JP5270428B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

この発明は、水素吸蔵合金タンクと燃料電池とを備え、前記水素吸蔵合金タンクから供給される水素と、酸化剤とによって前記燃料電池で発電を行う燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that includes a hydrogen storage alloy tank and a fuel cell, and that generates power in the fuel cell using hydrogen supplied from the hydrogen storage alloy tank and an oxidant.

従来、水素吸蔵合金タンクから供給される水素、酸素などの酸化剤によって燃料電池で発電を行って電力を取り出す燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１）。このシステムの水素吸蔵合金タンク側を図５に示す。図において、２０が水素吸蔵合金タンクを収容した水素吸蔵合金タンク、２１が発熱体、２２が水素吸蔵合金タンクから燃料電池へ水素供給するための水素放出バルブ、２３が発熱体の空気取込み口、２４が空気取り込み用のバルブを示している。
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system is known in which power is generated by a fuel cell using an oxidant such as hydrogen or oxygen supplied from a hydrogen storage alloy tank to extract electric power (for example, Patent Document 1). The hydrogen storage alloy tank side of this system is shown in FIG. In the figure, 20 is a hydrogen storage alloy tank containing a hydrogen storage alloy tank, 21 is a heating element, 22 is a hydrogen release valve for supplying hydrogen from the hydrogen storage alloy tank to the fuel cell, 23 is an air intake port of the heating element, Reference numeral 24 denotes an air intake valve.
In this system, when starting at a low temperature, the valve 24 of the air intake port 23 of the heating element is opened, and air is taken into the heating element 21. The heating element 21 that has taken in air generates heat, the heat is transmitted to the hydrogen storage alloy tank 20, and the tank 20 is heated. When the tank 20 reaches a specified temperature (25 ° C.), the valve 24 is closed, the heating is stopped, and the hydrogen release valve 22 of the tank 20 is opened to supply hydrogen to the fuel cell.

特開平８−１１５７３２号公報JP-A-8-115732

しかし、上記で提案されている燃料電池システムでは、以下の問題点がある。
（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。 However, the fuel cell system proposed above has the following problems.
(1) Since the heating element uses an oxidation reaction, there is a problem that it takes a long time to start the fuel cell and a long time until it can be used as a system.
(2) Since the heat generation amount of the heating element is small, the start-up time becomes long in an environment where the outside air temperature is low, and in some cases, the hydrogen storage alloy tank cannot be sufficiently heated, and as a result, hydrogen cannot be released, It is possible that the operation of the fuel cell will be hindered.
(3) When a heating element is used, a gas is generated depending on the reaction, so that the gas may cause a problem in the operation of the fuel cell.

本発明は、上記従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、燃料電池の起動時間が短く、かつ外気温に拘わらず確実に起動がなされる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a fuel cell system in which the start-up time of the fuel cell is short and the start-up can be performed reliably regardless of the outside temperature. Objective.

すなわち、本発明の燃料電池システムのうち、第１の本発明は、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、前記加水型発熱材を密閉可能に収容し、前記水素吸蔵合金タンクの一部を装入可能な開口部を有する有底筒状のチャンバと、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、
前記チャンバは、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するように前記開口部を通して前記水素吸蔵合金タンクの一部が装入されて前記開口部が封止され、前記加水型発熱材による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であり、前記水素供給ラインは、前記チャンバ外で前記水素吸蔵合金タンクに連結されていることを特徴とする。 That is, among the fuel cell systems of the present invention, the first aspect of the present invention is a fuel cell that generates power using a hydrogen storage alloy tank that contains a hydrogen storage alloy, and hydrogen and an oxidant supplied from the hydrogen storage alloy tank. A hydrogen supply line that connects the hydrogen storage alloy tank and the fuel cell in a breathable manner, and heats the hydrogen storage alloy tank by an exothermic reaction by addition of water, and also generates hydrogen generated in the exothermic reaction as the fuel. A hydrous heat generating material that can be supplied to a battery, a bottomed cylindrical chamber that contains the hydrous heat generating material in a sealable manner and has an opening into which a part of the hydrogen storage alloy tank can be inserted, and the chamber And a hydrogen supply subline that connects the fuel cell in a breathable manner ,
In the chamber, a part of the hydrogen storage alloy tank is inserted through the opening so that a part or all of the outer wall of the hydrogen storage alloy tank is exposed in the chamber, and the opening is sealed. The hydrogen storage alloy tank can be heated by an increase in the internal temperature due to the water heating material, and the hydrogen supply line is connected to the hydrogen storage alloy tank outside the chamber .

本発明によれば、発熱材に加水することにより発熱反応が生じ、水素吸蔵合金タンクを加熱し、水素発生を促進し、水素供給ラインを通して燃料電池に水素を供給することができる。さらに、前記発熱反応によって水素が発生し、燃料電池に供給して起動を早める作用を果たす。   According to the present invention, an exothermic reaction occurs by adding water to the heat generating material, the hydrogen storage alloy tank is heated, hydrogen generation is promoted, and hydrogen can be supplied to the fuel cell through the hydrogen supply line. Furthermore, hydrogen is generated by the exothermic reaction and is supplied to the fuel cell to act as an accelerator.

なお、水素吸蔵合金タンクに収容する水素吸蔵合金の種別は特に限定されるものではなく、適宜選定することができる。また、上記発熱材としては、加水により発熱反応を起こして水素を発生するものであればよく、特定のものに限定されるものではない。材質としては、一種または二種以上で構成することができ、全体として、加水により発熱反応を起こして水素を発生するものであればよい。例えば、酸化カルシウムとアルミニウムの混合物、活性アルミニウム、アルミ水素化物、水素化マグネシウムなどを用いることができる。   In addition, the kind of hydrogen storage alloy accommodated in a hydrogen storage alloy tank is not specifically limited, It can select suitably. The heat generating material is not limited to a specific material as long as it generates hydrogen by causing an exothermic reaction by addition of water. As a material, it can be comprised by 1 type, or 2 or more types, What is necessary is just to raise | generate an exothermic reaction by water and generate | occur | produce hydrogen as a whole. For example, a mixture of calcium oxide and aluminum, active aluminum, aluminum hydride, magnesium hydride, or the like can be used.

上記水素吸蔵合金タンクは、上記発熱材の発熱反応によって加熱されるように、配置や形状が設定される。例えば、発熱材を収容したチャンバ内に、水素吸蔵合金タンクの外壁面の一部または全部が露出するように配置することにより、伝熱を可能にすることができる。前記チャンバと燃料電池とを水素供給サブラインで通気可能にすることで、チャンバ内で発生した水素を燃料電池に供給することができる。   The arrangement and shape of the hydrogen storage alloy tank are set so as to be heated by the exothermic reaction of the heat generating material. For example, heat transfer can be enabled by disposing a part or all of the outer wall surface of the hydrogen storage alloy tank in a chamber containing the heat generating material. By allowing the chamber and the fuel cell to be ventilated by a hydrogen supply subline, hydrogen generated in the chamber can be supplied to the fuel cell.

上記水素供給ラインおよび水素供給サブラインには、それぞれ開閉弁を設けることで、水素供給可能なラインを選択して、開閉弁の開閉動作によって水素供給を行うことができる。また、水素供給サブラインには、逆止弁を設けることにより、水素発生、水素供給後に水素が逆流するのを防止して、一方向での水素供給を確実に行うことができる。   The hydrogen supply line and the hydrogen supply sub-line are each provided with an opening / closing valve, so that a hydrogen supply line can be selected and hydrogen can be supplied by opening / closing the opening / closing valve. In addition, by providing a check valve in the hydrogen supply subline, hydrogen can be prevented from flowing backward after hydrogen generation and hydrogen supply, and hydrogen supply in one direction can be reliably performed.

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、を備える燃料電池システムにおいて、上記水素供給ラインおよび水素供給サブラインには、ライン内の圧力をそれぞれ検出する第１圧力センサと第２圧力センサとを設けることで、検出圧力に応じて前記開閉弁を適切に開閉動作させて、水素の供給を行うことができる。開閉弁の開閉動作は手動によって行うことも可能であり、開閉弁の開閉動作を制御する制御部によって行うことも可能である。 A hydrogen storage alloy tank that stores a hydrogen storage alloy, a fuel cell that generates power using hydrogen and an oxidant supplied from the hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen storage alloy tank and the fuel cell are connected in a breathable manner. In a fuel cell system comprising: a hydrogen supply line; and a hydrous heat generating material capable of heating the hydrogen storage alloy tank by performing an exothermic reaction by addition of water and supplying hydrogen generated in the exothermic reaction to the fuel cell. In the hydrogen supply line and the hydrogen supply subline, by providing a first pressure sensor and a second pressure sensor that respectively detect the pressure in the line, the on-off valve is appropriately opened and closed according to the detected pressure, Hydrogen can be supplied. The opening / closing operation of the opening / closing valve can be performed manually or by a control unit that controls the opening / closing operation of the opening / closing valve.

制御部によって開閉弁の開閉動作の制御を行う場合、所定の基準圧力を設定しておき、検出圧力が該基準圧力以上の場合にのみ開閉弁を開いて水素を供給可能にすることで、水素の供給が可能なラインのみを燃料電池に連通させて水素を適切に供給することができ、燃料電池の起動が早期に行われることを可能にする。   When controlling the opening / closing operation of the opening / closing valve by the control unit, a predetermined reference pressure is set, and only when the detected pressure is equal to or higher than the reference pressure, the opening / closing valve is opened so that hydrogen can be supplied. Only the line that can supply the fuel can be connected to the fuel cell to supply hydrogen appropriately, and the fuel cell can be started up early.

以上説明したように、本発明の燃料電池システムによれば、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、を備えるので、以下の効果が得られる。   As described above, according to the fuel cell system of the present invention, a hydrogen storage alloy tank that stores a hydrogen storage alloy, a fuel cell that generates power using hydrogen and an oxidant supplied from the hydrogen storage alloy tank, A hydrogen supply line that connects the hydrogen storage alloy tank and the fuel cell in a breathable manner, heats the hydrogen storage alloy tank through an exothermic reaction by addition of water, and generates hydrogen generated in the exothermic reaction to the fuel cell. Since the hydrous heat generating material that can be supplied is provided, the following effects can be obtained.

（１）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る。また、低温の環境でも水素吸蔵合金タンクから水素を安定して放出することができ、放出した水素で燃料電池を運転することができる。
（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。 (1) By using a hydrothermal exothermic reaction, the hydrogen storage alloy tank can be heated in a short time, and the startup time of the fuel cell can be shortened. Further, hydrogen can be stably released from the hydrogen storage alloy tank even in a low temperature environment, and the fuel cell can be operated with the released hydrogen.
(2) Since the heating type heating material has a sufficiently large calorific value, the hydrogen storage alloy tank can be sufficiently heated.
(3) Since the gas generated from the heat generating material is hydrogen, it can be used as fuel for fuel cells. For this reason, the gas generated from the heat generating material can be effectively used without being released to the outside. Further, the generated hydrogen contains water and is suitable for a fuel cell.

本発明の一実施形態の燃料電池システムを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell system of one Embodiment of this invention. 同じく、起動時に制御手順を示すフロー図である。Similarly, it is a flowchart which shows a control procedure at the time of starting. 同じく、水素吸蔵タンクに収容する一例の水素吸蔵合金におけるＰＣＴ線図である。Similarly, it is a PCT diagram in an example hydrogen storage alloy accommodated in a hydrogen storage tank. 同じく、実施例におけるタンク表面温度とタンク圧の変化を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the change of the tank surface temperature and tank pressure in an Example. 従来の燃料電池システムの一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of conventional fuel cell system.

以下に、本発明の一実施形態の燃料電池システムを添付図面に基づいて説明する。
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。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The fuel cell system 1 includes a hydrogen storage alloy tank 2 that stores a hydrogen storage alloy, and a cylindrical fuel cell 3 that generates power using hydrogen and an oxidant.
Further, it has a bottomed cylindrical chamber 4 that accommodates most of the hydrogen storage alloy tank 2, and the opening of the chamber 4 is formed to have a small diameter hole so that a part of the hydrogen storage alloy tank 2 is mounted. An O-ring 4a that seals the chamber 4 in close contact with the outer peripheral surface of the hydrogen storage alloy tank 2 when it enters is provided on the inner peripheral surface of the opening. A heating material 5 can be disposed on the bottom surface of the chamber 4. Here, it is assumed that CaO and Al are arranged as heat generating materials.
In this embodiment, a hydrogen storage alloy tank is inserted into the chamber to enable heating of the hydrogen storage alloy tank. However, as the present invention, the heat transfer method is not particularly limited, It is also possible to configure the hydrogen storage alloy to be heated via the heat transfer member.

前記水素吸蔵合金タンク２の水素放出側には、水素供給ライン６が接続されており、該水素供給ライン６の他端は、前記燃料電池３の水素取り入れ側に接続されている。該水素供給ライン６には、前記水素吸蔵合金タンク２に近い側から、該ラインにおける水素圧力を検出する第１圧力計６０、電磁開閉弁６１、逆止弁６２が順次介設されており、さらに燃料電池３の近傍では、圧力調整器６３が介設されている。また、前記チャンバ４には、水素供給サブライン７が該チャンバ４内と通気可能に接続されており、他端は、前記圧力調整器６３近くの上流側で前記水素供給ライン６に合流している。水素供給サブライン７には、前記チャンバ４に近い側から順次、該ラインの圧力を検出する第２圧力計７０、電磁開閉弁７１、逆止弁７２が介設されている。   A hydrogen supply line 6 is connected to the hydrogen release side of the hydrogen storage alloy tank 2, and the other end of the hydrogen supply line 6 is connected to the hydrogen intake side of the fuel cell 3. In the hydrogen supply line 6, a first pressure gauge 60 for detecting the hydrogen pressure in the line, an electromagnetic on-off valve 61, and a check valve 62 are sequentially provided from the side close to the hydrogen storage alloy tank 2. Further, a pressure regulator 63 is interposed in the vicinity of the fuel cell 3. Further, a hydrogen supply subline 7 is connected to the chamber 4 so as to be able to vent into the chamber 4, and the other end joins the hydrogen supply line 6 on the upstream side near the pressure regulator 63. . In the hydrogen supply subline 7, a second pressure gauge 70, an electromagnetic on-off valve 71, and a check valve 72 are installed in order from the side close to the chamber 4 to detect the pressure in the line.

また、燃料電池システム１には、前記電磁開閉弁６１、７１を制御する制御部１０を備えており、該制御部１０には、前記第１圧力計６０、第２圧力計７０の検出結果が送信されている。制御部１０は、ＣＰＵとこれを動作させるプログラム、データを記憶する記憶部などにより構成することができる。   In addition, the fuel cell system 1 includes a control unit 10 that controls the electromagnetic on-off valves 61 and 71, and the detection result of the first pressure gauge 60 and the second pressure gauge 70 is stored in the control unit 10. Has been sent. The control unit 10 can be composed of a CPU, a program that operates the CPU, a storage unit that stores data, and the like.

上記燃料電池システム１では、チャンバ４に水素吸蔵合金タンク２を装入するとともに、チャンバ４内に経路８を通して水を注入する。チャンバ４は、上記したように、水素吸蔵合金タンク２の装入によって開口部がＯリング４ａで封止される。チャンバ４内に注入された水は、発熱材５と接触し、しばらくすると、ＣａＯ、Ａｌとの間で、以下の反応が生じる。
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋発熱（１５kcal）
２Ａｌ＋３Ｃａ（ＯＨ）２→３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２↑＋発熱（１５０kcal） In the fuel cell system 1, the hydrogen storage alloy tank 2 is charged into the chamber 4 and water is injected into the chamber 4 through the path 8. As described above, the opening of the chamber 4 is sealed with the O-ring 4a when the hydrogen storage alloy tank 2 is inserted. The water injected into the chamber 4 comes into contact with the heat generating material 5, and after a while, the following reaction occurs between CaO and Al.
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + exotherm (15 kcal)
2Al + 3Ca (OH) 2 → 3CaO.Al 2 O 3 + 3H 2 ↑ + heat generation (150 kcal)

上記反応により、発熱が生じ、チャンバ４内が昇温するとともに、水素が発生する。チャンバ４内の昇温により水素吸蔵合金タンク２表面が加熱され、これに伴って内部の水素吸蔵合金が加熱され、水素吸蔵合金タンク２の内圧が上昇する。これにより、水素吸蔵合金タンク２からの水素の放出が促進される。また、チャンバ４内の水素は、燃料電池３に供給することで、燃料電池３の起動を早める作用を果たす。
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。 Due to the reaction, heat is generated, the temperature in the chamber 4 is raised, and hydrogen is generated. As the temperature in the chamber 4 rises, the surface of the hydrogen storage alloy tank 2 is heated, and accordingly, the internal hydrogen storage alloy is heated, and the internal pressure of the hydrogen storage alloy tank 2 increases. Thereby, the release of hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 2 is promoted. Further, the hydrogen in the chamber 4 is supplied to the fuel cell 3 so that the start-up of the fuel cell 3 is accelerated.
In the above operation, the electromagnetic on-off valves 61 and 71 can be controlled by the control unit 10 to optimize the supply of hydrogen. The procedure will be described based on the flowchart of FIG.

制御手順の開始では、作業者によって水素吸蔵合金タンクおよび発熱材をチャンバ４内にセットし、さらに、チャンバ４内に水を注入することで制御が開始される。
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。 At the start of the control procedure, control is started by setting the hydrogen storage alloy tank and the heat generating material in the chamber 4 by an operator and injecting water into the chamber 4.
With the start, the pressure is detected by the first pressure gauge 60 and the second pressure gauge 70, and the detection result is given to the control unit 10. In the control unit 10, a pressure value of 100 kPaG is set in advance as a threshold value, and the measurement result is compared with the threshold value.

測定結果のいずれも閾値を超えない場合、圧力の検出および判定を継続する。
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を通して燃料電池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。 If none of the measurement results exceeds the threshold, pressure detection and determination continues.
If any of the measurement results exceeds the threshold value, the process proceeds to the next step, and the electromagnetic on-off valve is opened on the side where the detected pressure exceeds the threshold value. That supply if the measured pressure of the first pressure gauge 60 exceeds the threshold value previously opened solenoid valve 61, the hydrogen released from the hydrogen absorbing alloy tank 2 to the fuel cells 3 through the hydrogen supply line 6 . In the fuel cell 3, power generation is performed by a reaction between an oxidant such as oxygen in the air and the hydrogen. Next, the measurement pressure of the second pressure gauge 70 is compared with the threshold value, and if the measurement pressure of the second pressure gauge 70 does not exceed the threshold value, the determination is repeated. When the measured pressure of the second pressure gauge 70 exceeds the threshold value, the electromagnetic on-off valve 71 is opened. Thereby, hydrogen generated by the reaction in the chamber 4 can be supplied to the fuel cell 3 through the hydrogen supply subline 7. Hydrogen supplied from the hydrogen supply line 6 or the hydrogen supply subline 7 is adjusted to an appropriate pressure by the pressure regulator 63 and supplied to the fuel cell 3.

一方、第２圧力計７０の測定圧力が先に閾値を越えれば、電磁開閉弁７１を開け、チャンバ４内での反応によって生成された水素を水素供給サブライン７を通して燃料電池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１圧力計６０の測定圧力と閾値とを比較判定し、第１圧力計６０の測定圧力が閾値を越えなければ、該判定を繰り返す。第１圧力計６０の測定圧力が閾値を超えれば、電磁開閉弁６１を開く。これにより水素吸蔵合金タンク２で放出された水素は水素供給ライン６を通して燃料電池３に供給される。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。 On the other hand, if the measured pressure of the second pressure gauge 70 exceeds the threshold value first, the electromagnetic on-off valve 71 is opened, and hydrogen generated by the reaction in the chamber 4 is supplied to the fuel cell 3 through the hydrogen supply subline 7. In the fuel cell 3, power generation is performed by a reaction between an oxidant such as oxygen in the air and the hydrogen. Next, the measurement pressure of the first pressure gauge 60 is compared with the threshold value. If the measurement pressure of the first pressure gauge 60 does not exceed the threshold value, the determination is repeated. When the measured pressure of the first pressure gauge 60 exceeds the threshold value, the electromagnetic on-off valve 61 is opened. This hydrogen released in the hydrogen absorbing alloy tank 2 by is supplied to fuel cells 3 through the hydrogen supply line 6. Hydrogen supplied from the hydrogen supply line 6 or the hydrogen supply subline 7 is adjusted to an appropriate pressure by the pressure regulator 63 and supplied to the fuel cell 3.

上記手順により、圧力が所定値を越えたラインのみを開いて水素供給を行うので、燃料電池３に供給するのに適した圧力で水素供給を行うことができ、燃料電池３の起動を確実かつ早期に行うことが可能になる。チャンバ４内の圧力は次第に低下する。
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。 According to the above procedure, only the line where the pressure exceeds a predetermined value is opened to supply hydrogen, so that hydrogen can be supplied at a pressure suitable for supplying to the fuel cell 3, and the start-up of the fuel cell 3 can be performed reliably. It becomes possible to do early. The pressure in the chamber 4 gradually decreases.
In addition, since the hydrogen supply line 6 and the hydrogen supply subline 7 are provided with the check valves 62 and 72, there is no risk that hydrogen flows backward. In the hydrogen supply subline 7, if the electromagnetic on-off valve 71 is opened, when the exothermic reaction of the chamber 4 proceeds and the amount of hydrogen generation decreases, the pressure in the system at the time when the reaction between the heat generating material and water is completed is reduced. Return to atmospheric pressure.

なお、上記では、電磁開閉弁を制御する制御部を備えるものについて説明をしたが、本発明としては、該制御部を備えず、または制御部による制御をオフにして、第１、第２圧力計の数値を作業者が読み取って、前記閾値に基づいて手動により開閉弁の開閉動作を行っても上記と同様の作用を得ることができる。   In the above description, the control unit that controls the electromagnetic on-off valve has been described. However, in the present invention, the first and second pressures are not provided, or the control by the control unit is turned off. Even if the operator reads the total numerical value and manually opens and closes the on-off valve based on the threshold value, the same effect as described above can be obtained.

以下、この発明の実施例を説明する。なお、この実施例では、図１に示す燃料電池システムを用いた。
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。 Examples of the present invention will be described below. In this example, the fuel cell system shown in FIG. 1 was used.
The exothermic agent used was 20 g of a mixture of calcium oxide and aluminum, the amount of water injected was 60 cc, and the outer shell container had an internal volume of 2,000 cc. Further, the hydrogen storage alloy tank, a hydrogen storage amount filled 3.1kg of AB 5 type hydrogen storage alloy having a PCT characteristic of FIG. 3 was used tanks of approximately 500L. As can be seen from FIG. 3, the alloy used in the tank has a pressure of −10 ° C. or lower, so that hydrogen cannot be released from the tank due to the reaction heat of the alloy.

図４に上記条件で水素吸蔵合金タンクを加熱したときの結果を示す。試験前条件として、水素吸蔵合金タンクを約６時間、恒温槽で−２０℃に冷却した。発熱材に水を注入後、約２０分でタンク温度が１０℃を超え、それに伴いタンク圧力が０．３ＭＰａになり、水素放出が可能となった。
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。 FIG. 4 shows the results when the hydrogen storage alloy tank is heated under the above conditions. As a pre-test condition, the hydrogen storage alloy tank was cooled to −20 ° C. in a thermostatic bath for about 6 hours. After injecting water into the heat generating material, the tank temperature exceeded 10 ° C. in about 20 minutes, and the tank pressure became 0.3 MPa accordingly, and hydrogen could be released.
On the other hand, regarding hydrogen generation from the exothermic agent,
・ CaO + H 2 O → Ca (OH) 2
・ 2Al + 3Ca (OH) 2 → 3CaO.AlO 3 + 3H 2 ↑
From the above reaction formula, it was theoretically possible to release about 5.2 L of hydrogen per 1 g of the heat generating material. From the above, it was revealed that the fuel cell can be started at an early stage even in a low temperature environment.

１ 燃料電池システム
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Hydrogen storage alloy tank 3 Fuel cell 4 Chamber 5 Heat generating material 6 Hydrogen supply line 60 1st pressure gauge 61 Electromagnetic on-off valve 62 Check valve 7 Hydrogen supply subline 70 1st pressure gauge 71 Electromagnetic on-off valve 72 Check Valve 10 control unit

Claims (3)

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、前記加水型発熱材を密閉可能に収容し、前記水素吸蔵合金タンクの一部を装入可能な開口部を有する有底筒状のチャンバと、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、
前記チャンバは、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するように前記開口部を通して前記水素吸蔵合金タンクの一部が装入されて前記開口部が封止され、前記加水型発熱材による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であり、前記水素供給ラインは、前記チャンバ外で前記水素吸蔵合金タンクに連結されていることを特徴とする燃料電池システム。 A hydrogen storage alloy tank that stores a hydrogen storage alloy, a fuel cell that generates power using hydrogen and an oxidant supplied from the hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen storage alloy tank and the fuel cell are connected in a breathable manner. A hydrogen supply line, a hydrothermal exothermic material capable of heating the hydrogen storage alloy tank through an exothermic reaction by addition of water, and supplying hydrogen generated in the exothermic reaction to the fuel cell, and the hydrous exothermic material sealed A bottomed cylindrical chamber having an opening that can be accommodated therein and into which a part of the hydrogen storage alloy tank can be inserted, and a hydrogen supply subline that connects the chamber and the fuel cell in a breathable manner. ,
In the chamber, a part of the hydrogen storage alloy tank is inserted through the opening so that a part or all of the outer wall of the hydrogen storage alloy tank is exposed in the chamber, and the opening is sealed. The fuel cell , wherein the hydrogen storage alloy tank can be heated by an increase in the internal temperature by the hydrated heating material, and the hydrogen supply line is connected to the hydrogen storage alloy tank outside the chamber. system. 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１記載の燃料電池システム。 And the hydrogen supply line, said interposed respectively off valve and hydrogen feed sub-line, the fuel cell system according to claim 1, wherein the check valve further in the hydrogen feed sub-line is characterized in that it is interposed. 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２記載の燃料電池システム。 A first pressure sensor for detecting a pressure in the hydrogen supply line; and a second pressure sensor for detecting a pressure in the hydrogen supply subline, and receiving detection results of the first pressure sensor and the second pressure sensor. When the pressure in any line does not reach the predetermined pressure, the on-off valve provided in each line is closed, and when the pressure in any one line reaches the predetermined pressure, the line is provided in the line exceeding the predetermined pressure. The on-off valve is opened to allow hydrogen supply to the fuel cell through the line, and when the pressure in the other line reaches a predetermined pressure, the on-off valve provided on the other line is opened to The fuel cell system according to claim 2 , further comprising a control unit that performs control to enable hydrogen supply to the fuel cell.
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