JP2010244881A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンク2と水素吸蔵合金タンク2から供給される水素と酸化剤とによって発電を行う燃料電池3と、水素吸蔵合金タンク2と該燃料電池3とを通気可能に連結する水素供給ライン6と、加水により発熱反応をして前記水素吸蔵合金タンク2を加熱するとともに、前記発熱反応において発生する水素を前記燃料電池に供給可能な加水型発熱材5とを備える。加水型の発熱反応を利用することで水素吸蔵合金タンクの加熱を短時間で行い、燃料電池の起動時間を短縮でき、また発熱材から発生する水素を燃料電池の燃料として使用できる。
【選択図】図1
Description
このシステムでは、低温で起動するとき、発熱体の空気取込み口23のバルブ24を開け、発熱体21に空気を取り入れる。空気を取り込んだ発熱体21は発熱し、その熱が水素吸蔵合金タンク20に伝わり、同タンク20が加熱される。同タンク20が規定温度(25℃)になると、バルブ24を閉め、加熱を休止し、併せて同タンク20の水素放出バルブ22を開け、燃料電池に水素を供給する。
(1)酸化反応を利用した発熱体であるため、燃料電池の起動までに要する時間が長く、システムとして使用可能になるまでの時間が長いという問題がある。
(2)発熱体の発熱量が小さいため、外気温が低い環境では、起動時間が長くなり、場合によっては水素吸蔵合金タンクを十分加熱することができず、その結果、水素放出ができなくなり、燃料電池の運転に支障を来すことが考えられる。
(3)発熱体を使用した場合、反応によってはガスが発生するため、そのガスが燃料電池の運転に問題を起こすことが考えられる。
(2)加水型の発熱材は発熱量が十分大きいため、水素吸蔵合金タンクを十分加熱することができる。
(3)発熱材から発生するガスは水素であるため、燃料電池の燃料として使用できる。このため、発熱材から発生するガスを外部放出することなく効果的に利用できる。また、発生水素は水分を含んでおり、燃料電池にとっても適している。
燃料電池システム1は、水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金タンク2と、水素と酸化剤とによって発電を行う筒状の燃料電池3とを備えている。
また、水素吸蔵合金タンク2の大半を収容する有底筒状のチャンバ4を有しており、該チャンバ4の開口部は小径穴径に形成され、前記水素吸蔵合金タンク2の一部を装入した際に、該水素吸蔵合金タンク2の外周面に密着してチャンバ4を封止するOリング4aが前記開口部の内周面に設けられている。また、チャンバ4の底面には、発熱材5が配置可能とされている。なお、ここでは、発熱材としてCaOとAlとが配置されるものとする。
この実施形態では、チャンバ内に水素吸蔵合金タンクを装入して水素吸蔵合金タンクの加熱を可能にしているが、本発明としては、熱の伝達方法は特に限定されるものではなく、適宜の熱伝達部材を介して水素吸蔵合金を加熱するように構成することも可能である。
CaO+H2O→Ca(OH)2+発熱(15kcal)
2Al+3Ca(OH)2→3CaO・Al2O3+3H2↑+発熱(150kcal)
上記動作では、電磁開閉弁61、71を制御部10によって制御し、水素の供給を適切化することができる。その手順を図2のフローチャートに基づいて説明する。
上記開始に伴って、第1圧力計60、第2圧力計70によって圧力が検出され、検出結果が制御部10に与えられる。制御部10では、予め、閾値として100kPaGの圧力値が設定されており、測定結果と閾値との比較判定を行う。
いずれかの測定結果が閾値を越えると、次ステップに移行し、先に検出圧力が閾値を超えた側で電磁開閉弁を開く動作をする。すなわち、第1圧力計60の測定圧力が先に閾値を越えていれば、電磁開閉弁61を開け、水素吸蔵合金タンク2から放出された水素を水素供給ライン6を通して燃料電気3に供給する。燃料電池3では、空気中の酸素などの酸化剤と前記水素との反応によって発電が行われる。次いで、第2圧力計70の測定圧力と閾値とを比較判定し、第2圧力計70の測定圧力が閾値を越えなければ、該判定を繰り返す。第2圧力計70の測定圧力が閾値を超えれば、電磁開閉弁71を開く。これによりチャンバ4内での反応によって生成された水素が水素供給サブライン7を通して燃料電池3への供給が可能になる。水素供給ライン6また水素供給サブライン7から供給される水素は、圧力調整器63によって適切な圧力に調整されて燃料電池3に供給される。
また、水素供給ライン6また水素供給サブライン7は、逆止弁62、72を設置しているため、水素が逆流する危険性はない。水素供給サブライン7では、電磁開閉弁71を開けておけば、チャンバ4の発熱反応が進行して、水素発生量が少なくなると、発熱材と水との反応が終了した時点で系内の圧力は大気圧に戻る。
使用した発熱剤は、酸化カルシウムとアルミニウムの混合物20g、注水量は60cc、外殻容器は内容積2,000ccのものを使用した。また、水素吸蔵合金タンクには、図3のPCT特性を有するAB5型の水素吸蔵合金を3.1kg充填した水素貯蔵量が約500Lのタンクを使用した。なお、図3から分かるようにタンクに使用している合金は、−10℃では圧力が大気圧以下であるため、合金の反応熱の関係からタンクから水素を放出することができない。
一方、発熱剤からの水素発生に関しては、
・CaO+H2O→Ca(OH)2
・2Al+3Ca(OH)2→3CaO・AlO3+3H2↑
の反応式より、理論的には発熱材1gあたり約5.2Lの水素を放出することができた。上記により、低温の環境においても、燃料電池の早期の起動が可能であることが明らかになった。
2 水素吸蔵合金タンク
3 燃料電池
4 チャンバ
5 発熱材
6 水素供給ライン
60 第1圧力計
61 電磁開閉弁
62 逆止弁
7 水素供給サブライン
70 第1圧力計
71 電磁開閉弁
72 逆止弁
10 制御部
Claims (5)
- 水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクと、該水素吸蔵合金タンクから供給される水素と酸化剤とによって発電を行う燃料電池と、前記水素吸蔵合金タンクと該燃料電池とを通気可能に連結する水素供給ラインと、加水により発熱反応をして前記水素吸蔵合金タンクを加熱するとともに、前記発熱反応において発生する水素を前記燃料電池に供給可能な加水型発熱材と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
- 前記加水型発熱材を密閉可能に収容し、内部温度の上昇によって前記水素吸蔵合金タンクを加熱可能なチャンバと、該チャンバと前記燃料電池とを通気可能に連結する水素供給サブラインとを備えることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記チャンバ内に、前記水素吸蔵合金タンクの外面壁の一部または全部が露出していることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
- 前記水素供給ラインと、前記水素供給サブラインとにそれぞれ開閉弁が介設され、前記水素供給サブラインにさらに逆止弁が介設されていることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記水素供給ライン内の圧力を検出する第1圧力センサと、前記水素供給サブライン内の圧力を検出する第2圧力センサとをそれぞれ備え、これら第1圧力センサと第2圧力センサの検出結果を受けて、いずれのラインの圧力も所定圧力に達しない場合、各ラインに設けられた開閉弁を閉じ、いずれか一方のラインの圧力が所定圧力に達すると、該所定圧力が越えたラインに設けられた開閉弁を開いて該ラインを通じた前記燃料電池への水素供給を可能にし、さらに他方のラインの圧力が所定圧力に達すると、該他方のラインに設けられた開閉弁を開いて該ラインを通じた前記燃料電池への水素供給を可能にする制御を行う制御部を有することを特徴とする請求項4記載の燃料電池システム。
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