JP2008261392A - Hydrogen supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水素供給装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen supply apparatus.
水素があらかじめ吸蔵されている水素吸蔵合金を収容した水素タンクを具備し、水素吸蔵合金から水素を放出させると共に放出された水素を燃料電池に供給するようにした水素供給装置が公知である(特許文献1参照)。このように水素吸蔵合金を用いると、ボンベを用いる場合に比べて、一定量の水素を貯蔵するのに必要な容積ないし空間を低減することができ、さらに水素を安全に貯蔵することができる。 2. Description of the Related Art There is a known hydrogen supply apparatus that includes a hydrogen tank that stores a hydrogen storage alloy in which hydrogen is stored in advance and that releases hydrogen from the hydrogen storage alloy and supplies the released hydrogen to a fuel cell (patent) Reference 1). When the hydrogen storage alloy is used as described above, the volume or space necessary for storing a certain amount of hydrogen can be reduced as compared with the case where a cylinder is used, and hydrogen can be stored safely.
しかしながら、水素タンクを例えば大気圧に解放したとしても、水素吸蔵合金内に貯蔵されているすべての水素を水素吸蔵合金から放出させることはできず、水素吸蔵合金内には水素がいわゆる死蔵量だけ残存してしまう。すなわち、水素吸蔵合金内に貯蔵された水素を有効に利用することができないという問題点がある。 However, even if the hydrogen tank is released to atmospheric pressure, for example, all the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy cannot be released from the hydrogen storage alloy, and only hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy. It will remain. That is, there is a problem that hydrogen stored in the hydrogen storage alloy cannot be used effectively.
前記課題を解決するために本発明によれば、水素があらかじめ吸蔵されている水素吸蔵合金を収容した水素タンクを具備し、該水素吸蔵合金から水素を放出させると共に該放出された水素を供給先に供給するようにした水素供給装置において、減圧ポンプを具備し、水素タンク内の圧力が許容下限を越えて低くなったか否かを判断し、水素タンク内の圧力が許容下限を越えて低くなったときには、該減圧ポンプにより水素タンク内を減圧して水素吸蔵合金内の残存水素を取り出すと共に該取り出された残存水素を供給先に供給するようにしている。 In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a hydrogen tank containing a hydrogen storage alloy in which hydrogen is stored in advance is provided, and hydrogen is released from the hydrogen storage alloy and the released hydrogen is supplied to a destination. The hydrogen supply apparatus is configured to supply a pressure reducing pump, and it is determined whether or not the pressure in the hydrogen tank has decreased below the allowable lower limit, and the pressure in the hydrogen tank has decreased beyond the allowable lower limit. In this case, the pressure inside the hydrogen tank is reduced by the pressure reducing pump to take out the remaining hydrogen in the hydrogen storage alloy, and the taken out remaining hydrogen is supplied to the supply destination.
水素吸蔵合金内に貯蔵された水素を有効に利用することができる。 Hydrogen stored in the hydrogen storage alloy can be used effectively.
図1は車両用発電システムに本発明を適用した場合を示している。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a vehicle power generation system.
図1を参照すると、発電システム1は燃料電池10と、燃料電池10に酸素を供給する酸素供給装置20と、燃料電池10に水素を供給する水素供給装置30と、電子制御ユニット70とを具備する。
Referring to FIG. 1, the
酸素供給装置20は大気のような酸素源21を具備し、酸素源21は酸素流通管22を介して酸素ポンプ23の吸入側に連結され、酸素ポンプ23の吐出側は酸素供給管24を介して燃料電池10に連結される。酸素供給管24内には電磁弁からなる酸素供給弁25が配置される。
The
水素供給装置30は水素源である水素タンク31を具備し、水素タンク31の水素放出口は水素放出管32を介して流体圧駆動式の減圧ポンプ33の吸入側に連結される。減圧ポンプ33の吐出側は水素流通管34を介して流体圧駆動式の昇圧ポンプ35の流入側に連結され、昇圧ポンプ35の吐出側は水素高圧管36を介して高圧で水素を蓄える水素バッファ37に連結され、水素バッファ37は水素供給管38を介して燃料電池10に連結される。水素放出管32内には調圧機能付きの電磁弁からなる水素放出弁39が配置され、水素高圧管36内には逆止弁40が配置され、水素供給管38内には電磁弁からなる水素供給弁41が配置される。また、水素タンク31及び水素バッファ37には水素タンク31内及び水素バッファ37内の圧力をそれぞれ検出するための圧力センサ42,43がそれぞれ取り付けられる。
The
水素タンク31内には水素吸蔵合金31aが収容されている。この水素吸蔵合金31aは例えばTiCrV材やTiCrMn材から構成されるが、他の材料から構成することもできる。また、水素タンク31は耐圧容器から構成される。本発明による実施例では、水素タンク31内に水素が水素吸蔵合金31aの吸蔵時平衡圧よりも高い圧力のもとであらかじめ充填されている。この場合、水素の一部は水素吸蔵合金31a内に水素化物の形で貯蔵され、残りは水素吸蔵合金31a周りの水素タンク31内部空間内に気体の形で貯蔵される。
A
減圧ポンプ33は水素タンク31内を減圧するためのものである。本発明による実施例では、減圧ポンプ33は水素タンク31内を負圧まで減圧することができる。一方、昇圧ポンプ35は水素を昇圧して水素バッファ37内に送り込むためのものである。本発明による実施例では昇圧ポンプ35は数気圧から数十気圧まで水素を昇圧することができる。
The
図1に示される実施例では発電システム1が電気駆動式車両50に搭載されている。この車両50は唯一の駆動源として電気モータ51を具備し、電気モータ51の出力軸52はディファレンシャルギア53を介して車軸54に連結される。この電気モータ51には発電システム1から電気エネルギが供給される。また、車両50は車両制動エネルギを回生する回生装置55を具備する。この回生装置55は例えば電気モータ51の出力軸52に取り付けられたギアポンプ56を具備し、このギアポンプ56は車両制動時又は減速時に低圧室57内の作動流体を圧縮して高圧室58内に送り込み、したがって高圧室58内には高圧の作動流体が蓄えられている。高圧室58は調圧機能付きの電磁弁からなる作動流体制御弁59,60をそれぞれ介して減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35に連結される。なお、車両50を、駆動源として電気モータ51及びエンジンを具備したいわゆるハイブリッド型車両から構成することもできる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
電子制御ユニット70はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス71によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)72、RAM(ランダムアクセスメモリ)73、CPU(マイクロプロセッサ)74、入力ポート75及び出力ポート76を具備する。圧力センサ42,43の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器77を介して入力ポート75に入力される。出力ポート76は対応する駆動回路78を介して酸素ポンプ23、酸素供給弁25、水素放出弁39、水素供給弁41、作動流体制御弁59,60にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット70からの信号に基づいて制御される。
The
さて、燃料電池10で発電を行うべきときには酸素供給弁24が開弁されると共に酸素ポンプ23が作動され、水素供給弁41が開弁される。その結果、酸素源21の酸素ないし空気が酸素供給管22を介して、水素バッファ37内の水素が水素供給管38を介して、それぞれ燃料電池10に供給される。
When the
水素タンク31から水素を供給すべきとき、すなわち例えば水素バッファ37内の圧力が許容下限を越えて低下したときには、水素放出弁39が開弁される。その結果、水素タンク31の内部空間内に貯蔵された水素が水素タンク31から放出され、又は水素が水素吸蔵合金31aから離脱して水素タンク31から放出される。なお、水素吸蔵合金31aから水素を離脱させるために水素吸蔵合金31aを加熱する装置も設けることもできる。この放出された水素は水素放出管32、水素流通管34及び水素高圧管36内を順次流通して水素バッファ37内に充填される。この場合、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35は作動停止されており、水素は減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35の作用を受けることなく減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35を通過する。
When hydrogen is to be supplied from the
水素タンク31からの水素放出が継続されると、図2に示されるように水素タンク31内の圧力PTが低下する。次いで、図2にXで示されるようにタンク内圧PTが許容下限PX(例えば、大気圧)を越えて低下すると、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動される。その結果、水素タンク31内が負圧PN(例えば約0.13Pa(10−3torr)程度)まで減圧され、それにより水素吸蔵合金31a内の残存水素が水素吸蔵合金31aから取り出される。この取り出された水素は次いで昇圧ポンプ35において昇圧された後に水素バッファ37に供給される。
When the hydrogen release from the
次いで、水素タンク31内に水素が充填されて水素タンク内圧PTが許容下限PXよりも高くなると、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動停止される。
Next, when the
このように本発明による実施例では、水素吸蔵合金31aに負圧を印加して水素を取り出しているので、水素吸蔵合金31a内に吸蔵された水素を有効に利用することができる。実際、減圧ポンプ33を作動させたときに0.3から0.5wt%程度の水素を取り出すことができる。また、水素吸蔵合金31aから多量の水素が放出されて水素吸蔵合金31a内の残存水素が少なくなるので、次の水素タンク31内への水素充填時に水素吸蔵合金31a内に多量の水素を吸蔵させることができ、水素吸蔵合金31の劣化を抑制することもできる。さらに、取り出された水素を昇圧ポンプ35によって昇圧し水素バッファ37に供給しているので、水素を確実に水素バッファ37に供給することができる。
As described above, in the embodiment according to the present invention, the negative pressure is applied to the
なお、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35を電動式ポンプから構成することもできる。しかしながら、このようにすると、残存水素を取り出すために発電する必要があり、すなわち取り出された残存水素のすべてを車両駆動等のために利用することができない。
Note that the
そこで本発明による実施例では、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35を流体圧駆動式ポンプから構成し、残存水素を取り出すために水素を消費することがないようにしている。もっとも、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35を、電気又は流体圧を駆動源とするポンプから構成し、流体圧のみで駆動することができないときに限り、これら減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35を電気により駆動するようにしてもよい。また、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35のうち少なくとも一方を流体圧駆動式ポンプから構成するようにすることもできる。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the
図3は本発明による実施例の水素供給制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとに実行される。 FIG. 3 shows a hydrogen supply control routine of the embodiment according to the present invention. This routine is executed at predetermined time intervals.
図3を参照すると、まずステップ100では水素タンク31から水素バッファ37に水素を供給すべきか否かが判別される。水素を供給すべきでないと判断されたときには次いでステップ101に進み、水素放出弁39が閉弁される。続くステップ102では減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動停止される。これに対し、水素を供給すべきと判断されたときにはステップ100からステップ103に進み、水素放出弁39が開弁される。続くステップ104では水素タンク31内の圧力PTが許容下限PXを越えて低下したか否かが判別される。PT≧PXのときにはステップ102に進み、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35の作動停止が継続される。これに対し、PT<PXのときにはステップ104からステップ105に進み、作動流体制御弁59,60が開弁されて減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動される。
Referring to FIG. 3, first, at
図4は本発明による別の実施例を示している。図4を参照すると、水素供給装置30が追加の水素タンク80を具備する。この追加の水素タンク80の水素放出口は追加の水素放出管81に連結され、追加の水素放出管81は減圧ポンプ33と昇圧ポンプ35を間の水素流通管34に連結される。また、追加の水素放出管81内には調圧機能付きの電磁弁からなる追加の水素放出弁82が配置される。図4に示される例では、追加の水素タンク80内に水素吸蔵合金が収容されていないが、追加の水素タンク80内に水素吸蔵合金を収容することもできる。
FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention. Referring to FIG. 4, the
図5に示されるように、水素タンク31内の圧力PTが許容下限PXよりも高い通常時には、上述の実施例と同様に、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35は作動停止されている。また、このとき追加の水素放出弁82は通常は閉弁されており、したがって水素タンク31から水素放出が行われ、追加の水素タンク80からの水素放出は行われない。次いで、図5にXで示されるように水素タンク31内の圧力PTが許容下限PXを越えて低下すると、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動されると共に、追加の水素放出弁82が開弁される。その結果、水素タンク31内の水素吸蔵合金31aから残存水素が取り出され、追加の水素タンク80から水素が放出される。これら水素は次いで昇圧ポンプ35により昇圧され、水素バッファ37に供給される。
As shown in FIG. 5, at the normal time when the pressure PT in the
次いで、水素タンク31内に水素が充填されて水素タンク内圧PTが許容下限PXよりも高くなると、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動停止され、追加の水素放出弁82が閉弁される。
Next, when the
減圧ポンプ33によって水素吸蔵合金31aから残存水素を取り出せるといっても、この取り出された水素の総量は車両を一定距離だけ走行させるのには十分でないおそれがある。そこで本発明による別の実施例では、追加の水素タンク80を設け、減圧ポンプ33によって水素吸蔵合金31aから残存水素を取り出すときにはこの追加の水素タンク80からも水素を追加的に供給するようにしている。このようにすると、車両が例えば水素スタンドまで確実に走行することが可能となる。
Even though the
図6は本発明による別の実施例の水素供給制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとに実行される。 FIG. 6 shows a hydrogen supply control routine of another embodiment according to the present invention. This routine is executed at predetermined time intervals.
図6を参照すると、まずステップ200では水素タンク31から水素バッファ37に水素を供給すべきか否かが判別される。水素を供給すべきでないと判断されたときには次いでステップ201に進み、水素放出弁39及び追加の水素放出弁82が閉弁される。続くステップ202では減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動停止される。これに対し、水素を供給すべきと判断されたときにはステップ200からステップ203に進み、水素放出弁39が開弁される。続くステップ204では水素タンク31内の圧力PTが許容下限PXを越えて低下したか否かが判別される。PT≧PXのときにはステップ202に進み、減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35の作動停止が継続される。これに対し、PT<PXのときにはステップ204からステップ205に進み、作動流体制御弁59,60が開弁されて減圧ポンプ33及び昇圧ポンプ35が作動されると共に、追加の水素放出弁82が開弁される。
Referring to FIG. 6, first, at
これまで述べてきた各実施例では、減圧ポンプ33が作動開始されるのと同時に昇圧ポンプ35も作動開始される。しかしながら、例えば図7に示されるように、水素タンク31内の圧力PTが許容下限PXよりも高く設定された設定圧力PYを越えて低下したときに昇圧ポンプ35のみを作動開始し、次いで水素タンク31内の圧力PTが許容下限PXを越えて低下したときに減圧ポンプ33を作動開始するようにしてもよい。
In each of the embodiments described so far, the
1 発電システム
10 燃料電池
30 水素供給装置
31 水素タンク
31a 水素吸蔵合金
33 減圧ポンプ
35 昇圧ポンプ
37 水素バッファ
50 電気駆動式車両
55 回生装置
80 追加の水素タンク
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JP2017538905A (en) * | 2014-12-19 | 2017-12-28 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Metal hydride hydrogen storage tank with multiple stacked tiers |
CN115143390A (en) * | 2022-07-06 | 2022-10-04 | 西安交通大学 | Hydrogen purification, storage and pressurization integrated system and method |
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2007
- 2007-04-11 JP JP2007103770A patent/JP2008261392A/en active Pending
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