JP2000340242A - 燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置 - Google Patents
燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置Info
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】水素吸蔵合金ヒートポンプにより冷熱を得ると
ともに、その熱源として燃料電池及び改質器の排熱を利
用し、また該水素吸蔵合金からの放出水素を燃料電池の
燃料として利用する燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式
水素精製装置を得る。 【解決手段】平衡水素圧の異なる少なくとも２種の水素
吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金ヒートポンプに燃料電
池を連結し、該ヒートポンプの熱源として燃料電池の排
熱及び改質器の排熱のうち何れか一方または両方の排熱
を利用するとともに、水素吸蔵合金からの水素放出時に
得られる冷熱を冷凍又は冷房に利用するようにしてなる
ことを特徴とする燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水
素精製装置。また該水素吸蔵合金からの放出水素を燃料
電池に供給して燃料として利用する。
ともに、その熱源として燃料電池及び改質器の排熱を利
用し、また該水素吸蔵合金からの放出水素を燃料電池の
燃料として利用する燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式
水素精製装置を得る。 【解決手段】平衡水素圧の異なる少なくとも２種の水素
吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金ヒートポンプに燃料電
池を連結し、該ヒートポンプの熱源として燃料電池の排
熱及び改質器の排熱のうち何れか一方または両方の排熱
を利用するとともに、水素吸蔵合金からの水素放出時に
得られる冷熱を冷凍又は冷房に利用するようにしてなる
ことを特徴とする燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水
素精製装置。また該水素吸蔵合金からの放出水素を燃料
電池に供給して燃料として利用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金を水
素精製用且つヒートポンプ用として利用するとともに、
その熱源に燃料電池の排熱又は改質器の排熱を利用する
燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置に関す
る。
素精製用且つヒートポンプ用として利用するとともに、
その熱源に燃料電池の排熱又は改質器の排熱を利用する
燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池はイオン伝導体、すなわち電解
質に利用される物質の違いによりリン酸型（ＰＡＦ
Ｃ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣ
ＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）等に分類される。図
１は、一例としてＰＡＦＣの一態様例を説明するための
概略図である。リン酸を含浸させた電解質を挟んで燃料
極（水素極）及び空気極（酸素極）が配置され、これら
を挟んでセパレータが配置される。
質に利用される物質の違いによりリン酸型（ＰＡＦ
Ｃ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣ
ＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）等に分類される。図
１は、一例としてＰＡＦＣの一態様例を説明するための
概略図である。リン酸を含浸させた電解質を挟んで燃料
極（水素極）及び空気極（酸素極）が配置され、これら
を挟んでセパレータが配置される。
【０００３】電池としての作動時に熱を発生するが、電
池を例えば２００℃というような一定作動温度に保持す
るために冷却管が配置される。図１のように電解質が１
個の場合（単電池）の電圧は例えば０.６５〜０.７５Ｖ
程度と云うように低いため、通常、単電池を直列に積層
して構成される。これらの点は以下に述べるＰＥＦＣの
場合についても同様である。
池を例えば２００℃というような一定作動温度に保持す
るために冷却管が配置される。図１のように電解質が１
個の場合（単電池）の電圧は例えば０.６５〜０.７５Ｖ
程度と云うように低いため、通常、単電池を直列に積層
して構成される。これらの点は以下に述べるＰＥＦＣの
場合についても同様である。
【０００４】燃料電池の燃料には通常水素が使用される
が、ＰＡＦＣで用いる水素中のＣＯは１％、ＰＥＦＣで
は１００ｐｐｍが限度であり、これらを越えると電池性
能が著しく劣化する。このため燃料電池の燃料水素は燃
料電池へ供給する前に精製する必要があり、例えば天然
ガス、都市ガスその他の炭化水素ガスの水蒸気改質器等
の水素製造装置に加えて、別途水素精製装置が必要であ
る。図２はこの態様を模式的に示した図である。
が、ＰＡＦＣで用いる水素中のＣＯは１％、ＰＥＦＣで
は１００ｐｐｍが限度であり、これらを越えると電池性
能が著しく劣化する。このため燃料電池の燃料水素は燃
料電池へ供給する前に精製する必要があり、例えば天然
ガス、都市ガスその他の炭化水素ガスの水蒸気改質器等
の水素製造装置に加えて、別途水素精製装置が必要であ
る。図２はこの態様を模式的に示した図である。
【０００５】本発明者等は、水素吸蔵合金が水素を吸蔵
する機能に加え水素を精製する機能を有することを利用
した水素製造装置を先に開発している（特願平９ー３６
２５３９号）。これによれば、例えば炭化水素ガスの改
質器を連続運転させて得られる改質ガスを２基以上の水
素吸蔵充填容器に交互に通して水素を分離精製且つ吸蔵
させ、かつ燃料電池等へ供給することができる。
する機能に加え水素を精製する機能を有することを利用
した水素製造装置を先に開発している（特願平９ー３６
２５３９号）。これによれば、例えば炭化水素ガスの改
質器を連続運転させて得られる改質ガスを２基以上の水
素吸蔵充填容器に交互に通して水素を分離精製且つ吸蔵
させ、かつ燃料電池等へ供給することができる。
【０００６】また、燃料電池は、その種類に応じて最適
な運転温度範囲が存在し、その発電に伴い生じる熱を除
去して所定温度に維持される。このため燃料電池作動時
に電池冷却水や空気等により冷却する必要があり、また
空気極及び燃料極からは排気が排出される。作動時に、
例えばＰＥＦＣでは８０〜１００℃程度、ＰＡＦＣでは
１７０〜２１０℃程度に維持する必要があるため、電池
冷却水や空気等により冷却され、空気極及び燃料極から
の排気も同程度の温度で排出される。
な運転温度範囲が存在し、その発電に伴い生じる熱を除
去して所定温度に維持される。このため燃料電池作動時
に電池冷却水や空気等により冷却する必要があり、また
空気極及び燃料極からは排気が排出される。作動時に、
例えばＰＥＦＣでは８０〜１００℃程度、ＰＡＦＣでは
１７０〜２１０℃程度に維持する必要があるため、電池
冷却水や空気等により冷却され、空気極及び燃料極から
の排気も同程度の温度で排出される。
【０００７】上記のように、燃料電池を冷却した電池冷
却水や冷却空気、空気極や燃料極からの排気は比較的高
い温度であるため、その排熱を有効利用する方法が研究
されつつある。例えば吸収式冷凍機（ヒートポンプ）で
冷熱を得るには熱源が必要であるが、このため、燃料電
池からの排熱をその熱源に利用することが考えられてい
る。図３はこの態様を模式的に示したもので、燃料電池
の排熱を吸収式冷凍機の熱源として利用することで冷熱
が得られ、冷房等に利用される。
却水や冷却空気、空気極や燃料極からの排気は比較的高
い温度であるため、その排熱を有効利用する方法が研究
されつつある。例えば吸収式冷凍機（ヒートポンプ）で
冷熱を得るには熱源が必要であるが、このため、燃料電
池からの排熱をその熱源に利用することが考えられてい
る。図３はこの態様を模式的に示したもので、燃料電池
の排熱を吸収式冷凍機の熱源として利用することで冷熱
が得られ、冷房等に利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水素吸蔵合
金をヒートポンプに利用して冷熱を得るとともに、その
熱源として燃料電池の排熱及び改質器の排熱を利用して
なる燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置を
提供することを目的とする。また、本発明は、上記燃料
電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置において、
放出される高純度水素を燃料電池の燃料として利用する
ようにしてなる燃料電池の排熱及び改質器の排熱を利用
するヒートポンプ式水素精製装置を提供することを目的
とする。
金をヒートポンプに利用して冷熱を得るとともに、その
熱源として燃料電池の排熱及び改質器の排熱を利用して
なる燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置を
提供することを目的とする。また、本発明は、上記燃料
電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置において、
放出される高純度水素を燃料電池の燃料として利用する
ようにしてなる燃料電池の排熱及び改質器の排熱を利用
するヒートポンプ式水素精製装置を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、平衡水素圧の
異なる少なくとも２種の水素吸蔵合金を充填した水素吸
蔵合金ヒートポンプに燃料電池を連結し、該ヒートポン
プの熱源として燃料電池の排熱及び改質器の排熱のうち
何れか一方または両方の排熱を利用するとともに、水素
吸蔵合金からの水素放出時に得られる冷熱を冷凍又は冷
房に利用するようにしてなることを特徴とする燃料電池
の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置を提供する。
異なる少なくとも２種の水素吸蔵合金を充填した水素吸
蔵合金ヒートポンプに燃料電池を連結し、該ヒートポン
プの熱源として燃料電池の排熱及び改質器の排熱のうち
何れか一方または両方の排熱を利用するとともに、水素
吸蔵合金からの水素放出時に得られる冷熱を冷凍又は冷
房に利用するようにしてなることを特徴とする燃料電池
の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置を提供する。
【００１０】また、本発明は、平衡水素圧の異なる少な
くとも２種の水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金ヒー
トポンプに燃料電池を連結し、該ヒートポンプの熱源と
して燃料電池の排熱及び改質器の排熱のうち何れか一方
または両方の排熱を利用するとともに、水素吸蔵合金か
らの水素放出時に得られる冷熱を冷凍又は冷房に利用
し、且つ、水素吸蔵合金からの放出水素を燃料電池に供
給するようにしてなることを特徴とする燃料電池の排熱
利用ヒートポンプ式水素精製装置を提供する。
くとも２種の水素吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金ヒー
トポンプに燃料電池を連結し、該ヒートポンプの熱源と
して燃料電池の排熱及び改質器の排熱のうち何れか一方
または両方の排熱を利用するとともに、水素吸蔵合金か
らの水素放出時に得られる冷熱を冷凍又は冷房に利用
し、且つ、水素吸蔵合金からの放出水素を燃料電池に供
給するようにしてなることを特徴とする燃料電池の排熱
利用ヒートポンプ式水素精製装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】水素吸蔵合金は、水素吸蔵時に発
熱し、吸蔵水素の放出時に吸熱するため、ヒートポンプ
として利用することが考えられている。例えばＬａＮｉ
5 合金は１ｇ当り１８０ｍｌの水素を吸収し、水素１ｍ
ｏｌを吸収するとき約７．６ｋｃａｌの発熱し、逆に水
素を放出するときは吸熱する。本発明においては、水素
吸蔵合金ヒートポンプに必要な熱源として燃料電池から
の排熱及び天然ガス、都市ガスその他の炭化水素ガスの
水蒸気による改質器（本明細書中改質器と指称する）の
排熱のうち何れか一方または両方の排熱を利用する。
熱し、吸蔵水素の放出時に吸熱するため、ヒートポンプ
として利用することが考えられている。例えばＬａＮｉ
5 合金は１ｇ当り１８０ｍｌの水素を吸収し、水素１ｍ
ｏｌを吸収するとき約７．６ｋｃａｌの発熱し、逆に水
素を放出するときは吸熱する。本発明においては、水素
吸蔵合金ヒートポンプに必要な熱源として燃料電池から
の排熱及び天然ガス、都市ガスその他の炭化水素ガスの
水蒸気による改質器（本明細書中改質器と指称する）の
排熱のうち何れか一方または両方の排熱を利用する。
【００１２】改質器には各種のタイプがあるが、基本的
には燃焼部と改質部からなり、燃焼部の加熱用バーナで
燃焼用空気により燃料ガスを燃焼させ、発生熱を改質部
における水蒸気による炭化水素ガスの改質用として利用
した後、排出される。燃焼排ガス及び改質部で得られる
水素を主成分とする改質ガスは、改質器自体の構造、規
模、操作条件等の如何にもよるが、例えば４００〜７０
０℃という温度で排出される（なお、改質器に低温ＣＯ
変成器を付設する場合には、その出口から２００〜３０
０℃程度の温度で排出される）ので、本発明においては
これらの熱を水素吸蔵合金ヒートポンプに必要な上記熱
源として利用する。
には燃焼部と改質部からなり、燃焼部の加熱用バーナで
燃焼用空気により燃料ガスを燃焼させ、発生熱を改質部
における水蒸気による炭化水素ガスの改質用として利用
した後、排出される。燃焼排ガス及び改質部で得られる
水素を主成分とする改質ガスは、改質器自体の構造、規
模、操作条件等の如何にもよるが、例えば４００〜７０
０℃という温度で排出される（なお、改質器に低温ＣＯ
変成器を付設する場合には、その出口から２００〜３０
０℃程度の温度で排出される）ので、本発明においては
これらの熱を水素吸蔵合金ヒートポンプに必要な上記熱
源として利用する。
【００１３】燃料電池としては水素を燃料とし高温排熱
が取り出せるものであれば何れも適用される。また、水
素吸蔵合金は水素吸蔵時に水素を選択的に吸蔵するた
め、本発明では水素の精製にも利用する。本発明におけ
る水素吸蔵合金としては、上記の特性を有するものであ
れば特に限定はなく何れも使用される。その幾つかの例
としては、ＬａＮｉ5 のほか、例えばＴｉＦｅ0.9Ｍｎ
0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮｉＳ、ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3、Ｍ
ｍＮｉ4.5Ａｌ0.5（Ｍｍ＝ミッシュメタル）、ＭｍＮｉ
4.15Ｆｅ0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）等を挙げること
ができる。
が取り出せるものであれば何れも適用される。また、水
素吸蔵合金は水素吸蔵時に水素を選択的に吸蔵するた
め、本発明では水素の精製にも利用する。本発明におけ
る水素吸蔵合金としては、上記の特性を有するものであ
れば特に限定はなく何れも使用される。その幾つかの例
としては、ＬａＮｉ5 のほか、例えばＴｉＦｅ0.9Ｍｎ
0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮｉＳ、ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3、Ｍ
ｍＮｉ4.5Ａｌ0.5（Ｍｍ＝ミッシュメタル）、ＭｍＮｉ
4.15Ｆｅ0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）等を挙げること
ができる。
【００１４】図４は、水素吸蔵合金ヒートポンプの作動
原理を冷房サイクルの場合について示した図で、Ｍａ、
Ｍｂは異種の水素吸蔵合金である。Ｍａを温度Ｔｍから
Ｔｈに加熱して水素を放出させる（Ａ点）。放出した水
素は温度ＴｍのＭｂに吸収させ、発生する熱は大気に放
出する（Ｂ点）。次に、ＭａをＴｍに、ＭｂをＴｌにす
ると、Ｍｂの平衡水素圧はＭａのそれより高くなり、Ｍ
ｂは吸収していた水素を放出して冷却され（Ｃ点）、放
出した水素はＭａに吸収される（Ｄ点）。
原理を冷房サイクルの場合について示した図で、Ｍａ、
Ｍｂは異種の水素吸蔵合金である。Ｍａを温度Ｔｍから
Ｔｈに加熱して水素を放出させる（Ａ点）。放出した水
素は温度ＴｍのＭｂに吸収させ、発生する熱は大気に放
出する（Ｂ点）。次に、ＭａをＴｍに、ＭｂをＴｌにす
ると、Ｍｂの平衡水素圧はＭａのそれより高くなり、Ｍ
ｂは吸収していた水素を放出して冷却され（Ｃ点）、放
出した水素はＭａに吸収される（Ｄ点）。
【００１５】図５は、図４に対応して従来考えられてい
る冷房サイクルの作動図である（大角泰章著「水素吸蔵
合金」ｐ．４１１〜４１３）。特性の異なる水素吸蔵合
金Ｍａ及びＭｂを、それぞれ２つの容器、第１容器、第
２容器に充填する。両容器は水素ガスが移動できるよう
にバルブを介して連結してある。この場合、同一温度で
ある時、Ｍｂの方がＭａよりも平衡水素圧の高い合金を
用いる。まず、第２容器のＭａ合金に水素を吸蔵させ
て、水素化物ＭａＨとしておく。
る冷房サイクルの作動図である（大角泰章著「水素吸蔵
合金」ｐ．４１１〜４１３）。特性の異なる水素吸蔵合
金Ｍａ及びＭｂを、それぞれ２つの容器、第１容器、第
２容器に充填する。両容器は水素ガスが移動できるよう
にバルブを介して連結してある。この場合、同一温度で
ある時、Ｍｂの方がＭａよりも平衡水素圧の高い合金を
用いる。まず、第２容器のＭａ合金に水素を吸蔵させ
て、水素化物ＭａＨとしておく。
【００１６】熱源としては、ボイラ等からの温水等が利
用され、温度１００℃（Ｔｈ）程度として用いられる。
この熱で第２容器を加熱すると、金属水素化物は吸熱反
応を起し、水素ガスを放出する。放出水素は第１容器に
移動し、合金Ｍｂに吸蔵されＭｂＨとなる。この時４０
℃（外気温Ｔｍ）程度の反応熱が出るが、この熱は外部
に放出される（再生過程）。
用され、温度１００℃（Ｔｈ）程度として用いられる。
この熱で第２容器を加熱すると、金属水素化物は吸熱反
応を起し、水素ガスを放出する。放出水素は第１容器に
移動し、合金Ｍｂに吸蔵されＭｂＨとなる。この時４０
℃（外気温Ｔｍ）程度の反応熱が出るが、この熱は外部
に放出される（再生過程）。
【００１７】第２容器の加熱を停止すると、温度は外気
温度（Ｔｍ）まで下がって、第１容器、第２容器が同一
温度となり、平衡水素圧の低い合金Ｍａの方、すなわち
逆方向へ移行する。このため、第１容器の金属水素化物
ＭｂＨは吸熱反応により水素を放出する。この時の吸熱
作用により、水が冷やされ冷水（Ｔｌ）を得ることがで
き、この冷水により室内の冷房を行うことができる（冷
熱過程）。このような閉サイクルを構成し、水素を順次
Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａと移動させることにより、温度Ｔｈ
の熱源を用いて温度Ｔｌの冷熱が取り出される。
温度（Ｔｍ）まで下がって、第１容器、第２容器が同一
温度となり、平衡水素圧の低い合金Ｍａの方、すなわち
逆方向へ移行する。このため、第１容器の金属水素化物
ＭｂＨは吸熱反応により水素を放出する。この時の吸熱
作用により、水が冷やされ冷水（Ｔｌ）を得ることがで
き、この冷水により室内の冷房を行うことができる（冷
熱過程）。このような閉サイクルを構成し、水素を順次
Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａと移動させることにより、温度Ｔｈ
の熱源を用いて温度Ｔｌの冷熱が取り出される。
【００１８】本発明においては、上記温度Ｔｈの熱源と
して燃料電池からの排熱及び改質器からの排熱を利用す
る。燃料電池からの排熱としては電池冷却水や冷却空気
（電池冷却用として空気を用いる場合）、空気極や燃料
極からの排気を利用する。また本発明においては、上記
のようなＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａという水素の閉サイクルに
代えて、水素供給装置等からの水素をＭａ容器へ供給す
るようにし、Ｍｂ容器から放出される水素を燃料電池の
燃料として利用するものである。放出される水素は水素
吸蔵合金により選択的に吸蔵された水素であるので精製
された高純度水素である。このため、燃料電池の燃料と
してそのまま利用することができる。
して燃料電池からの排熱及び改質器からの排熱を利用す
る。燃料電池からの排熱としては電池冷却水や冷却空気
（電池冷却用として空気を用いる場合）、空気極や燃料
極からの排気を利用する。また本発明においては、上記
のようなＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａという水素の閉サイクルに
代えて、水素供給装置等からの水素をＭａ容器へ供給す
るようにし、Ｍｂ容器から放出される水素を燃料電池の
燃料として利用するものである。放出される水素は水素
吸蔵合金により選択的に吸蔵された水素であるので精製
された高純度水素である。このため、燃料電池の燃料と
してそのまま利用することができる。
【００１９】水素としては水の電解、石炭やコークスの
ガス化、液体燃料のガス化、ガス体燃料の変成、コーク
ス炉ガスの液化分離、メタノールやアンモニアの分解な
ど各種の方法で得られる水素が利用できる。このうち、
好ましくはガス体燃料の変成法、すなわち天然ガスや都
市ガス（容易に入手でき安価でクリーンである）等を改
質して得られた水素を主成分とする改質ガスが使用され
る。
ガス化、液体燃料のガス化、ガス体燃料の変成、コーク
ス炉ガスの液化分離、メタノールやアンモニアの分解な
ど各種の方法で得られる水素が利用できる。このうち、
好ましくはガス体燃料の変成法、すなわち天然ガスや都
市ガス（容易に入手でき安価でクリーンである）等を改
質して得られた水素を主成分とする改質ガスが使用され
る。
【００２０】図６は、水素供給装置、例えば改質器から
の改質ガスを使用したヒートポンプ式水素精製装置の態
様例を示す図である。改質器においては、Ｎｉ系、Ｒｕ
系等の適当な触媒が使用され、接触反応により改質され
る。生成した改質ガス中には幾分のＣＯガス等が副成、
随伴しているため、副成ＣＯガスについては必要に応じ
てＣＯ2 へ変えるためのＣＯ変成器にかけられる。
の改質ガスを使用したヒートポンプ式水素精製装置の態
様例を示す図である。改質器においては、Ｎｉ系、Ｒｕ
系等の適当な触媒が使用され、接触反応により改質され
る。生成した改質ガス中には幾分のＣＯガス等が副成、
随伴しているため、副成ＣＯガスについては必要に応じ
てＣＯ2 へ変えるためのＣＯ変成器にかけられる。
【００２１】こうして得られた水素含有ガスはヒートポ
ンプ式水素精製装置へ供給される。ヒートポンプ式水素
精製装置は、平衡水素圧の異なる少なくとも２種の水素
吸蔵合金をそれぞれ充填した容器が直列に連結して配置
され、後段容器から冷熱を得て、冷凍や冷房等に利用す
る。後段容器から放出される水素は燃料電池（ＰＥＦ
Ｃ）の燃料として供給する。
ンプ式水素精製装置へ供給される。ヒートポンプ式水素
精製装置は、平衡水素圧の異なる少なくとも２種の水素
吸蔵合金をそれぞれ充填した容器が直列に連結して配置
され、後段容器から冷熱を得て、冷凍や冷房等に利用す
る。後段容器から放出される水素は燃料電池（ＰＥＦ
Ｃ）の燃料として供給する。
【００２２】図７は、図６のヒートポンプ式水素精製装
置の操作過程を示した図である。特性の異なる水素吸蔵
合金Ｍａ及びＭｂを２つの容器１、２にそれぞれ充填す
る。この場合、同一温度で、Ｍｂの方がＭａよりも平衡
水素圧の高い合金を用い、また両容器はバルブを介して
連結してある。まず、（１）バルブＶ１を閉とし、水素
含有ガスをＭａ容器へ供給し水素を選択的に吸蔵させる
〔図７（ａ）〕。
置の操作過程を示した図である。特性の異なる水素吸蔵
合金Ｍａ及びＭｂを２つの容器１、２にそれぞれ充填す
る。この場合、同一温度で、Ｍｂの方がＭａよりも平衡
水素圧の高い合金を用い、また両容器はバルブを介して
連結してある。まず、（１）バルブＶ１を閉とし、水素
含有ガスをＭａ容器へ供給し水素を選択的に吸蔵させる
〔図７（ａ）〕。
【００２３】次に、（２）バルブＶ１を開とし、熱源と
してＰＥＦＣからの電池冷却水（８０〜１００℃程度）
を用いてＭａ容器を加熱すると、ＭａＨは吸熱反応を起
して水素ガスを放出する〔図７（ｂ）〕。放出水素はＭ
ｂ容器へ移動し、合金Ｍｂに吸蔵されてＭｂＨとなる。
この時、例えば４０℃程度の反応熱が出るが、この熱は
外部に放出してよい。上記熱源としては電池冷却水のほ
か、電池冷却空気、空気極からの排気、燃料極からの排
気、改質器からの排熱も利用でき、これらの２種以上を
併用して利用してもよい。
してＰＥＦＣからの電池冷却水（８０〜１００℃程度）
を用いてＭａ容器を加熱すると、ＭａＨは吸熱反応を起
して水素ガスを放出する〔図７（ｂ）〕。放出水素はＭ
ｂ容器へ移動し、合金Ｍｂに吸蔵されてＭｂＨとなる。
この時、例えば４０℃程度の反応熱が出るが、この熱は
外部に放出してよい。上記熱源としては電池冷却水のほ
か、電池冷却空気、空気極からの排気、燃料極からの排
気、改質器からの排熱も利用でき、これらの２種以上を
併用して利用してもよい。
【００２４】その後、（３）Ｍｂ容器の温度は外気温度
まで下がるが、ＰＥＦＣへのバルブＶ２を開とすると、
Ｍｂ容器の水素化物：ＭｂＨは吸熱反応により水素を放
出する。この時の吸熱作用により、水が冷やされ冷水を
得ることができ、この冷水を利用して室内の冷房を行う
ことができる。放出水素はＰＥＦＣへ供給され、燃料と
して使用される。なお、過程（３）を実施するのと同時
に、上記（１）の過程を開始してもよい。図７（ｃ）は
この場合を示している。
まで下がるが、ＰＥＦＣへのバルブＶ２を開とすると、
Ｍｂ容器の水素化物：ＭｂＨは吸熱反応により水素を放
出する。この時の吸熱作用により、水が冷やされ冷水を
得ることができ、この冷水を利用して室内の冷房を行う
ことができる。放出水素はＰＥＦＣへ供給され、燃料と
して使用される。なお、過程（３）を実施するのと同時
に、上記（１）の過程を開始してもよい。図７（ｃ）は
この場合を示している。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、水素吸蔵合金をヒート
ポンプに利用するとともに、水素含有ガスを吸蔵・精製
して高純度水素を得ることができる。このため放出水素
を純度であることが必要な燃料電池の燃料として利用す
ることができる。この点、従来の水素吸蔵合金ヒートポ
ンプにおいては、水素を閉サイクルで利用し、水素を取
り出すことはできないのに比べると、極めて有効な効果
である。
ポンプに利用するとともに、水素含有ガスを吸蔵・精製
して高純度水素を得ることができる。このため放出水素
を純度であることが必要な燃料電池の燃料として利用す
ることができる。この点、従来の水素吸蔵合金ヒートポ
ンプにおいては、水素を閉サイクルで利用し、水素を取
り出すことはできないのに比べると、極めて有効な効果
である。
【００２６】また、本発明においては、燃料電池の排
熱、改質器からの排熱を水素吸蔵合金ヒートポンプの熱
源として使用することで、その排熱を有効に利用でき、
また冷熱供給と水素精製を同一装置で同時に行えるので
装置を小型化し、コストダウンが図れるなど各種利点が
得られる。
熱、改質器からの排熱を水素吸蔵合金ヒートポンプの熱
源として使用することで、その排熱を有効に利用でき、
また冷熱供給と水素精製を同一装置で同時に行えるので
装置を小型化し、コストダウンが図れるなど各種利点が
得られる。
【図１】燃料電池の一例としてＰＡＦＣの一態様例を説
明するための概略図。
明するための概略図。
【図２】炭化水素ガスの水蒸気改質器に水素精製装置を
配置した態様を示す図。
配置した態様を示す図。
【図３】燃料電池からの排熱を吸収式冷凍機の熱源に利
用する態様を示した図。
用する態様を示した図。
【図４】水素吸蔵合金ヒートポンプの作動原理を示した
図。
図。
【図５】図４に対応する冷房サイクルの作動図。
【図６】改質ガスを用いたヒートポンプ式水素精製装置
の態様例を示す図。
の態様例を示す図。
【図７】図６のヒートポンプ式水素精製装置の操作過程
を示した図。
を示した図。
Ｖ１、Ｖ２ バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ 8/10 8/10 // Ｃ０１Ｂ 3/00 Ｃ０１Ｂ 3/00 Ａ
Claims (4)
- 【請求項１】平衡水素圧の異なる少なくとも２種の水素
吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金ヒートポンプに燃料電
池を連結し、該ヒートポンプの熱源として燃料電池の排
熱及び改質器の排熱のうち何れか一方または両方の排熱
を利用するとともに、水素吸蔵合金からの水素放出時に
得られる冷熱を冷凍又は冷房に利用するようにしてなる
ことを特徴とする燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水
素精製装置。 - 【請求項２】平衡水素圧の異なる少なくとも２種の水素
吸蔵合金を充填した水素吸蔵合金ヒートポンプに燃料電
池を連結し、該ヒートポンプの熱源として燃料電池の排
熱及び改質器の排熱のうち何れか一方または両方の排熱
を利用するとともに、水素吸蔵合金からの水素放出時に
得られる冷熱を冷凍又は冷房に利用し、且つ、水素吸蔵
合金からの放出水素を燃料電池に供給するようにしてな
ることを特徴とする燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式
水素精製装置。 - 【請求項３】上記燃料電池がリン酸型燃料電池又は固体
高分子型燃料電池である請求項１又は２に記載の燃料電
池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置。 - 【請求項４】上記燃料電池の排熱が電池冷却水、冷却空
気、空気極からの排気、燃料極からの排気の熱のうちの
１種又は２種以上の排熱である請求項１又は２に記載の
燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144075A JP2000340242A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144075A JP2000340242A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340242A true JP2000340242A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15353704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144075A Pending JP2000340242A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 燃料電池の排熱利用ヒートポンプ式水素精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000340242A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002078104A2 (en) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for cold temperature operation of fuel cells utilizing hydrides having different heat capacities |
| JP2005044551A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Toyota Motor Corp | 冷却システムと冷却システムを備える移動体 |
| WO2006035919A1 (en) * | 2004-09-28 | 2006-04-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Fuel cell device capable of outputting a signal representing a residual capacity, method for outputting a signal representing a residual capacity of a fuel cell device, and electronic device capable of detecting a residual capacity of a fuel cell device |
| KR100689335B1 (ko) * | 2000-12-29 | 2007-03-08 | 주식회사 엘지이아이 | 연료전지를 이용한 냉난방 장치 |
| JP2007521619A (ja) * | 2003-10-08 | 2007-08-02 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | 金属水素化物加熱部材 |
| JP2015227745A (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 株式会社豊田中央研究所 | 水素吸蔵型ヒートポンプ及び水素吸蔵型ヒートポンプシステム |
-
1999
- 1999-05-24 JP JP11144075A patent/JP2000340242A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100689335B1 (ko) * | 2000-12-29 | 2007-03-08 | 주식회사 엘지이아이 | 연료전지를 이용한 냉난방 장치 |
| CN1299383C (zh) * | 2001-03-26 | 2007-02-07 | 摩托罗拉公司 | 使用不同热容的氢化物的燃料电池在低温下运行的方法及设备 |
| WO2002078104A3 (en) * | 2001-03-26 | 2003-02-27 | Motorola Inc | Method and apparatus for cold temperature operation of fuel cells utilizing hydrides having different heat capacities |
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| JP4590833B2 (ja) * | 2003-07-24 | 2010-12-01 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却システムを備える移動体 |
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| JP2006099984A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Canon Inc | 残量出力機能付き燃料電池、燃料電池の残量出力方法及び燃料電池の残量検出機能を備えた電子機器 |
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| KR100879309B1 (ko) * | 2004-09-28 | 2009-01-19 | 캐논 가부시끼가이샤 | 잔량을 나타낸 신호를 출력 가능한 연료전지장치,연료전지장치의 잔량을 나타낸 신호 출력방법 및연료전지장치의 잔량 검지 가능한 전자기기 |
| US8440360B2 (en) | 2004-09-28 | 2013-05-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Fuel cell device capable of outputting a signal representing a residual capacity, method for outputting a signal representing a residual capacity of a fuel cell device, and electronic device capable of detecting a residual capacity of a fuel cell device |
| JP2015227745A (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 株式会社豊田中央研究所 | 水素吸蔵型ヒートポンプ及び水素吸蔵型ヒートポンプシステム |
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