(57)【要約】【課題】安全性を向上させることが可能な水素供給システムを提供する。【解決手段】水素ガスを放出可能な水素化物を収容した第１容器、水素化物と反応することにより水素ガスの放出を抑制する緩和剤を収容した第２容器、及び、第１容器と第２容器とを繋ぐ緩和剤流通部、を備え、緩和剤が第１容器へと供給されることにより、水素ガスの放出量が制御される、水素供給システムとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを放出可能な水素化物を収容した第１容器、前記水素化物と反応することにより前記水素ガスの放出を抑制する緩和剤を収容した第２容器、及び、前記第１容器と前記第２容器とを繋ぐ緩和剤流通部、を備え、
前記緩和剤が前記第１容器へと供給されることにより、前記水素ガスの放出量が制御されることを特徴とする、水素供給システム。
【請求項２】
さらに、前記第１容器へと供給された前記緩和剤を、前記第１容器から除去可能な除去手段が備えられることを特徴とする、請求項１に記載の水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵タンクを備えた水素供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策技術として有望な燃料電池に関する研究が、近年盛んに行われている。燃料電池は、電解質層と一対の電極とを備える構造体で電気化学反応を起こし、電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出す装置である。この燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等の分野で利用される固体高分子型燃料電池（以下「ＰＥＦＣ」という。）では、水素含有ガスと酸素含有ガスとが用いられる。それゆえ、ＰＥＦＣの実用化を図る上で、水素製造技術及び水素貯蔵技術の確立は不可欠である。
【０００３】
水素貯蔵技術としては、水素ガスを圧縮して水素貯蔵タンクに貯蔵する形態、液体水素を水素貯蔵タンクに貯蔵する形態、及び、水素を吸蔵した水素吸蔵材料を水素貯蔵タンクに貯蔵する形態等が有名である。このほか、化学反応によって水素を発生させ得る物質や、常温常圧下で自発的に水素を放出し得る物質（以下、本発明の説明において「水素化物」という。）を水素貯蔵タンクに貯蔵する形態についても研究が進められている。
【０００４】
水素化物に関する従来技術として、例えば特許文献１には、一般式ＡｌＨｘ（０≦ｘ≦３）で表されるアルミニウム水素化物から構成される水素吸蔵用材料が開示されている。また、特許文献２には、少なくとも２種類の水素化物の混合物からなる水素発生材料を加熱することにより水素を発生させることを特徴とする水素発生方法、及び、少なくとも２種類の水素化物の混合物からなることを特徴とする水素発生材料に関する技術が開示されている。また、特許文献３には、固形の水素化物と固形の酸性物との混合固形物に水を供給することにより、水素を発生させる、水素発生方法に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、金属水素化物を用いたエンジンシステム等の水素ガス燃焼システムにおいて、金属水素化物タンクの圧力を負荷変動にかかわらず一定に保つようにした圧力制御装置に関する技術が開示されている。また、特許文献５には、金属水素化物を大気中に取り出す際の発火を防止するためになされた金属水素化物の不活性化方法に関する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８９８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２５３７０２号公報
【特許文献３】特開２００６−２９８６７０号公報
【特許文献４】特開昭６１−２２０００９号公報
【特許文献５】特開昭６２−２４６８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているアルミニウム水素化物のうち、例えばＡｌＨ３は、室温から６０℃程度の温度環境下で水素を放出できる可能性がある。かかる温度は、自動車等に代表される機器の廃熱を用いることにより到達可能であるため、ＡｌＨ３は有力な水素貯蔵材料になり得ると考えられる。一方、これらの水素化物の一部には、運転領域（例えば、−４０℃〜１２０℃、３５ＭＰａ以下の圧力）において、水素を放出した状態の方が安定に存在するものもあり、こういった水素化物を搭載した水素供給システムの安全性を向上させるためには、放出される水素の量を制御可能な形態とすることが重要である。これらの水素化物の一部には、不活性化させることにより水素の放出量を低減できるものもあるため、水素化物を搭載した水素供給システムの安全性を向上させるためには、水素化物を確実に不活性化させる機能を開発する必要がある。ところが、特許文献１〜特許文献４には、水素化物の不活性化に関する技術が存在せず、これらの技術と特許文献５に開示された技術とを組み合わせたとしても、水素化物を搭載した水素供給システムの安全性を向上させることは困難であるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、安全性を向上させることが可能な水素供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、水素ガスを放出可能な水素化物を収容した第１容器、水素化物と反応することにより水素ガスの放出を抑制する緩和剤を収容した第２容器、及び、第１容器と第２容器とを繋ぐ緩和剤流通部、を備え、緩和剤が第１容器へと供給されることにより、水素ガスの放出量が制御されることを特徴とする、水素供給システムである。
【０００９】
ここに、本発明における「水素化物」は、何の処理も施さなければ常温常圧下で水素を放出する水素化物（以下において「不安定水素化物」ということがある。）、を意味する。本発明における水素化物の具体例としては、ＡｌＨ３、ＬｉＡｌＨ４、Ｍｇ（ＡｌＨ４）２、Ｚｎ（ＢＨ４）２、Ｔｉ（ＢＨ４）３等を挙げることができる。さらに、本発明における「緩和剤」は、第１容器で水素を放出している水素化物と反応することにより、当該水素化物から放出される水素の量を低減する物質、を意味し、その形態（気体、液体、固体）は特に限定されない。本発明における緩和剤の具体例としては、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エタノール等を挙げることができる。さらに、「水素ガスの放出量が制御される」とは、第１容器へと供給された緩和剤と水素化物とが反応することにより、水素ガスの放出が停止又は抑制されることを意味する。
【００１０】
上記本発明において、さらに、第１容器へと供給された緩和剤を、第１容器から除去可能な除去手段が備えられることが好ましい。
【００１１】
ここに、本発明における「除去手段」は、第１容器へと供給された緩和剤を第１容器の外へ排出し得るものであれば、その形態は特に限定されず、水素及び緩和剤を第１容器の外へ排出し得る手段であっても良い。本発明における「除去手段」は、減圧手段や加熱手段等、公知のものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１容器へと供給された緩和剤により水素の放出量が制御されるので、緩和剤を供給することなく第１容器に収容された水素化物からの水素放出を抑制できない事態に至った場合でも、緩和剤を第１容器へ供給することによって、水素放出を強制的に抑制することができる。水素放出を強制的に抑制することで、水素化物が急激に分解して大量の水素ガスが放出されたことに起因する、容器の爆発や水素ガスの大量漏洩を防止できるので、本発明によれば、安全性を向上させる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。
【００１３】
本発明において、除去手段が備えられることにより、水素化物を、再び水素放出可能な状態へ戻すことができる。したがって、かかる形態とすることにより、上記効果に加えて、水素放出・抑制を制御することが可能な、水素供給システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ＡｌＨ３等の不安定水素化物は、多くの水素を放出できるため、有望な水素貯蔵材料として期待されている。しかしながら、不安定水素化物は、水素放出が開始されると、当該不安定水素化物が放出し得る全ての水素を放出し終わるまで水素放出を継続する（水素放出が止まらなくなる）可能性がある。水素放出が止まらなくなると、不安定水素化物を収容したタンクの内圧が上昇してタンクの爆発に至る虞があり、爆発を防ぐために安全弁等を設けても、タンクから多量の水素が一度に放出される虞があるため、安全性が損なわれやすい。そこで、水素放出・停止を制御することにより、不安定水素化物を搭載した水素供給システムの安全性を向上させる技術の開発が望まれている。
【００１５】
本発明はかかる観点からなされたものであり、その主な要旨は、水素放出を強制的に抑制する緩和剤が備えられる形態とすることにより、安全性を向上させることが可能な水素供給システムを提供することにある。
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明について具体的に説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の水素供給システム１０は、水素化物（ＡｌＨ３）を収容した第１容器１と、緩和剤（ジエチルエーテル）を収容した第２容器２と、第１容器１及び第２容器２を繋ぐ緩和剤流通部３と、制御装置２０と、を備えている。第１容器１には、さらに、第１容器１と外部機器（不図示）とを繋ぐ水素流通部５と、圧力センサー７と、が接続されている。水素流通部５にはバルブ６が備えられるとともに、非常時に第１容器１から外部へと放出される水素が流通する水素流路８が接続され、水素流路８にはバルブ９が備えられている。また、緩和剤流通部３にはバルブ４が備えられるとともに、減圧機１１が接続され、減圧機１１と緩和剤流通部３とを繋ぐ流路１２には、バルブ１３が備えられている。
【００１８】
水素供給システム１０において、バルブ４、バルブ６、バルブ９、バルブ１３、及び、減圧機１１（以下、これらをまとめて「各機器」ということがある。）の動作は、制御装置２０によって制御される。制御装置２０には、各機器の動作制御を実行するＣＰＵ２２と、このＣＰＵ２２に対する記憶装置等が備えられている。ＣＰＵ２２は、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ２２に対する記憶装置は、例えば、各機器の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ２３、及び、ＣＰＵ２２の作業領域として機能するＲＡＭ２４等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ２２が、ＲＯＭ２３に記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、水素供給システム１０における制御装置２０が機能する。
【００１９】
第１容器１の圧力を検知する圧力センサー７等からの出力信号は、入力ポート２１を介して、入力信号としてＣＰＵ２２へと到達する。ＣＰＵ２２は、入力信号、及び、ＲＯＭ２３に記憶されたプログラムに基づいて、各機器に対する動作指令を制御し、出力ポート２５を介して、各機器へ動作指令を出力する。バルブ４、バルブ６、バルブ９、及び、バルブ１３は、ＣＰＵ２２から与えられた動作指令に応じて、「開」又は「閉」の状態とされ、減圧機１１は、ＣＰＵ２２から与えられた動作指令に応じて、作動又は停止される。
【００２０】
第１容器１から外部機器へ水素を供給する場合には、第１容器１に収容された水素化物が水素放出可能な状態（活性な状態）とされ、ＣＰＵ２２によって動作を制御されるバルブ６が「開」、バルブ４、バルブ９、及び、バルブ１３が「閉」とされることにより、水素流路５を介して外部機器へ水素が供給される。水素流路５を介して水素を供給している間は、バルブ４が「閉」とされるので、第２容器２に収容された緩和剤は使用されない。これに対し、第１容器１からの水素供給を停止したい場合には、ＣＰＵ２２によって動作を制御されるバルブ６が「閉」とされるとともに、第１容器１に収容された水素化物が、図示されていない不活性化手段によって、水素を放出しない状態（不活性な状態）とされる。不活性化手段が正常に作動している間は、不活性化手段によって水素化物を不活性な状態にすることができるので、第１容器１の圧力が過度に上昇することはない。ところが、不活性化手段が正常に作動しない等の理由により、水素化物を不活性な状態にすることができなくなると、水素化物からの水素放出を抑制することができなくなり、その結果、第１容器１の圧力が過度に上昇する事態となり得る。かかる事態を回避するため、水素供給システム１０では、圧力センサー７によって検知された第１容器１の圧力が所定以上の値になった場合には、ＣＰＵ２２によって動作が制御されるバルブ９を「開」とすることにより、第１容器１の水素を外部へ放出することもできる。水素を外部へ放出すれば、第１容器１の過度の圧力上昇が回避されるため、第１容器１の爆発等の事態は回避されるが、水素流路８を介して多量の水素が放出されると、水素供給システム１０の安全性を確保することが困難になる虞がある。そこで、水素供給システム１０では、例えば不活性化手段が正常に作動しない等の状態に陥った場合であっても、水素化物からの水素放出を強制的に抑制することにより、第１容器１の破損、及び、水素流路８を介して多量の水素が外部へ放出される事態を回避すべく、第２容器２及び緩和剤流通部３が備えられる構成としている。
【００２１】
水素供給システム１０では、ＣＰＵ２２により、圧力センサー７で検知された第１容器１の圧力値が基準値（例えば、第１容器１の破損を防ぐことが困難になる圧力値）を超えたと判断されると、ＣＰＵ２２によって動作を制御される、バルブ６、バルブ９、及び、バルブ１３が「閉」、バルブ４が「開」とされる。バルブ４が「開」とされると、第２容器２に収容されていた緩和剤（ジエチルエーテル）が、緩和剤流通部３を介して第１容器１へと供給される。ジエチルエーテルは、常温下でもある程度の蒸気圧を有するため、供給されたジエチルエーテルは第１容器１に満遍なく行き渡り、第１容器１に収容された水素化物と満遍なく反応することができる。このようにして、第１容器１へと供給されたジエチルエーテルと水素化物とが接触すると、水素化物は不活性な状態（ＡｌＨ３・ｎＣ４Ｈ１０Ｏ）となり、水素化物からの水素放出が抑制される。このように、水素供給システム１０によれば、緩和剤と水素化物とを接触させることにより、水素化物からの水素放出を強制的に抑制する。そのため、本発明によれば、第１容器１の破損、及び、第１容器１からの大量の水素放出を防止して安全性を向上させることが可能な、水素供給システム１０を提供することができる。
【００２２】
バルブ４が「開」とされた後、ＣＰＵ２２によって、圧力センサー７で検知された第１容器１の圧力が所定値以下へ下がったと判断されると、ＣＰＵ２２によって動作を制御されるバルブ４が「閉」とされ、第１容器１への緩和剤の供給が停止される。緩和剤と接触した水素化物は不活性な状態とされるので、このままでは、第１容器１から外部機器へ十分な量の水素を供給することができない。そこで、水素供給システム１０では、緩和剤が供給されて不活性な状態とされた水素化物を再び活性な状態へ戻すため、第１容器１から緩和剤を除去する除去手段として機能する、減圧機１１、流路１２、及び、バルブ１３が備えられる形態としている。水素化物がＡｌＨ３であり、緩和剤がジエチルエーテルである場合、減圧機１１を用いて第１容器１の圧力を大気圧以下へ下げると、ＡｌＨ３からジエチルエーテルを分離することができるので、ＡｌＨ３を再び活性な状態へ戻すことができる。それゆえ、外部からの信号等に基づいて、ＣＰＵ２２により、ＡｌＨ３を再び活性な状態へ戻す処理（再生処理）を行う必要があると判断されると、バルブ４、バルブ６、及び、バルブ９が「閉」とされるとともに、バルブ１３が「開」とされ、さらに、減圧機１１が作動されることにより、第１容器１の圧力が下げられ、ＡｌＨ３からジエチルエーテルが分離される。分離されたジエチルエーテルは、系外へと排出され、再生処理は、例えば、第１容器１の圧力が大気圧以下へ下がるまで継続される。それゆえ、ＣＰＵ２２によって、圧力センサー７で検知された第１容器１の圧力が大気圧以下へ下がったと判断されると、ＣＰＵ２２によって動作を制御されるバルブ１３が「閉」とされるとともに、減圧機１１の動作が停止され、再生処理が終了する。
【００２３】
このように、水素供給システム１０によれば、不安定水素化物を収容した第１容器１に加え、緩和剤を収容した第２容器２及び緩和剤流通部３が備えられるので、水素発生を強制的に抑制することによって安全性を向上させることができる。さらに、水素供給システム１０によれば、除去手段として機能する減圧機１１、流路１２、及び、バルブ１３が備えられるので、再生処理を行うことができる。第２容器２及び緩和剤流通部３が備えられ、かつ、再生処理が可能な形態とすることにより、不安定水素化物を、活性な状態から不活性化状態にすること、及び、不活性化状態から活性な状態にすることが可能になるので、水素放出・抑制を制御することが可能になる。
【００２４】
本発明の水素供給システム１０に関する上記説明では、水素化物から分離された緩和剤が系外へと排出される形態を例示したが、本発明の水素供給システムは当該形態に限定されるものではなく、例えば、水素化物から分離した緩和剤を、第２容器へと還流させる形態とすることも可能である。さらに、再生処理で緩和剤とともに第１容器から排出され得る水素の扱いは、特に限定されるものではなく、第１容器へ還流させる形態とすることも可能である。
【００２５】
本発明の水素供給システム１０に関する上記説明では、除去手段として機能する減圧機１１、流路１２、及び、バルブ１３が備えられる形態を例示したが、本発明の水素供給システムは当該形態に限定されるものではなく、除去手段が備えられない形態とすることも可能である。但し、除去手段が備えられる形態とすることにより、不活性な状態とされた水素化物を活性な状態へ戻すことが可能になり、水素化物の状態（活性・不活性）を制御して水素放出・抑制を制御することが可能になるので、水素放出・抑制を制御しやすい形態とする等の観点からは、除去手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【００２６】
また、本発明の水素供給システム１０に関する上記説明では、第１容器１に圧力センサー７が接続され、圧力センサー７によって検知された第１容器１の圧力値を用いてバルブ４等の動作が制御される形態を例示したが、本発明の水素供給システムは当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給システムが採り得る他の形態としては、第１容器に接続された温度センサー、又は、第１容器に接続された圧力センサー及び温度センサーによって検知された情報を用いて、緩和剤流通部に備えられたバルブ等の動作が制御される形態等を例示することができる。
【００２７】
また、本発明の水素供給システム１０に関する上記説明では、水素化物としてＡｌＨ３が収容される形態を例示したが、本発明の水素供給システムは当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給システムに搭載される水素化物は、不安定水素化物であれば良く、その具体例としては、ＡｌＨ３のほか、ＬｉＡｌＨ４、Ｍｇ（ＡｌＨ４）２、Ｚｎ（ＢＨ４）２、Ｔｉ（ＢＨ４）３等を挙げることができる。
【００２８】
また、本発明の水素供給システム１０に関する上記説明では、緩和剤としてジエチルエーテルが収容される形態を例示したが、本発明の水素供給システムは当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給システムに搭載され得る緩和剤の具体例としては、ジエチルエーテルのほか、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エタノール等を挙げることができる。但し、本発明の水素供給システムに除去手段が備えられる場合、水素化物から容易に除去可能とする等の観点からは、減圧により分離可能な緩和剤（例えば、ジエチルエーテル等）が備えられる形態とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の水素供給システムの形態例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…第１容器
２…第２容器
３…緩和剤流通部
４…バルブ
５…水素流通部
６…バルブ
７…圧力センサー
８…水素流路
９…バルブ
１０…水素供給システム
１１…減圧機（除去手段）
１２…流路（除去手段）
１３…バルブ（除去手段）
２０…制御装置
【図１】
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