JP2004200138A - 燃料電池の水素供給システム - Google Patents
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Abstract
【課題】初期始動時に水素を消費せずに冷却水の温度を上げる燃料電池の水素供給システムを提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池の水素供給システムは、水素保存ユニットと、水素化物保存ユニットと、酸化物と水素とを生成する反応器/ガス分離器と、水素に含まれた熱を冷却水に伝達する熱交換器と、反応器/ガス分離器からの酸化物、水素保存ユニットからの水素の供給を受け、水素化物水溶液を生成する再生器と、水素保存ユニットと前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第1開閉バルブと、水素保存ユニットと前記再生器とを連結する連結管に設けられる第2開閉バルブと、熱交換器と燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第3開閉バルブと、燃料電池スタックに供給される冷却水の温度を検出し、信号を生成する冷却水温度検出器と、信号に基づいて、第1、第2、第3の開閉バルブを開閉作動させる制御信号を出力する制御ユニットとを含む。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明の燃料電池の水素供給システムは、水素保存ユニットと、水素化物保存ユニットと、酸化物と水素とを生成する反応器/ガス分離器と、水素に含まれた熱を冷却水に伝達する熱交換器と、反応器/ガス分離器からの酸化物、水素保存ユニットからの水素の供給を受け、水素化物水溶液を生成する再生器と、水素保存ユニットと前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第1開閉バルブと、水素保存ユニットと前記再生器とを連結する連結管に設けられる第2開閉バルブと、熱交換器と燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第3開閉バルブと、燃料電池スタックに供給される冷却水の温度を検出し、信号を生成する冷却水温度検出器と、信号に基づいて、第1、第2、第3の開閉バルブを開閉作動させる制御信号を出力する制御ユニットとを含む。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池の水素供給システムに係り、より詳しくは、低温での始動性能を改善し、水素燃費の向上を図ることができる燃料電池の水素供給システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池(fuel−cell)は、燃料の酸化によって生じる化学エネルギーを電気エネルギーに変換する電池である。
【0003】
水素−酸素燃料電池が典型的な例であるが、水素以外にもメタンや天然ガスなどの気体燃料やメタノールなどの液体燃料が用いられることもある。
【0004】
燃料電池は、燃料電池スタックから出力(power)を得る前に、燃料電池スタックの温度が一定の温度(例えば50℃)以上にならなければならない。低温で出力を得ると、燃料電池スタックのメンブレイン(membrane)や分離板に損傷が発生する恐れがある。つまり、急激な温度上昇により、燃料電池スタックが熱衝撃(thermal shock)を受けたり、燃料電池の効率が悪くなるのである。
【0005】
また、加湿(humidification)の側面から見ると、外気温度と同一な温度で供給される水素の相対湿度を100%に合せても、燃料電池スタック内部の反応周囲の温度が高いため、全体的な相対湿度は低くなり、燃料電池の効率が悪くなる。
【0006】
燃料電池における燃料電池スタック内部の反応温度及び冷却水の温度を高くするために、1)水素を燃焼させて冷却水の温度を上げる方法、2)メタンを燃焼させて冷却水の温度を上げる方法、3)電気加熱触媒(Electric Heated Catalyst, EHC)を利用する方法、4)MEA(Membrane Electrode Assembly)周囲での水素と酸素との反応によって温度を上げる方法などが提案されていた。
【0007】
水素やメタンを燃焼させて冷却水の温度を上げる方法は、燃焼熱の高い燃料(水素やメタン)を燃焼させることによって多量の熱が得られるので、冷却水の温度を容易に上げることができるが、燃料の燃焼によって冷却水の温度を上げると、燃料を消費するため、燃費の側面で非常に不利になる。また、水素を燃焼させる場合には、爆発の危険も伴う。
【0008】
また、電気エネルギーを利用して冷却水の温度を上げる方法は、システムの構成の側面では簡単であるが、冷却水の温度を上げるために多くの電気を消耗するという短所がある。
【0009】
そして、燃料電池スタック内部の水素と酸素との反応によって温度を上げる方法は、反応が起こる周囲の温度を高くして出力を短時間内に得ることができるが、電極触媒周囲の温度が急激に上がるため、燃料電池スタックに熱衝撃を与える恐れがある。
【0010】
[特許文献1]特開2003−157877
[特許文献2]特開平07−094202
[特許文献3]特開2001−023677
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような問題点を解決するために発明されたものであり、初期始動時に水素を消費せずに冷却水の温度を上げることができる燃料電池の水素供給システムを提供することにその目的がある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による燃料電池の水素供給システムは、
水素を保存する水素保存ユニットと、水素化物水溶液を保存する水素化物保存ユニットと、前記水素化物保存ユニットから水素化物水溶液の供給を受けて、これを反応させて酸化物と水素とを生成する反応器/ガス分離器と、前記反応器/ガス分離器から前記生成された水素の供給を受けて、前記水素に含まれた熱を燃料電池スタックを循環する冷却水に伝達する熱交換器と、前記反応器/ガス分離器から前記生成された酸化物の供給を受け、前記水素保存ユニットから水素の供給を受けて、供給を受けた酸化物と水素とを反応させて水素化物水溶液を生成する再生器と、前記水素保存ユニットに保存された水素が前記燃料電池スタックに供給されるように前記水素保存ユニットと前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第1開閉バルブと、前記水素保存ユニットに保存された水素が前記再生器に供給されるように前記水素保存ユニットと前記再生器とを連結する連結管に設けられる第2開閉バルブと、前記熱交換器を通過した水素が前記燃料電池スタックに供給されるように前記熱交換器と前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第3開閉バルブと、前記燃料電池スタックに供給される冷却水の温度を検出して、該当する信号を生成する冷却水温度検出器と、前記冷却水温度検出器の信号に基づいて、前記第1開閉バルブ、前記第2開閉バルブ及び前記第3開閉バルブを開閉作動させる制御信号を出力する制御ユニットとを含むことを特徴とする。
【0013】
前記水素化物水溶液は、ナトリウムホウ素水素化物(NaBH4)水溶液、リチウムホウ素水素化物(LiBH4)水溶液、リチウム水素化物(LiH)水溶液、及びナトリウム水素化物(NaH)水溶液のうちのいずれか一つであるのが好ましい。
【0014】
前記制御ユニットは、前記冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、前記第1開閉バルブを開放して前記第2及び第3開閉バルブを閉鎖するのが好ましく、前記冷却水の温度が予め設定された温度より高くない場合には、前記第1開閉バルブを閉鎖して前記第2及び第3開閉バルブを開放するのが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【0016】
図1に示されているように、本発明の好ましい実施例による燃料電池の水素供給システムは、水素化物水溶液(aqueous hydrides)を保存する水素化物保存ユニット101を含む。
【0017】
水素化物は、水と反応して水素と高熱とを発生させる性質を有する化合物であり、例えば、ナトリウムホウ素水素化物(NaBH4)、リチウムホウ素水素化物(LiBH4)、リチウム水素化物(LiH)、ナトリウム水素化物(NaH)などの化学的水素化物とすることができる。したがって、水素化物水溶液は、一定の条件下で反応して水素と酸化物とを生成し、この時に熱が発生する。
【0018】
次に、水素化物としてNaBH4(dodium boro hydride)が用いられる場合について説明するが、本発明はこれに限定されるのではない。
【0019】
反応器/ガス分離器103は、水素化物保存ユニット101から水素化物水溶液(NaBH4水溶液)の供給を受けて、反応器/ガス分離器103内でNaBH4水溶液を反応させて、酸化物(NaBO2、sodium meta borate)、水素(H2)及び熱を生成する。
【0020】
反応器/ガス分離器103内での化学反応式は次の通りである。
【0021】
【式1】
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2+Q
ここで、Qは化学反応時に発生する熱であり、その一部は水素に吸収される。
【0022】
また、反応器/ガス分離器103は、反応の結果生成された酸化物(NaBO2)と水素(H2)とを互いに分離して、酸化物(NaBO2)は再生器117に供給されるようにし、水素(H2)は熱交換器105を通過するようにする。
【0023】
前記反応器/ガス分離器103は、前記水素化物(NaBH4)水溶液を反応させる触媒を含むのが好ましく、例えば、触媒はプラチナ(Platinum,Pt)またはルテニウム(Ruthenium, Ru)などとすることができる。
【0024】
反応器/ガス分離器103で発生した高温の水素は、熱交換器105を通過する過程で冷却水に熱を伝達する。
【0025】
冷却水は、燃料電池スタック109、冷却水タンク111、ラジエータ113、冷却水ポンプ115、及び熱交換器105を循環する。
【0026】
再生器117は、反応器/ガス分離器103から供給される酸化物(NaBO2)と水素保存ユニット119から供給される水素(H2)とを互いに反応させて水素化物水溶液(NaBH4水溶液)を生成する。
【0027】
再生器117での化学反応式は次の通りである。
【0028】
【式2】
NaBO2+4H2→NaBH4+2H2O
【0029】
再生器117で生成された水素化物水溶液(NaBH4水溶液)は、水素化物保存ユニット101に供給される。
【0030】
水素保存ユニット119と燃料電池スタック109とを連結する連結管には第1開閉バルブ121が設けられ、水素保存ユニット119と再生器117とを連結する連結管には第2開閉バルブ123が設けられ、熱交換器105と燃料電池スタック109とを連結する連結管には第3開閉バルブ125が設けられる。
【0031】
第1、第2、及び第3開閉バルブ121、123、125は、制御ユニット127の制御信号によって作動して連結管を開閉するように構成される。
【0032】
例えば、第1、第2、及び第3開閉バルブ121、123、125は、各々制御ユニット127の電気信号によって作動するソレノイドバルブとすることができる。
【0033】
制御ユニット127は、熱交換器105と燃料電池スタック109との間を循環する冷却水の温度を検出する冷却水温度検出器107から冷却水温度信号を受信して、これに基づいて第1、第2、及び第3開閉バルブ121、123、125の作動を制御する。
【0034】
図2を参考にして、まず、制御ユニット127は、冷却水の温度を計算して(S205段階)、検出された冷却水の温度が予め設定された温度より高いか否かを判断する(S210段階)。
【0035】
ここで、予め設定された温度は、燃料電池スタックで化学反応が容易に起こる程度の温度に設定するのが好ましく、例えば、予め設定された温度は50℃とすることができる。
【0036】
計算された冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、制御ユニット127は、第1開閉バルブ121は開放し、第2及び第3開閉バルブ123、125は閉鎖させる(S215段階)。
【0037】
第1開閉バルブ121が開放されて第2及び第3開閉バルブ123、125が閉鎖されると、水素保存ユニット119の水素が直接燃料電池スタック109に供給される。
【0038】
つまり、検出された冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、正常な運転状態と見なして、水素保存ユニット119の水素を直接燃料電池スタック109に供給するのである。
【0039】
反面、前記S210段階で、冷却水の温度が予め設定された温度より高くない場合には、制御ユニット127は、第1開閉バルブ121は閉鎖し、第2及び第3開閉バルブ123、125は開放させる(S220段階)。
【0040】
第1開閉バルブ121が閉鎖されて第2及び第3開閉バルブ123、125が開放されると、水素保存ユニット119の水素が再生器117に供給され、反応器/ガス分離器103で水素化物水溶液が反応を起こして高温の水素を生成する。反応器/ガス分離器103で生成された水素は熱交換器105で冷却水に熱を伝達した後、第2開閉バルブ125を通過して燃料電池スタック109に供給される。
【0041】
つまり、冷却水の温度が低い初期始動時に高温の水素を生成して、水素が有していた熱を熱交換器105で冷却水に伝達することによって、冷却水の温度を上げることができ、その結果、燃料電池スタック109での化学反応がより安定して容易に起こるようにして、初期始動性を改善する。
【0042】
同時に、水素保存ユニット119から供給された水素を消費せずに再び燃料電池スタック109に供給することにより、初期始動性の改善のために水素を消費するのを防止することができる。
【0043】
【発明の効果】
前記のような本発明の実施例による燃料電池の水素供給システムは、水素化物と水とが反応する過程で発生する熱を利用して冷却水の温度を上げることにより、初期低温始動性を改善することができる。
【0044】
また、燃料電池の燃料に用いられる水素を消費せずに冷却水の温度を上げることにより、燃費を向上させることができる。
【0045】
そして、初期始動時に水素を加湿して燃料電池スタックに供給することにより、燃料電池の性能を高めることができる。
【0046】
さらに、水素を直接燃焼させずに冷却水を加熱するので、水素の燃焼による危険を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施例による燃料電池の水素供給システムの概略的な構成図である。
【図2】本発明の好ましい実施例による燃料電池の水素供給システムの制御ユニットが遂行する制御ロジックを示すフローチャートである。
【符号の説明】
101 水素化物保存ユニット
103 反応器/ガス分離器
105 熱交換器
107 冷却水温度検出器
109 燃料電池スタック
111 冷却水タンク
113 ラジエータ
115 冷却水ポンプ
117 再生器
119 水素保存ユニット
121 第1開閉バルブ
123 第2開閉バルブ
125 第3開閉バルブ
127 制御ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池の水素供給システムに係り、より詳しくは、低温での始動性能を改善し、水素燃費の向上を図ることができる燃料電池の水素供給システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池(fuel−cell)は、燃料の酸化によって生じる化学エネルギーを電気エネルギーに変換する電池である。
【0003】
水素−酸素燃料電池が典型的な例であるが、水素以外にもメタンや天然ガスなどの気体燃料やメタノールなどの液体燃料が用いられることもある。
【0004】
燃料電池は、燃料電池スタックから出力(power)を得る前に、燃料電池スタックの温度が一定の温度(例えば50℃)以上にならなければならない。低温で出力を得ると、燃料電池スタックのメンブレイン(membrane)や分離板に損傷が発生する恐れがある。つまり、急激な温度上昇により、燃料電池スタックが熱衝撃(thermal shock)を受けたり、燃料電池の効率が悪くなるのである。
【0005】
また、加湿(humidification)の側面から見ると、外気温度と同一な温度で供給される水素の相対湿度を100%に合せても、燃料電池スタック内部の反応周囲の温度が高いため、全体的な相対湿度は低くなり、燃料電池の効率が悪くなる。
【0006】
燃料電池における燃料電池スタック内部の反応温度及び冷却水の温度を高くするために、1)水素を燃焼させて冷却水の温度を上げる方法、2)メタンを燃焼させて冷却水の温度を上げる方法、3)電気加熱触媒(Electric Heated Catalyst, EHC)を利用する方法、4)MEA(Membrane Electrode Assembly)周囲での水素と酸素との反応によって温度を上げる方法などが提案されていた。
【0007】
水素やメタンを燃焼させて冷却水の温度を上げる方法は、燃焼熱の高い燃料(水素やメタン)を燃焼させることによって多量の熱が得られるので、冷却水の温度を容易に上げることができるが、燃料の燃焼によって冷却水の温度を上げると、燃料を消費するため、燃費の側面で非常に不利になる。また、水素を燃焼させる場合には、爆発の危険も伴う。
【0008】
また、電気エネルギーを利用して冷却水の温度を上げる方法は、システムの構成の側面では簡単であるが、冷却水の温度を上げるために多くの電気を消耗するという短所がある。
【0009】
そして、燃料電池スタック内部の水素と酸素との反応によって温度を上げる方法は、反応が起こる周囲の温度を高くして出力を短時間内に得ることができるが、電極触媒周囲の温度が急激に上がるため、燃料電池スタックに熱衝撃を与える恐れがある。
【0010】
[特許文献1]特開2003−157877
[特許文献2]特開平07−094202
[特許文献3]特開2001−023677
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような問題点を解決するために発明されたものであり、初期始動時に水素を消費せずに冷却水の温度を上げることができる燃料電池の水素供給システムを提供することにその目的がある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による燃料電池の水素供給システムは、
水素を保存する水素保存ユニットと、水素化物水溶液を保存する水素化物保存ユニットと、前記水素化物保存ユニットから水素化物水溶液の供給を受けて、これを反応させて酸化物と水素とを生成する反応器/ガス分離器と、前記反応器/ガス分離器から前記生成された水素の供給を受けて、前記水素に含まれた熱を燃料電池スタックを循環する冷却水に伝達する熱交換器と、前記反応器/ガス分離器から前記生成された酸化物の供給を受け、前記水素保存ユニットから水素の供給を受けて、供給を受けた酸化物と水素とを反応させて水素化物水溶液を生成する再生器と、前記水素保存ユニットに保存された水素が前記燃料電池スタックに供給されるように前記水素保存ユニットと前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第1開閉バルブと、前記水素保存ユニットに保存された水素が前記再生器に供給されるように前記水素保存ユニットと前記再生器とを連結する連結管に設けられる第2開閉バルブと、前記熱交換器を通過した水素が前記燃料電池スタックに供給されるように前記熱交換器と前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第3開閉バルブと、前記燃料電池スタックに供給される冷却水の温度を検出して、該当する信号を生成する冷却水温度検出器と、前記冷却水温度検出器の信号に基づいて、前記第1開閉バルブ、前記第2開閉バルブ及び前記第3開閉バルブを開閉作動させる制御信号を出力する制御ユニットとを含むことを特徴とする。
【0013】
前記水素化物水溶液は、ナトリウムホウ素水素化物(NaBH4)水溶液、リチウムホウ素水素化物(LiBH4)水溶液、リチウム水素化物(LiH)水溶液、及びナトリウム水素化物(NaH)水溶液のうちのいずれか一つであるのが好ましい。
【0014】
前記制御ユニットは、前記冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、前記第1開閉バルブを開放して前記第2及び第3開閉バルブを閉鎖するのが好ましく、前記冷却水の温度が予め設定された温度より高くない場合には、前記第1開閉バルブを閉鎖して前記第2及び第3開閉バルブを開放するのが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【0016】
図1に示されているように、本発明の好ましい実施例による燃料電池の水素供給システムは、水素化物水溶液(aqueous hydrides)を保存する水素化物保存ユニット101を含む。
【0017】
水素化物は、水と反応して水素と高熱とを発生させる性質を有する化合物であり、例えば、ナトリウムホウ素水素化物(NaBH4)、リチウムホウ素水素化物(LiBH4)、リチウム水素化物(LiH)、ナトリウム水素化物(NaH)などの化学的水素化物とすることができる。したがって、水素化物水溶液は、一定の条件下で反応して水素と酸化物とを生成し、この時に熱が発生する。
【0018】
次に、水素化物としてNaBH4(dodium boro hydride)が用いられる場合について説明するが、本発明はこれに限定されるのではない。
【0019】
反応器/ガス分離器103は、水素化物保存ユニット101から水素化物水溶液(NaBH4水溶液)の供給を受けて、反応器/ガス分離器103内でNaBH4水溶液を反応させて、酸化物(NaBO2、sodium meta borate)、水素(H2)及び熱を生成する。
【0020】
反応器/ガス分離器103内での化学反応式は次の通りである。
【0021】
【式1】
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2+Q
ここで、Qは化学反応時に発生する熱であり、その一部は水素に吸収される。
【0022】
また、反応器/ガス分離器103は、反応の結果生成された酸化物(NaBO2)と水素(H2)とを互いに分離して、酸化物(NaBO2)は再生器117に供給されるようにし、水素(H2)は熱交換器105を通過するようにする。
【0023】
前記反応器/ガス分離器103は、前記水素化物(NaBH4)水溶液を反応させる触媒を含むのが好ましく、例えば、触媒はプラチナ(Platinum,Pt)またはルテニウム(Ruthenium, Ru)などとすることができる。
【0024】
反応器/ガス分離器103で発生した高温の水素は、熱交換器105を通過する過程で冷却水に熱を伝達する。
【0025】
冷却水は、燃料電池スタック109、冷却水タンク111、ラジエータ113、冷却水ポンプ115、及び熱交換器105を循環する。
【0026】
再生器117は、反応器/ガス分離器103から供給される酸化物(NaBO2)と水素保存ユニット119から供給される水素(H2)とを互いに反応させて水素化物水溶液(NaBH4水溶液)を生成する。
【0027】
再生器117での化学反応式は次の通りである。
【0028】
【式2】
NaBO2+4H2→NaBH4+2H2O
【0029】
再生器117で生成された水素化物水溶液(NaBH4水溶液)は、水素化物保存ユニット101に供給される。
【0030】
水素保存ユニット119と燃料電池スタック109とを連結する連結管には第1開閉バルブ121が設けられ、水素保存ユニット119と再生器117とを連結する連結管には第2開閉バルブ123が設けられ、熱交換器105と燃料電池スタック109とを連結する連結管には第3開閉バルブ125が設けられる。
【0031】
第1、第2、及び第3開閉バルブ121、123、125は、制御ユニット127の制御信号によって作動して連結管を開閉するように構成される。
【0032】
例えば、第1、第2、及び第3開閉バルブ121、123、125は、各々制御ユニット127の電気信号によって作動するソレノイドバルブとすることができる。
【0033】
制御ユニット127は、熱交換器105と燃料電池スタック109との間を循環する冷却水の温度を検出する冷却水温度検出器107から冷却水温度信号を受信して、これに基づいて第1、第2、及び第3開閉バルブ121、123、125の作動を制御する。
【0034】
図2を参考にして、まず、制御ユニット127は、冷却水の温度を計算して(S205段階)、検出された冷却水の温度が予め設定された温度より高いか否かを判断する(S210段階)。
【0035】
ここで、予め設定された温度は、燃料電池スタックで化学反応が容易に起こる程度の温度に設定するのが好ましく、例えば、予め設定された温度は50℃とすることができる。
【0036】
計算された冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、制御ユニット127は、第1開閉バルブ121は開放し、第2及び第3開閉バルブ123、125は閉鎖させる(S215段階)。
【0037】
第1開閉バルブ121が開放されて第2及び第3開閉バルブ123、125が閉鎖されると、水素保存ユニット119の水素が直接燃料電池スタック109に供給される。
【0038】
つまり、検出された冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、正常な運転状態と見なして、水素保存ユニット119の水素を直接燃料電池スタック109に供給するのである。
【0039】
反面、前記S210段階で、冷却水の温度が予め設定された温度より高くない場合には、制御ユニット127は、第1開閉バルブ121は閉鎖し、第2及び第3開閉バルブ123、125は開放させる(S220段階)。
【0040】
第1開閉バルブ121が閉鎖されて第2及び第3開閉バルブ123、125が開放されると、水素保存ユニット119の水素が再生器117に供給され、反応器/ガス分離器103で水素化物水溶液が反応を起こして高温の水素を生成する。反応器/ガス分離器103で生成された水素は熱交換器105で冷却水に熱を伝達した後、第2開閉バルブ125を通過して燃料電池スタック109に供給される。
【0041】
つまり、冷却水の温度が低い初期始動時に高温の水素を生成して、水素が有していた熱を熱交換器105で冷却水に伝達することによって、冷却水の温度を上げることができ、その結果、燃料電池スタック109での化学反応がより安定して容易に起こるようにして、初期始動性を改善する。
【0042】
同時に、水素保存ユニット119から供給された水素を消費せずに再び燃料電池スタック109に供給することにより、初期始動性の改善のために水素を消費するのを防止することができる。
【0043】
【発明の効果】
前記のような本発明の実施例による燃料電池の水素供給システムは、水素化物と水とが反応する過程で発生する熱を利用して冷却水の温度を上げることにより、初期低温始動性を改善することができる。
【0044】
また、燃料電池の燃料に用いられる水素を消費せずに冷却水の温度を上げることにより、燃費を向上させることができる。
【0045】
そして、初期始動時に水素を加湿して燃料電池スタックに供給することにより、燃料電池の性能を高めることができる。
【0046】
さらに、水素を直接燃焼させずに冷却水を加熱するので、水素の燃焼による危険を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施例による燃料電池の水素供給システムの概略的な構成図である。
【図2】本発明の好ましい実施例による燃料電池の水素供給システムの制御ユニットが遂行する制御ロジックを示すフローチャートである。
【符号の説明】
101 水素化物保存ユニット
103 反応器/ガス分離器
105 熱交換器
107 冷却水温度検出器
109 燃料電池スタック
111 冷却水タンク
113 ラジエータ
115 冷却水ポンプ
117 再生器
119 水素保存ユニット
121 第1開閉バルブ
123 第2開閉バルブ
125 第3開閉バルブ
127 制御ユニット
Claims (4)
- 水素を保存するための水素保存ユニットと、
水素化物水溶液を保存するための水素化物保存ユニットと、
該水素化物保存ユニットから水素化物水溶液の供給を受けて、これを反応させて酸化物と水素とを生成する反応器/ガス分離器と、
該反応器/ガス分離器から前記生成された水素の供給を受けて、前記水素に含まれた熱を燃料電池スタックを循環する冷却水に伝達する熱交換器と、
前記反応器/ガス分離器から前記生成された酸化物の供給を受け、前記水素保存ユニットから水素の供給を受けて、供給を受けた酸化物と水素とを反応させて水素化物水溶液を生成する再生器と、
前記水素保存ユニットに保存された水素が前記燃料電池スタックに供給されるように前記水素保存ユニットと前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第1開閉バルブと、
前記水素保存ユニットに保存された水素が前記再生器に供給されるように前記水素保存ユニットと前記再生器とを連結する連結管に設けられる第2開閉バルブと、
前記熱交換器を通過した水素が前記燃料電池スタックに供給されるように前記熱交換器と前記燃料電池スタックとを連結する連結管に設けられる第3開閉バルブと、
前記燃料電池スタックに供給される冷却水の温度を検出して、該当する信号を生成する冷却水温度検出器と、
前記冷却水温度検出器の信号に基づいて、前記第1開閉バルブ、前記第2開閉バルブ及び前記第3開閉バルブを開閉作動させる制御信号を出力する制御ユニットとを含むことを特徴とする燃料電池の水素供給システム。 - 前記水素化物水溶液は、
ナトリウムホウ素水素化物(NaBH4)水溶液、リチウムホウ素水素化物(LiBH4)水溶液、リチウム水素化物(LiH)水溶液、及びナトリウム水素化物(NaH)水溶液のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素供給システム。 - 前記制御ユニットは、
前記冷却水の温度が予め設定された温度より高い場合には、前記第1開閉バルブを開放して前記第2及び第3開閉バルブを閉鎖することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素供給システム。 - 前記制御ユニットは、
前記冷却水の温度が予め設定された温度より高くない場合には、前記第1開閉バルブを閉鎖して前記第2及び第3開閉バルブを開放することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素供給システム。
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