水素供給装置、エネルギー供給システムおよび水素貯蔵カートリッジ
【課題】 高い効率で水素またはエネルギーを供給する水素供給装置、エネルギー供給システムおよびこれらに用いられる水素貯蔵カートリッジを提供する。
【解決手段】 水素貯蔵カートリッジ（２）を保持し、電力の供給を受けて水素貯蔵カートリッジ（２）を加熱する複数の加熱装置（Ｃ１−Ｃｎ）を有する保持部（３１）と、複数の加熱装置（Ｃ１−Ｃｎ）への電力の供給を制御する制御部（３３）と、水素の供給量を算出するための物理量を検出し、制御部（３３）に検出値を入力する感知部（３４）と、を備え、制御部（３３）は水素の供給状態を把握し、水素貯蔵カートリッジ（２）から水素を放出するための加熱条件を、加熱部位を変更することによって制御する。
【解決手段】 水素貯蔵カートリッジ（２）を保持し、電力の供給を受けて水素貯蔵カートリッジ（２）を加熱する複数の加熱装置（Ｃ１−Ｃｎ）を有する保持部（３１）と、複数の加熱装置（Ｃ１−Ｃｎ）への電力の供給を制御する制御部（３３）と、水素の供給量を算出するための物理量を検出し、制御部（３３）に検出値を入力する感知部（３４）と、を備え、制御部（３３）は水素の供給状態を把握し、水素貯蔵カートリッジ（２）から水素を放出するための加熱条件を、加熱部位を変更することによって制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱により水素を吸蔵放出する水素貯蔵体を用いて、水素またはエネルギーを供給する水素供給装置、エネルギー供給システムおよび水素貯蔵カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コイルの電磁誘導を用いた加熱方法により水素を放出させ供給するシステムが知られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載される水素生成装置は、炭化水素化合物を含有する原料を封入した水素ガス生成筒内に、ニッケル製の発熱体を有する発熱部を設け、コイルの電磁誘導により発熱体を加熱し、原料を熱分解させて水素ガスを生成している。このような水素生成装置により、触媒を不要にし、加熱までの起動時間を短縮している。
【０００４】
また、特許文献２に記載される水素貯蔵・供給システムは、ベンゼン等の水素貯蔵体またはシクロヘキサン等の水素供給体を収納する原料貯蔵タンクと、ニッケル多孔質体等の触媒を収納する筒状体と、原料を供給するコンプレッサと、水素が伴う液滴を分離する熱交換器および活性炭等と、液化したベンゼンやシクロヘキサンを回収する回収タンクと、触媒を加熱する電磁誘導コイルとから構成されており、水素貯蔵体の水素化反応または水素供給体の脱水素反応を利用して、水素の貯蔵または供給を行なっている。この水素貯蔵・供給システムにおいて、電磁誘導コイルは、ニッケル多孔質体等の触媒を高周波誘導により加熱可能なように構成されている。このような水素貯蔵・供給システムにより、家庭内の電力の負荷変動に迅速にリスポンスできる燃料電池システムを構成することを可能にしている。
【特許文献１】特開２００３−２０６１０２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２１２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の水素供給装置では、すでに水素が放出された部分を含め、水素貯蔵容器内の水素貯蔵体全体を一様に加熱するため、供給した熱が無駄に消費され、熱効率が低下する。すなわち、水素の放出に用いられるエネルギーの効率が低下する。
【０００６】
一方、近年、環境問題等の要請から、水素エネルギーを利用するシステムの需要が高まっている。特に、水素エンジンや燃料電池を利用した発電システム、それを応用した家庭用コジェネレーションシステム、水素自動車、燃料電池自動車等には、高効率な水素供給装置が求められている。
【０００７】
本発明は、高い効率で水素またはエネルギーを供給する水素供給装置、エネルギー供給システムおよびこれらに用いられる水素貯蔵カートリッジ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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る水素供給装置は、水素貯蔵カートリッジを保持し、電力の供給を受けて前記水素貯蔵カートリッジを加熱する複数の加熱装置を有する保持部と、前記複数の加熱装置への電力の供給を制御する制御部と、水素の供給量を算出するための物理量を検出し、前記制御部に検出値を入力する感知部と、を備え、前記制御部は前記水素の供給状態を把握し、前記水素貯蔵カートリッジから水素を放出するための加熱条件を、加熱部位を変更することによって制御することを特徴としている。
【０００９】
このように、本発明の水素供給装置は、水素の供給状態を把握し、供給量が所定量以下になったときには水素貯蔵カートリッジを加熱することによって水素を供給する。この際、水素貯蔵体の加熱を有効に行うために、水素貯蔵カートリッジの加熱位置を変更することが可能である。これにより、すでに水素を放出し終えた水素貯蔵体の加熱を防ぎ、水素を放出することが可能な水素貯蔵体を加熱して、高い効率で水素を供給することができる。
【００１０】
また、本発明の水素供給装置は、前記加熱装置が、交流電流を供給したときに交番磁界を発生させるコイルを備えることを特徴としている。これにより、誘電加熱で直接に容器または水素貯蔵体等を発熱させることができ、水素放出に用いられるエネルギーの損失を低減することができる。その結果、さらに高効率に水素を供給させることができる。
【００１１】
また、本発明の水素供給装置は、前記加熱装置が、電熱ヒータであることを特徴としている。これにより、水素貯蔵カートリッジを構成する部材のすべてが絶縁体である場合であっても、熱伝導により水素貯蔵体を加熱することができる。また、比較的に簡易な設計で水素供給装置を構成することができる。
【００１２】
また、本発明のエネルギー供給システムは、上記の水素供給装置と、前記水素供給装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジに伝える熱伝導部と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
このように、本発明のエネルギー供給システムは、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明のエネルギー供給システムは、上記の水素供給装置と、都市ガスの配管に接続され、前記配管から供給された都市ガスを水素に改質し供給するガス改質装置と、前記水素供給装置または前記ガス改質装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジおよび前記ガス改質装置の少なくとも一方に伝える熱伝導部と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
このように、本発明のエネルギー供給システムは、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出、またはガス改質装置における水素ガスへのガスの改質に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、前記水素貯蔵体を収容する導電体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
これにより、コイルに交流電流を供給して導電体の水素貯蔵容器に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵容器を発熱させることができる。したがって、水素貯蔵体が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な導電体の水素貯蔵体と、前記水素貯蔵体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
これにより、コイルに交流電流を供給して導電体の水素貯蔵体に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵体を発熱させることができる。したがって、熱伝導によらず水素貯蔵体を直接加熱することができ、さらに高効率に水素を供給することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱し、前記水素貯蔵体を加熱する導電体と、前記水素貯蔵体および前記導電体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
これにより、コイルに交流電流を供給してカートリッジ内の導電体に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、導電体を発熱させることによって水素貯蔵体を加熱することができる。したがって、水素貯蔵容器および水素貯蔵体の両方が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００２２】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、前記水素貯蔵体に混合される複数の導電性を有する粉粒体と、前記水素貯蔵体および前記粉粒体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２３】
これにより、コイルに交流電流を供給して導電性を有する粉粒体に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵容器２２を発熱させることができる。したがって、水素貯蔵容器２２および水素貯蔵体の両方が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００２４】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱する発熱体と、体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体とを収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２５】
このように、水素貯蔵容器は、体積抵抗率と比透磁率との積が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００２６】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱する発熱体と、実質的にアルミニウムまたは銅により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２７】
このように、水素貯蔵容器は、銅やアルミニウムのように体積抵抗率または比透磁率が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００２８】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、体積抵抗率と比透磁率との積が０．３μΩｍ以上である材料により形成され、誘導加熱により発熱する発熱体と、体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２９】
このように、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、非常に小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００３０】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱する発熱体と、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備え、前記発熱体の体積抵抗率をρ１、比透磁率をμ１とし、前記水素貯蔵容器の体積抵抗率をρ２、比透磁率をμ２とするとき、（ρ１×μ１）／（ρ２×μ２）≧１０であることを特徴としている。
【００３１】
このように、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、１／１０以上小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る水素供給装置によれば、すでに水素を放出した水素貯蔵体へ供給する熱量を低減させ、水素の放出に用いられるエネルギーに対して、高い効率で水素を供給させることができる。
【００３３】
また、本発明に係る水素供給装置によれば、誘電加熱で直接に容器または水素貯蔵体等を発熱させることができ、水素放出に用いられるエネルギーの損失を低減することができる。その結果、さらに高効率に水素を供給させることができる。
【００３４】
また、本発明に係る水素供給装置によれば、水素貯蔵カートリッジを構成する部材のすべてが絶縁体である場合であっても、熱伝導により水素貯蔵体を加熱することができる。また、比較的に簡易な設計で水素供給装置を構成することができる。
【００３５】
また、本発明に係るエネルギー供給システムによれば、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００３６】
また、本発明に係るエネルギー供給システムによれば、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出、またはガス改質装置における水素ガスへのガスの改質に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００３７】
また、本発明に係る水素貯蔵カートリッジによれば、コイルに交流電流を供給して導電体の水素貯蔵容器２２に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵容器２２を発熱させることができる。したがって、水素貯蔵体が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００３８】
また、本発明に係る水素貯蔵カートリッジによれば、熱伝導によらず水素貯蔵体を直接加熱することができ、さらに高効率に水素を供給することが可能になる。
【００３９】
また、本発明に係る水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器および水素貯蔵体の両方が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００４０】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器は、体積抵抗率と比透磁率との積が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００４１】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器は、銅やアルミニウムのように体積抵抗率または比透磁率が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００４２】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、非常に小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００４３】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、１／１０以上小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００４５】
（実施形態１）
図１は、エネルギー供給システム１の構成図である。図１に示すように、エネルギー供給システム１は、水素貯蔵カートリッジ２、水素供給装置３、水素流通管４、ホルダ５、ガス改質装置６、都市ガス供給管７、水素供給管８、水素エンジン９、および水蒸気流通管１０により構成されている。なお、一般的技術としてガス経路上にはガスの流通のためにバルブを設けるが、ここでは図面上バルブを省略して表している。
【００４６】
図２は、水素貯蔵カートリッジ２の断面図である。水素貯蔵カートリッジ２は、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体２１と、水素貯蔵体２１を収容する水素貯蔵容器２２とを備えている。水素貯蔵体２１の材料には、導電性を有するものとして、Ｌａ−Ｎｉ系、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｖ系などの水素吸蔵合金やカーボンナノチューブなどのカーボン系材料があげられる。一方、絶縁体の材料として、ＮａＡｌＨ４などアラネート系材料、リチウム系材料等が用いられる。
【００４７】
水素貯蔵容器２２は、気密な構造を有しており、使用される水素貯蔵体２１の特性に応じて適当な温度、圧力に耐えうる材料および形状が選ばれる。図２に示される水素貯蔵容器２２の外形は、円筒形状であるが、角の丸い四角柱の形状としてもよい。
【００４８】
水素供給装置３が誘導加熱の方式をとる場合には、水素貯蔵体２１および水素貯蔵容器２２の少なくともいずれか一方の材料を、導電体とする。これにより、コイルに交流電流を供給して導電体に交番磁界を発生させ、誘導電流を発生させて、水素貯蔵容器２２または水素貯蔵体２１を発熱させることができる。水素貯蔵体２１が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００４９】
また、水素貯蔵体２１に導電性材料を用いる場合には、水素貯蔵容器２２の材料を絶縁体にする。これにより、熱伝導によらず水素貯蔵体２１を直接加熱することができ、さらに高効率に水素を供給することが可能になる。
【００５０】
なお、図３に示すように、水素貯蔵体２１および水素貯蔵容器２２の両方の材料が絶縁体であっても、導電体として複数の金属球２６を水素貯蔵体２１と混合して、金属球２６を誘導加熱することとしてもよい。また、金属球２６の代わりに、金属の棒状体を配置しても良いし、金属粉等の導電性を有する粉粒体を混合してもよい。これにより、水素貯蔵容器２２および水素貯蔵体２１のいずれに対しても誘導加熱できない場合であっても、高効率に水素を供給することが可能になる。水素供給装置３が抵抗加熱の方式をとる場合には、水素貯蔵体２１および水素貯蔵容器２２の材料について、特に導電性の限定はない。
【００５１】
水素貯蔵体２１は、水素貯蔵容器２２内において、仕切り板２３により仕切られており、水素の流通口２４まで水素貯蔵体２１が入り込まないように保持されている。仕切り板２３は水素貯蔵体２１の粉粒は通さないが、水素ガスを通すフィルタとしても機能する。流通口２４には、バルブ２５が設けられている。
【００５２】
水素供給装置３は、保持部３１、制御部３３、圧力センサ３４、流量センサ３４ａを備えている。また、外部に面した位置には、水素貯蔵カートリッジ内の水素が空になったことを知らせるランプやブザー等を備えている。図４は、保持部３１の断面図である。保持部３１は、水素貯蔵カートリッジ２を保持する。保持部３１は、開閉可能に構成され、水素貯蔵カートリッジ２を収納する。なお、一端から挿入する方式で構成されてもよい。複数の水素貯蔵カートリッジ２を保持できるように、保持部３１は複数設けられていてもよい。保持部３１は、円筒形状の本体部３２により水素貯蔵カートリッジ２を固定する。
【００５３】
本体部３２には、長手方向沿って、複数のコイルＣ１〜Ｃｎが設けられている。複数のコイルＣ１〜Ｃｎは、加熱装置として機能する。これにより、誘電加熱で直接に水素貯蔵容器２２または水素貯蔵体２１等を発熱させることができ、水素放出に用いられるエネルギーの損失を低減することができる。その結果、さらに高効率に水素を供給させることができる。
【００５４】
加熱可能な部分に偏りがない方が効率がよいため、複数のコイルＣ１〜Ｃｎは等間隔で一様に設けられているのが望ましい。複数のコイルＣ１〜Ｃｎは、それぞれ独立に電力の供給を受けて、コイルの内側に交番磁界を発生させ、導体に誘導電流を流して加熱することにより、水素貯蔵カートリッジを加熱する。なお、コイルの代わりに、電熱ヒータを用いてもよい。その場合には、抵抗加熱により、特定の電熱ヒータにより、水素貯蔵カートリッジ２の一部が、水素貯蔵容器２２の外部から熱伝導により加熱される。これにより、水素貯蔵カートリッジ２を構成する部材のすべてが絶縁体である場合であっても、熱伝導により水素貯蔵体２１を加熱することができる。また、比較的に簡易な設計で水素供給装置３を構成することができる。
【００５５】
また、本体部３２には、長手方向沿って、複数の熱電対Ｔ１〜Ｔｍが設けられている。熱電対についても、温度測定が可能な部分に偏りがない方が正確に測温できるため、複数の熱電対Ｔ１〜Ｔｍは等間隔で一様に設けられているのが望ましい。図４に示すように、間隔は特に、コイルＣ１〜Ｃｎと同じである必要はない。なお、熱電対の代わりに、測温抵抗体を用いてもよい。
【００５６】
図５は、水素供給装置３の電気的構成を表わすブロック図である。制御部３３は、複数のコイルＣ１〜Ｃｎと電気的に接続され、それぞれのコイルへの電力の供給を制御する。また、制御部３３は、圧力センサ３４、および流量センサ（マスフローメータ）３４ａに電気的に接続されている。圧力センサ３４は、感知部として水素ガスの圧力を検出し、制御部３３に検出した検出値を入力する。圧力センサ３４としては、一般的に用いられる圧力センサを用いることができる。流量センサ３４ａは、感知部として水素の流量を測定し、制御部３３に測定値を入力する。圧力センサ３４および流量センサ３４ａは、水素流通管４内に配置されている。
【００５７】
制御部３３は、圧力あるいは水素ガス流量を感知して水素の供給状態を把握し、さらに水素供給量の過不足を判断して水素の供給量を調節する。この場合、水素貯蔵カートリッジ２内の水素貯蔵体２１からの有効な水素放出を実施するため、カートリッジの一方から順次加熱をしていくように制御される。具体的には複数のコイルＣ１〜Ｃｎの中から水素を放出させるのに必要な温度に加熱するコイルを変更する。なお、所定温度以上の過熱防止については、熱電対Ｔ１〜Ｔｍにより制御される。これにより、すでに水素を放出し終えた水素貯蔵体２１の加熱を防ぎ、水素を放出することが可能な水素貯蔵体２１を加熱して、高い効率で水素を供給することができる。
【００５８】
図５に示すように、制御部３３は、流量センサ用受信部３５ａ、圧力センサ用受信部３５、高周波電源３６、出力選択回路３７、温度センサ用受信部３８および中央制御回路３９から構成される。流量センサ用受信部３５ａは、流量センサ３４ａに接続され、流量センサ３４ａからの検出信号を受信し、中央制御回路３９に信号を入力する。圧力センサ用受信部３５は、圧力センサ３４に接続され、圧力センサ３４からの検出信号を受信し、中央制御回路３９に信号を入力する。
【００５９】
高周波電源３６は、誘導加熱に必要な高周波を発生する。一般的に誘導加熱に用いられる高周波電源で十分であり、特に出力、周波数またはサイズ等は限定されない。出力選択回路３７は、高周波電源３６が発振した高周波について、コイルＣ１〜Ｃｎへ高周波の出力を選択する。温度センサ用受信部３８は、温度センサとしての熱電対Ｔ１〜Ｔｍからの信号を受信し、中央制御回路３９に信号を入力する。
【００６０】
中央制御回路３９は、出力選択回路３７が選択する出力値を出力選択回路３７に入力し、コイルに供給する電力を制御する。中央制御回路３９は、温度センサ用受信部３５からの入力信号をもとに、水素貯蔵カートリッジ２の特定のコイルにより加熱された部分の温度が一定の温度になるように、出力値を決定する。その一方で、流量センサ３４ａおよび圧力センサ３４の検出値の時間変化をモニタし、水素の供給量を制御する。中央制御回路３９は、具体的にはＣＰＵにより構成される。なお、中央制御回路３９は、水素供給量の時間変化をモニタする間、水素供給管８のバルブ（図示せず）を閉じて圧力センサ３４の検出値から水素供給量をモニタするように制御してもよい。また、バルブを閉じることなく、流量センサで流出する水素の量を検出し、水素供給装置３からホルダ５への水素の供給量を算出することとしてもよい。
【００６１】
また、中央制御回路３９は、上述の如く、水素供給量の制御を行う。この制御は、各コイルへの出力値を変更することにより行う。中央制御回路３９には、あらかじめコイルの優先順位が設定されており、コイルの変更はこの優先順位にしたがって行なわれる。たとえば、コイルの優先順位は、保持部３１の一端から他端に向かうように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・、Ｃｎという順位に設定されている。順位は、この逆の順位でもよいが、保持部３１の一端から他端に向かう順位であることが好ましい。また、中央制御回路３９は、ガス改質装置６と電気的に接続されており、コイルの変更時に次の順位のコイルが無い場合には、ガス改質装置６が動作するように、信号を送信する。
【００６２】
なお、上記の水素供給装置３は、感知部として圧力センサ３４および流量センサ３４ａを備えているが、圧力センサ３４または流量センサ３４ａのいずれか一方のみを備える構成をとってもよい。その場合には、圧力センサ３４または流量センサ３４ａのうちで設置された方に対応して、圧力センサ用受信部３５または流量センサ用受信部３５ａが設置される。このように感知部は少なくとも一つ設置されていればよく、水素の供給状態を把握可能にするものであれば、特に種類は限定されない。
【００６３】
水素流通管４は、水素貯蔵カートリッジ２から供給される水素ガスをホルダ５に導入する。ホルダ５は、水素貯蔵カートリッジ２が放出した、水素ガスを一時的に貯留する。上記圧力センサ３４は、ホルダ５内部のガス圧を検出している。ホルダ５を設けることにより、水素ガスの消費量の変化に対応することができ、供給量の平準化を図ることができる。また、たとえば、水素供給装置３の駆動に一時的に支障をきたしても、ホルダ５の水素を使用することで供給の安定性が確保できる。
【００６４】
ガス改質装置６は、都市ガス供給管７に接続され、都市ガスを水素ガスに改質し、水素流通管４を介して、ホルダ５に水素ガスを供給する。ガス改質装置６は、水素供給装置３を補助する装置として設けられており、水素供給装置３からの水素の供給が不足したときに使用される。
【００６５】
ガス改質装置６は、一般的に知られる改質装置である。たとえば、ガス改質装置６は、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器、ＰＥＦＣの出力低下の原因となる改質ガス中の一酸化炭素を低減するシフト器・選択酸化器、および改質器を加熱する燃焼器の４つの反応器から構成される。
【００６６】
改質器では、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系燃料に水を加え、水蒸気改質により水素リッチな改質ガスを生成する。シフト器は、改質ガス中のＣＯをＣＯ２に変成させることによって、改質ガス中の水素濃度をさらに上げながらＣＯ濃度を低減させる。燃焼器は、都市ガスやＬＰガスと空気との燃焼反応により、燃焼ガスを生成し、燃焼ガスが保有する燃焼熱を改質器の昇温に利用する。
【００６７】
水素供給管８は、ホルダ５に貯留された水素を水素エンジン９に供給する。水素供給管８は、バルブ（図示せず）を有し、バルブはホルダ５の圧力変化をモニタする間、中央制御回路３９により、閉じるように制御される。エネルギー生成装置としての水素エンジン９は、一般的に知られる水素の燃焼を動力とするエンジンであり、大きさ、形状等について限定はされない。エンジンに発電装置を取り付けることにより、発電することとしてもよい。なお、水素エンジン９の代わりに燃料電池により、発電してもよい。直接的には、水素エンジン９の場合には運動エネルギーが生成され、燃料電池の場合には電気的エネルギーが生成される。燃料電池は、水素を燃料とするものであればよく、たとえば固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、アルカリ型燃料電池等を用いることができる。
【００６８】
水蒸気流通管１０は、熱伝導部として、水素エンジン９から排出される水蒸気を熱媒体として水素供給装置３またはガス改質装置６に導入する。このように、エネルギー供給システム１は、水素エンジン９の廃熱を、水素供給装置３における水素の放出、またはガス改質装置６における水素ガスへのガスの改質に利用している。これにより、エネルギー供給システム１全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００６９】
次に、エネルギー供給システム１の動作について説明する。図６は、エネルギー供給システム１の特徴的な動作を示すフローチャートの一例である。まず、動作を開始すると、水素供給装置３の中央制御回路３９は、初期設定に基き各コイルＣ１〜Ｃｎの出力を決定し、出力選択回路３７に信号を入力する。具体的には、最初の順位のコイルＣ１に電力を供給し（ステップＳ１）、その周囲の水素貯蔵体２１を加熱して、水素を放出するのに必要な温度以上にする。最初の順位に設定されるコイルは、コイルＣｎであってもよい。
【００７０】
次に、中央制御回路３９は、流量センサ用受信部３５ａを介して、水素の流量を流量センサ３４ａからの信号によりモニタする。また、圧力センサ用受信部３５を介して、ホルダ５内部の圧力を圧力センサ３４からの信号により、モニタする。そして、水素流量および圧力の時間変化から、水素供給装置３からの単位時間あたりの水素供給状況を認識し（ステップＳ２）、水素供給量が過剰か否かを判断する（ステップＳ３）。水素供給量が過剰な場合は、加熱を一時中断する（ステップＳ４）。水素供給量が過剰でない場合は、さらに水素供給量が不足しているか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００７１】
一方、水素供給装置３からの水素供給量が不足していないと判断した場合には、ステップＳ２に戻る。水素供給装置３からの水素供給量が不足していると判断した場合には、次の順位のコイルＣｉ+１があるか否かを判断する（ステップＳ６）。次の順位のコイルＣｉ+１があると判断した場合には、次の順位のコイルＣｉ+１に電力を供給する（ステップＳ７）。コイルへは、その周辺の水素貯蔵体２１が水素を放出するのに必要な温度以上になるように電力を供給する。このようにコイルによる加熱は順次、次の順位の水素貯蔵カートリッジへ移っていく。次の順位のコイルＣｉ+１がないと判断した場合には、さらに別の水素貯蔵カートリッジ２があるか否かを判断する（ステップＳ８）。水素貯蔵カートリッジ２がある場合には、次の水素貯蔵カートリッジを作動させる信号を送信し（ステップＳ９）、ステップＳ１３に移行する。水素貯蔵カートリッジ２内の水素が空になった信号は、ランプやブザー等に送信されユーザに通知される。
【００７２】
別の水素貯蔵カートリッジ２がない場合には、ガス改質装置６があるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ガス改質装置６がない場合には、水素供給を停止することを知らせるための信号を送信し（ステップＳ１１）、ステップＳ１３に移行する。ガス改質装置６がある場合には、ガス改質装置６を作動させる信号を送信し（ステップＳ１２）、水素貯蔵カートリッジ２が空であることを示す信号を送信して（ステップＳ１３）、動作を終了する。このように、補助装置としてガス改質による水素発生装置が配置されている場合は、水素貯蔵カートリッジ２内に貯蔵される水素がなくなった段階で、ガス改質装置６が作動することとなる。
【００７３】
なお、上記の実施形態において、水素供給装置３は、加熱装置としてのコイルまたは電熱ヒータを複数有しているが、単一の加熱装置をモータ等の動力を利用する移動装置により、移動させて水素貯蔵カートリッジ２の加熱部位を変える方式を採ってもよい。その場合、移動装置は、水素貯蔵カートリッジ２の長手方向の軸に沿って、加熱装置の停止位置を変更する機能を有するものであればよい。中央制御回路３９の制御により、水素の単位時間あたりの供給量が所定量以下になったときに、移動装置を動作させて加熱装置の停止位置を変更させる。これにより、上記の実施形態と同様にすでに水素を放出し終えた水素貯蔵体の加熱を防ぎ、水素を放出することが可能な水素貯蔵体を加熱して、高い効率で水素を供給することができる。
【００７４】
（実施形態２）
上記の実施形態の図３に示す水素貯蔵カートリッジは、水素貯蔵容器２２に、複数の金属球２６を水素貯蔵体２１と混合して封入するが、このような構成の水素貯蔵カートリッジにエネルギー効率のよい材料の水素貯蔵容器、水素貯蔵体および金属球等の発熱体を用いることも可能である。
【００７５】
図７は、水素貯蔵カートリッジ４０の断面図である。水素貯蔵カートリッジ４０は、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体４１と、発熱体４６と、これらを収容する水素貯蔵容器４２とから構成されている。水素貯蔵体４１の材料には、ＮａＡｌＨ４などアラネート系材料、リチウム系材料等が用いられる。水素貯蔵体４１には、発熱体４６が混合されている。なお、発熱体４６の形状は球に限定されず、板状や棒状の形状であってもよいし、粉粒体であってもよい。また、3次元構造体であっても良い。
【００７６】
誘導加熱における入力電力Ｐは、以下の数式に示すように、被加熱物の体積抵抗率ρの平方根、比透磁率μの平方根、加熱コイル電流の周波数ｆの平方根、コイルの巻数Ｎの２乗、電流Ｉの２乗に比例する。入力電力Ｐは、大きいほど誘導加熱により熱に変換される電気的エネルギーが大きいことを意味する。
【００７７】
【数１】
したがって、発熱体４６の材料は、鉄やＳＵＳ等の高い体積抵抗率または高い比透磁率を有するものであることが好ましい。たとえば、鉄の体積抵抗率は０．１７μΩｍで、比透磁率は２００であるため、それらの積は、３４μΩｍである。また、ＳＵＳの体積抵抗率は０．７μΩｍで、比透磁率は１であるため、それらの積は、０．７μΩｍである。
【００７８】
水素貯蔵容器４２は、気密な構造を有しており、使用される水素貯蔵体４１の特性に応じて適当な温度、圧力に耐えうる材料および形状が選ばれる。水素貯蔵容器４２の材料は、電磁波を吸収し難いものが適しており、銅やアルミニウム等の低い体積抵抗率または低い比透磁率を有するものであることが好ましい。これにより、水素貯蔵容器４２では電力が消費されず、発熱体４６により電力が熱に変わり、効率的に水素貯蔵体４１を加熱することができる。たとえば、アルミニウムの体積抵抗率は０．０２７μΩｍで、比透磁率は１であるため、それらの積は、０．０２７μΩｍである。また、銅の体積抵抗率は０．０１７μΩｍで、比透磁率は１であるため、それらの積は、０．０１７μΩｍである。
【００７９】
水素貯蔵容器４２には、アルミニウムを含め、体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料が好適である。一方、発熱体４６の材料は、体積抵抗率と比透磁率との積が０．３μΩｍ以上であれば、水素貯蔵容器４２の材料のものの１０倍以上となりエネルギー効率がよく好適である。すなわち、水素貯蔵容器４２では電力が消費されず、容器内部の発熱体４６により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体４１を加熱することができる。なお、図７に示される水素貯蔵容器４２の外形は、円筒形状であるが、角の丸い四角柱の形状としてもよい。
水素供給装置は誘導加熱の方式をとる。コイルに交流電流を供給して、交番磁界を発生させ、誘導電流により発熱体４６を発熱させることができる。この際、水素貯蔵容器４２の内部の発熱体４６が効率良く発熱するように、水素貯蔵容器４２の材料、容器内部の発熱体４６の材料に応じて、コイル電流、周波数が設定される。水素貯蔵体４１は、水素貯蔵容器４２内において、仕切り板４３により仕切られており、水素の流通口４４まで水素貯蔵体４１が入り込まないように保持されている。仕切り板４３は水素貯蔵体４１の粉粒は通さないが、水素ガスを通すフィルタとしても機能する。流通口４４には、バルブ４５が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係るエネルギー供給システムの構成図である。
【図２】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの断面図である。（実施形態１）
【図３】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの断面図である。（実施形態１）
【図４】本発明に係る水素供給装置の保持部の断面図である。
【図５】本発明に係る水素供給装置の電気的構成を示すブロック図である。（実施形態１）
【図６】本発明に係るエネルギー供給システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの断面図である。（実施形態２）
【符号の説明】
【００８１】
１ エネルギー供給システム
２ 水素貯蔵カートリッジ
３ 水素供給装置
４ 水素流通管
５ ホルダ
６ ガス改質装置
７ 都市ガス供給管
８ 水素供給管
９ 水素エンジン（エネルギー生成装置）
１０ 水蒸気流通管（熱伝導部）
２１ 水素貯蔵体
２２ 水素貯蔵容器
２６ 金属球（導電体）
３１ 保持部
３２ 本体部
３３ 制御部
３４ 圧力センサ（感知部）
３４ａ 流量センサ（感知部）
３５ 圧力センサ用受信部
３５ａ 流量センサ用受信部
３６ 高周波電源
３７ 出力選択回路
３８ 温度センサ用受信部
３９ 中央制御回路
Ｃ１-Ｃｎ コイル（加熱装置）
Ｔ１-Ｔｍ 熱電対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱により水素を吸蔵放出する水素貯蔵体を用いて、水素またはエネルギーを供給する水素供給装置、エネルギー供給システムおよび水素貯蔵カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コイルの電磁誘導を用いた加熱方法により水素を放出させ供給するシステムが知られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載される水素生成装置は、炭化水素化合物を含有する原料を封入した水素ガス生成筒内に、ニッケル製の発熱体を有する発熱部を設け、コイルの電磁誘導により発熱体を加熱し、原料を熱分解させて水素ガスを生成している。このような水素生成装置により、触媒を不要にし、加熱までの起動時間を短縮している。
【０００４】
また、特許文献２に記載される水素貯蔵・供給システムは、ベンゼン等の水素貯蔵体またはシクロヘキサン等の水素供給体を収納する原料貯蔵タンクと、ニッケル多孔質体等の触媒を収納する筒状体と、原料を供給するコンプレッサと、水素が伴う液滴を分離する熱交換器および活性炭等と、液化したベンゼンやシクロヘキサンを回収する回収タンクと、触媒を加熱する電磁誘導コイルとから構成されており、水素貯蔵体の水素化反応または水素供給体の脱水素反応を利用して、水素の貯蔵または供給を行なっている。この水素貯蔵・供給システムにおいて、電磁誘導コイルは、ニッケル多孔質体等の触媒を高周波誘導により加熱可能なように構成されている。このような水素貯蔵・供給システムにより、家庭内の電力の負荷変動に迅速にリスポンスできる燃料電池システムを構成することを可能にしている。
【特許文献１】特開２００３−２０６１０２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２１２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の水素供給装置では、すでに水素が放出された部分を含め、水素貯蔵容器内の水素貯蔵体全体を一様に加熱するため、供給した熱が無駄に消費され、熱効率が低下する。すなわち、水素の放出に用いられるエネルギーの効率が低下する。
【０００６】
一方、近年、環境問題等の要請から、水素エネルギーを利用するシステムの需要が高まっている。特に、水素エンジンや燃料電池を利用した発電システム、それを応用した家庭用コジェネレーションシステム、水素自動車、燃料電池自動車等には、高効率な水素供給装置が求められている。
【０００７】
本発明は、高い効率で水素またはエネルギーを供給する水素供給装置、エネルギー供給システムおよびこれらに用いられる水素貯蔵カートリッジ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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る水素供給装置は、水素貯蔵カートリッジを保持し、電力の供給を受けて前記水素貯蔵カートリッジを加熱する複数の加熱装置を有する保持部と、前記複数の加熱装置への電力の供給を制御する制御部と、水素の供給量を算出するための物理量を検出し、前記制御部に検出値を入力する感知部と、を備え、前記制御部は前記水素の供給状態を把握し、前記水素貯蔵カートリッジから水素を放出するための加熱条件を、加熱部位を変更することによって制御することを特徴としている。
【０００９】
このように、本発明の水素供給装置は、水素の供給状態を把握し、供給量が所定量以下になったときには水素貯蔵カートリッジを加熱することによって水素を供給する。この際、水素貯蔵体の加熱を有効に行うために、水素貯蔵カートリッジの加熱位置を変更することが可能である。これにより、すでに水素を放出し終えた水素貯蔵体の加熱を防ぎ、水素を放出することが可能な水素貯蔵体を加熱して、高い効率で水素を供給することができる。
【００１０】
また、本発明の水素供給装置は、前記加熱装置が、交流電流を供給したときに交番磁界を発生させるコイルを備えることを特徴としている。これにより、誘電加熱で直接に容器または水素貯蔵体等を発熱させることができ、水素放出に用いられるエネルギーの損失を低減することができる。その結果、さらに高効率に水素を供給させることができる。
【００１１】
また、本発明の水素供給装置は、前記加熱装置が、電熱ヒータであることを特徴としている。これにより、水素貯蔵カートリッジを構成する部材のすべてが絶縁体である場合であっても、熱伝導により水素貯蔵体を加熱することができる。また、比較的に簡易な設計で水素供給装置を構成することができる。
【００１２】
また、本発明のエネルギー供給システムは、上記の水素供給装置と、前記水素供給装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジに伝える熱伝導部と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
このように、本発明のエネルギー供給システムは、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明のエネルギー供給システムは、上記の水素供給装置と、都市ガスの配管に接続され、前記配管から供給された都市ガスを水素に改質し供給するガス改質装置と、前記水素供給装置または前記ガス改質装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジおよび前記ガス改質装置の少なくとも一方に伝える熱伝導部と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
このように、本発明のエネルギー供給システムは、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出、またはガス改質装置における水素ガスへのガスの改質に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、前記水素貯蔵体を収容する導電体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
これにより、コイルに交流電流を供給して導電体の水素貯蔵容器に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵容器を発熱させることができる。したがって、水素貯蔵体が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な導電体の水素貯蔵体と、前記水素貯蔵体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
これにより、コイルに交流電流を供給して導電体の水素貯蔵体に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵体を発熱させることができる。したがって、熱伝導によらず水素貯蔵体を直接加熱することができ、さらに高効率に水素を供給することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱し、前記水素貯蔵体を加熱する導電体と、前記水素貯蔵体および前記導電体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
これにより、コイルに交流電流を供給してカートリッジ内の導電体に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、導電体を発熱させることによって水素貯蔵体を加熱することができる。したがって、水素貯蔵容器および水素貯蔵体の両方が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００２２】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、前記水素貯蔵体に混合される複数の導電性を有する粉粒体と、前記水素貯蔵体および前記粉粒体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２３】
これにより、コイルに交流電流を供給して導電性を有する粉粒体に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵容器２２を発熱させることができる。したがって、水素貯蔵容器２２および水素貯蔵体の両方が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００２４】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱する発熱体と、体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体とを収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２５】
このように、水素貯蔵容器は、体積抵抗率と比透磁率との積が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００２６】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱する発熱体と、実質的にアルミニウムまたは銅により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２７】
このように、水素貯蔵容器は、銅やアルミニウムのように体積抵抗率または比透磁率が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００２８】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、体積抵抗率と比透磁率との積が０．３μΩｍ以上である材料により形成され、誘導加熱により発熱する発熱体と、体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴としている。
【００２９】
このように、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、非常に小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００３０】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジは、上記の誘導加熱式の水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、誘導加熱により発熱する発熱体と、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備え、前記発熱体の体積抵抗率をρ１、比透磁率をμ１とし、前記水素貯蔵容器の体積抵抗率をρ２、比透磁率をμ２とするとき、（ρ１×μ１）／（ρ２×μ２）≧１０であることを特徴としている。
【００３１】
このように、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、１／１０以上小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る水素供給装置によれば、すでに水素を放出した水素貯蔵体へ供給する熱量を低減させ、水素の放出に用いられるエネルギーに対して、高い効率で水素を供給させることができる。
【００３３】
また、本発明に係る水素供給装置によれば、誘電加熱で直接に容器または水素貯蔵体等を発熱させることができ、水素放出に用いられるエネルギーの損失を低減することができる。その結果、さらに高効率に水素を供給させることができる。
【００３４】
また、本発明に係る水素供給装置によれば、水素貯蔵カートリッジを構成する部材のすべてが絶縁体である場合であっても、熱伝導により水素貯蔵体を加熱することができる。また、比較的に簡易な設計で水素供給装置を構成することができる。
【００３５】
また、本発明に係るエネルギー供給システムによれば、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００３６】
また、本発明に係るエネルギー供給システムによれば、エネルギー生成装置の廃熱を、水素供給装置における水素の放出、またはガス改質装置における水素ガスへのガスの改質に利用している。これにより、エネルギー供給システム全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００３７】
また、本発明に係る水素貯蔵カートリッジによれば、コイルに交流電流を供給して導電体の水素貯蔵容器２２に交番磁界を発生させることで、誘導電流を発生させ、水素貯蔵容器２２を発熱させることができる。したがって、水素貯蔵体が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００３８】
また、本発明に係る水素貯蔵カートリッジによれば、熱伝導によらず水素貯蔵体を直接加熱することができ、さらに高効率に水素を供給することが可能になる。
【００３９】
また、本発明に係る水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器および水素貯蔵体の両方が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００４０】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器は、体積抵抗率と比透磁率との積が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００４１】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器は、銅やアルミニウムのように体積抵抗率または比透磁率が、非常に小さい材料により構成されているため、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００４２】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、非常に小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【００４３】
また、本発明の水素貯蔵カートリッジによれば、水素貯蔵容器の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積が、発熱体の材料についての体積抵抗率と比透磁率との積に比べて、１／１０以上小さい。その結果、水素貯蔵容器では電力が消費されず、容器内部の発熱体により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００４５】
（実施形態１）
図１は、エネルギー供給システム１の構成図である。図１に示すように、エネルギー供給システム１は、水素貯蔵カートリッジ２、水素供給装置３、水素流通管４、ホルダ５、ガス改質装置６、都市ガス供給管７、水素供給管８、水素エンジン９、および水蒸気流通管１０により構成されている。なお、一般的技術としてガス経路上にはガスの流通のためにバルブを設けるが、ここでは図面上バルブを省略して表している。
【００４６】
図２は、水素貯蔵カートリッジ２の断面図である。水素貯蔵カートリッジ２は、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体２１と、水素貯蔵体２１を収容する水素貯蔵容器２２とを備えている。水素貯蔵体２１の材料には、導電性を有するものとして、Ｌａ−Ｎｉ系、Ｔｉ−Ｃｒ−Ｖ系などの水素吸蔵合金やカーボンナノチューブなどのカーボン系材料があげられる。一方、絶縁体の材料として、ＮａＡｌＨ４などアラネート系材料、リチウム系材料等が用いられる。
【００４７】
水素貯蔵容器２２は、気密な構造を有しており、使用される水素貯蔵体２１の特性に応じて適当な温度、圧力に耐えうる材料および形状が選ばれる。図２に示される水素貯蔵容器２２の外形は、円筒形状であるが、角の丸い四角柱の形状としてもよい。
【００４８】
水素供給装置３が誘導加熱の方式をとる場合には、水素貯蔵体２１および水素貯蔵容器２２の少なくともいずれか一方の材料を、導電体とする。これにより、コイルに交流電流を供給して導電体に交番磁界を発生させ、誘導電流を発生させて、水素貯蔵容器２２または水素貯蔵体２１を発熱させることができる。水素貯蔵体２１が絶縁体である場合にも、高効率に水素を供給することが可能になる。
【００４９】
また、水素貯蔵体２１に導電性材料を用いる場合には、水素貯蔵容器２２の材料を絶縁体にする。これにより、熱伝導によらず水素貯蔵体２１を直接加熱することができ、さらに高効率に水素を供給することが可能になる。
【００５０】
なお、図３に示すように、水素貯蔵体２１および水素貯蔵容器２２の両方の材料が絶縁体であっても、導電体として複数の金属球２６を水素貯蔵体２１と混合して、金属球２６を誘導加熱することとしてもよい。また、金属球２６の代わりに、金属の棒状体を配置しても良いし、金属粉等の導電性を有する粉粒体を混合してもよい。これにより、水素貯蔵容器２２および水素貯蔵体２１のいずれに対しても誘導加熱できない場合であっても、高効率に水素を供給することが可能になる。水素供給装置３が抵抗加熱の方式をとる場合には、水素貯蔵体２１および水素貯蔵容器２２の材料について、特に導電性の限定はない。
【００５１】
水素貯蔵体２１は、水素貯蔵容器２２内において、仕切り板２３により仕切られており、水素の流通口２４まで水素貯蔵体２１が入り込まないように保持されている。仕切り板２３は水素貯蔵体２１の粉粒は通さないが、水素ガスを通すフィルタとしても機能する。流通口２４には、バルブ２５が設けられている。
【００５２】
水素供給装置３は、保持部３１、制御部３３、圧力センサ３４、流量センサ３４ａを備えている。また、外部に面した位置には、水素貯蔵カートリッジ内の水素が空になったことを知らせるランプやブザー等を備えている。図４は、保持部３１の断面図である。保持部３１は、水素貯蔵カートリッジ２を保持する。保持部３１は、開閉可能に構成され、水素貯蔵カートリッジ２を収納する。なお、一端から挿入する方式で構成されてもよい。複数の水素貯蔵カートリッジ２を保持できるように、保持部３１は複数設けられていてもよい。保持部３１は、円筒形状の本体部３２により水素貯蔵カートリッジ２を固定する。
【００５３】
本体部３２には、長手方向沿って、複数のコイルＣ１〜Ｃｎが設けられている。複数のコイルＣ１〜Ｃｎは、加熱装置として機能する。これにより、誘電加熱で直接に水素貯蔵容器２２または水素貯蔵体２１等を発熱させることができ、水素放出に用いられるエネルギーの損失を低減することができる。その結果、さらに高効率に水素を供給させることができる。
【００５４】
加熱可能な部分に偏りがない方が効率がよいため、複数のコイルＣ１〜Ｃｎは等間隔で一様に設けられているのが望ましい。複数のコイルＣ１〜Ｃｎは、それぞれ独立に電力の供給を受けて、コイルの内側に交番磁界を発生させ、導体に誘導電流を流して加熱することにより、水素貯蔵カートリッジを加熱する。なお、コイルの代わりに、電熱ヒータを用いてもよい。その場合には、抵抗加熱により、特定の電熱ヒータにより、水素貯蔵カートリッジ２の一部が、水素貯蔵容器２２の外部から熱伝導により加熱される。これにより、水素貯蔵カートリッジ２を構成する部材のすべてが絶縁体である場合であっても、熱伝導により水素貯蔵体２１を加熱することができる。また、比較的に簡易な設計で水素供給装置３を構成することができる。
【００５５】
また、本体部３２には、長手方向沿って、複数の熱電対Ｔ１〜Ｔｍが設けられている。熱電対についても、温度測定が可能な部分に偏りがない方が正確に測温できるため、複数の熱電対Ｔ１〜Ｔｍは等間隔で一様に設けられているのが望ましい。図４に示すように、間隔は特に、コイルＣ１〜Ｃｎと同じである必要はない。なお、熱電対の代わりに、測温抵抗体を用いてもよい。
【００５６】
図５は、水素供給装置３の電気的構成を表わすブロック図である。制御部３３は、複数のコイルＣ１〜Ｃｎと電気的に接続され、それぞれのコイルへの電力の供給を制御する。また、制御部３３は、圧力センサ３４、および流量センサ（マスフローメータ）３４ａに電気的に接続されている。圧力センサ３４は、感知部として水素ガスの圧力を検出し、制御部３３に検出した検出値を入力する。圧力センサ３４としては、一般的に用いられる圧力センサを用いることができる。流量センサ３４ａは、感知部として水素の流量を測定し、制御部３３に測定値を入力する。圧力センサ３４および流量センサ３４ａは、水素流通管４内に配置されている。
【００５７】
制御部３３は、圧力あるいは水素ガス流量を感知して水素の供給状態を把握し、さらに水素供給量の過不足を判断して水素の供給量を調節する。この場合、水素貯蔵カートリッジ２内の水素貯蔵体２１からの有効な水素放出を実施するため、カートリッジの一方から順次加熱をしていくように制御される。具体的には複数のコイルＣ１〜Ｃｎの中から水素を放出させるのに必要な温度に加熱するコイルを変更する。なお、所定温度以上の過熱防止については、熱電対Ｔ１〜Ｔｍにより制御される。これにより、すでに水素を放出し終えた水素貯蔵体２１の加熱を防ぎ、水素を放出することが可能な水素貯蔵体２１を加熱して、高い効率で水素を供給することができる。
【００５８】
図５に示すように、制御部３３は、流量センサ用受信部３５ａ、圧力センサ用受信部３５、高周波電源３６、出力選択回路３７、温度センサ用受信部３８および中央制御回路３９から構成される。流量センサ用受信部３５ａは、流量センサ３４ａに接続され、流量センサ３４ａからの検出信号を受信し、中央制御回路３９に信号を入力する。圧力センサ用受信部３５は、圧力センサ３４に接続され、圧力センサ３４からの検出信号を受信し、中央制御回路３９に信号を入力する。
【００５９】
高周波電源３６は、誘導加熱に必要な高周波を発生する。一般的に誘導加熱に用いられる高周波電源で十分であり、特に出力、周波数またはサイズ等は限定されない。出力選択回路３７は、高周波電源３６が発振した高周波について、コイルＣ１〜Ｃｎへ高周波の出力を選択する。温度センサ用受信部３８は、温度センサとしての熱電対Ｔ１〜Ｔｍからの信号を受信し、中央制御回路３９に信号を入力する。
【００６０】
中央制御回路３９は、出力選択回路３７が選択する出力値を出力選択回路３７に入力し、コイルに供給する電力を制御する。中央制御回路３９は、温度センサ用受信部３５からの入力信号をもとに、水素貯蔵カートリッジ２の特定のコイルにより加熱された部分の温度が一定の温度になるように、出力値を決定する。その一方で、流量センサ３４ａおよび圧力センサ３４の検出値の時間変化をモニタし、水素の供給量を制御する。中央制御回路３９は、具体的にはＣＰＵにより構成される。なお、中央制御回路３９は、水素供給量の時間変化をモニタする間、水素供給管８のバルブ（図示せず）を閉じて圧力センサ３４の検出値から水素供給量をモニタするように制御してもよい。また、バルブを閉じることなく、流量センサで流出する水素の量を検出し、水素供給装置３からホルダ５への水素の供給量を算出することとしてもよい。
【００６１】
また、中央制御回路３９は、上述の如く、水素供給量の制御を行う。この制御は、各コイルへの出力値を変更することにより行う。中央制御回路３９には、あらかじめコイルの優先順位が設定されており、コイルの変更はこの優先順位にしたがって行なわれる。たとえば、コイルの優先順位は、保持部３１の一端から他端に向かうように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・、Ｃｎという順位に設定されている。順位は、この逆の順位でもよいが、保持部３１の一端から他端に向かう順位であることが好ましい。また、中央制御回路３９は、ガス改質装置６と電気的に接続されており、コイルの変更時に次の順位のコイルが無い場合には、ガス改質装置６が動作するように、信号を送信する。
【００６２】
なお、上記の水素供給装置３は、感知部として圧力センサ３４および流量センサ３４ａを備えているが、圧力センサ３４または流量センサ３４ａのいずれか一方のみを備える構成をとってもよい。その場合には、圧力センサ３４または流量センサ３４ａのうちで設置された方に対応して、圧力センサ用受信部３５または流量センサ用受信部３５ａが設置される。このように感知部は少なくとも一つ設置されていればよく、水素の供給状態を把握可能にするものであれば、特に種類は限定されない。
【００６３】
水素流通管４は、水素貯蔵カートリッジ２から供給される水素ガスをホルダ５に導入する。ホルダ５は、水素貯蔵カートリッジ２が放出した、水素ガスを一時的に貯留する。上記圧力センサ３４は、ホルダ５内部のガス圧を検出している。ホルダ５を設けることにより、水素ガスの消費量の変化に対応することができ、供給量の平準化を図ることができる。また、たとえば、水素供給装置３の駆動に一時的に支障をきたしても、ホルダ５の水素を使用することで供給の安定性が確保できる。
【００６４】
ガス改質装置６は、都市ガス供給管７に接続され、都市ガスを水素ガスに改質し、水素流通管４を介して、ホルダ５に水素ガスを供給する。ガス改質装置６は、水素供給装置３を補助する装置として設けられており、水素供給装置３からの水素の供給が不足したときに使用される。
【００６５】
ガス改質装置６は、一般的に知られる改質装置である。たとえば、ガス改質装置６は、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器、ＰＥＦＣの出力低下の原因となる改質ガス中の一酸化炭素を低減するシフト器・選択酸化器、および改質器を加熱する燃焼器の４つの反応器から構成される。
【００６６】
改質器では、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系燃料に水を加え、水蒸気改質により水素リッチな改質ガスを生成する。シフト器は、改質ガス中のＣＯをＣＯ２に変成させることによって、改質ガス中の水素濃度をさらに上げながらＣＯ濃度を低減させる。燃焼器は、都市ガスやＬＰガスと空気との燃焼反応により、燃焼ガスを生成し、燃焼ガスが保有する燃焼熱を改質器の昇温に利用する。
【００６７】
水素供給管８は、ホルダ５に貯留された水素を水素エンジン９に供給する。水素供給管８は、バルブ（図示せず）を有し、バルブはホルダ５の圧力変化をモニタする間、中央制御回路３９により、閉じるように制御される。エネルギー生成装置としての水素エンジン９は、一般的に知られる水素の燃焼を動力とするエンジンであり、大きさ、形状等について限定はされない。エンジンに発電装置を取り付けることにより、発電することとしてもよい。なお、水素エンジン９の代わりに燃料電池により、発電してもよい。直接的には、水素エンジン９の場合には運動エネルギーが生成され、燃料電池の場合には電気的エネルギーが生成される。燃料電池は、水素を燃料とするものであればよく、たとえば固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、アルカリ型燃料電池等を用いることができる。
【００６８】
水蒸気流通管１０は、熱伝導部として、水素エンジン９から排出される水蒸気を熱媒体として水素供給装置３またはガス改質装置６に導入する。このように、エネルギー供給システム１は、水素エンジン９の廃熱を、水素供給装置３における水素の放出、またはガス改質装置６における水素ガスへのガスの改質に利用している。これにより、エネルギー供給システム１全体のエネルギー供給の効率を高めることができる。
【００６９】
次に、エネルギー供給システム１の動作について説明する。図６は、エネルギー供給システム１の特徴的な動作を示すフローチャートの一例である。まず、動作を開始すると、水素供給装置３の中央制御回路３９は、初期設定に基き各コイルＣ１〜Ｃｎの出力を決定し、出力選択回路３７に信号を入力する。具体的には、最初の順位のコイルＣ１に電力を供給し（ステップＳ１）、その周囲の水素貯蔵体２１を加熱して、水素を放出するのに必要な温度以上にする。最初の順位に設定されるコイルは、コイルＣｎであってもよい。
【００７０】
次に、中央制御回路３９は、流量センサ用受信部３５ａを介して、水素の流量を流量センサ３４ａからの信号によりモニタする。また、圧力センサ用受信部３５を介して、ホルダ５内部の圧力を圧力センサ３４からの信号により、モニタする。そして、水素流量および圧力の時間変化から、水素供給装置３からの単位時間あたりの水素供給状況を認識し（ステップＳ２）、水素供給量が過剰か否かを判断する（ステップＳ３）。水素供給量が過剰な場合は、加熱を一時中断する（ステップＳ４）。水素供給量が過剰でない場合は、さらに水素供給量が不足しているか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００７１】
一方、水素供給装置３からの水素供給量が不足していないと判断した場合には、ステップＳ２に戻る。水素供給装置３からの水素供給量が不足していると判断した場合には、次の順位のコイルＣｉ+１があるか否かを判断する（ステップＳ６）。次の順位のコイルＣｉ+１があると判断した場合には、次の順位のコイルＣｉ+１に電力を供給する（ステップＳ７）。コイルへは、その周辺の水素貯蔵体２１が水素を放出するのに必要な温度以上になるように電力を供給する。このようにコイルによる加熱は順次、次の順位の水素貯蔵カートリッジへ移っていく。次の順位のコイルＣｉ+１がないと判断した場合には、さらに別の水素貯蔵カートリッジ２があるか否かを判断する（ステップＳ８）。水素貯蔵カートリッジ２がある場合には、次の水素貯蔵カートリッジを作動させる信号を送信し（ステップＳ９）、ステップＳ１３に移行する。水素貯蔵カートリッジ２内の水素が空になった信号は、ランプやブザー等に送信されユーザに通知される。
【００７２】
別の水素貯蔵カートリッジ２がない場合には、ガス改質装置６があるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ガス改質装置６がない場合には、水素供給を停止することを知らせるための信号を送信し（ステップＳ１１）、ステップＳ１３に移行する。ガス改質装置６がある場合には、ガス改質装置６を作動させる信号を送信し（ステップＳ１２）、水素貯蔵カートリッジ２が空であることを示す信号を送信して（ステップＳ１３）、動作を終了する。このように、補助装置としてガス改質による水素発生装置が配置されている場合は、水素貯蔵カートリッジ２内に貯蔵される水素がなくなった段階で、ガス改質装置６が作動することとなる。
【００７３】
なお、上記の実施形態において、水素供給装置３は、加熱装置としてのコイルまたは電熱ヒータを複数有しているが、単一の加熱装置をモータ等の動力を利用する移動装置により、移動させて水素貯蔵カートリッジ２の加熱部位を変える方式を採ってもよい。その場合、移動装置は、水素貯蔵カートリッジ２の長手方向の軸に沿って、加熱装置の停止位置を変更する機能を有するものであればよい。中央制御回路３９の制御により、水素の単位時間あたりの供給量が所定量以下になったときに、移動装置を動作させて加熱装置の停止位置を変更させる。これにより、上記の実施形態と同様にすでに水素を放出し終えた水素貯蔵体の加熱を防ぎ、水素を放出することが可能な水素貯蔵体を加熱して、高い効率で水素を供給することができる。
【００７４】
（実施形態２）
上記の実施形態の図３に示す水素貯蔵カートリッジは、水素貯蔵容器２２に、複数の金属球２６を水素貯蔵体２１と混合して封入するが、このような構成の水素貯蔵カートリッジにエネルギー効率のよい材料の水素貯蔵容器、水素貯蔵体および金属球等の発熱体を用いることも可能である。
【００７５】
図７は、水素貯蔵カートリッジ４０の断面図である。水素貯蔵カートリッジ４０は、加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体４１と、発熱体４６と、これらを収容する水素貯蔵容器４２とから構成されている。水素貯蔵体４１の材料には、ＮａＡｌＨ４などアラネート系材料、リチウム系材料等が用いられる。水素貯蔵体４１には、発熱体４６が混合されている。なお、発熱体４６の形状は球に限定されず、板状や棒状の形状であってもよいし、粉粒体であってもよい。また、3次元構造体であっても良い。
【００７６】
誘導加熱における入力電力Ｐは、以下の数式に示すように、被加熱物の体積抵抗率ρの平方根、比透磁率μの平方根、加熱コイル電流の周波数ｆの平方根、コイルの巻数Ｎの２乗、電流Ｉの２乗に比例する。入力電力Ｐは、大きいほど誘導加熱により熱に変換される電気的エネルギーが大きいことを意味する。
【００７７】
【数１】
したがって、発熱体４６の材料は、鉄やＳＵＳ等の高い体積抵抗率または高い比透磁率を有するものであることが好ましい。たとえば、鉄の体積抵抗率は０．１７μΩｍで、比透磁率は２００であるため、それらの積は、３４μΩｍである。また、ＳＵＳの体積抵抗率は０．７μΩｍで、比透磁率は１であるため、それらの積は、０．７μΩｍである。
【００７８】
水素貯蔵容器４２は、気密な構造を有しており、使用される水素貯蔵体４１の特性に応じて適当な温度、圧力に耐えうる材料および形状が選ばれる。水素貯蔵容器４２の材料は、電磁波を吸収し難いものが適しており、銅やアルミニウム等の低い体積抵抗率または低い比透磁率を有するものであることが好ましい。これにより、水素貯蔵容器４２では電力が消費されず、発熱体４６により電力が熱に変わり、効率的に水素貯蔵体４１を加熱することができる。たとえば、アルミニウムの体積抵抗率は０．０２７μΩｍで、比透磁率は１であるため、それらの積は、０．０２７μΩｍである。また、銅の体積抵抗率は０．０１７μΩｍで、比透磁率は１であるため、それらの積は、０．０１７μΩｍである。
【００７９】
水素貯蔵容器４２には、アルミニウムを含め、体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料が好適である。一方、発熱体４６の材料は、体積抵抗率と比透磁率との積が０．３μΩｍ以上であれば、水素貯蔵容器４２の材料のものの１０倍以上となりエネルギー効率がよく好適である。すなわち、水素貯蔵容器４２では電力が消費されず、容器内部の発熱体４６により電力が熱になるため、効率的に水素貯蔵体４１を加熱することができる。なお、図７に示される水素貯蔵容器４２の外形は、円筒形状であるが、角の丸い四角柱の形状としてもよい。
水素供給装置は誘導加熱の方式をとる。コイルに交流電流を供給して、交番磁界を発生させ、誘導電流により発熱体４６を発熱させることができる。この際、水素貯蔵容器４２の内部の発熱体４６が効率良く発熱するように、水素貯蔵容器４２の材料、容器内部の発熱体４６の材料に応じて、コイル電流、周波数が設定される。水素貯蔵体４１は、水素貯蔵容器４２内において、仕切り板４３により仕切られており、水素の流通口４４まで水素貯蔵体４１が入り込まないように保持されている。仕切り板４３は水素貯蔵体４１の粉粒は通さないが、水素ガスを通すフィルタとしても機能する。流通口４４には、バルブ４５が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係るエネルギー供給システムの構成図である。
【図２】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの断面図である。（実施形態１）
【図３】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの断面図である。（実施形態１）
【図４】本発明に係る水素供給装置の保持部の断面図である。
【図５】本発明に係る水素供給装置の電気的構成を示すブロック図である。（実施形態１）
【図６】本発明に係るエネルギー供給システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る水素貯蔵カートリッジの断面図である。（実施形態２）
【符号の説明】
【００８１】
１ エネルギー供給システム
２ 水素貯蔵カートリッジ
３ 水素供給装置
４ 水素流通管
５ ホルダ
６ ガス改質装置
７ 都市ガス供給管
８ 水素供給管
９ 水素エンジン（エネルギー生成装置）
１０ 水蒸気流通管（熱伝導部）
２１ 水素貯蔵体
２２ 水素貯蔵容器
２６ 金属球（導電体）
３１ 保持部
３２ 本体部
３３ 制御部
３４ 圧力センサ（感知部）
３４ａ 流量センサ（感知部）
３５ 圧力センサ用受信部
３５ａ 流量センサ用受信部
３６ 高周波電源
３７ 出力選択回路
３８ 温度センサ用受信部
３９ 中央制御回路
Ｃ１-Ｃｎ コイル（加熱装置）
Ｔ１-Ｔｍ 熱電対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵カートリッジを保持し、電力の供給を受けて前記水素貯蔵カートリッジを加熱する複数の加熱装置を有する保持部と、
前記複数の加熱装置への電力の供給を制御する制御部と、
水素の供給量を算出するための物理量を検出し、前記制御部に検出値を入力する感知部と、を備え、
前記制御部は前記水素の供給状態を把握し、前記水素貯蔵カートリッジから水素を放出するための加熱条件を、加熱部位を変更することによって制御することを特徴とする水素供給装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、交流電流を供給したときに交番磁界を発生させるコイルを備えることを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記加熱装置は、電熱ヒータであることを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素供給装置と、
前記水素供給装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、
前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジに伝える熱伝導部と、を備えることを特徴とするエネルギー供給システム。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素供給装置と、
都市ガスの配管に接続され、前記配管から供給された都市ガスを水素に改質し供給するガス改質装置と、
前記水素供給装置または前記ガス改質装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、
前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジおよび前記ガス改質装置の少なくとも一方に伝える熱伝導部と、を備えることを特徴とするエネルギー供給システム。
【請求項６】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
前記水素貯蔵体を収容する導電体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項７】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な導電体の水素貯蔵体と、
前記水素貯蔵体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項８】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱し、前記水素貯蔵体を加熱する導電体と、
前記水素貯蔵体および前記導電体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項９】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、
前記水素貯蔵体に混合される複数の導電性を有する粉粒体と、
前記水素貯蔵体および前記粉粒体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１０】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱する発熱体と、
体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体とを収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１１】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱する発熱体と、
実質的にアルミニウムまたは銅により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１２】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
体積抵抗率と比透磁率との積が０．３μΩｍ以上である材料により形成され、誘導加熱により発熱する発熱体と、
体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１３】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱する発熱体と、
前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備え、
前記発熱体の体積抵抗率をρ１、比透磁率をμ１とし、前記水素貯蔵容器の体積抵抗率をρ２、比透磁率をμ２とするとき、（ρ１×μ１）／（ρ２×μ２）≧１０であることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１】
水素貯蔵カートリッジを保持し、電力の供給を受けて前記水素貯蔵カートリッジを加熱する複数の加熱装置を有する保持部と、
前記複数の加熱装置への電力の供給を制御する制御部と、
水素の供給量を算出するための物理量を検出し、前記制御部に検出値を入力する感知部と、を備え、
前記制御部は前記水素の供給状態を把握し、前記水素貯蔵カートリッジから水素を放出するための加熱条件を、加熱部位を変更することによって制御することを特徴とする水素供給装置。
【請求項２】
前記加熱装置は、交流電流を供給したときに交番磁界を発生させるコイルを備えることを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記加熱装置は、電熱ヒータであることを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素供給装置と、
前記水素供給装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、
前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジに伝える熱伝導部と、を備えることを特徴とするエネルギー供給システム。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素供給装置と、
都市ガスの配管に接続され、前記配管から供給された都市ガスを水素に改質し供給するガス改質装置と、
前記水素供給装置または前記ガス改質装置により供給される水素を燃料として、電気的エネルギーまたは機械的エネルギーを生成するエネルギー生成装置と、
前記エネルギー生成装置の廃熱を、熱媒体を流動させることにより、または熱伝導により前記水素貯蔵カートリッジおよび前記ガス改質装置の少なくとも一方に伝える熱伝導部と、を備えることを特徴とするエネルギー供給システム。
【請求項６】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
前記水素貯蔵体を収容する導電体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項７】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な導電体の水素貯蔵体と、
前記水素貯蔵体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項８】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱し、前記水素貯蔵体を加熱する導電体と、
前記水素貯蔵体および前記導電体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項９】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な絶縁体の水素貯蔵体と、
前記水素貯蔵体に混合される複数の導電性を有する粉粒体と、
前記水素貯蔵体および前記粉粒体を収容する絶縁体の水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１０】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱する発熱体と、
体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体とを収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１１】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱する発熱体と、
実質的にアルミニウムまたは銅により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１２】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
体積抵抗率と比透磁率との積が０．３μΩｍ以上である材料により形成され、誘導加熱により発熱する発熱体と、
体積抵抗率と比透磁率との積が０．０３μΩｍ以下である材料により形成され、前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備えることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【請求項１３】
請求項２記載の前記水素供給装置に用いられる水素貯蔵カートリッジであって、
加熱することにより、水素の貯蔵および放出が可能な水素貯蔵体と、
誘導加熱により発熱する発熱体と、
前記水素貯蔵体および前記発熱体を収容する水素貯蔵容器と、を備え、
前記発熱体の体積抵抗率をρ１、比透磁率をμ１とし、前記水素貯蔵容器の体積抵抗率をρ２、比透磁率をμ２とするとき、（ρ１×μ１）／（ρ２×μ２）≧１０であることを特徴とする水素貯蔵カートリッジ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１６２０５７（Ｐ２００６−１６２０５７Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５３４４３（Ｐ２００５−１５３４４３）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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