JP6701652B2 - 燃料電池、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
素貯蔵容器からの水素の供給を制御する。従って、制御部は、低温環境下、例えば外気温が氷点下である場合に、起動から第2水素貯蔵容器が良好に使用できる状態となるまで、第1水素貯蔵容器から水素を供給しておくことができる。また、第2水素貯蔵容器が良好に使用できる状態となった後は、第2水素貯蔵容器からの水素の供給に切り替えることができる。従って、常温よりも低い環境においても良好に発電を行うことができる。更に、発電を行っていない場合に、次の発電に向けて、第2水素貯蔵容器を保温しておくことが不要となるか、又は保温に必要な電力などのエネルギーを低減することができる。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。燃料電池は、発電装置100及び水素供給装置200を備える。
水素が水素供給路2aを介して水素循環路2bに流入し、二次圧力計29により、発電装置100に流入する水素の圧力が測定される。また、水素循環路2bには、スタック1から水素及び不純物を含むガスが流入するが、逆止弁25により、水素循環路2bから、水素供給路2aに前記ガスが逆流することが防止される。
CPU90は、加熱水流入側温度センサ61が検出した温度Tcを取得する(S1)。温度Tcは、発電の開始時には、MHボンベ20b,20b,・・,20bの温度を示す。
CPU90は、温度Tcが第1閾値Tx以下であるか否かを判定する(S2)。CPU90は、温度Tcが第1閾値Tx以下であると判定した場合(S2:YES)、第1水素一次遮断弁21aを開き、圧縮ボンベ20aから水素の供給を開始する(S3)。
また、CPU90は、温度Tcが第1閾値Tx以下でないと判定した場合(S2:NO)、一の第2水素一次遮断弁21bを開き、対応するMHボンベ20bから水素の供給を開始する(S10)。圧縮ボンベ20a、MHボンベ20bから送出された水素は、レギュレータ22により圧力調整され、水素二次遮断弁23を通流して、スタック1に流入する。第1閾値Txは、MHボンベ20bが良好に水素の供給ができる温度の範囲内で適宜設定される。なお、CPU90は、温度Tcに代えて、ボンベ温度センサ202が検出した温度又はその他の温度を取得して、上記処理を行ってもよい。
その後、前記一のMHボンベ20bに係る第2水素一次遮断弁21bを開き、圧縮ボンベ20aから、次に使用する前記一のMHボンベ20bに水素の供給を開始する(S5)。ここで、水素吸蔵合金による水素の吸蔵は発熱反応であるので、上記動作により前記一のMHボンベ20bの水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることで、前記一のMHボンベ20bが加熱され、良好に使用できる温度になるか、又は該温度に近づく。
その後、CPU90は、第2水素二次遮断弁21bを開いたままにし、前記一のMHボンベ20bから、水素の供給を開始し(S10)、以下に詳述するボンベ加熱処理を行って(S11)、処理を終了する。
CPU90は取得した温度Tmが第3閾値Tz以上であるか否かを判定する(S13)。CPU90は取得した温度Tmが第3閾値Tz以上であると判定した場合(S13:YES)、使用中である前記一のMHボンベ20bのみを加熱し(S14)、リターンする。また、CPU90は、取得した温度Tmが第3閾値Tz以上でないと判定した場合(S13:NO)、使用中である前記一のMHボンベ20及び次に使用する他のMHボンベ20を加熱し(S15)、リターンする。第3閾値Tzは、MHボンベ20bが良好に水素の供給ができる温度の範囲内で適宜設定される。
熱交換器70により、放熱水流路5の放熱水に熱を伝導する。熱を伝導された放熱水は、ラジエータ51を通流することにより放熱し、ファン52により放熱が促進される。
ここで、圧縮ボンベ20aの圧力の値は、水素供給プログラム91bにおいて、ROM91が記憶した一次圧力計の値、又はROM91が記憶していない場合は、初期圧力である。圧縮ボンベ20aの圧力の値が、一次圧力計21が検出した圧力の値Pbよりも高い場合、圧縮ボンベ20aよりも水素の圧力の高いMHボンベ20bは存在しないと判定する。一方で、一次圧力計21が検出した圧力の値が、圧縮ボンベ20aの圧力の値よりも高い場合は、スタック1に水素を供給しているMHボンベ20bの水素の圧力は、圧縮ボンベ20aの圧力よりも高いこととなる。従って、CPU90は、圧縮ボンベ20aよりも水素の圧力の高いMHボンベ20bが存在すると判定する。
ンベ20aから水素を供給するので、MHボンベ20b,20b,・・,20bから良好に水素を供給できない場合であっても、スタック1に水素を良好に供給できる。
図6は、実施の形態2に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。実施の形態2に係る燃料電池の構成について、実施の形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
CPU90は、圧力Pmが第4閾値Px以下であるか否かを判定する(S32)。第4閾値Pxは、MHボンベ20bが良好に水素の供給ができる圧力の範囲内で適宜設定される。CPU90は、検出した圧力Pmが第4閾値Px以下であると判定した場合(S32:YES)、第1水素一次遮断弁21aを開き、圧縮ボンベ20aから水素の供給を開始する(S33)。また、CPU90は、圧力Pmが第4閾値Px以下でないと判定した場合(S32:NO)、第2水素一次遮断弁21bを開き、前記一の第2一次圧力計28bに係るMHボンベ20から水素の供給を開始する(S39)。
図8は、実施の形態3に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。実施の形態3に係る燃料電池の構成について、実施の形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図9は、実施の形態4に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。実施の形態4に係る燃料電池の構成について、実施の形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
を備え、前記第1水素貯蔵容器に貯蔵された水素量は、水素の供給に係る所定の供給圧力及び所定の供給温度において、前記流路を満たす水素量以上であることを特徴とする。
2 水素流路(流路)
4 冷却水流路(加熱部の一部)
4a 循環路(加熱部)
6 加熱水流路(加熱部の一部)
20a 圧縮ボンベ(第1水素貯蔵容器)
20b MHボンベ(第2水素貯蔵容器)
90 CPU(制御部)
91b 水素供給プログラム
Claims (12)
- 水素及び酸素を反応させて発電する発電部と、
圧縮して充填された水素を貯蔵し、前記発電部に水素を供給する第1水素貯蔵容器と、
水素吸蔵合金により水素を貯蔵し、前記発電部に水素を供給する第2水素貯蔵容器と、
前記第1水素貯蔵容器及び第2水素貯蔵容器からの水素の供給を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
発電を開始する場合に、前記第2水素貯蔵容器の温度が所定温度以下であるとき、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、前記第2水素貯蔵容器の温度が所定温度以下でないとき、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部への水素の供給は実行せず、前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、又は、
発電を開始する場合に、前記第2水素貯蔵容器の圧力が所定圧力以下であるとき、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、前記第2水素貯蔵容器の圧力が所定圧力以下でないとき、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部への水素の供給は実行せず、前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給することを特徴とする燃料電池。 - 前記第2水素貯蔵容器を加熱する加熱部を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
- 前記加熱部は、前記発電部を通流した熱媒体により直接又は間接的に前記第2水素貯蔵容器を加熱することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
- 前記制御部は、
前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給している場合に、
前記第1水素貯蔵容器から前記第2水素貯蔵容器に水素を供給する
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一つに記載の燃料電池。 - 前記制御部は、
前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給している場合に、
前記第2水素貯蔵容器から前記第1水素貯蔵容器に水素を供給する
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一つに記載の燃料電池。 - 前記制御部は、
発電を停止している場合に、
前記第2水素貯蔵容器から前記第1水素貯蔵容器に水素を供給する
ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一つに記載の燃料電池。 - 前記制御部は、
前記第1水素貯蔵容器の圧力が前記第2水素貯蔵容器の圧力よりも低い場合に、
前記第2水素貯蔵容器から前記第1水素貯蔵容器に水素を供給する
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の燃料電池。 - 前記第2水素貯蔵容器は複数あることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一つに記載の燃料電池。
- 前記複数の第2水素貯蔵容器の内、次に供給を行う第2水素貯蔵容器を加熱しておくことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池。
- 前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給する流路を備え、
前記第1水素貯蔵容器に貯蔵された水素量は、水素の供給に係る所定の供給圧力及び所定の供給温度において、前記流路を満たす水素量以上であることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか一つに記載の燃料電池。 - 水素及び酸素を反応させて発電する発電部への水素の供給において、圧縮して充填された水素を貯蔵する第1水素貯蔵容器からの供給と、水素吸蔵合金により水素を貯蔵する第2水素貯蔵容器からの供給とを制御する制御方法であって、
前記第2水素貯蔵容器の温度又は圧力を取得し、
取得した温度が所定温度以下である場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、取得した温度が所定温度以下でない場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部への水素の供給は実行せず、前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、又は
取得した圧力が所定圧力以下である場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、取得した圧力が所定圧力以下でない場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部への水素の供給は実行せず、前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給する
ことを特徴とする制御方法。 - 水素及び酸素を反応させて発電する発電部への水素の供給において、圧縮して充填された水素を貯蔵する第1水素貯蔵容器からの供給と、水素吸蔵合金により水素を貯蔵する第2水素貯蔵容器からの供給とを制御するコンピュータに、
前記第2水素貯蔵容器の温度又は圧力を取得し、
取得した温度が所定温度以下である場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、取得した温度が所定温度以下でない場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部への水素の供給は実行せず、前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、又は
取得した圧力が所定圧力以下である場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給し、取得した圧力が所定圧力以下でない場合、前記第1水素貯蔵容器から前記発電部への水素の供給は実行せず、前記第2水素貯蔵容器から前記発電部に水素を供給する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。
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