JP2004273164A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2004273164A JP2003059057A JP2003059057A JP2004273164A JP 2004273164 A JP2004273164 A JP 2004273164A JP 2003059057 A JP2003059057 A JP 2003059057A JP 2003059057 A JP2003059057 A JP 2003059057A JP 2004273164 A JP2004273164 A JP 2004273164A
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fuel cell
hydrogen storage
tank
buffer tank
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Hitoshi Ito
仁 伊藤
Mikio Kawai
幹夫 川合
Junji Katamura
淳二 片村
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably supply a necessary flow of hydrogen to a fuel cell even at low temperatures or even with a sudden increase in load. <P>SOLUTION: A hydrogen storage tank 1 is filled with a hydrogen storage material 5 and a heat exchanger 4 is installed therein. A hydrogen buffer tank 2 and a hydrogen storage tank 1 for storing hydrogen in gas phase are connected in parallel by a three-way pipe 8a and supply hydrogen to the negative electrode 31 of a fuel-cell stack 3 from the three-way pipe 8a via a selector-valve-equipped regulator 10 and a flow controller 7. Fluid discharged from the positive electrode 32 of the fuel-cell stack 3 is fed by a pump 6 to the heat exchanger 4 via a three-way valve 9 to promote the release of hydrogen from the hydrogen storage material 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵材料に貯蔵した水素を利用する燃料電池システムに係り、特に、自動車及び輸送用機器用の電源として好適な始動時及び高負荷時の水素供給性能を改善した燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
深刻化する地球環境問題を解決するために、クリーンなエネルギー源として水素を利用して電気化学的にエネルギーを取り出す燃料電池が注目を浴びている。水素供給源としては、水素を高圧で圧縮充填した高圧水素タンク、または水素吸蔵材料を内蔵する水素吸蔵タンクが一般的である。
【0003】
高圧水素タンクを単独で用いる場合では、一充填当たりの運転時間、または航続可能距離を確保するために、超高圧水素充填(25〜70[MPa] )が必要となる。一般に用いられているボンベ圧より高い充填圧力を要求される為、専用の耐圧設計が必要となりコスト高となる。また単位体積あたりの水素貯蔵量も0.025〜0.045[g/cc]と小さいため、タンク容積が大きくなる。
【0004】
一方、水素吸蔵タンクを単独で用いる場合では、燃料電池始動時の応答性、及び急速な負荷立ち上がり時の応答性が遅く、車両用として応答性に問題点があった。
【0005】
水素吸蔵タンクに充填された水素吸蔵合金は、水素放出に対して30〜40[kJ/molH2]の吸熱反応を示す。このため、水素吸蔵合金から急激に水素を取り出そうとすると吸熱反応のため水素吸蔵タンク温度が低下し、それに伴って水素圧力が低下するため、結果的に急速負荷時においては十分な水素供給が不可能となる。
【0006】
このような応答性を改善するため、例えば、特許文献1に記載の水素供給方法の提案がある。この水素供給方法は、改質器で生成した水素の一時貯蔵を主目的とした互いに隣接する複数の水素吸蔵タンクと、該水素吸蔵タンクに一旦吸蔵した水素を放出させて水素吸蔵合金に吸蔵させる互いに隣接した複数の放出タンクとを備えている。そして、ある放出タンクに水素を吸蔵する際の発熱を利用して他の放出タンクを加熱し、加熱された他の放出タンクから放出される水素を燃料電池へ供給するように制御している。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−291524号公報(第4頁、図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水素供給方法では、多数のタンクを設けなければならずタンク数が4以上に増加すると共に、各タンク間の吸蔵放出の制御が大変複雑となるという問題点があった。
【0009】
さらには、水素供給装置から供給された水素は、一般的にレギュレータ、流量コントローラを経由して燃料電池の負極に送り込まれるが、これらのデバイスを経由するとかなりの圧力損失がある。従来用いられてきたLaNi5 等の水素吸蔵合金では、常温で水素を放出する圧力は0.15[MPa] 以下である。
【0010】
しかしながら、この程度の圧力では圧力損失のため、十分な水素供給流量を確保することができない。特に急加速などの高出力を求められた場合、始動時のように水素吸蔵タンクの温度が低い場合は、水素供給能力が不足するという問題点があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、水素を吸収し、且つ水素を放出することが可能な水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクと、前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクの双方または一方から可変的に燃料電池スタックの負極に水素を供給する水素供給配管と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。
【0012】
【発明の効果】
本発明によれば、水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクとは別に、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクを用いることにより、低温時や急速な負荷増大時にも必要水素流量を安定して燃料電池へ供給することができるという効果がある。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明では、水素を吸収し、且つ水素を放出することが可能な水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクとを有することを特徴とし、それらを並列または直列に接続して水素を燃料電池に供給することにより、低温時や急速な負荷増大時にも必要水素流量を安定して燃料電池へ供給することができる。
【0014】
水素吸蔵タンク内に気相部分を設けて一体型のタンクとすることも可能であるが、本発明では、水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクとを分離していることが特徴である。
【0015】
一体型タンクの場合の問題点としては、タンクが大容量となり、大掛かりな製造設備が必要となる。車載等を考える場合大きなタンクはレイアウト的に成立しないことも考えられる。
【0016】
また、一般に水素吸蔵材料は水素放出に対して吸熱反応となるため熱の供給が必要となるが、大容量のタンクで、しかも気相部分の存在するタンクでは熱損失も大きく、熱交換には不向きである。また、タンクサイズが大きくなるほど圧力変化に伴う形状変化が大きくなるため耐圧対策も大掛かりとなる。
【0017】
本発明では、水素吸蔵タンクと水素バッファタンクを別のものとしているが、吸着材相と気相を分けているので個々のタンクサイズを小さくすることが可能となる。タンクが小さくなることにより耐圧対策は小規模となる。また、熱交換器は吸蔵タンクのみに設ければ良い。これにより一体型に比べタンクも小さく、また水素吸蔵タンクには気相部分もない為、熱交換性能が向上する。
【0018】
更にはタンクを別個とすることによりタンクレイアウトの自由度が増し、また、配管の結び方により、並列、直列自由に組み合わせることも可能である。さらに、夫々を締結する配管の中間にバルブ、または逆流防止弁等を設けることにより、水素吸蔵タンク、水素バッファタンクからの供給をより細かく制御することが可能となり、始動時等で吸蔵タンクの圧力が低く、高流量の水素供給が不可能な場合、バッファタンクからのみ供給されることも可能となる。
【0019】
燃料電池への水素供給は、負荷に応じた流量制御が必要である。流量コントローラへの供給時の水素圧力があまりに圧力が高すぎると、微妙な流量制御が困難となるため好ましくない。流量コントローラには圧力損失が存在するが、圧力が低いと急激な高負荷が必要になったとき供給不足となることが考えられる。レギュレータの2次圧としては、0.5〜1.2[MPa] の範囲で調整することにより、上記問題を解決することができる。
【0020】
レギュレータの2次圧力を0.5[MPa] 以上とするためには、1次側の圧力を0.5MPa以上にする必要がある。水素吸蔵材料の放出圧力は少なくとも0.5[MPa] 以上であることが好ましい。一方、放出圧力が25[MPa] を超える材料では、タンク温度上昇が上昇した場合さらに高圧となる可能性があり特別な耐圧対策が必要となり好ましくない。
【0021】
寒冷時に水素吸蔵タンクからの水素供給を可能とするため、−30℃における水素吸蔵材料の水素放出圧力が0.15[MPa] 以上であることが望ましく、またタンクの温度上昇時の圧力上昇を考慮すると−30℃における水素放出圧力は5[MPa] 以下であることが望ましい。
【0022】
水素吸蔵材料に用いる材料としては、AB5型の水素吸蔵合金であり、GdNi5、SmNi5、YNi5、CeNi5、SmCo5、NdNi5、PrNi5の単独、またはこれらの化合物の混合体を中心とした組成、及び−30[℃]における水素吸蔵材料の水素放出圧力が0.15〜5[MPa] の範囲に含まれる、これら混合体以外の物質を含んだ水素吸蔵合金を用いることにより従来技術の問題点を解決することが可能となる。
【0023】
また、水素吸蔵材料として、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイト層間化合物等、水素吸蔵が可能なカーボン系材料を用いることにより従来技術の問題点を解決することが可能となる。
【0024】
〔実施形態1〕
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施形態1の構成を説明する構成図である。図1において、燃料電池システムは、水素吸蔵材料5が充填された水素吸蔵タンク1、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンク2、燃料電池スタック3、水素吸蔵タンク1内に設置された熱交換器4、燃料電池スタック3の正極32から排出される排ガス及びまたは熱水を熱交換器4へ送るためのポンプ6、水素吸蔵タンク1及び水素バッファタンク2を並列に接続する三方管8a、三方管8aから供給される水素の圧力を調整する開閉弁付レギュレータ10、開閉弁付レギュレータ10から燃料電池スタック3の負極31へ供給する水素流量をコントロールするための流量コントローラ7とを備えている。
【0025】
水素貯蔵系の水素充填は、配管aを用いて行い、本実施形態では、配管aは水素吸蔵タンク1に接続されている。水素吸蔵タンク1は、配管bにより三方管8aに接続され、水素バッファタンク2は配管cにより三方管8aに接続されている。これにより、水素吸蔵タンク1と、水素バッファタンク2とは、並列に接続され、同じく三方管8aに接続された配管dを経由して、水素が燃料電池スタック3の負極31へ供給される。
【0026】
配管bの中間には1次圧力計11、配管cの中間には1次圧力計21とバッファタンク開閉弁20がそれぞれ配設されている。
【0027】
配管dの中間には開閉弁付レギュレータ10及び2次圧力計22が設置されている。配管dには流量コントローラ7が設置されており、燃料電池スタック3の負極31に供給する水素流量の制御を行う。
【0028】
燃料電池スタック3の負極31では、供給された水素が電極触媒により水素イオンと電子とに解離する。水素イオンは、電解質33を正極32方向へ拡散し、電子は外部回路を通って正極32へ至る。
【0029】
燃料電池スタック3の正極32には、図示しない空気供給装置から負極31の水素圧力に応じた圧力で空気が供給される。正極32では、空気中の酸素と、電解質33を拡散した水素イオンと、外部回路を通って正極32に達した電子とから水が生成されるとともに、化学反応熱が放出される。そして、空気中の窒素と、消費されなかった酸素と、生成水(蒸気または熱水)とを含む流体が正極32から排出される。
【0030】
燃料電池スタック3の正極32から排出た流体である排ガス及びまたは熱水は、配管eを経由して、ポンプ6により三方弁9に送り込まれる。水素の供給を促進するときは三方弁9を水素吸蔵タンク1側に開放し、排ガス/熱水を熱交換器4へ導入して、水素吸蔵タンク1の昇温に用いる。熱交換器4により冷却された水は三方管8bを経由し、配管fより図外へ排出される。一方、水素供給を促進する必要がない場合は、三方弁9を三方管8b側に開放し、そのまま配管fより排出させる。
【0031】
次に、本実施形態における燃料電池始動時の一例の挙動について説明する。
燃料電池の定常出力を6[kW]と仮定して、燃料電池スタック3が要求する必要水素流量を67.2[L/min] で検討した場合である。
【0032】
水素吸蔵タンク1は、満充填時の水素吸蔵量を1[m3]としたものを用い、水素吸蔵材料としてNdNi5 合金を用いた。初期充填状態を合金重量に対して1.2[wt%]の水素充填、水素吸蔵タンク温度を20[℃]とした。NdNi5 合金を用いた場合のPCT曲線を図2に示す。バッファタンクの内容積は10Lとし、レギュレータ10の2次側圧力を0.5[MPa]とした。
【0033】
〔比較例1〕
比較例1では実施形態1と同様のシステム構成としたが、水素吸蔵材料としては、従来からよく使用されていたLaNi5 を用いた。初期充填状態を合金重量に対して1.2[wt%]の水素充填、水素吸蔵タンク温度を20[℃]とした。LaNi5 を用いた場合のPCT曲線を図3に示す。バッファタンクの内容積は10Lとし、レギュレータ10の2次側圧力を0.5[MPa]とした。
【0034】
図4に実施形態1(NdNi5 )と比較例1(LaNi5 )を用いた場合の水素供給流量の経時変化を示す。NdNi5 の20[℃]における水素放出圧力は1.2[wt%]の水素吸収状態で1[MPa] を超えている。レギュレータ10の2次圧力は問題なく0.5[MPa]を確保することが可能なため、67.2[L/min] の流量を維持することが可能である。
【0035】
一方、LaNi5 の場合は、20[℃]における水素放出圧力は0.15[MPa] である。レギュレータ10の2次圧は設定値の0.5[MPa]を確保することは不可能である。配管内に滞留している水素ガスにより始動直後瞬間的に67.2[L/min] の流量を確保するものの、その後すぐに流量は低下し、約20[L/min] 程度しか供給できないことが判明した。LaNi5 の場合も、燃料電池からの廃熱をうけて水素吸蔵タンクの温度が60[℃]まで上昇すれば、系の圧力も向上し2次圧も0.5[MPa]以上となり67.2[L/min] の供給も可能となるが、供給可能となるまでには時間を要することとなる。
【0036】
実施形態1では、水素吸蔵材料としてNdNi5 を用いて説明したが、20[℃]において0.5[MPa]以上の水素放出圧力を有する以下の化合物を用いることでも、始動時から安定して67.2[L/min] の流量を確保することが可能である。
【0037】
PrNi5:1[MPa] 、YCo5:2[MPa] 、SmCo5:4[MPa] 、CeNi5:7[MPa] 、YNi5:10[MPa] 、SmNi5:10[MPa] 、GdNi5:11[MPa] 。
【0038】
また、水素吸蔵材料として、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイト層間化合物等、水素吸蔵が可能なカーボン系水素吸蔵材料を用いることも可能である。
【0039】
〔実施形態2〕
実施形態2では、図1に示した燃料電池システムにおいて、急激な負荷がかかった場合について説明する。条件としては、燃料電池が6[kW]の定常出力を続けていて安定状態となった場合を起点として、20秒後から40秒後まで30[kW]の急激な出力を取り出し、再び定常出力の6[kW]に戻る場合を説明する。燃料電池の出力30[kW]に必要な水素流量を336[L/min]とした。
【0040】
水素貯蔵材料としてはNdNi5 を用い、初期条件としては1.2[wt%]吸着状態、水素吸蔵タンクの温度は暖機運転は終了した状態を想定して40[℃]となっている条件とした。
【0041】
〔比較例2〕
比較例2では、図5に示すように図1の構成から水素バッファタンク2を外した状態とし、その他の条件は実施形態2と全く同一の条件とした。
【0042】
図6は、実施形態2と比較例2の流量の変化を示す。
比較例2においては、一旦336[L/min]の流量を確保するものの、すぐに200[L/min]程度まで低下し、制御通りの流量を確保できないことが判明した。これは、配管内に滞留している水素により一時的に336[L/min]の流量を得ることができるが、その後の供給は水素吸蔵タンクからのみの水素取り出しとなるため、水素の供給が追いつかないことを示している。理由としては化学反応開始に時間を要していること、また急激な水素取出しにより水素吸蔵材料の温度が低下することが考えられる。
【0043】
一方、実施形態2においては、制御通り20秒後に67.2[L/min] から336[L/min]に制御されていることがわかる。水素バッファタンク2の存在により、一時的に水素吸蔵タンク1から供給不足となる水素を水素バッファタンク2に貯蔵されている水素の存在が補うことにより、上記問題点を解決していることが確認された。
【0044】
〔実施形態3〕
実施形態3では、図1に示した燃料電池システムにおいて、0[℃]における始動時の挙動について示す。
【0045】
条件としては、燃料電池の定常出力を6[kW]と仮定して、燃料電池スタックが要求する必要水素流量を67.2[L/min] 、水素吸蔵タンクは、満充填時の水素吸蔵量を1[m3]としたものを用い、水素吸蔵材料としてNdNi5 合金を用いた。初期充填状態を合金重量に対して1.2[wt%]の水素充填、水素吸蔵タンク温度を0[℃]とした。
【0046】
〔比較例3〕
比較例3では、バッファを外した例として図5に示した燃料電池システム構成とし、その他の条件については実施形態3と同一条件とした。
【0047】
図7に実施形態3と比較例3の水素流量の変化を示す。
NdNi5 の0[℃]における水素放出圧力は、1.2[wt%]の水素吸収状態で0.8[MPa]を超えている。レギュレータ10の2次圧力は0.5[MPa]を確保することが可能であるが、水素バッファタンクを持たない比較例3では流量が低下することがわかる。
【0048】
これは、水素取り出しにより水素吸蔵材料の温度が下がり、圧力が低下したためと考えられる。30秒すぎから流量が回復するのは、燃料電池スタック3の正極32から排出される流体の廃熱により熱交換器4が加熱されて、徐々に水素吸蔵タンク1の温度が上昇するためと予測される。水素バッファタンク2を取り付けることにより、0[℃]においても問題なく水素供給が可能となり、上記問題を解決することが可能となる。
【0049】
〔実施形態4〕
実施形態4においては、−30[℃]で燃料電池システムを始動する場合について説明する。実施形態4では、図8に示すように、水素バッファタンク2から水素吸蔵タンク1へ水素が逆流することを防止する逆流防止弁13を配管bに取り付けた場合について説明する。その他の構成は、図1と同様である。
【0050】
初期条件としては、水素貯蔵材料にNdNi5 を用い、タンク温度60[℃]で運転していた状態でシステム停止させて、系の圧力を逆流防止弁13により4[MPa] に保った状態とし、その後システムを−30[℃]に低下させた状態とした。始動時の条件としては、燃料電池の定常出力を6[kW]と仮定して、燃料電池スタックが要求する必要水素流量を67.2[L/min] を供給することとした。
【0051】
〔比較例4〕
実施形態4に対して、逆流防止弁13を用いない場合を比較例4とした。
比較例4では、逆流防止弁をもたない為、−30[℃]に低下することにより水素放出圧力が0.2[MPa]に低下する。それに伴い水素バッファタンクの圧力も0.2[MPa]となる。
【0052】
図9に実施形態4と比較例4の水素流量の変化を示す。
比較例4では、系の圧力が0.2[MPa]と低く、レギュレータ10の設定値である0.5[MPa]を確保することができない。始動直後瞬間的に67.2[L/min] の流量を確保するものの、その後すぐに流量は低下し、約20[L/min] 程度しか供給できないことが判明した。
【0053】
一方、逆流防止弁13を取り付けてある実施形態4では、運転終了時の温度の60[℃]における圧力3[MPa] が保たれているため、レギュレータ10の2次側圧力である0.5[MPa]を確保でき、67.2[L/min] の水素流量を得ることが可能である。水素バッファタンク2の水素が消費されるため、暫くは徐々に系の圧力が低下するが、燃料電池スタック3の正極32から排出される流体の廃熱により熱交換器4が加熱されて、徐々に水素吸蔵タンク1の温度が上昇し、それに伴いタンク圧力も上昇し、水素吸蔵タンク1からも水素供給が可能となる。
【0054】
水素バッファタンク2の容量は、極低温時の燃料電池システムの暖気運転に必要な水素消費量を算出してサイズを決めることにより、始動時の水素供給不足の回避が可能となる。
【0055】
以上説明した実施形態1〜4のタンク設置方法を図10、11に示す。図10のように、水素吸蔵タンク1の上に水素バッファタンク2を並行に配置してもよいし、図11に示すように、水素バッファタンク2を直立させて配置してもよい。これらのタンク配置については、システムのレイアウト要件等により選択することが可能である。
【0056】
〔実施形態5〕
水素吸蔵タンクと水素バッファタンクの接続方法としては、上記実施形態1〜4に示したように並列に接続する方法のほか、実施形態5として示すように直列に接続することもできる。図12、13において、水素バッファタンク2は、2つの開口部を備え、一方の開口部は水素吸蔵タンク1に接続され、他方の開口部は燃料電池スタック3の負極31に接続する配管dに接続されている。その他の構成要素は、図1に示した実施形態1と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。本実施形態でも上記実施形態で示したような効果と同様な効果が得られる。
【0057】
水素吸蔵タンク1と水素バッファタンク2を図12に示すように並行に配置してもよいし、図13に示すように、水素バッファタンク2を直立させて配置してもよい。これらのタンク配置については、システムのレイアウト要件等により選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池システムの実施形態1の構成を説明するシステム構成図である。
【図2】実施形態1で用いたNdNi5 の水素放出曲線を示す図である。
【図3】比較例1で用いたLaNi5 の水素放出曲線を示す図である。
【図4】実施形態1と比較例1の水素供給流量曲線を示す図である。
【図5】比較例2のシステム構成を示す図である。
【図6】実施形態2と比較例2の水素供給流量曲線を示す図である。
【図7】実施形態3と比較例3の水素供給流量曲線を示す図である。
【図8】本発明に係る燃料電池システムの実施形態4の構成を説明するシステム構成図である。
【図9】実施形態4と比較例4の水素供給流量曲線を示す図である。
【図10】並列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【図11】並列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【図12】実施形態5における直列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【図13】実施形態5における直列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【符号の説明】
1…水素吸蔵タンク
2…水素バッファタンク
3…燃料電池スタック
4…熱交換器
5…水素吸蔵材料
6…ポンプ
7…流量コントローラ
8a、8b…三方管
9…三方弁
10…レギュレータ
11…1次圧力計
13…逆流防止弁
20…バッファタンク開閉弁
21…1次圧力計
22…2次圧力計
31…負極
32…正極
33…電解質
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system using hydrogen stored in a hydrogen storage material, and more particularly to a fuel cell system which is suitable as a power source for automobiles and transportation equipment and has improved hydrogen supply performance at start-up and high load. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Fuel cells that electrochemically extract energy by using hydrogen as a clean energy source have been attracting attention in order to solve the increasingly serious global environmental problem. As a hydrogen supply source, a high-pressure hydrogen tank in which hydrogen is compressed and filled at a high pressure, or a hydrogen storage tank containing a hydrogen storage material is generally used.
[0003]
When a high-pressure hydrogen tank is used alone, an ultra-high-pressure hydrogen filling (25 to 70 [MPa]) is required in order to secure an operation time per filling or a cruising distance. Since a filling pressure higher than a generally used cylinder pressure is required, a dedicated pressure-resistant design is required, which increases the cost. Further, since the hydrogen storage amount per unit volume is as small as 0.025 to 0.045 [g / cc], the tank volume is increased.
[0004]
On the other hand, when the hydrogen storage tank is used alone, the responsiveness at the start of the fuel cell and the responsiveness at the time of rapid load rise are slow, and there is a problem in the responsiveness for a vehicle.
[0005]
The hydrogen storage alloy filled in the hydrogen storage tank exhibits an endothermic reaction of 30 to 40 [kJ / molH2] to release of hydrogen. For this reason, when attempting to rapidly extract hydrogen from the hydrogen storage alloy, the temperature of the hydrogen storage tank decreases due to an endothermic reaction, and the hydrogen pressure decreases accordingly. As a result, a sufficient hydrogen supply is not achieved during a rapid load. It becomes possible.
[0006]
In order to improve such responsiveness, for example, there is a proposal of a hydrogen supply method described in Patent Document 1. In this hydrogen supply method, a plurality of hydrogen storage tanks adjacent to each other mainly for the temporary storage of hydrogen generated by a reformer, and the hydrogen once stored in the hydrogen storage tank are released and stored in a hydrogen storage alloy. A plurality of discharge tanks adjacent to each other. Then, control is performed so as to heat another discharge tank by utilizing heat generated when storing hydrogen in a certain discharge tank, and to supply hydrogen released from the heated other discharge tank to the fuel cell.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-291524 A (page 4, FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional hydrogen supply method has a problem that a large number of tanks must be provided, the number of tanks increases to four or more, and the control of occlusion / release between the tanks becomes very complicated.
[0009]
Further, hydrogen supplied from a hydrogen supply device is generally sent to a negative electrode of a fuel cell via a regulator and a flow rate controller, but there is considerable pressure loss when passing through these devices. In a hydrogen storage alloy such as LaNi5 which has been conventionally used, the pressure at which hydrogen is released at room temperature is 0.15 [MPa] or less.
[0010]
However, at such a pressure, a sufficient hydrogen supply flow rate cannot be secured due to a pressure loss. In particular, when a high output such as rapid acceleration is required, when the temperature of the hydrogen storage tank is low such as at the time of starting, there is a problem that the hydrogen supply capacity is insufficient.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has a hydrogen storage tank filled with a hydrogen storage material capable of absorbing hydrogen and releasing hydrogen, a hydrogen buffer tank storing hydrogen in the gas phase, A fuel cell system comprising: a hydrogen supply pipe that variably supplies hydrogen to a negative electrode of a fuel cell stack from at least one of a hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank.
[0012]
【The invention's effect】
According to the present invention, in addition to the hydrogen storage tank filled with the hydrogen storage material, by using a hydrogen buffer tank for storing gaseous hydrogen, the required hydrogen flow rate can be stably maintained even at low temperatures or during a rapid load increase. There is an effect that it can be supplied to the fuel cell.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present invention is characterized by having a hydrogen storage tank filled with a hydrogen storage material capable of absorbing hydrogen and releasing hydrogen, and a hydrogen buffer tank storing hydrogen in a gaseous phase. Alternatively, by supplying hydrogen to the fuel cell by connecting in series, the required hydrogen flow rate can be supplied to the fuel cell stably even at low temperatures or when the load increases rapidly.
[0014]
Although it is possible to provide a gas phase portion in the hydrogen storage tank and form an integrated tank, in the present invention, a hydrogen storage tank filled with a hydrogen storage material, and a hydrogen buffer tank for storing gaseous hydrogen Is characterized in that
[0015]
The problem with the integrated tank is that the tank has a large capacity and requires large-scale manufacturing equipment. When considering a vehicle, etc., it is conceivable that a large tank is not realized in terms of layout.
[0016]
In general, hydrogen storage material requires an endothermic reaction to release hydrogen, so heat needs to be supplied.However, in a large-capacity tank and a tank in which a gas phase exists, heat loss is large. Not suitable. Further, as the tank size increases, the shape change accompanying the pressure change increases, so that the pressure resistance measures also become large.
[0017]
In the present invention, the hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank are different, but since the adsorbent phase and the gas phase are separated, the size of each tank can be reduced. As the tank becomes smaller, the pressure resistance measures become smaller. Further, the heat exchanger may be provided only in the storage tank. As a result, the size of the tank is smaller than that of the integrated type, and since the hydrogen storage tank has no gas phase, the heat exchange performance is improved.
[0018]
Further, the flexibility of the tank layout is increased by separating the tanks, and the tanks can be freely combined in parallel or in series depending on the way of connecting the pipes. Further, by providing a valve or a check valve in the middle of the pipe for fastening each, the supply from the hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank can be more finely controlled. Is low and it is not possible to supply hydrogen at a high flow rate, it is also possible to supply hydrogen only from the buffer tank.
[0019]
Hydrogen supply to the fuel cell requires flow control according to the load. If the hydrogen pressure at the time of supply to the flow controller is too high, delicate flow control becomes difficult, which is not preferable. Although there is a pressure loss in the flow rate controller, if the pressure is low, the supply may be insufficient when a sudden high load is required. The above problem can be solved by adjusting the secondary pressure of the regulator in the range of 0.5 to 1.2 [MPa].
[0020]
In order to make the secondary pressure of the regulator 0.5 [MPa] or more, it is necessary to make the primary pressure 0.5 MPa or more. The release pressure of the hydrogen storage material is preferably at least 0.5 [MPa] or more. On the other hand, when the discharge pressure exceeds 25 [MPa], if the tank temperature rises, the pressure may be further increased.
[0021]
In order to enable supply of hydrogen from the hydrogen storage tank during cold weather, the hydrogen release pressure of the hydrogen storage material at −30 ° C. is preferably 0.15 [MPa] or more. Considering this, the hydrogen release pressure at −30 ° C. is desirably 5 [MPa] or less.
[0022]
The material used for the hydrogen storage material is an AB5-type hydrogen storage alloy, which is composed of GdNi5, SmNi5, YNi5, CeNi5, SmCo5, NdNi5, PrNi5 alone or a mixture mainly composed of a mixture of these compounds, and -30. The problems of the prior art are solved by using a hydrogen storage alloy containing a substance other than these mixtures, in which the hydrogen release pressure of the hydrogen storage material at [° C.] is in the range of 0.15 to 5 [MPa]. It becomes possible.
[0023]
Further, by using a carbon-based material capable of storing hydrogen, such as activated carbon, carbon nanotubes, graphite, and graphite intercalation compounds, as a hydrogen storage material, it is possible to solve the problems of the conventional technology.
[0024]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, a fuel cell system includes a hydrogen storage tank 1 filled with a hydrogen storage material 5, a hydrogen buffer tank 2 for storing gaseous hydrogen, a fuel cell stack 3, and heat exchange installed in the hydrogen storage tank 1. Pump 4, a pump 6 for sending exhaust gas and / or hot water discharged from the positive electrode 32 of the fuel cell stack 3 to the heat exchanger 4, a three-way pipe 8a connecting the hydrogen storage tank 1 and the hydrogen buffer tank 2 in parallel, A regulator 10 with an on-off valve for adjusting the pressure of hydrogen supplied from the pipe 8a, and a flow controller 7 for controlling a flow rate of hydrogen supplied from the on-off regulator 10 to the negative electrode 31 of the fuel cell stack 3 are provided.
[0025]
The filling of hydrogen in the hydrogen storage system is performed using a pipe a. In the present embodiment, the pipe a is connected to the hydrogen storage tank 1. The hydrogen storage tank 1 is connected to the three-way pipe 8a by a pipe b, and the hydrogen buffer tank 2 is connected to the three-way pipe 8a by a pipe c. Thereby, the hydrogen storage tank 1 and the hydrogen buffer tank 2 are connected in parallel, and hydrogen is supplied to the negative electrode 31 of the fuel cell stack 3 via the pipe d also connected to the three-way pipe 8a.
[0026]
A primary pressure gauge 11 is provided in the middle of the pipe b, and a primary pressure gauge 21 and a buffer tank opening / closing valve 20 are provided in the middle of the pipe c.
[0027]
A regulator 10 with an on-off valve and a secondary pressure gauge 22 are installed in the middle of the pipe d. A flow controller 7 is installed in the pipe d, and controls the flow rate of hydrogen supplied to the negative electrode 31 of the fuel cell stack 3.
[0028]
At the negative electrode 31 of the fuel cell stack 3, the supplied hydrogen is dissociated into hydrogen ions and electrons by the electrode catalyst. Hydrogen ions diffuse through the electrolyte 33 toward the positive electrode 32, and electrons reach the positive electrode 32 through an external circuit.
[0029]
Air is supplied to the positive electrode 32 of the fuel cell stack 3 from an air supply device (not shown) at a pressure corresponding to the hydrogen pressure of the negative electrode 31. In the positive electrode 32, water is generated from oxygen in the air, hydrogen ions diffused through the electrolyte 33, and electrons that have reached the positive electrode 32 through an external circuit, and heat of chemical reaction is released. Then, a fluid containing nitrogen in the air, unconsumed oxygen, and generated water (steam or hot water) is discharged from the positive electrode 32.
[0030]
Exhaust gas and / or hot water, which are fluids discharged from the positive electrode 32 of the fuel cell stack 3, are sent to the three-way valve 9 by the pump 6 via the pipe e. When promoting the supply of hydrogen, the three-way valve 9 is opened to the hydrogen storage tank 1 side, and the exhaust gas / hot water is introduced into the heat exchanger 4 to be used for raising the temperature of the hydrogen storage tank 1. The water cooled by the heat exchanger 4 passes through the three-way pipe 8b and is discharged out of the drawing from the pipe f. On the other hand, when it is not necessary to promote the supply of hydrogen, the three-way valve 9 is opened to the three-way pipe 8b and discharged from the pipe f as it is.
[0031]
Next, an example behavior at the time of starting the fuel cell according to the present embodiment will be described.
Assuming that the steady output of the fuel cell is 6 [kW], the required hydrogen flow rate required by the fuel cell stack 3 was examined at 67.2 [L / min].
[0032]
The hydrogen storage tank 1 used had a hydrogen storage amount of 1 [m3] when fully filled, and an NdNi5 alloy was used as a hydrogen storage material. The initial filling state was 1.2 [wt%] of hydrogen filling with respect to the alloy weight, and the hydrogen storage tank temperature was 20 [° C]. FIG. 2 shows a PCT curve when the NdNi5 alloy was used. The internal volume of the buffer tank was 10 L, and the secondary pressure of the regulator 10 was 0.5 [MPa].
[0033]
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a system configuration similar to that of Embodiment 1 was used, but LaNi5, which has been widely used, was used as the hydrogen storage material. The initial filling state was 1.2 [wt%] of hydrogen filling with respect to the alloy weight, and the hydrogen storage tank temperature was 20 [° C]. FIG. 3 shows a PCT curve in the case of using LaNi5. The internal volume of the buffer tank was 10 L, and the secondary pressure of the regulator 10 was 0.5 [MPa].
[0034]
FIG. 4 shows the change over time in the hydrogen supply flow rate when the embodiment 1 (NdNi5) and the comparative example 1 (LaNi5) are used. The hydrogen release pressure of NdNi5 at 20 [° C] exceeds 1 [MPa] in a hydrogen absorption state of 1.2 [wt%]. Since the secondary pressure of the regulator 10 can be maintained at 0.5 [MPa] without any problem, it is possible to maintain a flow rate of 67.2 [L / min].
[0035]
On the other hand, in the case of LaNi5, the hydrogen release pressure at 20 [° C] is 0.15 [MPa]. It is impossible for the secondary pressure of the regulator 10 to secure the set value of 0.5 [MPa]. Although the flow rate of 67.2 [L / min] is secured instantaneously immediately after the start due to the hydrogen gas remaining in the pipe, the flow rate decreases immediately thereafter, and only about 20 [L / min] can be supplied. There was found. Also in the case of LaNi5, if the temperature of the hydrogen storage tank rises to 60 [° C.] by receiving waste heat from the fuel cell, the pressure of the system also increases, and the secondary pressure also becomes 0.5 [MPa] or more, which is 67.2. [L / min] can be supplied, but it takes time until the supply becomes possible.
[0036]
In the first embodiment, NdNi5 was used as the hydrogen storage material. However, the use of the following compound having a hydrogen release pressure of 0.5 [MPa] or more at 20 [° C.] can also be performed stably from the start. 0.2 [L / min] can be secured.
[0037]
PrNi 5: 1 [MPa], YCo 5: 2 [MPa], SmCo 5: 4 [MPa], CeNi 5: 7 [MPa], YNi 5:10 [MPa], SmNi 5:10 [MPa], GdNi 5:11 [MPa].
[0038]
Further, as the hydrogen storage material, a carbon-based hydrogen storage material capable of storing hydrogen, such as activated carbon, carbon nanotubes, graphite, and graphite intercalation compounds, can be used.
[0039]
[Embodiment 2]
In the second embodiment, a case where a sudden load is applied to the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described. As a condition, a rapid output of 30 [kW] is taken out from 20 seconds to 40 seconds after the fuel cell continues to be in a stable state with a steady output of 6 [kW]. The case of returning to 6 [kW] will be described. The hydrogen flow rate required for an output of 30 [kW] of the fuel cell was 336 [L / min].
[0040]
NdNi5 was used as the hydrogen storage material, the initial condition was 1.2 [wt%] adsorption state, and the temperature of the hydrogen storage tank was 40 [° C] assuming that the warm-up operation was completed. did.
[0041]
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the hydrogen buffer tank 2 was removed from the configuration in FIG. 1 as shown in FIG. 5, and the other conditions were exactly the same as those in Embodiment 2.
[0042]
FIG. 6 shows a change in the flow rate in the second embodiment and the comparative example 2.
In Comparative Example 2, although a flow rate of 336 [L / min] was once secured, it immediately dropped to about 200 [L / min], and it was found that the flow rate as controlled could not be secured. In this method, a flow rate of 336 [L / min] can be obtained temporarily by the hydrogen staying in the pipe, but the subsequent supply is performed only by extracting hydrogen from the hydrogen storage tank. Indicates that you cannot catch up. It is considered that the reason is that it takes time to start the chemical reaction, and that the temperature of the hydrogen storage material decreases due to rapid removal of hydrogen.
[0043]
On the other hand, in the second embodiment, it can be seen that the control is performed from 67.2 [L / min] to 336 [L / min] after 20 seconds as controlled. It is confirmed that the above problem is solved by the presence of the hydrogen buffer tank 2 supplementing the hydrogen that is temporarily in short supply from the hydrogen storage tank 1 with the presence of the hydrogen stored in the hydrogen buffer tank 2. Was done.
[0044]
[Embodiment 3]
In the third embodiment, the behavior at the time of starting at 0 [° C.] in the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described.
[0045]
As a condition, assuming that the steady output of the fuel cell is 6 [kW], the required hydrogen flow rate required by the fuel cell stack is 67.2 [L / min]. Was set to 1 [m3], and an NdNi5 alloy was used as a hydrogen storage material. The initial filling state was hydrogen filling of 1.2 [wt%] with respect to the alloy weight, and the hydrogen storage tank temperature was 0 [° C].
[0046]
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, the fuel cell system configuration shown in FIG. 5 was used as an example in which the buffer was removed, and other conditions were the same as those in Embodiment 3.
[0047]
FIG. 7 shows a change in the hydrogen flow rate in the third embodiment and the comparative example 3.
The hydrogen release pressure at 0 [° C.] of NdNi5 exceeds 0.8 [MPa] in a state of absorbing 1.2 [wt%] of hydrogen. Although the secondary pressure of the regulator 10 can be maintained at 0.5 [MPa], the flow rate is reduced in Comparative Example 3 having no hydrogen buffer tank.
[0048]
This is presumably because the temperature of the hydrogen storage material decreased due to the removal of hydrogen, and the pressure decreased. The reason why the flow rate recovers after 30 seconds is presumed to be that the heat exchanger 4 is heated by the waste heat of the fluid discharged from the positive electrode 32 of the fuel cell stack 3 and the temperature of the hydrogen storage tank 1 gradually increases. Is done. By attaching the hydrogen buffer tank 2, even at 0 [° C.], hydrogen can be supplied without any problem, and the above problem can be solved.
[0049]
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, a case where the fuel cell system is started at −30 ° C. will be described. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, a case will be described in which a backflow prevention valve 13 for preventing backflow of hydrogen from the hydrogen buffer tank 2 to the hydrogen storage tank 1 is attached to the pipe b. Other configurations are the same as those in FIG.
[0050]
As initial conditions, the system was shut down while operating at a tank temperature of 60 ° C. using NdNi 5 as a hydrogen storage material, and the system pressure was maintained at 4 [MPa] by a check valve 13. Thereafter, the system was lowered to -30 [° C]. As a condition at the time of starting, assuming that the steady output of the fuel cell is 6 [kW], a required hydrogen flow rate required by the fuel cell stack is supplied at 67.2 [L / min].
[0051]
[Comparative Example 4]
In comparison with the fourth embodiment, a case where the check valve 13 is not used is referred to as a comparative example 4.
In Comparative Example 4, since there is no check valve, the hydrogen release pressure is reduced to 0.2 [MPa] by lowering to −30 [° C.]. Accordingly, the pressure of the hydrogen buffer tank also becomes 0.2 [MPa].
[0052]
FIG. 9 shows a change in the hydrogen flow rate in the fourth embodiment and the comparative example 4.
In Comparative Example 4, the pressure of the system was as low as 0.2 [MPa], and it was not possible to secure the set value of the regulator 10 of 0.5 [MPa]. Although a flow rate of 67.2 [L / min] was secured instantaneously immediately after the start, it was found that the flow rate decreased immediately thereafter, and only about 20 [L / min] could be supplied.
[0053]
On the other hand, in Embodiment 4 in which the check valve 13 is attached, since the pressure 3 [MPa] at the temperature 60 [° C.] at the end of the operation is maintained, the secondary side pressure of the regulator 10 is 0.5. [MPa] can be secured, and a hydrogen flow rate of 67.2 [L / min] can be obtained. Since the hydrogen in the hydrogen buffer tank 2 is consumed, the pressure of the system gradually decreases for a while, but the heat exchanger 4 is gradually heated by the waste heat of the fluid discharged from the positive electrode 32 of the fuel cell stack 3. Then, the temperature of the hydrogen storage tank 1 rises, the tank pressure also rises, and hydrogen supply from the hydrogen storage tank 1 becomes possible.
[0054]
By determining the size of the capacity of the hydrogen buffer tank 2 by calculating the hydrogen consumption required for the warm-up operation of the fuel cell system at extremely low temperatures, it is possible to avoid shortage of hydrogen supply at the time of startup.
[0055]
FIGS. 10 and 11 show the tank installation methods of Embodiments 1 to 4 described above. The hydrogen buffer tank 2 may be arranged in parallel on the hydrogen storage tank 1 as shown in FIG. 10, or the hydrogen buffer tank 2 may be arranged upright as shown in FIG. These tank arrangements can be selected according to the layout requirements of the system.
[0056]
[Embodiment 5]
As a method of connecting the hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank, in addition to the method of connecting them in parallel as shown in the above-described first to fourth embodiments, they can also be connected in series as shown in the fifth embodiment. 12 and 13, the hydrogen buffer tank 2 has two openings, one of which is connected to the hydrogen storage tank 1, and the other of which is connected to a pipe d which is connected to the negative electrode 31 of the fuel cell stack 3. It is connected. The other components are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted. In this embodiment, the same effects as those described in the above embodiment can be obtained.
[0057]
The hydrogen storage tank 1 and the hydrogen buffer tank 2 may be arranged in parallel as shown in FIG. 12, or the hydrogen buffer tank 2 may be arranged upright as shown in FIG. These tank arrangements can be selected according to the layout requirements of the system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a hydrogen release curve of NdNi5 used in Embodiment 1.
FIG. 3 is a diagram showing a hydrogen release curve of LaNi5 used in Comparative Example 1.
FIG. 4 is a diagram showing hydrogen supply flow rate curves of Embodiment 1 and Comparative Example 1.
FIG. 5 is a diagram illustrating a system configuration of Comparative Example 2.
FIG. 6 is a diagram showing a hydrogen supply flow rate curve of Embodiment 2 and Comparative Example 2.
FIG. 7 is a diagram showing hydrogen supply flow rate curves of Embodiment 3 and Comparative Example 3.
FIG. 8 is a system configuration diagram illustrating a configuration of a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a hydrogen supply flow rate curve of Embodiment 4 and Comparative Example 4.
FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an example of a tank layout in a parallel configuration.
FIG. 11 is a configuration diagram illustrating an example of a tank layout having a parallel configuration.
FIG. 12 is a configuration diagram illustrating an example of a tank layout of a series configuration according to a fifth embodiment.
FIG. 13 is a configuration diagram illustrating an example of a tank layout of a series configuration according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen storage tank 2 ... Hydrogen buffer tank 3 ... Fuel cell stack 4 ... Heat exchanger 5 ... Hydrogen storage material 6 ... Pump 7 ... Flow controller 8a, 8b ... Three-way pipe 9 ... Three-way valve 10 ... Regulator 11 ... Primary pressure 13: check valve 20: buffer tank opening / closing valve 21: primary pressure gauge 22: secondary pressure gauge 31: negative electrode 32: positive electrode 33: electrolyte

Claims (11)

水素を吸収し、且つ水素を放出することが可能な水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、
気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクと、
前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクの双方または一方から可変的に燃料電池スタックの負極に水素を供給する水素供給配管と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
A hydrogen storage tank filled with a hydrogen storage material capable of absorbing hydrogen and releasing hydrogen,
A hydrogen buffer tank for storing gaseous hydrogen,
A hydrogen supply pipe that variably supplies hydrogen to the negative electrode of the fuel cell stack from both or one of the hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank,
A fuel cell system comprising:
前記水素供給配管は、
前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクを並列に接続するとともに、これらのタンク双方または一方から可変的に燃料電池スタックの負極に水素を供給する三方管と、
該三方管から前記負極に至るまでに配置されたレギュレータ及び流量コントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
The hydrogen supply pipe,
A three-way pipe that connects the hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank in parallel, and variably supplies hydrogen to the negative electrode of the fuel cell stack from both or one of these tanks,
A regulator and a flow controller arranged from the three-way tube to the negative electrode,
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクと前記三方管を結ぶ夫々の配管に配設されたレギュレータと、
前記三方管から燃料電池負極に至るまでの配管に配設された流量コントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
A regulator disposed on each of the pipes connecting the three-way pipe with the hydrogen storage tank and the hydrogen buffer tank;
A flow controller disposed in the pipe from the three-way pipe to the fuel cell anode,
The fuel cell system according to claim 2, further comprising:
前記水素バッファタンクは、2つの開口部を備えた直列接続可能なバッファタンクであり、
該水素バッファタンクの一方の開口部と前記水素吸蔵タンクとを接続する配管と、該水素バッファタンクの他方の開口部と燃料電池スタックの負極とを接続する配管と、
該水素バッファタンクの他方の開口部から前記負極に至るまでの配管に配置されたレギュレータ及び流量コントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
The hydrogen buffer tank is a buffer tank that can be connected in series with two openings,
A pipe connecting one opening of the hydrogen buffer tank and the hydrogen storage tank, a pipe connecting the other opening of the hydrogen buffer tank and the negative electrode of the fuel cell stack,
A regulator and a flow controller arranged in a pipe extending from the other opening of the hydrogen buffer tank to the negative electrode,
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記水素吸蔵タンク内に配設された熱交換器と、
該熱交換器と燃料電池の正極出口とを連通する配管と、を備え、
燃料電池の正極から排出される流体を前記熱交換器に供給することにより水素吸蔵タンクからの水素発生を促進させることを特徴する請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システム。
A heat exchanger disposed in the hydrogen storage tank;
A pipe that communicates the heat exchanger with the positive electrode outlet of the fuel cell,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a fluid discharged from a positive electrode of the fuel cell is supplied to the heat exchanger to promote the generation of hydrogen from the hydrogen storage tank. system.
前記水素バッファタンクから前記水素吸蔵タンクへの水素逆流を防止する逆流防止弁を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a check valve for preventing backflow of hydrogen from the hydrogen buffer tank to the hydrogen storage tank. 水素の供給圧力を調整するレギュレータの2次圧を0.5〜1.2[MPa] の範囲で調整した後、流量コントローラで水素流量を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の燃料電池システム。7. The hydrogen flow rate is adjusted by a flow rate controller after the secondary pressure of the regulator for adjusting the supply pressure of hydrogen is adjusted in the range of 0.5 to 1.2 [MPa]. The fuel cell system according to claim 1. 常温における前記水素吸蔵材料の水素放出圧力が0.5〜25.0[MPa] の範囲であることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein a hydrogen release pressure of the hydrogen storage material at normal temperature is in a range of 0.5 to 25.0 [MPa]. −30[℃]における前記水素吸蔵材料の水素放出圧力が0.15〜5[MPa] の範囲であることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein a hydrogen release pressure of the hydrogen storage material at -30 [° C] is in a range of 0.15 to 5 [MPa]. . 前記水素吸蔵材料はAB5型の水素吸蔵合金であり、GdNi5 、SmNi5 、YNi5 、CeNi5 、SmCo5 、NdNi5 、PrNi5 のいずれかの化合物単独、またはこれらの化合物の混合物を主成分とした組成であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の燃料電池システム。The hydrogen-absorbing material is an AB5-type hydrogen-absorbing alloy, and has a composition containing, as a main component, any one of GdNi5, SmNi5, YNi5, CeNi5, SmCo5, NdNi5, and PrNi5, or a mixture of these compounds. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein: 前記水素吸蔵材料は、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイト層間化合物等、水素吸蔵が可能なカーボン系材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the hydrogen storage material is a carbon-based material capable of storing hydrogen, such as activated carbon, carbon nanotubes, graphite, and graphite intercalation compounds. system.
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