(57)【要約】【課題】安価で小型の水素供給手段を用いて、該水素供給手段に貯蔵される水素圧を低減でき、しかも高圧水素貯蔵手段に対して効率よく水素を供給できる水素供給方法を提供する。【解決手段】高圧で貯蔵された水素を供給する第１の水素供給手段１，２，３と、水素吸蔵合金に貯蔵された水素を供給する第２の水素供給手段４，５，６とから、水素を高圧で貯蔵する水素貯蔵手段９に水素を供給する。第１の水素供給手段１，２，３から水素貯蔵手段９に対し、水素貯蔵手段９内の水素圧が所定の圧力に達するまで水素を供給する。前記工程の後、第２の水素供給手段４，５，６から水素貯蔵手段９に対し、水素貯蔵手段９内の水素圧が最大充填圧に達するまで、水素を供給する。第１の水素供給手段１または第２の水素供給手段４を複数用いる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧で貯蔵された水素を供給する第１の水素供給手段と、水素吸蔵合金に貯蔵された水素を供給する第２の水素供給手段とから、水素を高圧で貯蔵する水素貯蔵手段に水素を供給する方法であって、
第１の水素供給手段から該水素貯蔵手段に対し、該水素貯蔵手段内の水素圧が所定の圧力に達するまで、水素を供給する工程と、
前記工程の後、第２の水素供給手段から該水素貯蔵手段に対し、該水素貯蔵手段内の水素圧が最大充填圧に達するまで、水素を供給する工程とからなることを特徴とする水素供給方法。
【請求項２】
第１の水素供給手段を複数用いることを特徴とする請求項１記載の水素供給方法。
【請求項３】
第２の水素供給手段を複数用いることを特徴とする請求項１記載の水素供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池を用いる自動車等に搭載されている高圧水素タンク等に水素を供給する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の動力源として燃料電池を用いることが検討されている。前記燃料電池を用いる自動車（以下、燃料電池車と略記する）では、車内に該燃料電池の燃料となる水素を貯蔵しておくために、高圧水素タンクを搭載している。
【０００３】
従来、燃料電池車に搭載された高圧水素タンクに対して、水素を供給する方法として、急速充填による方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
前記急速充填による方法は、図４に示すように、ステーション側高圧水素タンクＨＳ１と、開閉弁２とを備える水素供給手段３から、水素導管７を燃料電池車８に搭載された燃料電池車側高圧水素タンクＨＶ９に接続して、両者の圧力差により水素を供給するものである。
【０００５】
図４に示す方法では、水素導管７を接続した後、開閉弁２，１０を開弁することにより、タンクＨＳ１からタンクＨＶ９に対する水素の供給が開始され、タンクＨＳ１内の水素圧と、タンクＨＶ９内の水素圧とが平衡に達することにより水素の供給が完了する。
【０００６】
しかしながら、前記従来の方法では、タンクＨＶ９の最大充填圧まで水素を供給しようとすると、可燃性ガスである水素を貯蔵するタンクＨＳ１内の水素圧が高圧になる上、大きな水素貯蔵量を要するという不都合がある。また、タンクＨＳ１内の水素の全量をタンクＨＶ９に供給することができず、タンクＨＳ１内の水素圧と、タンクＨＶ９内の水素圧とが平衡に達したときには、タンクＨＳ１内に水素が残存しているという不都合もある。
【０００７】
図４に示す方法に代えて、タンクＨＳ１を複数設け複数のタンクＨＳ１を順次切り換えるカスケード方式により水素を供給するようにしてもよいが、この場合にも少なくとも１つのタンクＨＳ１の当初の水素圧が４２ＭＰａ以上であることが必要とされる。従って、前記不都合の解決とはならない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−８９７９３号公報（第２頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、安価で小型の水素供給手段を用いて、該水素供給手段に貯蔵される水素圧を低減することができ、しかも高圧水素貯蔵手段に対して効率よく水素を供給することができる水素供給方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記水素供給ステーション側高圧水素タンクから燃料電池車側高圧水素タンクに、両者の圧力差により水素を供給する方法に代えて、該水素供給ステーションに水素吸蔵合金を備えるタンクを設け、該水素吸蔵合金に貯蔵された水素を燃料電池車側高圧水素タンクに供給する方法が考えられる。前記水素吸蔵合金は、貯蔵されている水素のほぼ全量を放出することができるので、水素供給ステーションを小型化することができると考えられる。ところが、水素吸蔵合金は高価であるため、水素供給ステーションのタンク全てを水素吸蔵合金を備えるタンクとすると、イニシャルコストの増大が避けられない。
【００１１】
そこで、本発明の水素供給方法は、前記目的を達成するために、高圧で貯蔵された水素を供給する第１の水素供給手段と、水素吸蔵合金に貯蔵された水素を供給する第２の水素供給手段とから、水素を高圧で貯蔵する水素貯蔵手段に水素を供給する方法であって、第１の水素供給手段から該水素貯蔵手段に対し、該水素貯蔵手段内の水素圧が所定の圧力に達するまで、水素を供給する工程と、前記工程の後、第２の水素供給手段から該水素貯蔵手段に対し、該水素貯蔵手段内の水素圧が最大充填圧に達するまで、水素を供給する工程とからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の水素供給方法では、燃料電池車に搭載された高圧水素タンク等の水素を高圧で貯蔵する水素貯蔵手段に対し、まず、第１の水素供給手段から高圧で貯蔵された水素を供給する。第１の水素供給手段は、前記水素貯蔵手段との圧力差により水素を供給するものであり、該水素貯蔵手段内の水素圧が比較的低圧であるときに、効果的に水素を供給することができる。そこで、第１の水素供給手段は、水素貯蔵手段内の水素圧が所定の圧力に達するまで、例えば第１の水素供給手段内の水素圧と平衡に達するまで、水素を供給する。
【００１３】
本発明の水素供給方法では、水素貯蔵手段内の水素圧が所定の圧力に達したならば、次に、前記第１の水素供給手段から、水素吸蔵合金に貯蔵された水素を供給する第２の水素供給手段に切り換える。前記水素吸蔵合金は、圧力−組成等温線図におけるプラトー領域では、水素放出圧力が略一定となるので、該水素放出圧力が前記水素貯蔵手段の最大充填圧に相当する水素吸蔵合金を用いることにより、該水素吸蔵合金に貯蔵されている水素の略全量を該水素貯蔵手段に供給することができる。
【００１４】
前記水素吸蔵合金に貯蔵された水素を供給する第２の水素供給手段は、前記水素貯蔵手段内の水素圧と、最大充填圧との圧力差が小さいときに、効果的に水素を供給することができる。そこで、第２の水素供給手段は、前記水素貯蔵手段に対し、該水素貯蔵手段内の水素圧が前記所定の圧力に達した後、最大充填圧に達するまで水素を供給する。
【００１５】
本発明の水素供給方法によれば、水素貯蔵手段内の水素圧が比較的低圧であるときには第１の水素供給手段を用い、前記水素貯蔵手段内の水素圧と、最大充填圧との圧力差が小さいときには第２の供給手段を用いるので、第１の水素供給手段に貯蔵される水素の圧力を低減して、システム全体を小型化することができ、しかも水素を高圧で貯蔵する水素貯蔵手段に対して効率よく水素を供給することができる。また、高圧で貯蔵された水素を供給する第１の水素供給手段と、水素吸蔵合金に貯蔵された水素を供給する第２の水素供給手段とを併用するので、水素供給手段を安価なものとすることができる。
【００１６】
本発明の水素供給方法では、第１の水素供給手段または第２の水素供給手段をそれぞれ複数用いるようにしてもよい。この場合には、複数の第１の水素供給手段を順次切り換えることにより、水素貯蔵手段内の水素圧が所定の圧力に達するまで、水素を供給する。または、水素貯蔵手段内の水素圧が前記所定の圧力に達した後、複数の第２の水素供給手段を順次切り換えることにより、該水素貯蔵手段内の水素圧が最大充填圧に達するまで水素を供給する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の一実施形態を示すブロック図、図２は本発明の他の実施形態を示すブロック図であり、図３は図２に示す実施形態における燃料電池車側高圧水素タンクの積算充填量とタンク圧力との関係を示すグラフである。
【００１８】
まず、本発明の水素供給方法の第１の実施形態について説明する。
【００１９】
本実施形態に用いる水素供給ステーションは、例えば図１に示すように、ステーション側高圧水素タンクＨＳ１と、開閉弁２とを備える第１の水素供給手段３と、水素吸蔵合金を備えるタンクＭＳ４と、開閉弁５とを備える第２の水素供給手段６とを備えている。そして、本実施形態の方法では、第１の水素供給手段３と第２の水素供給手段６とを、水素導管７を介して、燃料電池車８に搭載された燃料電池車側高圧水素タンクＨＶ９に接続することにより、水素を供給する。尚、タンクＨＶ９は水素貯蔵量３６．３Ｎｍ3、最大充填圧が３５ＭＰａであり、開閉弁１０を備えている。
【００２０】
前記最大充填圧を備えるタンクＨＶ９に水素を供給するために、タンクＨＳ１は水素貯蔵量２１Ｎｍ3、当初の水素圧が３５ＭＰａのものが用いられる。タンクＨＳ１は、７２リットルの外容積を備えている。
【００２１】
一方、タンクＭＳ４は、水素貯蔵量２２Ｎｍ3で、１２７リットルの外容積を備えている。この結果、タンクＨＳ１とタンクＭＳ４との外容積の合計は、１９９リットルとなっている。
【００２２】
また、タンクＭＳ４は、貯蔵する水素の略全量をタンクＨＶ９に供給するために、圧力−組成等温線図におけるプラトー領域での水素放出圧力がタンクＨＶ９の前記最大充填圧に相当する水素吸蔵合金を備えている。前記水素吸蔵合金としては、例えば、Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1Ｍｎ1.4Ｃｒ0.4Ｖ0.2の組成を備える合金を挙げることができる。前記組成を備える水素吸蔵合金は、吸蔵温度３０℃における水素吸蔵圧力が１５ＭＰａであり、放出温度１４０℃における水素放出圧力が３４．８ＭＰａであって、タンクＨＶ９の前記最大充填圧に略等しい水素放出圧力を備えている。
【００２３】
本実施形態では、燃料電池車８に水素を供給するときには、まず、第２の水素供給手段６の開閉弁５を閉弁した状態で、第１の水素供給手段３の開閉弁２と、タンクＨＶ９の開閉弁１０とを開弁する。このようにすると、タンクＨＳ１に貯蔵されている水素が、タンクＨＳ１とタンクＨＶ９との圧力差により、水素導管７を介してタンクＨＶ９に供給される。タンクＨＳ１は当初の水素圧が３５ＭＰａであるので、タンクＨＶ９内の水素圧がゼロに近い場合には、タンクＨＶ９内の水素圧が約１０ＭＰａに達したところで、タンクＨＳ１とタンクＨＶ９との圧力差が平衡に達し、第１の水素供給手段３による水素の供給が完了する。
【００２４】
次に、第１の水素供給手段３の開閉弁２を閉弁して、第２の水素供給手段６の開閉弁５を開弁する一方、タンクＭＳ４に備えられた前記水素吸蔵合金を前記水素放出温度に加熱することにより、該水素吸蔵合金に貯蔵されている水素を放出させる。前記水素吸蔵合金は、前述のように、タンクＨＶ９の前記最大充填圧に略等しい水素放出圧力を備えているので、タンクＨＶ９内の水素圧が前記最大充填圧に達するまで水素が供給される。そこで、この後、第２の水素供給手段６の開閉弁５、タンクＨＶ９の開閉弁１０を閉弁し、水素導管７をタンクＨＶ９から切り離すことにより第２の水素供給手段６による水素の供給が完了する。
【００２５】
本実施形態の水素供給方法によれば、第１の水素供給手段３のタンクＨＳ１と、第２の水素供給手段６のタンクＭＳ４とを順次切り換えるので、タンクＨＶ９に対して効率よく水素を供給することができる。
【００２６】
次に、本発明の水素供給方法の第２の実施形態について説明する。
【００２７】
本実施形態に用いる水素供給ステーションは、例えば図２に示すように、第１の水素供給手段３は、２つのステーション側高圧水素タンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂと、各タンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂに備えられた開閉弁２ａ，２ｂとを備えている。タンクＨＳ1１ａは水素貯蔵量１３．４Ｎｍ3、当初の水素圧３５ＭＰａであり、タンクＨＳ2１ｂは水素貯蔵量１３．４Ｎｍ3、当初の水素圧３５ＭＰａである。各タンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂは、それぞれ４６リットルの外容積を備えている。
【００２８】
一方、第２の水素供給手段６は、水素吸蔵合金を備える２つのタンクＭＳ1４ａ、ＭＳ2４ｂと、各タンクＭＳ1４ａ、ＭＳ2４ｂに備えられた開閉弁５ａ，５ｂとを備えている。タンクＭＳ1４ａは水素貯蔵量９Ｎｍ3で、放出温度１００℃における水素放出圧力が２４．１ＭＰａの水素吸蔵合金を備えており、タンクＭＳ2４ｂは水素貯蔵量９Ｎｍ3で、放出温度１４０℃における水素放出圧力が３４．８ＭＰａの水素吸蔵合金を備えている。各タンクＭＳ1４ａ、ＭＳ2４ｂは、それぞれ５２リットルの外容積を備えている。この結果、タンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂと、タンクＭＳ1４ａ、ＭＳ2４ｂとの外容積の合計は、１９６リットルとなっている。
【００２９】
そして、本実施形態の方法では、第１の水素供給手段３と第２の水素供給手段６とを、水素導管７を介して、燃料電池車８に搭載された燃料電池車側高圧水素タンクＨＶ９に接続することにより、水素を供給する。尚、タンクＨＶ９は第１の実施形態に用いたものと同一である。
【００３０】
次に、本実施形態による水素供給方法を図２、図３を参照して説明する。
【００３１】
本実施形態では、燃料電池車８に水素を供給するときには、まず、第１の水素供給手段３の開閉弁２ｂと、第２の水素供給手段６の開閉弁５ａ，５ｂとを閉弁した状態で、第１の水素供給手段３の開閉弁２ａと、タンクＨＶ９の開閉弁１０とを開弁する。このようにすると、タンクＨＳ1１ａに貯蔵されている水素が、タンクＨＳ1１ａとタンクＨＶ９との圧力差により、水素導管７を介してタンクＨＶ９に供給される。この結果、図３に示すように、タンクＨＶ９内の水素圧（タンク圧力）が７．９ＭＰａ、積算充填量が１０．２Ｎｍ3に達したところで、タンクＨＳ1１ａとタンクＨＶ９との圧力差が平衡に達し、タンクＨＳ1１ａからの供給が完了する。
【００３２】
次に、第１の水素供給手段３の開閉弁２ａを閉弁して、開閉弁２ｂを開弁する。このようにすると、タンクＨＳ2１ｂに貯蔵されている水素が、タンクＨＳ2１ｂとタンクＨＶ９との圧力差により、水素導管７を介してタンクＨＶ９に供給される。この結果、図３に示すように、タンクＨＶ９内の水素圧が１３．４ＭＰａ、積算充填量が１８．３Ｎｍ3に達したところで、タンクＨＳ2１ｂとタンクＨＶ９との圧力差が平衡に達し、タンクＨＳ2１ｂからの水素の供給が完了する。これにより、第１の水素供給手段３による水素の供給が完了する。
【００３３】
次に、第１の水素供給手段３の開閉弁２ｂを閉弁して、第２の水素供給手段６の開閉弁５ａを開弁する一方、タンクＭＳ1４ａに備えられた前記水素吸蔵合金を前記水素放出温度に加熱することにより、該水素吸蔵合金に貯蔵されている水素を放出させる。この結果、図３に示すように、タンクＨＶ９内の水素圧が２４．１ＭＰａ、積算充填量が２７．３Ｎｍ3に達したところで、前記水素吸蔵合金に貯蔵されている水素の全量が放出され、タンクＭＳ1４ａからの水素の供給が完了する。
【００３４】
次に、第２の水素供給手段６の開閉弁５ａを閉弁して、開閉弁５ｂを開弁する一方、タンクＭＳ2４ｂに備えられた前記水素吸蔵合金を水素放出温度に加熱することにより、該水素吸蔵合金に貯蔵されている水素を放出させる。この結果、図３に示すように、タンクＨＶ９内の水素圧が３４．８ＭＰａ、積算充填量が３６．３Ｎｍ3に達したところで、前記水素吸蔵合金に貯蔵されている水素の全量が放出され、タンクＭＳ2４ｂからの水素の供給が完了する。この後、第２の水素供給手段６の開閉弁５ｂを閉弁することにより、第２の水素供給手段６による水素の供給が完了する。
【００３５】
本実施形態の水素供給方法によれば、第１の水素供給手段３のタンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂと、第２の水素供給手段６のタンクＭＳ1４ａ、ＭＳ2４ｂとを順次切り換えるので、タンクＨＶ９に対して効率よく水素を供給することができる。
【００３６】
次に、本発明の比較例について説明する。
【００３７】
本比較例に用いる水素供給ステーションは、図４に示すように、ステーション側高圧水素タンクＨＳ１と、開閉弁２とを備える水素供給手段３を備えている。そして、本比較例の方法では、水素供給手段３を、水素導管７を介して、燃料電池車８に搭載された燃料電池車側高圧水素タンクＨＶ９に接続することにより、水素を供給する。尚、タンクＨＶ９は水素貯蔵量３６．３Ｎｍ3、最大充填圧が３５ＭＰａであり、開閉弁１０を備えている。
【００３８】
前記最大充填圧を備えるタンクＨＶ９に水素を供給するために、タンクＨＳ１は水素貯蔵量２６０Ｎｍ3、当初の水素圧が４２ＭＰａのものが用いられる。タンクＨＳ１は、９００リットルの外容積を備えている。
【００３９】
本比較例では、燃料電池車８に水素を供給するときには、まず、水素供給手段３の開閉弁２と、タンクＨＶ９の開閉弁１０とを開弁する。このようにすると、タンクＨＳ１に貯蔵されている水素が、タンクＨＳ１とタンクＨＶ９との圧力差により、水素導管７を介してタンクＨＶ９に供給される。そして、タンクＨＶ９内の水素圧が約３５ＭＰａに達したところで、タンクＨＳ１とタンクＨＶ９との圧力差が平衡に達し、第１の水素供給手段３による水素の供給が完了する。
【００４０】
上述のように、本実施形態の方法によれば、前記比較例に対して、ステーション側高圧水素タンクＨＳ１、またはタンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂの当初の水素圧を低減することができ、各タンクの外容積の合計を小さくすることができることが明らかである。
【００４１】
また、本実施形態の方法によれば、高圧水素タンクＨＳ１、またはタンクＨＳ1１ａ、ＨＳ2１ｂと、水素吸蔵合金を備えるタンクＭＳ１、またはタンクＭＳ1１ａ、ＭＳ2１ｂとを併用するので、水素供給ステーションを水素吸蔵合金を備えるタンクのみで構成する場合に比較して、システムを安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明の他の実施形態を示すブロック図。
【図３】図２に示す実施形態における燃料電池車側高圧水素タンクの積算充填量とタンク圧力との関係を示すグラフ。
【図４】従来の水素供給方法を示すブロック図。
【符号の説明】
１，２，３…第１の水素供給手段、  ４，５，６…第１の水素供給手段、  ９…水素貯蔵手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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