JPH0547400A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- JPH0547400A JPH0547400A JP3207792A JP20779291A JPH0547400A JP H0547400 A JPH0547400 A JP H0547400A JP 3207792 A JP3207792 A JP 3207792A JP 20779291 A JP20779291 A JP 20779291A JP H0547400 A JPH0547400 A JP H0547400A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 酸素極と水素極とを有する燃料電池本体１
と、定常運転時に燃料電池本体１の水素極に水素を供給
する主水素吸蔵合金が収納されたメインタンク２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１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が収納され
たサブタンク５とを有することを特徴とする。
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。 【構成】 酸素極と水素極とを有する燃料電池本体１
と、定常運転時に燃料電池本体１の水素極に水素を供給
する主水素吸蔵合金が収納されたメインタンク２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１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が収納され
たサブタンク５とを有することを特徴とする。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１２】
（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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１６】
【化１】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
℃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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
概略説明図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
概略説明図である。
【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。
概略説明図である。
【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。
概略説明図である。
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (1)
- 【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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207792A JP2989332B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 燃料電池システム |
| US07/790,474 US5229222A (en) | 1990-11-14 | 1991-11-12 | Fuel cell system |
| US08/020,687 US5366820A (en) | 1990-11-14 | 1993-04-12 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207792A JP2989332B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547400A true JPH0547400A (ja) | 1993-02-26 |
| JP2989332B2 JP2989332B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=16545574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207792A Expired - Lifetime JP2989332B2 (ja) | 1990-11-14 | 1991-08-20 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2989332B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001266915A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池運転システムにおける水素貯蔵合金再生装置 |
| JP2001291524A (ja) * | 2000-04-10 | 2001-10-19 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 燃料電池用水素供給装置及び方法 |
| JP2001313049A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 燃料電池用水素供給装置 |
| JP2001313051A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 燃料電池用水素供給装置及び水素吸蔵方法 |
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| WO2002078104A2 (en) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for cold temperature operation of fuel cells utilizing hydrides having different heat capacities |
| US6497972B1 (en) | 1999-07-09 | 2002-12-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for controlling operating pressure thereof |
| JP2005158667A (ja) * | 2003-10-23 | 2005-06-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池装置及び電子機器 |
| WO2006068227A1 (ja) * | 2004-12-24 | 2006-06-29 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | 燃料電池システム |
| US7419735B2 (en) | 2001-09-07 | 2008-09-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system, method of controlling the same, and vehicle mounted with the same |
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| JP2016105381A (ja) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 株式会社豊田自動織機 | 水素ガス供給装置 |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3207792A patent/JP2989332B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (19)
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| US6497972B1 (en) | 1999-07-09 | 2002-12-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for controlling operating pressure thereof |
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| CN1299383C (zh) * | 2001-03-26 | 2007-02-07 | 摩托罗拉公司 | 使用不同热容的氢化物的燃料电池在低温下运行的方法及设备 |
| WO2002078104A3 (en) * | 2001-03-26 | 2003-02-27 | Motorola Inc | Method and apparatus for cold temperature operation of fuel cells utilizing hydrides having different heat capacities |
| WO2002078104A2 (en) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for cold temperature operation of fuel cells utilizing hydrides having different heat capacities |
| US7419735B2 (en) | 2001-09-07 | 2008-09-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system, method of controlling the same, and vehicle mounted with the same |
| JP4529451B2 (ja) * | 2003-10-23 | 2010-08-25 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池装置及びその制御方法、電子機器 |
| JP2005158667A (ja) * | 2003-10-23 | 2005-06-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池装置及び電子機器 |
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| JP2016105381A (ja) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 株式会社豊田自動織機 | 水素ガス供給装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2989332B2 (ja) | 1999-12-13 |
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