(57)【要約】 【課題】加熱手段が簡便で小型化可能な水素貯蔵カートリッジを用いて小規模化が可能な水素発電システムを提供する。【解決手段】水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする水素エンジンと、前記の水素エンジンによって駆動される発電機と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする水素エンジンと、前記の水素エンジンによって駆動される発電機と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【請求項２】
水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする燃料電池と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【請求項３】
前記水素発電システムにより発生した電力を蓄電する二次バッテリを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【請求項４】
前記水素エンジンから発生した高温の燃焼ガスを前記水素貯蔵カートリッジの発熱部の熱源として利用することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を吸蔵放出する水素貯蔵材料を封入する水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素ボンベに代わって、小さい容積で多量の水素を貯蔵できる水素貯蔵タン
クが研究開発されてきた。そのような水素貯蔵タンクに用いられる水素貯蔵材料としては
水素吸蔵合金の開発が進められおり、水素吸蔵合金を使用した水素貯蔵タンクについて提
案がなされている（ 特許文献１ 〜 ３参照。）。
一方、近年、新たな水素貯蔵材料として、アラネート系材料や、カーボンナノチューブなどのカーボン系材料も研究開発されている。
さらには、リチウム系材料が発明者らにより最近見出され、それを収納する水素貯蔵タンクの提案がなされている。（ 特許文献４ 参照。）
【０００３】
さらには、水素吸蔵合金を内蔵した燃料カートリッジを用いた水素エンジンの水素ガス供給装置が提案されている。（ 特許文献５ 参照。）
【特許文献１】特開２０００−１２０９９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２２９４号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１２９７号公報
【特許文献４】特開２００５−２８２８２８号公報
【特許文献５】特開平５−２５４３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水素吸蔵合金は単位重量あたりの水素吸蔵率が低く、水素吸蔵合金を使
用した水素貯蔵タンクは実用化には至っていない。また、リチウム系材料等の新たな水素
貯蔵材料は、従来の吸蔵合金とは異なる粉体特性や水素吸蔵放出特性を示すことから、そ
れらを用いた貯蔵タンクは、その特性にあった構造にしなければ、単位体積あたりの水素
ガス貯蔵量を十分に確保することができなかった。また、水素を放出するための加熱手段が容器と一体化して大掛かりとなるため小型化できず、したがって、それを用いた水素発電システムも大掛かりとなり小規模化ができないという課題を有していた。
【０００５】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、加熱手段が簡便で小型化可能な水素貯蔵カートリッジを用いた小規模化が可能な水素発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した本発明の目的は、下記した手段によって達成することができる。
（１）水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする水素エンジンと、前記の水素エンジンによって駆動される発電機と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【０００７】
（２）水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする燃料電池と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【０００８】
（３）前記水素発電システムにより発生した電力を蓄電する二次バッテリを備えることを特徴とする（１）または（２）に記載の水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システム。
【０００９】
また上記した本発明の目的は、前記水素エンジンから発生した高温の燃焼ガスを前記水素貯蔵カートリッジの発熱部の熱源として利用することを特徴とする（１）または（３）に記載の水素貯蔵カートリッジ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部を備える水素貯蔵カートリッジとすることで、加熱手段が簡便となるため水素貯蔵カートリッジが小型化可能となり、したがって、それを用いた水素発電システムも小規模化が可能で汎用的となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする水素エンジンと、前記の水素エンジンによって駆動される発電機と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムを提案している。
【００１２】
ここで、本発明に係る水素貯蔵材料としては、前記特許文献４にて開示したようにリチウ系材料が好適に用いられる。また、本発明の水素貯蔵材料には、水素吸放出能を促進する触媒をさらに含んでいることが好ましい。
【００１３】
以下、本発明に係わる、水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジの実施の形態の一つをより詳細に説明する。
図１は、本発明に係わる水素貯蔵カートリッジ７の実施の形態の一つの模式的な構造説明図である。（図１の（ａ）は、発熱部が貯蔵容器に嵌め込まれた状態の水素貯蔵カートリッジの構造説明図で、（ｂ）は、発熱部を貯蔵容器から外した状態の構造説明図である。）
【００１４】
図１において、貯蔵容器１は、水素貯蔵材料２を容器内に封入している。３は管状部材で、外部にコネクタ４を介して連通するとともに水素貯蔵材料から放出される水素ガスの流路を形成している。ここで、コネクタ４は、図示した状態では、外部との流路は遮断されているが、従来公知の構造を採用することによりコネクタ４を貯蔵容器側に押し込むと外部との流路が開通される構造となっている。
次に５は、貯蔵容器１に着脱可能に嵌め込まれる発熱部である。本発明に係る発熱部は、従来の発熱機構が一体化したカートリッジと異なり着脱可能となっているため小型化可能で熱源として後述するように汎用的なものを採用できるという効果を有する。
発熱部の具体的な実施の形態の一例としては、図１に示すように、貯蔵容器１の略中心部の凹部に着脱可能に嵌め込まれる管状熱交換器６を発熱部５が具備するようにしても良い。
【００１５】
発熱部５の内部には、水素貯蔵材料２に吸蔵された水素を放出するのに十分な温度を付与できる発熱源が内蔵され、発熱源から発せられた熱源は管状熱交換器６を介して水素貯蔵材料２に伝えられて水素が放出される。ここで、放出された水素は、管状部材３の流路を通じて外部へ放出可能となる。
【００１６】
ここで、発熱部５の内部に内蔵される発熱源としては、例えば、鉄粉と炭素粉末と空気との組み合わせからなるものや、生石灰と水との組み合わせからなるものや、ベンジンと白金触媒と空気の組み合わせからなるものや、固形燃料等が適用できる。また、電気ヒータを内蔵しても良い。
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、発熱部５を、貯蔵容器１の略中心部の凹部に着脱可能に嵌め込まれる管状熱交換器６を具備した簡便な構成としたので、従来の大掛かりな発熱機構を一体化して備えた容器と比較して小型が可能となる効果がある。
【００１８】
次に、本発明では、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする水素エンジンと、前記の水素エンジンによって駆動される発電機と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムを提案している。
【００１９】
図２は、本発明の第一の実施の形態を説明するためのブロック図である。
図２において、カートリッジ収納機構には、複数個の前記した水素貯蔵カートリッジが着脱自在に収納されている。なお、水素貯蔵カートリッジをカートリッジ収納機構に収納するに際しては、カートリッジ収納機構内で各水素貯蔵カートリッジから発生する水素ガスの流路が開通されるようにしている。(例えば、前記した図１の水素貯蔵カートリッジの場合は、コネクタ４が貯蔵容器側１に押し込まれるように水素貯蔵カートリッジ７をカートリッジ収納機構に収納すればよい。)
次に、前記した発熱部を加熱することにより各水素貯蔵カートリッジから放出された水素ガスは各流路が公知の方法により一本に連結統合されて水素エンジンへ供給される。水素エンジンは、この水素ガスと空気とを燃料とする爆発エネルギーを回転エネルギーに変換して発電機を駆動する。このようにして、発電機より電力が発生して本発明の水素発電システムが構築される。（第一の発明である。）
【００２０】
次に、本発明では、水素貯蔵材料を封入する貯蔵容器と、該貯蔵容器に着脱可能に嵌め込まれる発熱部と、を備える水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムであって、複数個の前記水素貯蔵カートリッジを着脱自在に収納するカートリッジ収納機構と、前記発熱部を加熱することにより得られる水素ガスを燃料とする燃料電池と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムを提案している。
【００２１】
図３は、本発明の第二の実施の形態を説明するためのブロック図である。
図３において、カートリッジ収納機構には、複数個の前記した水素貯蔵カートリッジが着脱自在に収納されている。ここで、前記したように発熱部を加熱することにより水素ガスが燃料電池へ供給される。燃料電池は、この水素ガスと空気とを燃料として発電して電力が発生して本発明の水素発電システムが構築される。（第二の発明である。）
【００２２】
また、本発明では、前記水素発電システムにより発生した電力を蓄電する二次バッテリを備えることを特徴とする前記した水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムを提案している。すなわち、前記した第一の発明と、第二の発明にて得られる電力を二次バッテリに蓄電することにより本発明が完成する。（第三の発明である。）
本発明によれば、本発明により得られた電力を二次バッテリに蓄電することにより、必要なときに必要な量の電力を二次バッテリから取り出して有効活用できるという効果がある。
【００２３】
また、本発明では、前記水素エンジンから発生した高温の燃焼ガスを前記水素貯蔵カートリッジの発熱部の熱源として利用することを特徴とする前記した水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムを提案している。（第四の発明である。）
すなわち、水素エンジンから発生した高温の燃焼ガスを前記水素貯蔵カートリッジの発熱部に形成された流路に流す構成とすることで、水素貯蔵材料に吸蔵された水素を放出するのに十分な温度の熱源として利用することが可能である。また、このようにすることが、エネルギー効率の面から、さらに好ましい。
【００２４】
このように、本発明の水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムは、小型化による軽量化が可能なので水素エンジン自動車にも搭載可能である。
【００２５】
次に、本発明の発電システムは、充填（集合）施設において水素貯蔵カートリッジの貯蔵容器に水素貯蔵材に水素を充填し、水素充填後の貯蔵容器を水素発電システムを設置した施設まで運搬し、使用後の貯蔵容器を充填（集合）施設まで運搬する水素発電システムとすることも可能である。
本発明に係る水素貯蔵カートリッジを用いれば、水素貯蔵カートリッジに加熱手段を一体化して具備する必要がなくなるため、水素貯蔵カートリッジを軽量化でき、比較的容易に移動させることができるようになる。水素貯蔵材料に水素を吸蔵させる場合には、高圧水素ガスを必要とするが、充填設備において水素を吸蔵すれば、高圧ガスに対応していない利用先においては高圧の水素ガスを利用しなくても良くなり、高圧ガス使用の危険性が低減できるという効果もある。
【００２６】
また、本発明に係る水素貯蔵材料に吸蔵させる水素として、水の電気分解により製造した水素を用いることも可能である。
このようにすることで、送電設備の設置が困難な発電設備（例えば、洋上での自然エネルギーを利用した発電設備）では、水の電気分解により水素を生成し、この水素を本発明に係る水素貯蔵カートリッジ内の水素貯蔵材料に吸蔵させた後、利用先へ移動する。また、環境負荷低減のためにも大規模な発電設備の夜間などの余剰電力を利用して、水の電気分解により水素を製造し、本発明に係る水素貯蔵カートリッジ内の水素貯蔵材料に吸蔵させた後、利用先へ移動することが可能となる。
【００２７】
以上説明したように、発明に係る水素貯蔵カートリッジの発熱部は、従来の発熱機構が一体化したカートリッジと異なり着脱可能となっているため小型化可能で熱源として種々の簡便なものを採用できるという効果を有する。したがって、加熱手段が簡便であり小型化可能な水素貯蔵カートリッジを用いているため、複数個の水素貯蔵カートリッジを用いた水素発電システムは大掛かりとならずに小規模化が可能で簡便で汎用的となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの構造説明図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１；貯蔵容器
２；水素貯蔵材料
３；管状部材
４；コネクタ
５；発熱部
６；管状熱交換器
７；水素貯蔵カートリッジ
【図１】
2007315458.tif 000003
【図２】
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【図３】
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