JP5145667B2 - 水素供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、水素供給装置に関する。
従来、水素供給対象(例えば燃料電池)を含む付臭水素循環経路を流れる水素中の付臭剤濃度に応じて、タンクから放出される純水素に高濃度付臭剤を含む水素を添加して付臭水素循環経路に供給することによって、水素供給対象に供給される水素中の付臭剤濃度を制御する水素供給装置が提案されている(特許文献１参照)。
特開２００４−１１１１６７号公報 特開２００２−２９７０１号公報
特許文献１記載の技術では、高濃度付臭剤を混入した水素を貯蔵する付臭剤混入水素タンクが必要になる。付臭剤混入水素タンクは水素及び付臭剤を貯蔵するが故に大型となり、システムの大型化を招く要因となっていた。この点に鑑み、付臭剤混入水素タンクを小さくすると、付臭剤の貯蔵量が付臭剤のみを貯蔵する場合よりも少なくなるので、当該タンクに対する付臭剤混入水素の補給(付臭剤混入タンクの交換)サイクルが短くなる可能性があった。また、特許文献１記載の技術では、純水素に対する付臭剤混入水素の混合量が考慮されていないので、付臭剤水素循環経路に供給される水素中の付臭剤濃度にバラツキが生じてしまう虞があった。
本発明の目的は、装置の大型化を抑え、付臭剤の補充サイクルの長期化を図ることが可能な水素供給装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、付臭剤濃度のバラツキが抑えられた水素を水素供給対象に供給可能な水素供給装置を提供することである。
本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。
即ち、本発明は、水素タンクから放出された水素が水素供給対象に至る水素供給路と、
前記水素供給路から分岐し、前記水素タンクから放出された水素の一部が流れる分岐路と、
前記分岐路を流れる水素に付臭剤を添加する添加手段と、
前記添加手段によって付臭剤が添加された水素を滞留させるバッファタンクと、
前記バッファタンク内の付臭剤添加水素を前記水素供給路に供給する供給手段と
を含む水素供給装置である。
本発明によれば、分岐路で付臭剤を水素に添加してバッファタンクで滞留させて付臭剤濃度を均一に近づけた後、バッファタンク内の付臭剤添加水素を水素供給路に供給し、水素供給路を流れる水素と混ぜ合わせる。これによって、従来技術のような付臭剤添加水素タンクは不要となり、装置の小型化や付臭剤の補充サイクルの長期化を図ることが可能となる。
好ましくは、本発明に係る水素供給対象は燃料電池であり、供給手段は、前記燃料電池の水素消費量に応じた量の付臭剤添加水素を前記水素供給路に供給する。或いは、本発明
に係る供給手段は、水素供給対象たる燃料電池の発電電流に応じた量の付臭剤添加水素を前記水素供給路に供給する。このようにすれば、水素消費量や発電電流に応じた付臭剤を水素に添加することができ、水素中の付臭剤濃度のバラツキを抑えることが可能となる。
好ましくは、本発明に係る水素供給路内には、該水素供給路に対する開口部を有する中空糸モジュールが配置されており、前記供給手段は、前記中空糸モジュール内に前記付臭剤添加水素を供給する。このようにすれば、中空糸モジュール内で拡散した付臭剤添加水素を水素供給路を流れる水素に混入させることができ、付臭剤を水素に一様に混合させることが可能となる。
好ましくは、本発明に係る水素供給装置は、前記水素供給路を流れる水素と、前記供給手段によって前記水素供給路に供給される付臭剤添加水素との接触面積を調整する手段をさらに含む。このようにすれば、水素に対する付臭剤の供給量を調整することができる。
また、好ましくは、本発明は、水素供給路には、該水素供給路に対する開口部を夫々有する複数の中空糸モジュールが配置されており、各中空糸モジュールの開口部の面積は夫々異なっており、前記供給手段は、各中空糸モジュール内に前記付臭剤添加水素を供給する複数の供給口を含む構成を適用可能である。
また、好ましくは、本発明は、前記水素供給路と前記分岐路との分岐点より上流側に設けられた水素流量測定手段をさらに含み、前記添加手段は、前記水素流量測定手段で測定された水素流量に応じた量の付臭剤を添加する構成を適用可能である。このようにすれば、燃料電池に供給される水素量に応じた付臭剤を添加することができる。
また、好ましくは、本発明における添加手段は、付臭剤を収容した付臭剤タンクと、閉弁時に前記分岐路と前記付臭剤タンクとの間を遮断し、開弁時に分岐路を流れる水素の一部が付臭剤タンク内に導入されて付臭剤タンク内の付臭剤と接触した後に再び分岐路に戻る流路を形成する弁とを含む構成を適用できる。
また、好ましくは、本発明における添加手段は、付臭剤を収容した付臭剤タンクと、前記分岐路に配置され該分岐路に対して開口した開口部を有する中空糸モジュールと、この中空糸モジュール内に前記付臭剤タンク内の付臭剤を供給する付臭剤供給手段とを含む構成を適用できる。
また、好ましくは、本発明における添加手段は、付臭剤を収容した付臭剤タンクと、前記分岐路に配置され該分岐路に対して開口した開口部を有する複数の中空糸モジュールと、各中空糸モジュール内に前記付臭剤タンク内の付臭剤を供給する複数の付臭剤供給手段とを含み、前記複数の中空糸モジュールの開口部面積が相互に異なっている構成を適用できる。
上述した添加手段の構成を採用することで、添加手段で付臭剤濃度のバラツキが抑えられた付臭剤添加水素をバッファタンクに送り込むことができる。これによりバッファタンクの容量を小さくすることが可能となる。
本発明によれば、装置の大型化を抑え、付臭剤の補充サイクルの長期化を図ることが可能な水素供給装置を提供することができる。また、本発明によれば、付臭剤濃度のバラツキが抑えられた水素を水素供給対象に供給可能な水素供給装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〔実施形態の概要〕
実施形態として、燃料電池の燃料ガスに水素を用いる場合、水素の漏洩を検知するため、水素ガスに付臭剤を添加して水素漏洩検知を容易にするシステムについて説明する。実施形態では、燃料電池(ＦＣ)の水素消費量(ＦＣ電流)に応じて、水素内に微少量の付臭剤を添加可能な水素供給装置とその水素供給方法について説明する。
実施形態に係る水素供給装置は、以下の特徴を持つ。
(１)水素(Ｈ2)と付臭剤とをバッファタンク内で混合(撹拌)し、バッファタンク内の付臭
剤添加水素を水素消費量(ＦＣ電流)に応じて、燃料電池に対する水素供給路内へ供給(例
えば噴射)する。
(２)水素と付臭剤との接触面を(Ａ)バタフライ弁，(Ｂ)開口面積(孔径，孔密度の)異なる中空糸を用いて調整し、水素中の付臭剤濃度を調整する。
〈燃料電池システムの構成〉
図１は、本発明に係る水素供給装置が適用された燃料電池システムの構成例を示す図である。図１に示す燃料電池システムは、車両に搭載される。もっとも、本発明に係る水素供給装置は、定置型の燃料電池システムにも適用可能である。また、図１に示す燃料電池１は、固体高分子型燃料電池(ＰＥＦＣ)であるものとして説明する。もっとも、本発明を適用可能な燃料電池はＰＥＦＣに限られない。また、本発明は、燃料電池以外の水素供給対象についても適用し得る。
図１において、燃料電池１は、複数のセルが積層されてなるセルスタックを有する。各セルは、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を両側から挟む燃料極(アノード)及び空気極(酸化剤極：カソード)と、燃料極及び空気極を挟む燃料極側セパレータ及び空気極側セパレータとからなる。
燃料極は、拡散層と触媒層とを有している。燃料極には、水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料が燃料供給系により供給される。燃料極に供給された燃料は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、水素がプロトン(水素イオン)と電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通って空気極に移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。
一方、空気極は、拡散層と触媒層とを有し、空気等の酸化剤ガスが酸化剤供給系により空気極に供給される。空気極に供給された酸化剤ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、酸化剤ガスと、固体高分子電解質膜を通って空気極に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極に到達した電子とによる反応により水が生成される。このような燃料極及び空気極における反応の際に外部回路を通る電子が、燃料電池１のセルスタックの両端子間に接続される負荷２に対する電力として使用される。
燃料電池１には、燃料を供給するための燃料供給／排出系と、酸化剤を供給及び排出するための酸化剤供給／排出系とが接続される。図１には、燃料供給／排出系が示されており、次のように構成されている。
燃料供給系は、高圧水素ガスを貯留した水素タンク３から放出される水素ガスを燃料電池１に設けられた燃料入口に供給する水素供給路を有している。水素供給路は、水素タンク３に接続され、水素タンク３から放出される水素ガスの流量を調整する調整弁４と、調整弁４を通過した水素ガスの流量を測定する水素流量計(ＨＦＭ)５と、ＨＦＭ５と燃料電
池１とを接続する配管６とから構成される。
また、燃料供給系は、水素供給路から分岐する分岐路を有している。分岐路は、配管６から分岐する分岐管７と、分岐管７に接続されたポンプ８と、ポンプ８に配管９を介して接続された付臭剤の添加部１０と、添加部１０で付臭剤が添加された水素(付臭剤添加水
素)を貯留するバッファタンク１１と、バッファタンク１１内の付臭剤添加水素を配管６
内に噴射(供給)する供給手段としてのインジェクタ１３とから構成される。
一方、燃料排出系は、次のように構成されている。燃料電池１の燃料出口には、配管１４を介して排出弁(例えば電磁弁)１５が接続されている。排出弁１５は、配管１６Ａを介して希釈器１６に接続されている。配管１４には、分岐管１７を介して循環ポンプ１８が接続されており、循環ポンプ１８は、配管１９を介して配管６に接続されている。このような構成により、排出弁１５が閉じた状態では、循環ポンプ１８の駆動で、燃料電池１から排出された水素ガスが配管１７，循環ポンプ１８，配管１９及び配管６を介して再び燃料電池１に供給される、すなわち、水素ガスが燃料電池１を経由する循環路を循環する状態となる。これに対し、排出弁１５が開いた状態では、配管１４に排出された水素ガスは、排出弁１５を通って希釈器１６に至り、希釈化された後、大気中に排出される。
燃料供給／排出系の動作は、制御系によって制御される。制御系は、制御手段たるＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵのようなプロセ
ッサ，プログラムやこのプログラムの実行時に使用されるデータを格納した記憶装置(メ
モリ，不揮発性メモリ等)，入出力インタフェース(Ｉ／Ｏ)等から構成されている。
ＥＣＵ２０は、プロセッサが記憶装置に格納されたプログラムを実行することによって、燃料供給／排出系の動作を制御する。プログラムの実行時には、記憶装置に予め格納されたデータや、ＨＦＭ５から入力される水素ガスの流量，燃料電池１に対して直列に接続された電流計１２で測定される燃料電池１の発電電流(ＦＣ電流)が利用される。ＥＣＵ２０は、ＨＦＭ５からの水素ガス流量を示す信号，及び電流計１２からのＦＣ電流値を示す信号(これらの信号は図１の破線矢印で示される)を受け取るように構成されている。
ＥＣＵ２０は、プログラムにしたがって、調整弁４の開閉制御及び開度調整(水素ガス
の流量調整)，ポンプ８及び循環ポンプ１８のオン／オフや回転量(吐出量)制御，排出弁
１５の開閉制御，インジェクタ１３の動作制御，添加部１０による付臭剤の添加量調整等を行う。このため、ＥＣＵ２０は、調整弁４，ポンプ８，添加部１０，インジェクタ１３，排出弁１５，及び循環ポンプ１８に対して制御信号(図１の破線矢印参照)を与える。
〈水素供給装置の構成〉
図１に示した燃料電池システムの構成において、水素供給路及び分岐路を構成する構成要素が、本発明の実施形態に係る水素供給装置を構成する。以下、水素供給装置の構成をさらに詳細に説明する。
図１において、燃料電池１の運転時には、水素タンク３からの水素ガスが燃料電池１に水素供給路を通じて供給される。ＥＣＵ２０により調圧弁４が開弁されると、水素タンク３から放出される水素ガスが、圧力の低い調圧弁４の下流側に流れる(図１において水素
ガスを直線矢印で示す)。水素ガスは、配管６(メイン配管)を通って燃料電池１に供給さ
れ、発電に使用される。このとき、ＥＣＵ２０は、必要に応じて排出弁１５を閉弁し、循環ポンプ１８を駆動させて、水素ガスが循環路を循環するようにする。
一方、ＥＣＵ２０は、ポンプ８を駆動させて配管６を流れる水素ガスの一部を分岐路(
配管９(サブ配管)側)に引き込み、添加手段としての添加部１０で付臭剤を水素ガスに添
加(混入)させた後、バッファタンク１１に送り出す。バッファタンク１１で、水素ガスと付臭剤とが混ざり合い、付臭剤濃度が均一な状態にされる。ＥＣＵ２０は、供給手段としてのインジェクタ１３に制御信号を与えて、バッファタンク１１内に滞留している付臭剤添加水素ガスを配管６内に噴射(供給)させる(図２に示す構成例１参照)。これにより、インジェクタ１３の下流側における配管６内を、付臭剤添加水素ガスが流れて燃料電池１に供給されるようになっている(図１、図２において、付臭剤添加水素ガスを一点鎖線矢印
で図示)。
インジェクタ１３の動作は、ＥＣＵ２０によって、電流計１２で測定される燃料電池１の発電電流(ＦＣ電流、燃料電池１での水素消費量と同視し得る)と、ＦＣ電流に応じた水素ガスの流量とに基づいて制御される。
ここに、ＦＣ電流値(例えば、単位時間あたりの電流積算値)と、水素タンク３からの水素流量(燃料電池１への水素供給量)との間には比例関係がある。すなわち、ＦＣ電流が多い程、多くの水素ガスが燃料電池１に供給されるように、水素供給制御が行われる。ＥＣＵ２０は、電流計１２から受け取るＦＣ電流値に応じて、調圧弁４の開度を調整し、ＦＣ電流値に応じた流量の水素ガスが下流側(配管６：メイン配管)を流れるようにする。調圧弁４を通過する水素ガスの流量は、ＨＦＭ５で測定され、ＥＣＵ２０に通知される。
ＥＣＵ２０は、水素ガスの流量に応じた量の付臭剤が添加部１０で添加されるように添加部１０の動作を制御する。また、ＥＣＵ２０は、配管６を通って燃料電池１に供給される水素ガス中の付臭剤濃度が均一になるように、インジェクタ１３の噴射動作を制御する。
インジェクタ１３は、１回の噴射で微少な量の付臭剤添加水素ガスを配管６内に供給するように構成されている。例えば、ＥＣＵ２０は、ＨＦＭ５で測定された水素ガス流量に応じてインジェクタ１３の噴射量又は噴射回数を可変にする。図３は、ＦＣ電流値(水素
消費量)とインジェクション量との関係を示すグラフである。例えば、図３に示すように
、ＥＣＵ２０は、ＦＣ電流値(水素消費量)と比例するように、インジェクタ１３のインジェクション量を制御する。このようにして、付臭剤と水素との混合比を調整し、均一な付臭剤濃度の付臭剤添加水素ガスが燃料電池１に供給される。
なお、本実施形態では、バッファタンク１１内に液状の付臭剤が滞留することになった場合でも、その付臭剤を霧状にして配管６内に供給可能とすべく、インジェクタ１３が適用された例を示している。配管６内に供給する付臭剤添加水素ガスの量を調整できる限り、インジェクタ１３の代わりに電磁弁のような弁を適用することも可能である。
添加部１０は、付臭剤を貯留した付臭剤タンクを有しており、付臭剤タンク内の付臭剤を、分岐路(配管９)を流れる水素ガスと接触させることで、付臭剤を水素ガスに添加する。付臭剤タンク内には、気体、液体、又は固体(ゲル状)の付臭剤を収容することができる。付臭剤タンクの容量は、付臭剤添加水素を貯留する場合よりも小さくすることができる。特に、液体や固体(ゲル状)の付臭剤を貯留する場合には、付臭剤タンクを小さく構成することができ、付臭剤タンクの交換時期(付臭剤の補充時期)のサイクルを長くすることができる。
添加部１０は、例えば、付臭剤タンク内の付臭剤を配管９を流れる水素ガスと接触させることで、付臭剤を添加する。或いは、添加部１０が配管９内の水素ガスの流れに対して気体又は霧状の付臭剤を噴射することで、付臭剤を添加する構成を採用することもできる。
バッファタンク１１は、例えば、添加部１０から導入された水素ガス及び付臭剤がその内壁に衝突することでバッファタンク１１内部に渦を作り、付臭剤が撹拌されて水素ガス中に一様に分布するように構成される。或いは、バッファタンク１１内に撹拌羽(撹拌部
材)を配置し、撹拌羽が回転(撹拌部材が作動)することを通じてバッファタンク１１内で
水素ガスと付臭剤との混合が促進される構成を採用することもできる。
図２では、構成例１として、インジェクタ１３が単に配管６内に付臭剤添加水素ガスを直接噴射する構成を示した。このような構成例１に代えて、図４に示す構成(構成例２)を適用可能である。図４は、配管６(メイン配管)に対する付臭剤添加水素ガスの供給に係る構成例２を示す説明図である。図４に示すように、構成例２では、配管６内に中空糸モジュール２１が配置され、インジェクタ１３のノズルから噴射される付臭剤添加水素ガスが中空糸モジュール２１内に噴射される。
中空糸モジュール２１は、円筒形を有し、その周方向の壁面に中空糸モジュール２１内部と連通する１以上の(複数の)孔(貫通孔)２２を有している。中空糸モジュール２１内部と配管６内とは、孔２２で連通した状態となっている。中空糸モジュール２１内に噴射された付臭剤添加水素ガスは、中空糸モジュール２１内で拡散した後、孔２２を通って配管６内に流れ出て、配管６を流れる水素ガスと接触して混ざり合う。このような構成が適用されることにより、バッファタンク１１からの付臭剤添加水素ガスを配管６を流れる水素ガスに一様に混入させることが可能となる。
このような構成とＦＣ電流に応じたインジェクション量の制御との組み合わせにより、配管６内に直接付臭剤添加水素ガスを噴射する構成(図２)よりも、水素ガスと付臭剤との混合比をさらに微調整することができ、燃料電池１に供給される付臭剤添加水素ガスの付臭剤濃度を均一にすることが可能となる。特に、当該構成は、配管６を流れる水素ガスの流速分布が一様でない場合においても、付臭剤濃度が均一になるようにすることができる。
また、図４に示した構成例２に代えて、図５に示すような構成を適用することができる。図５は、配管６(メイン配管)に対する付臭剤添加水素ガスの供給に係る構成例３を示す説明図である。図５に示す構成例３では、バッファタンク１１と配管６との間に、両者間を連通させる複数のインジェクタ１３が設けられている(図５では、インジェクタ１３Ａ
，１３Ｂ及び１３Ｃを例示)。さらに、配管６内には、インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び
１３Ｃに対応する複数の中空糸モジュール２１Ａ，２１Ｂ及び２１Ｃが配置されている。
中空糸モジュール２１Ａ，２１Ｂ及び２１Ｃは、１以上(複数)の孔２２を有しており、中空糸モジュール内部と配管６内とが孔２２で連通した状態となっている。中空糸モジュール２１Ａ，２１Ｂ及び２１Ｃは、配管６内に対する開口面積がそれぞれ異なるように構成されている。例えば、中空糸モジュール間で、モジュール表面の孔割合(孔密度：単位
面積あたりの孔個数)が異なるように構成される。或いは、中空糸モジュール間で孔径が
異なるように構成される。或いは、中空糸モジュール間で孔密度及び孔径が異なるように構成される。開口面積は、孔２２の面積の合計値として表される。図５に示す例では、１３Ｃ，１３Ｂ，１３Ａの順で開口面積が大きくなる構成が適用されている。開口面積は、モジュール内の付臭剤添加水素ガスと配管６内の水素ガスとの接触面積を構成し、使用される中空糸モジュールに応じて、付臭剤添加水素ガスと水素ガスとの接触面積が異なるように構成されている。
このような構成により、各インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃから夫々同量の付臭剤添加水素ガスが噴射された場合でも、孔２２を通過して配管６内に流れ出る付臭剤添加水素ガスの量が異なるように構成されている。
図５に示す構成例では、ＥＣＵ２０は、例えば、次のようにして配管６から燃料電池１に供給される付臭剤添加水素ガスの付臭剤濃度を調整する。ＥＣＵ２０は、各インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃを並列に制御して各インジェクタから付臭剤添加水素ガスが噴射されるように制御可能である。また、ＥＣＵ２０は、インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃのいずれかを選択的に使用し、選択されたインジェクタのみから付臭剤添加水素ガスが噴射されるように制御することもできる。
各インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃが並列に使用される場合において、付臭剤の添加量(付臭剤添加水素ガスの供給量)を増加させる(添加量は水素ガス流量で決まる)ときには、ＥＣＵ２０は、各インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃのインジェクション量(
又は時間あたりの噴射回数)を増加させる。逆に、付臭剤の添加量を減少させる場合には
、ＥＣＵ２０は、各インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃのインジェクション量(又は
時間あたりの噴射回数)を低下させる。
これに対し、インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃの一つが選択的に使用される場合において、付臭剤の添加量(付臭剤添加水素ガスの供給量)を増加させる(添加量は水素ガ
ス流量で決まる)ときには、ＥＣＵ２０は、増加量に応じて、開口面積の大きい中空糸モ
ジュールに対応するインジェクタ(例えば、中空糸モジュール２１Ａに対応するインジェ
クタ１３Ａ)のみから付臭剤添加水素ガスを噴射させる。逆に、付臭剤の添加量を低下さ
せる場合には、低下量に応じて、開口面積の小さい中空糸モジュールに対応するインジェクタ(例えば、中空糸モジュール２１Ｃに対応するインジェクタ１３Ｃ)のみから付臭剤添加水素ガスを噴射させる。なお、インジェクタ１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃを選択的に使用する場合でも、選択したインジェクション量(噴射回数)を増減することで、添加量を可変にすることができる。
以上のような制御によって、ＦＣ電流(水素消費量)に応じて付臭剤添加水素ガスの供給量を調整し、均一な付臭剤濃度を有する付臭剤添加水素ガスが燃料電池１に供給されるようにすることができる。
次に、添加部１０の構成例について説明する。図６は、添加部１０の構成例１を示す説明図である。図６において、添加部１０は、バッファタンク１１に接続された配管９(サ
ブ配管)に接続された付臭剤タンク２５と、付臭剤タンク２５と配管９との境界部分に設
けられたバタフライ弁２６(本発明の弁に相当)とを備えている。バタフライ弁２６の閉弁状態では、付臭剤タンク２５が閉じられた状態となり、配管９内部と付臭剤タンク２５内とが遮断された状態となる。これに対し、バタフライ弁２６が開弁状態になると、配管９内と付臭剤タンク２５内とが連通状態となる。
バタフライ弁２６の動作(開度及び開口時間)は、例えばＥＣＵ２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、ＨＦＭ５で測定される水素ガスの流量に応じて、水素ガスの流量が多くなるほど、バタフライ弁２６の開度が大きくなるようにバタフライ弁２６を制御する。或いは、ＥＣＵ２０は、単位時間あたりにおけるバタフライ弁２６の開口時間(例えば、バ
タフライ弁が開弁及び閉弁を繰り返す回数)を制御することもできる。
付臭剤タンク２５内には、気体、液体、固体(例えばゲル状)の付臭剤が貯留されている。好ましくは、液体又はゲル状の付臭剤が貯留される。バタフライ弁２６が開弁されると、配管９内を流れる水素ガスの一部が付臭剤タンク２５内に流入し、付臭剤の表面に触れて付臭剤を蒸発させ、蒸発した気体状の付臭剤を持ち去るようにして再び配管９を流れ、バッファタンク１１に到達する構成となっている。このように、バタフライ弁２６は、分岐路(配管９)を流れる水素の一部が付臭剤タンク２５内に導入されて付臭剤タンク２５内
の付臭剤と接触した後に再び分岐路(配管９)に戻る流路を形成する。このように、ＥＣＵ２０がバタフライ弁２６の開度及び／又は単位時間あたりの開弁時間を制御することで、水素ガスに対する付臭剤の添加量を調整することができる。
図７は、添加部１０の構成例２を示す説明図である。図７において、添加部１０は、付臭剤を貯留した付臭剤タンク２７と、付臭剤２７と配管９(サブ配管)との間に配置された付臭剤供給手段としてのインジェクタ２８と、配管９内に配置された中空糸モジュール２９とを備えている。中空糸モジュール２９は、中空糸モジュール１３と同様に、周面に１以上(複数)の孔(貫通孔)３０を有する円筒形に構成されており、中空糸モジュール２９内部と配管９内部とが孔３０により連通した状態となっている。
インジェクタ２８のノズルは、中空糸モジュール２９の内部に向かって開口しており、インジェクタ２８は付臭剤を中空糸モジュール２９内に噴射する構成となっている。付臭剤タンク２７には、例えば液体の付臭剤が貯留されており、インジェクタ２８によって中空糸モジュール２９内に霧状の付臭剤が噴射される。中空糸モジュール２９内に噴射された付臭剤は、中空糸モジュール２９内に一旦滞留した状態となり、孔３０を通過して配管９内を流れる水素ガスと接触し混合され、バッファタンク１１内に至る。
ＥＣＵ２０は、ＦＣ電流値(水素消費量)に応じた水素ガス流量(ＨＦＭ５で測定される)にしたがってインジェクタ２８に制御信号を与え、インジェクタ２８のインジェクション量を制御する。これによって、ＦＣ電流値に基づいて付臭剤の添加量を増減することができる。中空糸モジュール２９を適用することで、バッファタンク１１に至る水素ガス中の付臭剤濃度を均一にすることができ、バッファタンク１１内での付臭剤濃度分布の一様化に貢献することができる。これによって、バッファタンク１１の容量を小さくすることが可能となる。なお、バッファタンク１１で十分に付臭剤が撹拌される限り、中空糸モジュール２９を省略することも可能である。
図８は、添加部１０の構成例３を示す説明図である。図８において、添加部１０は、付臭剤を貯留した付臭剤タンク２７と、付臭剤２７と配管９(サブ配管)との間に配置された複数の付臭剤供給手段としてのインジェクタ(図８では、インジェクタ２８Ａ，２８Ｂ及
び２８Ｃを例示)と、各インジェクタ２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃと対応する状態で配管９
内に配置された複数の中空糸モジュール２９Ａ，２９Ｂ及び２９Ｃとを備えている。
中空糸モジュール２９Ａ，２９Ｂ及び２９Ｃは、中空糸モジュール２１Ａ，２１Ｂ及び２１Ｃと同様の構成を有し、開口面積が２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの順に大きくなる構成となっている。付臭剤タンク２７の構成は、構成例２と同様である。
ＥＣＵ２０は、各インジェクション２８Ａ，２８Ｂ及び２９Ｃを並列に、又はこれらの一つを選択的に制御可能に構成されている。各インジェクタ２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃが並列に使用される場合において、付臭剤の添加量を増加させる(添加量は水素ガス流量で
決まる)ときには、ＥＣＵ２０は、各インジェクタ２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃのインジェ
クション量(又は時間あたりの噴射回数)を増加させる。逆に、付臭剤の添加量を減少させる場合には、ＥＣＵ２０は、各インジェクタ２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃのインジェクション量(又は時間あたりの噴射回数)を低下させる。
これに対し、インジェクタ２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃの一つが選択的に使用される場合において、付臭剤の添加量を増加させる(添加量は水素ガス流量で決まる)ときには、ＥＣＵ２０は、増加量に応じて、開口面積の大きい中空糸モジュールに対応するインジェクタ(例えば、中空糸モジュール２９Ａに対応するインジェクタ２８Ａ)のみから付臭剤を噴射させる。逆に、付臭剤の添加量を低下させる場合には、低下量に応じて、開口面積の小さ
い中空糸モジュールに対応するインジェクタ(例えば、中空糸モジュール２９Ｃに対応す
るインジェクタ２８Ｃ)のみから付臭剤添加水素ガスを噴射させる。
以上のような制御によって、ＦＣ電流(水素消費量)に応じて付臭剤の添加量を調整し、均一な付臭剤濃度を有する水素ガスがバッファタンク１１に送り込まれるようにすることができる。
なお、上述した添加部１０の構成例２及び３において、インジェクタの代わりに電磁弁のような弁を適用することもできる。また、上述した実施形態では、高圧水素ガスを貯留した水素タンク３を例示したが、実施形態に係る水素供給装置は、水素吸蔵合金(ＭＨ)を収容した水素タンクや、液体水素を貯留した水素タンクについても適用することができる。また、ポンプ８は、弁であっても良い。
図１は、本発明の実施形態に係る水素供給装置を適用可能な燃料電池システムの構成例を示す説明図である。 図２は、バッファタンクに滞留した付臭剤添加水素ガスをメイン配管に供給する構成例１の説明図である。 図３は、ＦＣ電流値(水素消費量)とインジェクション量との関係を示すグラフである。 図４は、バッファタンクに滞留した付臭剤添加水素ガスをメイン配管に供給する構成例２の説明図である。 図５は、バッファタンクに滞留した付臭剤添加水素ガスをメイン配管に供給する構成例３の説明図である。 図６は、図１に示した添加部の構成例１を示す説明図である。 図７は、図１に示した添加部の構成例２を示す説明図である。 図８は、図１に示した添加部の構成例３を示す説明図である。
符号の説明
１・・・燃料電池
２・・・負荷
３・・・水素タンク
４・・・調圧弁
５・・・水素流量計(ＨＦＭ)
６・・・配管(メイン配管)
７，１７・・・分岐管
８・・・ポンプ
９・・・配管(サブ配管)
１０・・・添加部
１１・・・バッファタンク
１２・・・電流計
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ・・・インジェクタ
１４，１９・・・配管
１５・・・排気弁
１６・・・希釈器
１８・・・循環ポンプ
２０・・・ＥＣＵ
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ・・・中空糸モジュール２２，３０・・・孔(貫通孔)
２５，２７・・・付臭剤タンク
２６・・・バタフライ弁

Claims (9)

  1. 水素タンクから放出された水素が燃料電池に至る水素供給路と、
    前記水素供給路から分岐し、前記水素タンクから放出された水素の一部が流れる分岐路と、
    前記分岐路を流れる水素に付臭剤を添加する添加手段と、
    前記添加手段によって付臭剤が添加された水素を滞留させ、水素と該付臭剤との混合を促進させるバッファタンクと、
    前記燃料電池の水素消費量に応じた量の、前記バッファタンク内の付臭剤添加水素を前記水素供給路に供給する供給手段と
    を含む水素供給装置。
  2. 前記供給手段は、前記燃料電池の発電電流に応じた量の付臭剤添加水素を前記水素供給路に供給する
    請求項１記載の水素供給装置。
  3. 前記水素供給路内には、該水素供給路に対する開口部を有する中空糸モジュールが配置されており、
    前記供給手段は、前記中空糸モジュール内に前記付臭剤添加水素を供給する
    請求項１又は請求項２に記載の水素供給装置。
  4. 前記水素供給路を流れる水素と、前記供給手段によって前記水素供給路に供給される付臭剤添加水素との接触面積を調整する手段をさらに含む
    請求項１〜３のいずれかに記載の水素供給装置。
  5. 前記水素供給路には、該水素供給路に対する開口部を夫々有する複数の中空糸モジュールが配置されており、
    各中空糸モジュールの開口部の面積は夫々異なっており、
    前記供給手段は、各中空糸モジュール内に前記付臭剤添加水素を供給する複数の供給口を含む
    請求項１〜４のいずれかに記載の水素供給装置。
  6. 前記水素供給路と前記分岐路との分岐点より上流側に設けられた水素流量測定手段をさらに含み、
    前記添加手段は、前記水素流量測定手段で測定された水素流量に応じた量の付臭剤を添加する
    請求項１〜５のいずれかに記載の水素供給装置。
  7. 前記添加手段は、付臭剤を収容した付臭剤タンクと、閉弁時に前記分岐路と前記付臭剤タンクとの間を遮断し、開弁時に分岐路を流れる水素の一部が付臭剤タンク内に導入されて付臭剤タンク内の付臭剤と接触した後に再び分岐路に戻る流路を形成する弁とを含む
    請求項１〜６のいずれかに記載の水素供給装置。
  8. 前記添加手段は、付臭剤を収容した付臭剤タンクと、前記分岐路に配置され該分岐路に対して開口した開口部を有する中空糸モジュールと、この中空糸モジュール内に前記付臭剤タンク内の付臭剤を供給する付臭剤供給手段とを含む
    請求項１〜６のいずれかに記載の水素供給装置。
  9. 前記添加手段は、付臭剤を収容した付臭剤タンクと、前記分岐路に配置され該分岐路に対して開口した開口部を有する複数の中空糸モジュールと、各中空糸モジュール内に前記付臭剤タンク内の付臭剤を供給する複数の付臭剤供給手段とを含み、前記複数の中空糸モジュールの開口部面積が相互に異なっている
    請求項１〜６のいずれかに記載の水素供給装置。
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