JP2022502823A - 燃料電池の水素回収装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記貯蔵タンクには、制御器と接続された窒素濃度測量計が設けられている。
前記気液分離器には、制御器と接続された液位計が設けられている。
前記貯蔵タンクの容量は必要に応じて設けられ、その範囲は0.5−20Lである。
1)水素入口弁を開き、水素入口管の開通を保持するとともに、水素出口電磁弁、止弁,水素循環ポンプ及び廃棄物排弁の閉弁を保持することにより、燃料電池のスタックの反応が始まり、
2)1つのスタック電気化学反応排気サイクルにおいて、水素出口弁を開け、装置を排気状態にして、水、窒素、及び水素を含む廃気が貯蔵タンクに進入した後、圧力センサーで検出された廃気の圧力値が設定圧力の上限値を超えた時に、水素循環ポンプと止弁とを同時に開いて貯蔵タンク内の水素を抽出して、水素入口管に戻させ、
3)窒素濃度測量計で検出された貯蔵タンク内の窒素濃度値が設定された窒素濃度閾値より高い時、または液位計で検出された水位が設定された水位閾値より高い時には、廃棄物排弁を開いて分離後の液体の液体水及び余剰の窒素を窒素がなくなるまで排出し、廃棄物排弁を閉弁し、
4)圧力センサーで検出された廃気の圧力値が設定された圧力の下限値を下回った時には、水素循環ポンプと止弁とを閉じて、次のスタック電気化学反応排気サイクルの制御が開始される。
気液分離器62には、液体の水位を検出するための、制御器と接続した液位計621が設けられている。
1)水素入口弁2を開き、水素入口管8を開通した状態で、同時に水素出口電磁弁3,止弁5,水素循環ポンプ4及び廃棄物排弁7を閉じた状態にすることにより、燃料電池1のスタックが反応を始める、
2)1つのスタック電気化学反応排気サイクルT0において、水素出口弁3を開け、装置が排気状態にして(隣り合う排気状態の間は1つのスタック電気化学反応の排気サイクルであり、同一のスタック電気化学反応の排気サイクル内には、水素出口弁3が複数回において等間隔で開き(即ち、1つの排気状態)、水素循環ポンプ4と止弁5は1回のみ開き(持続時間はT2)、本実施例においては、同一のスタック電気化学反応の排気サイクル内に、水素出口弁3の開く頻度は、水素循環ポンプ4が開く頻度の1−10倍である)、水,窒素、及び水素を含む廃気が貯蔵タンク61内に進入した後、圧力センサー611によって検出された廃気圧力値が設定圧力の上限値を超えた時に、同時に水素循環ポンプ4と止弁5を開いて貯蔵タンク61内の水素を抽出し、水素入口管8に戻る、
3)窒素濃度測量計612が検出した貯蔵タンク内の窒素濃度値が設定した窒素濃度閾値より高い時、または液位計621で検出した水位が設定した水位閾値より高い時は、廃棄物排弁7を開いて、分離後の水と余剰窒素(過剰な窒素)を排出し、窒素がなくなったら廃棄物排弁7を閉じる(持続時間はT3)、
4)圧力センサー611が検出した廃気圧力値が設定圧力の下限値を下回った時は、水素循環ポンプ4と止弁5とが閉じられ、次回のスタック反応の排気サイクルの制御が始まる。
Claims (10)
- 燃料電池(1)と、
制御器と、
水素循環ポンプ(4)と止弁(5)が設けられた水素回収管と、
燃料電池(1)にそれぞれ接続された空気入口管(11)及び空気排気管(10)と、
水素入口弁(2)が設置された水素入口管(8)及び水素出口弁(3)が設けられた水素排気管(9)と、を備え、
前記水素回収管は、水素入口管(8)に接続されている燃料電池の水素回収装置であって、
さらに気液分離貯蔵タンク(6)を備え、
前記気液分離貯蔵タンク(6)は、上下に互い連通した、上部にある貯蔵タンク(61)と下部にある気液分離器(62)とから構成され、
前記貯蔵タンク(61)は、それぞれ水素排気管(9)と水素回収管とに接続され、
前記気液分離器(62)は、廃棄物排弁(7)が設けられた廃棄物排出管を介して、廃水及び余剰窒素を排出する、ことを特徴とする燃料電池の水素回収装置。 - 水素出口弁(3)と貯蔵タンク(61)の入口との間には、制御器と接続された圧力センサー(611)が設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素回収装置。
- 前記貯蔵タンク(61)には、制御器と接続された窒素濃度測量計(612)とが設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素回収装置。
- 前記気液分離器(62)には、制御器と接続された液位計(621)が設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素回収装置。
- 前記廃棄物排出管は空気排気管(10)と並列に連通し、
並列したパイプには、廃棄物排出管から断続的に排出された水素と空気とを均一に混合して水素濃度を低減するための気体混合器(14)が設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素回収装置。 - 水素排気管(9)において水素出口弁(3)から貯蔵タンク(61)の入口までの位置に、気液分離貯蔵タンク(6)の外壁または貯蔵タンク(61)の内壁に複数の放熱フィンを設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素回収装置。
- 前記貯蔵タンク(61)の容量は必要に応じて設けられ、その範囲は0.5〜20Lである、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の水素回収装置。
- 制御方法は、
1)水素入口弁(2)を開き、水素入口管(8)の開通を保持するとともに、水素出口弁(3)、止弁(5)、水素循環ポンプ(4)及び廃棄物排弁(7)の閉弁を保持することにより、燃料電池(1)のスタックが反応を始めるステップと、
2)1つのスタック電気化学反応の排気サイクルにおいて、水素出口弁(3)を開き、装置を排気状態にして、水、窒素、及び水素を含む廃気が貯蔵タンク(61)に進入した後、圧力センサー(611)で検出された廃気の圧力値が設定された圧力の上限値を超えた時に、水素循環ポンプ(4)と止弁(5)とを同時に開いて貯蔵タンク(61)内の水素を抽出して、水素入口管(8)に戻させるステップと、
3)窒素濃度測量計(612)で検出された貯蔵タンク内の窒素濃度値が設定された窒素濃度閾値より高い時、または液位計(621)で検出された水位が設定された水位閾値より高い時には、廃棄物排弁(7)を開いて分離後の液体水と余剰の窒素とを窒素がなくなるまで排出し、廃棄物排弁(7)を閉じるステップと、
4)圧力センサー(611)で検出された廃気の圧力値が設定された圧力の下限値を下回ることを検出した時に、水素循環ポンプ(4)と止弁(5)とを閉じて、次のスタック電気化学反応の排気サイクルの制御が始まるステップとを、含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載する燃料電池の水素回収装置。 - ステップ2)において、隣り合う排気状態の間は、1つのスタック電気化学反応の排気サイクルであり、同一のスタック電気化学反応の排気サイクルにおいて、水素出口弁(3)が等間隔で少なくとも一回開き、水素循環ポンプ(4)と止弁(5)とが一回のみ開くことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池の水素回収装置。
- 同一のスタック電気化学反応の排気サイクルにおいて、水素出口弁(3)の開く頻度は水素循環ポンプ(4)の開く頻度の1−10倍であることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池の水素回収装置。
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