(57)【要約】【課題】タンク内の水の凍結で起こるタンクの破損を防止のため、タンク内の水を外部に排出していた。そのため、システム起動時には外部から水を補給しなければいけない。タンク内の水を排出せずに、タンク内の水の凍結で起こるタンクの破損を防止する液体タンクシステムを提供する。【解決手段】液体タンクと液体タンクの上部にガスを封入したガス容器を備え、液体タンク上面とガス容器下面を接しさせ、ガス容器内下面に所定温度以下でガス容器内のガスを吸蔵して発熱する金属を取付ける構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体タンクと前記液体タンクの上部にガスを封入したガス容器を備え、前記液体タンク上面とガス容器下面は接しており、前記ガス容器内下面に所定温度以下で前記ガス容器内のガスを吸蔵して発熱する金属を取付けることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項２】
請求項１の液体タンクシステムにおいて，前記ガス容器内のガスを水素とし、前記ガス容器内下面に取付ける前記金属を水素吸蔵合金とすることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項３】
請求項１の液体タンクシステムにおいて、前記液体タンク内の液体を水とすることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項４】
請求項１の液体タンクシステムにおいて、ガスを封入したガス容器を前記液体タンクの側面にも取付け、側面に取付けた前記ガス容器内の側面で前記液体タンク側に前記金属を取付けることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項５】
請求項１の液体タンクシステムにおいて、前記ガス容器内の圧力により前記ガス容器内のガスを出し入れすることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項６】
請求項１の液体タンクシステムにおいて、前記液体タンク内の温度により前記ガス容器内のガスを出し入れすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２の液体タンクシステムにおいて、少なくとも空気と水素を用いて発電する燃料電池と、水素を前記燃料電池と前記ガス容器に供給するために貯蔵している水素供給装置と、前記水素供給装置から前記燃料電池に水素を供給するため用いる水素供給配管を備えることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項８】
請求項７の液体タンクシステムにおいて、前記ガス容器内の圧力が設定圧力より下がると前記水素供給装置から水素を前記ガス容器内に送ることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項９】
請求項７の液体タンクシステムにおいて、前記ガス容器内の圧力が設定圧力より上がると前記水素供給配管に前記ガス容器から水素を送ることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項１０】
請求項７の液体タンクシステムにおいて、前記液体タンク内の温度が設定温度より下がると前記水素供給装置から水素を前記ガス容器に送ることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項１１】
請求項１０の液体タンクシステムにおいて、前記設定温度を前記ガス容器下面に取付けられた前記水素吸蔵合金が水素の放出を開始する温度とすることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項１２】
請求項７の液体タンクシステムにおいて、前記液体タンク内の温度が設定温度より上がると前記水素供給配管に前記ガス容器から水素を送ることを特徴とする液体タンクシステム。
【請求項１３】
請求項１２の液体タンクシステムにおいて、前記設定温度を前記ガス容器下面に取付けられた前記水素吸蔵合金が水素の吸蔵を開始する温度とすることを特徴とする液体タンクシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体タンクシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液体タンクシステムは、凍結による破損防止のために、氷点下以下になる恐れがある場合、タンク内の水を外部へ排出している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７３７０４号公報（第３−４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、タンク内の水を外部に排出してしまっていた。そのため、システム起動時には外部から水を補給しなければいけなかった。
【０００５】
【課題を解決しようとする手段】
上記の課題を解決するため本発明は、液体タンクと液体タンクの上部にガスを封入したガス容器を備え、液体タンク上面とガス容器下面を接しさせ、ガス容器内下面に所定温度以下でガス容器内のガスを吸蔵して発熱する金属を取付ける。
【０００６】
【発明の効果】
本発明は、ガス容器内下面に取付けられた金属が、所定温度以下でガス容器内のガスを吸蔵して液体タンク上部に熱を与える。したがって、液体タンク下部より凍り、液体の体積膨張を上方に逃がすことができ、液体タンクにかかる応力を緩和させ、液体の凍結による液体タンクの破損する可能性を液体タンク内の液体を排出することなく低くすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
本実施形態の構成を、図１を用いて説明する。
図１（ａ）は容器１の外形、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’での断面図である。
本実施形態で用いられる容器１は、液体タンク（水タンク２）、水素吸蔵合金４、ガス容器（耐圧容器３）で構成されている。
【０００８】
容器１は上部と下部の二つの空間を持ち、上部と下部は一体形成される。
容器１上部は耐圧容器３になっており、容器１下部は水タンク２になっている。
また、耐圧容器３下面の形状及び面積と水タンク２上面の形状及び面積は等しい。
耐圧容器３には、水素が封入しており、耐圧容器３内下面全体に水素吸蔵合金４が取付けられている。
【０００９】
次に、本実施形態の作用を、図３を用いて説明する。
水素吸蔵合金４は、所定温度以下になると水素を吸蔵して発熱し、所定温度以上になると水素を放出するという特性がある。
本実施形態は、この水素吸蔵合金４の特性を利用したものである。
【００１０】
図３に、水タンク２内の温度と時間の関係を示す。
Ａは水タンク２内の側面及び下面の温度、Ｂは水タンク２内の空間中央の温度、Ｃを水タンク２内の上面の温度、Ｄは耐圧容器３及び水素吸蔵合金４を備えていない従来の水タンクの上面温度、Ｅは外気温を夫々示す。
【００１１】
また、Ｆは水素吸蔵合金が水素を吸蔵している時間を示し、Ｇは従来の水タンクの上面温度が０℃になるまでの時間と本実施形態の水タンク２の上面温度が０℃になるまでの時間を比較したものである。
【００１２】
一番早く凍るのは、水タンク２の側面及び下面である。これは、水素吸蔵合金４を用いない場合も同様である。
次いで、水素吸蔵合金４を用いない場合は、水タンク２上面が凍る。
これにより、体積膨張が起こり、水タンク２を破損させる可能性が高くなる。
【００１３】
しかし、水タンク２の上面に水素を封入し、水素吸蔵合金４を備えた耐圧容器３を取付けることで、水素吸蔵合金４が水素を吸蔵する約１℃で、水素吸蔵合金４が発熱し、Ｆに示すように水タンク２内上面の水温が維持できる。だから、Ｇに示すように従来と比べ０℃になるまでの時間が延びる。したがって、水タンク２内上面が一番最後に凍る。
【００１４】
このように本実施形態では、以下の効果がある。
水タンク２の上面に水素を封入し水素吸蔵合金４を備えた耐圧容器３を取付けることで、水素を吸蔵する温度（ここでは、１℃とする）になると水素吸蔵合金４の水素化熱によって、水タンク２上部に熱を与える。したがって、水タンク２下部より凍り、水の体積膨張を上方に逃がすことができ、水タンク２にかかる応力を緩和させ、水の凍結による水タンク２の破損を防ぐことができる。
また、水素吸蔵合金４を用いることで、外部からのエネルギー供給が必要ない。
【００１５】
また、本実施形態では、水タンク２の上面に水素を封入し水素吸蔵合金４を備えた耐圧容器３を取付けたが、図２（ａ）で容器１の外形、（ｂ）で（ａ）のＺ−Ｚ’での断面図に示すように、水タンク２上面に加え、水タンク２側面にも水素を封入した耐圧容器３を取付け、耐圧容器３内の水タンク２側の側面に水素吸蔵合金４を備えることで、より効果的に水の凍結による水タンク２の破損を防ぐことができる。
【００１６】
（第二実施形態）
本実施形態の構成を、図４、図５を用いて説明する。
本実施形態は、燃料電池５、水素供給装置６及び水素供給配管９、空気供給装置７及び空気供給配管１０、第一実施形態で用いた容器１、圧力調整弁付き水素導入ライン１７及び圧力調整弁付き水素放出ライン１６、水補給配管１５及び水供給配管１２、加湿装置８、水素加湿用配管１３及び空気加湿用配管１４を備える。
【００１７】
図４に示すように、水素供給配管９は、燃料電池５と水素供給装置６を結ぶ。また、水素供給配管９の水素供給装置６寄りに、圧縮調整弁付き水素放出ラインが取付けられ、燃料電池５寄りに、水素加湿用配管１３が取付けられている。
【００１８】
空気供給配管１０は、燃料電池５と空気供給装置７を結ぶ。また、空気供給配管１０には、空気加湿用配管１４が取付けられている。
【００１９】
水補給配管１５は、燃料電池５と水タンク２を結ぶ。
水供給配管１２は、水タンク２と加湿装置８を結ぶ。
空気加湿用配管１４は、加湿装置８と空気供給配管１０を結ぶ。
水素加湿用配管１３は、加湿装置８と水素供給配管９を結ぶ。
【００２０】
また、図５に示すように、圧力調整弁付き水素放出ライン１６は、耐圧容器３と水素供給配管９を結ぶ。
圧力調整弁付き水素導入ライン１７は、耐圧容器３と水素供給装置６を結ぶ。
【００２１】
次に、作用について説明する。
燃料電池５に、水素供給装置６及び空気供給装置７より、水素供給配管９及び空気供給配管１０を通して、水素及び空気を供給する。
【００２２】
この際、水タンク２から水素加湿用配管１３及び空気加湿用配管１４を通して、燃料電池５に供給する水素及び空気を加湿する。
加湿された水素及び空気は、燃料電池５内で発電するのに用いられる。
この際、燃料電池５から水が生成される。
【００２３】
燃料電池５から排出される生成水等は、水補給配管１５を通して、水タンク２に送られる。
水タンク２内の水は、水供給配管１２を通して加湿装置８に送られ、再び水素加湿用配管１３及び空気加湿用配管１４を通して、燃料電池５に供給する水素及び空気を加湿し、これを循環する。
【００２４】
一方、耐圧容器３に封入された水素は、水素吸蔵合金４が所定温度以上になると水素吸蔵合金４より水素を放出するため、耐圧容器３内の圧力が上がる。耐圧容器３の許容圧力を上回ると圧力調整弁付き水素放出ライン１６に取付けられたバルブを耐圧容器３内が一定圧力に戻るまで開き、水素が水素供給配管９に送られる。
【００２５】
また、水素吸蔵合金４が所定温度以下になると水素吸蔵合金４が水素を吸蔵するため、耐圧容器３内の圧力が低下する。耐圧容器３内の圧力が設定圧力（水素吸蔵合金が水素を吸蔵する最低圧力）を下回ると圧力調整弁付き水素導入ライン１７に取付けられたバルブを耐圧容器３内が一定圧力に戻るまで開き、水素供給装置６から耐圧容器３に水素を供給する。
【００２６】
このように本実施形態では、第一実施形態に加え、以下の効果がある。
水素が水素吸蔵合金４に吸蔵され、耐圧容器３の圧力が低下し、水素残量が低下した場合に、圧力調整弁付き水素導入ライン１７を通して、水素供給装置６より水素が耐圧容器３に供給される。それにより、より多くの水素を吸蔵させることができるので耐圧容器３のみの第一実施形態に比べ、より長時間水タンク２上部を暖めることができ、より確実に水の体積膨張による水タンク２の破損を防ぐことができる。
【００２７】
また、水タンク２の温度が上昇し、水素が放出され、耐圧容器３の圧力が上昇した場合に、圧力調整弁付き水素放出ライン１６を通して、水素供給配管９に水素を戻し、燃料として使用することができる。
【００２８】
また、水タンク２内の水が下部から凍るので、水を外部に排出することなく、水の体積膨張による水タンク２の破損を防ぐことができる。
【００２９】
また、本実施形態で圧力制御弁の開閉する圧力は、必要に応じて最適な圧力を設定することができる。
【００３０】
（第三実施形態）
本実施形態の構成を、図４、図６を用いて説明する。
本実施形態の構成は、図４に示すような第二実施形態の構成とほぼ同じである。
【００３１】
異なる点は、図６に示すように、圧力調整弁付き水素放出ライン１６及び圧力調整弁付き水素導入ライン１７をバルブ付き水素放出ライン１８及びバルブ付き水素導入ライン１９に変えた点である。また、水タンク２内下面から垂直方向に水タンク２の高さの少なくとも半分の高さを有し、任意の高さで温度測定可能な温度測定手段２０、耐圧容器３内に水素残量検出装置２１を夫々取付け、温度測定手段２０又は水素残量検出装置２１の測定値に基づいてバルブ付き水素放出ライン１８及びバルブ付き水素導入ライン１９のバルブを調整できる制御部２２を設けた点である。また、温度測定手段２０は、水位センサを備える。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のシステムフローチャートについて、図７、図８を用いて説明する。このシステムフローチャートは、燃料電池５システム停止中、又は起動から設定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００３３】
ステップ１００では、このシステムフローチャートを開始する。
ステップ１０１では、フラグが０か確認する。フラグが０の時はステップ１３１に進む。
ステップ１０２では、燃料電池５システムが起動しているか確認する。起動していない場合は、ステップ１１３に進む。
【００３４】
ステップ１０３では、フラグが２であるか確認する。フラグが２のときは，ステップ１０９に進む。
ステップ１０４では，耐圧容器３内の水素残量を確認する。水素残量がないときは，ステップ１３１に進む。
【００３５】
ステップ１０５では，バルブ付き水素導入ライン１９が閉であるか確認する。バルブ付き水素導入ライン１９が閉のときは、ステップ１０６に進む。
ステップ１０６では，バルブ付き水素導入ライン１９を閉にする。
【００３６】
ステップ１０７では，バルブ付き水素放出ライン１８が開であるか確認する。バルブ付き水素放出ライン１８が開のときは、ステップ１０８に進む。
ステップ１０８では、バルブ付き水素放出ライン１８を開にする。
【００３７】
ステップ１０９では，耐圧容器３内に水素残量があるか確認する。水素残量があるときは，ステップ１１０に進む。
ステップ１１０では，フラグを２にする。ステップ１３１に進む。
【００３８】
ステップ１１１では，バルブ付き水素放出ライン１８を閉にする。
ステップ１１２では，フラグを０にする。ステップ１３１に進む。
ステップ１１３では、水タンク２内の下面温度が１℃以上か確認する。１℃以上のときは、ステップ１２６に進む。
【００３９】
ステップ１１４では、水タンク２内の水位を測り、温度測定手段２０の高さより高い場合は、温度測定手段２０の最高部の温度を測定する。また、温度測定手段２０より低い場合は、水位の中央部での温度を測定する。測定箇所の温度が、０℃以下か確認する。０℃以下でないときは、ステップ１１６に進む。
【００４０】
ステップ１１５では、フラグを１にする。ステップ１３１に進む。
ステップ１１６では、フラグが１であるか確認する。フラグが１のときは、ステップ１２２に進む。
【００４１】
ステップ１１７では、耐圧容器３内の水素残量が設定値以下か確認する。水素残量が設定値以下ではないときは，ステップ１３１に進む。
ステップ１１８では、バルブ付き水素放出ライン１８が閉か確認する。バルブ付き水素放出ライン１８が閉のときは，ステップ１２０に進む。
【００４２】
ステップ１１９では、バルブ付き水素放出ライン１８を閉にする。
ステップ１２０では、バルブ付き水素導入ライン１９が開であるか確認する。バルブ付き水素導入ライン１９が開であるときは、ステップ１２２に進む。
ステップ１２１では、バルブ付き水素導入ライン１を開にする。
【００４３】
ステップ１２２では、耐圧容器３内の水素残量が設定値以上か確認する。水素残量が設定値以上のときは，ステップ１２４に進む。
ステップ１２３では、フラグを１にする。ステップ１３１に進む。
ステップ１２４では、バルブ付き水素導入ライン１９を開にする。
【００４４】
ステップ１２５では、フラグを０にする。ステップ１３１に進む。
ステップ１２６では、タイマＡが作動しているかを確認する。作動している場合は、ステップ１２８に進む。
ステップ１２７では、タイマＡを作動させる。
【００４５】
ステップ１２８では、設定時間を経過したかを確認する。
ステップ１２９では、フラグを０にする。
ステップ１３０では、タイマＡを停止する。
ステップ１３１では、このシステムフローチャートを終了する。
【００４６】
このように本実施形態では、第二実施形態に加え、以下の効果がある。
システム停止中は、直接水タンク２内の下面温度を測定し、水素吸蔵合金が水素を吸蔵する１℃になったら水素の供給を始め、水タンク２内の水位の中央部  （温度測定手段２０の高さより水位が高いときは温度測定手段２０の最高部）  での温度が０℃以下になったら水素の供給を終了する。したがって、一番遅く凍る水タンク２内の水位の中央部（図３より）の凍結を確認した後に水素供給を停止できるので、第二実施形態で圧力調整弁を用いていた時と比べると、より正確に水タンク２上部の凍結を遅らせることができ、水の熱膨張による水タンク２の破損を防止できる。一方、水素タンク２内下面の温度が１℃以上の場合は、設定時間経過後、制御を停止でるので最低限の制御で済み、無駄な電力を消費する事を防止できる。
【００４７】
また、起動時のみに水素を燃料電池１に送るので、耐圧容器２内の水素を必ず燃料電池１で消費できる。
また、耐圧容器３内の水素残量を測定することにより、耐圧容器３の許容圧力以上に水素を供給する事を防ぎ、耐圧容器３の破損を防止できる。一方、水素を放出する場合も、耐圧容器３内の水素がなくなったら制御を停止でるので最低限の制御で済み、無駄な電力を消費する事を防止できる。
【００４８】
また、本発明の実施形態では、水素の吸蔵を開始する温度を１℃とする水素吸蔵合金４を用いたが、これに限定するものではなく、必要に応じて最適な水素吸蔵合金４を用いることで、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわる水タンク２の構成図。
【図２】本発明にかかわる水タンク２の構成図。
【図３】本発明にかかわる第一実施形態の温度と時間の関係図。
【図４】本発明にかかわる第二実施形態の構成図。
【図５】本発明にかかわる第二実施形態の構成図。
【図６】本発明にかかわる第三実施形態の構成図。
【図７】本発明にかかわる第三実施形態のシステムフローチャート。
【図８】本発明にかかわる第三実施形態のシステムフローチャート。
【符号の説明】
１    容器
２    水タンク
３    耐圧容器
４    水素吸蔵合金
５    燃料電池
６    水素供給装置
７    空気供給装置
８    加湿装置
９    水素供給配管
１０  空気供給配管
１１  排気管
１２  水供給配管
１３  水素加湿用配管
１４  空気加湿用配管
１５  水補給配管
１６  圧力調整弁付き水素放出ライン
１７  圧力調整弁付き水素導入ライン
１８  バルブ付き水素放出ライン
１９  バルブ付き水素導入ライン
２０  温度測定手段
２１  水素残量検知装置
２２  制御部
Ａ      水タンク２内の側面及び下面の温度
Ｂ      水タンク２内の空間中央の温度
Ｃ      水タンク２内の上面の温度
Ｄ      耐圧容器３及び水素吸蔵合金４を用いずに水タンク２のみの場合の上面温度
Ｅ      外気温
Ｆ      水素を吸蔵している時間
Ｇ      従来と０℃になるまでの時間を比較したもの
【図１】
2004277002.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004277002.tif 000008
【図７】
2004277002.tif 000009
【図８】
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