(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体水素貯蔵タンクに接続された蒸発水素トラップ用配管経路に、低温での水素吸蔵効率が良い多孔質材料が入れられた第１のタンクと、前記多孔質材料から離脱した水素を吸蔵しかつ前記低温より高い温度域での水素吸蔵効率が良い水素吸蔵合金が入れられた第２のタンクとが設けられている、液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池を搭載した燃料電池自動車では、燃料電池のアノードに水素を供給することが必要であり、そのために水素を貯蔵または生成する装置を車両に搭載することが必要になる。
水素を貯蔵または生成する装置としては、高圧水素で貯蔵するボンベ、液体水素で貯蔵するタンク、水素を吸蔵する水素吸蔵合金、アルコールやガソリンを改質して水素そ生成する装置、等がある。
このうち液体水素貯蔵タンクには、水素が液体水素貯蔵タンクからボイルオフしてしまうという問題がある。それを抑制するために、従来、特開２０００−１１０９９４は、水素吸蔵合金を用いて、液体水素貯蔵タンクからのボイルオフガスをトラップする水素蒸発抑制装置を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、液体水素からの蒸発水素は極低温であり、水素吸蔵合金の水素吸蔵率は低温では悪いため、従来の水素吸蔵合金によるボイルオフガスのトラップでは、効率的にボイルオフ水素をトラップできていなかった。
本発明の目的は、効率よくボイルオフ水素をトラップできる、液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  液体水素貯蔵タンクに接続された蒸発水素トラップ用配管経路に、低温での水素吸蔵効率が良い多孔質材料が入れられた第１のタンクと、前記多孔質材料から離脱した水素を吸蔵しかつ前記低温より高い温度域での水素吸蔵効率が良い水素吸蔵合金が入れられた第２のタンクとが設けられている、液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置。
【０００５】
上記（１）の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置では、上記（１）の構成をとることにより、多孔質材料と水素吸蔵合金とは直列に設けられており、かつ多孔質材料の方が水素吸蔵合金より液体水素貯蔵タンク側に設けられている。ボイルオフガスは液体水素貯蔵タンクに近いほど温度は低い。そのため、低温での水素吸蔵効率が良い多孔質材料を液体水素貯蔵タンク側に設けることによって、従来の水素吸蔵合金だけをもつシステムではトラップできなかった蒸発水素をトラップできるようになる。また、多孔質材料は温度が上がってくると水素を離脱するが、その離脱した水素は水素吸蔵合金によってトラップされる。これによって、効率よくボイルオフ水素をトラップでき、従来に比べて水素のボイルオフが抑制される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置を、図１を参照して、説明する。
図１は本発明の実施例１を示し、図２は参考例を示している。
本発明の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置は、たとえば燃料電池自動車の固体高分子電解質型燃料電池のアノードに燃料として水素を供給するための液体水素貯蔵タンクに適用可能である。ただし、それ以外の液体水素貯蔵タンクに適用されてもよい。
【０００７】
本発明の実施例１の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置を図１を参照して説明する。
本発明の実施例１の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置は、液体水素１を入れた液体水素貯蔵タンク１０に接続された蒸発水素トラップ用配管経路１１に、低温での水素吸蔵効率が良い多孔質材料１２が入れられた第１のタンク１３と、多孔質材料１２から離脱した水素を吸蔵しかつ上記低温より高い温度域での水素吸蔵効率が良い水素吸蔵合金１４（通常、粉末状）が入れられた第２のタンク１５とが設けられている、液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置からなる。上記で「トラップ」とは「捕捉」を意味する。
【０００８】
多孔質材料１２は、活性炭や木炭等の炭素材料、ゼオライト等（多孔材であれば任意）であり、形状は任意でよい（粒状、繊維状、球状、円柱状、直方体状、板状、等任意）。多孔質材料１２は、液体水素１の蒸発点近辺の低温（−２５３℃近辺）でも吸蔵することができる。多孔質材料１２の水素吸蔵効率は、０℃〜室温程度では低下する。
これに対し、水素吸蔵合金１４は０℃〜室温程度で高い水素吸蔵効率を示す。水素吸蔵合金１４の水素吸蔵効率は、液体水素の蒸発点近辺の低温では低下する。
【０００９】
蒸発水素トラップ用配管経路１１は、第１のタンク１３と第２のタンク１５とが直列配置された配管１１ａと、第１のタンク１３と第２のタンク１５でトラップされている水素を水素使用時にガス供給ライン１６に循環させる配管１１ｂと、配管１１ｂから枝分かれして気体水素を水素不使用時に冷凍機１７で液化して液体水素貯蔵タンク１０に戻す配管１１ｃを含む。
第１のタンク１３と第２のタンク１５との直列配置では、多孔質材料１２が水素吸蔵合金１４より液体水素貯蔵タンク１０側に配置されている。
【００１０】
タンク１０、１３、１５間には圧力ゲージを兼ねた圧力レギュレータ１８、１９が設けられており、ガス供給ライン１６には、配管１１ｂとの合流部と、液体水素貯蔵タンク１０との間に加温部（たとえば、ヒータ）２０が設けられている。
また、配管１１ｃの配管１１ｂからの枝わかれ部には三方電磁弁２１が設けられている。第２のタンク１５には大気への水素放出配管２２が設けられてもよく、その場合は水素放出配管２２に弁（たとえば、電磁弁）２３が設けられ、通常時は閉とされ、大気放出時のみ開とされる。
ガス供給ライン１６の行く先は、たとえば燃料電池のアノードである。
【００１１】
本発明実施例１の作用を説明する。
圧力レギュレータ１８があるために、一定圧力以上の水素が第１のタンク１３に供給され、第１のタンク１３に供給された水素は化学変化を伴わずに多孔質材料１２に吸着される。第１のタンク１３内の温度は０℃と−２５３℃の間に維持されている。活性炭などは液体窒素温度で５重量％以上の水素を吸着するため、たとえば１０ｋｇの多孔質材料１２を用いれば５００ｇ以上の水素を貯蔵できる。
さらに圧力レギュレータ１９を通過した水素は第２のタンク１５に流入し、第２のタンク１５に入った水素は水素吸蔵合金１４に吸蔵される。第２のタンク１５内の温度は０℃と室温の間に維持されている。この温度域では水素吸蔵合金１４は効率良く水素を吸蔵し、貯蔵する。
【００１２】
第１、第２のタンク１３、１５に貯蔵された水素は、燃料電池などでガスが使用される時に、三方電磁弁２１をガス供給ライン１６側に切り替えてガス供給ライン１６に導かれ、ガス未使用時には三方電磁弁２１を冷凍機１７側に切り替えて冷凍機１７で液化され液体水素貯蔵タンク１０に再充填される。
【００１３】
つぎに、参考例の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置を図２を参照して説明する。
参考例の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置は、液体水素貯蔵タンク３０（高圧ボンベ）内に、液体水素１を入れた第１の室３１と、低温での水素吸蔵効率が良い多孔質材料１２を入れた第２の室３２とが設けられており、第２の室３２は第１の室３１に開放されているか（ガス透過膜、たとえばパラジウム膜、を介しての開放でもよい）または圧力レギュレータ３３を介して接続している、液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置からなる。
多孔質材料１２は、本発明の実施例１におけると同様に、活性炭や木炭等の多孔質炭素材料、ゼオライト等（多孔材であれば任意）であり、形状は任意でよい（粒状、繊維状、球状、円柱状、直方体状、板状、等任意）。多孔質材料１２は、液体水素の蒸発点近辺の低温（−２５３℃近辺）でも吸蔵することができる。
【００１４】
液体水素貯蔵タンク３０は、たとえば、２重容器からなり、内側容器内のスペースが第１の室３１を形成し、内側容器と外側容器との間のスペースが第２の室３２を形成し、その第２の室３２に多孔質材料１２が入れられている。第２の室３２が第１の室３１に開放されている場合は内側容器の上部に孔が開けられており、第２の室３２が第１の室３１に圧力レギュレータ３３を介して接続している場合は内側容器に接続され第２に室３２に開口する管に圧力レギュレータ３３が取付けられる。内側容器には液体水素導入管３４が設けられ、液体水素導入管３４は外側容器を気密に貫通して外部に延びており、該管の先端には図示略のキャップが取付けられている。
【００１５】
液体水素貯蔵タンク３０には（液体水素貯蔵タンク３０が２重容器からなる場合には内側容器または外側容器には）には、ガス供給またはガス放出ライン３５が設けられており、そのライン３５の途中には圧力ゲージを兼ねた圧力レギュレータ３６が設けられており、その下流には三方電磁弁３７が設けられている。また、液体水素貯蔵タンク３０には、第２の室３２からガス供給またはガス放出ライン３５まで延びる配管３８が設けられ、ライン３５のうち配管３８とライン３５の合流部と液体水素貯蔵タンク３０との間の部分には望ましくは加温部３９（たとえば、ヒータ）が設けられている。
ガス供給ラインは、たとえば燃料電池のアノードに接続している。
【００１６】
参考例の作用を説明する。
液体水素から揮発する水素を圧力レギュレータ３３により感知し、一定圧力以上のガスを多孔質材料１２に吸着させる。圧力レギュレータ３３を用いない場合は、液体水素から蒸発して第２の室３２に入った水素を多孔質材料１２に吸着させる。活性炭は極く低温で良好な吸着性を示すため良好に水素を吸着する。活性炭等は液体窒素温度で５重量％以上の水素を吸着できるため、たとえば、１０ｋｇの活性炭を用いれば、５００ｇの水素を貯蔵できる。
液体水素からの蒸発水素は加温部３９で加温されライン３５を通り、三方電磁弁３７が燃料電池側に切り替わっている場合は燃料電池などに供給され、三方電磁弁３７が大気側に切り替わっている場合は大気に放出される。
第２の室３２内の圧力は圧力レギュレータ３６により検知され制御されてライン３５に導入される。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置によれば、多孔質材料と水素吸蔵合金とは直列に設けられ、かつ多孔質材料の方が水素吸蔵合金より液体水素貯蔵タンク側に設けられる。ボイルオフガスは液体水素貯蔵タンクに近いほど温度は低い。そのため、低温での水素吸蔵効率が良い多孔質材料を液体水素貯蔵タンク側に設けることによって、従来の水素吸蔵合金だけをもつシステムではトラップできなかった蒸発水素をトラップできるようになる。また、多孔質材料は温度が上がってくると水素を離脱するが、その離脱した水素は水素吸蔵合金によってトラップされるため、効率よくボイルオフ水素をトラップでき、従来に比べて水素のボイルオフを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置の系統図である。
【図２】  参考例の液体水素貯蔵タンクの水素蒸発抑制装置の系統図である。
【符号の説明】
１  液体水素
１０  液体水素貯蔵タンク
１１  蒸発水素トラップ用配管経路
１２  多孔質材料
１３  第１のタンク
１４  水素吸蔵合金
１５  第２のタンク
１６  ガス供給ライン
１７  冷凍機
１８、１９  圧力レギュレータ
２０  加温部（たとえば、ヒータ）
２１  三方電磁弁
２２  水素放出配管
２３  弁（たとえば、電磁弁）
３０  液体水素貯蔵タンク
３１  第１の室
３２  第２の室
３３  圧力レギュレータ
３４  液体水素導入管
３５  ガス供給またはガス放出ライン
３６  圧力レギュレータ
３７  三方電磁弁
３８  配管
３９  加温部（たとえば、ヒータ）
【図１】
0004626060.tif 000002
【図２】
0004626060.tif 000003