JP2009127787A - 水素供給装置及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも第1の水素貯蔵材料及び第2の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、第2の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、第1の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、第2の水素貯蔵材料の水素放出速度は、第1の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きい、水素供給装置とする。
【選択図】図1
Description
第1の本発明は、少なくとも第1の水素貯蔵材料及び第2の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、第2の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、第1の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、第2の水素貯蔵材料の水素放出速度は、第1の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きいことを特徴とする、水素供給装置である。
図1は、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される、第1の水素貯蔵材料(以下「水素貯蔵材料A」という。)のPCT曲線、及び、第2の水素貯蔵材料(以下「水素貯蔵材料B」という。)のPCT曲線の形態例を示す概念図であり、同一温度におけるPCT曲線の形態を示している。図2は、水素が充填されている途中の時点における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料Aの水素吸蔵圧及び水素放出圧並びに水素貯蔵材料Bの水素吸蔵圧及び水素放出圧(以下「水素貯蔵材料の水素吸放出特性」という。)との関係を示す概念図である。図3は、水素充填完了後に、水素貯蔵手段から水素が短時間で大量に放出される状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図4は、図3に示す状態を経た後に、水素貯蔵手段から放出される水素が所定値以下の状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図5は、図4に示す状態を経た後に、水素貯蔵手段から水素が短時間で大量に放出される状態で燃料電池車が運転された場合における、水素貯蔵手段の圧力と、水素貯蔵材料の水素吸放出特性との関係を示す概念図である。図1〜図5の縦軸は圧力[MPa]、同横軸は、水素貯蔵材料の固相中に貯蔵された水素原子Hと当該水素貯蔵材料を構成する金属原子Mとの質量比H/Mである。以下、図1〜図5を参照しつつ、本発明の水素供給装置について説明する。
図1に示すように、本発明にかかる水素供給装置の水素貯蔵手段に収容される水素貯蔵材料Aは、PCT曲線のプラトー領域の圧力が、P1及びP2であり、水素貯蔵材料Bは、PCT曲線のプラトー領域の圧力がP3及びP4である。すなわち、水素貯蔵材料Aの水素吸蔵圧及び水素放出圧はP1及びP2、水素貯蔵材料Bの水素吸蔵圧及び水素放出圧はP3及びP4であって、P1、P2、P3、及び、P4の間には、P4<P3<P2<P1の関係が成立する。
水素充填の終了後に燃料電池車を始動させると、短時間に多量の水素が水素貯蔵手段から放出される。ところが、水素充填終了直後における水素貯蔵手段の内部圧力Pは、P1<Pであり、かかる圧力状態において水素貯蔵材料A及び水素貯蔵材料Bから放出される水素は、微量である。そのため、燃料電池車の始動直後には、水素貯蔵手段の内部に高圧ガスの状態で存在する水素(水素貯蔵材料A及び水素貯蔵材料Bに吸蔵されず、水素貯蔵材料A及び水素貯蔵材料Bの外側であって水素貯蔵手段の内部に存在する高圧ガスとしての水素)が、水素貯蔵手段から放出される。このようにして、高圧ガスの水素が水素貯蔵手段から放出されると、水素貯蔵手段の内部圧力Pは徐々に低下し、やがて、P=P2となる。
図3に示す始動直後の状態に代表される、高負荷状態(燃料電池で所定量を超える水素が消費される状態。例えば、燃料電池車の急加速時等。)を経て、燃料電池車が低負荷状態(燃料電池で所定量以下の水素が消費される状態。燃料電池車の停止時も含む。)へ移行すると、水素貯蔵手段から取り出される水素量が減る。そうすると、水素貯蔵手段から取り出される水素の量よりも、水素貯蔵材料から放出される水素の方が多くなる。そのため、水素貯蔵手段の内部圧力Pは、P4<Pとなり、やがて、P3≦P<P2となる。水素貯蔵手段の内部圧力PがP3≦P<P2の状態下では、水素放出圧がP2である水素貯蔵材料Aから水素が放出される一方、水素吸蔵圧がP3である水素貯蔵材料Bへ水素が吸蔵される。それゆえ、かかる圧力状態下では、水素貯蔵材料Aから放出された水素が水素貯蔵材料Bへと吸蔵され、見かけ上、水素が水素貯蔵材料Aから水素貯蔵材料Bへと移動する(図4参照)。
図3及び図4に示す状態を経て、水素貯蔵手段に貯蔵されている水素の残量が少なくなり、水素貯蔵手段の内部圧力PがP<P4になると、水素貯蔵材料Aに貯蔵されていた水素は底をつき、原則として、水素貯蔵材料に貯蔵されている水素は、水素貯蔵材料Bに貯蔵されている水素のみになる(図5参照)。ここで、上述のように、水素貯蔵材料Bは、水素の放出速度が大きい。そのため、かかる状態になっても、水素貯蔵手段からは一度に多量の水素を取り出すことができる。
図6は、本発明の燃料電池システムの形態例を簡略化して示す概念図である。図6に示すように、本発明の燃料電池システム10は、少なくとも上記水素貯蔵材料A及び水素貯蔵材料Bを収容した水素貯蔵手段1、及び、当該水素貯蔵手段1から取り出された水素が流通する水素流通手段2、を備える水素供給装置3と、当該水素供給装置3から取り出された水素が供給される燃料電池4と、を備え、燃料電池4には、図示されていない酸化剤供給手段を介して酸化剤(例えば、空気等)が供給される。本発明の燃料電池システム10が燃料電池車に搭載されると、燃料電池車の運転状態に応じて、燃料電池4で消費される水素量が変動し得る。ところが、上述のように、本発明の水素供給装置3の水素貯蔵手段1には、水素吸蔵量が多く水素放出速度が小さい水素貯蔵材料Aに加えて、水素貯蔵材料Bが収容されている。そのため、燃料電池システム10によれば、燃料電池車が低負荷状態で運転される場合のみならず、高負荷状態で運転される場合であっても、長期間に亘って、燃料電池4で必要とされる水素を供給することができる。したがって、本発明によれば、水素吸蔵量が多く、水素放出速度が小さい水素貯蔵材料Aが備えられていても、必要とされる水素放出量を長期間に亘って確保することが可能な、燃料電池システム10を提供することができる。
2…水素流通手段
3…水素供給装置
10…燃料電池システム
Claims (3)
- 少なくとも第1の水素貯蔵材料及び第2の水素貯蔵材料を収容した、水素貯蔵手段を具備し、
前記第2の水素貯蔵材料の水素吸蔵圧は、前記第1の水素貯蔵材料の水素放出圧よりも低く、かつ、前記第2の水素貯蔵材料の水素放出速度は、前記第1の水素貯蔵材料の水素放出速度よりも大きいことを特徴とする、水素供給装置。 - 前記第1の水素貯蔵材料及び前記第2の水素貯蔵材料が、同一容器に収容されていることを特徴とする、請求項1に記載の水素供給装置。
- 請求項1又は2に記載の水素供給装置と、該水素供給装置から取り出された水素が供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
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