【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧水素タンクから燃料電池に水素を供給する水素供給装置および水素供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池のアノード電極表面には電気化学反応によって生成された水、二酸化炭素、窒素等の異物が付着し、この現象が生じるとアノード電極表面の実効面積が減少するため発生電圧が低下する。そこで，従来は、水素通路への水素供給量を発電時よりも増加させ、その水素とともに異物を排出している。以下、このときに排出される水素をパージ水素と称す。
このパージ水素を水素吸蔵合金で回収し、再利用する装置としては特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８６８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水分を含むパージ水素を水素吸蔵合金に吸蔵させると、水素吸蔵合金の表面が水分によって酸化され被毒されてしまい、水素吸蔵合金が劣化するという問題がある。
そのため、パージ水素中の水分を吸着剤で除去することも考えられているが、その場合、吸着剤にある程度の水分が吸着されたときに吸着剤の再生を行って吸着された水分を放出する必要があるが、吸着剤の再生にはヒーターなどで加熱しなければならず、余計なエネルギーを消費してしまうのでエネルギーマネージメント上、不利になる。
【０００５】
そこで、この発明は、パージ水素の水分を除湿器で除去し、さらに除湿器の水分を乾燥した水素で除去し、その水素を燃料電池に供給することにより、省エネルギーが可能な燃料電池の水素供給装置および水素供給方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、高圧水素タンク（例えば、後述する実施の形態における高圧水素タンク３）に貯蔵された水素を燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）に供給する水素供給流路（例えば、後述する実施の形態における水素供給流路２１，４１）と、前記燃料電池から排出された水素を前記水素供給流路に戻す水素循環流路（例えば、後述する実施の形態における水素循環流路２２，４２）と、前記水素循環流路から水素を排出する排出流路（例えば、後述する実施の形態における排出流路２３，４３）と、前記排出流路に排出されたパージ水素を貯蔵し貯蔵したパージ水素を前記燃料電池に供給可能な水素吸蔵合金タンク（例えば、後述する実施の形態における水素吸蔵合金タンク７）と、前記排出流路に設けられ前記パージ水素から水分を除去する除湿器（例えば、後述する実施の形態における除湿器１０Ａ，１０Ｂ，５０）とを備え、前記除湿器の水分を前記高圧水素タンクから供給される水素で除去し、該水素を前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池の水素供給装置（例えば、後述する実施の形態における水素供給装置１）である。
このように構成することにより、パージ水素の水分を除湿器で除去し、除湿されたパージ水素を水素吸蔵合金タンクに供給することができる。また、高圧水素タンクに貯蔵された高圧水素は露点が低く、この高圧水素タンクから供給される水素は極めて湿度が低いので、この水素で除湿器の水分を除去し、除湿器内を乾燥させることができる。さらに、除湿器から水分を除去することによって加湿された水素を燃料電池に供給することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記水素供給流路から分岐して、前記高圧水素タンクから供給される水素を前記除湿器（例えば、後述する実施の形態における除湿器１０Ａ，１０Ｂ）に流通させる乾燥用流路（例えば、後述する実施の形態における乾燥用流路２５）を設け、前記水素供給流路と前記乾燥用流路とを前記除湿器内の水分量に応じて切り替える切替弁（例えば、後述する実施の形態における第１切替弁４）を備えたことを特徴とする。
このように構成することにより、除湿器内の水分量に応じて、高圧水素タンクから供給される水素を除湿器に流通させて除湿器内を乾燥させることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記除湿器（例えば、後述する実施の形態における除湿器５０）は水透過膜型除湿器で構成されており、水透過膜（例えば、後述する実施の形態における水透過膜５２）を隔てて一方の流路（例えば、後述する実施の形態における一次側通路５３）に前記排出流路を接続し、他方の流路（例えば、後述する実施の形態における二次側通路５４）に前記水素供給流路を接続することにより、前記パージ水素を除湿し前記高圧水素タンクから供給される水素を加湿することを特徴とする。
このように構成することにより、パージ水素の除湿と高圧水素タンクから供給される水素の加湿を同時に行うことができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の水素供給装置を用いた燃料電池の水素供給方法であって、前記除湿器内の水分量が所定値以上のときに、前記除湿器の水分を前記高圧水素タンクから供給される水素で除去し、該水素を前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池の水素供給方法である。
このように構成することにより、除湿器内の水分量が所定値以上のときだけ、高圧水素タンクから供給される水素を除湿器に流通させて除湿器内を乾燥させることができる。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項３に記載の水素供給装置を用いた燃料電池の水素供給方法であって、前記除湿器にパージ水素を流通させる前に、予め前記除湿器に高圧水素タンクから供給される水素を流通させて前記水透過膜を乾燥させることを特徴とする燃料電池の水素供給方法である。
このように構成することにより、除湿器にパージ水素を流通させる前に、除湿器の水透過膜を常に乾燥状態に保持することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池の水素供給装置および水素供給方法の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
初めに、この発明の第１の実施の形態を図１から図３の図面を参照して説明する。
図１に第１の実施の形態における燃料電池の水素供給装置の概略構成を示す。水素供給装置１は燃料電池自動車に搭載されており、固体高分子電解質膜型の燃料電池２を備えている。
燃料電池２は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなり、アノードに燃料として水素を供給し、カソードに酸化剤として酸素を含む空気を供給すると、アノードで触媒作用により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
【００１２】
高圧水素タンク３に貯蔵された水素は、水素供給流路２１を流通して燃料電池２の各セルのアノードに供給される。水素供給流路２１には、高圧水素タンク３に近い側から順に、第１切替弁４、加湿器５、エゼクタ６が設けられている。エゼクタ６は燃料電池２のアノードから排出されるアノードオフガスを水素供給流路２１に戻すためのものである。また、第１切替弁４は、水素供給流路２１と、この水素供給流路２１から分岐して設けられた乾燥用流路２５とを選択して切り替える弁である。
【００１３】
燃料電池２のアノードに供給された水素のうち発電に供されなかった水素、すなわち未反応の水素は、燃料電池２からアノードオフガスとして排出され、水素循環流路２２を通ってエゼクタ６に吸引され、高圧水素タンク３から供給される新鮮な水素と合流して再び燃料電池２のアノードに供給される。
一方、空気はエアコンプレッサ３０により所定圧力に加圧され、空気流路３１を通って燃料電池２のカソードに供給される。燃料電池２に供給された空気は発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス流路３２に排出される。
【００１４】
水素循環流路２２からは、アノードオフガスを水素循環流路２２から排出するための排出流路２３が分岐しており、この排出流路２３は水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵合金タンク（以下、ＭＨタンクという）７に接続されている。
排出流路２３には、水素循環流路２２に近い側から順に、排出弁８、第２切替弁９、二つの除湿器１０Ａ，１０Ｂ、ＭＨタンク入口弁１１が設けられている。
排出弁８は通常は閉じており、燃料電池２のアノードに水分等が溜まって発電状態に影響を及ぼす時などに開いて、水分等をアノードオフガスとともに排出するためのものである。以下、排出弁８から排出されるアノードオフガスをパージ水素と称す。
【００１５】
除湿器１０Ａ，１０Ｂは排出流路２３に並列的に接続されており、第２切替弁９は、排出流路２３を流通するガスを除湿器１０Ａ，１０Ｂのいずれに流通させるか選択的に切り替えるための弁である。除湿器１０Ａ，１０Ｂはいずれも水分を吸着する吸着剤（例えば、活性炭）を収容してなり、除湿器１０Ａあるいは１０Ｂにパージ水素を流通させることによりパージ水素は除湿される。
除湿器１０Ａ，１０Ｂで除湿されたパージ水素はＭＨタンク７に一時的に貯蔵され、必要に応じて、パージ水素供給流路２４を介して、第１切替弁４よりも下流で加湿器５よりも上流に位置する水素供給流路２１に戻され、燃料電池２に燃料として供給される。なお、パージ水素供給流路２４には、水素供給流路２１からＭＨタンク７に水素が逆流するのを防止するための逆止弁１２が設けられている。
【００１６】
排出流路２３において除湿器１０Ａ，１０ＢとＭＨタンク入口弁１１とを接続する流路は、乾燥用流路２５を介して第１切替弁４に接続されている。以下の説明の都合上、乾燥用流路２５と排出流路２３との接続部を「接続部Ａ」とする。第１切替弁４は、高圧水素タンク３から供給される水素を除湿器１０Ａ，１０Ｂを介さず水素供給流路２１によって直接燃料電池２へ供給するか乾燥用流路２５を介して除湿器１０Ａ，１０Ｂに供給するか選択的に切り替えるための弁である。
【００１７】
排出流路２３において排出弁８と第２切替弁９とを接続する流路は、加湿水素供給流路２６を介して、第１切替弁４よりも下流で加湿器５よりも上流に位置する水素供給流路２１に接続されている。以下の説明の都合上、加湿水素供給流路２６と排出流路２３との接続部を「接続部Ｂ」、加湿水素供給流路２６と水素供給流路２１との接続部を「接続部Ｃ」とする。なお、加湿水素供給流路２６には、水素供給流路２１から排出流路２３に水素が逆流するのを防止するための逆止弁１３が設けられている。
【００１８】
次に、この水素供給装置１を使用した水素供給方法を説明する。
通常時、第１切替弁４は、高圧水素タンク３から供給される水素を水素供給流路２１を介して加湿器５に供給し、乾燥用流路２５に供給しないように、流路を切り替える。また、通常時には、ＭＨタンク入口弁１１が開いており、所定のタイミングで排出弁８が開くと、水素循環流路２２から排出流路２３にパージ水素が排出され、このパージ水素は除湿器１０Ａあるいは１０Ｂを通って除湿され、ＭＨタンク入口弁１１を通ってＭＨタンク７に貯蔵される。したがって、ＭＨタンク７には水分を除去されたパージ水素が流入するので、ＭＨタンク７に収容されている水素吸蔵合金が酸化されることがなく、水素吸蔵合金の劣化を防止することができる。
なお、第２切替弁９は、除湿器１０Ａ内の水分量が所定値以上になると除湿器１０Ｂに流路を切り替え、除湿器１０Ｂ内の水分量が所定値以上になると除湿器１０Ａに流路を切り替える。
【００１９】
そして、例えば、除湿器１０Ａ内の水分量が所定値以上になると、除湿器１０Ａに対して次のようにして乾燥処理が実行される。
除湿器１０Ａに対する乾燥処理は排出弁８からパージ水素を排出していない時に、すなわち排出弁８が閉じられている間に実行される。
まず、ＭＨタンク入口弁１１を閉じ、第１切替弁４を切り替えて高圧水素タンク３から供給される水素を乾燥用流路２５に流通するようにし、加湿器５に供給しないようにする。また、これと同時に、第２切替弁９を切り替えて除湿器１０Ａにガスが流れるようにする。これにより、高圧水素タンク３から供給された水素は、水素供給流路２１から第１切替弁４を通って乾燥用流路２５に流れ、接続部Ａを経由して排出流路２３に流れ、除湿器１０Ａを流通した後、第２切替弁９を通って接続部Ｂに至り、さらに加湿水素供給流路２６を通って接続部Ｃから再び水素供給流路２１に戻り、さらに加湿器５、エゼクタ６を通って燃料電池２のアノードに供給される。
【００２０】
ここで、高圧水素タンク３に貯蔵されている水素は露点が極めて低く、高圧水素タンク３から供給される水素は湿度が極めて低い。したがって、高圧水素タンク３から供給される水素を除湿器１０Ａに流通させると、除湿器１０Ａ内の吸着剤に吸着されている水分が高圧水素タンク３から供給された水素に移動し、除湿器１０Ａ内を乾燥させることができるとともに、高圧水素タンク３から供給された水素を加湿することができる。そして、この加湿された水素を燃料電池２のアノードに供給することができる。すなわち、除湿器１０Ａ内の水分を高圧水素タンク３から供給される水素で除去し、該水素を燃料電池２に供給することができる。
【００２１】
除湿器１０Ａ内が乾燥したときには、第１切替弁４を切り替えて高圧水素タンク３から供給される水素を加湿器５に供給するようにし、乾燥用流路２５に流通しないようにする。また、第２切替弁９を切り替えて除湿器１０Ｂにガスが流れるようにするとともに、ＭＨタンク入口弁１１を開いて通常時に戻す。
このように、この水素供給装置１によれば、除湿器１０Ａ内を乾燥させるために新たなエネルギーを必要としないので、エネルギーマネージメント上、極めて有利である。また、除湿器１０Ａの乾燥に用いられた水素も燃料電池２の反応に寄与させることができるので、水素を無駄にしない。
【００２２】
なお、除湿器１０Ａの乾燥処理中にパージ水素の排出タイミングとなった時には、乾燥処理を中断してパージ水素の排出を優先して行い、パージ水素の排出完了後に乾燥処理を再開してもよいし、あるいは、除湿器１０Ａに対する乾燥処理を優先し、この乾燥処理が完了するまでパージ水素の排出を禁止するようにしてもよい。また、除湿器１０Ａの乾燥処理中には除湿器１０Ｂによってパージ水素を除湿するように配管を構成することで除湿器１０Ａおよび１０Ｂを交互に運転することもできる。
【００２３】
次に、この実施の形態における除湿器１０Ａの乾燥処理制御について、図２のフローチャートに従って説明する。
図２に示される乾燥処理制御ルーチンは、図示しない電子制御装置によって一定時間毎に実行される。
まず、ステップＳ１０１において、除湿器１０Ａ内の水分量が所定値以上か否か判定する。除湿器１０Ａの水分量が所定値以上か否かの判定は、除湿器１０Ａへのパージ水素の流通回数（すなわち、排出弁８の開弁回数）が所定回数に達したか否かで判定してもよいし、あるいは、排出流路２３の除湿器１０Ａ，１０Ｂの下流に湿度センサ１４を設け、この湿度センサ１４で検出された湿度が所定値以上か否かで判定してもよいし、あるいは、除湿器１０Ａにパージ水素を流通させた積算時間が所定時間以上か否かで判定してもよい。
【００２４】
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」（所定値より低い）である場合は、除湿器１０Ａによるパージ水素の除湿を続行する。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」（所定値以上）である場合は、ステップＳ１０２に進み、ＭＨタンク入口弁１１を閉じ、第１切替弁４を乾燥用流路２５側に切り替え、第２切替弁９を除湿器１０Ａ側に切り替えて、高圧水素タンク３から供給される水素を乾燥用流路２５を介して除湿器１０Ａに流し、除湿器１０Ａ内を除湿する。
【００２５】
次に、ステップＳ１０３に進み、除湿器１０Ａ内が乾燥したか否かを判定する。除湿器１０Ａ内が乾燥したか否かの判定は、除湿器１０Ａへのパージ水素の流通時間が所定時間を超えたか否かで判定してもよいし、あるいは、加湿水素供給流路２６に湿度センサ１５を設け、この湿度センサ１５で検出された湿度が所定値以下か否かで判定してもよい。
【００２６】
ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（十分乾燥していない）である場合は、高圧水素タンク３から供給される水素の除湿器１０Ａへの供給を継続する。
一方、ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（乾燥した）である場合は、ステップＳ１０４に進み、ガス流路を通常時に戻すために、第１切替弁４を加湿器５側に切り替え、第２切替弁９を除湿器１０Ｂ側に切り替え、ＭＨタンク入口弁１１を開いて、高圧水素タンク３から供給される水素を水素供給流路２１を介して加湿器５に流す。
このように乾燥処理を実行すると、除湿器１０Ａ内の水分量に応じて、高圧水素タンク３から供給される水素を除湿器１０Ａに流通させて除湿器１０Ａ内を乾燥させることができるので、必要以上に除湿器１０Ａを乾燥させることなく、適切な露点のパージ水素をＭＨタンク７に供給することができる。
なお、除湿器１０Ｂに対する乾燥処理も同様であるので、その説明は省略する。
【００２７】
図３は、除湿器１０Ａ内の水分濃度と、除湿器１０Ａ通過後のパージ水素の水分濃度の経時変化の一例を示すものである。
図３において（ａ）はパージ水素流量を示すとともに排出弁８の開弁タイミングを示しており、（ｂ）は除湿器１０Ａ内の水分濃度を示し、（ｃ）は除湿器１０Ａ通過後のパージ水素の水分濃度を示している。
図３（ｂ）に示すように、除湿器１０Ａにパージ水素が流通するたびに除湿器１０Ａ内の水分濃度が上昇する。そして、除湿器１０Ａ内の水分濃度が所定値に達した時に乾燥処理を実行すると、除湿器１０Ａ内の水分濃度が急激に低下する。
図３（ｃ）に示すように、除湿器１０Ａ通過後のパージ水素の水分濃度も除湿器１０Ａにパージ水素が流通するたびに上昇する。しかしながら、除湿器１０Ａ内の水分濃度が所定値に達した時に乾燥処理を実行しているので、除湿器１０Ａ通過後のパージ水素の水分濃度はＭＨ許容水分濃度を超えることはない。ここで、ＭＨ許容水分濃度とは、水素吸蔵合金が許容し得る水分濃度であり、このＭＨ許容水分濃度以下であれば水素吸蔵合金の酸化に対する影響が殆どない。
【００２８】
〔第２の実施の形態〕
次に、この発明の第２の実施の形態を図４から図６の図面を参照して説明する。
図４に第２の実施の形態における燃料電池の水素供給装置の概略構成を示す。高圧水素タンク３に貯蔵された水素は、水素供給流路４１を流通して固体高分子電解質膜型の燃料電池２のアノードに供給される。水素供給流路４１には、高圧水素タンク３に近い側から順に、除湿器５０、加湿器５、エゼクタ６が設けられている。燃料電池２のアノードから排出されるアノードオフガスは、水素循環流路４２を通ってエゼクタ６に吸引され、高圧水素タンク３から供給される新鮮な水素と合流して再び燃料電池２のアノードに供給される。
【００２９】
一方、空気はエアコンプレッサ３０により所定圧力に加圧され、空気流路３１を通って燃料電池２のカソードに供給される。燃料電池２に供給された空気は発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス流路３２に排出される。
水素循環流路４２からは、アノードオフガスを水素循環流路４２から排出するための排出流路４３が分岐しており、この排出流路４３は、前記した除湿器５０に接続され、さらに水素吸蔵合金を収納した水素吸蔵合金タンク７に接続されている。また、排出流路４３には除湿器５０よりも上流側に、パージ水素を排出するための排出弁８が設けられている。
【００３０】
除湿器５０は、水透過膜型の除湿器であり、水透過膜を隔てて一方の流路にパージ水素を流し、他方の流路に高圧水素タンク３から供給される水素を流すことにより、パージ水素中の水分を高圧水素タンク３から供給される水素に移動させ、パージ水素を除湿するとともに、高圧水素タンク３から供給される水素を加湿する。
図５は、水透過型除湿器５０の概念図である。加湿器５０は、ケース５１の内部に多数の中空筒状の水透過膜５２を備え、水透過膜５２内が一次側通路（一方の流路）５３、水透過膜５２の外側が二次側通路（他方の流路）５４になっていて、一次側通路５３に排出流路４３が接続され、二次側通路５４に水素供給流路４１が接続される。
【００３１】
そして、一次側通路５３にパージ水素を流し、二次側通路５４に高圧水素タンク３から供給された水素（図５では「燃料水素」と記す）を流すと、高圧水素タンク３から供給される水素は湿度が極めて低いため水蒸気分圧が低く、パージ水素は水分を多く含んでいるため水蒸気分圧が高いので、一次側通路５３を流れるパージ水素中の水分が水透過膜５２を透過して二次側通路５４へと移動する。これにより、一次側通路５３を流れるパージ水素は除湿され、同時に、二次側通路５４を流れる高圧水素タンク３から供給された水素は加湿される。
したがって、ＭＨタンク７には水分を除去されたパージ水素が流入するので、ＭＨタンク７に収容されている水素吸蔵合金が酸化されることがなく、水素吸蔵合金の劣化を防止することができる。
【００３２】
また、高圧水素タンク３から供給された水素は除湿器５０の二次側通路５４を流通した後、加湿器５、エゼクタ６を通って燃料電池２のアノードに供給される。したがって、この第２の実施の形態においても、除湿器５０内の水分を高圧水素タンク３から供給される水素で除去し、該水素を燃料電池２に供給することができる。
尚、水透過型の除湿器５０の形式はこのような中空筒状の水透過膜５２を使用した形式のものに限るものではない。
【００３３】
除湿器５０で除湿されたパージ水素はＭＨタンク７に一時的に貯蔵され、必要に応じて、パージ水素供給流路４４を介して、除湿器５０よりも上流に位置する水素供給流路４１に戻され、燃料電池２に燃料として供給される。なお、パージ水素供給流路４４には、水素供給流路４１からＭＨタンク７に水素が逆流するのを防止するための逆止弁１２が設けられている。
【００３４】
なお、この第２の実施の形態における水素供給装置１では、除湿器５０の一次側通路５３にパージ水素が流れていないときにも、高圧水素タンク３から供給される水素が除湿器５０の二次側通路５４を流通するようになっているので、パージ水素が除湿器５０に流入してくる前に、予め水透過膜５２を乾燥状態にしておくことができる。
したがって、水透過膜５２の水分吸収能力を高く維持した状態で（換言すると、除湿器５０の除湿性能を高く維持した状態で）パージ水素を除湿器５０に導入することができ、パージ水素が除湿器５０に流入してきたときにパージ水素中の水蒸気を素速く水透過膜５２に吸収させることができ、パージ水素中の水分を確実に除去することができる。
【００３５】
図６は、除湿器５０内の水分濃度と、除湿器５０通過後のパージ水素の水分濃度の経時変化の一例を示すものである。
図６において（ａ）はパージ水素流量を示すとともに排出弁８の開弁タイミングを示しており、（ｂ）は除湿器５０における水透過膜５２内の水分濃度を示し、（ｃ）は除湿器５０通過後のパージ水素の水分濃度を示している。
図６（ｂ）に示すように、除湿器５０にパージ水素が流通するたびに水透過膜５２内の水分濃度が一時的に上昇するが、直ぐに水透過膜５２内の水分濃度は減少していく。
一方、除湿器５０通過後のパージ水素の水分濃度は、図３（ｃ）に示すように、余り変化がなく、常にＭＨ許容水分濃度以下に保たれる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、パージ水素の水分を除湿器で除去し、除湿されたパージ水素を水素吸蔵合金タンクに供給することができるので、水素吸蔵合金の酸化を防止することができ、水素吸蔵合金の劣化を防止することができる。また、高圧水素タンクから供給される水素で除湿器内を乾燥させることができ、除湿器から水分を除去することによって加湿された水素を燃料電池に供給することができるので、除湿器内を乾燥させるために新たなエネルギーを必要とせず、エネルギーマネージメント上、極めて有利であるとともに、乾燥に用いられた水素も燃料電池の反応に寄与させることができるので、水素を無駄にしない。
【００３７】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、除湿器内の水分量に応じて、高圧水素タンクから供給される水素を除湿器に流通させて除湿器内を乾燥させることができるので、必要以上に除湿器を乾燥させることなく、適切な露点のパージ水素を水素吸蔵合金タンクに供給することができる。
請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、パージ水素の除湿と高圧水素タンクから供給される水素の加湿を同時に行うことができる。
【００３８】
請求項４に係る発明によれば、除湿器内の水分量が所定値以上のときだけ、高圧水素タンクから供給される水素を除湿器に流通させて除湿器内を乾燥させることができる。
請求項５に係る発明によれば、除湿器にパージ水素を流通させる前に、除湿器の水透過膜を常に乾燥状態に保持することができるので、除湿器の除湿性能を高く維持した状態でパージ水素を導入することができ、パージ水素中の水分を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る水素供給装置の第１の実施の形態における概略構成図である。
【図２】前記第１の実施の形態における乾燥処理制御を示すフローチャートである。
【図３】前記第１の実施の形態において除湿器内および除湿器下流の水分濃度の経時変化を示す図である。
【図４】この発明に係る水素供給装置の第２の実施の形態における概略構成図である。
【図５】前記第２の実施の形態における水透過膜型除湿器の概念図である。
【図６】前記第２の実施の形態において除湿器内および除湿器下流の水分濃度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池の水素供給装置
２ 燃料電池
３ 高圧水素タンク
４ 第１切替弁
７ 水素吸蔵合金タンク
８ 排出弁
１０Ａ，１０Ｂ 除湿器
２１，４１ 水素供給流路
２２，４２ 水素循環流路
２３，４３ 排出流路
２５ 乾燥用流路
５０ 除湿器
５２ 水透過膜
５３ 一次側通路（一方の流路）
５４ 二次側通路（他方の流路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen supply device and a hydrogen supply method for supplying hydrogen from a high-pressure hydrogen tank to a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
Foreign substances such as water, carbon dioxide and nitrogen generated by an electrochemical reaction adhere to the surface of the anode electrode of the fuel cell. When this phenomenon occurs, the effective area of the anode electrode surface decreases and the generated voltage decreases. Therefore, conventionally, the amount of hydrogen supplied to the hydrogen passage is increased from that at the time of power generation, and foreign substances are discharged together with the hydrogen. Hereinafter, the hydrogen discharged at this time is referred to as purge hydrogen.
An apparatus disclosed in Patent Literature 1 is known as an apparatus for collecting and reusing this purged hydrogen with a hydrogen storage alloy and reusing it.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-8688
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the purge hydrogen containing moisture is stored in the hydrogen storage alloy, there is a problem that the surface of the hydrogen storage alloy is oxidized and poisoned by the moisture, and the hydrogen storage alloy is deteriorated.
Therefore, it is considered to remove water in the purge hydrogen with an adsorbent. In this case, when a certain amount of water is adsorbed on the adsorbent, the adsorbent is regenerated to release the adsorbed water. Although it is necessary, the regeneration of the adsorbent requires heating with a heater or the like, which consumes unnecessary energy, which is disadvantageous in energy management.
[0005]
In view of the above, the present invention provides a fuel cell hydrogen supply system that can save energy by removing moisture in purge hydrogen with a dehumidifier, further removing moisture from the dehumidifier with dried hydrogen, and supplying the hydrogen to the fuel cell. An apparatus and a method for supplying hydrogen are provided.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is directed to a method in which hydrogen stored in a high-pressure hydrogen tank (for example, a high-pressure hydrogen tank 3 in an embodiment described later) is converted into a fuel cell (for example, in an embodiment described later). A hydrogen supply passage (for example, hydrogen supply passages 21 and 41 in an embodiment described later) for supplying the fuel cell 2) and a hydrogen circulation passage for returning hydrogen discharged from the fuel cell to the hydrogen supply passage (For example, hydrogen circulation channels 22 and 42 in an embodiment described later), a discharge channel for discharging hydrogen from the hydrogen circulation channel (for example, discharge channels 23 and 43 in an embodiment described later), A hydrogen storage alloy tank (for example, a hydrogen storage alloy tank according to an embodiment described later) capable of storing the purge hydrogen discharged to the discharge passage and supplying the stored purge hydrogen to the fuel cell. ), And a dehumidifier (e.g., dehumidifiers 10A, 10B, and 50 in an embodiment described later) provided in the discharge flow path to remove moisture from the purged hydrogen, and removes moisture from the dehumidifier with the high-pressure hydrogen. A hydrogen supply device for a fuel cell (e.g., a hydrogen supply device 1 according to an embodiment described later), which removes hydrogen from a tank and supplies the hydrogen to the fuel cell.
With this configuration, the moisture of the purge hydrogen can be removed by the dehumidifier, and the dehumidified purge hydrogen can be supplied to the hydrogen storage alloy tank. In addition, high-pressure hydrogen stored in the high-pressure hydrogen tank has a low dew point, and the hydrogen supplied from this high-pressure hydrogen tank has extremely low humidity, so use this hydrogen to remove moisture from the dehumidifier and dry the inside of the dehumidifier. Can be. Further, humidified hydrogen can be supplied to the fuel cell by removing moisture from the dehumidifier.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank branches off from the hydrogen supply flow path and is supplied to the dehumidifier (for example, a dehumidifier in an embodiment described later). A drying channel (for example, a drying channel 25 in an embodiment described later) that circulates through the dehumidifier is provided between the hydrogen supply channel and the drying channel. (For example, a first switching valve 4 in an embodiment to be described later).
With this configuration, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank can be circulated through the dehumidifier to dry the inside of the dehumidifier according to the amount of water in the dehumidifier.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the dehumidifier (for example, a dehumidifier 50 in an embodiment described later) is configured by a water-permeable membrane type dehumidifier, and includes a water-permeable membrane ( For example, the discharge flow path is connected to one flow path (for example, a primary path 53 in an embodiment described later) with a water permeable membrane 52 in an embodiment described later being separated, and the other flow path (for example, By connecting the hydrogen supply passage to a secondary passage 54) in an embodiment described later, the purge hydrogen is dehumidified and the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank is humidified.
With this configuration, it is possible to simultaneously perform the dehumidification of the purge hydrogen and the humidification of the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hydrogen supply method for a fuel cell using the hydrogen supply device according to the first aspect, wherein when the amount of water in the dehumidifier is equal to or more than a predetermined value, the moisture in the dehumidifier is reduced. Is removed with hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank, and the hydrogen is supplied to the fuel cell.
With this configuration, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank can be passed through the dehumidifier to dry the inside of the dehumidifier only when the amount of water in the dehumidifier is equal to or more than a predetermined value.
[0010]
The invention according to claim 5 is a hydrogen supply method for a fuel cell using the hydrogen supply device according to claim 3, wherein a high-pressure hydrogen tank is previously stored in the dehumidifier before flowing purge hydrogen through the dehumidifier. A hydrogen supply method for supplying hydrogen from a fuel cell to dry the water permeable membrane.
With this configuration, the water permeable membrane of the dehumidifier can always be kept in a dry state before the purge hydrogen flows through the dehumidifier.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a hydrogen supply device and a hydrogen supply method for a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIG. 1 to FIG.
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a hydrogen supply device for a fuel cell according to the first embodiment. The hydrogen supply device 1 is mounted on a fuel cell vehicle and includes a fuel cell 2 of a solid polymer electrolyte membrane type.
The fuel cell 2 is a stack formed by stacking a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between an anode and a cathode from both sides. When air containing oxygen as an oxidant is supplied to the cathode, hydrogen ions generated by catalysis at the anode move through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode, and undergo electrochemical reaction with oxygen at the cathode. And water is generated.
[0012]
The hydrogen stored in the high-pressure hydrogen tank 3 flows through the hydrogen supply channel 21 and is supplied to the anode of each cell of the fuel cell 2. In the hydrogen supply channel 21, a first switching valve 4, a humidifier 5, and an ejector 6 are provided in this order from the side close to the high-pressure hydrogen tank 3. The ejector 6 is for returning the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell 2 to the hydrogen supply channel 21. Further, the first switching valve 4 is a valve that selects and switches between the hydrogen supply channel 21 and the drying channel 25 provided by branching from the hydrogen supply channel 21.
[0013]
Among the hydrogen supplied to the anode of the fuel cell 2, hydrogen that has not been used for power generation, that is, unreacted hydrogen is discharged from the fuel cell 2 as an anode off-gas and is drawn into the ejector 6 through the hydrogen circulation channel 22. And the fresh hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 is supplied to the anode of the fuel cell 2 again.
On the other hand, air is pressurized to a predetermined pressure by the air compressor 30 and supplied to the cathode of the fuel cell 2 through the air flow path 31. After the air supplied to the fuel cell 2 is used for power generation, the air is discharged from the fuel cell 2 to the cathode off-gas flow path 32 as a cathode off-gas.
[0014]
A discharge passage 23 for discharging the anode off-gas from the hydrogen circulation passage 22 is branched from the hydrogen circulation passage 22, and the discharge passage 23 is provided in a hydrogen storage alloy tank (hereinafter, referred to as a hydrogen storage alloy tank containing a hydrogen storage alloy). MH tank 7).
The discharge flow path 23 is provided with a discharge valve 8, a second switching valve 9, two dehumidifiers 10A and 10B, and an MH tank inlet valve 11 in order from the side close to the hydrogen circulation flow path 22.
The discharge valve 8 is normally closed, and is opened when water or the like accumulates on the anode of the fuel cell 2 and affects the power generation state, and is for discharging the water and the like together with the anode off-gas. Hereinafter, the anode off-gas discharged from the discharge valve 8 is referred to as purge hydrogen.
[0015]
The dehumidifiers 10A and 10B are connected in parallel to the discharge flow path 23, and the second switching valve 9 selectively switches to which of the dehumidifiers 10A and 10B the gas flowing through the discharge flow path 23 flows. It is a valve for. Each of the dehumidifiers 10A and 10B contains an adsorbent (for example, activated carbon) that adsorbs moisture, and purge hydrogen is dehumidified by flowing purge hydrogen through the dehumidifier 10A or 10B.
The purged hydrogen dehumidified by the dehumidifiers 10A and 10B is temporarily stored in the MH tank 7, and, if necessary, from the humidifier 5 downstream of the first switching valve 4 via the purge hydrogen supply flow path 24. Is also returned to the hydrogen supply flow path 21 located upstream, and is supplied to the fuel cell 2 as fuel. The purge hydrogen supply channel 24 is provided with a check valve 12 for preventing hydrogen from flowing back from the hydrogen supply channel 21 to the MH tank 7.
[0016]
A channel connecting the dehumidifiers 10A and 10B and the MH tank inlet valve 11 in the discharge channel 23 is connected to the first switching valve 4 via a drying channel 25. For convenience of the following description, the connection between the drying channel 25 and the discharge channel 23 is referred to as a “connection A”. The first switching valve 4 supplies the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 directly to the fuel cell 2 through the hydrogen supply channel 21 without passing through the dehumidifiers 10A and 10B, or the dehumidifier 10A via the drying channel 25. , 10B.
[0017]
In the discharge flow path 23, a flow path connecting the discharge valve 8 and the second switching valve 9 is located downstream of the first switching valve 4 and upstream of the humidifier 5 via the humidified hydrogen supply flow path 26. It is connected to a hydrogen supply channel 21. For convenience of the following description, the connection between the humidified hydrogen supply flow path 26 and the discharge flow path 23 is referred to as “connection part B”, and the connection between the humidified hydrogen supply flow path 26 and the hydrogen supply flow path 21 is referred to as “connection part C”. ". The humidified hydrogen supply passage 26 is provided with a check valve 13 for preventing hydrogen from flowing back from the hydrogen supply passage 21 to the discharge passage 23.
[0018]
Next, a hydrogen supply method using the hydrogen supply device 1 will be described.
Normally, the first switching valve 4 switches the flow path so that hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 is supplied to the humidifier 5 via the hydrogen supply flow path 21 and not supplied to the drying flow path 25. . Also, at normal times, the MH tank inlet valve 11 is open, and when the discharge valve 8 is opened at a predetermined timing, purge hydrogen is discharged from the hydrogen circulation flow path 22 to the discharge flow path 23, and the purge hydrogen is supplied to the dehumidifier 10A. Alternatively, it is dehumidified through 10B and stored in the MH tank 7 through the MH tank inlet valve 11. Therefore, since the purged hydrogen from which water has been removed flows into the MH tank 7, the hydrogen storage alloy contained in the MH tank 7 is not oxidized, and deterioration of the hydrogen storage alloy can be prevented.
The second switching valve 9 switches the flow path to the dehumidifier 10B when the water content in the dehumidifier 10A is equal to or more than a predetermined value, and switches the flow path to the dehumidifier 10A when the water content in the dehumidifier 10B is equal to or more than the predetermined value. Switch.
[0019]
Then, for example, when the amount of water in the dehumidifier 10A becomes equal to or more than a predetermined value, the drying process is performed on the dehumidifier 10A as follows.
The drying process for the dehumidifier 10A is executed when the purge hydrogen is not discharged from the discharge valve 8, that is, while the discharge valve 8 is closed.
First, the MH tank inlet valve 11 is closed, and the first switching valve 4 is switched so that the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flows through the drying channel 25 and is not supplied to the humidifier 5. At the same time, the second switching valve 9 is switched so that gas flows into the dehumidifier 10A. Thereby, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flows from the hydrogen supply flow path 21 to the drying flow path 25 through the first switching valve 4, flows to the discharge flow path 23 via the connection portion A, After flowing through the dehumidifier 10A, it reaches the connection part B through the second switching valve 9, further returns to the hydrogen supply flow path 21 from the connection part C through the humidified hydrogen supply flow path 26, and further has the humidifier 5, The fuel is supplied to the anode of the fuel cell 2 through the ejector 6.
[0020]
Here, the hydrogen stored in the high-pressure hydrogen tank 3 has an extremely low dew point, and the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 has an extremely low humidity. Therefore, when the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 is passed through the dehumidifier 10A, the moisture adsorbed by the adsorbent in the dehumidifier 10A moves to the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3, and the dehumidifier 10A The inside can be dried, and the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 can be humidified. Then, the humidified hydrogen can be supplied to the anode of the fuel cell 2. That is, the water in the dehumidifier 10A can be removed by the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3, and the hydrogen can be supplied to the fuel cell 2.
[0021]
When the inside of the dehumidifier 10A is dried, the first switching valve 4 is switched so that the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 is supplied to the humidifier 5 so as not to flow through the drying channel 25. Further, the second switching valve 9 is switched so that the gas flows to the dehumidifier 10B, and the MH tank inlet valve 11 is opened to return to the normal state.
As described above, according to the hydrogen supply device 1, no new energy is required to dry the inside of the dehumidifier 10A, which is extremely advantageous in energy management. Further, hydrogen used for drying the dehumidifier 10A can also contribute to the reaction of the fuel cell 2, so that hydrogen is not wasted.
[0022]
Note that, when it is time to discharge the purge hydrogen during the drying process of the dehumidifier 10A, the drying process may be interrupted to prioritize the discharge of the purge hydrogen, and the drying process may be resumed after the discharge of the purge hydrogen is completed. Alternatively, priority may be given to the drying process for the dehumidifier 10A, and the discharge of purge hydrogen may be prohibited until the drying process is completed. Further, during the drying process of the dehumidifier 10A, the dehumidifiers 10A and 10B can be operated alternately by forming a pipe so that the purge hydrogen is dehumidified by the dehumidifier 10B.
[0023]
Next, control of the drying process of the dehumidifier 10A in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
The drying process control routine shown in FIG. 2 is executed at regular intervals by an electronic control unit (not shown).
First, in step S101, it is determined whether the amount of water in the dehumidifier 10A is equal to or greater than a predetermined value. The determination as to whether or not the water content of the dehumidifier 10A is equal to or greater than a predetermined value is made based on whether or not the number of times of circulation of purge hydrogen to the dehumidifier 10A (that is, the number of times of opening the discharge valve 8) has reached the predetermined number. Alternatively, the humidity sensor 14 may be provided downstream of the dehumidifiers 10A and 10B in the discharge channel 23, and the determination may be made based on whether the humidity detected by the humidity sensor 14 is equal to or more than a predetermined value, Alternatively, the determination may be made based on whether or not the integrated time of flowing the purge hydrogen through the dehumidifier 10A is equal to or longer than a predetermined time.
[0024]
If the determination result in step S101 is “NO” (lower than the predetermined value), the dehumidifier 10A continues to dehumidify the purge hydrogen.
If the determination result in step S101 is “YES” (predetermined value or more), the process proceeds to step S102, the MH tank inlet valve 11 is closed, the first switching valve 4 is switched to the drying channel 25, and the second switching is performed. The valve 9 is switched to the dehumidifier 10A side, and the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flows through the drying channel 25 to the dehumidifier 10A to dehumidify the inside of the dehumidifier 10A.
[0025]
Next, the process proceeds to step S103, and it is determined whether or not the inside of the dehumidifier 10A has been dried. The determination as to whether or not the inside of the dehumidifier 10A has dried may be made based on whether or not the flow time of the purge hydrogen to the dehumidifier 10A has exceeded a predetermined time, or the humidity in the humidified hydrogen supply passage 26 may be determined. A sensor 15 may be provided to determine whether the humidity detected by the humidity sensor 15 is equal to or less than a predetermined value.
[0026]
When the determination result in step S103 is “NO” (not sufficiently dried), the supply of the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 to the dehumidifier 10A is continued.
On the other hand, if the determination result in step S103 is “YES” (dry), the process proceeds to step S104, in which the first switching valve 4 is switched to the humidifier 5 side to return the gas flow path to the normal state, and the second The switching valve 9 is switched to the dehumidifier 10B side, the MH tank inlet valve 11 is opened, and the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flows to the humidifier 5 via the hydrogen supply flow path 21.
When the drying process is performed in this manner, hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 can be passed through the dehumidifier 10A to dry the inside of the dehumidifier 10A according to the amount of water in the dehumidifier 10A. As described above, the purge hydrogen having an appropriate dew point can be supplied to the MH tank 7 without drying the dehumidifier 10A.
Note that the same applies to the drying process for the dehumidifier 10B, and a description thereof will be omitted.
[0027]
FIG. 3 shows an example of a temporal change of the water concentration in the dehumidifier 10A and the water concentration of the purge hydrogen after passing through the dehumidifier 10A.
3A shows the purge hydrogen flow rate and the opening timing of the discharge valve 8, FIG. 3B shows the moisture concentration in the dehumidifier 10A, and FIG. 3C shows the purge after passing through the dehumidifier 10A. It shows the water concentration of hydrogen.
As shown in FIG. 3B, each time the purge hydrogen flows through the dehumidifier 10A, the water concentration in the dehumidifier 10A increases. Then, when the drying process is performed when the moisture concentration in the dehumidifier 10A reaches a predetermined value, the moisture concentration in the dehumidifier 10A rapidly decreases.
As shown in FIG. 3C, the moisture concentration of the purge hydrogen after passing through the dehumidifier 10A also increases each time the purge hydrogen flows through the dehumidifier 10A. However, since the drying process is performed when the moisture concentration in the dehumidifier 10A reaches a predetermined value, the moisture concentration of the purge hydrogen after passing through the dehumidifier 10A does not exceed the MH allowable moisture concentration. Here, the MH allowable moisture concentration is a moisture concentration that can be tolerated by the hydrogen storage alloy. If the MH allowable moisture concentration is equal to or lower than the MH allowable moisture concentration, there is almost no influence on the oxidation of the hydrogen storage alloy.
[0028]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows a schematic configuration of a hydrogen supply device for a fuel cell according to the second embodiment. The hydrogen stored in the high-pressure hydrogen tank 3 is supplied to the anode of the solid polymer electrolyte membrane fuel cell 2 through the hydrogen supply channel 41. In the hydrogen supply channel 41, a dehumidifier 50, a humidifier 5, and an ejector 6 are provided in this order from the side close to the high-pressure hydrogen tank 3. The anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell 2 is sucked into the ejector 6 through the hydrogen circulation channel 42, merges with fresh hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3, and is supplied again to the anode of the fuel cell 2. Is done.
[0029]
On the other hand, air is pressurized to a predetermined pressure by the air compressor 30 and supplied to the cathode of the fuel cell 2 through the air flow path 31. After the air supplied to the fuel cell 2 is used for power generation, the air is discharged from the fuel cell 2 to the cathode off-gas flow path 32 as a cathode off-gas.
A discharge flow path 43 for discharging the anode off-gas from the hydrogen circulation flow path 42 branches off from the hydrogen circulation flow path 42. The discharge flow path 43 is connected to the dehumidifier 50 described above, and further has a hydrogen storage capacity. It is connected to a hydrogen storage alloy tank 7 containing an alloy. In the discharge channel 43, a discharge valve 8 for discharging purge hydrogen is provided upstream of the dehumidifier 50.
[0030]
The dehumidifier 50 is a water-permeable membrane-type dehumidifier, in which purge hydrogen flows through one flow path across the water-permeable membrane, and hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flows through the other flow path. Moisture in the purge hydrogen is transferred to hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 to dehumidify the purge hydrogen and humidify the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3.
FIG. 5 is a conceptual diagram of the water permeation type dehumidifier 50. The humidifier 50 includes a large number of hollow cylindrical water permeable membranes 52 inside a case 51, a primary side passage (one flow path) 53 inside the water permeable membrane 52, and a secondary side outside the water permeable membrane 52. The discharge passage 43 is connected to the primary passage 53, and the hydrogen supply passage 41 is connected to the secondary passage 54.
[0031]
Then, when purge hydrogen is caused to flow through the primary side passage 53 and hydrogen (referred to as “fuel hydrogen” in FIG. 5) supplied from the high pressure hydrogen tank 3 is caused to flow through the secondary side passage 54, the hydrogen is supplied from the high pressure hydrogen tank 3. Since hydrogen has a very low humidity, the partial pressure of water vapor is low, and the purge hydrogen contains a large amount of water, so that the partial pressure of water vapor is high. Therefore, the water in the purge hydrogen flowing through the primary side passage 53 permeates through the water permeable membrane 52. It moves to the secondary passage 54. Thus, the purge hydrogen flowing through the primary passage 53 is dehumidified, and at the same time, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flowing through the secondary passage 54 is humidified.
Therefore, since the purged hydrogen from which water has been removed flows into the MH tank 7, the hydrogen storage alloy contained in the MH tank 7 is not oxidized, and deterioration of the hydrogen storage alloy can be prevented.
[0032]
Further, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 flows through the secondary passage 54 of the dehumidifier 50, and then is supplied to the anode of the fuel cell 2 through the humidifier 5 and the ejector 6. Therefore, also in the second embodiment, the moisture in the dehumidifier 50 can be removed with the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 and the hydrogen can be supplied to the fuel cell 2.
The type of the water permeable dehumidifier 50 is not limited to the type using such a hollow cylindrical water permeable membrane 52.
[0033]
The purge hydrogen dehumidified by the dehumidifier 50 is temporarily stored in the MH tank 7 and, if necessary, is supplied to the hydrogen supply passage 41 located upstream of the dehumidifier 50 via the purge hydrogen supply passage 44. It is returned and supplied to the fuel cell 2 as fuel. The purge hydrogen supply channel 44 is provided with a check valve 12 for preventing hydrogen from flowing back from the hydrogen supply channel 41 to the MH tank 7.
[0034]
In the hydrogen supply device 1 according to the second embodiment, even when purge hydrogen is not flowing through the primary side passage 53 of the dehumidifier 50, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 3 is supplied to the dehumidifier 50. Since the secondary-side passage 54 is circulated, the water-permeable membrane 52 can be previously dried before the purge hydrogen flows into the dehumidifier 50.
Therefore, the purge hydrogen can be introduced into the dehumidifier 50 while maintaining the water absorption capacity of the water permeable membrane 52 high (in other words, while maintaining the dehumidification performance of the dehumidifier 50 high). When flowing into the vessel 50, the water vapor in the purge hydrogen can be quickly absorbed by the water permeable membrane 52, and the water in the purge hydrogen can be reliably removed.
[0035]
FIG. 6 shows an example of the change over time in the water concentration in the dehumidifier 50 and the water concentration of the purge hydrogen after passing through the dehumidifier 50.
6A shows the purge hydrogen flow rate and the opening timing of the discharge valve 8, FIG. 6B shows the water concentration in the water permeable membrane 52 in the dehumidifier 50, and FIG. 6C shows the dehumidifier. It shows the moisture concentration of purge hydrogen after 50 passes.
As shown in FIG. 6B, the water concentration in the water permeable membrane 52 temporarily increases each time the purge hydrogen flows through the dehumidifier 50, but immediately the water concentration in the water permeable membrane 52 decreases. Go.
On the other hand, the moisture concentration of the purge hydrogen after passing through the dehumidifier 50 does not change much and is always kept below the MH allowable moisture concentration as shown in FIG.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the moisture of the purge hydrogen can be removed by the dehumidifier and the dehumidified purge hydrogen can be supplied to the hydrogen storage alloy tank. Can be prevented, and deterioration of the hydrogen storage alloy can be prevented. In addition, the inside of the dehumidifier can be dried with hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank, and humidified hydrogen can be supplied to the fuel cell by removing moisture from the dehumidifier. No new energy is required for this purpose, which is extremely advantageous in energy management, and hydrogen used for drying can also contribute to the reaction of the fuel cell, so that hydrogen is not wasted.
[0037]
According to the invention according to claim 2, in addition to the effect of the invention according to claim 1, hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank is circulated through the dehumidifier in accordance with the amount of water in the dehumidifier, and the inside of the dehumidifier is Can be dried, so that the purge hydrogen having an appropriate dew point can be supplied to the hydrogen storage alloy tank without drying the dehumidifier more than necessary.
According to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the first aspect, the dehumidification of the purge hydrogen and the humidification of the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank can be performed simultaneously.
[0038]
According to the invention according to claim 4, it is possible to dry the inside of the dehumidifier by flowing the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank through the dehumidifier only when the water content in the dehumidifier is equal to or more than the predetermined value.
According to the invention according to claim 5, the water permeable membrane of the dehumidifier can be always kept in a dry state before the purge hydrogen flows through the dehumidifier, so that the dehumidifier has a high dehumidifying performance. Purge hydrogen can be introduced, and moisture in the purge hydrogen can be reliably removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen supply device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a drying process control according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a change over time in the water concentration in the dehumidifier and downstream of the dehumidifier in the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a hydrogen supply device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a water permeable membrane type dehumidifier according to the second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a change over time in the water concentration in the dehumidifier and downstream of the dehumidifier in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell hydrogen supply system
2 Fuel cell
3 High-pressure hydrogen tank
4 First switching valve
7 Hydrogen storage alloy tank
8 Discharge valve
10A, 10B dehumidifier
21,41 hydrogen supply channel
22,42 Hydrogen circulation channel
23, 43 discharge channel
25 Drying channel
50 Dehumidifier
52 water permeable membrane
53 Primary passage (one flow passage)
54 Secondary passage (other passage)
