JP2002373690A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002373690A
JP2002373690A JP2001180028A JP2001180028A JP2002373690A JP 2002373690 A JP2002373690 A JP 2002373690A JP 2001180028 A JP2001180028 A JP 2001180028A JP 2001180028 A JP2001180028 A JP 2001180028A JP 2002373690 A JP2002373690 A JP 2002373690A
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JP
Japan
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hydrogen
fuel cell
hydrogen storage
cooling water
temperature
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Application number
JP2001180028A
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Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Iio
雅俊 飯尾
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the generating efficiency of a fuel cell system. SOLUTION: The fuel cell system comprises a hydrogen storage device 14, disposed in a second passage 21 branching from a first passage 20 interconnecting a hydrogen supply device 3 to a fuel cell 1 and for storing a hydrogen storage alloy, a third passage 24 for circulating cooling water for the fuel cell, and a radiator 15 interposed in the third passage. The hydrogen storage alloy has the characteristics of storing and not releasing hydrogen, during a fuel cell system stop before a warm-up. The hydrogen storage device 14 is disposed, so as to develop heat exchange with the cooling water downstream of the radiator in the third passage. A means 16 detects the temperature of the cooling water downstream of the radiator in the third passage, and a means 18 controls or makes the temperature of the cooling water, by releasing the hydrogen from the hydrogen storage alloy, when the detected cooling water temperature reaches an operational upper limit temperature of the fuel cell.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a fuel cell system.

【0002】[0002]

【従来の技術】水素吸蔵合金を備えた燃料電池システム
であって、燃料電池からの排熱を利用して水素吸蔵合金
を加熱し、水素を放出させるシステムとして特開平6−
260202号公報や特開平8−144858号公報に
記載の技術がある。
2. Description of the Related Art A fuel cell system provided with a hydrogen storage alloy is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-106, which heats the hydrogen storage alloy by using exhaust heat from the fuel cell to release hydrogen.
There are techniques described in JP-A-260202 and JP-A-8-144858.

【0003】特開平6−260202号公報に記載の技
術は、水素吸蔵合金が水素を放出する時に必要な吸熱量
を冷却水が保有する燃料電池の排熱で補うものである。
The technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260202 is to supplement the amount of heat absorbed by the hydrogen storage alloy when releasing hydrogen with the exhaust heat of the fuel cell held by the cooling water.

【0004】また特開平8−144858号公報に記載
の技術は、水素エンジンに関するものであるが、エンジ
ン冷却水の水温が低い時には、高い時に対して水素圧力
の設定値を低い値に設定し、この低い設定値に達した時
に水素吸蔵合金への冷却水の供給を遮断し、冷却水の熱
が水素吸蔵合金に吸熱されて、エンジンの暖機が遅れる
のを防ぐ技術である。
The technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-144858 relates to a hydrogen engine. When the temperature of the engine cooling water is low, the set value of the hydrogen pressure is set to a lower value than when the temperature of the engine cooling water is high. This technology prevents the supply of cooling water to the hydrogen storage alloy when the low set value is reached, thereby preventing the heat of the cooling water from being absorbed by the hydrogen storage alloy and delaying the warm-up of the engine.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−260202号公報に記載の技術では、水素吸蔵合
金からの水素を放出する際に必要な熱量を、冷却水から
得る構成となっているため、冷却水温度が低い始動時な
どに水素を取出すことができないと言う問題がある。
However, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260202, the amount of heat required to release hydrogen from the hydrogen storage alloy is obtained from the cooling water. In addition, there is a problem that hydrogen cannot be extracted at the time of starting when the temperature of the cooling water is low.

【0006】また、燃料電池の出力は低いが冷却水温度
が高い場合(高負荷運転からの急減速時など)に、水素吸
蔵合金から、必要以上の水素を供給してしまう問題があ
る。
Further, when the output of the fuel cell is low but the temperature of the cooling water is high (for example, during rapid deceleration from a high load operation), there is a problem that more hydrogen is supplied than necessary from the hydrogen storage alloy.

【0007】つまり、冷却水温度によって、水素の供給
両が不安定になってしまう問題がある。
That is, there is a problem that both supply of hydrogen become unstable depending on the temperature of the cooling water.

【0008】特開平8−144858号公報に記載の技
術では、冷却水の温度によって、冷却水の熱がエンジン
に奪われないように水素貯蔵装置への冷却水の供給を停
止しているので、水素貯蔵装置の冷却水温度が低下(変
化)し、水素放出量が低下(変化)する問題がある。
In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-144858, the supply of the cooling water to the hydrogen storage device is stopped so that the heat of the cooling water is not taken by the engine depending on the temperature of the cooling water. There is a problem that the cooling water temperature of the hydrogen storage device decreases (changes) and the amount of released hydrogen decreases (changes).

【0009】ここで、水素貯蔵装置の圧力を下げて、水
素放出量の低下(変化)を防止した場合には、今度は運
転圧力の高い高負荷域への急加速等を行うことができな
い。すなわち、運転条件に応じて必要な水素の供給がで
きないと言う問題がある。
Here, when the pressure of the hydrogen storage device is reduced to prevent a decrease (change) in the amount of released hydrogen, rapid acceleration to a high load region where the operating pressure is high cannot be performed. That is, there is a problem that necessary hydrogen cannot be supplied according to the operating conditions.

【0010】すなわち、これらの従来技術では、運転負
荷によって冷却水の温度が変動すると水素の供給が不安
定となると言う問題があり、逆に、水素を安定して供給
しようとすると、冷却水温度が変動すると言う問題があ
る。
That is, in these conventional techniques, there is a problem that the supply of hydrogen becomes unstable if the temperature of the cooling water fluctuates due to the operating load. There is a problem that varies.

【0011】また、これらの従来技術では燃料電池また
は水素エンジンの運転に必要な水素をすべての運転条件
下で水素吸蔵合金からの水素で賄うよう構成されている
ため、低温状態での水素供給を維持するためには低温時
でも水素を放出する特性を有する水素吸蔵合金を選択す
る必要があり、このような特性を有する水素吸蔵合金
は、高温時、例えば燃料電池の運転温度(約80℃)
で、水素を吸蔵するには高圧条件下(例えば、5bar
以上)に維持しなければならない。このとき水素の圧力
に合わせて燃料電池に供給される空気の圧力も高圧とす
る必要があり、空気を供給する装置、例えば、コンプレ
ッサの運転負荷が高くなり、よって運転効率の低下を招
くという問題がある。
Further, in these prior arts, the hydrogen required for the operation of the fuel cell or the hydrogen engine is configured to be supplied by the hydrogen from the hydrogen storage alloy under all the operating conditions. In order to maintain the temperature, it is necessary to select a hydrogen storage alloy having a property of releasing hydrogen even at a low temperature. The hydrogen storage alloy having such a property can be used at a high temperature, for example, at the operating temperature of a fuel cell (about 80 ° C.).
In order to occlude hydrogen, high pressure conditions (for example, 5 bar)
Above). At this time, the pressure of the air supplied to the fuel cell also needs to be high in accordance with the pressure of the hydrogen, and the operation load of a device for supplying the air, for example, a compressor, increases, thereby causing a decrease in operation efficiency. There is.

【0012】さらには低温条件下で放置された場合に、
水素吸蔵合金から水素の放出が継続し、水素供給経路内
が高圧となり、水素が漏洩し、水素を浪費するという問
題がある。
Further, when left under a low temperature condition,
There is a problem that the release of hydrogen from the hydrogen storage alloy continues, the pressure in the hydrogen supply path becomes high, hydrogen leaks, and hydrogen is wasted.

【0013】そこで本発明の目的は、上記問題点を解決
する燃料電池システムを提供することである。
It is an object of the present invention to provide a fuel cell system which solves the above problems.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、水素供給
装置と、水素貯蔵合金を有する水素貯蔵装置と、燃料電
池と、燃料電池を冷却する冷却水とを備えた燃料電池シ
ステムにおいて、前記冷却水が水素貯蔵装置と熱交換す
るように構成され、前記冷却水の温度によって水素供給
装置と水素貯蔵装置からの水素の供給を制御する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a hydrogen supply device, a hydrogen storage device having a hydrogen storage alloy, a fuel cell, and cooling water for cooling the fuel cell. The cooling water is configured to exchange heat with a hydrogen storage device, and the supply of hydrogen from the hydrogen supply device and the hydrogen storage device is controlled according to the temperature of the cooling water.

【0015】第2の発明は、第1の発明において、水素
供給装置と燃料電池を連通する第1流路と、第1流路か
ら分岐し、前記水素貯蔵装置が設けられた第2流路と、
燃料電池の冷却水を循環させる第3流路と、この第3流
路の途中に設けられたラジエータと、前記水素貯蔵装置
には、暖機前の燃料電池システム停止時には水素を吸蔵
し、放出しない特性の水素吸蔵合金を備え、前記第3流
路のラジエータの下流において冷却水と熱交換するよう
に前記水素貯蔵装置を設置し、前記第3流路のラジエー
タ下流において冷却水の温度を検出する手段を設け、検
出された冷却水温度を燃料電池の運転上限温度に達した
時に水素吸蔵合金から水素を放出して冷却水の温度を低
下させるように水素貯蔵装置を制御する手段と、を有す
る。
According to a second aspect, in the first aspect, a first flow path communicating the hydrogen supply device with the fuel cell and a second flow path branched from the first flow path and provided with the hydrogen storage device are provided. When,
A third flow path for circulating cooling water for the fuel cell, a radiator provided in the middle of the third flow path, and the hydrogen storage device stores and releases hydrogen when the fuel cell system is stopped before warming up. The hydrogen storage device is provided so as to exchange heat with cooling water downstream of the radiator of the third flow path, and the temperature of the cooling water is detected downstream of the radiator of the third flow path. Means for controlling the hydrogen storage device to release hydrogen from the hydrogen storage alloy to lower the temperature of the cooling water when the detected cooling water temperature reaches the operating upper limit temperature of the fuel cell. Have.

【0016】第3の発明は、第2の発明において、水素
供給装置として水素リッチの改質ガスを生成する改質反
応器を設ける。
According to a third aspect, in the second aspect, a reforming reactor for producing a hydrogen-rich reformed gas is provided as a hydrogen supply device.

【0017】第4の発明は、第2または第3の発明にお
いて、前記制御手段は、水素貯蔵装置と熱交換する冷却
水の温度と水素吸蔵合金に作用する圧力を制御すること
で水素吸蔵合金からの水素の吸蔵と放出を制御する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the control means controls the temperature of the cooling water which exchanges heat with the hydrogen storage device and the pressure acting on the hydrogen storage alloy to thereby control the hydrogen storage alloy. Control the absorption and release of hydrogen from

【0018】第5の発明は、第4の発明において、前記
制御手段は、前記第1流路を流れる水素の圧力と流量を
調整する弁を設け、この圧力調整弁を用いて水素供給装
置および水素貯蔵装置に作用する水素圧力と燃料電池運
転時の水素圧力を独立して制御する。
In a fifth aspect based on the fourth aspect, the control means includes a valve for adjusting a pressure and a flow rate of the hydrogen flowing through the first flow path. The hydrogen pressure acting on the hydrogen storage device and the hydrogen pressure during fuel cell operation are controlled independently.

【0019】第6の発明は、第2の発明において、前記
制御手段は、燃料電池の冷却水温度と、車速と、気温
と、燃料電池の出力要求値より、ラジエータの放熱可能
量と燃料電池の発熱量を推定し、これらに基づき燃料電
池の冷却水温度を演算し、演算された冷却水温度が燃料
電池運転上限温度を超えると推定されるときに水素吸蔵
合金から水素を放出して冷却水の温度を低下させ、燃料
電池運転上限温度を超えないように制御する。
In a sixth aspect based on the second aspect, the control means is configured to determine a radiator radiating amount and a fuel cell amount based on a cooling water temperature of the fuel cell, a vehicle speed, a temperature, and a required output value of the fuel cell. The amount of heat generated in the fuel cell is estimated, and the coolant temperature of the fuel cell is calculated based on the calorific value. The temperature of the water is lowered so that the temperature does not exceed the fuel cell operation upper limit temperature.

【0020】第7の発明は、第3の発明において、改質
ガス中の一酸化炭素を除去し、所定濃度に調整する一酸
化酸素除去装置を備え、この一酸化炭素除去装置から排
出された改質ガスを前記水素貯蔵装置に流入させる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the third aspect, there is provided an oxygen monoxide removing device for removing carbon monoxide in the reformed gas and adjusting the concentration to a predetermined concentration, and discharged from the carbon monoxide removing device. The reformed gas flows into the hydrogen storage device.

【0021】第8の発明は、第7の発明において、前記
水素貯蔵装置と改質反応器を連通する第4流路を設け、
前記制御手段は、水素吸蔵合金が放出した水素を改質反
応器に供給し、この水素の反応熱により改質反応器の温
度を稼動温度に維持するように制御する。
In an eighth aspect based on the seventh aspect, a fourth flow path communicating the hydrogen storage device and the reforming reactor is provided,
The control means supplies the hydrogen released by the hydrogen storage alloy to the reforming reactor and controls the temperature of the reforming reactor to be maintained at the operating temperature by the reaction heat of the hydrogen.

【0022】第9の発明は、第4の発明において、前記
第3流路に水素貯蔵装置を迂回する第5流路と、前記第
2流路に遮断弁とを設け、前記制御装置は、水素吸蔵合
金に水素を吸蔵及び放出するときに遮断弁を開き、水素
吸蔵合金で水素の吸蔵及び放出を行わないときには遮断
弁を閉じて第5流路に冷却水を流入するように制御す
る。
According to a ninth aspect, in the fourth aspect, a fifth flow path bypassing the hydrogen storage device is provided in the third flow path, and a shutoff valve is provided in the second flow path. When shutting off and releasing hydrogen in the hydrogen storage alloy, the shut-off valve is opened. When the hydrogen storage alloy does not store and release hydrogen, the shut-off valve is closed to control the cooling water to flow into the fifth flow path.

【0023】[0023]

【発明の効果】第1の発明では、燃料電池に供給する水
素量は、冷却水温度調整のための水素吸蔵合金から供給
して増加した水素分を改質器からの水素供給量を減少す
ることで一定に保てるので、冷却水温度によらず、燃料
電池に水素を安定して供給できる。また運転負荷によら
ず、冷却水温度を安定できる。
According to the first aspect of the present invention, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell is increased from the amount of hydrogen supplied from the hydrogen storage alloy for cooling water temperature adjustment, and the amount of hydrogen supplied from the reformer is reduced. Therefore, hydrogen can be stably supplied to the fuel cell regardless of the cooling water temperature. Further, the temperature of the cooling water can be stabilized regardless of the operation load.

【0024】第2の発明では、燃料電池の運転上限温度
以下では改質反応器からの改質ガスを用いて、また運転
上限温度では水素吸蔵合金からの放出による水素とを用
いて燃料電池が発電するように制御するので、低温時に
燃料電池へ供給する空気の圧力を高圧とする必要がな
く、また燃料電池システム停止時に水素吸蔵合金が水素
を放出することがないので、燃料電池システムの効率を
低下させることがない。
According to the second aspect of the present invention, the fuel cell uses the reformed gas from the reforming reactor below the upper limit operating temperature of the fuel cell and uses hydrogen released from the hydrogen storage alloy at the upper operating limit temperature. Since the power is controlled to generate power, the pressure of the air supplied to the fuel cell at low temperatures does not need to be high, and the hydrogen storage alloy does not release hydrogen when the fuel cell system is stopped. Is not reduced.

【0025】水素吸蔵合金から水素が放出される際の吸
熱を用いて燃料電池の冷却水を冷却することができるの
で、冷却水を冷却するラジエータでの冷却と組み合わせ
て燃料電池の冷却水が燃料電池の運転上限温度を超えて
過温度になることを防止することができる。
Since the cooling water of the fuel cell can be cooled by using the heat absorption when hydrogen is released from the hydrogen storage alloy, the cooling water of the fuel cell is combined with the cooling by the radiator for cooling the cooling water. It is possible to prevent the temperature from exceeding the operation upper limit temperature of the battery and becoming too high.

【0026】また、冷却水は燃料電池から排出されてラ
ジエータで冷却された後に、水素吸蔵合金を収装する水
素貯蔵装置に流入する構成を有しているので、ラジエー
タには高温の冷却水が流入し、ラジエータでの気水温度
差を大きくでき、ラジエータでの放熱効率を高くでき
る。さらにはラジエータで冷却後、水素吸蔵合金でさら
に冷却水は冷却されるので、燃料電池に流入する冷却水
は十分に低温状態とすることができる。
Further, since the cooling water is discharged from the fuel cell, cooled by the radiator, and then flows into the hydrogen storage device for storing the hydrogen storage alloy, high-temperature cooling water is supplied to the radiator. Inflow, the air-water temperature difference in the radiator can be increased, and the radiation efficiency in the radiator can be increased. Further, after cooling by the radiator, the cooling water is further cooled by the hydrogen storage alloy, so that the cooling water flowing into the fuel cell can be kept at a sufficiently low temperature.

【0027】燃料電池システムの通常運転時には、ラジ
エータのみで冷却が足りるようにラジエータの冷却性能
を設定し、冷却水が燃料電池運転上限温度に達した時に
のみ、水素吸蔵合金から水素を放出し、冷却水の熱を吸
熱して冷却水を冷却するようにしたので、水素貯蔵装置
からの水素放出を抑制し、水素貯蔵装置を小型化するこ
とができる。
During normal operation of the fuel cell system, the cooling performance of the radiator is set so that cooling is sufficient only with the radiator, and hydrogen is released from the hydrogen storage alloy only when the cooling water reaches the fuel cell operation upper limit temperature. Since the cooling water is cooled by absorbing the heat of the cooling water, the release of hydrogen from the hydrogen storage device can be suppressed, and the size of the hydrogen storage device can be reduced.

【0028】高負荷運転以外では、水素吸蔵合金での冷
却水からの吸熱は生じず、改質ガスによる燃料電池の反
応熱のみが発生するため、容易に燃料電池を適正運転温
度に維持することができる。
Except for high-load operation, the hydrogen absorbing alloy does not absorb heat from the cooling water and generates only the reaction heat of the fuel cell due to the reformed gas. Therefore, it is easy to maintain the fuel cell at an appropriate operating temperature. Can be.

【0029】第3の発明は、水素供給装置として水素リ
ッチの改質ガスを生成する改質反応器を設けたので、燃
料電池システムが高負荷運転時には、水素貯蔵装置から
の水素によって燃料電池の水素が賄われるため、改質反
応器で生成される改質ガスの量は少なくすることがで
き、したがって改質反応器の容量を小さくすることがで
きる。
According to the third aspect of the present invention, since the reforming reactor for generating the hydrogen-rich reformed gas is provided as the hydrogen supply device, the fuel cell system is operated by the hydrogen from the hydrogen storage device when the fuel cell system operates at a high load. Since hydrogen is provided, the amount of reformed gas generated in the reforming reactor can be reduced, and thus the capacity of the reforming reactor can be reduced.

【0030】また、高出力時に供給される水素貯蔵装置
からの水素により燃料電池に供給される燃料ガスの水素
濃度は、通常運転時の改質ガスよりも水素濃度が高くな
り、燃料電池1の発電効率を向上することができる。
The hydrogen concentration of the fuel gas supplied to the fuel cell by the hydrogen from the hydrogen storage device supplied at the time of high output is higher than that of the reformed gas during the normal operation. Power generation efficiency can be improved.

【0031】第4の発明は、水素貯蔵装置と熱交換する
冷却水の温度と水素吸蔵合金の種類に応じて決定される
特性によって定まる水素平衡圧に対する水素貯蔵装置に
作用する圧力を制御することで水素吸蔵合金からの水素
の吸蔵と放出を制御するので、水素の吸蔵と放出の際の
冷却水に対する吸熱と放熱で冷却水温度を適正に制御で
きる。
A fourth aspect of the present invention is to control the pressure acting on the hydrogen storage device with respect to the hydrogen equilibrium pressure determined by the temperature determined by the temperature of the cooling water that exchanges heat with the hydrogen storage device and the type of the hydrogen storage alloy. Controls the storage and release of hydrogen from the hydrogen storage alloy, so that the temperature of the cooling water can be appropriately controlled by the heat absorption and heat dissipation of the cooling water during the storage and release of hydrogen.

【0032】第5の発明は、第1流路を流れる水素の圧
力を調整する弁を設け、この圧力調整弁を用いて流量一
定の下に水素供給装置および水素貯蔵装置に作用する水
素圧力と燃料電池運転時の水素圧力を独立して制御する
ので、水素貯蔵装置に作用する水素圧力を高める必要が
ある場合でも、独立して燃料電池の運転圧力を適正圧力
に制御して、燃料電池システムとして効率を維持するこ
とができる。
According to a fifth aspect of the present invention, a valve for adjusting the pressure of hydrogen flowing through the first flow path is provided, and the hydrogen pressure acting on the hydrogen supply device and the hydrogen storage device at a constant flow rate using the pressure adjustment valve. Since the hydrogen pressure during fuel cell operation is controlled independently, even when it is necessary to increase the hydrogen pressure acting on the hydrogen storage device, the operating pressure of the fuel cell is controlled independently to an appropriate pressure, and the fuel cell system is controlled independently. As a result, the efficiency can be maintained.

【0033】第6の発明は、燃料電池の冷却水温度と、
車速と、気温と、燃料電池の出力要求値より、ラジエー
タの放熱可能量と燃料電池の発熱量を推定し、これらに
基づき燃料電池の冷却水温度を演算し、演算された冷却
水温度が燃料電池運転上限温度を超えると推定されると
きに水素吸蔵合金から水素を放出して冷却水の温度を低
下させ、燃料電池運転上限温度を超えないように制御す
るので、燃料電池の冷却水温度変化を事前に推定し、実
際にその温度が運転上限温度を越える以前に温度検出手
段の応答遅れや水素吸蔵合金の加熱応答遅れを考慮して
水素を放出させることができため、燃料電池が一時的に
運転上限温度を超えて過温度になることを防止できる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a cooling water temperature of a fuel cell,
From the vehicle speed, the air temperature, and the required output value of the fuel cell, the radiator heat release amount and the heat generation amount of the fuel cell are estimated, and the cooling water temperature of the fuel cell is calculated based on these. When it is estimated that the temperature exceeds the upper limit temperature of the battery operation, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy to lower the temperature of the cooling water, and the temperature is controlled so as not to exceed the upper limit temperature of the fuel cell operation. Before the temperature actually exceeds the operation upper limit temperature, it is possible to release hydrogen in consideration of the response delay of the temperature detection means and the heating response delay of the hydrogen storage alloy. It is possible to prevent the temperature from exceeding the operation upper limit temperature and becoming too high.

【0034】第7の発明は、改質ガス中の一酸化炭素を
除去し、所定濃度に調整する一酸化酸素除去装置を備
え、この一酸化炭素除去装置から排出された改質ガスを
前記水素貯蔵装置(以下、COと示す)に流入させ、水
素貯蔵装置に流入する改質ガス中の一酸化炭素濃度を低
減させるので、水素吸蔵合金のCOによる被毒を抑制す
ることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an oxygen monoxide removing device for removing carbon monoxide in the reformed gas and adjusting the concentration to a predetermined concentration. Since the gas flows into a storage device (hereinafter referred to as CO) and the concentration of carbon monoxide in the reformed gas flowing into the hydrogen storage device is reduced, poisoning of the hydrogen storage alloy by CO can be suppressed.

【0035】第8の発明は、水素貯蔵装置と改質反応器
を連通する第4流路を設け、水素吸蔵合金が放出した水
素を改質反応器に供給し、改質反応器の温度を稼動温度
に維持するように制御するので、燃料電池の待機運転時
に改質反応器の温度を稼動温度に維持することができ
る。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a fourth flow path communicating the hydrogen storage device and the reforming reactor, supplying the hydrogen released by the hydrogen storage alloy to the reforming reactor, and controlling the temperature of the reforming reactor. Since the control is performed so as to maintain the operating temperature, the temperature of the reforming reactor can be maintained at the operating temperature during the standby operation of the fuel cell.

【0036】第9の発明は、第3流路に水素貯蔵装置を
迂回する第5流路と、第2流路に遮断弁とを設け、水素
吸蔵合金に水素を吸蔵または放出するときに遮断弁を開
き、水素吸蔵合金で水素の吸蔵及び放出を行わないとき
には遮断弁を閉じて第5流路に冷却水を流入するように
制御するので、水素吸蔵合金が水素の放出及び吸蔵を行
わない場合には、水素吸蔵合金の温度が低下して水素解
離圧が下がるとともに、遮断弁が閉じられるので、無駄
な水素吸蔵合金からの水素の放出が抑制され、燃料電池
システムの効率を向上できる。
According to a ninth aspect of the present invention, a fifth flow path bypassing the hydrogen storage device is provided in the third flow path, and a shutoff valve is provided in the second flow path to shut off when hydrogen is stored or released in the hydrogen storage alloy. When the valve is opened and the hydrogen storage alloy does not store and release hydrogen, the shutoff valve is closed to control the cooling water to flow into the fifth flow path, so that the hydrogen storage alloy does not release and store hydrogen. In this case, the temperature of the hydrogen storage alloy decreases, the hydrogen dissociation pressure decreases, and the shutoff valve is closed, so that unnecessary release of hydrogen from the hydrogen storage alloy is suppressed, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明を燃料電池車両に適
用した場合の燃料電池システムの構成を添付図面に基づ
いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of a fuel cell system when the present invention is applied to a fuel cell vehicle will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0038】図1は本発明の第1実施形態の構成を説明
する図である。燃料電池1には燃料極と空気極とが設け
られて、それぞれの極には水素リッチの改質ガスと空気
とが供給され、発電が行われる。
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. The fuel cell 1 is provided with a fuel electrode and an air electrode, and a hydrogen-rich reformed gas and air are supplied to each electrode to generate power.

【0039】空気は空気供給装置2から空気極に供給さ
れ、一方、燃料極に供給される改質ガスは改質反応器3
で生成される。このため改質反応器3には燃料タンク4
の燃料と水タンク5の水とが蒸発器6において気化され
た気化燃料と水蒸気が供給される。
The air is supplied from the air supply device 2 to the air electrode, while the reformed gas supplied to the fuel electrode is supplied to the reforming reactor 3.
Generated by For this reason, the reforming reactor 3 has a fuel tank 4
Is vaporized in the evaporator 6 and the water in the water tank 5 is supplied with vaporized fuel and water vapor.

【0040】燃料と水蒸気とが供給された改質反応器3
では、改質反応が生じて水素リッチの改質ガスが生成さ
れ、この改質ガスはその下流に設けられた一酸化炭素
(以下、COと示す)除去器7で所定のCO濃度に調整
されて圧力調整弁13を介して燃料電池1の燃料極に供
給される。
Reforming reactor 3 supplied with fuel and steam
Then, a reforming reaction occurs to generate a hydrogen-rich reformed gas, and this reformed gas is adjusted to a predetermined CO concentration by a carbon monoxide (hereinafter, referred to as CO) remover 7 provided downstream thereof. The pressure is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 1 via the pressure regulating valve 13.

【0041】燃料電池1での発電後に空気極から排出さ
れる排空気は、燃焼器8に供給され、同様に燃料極から
排出される余剰の排水素は燃焼器8に供給され、燃焼器
8で排水素と排空気が燃焼される。この燃焼ガスが蒸発
器6に供給され、燃焼ガスの熱量によってタンク4、5
から供給される燃料と水が気化される。燃焼ガスは燃料
と水の気化に用いられた後に、外部に排出される。
Exhaust air discharged from the air electrode after power generation in the fuel cell 1 is supplied to the combustor 8, and excess waste hydrogen discharged from the fuel electrode is similarly supplied to the combustor 8, The exhaust hydrogen and exhaust air are combusted. This combustion gas is supplied to the evaporator 6, and the heat of the combustion gas causes the tanks 4, 5,
The fuel and water supplied from are vaporized. The combustion gas is exhausted after being used for vaporizing fuel and water.

【0042】燃料電池1と燃焼器8との途中には排水素
が流れる流路と排空気が流れる流路とのそれぞれに水分
を凝縮するコンデンサ9、10が設置されている。さら
に、各コンデンサ9、10と燃焼器8の間に圧力制御弁
11、12が設置される。コンデンサ9、10で凝縮し
た水は水タンク5に貯蔵される。
In the middle of the fuel cell 1 and the combustor 8, condensers 9 and 10 for condensing moisture are respectively installed in a flow path through which exhaust hydrogen flows and a flow path through which exhaust air flows. Further, pressure control valves 11 and 12 are provided between each of the condensers 9 and 10 and the combustor 8. The water condensed in the condensers 9 and 10 is stored in the water tank 5.

【0043】なおコンデンサ9、10は燃料電池システ
ムの効率向上のために設置されるものであり、コンデン
サを用いなくともシステムは機能するものである。
The capacitors 9 and 10 are provided for improving the efficiency of the fuel cell system, and the system can function without using any capacitors.

【0044】また本実施形態では燃料電池1に水素を供
給する手段として改質反応器3を用いたが、水素高圧タ
ンク等を用いて水素を直接的に燃料電池1に供給するよ
うに構成することもできる。
In this embodiment, the reforming reactor 3 is used as a means for supplying hydrogen to the fuel cell 1. However, the hydrogen is directly supplied to the fuel cell 1 using a hydrogen high-pressure tank or the like. You can also.

【0045】さらに本システムは、水素吸蔵合金を収装
した水素吸蔵タンク(水素貯蔵装置)14がCO除去器
7と圧力調整弁13とを結ぶ流路20(第1流路)から
分岐した流路21(第2流路)に設置される。水素吸蔵
タンク14には燃料電池1を冷却した冷却水が供給され
て冷却水の熱を利用して水素吸蔵タンク14内の水素吸
蔵合金が水素を放出もしくは吸蔵を行う。水素吸蔵タン
ク14から排出された冷却水は再び燃料電池1の冷却の
ために燃料電池1に送られる。
Further, in the present system, a hydrogen storage tank (hydrogen storage device) 14 containing a hydrogen storage alloy branches off from a flow path 20 (first flow path) connecting the CO remover 7 and the pressure regulating valve 13. It is installed on the road 21 (second flow path). Cooling water for cooling the fuel cell 1 is supplied to the hydrogen storage tank 14, and the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage tank 14 releases or stores hydrogen by using the heat of the cooling water. The cooling water discharged from the hydrogen storage tank 14 is sent to the fuel cell 1 again for cooling the fuel cell 1.

【0046】水素吸蔵タンク14に収装される水素吸蔵
合金の特性は、燃料電池の最適運転温度で水素吸蔵合金
が水素を放出する特性を有するもので、かつ燃料電池シ
ステムが停止しているような低温時には水素を吸蔵し、
放出しない(水素解離圧力が低い)特性を有する合金を
選択する。このような特性を有する合金としては、例え
ば、Ti0.5Zr0.5Mn1.7Cu0.3がある。
The characteristics of the hydrogen storage alloy contained in the hydrogen storage tank 14 are such that the hydrogen storage alloy has the characteristic of releasing hydrogen at the optimum operating temperature of the fuel cell, and that the fuel cell system is stopped. At low temperatures, it absorbs hydrogen,
An alloy having characteristics of not releasing (low hydrogen dissociation pressure) is selected. As an alloy having such properties, for example, a Ti 0.5 Zr 0.5 Mn 1.7 Cu 0.3 .

【0047】燃料電池1から排出された冷却水は、高温
となっており、水素吸蔵タンク14の上流に設置された
ラジエータ15によって冷却される。
The cooling water discharged from the fuel cell 1 has a high temperature and is cooled by a radiator 15 installed upstream of the hydrogen storage tank 14.

【0048】またラジエータ15から排出された冷却水
の温度を検出するための温度センサ16がラジエータ1
5の下流に設置されるとともに、水素吸蔵タンク14に
加わる水素圧力を検出するための圧力センサ17がCO
除去器7の下流に設置される。
A temperature sensor 16 for detecting the temperature of the cooling water discharged from the radiator 15 is provided by the radiator 1.
5 and a pressure sensor 17 for detecting the hydrogen pressure applied to the hydrogen storage tank 14
It is installed downstream of the remover 7.

【0049】ラジエータ15で冷却された冷却水は、水
素吸蔵タンク14と熱交換するために送られて、その後
燃料電池1に戻る。なお24は、この燃料電池1の冷却
水が循環する流路(第3流路)を示す。
The cooling water cooled by the radiator 15 is sent for heat exchange with the hydrogen storage tank 14, and thereafter returns to the fuel cell 1. Reference numeral 24 denotes a flow path (third flow path) through which the cooling water of the fuel cell 1 circulates.

【0050】さらに温度センサ16または圧力センサ1
7の出力に基づいて水素吸蔵タンク14からの水素の放
出または吸蔵を水素吸蔵タンク14の圧力によって制御
するためのコントローラ(制御手段)18が備えられて
いる。コントローラ18は圧力調整弁13を制御するこ
とによって水素吸蔵タンク14の圧力を制御することが
できる。圧力制御弁13を流量一定の下で圧力を調整で
きるものを使用することで、この制御は燃料電池1の運
転圧力制御とは独立して行うことが可能である。またコ
ントローラ18は、燃料噴射弁32と水噴射弁31によ
り、燃料及び水の供給量を制御することができる、この
ように構成されて、コントローラ18は温度センサ16
によって検出された冷却水の温度が、燃料電池1の運転
上限温度に達した時(例えば、高速走行や高負荷運転
時)に水素吸蔵タンク14から水素を放出し、冷却水の
熱を吸熱することで、冷却水温度を低下するように、圧
力調整弁13の開度を制御して水素吸蔵タンク14に負
荷される圧力を制御する。同時に改質反応器3に供給す
る燃料と水の量を制御して、燃料電池1に供給される全
体の水素量が一定になるように制御する。
Further, the temperature sensor 16 or the pressure sensor 1
A controller (control means) 18 for controlling the release or storage of hydrogen from the hydrogen storage tank 14 based on the output of the hydrogen storage tank 14 by the pressure of the hydrogen storage tank 14 is provided. The controller 18 can control the pressure of the hydrogen storage tank 14 by controlling the pressure regulating valve 13. By using a pressure control valve 13 that can adjust the pressure at a constant flow rate, this control can be performed independently of the operation pressure control of the fuel cell 1. The controller 18 can control the supply amounts of fuel and water by the fuel injection valve 32 and the water injection valve 31. The controller 18 is configured as described above.
When the temperature of the cooling water detected by the fuel cell reaches the operation upper limit temperature of the fuel cell 1 (for example, during high-speed running or high-load operation), hydrogen is released from the hydrogen storage tank 14 and heat of the cooling water is absorbed. Thus, the pressure applied to the hydrogen storage tank 14 is controlled by controlling the opening of the pressure regulating valve 13 so as to lower the cooling water temperature. At the same time, the amount of fuel and water supplied to the reforming reactor 3 is controlled so that the total amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1 is controlled to be constant.

【0051】燃料電池に供給する水素量は、冷却水温度
調整のための水素吸蔵合金から供給して増加した水素分
を改質器からの水素供給量を減少することで一定に保て
るので、冷却水温度によらず、燃料電池に水素を安定し
て供給できる。また運転負荷によらず、冷却水温度を安
定できる。
The amount of hydrogen supplied to the fuel cell can be kept constant by reducing the amount of hydrogen supplied from the reformer by increasing the amount of hydrogen supplied from the hydrogen storage alloy for cooling water temperature adjustment. Hydrogen can be stably supplied to the fuel cell regardless of the water temperature. Further, the temperature of the cooling water can be stabilized regardless of the operation load.

【0052】一方、アイドル運転時等低温運転時には、
改質反応器3からの改質ガスによって燃料電池1の運転
が行われ、水素吸蔵合金は低温時には水素の吸蔵のみを
行い水素の放出を行わない特性を有しており、水素吸蔵
タンク14からの水素の燃料電池1への供給は行われな
い。
On the other hand, during low-temperature operation such as idling operation,
The fuel cell 1 is operated by the reformed gas from the reforming reactor 3, and the hydrogen storage alloy has a characteristic of only storing hydrogen and not releasing hydrogen at a low temperature. Is not supplied to the fuel cell 1.

【0053】水素吸蔵合金の特性を示す平衡水素圧と水
素組成の関係は、一般に図2のように示される。水素吸
蔵合金が高温になるほど高い平衡解離圧となり、高い圧
力条件下での水素の放出が可能となる。
The relationship between the equilibrium hydrogen pressure and the hydrogen composition showing the characteristics of the hydrogen storage alloy is generally shown in FIG. The higher the temperature of the hydrogen storage alloy, the higher the equilibrium dissociation pressure, and the release of hydrogen under high pressure conditions becomes possible.

【0054】水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出の関係は
次式で表される。
The relationship between hydrogen storage and release of hydrogen in the hydrogen storage alloy is expressed by the following equation.

【0055】 水素吸蔵:(2/n)M+H2→(2/n)MHn+ΔH(熱):発熱反応 水素放出:(2/n)M+H2←(2/n)MHn−ΔH(熱):吸熱反応 (参考文献:水素吸蔵合金〜基礎から最先端技術まで〜 監修者:田村英雄、発 行:(株)エヌ・ティー・エヌ) ここで、nはモル数であり、Mは合金の分子式を代表し
た記号である。
Hydrogen storage: (2 / n) M + H 2 → (2 / n) MH n + ΔH (heat): Exothermic reaction Hydrogen release: (2 / n) M + H 2 ← (2 / n) MH n −ΔH (heat) ): Endothermic reaction (Reference: Hydrogen storage alloys-From basic to advanced technology-Supervisor: Hideo Tamura, Published by: NTN Corporation) where n is the number of moles and M is the alloy Is a symbol representing the molecular formula of

【0056】通常の燃料電池システムでは、水素吸蔵合
金としての特性は、燃料電池の冷却水を効果的に冷却す
るために、少ない熱で多くの水素を吸蔵することが要求
されるが、本発明の水素吸蔵合金の特性は、重量当たり
の吸熱量が大きく、水素発生量当たりの吸熱量−ΔHが
大きい材料を選択する。
In a normal fuel cell system, the characteristics as a hydrogen storage alloy are required to store a large amount of hydrogen with little heat in order to effectively cool the cooling water of the fuel cell. As for the characteristics of the hydrogen storage alloy, a material having a large endothermic amount per weight and a large endothermic amount-ΔH per hydrogen generation amount is selected.

【0057】図2、3に示すように燃料電池システムが
停止状態では、温度が上昇するが、水素を放出させない
ために水素吸蔵合金は図中のシステム冷機状態点に維持
され、水素吸蔵率が高い状態で保持される。
As shown in FIGS. 2 and 3, when the fuel cell system is stopped, the temperature rises, but the hydrogen storage alloy is maintained at the system cold state point in the figure to prevent the release of hydrogen, and the hydrogen storage rate is reduced. Held high.

【0058】燃料電池システムが通常運転状態では、水
素吸蔵合金は図中の運転点Aになるように水素吸蔵合金
に加わる圧力を制御し、水素組成を大きくしたまま維持
する。
When the fuel cell system is in a normal operation state, the pressure applied to the hydrogen storage alloy is controlled so that the hydrogen storage alloy reaches an operation point A in the figure, and the hydrogen composition is maintained at a high level.

【0059】さらに燃料電池システムが高出力となり、
熱量がラジエータ15での放熱量を上回り、冷却水の冷
却が十分に行われない場合には冷却水の温度が上昇し、
この冷却水が流入する水素吸蔵タンク14内の水素吸蔵
合金温度も上昇し、水素吸蔵合金は水素を放出して冷却
水温度を低下させようとするが、冷却水温度が燃料電池
の運転上限温度になるまでは水素を放出しないように水
素吸蔵合金に加わる圧力を制御する。燃料電池の運転上
限温度になるように圧力を維持した状態は図3の運転点
Bに相当し、燃料電池の運転上限温度を超えることが温
度センサ16によって検出される冷却水の温度から検知
されるときには、圧力調整弁13を調整し、水素吸蔵合
金への負荷圧力を運転点Cまで低下させて水素吸蔵合金
から水素を放出させ、水素吸蔵合金で冷却水の熱を吸熱
し、燃料電池1の温度を低下する。
Further, the fuel cell system has a high output,
When the amount of heat exceeds the amount of heat radiation in the radiator 15 and the cooling water is not sufficiently cooled, the temperature of the cooling water increases,
The temperature of the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage tank 14 into which the cooling water flows also rises, and the hydrogen storage alloy releases hydrogen to lower the cooling water temperature. The pressure applied to the hydrogen storage alloy is controlled so that hydrogen is not released until the pressure becomes. The state in which the pressure is maintained so as to reach the operating upper limit temperature of the fuel cell corresponds to the operating point B in FIG. 3, and the temperature exceeding the operating upper limit temperature of the fuel cell is detected from the temperature of the cooling water detected by the temperature sensor 16. In this case, the pressure regulating valve 13 is adjusted, the load pressure on the hydrogen storage alloy is reduced to the operating point C to release hydrogen from the hydrogen storage alloy, and the heat of the cooling water is absorbed by the hydrogen storage alloy. Decrease the temperature of

【0060】次に燃料電池システムの運転状態と燃料電
池への水素供給について説明する。
Next, the operating state of the fuel cell system and the supply of hydrogen to the fuel cell will be described.

【0061】まず、燃料電池システムが停止状態から起
動する暖機状態では、水素吸蔵合金は水素を吸蔵する一
方で、水素の放出は行わない特性を有しているため、燃
料電池1への水素は、改質反応器3で生成された水素リ
ッチの改質ガスで賄われる。
First, in a warm-up state in which the fuel cell system is started from a stopped state, the hydrogen storage alloy has a characteristic of absorbing hydrogen but not releasing hydrogen. Is supplied with the hydrogen-rich reformed gas generated in the reforming reactor 3.

【0062】燃料電池システムが通常運転状態に移行し
たときには、ラジエータ15の冷却能力を燃料電池1の
通常運転時に必要な能力に設定しておくことで水素吸蔵
合金からの水素の供給をできるだけ避け、改質反応器3
で生成された改質ガスによって賄う。なお、通常運転時
においても温度センサ16を用いて燃料電池1の冷却水
温度を検出し、運転上限温度に達したときには水素吸蔵
合金から水素を燃料電池に供給し、一方、水素吸蔵合金
による吸熱により、冷却水温度を低下させることも可能
である。このとき燃料電池1に供給される水素量は、改
質反応器3からの改質ガスと水素吸蔵タンク14からの
水素量が一定となるように制御される。
When the fuel cell system shifts to the normal operation state, by setting the cooling capacity of the radiator 15 to the necessary capacity during the normal operation of the fuel cell 1, the supply of hydrogen from the hydrogen storage alloy is avoided as much as possible. Reforming reactor 3
It is covered by the reformed gas generated in the above. Note that even during normal operation, the temperature of the cooling water of the fuel cell 1 is detected using the temperature sensor 16, and when the temperature reaches the operation upper limit temperature, hydrogen is supplied from the hydrogen storage alloy to the fuel cell, while heat absorption by the hydrogen storage alloy is performed. Thereby, the cooling water temperature can be lowered. At this time, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 1 is controlled such that the amount of reformed gas from the reforming reactor 3 and the amount of hydrogen from the hydrogen storage tank 14 are constant.

【0063】燃料電池システムが高温、高負荷運転を行
う場合には、ラジエータ15による冷却能力を上回る熱
量により、冷却水も高温となるが、水素吸蔵合金の吸熱
による冷却水の冷却分を加味することで冷却水温度を燃
料電池運転温度に維持することができる。このとき水素
吸蔵合金から放出される水素量は、燃料電池1で必要と
される水素量の大部分を賄うことができる量とすれば改
質反応器3を小型化できる。
When the fuel cell system performs high-temperature, high-load operation, the cooling water becomes high in temperature due to the amount of heat exceeding the cooling capacity of the radiator 15, but the cooling water due to the heat absorption of the hydrogen storage alloy is taken into consideration. Thus, the coolant temperature can be maintained at the fuel cell operating temperature. At this time, if the amount of hydrogen released from the hydrogen storage alloy is set to an amount that can cover most of the amount of hydrogen required in the fuel cell 1, the reforming reactor 3 can be downsized.

【0064】燃料電池システムの停止時には、改質反応
器3に対する停止命令に対する遅れによって生じた水素
(改質ガス)を水素吸蔵タンク14に吸蔵するように制
御する。また停止状態が継続した場合でも水素吸蔵合金
は低温状態にあるために水素の放出は行われず、水素吸
蔵タンク14の圧力が上昇することはない。
When the fuel cell system is stopped, control is performed so that hydrogen (reformed gas) generated due to a delay with respect to the stop command to the reforming reactor 3 is stored in the hydrogen storage tank 14. Even when the stop state continues, the hydrogen is not released because the hydrogen storage alloy is in a low temperature state, and the pressure of the hydrogen storage tank 14 does not increase.

【0065】なお、本システムでは水素吸蔵タンク14
への圧力を圧力センサ17で検出し、この検出圧力と水
素吸蔵タンク14に流入する冷却水の温度及び水素吸蔵
合金の種類に固有の特性から決まる水素平衡圧とに基づ
き圧力調整弁13を用いて水素吸蔵タンク14に作用す
る圧力を制御することができる。したがって水素吸蔵タ
ンク14からの水素の吸蔵と放出をこの圧力制御に基づ
き制御することが可能である。このときこの水素の吸
蔵、放出のための圧力制御は燃料電池1の圧力制御と独
立して行われるものである。
In this system, the hydrogen storage tank 14
Pressure is detected by a pressure sensor 17, and the pressure regulating valve 13 is used based on the detected pressure and the temperature of the cooling water flowing into the hydrogen storage tank 14 and a hydrogen equilibrium pressure determined by characteristics specific to the type of the hydrogen storage alloy. Thus, the pressure acting on the hydrogen storage tank 14 can be controlled. Therefore, the storage and release of hydrogen from the hydrogen storage tank 14 can be controlled based on this pressure control. At this time, the pressure control for storing and releasing hydrogen is performed independently of the pressure control of the fuel cell 1.

【0066】したがって、本発明においては、水素吸蔵
合金から水素が放出される際の吸熱を用いて燃料電池1
の冷却水を冷却することができるので、冷却水を冷却す
るラジエータ15での冷却と組み合わせて燃料電池1の
冷却水が燃料電池1の運転上限温度を超えて過温度にな
ることを防止することができる。
Therefore, in the present invention, the fuel cell 1 uses the heat absorption when hydrogen is released from the hydrogen storage alloy.
The cooling water of the fuel cell 1 can be cooled in combination with the cooling by the radiator 15 for cooling the cooling water to prevent the cooling water of the fuel cell 1 from exceeding the operation upper limit temperature of the fuel cell 1 and becoming over-temperature. Can be.

【0067】また、冷却水は燃料電池1から排出されて
ラジエータ15で冷却された後に、水素吸蔵合金を収装
する水素吸蔵タンク14に流入する構成を有しているの
で、ラジエータ15には高温の冷却水が流入し、ラジエ
ータ15での気水温度差を大きくでき、ラジエータ15
での放熱効率を高くできる。さらにはラジエータ15で
冷却後、水素吸蔵合金でさらに冷却水は冷却されるよう
に構成しているので、燃料電池1に流入する冷却水は十
分に低温状態とすることができる。
The cooling water is discharged from the fuel cell 1 and cooled by the radiator 15, and then flows into the hydrogen storage tank 14 for storing the hydrogen storage alloy. Cooling water flows in, and the difference in air-water temperature in the radiator 15 can be increased.
Heat dissipation efficiency can be increased. Furthermore, since the cooling water is further cooled by the hydrogen storage alloy after cooling by the radiator 15, the cooling water flowing into the fuel cell 1 can be kept at a sufficiently low temperature.

【0068】燃料電池システムの高負荷運転時には、水
素吸蔵タンク14からの水素によって燃料電池1への水
素が賄われるため、改質反応器3で生成される改質ガス
の量は少なくすることができ、したがって改質反応器3
の容量を小さくすることができる。
During high load operation of the fuel cell system, the amount of reformed gas generated in the reforming reactor 3 may be reduced because the hydrogen from the hydrogen storage tank 14 supplies hydrogen to the fuel cell 1. And therefore the reforming reactor 3
Capacity can be reduced.

【0069】また高出力時に供給される水素吸蔵タンク
14からの水素により燃料電池1に供給される燃料ガス
の水素濃度は、通常運転時の改質ガスよりも水素濃度が
高くなり、燃料電池1の発電効率を向上することができ
る。
The hydrogen concentration of the fuel gas supplied to the fuel cell 1 by the hydrogen from the hydrogen storage tank 14 supplied at the time of high output is higher than that of the reformed gas during normal operation. Power generation efficiency can be improved.

【0070】さらに燃料電池の冷却水が高温となるとき
には水素吸蔵合金から水素を放出し、冷却水の熱を吸熱
することで、冷却水の温度を低下させ、排空気から凝縮
水を得ることが可能である。また冷却水が高温となる、
例えば高負荷時には燃料電池に水素吸蔵合金からの水素
を供給するので、排ガスから凝縮して得られる水分量に
対する改質反応器で必要とされる水分量の割合を小さく
して燃料電池システムとしての水収支をバランスさせる
ことができる。
Further, when the temperature of the cooling water of the fuel cell becomes high, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy and the heat of the cooling water is absorbed, thereby lowering the temperature of the cooling water and obtaining condensed water from the exhaust air. It is possible. Also, the cooling water becomes hot,
For example, when the load is high, hydrogen from the hydrogen storage alloy is supplied to the fuel cell, so that the ratio of the amount of water required in the reforming reactor to the amount of water obtained by condensing from the exhaust gas is reduced, and the Water balance can be balanced.

【0071】高負荷走行から低負荷走行に切り換わるよ
うな場合、例えば急勾配の登坂路を走行後に下り坂路を
走行するような燃料電池運転上限温度以上に維持された
ラジエータ15出口での冷却水温度の低下が予測できる
場合には水素吸蔵タンク14に作用する圧力を水素平衡
圧力以上にして改質反応器3の出力減少応答遅れで生じ
る余剰の水素を吸蔵し、効率を向上することができる。
このような制御はシステム停止時に行うことも可能であ
る。
In the case of switching from high-load running to low-load running, for example, the cooling water at the outlet of the radiator 15 maintained at a temperature equal to or higher than the fuel cell operation upper limit temperature such as running on a steep uphill road and then running on a downhill road. When the temperature can be predicted to decrease, the pressure acting on the hydrogen storage tank 14 is set to be equal to or higher than the hydrogen equilibrium pressure, and excess hydrogen generated due to a delay in response to a decrease in the output of the reforming reactor 3 can be stored to improve the efficiency. .
Such control can be performed when the system is stopped.

【0072】燃料電池1の冷却水温度をラジエータ15
下流で検出する構成(温度センサ16)を有しており、
ラジエータ15での冷却水の冷却能力を上回る場合にの
み(例えば、高負荷運転時)、水素吸蔵タンク14から
水素を放出し、冷却水の熱を吸熱して冷却水を冷却する
ようにしたので、燃料電池システムの通常運転時には、
ラジエータ15の冷却能力のみで冷却が足りるようにラ
ジエータ15の冷却性能を設定することで、水素吸蔵タ
ンク14からの水素放出の回数を抑制し、水素吸蔵タン
ク14を小型化することができる。
The cooling water temperature of the fuel cell 1 is controlled by the radiator 15.
It has a configuration for detecting downstream (temperature sensor 16),
Only when the cooling capacity of the cooling water in the radiator 15 is exceeded (for example, during high-load operation), hydrogen is released from the hydrogen storage tank 14 and heat of the cooling water is absorbed to cool the cooling water. During normal operation of the fuel cell system,
By setting the cooling performance of the radiator 15 so that cooling is sufficient only by the cooling capacity of the radiator 15, the number of times of releasing hydrogen from the hydrogen storage tank 14 can be suppressed, and the hydrogen storage tank 14 can be downsized.

【0073】高負荷を必要としない運転では、水素吸蔵
タンク14からの水素の放出は生じないので冷却水から
の吸熱は生じず、改質ガスによる燃料電池1の反応熱の
みが発生するため、容易に燃料電池1を適正温度に維持
することができる。
In an operation that does not require a high load, no hydrogen is released from the hydrogen storage tank 14, so no heat is absorbed from the cooling water, and only the reaction heat of the fuel cell 1 by the reformed gas is generated. The fuel cell 1 can be easily maintained at an appropriate temperature.

【0074】燃料電池システムの運転停止後には、水素
吸蔵合金の温度低下とともに水素の放出が停止し、水素
吸蔵タンク14内の圧力が上昇することはない。したが
ってシステムの運転停止中に水素吸蔵タンク14の圧力
が高圧化し、水素が漏洩することを防止できる。
After the operation of the fuel cell system is stopped, the release of hydrogen stops as the temperature of the hydrogen storage alloy decreases, and the pressure in the hydrogen storage tank 14 does not increase. Therefore, it is possible to prevent the pressure of the hydrogen storage tank 14 from increasing during the operation stop of the system, and to prevent hydrogen from leaking.

【0075】一方で、本実施形態で使用する水素吸蔵合
金の特性は、燃料電池1の運転温度(例えば、約80
℃)で水素を放出し、この温度以下では水素を吸蔵する
特性のものであり、したがってシステム停止状態等の低
温時には容易に水素を吸蔵することができる。
On the other hand, the characteristics of the hydrogen storage alloy used in the present embodiment depend on the operating temperature of the fuel cell 1 (for example, about 80 ° C.).
° C), and has a characteristic of absorbing hydrogen below this temperature, so that hydrogen can be easily absorbed at low temperatures such as when the system is stopped.

【0076】また水素吸蔵合金の水素放出は、燃料電池
1の所定運転圧力を維持しながら燃料電池1の運転上限
温度で放出するように、水素吸蔵合金の特性に合わせて
水素吸蔵タンク14に作用する圧力を制御可能であるの
で、水素吸蔵合金の選択範囲を広くすることができる。
The release of hydrogen from the hydrogen storage alloy is applied to the hydrogen storage tank 14 in accordance with the characteristics of the hydrogen storage alloy so that the hydrogen is released at the upper limit operating temperature of the fuel cell 1 while maintaining the predetermined operating pressure of the fuel cell 1. The controllable pressure can be controlled, so that the selection range of the hydrogen storage alloy can be widened.

【0077】通常の水素吸蔵合金を備えた燃料電池シス
テムでは、水素吸蔵時には水素吸蔵合金への圧力を高圧
にする必要があり、このため燃料電池の燃料極に作用す
る圧力が高圧となっていた。したがって燃料電池を構成
するMembrane Electrode Asse
mbly(以下、MEAと示す)に作用する圧力が燃料
極と空気極で大きく異なる場合には、その劣化を防止す
るために厚さを厚くする必要があり、これは発電効率の
低下を招くことになる。この圧力差を防止するためには
空気極に作用する圧力を上昇させることが考えられる
が、このときには空気を供給する装置、例えばコンプレ
ッサの負荷を高める必要があり、システムとしての運転
効率が低下する問題がある。本発明では、水素吸蔵タン
ク14に加わる圧力と燃料電池1の運転圧力とを独立し
て制御するので、水素吸蔵タンクに作用する水素圧力を
高める必要がある場合でも、独立して燃料電池の運転圧
力を適正圧力に制御して、燃料電池システムとして効率
を維持することができる。
In a fuel cell system provided with a normal hydrogen storage alloy, it is necessary to increase the pressure applied to the hydrogen storage alloy during hydrogen storage, and the pressure acting on the fuel electrode of the fuel cell is high. . Therefore, the Membrane Electrode Assese constituting the fuel cell
When the pressure acting on mbly (hereinafter, referred to as MEA) is largely different between the fuel electrode and the air electrode, it is necessary to increase the thickness in order to prevent the deterioration, which leads to a decrease in power generation efficiency. become. In order to prevent this pressure difference, it is conceivable to increase the pressure acting on the air electrode.However, at this time, it is necessary to increase the load on a device for supplying air, for example, a compressor, and the operating efficiency of the system decreases. There's a problem. In the present invention, since the pressure applied to the hydrogen storage tank 14 and the operating pressure of the fuel cell 1 are controlled independently, even when it is necessary to increase the hydrogen pressure acting on the hydrogen storage tank, the operation of the fuel cell can be performed independently. By controlling the pressure to an appropriate pressure, the efficiency of the fuel cell system can be maintained.

【0078】改質反応器を備えた燃料電池システムで
は、改質反応及びCO除去器でのCO低減反応(シフト
反応)に必要な水を、燃料電池から排出される排空気を
燃料電池の冷却水で冷却し、凝縮して用いるのが一般的
である。しかしながら燃料電池の冷却水が高温となる時
には、改質反応器で必要となる凝縮水を得ることが困難
となる。しかしながら本発明では、燃料電池の冷却水が
高温となるときには水素吸蔵合金から水素を放出し、冷
却水の熱を吸熱することで、冷却水の温度を低下させ、
排空気から凝縮水を得ることが可能である。また冷却水
が高温となる、例えば高負荷時には燃料電池に水素吸蔵
合金からの水素を供給するので、改質反応器の改質ガス
生成能力を少なくすることができ、結果として改質反応
器で必要とされる水分量を低減し、排ガスから凝縮して
得られる水分量に対する割合を小さくして燃料電池シス
テムとしての水収支をバランスさせることができる。ま
た改質反応器3の容量を小さくすることもできる。
In a fuel cell system provided with a reforming reactor, water required for a reforming reaction and a CO reduction reaction (shift reaction) in a CO remover is discharged, and exhaust air discharged from the fuel cell is cooled by the fuel cell. It is common to use water after cooling with water and condensing. However, when the temperature of the cooling water of the fuel cell becomes high, it becomes difficult to obtain the condensed water required in the reforming reactor. However, in the present invention, when the cooling water of the fuel cell has a high temperature, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy, and the heat of the cooling water is absorbed, thereby lowering the temperature of the cooling water,
It is possible to obtain condensed water from the exhaust air. In addition, when the cooling water is at a high temperature, for example, when the load is high, hydrogen from the hydrogen storage alloy is supplied to the fuel cell, so that the reformed gas generating capacity of the reforming reactor can be reduced. It is possible to balance the water balance of the fuel cell system by reducing the required amount of water and reducing the ratio to the amount of water obtained by condensing from the exhaust gas. Further, the capacity of the reforming reactor 3 can be reduced.

【0079】図4に示す第2の実施形態は、第1の実施
形態の構成にラジエータ15の性能マップを記憶した演
算手段19を備え、この演算手段に燃料電池1の冷却水
温度、車速、気温、燃料電池の要求出力等の車両情報を
入力し、演算手段19はラジエータ性能マップからラジ
エータの放熱可能量を演算するとともに、燃料電池1の
発熱量を演算する。
In the second embodiment shown in FIG. 4, the configuration of the first embodiment is provided with a calculating means 19 storing a performance map of the radiator 15, and the calculating means includes a cooling water temperature of the fuel cell 1, a vehicle speed, and the like. The vehicle information, such as the temperature and the required output of the fuel cell, is input, and the calculating means 19 calculates the heat radiation amount of the radiator from the radiator performance map, and calculates the calorific value of the fuel cell 1.

【0080】演算手段19はラジエータ15の放熱可能
量と燃料電池1の発熱量から燃料電池1の冷却水温度が
運転上限温度を超えるかどうか推定し、超えると推定さ
れる場合に、コントローラ18が圧力調整弁13の開度
を調整して水素吸蔵タンク14の圧力を小さくするよう
に制御し、水素吸蔵タンク14から水素を制御系の遅れ
等を考慮して放出し、冷却水の熱を水素吸蔵合金が吸熱
することで、冷却水温度を低下させる。
The calculating means 19 estimates whether the cooling water temperature of the fuel cell 1 exceeds the operation upper limit temperature from the heat radiation amount of the radiator 15 and the calorific value of the fuel cell 1. The opening degree of the pressure control valve 13 is adjusted to control the pressure of the hydrogen storage tank 14 to be small, and hydrogen is released from the hydrogen storage tank 14 in consideration of the delay of the control system and the like, and the heat of the cooling water is reduced to hydrogen. The heat absorption of the storage alloy lowers the temperature of the cooling water.

【0081】したがって、燃料電池1の冷却水温度が運
転上限温度を越えるかどうか推定し、実際にその温度を
越える以前に温度センサ16の応答遅れや水素吸蔵合金
の加熱応答遅れを考慮して水素吸蔵合金による吸熱によ
り冷却水温度を低下させる時期を設定することができた
め、燃料電池1が一時的に運転上限温度を超えて過温度
になることを防止できる。
Therefore, it is estimated whether or not the temperature of the cooling water of the fuel cell 1 exceeds the operation upper limit temperature. Since it is possible to set the time at which the temperature of the cooling water is reduced by the heat absorption by the storage alloy, it is possible to prevent the fuel cell 1 from temporarily exceeding the operation upper limit temperature and becoming excessively high.

【0082】図5に示す第3の実施形態は、水素吸蔵合
金に改質ガス中の水素を吸蔵するとともに、水素吸蔵合
金から放出された水素を改質反応器3に供給するように
したものである。その構成は第2の実施形態に対しCO
除去器4と燃料電池1とを連通する流路(第1流路)2
0から分岐した水素吸蔵タンクに連通する流路(第2流
路)21の途中に水素の流れを水素吸蔵タンク14方向
にのみ許容する一方向弁22を設けるともに、水素吸蔵
タンク14からの水素を改質反応器3の上流に供給する
ための流路(第4流路)23を設けたものである。また
改質反応器3には空気を供給できるように流路30を構
成する。なお、水素吸蔵タンク14からの水素の一部を
他の実施形態と同様に燃料電池1に供給できるように構
成してもよい。
In the third embodiment shown in FIG. 5, the hydrogen in the reformed gas is stored in the hydrogen storage alloy, and the hydrogen released from the hydrogen storage alloy is supplied to the reforming reactor 3. It is. The configuration is different from that of the second embodiment in that CO 2
A flow path (first flow path) 2 that connects the remover 4 and the fuel cell 1
A one-way valve 22 that allows the flow of hydrogen only in the direction of the hydrogen storage tank 14 is provided in the middle of a flow path (second flow path) 21 that communicates with the hydrogen storage tank branched from 0, and hydrogen from the hydrogen storage tank 14 is provided. (Fourth flow path) 23 for supplying the water upstream of the reforming reactor 3. In addition, a flow path 30 is configured to supply air to the reforming reactor 3. Note that the fuel cell 1 may be configured so that part of the hydrogen from the hydrogen storage tank 14 can be supplied to the fuel cell 1 as in the other embodiments.

【0083】ここで、燃料電池1での発電が要求されな
い待機運転時などに、水素吸蔵タンク14から水素と空
気供給器25からの空気が改質反応器3に供給され、改
質反応器3及びCO除去器5で酸化反応を生じさせて、
改質反応器3の稼動温度(ここで稼動温度とは、触媒の
活性温度範囲であって、かつ燃料電池の運転に適した改
質ガスを生成することのできる温度である)を維持す
る。つまり燃料電池1での発電が要求されないときに、
改質反応器3は改質ガスの生成を中止し、改質反応器3
の温度が低下することになり、次の運転時には再び暖機
運転を行う必要が生じ、暖機が終わるまで、発電できな
い状態となるが、本実施形態では、このような燃料電池
1の発電中止状態でも改質反応器3に水素を供給するこ
とで改質反応器3の温度を稼動温度に維持することがで
き、次の運転時にすばやく燃料電池1の発電を開始する
ことが可能となる。
Here, during standby operation or the like in which power generation in the fuel cell 1 is not required, hydrogen and air from the air supply device 25 are supplied to the reforming reactor 3 from the hydrogen storage tank 14, and the reforming reactor 3 And an oxidation reaction is caused in the CO remover 5,
The operating temperature of the reforming reactor 3 (here, the operating temperature is within the active temperature range of the catalyst and is a temperature capable of generating a reformed gas suitable for operating the fuel cell). That is, when power generation by the fuel cell 1 is not required,
The reforming reactor 3 stops generating reformed gas, and the reforming reactor 3
The temperature of the fuel cell 1 decreases, and it is necessary to perform the warm-up operation again at the next operation, and the power cannot be generated until the warm-up is completed. In the present embodiment, the power generation of the fuel cell 1 is stopped. By supplying hydrogen to the reforming reactor 3 even in the state, the temperature of the reforming reactor 3 can be maintained at the operating temperature, and the power generation of the fuel cell 1 can be started immediately at the next operation.

【0084】また水素を改質反応器3に供給すること
で、改質ガス中のCO濃度を低減させることができ、燃
料電池のCOによる被毒を抑制し、寿命を伸ばすことが
できる。
Further, by supplying hydrogen to the reforming reactor 3, the CO concentration in the reformed gas can be reduced, the poisoning of the fuel cell by CO can be suppressed, and the life can be extended.

【0085】なお、通常運転時には水素吸蔵タンクから
の水素を改質反応器3と燃料電池1に供給した場合に
は、他の実施形態に対して水素の使用量が増加し、した
がって水素放出に伴う吸熱量が増加し、燃料電池1の冷
却水の冷却性能をより一層向上することができる。これ
により、ラジエータを小さくでき、車両搭載性を向上で
きる。
When hydrogen from the hydrogen storage tank is supplied to the reforming reactor 3 and the fuel cell 1 during the normal operation, the amount of hydrogen used is increased as compared with the other embodiments. The accompanying heat absorption increases, and the cooling performance of the cooling water of the fuel cell 1 can be further improved. As a result, the radiator can be reduced, and the mountability on the vehicle can be improved.

【0086】図6に示す第4の実施形態は、水素吸蔵合
金での水素の吸蔵または放出時にのみ冷却水の流路(第
3流路)24を通じて燃料電池1の冷却水を水素吸蔵タ
ンク14に供給して燃料電池1の冷却水の熱を水素吸蔵
タンク14に伝達するようにし、それ以外の場合には冷
却水が水素吸蔵タンク14をバイパスするようにしたも
のである。その構成は、第2の実施形態に対して一方向
弁22の代わりに遮断弁25を設け、さらに水素吸蔵タ
ンク14をバイパスする流路(第5流路)26と、流路
24と流路26との分岐に設置した三方弁27を備え
る。さらに空気供給器2からの空気が改質反応器3とC
O除去器7に供給されるように流路28が設けられる。
In the fourth embodiment shown in FIG. 6, the cooling water of the fuel cell 1 is supplied to the hydrogen storage tank 14 through the cooling water flow path (third flow path) 24 only when hydrogen is absorbed or released by the hydrogen storage alloy. To transfer the heat of the cooling water of the fuel cell 1 to the hydrogen storage tank 14, and otherwise, the cooling water bypasses the hydrogen storage tank 14. The configuration is different from that of the second embodiment in that a one-way valve 22 is provided instead of a one-way valve 22, a flow path (fifth flow path) 26 that bypasses the hydrogen storage tank 14, a flow path 24 and a flow path 26 is provided with a three-way valve 27 installed at a branch. Further, the air from the air supply unit 2 is connected to the reforming reactor 3 and C
A flow path 28 is provided so as to be supplied to the O remover 7.

【0087】水素吸蔵合金での水素の吸蔵を行う場合に
は、三方弁27を冷却水が水素吸蔵タンクを流れるよう
に切換え、遮断弁25を開放すると同時に圧力調整弁1
13を制御して、水素吸蔵タンク14と改質反応器3の
水素圧力を制御し、水素吸蔵合金での水素の吸蔵及び放
出がない場合には、遮断弁25を閉じ、かつ三方弁27
を冷却水が水素吸蔵タンク14をバイパスするように切
換える。
To store hydrogen in the hydrogen storage alloy, the three-way valve 27 is switched so that the cooling water flows through the hydrogen storage tank, the shut-off valve 25 is opened, and at the same time, the pressure regulating valve 1 is opened.
13 is controlled to control the hydrogen pressure in the hydrogen storage tank 14 and the reforming reactor 3. When there is no storage and release of hydrogen in the hydrogen storage alloy, the shutoff valve 25 is closed and the three-way valve 27 is closed.
Is switched so that the cooling water bypasses the hydrogen storage tank 14.

【0088】したがって、水素吸蔵合金が水素の放出及
び吸蔵を行わない場合には、水素吸蔵合金の温度が低下
して水素解離圧が下がるとともに、遮断弁24が閉じら
れるので、無駄な水素吸蔵合金からの水素の放出が抑制
され、燃料電池システムの効率を向上できる。
Therefore, when the hydrogen storage alloy does not release and store hydrogen, the temperature of the hydrogen storage alloy decreases, the hydrogen dissociation pressure decreases, and the shut-off valve 24 is closed. Release of hydrogen from the fuel cell can be suppressed, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0089】なお、本実施形態のように水素供給装置と
して改質反応器3を設けたときは、水素吸蔵合金が水素
を吸蔵するときにのみ改質ガスの圧力を高めればよいの
で、空気供給器2の運転効率を向上することができる。
When the reforming reactor 3 is provided as a hydrogen supply device as in the present embodiment, the pressure of the reformed gas may be increased only when the hydrogen storage alloy stores hydrogen. The operation efficiency of the vessel 2 can be improved.

【0090】本発明は、上記した実施形態に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざま
な変更がなしうることは明白である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is apparent that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態を説明する燃料電池シス
テム概要図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system illustrating a first embodiment of the present invention.

【図2】同じく水素吸蔵合金の特性を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating characteristics of the hydrogen storage alloy.

【図3】同じく燃料電池の運転点を示す水素吸蔵合金の
特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram of the hydrogen storage alloy showing operating points of the fuel cell.

【図4】本発明の第2実施形態を説明する燃料電池シス
テム概要図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施形態を説明する燃料電池シス
テム概要図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施形態を説明する燃料電池シス
テム概要図である。。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 2 空気供給器 3 改質反応器 4 燃料タンク 5 水タンク 6 蒸発器 7 CO除去器 8 燃焼器 13 圧力調整弁 14 水素吸蔵タンク 15 ラジエータ 16 温度センサ 17 圧力センサ REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell 2 air supply device 3 reforming reactor 4 fuel tank 5 water tank 6 evaporator 7 CO remover 8 combustor 13 pressure regulating valve 14 hydrogen storage tank 15 radiator 16 temperature sensor 17 pressure sensor

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素供給装置と、 水素貯蔵合金を有する水素貯蔵装置と、 燃料電池と、 燃料電池を冷却する冷却水とを備えた燃料電池システム
において、 前記冷却水が水素貯蔵装置と熱交換するように構成さ
れ、前記冷却水の温度によって水素供給装置と水素貯蔵
装置からの水素の供給を制御することを特徴とする燃料
電池システム。
1. A fuel cell system comprising a hydrogen supply device, a hydrogen storage device having a hydrogen storage alloy, a fuel cell, and cooling water for cooling the fuel cell, wherein the cooling water exchanges heat with the hydrogen storage device. A fuel cell system configured to control supply of hydrogen from a hydrogen supply device and a hydrogen storage device according to a temperature of the cooling water.
【請求項2】水素供給装置と燃料電池を連通する第1流
路と、 第1流路から分岐し、前記水素貯蔵装置が設けられた第
2流路と、 燃料電池の冷却水を循環させる第3流路と、 この第3流路の途中に設けられたラジエータと、 前記水素貯蔵装置には、暖機前の燃料電池システム停止
時には水素を吸蔵し、放出しない特性の水素吸蔵合金を
備え、 前記第3流路のラジエータの下流において冷却水と熱交
換するように前記水素貯蔵装置を設置し、 前記第3流路のラジエータ下流において冷却水の温度を
検出する手段を設け、 検出された冷却水温度を燃料電池の運転上限温度に達し
た時に水素吸蔵合金から水素を放出して冷却水の温度を
低下させるように水素貯蔵装置を制御する手段と、 を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池シ
ステム。
2. A first flow path communicating the hydrogen supply device with the fuel cell, a second flow path branched from the first flow path and provided with the hydrogen storage device, and circulating cooling water for the fuel cell. A third flow path; a radiator provided in the middle of the third flow path; and the hydrogen storage device includes a hydrogen storage alloy having a characteristic of absorbing and not releasing hydrogen when the fuel cell system is stopped before warming up. Installing the hydrogen storage device so as to exchange heat with cooling water downstream of the radiator of the third flow path, and providing means for detecting the temperature of cooling water downstream of the radiator of the third flow path; Means for controlling the hydrogen storage device so as to release hydrogen from the hydrogen storage alloy to lower the temperature of the cooling water when the cooling water temperature reaches the operating upper limit temperature of the fuel cell. The fuel cell system described in 1 Temu.
【請求項3】水素供給装置として水素リッチの改質ガス
を生成する改質反応器を設けたことを特徴とする請求項
2に記載の燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein a reforming reactor for generating a hydrogen-rich reformed gas is provided as the hydrogen supply device.
【請求項4】前記制御手段は、水素貯蔵装置と熱交換す
る冷却水の温度と水素吸蔵合金に作用する圧力を制御す
ることで水素吸蔵合金からの水素の吸蔵と放出を制御す
ることを特徴とする請求項2または3に記載の燃料電池
システム。
4. The method according to claim 1, wherein the control means controls the storage and release of hydrogen from the hydrogen storage alloy by controlling the temperature of the cooling water that exchanges heat with the hydrogen storage device and the pressure acting on the hydrogen storage alloy. 4. The fuel cell system according to claim 2, wherein:
【請求項5】前記制御手段は、前記第1流路を流れる水
素の圧力と流量を調整する弁を設け、この圧力調整弁を
用いて水素供給装置および水素貯蔵装置に作用する水素
圧力と燃料電池運転時の水素圧力を独立して制御するこ
とを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
5. The control means includes a valve for adjusting a pressure and a flow rate of hydrogen flowing through the first flow path, and using the pressure adjusting valve to control a hydrogen pressure and a fuel acting on a hydrogen supply device and a hydrogen storage device. The fuel cell system according to claim 4, wherein the hydrogen pressure during battery operation is controlled independently.
【請求項6】前記制御手段は、燃料電池の冷却水温度
と、車速と、気温と、燃料電池の出力要求値より、ラジ
エータの放熱可能量と燃料電池の発熱量を推定し、これ
らに基づき燃料電池の冷却水温度を演算し、演算された
冷却水温度が燃料電池運転上限温度を超えると推定され
るときに水素吸蔵合金から水素を放出して冷却水の温度
を低下させ、燃料電池運転上限温度を超えないように制
御することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池シス
テム。
6. The control means estimates a radiator heat release amount and a fuel cell heat generation amount from a cooling water temperature of the fuel cell, a vehicle speed, an air temperature, and a required output value of the fuel cell. The fuel cell cooling water temperature is calculated, and when the calculated cooling water temperature is estimated to exceed the fuel cell operation upper limit temperature, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy to lower the cooling water temperature, and the fuel cell operation is performed. 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein control is performed so as not to exceed an upper limit temperature.
【請求項7】改質ガス中の一酸化炭素を除去し、所定濃
度に調整する一酸化酸素除去装置を備え、 この一酸化炭素除去装置から排出された改質ガスを前記
水素貯蔵装置に流入させることを特徴とする請求項3に
記載の燃料電池システム。
7. An apparatus for removing carbon monoxide in a reformed gas and adjusting the concentration thereof to a predetermined concentration, wherein the reformed gas discharged from the apparatus for removing carbon monoxide flows into the hydrogen storage device. The fuel cell system according to claim 3, wherein:
【請求項8】前記水素貯蔵装置と改質反応器を連通する
第4流路を設け、 前記制御手段は、水素吸蔵合金が放出した水素を改質反
応器に供給し、この水素の反応熱により改質反応器の温
度を稼動温度に維持するように制御することを特徴とす
る請求項7に記載の燃料電池システム。
8. A fourth flow path communicating the hydrogen storage device and the reforming reactor is provided, wherein the control means supplies the hydrogen released by the hydrogen storage alloy to the reforming reactor, The fuel cell system according to claim 7, wherein the temperature of the reforming reactor is controlled so as to maintain the operating temperature by the operation.
【請求項9】前記第3流路に水素貯蔵装置を迂回する第
5流路と、 前記第2流路に遮断弁とを設け、 前記制御装置は、水素吸蔵合金に水素を吸蔵及び放出す
るときに遮断弁を開き、水素吸蔵合金で水素の吸蔵及び
放出を行わないときには遮断弁を閉じて第5流路に冷却
水を流入するように制御することを特徴とする請求項4
に記載の燃料電池システム。
9. A fifth flow path bypassing a hydrogen storage device in the third flow path, and a shutoff valve in the second flow path, wherein the control device stores and releases hydrogen in a hydrogen storage alloy. 5. The method according to claim 4, wherein the shut-off valve is opened, and when the hydrogen storage alloy does not store and release hydrogen, the shut-off valve is closed to control the cooling water to flow into the fifth flow path.
3. The fuel cell system according to item 1.
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