JP2989332B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2989332B2
JP2989332B2 JP3207792A JP20779291A JP2989332B2 JP 2989332 B2 JP2989332 B2 JP 2989332B2 JP 3207792 A JP3207792 A JP 3207792A JP 20779291 A JP20779291 A JP 20779291A JP 2989332 B2 JP2989332 B2 JP 2989332B2
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hydrogen
fuel cell
storage alloy
pressure
hydrogen storage
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明男 古川
孝広 米崎
広一 佐藤
賢二 名迫
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Sanyo Denki Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池システムに関
し、特に起動性を向上させることができる燃料電池シス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system capable of improving start-up performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、上記燃料電池システムにおいて燃
料電池本体に燃料を供給する方法としては、一般に、高
圧水素ボンベからの水素ガスを、減圧弁(高圧水素ボン
ベから供給される水素を所定の圧力に減圧する)が設け
られた水素供給通路を介して供給するような方法が取ら
れていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of supplying fuel to a fuel cell body in the above fuel cell system, generally, hydrogen gas from a high-pressure hydrogen cylinder is supplied to a pressure reducing valve (hydrogen supplied from a high-pressure hydrogen cylinder at a predetermined pressure). Pressure has been reduced) through a hydrogen supply passage provided.

【0003】しかしながら、上記燃料電池システムで
は、高圧水素ボンベは単位体積あたりの水素ガス充填量
が少ないことに起因して、ボンベの交換回数が多くな
り、しかもボンベの取扱性が悪いので、作業性が低下す
るという課題を有していた。そこで、下記に示すような
燃料電池システムが提案されている。 燃料にアルコールやナフサを用いると共に、この燃料
を供給する通路にアルコール等を水素ガスに改質する燃
料改質器を設けて、水素ガスを電池本体に供給するシス
テム。 高圧水素ボンベの代わりに水素吸蔵合金が収納された
タンクを設け、上記水素吸蔵合金から水素ガスを供給す
るシステム。
However, in the above-mentioned fuel cell system, the high-pressure hydrogen cylinder has a low filling amount of hydrogen gas per unit volume, so that the number of times of replacing the cylinder increases, and the handling of the cylinder is poor. Had a problem of decreasing. Therefore, the following fuel cell system has been proposed. A system in which alcohol or naphtha is used as a fuel, and a fuel reformer for reforming alcohol or the like into hydrogen gas is provided in a passage for supplying the fuel, and hydrogen gas is supplied to a battery body. A system in which a tank containing a hydrogen storage alloy is provided instead of a high-pressure hydrogen cylinder, and hydrogen gas is supplied from the hydrogen storage alloy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
燃料電池システムでは、以下に示すような課題を有して
いた。 の燃料電池システムの課題 このシステムであれば、燃料の体積密度は向上するもの
の、燃料改質器等の大掛かりな装置が余分に必要となる
ため、装置の大型化とコストアップとを招く。 の燃料電池システムの課題 このシステムであれば、水素吸蔵合金は水素ガス放出時
に吸熱反応となるため、外部から熱を供給しなければ平
衡水素圧が低下し、水素ガス放出量が変動する。
However, the above-described fuel cell system has the following problems. With this system, although the volume density of the fuel is improved, a large-scale device such as a fuel reformer is additionally required, which leads to an increase in the size and cost of the device. With this system, the hydrogen storage alloy undergoes an endothermic reaction when releasing hydrogen gas. Therefore, unless heat is supplied from the outside, the equilibrium hydrogen pressure decreases and the amount of released hydrogen gas fluctuates.

【0005】そこで、特公昭56ー26113号公報や
USPー4826741に開示されているように、燃料
電池本体からの排熱を水素吸蔵合金に供給して水素ガス
放出圧力の低下を防ぐシステムが提案されている。とこ
ろが、このシステムは、運転が定常状態にあるときには
問題ないが、燃料電池システムの運転開始時等の排熱温
度が低い状態では、熱供給が不足し水素吸蔵合金の平衡
水素圧力が上昇しない。この結果、運転開始時等の場合
には水素ガスを円滑に供給することができないという課
題を有していた。
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-26113 and US Pat. No. 4,826,741, a system is proposed which supplies exhaust heat from a fuel cell body to a hydrogen storage alloy to prevent a decrease in hydrogen gas release pressure. Have been. However, this system has no problem when the operation is in a steady state, but when the exhaust heat temperature is low such as at the start of operation of the fuel cell system, the heat supply is insufficient and the equilibrium hydrogen pressure of the hydrogen storage alloy does not increase. As a result, there has been a problem that hydrogen gas cannot be supplied smoothly at the time of starting operation or the like.

【0006】このようなことを考慮して、平衡水素圧力
の高い水素吸蔵合金を使うことが考えられる。しかし、
この場合には、装置の周囲温度が上昇するとこれにつれ
て水素吸蔵合金の温度も上昇するため、水素ガスの圧力
が急激に高くなる。この結果、水素吸蔵合金を収納する
タンクの耐圧性を向上させる必要があるため、燃料電池
システムの製造コストが高くなるという課題を有してい
る。
In view of the above, it is conceivable to use a hydrogen storage alloy having a high equilibrium hydrogen pressure. But,
In this case, as the ambient temperature of the device rises, the temperature of the hydrogen storage alloy also rises, and the pressure of the hydrogen gas rapidly rises. As a result, it is necessary to improve the pressure resistance of the tank storing the hydrogen storage alloy, and thus there is a problem that the manufacturing cost of the fuel cell system increases.

【0007】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、運転開始時等の排熱温度が低い状態であって
も水素ガスを燃料電池本体に円滑に供給でき、しかも低
コストで製造しうる燃料電池システムの提供を目的とし
ている。
The present invention has been made in view of the current situation, and can supply hydrogen gas to a fuel cell body smoothly even at a low exhaust heat temperature at the start of operation, and at a low cost. It aims to provide a fuel cell system that can be manufactured.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、酸素極と水素極とを有する燃料電池本体
と、定常運転時に、上記燃料電池本体の水素極に水素を
供給する主水素吸蔵合金と、同一温度で上記主水素吸蔵
合金よりも平衡水素圧力の高くなるように構成されて、
主水素吸蔵合金と平衡水素圧力が同一となるまでは上記
燃料電池本体の水素極に水素ガスを供給すると共に、定
常運転時に主水素吸蔵合金から水素ガスが供給される補
助水素吸蔵合金とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell body having an oxygen electrode and a hydrogen electrode, and a method for supplying hydrogen to the hydrogen electrode of the fuel cell body during normal operation. The hydrogen storage alloy is configured to have a higher equilibrium hydrogen pressure than the main hydrogen storage alloy at the same temperature,
A hydrogen gas is supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell body until the equilibrium hydrogen pressure becomes equal to that of the main hydrogen storage alloy, and an auxiliary hydrogen storage alloy is supplied with hydrogen gas from the main hydrogen storage alloy during a steady operation. It is characterized by the following.

【0009】[0009]

【作用】上記構成であれば、燃料電池システムの運転開
始時には、補助水素吸蔵合金と主水素吸蔵合金とは同一
温度であり且つ共に水素ガスが満充填状態であるので、
高い平衡水素圧力を有する補助水素吸蔵合金から燃料電
池本体に水素ガスが供給される。したがって、運転開始
時であっても、水素ガス放出圧力が低下するのが抑制さ
れるので、円滑に水素ガスを燃料電池本体に供給するこ
とができる。
With the above configuration, at the start of operation of the fuel cell system, the auxiliary hydrogen storage alloy and the main hydrogen storage alloy are at the same temperature and both are fully filled with hydrogen gas.
Hydrogen gas is supplied to the fuel cell main body from an auxiliary hydrogen storage alloy having a high equilibrium hydrogen pressure. Therefore, even at the start of operation, a decrease in the hydrogen gas release pressure is suppressed, so that the hydrogen gas can be smoothly supplied to the fuel cell body.

【0010】また、供給される排熱温度が上昇して、主
水素吸蔵合金の平衡水素圧力が補助水素吸蔵合金の平衡
水素圧力より高くなると(尚、この場合には、補助水素
吸蔵合金は排熱供給を行わない)、主水素吸蔵合金から
燃料電池本体に水素ガスが供給されて、定常運転が開始
される。そして、この際に、主水素吸蔵合金からの水素
ガスの一部が補助水素吸蔵合金に供給されるので、定常
運転時に補助水素吸蔵合金が再度満充填状態となる。し
たがって、再度の運転開始時や主水素吸蔵合金の交換時
であっても、補助水素吸蔵合金から燃料電池本体に水素
ガスが供給されるので、円滑な発電が維持されることに
なる。
When the supplied exhaust heat temperature rises and the equilibrium hydrogen pressure of the main hydrogen storage alloy becomes higher than the equilibrium hydrogen pressure of the auxiliary hydrogen storage alloy (in this case, the auxiliary hydrogen storage alloy is exhausted). Heat is not supplied), and hydrogen gas is supplied from the main hydrogen storage alloy to the fuel cell main body, and steady operation is started. Then, at this time, a part of the hydrogen gas from the main hydrogen storage alloy is supplied to the auxiliary hydrogen storage alloy, so that the auxiliary hydrogen storage alloy becomes full again during the steady operation. Therefore, even when the operation is started again or the main hydrogen storage alloy is replaced, the hydrogen gas is supplied from the auxiliary hydrogen storage alloy to the fuel cell main body, so that the smooth power generation is maintained.

【0011】加えて、主水素吸蔵合金の平衡水素圧力を
高くする必要がないので、主水素吸蔵合金を収納する耐
圧容器のコンパクト化も可能である。
In addition, since there is no need to increase the equilibrium hydrogen pressure of the main hydrogen storage alloy, it is possible to make the pressure-resistant container containing the main hydrogen storage alloy compact.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

(第1実施例) 〔実施例〕第1図は本発明の第1実施例に係る燃料電池
システムを示す概略説明図であり、燃料電池本体1と水
素吸蔵合金が収納されたメインタンク2とは、水素ガス
供給通路7を介して接続されている。上記水素ガス供給
通路7には、上記メインタンク2側から順に、燃料バル
ブ3aと、逆止弁4と、水素吸蔵合金が収納されたサブ
タンク5と、燃料バルブ3bとが設けられている。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention, in which a fuel cell body 1, a main tank 2 containing a hydrogen storage alloy, and Are connected via a hydrogen gas supply passage 7. The hydrogen gas supply passage 7 is provided with a fuel valve 3a, a check valve 4, a sub-tank 5 containing a hydrogen storage alloy, and a fuel valve 3b in this order from the main tank 2 side.

【0013】上記燃料電池本体1は水素極と酸素極とを
有する単セルを多数個積層する構造であり、その出力は
1KWとなるように構成されている。上記メインタンク
2は、燃料電池システムの定常運転時に上記燃料電池本
体1に水素を供給する構造であり、メインタンク2内に
は、希土類─ニッケル系水素吸蔵合金(図2のaに示す
平衡特性を有する)が10kg充填されている。
The fuel cell body 1 has a structure in which many single cells each having a hydrogen electrode and an oxygen electrode are stacked, and the output thereof is 1 KW. The main tank 2 has a structure for supplying hydrogen to the fuel cell main body 1 during a steady operation of the fuel cell system. The main tank 2 contains a rare earth / nickel-based hydrogen storage alloy (equilibrium characteristic shown in FIG. 2A). Is filled in 10 kg.

【0014】上記両燃料バルブ3a・3bは、水素の供
給、停止を行う。上記逆止弁4は、上記サブタンク5の
水素ガスがメインタンク2に供給されるのを防止する。
上記サブタンク5は、燃料電池システムの運転開始時に
上記燃料電池本体1に水素を供給する構造であり、サブ
タンク5内には、希土類─ニッケル系水素吸蔵合金(図
2のbに示す平衡特性を有し、上記メインタンク2に充
填された水素吸蔵合金よりも同一温度で平衡水素圧力が
高くなる)が500g充填されている。
The fuel valves 3a and 3b supply and stop hydrogen. The check valve 4 prevents the hydrogen gas in the sub tank 5 from being supplied to the main tank 2.
The sub-tank 5 has a structure for supplying hydrogen to the fuel cell main body 1 at the start of operation of the fuel cell system. The sub-tank 5 has a rare-earth / nickel-based hydrogen storage alloy (having an equilibrium characteristic shown in FIG. 2B). 500 g of the hydrogen storage alloy filled in the main tank 2 at the same temperature and higher in equilibrium hydrogen pressure).

【0015】尚、図中6はブロアーであって、電池の排
熱をメインタンク2に送る。また、本システムでは、使
用温度として10〜30℃を想定しているので、上記平
衡特性を有する水素吸蔵合金を用いている。上記構成の
燃料電池システムの運転を、以下に詳述する。燃料電池
の発電時には、水素ガスと酸素ガスとを、燃料電池本体
1内の水素極と酸素極とに供給する必要がある。先ず、
水素極に水素ガスを供給するには、燃料バルブ3a・3
bを開成する。そうすると、燃料電池本体1とサブタン
ク5との圧力差により、水素ガス供給通路7を介して、
サブタンク5から燃料電池本体1に水素ガスが供給され
る。尚、この際、メインタンク2の圧力はサブタンク5
より低いので、逆上弁4の作用により水素ガスがメイン
タンク2に供給されるのを防止できる。一方、酸素極側
では、電極近傍の電解液に酸素ガスが溶存しているの
で、酸素極には酸素ガスが供給された状態となってい
る。したがって、燃料電池本体1内では下記化1に示す
ような反応が生じ、出力は低いものの起電力を生じるこ
とになる。
In the figure, reference numeral 6 denotes a blower, which sends the exhaust heat of the battery to the main tank 2. Further, in this system, since a use temperature of 10 to 30 ° C. is assumed, a hydrogen storage alloy having the above-mentioned equilibrium characteristics is used. The operation of the fuel cell system having the above configuration will be described in detail below. When power is generated by the fuel cell, it is necessary to supply hydrogen gas and oxygen gas to the hydrogen electrode and the oxygen electrode in the fuel cell body 1. First,
To supply hydrogen gas to the hydrogen electrode, the fuel valves 3a and 3
b is opened. Then, due to the pressure difference between the fuel cell main body 1 and the sub tank 5,
Hydrogen gas is supplied from the sub tank 5 to the fuel cell body 1. At this time, the pressure of the main tank 2 is
Since it is lower, it is possible to prevent hydrogen gas from being supplied to the main tank 2 by the action of the reverse valve 4. On the other hand, on the oxygen electrode side, oxygen gas is dissolved in the electrolyte near the electrode, so that oxygen gas is supplied to the oxygen electrode. Accordingly, a reaction as shown in the following chemical reaction occurs in the fuel cell main body 1, and an electromotive force is generated although the output is low.

【0016】[0016]

【化1】 Embedded image

【0017】このようにして生じた電力を用いてブロア
ー(図示せず)を作動させ、空気を引き続き酸素極に供
給する。そして、このような運転が開始されると、水素
ガス放出に伴って水素吸蔵合金が吸熱反応を生じるた
め、サブタンク5内の水素吸蔵合金の温度が低下し、サ
ブタンク5内の圧力が低下する。この結果、水素供給量
が若干減少することになるが、サブタンク5内の水素吸
蔵合金は平衡水素圧力が高いので、運転性能に大きな支
障はない。したがって、運転は継続され、燃料電池本体
1の温度は反応によって徐々に上昇する。
Using the electric power thus generated, a blower (not shown) is operated to supply air continuously to the oxygen electrode. Then, when such an operation is started, the temperature of the hydrogen storage alloy in the sub-tank 5 decreases and the pressure in the sub-tank 5 decreases because the hydrogen storage alloy causes an endothermic reaction with the release of hydrogen gas. As a result, the hydrogen supply amount is slightly reduced, but since the equilibrium hydrogen pressure of the hydrogen storage alloy in the sub-tank 5 is high, there is no significant problem in the operation performance. Therefore, the operation is continued, and the temperature of the fuel cell main body 1 gradually increases due to the reaction.

【0018】次いで、上記起電力によりブロアー6を作
動させると、燃料電池本体1の電池排熱がメインタンク
2に送られるので、メインタンク2の温度が上昇し、内
蔵した水素吸蔵合金の平衡水素圧力徐々に高くなってい
く。そうして、メインタンク2の平衡水素圧力がサブタ
ンク5の平衡水素圧力より高くなると、逆止弁4を介し
てメインタンク2から燃料電池本体1に水素ガスが供給
されることになる。これによって、定常運転が開始され
ることになる。
Next, when the blower 6 is operated by the electromotive force, the exhaust heat of the fuel cell main body 1 is sent to the main tank 2, so that the temperature of the main tank 2 rises and the equilibrium hydrogen of the built-in hydrogen storage alloy is increased. The pressure gradually increases. Then, when the equilibrium hydrogen pressure of the main tank 2 becomes higher than the equilibrium hydrogen pressure of the sub tank 5, hydrogen gas is supplied from the main tank 2 to the fuel cell main body 1 via the check valve 4. Thereby, the steady operation is started.

【0019】ここで、このようにして定常運転が開始さ
れると、メインタンク2からの水素ガスはサブタンク5
を通って燃料電池本体1に供給され、且つサブタンク5
の温度は水素吸蔵反応等により徐々に上昇する。したが
って、作動開始時にサブタンク5から放出された水素ガ
スと同等の量の水素ガスがサブタンク5の水素吸蔵合金
に吸蔵されることになる。即ち、サブタンク5内の水素
吸蔵合金は、運転開始時には水素ガスを放出し、定常運
転時には水素吸蔵合金を吸蔵するという特徴を有する。
この結果、サブタンク5内の水素吸蔵合金は再度満充填
状態となり、次回の運転開始時にも容易に電池の運転が
開始されることになる。
Here, when the steady operation is started in this manner, the hydrogen gas from the main tank 2 is supplied to the sub tank 5
To the fuel cell body 1 through the sub-tank 5
Is gradually increased due to a hydrogen storage reaction or the like. Therefore, the same amount of hydrogen gas as the hydrogen gas released from the sub-tank 5 at the start of operation is stored in the hydrogen storage alloy of the sub-tank 5. That is, the hydrogen storage alloy in the sub-tank 5 has a feature that it releases hydrogen gas at the start of operation and stores the hydrogen storage alloy at the time of steady operation.
As a result, the hydrogen storage alloy in the sub tank 5 becomes full again, and the operation of the battery can be easily started at the next operation start.

【0020】上記構造の燃料電池システムを、以下
(A)システムと称する。 〔比較例〕サブタンク5を設けない他は、上記実施例と
同様の構成である。このような構造の燃料電池システム
を、以下(X)システムと称する。 〔実験〕本発明の(A)システムと比較例の(X)シス
テムとにおける、電池出力,水素ガス流量及びライン圧
力と時間との関係を調べたので、その結果を図3に示
す。
The fuel cell system having the above structure is hereinafter referred to as (A) system. Comparative Example The configuration is the same as that of the above embodiment except that the sub tank 5 is not provided. The fuel cell system having such a structure is hereinafter referred to as (X) system. [Experiment] The relationship between battery output, hydrogen gas flow rate, line pressure, and time in the system (A) of the present invention and the system (X) of the comparative example was examined, and the results are shown in FIG.

【0021】図3から明らかなように、(A)システム
は(X)システムに比べて運転開始時のライン圧力(水
素ガス圧力)と水素ガス流量(水素ガス供給量)との変
動が少なくなるので、電池出力が定格出力に達するまで
の時間を短縮することができることが認められる。尚、
上記実施例では、周囲温度が10〜30℃の場合につい
て説明したが、同システムを寒冷地で使用した場合に
は、従来のシステムに比べてより顕著な効果を得ること
ができる。例えば、上記(A)システムと(X)システ
ムとにおける場合について説明する。
As is clear from FIG. 3, the system (A) has less fluctuation in the line pressure (hydrogen gas pressure) and the hydrogen gas flow rate (hydrogen gas supply amount) at the start of operation than the system (X). Therefore, it is recognized that the time until the battery output reaches the rated output can be shortened. still,
In the above embodiment, the case where the ambient temperature is 10 to 30 ° C. has been described. However, when the system is used in a cold region, more remarkable effects can be obtained as compared with the conventional system. For example, the case of the above (A) system and (X) system will be described.

【0022】上記(A)システムと(X)システムにお
いては、共に、メインタンク2の水素吸蔵合金として図
2の線分aに示すような平衡特性を有するものを用いて
いるが、このような平衡特性を有する水素吸蔵合金で
は、周囲の温度が0℃以下になると、水素吸蔵合金の平
衡水素圧力が大気圧以下となるため、水素ガスを全く発
生させることができない。したがって、(X)システム
ではメインタンク2の水素吸蔵合金を加熱しない限り、
燃料電池本体1に全く供給できないことになる。これに
対して、(A)システムであれば、周囲の温度が0℃以
下になった場合であっても、サブタンク5の水素吸蔵合
金の平衡水素圧力は4atm程度であって大気圧以上で
あるため、加熱することなしに燃料電池システムを起動
させることが可能である。
In the above-mentioned (A) system and (X) system, both having an equilibrium characteristic as shown by the line segment a in FIG. 2 are used as the hydrogen storage alloy of the main tank 2. In a hydrogen storage alloy having equilibrium characteristics, when the ambient temperature is 0 ° C. or lower, the equilibrium hydrogen pressure of the hydrogen storage alloy is lower than the atmospheric pressure, so that no hydrogen gas can be generated. Therefore, in the (X) system, unless the hydrogen storage alloy in the main tank 2 is heated,
It cannot be supplied to the fuel cell body 1 at all. On the other hand, in the case of the (A) system, the equilibrium hydrogen pressure of the hydrogen storage alloy in the sub-tank 5 is about 4 atm and is equal to or higher than the atmospheric pressure even when the ambient temperature becomes 0 ° C. or less. Therefore, it is possible to start the fuel cell system without heating.

【0023】また、本発明の燃料電池システムは従来の
システムにサブタンクとそれに付随する若干の部品を追
加するだけでよいため、重量や体積の増加もほとんどな
い。更に、特開昭56─26113号公報に開示されて
いるように、水素吸蔵合金を加熱するために燃料ガスを
燃焼させる等の構成としなくても良いので、発電効率が
低下するようなこともない。
Further, the fuel cell system of the present invention only needs to add a sub-tank and some of its associated parts to the conventional system, so that there is almost no increase in weight or volume. Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-26113, there is no need to employ a configuration in which fuel gas is burned to heat the hydrogen storage alloy, so that power generation efficiency may be reduced. Absent.

【0024】加えて、電池を連続運転する場合において
も本発明は優れた効果を奏する。これは、以下に示す通
りである。即ち、一般に、電池を連続運転する場合に
は、酸素極側は発生する電力の一部を用いてブロアー等
で空気を供給すればよいため何等問題は生じないが、水
素電極側では当然のことながら消費される水素ガスを何
らかの方法で補給する必要がある。具体的には、燃料タ
ンクの交換という作業が必要となる。ところが、このよ
うな燃料電池システムでは連続運転を想定しているの
で、発電中に燃料タンクを交換する場合、従来のシステ
ムでは交換作業を素早く行わないと、水素ガスの供給が
停止し、発電が停止することになる。これに対して、本
発明のシステムであれば、メインタンク2の交換時には
サブタンク5から燃料電池本体1に水素ガスが供給され
るので、メインタンク2の交換に時間的な余裕ができる
という効果もある。 〔その他の事項〕上記実施例では、水素吸蔵合金として
希土類─ニッケル系水素吸蔵合金を用いているが、これ
に限定するものではなく、鉄−チタン系やチタン−マン
ガン系の合金を用いても上記実施例と同様の効果を奏す
ることは勿論である。
In addition, the present invention exhibits excellent effects even when the battery is operated continuously. This is as shown below. That is, in general, when the battery is operated continuously, there is no problem at all on the oxygen electrode side because air may be supplied by a blower or the like using a part of the generated electric power. It is necessary to replenish the consumed hydrogen gas in some way. Specifically, the operation of replacing the fuel tank is required. However, since such a fuel cell system assumes continuous operation, when replacing the fuel tank during power generation, the hydrogen gas supply stops and power generation stops unless the replacement work is performed quickly in the conventional system. Will stop. On the other hand, according to the system of the present invention, the hydrogen gas is supplied from the sub-tank 5 to the fuel cell main body 1 when the main tank 2 is replaced, so that there is an effect that the spare time of the main tank 2 can be spared. is there. [Other Matters] In the above embodiment, a rare earth / nickel-based hydrogen storage alloy is used as the hydrogen storage alloy.However, the present invention is not limited to this, and an iron-titanium or titanium-manganese alloy may be used. Needless to say, the same effects as in the above embodiment can be obtained.

【0025】(第2実施例)本発明の第2実施例を、図
4に基づいて、以下に説明する。尚、上記第1実施例と
同様の機能を有する部材については、同一の符号を付し
て、その説明を省略する。これは、以下の第3実施例,
第4実施例についても同様である。図4に示すように、
サブタンク5を水素ガス供給通路7ではなく、水素ガス
供給通路7から分岐した分岐通路10に設ける他は、上
記第1実施例と同様の構造である。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The members having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. This is based on the following third embodiment,
The same applies to the fourth embodiment. As shown in FIG.
The structure is the same as that of the first embodiment except that the sub tank 5 is provided not in the hydrogen gas supply passage 7 but in a branch passage 10 branched from the hydrogen gas supply passage 7.

【0026】このような構造であっても、上記第1実施
例と同様の効果を有することを実験により確認してい
る。(第3実施例)本発明の第3実施例を、図5に基づ
いて、以下に説明する。図5に示すように、サブタンク
5からメインタンク2方向に水素ガスを還流させる水素
ガス還流通路12を設け、且つこの水素ガス還流通路1
2に背圧弁11を設ける他は、上記第1実施例と同様の
構造である。尚、背圧弁11の具体的な作動圧力はサブ
タンク5の容器の耐圧力より若干低くなるように設定し
なければならず、通常は、10〜30atm程度で作動
するように設定する(尚、下記実施例では、背圧弁を1
5atmで作動するように設定している)。また、背圧
弁11は圧力固定式、可変式のどちらを用いても良い。
Experiments have confirmed that such a structure has the same effect as the first embodiment. Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 5, a hydrogen gas recirculation passage 12 for recirculating hydrogen gas from the sub tank 5 to the main tank 2 is provided.
2 has the same structure as that of the first embodiment except that a back pressure valve 11 is provided. Note that the specific operating pressure of the back pressure valve 11 must be set to be slightly lower than the withstand pressure of the container of the sub-tank 5, and is usually set to operate at about 10 to 30 atm. In the embodiment, the back pressure valve is set to 1
It is set to operate at 5 atm). Further, the back pressure valve 11 may be either a fixed pressure type or a variable type.

【0027】このような構成とすれば、周囲温度が30
℃以上であっても、ガスリーク等の問題が生じるのを防
止することができる。これは、以下に示す理由による。
即ち、周囲温度が30℃以下であれば、図2から明らか
なようにサブタンク5内の水素吸蔵合金の平衡水素圧力
は約10atm以下と低いので、何ら問題は生じない。
しかし、たとえば炎天下で燃料電池システムを使用する
場合には、周囲温度が50℃以上に上昇する可能性もあ
る。このように周囲温度が予期せぬほど高くなると、平
衡水素圧力が上昇するので、水素ガスのリーク等の問題
が生じる。このような場合、配管系にリリーフ弁を設
け、所定値以上の水素ガス圧になると水素ガスを系外へ
放出する方法が考えられる。
With this configuration, when the ambient temperature is 30
Even when the temperature is higher than or equal to ° C., it is possible to prevent a problem such as gas leak from occurring. This is for the following reason.
That is, if the ambient temperature is 30 ° C. or less, no problem occurs because the equilibrium hydrogen pressure of the hydrogen storage alloy in the sub tank 5 is as low as about 10 atm or less, as is apparent from FIG.
However, for example, when the fuel cell system is used in hot weather, the ambient temperature may increase to 50 ° C. or higher. When the ambient temperature becomes unexpectedly high as described above, the equilibrium hydrogen pressure rises, which causes problems such as hydrogen gas leakage. In such a case, a method is conceivable in which a relief valve is provided in the piping system, and when the hydrogen gas pressure exceeds a predetermined value, the hydrogen gas is released out of the system.

【0028】ところが、この方法では水素ガス(燃料)
を捨ててしまうことになるため、燃料電池システムの経
済性が低下すると共に、発電効率が低下する。さらに、
可燃性ガスを放出することになるため、安全性の面でも
問題がある。そこで、上記第3実施例の如く、サブタン
ク5とメインタンク2とを背圧弁11が設けられた水素
ガス還流通路12を介して接続すると、周囲温度が35
℃に程度に上昇してサブタンク5の圧力が15atmと
なると、背圧弁11が開成する。この際、メインタンク
2のガス圧力は3atm程度であってサブタンク5より
低いため、メインタンク2に水素ガスが戻ることにな
る。この結果、水素ガスを燃料電池システム外に放出す
ることなく、燃料電池システム全体の圧力が設定値以上
になるのを防止できる。したがって、燃料電池システム
の安全性の向上を図りつつ、発電効率や経済性を向上さ
せることができる。
However, in this method, hydrogen gas (fuel) is used.
Since the fuel cell system is discarded, the economic efficiency of the fuel cell system decreases and the power generation efficiency decreases. further,
Since flammable gas is released, there is a problem in terms of safety. Therefore, when the sub tank 5 and the main tank 2 are connected via the hydrogen gas recirculation passage 12 provided with the back pressure valve 11 as in the third embodiment, the ambient temperature becomes 35%.
When the pressure in the sub tank 5 reaches 15 atm after the temperature rises to about ° C, the back pressure valve 11 is opened. At this time, since the gas pressure of the main tank 2 is about 3 atm and lower than that of the sub tank 5, hydrogen gas returns to the main tank 2. As a result, the pressure of the entire fuel cell system can be prevented from becoming equal to or higher than the set value without releasing the hydrogen gas to the outside of the fuel cell system. Therefore, it is possible to improve power generation efficiency and economy while improving safety of the fuel cell system.

【0029】また、本発明の燃料電池システムは上記第
1実施例に示すシステムに若干の部品を追加するだけで
よいので、重量や体積の増加もほとんどなく、且つ製造
コストが高騰するようなこともない。(第4実施例)本
発明の第4実施例を、図6に基づいて、以下に説明す
る。
Further, the fuel cell system of the present invention requires only a few additional components to the system shown in the first embodiment, so that there is almost no increase in weight and volume, and the production cost rises. Nor. (Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0030】図6に示すように、サブタンク5からメイ
ンタンク2方向に水素ガスが還流することができる水素
ガス還流通路12を設け、且つこの水素ガス還流通路1
2に背圧弁11を設ける他は、上記第2実施例と同様の
構造である。このような構造であっても、上記第3実施
例と同様の効果を有することを実験により確認してい
る。
As shown in FIG. 6, a hydrogen gas recirculation passage 12 through which hydrogen gas can recirculate from the sub tank 5 to the main tank 2 is provided.
2, except that a back pressure valve 11 is provided in the second embodiment. Experiments have confirmed that such a structure has the same effect as the third embodiment.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料電池の運転開始時には、高い平衡水素圧力を有する補
助水素吸蔵合金から燃料電池本体に水素ガスが供給され
るので、円滑に水素ガスを燃料電池本体に供給すること
ができる。また、主水素吸蔵合金の平衡水素圧力を高く
する必要がないので、主水素吸蔵合金を収納する耐圧容
器のコンパクト化も可能である。したがって、製造コス
トを高騰させることなく、燃料電池システムの起動性を
飛躍的に向上させることができる。
As described above, according to the present invention, at the start of operation of the fuel cell, the hydrogen gas is supplied to the fuel cell body from the auxiliary hydrogen storage alloy having a high equilibrium hydrogen pressure, so that the hydrogen gas is smoothly supplied. Can be supplied to the fuel cell body. Further, since it is not necessary to increase the equilibrium hydrogen pressure of the main hydrogen storage alloy, the pressure vessel for storing the main hydrogen storage alloy can be made compact. Therefore, the startability of the fuel cell system can be drastically improved without increasing the manufacturing cost.

【0032】加えて、定常運転が開始されると、主水素
吸蔵合金からの水素ガスの一部が補助水素吸蔵合金に供
給されるので、定常運転時に補助水素吸蔵合金が再度満
充填状態となり、再度の運転開始時や主水素吸蔵合金の
交換時であっても、円滑な発電が維持されることになる
といった優れた効果を奏する。
In addition, when the steady operation is started, part of the hydrogen gas from the main hydrogen storage alloy is supplied to the auxiliary hydrogen storage alloy. Even when the operation is started again or when the main hydrogen storage alloy is replaced, an excellent effect that smooth power generation is maintained can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る燃料電池システムの
概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】メインタンク内の水素吸蔵合金とサブタンク内
の水素吸蔵合金とにおける、温度と平衡水素圧力との関
係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between temperature and equilibrium hydrogen pressure in a hydrogen storage alloy in a main tank and a hydrogen storage alloy in a sub tank.

【図3】本発明の(A)システムと比較例の(X)シス
テムとにおける、電池出力,水素ガス流量,ライン圧力
と時間との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between battery output, hydrogen gas flow rate, line pressure and time in the system (A) of the present invention and the system (X) of the comparative example.

【図4】本発明の第2実施例に係る燃料電池システムの
概略説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory view of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施例に係る燃料電池システムの
概略説明図である。
FIG. 5 is a schematic explanatory view of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施例に係る燃料電池システムの
概略説明図である。
FIG. 6 is a schematic explanatory view of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池本体 2 メインタンク 5 サブタンク 7 水素ガス供給通路 10 分岐通路 11 背圧弁 12 水素ガス還流通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body 2 Main tank 5 Sub tank 7 Hydrogen gas supply passage 10 Branch passage 11 Back pressure valve 12 Hydrogen gas return passage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名迫 賢二 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−73345(JP,A) 特開 昭58−121566(JP,A) 特開 昭60−68(JP,A) 特開 昭51−90637(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kenji Nasako 2-18 Keihanhondori, Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-52-73345 (JP, A) JP-A-58- 121566 (JP, A) JP-A-60-68 (JP, A) JP-A-51-90637 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8 /twenty four

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸素極と水素極とを有する燃料電池本体
と、 定常運転時に、上記燃料電池本体の水素極に水素を供給
する主水素吸蔵合金と、 同一温度で上記主水素吸蔵合金よりも平衡水素圧力の高
くなるように構成され、主水素吸蔵合金と平衡水素圧力
が同一となるまでは上記燃料電池本体の水素極に水素ガ
スを供給すると共に、上記定常運転時に主水素吸蔵合金
から水素ガスが供給される補助水素吸蔵合金と、 を有することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell body having an oxygen electrode and a hydrogen electrode; a main hydrogen storage alloy for supplying hydrogen to a hydrogen electrode of the fuel cell body during a steady operation; A hydrogen gas is supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell body until the equilibrium hydrogen pressure is equal to that of the main hydrogen storage alloy, and hydrogen is supplied from the main hydrogen storage alloy during the steady operation. A fuel cell system, comprising: an auxiliary hydrogen storage alloy to which a gas is supplied.
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