JP2007324086A - 燃料電池式発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】水素供給源として水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置のみを用いながら、さらなる小型化が可能な燃料電池式発電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】燃料電池式発電システム１を、燃料電池２と、燃料電池２とは別体にして設けられた燃料電池支援装置３とを有する構成とする。燃料電池２を、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置１１と、水素貯蔵装置１１に貯蔵された水素を利用して発電を行う燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２の発する熱を回収する冷却装置１３と、冷却装置１３の廃熱を水素吸蔵合金に伝達する熱伝達装置１４とを有する構成とする。燃料電池支援装置３を、熱伝達装置１４に温熱を供給する温熱供給装置４１を有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置を内蔵する燃料電池式発電システムに関するものである。

燃料電池は、一対の電極とこれら電極を隔てる電解質とを有するセル（発電素子）を備えている。燃料電池は、このセルの一方の電極に水素を供給し、他方の電極に酸素を供給することで、これら水素と酸素とを化学反応させて、これら電極間に電力を発生させるものである。各セルが発生させる電力はそれほど大きくないので、実際の燃料電池では、複数のセルを電気的に接続することによって必要な電力を発生させている（このセルの集合体を「燃料電池スタック」という）。

燃料電池は、上記のように燃焼反応を行わないクリーンな電源であるため、潜水艇などの閉鎖環境内で使用される装置の電源として好適に利用されている。
燃料電池を用いた発電システムとしては、例えば、後記の特許文献１に記載の燃料電池システムが知られている。
特許文献１に記載の燃料電池システムは、水素供給装置と、水素吸蔵合金を有する水素貯蔵装置とを用いたものである。この燃料電池システムは、水素供給装置から燃料電池に水素を供給して燃料電池を作動させるとともに、水素供給装置から水素貯蔵装置にも水素を供給することによってこの水素を一時的に水素貯蔵装置に貯蔵して、必要に応じてこの水素貯蔵装置からも燃料電池に水素を供給する構成とされている。

ここで、水素吸蔵合金は、所定温度まで加熱することで水素を放出し、所定温度まで冷却することで水素を吸蔵するものである。このため、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金として、燃料電池の冷却水の熱によって加熱することで水素を放出し、燃料電池が停止するなどして冷却水による加熱が停止することによって水素を吸蔵するものが用いられている。

特開２００２−３７３６９０号公報

水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置では、水素が水素吸蔵合金内に取り込まれた状態で貯蔵されるので、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置は、水素を高圧ガスや液化ガスの状態で貯蔵する水素貯蔵装置に比べて、安全性に優れている。
このため、移動体に搭載される燃料電池式発電システム、もしくは閉鎖環境で用いられる燃料電池式発電システムのように、特に安全性を優先する分野に用いられる燃料電池式発電システムでは、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置を用いて燃料電池に水素を供給する構成を採用することが好ましい。
また、潜水艇のような閉鎖環境内で使用される装置では、内部のスペースに限りがあるため、燃料電池についても、占有スペースを極力小さくすることが求められている。

しかし、前記のように、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置では、水素の放出や水素の貯蔵を行うためには、水素吸蔵合金の温度を調節する必要がある。
特許文献１に記載の燃料電池システムのように、燃料電池の冷却水の熱によって水素吸蔵合金を加熱する構成では、燃料電池が停止しているなどして燃料電池の冷却水が温まっていない状態では、水素吸蔵合金を加熱することができない。
このため、燃料電池式発電システムを、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置のみを用いて燃料電池に水素を供給する構成とするためには、新たに水素吸蔵合金の温度を調節する温度調節装置を設ける必要があるので、小型化が困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水素供給源として水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置のみを用いながら、さらなる小型化が可能な燃料電池式発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
すなわち、本発明は、燃料電池と、該燃料電池とは別体にして設けられた燃料電池支援装置とを有し、前記燃料電池が、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置と、該水素貯蔵装置に貯蔵された水素を利用して発電を行う燃料電池スタックと、該燃料電池スタックの発する熱を回収する冷却装置と、該冷却装置の廃熱を前記水素吸蔵合金に伝達する熱伝達装置とを有し、前記燃料電池支援装置が、前記熱伝達装置に温熱を供給する温熱供給装置を有している燃料電池式発電システムを提供する。

このように構成される燃料電池式発電システムでは、水素貯蔵装置内に貯蔵された水素を利用して発電を行うにあたって、まず、燃料電池と燃料電池支援装置とを接続して、燃料電池支援装置に設けられた温熱供給装置によって、熱伝達装置に温熱を供給する。
これにより、この温熱が、熱伝達装置によって水素貯蔵装置の水素吸蔵合金に伝達されて、水素吸蔵合金が加熱される。
このように水素吸蔵合金が加熱されることで、水素吸蔵合金が水素を放出して、水素貯蔵装置から燃料電池スタックへの水素の供給が行われて、燃料電池スタックによる発電が行われる。

燃料電池スタックによる発電が開始されると、発電を行うことで燃料電池スタックから発せられた熱が、冷却装置によって回収され、この熱が、熱伝達装置によって水素吸蔵合金に供給される。すなわち、燃料電池スタックによる発電が開始されたのちは、水素吸蔵合金は、燃料電池スタックの廃熱によって加熱されるので、燃料電池支援装置から熱伝達装置への温熱の供給を停止しても、水素貯蔵装置から燃料電池スタックへの水素の供給が継続される。
このため、燃料電池を一旦起動したのちは、燃料電池と燃料電池支援装置とを切り離して、燃料電池を独立して運用することができる。

また、前記燃料電池支援装置が、前記熱伝達装置に冷熱を供給する冷熱供給装置と、前記水素貯蔵装置に水素を供給する水素供給装置とを有していてもよい。
この場合には、水素貯蔵装置に水素を貯蔵する際には、まず、冷熱供給装置によって熱伝達装置に冷熱を供給する。
これにより、この冷熱が、熱伝達装置によって水素貯蔵装置の水素吸蔵合金に伝達されて、水素吸蔵合金が冷却される。
このように水素吸蔵合金が冷却された状態で、水素供給装置から水素貯蔵装置に水素を供給することで、水素吸蔵合金による水素の吸蔵が行われて、水素貯蔵装置に水素が貯蔵される。

すなわち、この構成では、水素貯蔵装置に水素を貯蔵する際に、水素吸蔵合金を冷却することができるので、水素貯蔵装置に用いる水素吸蔵合金として、水素吸蔵が行われる温度がより低い水素吸蔵合金（言い換えれば、水素放出が行われる温度がより低い水素吸蔵合金）を用いることができ、燃料電池の設計の自由度が向上する。
さらに、冷熱供給装置及び水素供給装置は、燃料電池とは独立した燃料電池支援装置に設けられているので、燃料電池を大型化することなしに、燃料電池の設計の自由度を向上させることができる。

また、前記冷却装置が、一部を前記燃料電池スタックに接触させて設けられる冷媒循環流路と、該冷媒循環流路内で冷媒を循環させる冷媒循環装置とを有し、前記熱伝達装置が、一部を前記水素吸蔵合金に接触させて設けられた熱媒体循環流路と、該熱媒体循環流路内で熱媒体を循環させる熱媒体循環装置と、前記熱媒体循環流路内を循環する前記熱媒体と前記冷媒循環流路内の前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを有し、前記温熱供給装置または前記冷熱供給装置が、前記熱媒体循環流路に着脱を可能にして接続されて該熱媒体循環流路の一部を構成する外部熱媒体循環流路と、該外部熱媒体循環流路内を流通する前記熱媒体の温度調整を行う温度調節装置とを有していてもよい。

この場合には、燃料電池の熱媒体循環流路と燃料電池支援装置の外部熱媒体循環流路とを接続した状態で、燃料電池支援装置に設けられる温度調節装置によって、外部熱媒体循環流路内の熱媒体を加熱または冷却しながら、外部熱媒体循環流路を含む熱媒体循環流路内で熱媒体を循環させることで、温度調節装置によって加熱または冷却された熱媒体が水素吸蔵合金内に送り込まれて、水素吸蔵合金の加熱または冷却が行われる。
このように、熱伝達装置の熱媒体循環流路内に、温熱供給装置または冷熱供給装置の外部熱媒体循環流路内から加熱または冷却された熱媒体を直接送り込む構成とすることで、温熱供給装置または冷熱供給装置と熱伝達装置との間で熱を伝達するために、前記熱媒体循環流路内を循環する前記熱媒体と前記冷媒循環流路内の前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器に加えて、燃料電池内部の前記熱媒体循環流路に新たに熱交換器などの装置を設けずに済むので、燃料電池のより一層の小型化を図ることができる。

また、このように、燃料電池に設けられる熱媒体循環流路が燃料電池支援装置に設けられる外部熱媒体循環流路に接続される構成では、外部熱媒体循環流路を含む熱媒体循環流路内で熱媒体を循環させることで、燃料電池の熱媒体循環流路内に熱伝達を阻害する気泡が混入していた場合にも、この気泡を容易に外部熱媒体循環流路に押し出して除去することができ、管理が容易である。

また、前記熱媒体循環流路が、前記熱交換器に挿通される熱交換用流路と、前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、前記熱媒体の流通方向を前記熱交換流路と前記バイパス流路とのうちのいずれか一方に切り換える流通方向制御装置とを有していてもよい。
この場合には、流通方向制御装置によって熱媒体の流通方向を熱交換流路に切り換えた状態で、燃料電池支援装置の外部熱媒体循環流路から熱媒体循環流路内に加熱された熱媒体を供給することで、熱交換流路内にも加熱された熱媒体が送り込まれることになる。このため、熱交換器に供給される冷媒の温度と熱交換器に供給される熱媒体の温度とのミスマッチが小さくなり、燃料電池の温度調節がスムーズになり、燃料電池の発電性能が安定する。

一方、流通方向制御装置によって熱媒体の流通方向をバイパス流路に切り換えた状態で、燃料電池支援装置の外部熱媒体循環流路から熱媒体循環流路内に加熱または冷却された熱媒体を供給することで、加熱または冷却された熱媒体が熱交換器を迂回する。このため、外部熱媒体循環流路から熱媒体循環流路内に供給した熱媒体の温熱または冷熱が熱交換器に奪われることなく、水素貯蔵装置の水素吸蔵合金に効果的に伝達されるので、水素吸蔵合金の温度調整を高効率かつ速やかに行うことができる。

このように構成される燃料電池式発電システムによれば、燃料電池を一旦起動したのちは、燃料電池と燃料電池支援装置とを切り離して、燃料電池を独立して運用することができるので、水素供給源として水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置のみを用いながら、さらなる小型化が可能である。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係る燃料電池式発電システムは、例えば、潜水艇等の移動体の電源として用いられるものである。図１に示すように、本実施形態に示す燃料電池式発電システム１は、単独で移動体に搭載される燃料電池２と、移動体の基地等に燃料電池２とは別体にして設けられた燃料電池支援装置３とを有している。

燃料電池２は、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置１１と、酸素貯蔵装置（図示せず）と、水素貯蔵装置１１に貯蔵された水素及び酸素貯蔵装置に貯蔵された酸素を利用して発電を行う燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２を加湿する加湿装置（図示せず）とを有している。
ここで、燃料電池の構成は、水素貯蔵装置１１及び図示されていない酸素貯蔵装置をそれぞれガスラインによって燃料電池スタック１２の各セルに接続した構成（デッドエンド方式）と、水素と酸素とをより効率よく反応させることができるよう、各ガスラインをループ状にして、各セルに供給した水素及び酸素が再度各セルに供給される構成（循環型）とのうち、どちらの構成であってもよい。

燃料電池２は、燃料電池スタック１２の発する熱を回収する冷却装置１３と、冷却装置１３の廃熱を、水素貯蔵装置１１の水素吸蔵合金に伝達する熱伝達装置１４とを有している。
水素貯蔵装置１１と燃料電池スタック１２の水素取入口とは、水素供給管路１６を介して接続されている。この水素供給管路１６上には、水素供給管路１６を開閉する水素供給バルブ１７が設けられており、この水素供給バルブ１７を制御することで、水素貯蔵装置１１から燃料電池スタック１２への水素の供給及び供給停止が制御されるようになっている。

冷却装置１３は、一部を燃料電池スタック１２に接触させて設けられる冷媒循環流路２１と、冷媒循環流路２１内で冷媒を循環させる冷媒循環装置２２とを有している。
本実施形態では、冷媒循環流路２１内を流通する冷媒として純水が用いられており、冷媒循環装置２２として、冷媒循環流路２１に接続された圧送ポンプが用いられている。
熱伝達装置１４は、一部を水素貯蔵装置１１の水素吸蔵合金に接触させて設けられた熱媒体循環流路２６と、熱媒体循環流路２６内で熱媒体を循環させる熱媒体循環装置２７と、熱媒体循環流路２６内を循環する熱媒体と冷媒循環流路内の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器２８とを有している。
本実施形態では、熱媒体循環流路２６内を流通する熱媒体として純水が用いられており、熱媒体循環装置２７として、熱媒体循環流路２６に接続された圧送ポンプが用いられている。

熱媒体循環流路２６は、熱交換器２８に挿通される熱交換用流路２６ａと、熱交換器２８をバイパスするバイパス流路２６ｂと、熱媒体の流通方向を、熱交換流路２６ａとバイパス流路２６ｂとのうちのいずれか一方に切り換える流通方向制御装置２９とを有している。
流通方向制御装置２９は、熱交換用流路２６ａにおいて熱交換器２８との接続部位よりも上流側に設けられる上流側熱交換用バルブ３１ａと、熱交換器２８との接続部位よりも下流側に設けられる下流側熱交換用バルブ３１ｂと、バイパス流路２６ｂに設けられるバイパス用バルブ３２とを有している。
すなわち、この熱媒体循環流路２６では、バイパス用バルブ３２を閉塞して上流側熱交換用バルブ３１ａ及び下流側熱交換用バルブ３１ｂを開放することで、熱媒体が熱交換流路２６ａに供給され、上流側熱交換用バルブ３１ａ及び下流側熱交換用バルブ３１ｂを閉塞してバイパス用バルブ３２を開放することで、熱媒体がバイパス流路２６ｂに供給されるようになっている。

燃料電池支援装置３は、熱伝達装置１４に温熱を供給する温熱供給装置４１を有している。
また、燃料電池支援装置３は、燃料電池２の水素貯蔵装置１１に水素を供給する水素供給装置４２と、燃料電池２の図示されていない酸素貯蔵装置に酸素を供給する酸素供給装置（図示せず）と、燃料電池２の図示されていない加湿装置に加湿用の純水を供給する純水供給装置（図示せず）と、燃料電池２の熱伝達装置１４に冷熱を供給する冷熱供給装置４３とを有している。
ここで、燃料電池支援装置３を構成する各装置は、燃料電池２対して着脱を可能にして接続される。

水素供給装置４２は、水素貯蔵タンク等の水素供給源４２ａと、この水素供給源４２ａと水素貯蔵装置１１とを接続する外部水素供給管路４２ｂと、外部水素供給管路４２ｂの燃料電池支援部３内に位置する部位に設けられて、水素供給源４２ａからの水素の供給量を制御する流量調整装置４２ｃとを有している。

本実施形態では、外部水素供給管路４２ｂは、燃料電池２に設けられる水素供給側接続配管４２ｄを介して、水素供給管路１６において水素供給バルブ１７の前段位置に接続されているが、本発明は、このような接続形態に限られるものではなく、水素供給源４２ａから燃料電池２への水素の供給が可能であれば、外部水素供給管路４２ｂは、水素供給側接続配管４２ｄを介して、水素貯蔵装置１１の任意の位置に接続することができる。
また、水素側接続配管４２には、水素側接続配管４２ｄを開閉する供給制御バルブ４２ｅが設けられている。
これにより、水素供給バルブ１７を閉塞し、供給制御バルブ４２ｅを開放した状態では、水素供給源４２ａから供給される水素が、外部水素供給管路４２ｂ、水素側接続配管４２ｄ、及び水素供給管路１６を通じて水素貯蔵装置１１内に供給されるようになっている。また、供給制御バルブ４２ｅを閉塞し、水素供給バルブ１７を開放した状態では、水素貯蔵装置１１から水素供給管路１６を通じて燃料電池スタック１２に水素が供給されるようになっている。

ここで、水素側接続配管４２ｄは、外部水素供給管路４２ｂに対して、コネクタ等の接続機構Ｊを介して着脱を可能にして接続されている。この接続機構Ｊには、外部水素供給管路４２ｂ及び水素側接続配管４２ｄの接続端をそれぞれ閉塞する閉塞装置（図示せず）が設けられており、これにより、外部水素供給管路４２ｂと水素側接続配管４２ｄとを分離する際に、外部水素供給管路４２ｂ及び水素側接続配管４２ｄの接続端をそれぞれ閉塞することができるようになっている。

温熱供給装置４１は、熱媒体循環流路２６に着脱を可能にして接続されてこの熱媒体循環流路２６の一部を構成する外部熱媒体循環流路４６と、外部熱媒体循環流路４６内を流通する熱媒体の温度調整を行う温度調節装置４７とが設けられている。
温度調節装置４７は、熱媒体の加熱及び冷却が可能な構成とされている。
すなわち、本実施形態では、温熱供給装置４１は、冷熱供給装置４３を兼ねている。
温度調節装置４７としては、例えば冷凍サイクルを用いて外気と熱媒体との間で熱交換を行う構成のもの（冷凍サイクル装置）が用いられる。

また、外部熱媒体循環流路４６上には、熱媒体循環流路２６から供給された熱媒体を一時貯留する貯留タンク４８と、この貯留タンク４８から熱媒体を取り出して後段に圧送する圧送ポンプ４９とが設けられている。
これにより、熱媒体循環流路２６から気泡を含んだ熱媒体が供給されても、この気泡が貯留タンク４８内に回収される。そして、圧送ポンプ４９は、貯留タンク４８から熱媒体を取り出す際に気泡と液体との分離が可能であるので、圧送ポンプ４９の後段には、気泡を含まない熱媒体が圧送される。

外部熱媒体循環流路４６は、入口側の端部を、燃料電池２に設けられた入口側接続路５１を介して熱媒体循環流路２６に接続されており、出口側の端部を、燃料電池２に設けられた出口側接続路５２を介して熱媒体循環流路２６に接続されている。
入口側接続路５１には、入口側接続路５１を開閉する入口側バルブ５６が設けられており、出口側接続路５２には、出口側接続路５２を開閉する出口側バルブ５７が設けられている。また、熱媒体循環流路２６には、入口側接続路５１との接続部と出口側接続路５２との接続部との間に、この部位における熱媒体の流通を規制する流通規制バルブ５３が設けられている。
すなわち、流通規制バルブ５３を閉塞して、入口側バルブ５６及び出口側バルブ５７を開放することで、熱媒体循環流路２６内の熱媒体は、入口側接続路５１を通じて外部熱媒体循環流路４６に供給されて、温度調節装置４７による温度調節を受けたのちに、出口側接続路５２を通じて、熱媒体循環流路２６において入口側接続路５１が接続される部位よりも後段の位置に供給される。
また、入口側バルブ５６及び出口側バルブ５７を閉塞して、熱媒体循環流路２６の流通規制バルブ５３を開放することで、熱媒体循環流路２６内の熱媒体は、外部熱媒体循環流路４６を経由せずに直接水素貯蔵装置１１に供給される。

ここで、入口側接続路５１及び出口側接続路５２は、熱媒体循環路２６の任意の位置に接続することができる。例えば、入口側接続路５１及び出口側接続路５２は、熱媒体循環路２６において、熱媒体循環装置２７と水素貯蔵装置１１との間の部分に接続されていてもよく、また、水素貯蔵装置１１と熱交換器２８との間の部分に接続されていてもよい。
本実施形態では、入口側接続路５１は熱媒体循環流路２６の熱交換流路２６ａの後段側に接続されており、出口側接続路５２は、熱媒体循環流路２６の入口側接続路５１との接続部よりも後段側（かつ熱媒体循環装置２７の前段側）に接続されている。これにより、流通規制バルブ５３を閉じ、入口側バルブ５６及び出口側バルブ５７を開放することで、熱媒体循環流路２６内で熱交換器２８を通過した熱媒体が、外部熱媒体循環流路４６内を通過して、温度調節装置４７による温度調整を受けたのちに、水素貯蔵装置１１に供給される。

ここで、入口側接続路５１は、外部熱媒体循環流路４６に対して、前記の接続機構Ｊを介して着脱を可能にして接続されている。これにより、入口側接続路５１と外部熱媒体循環流路４６とを分離する際に、入口側接続路５１及び外部熱媒体循環流路４６の接続端をそれぞれ閉塞することができるようになっている。
同様に、出口側接続路５２は、外部熱媒体循環流路４６に対して、接続機構Ｊを介して着脱を可能にして接続されている。これにより、出口側接続路５２と外部熱媒体循環流路４６とを分離する際に、出口側接続路５２及び外部熱媒体循環流路４６の接続端をそれぞれ閉塞することができるようになっている。

なお、熱媒体循環流路２６のバイパス流路２６ｂは、外部熱媒体循環流路４６の入口側の端部に対して、前記の接続機構Ｊを介して着脱を可能にして接続されていてもよい。
この場合には、バイパス流路２６ｂに供給された熱媒体は、外部熱媒体循環流路４６内を通過して、温度調節装置４７による温度調節を受けたのちに、水素貯蔵装置１１に供給される。また、バイパス流路２６ｂと外部熱媒体循環流路４６とを分離する際に、バイパス流路２６ｂ及び外部熱媒体循環流路４６の接続端をそれぞれ閉塞することができる。

このように構成される燃料電池式発電システム１では、燃料電池２の起動にあたっては、燃料電池２と燃料電池支援装置３とを接続した状態で起動操作を行う。
燃料電池２の起動操作にあたっては、まず、外部熱媒体循環流路４６を、入口側接続路５１、出口側接続路５２、及びバイパス流路２６ｂに対して接続する（同様にして、酸素供給装置及び純水供給装置も燃料電池２に接続する）。また、必要に応じて、外部水素供給管路４２ｂと水素側接続配管４２ｄとの接続も行う。

次に、入口側バルブ５６、出口側バルブ５７、上流側熱交換用バルブ３１ａ、及び下流側熱交換用バルブ３１ｂを開放し、流通規制バルブ５３及びバイパス用バルブ３２を閉塞するとともに、熱媒体循環装置２７及び圧送ポンプ４９を作動させる。
これにより、熱媒体循環流路２６内の熱媒体が、熱交換用流路２６ａ及び外部熱媒体循環流路４６を通過する。
この状態で、温熱供給装置４１の温度調節装置４７によって外部熱媒体循環流路４６内を流通する熱媒体の温度を上昇させることで、加熱された熱媒体が水素貯蔵装置１１の水素吸蔵合金に供給されて、この熱媒体の温熱が水素吸蔵合金に伝達される。
このようにして水素吸蔵合金が加熱されることで、水素吸蔵合金が水素を放出して、水素貯蔵装置１１から燃料電池スタック１２への水素の供給が行われて、燃料電池スタック１２による発電が行われる。

燃料電池スタック１２による発電が開始されると、発電を行うことで燃料電池スタック１２から発せられた熱が、冷却装置１３によって回収される。この熱は、熱交換器２８を介して熱伝達装置１４に伝達され、熱伝達装置１４によって水素吸蔵合金に伝達される。
すなわち、燃料電池スタック１２による発電が開始されたのちは、水素吸蔵合金は、燃料電池スタック１２の廃熱によって加熱されるので、燃料電池支援装置３から熱伝達装置１４への温熱の供給を停止しても、水素貯蔵装置１１から燃料電池スタック１２への水素の供給が継続される。
このため、燃料電池２を一旦起動したのちは、燃料電池２と燃料電池支援装置３とを切り離して、燃料電池２を独立して運用することができる。
このように、本実施形態に係る燃料電池式発電システム１は、燃料電池２に搭載される水素供給源として水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置１１のみを用いながら、燃料電池２を独立して運用することができるので、さらなる小型化が可能である。

また、この燃料電池式発電システム１は、上記のように、熱伝達装置１４の熱媒体循環流路２６内に、温熱供給装置４１（冷熱供給装置４３を兼ねる）の外部熱媒体循環流路４６内から加熱または冷却された熱媒体を直接送り込む構成とされている。これにより、温熱供給装置４１と熱伝達装置１４との間で熱を伝達するために、熱媒体循環流路２６内を循環する熱媒体と冷媒循環流路２１内の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器２８に加えて、燃料電池２内部の熱媒体循環流路２６に新たに熱交換器などの装置を設けずに済む。すなわち、本実施形態に係る燃料電池式発電システム１は、燃料電池２に搭載される水素供給源として水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置１１のみを用いながら、燃料電池２を独立して運用することができるので、より一層の小型化を図ることができる。

また、この燃料電池式発電システム１は、燃料電池２に設けられる熱媒体循環流路２６が燃料電池支援装置３に設けられる貯留タンク４８を配置した外部熱媒体循環流路４６に直接接続されている。
このため、外部熱媒体循環流路４６を含む熱媒体循環流路２６内で熱媒体を循環させることで、燃料電池２の熱媒体循環流路２６内に熱伝達を阻害する気泡が混入していた場合にも、この気泡を容易に外部熱媒体循環流路４６に押し出して除去することができ、管理が容易である。

また、この燃料電池式発電システム１では、上記のように、燃料電池２の起動にあたっては、熱媒体循環流路２６内の加熱された熱媒体は、熱交換流路２６ａ内を流通する。
このため、燃料電池２の起動時には、熱交換器２８に供給される冷媒の温度と熱交換器２８に供給される熱媒体の温度とのミスマッチが小さくなるので、燃料電池２の温度調節がスムーズになり、燃料電池２の発電性能が安定する。
また、燃料電池２に対して、必要に応じて水素供給装置４２を（酸素供給装置も）接続しておくことによって、水素貯蔵装置１１の水素吸蔵合金が十分温まるまでの間は、支援装置側から水素を（酸素も）供給することが出来るため、起動中に使用する水素を（酸素も）燃料電池２内に保持しておく必要が無くなる。これにより、燃料電池２のより一層の小型化を図ることができる。

この燃料電池式発電システム１では、水素貯蔵装置１１に水素を貯蔵するにあたっては、燃料電池２と燃料電池支援装置３とを接続した状態で、水素貯蔵装置１１への水素の供給を行う。
具体的には、まず、燃料電池２の起動時と同様にして燃料電池２と燃料電池支援装置３を接続する。このときの各バルブの開閉状態は、燃料電池２の起動時における開閉状態と同様である。
この状態で、冷熱供給装置４３の温度調節装置４７によって外部熱媒体循環流路４６内を流通する熱媒体の温度を低下させることで、冷却された熱媒体が水素貯蔵装置１１の水素吸蔵合金に供給されて、この熱媒体の冷熱が水素吸蔵合金に伝達される。

このように水素吸蔵合金が冷却された状態で、供給制御バルブ４２ｅを開放し、水素供給バルブ１７を閉塞して、水素供給源４２ａから水素貯蔵装置１１に水素を供給することで、水素貯蔵装置１１に供給された水素が水素貯蔵装置１１内の水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。

すなわち、本実施形態に示す燃料電池式発電システム１では、水素貯蔵装置１１に水素を貯蔵する際に、水素吸蔵合金を冷却することができるので、水素貯蔵装置１１に用いる水素吸蔵合金として、水素吸蔵が行われる温度がより低い水素吸蔵合金（言い換えれば、水素放出が行われる温度がより低い水素吸蔵合金）を用いることができ、燃料電池２の設計の自由度が向上する。
さらに、冷熱供給装置４３及び水素供給装置４２は、燃料電池２とは独立した燃料電池支援装置３に設けられているので、燃料電池２を大型化することなしに、燃料電池２の設計の自由度を向上させることができる。

ここで、上記の燃料電池２の起動操作、及び水素貯蔵装置１１への水素供給動作を、流通方向制御装置２９によって熱媒体の流通方向をバイパス流路２６ｂに切り換えた状態で行うと、熱媒体が熱交換器２８を迂回する。
この場合には、外部熱媒体循環流路４６から熱媒体循環流路２６内に供給された熱媒体の温熱または冷熱が熱交換器２８に奪われることなく、水素貯蔵装置１１の水素吸蔵合金に効果的に伝達されるので、水素吸蔵合金の温度調整を高効率かつ速やかに行うことができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池式発電システムを示すブロック図である。

符号の説明

１ 燃料電池式発電システム
２ 燃料電池
３ 燃料電池支援装置
１１ 水素貯蔵装置
１２ 燃料電池スタック
１３ 冷却装置
１４ 熱伝達装置
２１ 冷媒循環流路
２２ 冷媒循環装置
２６ 熱媒体循環流路
２６ａ 熱交換用流路
２６ｂ バイパス流路
２７ 熱媒体循環装置
２８ 熱交換器
２９ 流通方向制御装置
４１ 温熱供給装置
４２ 水素供給装置
４３ 冷熱供給装置
４６ 外部熱媒体循環流路
４７ 温度調節装置

Claims (4)

1. 燃料電池と、
   該燃料電池とは別体にして設けられた燃料電池支援装置とを有し、
   前記燃料電池が、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置と、
   該水素貯蔵装置に貯蔵された水素を利用して発電を行う燃料電池スタックと、
   該燃料電池スタックの発する熱を回収する冷却装置と、
   該冷却装置の廃熱を前記水素吸蔵合金に伝達する熱伝達装置とを有し、
   前記燃料電池支援装置が、前記熱伝達装置に温熱を供給する温熱供給装置を有している燃料電池式発電システム。
2. 前記燃料電池支援装置が、前記熱伝達装置に冷熱を供給する冷熱供給装置と、
   前記水素貯蔵装置に水素を供給する水素供給装置とを有している請求項１記載の燃料電池式発電システム。
3. 前記冷却装置が、一部を前記燃料電池スタックに接触させて設けられる冷媒循環流路と、
   該冷媒循環流路内で冷媒を循環させる冷媒循環装置とを有し、
   前記熱伝達装置が、一部を前記水素吸蔵合金に接触させて設けられた熱媒体循環流路と、
   該熱媒体循環流路内で熱媒体を循環させる熱媒体循環装置と、
   前記熱媒体循環流路内を循環する前記熱媒体と前記冷媒循環流路内の前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器とを有し、
   前記温熱供給装置または前記冷熱供給装置が、前記熱媒体循環流路に着脱を可能にして接続されて該熱媒体循環流路の一部を構成する外部熱媒体循環流路と、
   該外部熱媒体循環流路内を流通する前記熱媒体の温度調整を行う温度調節装置とを有している請求項１または２に記載の燃料電池式発電システム。
4. 前記熱媒体循環流路が、前記熱交換器に挿通される熱交換用流路と、
   前記熱交換器をバイパスするバイパス流路と、
   前記熱媒体の流通方向を前記熱交換流路と前記バイパス流路とのうちのいずれか一方に切り換える流通方向制御装置とを有している請求項３または４に記載の燃料電池式発電システム。

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