水素供給装置及び燃料電池システム
【課題】水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムを提供する。
【解決手段】少なくとも第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、第２の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、第２の水素貯蔵材料の水素放出速度は、第１の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きい、水素供給装置とする。
【解決手段】少なくとも第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、第２の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、第２の水素貯蔵材料の水素放出速度は、第１の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きい、水素供給装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯蔵した水素を機器へ供給する水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策技術として研究が進められている燃料電池は、反応物（水素や空気等）の電気化学反応の過程で生じた電気エネルギーを外部へ取り出す装置であり、有害ガス等を発生させないクリーンなエネルギー源として知られている。燃料電池を搭載した自動車（以下「燃料電池車」という。）において、反応物として水素を用いる場合、使用される水素を貯蔵する手段が必要とされ、水素の貯蔵形態としては、気体の水素を直接充填する形態や液体水素を用いる形態のほか、水素吸蔵合金を用いる形態等が提案されている。これらの中でも、液体水素よりも多量の水素を貯蔵でき、安全性に優れる等の観点から、水素吸蔵合金を用いる形態が注目されている。
【０００３】
水素吸蔵合金は、温度や圧力を制御することにより水素を吸蔵・放出し得る合金である。ここで、燃料電池車に搭載される水素貯蔵手段には、燃料電池車の航続距離を長期間に亘って維持するために、多量の水素を吸蔵可能であることが必要とされる。さらに、燃料電池車の運転状態に応じて、幅広い水素放出速度に対応可能であることが必要とされる。それゆえ、燃料電池車に搭載される水素貯蔵手段に水素吸蔵合金が収容される場合、水素吸蔵量が大きく、かつ、水素の吸蔵・放出速度が大きい水素吸蔵合金を用いることが重要になる。
【０００４】
水素吸蔵合金を備えた水素貯蔵手段に関する技術として、例えば、特許文献１には、熱供給部材を備えたタンク本体内に水素吸蔵合金を充填してなる水素吸蔵合金タンクにおいて、上記水素吸蔵合金を、所定の水素放出圧を得るに必要な温度であってその属性から決定される属性温度が異なる複数種類の水素吸蔵合金で構成するとともに、該複数の水素吸蔵合金を、属性温度の高い水素吸蔵合金ほど上記タンク本体内の上記熱供給部材から供給される熱量が多い部位寄りに位置せしめた状態で配置した水素吸蔵合金タンク構造が開示されている。また、特許文献２には、水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材を備えた水素供給装置に関する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２０８６９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７３８９９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に開示されている技術によれば、水素吸蔵合金タンクに複数種類の水素吸蔵合金が備えられるので、長期間に亘って水素を放出することが可能になると考えられる。しかし、特許文献１に開示されている技術では、水素の放出速度については考慮されていない。水素吸蔵合金タンクには、水素を貯蔵可能であるのみならず、必要十分な量の水素を放出可能であることも必要とされるため、水素の放出速度について考慮されていない特許文献１に開示された技術では、例えば、一度に大量の水素が必要とされる場面において、十分な量の水素を供給できない虞があるという問題があった。かかる問題は、特許文献２に開示されている技術、及び、特許文献１に開示されている技術と特許文献２に開示されている技術とを組み合わせた技術によっても解決が困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、水素吸蔵量は多いが水素放出速度は小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池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、
第１の本発明は、少なくとも第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、第２の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、第２の水素貯蔵材料の水素放出速度は、第１の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きいことを特徴とする、水素供給装置である。
【０００９】
ここで、「第１の水素貯蔵材料」及び「第２の水素貯蔵材料」は、水素を貯蔵・放出可能な材料であれば、その形態は特に限定されるものではない。第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料の具体例としては、水素吸蔵合金を挙げることができる。さらに、本発明における「水素吸蔵圧」及び「水素放出圧」は、Hydrogen pressure-composition-isotherms曲線（以下「ＰＣＴ曲線」という。）のプラトー領域における圧力（プラトー領域が水平ではなく傾きを有する直線で近似される場合には、当該プラトー領域の平均圧力（プラトー領域の最大圧力をＰｘ、最小圧力をＰｙとするとき、（Ｐｘ＋Ｐｙ）／２で表される圧力））を意味する。
【００１０】
上記第１の本発明において、第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料が、同一容器に収容されていることが好ましい。
【００１１】
第２の本発明は、上記第１の本発明にかかる水素供給装置と、該水素供給装置から取り出された水素が供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００１２】
第１の本発明によれば、水素吸蔵量は多いが相対的に水素放出速度の小さい第１の水素貯蔵材料に加え、相対的に水素放出速度の大きい第２の水素貯蔵材料が備えられ、かつ、当該第２の水素貯蔵材料の水素貯蔵圧は、第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも小さい。そのため、水素貯蔵手段内の圧力が高い間は、高圧ガスの状態で存在する水素を供給でき、水素貯蔵手段内の圧力が低下すると、第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料から水素が放出される。そして、第１の水素貯蔵材料からのみでは水素の供給が追いつかない時、水素放出速度の大きい第２の水素貯蔵材料から水素が放出される。それゆえ、水素貯蔵手段内の圧力の高低によらず、水素放出速度の大きい状態を維持することができる。したがって、第１の本発明によれば、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００１３】
第１の本発明において、第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料が同一容器に収容されることにより、第１の水素貯蔵材料から第２の水素貯蔵材料に水素が移動する際に、水素を吸蔵する第２の水素貯蔵材料から発せられた熱を、水素を放出する際に熱を吸収する第１の水素貯蔵材料へと移動させることができる。すなわち、かかる形態とすることで、水素の吸蔵・放出時における外部からの熱の供給が不要になるので、上記効果に加えて補機損失を低減することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００１４】
第２の本発明によれば、上記第１の本発明にかかる水素供給装置が備えられるので、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、燃料電池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】
【００１５】
水素貯蔵材料を用いて水素を貯蔵する場合、水素貯蔵量の多い水素貯蔵材料に貯蔵することが有効である。しかし、水素貯蔵量の多い水素貯蔵材料は、水素の放出速度が小さい場合があるため、大きな水素放出速度が要求される水素供給装置では、水素貯蔵量の多い水素貯蔵材料の使用が困難であった。一方で、水素エンジン自動車や燃料電池車等に搭載される水素貯蔵タンクを備えた水素供給装置では、多量の水素を貯蔵可能な形態とすることが好ましい。それゆえ、水素吸蔵量が多く、かつ、水素放出速度が大きい水素供給装置の開発が望まれている。
【００１６】
本発明は、かかる観点からなされたものであり、その要旨は、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムを提供することにある。
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の水素供給装置及び燃料電池システムについて説明する。なお、以下の説明では、本発明の水素供給装置及び燃料電池システムが燃料電池車に搭載された場合を例示するが、以下に示す形態はあくまでも例示であり、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
【００１８】
１．水素供給装置
図１は、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、第１の水素貯蔵材料（以下「水素貯蔵材料Ａ」という。）のＰＣＴ曲線、及び、第２の水素貯蔵材料（以下「水素貯蔵材料Ｂ」という。）のＰＣＴ曲線の形態例を示す概念図であり、同一温度におけるＰＣＴ曲線の形態を示している。図２は、水素が充填されている途中の時点における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料Ａの水素吸蔵圧及び水素放出圧並びに水素貯蔵材料Ｂの水素吸蔵圧及び水素放出圧（以下「水素貯蔵材料の水素吸放出特性」という。）との関係を示す概念図である。図３は、水素充填完了後に、水素貯蔵手段から水素が短時間で大量に放出される状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図４は、図３に示す状態を経た後に、水素貯蔵手段から放出される水素が所定値以下の状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図５は、図４に示す状態を経た後に、水素貯蔵手段から水素が短時間で大量に放出される状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図１〜図５の縦軸は圧力［ＭＰａ］、同横軸は、水素貯蔵材料の固相中に貯蔵された水素原子Ｈと当該水素貯蔵材料を構成する金属原子Ｍとの質量比Ｈ／Ｍである。以下、図１〜図５を参照しつつ、本発明の水素供給装置について説明する。
【００１９】
１．１．水素充填時
図１に示すように、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される水素貯蔵材料Ａは、ＰＣＴ曲線のプラトー領域の圧力が、Ｐ１及びＰ２であり、水素貯蔵材料Ｂは、ＰＣＴ曲線のプラトー領域の圧力がＰ３及びＰ４である。すなわち、水素貯蔵材料Ａの水素吸蔵圧及び水素放出圧はＰ１及びＰ２、水素貯蔵材料Ｂの水素吸蔵圧及び水素放出圧はＰ３及びＰ４であって、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及び、Ｐ４の間には、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１の関係が成立する。
【００２０】
図１に示す水素吸放出特性を有する水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂを収容した水素貯蔵手段に水素を充填させると、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＜Ｐ３である間は、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂに吸蔵される水素は僅かな量に留まる。その後、水素貯蔵手段に充填された水素量が増大することにより、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＝Ｐ３になると、水素吸蔵圧がＰ３である水素貯蔵材料Ｂに多量の水素が吸蔵される。一方、水素貯蔵材料Ａの水素吸蔵圧はＰ１（＞Ｐ３）であるため、水素貯蔵材料Ｂに多量の水素が吸蔵される状態であっても、水素貯蔵材料Ａに吸蔵される水素は依然として僅かな量に留まる。
【００２１】
水素貯蔵材料Ｂに多量の水素が吸蔵された後も水素貯蔵手段に水素を供給し続けると、やがて、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＞Ｐ３となり、その後、Ｐ＝Ｐ１へと上昇する。水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＝Ｐ１になると、水素吸蔵圧がＰ１である水素貯蔵材料Ａに多量の水素が吸蔵される。そして、水素吸蔵材料Ａに多量の水素が吸蔵された後、水素貯蔵手段の内部圧力が所定値にまで到達すると、水素の充填が終了される。すなわち、水素貯蔵手段への水素の充填が完了した時点における、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ１＜Ｐとなる（図２参照）。なお、上記の水素吸放出特性を有する水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂは、多くの場合、水素貯蔵材料Ｂよりも水素貯蔵材料Ａの方が水素吸蔵量が大きく、水素貯蔵材料Ｂよりも水素貯蔵材料Ａの方が水素の放出速度が小さい傾向が認められる。
【００２２】
１．２．走行時（その１）
水素充填の終了後に燃料電池車を始動させると、短時間に多量の水素が水素貯蔵手段から放出される。ところが、水素充填終了直後における水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ１＜Ｐであり、かかる圧力状態において水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂから放出される水素は、微量である。そのため、燃料電池車の始動直後には、水素貯蔵手段の内部に高圧ガスの状態で存在する水素（水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂに吸蔵されず、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの外側であって水素貯蔵手段の内部に存在する高圧ガスとしての水素）が、水素貯蔵手段から放出される。このようにして、高圧ガスの水素が水素貯蔵手段から放出されると、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは徐々に低下し、やがて、Ｐ＝Ｐ２となる。
【００２３】
Ｐ＝Ｐ２になると、本格的に、水素貯蔵材料Ａから水素が放出されるが、上述のように、水素貯蔵材料Ａは水素の放出速度が小さい。そのため、燃料電池車の加速時に必要とされる水素を、常に水素貯蔵材料Ａから放出される水素で賄うことができるとは限らない。その際には、水素貯蔵材料Ａから水素が本格的に放出され始めても、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは低下し続け、やがて、Ｐ＝Ｐ４になると考えられる。
【００２４】
Ｐ＝Ｐ４になると、本格的に、水素貯蔵材料Ｂから水素が放出される。上述のように、水素貯蔵材料Ｂは水素の放出速度が大きい。そのため、Ｐ＝Ｐ４となって、水素貯蔵材料Ｂから多量の水素が放出されるようになると、必要とされる全ての量の水素を、水素貯蔵材料Ａから放出される水素及び水素貯蔵材料Ｂから放出される水素によって賄うことが可能になる。その結果、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ＝Ｐ４に維持され、以後、しばらくの間はＰ＝Ｐ４のまま、水素貯蔵手段から安定して水素が放出される（図３参照）。
【００２５】
１．３．走行時（その２）
図３に示す始動直後の状態に代表される、高負荷状態（燃料電池で所定量を超える水素が消費される状態。例えば、燃料電池車の急加速時等。）を経て、燃料電池車が低負荷状態（燃料電池で所定量以下の水素が消費される状態。燃料電池車の停止時も含む。）へ移行すると、水素貯蔵手段から取り出される水素量が減る。そうすると、水素貯蔵手段から取り出される水素の量よりも、水素貯蔵材料から放出される水素の方が多くなる。そのため、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ４＜Ｐとなり、やがて、Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ２となる。水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ３≦Ｐ＜Ｐ２の状態下では、水素放出圧がＰ２である水素貯蔵材料Ａから水素が放出される一方、水素吸蔵圧がＰ３である水素貯蔵材料Ｂへ水素が吸蔵される。それゆえ、かかる圧力状態下では、水素貯蔵材料Ａから放出された水素が水素貯蔵材料Ｂへと吸蔵され、見かけ上、水素が水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへと移動する（図４参照）。
【００２６】
水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへの水素の移動は、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ３≦Ｐ＜Ｐ２である間に生じ、最終的に、水素貯蔵材料Ａに貯蔵されていた水素が全て放出された段階で、終了する。なお、水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへ水素が移動している間に、高負荷状態で燃料電池車が運転されると、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ＜Ｐ３となり、水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへの水素の移動は、一旦、終了する。しかし、燃料電池車が高負荷状態から低負荷状態へ移行すると、再び、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ２となり、水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへ水素が移動する。結局、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ≦Ｐ１になった後は、水素貯蔵手段に新たに水素を充填しない限り、当該圧力ＰがＰ１＜Ｐとなることはない。そして、水素貯蔵材料Ａに貯蔵されていた水素は、水素貯蔵手段の外へと取り出されるか、又は、水素貯蔵材料Ｂに吸蔵されることによって底をつく。したがって、水素貯蔵手段に貯蔵されている水素の残量が少なくなると、水素貯蔵材料Ｂに水素が貯蔵され、水素貯蔵材料Ａには水素が貯蔵されていない状態となる。
【００２７】
１．４．走行時（その３）
図３及び図４に示す状態を経て、水素貯蔵手段に貯蔵されている水素の残量が少なくなり、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＜Ｐ４になると、水素貯蔵材料Ａに貯蔵されていた水素は底をつき、原則として、水素貯蔵材料に貯蔵されている水素は、水素貯蔵材料Ｂに貯蔵されている水素のみになる（図５参照）。ここで、上述のように、水素貯蔵材料Ｂは、水素の放出速度が大きい。そのため、かかる状態になっても、水素貯蔵手段からは一度に多量の水素を取り出すことができる。
【００２８】
このように、本発明の水素供給装置によれば、最終的には、水素の放出速度が大きい水素貯蔵材料Ｂから水素が放出されるので、水素貯蔵手段に水素が貯蔵されている間は、燃料電池車に搭載された燃料電池で使用される単位時間当たりの水素量によらずに、必要とされる水素を確実に供給することができる。これに対し、従来のように、水素吸蔵量は多いが水素の放出速度が小さい水素吸蔵合金（例えば、上記水素貯蔵材料Ａ）のみが備えられる水素供給装置では、水素貯蔵タンク等に代表される水素貯蔵手段内の水素充填量が多い時には高圧ガスとして存在している水素を供給できるため、短時間は高負荷運転状態を維持できるものの、高圧ガスとして存在している水素が残り少なくなると、一度に多量の水素を取り出すことができず、結果として、高負荷運転を長時間に亘って維持することが困難であった。ところが、本発明の水素供給装置によれば、水素貯蔵材料Ａとともに、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たし水素の放出速度が大きい水素貯蔵材料Ｂが備えられる構成とすることで、当該水素貯蔵材料Ｂを水素貯蔵材料Ａのバッファタンクとして機能させ、水素の残量が少なくなっても大きな水素放出速度を維持することができる。それゆえ、本発明によれば、長期間に亘って高負荷運転状態を維持し得る、水素供給装置を提供することができる。
【００２９】
本発明の水素供給装置において、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの収容形態は、特に限定されるものではないが、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂとして水素吸蔵合金を用いる場合には、水素吸蔵時に発熱反応が生じ、水素放出時に吸熱反応が生じる。それゆえ、上記走行時（その２）に、水素貯蔵手段へ熱量を供給する熱量供給手段で消費されるエネルギーを低減し（又は、当該熱量供給手段を不要とし）て、エネルギーの利用効率を向上させ得る形態の水素供給装置を提供する等の観点からは、水素を吸蔵する水素貯蔵材料Ｂが発する熱を、水素を放出する水素貯蔵材料Ａが吸収可能な形態で、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂが収容されることが好ましい。かかる観点から、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂは、同一容器に収容されることが好ましい。
【００３０】
また、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの質量は特に限定されるものではないが、水素貯蔵材料Ｂの質量が小さすぎると、水素貯蔵材料Ａに吸蔵された水素を水素貯蔵材料Ｂへ移動させ、水素貯蔵材料に貯蔵された水素の残量が少なくなった場合には、水素の放出速度が大きい水素貯蔵材料Ｂから水素を放出させる、という本発明の効果が得られ難い。一方、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの合計量に占める水素貯蔵材料Ｂの割合が大きすぎると、水素貯蔵手段に貯蔵可能な水素量が低減する虞がある。そこで、本発明の水素供給装置では、これらの点を考慮して、水素貯蔵手段に収容される水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの質量を決定する事が好ましい。
【００３１】
本発明の水素供給装置で使用される水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂは、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たし、かつ、水素貯蔵材料Ｂの水素放出速度が水素貯蔵材料Ａの水素放出速度よりも大きい材料であれば、特に限定されるものではなく、当該関係を満たす水素吸蔵合金等を好適に用いることができる。本発明の水素供給装置で使用可能な水素貯蔵材料Ａの具体例としては、ＴｉＣｒＶ等に代表されるＶを含有する体心立方構造を持つ合金や、Ｍｇ系合金のほか、ＡｌＨ４を含む錯体系材料等を挙げることができる。さらに、本発明の水素供給装置で使用可能な水素貯蔵材料Ｂの具体例としては、ＴｉＣｒＭｎ等に代表されるラーベス構造を持つ合金や、ＬａＮｉ５等に代表されるミッシュメタルを含む合金等を挙げることができる。
【００３２】
２．燃料電池システム
図６は、本発明の燃料電池システムの形態例を簡略化して示す概念図である。図６に示すように、本発明の燃料電池システム１０は、少なくとも上記水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂを収容した水素貯蔵手段１、及び、当該水素貯蔵手段１から取り出された水素が流通する水素流通手段２、を備える水素供給装置３と、当該水素供給装置３から取り出された水素が供給される燃料電池４と、を備え、燃料電池４には、図示されていない酸化剤供給手段を介して酸化剤（例えば、空気等）が供給される。本発明の燃料電池システム１０が燃料電池車に搭載されると、燃料電池車の運転状態に応じて、燃料電池４で消費される水素量が変動し得る。ところが、上述のように、本発明の水素供給装置３の水素貯蔵手段１には、水素吸蔵量が多く水素放出速度が小さい水素貯蔵材料Ａに加えて、水素貯蔵材料Ｂが収容されている。そのため、燃料電池システム１０によれば、燃料電池車が低負荷状態で運転される場合のみならず、高負荷状態で運転される場合であっても、長期間に亘って、燃料電池４で必要とされる水素を供給することができる。したがって、本発明によれば、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料Ａが備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、燃料電池システム１０を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、水素貯蔵材料ＡのＰＣＴ曲線、及び、水素貯蔵材料ＢのＰＣＴ曲線の形態例を示す概念図である。
【図２】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図３】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図４】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図５】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図６】本発明の燃料電池システムの形態例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…水素貯蔵手段
２…水素流通手段
３…水素供給装置
１０…燃料電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯蔵した水素を機器へ供給する水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策技術として研究が進められている燃料電池は、反応物（水素や空気等）の電気化学反応の過程で生じた電気エネルギーを外部へ取り出す装置であり、有害ガス等を発生させないクリーンなエネルギー源として知られている。燃料電池を搭載した自動車（以下「燃料電池車」という。）において、反応物として水素を用いる場合、使用される水素を貯蔵する手段が必要とされ、水素の貯蔵形態としては、気体の水素を直接充填する形態や液体水素を用いる形態のほか、水素吸蔵合金を用いる形態等が提案されている。これらの中でも、液体水素よりも多量の水素を貯蔵でき、安全性に優れる等の観点から、水素吸蔵合金を用いる形態が注目されている。
【０００３】
水素吸蔵合金は、温度や圧力を制御することにより水素を吸蔵・放出し得る合金である。ここで、燃料電池車に搭載される水素貯蔵手段には、燃料電池車の航続距離を長期間に亘って維持するために、多量の水素を吸蔵可能であることが必要とされる。さらに、燃料電池車の運転状態に応じて、幅広い水素放出速度に対応可能であることが必要とされる。それゆえ、燃料電池車に搭載される水素貯蔵手段に水素吸蔵合金が収容される場合、水素吸蔵量が大きく、かつ、水素の吸蔵・放出速度が大きい水素吸蔵合金を用いることが重要になる。
【０００４】
水素吸蔵合金を備えた水素貯蔵手段に関する技術として、例えば、特許文献１には、熱供給部材を備えたタンク本体内に水素吸蔵合金を充填してなる水素吸蔵合金タンクにおいて、上記水素吸蔵合金を、所定の水素放出圧を得るに必要な温度であってその属性から決定される属性温度が異なる複数種類の水素吸蔵合金で構成するとともに、該複数の水素吸蔵合金を、属性温度の高い水素吸蔵合金ほど上記タンク本体内の上記熱供給部材から供給される熱量が多い部位寄りに位置せしめた状態で配置した水素吸蔵合金タンク構造が開示されている。また、特許文献２には、水素を吸蔵・解離する水素吸蔵材を備えた水素供給装置に関する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２０８６９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７３８９９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に開示されている技術によれば、水素吸蔵合金タンクに複数種類の水素吸蔵合金が備えられるので、長期間に亘って水素を放出することが可能になると考えられる。しかし、特許文献１に開示されている技術では、水素の放出速度については考慮されていない。水素吸蔵合金タンクには、水素を貯蔵可能であるのみならず、必要十分な量の水素を放出可能であることも必要とされるため、水素の放出速度について考慮されていない特許文献１に開示された技術では、例えば、一度に大量の水素が必要とされる場面において、十分な量の水素を供給できない虞があるという問題があった。かかる問題は、特許文献２に開示されている技術、及び、特許文献１に開示されている技術と特許文献２に開示されている技術とを組み合わせた技術によっても解決が困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、水素吸蔵量は多いが水素放出速度は小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池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、
第１の本発明は、少なくとも第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、第２の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、第２の水素貯蔵材料の水素放出速度は、第１の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きいことを特徴とする、水素供給装置である。
【０００９】
ここで、「第１の水素貯蔵材料」及び「第２の水素貯蔵材料」は、水素を貯蔵・放出可能な材料であれば、その形態は特に限定されるものではない。第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料の具体例としては、水素吸蔵合金を挙げることができる。さらに、本発明における「水素吸蔵圧」及び「水素放出圧」は、Hydrogen pressure-composition-isotherms曲線（以下「ＰＣＴ曲線」という。）のプラトー領域における圧力（プラトー領域が水平ではなく傾きを有する直線で近似される場合には、当該プラトー領域の平均圧力（プラトー領域の最大圧力をＰｘ、最小圧力をＰｙとするとき、（Ｐｘ＋Ｐｙ）／２で表される圧力））を意味する。
【００１０】
上記第１の本発明において、第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料が、同一容器に収容されていることが好ましい。
【００１１】
第２の本発明は、上記第１の本発明にかかる水素供給装置と、該水素供給装置から取り出された水素が供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００１２】
第１の本発明によれば、水素吸蔵量は多いが相対的に水素放出速度の小さい第１の水素貯蔵材料に加え、相対的に水素放出速度の大きい第２の水素貯蔵材料が備えられ、かつ、当該第２の水素貯蔵材料の水素貯蔵圧は、第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも小さい。そのため、水素貯蔵手段内の圧力が高い間は、高圧ガスの状態で存在する水素を供給でき、水素貯蔵手段内の圧力が低下すると、第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料から水素が放出される。そして、第１の水素貯蔵材料からのみでは水素の供給が追いつかない時、水素放出速度の大きい第２の水素貯蔵材料から水素が放出される。それゆえ、水素貯蔵手段内の圧力の高低によらず、水素放出速度の大きい状態を維持することができる。したがって、第１の本発明によれば、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００１３】
第１の本発明において、第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料が同一容器に収容されることにより、第１の水素貯蔵材料から第２の水素貯蔵材料に水素が移動する際に、水素を吸蔵する第２の水素貯蔵材料から発せられた熱を、水素を放出する際に熱を吸収する第１の水素貯蔵材料へと移動させることができる。すなわち、かかる形態とすることで、水素の吸蔵・放出時における外部からの熱の供給が不要になるので、上記効果に加えて補機損失を低減することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００１４】
第２の本発明によれば、上記第１の本発明にかかる水素供給装置が備えられるので、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、燃料電池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】
【００１５】
水素貯蔵材料を用いて水素を貯蔵する場合、水素貯蔵量の多い水素貯蔵材料に貯蔵することが有効である。しかし、水素貯蔵量の多い水素貯蔵材料は、水素の放出速度が小さい場合があるため、大きな水素放出速度が要求される水素供給装置では、水素貯蔵量の多い水素貯蔵材料の使用が困難であった。一方で、水素エンジン自動車や燃料電池車等に搭載される水素貯蔵タンクを備えた水素供給装置では、多量の水素を貯蔵可能な形態とすることが好ましい。それゆえ、水素吸蔵量が多く、かつ、水素放出速度が大きい水素供給装置の開発が望まれている。
【００１６】
本発明は、かかる観点からなされたものであり、その要旨は、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料が備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムを提供することにある。
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の水素供給装置及び燃料電池システムについて説明する。なお、以下の説明では、本発明の水素供給装置及び燃料電池システムが燃料電池車に搭載された場合を例示するが、以下に示す形態はあくまでも例示であり、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
【００１８】
１．水素供給装置
図１は、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、第１の水素貯蔵材料（以下「水素貯蔵材料Ａ」という。）のＰＣＴ曲線、及び、第２の水素貯蔵材料（以下「水素貯蔵材料Ｂ」という。）のＰＣＴ曲線の形態例を示す概念図であり、同一温度におけるＰＣＴ曲線の形態を示している。図２は、水素が充填されている途中の時点における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料Ａの水素吸蔵圧及び水素放出圧並びに水素貯蔵材料Ｂの水素吸蔵圧及び水素放出圧（以下「水素貯蔵材料の水素吸放出特性」という。）との関係を示す概念図である。図３は、水素充填完了後に、水素貯蔵手段から水素が短時間で大量に放出される状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図４は、図３に示す状態を経た後に、水素貯蔵手段から放出される水素が所定値以下の状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図５は、図４に示す状態を経た後に、水素貯蔵手段から水素が短時間で大量に放出される状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図１〜図５の縦軸は圧力［ＭＰａ］、同横軸は、水素貯蔵材料の固相中に貯蔵された水素原子Ｈと当該水素貯蔵材料を構成する金属原子Ｍとの質量比Ｈ／Ｍである。以下、図１〜図５を参照しつつ、本発明の水素供給装置について説明する。
【００１９】
１．１．水素充填時
図１に示すように、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される水素貯蔵材料Ａは、ＰＣＴ曲線のプラトー領域の圧力が、Ｐ１及びＰ２であり、水素貯蔵材料Ｂは、ＰＣＴ曲線のプラトー領域の圧力がＰ３及びＰ４である。すなわち、水素貯蔵材料Ａの水素吸蔵圧及び水素放出圧はＰ１及びＰ２、水素貯蔵材料Ｂの水素吸蔵圧及び水素放出圧はＰ３及びＰ４であって、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及び、Ｐ４の間には、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１の関係が成立する。
【００２０】
図１に示す水素吸放出特性を有する水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂを収容した水素貯蔵手段に水素を充填させると、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＜Ｐ３である間は、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂに吸蔵される水素は僅かな量に留まる。その後、水素貯蔵手段に充填された水素量が増大することにより、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＝Ｐ３になると、水素吸蔵圧がＰ３である水素貯蔵材料Ｂに多量の水素が吸蔵される。一方、水素貯蔵材料Ａの水素吸蔵圧はＰ１（＞Ｐ３）であるため、水素貯蔵材料Ｂに多量の水素が吸蔵される状態であっても、水素貯蔵材料Ａに吸蔵される水素は依然として僅かな量に留まる。
【００２１】
水素貯蔵材料Ｂに多量の水素が吸蔵された後も水素貯蔵手段に水素を供給し続けると、やがて、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＞Ｐ３となり、その後、Ｐ＝Ｐ１へと上昇する。水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＝Ｐ１になると、水素吸蔵圧がＰ１である水素貯蔵材料Ａに多量の水素が吸蔵される。そして、水素吸蔵材料Ａに多量の水素が吸蔵された後、水素貯蔵手段の内部圧力が所定値にまで到達すると、水素の充填が終了される。すなわち、水素貯蔵手段への水素の充填が完了した時点における、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ１＜Ｐとなる（図２参照）。なお、上記の水素吸放出特性を有する水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂは、多くの場合、水素貯蔵材料Ｂよりも水素貯蔵材料Ａの方が水素吸蔵量が大きく、水素貯蔵材料Ｂよりも水素貯蔵材料Ａの方が水素の放出速度が小さい傾向が認められる。
【００２２】
１．２．走行時（その１）
水素充填の終了後に燃料電池車を始動させると、短時間に多量の水素が水素貯蔵手段から放出される。ところが、水素充填終了直後における水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ１＜Ｐであり、かかる圧力状態において水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂから放出される水素は、微量である。そのため、燃料電池車の始動直後には、水素貯蔵手段の内部に高圧ガスの状態で存在する水素（水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂに吸蔵されず、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの外側であって水素貯蔵手段の内部に存在する高圧ガスとしての水素）が、水素貯蔵手段から放出される。このようにして、高圧ガスの水素が水素貯蔵手段から放出されると、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは徐々に低下し、やがて、Ｐ＝Ｐ２となる。
【００２３】
Ｐ＝Ｐ２になると、本格的に、水素貯蔵材料Ａから水素が放出されるが、上述のように、水素貯蔵材料Ａは水素の放出速度が小さい。そのため、燃料電池車の加速時に必要とされる水素を、常に水素貯蔵材料Ａから放出される水素で賄うことができるとは限らない。その際には、水素貯蔵材料Ａから水素が本格的に放出され始めても、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは低下し続け、やがて、Ｐ＝Ｐ４になると考えられる。
【００２４】
Ｐ＝Ｐ４になると、本格的に、水素貯蔵材料Ｂから水素が放出される。上述のように、水素貯蔵材料Ｂは水素の放出速度が大きい。そのため、Ｐ＝Ｐ４となって、水素貯蔵材料Ｂから多量の水素が放出されるようになると、必要とされる全ての量の水素を、水素貯蔵材料Ａから放出される水素及び水素貯蔵材料Ｂから放出される水素によって賄うことが可能になる。その結果、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ＝Ｐ４に維持され、以後、しばらくの間はＰ＝Ｐ４のまま、水素貯蔵手段から安定して水素が放出される（図３参照）。
【００２５】
１．３．走行時（その２）
図３に示す始動直後の状態に代表される、高負荷状態（燃料電池で所定量を超える水素が消費される状態。例えば、燃料電池車の急加速時等。）を経て、燃料電池車が低負荷状態（燃料電池で所定量以下の水素が消費される状態。燃料電池車の停止時も含む。）へ移行すると、水素貯蔵手段から取り出される水素量が減る。そうすると、水素貯蔵手段から取り出される水素の量よりも、水素貯蔵材料から放出される水素の方が多くなる。そのため、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ４＜Ｐとなり、やがて、Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ２となる。水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ３≦Ｐ＜Ｐ２の状態下では、水素放出圧がＰ２である水素貯蔵材料Ａから水素が放出される一方、水素吸蔵圧がＰ３である水素貯蔵材料Ｂへ水素が吸蔵される。それゆえ、かかる圧力状態下では、水素貯蔵材料Ａから放出された水素が水素貯蔵材料Ｂへと吸蔵され、見かけ上、水素が水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへと移動する（図４参照）。
【００２６】
水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへの水素の移動は、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ３≦Ｐ＜Ｐ２である間に生じ、最終的に、水素貯蔵材料Ａに貯蔵されていた水素が全て放出された段階で、終了する。なお、水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへ水素が移動している間に、高負荷状態で燃料電池車が運転されると、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ＜Ｐ３となり、水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへの水素の移動は、一旦、終了する。しかし、燃料電池車が高負荷状態から低負荷状態へ移行すると、再び、水素貯蔵手段の内部圧力Ｐは、Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ２となり、水素貯蔵材料Ａから水素貯蔵材料Ｂへ水素が移動する。結局、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ≦Ｐ１になった後は、水素貯蔵手段に新たに水素を充填しない限り、当該圧力ＰがＰ１＜Ｐとなることはない。そして、水素貯蔵材料Ａに貯蔵されていた水素は、水素貯蔵手段の外へと取り出されるか、又は、水素貯蔵材料Ｂに吸蔵されることによって底をつく。したがって、水素貯蔵手段に貯蔵されている水素の残量が少なくなると、水素貯蔵材料Ｂに水素が貯蔵され、水素貯蔵材料Ａには水素が貯蔵されていない状態となる。
【００２７】
１．４．走行時（その３）
図３及び図４に示す状態を経て、水素貯蔵手段に貯蔵されている水素の残量が少なくなり、水素貯蔵手段の内部圧力ＰがＰ＜Ｐ４になると、水素貯蔵材料Ａに貯蔵されていた水素は底をつき、原則として、水素貯蔵材料に貯蔵されている水素は、水素貯蔵材料Ｂに貯蔵されている水素のみになる（図５参照）。ここで、上述のように、水素貯蔵材料Ｂは、水素の放出速度が大きい。そのため、かかる状態になっても、水素貯蔵手段からは一度に多量の水素を取り出すことができる。
【００２８】
このように、本発明の水素供給装置によれば、最終的には、水素の放出速度が大きい水素貯蔵材料Ｂから水素が放出されるので、水素貯蔵手段に水素が貯蔵されている間は、燃料電池車に搭載された燃料電池で使用される単位時間当たりの水素量によらずに、必要とされる水素を確実に供給することができる。これに対し、従来のように、水素吸蔵量は多いが水素の放出速度が小さい水素吸蔵合金（例えば、上記水素貯蔵材料Ａ）のみが備えられる水素供給装置では、水素貯蔵タンク等に代表される水素貯蔵手段内の水素充填量が多い時には高圧ガスとして存在している水素を供給できるため、短時間は高負荷運転状態を維持できるものの、高圧ガスとして存在している水素が残り少なくなると、一度に多量の水素を取り出すことができず、結果として、高負荷運転を長時間に亘って維持することが困難であった。ところが、本発明の水素供給装置によれば、水素貯蔵材料Ａとともに、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たし水素の放出速度が大きい水素貯蔵材料Ｂが備えられる構成とすることで、当該水素貯蔵材料Ｂを水素貯蔵材料Ａのバッファタンクとして機能させ、水素の残量が少なくなっても大きな水素放出速度を維持することができる。それゆえ、本発明によれば、長期間に亘って高負荷運転状態を維持し得る、水素供給装置を提供することができる。
【００２９】
本発明の水素供給装置において、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの収容形態は、特に限定されるものではないが、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂとして水素吸蔵合金を用いる場合には、水素吸蔵時に発熱反応が生じ、水素放出時に吸熱反応が生じる。それゆえ、上記走行時（その２）に、水素貯蔵手段へ熱量を供給する熱量供給手段で消費されるエネルギーを低減し（又は、当該熱量供給手段を不要とし）て、エネルギーの利用効率を向上させ得る形態の水素供給装置を提供する等の観点からは、水素を吸蔵する水素貯蔵材料Ｂが発する熱を、水素を放出する水素貯蔵材料Ａが吸収可能な形態で、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂが収容されることが好ましい。かかる観点から、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂは、同一容器に収容されることが好ましい。
【００３０】
また、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの質量は特に限定されるものではないが、水素貯蔵材料Ｂの質量が小さすぎると、水素貯蔵材料Ａに吸蔵された水素を水素貯蔵材料Ｂへ移動させ、水素貯蔵材料に貯蔵された水素の残量が少なくなった場合には、水素の放出速度が大きい水素貯蔵材料Ｂから水素を放出させる、という本発明の効果が得られ難い。一方、水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの合計量に占める水素貯蔵材料Ｂの割合が大きすぎると、水素貯蔵手段に貯蔵可能な水素量が低減する虞がある。そこで、本発明の水素供給装置では、これらの点を考慮して、水素貯蔵手段に収容される水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂの質量を決定する事が好ましい。
【００３１】
本発明の水素供給装置で使用される水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂは、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たし、かつ、水素貯蔵材料Ｂの水素放出速度が水素貯蔵材料Ａの水素放出速度よりも大きい材料であれば、特に限定されるものではなく、当該関係を満たす水素吸蔵合金等を好適に用いることができる。本発明の水素供給装置で使用可能な水素貯蔵材料Ａの具体例としては、ＴｉＣｒＶ等に代表されるＶを含有する体心立方構造を持つ合金や、Ｍｇ系合金のほか、ＡｌＨ４を含む錯体系材料等を挙げることができる。さらに、本発明の水素供給装置で使用可能な水素貯蔵材料Ｂの具体例としては、ＴｉＣｒＭｎ等に代表されるラーベス構造を持つ合金や、ＬａＮｉ５等に代表されるミッシュメタルを含む合金等を挙げることができる。
【００３２】
２．燃料電池システム
図６は、本発明の燃料電池システムの形態例を簡略化して示す概念図である。図６に示すように、本発明の燃料電池システム１０は、少なくとも上記水素貯蔵材料Ａ及び水素貯蔵材料Ｂを収容した水素貯蔵手段１、及び、当該水素貯蔵手段１から取り出された水素が流通する水素流通手段２、を備える水素供給装置３と、当該水素供給装置３から取り出された水素が供給される燃料電池４と、を備え、燃料電池４には、図示されていない酸化剤供給手段を介して酸化剤（例えば、空気等）が供給される。本発明の燃料電池システム１０が燃料電池車に搭載されると、燃料電池車の運転状態に応じて、燃料電池４で消費される水素量が変動し得る。ところが、上述のように、本発明の水素供給装置３の水素貯蔵手段１には、水素吸蔵量が多く水素放出速度が小さい水素貯蔵材料Ａに加えて、水素貯蔵材料Ｂが収容されている。そのため、燃料電池システム１０によれば、燃料電池車が低負荷状態で運転される場合のみならず、高負荷状態で運転される場合であっても、長期間に亘って、燃料電池４で必要とされる水素を供給することができる。したがって、本発明によれば、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料Ａが備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、燃料電池システム１０を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、水素貯蔵材料ＡのＰＣＴ曲線、及び、水素貯蔵材料ＢのＰＣＴ曲線の形態例を示す概念図である。
【図２】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図３】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図４】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図５】水素貯蔵手段の圧力と水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。
【図６】本発明の燃料電池システムの形態例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…水素貯蔵手段
２…水素流通手段
３…水素供給装置
１０…燃料電池システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、
前記第２の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、前記第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、前記第２の水素貯蔵材料の水素放出速度は、前記第１の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きいことを特徴とする、水素供給装置。
【請求項２】
前記第１の水素貯蔵材料及び前記第２の水素貯蔵材料が、同一容器に収容されていることを特徴とする、請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水素供給装置と、該水素供給装置から取り出された水素が供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項１】
少なくとも第１の水素貯蔵材料及び第２の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、
前記第２の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、前記第１の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、前記第２の水素貯蔵材料の水素放出速度は、前記第１の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きいことを特徴とする、水素供給装置。
【請求項２】
前記第１の水素貯蔵材料及び前記第２の水素貯蔵材料が、同一容器に収容されていることを特徴とする、請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水素供給装置と、該水素供給装置から取り出された水素が供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１２７７８７（Ｐ２００９−１２７７８７Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０５２４８（Ｐ２００７−３０５２４８）
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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