JPH02307801A - 水素充填装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、車両、船舶及び航空機等の移動体の駆動源
として使用される水素エンジンと共に搭載される水素貯
蔵容器に対し、水素の補給充填を行う水素充填装置に関
するものである。

［従来の技術］ 近年、水素エンジンを駆動源とする自動車等の乗物が種
々提案されている。そして、この乗物には、水素エンジ
ンへ水素燃料を供給するために予め水素、を貯蔵した水
素貯蔵容器が搭載されている。

この水素貯蔵容器は、熱交換反応に基いて水素ガスの吸
収及び放出を行う金属水素化物を収容する容器本体と、
その容器本体へ水素を導入するために同容器本体内に連
通ずる水素導入路と、前記容器本体の金属水素化物との
間で熱交換を行うために同容器本体内を経由して配設さ
れると共に熱媒体を流通させる熱媒体流通路とから構成
されている。

そして、容器本体内の水素が無くなった場合には、水素
を補給充填するために所定の充填設備へ立ち寄り、容器
本体への水素補給を行うようになっている。この水素補
給は、前記水素導入路を介して容器本体内へ水素を導入
し、金属水素化物の水素化反応に伴って発生する熱を容
器本体外へ除去するために、熱媒体流通路に熱媒体を流
通させて行っている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記水素補給の際に発生する熱を除去するに
は、乗物側に配設された閉鎖系の熱媒体流通路を流通す
る熱媒体を介して行っているだけあった。このため、水
素補給時に発生する熱を容器本体外へ除去する速さに限
度が生じ、その熱除去の遅れが水素化反応の制限要因と
なって、水素補給の迅速化の点で問題になっていた。

特に、自動車等の乗物では、水素補給を行っている開停
止しなければならず、その停止時間を短縮するためにも
水素補給を迅速に行うことが望まれている。

そこで、水素補給時の熱除去を速めるための方法として
、熱媒体流通路に別の管路を接続して大量の冷水を流通
させ、熱除去を促進することも考えられる。

しかしながら、金属水素化物の種類によっては、熱媒体
として水を使わない場合もある。例えば金属水素化物が
ＭｇＮｔ合金である場合には、加熱温度が２００〜３０
０　’Ｃであるために水を使うことができず、所定の高
温気体や所定の油類等が加熱媒体として使用される。こ
の他に、熱媒体として防錆剤や凍結防止剤の水溶液が使
用されることもある。

従って、上記のような水辺外の熱媒体を使用した場合に
は、水素補給時の熱除去を速めるために、熱媒体流通路
に別の管路を接続して同種類の熱媒体を流通させなけれ
ばならない。又、使用を開始してからの日数経過に伴っ
て熱媒体の物性が変化し、熱交換の能力が低下すること
も考えられるため、熱媒体の物性を常に維持することも
必要になる。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、水素貯蔵容器への水素補給に際して、そ
の補給時間の短縮化を実現し得ると共に、熱媒体の物性
の低下を防止し得る水素充填装置を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するためにこの発明においては、熱交
換反応に基いて水素ガスの吸収及び放出を行う金属水素
化物を収容する容器本体と、その容器本体の金属水素化
物との間で熱交換を行うために同容器本体内を経由して
配設されると共に熱媒体を流通させる熱媒体流通路とを
備えた水素貯蔵容器への水素充填を行うための水素充填
装置において、熱媒体流通路内の熱媒体を循環冷却する
ために熱媒体流通路に連結可能に設けられた循環路を有
する冷却手段と、循環路に連通して設けられ、熱媒体の
物性と同等の熱媒体を供給するための熱媒体供給手段と
を備えている。

［作用］ 従って、水素貯蔵容器への水素補給を行う場合には、熱
媒体流通路に循環路を連結することにより、冷却手段と
水素貯蔵容器との間で熱媒体が循環して水素貯蔵容器内
の金属水素化物と熱媒体との間の熱交換が促進される。

又、この水素充填に際して、熱媒体供給手段から物性の
同等な熱媒体を循環路に流出させることにより、熱媒体
流通路及び循環路を循環する熱媒体の量や物性が補償さ
れる。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を第１図に基いて
詳細に説明する。

この実施例において、水素充填装置（以下「充填装置」
という）１は水素自動車２に搭載された水素貯蔵容器（
以下「貯蔵容器」という）３へ水素を補給充填するため
の装置である。

水素自動車２に搭載された貯蔵容器３は、熱交換反応に
基いて水素ガスの吸収及び放出を行う周知の金属水素化
物を収容した容器本体４と、その容器本体４へ水素を導
入するために同容器本体４内に連通する水素導入路５と
、容器本体４の金属水素化物との間で熱交換を行うため
に同容器本体４内を経由して配設されると共に熱媒体を
流通させる熱媒体流通路６とを備えている。

容器本体４の両側から導出された熱媒体流通路６の両端
には、プラグ６ａ、６ｂがそれぞれ設けられている。水
素自動車２の走行時において、熱媒体流通路６は金属水
素化物を加熱するために車体に設けられた図示しない熱
交換器に接続されるものであり、両プラグ６ａ、６ｂは
その熱交換器への接続に使用される。そして、両プラグ
６　ａ　＋６ｂが熱交換器に接続された状態で、熱媒体
流通路６は閉鎖系の循環通路を形成して熱媒体を循環さ
せるようになっている。

水素導入路５の途中には開閉用のコック７が設けられ、
その開放端にはプラグ５ａが設けられている。又、容器
本体４には図示しない水素エンジンへ水素を供給するた
めの水素導出路８が設けら、同導出路８の途中には開閉
用のコック９が設けられている。

この実施例では、容器本体４に収容した金属水素化物と
してＭ　ｇ　Ｎ　ｉ合金が使用されている。又、そのＭ
ｇＮ　ｉ合金に必要な加熱温度−が２００〜３００℃で
あることから、熱媒体流通路６を流通させる熱媒体とし
て高温になり得る所定の油類が使用されている。

一方、充填装置１は水素タンク１１と、冷却手段として
の冷却塔１２と、熱媒体供給手段としての成分調整タン
ク１３とを備えている。

水素タンク１１には、水素自動車２の貯蔵容器３へ水素
を補給充填するために、水素導入路５に連結される連結
路１４が設けられている。この連結路１４の途中には開
閉用のコック１５が設けられ、開放端にはプラグ１４ａ
が設けられている。

冷却塔１２には、熱媒体を冷却するための図示しない冷
却装置が装備され、貯蔵容器３の金属水素化物の温度特
性に合わせて冷却温度が調整可能になっている。冷却塔
１２には、水素自動車２の熱媒体流通路６内の熱媒体を
循環冷却するために、同流通路６に連結される循環路１
６が設けられている。この循環路１６は冷却塔１２との
間で熱交換を行うために開基１２を経由して配設される
と共に、両端が冷却塔１２から導出されている。そして
、循環路１６の両端側には開閉用のコック１７．１８及
び接続用のプラグ１６ａ、ｔｅｂがそれぞれ設けられて
いる。

又、循環路１６の途中には、熱媒体循環用のポンプ１９
が設けられると共に、洗浄剤タンク２０が開閉用のコッ
ク２１を介して接続されている。

洗浄剤タンク２０内には、循環路１６及び熱媒体流通路
６の内部を洗浄するための洗浄剤が収容されている。

成分調整タンク１３は循環路１６内へ熱媒体を補給する
と共に熱媒体の成分・物性を調整するためのものであり
、同タンク１３には熱媒体流通路６内の熱媒体の成分・
物性と同等の熱媒体が収容されている。そして、その成
分調整タンク１３から導出された導出路２２の一端が、
冷却塔１２内にて循環路１６に接続されている。又、そ
の導出路２２の途中には開閉用のコック２３が設けられ
ている。

従って、水素自動車２への水素の補給充填に先立って、
成分調整タンク１３のコック２３を開くことにより、同
タンク１３内の熱媒体が循環路１６内へ封入され、これ
によって循環路１６内の熱媒体を貯蔵容器３における熱
媒体流通路６内の熱媒体の成分・物性と同等のものに調
整することができる。

次に、上記のように構成した充填装置の作用について説
明する。

まず、水素の補給充填に先立って、循環路１６内の熱媒
体の成分・物性を成分調整タンク１３内の熱媒体により
予め調整しておく。即ち、水素補給を行うべき貯蔵容器
３の熱媒体流通路６に合わせて、循環路１６内の熱媒体
の成分・物性を予め調整しておく。

このように、熱媒体が予め調整された状態において、水
素補給の行われる貯蔵容器３の熱媒体流通路６内に残る
熱媒体の物性が変化していてその交換を要する場合には
、水素補給に先立って熱媒体流通路６内の熱媒体を予め
廃棄しておく。

そして、第１図に示すように熱媒体流通路６の各プラグ
５ａ、５ｂを循環路１６の各プラグ１６ａ。

１６ｂにそれぞれ接続すると共に、水素導入路５のプラ
グ５ａを連結路１４のプラグ１４ａに接続する。このと
き、水素自動車２では、水素エンジンへの水素導出路８
のコック９を予め閉じておき、水素導入路５のコック７
を予め開いておく。

このように補給準備を完了して、冷却塔１２の各コック
１７，１Ｂを開くと共にポンプ１９を駆動させると、ｖ
ｔｉ環路１６内の熱媒体が、循環路１６と熱媒体流通路
６とにより形成された閉鎖系の通路を循環して流通する
。これによって、熱媒体流通路６内の熱媒体を新しく入
れ換えることができる。

熱媒体の入れ換えを行った後に、ポンプ１９を駆動させ
ながら冷却塔１２の冷却装置を起動させて水素タンク１
１のコック１５を開くと、水素タンク１１から連結路１
４、水素導入路５を介して容器本体４へ水素が供給され
る。そして、容器本体４内では、供給された水素が熱交
換反応に基いて金属水素化物に吸収される。即ち、金属
水素化物が水素化される。又、金属水素化物の水素化反
応に伴って発生する熱は熱媒体を介して容器本体４から
除去され、水素化反応が促進される。このようにして、
貯蔵容器３への水素の補給充填が行われる。

上記のようにこの実施例では、熱媒体を冷却塔１２にて
冷やしながら循環させることができるので、水素補給時
に水素化反応に伴って発生する熱を効率的に除去するこ
とができ、水素化反応を更に促進させて水素補給を迅速
に行うことができる。

又、熱媒体流通路６内の熱媒体を新しく入れ換えたこと
から、熱媒体の物性を所要のものにすることができる。

よって、水素補給を完了した後に貯蔵容器３からの水素
の放出を行う場合にも、熱媒体によって所要の加熱温度
を確保することができ、金属水素化物の熱交換反応に基
く水素の放出を効率良く安定して行うことができる。

一方、熱媒体流通路６内に残る熱媒体の物性変化が熱媒
体の交換を要しない程度のものである場合や、特に物性
が変化していない場合には、熱媒体流通路６内の熱媒体
を廃棄することなく、熱媒体流通路６の各プラグ６ａ、
６ｂを循環路１６の各プラグ１６ａ、Ｌ６ｂにそれぞれ
接続すると共に、水素導入路５のプラグ５ａを連結路１
４のプラグ１４ａに接続する。接続を完了して、冷却塔
１２の各コック１７．１８を開くと共にポンプ１９を駆
動させ、冷却塔１２の冷却装置を作動させると、循環路
１６内の熱媒体が循環路１６と熱媒体流通路６の間を循
環して流通する。この結果、熱媒体流通路６内の熱媒体
と循環路１６内の熱媒体とが混ざり合って所要の物性を
満足した熱媒体を得ることができる。

又、このような熱・媒体の循環に伴って水素タンク１１
のコック１５を開くと、水素タンク１１から連結路１４
、水素導入路５を介して容器本体４へ水素が供給される
。そして、容器本体４内では、供給された水素が熱交換
反応に基いて金属水素化物に吸収され、その水素化反応
に伴って発生する熱が加えられた熱媒体は容器本体４か
ら冷却塔１２へ送られて冷却される。

従って、水素補給時に水素化反応に伴って発生する熱を
効率的に除去することができ、水素化反応を更に促進さ
せて水素補給を迅速に行うことができる。

又、熱媒体流通路６と循環路１６との間で熱媒体を循環
させることから、熱媒体流通路６内の熱媒体がいくらか
損失していても、その損失分を補うことができる。

加えて、熱媒体流通路６や循環路１６の内部の洗浄を必
要とする場合には、両者６．１６内を予め空にした状態
で、洗浄剤タンク２０のコック２１を開いてポンプ１９
を駆動させると、洗浄剤が熱媒体流通路６及び循環路１
６を循環してそれらの洗浄を行うことができる。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜
に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記実施例では、一つの熱媒体流通路６を備えた
貯蔵容器３に対応して冷却塔１２には一つの循環路１６
を設けただけであったが、複数の熱媒体流通路を有する
貯蔵容器に対応して第２図に示すように複数（この場合
３本）の循環路１６を設けてもよい。

（２）前記実施例では、熱媒体流通路６や循環路１６の
内部の洗浄を行うための洗浄剤タンク２０等を設けたが
、第２図に示すようにそれらを省略して、熱媒体の劣化
防止及び各循環路１６内の劣化防止を行うために熱媒体
内の異物を除去するフィルタ２６を設け、そのフィルタ
２６の交換時期を検知するための圧力センサ２７を各循
環路１６の途中に設けてもよい。

（３）前記実施例では、水素補給時の熱媒体を循環させ
るためのポンプ１９を循環路１６の途中に設けたが、水
素自動車２に熱媒体循環用のポンプが設けられている場
合には、前記ポンプ１９を省略してもよい。

（４）前記実施例では、水素自動車２の水素充填装置に
具体化したが、この他に水素エンジンを駆動源とする船
舶、航空機等に具体化してもよい。

（５）前記実施例では、熱媒体として所定の油類を使用
したが、防錆剤や凍結防止剤の水溶液を使用したり、そ
れ以外の流体を使用してもよい。

（６）前記実施例では、一つの循環路１６に対して一つ
の成分調整タンク１３を接続したが、一つの循環路に対
して複数の成分調整タンクを接続し、各成分調整タンク
毎に成分・物性の異なる熱媒体を収容しておき、水素補
給を行うべき貯蔵容器側の熱媒体に合わせて使用する成
分調整タンクを変更するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、水素貯蔵容器へ
の水素補給に際して、その補給時間の短縮化を実現する
ことができ、熱媒体の物性の低下を防止することができ
ると共に熱媒体の損失を補うことができるという優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を水素自動車の水素光＠装置に具体化
した概略構成図、第２図はこの発明を具体化した別の実
施例の水素充填装置を示す概略構成図である。 図中、１は充填装置、３は貯蔵容器、４は容器本体、６
は熱媒体流通路、１２は冷却手段としての冷却塔、１３
は熱媒体供給手段としての成分調整タンク、１６は循環
路である。 特許出願人　　株式会社　豊田自動織機製作所新日本製
鐵　株式会社 代理人　弁理士　　恩　１）博　宣（ばか１名）ｍ−、
、、、、、、ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　熱交換反応に基いて水素ガスの吸収及び放出を行う
   金属水素化物を収容する容器本体と、その容器本体の金
   属水素化物との間で熱交換を行うために同容器本体内を
   経由して配設されると共に熱媒体を流通させる熱媒体流
   通路とを備えた水素貯蔵容器への水素充填を行うための
   水素充填装置において、 前記熱媒体流通路内の熱媒体を循環冷却するために前記
   熱媒体流通路に連結可能に設けられた循環路を有する冷
   却手段と、 前記循環路に連通して設けられ、前記熱媒体の物性と同
   等の熱媒体を供給するための熱媒体供給手段と を備えた水素充填装置。