(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底端部、ポート端、及び、該ポート端に設けられたガス放出バルブ装置を有する、金属水素化物が充填されている少なくとも一本の加圧ボンベと、
前記少なくとも一本の加圧ボンベを収容するため少なくとも１つのコンパートメントが内部に形成されたものであって、閉止端と開放端を備え、該開放端を介して前記コンパートメント内に前記加圧ボンベが設置される収容タンクと、
前記コンパートメントに収容されている加圧ボンベのガス放出バルブ装置に接続されてガス放出バルブ装置を開放位置にする、前記少なくとも１つのコンパートメントの前記閉止端に設けられた少なくとも１つの簡易接続部と、
前記少なくとも１つのコンパートメントの周囲に配置され、一定の圧力で前記ガス放出バルブ装置から水素を放出させるために加圧ボンベ内の金属水素化物の吸熱反応を引き起こさせることができる、該コンパートメント内に収容されている加圧ボンベを加熱する加熱装置と、を備え、
前記各簡易接続部は、加圧ボンベのポート端に備えられるロック装置が挿入されるように加圧ボンベの挿入方向に傾斜したスリットが形成されており、コンパートメントの閉止端に固定されている保持リングと、前記保持リングの中央においてコンパートメントの閉止端からコンパートメント方向へ突出した押圧ピンと、を備え、開放端から加圧ボンベがコンパートメントへ装着され、前記加圧ボンベの前記ポート端が保持リングにロックされると、押圧ピンがガス放出バルブ装置内に挿入されてガス放出バルブ装置を作動させ、水素を排出させるようになっているものであり、
前記加熱装置は、収容タンク内に形成された熱湯を蓄積する水タンクと、該水路を介してコンパートメントの周囲に熱湯を流通させることができるように前記水タンクと連通している前記コンパートメントの周囲を囲む水路とを含むものである、
ことを特徴とする水素源用供給装置。
【請求項２】
前記加熱装置が所定温度の下で圧力を維持し、前記所定温度に対応する最適圧力にて加圧ボンベから水素を放出させる請求項１記載の供給装置。
【請求項３】
前記所定温度に対応する最適圧力は、０．３４５ＭＰａから２．０６９ＭＰａの範囲である請求項２記載の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素源用供給装置、特に、水素源に充填されている金属水素化物の吸熱反応を引き起こし一定の圧力でガス放出バルブ装置から水素を放出させることができるよう加熱装置を備えた燃料電池の水素源用供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人類文明の急速な発達に伴い、石炭、石油、天然ガスといった従来のエネルギー源の消費が急速に増大している。この結果、地球環境に深刻な汚染が発生し、地球規模の温暖化や酸性雨などといった様々な環境問題を引き起こしている。既存の天然エネルギー資源に限りがあることは今では周知である。このため、現在のエネルギー消費量が続けば、既存の天然エネルギー資源は近い将来全て枯渇してしまう。従って、先進国の多くは代替エネルギー源の研究開発を行っている。燃料電池は、最も重要かつ手頃な価格のエネルギー源の一つである。従来の内燃機関よりも燃料電池は高いエネルギー変換効率、清浄な排気ガス、低騒音、従来のガソリンを消費しないといった点で優れている。
【０００３】
つまり、燃料電池は水素と酸素の電気化学反応による発電装置である。基本的には、この反応は水の電気分解反応の逆で化学エネルギーを電気エネルギーにするものである。燃料電池、例えばプロトン交換膜燃料電池の基本構造は複数の電池ユニットで構成されている。各電池ユニットは中央にプロトン交換膜（ＰＥＭ）を備え、その両側にそれぞれ触媒層が設けられているおり、さらに各触媒層の各面にはガス拡散層（ＧＤＬ）が形成されている。ＧＤＬに隣接した各最外層に陽極プレートと陰極プレートが設けられている。これらを一体に組み立てて電池ユニットを作製する。
【０００４】
燃料電池の実際の利用に関しては、十分な量の電気を発生させるため、酸素と水素を燃料電池へ連続的に供給し、電気化学反応を持続させねばならない。酸素は通常大気から得るが、燃料電池へ水素を供給するには特別な供給装置が必要である。
【０００５】
周知の水素蓄積手段の一つは、加圧水素ボンベに加圧された低温水素を蓄積し、次にその水素を放出前に必要動作条件に戻すのである。
【０００６】
他の周知な水素蓄積手段は、いわゆる金属水素化物を用いる方法である。金属水素化物はおかれた温度に応じた圧力で水素を放出することができ、その水素放出のプロセスが吸熱反応である。金属水素化物内に蓄積された水素が完全に放出されると、純粋水素を金属水素化物に再度充填できる。この水素を充填するプロセスが発熱反応である。金属水素化物の温度は、金属水素化物から放出される水素の圧力に正比例するもので、こうした比例関係は供給業者が提供する金属水素化物によって異なる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
水素の高燃焼性のため、特定の容器への充填や上記電気化学反応を行うのに必要な水素の放出を行う簡便便利な方法が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な目的は、燃料電池用供給装置、特に、水素源に充填されている金属水素化物の吸熱反応を引き起こし一定の圧力でガス放出バルブ装置から水素を放出させることができるよう加熱装置を備えた燃料電池の水素源用供給装置に関するものである。
【０００９】
本発明の供給装置は、金属水素化物内に蓄積されている水素を放出させるのに特に有用である。
【００１０】
本発明の主な技術内容は、金属水素化物が充填された加圧ボンベを収容するためのコンパートメントが内蔵されている少なくとも一つの収容タンクと、前記加圧ボンベを加熱するためコンパートメントの周囲に配置された加熱装置を実装することにあり、加圧ボンベ内で金属水素化物の吸熱反応を起こさせて一定の圧力でガス放出バルブ装置から水素を放出させる。
【００１１】
添付図面と好適実施態様の説明を参照して本発明の構造および特性を理解する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の水素源用供給装置１０の分解斜視図であり、図２は供給装置１０の一端を示す分解斜視図である。
【００１３】
図１と２に示すように、本発明の水素源として作用する加圧ボンベ５０が点線で示されており、該加圧ボンベ５０に金属水素化物（図示せず）が充填されている。図示の通り、本実施態様は２本の加圧ボンベ５０を備えているが、この加圧ボンベ５０の本数は適宜変更可能である。各加圧ボンベ５０には底端部とポート端が設けられており、ガス放出バルブ装置５２がポート端に設けられていてガス排出ポートとして機能する。
【００１４】
図１に示す他の部品より、供給装置１０は収容タンク１２、複数の簡易接続部１４と加熱装置とから構成されている。
【００１５】
収容タンク１２には少なくとも１つのコンパートメント１２２が内部に形成されている。本実施態様においては、収容タンク１２には２本の加圧ボンベ５０を収容できるようコンパートメント１２２が２つ形成されている。
【００１６】
各コンパートメント１２２には閉止端１２４と開放端１２６が設けられている。本実施態様においては、コンパートメント１２２は、主に収容タンク１２を貫通する穴から形成されており、該穴の一端にはプレート１２８が固定されてコンパートメント１２２の閉止端１２４を形成している。当然のことながら、他の手段を採用して収容タンク１２内のコンパートメント１２２を形成してもよい。コンパートメント１２２の開放端１２６から収容タンク１２内へ加圧ボンベ５０を挿入する。
【００１７】
コンパートメント１２２の閉止端１２４には簡易接続部１４が設けられている。本実施態様においては、２本の加圧ボンベ５０との接続用に２個の簡易接続部１４が設けられていて、ガス放出バルブ装置５２を作動させる。図４は、簡易接続部１４の断面図である。各簡易接続部１４にはコンパートメント１２２の閉止端に設けられているプレート１２８に固定された保持リング１４２と、保持リング１４２の中央部にプレート１２８からコンパートメント１２２側へと垂直に突出したバルブ装置針１４４が設けられている。保持リング１４２上に、プレート１２８方向に傾斜したスリット１４６が形成されている。該スリット１４６には加圧ボンベ５０のポート端に設けられたロック装置５４（図ではロッド）が挿入されるようになっている。このように、加圧ボンベ５０を開放端１２６からコンパートメント１２２に挿入し、加圧ボンベ５０のロック装置５４をスリット１４６に沿って移動させると加圧ボンベ５０がプレート１２８側へ回転して保持リング１４２に固定されると、押圧ピン１４４がガス放出バルブ装置５２に挿入されてガス放出バルブ装置５２を作動させ、図４に示すようにガスを放出する。
【００１８】
簡易接続部１４の押圧ピン１４４による加圧ボンベ５０の作動状況は図５ａと５ｂに最もよく示されている。図５ａに示すように、加圧ボンベ５０がまだ簡易接続部１４の保持リング１４２に接続されている場合は、ボンベ５０内のガス圧によりバルブ装置５２のバルブ装置ピン５５の回りに設置されている圧縮スプリング５６が伸張状態に維持され、バルブ装置５０をオフ状態とし、バルブ装置５０からのガス漏出を防止する。加圧ボンベ５０がコンパートメント１２２内に設置されて簡易接続部１４の保持リング１４２に固定されている場合は、簡易接続部１４の押圧ピン１４４でバルブ装置ピン５５を押圧して圧縮スプリング５６に反発弾性が生じると、図５ｂに示すようにバルブ装置５０とバルブ装置ピン５５が後退してバルブ装置５２が作動し、特定の圧力で加圧ボンベ５０内のガスが放出される。
【００１９】
加圧ボンベ５０を加熱するためコンパートメント１２２の周囲に加熱装置１６が配置され、加圧ボンベ５０内の金属水素化物の吸熱反応を生じさせて一定の圧力でガス放出バルブ装置５２から水素を放出させる。
【００２０】
加熱装置１６は電気ヒーターであってもよく、燃料電池から発生する電気エネルギーが供給されている。その他の一定の加熱を行う装置を熱源として用いることもできる。
【００２１】
図示の実施態様においては、熱源として熱湯を使用している。図示の通り、加熱装置１６は、熱湯を蓄積するため収容タンク１２内に設置された水タンク１６２と、コンパートメント１２２の周囲を流通する複数の水路１６４とから構成されており、水路１６４内を通ってコンパートメント１２２の周囲を熱湯が流通するよう水路１６４と水タンク１６２とを連通させている。
【００２２】
図３の水素源用供給装置を示す組立斜視図にはさらに、水路１６４と熱湯の流通方向が示されており、図６には水路１６４の側面断面図が示されている。
【００２３】
図３に示すように、水タンク１６２の上部に形成されている水流入孔１６５から水タンク１６２へ熱湯が流入し、水タンク１６２の下端側に形成されている水排出孔１６６を介して熱湯は水タンク１６２から排出される。次に、パイプ（図示せず）を介してプレート１２８の下端部分に形成されている複数の水流入孔１６７を介して水路１６４に流入する。さらに、プレート１２８の下端部分に形成されている複数の水流出孔１６８を介して水路１６４から排出される。コンパートメント１２２の周囲を熱湯が流通しているため、熱湯の熱エネルギーが加圧水に伝達される。上述のように、金属水素化物から水素を放出させる工程が吸熱反応である。従って、熱湯の熱エネルギーは吸熱反応に必要なエネルギーとして機能し、加圧ボンベ５０内の金属水素化物は選択された温度と対応する圧力にて水素を排出する。
【００２４】
水素源用供給装置は燃料電池から発生する電力、循環熱湯あるいはその他可能な加熱装置を熱源として利用するため、供給装置は加圧ボンベ内の金属水素化物を継続的に加熱して水素を放出させることができる。
【００２５】
実際には、０．３４５ＭＰaから２．０６９ＭＰaの圧力範囲で水素を供給する時に燃料電池の効率が最もよくなることが分かった。従って、電子制御回路、温度センサ、その他の従来手段を用いて加熱装置を制御し、加圧ボンベに充填されている金属水素化物の特性に合わせて好適圧力範囲に対応する温度で加圧ボンベを維持する。金属水素化物に蓄積されている水素が完全に無くなると、迅速にコンパートメント１２２から加圧ボンベ５０を取り除き、純粋水素を金属水素化物に再充填することができ、これにより安全で軽量な水素源として再度利用してもよい。
【００２６】
本発明は従来技術を突破する画期的創作物に関するものである。上記説明は本発明の好適実施態様の説明である。しかしながら、本発明の技術思想の範囲内において当業者は様々な変更や具体化を行うことができる。本発明は好適実施態様に関する特定の詳細事項に限定されるためではないため、本発明の全体基本機能を変更することなく好適実施態様の特定の機能に加える変更を添付特許請求の範囲内で考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の水素源用供給装置の分解斜視図である。
【図２】  図１の水素源用供給装置を示す別の分解斜視図である。
【図３】  図１の水素源用供給装置及び水路内を流れる水の概略を示す組立斜視図である。
【図４】  供給装置の簡易接続部と加圧ボンベのガス放出バルブ装置の相互接続状態を示す断面概略図である。
【図５ａ】  供給装置の簡易接続部から加圧ボンベを取り外してガス放出バルブ装置がオフ状態にある様子を示す断面概略図である。
【図５ｂ】  供給装置の簡易接続部に加圧ボンベを接続してガス放出バルブ装置がオン状態にある様子を示す断面概略図である。
【図６】  図３の水路の配置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  供給装置
１２  コンパートメント
１４  簡易接続部
５０  加圧ボンベ
５２  ガス放出バルブ装置
５４  ロック装置
５５  バルブ装置ピン
５６  圧縮スプリング
１２２  コンパートメント
１２４  閉止端
１２６  開放端
１２８  プレート
１４２  保持リング
１４４  押圧ピン
１４６  スリット
１６２  水タンク
１６４  水路
１６５  水流入孔
１６６  水排出孔
１６７  水流入孔
１６８  水排出孔
【図１】
0003850752.tif 000002
【図２】
0003850752.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
0003850752.tif 000007
【図６】
0003850752.tif 000008