JP2002124280A - 燃料電池発電システム - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両用として実用性を有する燃料電池発電シ
ステムを提供する。 【解決手段】 燃料電池発電システム1は,燃料電池2
と,水素を吸蔵し,且つ放出することが可能な第1水素
吸蔵材MH1を有する第1水素貯蔵器11と,燃料電池
2に水素を供給すべく,第1水素貯蔵器11を加熱して
水素を放出させる触媒燃焼器17と,水素を吸蔵し,且
つ放出することが可能であると共に第1水素吸蔵材MH
1よりも低い水素放出温度を持つ第2水素吸蔵材MH2
を有し,燃料電池2の廃熱による加熱下で,触媒燃焼器
17の燃料用水素を放出する第2水素貯蔵器19とを備
えている。触媒燃焼器17は高温の熱を発生し得るの
で,第1水素吸蔵材MH1として,水素放出温度が高
く,単位重量当りの水素吸蔵量が多いものを使用するこ
とが可能である。
ステムを提供する。 【解決手段】 燃料電池発電システム1は,燃料電池2
と,水素を吸蔵し,且つ放出することが可能な第1水素
吸蔵材MH1を有する第1水素貯蔵器11と,燃料電池
2に水素を供給すべく,第1水素貯蔵器11を加熱して
水素を放出させる触媒燃焼器17と,水素を吸蔵し,且
つ放出することが可能であると共に第1水素吸蔵材MH
1よりも低い水素放出温度を持つ第2水素吸蔵材MH2
を有し,燃料電池2の廃熱による加熱下で,触媒燃焼器
17の燃料用水素を放出する第2水素貯蔵器19とを備
えている。触媒燃焼器17は高温の熱を発生し得るの
で,第1水素吸蔵材MH1として,水素放出温度が高
く,単位重量当りの水素吸蔵量が多いものを使用するこ
とが可能である。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池発電システ
ム,特に,燃料電池と,その燃料電池に水素を供給すべ
く,水素を吸蔵し,且つ放出することが可能な水素吸蔵
材を有する水素貯蔵器とを備えた燃料電池発電システム
に関する。このような燃料電池発電システムは,例えば
車両に搭載される。
ム,特に,燃料電池と,その燃料電池に水素を供給すべ
く,水素を吸蔵し,且つ放出することが可能な水素吸蔵
材を有する水素貯蔵器とを備えた燃料電池発電システム
に関する。このような燃料電池発電システムは,例えば
車両に搭載される。
【0002】
【従来の技術】従来,この種の発電システムとしては,
燃料電池の低温廃熱をブロアによって水素貯蔵器に導く
ようにした加熱手段を持つものが知られている(特開平
5−47400号公報参照)。
燃料電池の低温廃熱をブロアによって水素貯蔵器に導く
ようにした加熱手段を持つものが知られている(特開平
5−47400号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,前記加
熱手段によると,使用可能な水素吸蔵材は水素放出温度
が低いものに限定され,このような水素吸蔵材は単位重
量当りの水素吸蔵量が少ないので水素貯蔵器の大型化は
免れず,従来の発電システムは,車両用としては実用性
に欠ける,という問題があった。
熱手段によると,使用可能な水素吸蔵材は水素放出温度
が低いものに限定され,このような水素吸蔵材は単位重
量当りの水素吸蔵量が少ないので水素貯蔵器の大型化は
免れず,従来の発電システムは,車両用としては実用性
に欠ける,という問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は,水素貯蔵器用
加熱手段として,高温の熱を得ることができる触媒燃焼
器を備え,その触媒燃焼器の燃料である水素を放出する
ための熱源として燃料電池の低温廃熱を用いることによ
り省エネルギを図り,また水素放出温度が高く,単位重
量当りの水素吸蔵量が多い水素吸蔵材の使用を可能に
し,これにより車両用として実用性を有する前記燃料電
池発電システムを提供することを目的とする。
加熱手段として,高温の熱を得ることができる触媒燃焼
器を備え,その触媒燃焼器の燃料である水素を放出する
ための熱源として燃料電池の低温廃熱を用いることによ
り省エネルギを図り,また水素放出温度が高く,単位重
量当りの水素吸蔵量が多い水素吸蔵材の使用を可能に
し,これにより車両用として実用性を有する前記燃料電
池発電システムを提供することを目的とする。
【0005】前記目的を達成するため本発明によれば,
燃料電池と,水素を吸蔵し,且つ放出することが可能な
第1水素吸蔵材を有する第1水素貯蔵器と,前記燃料電
池に水素を供給すべく,前記第1水素貯蔵器を加熱して
水素を放出させる触媒燃焼器と,水素を吸蔵し,且つ放
出することが可能であると共に前記第1水素吸蔵材より
も低い水素放出温度を持つ第2水素吸蔵材を有し,前記
燃料電池の廃熱による加熱下で,前記触媒燃焼器の燃料
用水素を放出する第2水素貯蔵器とを備えている燃料電
池発電システムが提供される。
燃料電池と,水素を吸蔵し,且つ放出することが可能な
第1水素吸蔵材を有する第1水素貯蔵器と,前記燃料電
池に水素を供給すべく,前記第1水素貯蔵器を加熱して
水素を放出させる触媒燃焼器と,水素を吸蔵し,且つ放
出することが可能であると共に前記第1水素吸蔵材より
も低い水素放出温度を持つ第2水素吸蔵材を有し,前記
燃料電池の廃熱による加熱下で,前記触媒燃焼器の燃料
用水素を放出する第2水素貯蔵器とを備えている燃料電
池発電システムが提供される。
【0006】触媒燃焼器への水素供給のために燃料電池
の低温廃熱を利用するので,省エネルギを図ることがで
きる。また触媒燃焼器は水素と空気(酸素)との反応に
よって,最高400℃程度の燃焼熱を発生し得るので,
その燃焼熱に対応した高い水素放出温度を有する,単位
重量当りの水素吸蔵量が多い水素吸蔵材を利用すること
が可能である。これにより水素貯蔵器の小型化を図るこ
とができる。
の低温廃熱を利用するので,省エネルギを図ることがで
きる。また触媒燃焼器は水素と空気(酸素)との反応に
よって,最高400℃程度の燃焼熱を発生し得るので,
その燃焼熱に対応した高い水素放出温度を有する,単位
重量当りの水素吸蔵量が多い水素吸蔵材を利用すること
が可能である。これにより水素貯蔵器の小型化を図るこ
とができる。
【0007】
【発明の実施の形態】図1に示す燃料電池発電システム
1において,その燃料電池2としては,固体高分子型燃
料電池が備えられており,その運転温度は80℃であ
る。その燃料電池2は複数のセル3を積層したもので,
各セル3は固体高分子電解質膜4と,それを挟む空気極
側構成部5および燃料極側構成部6とを有する。空気極
側構成部5の入口には管路7を介して空気供給源8が接
続され,またその出口には発電に寄与しなかった未反応
空気および水蒸気を排出するための管路9が接続され
る。一方,燃料極側構成部6の入口には管路10を介し
て第1水素貯蔵器11が接続され,またその出口には発
電に寄与しなかった未反応水素および水蒸気を排出する
ための管路12が接続されている。その未反応水素は燃
料電池2の燃料として再利用されるようになっている。
燃料電池2の出力側は電線13を介して,例えばモータ
14に接続される。
1において,その燃料電池2としては,固体高分子型燃
料電池が備えられており,その運転温度は80℃であ
る。その燃料電池2は複数のセル3を積層したもので,
各セル3は固体高分子電解質膜4と,それを挟む空気極
側構成部5および燃料極側構成部6とを有する。空気極
側構成部5の入口には管路7を介して空気供給源8が接
続され,またその出口には発電に寄与しなかった未反応
空気および水蒸気を排出するための管路9が接続され
る。一方,燃料極側構成部6の入口には管路10を介し
て第1水素貯蔵器11が接続され,またその出口には発
電に寄与しなかった未反応水素および水蒸気を排出する
ための管路12が接続されている。その未反応水素は燃
料電池2の燃料として再利用されるようになっている。
燃料電池2の出力側は電線13を介して,例えばモータ
14に接続される。
【0008】第1水素貯蔵器11は,タンクと,そのタ
ンクに充填された第1水素吸蔵材MH1としての第1水
素吸蔵合金とよりなる。その合金MH1としては,例え
ばMg系合金であるMg2 Ni合金,Mg97Ni3 合金
(数値の単位は原子%)等が用いられており,それらの
水素放出温度は,Mg2 Ni合金が約250℃,Mg 97
Ni3 合金が約280℃である。
ンクに充填された第1水素吸蔵材MH1としての第1水
素吸蔵合金とよりなる。その合金MH1としては,例え
ばMg系合金であるMg2 Ni合金,Mg97Ni3 合金
(数値の単位は原子%)等が用いられており,それらの
水素放出温度は,Mg2 Ni合金が約250℃,Mg 97
Ni3 合金が約280℃である。
【0009】第1水素貯蔵器11および燃料電池2間の
管路10において,その水素貯蔵器11近傍に第1三方
弁15が,また燃料電池2近傍に第2三方弁16がそれ
ぞれ装置され,その第1三方弁15と触媒燃焼器17の
一方の入口とが管路18を介し,また第2三方弁16と
第2水素貯蔵器19の入口とが管路20を介してそれぞ
れ接続される。
管路10において,その水素貯蔵器11近傍に第1三方
弁15が,また燃料電池2近傍に第2三方弁16がそれ
ぞれ装置され,その第1三方弁15と触媒燃焼器17の
一方の入口とが管路18を介し,また第2三方弁16と
第2水素貯蔵器19の入口とが管路20を介してそれぞ
れ接続される。
【0010】第2水素貯蔵器19は,タンクと,そのタ
ンクに充填された第2水素吸蔵材MH2としての第2水
素吸蔵合金とよりなる。その合金MH2としては,例え
ばLaNi5 合金,MmNi4.5 Al0.5 合金(Mm:
ミッシュメタル),Zr(Co0.75V0.25)2 合金等が
用いられており,それらの水素放出温度は,LaNi 5
合金が約15℃,MmNi4.5 Al0.5 合金が約20
℃,Zr(Co0.75V0. 25)2 合金が約50℃であっ
て,第1水素吸蔵合金MH1の水素放出温度よりも低
く,また燃料電池2の廃熱温度70℃よりも低い。第2
水素貯蔵器19の出口は管路21を介して触媒燃焼器1
7の他方の入口に接続される。
ンクに充填された第2水素吸蔵材MH2としての第2水
素吸蔵合金とよりなる。その合金MH2としては,例え
ばLaNi5 合金,MmNi4.5 Al0.5 合金(Mm:
ミッシュメタル),Zr(Co0.75V0.25)2 合金等が
用いられており,それらの水素放出温度は,LaNi 5
合金が約15℃,MmNi4.5 Al0.5 合金が約20
℃,Zr(Co0.75V0. 25)2 合金が約50℃であっ
て,第1水素吸蔵合金MH1の水素放出温度よりも低
く,また燃料電池2の廃熱温度70℃よりも低い。第2
水素貯蔵器19の出口は管路21を介して触媒燃焼器1
7の他方の入口に接続される。
【0011】触媒燃焼器17は,触媒として,白金,パ
ラジウム等を備え,その触媒の存在下で,第1および第
2水素貯蔵器11,19から供給された水素と外部から
供給された空気,つまり酸素とを反応させて,第1水素
吸蔵合金MH1の水素放出温度である約250〜約28
0℃を上回る,最高400℃の燃焼熱を発生することが
可能である。触媒燃焼器17の一方の出口は第1熱伝達
路22を介して第1水素貯蔵器11に接続され,また他
方の出口は第2熱伝達路23を介して燃料電池2に接続
される。また第2水素貯蔵器19および燃料電池2間に
熱伝達路24が設けられている。
ラジウム等を備え,その触媒の存在下で,第1および第
2水素貯蔵器11,19から供給された水素と外部から
供給された空気,つまり酸素とを反応させて,第1水素
吸蔵合金MH1の水素放出温度である約250〜約28
0℃を上回る,最高400℃の燃焼熱を発生することが
可能である。触媒燃焼器17の一方の出口は第1熱伝達
路22を介して第1水素貯蔵器11に接続され,また他
方の出口は第2熱伝達路23を介して燃料電池2に接続
される。また第2水素貯蔵器19および燃料電池2間に
熱伝達路24が設けられている。
【0012】第1水素貯蔵器11,触媒燃焼器17およ
び第1三方弁15は,真空断熱構造を持つ保温ハウジン
グ25内に収容されている。保温ハウジング25は,触
媒燃焼器17が発生する燃焼熱の系外への放散を防止し
て,燃料電池2の運転終了後,第1水素貯蔵器11を約
250〜約280℃に保持し,その温度保持は季節等に
もよるが,約48時間に及ぶようになっている。この場
合,保温ハウジング25内に蓄熱材を配置して,その保
温機能を向上させることが可能である。
び第1三方弁15は,真空断熱構造を持つ保温ハウジン
グ25内に収容されている。保温ハウジング25は,触
媒燃焼器17が発生する燃焼熱の系外への放散を防止し
て,燃料電池2の運転終了後,第1水素貯蔵器11を約
250〜約280℃に保持し,その温度保持は季節等に
もよるが,約48時間に及ぶようになっている。この場
合,保温ハウジング25内に蓄熱材を配置して,その保
温機能を向上させることが可能である。
【0013】図2に示すように,燃料電池2の運転開始
時には,第1水素貯蔵器11と,触媒燃焼器17および
水素吸蔵量が減少している第2水素貯蔵器19とを第
1,第2三方弁15,16により接続して,第1水素貯
蔵器11から放出された水素を管路10の一部,第1三
方弁15および管路18を通じて触媒燃焼器17に供給
し,また第1三方弁15を通過した水素を管路10の一
部,第2三方弁16および管路20を通じて第2水素貯
蔵器19に供給する。触媒燃焼器17では水素が燃焼さ
れ,第1水素吸蔵合金MH1の水素放出温度に対応した
約250〜約280℃の燃焼熱が,第1熱伝達路22を
通じ第1水素貯蔵器11に水素放出用として供給され,
またその余剰熱が第2熱伝達路23を通じ燃料電池2に
予熱用として供給される。一方,第2水素貯蔵器19で
は,第2水素吸蔵合金MH2が水素を吸蔵することによ
って発熱し,その発生熱は熱伝達路24を通じ燃料電池
2に予熱用として供給される。
時には,第1水素貯蔵器11と,触媒燃焼器17および
水素吸蔵量が減少している第2水素貯蔵器19とを第
1,第2三方弁15,16により接続して,第1水素貯
蔵器11から放出された水素を管路10の一部,第1三
方弁15および管路18を通じて触媒燃焼器17に供給
し,また第1三方弁15を通過した水素を管路10の一
部,第2三方弁16および管路20を通じて第2水素貯
蔵器19に供給する。触媒燃焼器17では水素が燃焼さ
れ,第1水素吸蔵合金MH1の水素放出温度に対応した
約250〜約280℃の燃焼熱が,第1熱伝達路22を
通じ第1水素貯蔵器11に水素放出用として供給され,
またその余剰熱が第2熱伝達路23を通じ燃料電池2に
予熱用として供給される。一方,第2水素貯蔵器19で
は,第2水素吸蔵合金MH2が水素を吸蔵することによ
って発熱し,その発生熱は熱伝達路24を通じ燃料電池
2に予熱用として供給される。
【0014】第1水素貯蔵器11からの放出水素量が増
加すると,図3に示すように第2三方弁16によって第
1水素貯蔵器11および燃料電池2間も接続され,これ
により第1水素貯蔵器11からの放出水素が管路10を
通じ燃料電池2にも供給され,またその燃料電池2には
空気供給源8からの空気が管路7を通じて供給されるの
でその運転が開始され,その出力はモータ14に供給さ
れる。
加すると,図3に示すように第2三方弁16によって第
1水素貯蔵器11および燃料電池2間も接続され,これ
により第1水素貯蔵器11からの放出水素が管路10を
通じ燃料電池2にも供給され,またその燃料電池2には
空気供給源8からの空気が管路7を通じて供給されるの
でその運転が開始され,その出力はモータ14に供給さ
れる。
【0015】図4に示すように,燃料電池2の定常運転
時には第1,第2三方弁15,16によって第1水素貯
蔵器11および燃料電池2間のみを接続して,第1水素
貯蔵器11から放出された水素を管路10を通じ燃料電
池2に供給して,その運転を継続させる。また燃料電池
2,例えば,その冷却水が保有する70℃程度の廃熱が
熱伝達路24を通じて第2水素貯蔵器19に供給される
ので,第2水素吸蔵合金MH2から水素が放出され,そ
の放出水素が管路21を通じて触媒燃焼器17に燃料と
して供給される。これにより,第1水素貯蔵器11から
の水素の放出が継続される。
時には第1,第2三方弁15,16によって第1水素貯
蔵器11および燃料電池2間のみを接続して,第1水素
貯蔵器11から放出された水素を管路10を通じ燃料電
池2に供給して,その運転を継続させる。また燃料電池
2,例えば,その冷却水が保有する70℃程度の廃熱が
熱伝達路24を通じて第2水素貯蔵器19に供給される
ので,第2水素吸蔵合金MH2から水素が放出され,そ
の放出水素が管路21を通じて触媒燃焼器17に燃料と
して供給される。これにより,第1水素貯蔵器11から
の水素の放出が継続される。
【0016】なお,第1水素貯蔵器11には,長期間放
置による温度低下時の緊急用熱源,過度の水素放出応答
速度を求められた際の追加熱源等として,予備のヒータ
を設けることもある。また水素吸蔵材としては炭素系吸
着材も使用される。さらに燃料電池2と第2水素貯蔵器
19とを一体化して,その燃料電池2の廃熱を第2水素
貯蔵器19に効率良く伝達することも可能である。
置による温度低下時の緊急用熱源,過度の水素放出応答
速度を求められた際の追加熱源等として,予備のヒータ
を設けることもある。また水素吸蔵材としては炭素系吸
着材も使用される。さらに燃料電池2と第2水素貯蔵器
19とを一体化して,その燃料電池2の廃熱を第2水素
貯蔵器19に効率良く伝達することも可能である。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば前記のように構成するこ
とによって,省エネルギを図りつつ,高温の燃焼熱を得
ることができ,これにより水素放出温度が高く,単位重
量当りの水素吸蔵量が多い水素吸蔵材の使用が可能であ
って,第1水素貯蔵器の小型化を図り得る,車両用とし
て実用性を備えた燃料電池発電システムを提供すること
ができる。
とによって,省エネルギを図りつつ,高温の燃焼熱を得
ることができ,これにより水素放出温度が高く,単位重
量当りの水素吸蔵量が多い水素吸蔵材の使用が可能であ
って,第1水素貯蔵器の小型化を図り得る,車両用とし
て実用性を備えた燃料電池発電システムを提供すること
ができる。
【図1】燃料電池発電システムの概略図である。
【図2】燃料電池発電システムの運転開始時の概略図で
ある。
ある。
【図3】燃料電池発電システムの運転開始直後の概略図
である。
である。
【図4】燃料電池発電システムの定常運転時の概略図で
ある。
ある。
1…………燃料電池発電システム 2…………燃料電池 11………第1水素貯蔵器 17………触媒燃焼器 19………第2水素貯蔵器 MH1……第1水素吸蔵合金(第1水素吸蔵材) MH2……第2水素吸蔵合金(第2水素吸蔵材)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細江 光矢 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 5H027 AA02 BA14 CC01 MM09
Claims (3)
- 【請求項1】 燃料電池(2)と,水素を吸蔵し,且つ
放出することが可能な第1水素吸蔵材(MH1)を有す
る第1水素貯蔵器(11)と,前記燃料電池(2)に水
素を供給すべく,前記第1水素貯蔵器(11)を加熱し
て水素を放出させる触媒燃焼器(17)と,水素を吸蔵
し,且つ放出することが可能であると共に前記第1水素
吸蔵材(MH1)よりも低い水素放出温度を持つ第2水
素吸蔵材(MH2)を有し,前記燃料電池(2)の廃熱
による加熱下で,前記触媒燃焼器(17)の燃料用水素
を放出する第2水素貯蔵器(19)とを備えていること
を特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項2】 前記燃料電池(2)の運転開始時に,前
記第1水素貯蔵器(11)から前記第2水素貯蔵器(1
9)に水素を供給する機能と,前記第2水素吸蔵材(M
H2)の水素吸蔵に伴う発生熱により前記燃料電池
(2)を予熱する機能とを有する,請求項1記載の燃料
電池発電システム。 - 【請求項3】 前記第1水素吸蔵材(MH1)はMg系
水素吸蔵合金である,請求項1または2記載の燃料電池
発電システム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000323322A JP2002124280A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | 燃料電池発電システム |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=18801013
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Country | Link |
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JP (1) | JP2002124280A (ja) |
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2000
- 2000-10-18 JP JP2000323322A patent/JP2002124280A/ja not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-10-15 US US09/975,969 patent/US6887604B2/en not_active Expired - Fee Related
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