(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水素原料から水素を生成する改質器と、該改質器からの水素を吸収し且つ放出することが可能な水素吸蔵タンクと、改質器又は水素吸蔵タンクからの供給される水素によって作動する燃料電池とを具備し、前記水素吸蔵タンクは、（１）水素吸蔵合金を備えた吸蔵タンクと、（２）吸蔵タンクに前記改質器からの水素を一旦吸蔵させ、次いでその吸蔵水素を放出して得られた水素を吸蔵させる水素吸蔵合金を備えた放出タンクとを備えた燃料電池システムであって、前記吸蔵タンクは、一個の水素貯蔵タンク又は互いに離間して設けられた複数個の水素貯蔵タンクからなると共に、前記放出タンクは、互いに嵌合する二つの櫛歯状容器からなり、互いに当接して組み合わされたものからなることを特徴とする燃料電池用水素供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用水素供給装置を用いて、（１）吸蔵タンクにおいては、各水素貯蔵タンクは、改質器からの水素の吸収を各タンクで交互に吸蔵する一方で、吸収した水素の放出を各タンクで交互に行ない、（２）放出タンクにおいては、各水素供給タンクは、吸蔵タンクより放出された水素を各タンクに交互に吸収し、水素吸収によるタンク内の発熱を利用して当接する他の供給タンクの加熱を行なう一方、水素供給タンクから燃料電池へ必要量の水素を各タンクより交互に放出し、この水素放出によるタンク内の冷熱を利用して当接する他の供給タンクの冷却を行なうことにより、放出タンクにおける水素の放出と吸収とを促進して、吸蔵タンクから燃料電池への直接供給の水素不足量を補充しながら、水素吸蔵タンクから燃料電池に水素を供給することを特徴とする燃料電池用水素供給方法。
【請求項３】
水素供給タンクが、複数の隣接する水素吸蔵合金収納タンクからなり、一のタンクに水素を吸収する際の発熱を熱交換して、隣接する他のタンク内の水素吸蔵合金を加熱することにより水素放出を促進させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用水素供給方法。
【請求項４】
燃料電池に水素を供給するためのタンクへ水素を充填する方法であって、（１）水素が充填され当該水素が放出されることで冷熱を発生する水素供給容器と、（２）当該水素供給容器の近傍に設けられた、水素吸蔵合金を内蔵する燃料電池用水素ボンベとからなり、水素供給容器からの水素の放出冷熱によって水素ボンベを冷却しながら水素を水素ボンベに充填することを特徴とする燃料電池用水素供給方法であって、
前記水素供給容器が、底部及び中空部を有する水素吸蔵合金内蔵の円筒状タンクからなると共に、前記燃料電池用水素ボンベが、該水素供給容器の中空部内壁に当接して嵌込み可能な水素吸蔵合金内蔵の円柱状ボンベからなり、該円柱状ボンベが前記円筒状タンクの中空部の開口端部より嵌込まれた状態で、円筒状タンク底部近傍において、円筒状タンクと円柱状ボンベとの間に密閉されたガス導入路が形成されるような水素供給容器と水素ボンベからなる燃料電池用水素供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用水素供給装置及びその水素供給方法に関し、さらに詳しくは、アルコール、液化石油ガス等の燃料を改質器によって改質した水素を燃料として作動する燃料電池へ水素を供給するシステム特に、水素を燃料とする燃料自動車等の水素供給システムに好適に適用される水素供給装置及びその水素供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油の代替エネルギーとして、水素を発電用燃料とする燃料電池が注目を浴びている。このような燃料電池は、燃料極と酸化剤極からなり、燃料極には水素を、酸化剤極には酸素を供給して、電解質層を介して接触反応させて電気化学反応による電気化学エネルギーを取り出そうとするものである。
この種の燃料電池としては燃料として水素が使用される。この水素は一般的には天然ガス、ナフサ、液化石油ガス、メタノール等の炭化水素燃料を改質し、水素を主成分とする燃料ガスに変換することにより取り出される。
炭酸ガスやメタンのような不純物ガスを含む改質ガスから改質器によって水素を精製し、この水素を利用して電気化学的エネルギーを取り出そうという燃料電池装置は従来より多くの提案がなされている。また、このような燃料電池装置において用いられる上記改質器の応答遅れによる燃料電池への水素供給量の不足分を充足すべく、水素吸蔵材としての水素吸蔵合金を有する水素貯蔵装置を備えたものが知られている（例えば、特開平２−５６８６６号公報参照）。
【０００３】
このような水素吸蔵合金を有する水素貯蔵装置を用いた燃料電池システムは、改質器の始動時や改質器から水素供給が不足した場合に水素貯蔵装置から水素を供給するシステムであり、このような水素貯蔵装置によって燃料電池に水素を一定供給することができる。
ところが、このような燃料電池システムにおいて、燃料電池の要求水素量を前記改質器により充足することができない時、より詳しくは燃料電池の始動時または高負荷時等の改質器からの水素供給が不足時に水素貯蔵装置から水素を急速に供給しようとした場合に、水素貯蔵装置から供給される水素供給に若干のタイムラグを生ずる場合があった。
特に、前記燃料電池を燃料自動車に適用搭載した場合には、水素貯蔵装置からの水素供給遅れを応答速度遅れとして顕著に感ずる場合があり、このような課題を早急に克服する必要性があった。また、燃料自動車用として水素貯蔵装置を用いた場合には搭載する水素貯蔵装置がコンパクトになるような設計をする必要があり、例えば、長い連続した登坂時や登坂と下りを交互に行うような道路を走行する場合には、容量不足による水素貯蔵装置からの供給水素が不足する恐れもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情の下で、本発明の目的は、水素吸蔵合金の水素を吸収・放出時の発熱・冷熱を利用した新たな水素供給装置及び水素供給方法を提供することにあり、さらに、本発明の他の目的は、特に燃料電池を搭載した車両等の始動時、加速時および登坂時等の高負荷時に水素供給容器から水素を安定して、かつ、急速に供給して、燃料電池のスムーズな運転を可能とする水素供給装置及び水素供給方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、下記の発明を完成するに至った。
１．含水素原料から水素を生成する改質器と、該改質器からの水素を吸収し且つ放出することが可能な水素吸蔵タンクと、改質器又は水素吸蔵タンクからの供給される水素によって作動する燃料電池とを具備し、前記水素吸蔵タンクは、（１）水素吸蔵合金を備えた吸蔵タンクと、（２）吸蔵タンクに前記改質器からの水素を一旦吸蔵させ、次いでその吸蔵水素を放出して得られた水素を吸蔵させる水素吸蔵合金を備えた放出タンクとを備えた燃料電池システムであって、前記吸蔵タンクは、一個の水素貯蔵タンク又は互いに離間して設けられた複数個の水素貯蔵タンクからなると共に、前記放出タンクは、互いに嵌合する二つの櫛歯状容器からなり、互いに当接して組み合わされたものからなることを特徴とする燃料電池用水素供給装置。
２．前記１に記載の燃料電池用水素供給装置を用いて、（１）吸蔵タンクにおいては、各水素貯蔵タンクは、改質器からの水素の吸収を各タンクで交互に吸蔵する一方で、吸収した水素の放出を各タンクで交互に行ない、（２）放出タンクにおいては、各水素供給タンクは、吸蔵タンクより放出された水素を各タンクに交互に吸収し、水素吸収によるタンク内の発熱を利用して当接する他の供給タンクの加熱を行なう一方、水素供給タンクから燃料電池へ必要量の水素を各タンクより交互に放出し、この水素放出によるタンク内の冷熱を利用して当接する他の供給タンクの冷却を行なうことにより、放出タンクにおける水素の放出と吸収とを促進して、吸蔵タンクから燃料電池への直接供給の水素不足量を補充しながら、水素吸蔵タンクから燃料電池に水素を供給することを特徴とする燃料電池用水素供給方法。
３．水素供給タンクが、複数の隣接する水素吸蔵合金収納タンクからなり、一のタンクに水素を吸収する際の発熱を熱交換して、隣接する他のタンク内の水素吸蔵合金を加熱することにより水素放出を促進させることを特徴とする上記２記載の燃料電池用水素供給方法。
４．燃料電池に水素を供給するためのタンクへ水素を充填する方法であって、（１）水素が充填され当該水素が放出されることで冷熱を発生する水素供給容器と、（２）当該水素供給容器の近傍に設けられた、水素吸蔵合金を内蔵する燃料電池用水素ボンベとからなり、水素供給容器からの水素の放出冷熱によって水素ボンベを冷却しながら水素を水素ボンベに充填することを特徴とする燃料電池用水素供給方法であって、前記水素供給容器が、底部及び中空部を有する水素吸蔵合金内蔵の円筒状タンクからなると共に、前記燃料電池用水素ボンベが、該水素供給容器の中空部内壁に当接して嵌込み可能な水素吸蔵合金内蔵の円柱状ボンベからなり、該円柱状ボンベが前記円筒状タンクの中空部の開口端部より嵌込まれた状態で、円筒状タンク底部近傍において、円筒状タンクと円柱状ボンベとの間に密閉されたガス導入路が形成されるような水素供給容器と水素ボンベからなる燃料電池用水素供給方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明における燃料電池システムは、含水素原料から水素を生成する改質器と、該改質器部からの水素を吸収し且つ放出することが可能な水素吸蔵タンクと、改質器又は水素吸蔵タンクからの供給される水素によって作動する燃料電池とを有し、前記水素吸蔵タンクは、水素吸蔵合金を備えた吸蔵タンクと、吸蔵タンクに前記改質器からの水素を一旦吸蔵させ、次いでその吸蔵水素を放出して得られた水素を吸蔵させる水素吸蔵合金を備えた放出タンクとを備えたものである。
前記含水素原料は、例えばアルコール、ガソリン、液化石油ガス等があり水素を生成する原料となるものである。本発明における上記の吸蔵タンクは、一個の水素貯蔵タンクでもよく、又は互いに離間して設けられた複数個の水素貯蔵タンクでもよい。また、前記放出タンクは、互いに当接するように組合せた複数個の水素供給タンクからなるものである。ここで、複数個の水素供給タンクは少なくとも接触部分が存在することが好ましいが、必ずしも直接接触の状態にある必要はなく、隣りに位置することで、一のタンクから他のタンクへの熱交換が可能であればよい。
【０００７】
上記改質器から供給された水素が吸蔵タンクに内蔵された水素吸蔵合金に吸収され、その後、その吸蔵水素が放出タンク（例えば円筒状容器）に移送され、該放出タンクに内蔵された水素吸蔵合金に吸収される。そして、燃料電池の始動時や高負荷時など、改質器から直接供給される水素量だけでは不足するときには、放出タンクから燃料電池に水素が供給されるが、その際には、放出タンクを構成する一の水素供給タンクから発生する冷熱によって、このタンクに当接する他の水素供給タンク（例えば円柱状容器）が冷却され、前記吸蔵タンクから水素がこの水素供給タンクに容易に供給され、タンクに内蔵された水素吸蔵合金に貯蔵される。
【０００８】
一方、放出タンクにおいて、供給タンク（例えば円筒状容器）が水素の一部または全てを燃料電池に放出して、該供給タンク内水素が空状態になった状態には、燃料電池への水素の供給は、当接する他の供給タンク（例えば円柱状容器）から行なわれ、水素供給中の冷熱を利用して当接する他の供給タンクが冷却され、この供給タンクに吸蔵タンクから水素が効率よく供給される。本発明の水素供給方法においては、このようなサイクルが連続して繰り返される。
このように本発明においては、水素供給タンクの一方が燃料電池に水素を供給して空になった状態でも、水素が貯蔵された他の水素供給タンクが存在するので、水素を安定して、かつ、急速に燃料電池に供給することができ、燃料電池のスムーズな運転を可能とする。
【０００９】
上記の如く、本発明においては、燃料電池用の新規な水素供給装置及び燃料電池用水素供給方法を提供するものである。
また、本発明は、上記方法にも適用される水素供給方法として、水素供給タンクが複数の隣接する水素吸蔵合金収納タンクからなり、一のタンクに水素を吸収する際の発熱を熱交換して、隣接する他のタンク内の水素吸蔵合金を加熱することにより水素放出を促進させることを特徴とする燃料電池用水素供給方法を提供するものである。隣接する他のタンクを必要とするのは、一のタンクから他のタンクへの熱交換を可能ならしめるためである。
【００１０】
さらに、本発明は、燃料電池に水素を供給するためのタンクへ水素を充填する方法であって、水素が充填され当該水素が放出されることで冷熱を発生する水素供給容器と、当該水素供給容器の近傍に設けられた、水素吸蔵合金を内蔵する燃料電池用水素ボンベとからなり、水素供給容器からの水素の放出冷熱によって水素ボンベを冷却しながら水素を水素ボンベに充填することを特徴とする燃料電池用水素供給方法を提供するものである。燃料電池用水素ボンベが水素供給容器の近傍に設けられているのは、互い熱交換を可能ならしめるためである。
ここで、前記水素供給容器が、底部及び中空部を有する水素吸蔵合金内蔵の円筒状タンクからなると共に、前記燃料電池用水素ボンベが、該水素供給容器の中空部内壁に当接して嵌込み可能な水素吸蔵合金内蔵の円柱状ボンベからなり、該円柱状ボンベ容器が前記円筒状タンクの中空部の開口端部より嵌込まれた状態で、円筒状タンク底部近傍において、円筒状タンクと円柱状ボンベとの間に密閉されたガス導入路が形成されるような水素供給容器と水素ボンベからなるものであることが好ましい。
このように、上記水素供給容器は、円筒状の容器内部に水素放出口を有する容器であることが好ましく、水素ボンベの急速充填を可能とすることがてきる。なお、このボンベは、燃料電池のリザーバーとして、非定常時における燃料電池への水素供給源として燃料自動車へ車載される。
【００１１】
次に、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、燃料電池水素供給システムの概念を説明するための図である。本発明の燃料電池水素供給システムは、水素を燃料とする機器としての燃料電池を電源とする燃料電池自動車（電気自動車）に搭載される。
改質器３は、アルコール、ガソリン、液化石油ガス等の原料から水素を生成するもので、その生成された水素を燃料電池２に供給すべく、その供給口が燃料電池の入口に供給管を介して接続される。燃料電池の出口は排出管を介して改質器の燃焼系に接続され、これにより燃料電池の排ガス中の可燃成分が燃焼されて、その発生熱は改質器における改質反応に用いられる。この改質反応には、燃料電池、改質器、モータ等が発生する熱も利用される。
【００１２】
水素吸蔵タンクは、改質器で発生する水素を選択的に吸蔵する水素吸蔵合金が内蔵されたタンクであり、本発明においては、水素吸蔵タンクは、第１供給部の吸蔵タンク１５１と第２供給部の放出タンク１５２とを具備しており、改質器からのガスを交互に吸蔵させるように構成されている。吸蔵タンク１５１に吸蔵された水素の燃料電池２への供給は、そのまま供給管を介して燃料電池に直接供給される配管系列と、放出タンク１５２を経由して燃料電池２に供給される配管系列を備える。吸蔵タンク１５１に吸蔵された水素をさらに放出タンク１５２に吸蔵させる理由は、改質器３から送られる水素の純度が低いためにそのままでは、燃料電池が作動しない場合があるからである。一方、上述した吸蔵タンク１５１から、燃料電池２へ直接供給するのは、高純度の水素が改質器から送られる場合か又は吸蔵タンクで吸蔵水素が高純度化されて送られる場合である。
前記吸蔵タンク１５１は、一個の水素貯蔵タンクでもよく、又は互いに離間して設けられた複数個の水素貯蔵タンクからなるものでもよい。各タンクは水素吸蔵合金を内蔵しており、吸蔵タンクが、複数個の水素貯蔵タンクからなる場合は、その中の一のタンクが水素放出をしている間に、他のタンクは水素吸蔵することができる。
【００１３】
また、前記の放出タンク１５２は、互いに当接して組み合わされたタンクからなり、各タンクは水素吸蔵合金を内蔵している。
図２は、本発明の放出タンクの一例を示す図あり、放出タンクは、中空部を有する円筒状容器３１（一の水素供給タンク）と、該容器の中空部内壁面に当接するように嵌込まれた円柱状容器３２（他の水素供給タンク）からなっており、例えば円筒状容器から水素を燃料電池に放出して冷熱を発生するとき、円柱状容器がその冷熱により冷却されて、水素貯蔵タンクから水素を吸蔵しやすい構造となっている。
また図３は、放出タンクの他の例であり、放出タンクは、互いに嵌合する二つの櫛歯状容器からなり、互いに当接して組み合わされたものからなっている。
上記いずれの水素供給タンクも、内部には、水素吸蔵合金が内蔵され、水素貯蔵タンクからの水素を吸蔵するような配管が設けられ、吸蔵された水素は、高純度化されて燃料電池に供給される。なお、上記例では、水素供給タンクは、いずれも２個の場合であるが、２つ以上であればいくつのタンクを組み合わせることができ、水素貯蔵タンクも、水素供給タンクの数に合わせて任意に決定することができる。
【００１４】
次に、本発明における燃料電池システムについて、燃料電池運転プロセスと始動時または高負荷運転時とに分けて、説明する。
１．始動時プロセス（改質運転停止状態）
この状態は、燃料改質器３の停止時において、燃料電池を起動させる時のプロセスである。このときは改質ガスが得られないので、放出タンクに貯蔵した高純度の水素ガスを高速度で放出させることで対処する。そのために、燃料改質器３から吸蔵タンク１５１の出口までのバルブを閉じ、放出タンク１５２から燃料電池２に向かうバルブを開として、該タンク内に６０℃程度の温水を供給して、吸蔵室内に充填した水素吸蔵合金から水素を発生させ、この水素を燃料電池に供給する。そして、燃料電池システムが起動し、前記燃料改質器の運転が再開された後は、以下の定常運転プロセスに戻ることになる。
【００１５】
すなわち、燃料電池の始動時には、急速に水素を放出タンクから放出させる必要があり、また、追い越しなどを行う際の高負荷時には、不足の水素を前記水素吸蔵合金容器から一時的に放出して、改質器からの水素を補うようにする必要が生ずる。
例えば、始動時においては、吸蔵タンク１Ａと放出タンク２Ａに予め水素を吸蔵させた状態で、放出タンクから水素を燃料電池に放出させる。この際、同時に吸蔵タンク１Ａと放出タンク２Ｂの間のバルブを開とし、放出タンク２Ｂに水素を吸蔵させる。本発明のシステムは放出タンク２Ｂに水素を吸蔵させる際に発生する熱を、放出タンク２Ａの水素が燃料電池に供給される際の冷熱によって冷却することで、放出タンク２Ｂを冷却する冷却水等の冷媒が不要となるかまたは極めて少なくて済む。これは、特に、燃料自動車の始動時のような冷媒が得にくい状況下で効果を発揮できる。
【００１６】
本システムは、改質器の運転が開始された状態では以下のプロセスに移行する。
２．通常運転又は高負荷時運転プロセス（改質運転状態または改質器の水素供給不足状態）
（通常運転プロセス）
この状態は、燃料改質器から発生する通常の水素含有改質ガスを定常的に用いて燃料自動車を連続運転するプロセスである。
上記改質器で精製した水素を配管を通じて燃料電池に供給する。この状態で燃料自動車は定常走行される。定常走行中、暖機運転中または信号機により停止中には余剰の水素は、バルブが開放され、改質ガスの一部が吸蔵タンク１Ａおよび１Ｂに流れ、改質ガス中の水素が、吸蔵タンク１Ａ、１Ｂに選択的に吸蔵される。吸蔵タンクを２系列にしたのは後述する放出タンクから水素が燃料電池に供給される際に放出タンクに供給される水素量を確保するためであり、例えば吸蔵タンクの大きさを放出タンクの２倍にすれば一つであってもよく、さらに２つ以上を設けることもできる。
【００１７】
吸蔵タンクに吸蔵された水素は、走行中に放出タンク２Ａに移動され、より高純度の水素に生成される。放出されるタイミングは、放出タンク２Ｂから水素を燃料電池に供給する際に行われる。
すなわち、高負荷時に放出タンク２Ｂから燃料電池に水素が供給される際には放出タンク２Ａは水素の放出によって冷却されるので水素が吸蔵しやすくなり、一方、放出タンク２Ｂは放出タンク２Ａの熱によって一層燃料電池に放出しやすくなる。このように本システムは、このサイクルを繰り返すことで放出タンク２Ａと２Ｂを切り替えながら放出、吸蔵を繰り返すことで常に放出タンクに燃料電池に供給する水素を有する状態で運転できる。
そして、運転停止の前などにこの吸蔵タンクに吸蔵した水素を、燃料電池ではなくいずれか少なくとも一方の放出タンクに供給してそこで水素は貯蔵される。
なお、供給タンク２Ａ，２Ｂの内部には、各区画に水素吸蔵合金粉末が充填  され、ヘッダーを介して水素が吸蔵される吸蔵管と放出される放出管を備える  。
【００１８】
次に、図４により、本発明の水素供給方法をさらに詳細に説明する。図４は、本発明における一例としての燃料電池自動車（電気自動車）に搭載される水素供給システム系１を示す系統図である。
改質器３は、アルコール、ガソリン、液化石油ガス等の原料から水素を生成するもので、その生成された水素を燃料電池２に供給すべく、その供給口４が燃料電池２の入口５に供給管６を介して接続される。燃料電池２の出口７は排出管８を介して改質器３の燃焼系に接続され、これにより燃料電池２の排ガス中の可燃成分が燃焼されて、その発生熱は改質器３における改質反応に用いられる。この改質反応には、燃料電池２、改質器３、モータ等が発生する熱も利用される。
供給管６において、その改質器３側に第１三方弁３Ｖ１が、またその燃料電池２側に第２三方弁３Ｖ２  がそれぞれ装置される。第１三方弁３Ｖ１の第１，第２ポートｐ１，ｐ２は供給管６の上流側と下流側とにそれぞれ接続され、また第２三方弁３Ｖ２の第１，第２ポートｐ１，ｐ２も、前記同様に供給管６の上流側と下流側とにそれぞれ接続される。
【００１９】
調湿器１０は加湿機能および除湿機能を有するもので、その一端側に第１連通口１１を、また他端側に第２連通口１２をそれぞれ有する。第１連通口１１は導管１３を介して第１三方弁３Ｖ１の第３ポートｐ３に接続される。その導管１３には第３三方弁３Ｖ３が装置されており、その第１，第２ポートｐ１，ｐ２は導管１３の第１三方弁３Ｖ１側と調湿器１０側とにそれぞれ接続され、第３ポートｐ３は導管１７を介して第２三方弁３Ｖ２の第３ポートｐ３に接続される。また第２連通口１２は導管１４を介して水素貯蔵器１５の入口側に接続される。その導管１４に第４三方弁３Ｖ４が装置されており、その第１，第２ポートｐ１，ｐ２は導管１４の調湿器１０側と水素供給容器１５の入口側とにそれぞれ接続され、第３ポートｐ３は導管１６を介して水素貯蔵器１５の出口側に接続される。供給管６における第２三方弁３Ｖ２よりも下流側と、導管１７とが、別の導管１８を介して接続され、その導管１８に第１二方弁２Ｖ１  が装置される。
水素吸蔵タンク１５は、改質器３により生成された水素を第１三方弁３Ｖ１、第３三方弁３Ｖ３、調湿器１０および第４三方弁３Ｖ４を介し供給されてそれを吸蔵し、またその吸蔵水素を放出して第４三方弁３Ｖ４、調湿器１０、第３三方弁３Ｖ３および第２三方弁３Ｖ２を介し、または第４三方弁３Ｖ４、調湿器１０、第３三方弁３Ｖ３および第１二方弁２Ｖ１を介してそれぞれ燃料電池２に供給することができる。
【００２０】
その水素吸蔵タンク１５は、第１供給部として、水素吸蔵合金ＭＨ１を内蔵する水素貯蔵タンク１５１Ａと１５１Ｂを備えた吸蔵タンク１５1 と、第２供給部として、円筒状容器１５２Ｂと円柱状容器１５２Ａを組み合わせた水素吸蔵合金ＭＨ２を内蔵する水素供給タンク１５２Ａと１５２Ｂを備えた放出タンク１５2 とを有する。
第１供給部，第２供給部の各タンクに内蔵される水素吸蔵合金はフラーレンのような水素吸蔵性能を有する炭素材であってもよい。
第１供給部の水素貯蔵タンクに内蔵される水素吸蔵合金ＭＨ１のプラトー領域を示す温度は第２供給部の水素供給タンクに内蔵される水素吸蔵合金ＭＨ２のそれよりも高く、したがって改質器３からの比較的高温な水素ガスの吸蔵し易さに関しては第１供給部の水素貯蔵タンクが第２供給部の水素供給タンクに比べて優れている。一方、常温下での吸蔵水素の放出し易さに関しては第２供給部の水素供給タンクが第１供給部の水素貯蔵タンクに比べて優れている。つまり、水素吸蔵タンク１５において、水素吸蔵特性に関しては、同一温度・同一圧力下では第１供給部の水素貯蔵タンクのＭＨ１が第２供給部の水素供給タンクのＭＨ２に比べて水素吸蔵の平衡圧が低く、一方、水素放出特性に関しては、同一温度・同一圧力下では第２供給部の水素供給タンクの水素吸蔵材ＭＨ２が第１供給部の水素貯蔵タンクのＭＨ１に比べて水素放出の平衡圧が高いのである。具体的には、第１供給部の水素吸蔵材ＭＨ１としてはＡＢ５系合金、例えばＭｍＮｉ４．９Ａｌ０．１合金などが挙げられ、また、第２供給部の水素吸蔵材ＭＨ２としてはＡＢ５系合金、例えばＭｍＮｉ４．７７Ａｌ０．２３合金などが挙げられる。各化学式において、Ｍｍはランタン系ミッシュメタルを意味する。
【００２１】
図４において、吸蔵タンク１５1 は、水素吸蔵合金を内蔵した２つの第１，第２タンク（水素貯蔵タンク）を備え、両タンクＭＨ１Ａ、ＭＨ１Ｂの入口１９間を接続する導管２０に第５三方弁３Ｖ５が装置される。第５三方弁３Ｖ５の第１，第２ポートｐ１，ｐ２は導管２０の第１，第２タンクＭＨ１、ＭＨ２側にそれぞれ接続され、また第３ポートｐ３は、第４三方弁３Ｖ４を装置された導管１４に接続される。両タンクＭＨ１、ＭＨ２の出口２１間は導管２２により接続され、その導管２２に第６三方弁３Ｖ６が装置される。第６三方弁３Ｖ６の第１，第２ポートｐ１，ｐ２は導管２２における第１，第２タンクＭＨ１Ａ、ＭＨ１Ｂ側にそれぞれ接続され、また第３ポートｐ３は導管２３を介して排出管８に接続される。
一方、放出タンク１５２は水素吸蔵合金を内蔵した水素供給タンクを備え、少なくとも２つのタンクを互いに当接するように組合わされており、例えば円筒状の第１の水素供給タンク１５２Ｂと円柱状の第２の水素供給タンク１５２Ａからなる。図２および図３に示す水素供給タンクの例では２つのタンクが組合わされているが、少なくとも２つのタンクから構成すればよく、タンクの数には特に限定はない。このことは、水素吸蔵タンク１５１においても同様である。
【００２２】
水素貯蔵タンク１５１Ａおよび１５１Ｂの出口２１間を接続する導管２２において、第１水素貯蔵タンク１５１Ａおよび第６三方弁３Ｖ６間に、別の導管２４の一端が接続され、その他端は水素供給タンク１５２Ａおよび１５２Ｂの入口１９に接続される。その導管２４に第７三方弁３Ｖ７が装置され、第７三方弁３Ｖ７の第１，第２ポートｐ１，ｐ２は導管２４の水素貯蔵タンク１５１Ａ，水素供給タンク１５２Ｂ側にそれぞれ接続される。
また、水素貯蔵タンク１５１Ａ、１５１Ｂの出口２１間を接続する導管２２において、第２水素貯蔵タンク１５１Ｂおよび第６三方弁３Ｖ６間に、別の導管２５の一端が接続され、その他端は第７三方弁３Ｖ７の第３ポートｐ３に接続される。放出タンク１５２の出口２１に導管２６を介して第２二方弁２Ｖ２が接続され、その第２二方弁２Ｖ２に導管１６が接続される。
【００２３】
導管１９の放出タンク側には１５２Ｂと１５２Ａの水素供給入り口と接続される導管１９ａが、また、放出タンク１５２の導管２１側には１５２Ｂと１５２Ａの水素供給出口と接続される導管１９ｂが接続される。そして、導管１９と１９ａの分岐には三方弁３Ｖ８、３Ｖ９が装置される。
なお、本例では水素貯蔵タンク１５１Ａ、１５１Ｂと放出タンク１５２の水素吸蔵容量は略等しい。
調湿器１０は吸蔵タンク１５１の水素吸蔵性を向上させるべく、改質器３からの水素に除湿処理を施し、また燃料電池２の発電性能を向上させるべく、放出水素に加湿処理を施す。必要に応じて、調湿器１０に、改質器３からの水素に含まれた炭酸ガス、酸素等の不純ガス成分を除去する機能を持たせることができる。
図中、Ｖは逆止弁である。
【００２４】
次に、図５は、本発明において、供給タンクの冷熱発生を利用した水素吸蔵合金を内蔵するカセット式水素ボンベを例示した図である。
図５において、水素供給容器は、底部及び中空部を有する水素吸蔵合金内蔵の円筒状タンク３３からなる。また、これと組合わされる燃料電池用水素ボンベは、水素供給容器の中空部内壁に当接して嵌込み可能な水素吸蔵合金内蔵の円柱状ボンベ３４からなる。円柱状ボンベ３４は、先端に水素吸蔵・供給用の円筒突起を設けた容器であり、円筒状タンク３３は、高圧水素、液化水素又は水素が吸蔵された水素吸蔵合金が充填された充填用タンクである。円筒状タンクは、該タンク奥部には円柱状ボンベ先端が押圧した時に引っ込んで内蔵された水素が放出される可動バルブが備えられ、円柱状ボンベ３４がタンク３３の中空部内部にセットされたとき水素が、円柱状ボンベ３４に供給されるようになっている。
このような構成になる燃料電池用水素充填方法は、高圧の水素又は水素吸蔵合金から水素がカセットの円筒状タンク３３に充填されるときに冷熱を発生し、この冷熱によってカセット円柱状ボンベ３４を冷却するので容易に、かつ、急速に水素を充填することができる。したがって、燃料電池の水素供給源として車載するカセット型の水素供給ボンベとして用いることができる。
また、図６に示すように、上記充填方法において、さらに円筒状タンク３３（純水素タンク）から配管によってカセット円柱状ボンベ３４（水素吸蔵合金バッファー内蔵）に巻き付けながら、該円柱状ボンベを円筒状タンク３３の中空部に嵌込んで、水素を充填するような装置及び方法にすれば、冷却水素ガスにより水素充填時の冷却効果が増すので好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、水素吸蔵合金の水素の吸収・放出時の発熱・冷熱を利用した水素供給装置及び方法により、特に燃料電池を搭載した車両等の始動時、加速時および登坂時等の高負荷時に水素供給容器から水素を安定して、かつ、急速に供給して、燃料電池のスムーズな運転を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池用水素供給の方法を説明するための図である。
【図２】本発明の放出タンクにおける水素供給タンクの一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の放出タンクにおける水素供給タンクの他の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明における燃料電池用自動車に用いられる水素供給のフローを説明するための系統図である。
【図５】本発明において水素ボンベ容器に水素を充填するため用いられるタンクの一例を示す図である。図５（ａ）は、一対のタンクとボンベの例示であり、図５（ｂ）は、両者の装着状態を示す。
【図６】本発明において水素ボンベに水素を充填する方法を説明するための他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：  燃料電池への水素供給システム系
２：  燃料電池
３：  改質器
４：  水素供給口
５，１９：  水素ガス入口
６：  供給管
７，２１：  水素ガス出口
８：  排出口
１１．１２：  連通口
１３，１４，１６〜１８，２０，２２〜２６：  導管
１５：  水素吸蔵タンク
１５１：  吸蔵タンク
１５１Ａ，１５１Ｂ：  水素貯蔵タンク
１５２：  放出タンク
１５２Ａ，１５２Ｂ：  水素供給タンク
３１：  円筒状容器
３２：  円柱状容器
３３：  円筒状タンク
３４：  円柱状ボンベ
【図１】
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【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】
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