や外力にのみ応答するようにしたものである。
【００１９】
本実施例の構成によれば、最も衝撃や外力の影響を受け易く、また最も水素が漏れ易いエリアに絞って対策を施すことになるため、効率的かつコストを抑えて水素ガスの漏洩対策をすることができる。
また、以上に加えて内部全域に対策を施した場合に比べ冷却機構の作動精度の向上を図ることができる。
【００２０】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１及び実施例２とは異なる形態による水素吸蔵合金を有する水素タンクについて説明する。
すなわち、本実施例においては、実施例１及び実施例２ではタンクの内部機構（鋭利な形状の突起）で衝撃や外力をとらえていたのを、電気的検出手段によってとらえるようにした構成例について説明する。
図３に、本実施例における水素吸蔵合金を有する水素タンクの構成を説明するための全体概要図を示す。
図３には図１の実施例１と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図３において、３０１は衝撃、加速度センサであり、３０２は分離弁である。
【００２１】
本実施例においては、水素タンク内の適切な場所に衝撃を受けた時に信号を出力する衝撃センサ３０１や加速度を受けた時に信号を出力する加速度センサ３０１を内蔵されている。
さらに、冷却材１０３と溶媒１０４は分離弁３０２によって隔離するように構成されている。
本実施例においては、上記構成からなる水素タンクが、衝撃や外力、さらには落下などによって、衝撃や加速度を検知した際、つぎのように水素吸蔵合金１０２を冷却させる。
すなわち、冷却材１０３と溶媒１０４とを隔てる分離弁３０２を開く制御を行なうことによって、冷却材１０３と溶媒１０４を反応させ、水素吸蔵合金１０２を冷却させる。
なお、不図示ではあるが、このシステムを動作させるには電気配線や制御系、さらにはそれらに給電する、例えばボタン電池のような電源の搭載が不可欠である。
【００２２】
本実施例の構成によれば、メカ的構造による実施例１および実施例２の場合の冷却機構に比して、作動範囲のばらつきの発生を抑制することが可能となる。
すなわち、本実施例では電気的検出機構を用いることで、冷却機構の作動開始のしきい値を明確に規定することができ、作動範囲のばらつきを抑制して安定したシステムを実現することが可能となる。
【００２３】
以上の本発明による上記各実施例の構成によれば、タンクが過度な衝撃や力を受けた際に、それをトリガとして作用する冷却機構によって、タンク内部の吸蔵合金に水素を吸蔵させ、外部への水素漏洩を防止することができる。
もしくは、水素漏洩を最小限に留めることができる。
これにより、上記した水素タンクを有する燃料電池システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１における水素吸蔵合金を有する水素タンクの構成を説明するための全体概要図。
【図２】本発明の実施例２における水素吸蔵合金を有する水素タンクの構成を説明するための全体概要図。
【図３】本発明の実施例３における水素吸蔵合金を有する水素タンクの構成を説明するための全体概要図。
【符号の説明】
【００２５】
１０１：燃料貯蔵部
１０２：水素吸蔵合金
１０３：冷却材
１０４：溶媒
１０５：薄膜
１０６：薄膜破壊機構
１０７：燃料供給口
２０１：薄膜破壊機構
３０１：衝撃・加速度センサ
３０２：分離弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008190664.tif 000005