JPH11185792A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水素吸蔵合金内蔵タンクを通じてリフォ−マか
ら反応ガスを供給される燃料電池を有する燃料電池装置
において、ＭＨタンクの加熱冷却における熱経済の無駄
が少ないＭＨタンク付きの燃料電池装置を提供するこ
と。 【解決手段】リフォ−マ１と燃料電池９との間に配設さ
れた水素吸蔵合金内蔵タンク（ＭＨタンク）７は、圧縮
手段３、５及び調圧手段８の採用により、燃料電池９よ
り格段に高圧で使用され、更に、ＭＨタンク７の水素吸
蔵、放出動作を制御するための熱量授受はリフォーマ１
の水素産生レ−トと燃料電池９の水素消費レ−トとの差
に関連する状態量に基づいてなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリフォ−マ、水素吸
蔵合金内蔵タンクおよび燃料電池のセットを含む燃料電
池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開平６−８２７５６号公報は、炭化水
素またはメタノ−ルから水素含有ガス（以下、反応ガス
ともいう）を発生する改質器（リフォ−マ）、燃料電池
（セル）を用いる燃料電池装置において、リフォ−マと
燃料電池との間に水素吸蔵合金内蔵タンク（ＭＨタン
ク）を付加し、燃料電池の発生電力を用いる電気回路の
状態に基づいてＭＨタンクの授受熱量を制御し、これに
よりリフォ−マの水素産生レ−トと燃料電池の水素消費
レ−トとのアンバランスを一時的（ＭＨタンクの容量分
だけ）補償することを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＭＨタンク付き燃料電池装置では、以下の問題
点があった。第一に、ＭＨタンクの水素の吸蔵、放出
は、リフォ−マの水素産生レ−トと燃料電池の水素消費
レ−トとの差に無関係に、燃料電池の電気回路の状況に
応じて行われるので、たとえばリフォ−マの水素産生レ
−トの状況にかかわらずＭＨタンクの水素の吸蔵、放出
制御を行うので燃料電池への水素ガス供給が不適切とな
る可能性が生じた。たとえば、リフォ−マの水素産生レ
−トが最大状態となっている場合にＭＨタンクから水素
ガスを放出したとしても燃料電池の最大水素消費能力を
オ−バ−してしまい無駄が生じる。

【０００４】また、なんらかの原因でリフォ−マの水素
産生レ−トが変動してしまった場合でも、それが燃料電
池の電気回路の状況に反映するには時間がかかるので燃
料電池の発電に過不足が生じた。また、上記電気回路に
おける状態変化はその電気負荷、たとえばモータなどの
オンオフなどにより頻繁かつ急激に変化するが、ＭＨタ
ンクの水素ガスの吸蔵，放出の切り替えは実際はバルブ
などで温熱供給と冷熱供給とを切り替えたとしても、Ｍ
Ｈタンクの水素吸蔵合金の温度変化がそれほど容易に変
化するものではなく、その結果、電気回路の電力状況変
化へのＭＨタンクの水素吸蔵、放出動作の追従遅れによ
り、電気負荷が増大したにもかかわらずＭＨタンクは水
素吸蔵状態となっていたり、電気負荷が減少したにもか
かわらずＭＨタンクは水素放出状態となっていたりする
場合が生じる。

【０００５】更に、電気負荷の変化に応じてＭＨタンク
の水素吸蔵、放出動作を頻繁に切り替えるということ
は、現実には少し暖まりかけた水素吸蔵合金をすぐに冷
やしたり、やっと冷えかけた水素吸蔵合金をまた暖める
ことになったりすることになって、熱経済上、無駄が多
かった。すなわち、原理的にＭＨタンクは水素吸蔵、放
出動作を高速に切り替えたり、変化させたりしにくいの
で、このような緩慢なＭＨタンクの水素の吸蔵、放出の
切り替え動作を電気負荷の運転状況により高速かつ頻繁
に変化する電気回路の状況変化で制御するのは熱経済の
観点などから問題があった。

【０００６】次に、上述した従来のＭＨタンク付き燃料
電池装置では、ＭＨタンクの水素吸蔵、放出動作は、単
にＭＨタンクの授受熱量を制御する（切り替える）のみ
で行うので、動作が遅かった。更に具体的に説明すれ
ば、通常のバランス（水素消費レ−ト＝水素産生レ−
ト）状態においてＭＨタンクの水素分圧は平衡圧力点に
ある。水素不足が生じ、ＭＨタンクの水素分圧が低下す
ると、この低下した水素分圧の平衡圧力点に一致するま
で水素吸蔵合金から水素が放出されるが、この時、水素
吸蔵合金が自己冷却するので、その水素放出能力は急速
に低下してしまう。このため外部熱源から水素吸蔵合金
の加熱とその昇温が行われるが、これは、熱媒流体の加
熱とその昇温を経た後でなされる。

【０００７】しかし、熱媒流体およびその配管、ＭＨタ
ンクの熱容量および熱損失が無視できない大きさである
ので、水素吸蔵合金を最終的に十分に高温として、その
水素吸蔵量が大幅に減少するレベルまで上記水素分圧の
平衡圧力点を低下させるには長い時間が必要となる。こ
れは水素過剰の場合にも同じである。特に、水素不足状
態から水素過剰状態に一気に変化する場合には、外部熱
交換器、熱媒流体およびその配管、並びにＭＨタンクを
高温状態から低温状態へシフトする必要があり、上記し
た平衡圧力点からのシフトよりも更に長い時間が必要と
なる。

【０００８】すなわち、熱媒流体の温度変化のみにより
ＭＨタンクの水素分圧の平衡圧力点をシフトさせる上記
従来のＭＨタンク付き燃料電池装置は、水素補償のレス
ポンスが遅いという問題があった。本発明は、上記問題
点に鑑みなされたものであり、ＭＨタンクの加熱冷却に
おける熱経済の無駄が少なく、更にＭＨタンクの水素吸
蔵、放出動作のレスポンスも向上可能なＭＨタンク付き
の燃料電池装置を提供することをその解決すべき課題と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の燃料電池
装置では、リフォ−マと燃料電池との間に配設された水
素吸蔵合金内蔵タンク（ＭＨタンク）は、圧縮手段及び
調圧手段の採用により、少なくとも燃料電池の燃料極の
作動圧より格段に高圧（リフォ−マの水素産生レ−トと
燃料電池の水素消費レ−トとが一致する均衡状態で少な
くとも１ｋｇ／平方ｃｍＧ以上）で使用され、更に、Ｍ
Ｈタンクの水素吸蔵、放出動作を制御するための熱量授
受はリフォーマの水素産生レ−トと燃料電池の水素消費
レ−トとの差に関連する状態量に基づいてなされる。

【００１０】なおここでいう圧縮手段とは、請求項３で
記載するようにリフォ−マへ原燃料を供給するポンプ、
又は、請求項４で記載するようにリフォ−マから産生さ
れる水素含有ガスを圧縮する圧縮機を意味する。このよ
うにすれば以下の作用効果を奏することができる。ま
ず、本構成では、圧縮手段及び調圧手段の採用により燃
料電池の作動圧力より格段に高圧で用いられるので、Ｍ
Ｈタンクの水素吸蔵、放出動作のレスポンス遅れを改善
することができる。

【００１１】更に詳しく説明すれば、いま燃料電池の水
素消費レ−トが急に増大してその作動圧力が急低下した
とする。すると、調圧手段が開いてＭＨタンクから燃料
電池への水素含有ガス放出レ−トが増大し、ＭＨタンク
の圧力が低下する。すると、この圧力低下に応じて、Ｍ
Ｈタンクの水素吸蔵合金は水素ガスを放出する。この時
点ではまだＭＨタンクの水素吸蔵合金と外部熱源との間
の熱量授受レ−トの変更は行われないので、この時に水
素ガス放出に必要な潜熱は、主に水素吸蔵合金、熱媒流
体などの熱容量すなわちその温度低下（顕熱）で賄われ
る。すなわち、水素吸蔵合金はその熱容量が許す温度低
下が上記圧力低下とバランスするまで水素ガスを放出す
ることができ、レスポンスよく燃料電池の水素消費レ−
ト増加に対応することができる。もちろん、この圧力低
下の限界はＭＨタンク圧力が燃料電池の作動圧力にほぼ
一致する場合である。上述したレスポンス向上効果は同
様に燃料電池の水素消費レ−トが急に減少してその作動
圧力が急増した場合にも生じることは当然である。

【００１２】次に、本構成では、水素消費レ−トと水素
産生レ−トとの差に関するデ−タに応じてＭＨタンクの
授受熱量を変化させるので、言い換えれば、実際のリフ
ォ−マ及び燃料電池の両方の運転状況の差を補償するよ
うにＭＨタンクを運転するので、ＭＨタンクの水素吸
蔵、放出動作と、リフォ−マ及び燃料電池の両方の運転
状況の実際の差との間のミスマッチングが生じないとい
う効果を奏する。

【００１３】すなわち、比較的緩慢に変化するＭＨタン
クの水素吸蔵、放出動作は、電力変化よりも緩慢に変化
するリフォ−マ及び燃料電池の両方の運転状況の実際の
差に応じて変化するのでミスマッチングが生じにくく、
かつリフォ−マの水素産生レ−トがなんらかの不具合の
発生などの理由で変化してもそれにレスポンスよく対応
するので従来の単に電力変化だけでＭＨタンクの水素吸
蔵、放出動作を変更する場合に比較して一層ミスマッチ
ングを減らせ、熱経済の無駄や燃料電池における水素ガ
スの余剰が生じにくく、効率がよい。

【００１４】請求項２記載の構成によれば、請求項１記
載の燃料電池装置において更に、水素吸蔵合金内蔵タン
クの圧力に基づいて上記制御を実行するので、制御を簡
素な構成で確実に実施することができる。請求項３記載
の構成によれば、請求項１又は２記載の燃料電池装置に
おいて、圧縮手段をリフォーマへ原燃料を供給する液ポ
ンプとする。このようにすれば、圧縮手段を簡単に構成
でき、圧縮に必要な動力を減らすことができる。

【００１５】請求項４記載の構成によれば請求項１又は
２記載の燃料電池装置において更に、圧縮手段をリフォ
−マとＭＨタンクとの間の圧縮機とする。このようにす
ればＭＨタンクを燃料電池より十分に高圧下で使用する
にもかかわらず、リフォ−マを低圧運転できるので、リ
フォ−マの耐圧低下によりその軽量化を図ることができ
る。

【００１６】請求項５記載の構成によれば請求項３又は
４記載の燃料電池装置において更に、水素吸蔵合金内蔵
タンクの圧力が所定圧より高い場合に圧縮手段を減速
し、低い場合に加速する。このようにすれば、燃料電池
の水素消費レ−トの変化に応じて燃料電池への水素供給
レ−トを一時的にでも高速追従させることができる。

【００１７】請求項６記載の構成によれば、請求項２乃
至５のいずれか記載の燃料電池装置において更に、水素
吸蔵合金内蔵タンクの圧力が所定圧より高い場合にリフ
ォ−マの水素産生レ−トを低減させ、低い場合に増大さ
せる。このようにすれば、緩慢ではあるが、水素産生レ
−トと水素消費レ−トとの差を低減して効率を向上する
ことができる。

【００１８】請求項７記載の構成によれば請求項１乃至
６のいずれか記載の燃料電池装置において更に、リフォ
ーマで生成された水素含有ガスを直接燃料電池へ供給す
るバイパス経路を設け、特定の条件、たとえば水素産生
レ−トと水素消費レ−トとが一致する場合にバイパス回
路を通じてリフォ−マからの水素含有ガスを供給する。
このようにすればＭＨタンクを上記一致状態で切り離す
ことができ、それによる熱ロスなどを防止することがで
き、かつ、ＭＨタンクを好ましい圧力状態に制御（たと
えば、燃料電池の水素消費レ−トが小さい場合にはＭＨ
タンクの水素吸蔵量を大きい状態としたり、燃料電池の
水素消費レ−トが大きい場合にはＭＨタンクの水素吸蔵
量を小さくしたりする制御）することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】リフォ−マの原料としては、水素
含有ガスを発生可能なものであればよく、たとえばメタ
ノ−ルが好適である。リフォ−マの水素産生レ−トを変
更するには、その燃焼器の発生熱量を制御させて実施さ
れるが、この時、リフォ−マへの原料（たとえばメタノ
−ルや水）の供給圧も制御することもできる。

【００２０】調圧手段としては、ノズルなどの単純な機
構の他、出力圧力を一定に制御するレギュレ−タなどを
用いることができる。燃料電池には、固体高分子電解質
型燃料電池が好適である。燃料電池のカソ−ドには空気
を過剰に供給することが経済上、一般的であり、その圧
縮動力の低減のために、燃料電池の運転圧力は比較的低
いレベルに設定されるのが好ましい。

【００２１】

【実施例１】車両に走行動力を供給するための本発明の
燃料電池の一実施例を、その配置図である図１を参照し
て説明する。 （構成の説明）１はリフォ−マ（改質器）であって、メ
タノ−ルタンク２に貯蔵されているメタノ−ルがポンプ
３で加圧されて供給され、同様に水タンク４に貯蔵され
ている水がポンプ５で加圧されて供給される。ポンプ
３、５の流量は、コントロ−ラ６により算出、決定され
る水素産生レ−トに応じてその回転数の変化により制御
され、両ポンプ３、５の最大吐出圧は５ｋｇ／平方ｃｍ
Ｇ以上、好ましくは５．５ｋｇ／平方ｃｍＧ程度に設定
されている。リフォ−マ１は燃焼器１１を内蔵し、この
燃焼器１１で発生する熱により、原料であるメタノ−ル
および水を気化させ、水素を主体とする水素含有ガスに
改質する。産生された水素含有ガスは、リフォ−マ１の
転化器１２にてＣＯ濃度を低減された後、ＭＨタンク
（水素吸蔵合金内蔵タンク）７に送られる。

【００２２】ＭＨタンク７は、熱交換器および水素吸蔵
合金（図示せず）が収容された耐圧容器からなり、内部
に水素含有ガスの流通経路を有する。ＭＨタンク７に流
入した水素含有ガスは、水素吸蔵合金と水素を授受しな
がらレギュレ−タ８を通じて所定の基準圧力（ここでは
１ｋｇ／平方ｃｍＧ）に調圧されて燃料電池９の燃料極
に流入する。

【００２３】燃料電池９は、燃料極に流入する水素含有
ガスと、図示しないブロワにより空気極に流入する空気
との反応により水を産生して発電するとともに水素ガス
が残留する排ガスを排出する。また、燃料電池９は熱を
発生するので、その冷却のために水が循環される。この
実施例では、ＭＨタンク７の水素放出時には、後述する
循環ポンプ１６の運転により燃料電池９とＭＨタンク７
との間での温水を循環させ、燃料電池９の発生熱をＭＨ
タンク７に与えている。また、ＭＨタンク７の水素放出
時以外では、図示しない循環ポンプの運転により燃料電
池９の発生熱は外部のラジエ−タに排出される。また、
燃料電池９の排ガスは図示しないバルブを通じてリフォ
−マ１の燃焼器１１に送られてメタノ−ルとともに燃焼
される。燃料電池９で発生した電力は図示しない電気回
路を通じて負荷に給電される。なお、燃焼器１１の発生
熱量はポンプ３、５によりリフォ−マ１に供給される原
燃料を処理するのに必要十分であるように調節される。

【００２４】１５はファン付きの外部熱交換器（ラジエ
−タ）であって、この外部熱交換器１５で冷却された冷
水は切り替えバルブ１７、循環ポンプ１６、熱交換器７
１、外部熱交換器１５と循環して水素吸蔵合金を冷却す
る。また、水素吸蔵合金の加熱時には、上述したように
循環ポンプ１６から送出された水は、熱交換器７１、燃
料電池９、切り替えバルブ１８と循環して水素吸蔵合金
を加熱する。

【００２５】２０はＭＨタンク７の圧力を検出する圧力
センサであり、この実施例では、このＭＨタンク７の圧
力に基づいて各種制御を実行する。なお、リフォ−マ１
の水素産生レ−トと燃料電池９の水素消費レ−トとの差
に応じた状態量としては、ＭＨタンク７の圧力の他にＭ
Ｈタンク７を循環する水の温度などでもよい。 （基本動作の説明）以下、この燃料電池装置の基本動作
を説明する。

【００２６】ポンプ３、５を駆動し、レギュレ−タ８の
調圧により燃料電池９の内圧が１ｋｇ／平方ｃｍＧとな
るように調整し、燃料電池９から排出される排ガスはリ
フォ−マ１の燃焼器１１でメタノ−ルとともに燃やさ
れ、リフォ−マ１は改質反応により水素含有ガスを産生
する。リフォ−マ１が立ち上がるまでのリフォ−マ起動
初期において、リフォ−マ１の水素産生レ−トの不足を
補償するためにＭＨタンク７になんらかの方法で発生さ
せた温水を送って水素ガスを放出させることができ、燃
料電池９の運転の停止後のリフォ−マ１の運転終了に際
してリフォ−マ１から産生される水素含有ガス中の水素
ガスをＭＨタンク７に吸蔵するためにＭＨタンク７をラ
ジエ−タ１５で冷却することができる。 （制御動作の説明）次に、リフォ−マ１、ＭＨタンク７
及び燃料電池９の能力制御について説明する。これらの
能力制御を無段階制御することは当然可能であるが、こ
の実施例では説明及び制御動作を簡単とするために多段
階制御を行うものとして説明する。

【００２７】（リフォ−マ１の制御）リフォ−マ１の水
素産生レ−トは、制御を簡単とするために、相対数値で
表示して、最大（１００％運転＝１）、中間（５０％運
転＝０．５）、停止（０）の３段階に制御するものと
し、この制御はポンプ３、５の回転数の調節すなわちリ
フォ−マ１への原燃料の供給量を上記３段階に調節する
ことにより行い、それに応じてリフォ−マ１の燃焼器１
１の発生熱量もメタノ−ル供給量の調節により上記３段
階に変更する。ただ、この実施例では、ＭＨタンク７の
圧力を高圧に維持するために、ポンプ３、５の吐出圧は
少なくとも燃料電池９への水素含有ガスの送出圧力が１
ｋｇ／平方ｃｍＧ以上、この実施例ではＭＨタンクの圧
力が最大限５．５ｋｇ／平方ｃｍＧに達し得るように設
定する。

【００２８】（ＭＨタンク７の制御）ＭＨタンク７の水
素吸蔵、放出レ−トはＭＨタンクの授受熱量により調節
できるので、この実施例では、循環ポンプ１６の回転数
を全負荷運転、部分負荷運転、停止の三段階に変更して
１００％吸蔵、５０％吸蔵、停止、５０％放出、１００
％放出の５段階に調節するものとする。

【００２９】結局、ＭＨタンク７の１００％吸蔵又は１
００％放出における水素授受量がリフォ−マ１の最大に
等しいと簡単のために仮定すると、リフォ−マ１及びＭ
Ｈタンク７の動作の組み合わせにより、ＭＨタンク７か
ら燃料電池９へ供給される水素供給レ−トは相対値で表
示すれば、２、１．５、１、０．５、０の５段階に調節
できることがわかる。

【００３０】（燃料電池９の制御）燃料電池９の発電能
力（発電可能な電力）は、燃料電池９の燃料極の平均水
素分圧と、それに対応して調節される燃料電池９の空気
極の平均酸素分圧とにより決定され、これら平均分圧は
これらの極に供給される水素及び酸素の供給レ−トと、
これらの極内における水素及び酸素の減少レ−トとに関
連し、前者はＭＨタンク７から燃料電池９への水素含有
ガスの流入流量に関連し、後者は燃料電池９の実際の発
電量（水生成量）に関連する。したがって、燃料電池９
の発電能力の制御としては、発電状況に応じて燃料電池
９への水素含有ガス及び空気の流入流量を能動的に調節
する場合（能動モ−ド）と、電気負荷の消費電力すなわ
ち燃料電池９の実際の発電量に応じて燃料電池９内の水
素分圧及び酸素分圧が変化することにより燃料電池９へ
流入する水素含有ガス及び空気の流入流量が受動的に調
節される場合（受動モ−ド）との２つが存在する。更に
具体的に説明する。

【００３１】まず能動モ−ドついて更に詳しく説明す
る。燃料電池９の実際の発電量すなわち電気負荷の電力
消費が増大傾向となって燃料電池９への現在の水素及び
酸素の供給レ−トにより規定される発電能力を上回る可
能性が生じる場合には燃料電池９への水素及び酸素の供
給レ−トを両方とも無段階又は段階的に増大させて燃料
電池９の発電能力を増大させ、逆の場合には、燃料電池
９への水素及び酸素の供給レ−トを両方とも無段階又は
段階的に減少させて燃料電池９の発電能力を減少させ
る。この燃料電池９への水素及び酸素の供給レ−トの能
動的な調節は、燃料電池９からリフォ−マ１の燃焼器１
１へ排出する排ガスの流量を制御する弁を開くことによ
り行う。たとえば、燃料電池９の発電能力の増大時に
は、このバルブを開くと排ガス流量の増大により燃料電
池９の燃料極の圧力が低下してレギュレ−タ８の出力圧
が低下傾向となり、これを補償するためにレギュレ−タ
８が開いて水素含有ガス流量を増大させて燃料電池９の
燃料極の圧力が基準圧に保持される。同様に、燃料電池
９の空気極に空気を送る不図示のブロワの空気流量も上
記水素含有ガス流量の増大に応じて増大される。なお、
ブロワの空気流量はあらかじめ大きく設定しておいて制
御を簡素化してもよい。燃料電池９の発電能力の減少時
には上記と逆の動作を行うが、その説明は省略する。

【００３２】次に受動モ−ドについて更に詳しく説明す
る。燃料電池９の実際の発電量が増大すると、燃料電池
９内の平均水素分圧及び平均酸素分圧が低下してその分
だけ燃料電池９の圧力が低下するので、その分だけレギ
ュレ−タ８の補償作用によりＭＨタンク７から燃料電池
９への水素含有ガスの供給レ−トが増加する。なお、あ
らかじめ空気供給レ−トを多少過剰に設定しておけば、
空気側の空気供給レ−トが水素含有ガスの供給レ−トと
同じ割合で増加させなくてもよいので制御が簡単または
不要となる。燃料電池９の発電量の減少時には上記と逆
の動作を行うが、その説明は省略する。

【００３３】なお、上記能動制御と受動制御とを一緒に
行ってもよいが、場合によっては受動制御のみを行って
も良い。燃料電池９の電気負荷は上記リフォ−マ１の水
素産生レ−トの段階調節に合わせて１（１００％運
転）、０．５（５０％運転）、停止の三段階に変化する
負荷とすることが特に好ましいが、その他の任意に変化
する電気負荷を用いることもできる。

【００３４】また、この実施例のシステムに用いた場合
に燃料電池９の最大水素消費レ−トは、リフォ−マ１の
最大水素産生レ−トとＭＨタンク７の最大水素放出レ−
トの合計に等しく、この実施例ではリフォ−マ１の最大
水素産生レ−トの２倍に設定されてている。これにより
燃料電池９は本システムの運転条件下において最大でリ
フォ−マ１の水素産生レ−トに相当する発電能力の２倍
の発電能力をもつように設計されている。

【００３５】次に、マイコン内蔵のコントロ−ラ６によ
るリフォ−マ１及びＭＨタンク７の制御例について図２
のフロ−チャ−トを参照して以下に説明する。まず、予
めリフォ−マ１及び燃料電池９を所定モ−ドで設定して
おく。ただし、この初期時点では、燃料電池９の水素消
費レ−トはリフォ−マ１の水素産生レ−トに一致するよ
うに設定しておくことが好ましい。

【００３６】次に、圧力センサ２０からＭＨタンク７の
圧力Ｐｍｈを検出する（Ｓ１００）。上述したように、
ＭＨタンク７の圧力Ｐｍｈは上述した燃料電池９の能動
的又は受動的な水素消費レ−トの変化により生じる。次
に、Ｓ１０１に進み、検出した圧力Ｐｍｈに基づいてＭ
Ｈタンク７の制御を行う。更に詳しく説明すると、圧力
Ｐｍｈが３．０ｋｇ／平方ｃｍＧ未満の場合は、Ｓ１０
２に進んでポンプ１６を能力１００％で駆動し、バルブ
１７を閉じ、バルブ１８を開き、温熱を１００％供給し
てＭＨタンク７から１００％能力で水素を発生する。

【００３７】圧力Ｐｍｈが３．０〜３．５ｋｇ／平方ｃ
ｍＧの場合は、Ｓ１０３に進んでポンプ１６を能力５０
％で駆動し、バルブ１７を閉じ、バルブ１８を開き、温
熱を５０％供給してＭＨタンク７から５０％能力で水素
を発生する。圧力Ｐｍｈが４．５〜５．０ｋｇ／平方ｃ
ｍＧの場合は、Ｓ１０４に進んでポンプ１６を能力５０
％で駆動し、バルブ１７を開き、バルブ１８を閉じ、冷
却水を５０％供給してＭＨタンク７で５０％能力で水素
を吸収する。

【００３８】圧力Ｐｍｈが５．０ｋｇ／平方ｃｍＧ以上
の場合は、Ｓ１０５に進んでポンプ１６を能力１００％
で駆動し、バルブ１７を開き、バルブ１８を閉じ、冷却
水を１００％供給してＭＨタンク７により１００％能力
で水素を吸収する。Ｓ１０１にて、圧力Ｐｍｈが３．５
〜４．５ｋｇ／平方ｃｍＧの範囲にある場合はリフォ−
マ１の水素産生レ−トと燃料電池９の水素消費レ−トと
がマッチングしているものとしてＳ１００へリタ−ンす
る。

【００３９】次に、Ｓ１０２、Ｓ１０３では、リフォ−
マ１の水素産生レ−トが燃料電池９の水素消費レ−トよ
り小さいわけであるので、現在のリフォ−マ１の水素産
生レ−トが５０％レ−トかどうかを調べ（Ｓ１０６）、
そうであればその水素産生レ−トを１００％に変更して
（Ｓ１０７）、Ｓ１００へリタ−ンする。Ｓ１０６にて
現在のリフォ−マ１の水素産生レ−トが５０％でなけれ
ば、更に現在のリフォ−マ１の水素産生レ−トが０％
（停止）かどうかを調べ（Ｓ１０８）、０％であれば５
０％に増大して（Ｓ１０９）、０％であればただちに、
Ｓ１００へリタ−ンする。

【００４０】次に、Ｓ１０４、Ｓ０５では、リフォ−マ
１の水素産生レ−トが燃料電池９の水素消費レ−トより
大きいわけであるので、現在のリフォ−マ１の水素産生
レ−トが１００％レ−トかどうかを調べ（Ｓ１１０）、
そうであればその水素産生レ−トを５０％に変更して
（Ｓ１１１）、Ｓ１００へリタ−ンする。Ｓ１１０にて
現在のリフォ−マ１の水素産生レ−トが１００％でなけ
れば、更に現在のリフォ−マ１の水素産生レ−トが５０
％かどうかを調べ（Ｓ１１２）、５０％であれば０％に
減らして（Ｓ１１３）、０％であればただちに、Ｓ１０
０へリタ−ンする。

【００４１】なお、上記したリフォ−マ１の水素産生レ
−トの変更指令から実際のその変更には時間がかかるの
で、Ｓ１００からＳ１０５に至る制御を実際には多数回
繰り返し、Ｓ１０６からＳ１０９に至るリフォ−マ１の
水素産生レ−トの増大制御、又は、Ｓ１１０からＳ１１
３に至るリフォ−マ１の水素産生レ−トの減少制御は所
定のより長い時間経過した場合に初めて一回だけ実行す
ることが好ましい。

【００４２】

【実施例２】実施例１の変形態様である実施例２の燃料
電池装置を図３を参照して説明する。この燃料電池装置
は、図１の燃料電池装置において、リフォ−マ１の出口
と燃料電池９の入口との間をバイパスするバイパス経路
３０を設け、このバイパス経路にレギュレ−タ３１を設
け、更にリフォ−マ１とＭＨタンク７との間に逆止弁３
２を設け、更にリフォ−マ１の出口に圧力センサ３３を
設けたものである。

【００４３】この実施例では、リフォ−マ１の水素産生
レ−トと燃料電池９の水素消費レ−トとが一致する運転
状況を検出し、一致する場合にレギュレ−タ３１を開い
てリフォ−マ１の水素含有ガスをＭＨタンク７を経由す
ることなく燃料電池９に供給する。このようにすれば、
無用な圧力損失を減らすことができ、また、ＭＨタンク
７の水素吸蔵状態を最適レベルに維持することが容易と
なる。なお、レギュレ−タ３１によりバイパスを開始す
ると、逆止弁３２の存在のために圧力センサ２０が水素
産生レ−トと水素消費レ−トとの差に追従しなくなる可
能性があるので、図２の制御は圧力センサ３３に基づい
て行うことができる。または、この実施例では、圧力セ
ンサ２０は非常検出用とし、図２の制御は常に圧力セン
サ３３で行ってもよい。

【００４４】

【実施例３】実施例１の変形態様である実施例３の燃料
電池装置を図４を参照して説明する。この燃料電池装置
は、図１の燃料電池装置において、リフォ−マ１とＭＨ
タンク７との間に圧縮機３４を設けたものである。圧縮
機３４は燃料電池９へ水素を供給する場合にはＭＨタン
ク７の圧力を増大させるために運転される。

【００４５】このようにすれば、リフォ−マ１を実施例
１よりも格段に低圧で作動させることができるので、そ
の耐圧低下により小型軽量化を図ることができる。な
お、図５は実施例２及び３を組み合わせたものであっ
て、両実施例の作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１の燃料電池装置のブロッ
ク図である。

【図２】 図１の燃料電池装置のリフォ−マ１及びＭＨ
タンク７の制御を示すフロ−チャ−トである。

【図３】 この発明の実施例２の燃料電池装置のブロッ
ク図である。

【図４】 この発明の実施例３の燃料電池装置のブロッ
ク図である。

【図５】 この発明の実施例４の燃料電池装置のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１はリフォ−マ、３はポンプ（圧縮手段）、５はポンプ
（圧縮手段）、６はコントロ−ラ（制御手段）、７は水
素吸蔵合金内蔵タンク（ＭＨタンク）、８はレギュレ−
タ（調圧手段）、９は燃料電池、２０は圧力センサ（検
出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 秀人 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 木村 良雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 藤田 信雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 青木 博史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 三井 宏之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される原料から水素含有ガスを産生
   するリフォーマと、供給される水素含有ガスにより発電
   する燃料電池と、水素吸蔵合金を内蔵して前記リフォー
   マと前記燃料電池のアノードとの間に介設される水素吸
   蔵合金内蔵タンクと、前記水素吸蔵合金内蔵タンクと熱
   量を授受する外部熱源とを備える燃料電池発電装置にお
   いて、 前記水素吸蔵合金内蔵タンクの内部圧力を前記燃料電池
   の燃料極の作動圧より所定圧以上高く保持する圧縮手段
   と、 前記水素吸蔵合金内蔵タンクから前記燃料電池へ供給さ
   れる水素含有ガスの圧力を前記作動圧に調圧する調圧手
   段と、 前記リフォーマの水素産生量と前記燃料電池の水素消費
   量との差に関連する状態量を検出する検出手段と、 前記状態量に基づいて前記水素吸蔵合金内蔵タンクと前
   記外部熱源との熱量授受を制御して前記水素吸蔵合金内
   蔵タンクの圧力変化を抑圧する制御手段とを備えること
   を特徴とする燃料電池装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池装置において、 前記制御手段は、前記状態量をなす前記水素吸蔵合金内
   蔵タンクの圧力が所定圧より高い場合に前記水素吸蔵合
   金内蔵タンクへの冷熱供給を指令し、前記水素吸蔵合金
   内蔵タンクの圧力が所定圧より低い場合に前記水素吸蔵
   合金内蔵タンクへの温熱供給を指令することを特徴とす
   る燃料電池装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の燃料電池装置にお
   いて、 前記圧縮手段は、前記リフォーマへ原燃料を供給する液
   ポンプからなることを特徴とする燃料電池装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の燃料電池装置にお
   いて、 前記圧縮手段は、前記リフォ−マと前記水素吸蔵合金内
   蔵タンクとの間に介設される圧縮機からなることを特徴
   とする燃料電池装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載の燃料電池装置にお
   いて、 前記制御手段は、前記状態量をなす前記水素吸蔵合金内
   蔵タンクの圧力が所定圧より高い場合に前記圧縮手段を
   減速し、前記水素吸蔵合金内蔵タンクの圧力が所定圧よ
   り低い場合に前記圧縮手段を加速することを特徴とする
   燃料電池装置。
6. 【請求項６】 請求項２乃至５のいずれか記載の燃料電
   池装置において、 前記制御手段は、前記状態量をなす前記水素吸蔵合金内
   蔵タンクの圧力が所定圧より高い場合に前記リフォ−マ
   の水素産生レ−トを低減させ、前記水素吸蔵合金内蔵タ
   ンクの圧力が所定圧より低い場合に前記水素産生レ−ト
   を増加させることを特徴とする燃料電池装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか記載の燃料電
   池装置において、 前記リフォーマで生成された水素含有ガスを直接燃料電
   池へ供給するバイパス経路と、 前記バイパス回路と前記水素吸蔵合金内蔵タンクへの供
   給経路とを切換える切換手段とを備えることを特徴とす
   る燃料電池装置。