JPH1064567A

JPH1064567A - 燃料電池用水素供給システム及び携帯用電気機器

Info

Publication number: JPH1064567A
Application number: JP8281188A
Authority: JP
Inventors: Koji Gamo; 孝治蒲生; Satoshi Kuranaka; 聡倉中; Yoshio Morita; 芳雄盛田; Yuzuru Suzuki; 譲鈴木; Mamoru Hamanishi; 衛浜西; Sadao Nagai; 貞雄永井
Original assignee: Suzuki Shokan Co Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Suzuki Shokan Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池用として水素吸蔵合金を充填したボ
ンベを用いる場合は、円筒形状であり、デッドスペース
が生じ、長時間使用、小型軽量化には不利である。【解決手段】燃料電池１と、その燃料電池１に水素ガ
スを供給するための直方体形状の水素吸蔵合金容器２
と、水素吸蔵合金容器２及び燃料電池１間の水素流通経
路に設けられた、水素吸蔵合金容器２と燃料電池１とを
脱着可能に接続する接続部３及び水素ガスの開閉を行う
ミニバルブ４及び水素ガスの圧力を調整する圧力調整器
５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にＯＡ機器など
の携帯用電気機器の電源として利用可能な固体高分子型
の燃料電池を用いる小型の燃料電池用水素供給システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料電池は水素などの燃料と酸
素とを化学反応させて化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換するため、高い発電効率を得ることができ、
又、機械的な駆動部が少ないため騒音が非常に小さく、
小型化も可能であるという性質がある。このような燃料
電池は、設置、運用が比較的簡単であるため分散型の電
力用電源から通信機器用電源等に用いられている。近
年、燃料電池と水素吸蔵合金とを組み合わせた燃料電池
システムがポータブル電源として使用されており、この
ような燃料電池システムは様々な構成が提案されている
（特開平６−７６８４８号公報、特開平６−６０８９４
号公報等）。

【０００３】ここで、燃料にはメタノール等の液体燃料
や、天然ガス、水素などの気体燃料が主に利用される
が、近年特に小型電源用の燃料としては、取り扱いが比
較的簡単な水素吸蔵合金が充填されたボンベに貯蔵した
水素が用いられる。例えば、特開平６−１５０９５５号
公報に記載された構成では、燃料電池に水素を供給する
水素吸蔵合金を充填したボンベを、燃料電池を収容した
電源本体と独立可搬構造の筐体に収容し、この筐体に、
燃料電池から発生する排ガスがボンベ周辺を通過するよ
うに排ガス導入部を設けている。この構成により、筐体
が電源本体と独立可搬構造であるため、ボンベを収容す
るためのスペース上の制約を受けず筐体の大型化を図る
ことができる。更に、燃料電池からの排ガスによりボン
ベの温度や圧力を上昇させて水素の供給を円滑にでき
る。

【０００４】また例えば、特開平４−１８１６５９号公
報に記載されているように、燃料電池システムの安全性
を高めるために、水素貯蔵手段としての水素吸蔵合金の
プラトー領域の上限における水素平衡圧力を、常圧で１
０ａｔｍ以下のものを用いた燃料電池システムがある。

【０００５】一方、ノートパソコン等の携帯用ＯＡ機器
は、小型軽量化、高性能化が著しく、その電源に用いる
二次電池も、より長時間使用、より小型軽量化の点か
ら、ニッケル・水素蓄電池やリチウムイオン二次電池な
どの高性能電池が搭載されるようになってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の二次電池では、これ以上の長時間使用、小型軽
量化には困難がある。そこで、燃料電池を携帯用ＯＡ機
器の電源に利用することが考えられる。ところが、燃料
として水素を用い、前述のような水素吸蔵合金を充填し
たボンベを用いる場合は、ボンベに高耐圧性が要求され
るため円筒形状などであり、デッドスペースが生じ、長
時間使用、小型軽量化には不利であるという課題があ
る。

【０００７】本発明は、従来の燃料電池のこのような課
題を考慮し、長時間使用が可能になり、小型軽量化がで
きる燃料電池用水素供給システムを提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、固体高分子型
の燃料電池と、その燃料電池に供給する水素を吸蔵させ
るための水素吸蔵合金を収納する直方体形状の密閉可能
容器と、密閉可能容器及び燃料電池間の水素流通経路に
設けられ、密閉可能容器と燃料電池とを脱着可能に接続
する接続部と、水素流通経路に設けられ、水素ガスの開
閉を行う弁機構と、水素流通経路に設けられ、水素ガス
の流量を制御する水素流量制御機構、及び／又は水素ガ
スの圧力を制御する水素圧力制御機構とを備えた燃料電
池用水素供給システムである。

【０００９】また本発明は、更に、密閉可能容器の、少
なくとも最も面積の広い対向する２つの面の間に、その
２つの面を支持するための少なくとも１つの支持部材を
有することにより、直方体形状である密閉可能容器の耐
圧性能を向上させている。

【００１０】また本発明は、本発明のいずれかの燃料電
池用水素供給システムにより発電した電力を駆動電源に
用いた携帯用電気機器である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明にかかる一実施の形態の燃
料電池用水素供給システムを用いた携帯用電池パックの
構成図である。図１において、本実施の形態の燃料電池
用水素供給システムは、燃料の水素と酸化剤の酸素とを
化学反応させて電気エネルギーを生成する高分子電解質
型燃料電池本体１、燃料の水素を貯蔵する水素吸蔵合金
が収納された密閉可能容器としての水素吸蔵合金容器
２、その水素吸蔵合金容器２に取り付けられた接続部
３、その接続部３に接続された配管６ａ、その配管６ａ
に接続された水素圧力制御機構としての圧力調整器５、
その圧力調整器５に接続された弁機構４、及びその弁機
構４に接続された配管６ｂにより構成され、その配管６
ｂの他端が高分子電解質型燃料電池本体１に接続されて
いる。ここで、接続部３、配管６ａ、圧力調整器５、弁
機構４、及び配管６ｂが水素流通経路を構成している。
また、接続部３は後述するように、水素吸蔵合金容器２
を配管６ａ、すなわち燃料電池１から脱着可能な構造を
持ち、水素の再充填、あるいは水素吸蔵合金容器２の取
り替え等を簡単に行える構成としている。

【００１３】尚、図示していないが、燃料電池１内の電
解質膜は乾燥すると化学反応を起こさなくなり発電でき
なくなるので、この電解質膜の乾燥を防止するために水
素流通経路の途中に、加湿装置を設けている。更に、燃
料電池１と水素吸蔵合金容器２との間で熱交換機能を持
たせるために、例えば１枚の銅板を燃料電池１及び水素
吸蔵合金容器２の両方の上面を覆うように接触させる。
このようにすれば、燃料電池１で発生した熱が水素吸蔵
合金容器２に伝わり、容器内の温度や圧力を上昇させる
ことになり、水素が燃料電池１に円滑に供給される。

【００１４】このように構成された燃料電池用水素供給
システムを、外部の空気を吸入するための吸入口８及び
排気ガスを排気するための排出口９が設けられた筐体１
０に収納し、その筐体１０内に燃料電池１の酸素極に酸
化剤としての空気を効率よく供給するためのファン７を
設けることにより小型のポータブル電池パックが構成さ
れる。この筐体１０は、燃料電池１の熱が外部に悪影響
を与えないように、断熱性が高く、耐熱性に優れたプラ
スチックのような材質が好ましい。又、ファン７により
吸入口８から入った空気は、燃料電池１の近傍及び水素
吸蔵合金容器２の近傍を通って排出口９から出ていく
が、この筐体１０内における空気の循環によって、燃料
電池１近傍を通って暖められた空気が、水素吸蔵合金容
器２近傍を通るときにそれを暖めるという熱交換に関し
て補助的な効果がある。

【００１５】図２は、本実施の形態の水素吸蔵合金容器
２の縦断面及び横断面図である。この水素吸蔵合金容器
２は、中空の直方体形状の容器本体２０１と、その容器
本体２０１内部に設けられた支持部材としてのステー２
０２と、接続部３を取り付けるための水素の出入口に固
着されたバルブ取付座２０３とから構成され、後に容器
本体２０１内部に水素吸蔵合金粉末が充填される。

【００１６】次に、容器本体２０１の大きさの決め方に
ついて、その一例を説明する。使用する水素吸蔵合金を
ＡＢ2型ラーベス合金とし、水素吸蔵量を１．７ｍａｓ
ｓ％、４０ｌ／１容器、水素圧力を約０．３ＭＰａａ
ｔ２５℃、常用圧力を＜１．０ＭＰａ、水素発生量を
２２２ｃｃ／ｍｉｎ、合金比重を６．５、合金充填率を
５５％とすると、４０ｌの水素吸蔵に必要な合金量は、
２５℃での１モルの水素の体積を２４．４５ｌとする
と、水素のモル数＝４０÷２４．４５＝１．６３６（モ
ル）となり、水素の重量＝１．６３６×２＝３．２７２
ｇとなる。

【００１７】従って、合金の重量＝３．２７２÷０．０
１７＝１９２．５ｇ、すなわち約２００ｇとなる。

【００１８】従って、４０ｌの水素吸蔵に必要な容器内
容積Ｘは、Ｘ＝２００÷（０．５５×６．５）＝５６ｃ
ｃである。この場合の容器の内寸法の一例としては、５
ｃｍ×７ｃｍ×１．６ｃｍで５６ｃｃとなる。ここで、
ＡＢ2 型Ｔｉ（Ｚｒ）−Ｍｎ系合金水素吸蔵合金は、組
成（主にＴｉ：Ｚｒ比）により連続的に水素平衡圧を変
えることができるので、使用する作動温度に合わせて１
０ｋｇ／ｃｍ² ｇ以下にすることができ、最適な水素吸
蔵合金を選定すれば、水素を円滑に供給しながら、燃料
電池システムの安全性を向上できる。

【００１９】上記の説明では、水素吸蔵合金としてＡＢ
2 型ラーベス合金を例に取り上げたが、６方晶ＡＢ5型
合金など、その他の水素吸蔵合金を用いてもよい。又、
ＡＢ2型ラーベス合金における水素平衡圧力と水素貯蔵
量との関係を図１１に示し、６方晶ＡＢ5 型合金におけ
る水素平衡圧力と水素貯蔵量との関係を図１２に示す。
図１１及び図１２は、ある温度における水素平衡圧力と
水素吸蔵量との関係を示すグラフであり、一般にＰＣＴ
線図と呼ばれるものである。また、水素吸蔵合金の水素
平衡圧は、３５℃で１．１ＭＰａ以下が望ましい。その
理由は、高圧ガス取締法では、移動可能なガス圧力容器
の限界圧力が使用時（ガス放出時）に３５℃で１０ｋｇ
／ｃｍ² ｇであること、および通常使用の温度範囲（す
なわち、０℃〜４５℃）のうち、４５℃では異常に高圧
となり、燃料電池でリークが発生し、燃料電池利用効率
が低下する。また電池筐体が破壊する恐れもある。従っ
て、３５℃で１．１ＭＰａ以下で常用使用温度で大気圧
以上が適当である。

【００２０】次に、容器本体２０１の材質としては、銅
系金属、鉄系合金、アルミニウム系金属、ステンレス鋼
等を用いることができ、耐久性の点からはステンレス鋼
がよく、コスト、強度面からは鉄系合金がよく、熱伝
導、溶接性の点からは銅系金属がよく、又、軽量化の点
からはアルミニウム系金属がよい。また、ステー２０２
は、容器を直方体形状としたことによる耐圧強度の不足
を補うためのもので、耐圧強度の最も弱い方向、すなわ
ち、直方体の辺の寸法の最も短い方向（面積の最も大き
な面同士）に取り付ける。この直方体形状によってボン
ベとしてのデッドスペースがほとんど無くなり、小型化
が可能となる。尚、図２の例では、ステー２０２を２本
としているが、容器本体２０１の耐圧強度が十分となる
任意の本数でよい。更に、容器の断面形状が正方形の四
角柱形状で耐圧強度が十分で有ればステーを特に用いる
必要がない。又、バルブ取付座２０３は、容器本体２０
１の側面に形成した円形の孔にはめ込み溶接により固着
する。この溶接及び容器本体２０１の溶接には、例え
ば、ティグ（Ｔｉｇ）溶接、アルゴン溶接、ブレージン
グ溶接等を用いればよい。

【００２１】図３は、容器本体２０１のバルブ取付座２
０３に接続部としての虫バルブコネクタを取り付けたと
きの一部断面図である。この虫バルブコネクタは、容器
本体２０１側のバルブ本体３０１と減圧弁（圧力調整
器）３０３側のプッシュ金具３０２とで１組となる。虫
バルブコネクタの詳細を図４に示す。図４において、バ
ルブ本体３０１は、異なる内径を持つ筒型形状で接続口
側の内面にはネジ溝４０８が設けられており、バルブ本
体内部を摺動可能な虫４０３、その虫４０３を接続口側
に付勢するスプリング４０２、虫４０３がスプリング４
０２により付勢されている状態のときに、穴４０５を遮
閉して水素吸蔵合金容器２からの水素放出を止める虫パ
ッキン４０６、及びプッシュ金具３０２を接続したとき
に水素の外部流出を防止するシートパッキン４０７など
から構成されている。また、プッシュ金具３０２は、孔
の接続側の端部４０１がテーパー状の筒型形状で外側に
ナット部４１０とネジ溝４０９が設けられている。

【００２２】いま、水素吸蔵合金容器２を燃料電池側と
接続する場合、プッシュ金具３０２をバルブ本体３０１
に徐々にねじ込んでいくと、プッシュ金具３０２の先端
４０１が虫４０３の端部４０４に当る。更にねじ込むと
虫４０３は、スプリング４０２の付勢力に抗して押し込
まれ、虫パッキン４０６とバルブ本体３０１との間に隙
間が生じ、虫４０３に形成されている穴４０５から水素
ガスが流出し、同時にプッシュ金具３０２の先端４０１
はシートパッキン４０７に押し当り外部への流出を防止
する。逆に水素吸蔵合金容器２を燃料電池側から取り外
す場合は、プッシュ金具３０２のネジを緩めることによ
り、プッシュ金具３０２の先端４０１が虫４０３の端部
４０４から離れ、スプリング４０２の付勢力により虫４
０３が元の位置まで戻されて虫パッキン４０６が虫４０
３の穴４０５を遮閉する。このように、接続部には水素
吸蔵合金容器の接続、取り外しに応じて自動的に開閉す
る自動開閉機能が設けられている。

【００２３】図５は、上記実施の形態において、接続部
として虫バルブコネクタの代わりにクイックコネクタを
用いた例を示す図であり、水素吸蔵合金容器２及び圧力
調整器５などの図は、いずれも上側の図が平面図を示
し、下側の図が側面図を示す。また、図６は、そのクイ
ックコネクタの詳細を示す図である。クイックコネクタ
の基本的構造は虫バルブコネクタ等のねじ込み式とほぼ
同様である。図６において、水素吸蔵合金容器２を燃料
電池側と接続する場合、プッシュ金具６０１をその先端
６０３がバルブ本体６０２内の虫６０４に軽く当るまで
移動させる（この場合、バルブ本体６０２側を移動させ
てももちろん良い）。そしてクランパー（図示省略）に
よってストッパー６０７の位置へ固定させる。このクラ
ンパーの操作によって、スプリング６０８の付勢力に抗
して虫６０４が押し込まれ、虫パッキン６０６とバルブ
本体６０２との間に隙間が生じ、虫６０４に形成されて
いる穴６０５から水素ガスが流出し、同時にプッシュ金
具６０１のＯリング６０９がバルブ本体６０２内壁に押
し付けられて外部への流出を防止する。逆に水素吸蔵合
金容器２を燃料電池側から取り外す場合は、クランパー
を解除する方向に操作すると、スプリング６０８の付勢
力により虫６０４が元の位置まで戻され、虫パッキン６
０６が穴６０５を塞いで水素ガスの流出が止まるので、
バルブ本体６０２とプッシュ金具６０１とをそのまま引
き離せばよい。

【００２４】また上記以外に、接続部の接続方式として
は、ラチェット式、Ｏリング式、スプリング式、ボール
ベアリング式等がある。要するに、接続部において、水
素吸蔵合金容器２を取り外した際に水素出入口が自動的
に遮閉され、水素吸蔵合金容器２を取り付けた際に水素
出入口が自動的に開放される自動開閉機能を持つ構成で
あればよい。

【００２５】図７は、本実施の形態における水素吸蔵合
金容器内部に設けられた水素導入用多孔体としての綿芯
を示す図であり、上側の図は一部断面を施した側面図を
示し、下側の図は一部断面を施した平面図を示す。図７
において、接続部はプッシュ継手７０５とバルブ７０４
との組合せで構成され、バルブ７０４の端部には合金粉
末流出防止機構としてのフィルタ７０３が設けられてい
る。更に、このフィルタ７０３から容器本体２０１内部
まで、水素の出入りがスムーズに行えるように水素導入
用多孔体としての綿芯７０１が設けられている。尚、上
述のフィルタ７０３の主要部は、孔径０．２〜２μｍ程
度の多孔質の焼結合金を用いており、この合金粉末流出
防止機構は、容器本体２０１内部に設ける構成としても
よい。

【００２６】次に図８は、本実施の形態における圧力調
整器（例えば図３の３０３）の内部構造を示す断面図で
ある。この圧力調整器はピストン８０３の変位とスプリ
ング８０４の付勢力とのバランスによって、入口８０１
側の水素圧力の変化に対して出口８０２側の水素圧力を
入口８０１側より低い一定圧力に保持する。ここで、水
素圧力制御機構の水素流出側圧力は大気圧〜０．４ＭＰ
ａであることが望ましい。この理由は、大気圧以上でな
いと、燃料としての水素を燃料電池に供給できない。一
方、０．４ＭＰａ以上では、燃料電池極に耐圧構造を必
要とし、重量的、価格的に不利であり、また燃料電池効
率も低下する。また、水素流量の変動も大きく、電気出
力変動が安定しにくい。従って、上記範囲が適当であ
る。

【００２７】図１３に、圧力調整器の別の一例として、
ピストン式２ステージ型圧力調整器を示す。図１３にお
いて、水素ガスは入口１２０４から流入し、出口１２０
５へ流出するが、このとき圧力調整器は以下のように動
作する。ピストン１２０１のスプリング１２０３により
押さえられた弁シート１２０２に抗しガスが流入する
と、そのガスはピストン１２０１の内部を通り２次側寄
りの断面積の大きなピストン側へ入る。そうすると、ピ
ストン１２０１全体が弁シート１２０２を押さえ、１次
側ガスが流れ込まないように動く。大きなピストン側の
ガスが出口より出て圧力が下がると、再び１次側ガスが
弁シート１２０２を押して流れ込む。この動作がごく短
時間に繰り返されることにより２次側圧力が一定に調整
される。ピストン１２０１に設けられた各Ｏリング１２
０６はガス流出を防止する。ここで、１次圧力と２次圧
力の兼ね合いは、スプリング１２０３の強さ、ピストン
１２０１の断面積比で決まる。何段（ステージ数）にす
るかは、１次圧力と２次圧力との差や調整精度によって
決められ、ステージ数が多いほど２次圧の調整精度が向
上する。

【００２８】次に、図９は、本実施の形態における弁機
構であるミニバルブ（例えば図１の４）の一例を示す図
である。このミニバルブでは、バルブ本体９０１外部に
あるハンドル９０２を操作することによりスピンドル９
０６が回転して入口９０４及び出口９０５間の流路の開
閉が行われる。又、この流路の開閉状態は開閉指示板９
０３により確認できる。

【００２９】図１４に、弁機構の別の一例としてストレ
ートバルブを示す。図１４において、固定ステム１３０
３に対して、開閉ステム１３０４はレバー１３０５を右
図のように操作することにより回動する。この操作によ
り固定ステム１３０３の穴１３０６と開閉ステム１３０
４の穴１３０７とが通じたり閉じたりして、ガスが入口
１３０１から出口１３０２へ流出したり止まったりす
る。また、Ｏリング１３０８はガスの外部等への流出を
防止する。

【００３０】次に、本実施の形態における水素吸蔵合金
容器の製造方法について説明する。図１０に示すよう
に、容器本体に用いる金属板を所望の寸法に切断した
後、プレス加工を行って上下２つのコの字状の部材１０
０１，１００２を形成し、ステー１００５を設ける位置
に穴開け加工を施す。ここで、ステー１００５は、一方
の端部が部材１００１の厚さの寸法に相当する長さだけ
他の部分よりも径が細くなった円筒形状をしている。そ
して部材１００１の穴１００３は、ステー１００５の細
い径の部分を挿入できる大きさとし、もう一方の部材１
００２の穴１００４は、ステー１００５の太い径の部分
を挿入できる大きさとする。

【００３１】次に、２つの部材１００１，１００２の端
部同士を接触させ、穴１００４からステー１００５を挿
入してその細い径の部分を穴１００３に挿入する。その
後、部材１００１，１００２の接触部分１００６及び穴
１００３，１００４とステー１００５との接触部分１０
０６を、例えばＴｉｇ溶接によって溶接する。このよう
にして両端部が開口した四角筒形状としたものを、更
に、それぞれの開口部に開口部に合わせて切断した金属
板を当てて、Ｔｉｇ溶接を行うことにより密閉容器が完
成する。尚、ここでは、水素ガスの出入口の取り付け方
については説明しなかったが、これは、例えば、図２に
示すように、バルブ取付座２０３用の取り付け穴を開け
ておき、バルブ取付座２０３を挿入してから部材とバル
ブ取付座２０３との接触部分をＴｉｇ溶接により溶接す
ればよい。

【００３２】本実施の形態において、燃料電池１からは
反応する際に熱が発生し、他方、水素吸蔵合金容器２は
水素ガスが流出する際に吸熱して冷却されるが、水素吸
蔵合金は温度が低下し過ぎると水素を放出しなくなる。
そこで、燃料電池１及び水素吸蔵合金２間の熱交換を行
うために、それら燃料電池１及び水素吸蔵合金容器２の
間に、その両方に接触するように熱伝導板、ヒートパイ
プ等を設けて、燃料電池１から発生する熱を水素吸蔵合
金容器２へ伝導させ、水素吸蔵合金容器２を加熱する構
成としてもよい。また、燃料電池１及び水素吸蔵合金容
器２を積み重ね、相互に熱交換可能に接触させた構成で
もよい。またこの場合、伝導によらず、直接接触、輻
射、あるいはファンなどによる送風によって加熱する構
成としてもよい。上記の熱伝導板としては前述した銅板
の他にアルミニウム板等でもよく、更に、水素吸蔵合金
容器２を交換するときに、容器を脱着し易いようにその
熱伝導板を上下に開閉できる構成にするとよい。また、
熱交換機能を実現するためにヒートパイプを用いる場
合、ヒートパイプは少ない温度勾配でも熱の輸送ができ
るので、水素吸蔵合金容器２が常温よりも高い温度で作
動する場合、特に燃料電池１とほとんど同じ温度で作動
するときに効果が上がる。

【００３３】又、熱交換の方法としては、その他に、燃
料電池１及び水素吸蔵合金容器２の両者を通過する熱媒
体用の配管を接触配置し、その配管内に水、フッ素系不
活性液体（フロリナート）、シリコーンオイルなどの熱
媒体を充填してポンプなどにより循環させる構成などで
もよい。この場合に、熱媒体の循環速度は、水素吸蔵合
金容器２が常温より高い温度で作動する場合は速く行
い、逆に水素吸蔵合金容器２が常温より低い温度で作動
する場合は遅く行う。このように熱媒体の循環速度を作
動温度に応じて調節することにより、水素吸蔵合金容器
２の作動温度に適した熱交換が可能となる。

【００３４】図１５は、本発明にかかる別の実施の形態
の燃料電池用水素供給システムを用いた携帯用電池パッ
クの構成図である。図１５において、本実施の形態の燃
料電池用水素供給システムは、燃料の水素と酸素とを化
学反応させて電気エネルギーを生成する高分子電解質型
燃料電池本体１、燃料の水素を貯蔵する水素吸蔵合金が
収納された密閉可能容器としての水素吸蔵合金容器２、
その水素吸蔵合金容器２に取り付けられた接続部３、そ
の接続部３に接続された配管６ａ、その配管６ａに接続
された水素圧力制御機構としての圧力調整器５、その圧
力調整器５に接続された弁機構４、及びその弁機構４に
接続された配管６ｂにより構成され、その配管６ｂの他
端が高分子電解質型燃料電池本体１に接続されている。
本実施の形態が前述の図１の実施の形態と異なる点は、
燃料電池１及び水素吸蔵合金容器２を同一面上に配置す
る代わりに、上下に積み重ねて接触させて配置した点で
あり、基本的な構成は図１と同様である。この構成によ
り、上述したように、相互に熱交換が可能であり、この
上下に配置した構成の場合の方が、前述の実施の形態に
よる横に並べて配置した場合よりも熱交換の効率が良く
なる。

【００３５】以上のように、本実施の形態の燃料電池用
水素供給システムによれば、動作温度、容器圧力の点か
ら安全であり、デッドスペースが少ないため小型コンパ
クトであり、長時間使用が可能となり（例えば、連続３
時間から５時間へ）、高エネルギー密度が達成でき、リ
ン酸型燃料電池に比較して負荷変動に対して対応が速く
なり、使用温度範囲も広く（０℃以下でも可能）、適用
できる電気機器の規模の大小なども問われない。

【００３６】図１６は、本発明にかかる別の実施の形態
の燃料電池用水素供給システムを用いた携帯用電池パッ
クの構成図である。図１６において、直方体形状の水素
吸蔵合金収納容器２の対向した２つの面が、長軸（長
辺）方向に連続した（板状の）ステー２０２で支持され
た構造例である。上記例では内部が２室に分離された構
成を有している。連続ステー２０２は容器壁２０４と同
一材料を使った一体化構造でもよいし、別部材でも良
い。形成法としては、掘り下げ切削加工法や、金型を作
り鋳込む方法等がある。２つに分離した各部屋は容器壁
２０４とステー２０２との隙間、すなわち水素導通孔２
０５によりつながっている。もちろん、２枚以上のステ
ー２０２で３つ以上の部屋が形成されていてもよい。そ
の場合もそれらの部屋はつながっている。

【００３７】図１７は、本発明にかかる別の実施の形態
の燃料電池用水素供給システムを用いた携帯用電池パッ
クの構成図である。図１７において、本実施の形態は前
実施の形態の改良型であって、前記水素導通孔２０５に
水素のみを通過させるためのフィルタ２０６を配置した
例である。これによって、水素吸蔵合金粉末の室間での
流動を抑えることが出来る。なお、３つ以上の部屋を形
成した場合、フィルタ２０６は各ステー２０２毎に取り
付けても良いし、水素の出入口に面した部屋を形成する
ステー２０２だけに取り付けられていてもよい。

【００３８】図１８は、本発明にかかる別の実施の形態
の燃料電池用水素供給システムを用いた携帯用電池パッ
クの構成図である。図１８に示す本実施の形態では、直
方体形状の水素吸蔵合金収納容器２の対向した２つの面
が、短軸（短辺）方向に連続した（板状の）ステー２０
２で支持された構造例である。上記例では内部が３室に
分離された構成を有している。本実施の形態では、上記
隙間を設けず、その代わり、各ステー２０２には、それ
らの少なくとも一部に水素ガスの導通が可能な焼結合金
フィルタを使用している。なお、各部屋内に、銅、アル
ミニウムのような熱伝導性の優れた網を配設することに
よって、発生する熱を積極的に伝導させることも出来
る。

【００３９】従って、本発明による燃料電池用水素供給
システムは、応用範囲が広いため、小型化、長時間使用
がますます要求される携帯用電気機器、特にノートパソ
コン、ノートワープロ等に代表される可搬型あるいは携
帯用ＯＡ機器の電源として最適である。又、燃料電池１
が発生する熱は、水素吸蔵合金が水素を放出する際の吸
熱反応により吸収されるため、外部に出る余分な排熱が
少なくなるので、各種の電気機器の内蔵電源として使用
する場合に、その電気機器への熱的な悪影響を防止でき
る。

【００４０】次に、上述した燃料電池用水素供給システ
ムを内蔵したポータブル電池パックを電源に用いる本発
明の別の実施の形態の携帯用電気機器としてノートパソ
コンを一例に説明する。燃料電池をノートパソコンの電
源、特に内蔵電源のバッテリーパックとして利用する場
合、従来のニッケル・水素蓄電池などの二次電池と同様
に以下の点が要求される。（ａ）排気ガスがクリーンであること。燃料として水素
を用いており、水素と酸素とを反応させて電気を発生す
るので、反応生成物は水のみであり、ＣＯ₂，ＮＯ_Xなど
の有害ガスが発生しない。（ｂ）取り扱いが簡単であること。固体高分子型燃料電
池を用いているので、りん酸型燃料電池等のような高温
を必要とせず、常温で使用可能である。又、自動制御装
置を搭載し、起動ボタン（パソコンの電源ボタンと連動
させておけばよい）を押すだけで後は全自動動作する。
すなわち、取り扱い上は通常の二次電池と何等変わらな
い。（ｃ）騒音がないこと。燃料電池自体は化学反応により
発電しているので騒音はないが、燃料電池に酸素を送る
のにファンを用いるため騒音が発生する。しかし、ファ
ンに低騒音型のものを採用すれば実用上問題はない。（ｄ）安全であること。水素吸蔵合金に水素を貯蔵して
使用するので、使用圧力を低く抑えることができ、安全
性が高い。（ｅ）サイズがコンパクトであること。水素吸蔵合金容
器の形状を直方体形状としているので、従来の円筒形状
等のようにデッドスペースがほとんどなくスペースを有
効に利用できる。又、従来の二次電池に比べて使用時間
を長くできる。（ｆ）繰り返し使用が可能であること。水素吸蔵合金容
器は接続部で簡単に脱着できるので、水素を吸蔵させた
予備の水素吸蔵合金容器と取り替えるか、あるいは空の
水素吸蔵合金容器に水素を再充填して使用すればよい。（ｇ）電気特性が良好なこと。燃料電池自体は他の電池
と同様に、負荷変動による電圧変動、経時変化などが生
じるが、これはＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いて電圧を
安定化すればよい。

【００４１】以上のことから、従来のニッケル・水素蓄
電池などの二次電池を用いたバッテリーパックと同様の
大きさ、形状とした燃料電池用水素供給システムを内蔵
したポータブル電池パックを作製すれば、通常のノート
パソコンの内蔵電源として十分利用可能である。

【００４２】なお、上記実施の形態では、圧力調整器に
よる水素圧力制御機構を水素流通経路に設ける構成とし
たが、これに代えて、例えばオリフィスの径サイズを調
節する方式等の水素流量制御機構を設ける構成としても
よい。あるいは又、水素圧力制御機構及び水素流量制御
機構の両方を設ける構成としてもよい。

【００４３】また、上記実施の形態では、支持部材とし
てのステーは丸棒形状としたが、これに限らず、例えば
表面に凹凸、フィンなどの表面積を増大させる形状を設
けて、熱交換機能を有する形状としてもよい。

【００４４】また、上記実施の形態では、密閉可能容器
の内表面及び外表面を平坦な金属板で構成したが、これ
に限らず、内表面又は外表面、あるいは両表面に凹凸等
を設けて熱交換機能、機械的強度の向上を計ってもよ
い。あるいは又、熱交換機能の向上のために、内表面又
は外表面、あるいは両表面にフィンを設けてもよい。

【００４５】また、上記実施の形態では、接続部におけ
るシール方式として主としてＯリングを用いる構成とし
たが、これに限らず、一般的なパッキンを用いてもよ
い。またこの場合、Ｏリングあるいはパッキンを設ける
部分は、溝を形成してもよく、あるいは又平面当りとし
てもよい。

【００４６】また、上記実施の形態では、Ｏリングを設
ける側面は円筒形であったが、これに限らず、円錐形側
面であってもよい。

【００４７】また、上記実施の形態では、携帯用電気機
器としてノートパソコンを例に説明したが、これに限ら
ず、例えばテレビ、ハンドランプ、ラジオ等、他の電気
機器にも応用可能である。また、この場合、内蔵電源と
して用いても良いし、別置き電源として用いてもよい。
別置き電源として使用する場合は、燃料電池用水素供給
システム全体の大きさの制限が緩和されるため、大容量
化が可能であり、屋外の撮影照明、工事用電源、非常用
電源、アウトドアライフ等の発電装置として、従来の燃
料電池システムを用いたものより小型化が図れる。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、燃料電池に供給する水素を吸蔵させるための水
素吸蔵合金を収納する直方体形状の密閉可能容器と、密
閉可能容器及び燃料電池間の水素流通経路に設けられ、
密閉可能容器と燃料電池とを脱着可能に接続する接続部
と、水素流通経路に設けられ、水素ガスの開閉を行う弁
機構と、水素流通経路に設けられ、水素ガスの流量を制
御する水素流量制御機構、及び／又は水素ガスの圧力を
制御する水素圧力制御機構とを備えているので、長時間
使用が可能になり、小型軽量化ができるという長所を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施の形態の燃料電池用水素
供給システムを用いた携帯用電池パックの構成図であ
る。

【図２】同図（ａ）は、同実施の形態における水素吸蔵
合金容器の縦断面図、同図（ｂ）は、その横断面図であ
る。

【図３】同実施の形態における水素吸蔵合金容器に取り
付けた接続部を示す一部断面図である。

【図４】同接続部の機能を説明するための断面図であ
る。

【図５】同実施の形態における水素吸蔵合金容器を接続
部で分離した状態を示す図である。

【図６】同実施の形態における水素吸蔵合金容器を接続
部で接続した状態を示す図である。

【図７】同実施の形態における水素吸蔵合金容器内部に
設けられた綿芯の様子を示す図である。

【図８】同実施の形態における水素圧力制御機構の内部
を示す断面図である。

【図９】同実施の形態におけるミニバルブを示す図であ
る。

【図１０】同実施の形態における水素吸蔵合金容器のス
テーの加工方法を示す組立図である。

【図１１】ＡＢ2型ラーベス合金における水素吸蔵合金
の水素平衡圧力と水素貯蔵量の関係を示す図である。

【図１２】６方晶ＡＢ5型合金における水素吸蔵合金の
水素平衡圧力と水素貯蔵量の関係を示す図である。

【図１３】同実施の形態における圧力調整器の別の一例
のピストン式２ステージ型圧力調整器の断面図である。

【図１４】同実施の形態における弁機構の別の一例のス
トレートバルブを示す断面図である。

【図１５】本発明にかかる別の実施の形態の燃料電池用
水素供給システムを示す構成図である。

【図１６】本発明にかかる別の実施の形態の水素吸蔵合
金容器を示す図であって、同図（ａ）は、同実施の形態
における水素吸蔵合金容器の縦断面図、同図（ｂ）は、
その横断面図である。

【図１７】本発明にかかる別の実施の形態の水素吸蔵合
金容器を示す図であって、同図（ａ）は、同実施の形態
における水素吸蔵合金容器の縦断面図、同図（ｂ）は、
その横断面図である。

【図１８】本発明にかかる別の実施の形態の水素吸蔵合
金容器を示す図であって、同図（ａ）は、同実施の形態
における水素吸蔵合金容器の縦断面図、同図（ｂ）は、
その横断面図である。

【符号の説明】

１高分子電解質型燃料電池本体２水素吸蔵合金容器３接続部４ミニバルブ５圧力調整器７ファン２０２ステー（支持部材）２０５隙間３０１、６０２バルブ本体３０２、６０１プッシュ金具４０２、６０８スプリング４０３、６０４虫４０６、６０６虫パッキン７０１綿芯７０３フィルタ７０５プッシュ継手８０３、１２０１ピストン９０２ハンドル９０３開閉指示板１２０２弁シート１３０３固定ステム１３０４開閉ステム１３０５レバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者盛田芳雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鈴木譲東京都千代田区麹町３丁目１番地株式会社鈴木商館内 (72)発明者浜西衛東京都千代田区麹町３丁目１番地株式会社鈴木商館内 (72)発明者永井貞雄東京都千代田区麹町３丁目１番地株式会社鈴木商館内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体高分子型の燃料電池と、その燃料電
池に供給する水素を吸蔵させるための水素吸蔵合金を収
納する直方体形状の密閉可能容器と、前記密閉可能容器
及び前記燃料電池間の水素流通経路に設けられ、前記密
閉可能容器と前記燃料電池とを脱着可能に接続する接続
部と、前記水素流通経路に設けられ、水素ガスの開閉を
行う弁機構と、前記水素流通経路に設けられ、水素ガス
の流量を制御する水素流量制御機構、及び／又は水素ガ
スの圧力を制御する水素圧力制御機構とを備えたことを
特徴とする燃料電池用水素供給システム。
【請求項２】密閉可能容器は、少なくとも最も面積の
広い対向する２つの面の間に、その２つの面を支持する
ための少なくとも１つの支持部材を有することを特徴と
する請求項１記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項３】弁機構及び、水素流量制御機構、及び／
又は水素圧力制御機構は、前記接続部より前記燃料電池
側に設けられていることを特徴とする請求項１、又は２
記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項４】熱交換機能を持つように、前記支持部材
が凹凸などの表面積を増大させる形状を有することを特
徴とする請求項２記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項５】密閉可能容器の外表面及び／又は内表面
には、凹凸あるいはフィン機構を有することを特徴とす
る請求項１、又は２記載の燃料電池用水素供給システ
ム。
【請求項６】燃料電池から発生する熱を利用して前記
密閉可能容器を加熱するための熱交換機構を有すること
を特徴とする請求項１、又は２記載の燃料電池用水素供
給システム。
【請求項７】水素吸蔵合金が前記密閉可能容器から流
出することを防止する合金粉末流出防止機構が、前記密
閉可能容器の内部に設けられていることを特徴とする請
求項１、又は２記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項８】水素吸蔵合金が前記密閉可能容器から流
出することを防止する合金粉末流出防止機構が、前記密
閉可能容器と前記接続部との間の水素流通経路に設けら
れていることを特徴とする請求項１、又は２記載の燃料
電池用水素供給システム。
【請求項９】密閉可能容器の内部に、前記水素流通経
路に通じる水素導入用多孔体を有することを特徴とする
請求項１、又は２記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項１０】水素吸蔵合金の放出時の水素平衡圧
が、３５℃で１．１ＭＰａ以下であることを特徴とする
請求項１、又は２記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項１１】弁機構は、前記接続部での接続時に開
となり、前記接続部での取り外し時に閉となる自動開閉
機能を有することを特徴とする請求項１、又は２記載の
燃料電池用水素供給システム。
【請求項１２】接続部が、前記弁機構を内蔵している
ことを特徴とする請求項１１記載の燃料電池用水素供給
システム。
【請求項１３】弁機構が、押し込み式弁からなること
を特徴とする請求項１１記載の燃料電池用水素供給シス
テム。
【請求項１４】水素圧力制御機構の水素流出側圧力が
大気圧〜０．４ＭＰａであることを特徴とする請求項
１、又は２記載の燃料電池用水素供給システム。
【請求項１５】密閉可能容器が、ティグ溶接、アルゴ
ン溶接、ブレージング溶接のいずれかの方法で製造され
ていることを特徴とする請求項１、又は２記載の燃料電
池用水素供給システム。
【請求項１６】支持部材は、板状のものであることを
特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の燃料電池
用水素供給システム。
【請求項１７】請求項１〜１６のいずれかの前記燃料
電池用水素供給システムにより発電した電力を駆動電源
に用いたことを特徴とする携帯用電気機器。