(57)【要約】【課題】低温時や急速な負荷増大時にも必要水素流量を安定して燃料電池へ供給する。【解決手段】水素吸蔵タンク１の内部には、水素吸蔵材料５が充填され、熱交換器４が設置されている。気相の水素を貯蔵する水素バッファタンク２と水素吸蔵タンク１とは、三方管８ａにより並列接続され、三方管８ａから開閉弁付レギュレータ１０及び流量コントローラ７を介して、燃料電池スタック３の負極３１へ水素を供給する。燃料電池スタック３の正極３２から排出される流体は、ポンプ６により三方弁９を介して熱交換器４へ送られ、水素吸蔵材料５からの水素放出を促進する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を吸収し、且つ水素を放出することが可能な水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、
気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクと、
前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクの双方または一方から可変的に燃料電池スタックの負極に水素を供給する水素供給配管と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素供給配管は、
前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクを並列に接続するとともに、これらのタンク双方または一方から可変的に燃料電池スタックの負極に水素を供給する三方管と、
該三方管から前記負極に至るまでに配置されたレギュレータ及び流量コントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクと前記三方管を結ぶ夫々の配管に配設されたレギュレータと、
前記三方管から燃料電池負極に至るまでの配管に配設された流量コントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水素バッファタンクは、２つの開口部を備えた直列接続可能なバッファタンクであり、
該水素バッファタンクの一方の開口部と前記水素吸蔵タンクとを接続する配管と、該水素バッファタンクの他方の開口部と燃料電池スタックの負極とを接続する配管と、
該水素バッファタンクの他方の開口部から前記負極に至るまでの配管に配置されたレギュレータ及び流量コントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水素吸蔵タンク内に配設された熱交換器と、
該熱交換器と燃料電池の正極出口とを連通する配管と、を備え、
燃料電池の正極から排出される流体を前記熱交換器に供給することにより水素吸蔵タンクからの水素発生を促進させることを特徴する請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水素バッファタンクから前記水素吸蔵タンクへの水素逆流を防止する逆流防止弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
水素の供給圧力を調整するレギュレータの２次圧を０．５〜１．２［ＭＰａ］  の範囲で調整した後、流量コントローラで水素流量を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
常温における前記水素吸蔵材料の水素放出圧力が０．５〜２５．０［ＭＰａ］  の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
−３０［℃］における前記水素吸蔵材料の水素放出圧力が０．１５〜５［ＭＰａ］  の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記水素吸蔵材料はＡＢ５型の水素吸蔵合金であり、ＧｄＮｉ５  、ＳｍＮｉ５  、ＹＮｉ５  、ＣｅＮｉ５  、ＳｍＣｏ５  、ＮｄＮｉ５  、ＰｒＮｉ５  のいずれかの化合物単独、またはこれらの化合物の混合物を主成分とした組成であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記水素吸蔵材料は、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイト層間化合物等、水素吸蔵が可能なカーボン系材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵材料に貯蔵した水素を利用する燃料電池システムに係り、特に、自動車及び輸送用機器用の電源として好適な始動時及び高負荷時の水素供給性能を改善した燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
深刻化する地球環境問題を解決するために、クリーンなエネルギー源として水素を利用して電気化学的にエネルギーを取り出す燃料電池が注目を浴びている。水素供給源としては、水素を高圧で圧縮充填した高圧水素タンク、または水素吸蔵材料を内蔵する水素吸蔵タンクが一般的である。
【０００３】
高圧水素タンクを単独で用いる場合では、一充填当たりの運転時間、または航続可能距離を確保するために、超高圧水素充填（２５〜７０［ＭＰａ］  ）が必要となる。一般に用いられているボンベ圧より高い充填圧力を要求される為、専用の耐圧設計が必要となりコスト高となる。また単位体積あたりの水素貯蔵量も０．０２５〜０．０４５［ｇ／ｃｃ］と小さいため、タンク容積が大きくなる。
【０００４】
一方、水素吸蔵タンクを単独で用いる場合では、燃料電池始動時の応答性、及び急速な負荷立ち上がり時の応答性が遅く、車両用として応答性に問題点があった。
【０００５】
水素吸蔵タンクに充填された水素吸蔵合金は、水素放出に対して３０〜４０［ｋＪ／ｍｏｌＨ２］の吸熱反応を示す。このため、水素吸蔵合金から急激に水素を取り出そうとすると吸熱反応のため水素吸蔵タンク温度が低下し、それに伴って水素圧力が低下するため、結果的に急速負荷時においては十分な水素供給が不可能となる。
【０００６】
このような応答性を改善するため、例えば、特許文献１に記載の水素供給方法の提案がある。この水素供給方法は、改質器で生成した水素の一時貯蔵を主目的とした互いに隣接する複数の水素吸蔵タンクと、該水素吸蔵タンクに一旦吸蔵した水素を放出させて水素吸蔵合金に吸蔵させる互いに隣接した複数の放出タンクとを備えている。そして、ある放出タンクに水素を吸蔵する際の発熱を利用して他の放出タンクを加熱し、加熱された他の放出タンクから放出される水素を燃料電池へ供給するように制御している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２９１５２４号公報（第４頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水素供給方法では、多数のタンクを設けなければならずタンク数が４以上に増加すると共に、各タンク間の吸蔵放出の制御が大変複雑となるという問題点があった。
【０００９】
さらには、水素供給装置から供給された水素は、一般的にレギュレータ、流量コントローラを経由して燃料電池の負極に送り込まれるが、これらのデバイスを経由するとかなりの圧力損失がある。従来用いられてきたＬａＮｉ５  等の水素吸蔵合金では、常温で水素を放出する圧力は０．１５［ＭＰａ］  以下である。
【００１０】
しかしながら、この程度の圧力では圧力損失のため、十分な水素供給流量を確保することができない。特に急加速などの高出力を求められた場合、始動時のように水素吸蔵タンクの温度が低い場合は、水素供給能力が不足するという問題点があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、水素を吸収し、且つ水素を放出することが可能な水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクと、前記水素吸蔵タンク及び前記水素バッファタンクの双方または一方から可変的に燃料電池スタックの負極に水素を供給する水素供給配管と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクとは別に、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクを用いることにより、低温時や急速な負荷増大時にも必要水素流量を安定して燃料電池へ供給することができるという効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明では、水素を吸収し、且つ水素を放出することが可能な水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクとを有することを特徴とし、それらを並列または直列に接続して水素を燃料電池に供給することにより、低温時や急速な負荷増大時にも必要水素流量を安定して燃料電池へ供給することができる。
【００１４】
水素吸蔵タンク内に気相部分を設けて一体型のタンクとすることも可能であるが、本発明では、水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵タンクと、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンクとを分離していることが特徴である。
【００１５】
一体型タンクの場合の問題点としては、タンクが大容量となり、大掛かりな製造設備が必要となる。車載等を考える場合大きなタンクはレイアウト的に成立しないことも考えられる。
【００１６】
また、一般に水素吸蔵材料は水素放出に対して吸熱反応となるため熱の供給が必要となるが、大容量のタンクで、しかも気相部分の存在するタンクでは熱損失も大きく、熱交換には不向きである。また、タンクサイズが大きくなるほど圧力変化に伴う形状変化が大きくなるため耐圧対策も大掛かりとなる。
【００１７】
本発明では、水素吸蔵タンクと水素バッファタンクを別のものとしているが、吸着材相と気相を分けているので個々のタンクサイズを小さくすることが可能となる。タンクが小さくなることにより耐圧対策は小規模となる。また、熱交換器は吸蔵タンクのみに設ければ良い。これにより一体型に比べタンクも小さく、また水素吸蔵タンクには気相部分もない為、熱交換性能が向上する。
【００１８】
更にはタンクを別個とすることによりタンクレイアウトの自由度が増し、また、配管の結び方により、並列、直列自由に組み合わせることも可能である。さらに、夫々を締結する配管の中間にバルブ、または逆流防止弁等を設けることにより、水素吸蔵タンク、水素バッファタンクからの供給をより細かく制御することが可能となり、始動時等で吸蔵タンクの圧力が低く、高流量の水素供給が不可能な場合、バッファタンクからのみ供給されることも可能となる。
【００１９】
燃料電池への水素供給は、負荷に応じた流量制御が必要である。流量コントローラへの供給時の水素圧力があまりに圧力が高すぎると、微妙な流量制御が困難となるため好ましくない。流量コントローラには圧力損失が存在するが、圧力が低いと急激な高負荷が必要になったとき供給不足となることが考えられる。レギュレータの２次圧としては、０．５〜１．２［ＭＰａ］  の範囲で調整することにより、上記問題を解決することができる。
【００２０】
レギュレータの２次圧力を０．５［ＭＰａ］  以上とするためには、１次側の圧力を０．５ＭＰａ以上にする必要がある。水素吸蔵材料の放出圧力は少なくとも０．５［ＭＰａ］  以上であることが好ましい。一方、放出圧力が２５［ＭＰａ］  を超える材料では、タンク温度上昇が上昇した場合さらに高圧となる可能性があり特別な耐圧対策が必要となり好ましくない。
【００２１】
寒冷時に水素吸蔵タンクからの水素供給を可能とするため、−３０℃における水素吸蔵材料の水素放出圧力が０．１５［ＭＰａ］  以上であることが望ましく、またタンクの温度上昇時の圧力上昇を考慮すると−３０℃における水素放出圧力は５［ＭＰａ］  以下であることが望ましい。
【００２２】
水素吸蔵材料に用いる材料としては、ＡＢ５型の水素吸蔵合金であり、ＧｄＮｉ５、ＳｍＮｉ５、ＹＮｉ５、ＣｅＮｉ５、ＳｍＣｏ５、ＮｄＮｉ５、ＰｒＮｉ５の単独、またはこれらの化合物の混合体を中心とした組成、及び−３０［℃］における水素吸蔵材料の水素放出圧力が０．１５〜５［ＭＰａ］  の範囲に含まれる、これら混合体以外の物質を含んだ水素吸蔵合金を用いることにより従来技術の問題点を解決することが可能となる。
【００２３】
また、水素吸蔵材料として、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイト層間化合物等、水素吸蔵が可能なカーボン系材料を用いることにより従来技術の問題点を解決することが可能となる。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は、本発明に係る燃料電池システムの実施形態１の構成を説明する構成図である。図１において、燃料電池システムは、水素吸蔵材料５が充填された水素吸蔵タンク１、気相の水素を貯蔵する水素バッファタンク２、燃料電池スタック３、水素吸蔵タンク１内に設置された熱交換器４、燃料電池スタック３の正極３２から排出される排ガス及びまたは熱水を熱交換器４へ送るためのポンプ６、水素吸蔵タンク１及び水素バッファタンク２を並列に接続する三方管８ａ、三方管８ａから供給される水素の圧力を調整する開閉弁付レギュレータ１０、開閉弁付レギュレータ１０から燃料電池スタック３の負極３１へ供給する水素流量をコントロールするための流量コントローラ７とを備えている。
【００２５】
水素貯蔵系の水素充填は、配管ａを用いて行い、本実施形態では、配管ａは水素吸蔵タンク１に接続されている。水素吸蔵タンク１は、配管ｂにより三方管８ａに接続され、水素バッファタンク２は配管ｃにより三方管８ａに接続されている。これにより、水素吸蔵タンク１と、水素バッファタンク２とは、並列に接続され、同じく三方管８ａに接続された配管ｄを経由して、水素が燃料電池スタック３の負極３１へ供給される。
【００２６】
配管ｂの中間には１次圧力計１１、配管ｃの中間には１次圧力計２１とバッファタンク開閉弁２０がそれぞれ配設されている。
【００２７】
配管ｄの中間には開閉弁付レギュレータ１０及び２次圧力計２２が設置されている。配管ｄには流量コントローラ７が設置されており、燃料電池スタック３の負極３１に供給する水素流量の制御を行う。
【００２８】
燃料電池スタック３の負極３１では、供給された水素が電極触媒により水素イオンと電子とに解離する。水素イオンは、電解質３３を正極３２方向へ拡散し、電子は外部回路を通って正極３２へ至る。
【００２９】
燃料電池スタック３の正極３２には、図示しない空気供給装置から負極３１の水素圧力に応じた圧力で空気が供給される。正極３２では、空気中の酸素と、電解質３３を拡散した水素イオンと、外部回路を通って正極３２に達した電子とから水が生成されるとともに、化学反応熱が放出される。そして、空気中の窒素と、消費されなかった酸素と、生成水（蒸気または熱水）とを含む流体が正極３２から排出される。
【００３０】
燃料電池スタック３の正極３２から排出た流体である排ガス及びまたは熱水は、配管ｅを経由して、ポンプ６により三方弁９に送り込まれる。水素の供給を促進するときは三方弁９を水素吸蔵タンク１側に開放し、排ガス／熱水を熱交換器４へ導入して、水素吸蔵タンク１の昇温に用いる。熱交換器４により冷却された水は三方管８ｂを経由し、配管ｆより図外へ排出される。一方、水素供給を促進する必要がない場合は、三方弁９を三方管８ｂ側に開放し、そのまま配管ｆより排出させる。
【００３１】
次に、本実施形態における燃料電池始動時の一例の挙動について説明する。
燃料電池の定常出力を６［ｋＷ］と仮定して、燃料電池スタック３が要求する必要水素流量を６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  で検討した場合である。
【００３２】
水素吸蔵タンク１は、満充填時の水素吸蔵量を１［ｍ３］としたものを用い、水素吸蔵材料としてＮｄＮｉ５  合金を用いた。初期充填状態を合金重量に対して１．２［ｗｔ％］の水素充填、水素吸蔵タンク温度を２０［℃］とした。ＮｄＮｉ５  合金を用いた場合のＰＣＴ曲線を図２に示す。バッファタンクの内容積は１０Ｌとし、レギュレータ１０の２次側圧力を０．５［ＭＰａ］とした。
【００３３】
〔比較例１〕
比較例１では実施形態１と同様のシステム構成としたが、水素吸蔵材料としては、従来からよく使用されていたＬａＮｉ５  を用いた。初期充填状態を合金重量に対して１．２［ｗｔ％］の水素充填、水素吸蔵タンク温度を２０［℃］とした。ＬａＮｉ５  を用いた場合のＰＣＴ曲線を図３に示す。バッファタンクの内容積は１０Ｌとし、レギュレータ１０の２次側圧力を０．５［ＭＰａ］とした。
【００３４】
図４に実施形態１（ＮｄＮｉ５  ）と比較例１（ＬａＮｉ５  ）を用いた場合の水素供給流量の経時変化を示す。ＮｄＮｉ５  の２０［℃］における水素放出圧力は１．２［ｗｔ％］の水素吸収状態で１［ＭＰａ］  を超えている。レギュレータ１０の２次圧力は問題なく０．５［ＭＰａ］を確保することが可能なため、６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  の流量を維持することが可能である。
【００３５】
一方、ＬａＮｉ５  の場合は、２０［℃］における水素放出圧力は０．１５［ＭＰａ］  である。レギュレータ１０の２次圧は設定値の０．５［ＭＰａ］を確保することは不可能である。配管内に滞留している水素ガスにより始動直後瞬間的に６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  の流量を確保するものの、その後すぐに流量は低下し、約２０［Ｌ／ｍｉｎ］  程度しか供給できないことが判明した。ＬａＮｉ５  の場合も、燃料電池からの廃熱をうけて水素吸蔵タンクの温度が６０［℃］まで上昇すれば、系の圧力も向上し２次圧も０．５［ＭＰａ］以上となり６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  の供給も可能となるが、供給可能となるまでには時間を要することとなる。
【００３６】
実施形態１では、水素吸蔵材料としてＮｄＮｉ５  を用いて説明したが、２０［℃］において０．５［ＭＰａ］以上の水素放出圧力を有する以下の化合物を用いることでも、始動時から安定して６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  の流量を確保することが可能である。
【００３７】
ＰｒＮｉ５：１［ＭＰａ］  、ＹＣｏ５：２［ＭＰａ］  、ＳｍＣｏ５：４［ＭＰａ］  、ＣｅＮｉ５：７［ＭＰａ］  、ＹＮｉ５：１０［ＭＰａ］  、ＳｍＮｉ５：１０［ＭＰａ］  、ＧｄＮｉ５：１１［ＭＰａ］  。
【００３８】
また、水素吸蔵材料として、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイト層間化合物等、水素吸蔵が可能なカーボン系水素吸蔵材料を用いることも可能である。
【００３９】
〔実施形態２〕
実施形態２では、図１に示した燃料電池システムにおいて、急激な負荷がかかった場合について説明する。条件としては、燃料電池が６［ｋＷ］の定常出力を続けていて安定状態となった場合を起点として、２０秒後から４０秒後まで３０［ｋＷ］の急激な出力を取り出し、再び定常出力の６［ｋＷ］に戻る場合を説明する。燃料電池の出力３０［ｋＷ］に必要な水素流量を３３６［Ｌ／ｍｉｎ］とした。
【００４０】
水素貯蔵材料としてはＮｄＮｉ５  を用い、初期条件としては１．２［ｗｔ％］吸着状態、水素吸蔵タンクの温度は暖機運転は終了した状態を想定して４０［℃］となっている条件とした。
【００４１】
〔比較例２〕
比較例２では、図５に示すように図１の構成から水素バッファタンク２を外した状態とし、その他の条件は実施形態２と全く同一の条件とした。
【００４２】
図６は、実施形態２と比較例２の流量の変化を示す。
比較例２においては、一旦３３６［Ｌ／ｍｉｎ］の流量を確保するものの、すぐに２００［Ｌ／ｍｉｎ］程度まで低下し、制御通りの流量を確保できないことが判明した。これは、配管内に滞留している水素により一時的に３３６［Ｌ／ｍｉｎ］の流量を得ることができるが、その後の供給は水素吸蔵タンクからのみの水素取り出しとなるため、水素の供給が追いつかないことを示している。理由としては化学反応開始に時間を要していること、また急激な水素取出しにより水素吸蔵材料の温度が低下することが考えられる。
【００４３】
一方、実施形態２においては、制御通り２０秒後に６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  から３３６［Ｌ／ｍｉｎ］に制御されていることがわかる。水素バッファタンク２の存在により、一時的に水素吸蔵タンク１から供給不足となる水素を水素バッファタンク２に貯蔵されている水素の存在が補うことにより、上記問題点を解決していることが確認された。
【００４４】
〔実施形態３〕
実施形態３では、図１に示した燃料電池システムにおいて、０［℃］における始動時の挙動について示す。
【００４５】
条件としては、燃料電池の定常出力を６［ｋＷ］と仮定して、燃料電池スタックが要求する必要水素流量を６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  、水素吸蔵タンクは、満充填時の水素吸蔵量を１［ｍ３］としたものを用い、水素吸蔵材料としてＮｄＮｉ５  合金を用いた。初期充填状態を合金重量に対して１．２［ｗｔ％］の水素充填、水素吸蔵タンク温度を０［℃］とした。
【００４６】
〔比較例３〕
比較例３では、バッファを外した例として図５に示した燃料電池システム構成とし、その他の条件については実施形態３と同一条件とした。
【００４７】
図７に実施形態３と比較例３の水素流量の変化を示す。
ＮｄＮｉ５  の０［℃］における水素放出圧力は、１．２［ｗｔ％］の水素吸収状態で０．８［ＭＰａ］を超えている。レギュレータ１０の２次圧力は０．５［ＭＰａ］を確保することが可能であるが、水素バッファタンクを持たない比較例３では流量が低下することがわかる。
【００４８】
これは、水素取り出しにより水素吸蔵材料の温度が下がり、圧力が低下したためと考えられる。３０秒すぎから流量が回復するのは、燃料電池スタック３の正極３２から排出される流体の廃熱により熱交換器４が加熱されて、徐々に水素吸蔵タンク１の温度が上昇するためと予測される。水素バッファタンク２を取り付けることにより、０［℃］においても問題なく水素供給が可能となり、上記問題を解決することが可能となる。
【００４９】
〔実施形態４〕
実施形態４においては、−３０［℃］で燃料電池システムを始動する場合について説明する。実施形態４では、図８に示すように、水素バッファタンク２から水素吸蔵タンク１へ水素が逆流することを防止する逆流防止弁１３を配管ｂに取り付けた場合について説明する。その他の構成は、図１と同様である。
【００５０】
初期条件としては、水素貯蔵材料にＮｄＮｉ５  を用い、タンク温度６０［℃］で運転していた状態でシステム停止させて、系の圧力を逆流防止弁１３により４［ＭＰａ］  に保った状態とし、その後システムを−３０［℃］に低下させた状態とした。始動時の条件としては、燃料電池の定常出力を６［ｋＷ］と仮定して、燃料電池スタックが要求する必要水素流量を６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  を供給することとした。
【００５１】
〔比較例４〕
実施形態４に対して、逆流防止弁１３を用いない場合を比較例４とした。
比較例４では、逆流防止弁をもたない為、−３０［℃］に低下することにより水素放出圧力が０．２［ＭＰａ］に低下する。それに伴い水素バッファタンクの圧力も０．２［ＭＰａ］となる。
【００５２】
図９に実施形態４と比較例４の水素流量の変化を示す。
比較例４では、系の圧力が０．２［ＭＰａ］と低く、レギュレータ１０の設定値である０．５［ＭＰａ］を確保することができない。始動直後瞬間的に６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  の流量を確保するものの、その後すぐに流量は低下し、約２０［Ｌ／ｍｉｎ］  程度しか供給できないことが判明した。
【００５３】
一方、逆流防止弁１３を取り付けてある実施形態４では、運転終了時の温度の６０［℃］における圧力３［ＭＰａ］  が保たれているため、レギュレータ１０の２次側圧力である０．５［ＭＰａ］を確保でき、６７．２［Ｌ／ｍｉｎ］  の水素流量を得ることが可能である。水素バッファタンク２の水素が消費されるため、暫くは徐々に系の圧力が低下するが、燃料電池スタック３の正極３２から排出される流体の廃熱により熱交換器４が加熱されて、徐々に水素吸蔵タンク１の温度が上昇し、それに伴いタンク圧力も上昇し、水素吸蔵タンク１からも水素供給が可能となる。
【００５４】
水素バッファタンク２の容量は、極低温時の燃料電池システムの暖気運転に必要な水素消費量を算出してサイズを決めることにより、始動時の水素供給不足の回避が可能となる。
【００５５】
以上説明した実施形態１〜４のタンク設置方法を図１０、１１に示す。図１０のように、水素吸蔵タンク１の上に水素バッファタンク２を並行に配置してもよいし、図１１に示すように、水素バッファタンク２を直立させて配置してもよい。これらのタンク配置については、システムのレイアウト要件等により選択することが可能である。
【００５６】
〔実施形態５〕
水素吸蔵タンクと水素バッファタンクの接続方法としては、上記実施形態１〜４に示したように並列に接続する方法のほか、実施形態５として示すように直列に接続することもできる。図１２、１３において、水素バッファタンク２は、２つの開口部を備え、一方の開口部は水素吸蔵タンク１に接続され、他方の開口部は燃料電池スタック３の負極３１に接続する配管ｄに接続されている。その他の構成要素は、図１に示した実施形態１と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。本実施形態でも上記実施形態で示したような効果と同様な効果が得られる。
【００５７】
水素吸蔵タンク１と水素バッファタンク２を図１２に示すように並行に配置してもよいし、図１３に示すように、水素バッファタンク２を直立させて配置してもよい。これらのタンク配置については、システムのレイアウト要件等により選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施形態１の構成を説明するシステム構成図である。
【図２】実施形態１で用いたＮｄＮｉ５  の水素放出曲線を示す図である。
【図３】比較例１で用いたＬａＮｉ５  の水素放出曲線を示す図である。
【図４】実施形態１と比較例１の水素供給流量曲線を示す図である。
【図５】比較例２のシステム構成を示す図である。
【図６】実施形態２と比較例２の水素供給流量曲線を示す図である。
【図７】実施形態３と比較例３の水素供給流量曲線を示す図である。
【図８】本発明に係る燃料電池システムの実施形態４の構成を説明するシステム構成図である。
【図９】実施形態４と比較例４の水素供給流量曲線を示す図である。
【図１０】並列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【図１１】並列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【図１２】実施形態５における直列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【図１３】実施形態５における直列構成のタンクレイアウト例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…水素吸蔵タンク
２…水素バッファタンク
３…燃料電池スタック
４…熱交換器
５…水素吸蔵材料
６…ポンプ
７…流量コントローラ
８ａ、８ｂ…三方管
９…三方弁
１０…レギュレータ
１１…１次圧力計
１３…逆流防止弁
２０…バッファタンク開閉弁
２１…１次圧力計
２２…２次圧力計
３１…負極
３２…正極
３３…電解質
【図１】
2004273164.tif 000003
【図２】
2004273164.tif 000004
【図３】
2004273164.tif 000005
【図４】
2004273164.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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