(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料とする機器（２）に水素を供給すべく、原料から水素を生成する改質器（３）と、その改質器（３）および前記機器（２）間の第１供給管路（４）に第２供給管路（５）を介して接続されて、前記改質器（３）からの水素を機器アシスト用水素として貯蔵する水素貯蔵器（６）とを有し、
前記第１および第２供給管路（４，５）の接続部に、前記改質器（３）からの水素を前記機器（２）側および前記水素貯蔵器（６）側へ振分けてその水素量の比率を調整する分配弁（１１）を設けた、水素を燃料とする機器への水素供給システムであって、
前記分配弁（１１）の弁箱（１３）には、断面四角形の主流通孔（１４）と、該主流通孔（１４）の下流端から分岐する一対の分岐流通孔（１５，１６）とが形成されると共に、その主流通孔（１４）には前記第１供給管路（４）の上流側半部終端が、また一方の分岐流通孔（１５）には前記第１供給管路（４）の下流側半部始端が、さらに他方の分岐流通孔（１６）には前記第２供給管路（５）の入口側がそれぞれ接続され、
前記分配弁（１１）の弁体（１７）は、四角形の平板状に形成されて前記主流通孔（１４）内に配置されると共に、該弁体（１７）の、前記主流通孔（１４）の下流側に位置する端部が前記分岐流通孔（１５，１６）の分岐部（１８）に枢支されていて、その枢支部回りの該弁体（１７）の揺動により、前記一方の分岐流通孔（１５）を塞ぐ第１揺動位置と、前記他方の分岐流通孔（１６）を塞ぐ第２揺動位置との間を移動可能であり、
前記機器（２）の水素要求量を満たすように前記弁体（１７）の揺動位置が制御されて、残余の水素が前記水素貯蔵器（６）へ供給されることを特徴とする、水素を燃料とする機器への水素供給システム。
【請求項２】
前記機器（２）の水素要求量が前記改質器（３）から生成される水素量以上の時に、前記改質器（３）から第２供給管路（５）を介して前記水素貯蔵器（６）へ向かう水素を前記分配弁（１１）により遮断するとともに、前記改質器（３）と前記水素貯蔵器（６）から前記機器（２）へ水素を供給することを特徴とする、請求項１に記載の水素を燃料とする機器への水素供給システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水素供給システムを搭載した電気自動車であって、
前記機器が燃料電池（２）であり、アイドリング状態にある時に、前記改質器（３）からの水素のみを前記機器（２）に供給すべく、前記第１供給管路（４）及び前記第２供給管路（５）間を前記分配弁（１１）により遮断することを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素を燃料とする機器への水素供給システム、特に、水素を燃料とする機器に水素を供給すべく、原料から水素を生成する改質器を備えた水素供給システム、およびそのシステムを搭載した電気自動車に関する。
【０００２】
【関連技術】
本出願人は、先に改質器の応答遅れに対応し得る水素供給システムとして、改質器からの水素を機器アシスト用水素として貯蔵する水素貯蔵器を備えたものを開発している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら先行技術においては、水素貯蔵器への水素貯蔵時に、改質器からの水素の全部を水素貯蔵器を通して流通させ、その水素貯蔵器に貯蔵されなかった水素を機器に供給するようにしているので、機器への水素供給量が、その機器の運転状況に応じた水素要求量に満たなくなる、といった事態を発生するおそれがあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水素供給を機器優先で行い、これにより機器の運転状況に応じた水素要求量を常に満たすことが可能な前記水素供給システムおよび電気自動車を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するために、請求項１の発明によれば、水素を燃料とする機器に水素を供給すべく、原料から水素を生成する改質器と、その改質器および前記機器間の第１供給管路に第２供給管路を介して接続されて、前記改質器からの水素を機器アシスト用水素として貯蔵する水素貯蔵器とを有し、前記第１および第２供給管路の接続部に、前記改質器からの水素を前記機器側および前記水素貯蔵器側へ振分けてその水素量の比率を調整する分配弁を設けた、水素を燃料とする機器への水素供給システムであって、前記分配弁の弁箱には、断面四角形の主流通孔と、該主流通孔の下流端から分岐する一対の分岐流通孔とが形成されると共に、その主流通孔には前記第１供給管路の上流側半部終端が、また一方の分岐流通孔には前記第１供給管路の下流側半部始端が、さらに他方の分岐流通孔には前記第２供給管路の入口側がそれぞれ接続され、前記分配弁の弁体は、四角形の平板状に形成されて前記主流通孔内に配置されると共に、該弁体の、前記主流通孔の下流側に位置する端部が前記分岐流通孔の分岐部に枢支されていて、その枢支部回りの該弁体の揺動により、前記一方の分岐流通孔を塞ぐ第１揺動位置と、前記他方の分岐流通孔を塞ぐ第２揺動位置との間を移動可能であり、前記機器の水素要求量を満たすように前記弁体の揺動位置が制御されて、残余の水素が前記水素貯蔵器へ供給されることを特徴とする、水素を燃料とする機器への水素供給システムが提供され、また請求項２の発明によれば、請求項１の発明の特徴に加えて、前記機器の水素要求量が前記改質器から生成される水素量以上の時に、前記改質器から第２供給管路を介して前記水素貯蔵器へ向かう水素を前記分配弁により遮断するとともに、前記改質器と前記水素貯蔵器から前記機器へ水素を供給することを特徴とする、水素を燃料とする機器への水素供給システムが提供される。
【０００６】
前記のような手段を採用すると、分配弁の弁体の揺動位置が機器の水素要求量を満たすように制御され、残余の水素が水素貯蔵器へ供給されることで、機器への水素供給が貯蔵器への水素供給よりも優先される。これにより機器の運転状況に応じた水素要求量を常に満たすことが可能である。
【０００７】
しかも、四角形の平板状弁体による分配構造は水素の流れに対する抵抗が小さく、したがって水素の圧力損失を大いに抑制することができる。
【０００８】
さらに請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の水素供給システムを搭載した電気自動車であって、前記機器が燃料電池であり、アイドリング状態にある時に、前記改質器からの水素のみを前記機器に供給すべく、前記第１供給管路及び前記第２供給管路間を前記分配弁により遮断することを特徴とする電気自動車が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す水素供給システム１は、水素を燃料とする機器としての燃料電池２を電源とする電気自動車に搭載される。
【００１０】
水素供給システム１において、改質器３は、アルコール、ガソリン等の原料から水素を主成分とする改質ガスを生成するもので、その改質器３は第１供給管路４を介して燃料電池２に接続される。第１供給管路４の中間部に、第２供給管路５を介し水素吸蔵合金ＭＨ（例えば、ＬａＮｉ5 系合金）を充填された水素貯蔵器６の入口側が接続される。水素貯蔵器６は、改質器３からの水素を燃料電池アシスト用水素として貯蔵する。この水素貯蔵器６の出口側は排出管路７を介して第１供給管路４の燃料電池２近傍、つまり第２供給管路５の接続部よりも下流側に接続される。第１供給管路４の改質器３近傍、つまり第２供給管路５の接続部よりも上流側に、改質器３の生成水素量を検知する流量計８が装置される。また第２供給管路５および排出管路７には水素貯蔵器６の水素貯蔵量を検知する流量計９，１０が装置される。
【００１１】
第１および第２供給管路４，５の接続部に、改質器３からの水素を燃料電池２側および水素貯蔵器６側へ振分ける分配弁８が設けられている。
【００１２】
前記水素供給システム１において、各流量計８，９，１０から制御コンピュータ１２に信号が入力される。それらの信号等に基づいて改質器３、燃料電池２、分配弁１１が制御コンピュータ１２により制御される。
【００１３】
前記構成において、燃料電池２の始動時には水素貯蔵器６に貯蔵された水素を放出して燃料電池２に供給し、その運転を開始する。その間に改質器３を作動させ、それが定常状態に達した後、水素貯蔵器６からの水素の放出を停止する。改質器３により生成された水素を主成分とする改質ガスは、分配弁１１により第２供給管路５を閉鎖することによって燃料電池２に供給されて、その運転が続行される。
【００１４】
図２に示す範囲Ａのように、燃料電池２の水素要求量が改質器３の水素生成量に近い場合（例えば暖加速時）には、改質器３からの水素を、分配弁１１によって燃料電池２側への水素量が大に、また水素貯蔵器６側への水素量が小となるように分配する。水素貯蔵器６に供給された水素は、そこに全部が貯蔵されるわけではなく、貯蔵されなかった水素は水素貯蔵器６を通して燃料電池２に供給される。
【００１５】
図２の範囲Ｂのように、燃料電池６の水素要求量が改質器３の水素生成量を過度に下回った場合（例えば減速時）には、改質器３からの水素を、分配弁１１により燃料電池２側への水素量が小に、また水素貯蔵器６側への水素量が大となるように分配する。
【００１６】
図２の範囲Ｃのように、燃料電池２の水素要求量が改質器３の水素生成量を上回った場合（例えば急加速時）には、分配弁１１により第２供給管路５を閉鎖して改質器３からの水素の全部を燃料電池２に供給すると共に水素貯蔵器６の水素を燃料電池２に供給し、これにより燃料電池２の水素要求量を充足する。
【００１７】
図２の範囲Ｄのように、燃料電池２の水素要求量が最小値まで下降した場合（例えばアイドリング時）には、改質器３の応答遅れにより余剰水素が生じる。この場合には、分配弁１１により第１供給管路４の分配弁１１下流側を閉鎖して、改質器３からの水素の全部を水素貯蔵器６側へ供給し、その水素を水素貯蔵器６に貯蔵させると共に過剰分を燃料電池２に供給する。そして、改質器３の水素生成量が燃料電池２の水素要求量まで減少した後は、分配弁１１により第２供給管路５を閉鎖して、改質器３からの水素の全部を燃料電池２に供給する。
【００１８】
水素貯蔵器６の水素貯蔵量が満状態に達すると、その満状態は第２供給管路５の流量計９と排出路７の流量計１０との積算値の差によって検知される。この場合には分配弁１１により第２供給管路５が閉鎖される。
【００１９】
図３に明示するように、分配弁１１は弁箱１３を有し、その弁箱１３内に断面四角形の主流通孔１４と、その主流通孔１４から上下二本に分岐する分岐流通孔１５，１６とが形成されている。主流通孔１４の入口側に第１供給管路４の上流側半部終端が連通し、また上側の分岐流通孔１５に第１供給管路４の下流側半部始端が連通する。下側の分岐流通孔１６には第２供給管路５の入口側が連通する。
【００２０】
主流通孔１４内に、四角形の平板状弁体１７が配設されて、その弁体１７の主流通孔１４下流側に位置する端部が、弁箱１３の分岐部１８に水平なピン１８′を介して枢支され、これにより弁体１７は、上側の分岐流通孔１５を塞ぐ第１揺動位置と、下側の分岐流通孔１６を塞ぐ第２揺動位置との間を上、下方向に揺動することができる。弁箱１３はその下部に動力室１９を有し、その動力室１９に水平な駆動軸２０を有する可逆転モータ２１と、その駆動軸２０に取付られたピニオン２２と、そのピニオン２２に噛合するラック２３とが収容されている。ラック２３の上端からは駆動ロッド２４が動力室１９の天井壁２５に形成された通孔２６を貫通して主流通孔１４内に進入し、その上端に存するローラ２７が弁体１７下面に当接する。通孔２６はシール部材としてのベロフラム（山高帽子形ゴムダイヤフラム）２８によりシールされる。即ち、ベロフラム２８の頂部に存する貫通孔回りの内周ビード２９が駆動ロッド２４に嵌着され、またフランジ３０外周の外周ビード３１が、主流通孔１４内において、通孔２６回りに圧着される。筒部３２は、折返されて二重に形成され、この二重部分のローリングにより駆動ロッド２４のストロークが確保される。シール部材としては金属ダイヤフラム等各種のものが用いられる。
【００２１】
弁箱１３の上壁３３において、駆動ロッド２４の延長軸線上に位置するように下向きに開口する凹部３４が形成され、その凹部３４から駆動ロッド２４と同軸の従動ロッド３５が下方に向って延び、その下端に存するローラ３６が弁体１７上面に当接する。従動ロッド３５上端のばね受３７および凹部３４の天井壁内面間に圧縮ばね３８が配置され、その弾発力によって駆動および従動ロッド２４，３５の両ローラ２７，３６間に弁体１７が保持される。凹部３４の開口には従動ロッド３５のガイド板３９が取付けられる。
【００２２】
弁箱１３、弁体１７、駆動および従動ロッド２４，３５等は耐食性金属（例えばステンレス鋼）、合成樹脂等より構成され、また圧縮ばね３８は例えばステンレス鋼より構成される。
【００２３】
分配弁１１において、可逆転モータ２１の正転駆動によりピニオン２２およびラック２３を介して駆動ロッド２４を上方へ移動させると、弁体１７が図３、時計方向に揺動して、その先端縁が最終的には上壁３３に当接する。これにより分岐流通孔１５が塞がれて水素（改質ガス）の燃料電池２への供給が遮断され、改質器３からの水素の全部が水素貯蔵器６へ供給される。
【００２４】
可逆転モータ２１の逆転駆動によりピニオン２２およびラック２３を介して駆動ロッド２４を下方へ移動させると、弁体１７が図３、反時計方向に揺動して、その先端縁が最終的には動力室天井壁２５に当接する。これにより分岐流通孔１６が塞がれて水素（改質ガス）の水素貯蔵器６への供給が遮断され、改質器３からの水素の全部が燃料電池２へ供給される。
【００２５】
前記分配弁１１において、弁体１７を、直線運動する駆動ロッド２４により作動させて、該弁体１７の揺動位置を制御するようにすると、その駆動ロッド２４および天井壁２５間のシール構造が簡略化され、またシール性も良好となる。また駆動および従動ロッド２４，３５に設けられたローラ２７，３６を弁体１７に当接させるようにすると、それらロッド２４，３５の直線運動を弁体１７の揺動運動に無理なくスムーズに変換することができる。さらに四角形の平板状弁体１７による分配構造は水素の流れに対する抵抗が小さく、したがって水素の圧力損失を大いに抑制することができる。
【００２６】
尚、水素を燃料とする機器としては燃料電池の外に内燃機関を挙げることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば前記のような手段を採用したので、機器への水素供給を水素貯蔵器への水素供給よりも優先させて、機器の運転状況に応じた水素要求量を常に満たすことが可能な水素供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  水素供給システムの説明図である。
【図２】  時間と水素流量との関係を示すグラフである。
【図３】  分配弁の概略を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１……………水素供給システム
２……………燃料電池（機器）
３……………改質器
４……………第１供給管路
５……………第２供給管路
６……………水素貯蔵器
１１…………分配弁
１３…………弁箱
１４…………主流通孔
１５，１６…………分岐流通孔
１７…………平板状弁体
１８…………分岐部
【図１】
0004809965.tif 000002
【図２】
0004809965.tif 000003
【図３】
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