JP2008037731A - Hydrogen generation system, fuel cell system, and fuel cell automobile - Google Patents

Hydrogen generation system, fuel cell system, and fuel cell automobile Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generation system which is suppressed in the amount of by-product gases generated and generates a necessary amount of hydrogen. <P>SOLUTION: The hydrogen generation system HGS is provided with a container (tank) 21 which holds a hydrogen storage material 30 which generates by-product gases in an amount which depends on the temperature, a temperature adjustment means (heating and cooling apparatus) 22 which adjusts the temperature in the container 21, and a control means (hydrogen generation controller HGC/thermometer 25) that estimates the quantity of by-product gases generated in the tank 21 and controls the temperature adjustment means 22 according to the estimated quantity. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、水素発生システム、燃料電池システム及び燃料電池自動車に関する。   The present invention relates to a hydrogen generation system, a fuel cell system, and a fuel cell vehicle.

近年、燃料電池車両に搭載するための固体高分子型燃料電池の開発競争が活発に繰り広げられている。このような燃料電池車両の実用化のために、軽量で水素吸蔵密度が高く、繰返し耐性の高い水素水素貯蔵材料を用いた効率的な水素吸蔵、発生法の開発が望まれている。   In recent years, development competition for solid polymer fuel cells to be installed in fuel cell vehicles has been actively developed. In order to put such a fuel cell vehicle into practical use, it is desired to develop an efficient hydrogen storage and generation method using a hydrogen hydrogen storage material that is lightweight, has a high hydrogen storage density, and has a high resistance to repetition.

そこで、金属水素化物と金属アミド化合物とを含む水素貯蔵材料を反応容器に充填して用いることが検討されている(特許文献1参照)。金属水素化物と金属アミド化合物との混合物は、水素貯蔵材料として非常に高い性能を有しており、温度を上昇させるにつれて水素発生速度が向上する。
特開2006−7064号公報
In view of this, it has been studied to use a hydrogen storage material containing a metal hydride and a metal amide compound in a reaction vessel (see Patent Document 1). A mixture of a metal hydride and a metal amide compound has very high performance as a hydrogen storage material, and the hydrogen generation rate increases as the temperature is increased.
JP 2006-7064 A

しかしながら、水素発生温度を高温に設定した場合、水素の発生反応よりも副生成物であるアンモニアの発生反応が有利となり、必要な量の水素を得ることができない。   However, when the hydrogen generation temperature is set to a high temperature, the generation reaction of ammonia as a by-product is more advantageous than the hydrogen generation reaction, and a necessary amount of hydrogen cannot be obtained.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る水素発生システムは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、この容器内の温度を調整する温度調整手段と、容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a hydrogen generation system according to the present invention includes a container containing a hydrogen storage material that generates a by-product gas in a temperature-dependent amount, and the container. A temperature adjusting means for adjusting the temperature inside, and a control means for estimating the amount of by-product gas generated in the container and controlling the temperature adjusting means based on the estimated amount.

本発明に係る燃料電池システムは、本発明に係る水素発生システムを用いたことを特徴とする。   The fuel cell system according to the present invention uses the hydrogen generation system according to the present invention.

本発明に係る燃料電池自動車は、本発明に係る燃料電池システムを用いることを特徴とする。   A fuel cell vehicle according to the present invention uses the fuel cell system according to the present invention.

本発明によれば、副生成ガスの発生量を抑え、必要な量の水素が得られる水素発生システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the generation amount of byproduct gas can be suppressed and the hydrogen generation system which can obtain a required quantity of hydrogen can be provided.

本発明によれば、システム総重量、総体積が低減した燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system in which the total system weight and the total volume are reduced.

本発明によれば、軽量で効率のよい燃料電池自動車を提供することができる。   According to the present invention, a lightweight and efficient fuel cell vehicle can be provided.

以下、本発明の最良の実施の形態に係る水素発生システム、燃料電池システム及び燃料電池自動車を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は、本発明の実施の形態に係る水素発生システム、燃料電池システム及び燃料電池自動車を模式的に示したものであり、各寸法の比率等は実際とは異なっている。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。具体的な寸法等は、以下の説明を参酌して判断されるべきものである。   Hereinafter, a hydrogen generation system, a fuel cell system, and a fuel cell vehicle according to the best embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings schematically show the hydrogen generation system, the fuel cell system, and the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention, and the ratios of the dimensions and the like are different from actual ones. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained. Specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description.

<第1実施形態>
図1〜図5を参照して、本発明の第1実施形態に係る水素発生システム、燃料電池システム及び燃料電池自動車の説明を行う。図1は、本発明の第1実施形態に係る水素発生システムHGS(H2 Generation System)を備える車両の燃料電池システムFCS(Fuel Cell System)の系統図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池自動車50の側面図である。図3はHGSの要部ブロック図である。図4はガス発生特性線図である。図5はHGSの制御フローP1である。
<First Embodiment>
A hydrogen generation system, a fuel cell system, and a fuel cell vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a system diagram of a vehicle fuel cell system FCS (Fuel Cell System) including a hydrogen generation system HGS (H 2 Generation System) according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the fuel cell vehicle 50 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a main block diagram of the HGS. FIG. 4 is a gas generation characteristic diagram. FIG. 5 is an HGS control flow P1.

燃料電池システムFCSは、図2に示す燃料電池自動車50に搭載される。図2において、燃料電池自動車50は、後述する水素発生装置20を後部に設置搭載している。水素発生システムHGSは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料30が収容されたタンク(容器)21と、タンク21内の温度を調整する加熱・冷却装置(温度調整手段)22と、タンク21内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて加熱・冷却装置22を制御する制御手段とを備える。この制御手段は、水素発生制御装置HGCとタンク21内の温度を計測する温度計(温度計測部)25とを備え、水素発生制御装置HGCは、水素貯蔵材料30の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するメモリ(データ格納部)29と、データを計測の結果とに基づき制御を行うCPU(制御部)28とを備える。以下、より詳細に説明する。   The fuel cell system FCS is mounted on a fuel cell vehicle 50 shown in FIG. In FIG. 2, the fuel cell vehicle 50 has a hydrogen generator 20 (described later) installed and mounted at the rear. The hydrogen generation system HGS includes a tank (container) 21 in which a hydrogen storage material 30 that generates a by-product gas depending on a temperature is accommodated, and a heating / cooling device (temperature adjusting means) that adjusts the temperature in the tank 21. 22 and a control means for estimating the amount of by-product gas generated in the tank 21 and controlling the heating / cooling device 22 based on the estimated amount. This control means includes a hydrogen generation control device HGC and a thermometer (temperature measurement unit) 25 that measures the temperature in the tank 21, and the hydrogen generation control device HGC generates the temperature of the hydrogen storage material 30 and the generation of by-product gas. A memory (data storage unit) 29 that stores first data indicating the relationship with the quantity and a CPU (control unit) 28 that controls the data based on the measurement result are provided. This will be described in more detail below.

燃料電池システムFCSは、車両に搭載された燃料電池スタック1と、この燃料電池スタック1にユーティリティ(加湿燃料、加湿酸化剤、冷媒)を供給し、内部の各単セルへ分配するユーティリティ供給系USS(Utility Supply System)と、各単セルに残存するユーティリティを反応生成物とともに収集し、燃料電池スタック1から排出するユーティリティ排出系UDS(Utility Discharge System)と、これら燃料電池スタック1、ユーティリティ供給系USS、及びユーティリティ排出系UDSを、車両制御装置VC(Vehicular Controller)と連繋して統御する燃料電池制御装置FCC(Fuel Cell Controller)とを備える。   The fuel cell system FCS includes a fuel cell stack 1 mounted on a vehicle, and a utility supply system USS that supplies utilities (humidified fuel, humidified oxidizer, refrigerant) to the fuel cell stack 1 and distributes them to each internal cell. (Utility Supply System) and utility discharge system UDS (Utility Discharge System) that collects the utility remaining in each single cell together with reaction products and discharges from fuel cell stack 1, and these fuel cell stack 1 and utility supply system USS And a fuel cell controller FCC (Fuel Cell Controller) that manages the utility discharge system UDS in a linked manner with a vehicle controller VC (Vehicular Controller).

ユーティリティ供給系USSは、燃料電池スタック1の燃料導入口1aへ加湿燃料(より詳細には、加湿された水素ガス)を供給する燃料供給系2と、燃料電池スタック1の酸化剤導入口1bへ加湿酸化剤(より詳細には、必要に応じ加湿された空気)を供給する酸化剤供給系3と、燃料電池スタック1の冷媒導入口1cへ冷媒(より詳細には、純水)を供給する冷媒供給系4とを有する。   The utility supply system USS supplies a fuel supply system 2 that supplies humidified fuel (more specifically, humidified hydrogen gas) to the fuel inlet 1 a of the fuel cell stack 1 and an oxidant inlet 1 b of the fuel cell stack 1. An oxidant supply system 3 that supplies a humidified oxidant (more specifically, air humidified as necessary) and a refrigerant (more specifically, pure water) are supplied to the refrigerant inlet 1c of the fuel cell stack 1. And a refrigerant supply system 4.

燃料供給系2は、水素発生システムHGSと、この水素発生システムHGSに吸入側で接続された水素ポンプHP(Hydrogen Pump)と、この水素ポンプHPの下流側に介設された減圧弁2a、流調弁2b、及び加湿器(不図示)とを含む。   The fuel supply system 2 includes a hydrogen generation system HGS, a hydrogen pump HP (Hydrogen Pump) connected to the hydrogen generation system HGS on the suction side, a pressure reducing valve 2a interposed on the downstream side of the hydrogen pump HP, a flow It includes a valve 2b and a humidifier (not shown).

酸化剤供給系3は、車外の空気を吸入・圧縮する空気圧縮機AC(Air Compressor)と、この空気圧縮機ACの下流側に介設された不図示の減圧弁、流調弁、及び加湿器とを含む。   The oxidant supply system 3 includes an air compressor AC (Air Compressor) that sucks and compresses air outside the vehicle, a decompression valve (not shown), a flow control valve, and a humidifier that are provided downstream of the air compressor AC. Including

冷媒供給系4は、温度制御可能な冷媒貯留槽(不図示)と、この冷媒貯留槽に吸入側で接続された冷媒ポンプCP(Coolant Pump)と、この冷媒ポンプCPの下流側に介設された不図示の減圧弁及び流調弁とを含む。   The refrigerant supply system 4 is provided with a temperature-controllable refrigerant storage tank (not shown), a refrigerant pump CP (Coolant Pump) connected to the refrigerant storage tank on the suction side, and a downstream side of the refrigerant pump CP. In addition, a pressure reducing valve and a flow control valve (not shown) are included.

ユーティリティ排出系UDSは、燃料電池スタック1の燃料、酸化剤及び冷媒排出口にそれぞれ接続された燃料、酸化剤及び冷媒排出ラインを含み、その内、冷媒排出ラインは冷媒貯留槽に接続され、冷媒供給系4と協働して冷媒循環系を構成する。   The utility discharge system UDS includes fuel, oxidant and refrigerant discharge lines connected to the fuel, oxidant and refrigerant discharge ports of the fuel cell stack 1, respectively, of which the refrigerant discharge line is connected to a refrigerant storage tank, A refrigerant circulation system is configured in cooperation with the supply system 4.

燃料電池制御装置FCCは、水素発生システムHGS及び車両の動作状態に応じた制御信号C1〜C5を出力して、水素ポンプHP、減圧弁2a、及び流調弁2bを含む燃料供給系2と、空気圧縮機ACを含む酸化剤供給系3と、冷媒ポンプCPを含む冷媒供給系4とを適宜制御する。   The fuel cell control device FCC outputs control signals C1 to C5 corresponding to the operation state of the hydrogen generation system HGS and the vehicle, and a fuel supply system 2 including a hydrogen pump HP, a pressure reducing valve 2a, and a flow control valve 2b, The oxidant supply system 3 including the air compressor AC and the refrigerant supply system 4 including the refrigerant pump CP are appropriately controlled.

水素発生システムHGSは、本実施の形態では水素供給源としての水素発生装置20と、この水素発生装置20と水素ポンプHPとの間に介設され、水素を適宜捕集・放出して水素供給量を安定化する蓄圧器としての水素リザーバ40と、燃料電池制御装置FCCと連繋して水素発生システムHGSを統御する水素発生制御装置HGC (Hydrogen Generation Controller)とを備えるが、リザーバ40は必ずしも必要とはしない。   In the present embodiment, the hydrogen generation system HGS is interposed between the hydrogen generator 20 as a hydrogen supply source and the hydrogen generator 20 and the hydrogen pump HP, and appropriately collects and releases hydrogen to supply hydrogen. A hydrogen reservoir 40 as a pressure accumulator that stabilizes the amount and a hydrogen generation controller HGC (Hydrogen Generation Controller) that manages the hydrogen generation system HGS in connection with the fuel cell control device FCC are provided. Not.

水素発生装置20は、円筒状水素タンク21と、このタンク21を、その分離可能な槽頂部(図中右端部)21a及び槽底部(図中左端部)21c間の側壁部21bの全周からタンク21を加熱・冷却する加熱・冷却装置22と、上記槽頂部21aに連通する水素供給管路と水素リザーバ40の連結管路41との間に介設された調圧弁23及び流調弁24とを備える。タンク21には、水素を吸蔵(つまり、結合貯留)若しくは解離生成する好ましくは多孔質の水素貯蔵材料30が内蔵されている。なお、水素リザーバ40の連結管路41は、その下流側、即ち、水素リザーバ40と水素ポンプHPとの間にも、調圧弁42及び流調弁43が介設されている。   The hydrogen generator 20 includes a cylindrical hydrogen tank 21, and the tank 21 is separated from the entire circumference of the side wall 21b between the separable tank top (right end in the figure) 21a and tank bottom (left end in the figure) 21c. A pressure regulating valve 23 and a flow regulating valve 24 interposed between a heating / cooling device 22 for heating / cooling the tank 21, and a hydrogen supply line communicating with the tank top 21 a and a connecting line 41 of the hydrogen reservoir 40. With. The tank 21 contains a preferably porous hydrogen storage material 30 that occludes hydrogen (that is, binds and stores) or dissociates and generates hydrogen. Note that the connecting pipe 41 of the hydrogen reservoir 40 is provided with a pressure regulating valve 42 and a flow regulating valve 43 downstream thereof, that is, between the hydrogen reservoir 40 and the hydrogen pump HP.

加熱・冷却装置22は、タンク21に巻回された加熱用配線22aを介してタンク21を加熱するヒータとしての抵抗加熱式若しくは誘導加熱式の電気ヒータ22bと、電気ヒータ22bと同様にタンク21に巻回された冷媒管路22cを介してタンク21を冷却するクーラとしての冷却装置22dとで構成される。なお、電気ヒータ22bと冷却装置22dとは同時に稼働させない。   The heating / cooling device 22 includes a resistance heating type or induction heating type electric heater 22b as a heater for heating the tank 21 via a heating wire 22a wound around the tank 21, and the tank 21 in the same manner as the electric heater 22b. And a cooling device 22d as a cooler that cools the tank 21 through a refrigerant pipe 22c wound around. The electric heater 22b and the cooling device 22d are not operated simultaneously.

水素貯蔵材料30は、好ましくは多数の成形素片を組合せた集合体として構成される。各素片及び集合体の形状は任意に設定でき、棒状の基材を平行に配置にしても良いが、本実施例では、半径の異なる薄手の扇形素片を同心円状に組合せ、これを積み重ねて入れ子式の(より詳細には、所定の間隙で離間する同軸筒状の)集合体31、32を形成する。最も内側の筒状集合体31の中心部に軸方向の通孔31aを設け、最も外側の筒状集合体32は、その内側の筒状集合体31より大径の入れ子穴32aを形成する共に、タンク21の側壁部21bの内径より小径の外径を与えて、所定の間隙を設け、水素ガスの拡散・導通路を必要に応じ確保する。   The hydrogen storage material 30 is preferably configured as an assembly in which a large number of molding pieces are combined. The shape of each piece and the assembly can be arbitrarily set, and rod-like base materials may be arranged in parallel, but in this embodiment, thin fan-shaped pieces having different radii are combined concentrically and stacked. As a result, nested aggregates 31 and 32 (more specifically, coaxial cylinders spaced apart by a predetermined gap) are formed. An axial through hole 31a is provided at the center of the innermost cylindrical assembly 31, and the outermost cylindrical assembly 32 forms a nesting hole 32a having a larger diameter than the inner cylindrical assembly 31. An outer diameter smaller than the inner diameter of the side wall 21b of the tank 21 is given, a predetermined gap is provided, and a hydrogen gas diffusion / conduction path is secured as necessary.

水素貯蔵材料30が熱伝導性の高い水素吸蔵金属から成る場合は、成形素片同士を接合して各集合体31、32をリジッド且つ一体に構成しても良い。しかし、その場合も含め、好ましくは、各集合体31、32或いはその構成素片と、タンク21との間に、熱伝導率の高い金属からなる格子状若しくはハニカム状の保持枠又はマトリックス状の保持網(不図示)を介装して接触させ、これにより水素貯蔵材料30全体の位置決め保持及び均一な温度制御を達成する。   When the hydrogen storage material 30 is made of a hydrogen storage metal having high thermal conductivity, the aggregates 31 and 32 may be rigidly and integrally formed by joining the molding pieces. However, including the case, preferably, a lattice-like or honeycomb-like holding frame or matrix-like shape made of a metal having high thermal conductivity is provided between each of the aggregates 31, 32 or its constituent pieces and the tank 21. Contact is provided through a holding net (not shown), thereby achieving positioning and holding of the entire hydrogen storage material 30 and uniform temperature control.

水素貯蔵材料30の重量をその成形素片の平均密度で除した値、つまり、水素貯蔵材料30の実体積(以下、V30で表す。)は、タンク21の容積(以下、V21で表す。)より小さく(即ち、V30/V21<1)、その間の差(V21−V30)に相当する容積V(=V21−V30)、或いは、更に保持枠又は保持網を備える場合、その体積(以下、Vで表す。)も引いた値に相当する容積V(=V21−V30−V)の水素ガス雰囲気が、水素発生装置20の作動時のタンク21内壁と水素貯蔵材料30を構成する各成形素片の界面との間に充満する。 Divided by the average density of the molded piece on the weight of the hydrogen storage material 30, i.e., the actual volume of the hydrogen storage material 30 (hereinafter, represented by V 30.), The volume of the tank 21 (hereinafter, represented by V 21 .) Is smaller (ie, V 30 / V 21 <1), and has a volume V (= V 21 −V 30 ) corresponding to the difference (V 21 −V 30 ) therebetween, or further includes a holding frame or a holding net. In this case, a hydrogen gas atmosphere having a volume V (= V 21 −V 30 −V m ) corresponding to a value obtained by subtracting the volume (hereinafter referred to as V m ) is the inner wall of the tank 21 when the hydrogen generator 20 is operated. And the interface between the molding pieces constituting the hydrogen storage material 30 are filled.

この水素ガス雰囲気は、その温度(以下、Tで表す。)が、水素貯蔵材料30自身の伝熱効果(或いは、保持枠又は保持網により増大した伝熱効果)により、ほぼ均一に調温される。また、水素ガス雰囲気の圧力Pが、成形素片の界面近傍での平均ガス圧に相当する値に、水素ガスの拡散律速を越える有意な時間内に、ほぼ均一に調圧される。従って、水素ガスの濃度Cも、同様に有意な時間内に、ほぼ均一化する。 The hydrogen gas atmosphere, the temperature (hereinafter,. Represented by T a) is, the hydrogen storage material 30 itself heat transfer effect (Alternatively, heat transfer effect was increased by the holding frame or holding network) by substantially uniform temperature control Is done. Further, the pressure P of the hydrogen gas atmosphere is regulated almost uniformly within a significant time exceeding the diffusion rate control of the hydrogen gas to a value corresponding to the average gas pressure in the vicinity of the interface of the forming piece. Accordingly, the hydrogen gas concentration C is also made substantially uniform within a significant time.

タンク21の槽底部21cには、センサ保持プラグ21dが嵌着され、これにより温度センサS1、圧力センサS2、及び発生ガス濃度センサS3が保持される。温度センサS1は、熱電対により構成された温度計25であり、筒状集合体31の中心部の通孔31a内に挿入され且つ集合体31に接触若しくは埋設された感温部25aで、水素貯蔵材料30の平均温度(又はそれを代表する温度)Tを検出する。圧力センサS2はガス圧力計26からなり、水素ガス雰囲気の圧力Pを検出する。発生ガス濃度センサS3は常温以上で作動可能な不純物濃度計を含む発生ガス濃度計27からなり、発生ガス中の水素の濃度C及び不純物の濃度Ciを検出する。   A sensor holding plug 21d is fitted to the tank bottom 21c of the tank 21, and thereby the temperature sensor S1, the pressure sensor S2, and the generated gas concentration sensor S3 are held. The temperature sensor S1 is a thermometer 25 composed of a thermocouple. The temperature sensor S1 is inserted into the through hole 31a at the center of the cylindrical assembly 31 and is in contact with or embedded in the assembly 31 with hydrogen. An average temperature (or representative temperature) T of the storage material 30 is detected. The pressure sensor S2 includes a gas pressure gauge 26, and detects the pressure P of the hydrogen gas atmosphere. The generated gas concentration sensor S3 includes a generated gas concentration meter 27 including an impurity concentration meter operable at room temperature or higher, and detects the hydrogen concentration C and the impurity concentration Ci in the generated gas.

水素発生制御装置HGCは、温度センサS1と、圧力センサS2及び発生ガス濃度センサS3により検出された水素貯蔵材料30の温度T[℃]と、水素ガス雰囲気の圧力P[Pa]及び発生ガス中の水素の濃度C[%]とをサンプリングし、必要に応じ補正して、燃料電池制御装置FCCからのコマンドに応じて処理し、制御信号C6〜C8を出力して、加熱・冷却装置22と、水素リザーバ40の上流側の調圧弁23及び流調弁24とを制御することにより、水素発生装置20の水素発生量を制御すると共に、制御信号C9〜C10を出力して、水素リザーバ40の下流側の調圧弁42及び流調弁43とを制御することにより、水素発生システムHGSの水素供給量を制御する。   The hydrogen generation control device HGC includes the temperature sensor S1, the temperature T [° C.] of the hydrogen storage material 30 detected by the pressure sensor S2 and the generated gas concentration sensor S3, the pressure P [Pa] of the hydrogen gas atmosphere, and the generated gas The hydrogen concentration C [%] is sampled, corrected if necessary, processed in accordance with a command from the fuel cell control device FCC, and the control signals C6 to C8 are output. By controlling the pressure regulating valve 23 and the flow regulating valve 24 on the upstream side of the hydrogen reservoir 40, the hydrogen generation amount of the hydrogen generating device 20 is controlled, and the control signals C9 to C10 are output. By controlling the pressure regulating valve 42 and the flow regulating valve 43 on the downstream side, the hydrogen supply amount of the hydrogen generation system HGS is controlled.

加熱・冷却装置制御信号C6は、ヒータ制御信号C61とクーラ制御信号C62とを含む。加熱・冷却装置制御信号C6により加熱・冷却装置22を制御し、それにより水素貯蔵材料30の温度Tが上がると、その界面及び内部から水素が解離・拡散して、タンク21内へ放出され、逆に、水素貯蔵材料30の温度Tが下がると、タンク21内の水素が、水素貯蔵材料30の界面から内部へ拡散・吸蔵され、結合される。   The heating / cooling device control signal C6 includes a heater control signal C61 and a cooler control signal C62. When the heating / cooling device 22 is controlled by the heating / cooling device control signal C6 and thereby the temperature T of the hydrogen storage material 30 is increased, hydrogen is dissociated and diffused from the interface and the inside thereof and released into the tank 21, Conversely, when the temperature T of the hydrogen storage material 30 decreases, the hydrogen in the tank 21 is diffused and occluded from the interface of the hydrogen storage material 30 to the inside, and combined.

次に、図3〜図5を参照して第1実施形態に係る水素発生システムHGSの動作について説明する。図3にHGSの要部ブロック図を、図4にガス発生特性線図を、図5にHGSの制御フローP1を示す。   Next, the operation of the hydrogen generation system HGS according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a block diagram of the main part of the HGS, FIG. 4 shows a gas generation characteristic diagram, and FIG. 5 shows a control flow P1 of the HGS.

図3に示すように、水素発生制御装置HGCは、中央演算部(CPU)28と、このCPU28の周辺機器としてのメモリ29とを含み、CPU28は図5に示す制御フローP1に関与する演算を行い、メモリ29にはそれらの演算に必要なプログラム及びデータが格納される。その格納データには、図4に示すガス発生特性線図のうち、副生成ガスの発生特性曲線のデータが含まれる。   As shown in FIG. 3, the hydrogen generation control device HGC includes a central processing unit (CPU) 28 and a memory 29 as a peripheral device of the CPU 28, and the CPU 28 performs calculations related to the control flow P <b> 1 shown in FIG. 5. The memory 29 stores programs and data necessary for these operations. The stored data includes data of a by-product gas generation characteristic curve in the gas generation characteristic diagram shown in FIG.

図4では、水素貯蔵材料30としてMg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた場合のガス発生特性線図を示している。Mg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた場合、次に示す式(1)の反応により水素が発生する。式(1)に示す反応式で記述できる材料は大量の水素を放出することのできる優れた水素貯蔵材料の一つである。   FIG. 4 shows a gas generation characteristic diagram when an Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material is used as the hydrogen storage material 30. When the Mg—Li—N—H based hydrogen storage material is used, hydrogen is generated by the reaction of the following formula (1). The material that can be described by the reaction formula shown in the formula (1) is one of excellent hydrogen storage materials capable of releasing a large amount of hydrogen.

3Mg(NH+12LiH⇔Mg+4LiN+12H・・・式(1)
ガスの発生は温度T1(不純ガス発生開始温度とする)までは式(1)に示す水素の発生が支配的である。しかし、タンク21内の温度がT1より高くなるにつれて、副生成ガスである不純ガス(ここではアンモニアガス)の発生量が多くなり、温度T2(不純ガス急増温度とする)より高い温度では、式(2)に示す反応により、不純ガスとしてのアンモニアの発生が支配的となる。
3Mg (NH 2 ) 2 + 12LiH⇔Mg 3 N 2 + 4Li 3 N + 12H 2 Formula (1)
In the generation of gas, the generation of hydrogen represented by the formula (1) is dominant up to the temperature T1 (impure gas generation start temperature). However, as the temperature in the tank 21 becomes higher than T1, the generation amount of impure gas (here, ammonia gas) which is a by-product gas increases, and at a temperature higher than the temperature T2 (impure gas rapid increase temperature), the equation Due to the reaction shown in (2), generation of ammonia as an impure gas becomes dominant.

Mg(NH→MgNH+NH・・・式(2)
HGCは、表1に示す制御マップに従い、加熱・冷却装置22へ制御信号を出す。

Figure 2008037731
Mg (NH 2 ) 2 → MgNH + NH 3 Formula (2)
The HGC issues a control signal to the heating / cooling device 22 according to the control map shown in Table 1.
Figure 2008037731

図5に第1実施形態に係る水素発生システムの制御フローP1を示す。制御フローP1は、まずステップS0で表1に示す制御マップを読み出し、ステップS1に進む。   FIG. 5 shows a control flow P1 of the hydrogen generation system according to the first embodiment. The control flow P1 first reads out the control map shown in Table 1 in step S0, and proceeds to step S1.

ステップS1では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出す。所定時間が過ぎると、次のステップS2に進む。   In step S <b> 1, a heater-on command is issued to the heating / cooling device 22. When the predetermined time has passed, the process proceeds to the next step S2.

ステップS2では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T1(不純ガス発生開始温度)か否かを判断する。T<T1の場合(YES)にはステップS3に進む。T<T1ではない場合(NO)、つまり、T1≦Tのときには次のステップS5に進む。   In step S2, the temperature T inside the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T1 (impure gas generation start temperature). If T <T1 (YES), the process proceeds to step S3. When T <T1 is not satisfied (NO), that is, when T1 ≦ T, the process proceeds to the next step S5.

ステップS3では、制御方式<加熱3>を選択し、ステップS4に進む。   In step S3, the control method <heating 3> is selected, and the process proceeds to step S4.

ステップS4では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S4, a heater-on command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS5では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T2(不純ガス急増温度)か否かを判断する。T<T2の場合(YES)にはステップS6に進む。T<T2ではない場合(NO)、つまりT2≦Tのときは次のステップS8に進む。   In step S5, the temperature T inside the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T2 (impure gas rapid increase temperature). If T <T2 (YES), the process proceeds to step S6. When T <T2 is not satisfied (NO), that is, when T2 ≦ T, the process proceeds to the next step S8.

ステップS6では、制御方式<保持2>を選択し、ステップS7に進む。   In step S6, the control method <hold 2> is selected, and the process proceeds to step S7.

ステップS7では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S7, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS8では、制御方式<冷却1>を選択し、ステップS9に進む。   In step S8, the control method <cooling 1> is selected, and the process proceeds to step S9.

ステップS9では、クーラ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、クーラは、クーラ・オンの信号がなくなるとオフになる。   In step S <b> 9, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22. Note that the cooler turns off when the cooler-on signal disappears.

つまり、第1実施形態では、温度計25の値に基づき加熱、冷却の判断を行い、不純ガスの発生を抑制する。ステップS1では、タンク21を加熱・冷却装置22で加熱し、タンク21内部に貯蔵した水素貯蔵材料30から水素を発生させる。次に、ステップS2においてタンク21内の温度TがT<T1の場合には、水素流量不足で不純ガスも発生していないため、タンク21内の温度を上げて水素流量を上げるため、ステップS4においてヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   That is, in the first embodiment, heating and cooling are determined based on the value of the thermometer 25, and the generation of impure gas is suppressed. In step S <b> 1, the tank 21 is heated by the heating / cooling device 22 to generate hydrogen from the hydrogen storage material 30 stored in the tank 21. Next, when the temperature T in the tank 21 is T <T1 in step S2, since the hydrogen flow rate is insufficient and no impure gas is generated, the temperature in the tank 21 is increased to increase the hydrogen flow rate. The heater-on command is output to the heating / cooling device 22 at.

一方、タンク21内の温度TがT1≦T<T2の場合には、加熱につれて水素流量が増加し、不純ガス発生開始温度以上となっているため、タンク21の温度を下げるため、ステップS7においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、水素発生反応は吸熱反応であるため、タンク21の温度を保持することにより、タンク21内の温度は低下する。   On the other hand, in the case where the temperature T in the tank 21 is T1 ≦ T <T2, the hydrogen flow rate increases with heating and is higher than the impure gas generation start temperature, so that the temperature of the tank 21 is lowered. A heater-off command is output to the heating / cooling device 22. Since the hydrogen generation reaction is an endothermic reaction, the temperature in the tank 21 is lowered by maintaining the temperature in the tank 21.

ステップS2において、T2≦Tの場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、タンク21内が不純ガス急増温度以上となるため、更に加熱すると不純ガスであるアンモニアが急増する。これを抑制するため、ステップS9においてクーラ・オンの指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S2, when T2 ≦ T, overshoot is observed in the heating process, and the inside of the tank 21 becomes the impure gas rapid increase temperature or higher, so that when it is further heated, the impure gas ammonia rapidly increases. In order to suppress this, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22 in step S9.

本発明の第1実施形態に係る水素発生システムは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、容器内の温度を調整する温度調整手段と、容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するデータ格納部と、容器内の温度を計測する温度計測部と、データを計測の結果とに基づき制御を行う制御部とを備えるため、副生成ガスの発生量を抑え、必要な量の水素が得られる水素発生システムを提供することができる。つまり、副生成ガスの発生量と水素貯蔵材料の温度との関係が分かっている場合には、水素貯蔵材料の温度を測定することにより発生ガスに含まれる副生成ガス濃度を計算することができる。このため、水素貯蔵材料の温度をパラメータとして温度調整手段の制御を決定することができ、発生ガス中に含まれる副生成ガスの濃度を低減することができる。   A hydrogen generation system according to a first embodiment of the present invention includes a container containing a hydrogen storage material that generates a by-product gas in an amount dependent on temperature, temperature adjusting means for adjusting the temperature in the container, And a control means for controlling the temperature adjusting means based on the estimated amount, and the control means determines the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated. Since the data storage unit for storing the first data shown, the temperature measurement unit for measuring the temperature in the container, and the control unit for controlling the data based on the measurement result, the amount of generated by-product gas is reduced. It is possible to provide a hydrogen generation system that can suppress and obtain a necessary amount of hydrogen. That is, when the relationship between the amount of by-product gas generated and the temperature of the hydrogen storage material is known, the concentration of by-product gas contained in the generated gas can be calculated by measuring the temperature of the hydrogen storage material. . For this reason, the control of the temperature adjusting means can be determined using the temperature of the hydrogen storage material as a parameter, and the concentration of the by-product gas contained in the generated gas can be reduced.

温度計測部は、容器内に充填した水素貯蔵材料の温度を直接測定可能なことが望ましく、加熱流路とは接触しないことが望ましい。また、温度計測部の個数は1個でも制御が可能ではあるが、容器内に熱分布が発生するため、温度計測部の数は多い方が望ましい。   It is desirable that the temperature measurement unit can directly measure the temperature of the hydrogen storage material filled in the container, and it is desirable that the temperature measurement unit does not contact the heating channel. Further, although the number of temperature measuring units can be controlled even by one, it is desirable that the number of temperature measuring units is large because heat distribution is generated in the container.

温度調整手段は、管内に液体もしくは気体を流通させる熱媒体方式、又は電熱線を材料内に敷設させる方法が想定される。   As the temperature adjusting means, a heat medium method in which a liquid or a gas is circulated in the pipe or a method in which a heating wire is laid in the material is assumed.

なお、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを取得するために、予め少量のサンプルを用いた実験等により、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を得る実験を実施する必要がある。   In addition, in order to obtain the first data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated, the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas are determined by experiments using a small amount of sample in advance. It is necessary to conduct an experiment to obtain the relationship with the generation amount.

水素供給量のみから判断する従来の方法では、副生成ガスが発生している温度域での水素発生システムの運転を防止することができなかったが、本発明の第1実施形態により、副生成ガスが発生する温度域でシステムを作動させることがなくなり、発生水素が含有する副生成ガスの濃度を従来の10分の1程度まで低減することが可能となる。   In the conventional method for judging only from the hydrogen supply amount, the operation of the hydrogen generation system in the temperature range where the by-product gas is generated cannot be prevented. However, according to the first embodiment of the present invention, the by-product is generated. The system is not operated in the temperature range where the gas is generated, and the concentration of the by-product gas contained in the generated hydrogen can be reduced to about 1/10 of the conventional one.

なお、2種類以上の副生成ガスが発生する材料系を用いた場合には、副生成ガスが発生する温度の最下限値はガス種によって異なる。このため、副生成ガスの発生量を効率良く抑えるために、より低温側で発生するガス種のデータに基づき発生ガスを制御することが有効である。つまり、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータは、水素貯蔵材料の温度と、発生開始温度が副生成ガスの中で一番低い副生成ガスの発生量との関係を示すデータを含み、制御手段はこのデータを制御条件として制御を行うことが好ましい。   When a material system that generates two or more types of by-product gases is used, the lower limit of the temperature at which the by-product gases are generated varies depending on the gas type. For this reason, in order to efficiently suppress the amount of by-product gas generated, it is effective to control the generated gas based on the data of the gas species generated on the lower temperature side. In other words, the first data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated is that the temperature of the hydrogen storage material and the generation of the by-product gas having the lowest generation start temperature among the by-product gases. It is preferable to include data indicating the relationship with the quantity, and the control means performs control using this data as a control condition.

水素貯蔵材料として、本実施の形態ではアルカリ金属、アルカリ土類金属元素の中から選ばれる金属、窒素及び水素からなる材料を主成分とするMg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた。Mg−Li−N−H系水素貯蔵材料として、金属イオンの主成分がLiイオンであり、LiイオンをMg、Ca、Na等のアルカリ金属、もしくはアルカリ土類金属で一部又は全体を置換した材料が水素貯蔵材料として有効な性能を示す。この水素貯蔵材料は、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Zr及びWのような遷移金属種を添加したり、炭素系材料、シリカ又はアルミナ等の無機材料を添加することによって水素貯蔵性能を向上させることができる。これらの材料は副反応により水素以外のガス種を発生する材料であるため、本実施の形態に係る水素発生システムによる制御を行うことにより、水素放出反応に有利な条件下で加熱を行うことができ、副生成ガスの発生濃度を低下させることができる。   As the hydrogen storage material, an Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material mainly composed of a material composed of a metal selected from alkali metals and alkaline earth metal elements, nitrogen, and hydrogen is used in the present embodiment. . As a Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material, the main component of metal ions is Li ions, and the Li ions are partially or entirely replaced with alkali metals such as Mg, Ca, Na, or alkaline earth metals. The material exhibits effective performance as a hydrogen storage material. This hydrogen storage material can be obtained by adding transition metal species such as Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Zr and W, or by adding inorganic materials such as carbon-based materials, silica or alumina. Hydrogen storage performance can be improved. Since these materials are materials that generate gas species other than hydrogen by a side reaction, heating can be performed under conditions advantageous for the hydrogen releasing reaction by performing control using the hydrogen generation system according to this embodiment. And the generation concentration of the by-product gas can be reduced.

その他、水素貯蔵材料として、例えば式(3)で示す反応により水素を発生する材料、つまり、アルカリ金属、アルカリ土類金属元素の中から選ばれる金属、ホウ素及び水素からなる材料を主成分とする材料を用いてもよい。   In addition, as a hydrogen storage material, for example, a material that generates hydrogen by the reaction represented by the formula (3), that is, a material composed of a metal selected from an alkali metal and an alkaline earth metal element, boron, and hydrogen is a main component. Materials may be used.

LiBH→LiH+B+3/2H・・・式(3)
式(3)に示す反応式で記述できる材料は、Mg−Li−N−H系水素貯蔵材料と同様に大量の水素を放出することのできる優れた水素貯蔵材料の一つである。式(4)及び式(5)に示すように、LiBHに、金属水素化物、金属アミド化物又は水素化炭素を添加することによって、さらに優れた水素放出材料とすることができる。
LiBH 4 → LiH + B + 3 / 2H 2 Formula (3)
The material that can be described by the reaction formula shown in the formula (3) is one of excellent hydrogen storage materials that can release a large amount of hydrogen in the same manner as the Mg—Li—N—H hydrogen storage material. As shown in Formula (4) and Formula (5), a more excellent hydrogen releasing material can be obtained by adding a metal hydride, metal amidide or hydrogenated carbon to LiBH 4 .

LiBH+2LiNH→LiBN+4H・・・式(4)
2LiBH+MgH→2LiH+MgB+4H・・・式(5)
また、水素貯蔵材料として、式(6)に示すように、窒素、ホウ素及び水素を主成分とする化合物を含んでいてもよい。
LiBH 4 + 2LiNH 2 → Li 3 BN 2 + 4H 2 Formula (4)
2LiBH 4 + MgH 2 → 2LiH + MgB 2 + 4H 2 (5)
Moreover, as a hydrogen storage material, as shown in Formula (6), a compound containing nitrogen, boron, and hydrogen as main components may be included.

NHBH→NHBH+2H・・・式(6)
式(6)に示す反応式で記述できる材料は、上記した材料と同様に大量の水素を放出することのできる優れた水素貯蔵材料の一つである。しかし、上記の反応と異なり、式(6)に示す反応は発熱反応であるため、加熱時にオーバシュートを起こしやすい。このため、上記の材料を使用した場合とは異なるパラメータを設定する必要がある。
NH 3 BH 3 → NHBH + 2H 2 Formula (6)
The material that can be described by the reaction formula shown in the formula (6) is one of excellent hydrogen storage materials that can release a large amount of hydrogen in the same manner as the above-described material. However, unlike the above reaction, the reaction shown in Formula (6) is an exothermic reaction, and thus overshoot is likely to occur during heating. For this reason, it is necessary to set a parameter different from the case where the above-described material is used.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第1実施形態に係る水素発生システムを用いたことにより、水素以外の副生成ガスの発生量が低減し、副生成ガス除去のためのフィルタ重量が減少するため、システムがコンパクトになる。つまり、副生成ガスが発生した場合には、炭素系材料もしくはセラミック製材料からなるフィルタを燃料供給系2側に設置することにより供給水素の純度を向上させることが必要となり、副生成ガスの量が多い場合には搭載しなくてはならないフィルタの重量が増す。このため、加熱量の制御を行い副生成ガスの発生量を抑制することは、システム重量の軽減することにつながる。本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、システム総重量、総体積が低減した燃料電池システムを提供することができる。   Since the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention uses the hydrogen generation system according to the first embodiment of the present invention, the amount of by-product gases other than hydrogen is reduced, and by-product gas removal is achieved. Because the filter weight is reduced, the system becomes compact. That is, when a by-product gas is generated, it is necessary to improve the purity of the supplied hydrogen by installing a filter made of a carbon-based material or a ceramic material on the fuel supply system 2 side. If there are many, the weight of the filter that must be mounted increases. For this reason, controlling the amount of heating and suppressing the amount of by-product gas generated leads to a reduction in system weight. The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention can provide a fuel cell system with a reduced total system weight and total volume.

また、本発明の第1実施形態に係る燃料電池自動車は、燃料電池システムがコンパクトになるため、重量の軽い燃料電池自動車を構成することができる。図2は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを搭載する燃料電池自動車50を示しており、図1に示す水素発生装置20を後部に設置搭載した図である。このとき、エンジンルームやトランクルーム内部、あるいはシート下のフロア部等の車室内部の他に、ルーフ上部等の車室外に水素発生装置20を設置することも可能である。   Moreover, since the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention has a compact fuel cell system, a light weight fuel cell vehicle can be configured. FIG. 2 shows a fuel cell vehicle 50 equipped with the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram in which the hydrogen generator 20 shown in FIG. At this time, in addition to the interior of the engine room or the trunk room or the interior of the vehicle compartment such as the floor portion under the seat, the hydrogen generator 20 can be installed outside the interior of the vehicle compartment such as the upper part of the roof.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池自動車では、システム総重量、総体積が低減した燃料電池システムを搭載しているため車両重量が低減し、軽量で燃費の改善が図れ、効率のよい燃料電池自動車を提供することができる。また、燃料電池システムの総体積の低減により、車室をより広く活用できる。   In the fuel cell vehicle according to the first embodiment of the present invention, a fuel cell system having a reduced total system weight and total volume is mounted, so that the vehicle weight is reduced, light weight can be improved, and fuel efficiency can be improved. A battery car can be provided. Further, the vehicle compartment can be used more widely by reducing the total volume of the fuel cell system.

<第2実施形態>
次に、図6及び図7を参照して本発明の第2実施形態に係る水素発生システムについて説明する。燃料電池システム及び燃料電池自動車については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。図6に第2実施形態に係る水素発生システムHGSの要部ブロック図を、図7にHGSの制御フローP2を示す。この第2実施形態の水素発生システムを上記第1実施形態のものと比較すると、温度計25による測定結果によらず、発生ガス濃度計27による測定結果に基づき、加熱又は冷却の判断を行う点が相違する。他の構成はほぼ同一であるため、同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a hydrogen generation system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the fuel cell system and the fuel cell vehicle are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. FIG. 6 shows a principal block diagram of the hydrogen generation system HGS according to the second embodiment, and FIG. 7 shows a control flow P2 of the HGS. When the hydrogen generation system of the second embodiment is compared with that of the first embodiment, the determination of heating or cooling is made based on the measurement result by the generated gas concentration meter 27, not by the measurement result by the thermometer 25. Is different. Since the other configurations are substantially the same, the same reference numerals are given to the same components and the description thereof is omitted.

水素発生システムHGSは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料30が収容されたタンク(容器)21と、タンク21内の温度を調整する加熱・冷却装置(温度調整手段)22と、タンク21内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて加熱・冷却装置22を制御する制御手段とを備える。この制御手段は、水素発生制御装置HGCとタンク21内の副生成ガスの濃度を計測する発生ガス濃度計(濃度計測部)27とを備え、水素発生制御装置HGCは計測の結果に基づき制御を行うCPU(制御部)28を備える。以下、より詳細に説明する。   The hydrogen generation system HGS includes a tank (container) 21 in which a hydrogen storage material 30 that generates a by-product gas depending on a temperature is accommodated, and a heating / cooling device (temperature adjusting means) that adjusts the temperature in the tank 21. 22 and a control means for estimating the amount of by-product gas generated in the tank 21 and controlling the heating / cooling device 22 based on the estimated amount. This control means includes a hydrogen generation control device HGC and a generated gas concentration meter (concentration measuring unit) 27 that measures the concentration of the by-product gas in the tank 21, and the hydrogen generation control device HGC performs control based on the measurement result. A CPU (control unit) 28 is provided. This will be described in more detail below.

図6に示すように、水素発生制御装置HGCは、中央演算部(CPU)28と、このCPU28の周辺機器としてのメモリ29とを含み、CPU28は図7に示す制御フローP2に関与する演算を行い、メモリ29にはそれらの演算に必要なプログラム及びデータが格納される。   As shown in FIG. 6, the hydrogen generation control device HGC includes a central processing unit (CPU) 28 and a memory 29 as a peripheral device of the CPU 28, and the CPU 28 performs operations related to the control flow P <b> 2 shown in FIG. 7. The memory 29 stores programs and data necessary for these operations.

第2実施形態においても、第1実施形態と同様に水素貯蔵材料30としてMg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いる。Mg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた場合、上記式(1)の反応により水素が発生する。   Also in the second embodiment, an Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material is used as the hydrogen storage material 30 as in the first embodiment. When the Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material is used, hydrogen is generated by the reaction of the above formula (1).

HGCは、表2に示す制御マップに従い、加熱・冷却装置22へ制御信号を出す。

Figure 2008037731
The HGC issues a control signal to the heating / cooling device 22 according to the control map shown in Table 2.
Figure 2008037731

図7に第2実施形態に係る水素発生システムの制御フローP2を示す。制御フローP2は、まずステップS10で表2に示す制御マップを読み出し、ステップS11に進む。 FIG. 7 shows a control flow P2 of the hydrogen generation system according to the second embodiment. The control flow P2 first reads the control map shown in Table 2 in step S10, and proceeds to step S11.

ステップS11では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出す。所定時間が過ぎると、次のステップS12に進む。   In step S <b> 11, a heater-on command is issued to the heating / cooling device 22. When the predetermined time has passed, the process proceeds to the next step S12.

ステップS12では、タンク21内部の副生成ガスである不純ガスの濃度を発生ガス濃度計27によって測定し、不純ガスが検出されるか否かを判断する。不純ガスが検出されない場合(NO)にはステップS13に進む。不純ガスが検出された場合(YES)の場合には次のステップS15に進む。   In step S12, the concentration of impure gas that is a by-product gas inside the tank 21 is measured by the generated gas concentration meter 27, and it is determined whether or not the impure gas is detected. When the impure gas is not detected (NO), the process proceeds to step S13. If the impure gas is detected (YES), the process proceeds to the next step S15.

ステップS13では、制御方式<加熱3>を選択し、ステップS14に進む。   In step S13, the control method <heating 3> is selected, and the process proceeds to step S14.

ステップS14では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S14, a heater-on command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS15では、タンク21内部の不純ガスの濃度を発生ガス濃度計27によって測定し、不純ガス濃度Ci<1%か否かを判断する。Ci<1%の場合(YES)にはステップS16に進む。Ci<1%ではない場合(NO)、つまり1%≦Ciのときは次のステップS18に進む。   In step S15, the concentration of the impurity gas inside the tank 21 is measured by the generated gas concentration meter 27, and it is determined whether or not the impurity gas concentration Ci <1%. If Ci <1% (YES), the process proceeds to step S16. When Ci <1% is not satisfied (NO), that is, when 1% ≦ Ci, the process proceeds to the next step S18.

ステップS16では、制御方式<保持2>を選択し、ステップS17に進む。   In step S16, the control method <hold 2> is selected, and the process proceeds to step S17.

ステップS17では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S17, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS18では、制御方式<冷却1>を選択し、ステップS19に進む。   In step S18, the control method <cooling 1> is selected, and the process proceeds to step S19.

ステップS19では、クーラ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S19, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22.

つまり、第2実施形態では、発生ガス濃度計27で検出した不純ガスの濃度に基づき加熱、冷却の判断を行い、不純ガスの発生を抑制する。ステップS11では、タンク21を加熱・冷却装置22で加熱し、タンク21内部に貯蔵した水素貯蔵材料30から水素を発生させる。次に、ステップS12において不純ガスが検出されない場合(NO)には水素流量不足であるため、タンク21内の温度を上げて水素流量を上げるため、ステップS14においてヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   That is, in the second embodiment, heating and cooling are determined based on the concentration of the impure gas detected by the generated gas concentration meter 27, and the generation of the impure gas is suppressed. In step S <b> 11, the tank 21 is heated by the heating / cooling device 22 to generate hydrogen from the hydrogen storage material 30 stored in the tank 21. Next, when no impure gas is detected in step S12 (NO), the hydrogen flow rate is insufficient. Therefore, in order to increase the hydrogen flow rate by raising the temperature in the tank 21, a heater-on command is sent to the heating / cooling device in step S14. 22 for output.

一方、ステップS12において、不純ガスが検出され、その濃度がCi<1%の場合には、加熱につれて水素流量が増加し、不純ガスの発生が確認される。そこで、タンク21の温度を下げるため、ステップS17においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、水素発生反応は吸熱反応であるため、タンク21の温度を保持することにより、タンク21内の温度は低下する。   On the other hand, in step S12, when the impure gas is detected and the concentration is Ci <1%, the hydrogen flow rate increases with heating, and the generation of the impure gas is confirmed. Therefore, in order to lower the temperature of the tank 21, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22 in step S17. Since the hydrogen generation reaction is an endothermic reaction, the temperature in the tank 21 is lowered by maintaining the temperature in the tank 21.

ステップS12において、1%≦Ciの場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス濃度が急上昇するため、ステップS19においてクーラ・オンの指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、ステップS12における濃度の値は、装置の要求値により変動する。   In step S12, if 1% ≦ Ci, overshoot is observed in the heating process, and the concentration of impure gas rises rapidly, so a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22 in step S19. Note that the density value in step S12 varies depending on the required value of the apparatus.

本発明の第2実施形態に係る水素発生システムは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、容器内の温度を調整する温度調整手段と、容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、容器内の副生成ガスの濃度を計測する濃度計測部と、計測の結果に基づき制御を行う制御部とを備えるため、副生成ガスの発生量を抑え、必要な量の水素が得られる水素発生システムを提供することができる。つまり、副生成ガスの濃度を測定することにより、直接的に容器の温度調整手段を制御することができる。   A hydrogen generation system according to a second embodiment of the present invention includes a container that contains a hydrogen storage material that generates a by-product gas in an amount dependent on temperature, a temperature adjusting unit that adjusts the temperature in the container, And a control means for controlling the temperature adjusting means based on the estimated amount, and the control means includes a concentration measuring unit for measuring the concentration of the by-product gas in the container, Since a control unit that performs control based on the measurement result is provided, it is possible to provide a hydrogen generation system that can suppress the generation amount of by-product gas and obtain a necessary amount of hydrogen. That is, by measuring the concentration of the by-product gas, the container temperature adjusting means can be directly controlled.

濃度計測部の設置場所としては、水素貯蔵材料を充填した容器の内部、もしくは水素貯蔵材料を充填した容器から燃料電池までの経路のいずれかにあればよいが、望ましくは、容器内部、あるいは容器から燃料電池までの経路中である場合には容器に近い場所にある方が好ましい。   The concentration measuring unit may be installed either inside the container filled with the hydrogen storage material or on the path from the container filled with the hydrogen storage material to the fuel cell. Preferably, the inside of the container or the container In the path from the fuel cell to the fuel cell, it is preferable to be near the container.

ガス濃度は、%レベル〜ppmレベルのレンジで測定する必要があるため、電気伝導度測定、超音波による密度測定又はイオン化検出法等による分析装置を使用することが望ましい。   Since the gas concentration needs to be measured in the range of the% level to the ppm level, it is desirable to use an analyzer using electrical conductivity measurement, density measurement by ultrasonic waves, ionization detection method, or the like.

水素供給量のみから判断する従来の方法では、副生成ガスが発生している温度域での水素発生システムの運転を防止することができなかったが、本発明の第2実施形態により、副生成ガスが発生する温度域でシステムを作動させることがなくなり、発生水素が含有する副生成ガスの濃度を従来の10分の1程度まで低減することが可能となる。   In the conventional method for judging from only the hydrogen supply amount, the operation of the hydrogen generation system in the temperature range where the by-product gas is generated cannot be prevented. However, according to the second embodiment of the present invention, the by-product is generated. The system is not operated in the temperature range where the gas is generated, and the concentration of the by-product gas contained in the generated hydrogen can be reduced to about 1/10 of the conventional one.

<第3実施形態>
次に、図8〜図10を参照して本発明の第3実施形態に係る水素発生システムについて説明する。燃料電池システム及び燃料電池自動車については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。図8に水素発生システムHGSの要部ブロック図を、図9にガス発生特性線図を、図10にHGSの制御フローP3を示す。この第3実施形態の水素発生システムでは、予め作成した図9に示す水素発生特性曲線及び不純ガス特性曲線から作成した制御マップを読み出し、タンク21の加熱、冷却の判断を行う点が第1実施形態と相違する。他の構成は第1実施形態とほぼ同一であるため、同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a hydrogen generation system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the fuel cell system and the fuel cell vehicle are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. FIG. 8 shows a principal block diagram of the hydrogen generation system HGS, FIG. 9 shows a gas generation characteristic diagram, and FIG. 10 shows a control flow P3 of the HGS. In the hydrogen generation system according to the third embodiment, the control map prepared from the hydrogen generation characteristic curve and the impure gas characteristic curve shown in FIG. 9 prepared in advance is read to determine whether the tank 21 is heated or cooled. It differs from the form. Since other configurations are substantially the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components and the description thereof is omitted.

水素発生システムHGSは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料30が収容されたタンク(容器)21と、タンク21内の温度を調整する加熱・冷却装置(温度調整手段)22と、タンク21内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて加熱・冷却装置22を制御する制御手段とを備える。この制御手段は、水素発生制御装置HGCとタンク21内の温度を計測する温度計(温度計測部)25とを備え、水素発生制御装置HGCは、水素貯蔵材料30の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するメモリ(データ格納部)29と、データを計測の結果とに基づき制御を行うCPU(制御部)28とを備える。第1のデータは、水素貯蔵材料30の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを含む。以下、より詳細に説明する。   The hydrogen generation system HGS includes a tank (container) 21 in which a hydrogen storage material 30 that generates a by-product gas depending on a temperature is accommodated, and a heating / cooling device (temperature adjusting means) that adjusts the temperature in the tank 21. 22 and a control means for estimating the amount of by-product gas generated in the tank 21 and controlling the heating / cooling device 22 based on the estimated amount. This control means includes a hydrogen generation control device HGC and a thermometer (temperature measurement unit) 25 that measures the temperature in the tank 21, and the hydrogen generation control device HGC generates the temperature of the hydrogen storage material 30 and the generation of by-product gas. A memory (data storage unit) 29 that stores first data indicating the relationship with the quantity and a CPU (control unit) 28 that controls the data based on the measurement result are provided. The first data includes second data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material 30 and the amount of hydrogen gas generated. This will be described in more detail below.

図8に示すように、水素発生制御装置HGCは、中央演算部(CPU)28と、このCPU28の周辺機器としてのメモリ29とを含み、CPU28は図10に示す制御フローP3に関与する演算を行い、メモリ29にはそれらの演算に必要なプログラム及びデータが格納される。その格納データには、図9に示すガス発生特性線図が含まれる。   As shown in FIG. 8, the hydrogen generation control device HGC includes a central processing unit (CPU) 28 and a memory 29 as a peripheral device of the CPU 28. The CPU 28 performs computations related to the control flow P3 shown in FIG. The memory 29 stores programs and data necessary for these operations. The stored data includes the gas generation characteristic diagram shown in FIG.

図9では、水素貯蔵材料30としてMg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた場合のガス発生特性線図を示している。Mg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた場合、次に示す式(7)の反応により水素が発生する。   FIG. 9 shows a gas generation characteristic diagram when an Mg—Li—N—H hydrogen storage material is used as the hydrogen storage material 30. When the Mg—Li—N—H based hydrogen storage material is used, hydrogen is generated by the reaction of the following formula (7).

Mg(NH+2LiH→MgLi(NH)+2H・・・式(7)
タンク21内の温度がT1(Hガス適量温度とする)未満の場合には、副生成ガスである不純ガスが発生しない。タンク内の温度がT2(不純ガス発生開始温度とする)以上になると式(8)に示す反応により不純ガスであるアンモニアが発生する。
Mg (NH 2 ) 2 + 2LiH → MgLi 2 (NH) 2 + 2H 2 Formula (7)
When the temperature in the tank 21 is lower than T1 (set to an appropriate amount of H 2 gas), no impure gas as a by-product gas is generated. When the temperature in the tank becomes equal to or higher than T2 (impure gas generation start temperature), ammonia, which is an impure gas, is generated by the reaction shown in Formula (8).

Mg(NH→MgNH+NH・・・式(8)
更に、タンク21内の温度がT2より高くなるにつれて不純ガスの発生量が多くなるが、タンク21内の温度がT3(不純ガス急増温度とする)までは式(7)に示す水素の発生が支配的である。タンク21内の温度がT3より高い温度では、式(8)に示す反応により、不純ガスとしてのアンモニアの発生が支配的となる。
Mg (NH 2 ) 2 → MgNH + NH 3 Formula (8)
Further, as the temperature in the tank 21 becomes higher than T2, the amount of impure gas generated increases, but until the temperature in the tank 21 reaches T3 (impure gas rapid increase temperature), the generation of hydrogen shown in the equation (7) occurs. Dominant. When the temperature in the tank 21 is higher than T3, generation of ammonia as an impure gas becomes dominant due to the reaction shown in the equation (8).

HGCは、表3に示す制御マップに従い、加熱・冷却装置22へ制御信号を出す。

Figure 2008037731
The HGC issues a control signal to the heating / cooling device 22 according to the control map shown in Table 3.
Figure 2008037731

図10に第3実施形態に係る水素発生システムの制御フローP3を示す。制御フローP3は、まずステップS20で表3に示す制御マップを読み出し、ステップS21に進む。   FIG. 10 shows a control flow P3 of the hydrogen generation system according to the third embodiment. The control flow P3 first reads out the control map shown in Table 3 in step S20, and proceeds to step S21.

ステップS21では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出す。所定時間が過ぎると、次のステップS22に進む。   In step S 21, a heater-on command is issued to the heating / cooling device 22. When the predetermined time has passed, the process proceeds to the next step S22.

ステップS22では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T2(不純ガス発生開始温度)か否かを判断する。T<T2の場合(YES)にはステップS23に進む。T<T2ではない場合(NO)、つまり、T2≦Tのときには次のステップS28に進む。   In step S22, the temperature T in the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T2 (impure gas generation start temperature). If T <T2 (YES), the process proceeds to step S23. When T <T2 is not satisfied (NO), that is, when T2 ≦ T, the process proceeds to the next step S28.

ステップS23では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T1(Hガス適量温度)か否かを判断する。T<T1の場合(YES)にはステップS24に進む。T<T1ではない場合(NO)、つまり、T1≦Tのときには次のステップS26に進む。 In step S23, the temperature T inside the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T1 (appropriate H 2 gas temperature). If T <T1 (YES), the process proceeds to step S24. When T <T1 is not satisfied (NO), that is, when T1 ≦ T, the process proceeds to the next step S26.

ステップS24では、制御方式<加熱4>を選択し、ステップS25に進む。   In step S24, the control method <heating 4> is selected, and the process proceeds to step S25.

ステップS25では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S25, a heater-on command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS26では、制御方式<保持3>を選択し、ステップS27に進む。   In step S26, the control method <holding 3> is selected, and the process proceeds to step S27.

ステップS27では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S27, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS28では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T3(不純ガス急増温度)か否かを判断する。T<T3の場合(YES)にはステップS29に進む。T<T3ではない場合(NO)、つまりT3≦Tのときは次のステップS31に進む。   In step S28, the temperature T in the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T3 (impure gas rapid increase temperature). If T <T3 (YES), the process proceeds to step S29. When T <T3 is not satisfied (NO), that is, when T3 ≦ T, the process proceeds to the next step S31.

ステップS29では、制御方式<保持2>を選択し、ステップS30に進む。   In step S29, the control method <hold 2> is selected, and the process proceeds to step S30.

ステップS30では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S30, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS31では、制御方式<冷却1>を選択し、ステップS32に進む。   In step S31, the control method <cooling 1> is selected, and the process proceeds to step S32.

ステップS32では、クーラ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S <b> 32, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22.

つまり、第3実施形態では、温度計25の値に基づき加熱、冷却の判断を行い、不純ガスの発生を抑制する。ステップS21では、タンク21を加熱・冷却装置22で加熱し、タンク21内部に貯蔵した水素貯蔵材料30から水素を発生させる。タンク21内の温度TがT<T1の場合には、水素流量不足で不純ガスも発生していないため、タンク21内の温度を上げて水素流量を上げるため、ステップS24においてヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   That is, in the third embodiment, heating and cooling are determined based on the value of the thermometer 25, and the generation of impure gas is suppressed. In step S <b> 21, the tank 21 is heated by the heating / cooling device 22 to generate hydrogen from the hydrogen storage material 30 stored in the tank 21. When the temperature T in the tank T is T <T1, since the hydrogen flow rate is insufficient and no impure gas is generated, a heater-on command is issued in step S24 in order to increase the temperature in the tank 21 and increase the hydrogen flow rate. Output to the heating / cooling device 22.

タンク21内の温度TがT1≦T<T2の場合には、加熱につれて水素流量が増加し、不純ガス発生開始温度以下であり、かつHガス適量温度となっているため、タンク21の温度を保持するため、ステップS27においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。 When the temperature T in the tank 21 is T1 ≦ T <T2, the hydrogen flow rate increases as it is heated, and is not more than the impure gas generation start temperature and is at an appropriate amount of H 2 gas. In step S27, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

タンク21内の温度TがT2≦T<T3の場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス発生開始温度以上となっているが、不純ガス急増温度以下であるため、タンク21の温度を下げるため、ステップS30においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、水素発生反応は吸熱反応であるため、タンク21の温度を保持することにより、タンク21内の温度は低下する。   When the temperature T in the tank 21 is T2 ≦ T <T3, an overshoot is observed in the heating process, which is equal to or higher than the impure gas generation start temperature. In order to lower the temperature, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22 in step S30. Since the hydrogen generation reaction is an endothermic reaction, the temperature in the tank 21 is lowered by maintaining the temperature in the tank 21.

T3≦Tの場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス急増温度以上となるため、更に加熱すると不純ガスであるアンモニアが急増する。これを抑制するため、ステップS32においてクーラ・オンの指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In the case of T3 ≦ T, overshoot is observed in the heating process, and the temperature becomes higher than the impure gas rapid increase temperature. Therefore, when further heated, ammonia which is an impure gas rapidly increases. In order to suppress this, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22 in step S32.

本発明の第3実施形態に係る水素発生システムは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、容器内の温度を調整する温度調整手段と、容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するデータ格納部と、容器内の温度を計測する温度計測部と、データを計測の結果とに基づき制御を行う制御部とを備え、第1のデータは、水素貯蔵材料30の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを含むため、副生成ガスの発生量を抑え、必要な量の水素が得られる水素発生システムを提供することができる。つまり、副生成ガスの発生量と水素貯蔵材料の温度との関係が分かっている場合には、水素貯蔵材料の温度を測定することにより発生ガスに含まれる副生成ガス濃度を計算することができる。このため、水素貯蔵材料の温度をパラメータとして温度調整手段の制御を決定することができ、発生ガス中に含まれる副生成ガスの濃度を低減することができる。また、水素供給量の過不足を温度調整手段を制御する制御手段の判断に使用することによって、必要な水素供給量を得ながら、かつ副生成ガス濃度が低い温度下での水素発生システムの使用を可能にする。   A hydrogen generation system according to a third embodiment of the present invention includes a container that stores a hydrogen storage material that generates a by-product gas in an amount dependent on temperature, temperature adjusting means that adjusts the temperature in the container, And a control means for controlling the temperature adjusting means based on the estimated amount, and the control means determines the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated. A data storage unit for storing the first data to be shown, a temperature measurement unit for measuring the temperature in the container, and a control unit for controlling the data based on the measurement result. Since the second data indicating the relationship between the temperature of the material 30 and the generation amount of hydrogen gas is included, it is possible to provide a hydrogen generation system that can suppress the generation amount of by-product gas and obtain a necessary amount of hydrogen. That is, when the relationship between the amount of by-product gas generated and the temperature of the hydrogen storage material is known, the concentration of by-product gas contained in the generated gas can be calculated by measuring the temperature of the hydrogen storage material. . For this reason, the control of the temperature adjusting means can be determined using the temperature of the hydrogen storage material as a parameter, and the concentration of the by-product gas contained in the generated gas can be reduced. In addition, by using the excess or deficiency of the hydrogen supply amount for the judgment of the control means for controlling the temperature adjusting means, the use of the hydrogen generation system at a temperature with a low by-product gas concentration while obtaining the necessary hydrogen supply amount. Enable.

なお、第1実施形態と同様に、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータ及び水素貯蔵材料の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを取得するために、予め少量のサンプルを用いた実験等により、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係及び水素貯蔵材料の温度と水素ガスの発生量との関係を得る実験を実施する必要がある。   As in the first embodiment, the first data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated, and the second data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of generated hydrogen gas. In order to obtain this data, the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated and the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of hydrogen gas generated through experiments using a small amount of sample in advance. It is necessary to carry out the experiment to obtain.

水素供給量のみから判断する従来の方法では、副生成ガスが発生している温度域での水素発生システムの運転を防止することができなかったが、本発明の第3実施形態により、副生成ガスが発生する温度域でシステムを作動させることがなくなり、発生水素が含有する副生成ガスの濃度を従来の10分の1程度まで低減することが可能となる。   In the conventional method for judging from only the hydrogen supply amount, the operation of the hydrogen generation system in the temperature range where the by-product gas is generated cannot be prevented. However, according to the third embodiment of the present invention, the by-product is generated. The system is not operated in the temperature range where the gas is generated, and the concentration of the by-product gas contained in the generated hydrogen can be reduced to about 1/10 of the conventional one.

<第4実施形態>
次に、図11及び図12を参照して本発明の第4実施形態に係る水素発生システムについて説明する。燃料電池システム及び燃料電池自動車については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。図11にHGSの要部ブロック図を、図12にHGSの制御フローP4を示す。この第4実施形態の水素発生システムでは、温度計25による測定結果及び発生ガス濃度計27によって検出した水素供給量によってタンク21の加熱、冷却の判断を行う点が第1実施形態と相違する。他の構成は第1実施形態とほぼ同一であるため、同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a hydrogen generation system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the fuel cell system and the fuel cell vehicle are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. FIG. 11 is a principal block diagram of the HGS, and FIG. 12 shows a control flow P4 of the HGS. The hydrogen generation system according to the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the determination of heating and cooling of the tank 21 is performed based on the measurement result of the thermometer 25 and the hydrogen supply amount detected by the generated gas concentration meter 27. Since other configurations are substantially the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components and the description thereof is omitted.

水素発生システムHGSは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料30が収容されたタンク(容器)21と、タンク21内の温度を調整する加熱・冷却装置(温度調整手段)22と、タンク21内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて加熱・冷却装置22を制御する制御手段とを備える。この制御手段は、水素発生制御装置HGCとタンク21内の温度を計測する温度計(温度計測部)25とを備え、水素発生制御装置HGCは、水素貯蔵材料30の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するメモリ(データ格納部)29と、データを計測の結果とに基づき制御を行うCPU(制御部)28とを備える。第1のデータは、水素貯蔵材料30の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを含む。また、タンク21から外部へ水素ガスを供給する燃料供給系(水素供給路)2を備え、制御手段は、燃料供給系2から外部へ供給される水素ガスの量を制御条件として制御を行う。以下、より詳細に説明する。   The hydrogen generation system HGS includes a tank (container) 21 in which a hydrogen storage material 30 that generates a by-product gas depending on a temperature is accommodated, and a heating / cooling device (temperature adjusting means) that adjusts the temperature in the tank 21. 22 and a control means for estimating the amount of by-product gas generated in the tank 21 and controlling the heating / cooling device 22 based on the estimated amount. This control means includes a hydrogen generation control device HGC and a thermometer (temperature measurement unit) 25 that measures the temperature in the tank 21, and the hydrogen generation control device HGC generates the temperature of the hydrogen storage material 30 and the generation of by-product gas. A memory (data storage unit) 29 that stores first data indicating the relationship with the quantity and a CPU (control unit) 28 that controls the data based on the measurement result are provided. The first data includes second data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material 30 and the amount of hydrogen gas generated. Further, a fuel supply system (hydrogen supply path) 2 for supplying hydrogen gas from the tank 21 to the outside is provided, and the control means performs control using the amount of hydrogen gas supplied from the fuel supply system 2 to the outside as a control condition. This will be described in more detail below.

図11に示すように、水素発生制御装置HGCは、中央演算部(CPU)28と、このCPU28の周辺機器としてのメモリ29とを含み、CPU28は図12に示す制御フローP4に関与する演算を行い、メモリ29にはそれらの演算に必要なプログラム及びデータが格納される。その格納データには、図9に示すガス発生特性線図が含まれる。   As shown in FIG. 11, the hydrogen generation control device HGC includes a central processing unit (CPU) 28 and a memory 29 as a peripheral device of the CPU 28. The CPU 28 performs computations related to the control flow P4 shown in FIG. The memory 29 stores programs and data necessary for these operations. The stored data includes the gas generation characteristic diagram shown in FIG.

燃料電池制御装置FCCは、水素発生システムHGS及び車両の動作状態に応じた制御信号C1〜C3を出力して、水素ポンプHP、減圧弁2a、及び流調弁2bを含む燃料供給系2を適宜制御する。   The fuel cell control device FCC outputs control signals C1 to C3 corresponding to the operation state of the hydrogen generation system HGS and the vehicle, and appropriately controls the fuel supply system 2 including the hydrogen pump HP, the pressure reducing valve 2a, and the flow control valve 2b. Control.

第4実施形態においても、第1実施形態と同様に水素貯蔵材料30としてMg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いる。Mg−Li−N−H系水素貯蔵材料を用いた場合、上記式(1)の反応により水素が発生する。   Also in the fourth embodiment, an Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material is used as the hydrogen storage material 30 as in the first embodiment. When the Mg—Li—N—H-based hydrogen storage material is used, hydrogen is generated by the reaction of the above formula (1).

HGCは、表4に示す制御マップに従い、加熱・冷却装置22へ制御信号を出す。

Figure 2008037731
The HGC issues a control signal to the heating / cooling device 22 according to the control map shown in Table 4.
Figure 2008037731

図12に第4実施形態に係る水素発生システムの制御フローP4を示す。制御フローP4は、まずステップS40で表4に示す制御マップを読み出し、ステップS41に進む。   FIG. 12 shows a control flow P4 of the hydrogen generation system according to the fourth embodiment. The control flow P4 first reads out the control map shown in Table 4 in step S40, and proceeds to step S41.

ステップS41では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出す。所定時間が過ぎると、次のステップS42に進む。   In step S41, a heater-on command is issued to the heating / cooling device 22. When the predetermined time has passed, the process proceeds to the next step S42.

ステップS42では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T2(不純ガス発生開始温度)か否かを判断する。T<T2の場合(YES)にはステップS43に進む。T<T2ではない場合(NO)、つまり、T2≦Tのときには次のステップS48に進む。   In step S42, the temperature T in the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T2 (impure gas generation start temperature). If T <T2 (YES), the process proceeds to step S43. When T <T2 is not satisfied (NO), that is, when T2 ≦ T, the process proceeds to the next step S48.

ステップS43では、水素の供給量が充分か否かを判断する。水素が不足している場合にはステップS44に進む。水素が充分な場合にはステップS46に進む。   In step S43, it is determined whether the supply amount of hydrogen is sufficient. If hydrogen is insufficient, the process proceeds to step S44. If hydrogen is sufficient, the process proceeds to step S46.

ステップS44では、制御方式<加熱4>を選択し、ステップS45に進む。   In step S44, the control method <heating 4> is selected, and the process proceeds to step S45.

ステップS45では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S45, a heater-on command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS46では、制御方式<保持3>を選択し、ステップS47に進む。
ステップS47では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。
In step S46, the control method <holding 3> is selected, and the process proceeds to step S47.
In step S47, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS48では、タンク21内部の温度Tを温度計25によって測定し、T<T3(不純ガス急増温度)か否かを判断する。T<T3の場合(YES)にはステップS49に進む。T<T3ではない場合(NO)、つまりT3≦Tのときは次のステップS51に進む。   In step S48, the temperature T inside the tank 21 is measured by the thermometer 25, and it is determined whether or not T <T3 (impure gas rapid increase temperature). If T <T3 (YES), the process proceeds to step S49. When T <T3 is not satisfied (NO), that is, when T3 ≦ T, the process proceeds to the next step S51.

ステップS49では、制御方式<保持2>を選択し、ステップS50に進む。   In step S49, the control method <hold 2> is selected, and the process proceeds to step S50.

ステップS50では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S50, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS51では、制御方式<冷却1>を選択し、ステップS52に進む。   In step S51, the control method <cooling 1> is selected, and the process proceeds to step S52.

ステップS52では、クーラ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S52, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22.

つまり、第4実施形態では、温度計25の値によって検出した水素供給量に基づき加熱、冷却の判断を行い、不純ガスの発生を抑制する。ステップS41では、タンク21を加熱・冷却装置22で加熱し、タンク21内部に貯蔵した水素貯蔵材料30から水素を発生させる。タンク21内の温度TがT<T2であり、かつ水素の供給量が不足している場合には、水素流量不足で不純ガスも発生していないため、タンク21内の温度を上げて水素流量を上げるため、ステップS44においてヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   That is, in the fourth embodiment, heating and cooling are determined based on the hydrogen supply amount detected by the value of the thermometer 25, and the generation of impure gas is suppressed. In step S <b> 41, the tank 21 is heated by the heating / cooling device 22 to generate hydrogen from the hydrogen storage material 30 stored in the tank 21. When the temperature T in the tank 21 is T <T2 and the supply amount of hydrogen is insufficient, since the hydrogen flow rate is insufficient and no impure gas is generated, the temperature in the tank 21 is increased and the hydrogen flow rate is increased. In step S44, a heater-on command is output to the heating / cooling device 22.

タンク21内の温度TがT<T2であり、かつ水素の供給量が充分な場合には、加熱につれて水素流量が増加し、不純ガス発生開始温度以下であり、かつ水素の供給量が充分であるため、タンク21の温度を保持するため、ステップS47においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   When the temperature T in the tank 21 is T <T2 and the supply amount of hydrogen is sufficient, the hydrogen flow rate increases with heating, is below the impure gas generation start temperature, and the supply amount of hydrogen is sufficient. Therefore, in order to maintain the temperature of the tank 21, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22 in step S47.

タンク21内の温度TがT2≦T<T3の場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス発生開始温度以上となっているが、不純ガス急増温度以下であるため、タンク21の温度を下げるため、ステップS50においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、水素発生反応は吸熱反応であるため、タンク21の温度を保持することにより、タンク21内の温度は低下する。   When the temperature T in the tank 21 is T2 ≦ T <T3, an overshoot is observed in the heating process, which is equal to or higher than the impure gas generation start temperature. In order to lower the temperature, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22 in step S50. Since the hydrogen generation reaction is an endothermic reaction, the temperature in the tank 21 is lowered by maintaining the temperature in the tank 21.

T3≦Tの場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス急増温度以上となるため、更に加熱すると不純ガスであるアンモニアが急増する。これを抑制するため、ステップS52においてクーラ・オンの指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In the case of T3 ≦ T, overshoot is observed in the heating process, and the temperature becomes higher than the impure gas rapid increase temperature. Therefore, when further heated, ammonia which is an impure gas rapidly increases. In order to suppress this, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22 in step S52.

本発明の第4実施形態に係る水素発生システムは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、容器内の温度を調整する温度調整手段と、容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するデータ格納部と、容器内の温度を計測する温度計測部と、データを計測の結果とに基づき制御を行う制御部とを備え、第1のデータは、水素貯蔵材料30の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを含み、容器から外部へ水素ガスを供給する水素供給路を備え、制御手段は、水素供給路から外部へ供給される水素ガスの量を制御条件として制御を行うため、副生成ガスの発生量を抑え、必要な量の水素が得られる水素発生システムを提供することができる。つまり、副生成ガスの発生量と水素貯蔵材料の温度との関係が分かっている場合には、水素貯蔵材料の温度を測定することにより発生ガスに含まれる副生成ガス濃度を計算することができる。このため、水素貯蔵材料の温度をパラメータとして温度調整手段の制御を決定することができ、発生ガス中に含まれる副生成ガスの濃度を低減することができる。また、水素供給量の過不足を温度調整手段を制御する制御手段の判断に使用することによって、必要な水素供給量を得ながら、かつ副生成ガス濃度が低い温度下での水素発生システムの使用を可能にする。さらに、水素供給量を測定することにより、より副生成ガス濃度の低い温度域で安定した水素を供給することができる。   A hydrogen generation system according to a fourth embodiment of the present invention includes a container containing a hydrogen storage material that generates a by-product gas in an amount dependent on temperature, temperature adjusting means for adjusting the temperature in the container, And a control means for controlling the temperature adjusting means based on the estimated amount, and the control means determines the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated. A data storage unit for storing the first data to be shown, a temperature measurement unit for measuring the temperature in the container, and a control unit for controlling the data based on the measurement result. It includes second data indicating the relationship between the temperature of the material 30 and the amount of hydrogen gas generated, and includes a hydrogen supply path for supplying hydrogen gas from the container to the outside, and the control means is supplied to the outside from the hydrogen supply path. Control using the amount of hydrogen gas as a control condition , Suppressing the generation of by-product gas, it is possible to provide a hydrogen generation system in which the amount of hydrogen required can be obtained. That is, when the relationship between the amount of by-product gas generated and the temperature of the hydrogen storage material is known, the concentration of by-product gas contained in the generated gas can be calculated by measuring the temperature of the hydrogen storage material. . For this reason, the control of the temperature adjusting means can be determined using the temperature of the hydrogen storage material as a parameter, and the concentration of the by-product gas contained in the generated gas can be reduced. Also, by using the excess or deficiency of the hydrogen supply amount in the judgment of the control means for controlling the temperature adjusting means, the use of the hydrogen generation system at a temperature with a low by-product gas concentration while obtaining the necessary hydrogen supply amount. Enable. Furthermore, by measuring the hydrogen supply amount, stable hydrogen can be supplied in a temperature range where the by-product gas concentration is lower.

なお、第1実施形態と同様に、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータ及び水素貯蔵材料の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを取得するために、予め少量のサンプルを用いた実験等により、水素貯蔵材料の温度と副生成ガスの発生量との関係及び水素貯蔵材料の温度と水素ガスの発生量との関係を得る実験を実施する必要がある。   As in the first embodiment, the first data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated, and the second data indicating the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of generated hydrogen gas. In order to obtain this data, the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of by-product gas generated and the relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the amount of hydrogen gas generated through experiments using a small amount of sample in advance. It is necessary to carry out the experiment to obtain.

水素供給量のみから判断する従来の方法では、副生成ガスが発生している温度域での水素発生システムの運転を防止することができなかったが、本発明の第4実施形態により、副生成ガスが発生する温度域でシステムを作動させることがなくなり、発生水素が含有する副生成ガスの濃度を従来の10分の1程度まで低減することが可能となる。   In the conventional method for judging only from the hydrogen supply amount, the operation of the hydrogen generation system in the temperature range where the by-product gas is generated cannot be prevented. However, according to the fourth embodiment of the present invention, the by-product is generated. The system is not operated in the temperature range where the gas is generated, and the concentration of the by-product gas contained in the generated hydrogen can be reduced to about 1/10 of the conventional one.

<第5実施形態>
次に、図13及び図14を参照して本発明の第5実施形態に係る水素発生システムについて説明する。燃料電池システム及び燃料電池自動車については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。図13にHGSの要部ブロック図を、図14にHGSの制御フローP5を示す。この第5実施形態の水素発生システムでは、温度計25による測定結果によらず、発生ガス濃度計27によって検出した水素供給量及び不純ガス濃度によってタンク21の加熱、冷却の判断を行う点が第1実施形態と相違する。他の構成は第1実施形態とほぼ同一であるため、同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a hydrogen generation system according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the fuel cell system and the fuel cell vehicle are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. FIG. 13 is a principal block diagram of the HGS, and FIG. 14 shows a control flow P5 of the HGS. In the hydrogen generation system of the fifth embodiment, the determination of heating and cooling of the tank 21 is performed based on the hydrogen supply amount and impure gas concentration detected by the generated gas concentration meter 27 regardless of the measurement result by the thermometer 25. This is different from the first embodiment. Since other configurations are substantially the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components and the description thereof is omitted.

水素発生システムHGSは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料30が収容されたタンク(容器)21と、タンク21内の温度を調整する加熱・冷却装置(温度調整手段)22と、タンク21内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて加熱・冷却装置22を制御する制御手段とを備える。この制御手段は、水素発生制御装置HGCとタンク21内の副生成ガスの濃度を計測する発生ガス濃度計(濃度計測部)27とを備え、水素発生制御装置HGCは計測の結果に基づき制御を行うCPU(制御部)28を備える。また、タンク21から外部へ水素ガスを供給する燃料供給系(水素供給路)2を備え、制御手段は、燃料供給系2から外部へ供給される水素ガスの量を制御条件として制御を行う。以下、より詳細に説明する。   The hydrogen generation system HGS includes a tank (container) 21 in which a hydrogen storage material 30 that generates a by-product gas depending on a temperature is accommodated, and a heating / cooling device (temperature adjustment means) that adjusts the temperature in the tank 21. 22 and a control means for estimating the amount of by-product gas generated in the tank 21 and controlling the heating / cooling device 22 based on the estimated amount. This control means includes a hydrogen generation control device HGC and a generated gas concentration meter (concentration measuring unit) 27 that measures the concentration of the by-product gas in the tank 21, and the hydrogen generation control device HGC performs control based on the measurement result. A CPU (control unit) 28 is provided. Further, a fuel supply system (hydrogen supply path) 2 for supplying hydrogen gas from the tank 21 to the outside is provided, and the control means performs control using the amount of hydrogen gas supplied from the fuel supply system 2 to the outside as a control condition. This will be described in more detail below.

図13に示すように、水素発生制御装置HGCは、中央演算部(CPU)28と、このCPU28の周辺機器としてのメモリ29とを含み、CPU28は図14に示す制御フローP5に関与する演算を行い、メモリ29にはそれらの演算に必要なプログラム及びデータが格納される。   As shown in FIG. 13, the hydrogen generation control device HGC includes a central processing unit (CPU) 28 and a memory 29 as a peripheral device of the CPU 28, and the CPU 28 performs operations related to the control flow P <b> 5 shown in FIG. 14. The memory 29 stores programs and data necessary for these operations.

燃料電池制御装置FCCは、水素発生システムHGS及び車両の動作状態に応じた制御信号C1〜C3を出力して、水素ポンプHP、減圧弁2a、及び流調弁2bを含む燃料供給系2を適宜制御する。   The fuel cell control device FCC outputs control signals C1 to C3 corresponding to the operation state of the hydrogen generation system HGS and the vehicle, and appropriately controls the fuel supply system 2 including the hydrogen pump HP, the pressure reducing valve 2a, and the flow control valve 2b. Control.

HGCは、表5に示す制御マップに従い、加熱・冷却装置22へ制御信号を出す。

Figure 2008037731
The HGC issues a control signal to the heating / cooling device 22 according to the control map shown in Table 5.
Figure 2008037731

図14に第5実施形態に係る水素発生システムの制御フローP5を示す。制御フローP5は、まずステップS60で表5に示す制御マップを読み出し、ステップS61に進む。   FIG. 14 shows a control flow P5 of the hydrogen generation system according to the fifth embodiment. The control flow P5 first reads out the control map shown in Table 5 in step S60, and proceeds to step S61.

ステップS61では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出す。所定時間が過ぎると、次のステップS62に進む。   In step S 61, a heater-on command is issued to the heating / cooling device 22. When the predetermined time has passed, the process proceeds to the next step S62.

ステップS62では、タンク21内部の副生成ガスである不純ガスの濃度を発生ガス濃度計27によって測定し、不純ガスが検出されるか否かを判断する。不純ガスが検出されない場合(NO)にはステップS63に進む。不純ガスが検出された場合(YES)の場合には次のステップS68に進む。   In step S62, the concentration of the impure gas that is a by-product gas inside the tank 21 is measured by the generated gas concentration meter 27, and it is determined whether or not the impure gas is detected. If no impure gas is detected (NO), the process proceeds to step S63. If an impure gas is detected (YES), the process proceeds to the next step S68.

ステップS63では、水素の供給量が充分か否かを判断する。水素が不足している場合にはステップS64に進む。水素が充分な場合にはステップS66に進む。   In step S63, it is determined whether the supply amount of hydrogen is sufficient. If hydrogen is insufficient, the process proceeds to step S64. If hydrogen is sufficient, the process proceeds to step S66.

ステップS64では、制御方式<加熱4>を選択し、ステップS65に進む。   In step S64, the control method <heating 4> is selected, and the process proceeds to step S65.

ステップS65では、ヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S65, a heater-on command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS66では、制御方式<保持3>を選択し、ステップS67に進む。
ステップS67では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。
In step S66, the control method <holding 3> is selected, and the process proceeds to step S67.
In step S67, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS68では、タンク21内部の不純ガスの濃度を発生ガス濃度計27によって測定し、不純ガス濃度Ci<1%か否かを判断する。Ci<1%の場合(YES)にはステップS69に進む。Ci<1%ではない場合(NO)、つまり1%≦Ciのときは次のステップS71に進む。   In step S68, the concentration of the impurity gas in the tank 21 is measured by the generated gas concentration meter 27, and it is determined whether or not the impurity gas concentration Ci <1%. If Ci <1% (YES), the process proceeds to step S69. When Ci <1% is not satisfied (NO), that is, when 1% ≦ Ci, the process proceeds to the next step S71.

ステップS69では、制御方式<保持2>を選択し、ステップS70に進む。   In step S69, the control method <hold 2> is selected, and the process proceeds to step S70.

ステップS70では、ヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S70, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22.

ステップS71では、制御方式<冷却1>を選択し、ステップS72に進む。   In step S71, the control method <cooling 1> is selected, and the process proceeds to step S72.

ステップS72では、クーラ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S72, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22.

つまり、第5実施形態では、発生ガス濃度計27によって検出した水素供給量及び不純ガス濃度に基づき加熱、冷却の判断を行い、不純ガスの発生を抑制する。ステップS61では、タンク21を加熱・冷却装置22で加熱し、タンク21内部に貯蔵した水素貯蔵材料30から水素を発生させる。   That is, in the fifth embodiment, heating and cooling are determined based on the hydrogen supply amount and impure gas concentration detected by the generated gas concentration meter 27, and the generation of impure gas is suppressed. In step S <b> 61, the tank 21 is heated by the heating / cooling device 22 to generate hydrogen from the hydrogen storage material 30 stored in the tank 21.

不純ガスを検出せず、かつ水素の供給量が不足している場合には、水素流量不足で不純ガスも発生していないため、タンク21内の温度を上げて水素流量を上げるため、ステップS64においてヒータ・オン指令を加熱・冷却装置22に出力する。   If the impure gas is not detected and the supply amount of hydrogen is insufficient, the hydrogen flow rate is insufficient and no impure gas is generated. Therefore, the temperature in the tank 21 is increased to increase the hydrogen flow rate. The heater-on command is output to the heating / cooling device 22 at.

不純ガスを検出せず、かつ水素の供給量が充分な場合には、加熱につれて水素流量が増加し、水素の供給量が充分であるため、タンク21の温度を保持するため、ステップS67においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。   If no impure gas is detected and the supply amount of hydrogen is sufficient, the flow rate of hydrogen increases with heating, and the supply amount of hydrogen is sufficient, so that the temperature of the tank 21 is maintained. -Outputs an OFF command to the heating / cooling device 22.

ステップS62において、不純ガスが検出され、その濃度がCi<1%の場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス発生開始温度以上となっているが、不純ガス急増温度以下であるため、ステップS70においてヒータ・オフ指令を加熱・冷却装置22に出力する。なお、水素発生反応は吸熱反応であるため、タンク21の温度を保持することにより、タンク21内の温度は低下する。   In step S62, when an impure gas is detected and its concentration is Ci <1%, overshoot is observed in the heating process, which is not less than the impure gas generation start temperature, but is not more than the impure gas rapid increase temperature. Therefore, in step S70, a heater-off command is output to the heating / cooling device 22. Since the hydrogen generation reaction is an endothermic reaction, the temperature in the tank 21 is lowered by maintaining the temperature in the tank 21.

ステップS68において、1%≦Ciの場合には、加熱過程でオーバーシュートがみられ、不純ガス急増温度以上となるため、更に加熱すると不純ガスであるアンモニアが急増する。これを抑制するため、ステップS72においてクーラ・オンの指令を加熱・冷却装置22に出力する。   In step S68, when 1% ≦ Ci, overshoot is observed in the heating process, and the temperature becomes higher than the impure gas rapid increase temperature. In order to suppress this, a cooler-on command is output to the heating / cooling device 22 in step S72.

本発明の第5実施形態に係る水素発生システムは、温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、容器内の温度を調整する温度調整手段と、容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、容器内の副生成ガスの濃度を計測する濃度計測部と、計測の結果に基づき制御を行う制御部とを備え、さらに、容器から外部へ水素ガスを供給する水素供給路を備え、制御手段は、水素供給路から外部へ供給される水素ガスの量を制御条件として制御を行うため、副生成ガスの発生量を抑え、必要な量の水素が得られる水素発生システムを提供することができる。つまり、副生成ガスの濃度を測定することにより、直接的に容器の温度調整手段を制御することができる。また、水素供給量を測定することにより、より副生成ガス濃度の低い温度域で安定した水素を供給することができる。   A hydrogen generation system according to a fifth embodiment of the present invention includes a container containing a hydrogen storage material that generates a by-product gas in an amount dependent on temperature, temperature adjusting means for adjusting the temperature in the container, And a control means for controlling the temperature adjusting means based on the estimated amount, and the control means includes a concentration measuring unit for measuring the concentration of the by-product gas in the container, A control unit that performs control based on the measurement result, and further includes a hydrogen supply path that supplies hydrogen gas from the container to the outside, and the control unit controls the amount of hydrogen gas supplied from the hydrogen supply path to the outside. Since the control is performed as a condition, it is possible to provide a hydrogen generation system that suppresses the generation amount of by-product gas and obtains a necessary amount of hydrogen. That is, by measuring the concentration of the by-product gas, the container temperature adjusting means can be directly controlled. Further, by measuring the hydrogen supply amount, stable hydrogen can be supplied in a temperature range where the by-product gas concentration is lower.

水素供給量のみから判断する従来の方法では、副生成ガスが発生している温度域での水素発生システムの運転を防止することができなかったが、本発明の第5実施形態により、副生成ガスが発生する温度域でシステムを作動させることがなくなり、発生水素が含有する副生成ガスの濃度を従来の10分の1程度まで低減することが可能となる。   In the conventional method for judging from only the hydrogen supply amount, the operation of the hydrogen generation system in the temperature range where the by-product gas is generated cannot be prevented. However, according to the fifth embodiment of the present invention, the by-product is generated. The system is not operated in the temperature range where the gas is generated, and the concentration of the by-product gas contained in the generated hydrogen can be reduced to about 1/10 of the conventional one.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施の形態の開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。   Although the embodiment of the present invention has been described above, it should not be understood that the description and drawings that constitute part of the disclosure of the embodiment limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

第1実施形態に係る燃料電池システムFCSの模式的系統図である。1 is a schematic system diagram of a fuel cell system FCS according to a first embodiment. 第1実施形態に係る燃料電池自動車の側面図である。1 is a side view of a fuel cell vehicle according to a first embodiment. 第1実施形態に係る水素発生システムの要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the hydrogen generation system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るガス発生特性線図である。It is a gas generation characteristic diagram concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係る水素発生システムの制御フローである。It is a control flow of the hydrogen generation system which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る水素発生システムの要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the hydrogen generation system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る水素発生システムの制御フローである。It is a control flow of the hydrogen generation system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る水素発生システムの要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the hydrogen generation system which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係るガス発生特性線図である。It is a gas generation characteristic diagram concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係る水素発生システムの制御フローである。It is a control flow of the hydrogen generation system which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る水素発生システムの要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the hydrogen generation system which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る水素発生システムの制御フローである。It is a control flow of the hydrogen generation system which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る水素発生システムの要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the hydrogen generation system which concerns on 5th Embodiment. 第5実施形態に係る水素発生システムの制御フローである。It is a control flow of the hydrogen generation system concerning a 5th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

FCC 燃料電池制御装置
FCS 燃料電池システム
HGC 水素発生制御装置
HGS 水素発生システム
1 燃料電池スタック
2 燃料供給系(水素供給路)
20 水素発生装置
21 タンク
22 加熱・冷却装置(温度調整手段)
25 温度計(温度計測部)
27 発生ガス濃度計(濃度計測部)
28 CPU
29 メモリ
30 水素貯蔵材料
50 燃料電池自動車
FCC fuel cell control device FCS fuel cell system HGC hydrogen generation control device HGS hydrogen generation system 1 fuel cell stack 2 fuel supply system (hydrogen supply path)
20 Hydrogen generator 21 Tank 22 Heating / cooling device (temperature adjusting means)
25 Thermometer (Temperature Measurement Unit)
27 Generated gas concentration meter (concentration measuring unit)
28 CPU
29 Memory 30 Hydrogen storage material 50 Fuel cell vehicle

Claims (12)

温度に依存した量の副生成ガスを発生する水素貯蔵材料が収容された容器と、
前記容器内の温度を調整する温度調整手段と、
前記容器内での副生成ガスの発生量を推定し、推定した量に基づいて前記温度調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする水素発生システム。
A container containing a hydrogen storage material that generates a by-product gas in a temperature-dependent amount;
Temperature adjusting means for adjusting the temperature in the container;
A hydrogen generation system comprising: a control unit that estimates a generation amount of a by-product gas in the container and controls the temperature adjustment unit based on the estimated amount.
前記制御手段は、前記水素貯蔵材料の温度と前記副生成ガスの発生量との関係を示す第1のデータを格納するデータ格納部と、前記容器内の温度を計測する温度計測部と、前記データを前記計測の結果とに基づき前記制御を行う制御部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の水素発生システム。   The control means includes a data storage unit that stores first data indicating a relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the generation amount of the by-product gas, a temperature measurement unit that measures the temperature in the container, The hydrogen generation system according to claim 1, further comprising a control unit that performs the control based on the measurement result. 前記制御手段は、前記容器内の副生成ガスの濃度を計測する濃度計測部と、前記計測の結果に基づき前記制御を行う制御部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の水素発生システム。   2. The hydrogen generation according to claim 1, wherein the control unit includes a concentration measurement unit that measures a concentration of a by-product gas in the container, and a control unit that performs the control based on a result of the measurement. system. 前記第1のデータは、前記水素貯蔵材料の温度と水素ガスの発生量との関係を示す第2のデータを含むことを特徴とする請求項2に記載の水素発生システム。   3. The hydrogen generation system according to claim 2, wherein the first data includes second data indicating a relationship between a temperature of the hydrogen storage material and a generation amount of hydrogen gas. 前記容器から外部へ水素ガスを供給する水素供給路を備え、前記制御手段は、前記水素供給路から外部へ供給される水素ガスの量を制御条件として前記制御を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の水素発生システム。   A hydrogen supply path for supplying hydrogen gas from the container to the outside is provided, and the control means performs the control using a quantity of hydrogen gas supplied from the hydrogen supply path to the outside as a control condition. The hydrogen generation system according to any one of claims 1 to 4. 前記制御手段は、水素ガスの発生量を推定して制御を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の水素発生システム。   6. The hydrogen generation system according to claim 1, wherein the control unit performs control by estimating a generation amount of hydrogen gas. 前記第1のデータは、前記水素貯蔵材料の温度と、発生開始温度が副生成ガスの中で一番低い副生成ガスの発生量との関係を示す第3のデータを含み、前記制御手段は前記第3のデータを制御条件として前記制御を行うことを特徴とする請求項2乃至請求項6のいずれか一項に記載の水素発生システム。   The first data includes third data indicating a relationship between the temperature of the hydrogen storage material and the generation amount of the by-product gas having the lowest generation start temperature among the by-product gases, and the control means The hydrogen generation system according to any one of claims 2 to 6, wherein the control is performed using the third data as a control condition. 前記水素貯蔵材料が、アルカリ金属、アルカリ土類金属元素の中から選ばれる金属、窒素及び水素からなる材料を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の水素発生システム。   The said hydrogen storage material has as a main component the material which consists of a metal chosen from an alkali metal and an alkaline-earth metal element, nitrogen, and hydrogen, The Claim 1 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. The hydrogen generation system described. 前記水素貯蔵材料が、アルカリ金属、アルカリ土類金属元素の中から選ばれる金属、ホウ素及び水素からなる材料を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の水素発生システム。   The said hydrogen storage material has as a main component the material which consists of a metal chosen from an alkali metal and an alkaline-earth metal element, boron, and hydrogen, The Claim 1 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. The hydrogen generation system described. 前記水素貯蔵材料が、窒素、ホウ素及び水素を主成分とする化合物を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の水素発生システム。   The hydrogen generation system according to any one of claims 1 to 7, wherein the hydrogen storage material includes a compound mainly composed of nitrogen, boron, and hydrogen. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に係る水素発生システムを用いたことを特徴とする燃料電池システム。   A fuel cell system using the hydrogen generation system according to any one of claims 1 to 10. 請求項11に係る燃料電池システムを用いることを特徴とする燃料電池自動車。   A fuel cell vehicle using the fuel cell system according to claim 11.
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