(57)【要約】【課題】回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素貯蔵タンクと、水素貯蔵タンクへと供給される水素が流通し得る第１水素流路と、水素貯蔵タンクから取り出された水素が流通し得る第２水素流路とを備え、第１水素流路に不純物除去手段が備えられ、不純物除去手段と水素貯蔵タンクとの間に、水素貯蔵タンクから不純物除去手段へと向かう水素の流れを防止する逆流防止手段が備えられる水素供給装置とし、該水素供給装置と該水素供給装置から水素を供給される燃料電池とを備える燃料電池システムとする。【選択図】図８
2009127788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素貯蔵タンクと、前記水素貯蔵タンクへと供給される水素が流通し得る第１水素流路と、前記水素貯蔵タンクから取り出された水素が流通し得る第２水素流路と、を備え、
前記第１水素流路に不純物除去手段が備えられ、
前記不純物除去手段と前記水素貯蔵タンクとの間に、前記水素貯蔵タンクから前記不純物除去手段へと向かう水素の流れを防止する逆流防止手段が備えられることを特徴とする、水素供給装置。
【請求項２】
さらに、前記不純物除去手段から前記第２水素流路の出口の方向へ水素を流通させる、水素流通手段が備えられることを特徴とする、請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記第１水素流路と前記第２水素流路とが接続されるとともに、前記第１水素流路と前記第２水素流路との接続点に、水素流通制御手段が備えられ、
前記水素流通制御手段は、前記逆流防止手段の機能、及び、前記水素流通手段の機能を備え、
前記水素流通制御手段によって、前記水素の流通方向が、前記不純物除去手段から前記水素貯蔵タンクへと向かう方向、前記不純物除去手段から前記第２水素流路の出口へと向かう方向、又は、前記水素貯蔵タンクから前記第２水素流路の出口へと向かう方向へと制御されることを特徴とする、請求項２に記載の水素供給装置。
【請求項４】
前記不純物除去手段に、水除去手段が備えられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項５】
前記不純物除去手段に、一酸化炭素除去手段が備えられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項６】
前記不純物除去手段に、水素吸蔵合金が備えられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項７】
前記水素貯蔵タンクに、水素吸蔵合金が備えられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素供給装置と、該水素供給装置から前記水素を供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯蔵した水素を機器へ供給する水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策技術として研究が進められている燃料電池は、反応物（水素や空気等）の電気化学反応の過程で生じた電気エネルギーを外部へ取り出す装置であり、有害ガス等を発生させないクリーンなエネルギー源として知られている。燃料電池を搭載した自動車（以下「燃料電池車」という。）において、反応物として水素を用いる場合、使用される水素を貯蔵する手段が必要とされ、水素の貯蔵形態としては、気体の水素を直接充填する形態や液体水素を用いる形態のほか、水素吸蔵合金を用いる形態等が提案されている。これらの中でも、液体水素よりも多量の水素を貯蔵でき、安全性に優れる等の観点から、水素吸蔵合金を用いる形態が注目されている。
【０００３】
水素吸蔵合金は、温度や圧力を制御することにより水素を吸蔵・放出し得る合金であり、水素吸蔵合金へと吸蔵される水素は、結晶構造中の空隙に入り込む。純水素からなる気体が水素吸蔵合金へと供給される場合、水素吸蔵合金に吸蔵される物質は水素のみであるため、水素吸蔵合金に備わっている水素吸蔵性能を最大限に発揮することができる。しかし、実際に水素吸蔵合金へ水素を吸蔵させる際に用いられる気体には、微量の不純物が含有されている。代表的な不純物としては水や一酸化炭素が知られており、これらの不純物が水素吸蔵合金へ供給されると、水素吸蔵合金の水素吸蔵性能が低下する。それゆえ、水素吸蔵性能の低下を抑制するには、不純物が除去された水素が水素吸蔵合金へ供給される形態とする必要がある。
【０００４】
水素ガス中の不純物を除去する手段を含む技術として、例えば、特許文献１には、水素吸蔵合金及び該水素吸蔵合金の上に配置される被毒性ガス吸着剤を容器内に収容し、水素吸蔵合金を加熱・冷却装置によって冷却した状態で、水素を含有する原料ガスを原料ガス供給ラインによって供給し、原料ガスを被毒性ガス吸着剤を通した後に水素吸蔵合金に導き、被毒性ガスを被毒性ガス吸着剤に吸着させつつ水素ガスを水素吸蔵合金に吸蔵させ、その後、被毒性ガス吸着剤から放出される被毒性ガスをパージガスラインから外部に流出させ、続いて加熱・冷却装置によって水素吸蔵合金を加熱した状態で、水素吸蔵合金から放出される精製水素ガスを精製水素ガス放出ラインから放出させる水素回収精製方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、水素貯蔵剤が内蔵された水素貯蔵容器を備え、水素を貯蔵及び放出する水素貯蔵装置であって、貯蔵される水素中に含まれる不純物を吸着する吸着剤を有するフィルタ部と、フィルタ部に設けられ、フィルタ部の吸着剤に吸着されている不純物の脱離を促進するためにフィルタ部を加熱する加熱手段を含んだ熱付与手段とを備える水素貯蔵装置が開示されている。また、特許文献３には、水素吸蔵合金の二酸化炭素による劣化を水素パージを行うことにより最小限に押えて、不純物を含む混合ガスから高い回収率で水素を回収するための水素分離回収装置が開示されている。また、特許文献４には、水素貯蔵合金式水素貯蔵タンクに水素ガスを充填する装置及び方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−９２６０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２８０１号公報
【特許文献３】特開２００４−３５９５００号公報
【特許文献４】特開２００２−５４７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に開示されている技術において、不純物除去性能を長期間に亘って発現させるためには、フィルタに吸着された不純物を除去する回復処理が必要とされる。しかし、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、回復処理を行っている間に水素を放出させることが困難であり、使用条件によっては、不純物が水素に混入する虞があるという問題があった。この問題は、特許文献１〜特許文献４に開示されている技術を組み合わせても、解決することができなかった。
【０００８】
そこで本発明は、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第１の本発明は、水素貯蔵タンクと、水素貯蔵タンクへと供給される水素が流通し得る第１水素流路と、水素貯蔵タンクから取り出された水素が流通し得る第２水素流路と、を備え、第１水素流路に不純物除去手段が備えられ、不純物除去手段と水素貯蔵タンクとの間に、水素貯蔵タンクから不純物除去手段へと向かう水素の流れを防止する逆流防止手段が備えられることを特徴とする、水素供給装置である。
【００１０】
ここに、「水素貯蔵タンクへと供給される水素が流通し得る第１水素流路」とは、少なくとも、水素貯蔵タンクへと供給される水素が、第１水素流路を流通することを意味する。第１水素流路を流通し得る水素の他の具体例としては、第１水素流路の入口と逆流防止手段とによって挟まれた第１水素流路に存在する水素であって、第２水素流路の出口へと向かう水素を例示することができる。さらに、「水素貯蔵タンクから取り出された水素が流通し得る第２水素流路」とは、少なくとも、水素貯蔵タンクから取り出された（放出された）水素が、第２水素流路を流通することを意味する。第２水素流路を流通し得る水素の他の具体例としては、第１水素流路の入口と逆流防止手段とによって挟まれた第１水素流路に存在する水素であって、第２水素流路の出口へと向かう水素を例示することができる。
【００１１】
上記第１の本発明において、さらに、不純物除去手段から第２水素流路の出口の方向へ水素を流通させる、水素流通手段が備えられることが好ましい。
【００１２】
また、水素流通手段が備えられる上記第１の本発明において、第１水素流路と第２水素流路とが接続されるとともに、第１水素流路と第２水素流路との接続点に、水素流通制御手段が備えられ、該水素流通制御手段は、逆流防止手段の機能、及び、水素流通手段の機能を備え、該水素流通制御手段によって、水素の流通方向が、不純物除去手段から水素貯蔵タンクへと向かう方向、不純物除去手段から第２水素流路の出口へと向かう方向、又は、水素貯蔵タンクから第２水素流路の出口へと向かう方向へと制御されることが好ましい。
【００１３】
ここに、「水素流通制御手段」は、不純物除去手段から水素貯蔵タンクへと向かう方向（以下「第１方向」ということがある。）、不純物除去手段から第２水素流路の出口へと向かう方向（以下「第２方向」ということがある。）、及び、水素貯蔵タンクから第２水素流路の出口へと向かう方向（以下「第３方向」ということがある。）からなる群より選択される一の方向にのみ、水素を流通させ得る手段であれば、その形態は特に限定されるものではない。第１の本発明における「水素流通制御手段」としては、公知の三方バルブ等を用いることができる。さらに、「第２水素流路の出口」とは、本発明の水素供給装置から他の機器へと供給される水素の出口、を意味する。
【００１４】
上記第１の本発明（変形例も含む。以下同じ。）において、不純物除去手段に、水除去手段が備えられることが好ましい。
【００１５】
また、上記第１の本発明において、不純物除去手段に、一酸化炭素除去手段が備えられることが好ましい。
【００１６】
また、上記第１の本発明において、不純物除去手段に、水素吸蔵合金が備えられることが好ましい。
【００１７】
また、上記第１の本発明において、水素貯蔵タンクに、水素吸蔵合金が備えられることが好ましい。
【００１８】
第２の本発明は、上記第１の本発明にかかる水素供給装置と、該水素供給装置から水素を供給される燃料電池と、を備えることを特徴とする、燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００１９】
第１の本発明によれば、不純物除去手段と水素貯蔵タンクとの間に逆流防止手段が備えられるので、水素貯蔵タンクから水素を取り出している間に、不純物除去手段に捕捉された不純物を水素供給装置の外へと排出する回復処理を行うことができる。したがって、第１の本発明によれば、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置を提供することができる。
【００２０】
第１の本発明において、水素流通手段が備えられることにより、上記効果に加えて、水素貯蔵タンクへの水素充填終了時に第１水素流路に残存している水素を、外部機器へ無駄なく供給することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２１】
第１の本発明において、水素流通制御手段が備えられることにより、簡易な構成で、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すこと、及び、水素を無駄なく活用することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２２】
第１の本発明において、不純物除去手段に水除去手段が備えられることにより、水素に含有される代表的な不純物である水が除去された水素を、水素貯蔵タンクへと供給することができる。
【００２３】
第１の本発明において、不純物除去手段に一酸化炭素除去手段が備えられることにより、水素に含有される代表的な不純物である一酸化炭素が除去された水素を、水素貯蔵タンクへと供給することができる。
【００２４】
第１の本発明において、不純物除去手段に水素吸蔵合金が備えられることにより、水素貯蔵タンクのみならず、不純物除去手段にも水素を充填することができる。それゆえ、かかる形態とすることにより、上記効果に加え、さらに、水素の吸蔵・放出量を増大させることが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２５】
第１の本発明において、不純物が取り除かれた高純度の水素が供給される水素貯蔵タンクに水素吸蔵合金が備えられることにより、水素貯蔵タンクに収容された水素貯蔵合金の機能低下を抑制することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２６】
第２の本発明によれば、上記第１の本発明にかかる水素供給装置が備えられるので、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
燃料電池車の水素貯蔵タンクとして、水素吸蔵合金や無機錯体水素化物等の水素貯蔵材料を用いたタンクが提案されている。しかし、これらの水素貯蔵材料は、水や一酸化炭素ガスに代表される不純物によって被毒されやすく、運転時間の経過と共に水素の貯蔵・放出性能が低下するという問題がある。かかる問題は、吸着物質に不純物を吸着させ、不純物が除去された高純度の水素を水素貯蔵タンクへ供給する形態とすることで改善可能であり、当該形態において不純物除去性能を長期間に亘って維持するには、吸着物質に溜まった不純物を定期的に除去するか、又は、吸着物質を定期的に交換する等の対策が必要とされる。ところが、吸着物質に溜まった不純物を定期的に除去する手段が備えられる場合、従来は、不純物の除去処理（回復処理）を行っている間に水素貯蔵タンクから水素を取り出せず、航続距離が低下しやすかった。それゆえ、燃料電池車の航続距離を長期間に亘って維持するには、回復処理を行いながら水素を取り出し得る水素供給装置、及び、当該水素供給装置を搭載した燃料電池システムを開発する必要がある。
【００２８】
本発明は、かかる観点からなされたものであり、その要旨は、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備える燃料電池システムを提供することにある。
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の水素供給装置及び燃料電池システムについて説明する。なお、以下に示す形態はあくまでも例示であり、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
【００３０】
１．水素供給装置
１．１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置１０の形態例を概略的に示す概念図である。図２は、水素供給装置１０に水素を充填させる際の水素の流通方向を強調して示す概念図である。図３は、水素供給装置１０から水素を取り出す際における水素の流通方向を強調して示す概念図である。以下、図１〜図３を参照しつつ、第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置１０について説明する。
【００３１】
図１に示すように、第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置１０は、水素貯蔵タンク１と、該水素貯蔵タンク１へと供給される水素等が流通する第１水素流路２と、水素貯蔵タンク１から取り出された水素等が流通する第２水素流路３と、を備え、水素貯蔵タンク１には水素吸蔵合金が収容されている。第１水素流路２には、水素入口２ａ、バルブ２ｘ、水除去手段４ａ、バルブ５、圧力計７、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、逆流防止手段としてのバルブ６が備えられ、バルブ５を介して減圧手段８が接続され、第１水素流路２の一端は水素貯蔵タンク１に接続されている。さらに、第２水素流路３には、水素貯蔵タンク１と水素出口１１との間にバルブ１２が備えられている。水素供給装置１０における不純物除去手段４は、水除去手段４ａ、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、減圧手段８を備え、水除去手段４ａには水を吸着・放出する吸着体が備えられるとともに熱供給手段９が接続され、一酸化炭素除去手段４ｂには一酸化炭素を吸着・放出する吸着体が備えられるとともに熱供給手段９が接続されている。
【００３２】
１．１．１．水素充填時
図２に示すように、水素供給装置１０の水素貯蔵タンク１へ水素を充填させる場合には、水素入口２ａから流入した水素が、バルブ２ｘ、水除去手段４ａ、バルブ５、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、バルブ６を経て（第１水素流路２を経て）、水素貯蔵タンク１へと達する。この際、バルブ１２は閉じられている。そして、例えば、水素貯蔵タンク１に充填された水素の圧力（水素圧）が当該水素貯蔵タンク１の最大充填圧力になると、バルブ２ｘが閉じられ、水素の充填が終了する。このように、水素充填時には、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂを経た水素が水素貯蔵タンク１へと供給されるので、水及び一酸化炭素が除去された高純度の水素を、水素貯蔵タンク１へ供給することができる。それゆえ、水素供給装置１０によれば、水素貯蔵タンク１に収容された水素貯蔵合金の被毒を抑制することができる。
【００３３】
１．１．２．水素放出時
水素供給装置１０の水素貯蔵タンク１に充填された水素を取り出す際には、図３に示すように、水素貯蔵タンク１に充填された水素が、バルブ１２を経て、第２水素流路３の水素出口１１から取り出され、当該水素供給装置１０の第２水素流路３に接続される機器（不図示）へ、水素が供給される。水素供給装置１０から水素を取り出している間、バルブ６は閉じられているので、水素貯蔵タンク１に充填された水素が不純物除去手段４の方へ逆流することはない。そのため、水素供給装置１０によれば、水素を取り出している間に、バルブ５を開けるとともに減圧手段８を起動させることによって、又は、バルブ５を開けるとともに、当該減圧手段８及び熱供給手段９、９を起動させることによって、水除去手段４ａに捕捉された水、及び、一酸化炭素除去手段４ｂに捕捉された一酸化炭素を水素供給装置１０の外へ排出する回復処理を行うことができる。それゆえ、本発明によれば、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置１０を提供することができる。
【００３４】
１．２．第２実施形態
図４は、第２実施形態にかかる本発明の水素供給装置２０の形態例を概略的に示す概念図である。図５は、水素供給装置２０に水素を充填させる際の水素の流通方向を強調して示す概念図である。図６は、水素供給装置２０から水素を取り出す際における水素の流通方向の一例を強調して示す概念図である。図７は、水素供給装置２０から水素を取り出す際における水素の流通方向の他の一例を強調して示す概念図である。図４〜図７において、図１〜図３と同様の構成を採るものには、図１〜図３で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図４〜図７を参照しつつ、第２実施形態にかかる本発明の水素供給装置２０について説明する。
【００３５】
図４に示すように、第２実施形態にかかる本発明の水素供給装置２０は、水素貯蔵タンク１、該水素貯蔵タンク１へと供給される水素等が流通する第１水素流路２、水素貯蔵タンク１から取り出された水素等が流通する第２水素流路３、並びに、第１水素流路２と第２水素流路３とを接続する第３水素流路２１と、を備え、水素貯蔵タンク１には水素吸蔵合金が収容されている。第１水素流路２には、水素入口２ａ、バルブ２ｘ、水除去手段４ａ、バルブ５、圧力計７、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、逆流防止手段としてのバルブ６が備えられ、バルブ５を介して減圧手段８が接続され、第１水素流路２の一端は水素貯蔵タンク１に接続されている。さらに、第２水素流路３には、水素貯蔵タンク１と水素出口１１との間にバルブ１２が備えられ、第３水素流路２１にはバルブ２２が備えられている。
【００３６】
１．２．１．水素充填時
図５に示すように、水素供給装置２０の水素貯蔵タンク１へ水素を充填させる場合には、水素入口２ａから流入した水素が、バルブ２ｘ、水除去手段４ａ、バルブ５、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、バルブ６を経て、水素貯蔵タンク１へと達する。この際、バルブ１２及びバルブ２２は閉じられている。そして、例えば、水素貯蔵タンク１に充填された水素の圧力が当該水素貯蔵タンク１の最大充填圧力になると、バルブ２ｘが閉じられ、水素の充填が終了する。このように、水素充填時には、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂを経た水素が水素貯蔵タンク１へと供給されるので、水及び一酸化炭素が除去された高純度の水素を、水素貯蔵タンク１へ供給することができる。それゆえ、水素供給装置２０によれば、水素貯蔵タンク１に収容された水素貯蔵合金の被毒を抑制することができる。
【００３７】
１．２．２．水素放出時（その１）
上述のように、水素貯蔵タンク１への水素供給は、水素貯蔵タンク１の水素圧が所定圧に到達すると終了する。ここで、水素貯蔵タンク１の水素圧が所定圧に達すると、第１水素流路２に存在する水素の圧力も、当該所定圧と同等程度になると考えられる。それゆえ、第１水素流路２に存在する水素を無駄なく活用可能な形態とする観点からは、第１水素流路２に存在する水素も、水素供給装置２０に接続される機器へと供給することが好ましい。図６は、水素充填終了後に第１水素流路２に残存する水素を、上記機器へと供給する際の形態を示している。当該形態で水素供給装置２０が運転される場合には、バルブ２ｘ、バルブ６、及び、バルブ１２が閉じられた状態で、バルブ２２を開ける。このようにすることで、第３水素流路２１を介して、バルブ２ｘとバルブ６によって挟まれた第１水素流路２に存在する水素を、第２水素流路３の水素出口１１へと流通させることができる。第３水素流路２１を水素が流通することにより、第１水素流路２内の水素が機器へ供給されると、第１水素流路２内の水素圧が低下し、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂ内の圧力も低下すると考えられる。ところが、水除去手段４ａに収容された吸着体、及び、一酸化炭素除去手段４ｂに収容された吸着体は、水との相互作用、及び、一酸化炭素との相互作用が、水素との相互作用よりも強いため、かかる圧力低下が生じても、吸着した水及び一酸化炭素は脱離しない。それゆえ、第３水素流路２１を流通する水素には、水及び一酸化炭素がほとんど含有されず、かかる形態であっても高純度の水素を機器へと供給することができる。
【００３８】
１．２．３．水素放出時（その２）
水素供給装置２０の水素貯蔵タンク１に充填された水素を取り出す際には、バルブ２ｘ、バルブ６、及び、バルブ２２が閉じられた状態で、バルブ１２を開けることにより、水素貯蔵タンク１に充填された水素が、バルブ１２を経て水素出口１１へと達する。第２水素流路３を水素が流通している間、水素貯蔵タンク１から取り出された水素は、バルブ６によって移動を妨げられ、バルブ６とバルブ２ｘとによって挟まれた第１水素流路２へ流入することができない。第２水素流路３に水素を流通させている間に、バルブ５を開けるとともに減圧手段８を起動させることによって、又は、バルブ５を開けるとともに、減圧手段８及び熱供給手段９、９を起動させることによって、水除去手段４ａに捕捉された水、及び、一酸化炭素除去手段４ｂに捕捉された一酸化炭素を水素供給装置１０の外へ排出する回復処理を行うことができる。それゆえ、本発明に因れば、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置２０を提供することができる。
【００３９】
１．３．第３実施形態
図８は、第３実施形態にかかる本発明の水素供給装置３０の形態例を概略的に示す概念図である。図９は、水素供給装置３０に水素を充填させる際における水素の流通方向を強調して示す概念図である。図１０は、水素供給装置３０から水素を取り出す際における水素の流通方向の一例を強調して示す概念図である。図１１は、水素供給装置３０から水素を取り出す際における水素の流通方向の他の一例を強調して示す概念図である。図８〜図１１において、図１〜図４と同様の構成を採るものには、図１〜図４で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図８〜図１１を参照しつつ、第３実施形態にかかる本発明の水素供給装置３０について説明する。
【００４０】
図８に示すように、第３実施形態にかかる本発明の水素供給装置３０は、水素貯蔵タンク１と、該水素貯蔵タンク１へと供給される水素等が流通する第１水素流路２と、水素貯蔵タンク１から取り出された水素等が流通する第２水素流路３と、を備え、水素貯蔵タンク１には水素貯蔵合金が収容されている。第１水素流路２には、水素入口２ａ、バルブ２ｘ、水除去手段４ａ、バルブ５、圧力計７、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、水素流通制御手段としての三方バルブ（図８〜図１１に示すＡ、Ｂ、及び、Ｃから選択される一の方向へのみ水素が流通するように、水素の流通方向を制御し得るバルブ）３１が接続され又は備えられ、第１水素流路２の一端は水素貯蔵タンク１に接続されている。さらに、第２水素流路３は、第１水素流路２に接続され、その接続点に、三方バルブ３１が備えられている。そして、バルブ５を介して減圧手段８が接続されている。水素供給装置３０における不純物除去手段４は、水除去手段４ａ、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、減圧手段８を備え、水除去手段４ａには水を吸着・放出する吸着体が備えられるとともに熱供給手段９が接続され、一酸化炭素除去手段４ｂには一酸化炭素を吸着・放出する吸着体が備えられるとともに熱供給手段９が接続されている。
【００４１】
１．３．１．水素充填時
図９に示すように、水素供給装置３０の水素貯蔵タンク１へ水素を充填させる場合には、水素入口２ａから流入した水素が、水除去手段４ａ、バルブ５、一酸化炭素除去手段４ｂ、及び、三方バルブ３１を経て（第１水素流路２を経て）、図９にＡで示す方向へと流通し、水素貯蔵タンク１へと達する。そして、例えば、水素貯蔵タンク１に充填された水素の圧力（水素圧）が当該水素貯蔵タンク１の最大充填圧力になると、図９に示す水素流通形態が終了し、バルブ２ｘが閉じられる。このように、水素充填時には、水除去手段４ａによって水が除去され、さらに、一酸化炭素除去手段４ｂによって一酸化炭素が除去された高純度の水素が、水素貯蔵タンク１に収容された水素貯蔵合金へと供給される。それゆえ、水素供給装置３０によれば、代表的な不純物である水と一酸化炭素が除去された高純度の水素を水素貯蔵タンク１へと供給することができるので、水素貯蔵タンク１に収容された水素吸蔵合金の被毒を抑制することができる。
【００４２】
１．３．２．水素放出時（その１）
上述のように、水素貯蔵タンク１への水素供給は、水素貯蔵タンク１の水素圧が所定圧に到達すると終了する。ここで、水素貯蔵タンク１の水素圧が所定圧に達すると、第１水素流路２に存在する水素の圧力も、当該所定圧と同等程度になると考えられる。それゆえ、水素入口２ａから流入した水素を無駄なく活用する観点からは、第１水素流路２に存在する水素も、水素供給装置３０に接続される機器（不図示）へと供給することが好ましい。図１０は、水素充填終了後に第１水素流路２に残存する水素を、上記機器へと供給する際の形態を示しており、当該形態で水素供給装置３０が運転される場合には、図１０にＢで示す方向へ、水素が流通する。Ｂ方向へと水素が流通することにより、第１水素流路２内の水素が機器へと供給されると、第１水素流路２内の圧力は低下し、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂ内の圧力も低下すると考えられる。ところが、水除去手段４ａに収容された吸着体、及び、一酸化炭素除去手段４ｂに収容された吸着体は、水との相互作用、及び、一酸化炭素との相互作用が、水素との相互作用よりも強いため、かかる圧力低下が生じても、吸着した水及び一酸化炭素は脱離しない。それゆえ、Ｂ方向へと流通する水素には、水及び一酸化炭素がほとんど含有されず、かかる形態であっても高純度の水素を機器へと供給することができる。
【００４３】
１．３．３．水素放出時（その２）
水素供給装置３０の水素貯蔵タンク１に充填された水素を取り出す際には、図１１に示すように、水素貯蔵タンク１に充填された水素が、バルブ３１を経て、図１１にＣで示す方向へと流通し、水素供給装置３０に接続された機器へ水素が供給される。Ｃ方向へ水素が流通している間、水素貯蔵タンク１から取り出された水素は、水素入口２ａと三方バルブ３１とによって挟まれた第１水素流路２へ流入しない。そのため、水素供給装置３０によれば、Ｃ方向へ水素を流通させている間に、バルブ５を開くとともに減圧手段８を起動させることによって、又は、バルブ５を開くとともに減圧手段８及び熱供給手段９、９を起動させることによって、水除去手段４ａによって捕捉された水、及び、一酸化炭素除去手段４ｂによって捕捉された一酸化炭素を、減圧手段８を介して水素供給装置１０の外へと排出する回復処理を行うことができる。このように、水素供給装置３０によれば、水素貯蔵タンク１から水素を取り出している間に、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂに捕捉された不純物を取り除く回復処理を行うことができる。それゆえ、本発明によれば、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能な水素供給装置３０を提供することができる。
【００４４】
本発明の水素供給装置１０、２０、３０に関する上記説明では、水を吸着・放出する吸着体及び熱供給手段９を収容した水除去手段４ａ、並びに、一酸化炭素を吸着・放出する吸着体及び熱供給手段９を収容した一酸化炭素除去手段４ｂが備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給装置が採り得る他の形態例としては、一つの容器に水を吸着・放出する吸着体と一酸化炭素を吸着・放出する吸着体とが収容された、水・一酸化炭素除去手段が備えられ、当該水・一酸化炭素除去手段に減圧手段７及び圧力計８が接続された形態等を挙げることができる。さらに、当該形態のほか、水及び一酸化炭素を吸着・放出する吸着体が収容された形態の水・一酸化炭素除去手段が備えられ、当該水・一酸化炭素除去手段に減圧手段７及び圧力計８が接続された形態等とすることも可能である。
【００４５】
１．４．第４実施形態
図１２は、第４実施形態にかかる本発明の水素供給装置４０の形態例を概略的に示す概念図である。図１３は、水素供給装置４０に水素を充填させる際における水素の流通方向を強調して示す概念図である。図１４は、水素供給装置４０から水素を取り出す際における水素の流通方向の一例を強調して示す概念図である。図１５は、水素供給装置４０から水素を取り出す際における水素の流通方向の他の一例を強調して示す概念図である。図１２〜図１５において、図８〜図１１と同様の構成を採るものには、図８〜図１１で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図１２〜図１５を参照しつつ、第４実施形態にかかる本発明の水素供給装置４０について説明する。
【００４６】
図１２に示すように、第４実施形態にかかる本発明の水素供給装置４０は、水素貯蔵タンク１と、該水素貯蔵タンク１へと供給される水素等が流通する第１水素流路２と、水素貯蔵タンク１から取り出された水素等が流通する第２水素流路３と、を備えている。第１水素流路２には、水素入口２ａ、バルブ２ｘ、不純物除去手段４１、圧力計７、及び、三方バルブ３１が備えられ、不純物除去手段４１には、減圧手段８、及び、熱供給手段９が接続され、減圧手段８と不純物除去手段４１とを繋ぐラインには、バルブ４２が配設されている。そして、不純物除去手段４１には、水及び一酸化炭素を吸着・放出するとともに、水素を吸蔵・放出する水素吸蔵合金が収容され、水素貯蔵タンク１には水素吸蔵合金が収容されている。
【００４７】
１．４．１．水素充填時
図１３に示すように、水素供給装置４０の水素貯蔵タンク１へ水素を充填させる場合には、水素入口２ａから流入した水素が、不純物除去手段４１及び三方バルブ３１を経て（第１水素流路２を経て）、図１３にＡで示す方向へと流通し、水素貯蔵タンク１へと達する。そして、例えば、水素貯蔵タンク１に充填された水素の圧力が当該水素貯蔵タンク１の最大充填圧力になると、バルブ２ｘが閉じられ、図１３に示す水素流通形態が終了する。このように、水素充填時には、不純物除去手段４１によって、水素に含有される水及び一酸化炭素が除去されるとともに、当該不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。そして、不純物除去手段４１を経ることにより水及び一酸化炭素が除去された高純度の水素が、水素貯蔵タンク１へと供給される。それゆえ、水素供給装置４０によれば、代表的な不純物である水と一酸化炭素が除去された高純度の水素を水素貯蔵タンク１へと供給することができるので、水素貯蔵タンク１に収容された水素吸蔵合金の被毒を抑制することができる。さらに、水素供給装置４０によれば、水素貯蔵タンク１のみならず不純物除去手段４１にも水素貯蔵合金が収容されているので、水素供給装置３０よりも多量の水素を吸蔵・放出することが可能な、水素供給装置４０を提供することができる。
【００４８】
１．４．２．水素放出時（その１）
上述のように、水素貯蔵タンク１への水素供給は、水素貯蔵タンク１の水素圧が所定圧に到達すると終了する。水素貯蔵タンク１の水素圧が所定圧に達すると、第１水素流路２に存在する水素の圧力も、当該所定圧と同等程度になると考えられる。それゆえ、水素入口２ａから流入した水素を無駄なく活用する観点からは、第１水素流路２に存在する水素も、水素供給装置４０に接続される機器へと供給する事が好ましい。図１４は、水素充填終了後に第１水素流路２に残存する水素や不純物除去手段４１の水素吸蔵合金によって吸蔵された水素が、上記機器へ供給される際の形態を示しており、当該形態で水素供給装置４０が運転される場合には、図１４にＢで示す方向へ、水素が流通する。Ｂ方向へと水素が流通することにより、第１水素流路２内の水素や不純物除去手段４１の水素吸蔵合金に吸蔵された水素が機器へと供給されると、第１水素流路２及び不純物除去手段４１内の圧力が低下すると考えられる。ところが、不純物除去手段４１の水素吸蔵合金は、水や一酸化炭素との相互作用が、水素との相互作用よりも強いため、かかる圧力低下が生じても、吸着した水及び一酸化炭素は水素吸蔵合金から脱離しない。それゆえ、Ｂ方向へと流通する水素には、水及び一酸化炭素がほとんど含有されず、かかる形態であっても高純度の水素を機器へと供給することができる。
【００４９】
１．４．３．水素放出時（その２）
水素供給装置４０の水素貯蔵タンク１に充填された水素を取り出す際には、図１５に示すように、水素貯蔵タンク１に充填された水素が、三方バルブ３１を経て、図１５にＣで示す方向へと流通し、水素供給装置４０に接続された機器へ水素が供給される。Ｃ方向へ水素が流通している間、水素貯蔵タンク１から取り出された水素は、水素入口２ａと三方バルブ３１とによって挟まれた第１水素流路２へ流入しない。そのため、Ｃ方向へ水素を流通させている間に、バルブ４２を開くとともに減圧手段８を起動させることによって、又は、バルブ４２を開くとともに減圧手段８及び熱供給手段９を起動させることによって、不純物除去手段４１の水素吸蔵合金に吸着した水及び一酸化炭素を、減圧手段８を介して水素供給装置４０の外へと排出する回復処理を行うことができる。このように、水素供給装置４０によれば、水素貯蔵タンク１から水素を取り出している間に、不純物除去手段４１によって捕捉された不純物を取り除く回復処理を行うことが出来る。それゆえ、本発明によれば、回復処理を行いながら高純度の水素を取り出すことが可能であり、かつ、水素の吸蔵・放出量を増大させることが可能な、水素供給装置４０を提供することができる。
【００５０】
本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、第１水素流路２と第２水素流路３との接続点に設置された三方バルブ３１、すなわち、逆流防止手段としての機能及び水素流通手段としての機能を兼ね備える三方バルブ３１によって、図のＡ、Ｂ、又はＣ方向へ水素が流通するように制御される形態を例示したが、本発明の水素供給装置は当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給装置が採り得る他の形態としては、第２水素流路との接続点と不純物除去手段とによって挟まれた第１水素流路に第１バルブが、第２水素流路との接続点と水素貯蔵タンクとによって挟まれた第１水素流路に第２バルブが、第１水素流路との接続点と外部機器とによって挟まれた第２水素流路に第３バルブが、それぞれ備えられ、これら３つのバルブの動作を制御することにより、上記Ａ、Ｂ、又はＣ方向へ水素が流通するように制御される形態とすることも可能である。ただし、より簡易な構成で水素の流通方向を制御し得る形態とする等の観点からは、上記説明のように三方バルブ３１が備えられる形態とすることが好ましい。
【００５１】
本発明の水素供給装置１０、２０、３０、４０において、水素貯蔵タンク１に収容される水素貯蔵合金は、水素を吸蔵・放出し得る水素貯蔵合金であれば、特に限定されるものではなく、水や一酸化炭素によって被毒され難い水素吸蔵合金のほか、水や一酸化炭素によって被毒されやすい水素吸蔵合金も用いることができる。水や一酸化炭素によって被毒され難い水素吸蔵合金の具体例としては、ＬａＮｉ５等に代表される合金等を挙げることができる。一方、水や一酸化炭素によって被毒されやすい水素吸蔵合金の具体例としては、ＴｉＣｒＶ系の水素吸蔵合金等を挙げることができる。
【００５２】
また、本発明の水素供給装置１０、２０、３０において、水除去手段４ａに収容される吸着体は、水を吸着・放出可能であるとともに、水素との相互作用よりも水との相互作用の方が大きい多孔体であり、かつ、熱供給手段９によって加温された後の温度に耐え得る性質を有する物質であれば、特に限定されない。水除去手段４ａに収容され得る吸着体の具体例としては、活性炭のほか、モレキュラーシーブ等を挙げることができる。
【００５３】
また、本発明の水素供給装置１０、２０、３０において、一酸化炭素除去手段４ｂに収容される吸着体は、一酸化炭素を吸着・放出可能であるとともに、水素との相互作用よりも一酸化炭素との相互作用の方が大きい多孔体であり、かつ、熱供給手段９によって加温された後の温度に耐え得る性質を有する物質であれば、特に限定されない。一酸化炭素除去手段４ｂに収容され得る吸着体の具体例としては、合成ゼオライトや活性アルミナ等を挙げることができる。
【００５４】
また、本発明の水素供給装置４０において、不純物除去手段４１に収容される水素吸蔵合金は、水、一酸化炭素、及び、水素を吸着（吸蔵）・放出可能であるとともに、水素との相互作用よりも、水との相互作用及び一酸化炭素との相互作用の方が大きい多孔体であり、かつ、熱供給手段９によって加温された後の温度に耐え得る性質を有する物質であれば、特に限定されない。不純物除去手段４１に収容され得る水素吸蔵合金の具体例としては、ＬａＮｉ４．５Ａｌ０．５等を挙げることができる。
【００５５】
また、本発明の水素供給装置１０、２０、３０、４０において、減圧手段８は、吸着体に吸着された水や一酸化炭素を、当該吸着体から放出させる際に必要とされる圧力へと減圧させ得る手段であれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明において使用可能な減圧手段８の具体例としては、公知の真空ポンプ等を挙げることができる。
【００５６】
また、本発明の水素供給装置１０、２０、３０、４０において、熱供給手段９は、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂ、又は、不純物除去手段４１に捕捉された水及び一酸化炭素が放出され得る温度（水の場合：約１００℃以上、一酸化炭素の場合：約２００℃以上）へと、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂ、又は、不純物除去手段４１を加温可能な手段であれば、その形態は特に限定されるものではない。熱供給手段９が採り得る形態例としては、他の機器の廃熱を利用する形態のほか、ヒーターによって加熱する形態等を挙げることができる。本発明の水素供給装置１０、２０、３０、４０が、後述するように燃料電池車に搭載される場合には、当該燃料電池車の廃熱を、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂ、又は、不純物除去手段４１へと供給し得る形態とすることが好ましい。
【００５７】
２．燃料電池システム
２．１．第１実施形態
図１６は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システム１００の形態例を示す概念図である。図１６において、図８〜図１１と同様の構成を採るものには、図８〜図１１で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。また、図が煩雑になることを防止するため、図１６では、一部符号の記載を省略する。以下、図８〜図１１、及び、図１６を参照しつつ、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システム１００について説明する。
【００５８】
図１６に示すように、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システム１００は、複数の燃料電池セルを備えた燃料電池５０と、水素供給装置３０と、バルブ２ｘ、バルブ５、及び、三方バルブ３１（以下これらをまとめて「三方バルブ３１等」ということがある。）の動作等を制御する制御手段６０と、を備える。制御手段６０は、三方バルブ３１等の動作の制御を実行するＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１に対する記憶装置等を備えている。ＣＰＵ６１は、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ６１に対する記憶装置は、例えば、三方バルブ３１等の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ６２と、ＣＰＵ６１の作業領域として機能するＲＡＭ６３等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ６１が、ＲＯＭ６２に記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、燃料電池システム１００における制御手段６０が機能する。制御手段６０は、第１水素流路２に接続された圧力計７からの出力信号を受信可能な形態で備えられる。そして、圧力計７によって測定された圧力に関する出力信号は、入力ポート６４を介して、入力信号としてＣＰＵ６１へと到達する。ＣＰＵ６１は、上記入力信号、及び、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラム等に基づいて、出力ポート６５を介して、三方バルブ３１等に対する動作指令を制御する。
【００５９】
燃料電池システム１００では、燃料電池５０の運転開始前に、水素供給装置３０の水素貯蔵タンク１へ水素が充填され、例えば燃料電池５０の運転開始後に、水素供給装置３０から燃料電池５０へ水素が供給される。そのため、燃料電池５０の運転開始前には、ＣＰＵ６１によって水素が流入可能な形態に制御されたバルブ２ｘ、及び、ＣＰＵ６１によって水素をＡ方向へ流通させる状態に制御された三方バルブ３１を経て、水素入口２ａから水素貯蔵タンク１へ水素が供給される。そして、例えば、圧力計７によって測定された圧力が所定の値に達すると、ＣＰＵ６１からの動作指令に基づいて、バルブ２ｘが閉じられる。燃料電池システム１００では、例えば、このようにしてバルブ２ｘが閉じられた後に、水素供給装置３０から燃料電池５０へと水素が供給される。
【００６０】
燃料電池システム１００において、燃料電池５０の運転開始直後には、ＣＰＵ６１によって、三方バルブ３１が、水素をＢ方向へ流通させる状態に制御され、例えば、燃料電池５０の運転開始に必要とされる水素として、当該Ｂ方向へと流通する水素が利用される。ところが、Ｂ方向へと流通する水素は、第１水素流路２及び不純物除去手段４に存在していた水素であり、水素貯蔵タンク１へ充填された水素と比較すると、その量は少ない。それゆえ、Ｂ方向へ流通する水素のみでは、長時間に亘って燃料電池５０を運転することができない。そこで、燃料電池システム１００では、Ｂ方向へ水素を流通させている間に圧力計７によって測定された圧力が所定値まで低下すると、ＣＰＵ６１によって、三方バルブ３１の状態が、水素をＣ方向へ流通させる形態へと変更される。Ｃ方向へ流通する水素は、水素貯蔵タンク１に充填されていた水素であるため、かかる運転モードとすることにより、燃料電池５０の運転を長時間に亘って維持することができる。なお、水除去手段４ａに収容された吸着体と水素との相互作用は、当該吸着体と水との相互作用よりも弱く、一酸化炭素除去手段４ｂに収容された吸着体と水素との相互作用は、当該吸着体と一酸化炭素との相互作用よりも弱い。そのため、上記Ｂ方向へ水素を流通させても、水除去手段４ａや一酸化炭素除去手段４ｂから水や一酸化炭素が流出することはなく、Ｂ方向へ水素を流通させている間も、燃料電池５０へ高純度の水素を供給することができる。
【００６１】
水素がＣ方向へ流通している間、バルブ２ｘと三方バルブ３１によって挟まれた第１水素流路２には、水素貯蔵タンク１から放出された水素が流入せず、当該第１水素流路２に存在する流体も、第２水素流路３には流入しない。上述のように、燃料電池システム１００では、水素貯蔵タンク１へ水素を充填する際に、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂによって、水素に含有される水及び一酸化炭素を除去する。この除去は、水除去手段４ａに収容された吸着体に水を吸着させ、一酸化炭素除去手段４ｂに収容された吸着体に一酸化炭素を吸着させることにより行われる。ここで、吸着体へ吸着させた不純物の量が増大すると、吸着体の吸着性能が低下する。そのため、燃料電池システム１００では、水素がＣ方向へ流通している間に、吸着体から水及び一酸化炭素を取り除く「回復処理」を行う。具体的には、水素がＣ方向へ流通している間に、ＣＰＵ６１から動作指令を出力してバルブ５を開くとともに、減圧手段８を作動させ、さらに、熱供給手段９、９を作動させることにより、回復処理を行う。水除去手段４ａの吸着体に吸着された水は、減圧手段８によって圧力を低下させつつ、熱供給手段９によって１００℃程度の温度環境とすることにより、除去することが可能になると考えられる。また、一酸化炭素除去手段４ｂの吸着体に吸着された一酸化炭素は、減圧手段８によって圧力を低下させつつ、熱供給手段９によって２００℃以上の温度環境とすることにより、除去することが可能になると考えられる。このように、燃料電池システム１００によれば、燃料電池５０の運転前に吸着体に吸着された水及び一酸化炭素が、燃料電池５０の運転中に除去される。そのため、燃料電池５０の運転終了時までに、吸着体は吸着能を十分に発揮できる状態へと回復され、燃料電池５０の次の運転を開始する前に水素を充填する際には、十分な不純物除去性能を発揮し得る燃料電池システム１００とすることができる。
【００６２】
このように、本発明の燃料電池システム１００は、水素供給装置３０から燃料電池５０へ水素が供給され、燃料電池５０へと供給される水素は、水除去手段４ａ及び一酸化炭素除去手段４ｂによって、代表的な不純物である水及び一酸化炭素が取り除かれている。そして、燃料電池５０へ水素を供給している間に、回復処理を行うことができる。そのため、本発明によれば、回復処理を行いながら高純度の水素を燃料電池５０へ供給することが可能な、燃料電池システム１００を提供することができる。ここで、燃料電池５０に含有される触媒（燃料電池５０において生じる電気化学反応の触媒として機能する物質。燃料電池５０がＰＥＦＣである場合には、Ｐｔ等。以下同じ。）は、一酸化炭素によって被毒され、その触媒能が低下することがある一方、燃料電池システム１００によれば、代表的な不純物である一酸化炭素が取り除かれた水素が、燃料電池５０へと供給される。そのため、本発明によれば、上記効果に加え、触媒能の低下を抑制することにより高性能化を図ることが可能な、燃料電池システム１００を提供することができる。
【００６３】
２．２．第２実施形態
図１７は、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池システム２００の形態例を示す概念図である。図１７において、図１２〜図１６と同様の構成を採るものには、図１２〜図１６で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図１２〜図１７を参照しつつ、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池システム２００について説明する。
【００６４】
図１７に示すように、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池システム２００は、燃料電池５０と、水素供給装置４０と、バルブ２ｘ、バルブ４２、及び、三方バルブ３１（以下これらをまとめて「三方バルブ等」ということがある。）の動作等を制御する制御手段６０と、を備える。制御手段６０は、三方バルブ等の動作の制御を実行するＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１に対する記憶装置等を備えている。ＣＰＵ６１は、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ６１に対する記憶装置は、例えば、三方バルブ等の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ６２と、ＣＰＵ６１の作業領域として機能するＲＡＭ６３等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ６１が、ＲＯＭ６２に記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、燃料電池システム２００における制御手段６０が機能する。制御手段６０は、第１水素流路２に接続された圧力計７からの出力信号を受信可能な形態で備えられる。そして、圧力計７によって測定された圧力に関する出力信号は、入力ポート６４を介して、入力信号としてＣＰＵ６１へと到達する。ＣＰＵ６１は、上記入力信号、及び、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラム等に基づいて、出力ポート６５を介して、三方バルブ等に対する動作指令を制御する。
【００６５】
燃料電池システム２００では、燃料電池５０の運転開始前に、水素供給装置４０の不純物除去手段４１及び水素貯蔵タンク１へ水素が充填され、燃料電池５０の運転開始後に、水素供給装置４０から燃料電池５０へ水素が供給される。そのため、燃料電池５０の運転開始前には、ＣＰＵ６１によって水素が流入可能な形態に制御されたバルブ２ｘ、及び、ＣＰＵ６１によって水素をＡ方向へ流通させる状態に制御された三方バルブ３１を経て、水素入口２ａから不純物除去手段４１及び水素貯蔵タンク１へ水素が供給される。そして、例えば、圧力計７によって測定された圧力が所定の値に達すると、ＣＰＵ６１からの動作指令に基づいて、バルブ２ｘが閉じられる。燃料電池システム２００では、例えば、このようにしてバルブ２ｘが閉じられた後に、水素供給装置４０から燃料電池５０へと水素が供給される。
【００６６】
燃料電池システム２００において、燃料電池５０の運転開始直後には、ＣＰＵ６１によって、三方バルブ３１が、水素をＢ方向へ流通させる状態に制御され、例えば、燃料電池５０の運転開始に必要とされる水素として、当該Ｂ方向へと流通する水素が利用される。ここで、燃料電池システム２００では不純物除去手段４１に備えられる水素吸蔵合金にも水素を吸蔵させているので、燃料電池システム１００と比較して、当該Ｂ方向へ流通させることができる水素の量が多い。それゆえ、燃料電池システム２００によれば、当該Ｂ方向へ水素を流通させる形態を、燃料電池システム１００よりも長時間に亘って維持することができる。Ｂ方向へ水素を流通させる時間が増すにつれ、不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金が放出可能な水素量が低減していく。そのため、燃料電池システム２００では、Ｂ方向へ水素を流通させている間に圧力計７によって測定された圧力が、所定値にまで低下すると、ＣＰＵ６１によって、三方バルブ３１の状態が、水素をＣ方向へ流通させる形態へと変更される。Ｃ方向へ流通する水素は、水素貯蔵タンク１に充填されていた水素であるため、かかる運転モードとすることにより、燃料電池５０の運転を長時間に亘って維持することができる。なお、不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金と水素との相互作用は、当該水素吸蔵合金と水との相互作用や、当該水素吸蔵合金と一酸化炭素との相互作用よりも弱い。そのため、上記Ｂ方向へ水素を流通させても、不純物除去手段４１から水や一酸化炭素が流出することはなく、Ｂ方向へ水素を流通させている間も、燃料電池５０へ高純度の水素を供給することができる。
【００６７】
水素がＣ方向へ流通している間、バルブ２ｘと三方バルブ３１によって挟まれた第１水素流路２には、水素貯蔵タンク１から放出された水素が流入せず、当該第１水素流路２に存在する流体も、第２水素流路３には流入しない。上述のように、燃料電池システム２００では、水素貯蔵タンク１へ水素を充填する際に、不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金によって水及び一酸化炭素を吸着し、さらに、この水素吸蔵合金に水素も吸蔵させる。水素吸蔵合金に吸着させることができる水及び一酸化炭素の量には限界があるため、燃料電池５０の運転・停止を繰り返した場合であっても、長期間に亘って不純物除去性能を維持するには、水素吸蔵合金に吸着された水及び一酸化炭素を除去する必要がある。そこで、燃料電池システム２００では、水素がＣ方向へ流通している間に、不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金から水及び一酸化炭素を取り除く「回復処理」を行う。具体的には、水素がＣ方向へ流通している間に、ＣＰＵ６１から動作指令を出力してバルブ４２を開くとともに、減圧手段８を作動させ、さらに、熱供給手段９を作動させることにより、回復処理を行う。不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金から水及び一酸化炭素を除去するには、例えば、減圧手段８を作動させた状態で熱供給手段９を作動させることにより、不純物除去手段４１の温度を２００℃以上とすればよい。このように、燃料電池システム２００によれば、燃料電池５０の運転前に、不純物除去手段４１の水素吸蔵合金に吸着された水及び一酸化炭素が、燃料電池５０の運転中に、除去される。そのため、燃料電池５０の運転終了時までに、不純物除去手段４１の水素吸蔵合金は、水及び一酸化炭素の吸着能を十分に発揮できる状態へと回復され、燃料電池５０の次の運転を開始する前に水素を充填する際には、十分な不純物除去性能を発揮し得る燃料電池システム２００とすることができる。
【００６８】
このように、本発明の燃料電池システム２００は、水素供給装置４０から燃料電池５０へ水素が供給され、燃料電池５０へと供給される水素は、不純物除去手段４１によって、代表的な不純物である水及び一酸化炭素が取り除かれている。そして、燃料電池５０へ水素を供給している間に、回復処理を行うことができる。そのため、本発明によれば、回復処理を行いながら高純度の水素を燃料電池５０へ供給することが可能な、燃料電池システム２００を提供することができる。さらに、燃料電池システム１００とは異なり、燃料電池システム２００では不純物除去手段４１に収容された水素吸蔵合金にも水素を吸蔵させるので、システム全体として吸蔵可能な水素の総量を増大させることができる。それゆえ、かかる形態とすることにより、長時間に亘る運転を継続することが可能な、燃料電池システム２００を提供することができる。加えて、燃料電池システム１００と同様に、本発明によれば、上記効果に加え、触媒能の低下を抑制することにより高性能化を図ることが可能な、燃料電池システム２００とすることができる。
【００６９】
本発明の燃料電池システム１００、２００において、回復処理は、水素をＣ方向へ流通させている間に行われる限り、任意の時間に行うことができ、回復処理の時間も任意の時間とすることができる。本発明の燃料電池システム１００、２００が、二次電池を搭載した自動車（すなわち、燃料電池及び二次電池を搭載した燃料電池車）に備えられる場合、当該回復処理は、減速時等、エネルギーが余っている状態（二次電池に回生エネルギーをそれ以上蓄えられない状態）に、行うことが好ましい。このような時間帯に回復処理を行うことにより、回生エネルギーを、減圧手段８や熱供給手段９の起動に必要なエネルギーとして利用することができるので、高効率の燃料電池システム１００、２００を提供することが可能になる。
【００７０】
本発明の水素供給装置並びに燃料電池システムに関する上記説明では、減圧手段８及び熱供給手段９が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給装置及び燃料電池システムは、熱供給手段が備えられない形態とすることも可能であり、この場合、回復処理は、加熱せずに減圧する形態で行うことができる。ただし、吸着体又は水素吸蔵合金に吸着された水や一酸化炭素を容易に除去可能な形態とする観点からは、減圧しながら加熱される形態の回復処理を行うことが好ましい。それゆえ、水及び一酸化炭素の除去効率を向上させ得る形態の水素供給装置並びに燃料電池システムを提供するという観点からは、減圧手段及び熱供給手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置１０の形態例を概略的に示す概念図である。
【図２】水素供給装置１０の使用形態を示す概念図である。
【図３】水素供給装置１０の使用形態を示す概念図である。
【図４】第２実施形態にかかる本発明の水素供給装置２０の形態例を概略的に示す概念図である。
【図５】水素供給装置２０の使用形態を示す概念図である。
【図６】水素供給装置２０の使用形態を示す概念図である。
【図７】水素供給装置２０の使用形態を示す概念図である。
【図８】第３実施形態にかかる本発明の水素供給装置３０の形態例を概略的に示す概念図である。
【図９】水素供給装置３０の使用形態を示す概念図である。
【図１０】水素供給装置３０の使用形態を示す概念図である。
【図１１】水素供給装置３０の使用形態を示す概念図である。
【図１２】第４実施形態にかかる本発明の水素供給装置４０の形態例を概略的に示す概念図である。
【図１３】水素供給装置４０の使用形態を示す概念図である。
【図１４】水素供給装置４０の使用形態を示す概念図である。
【図１５】水素供給装置４０の使用形態を示す概念図である。
【図１６】第１実施形態にかかる本発明の燃料電池システム１００の形態例を概略的に示す概念図である。
【図１７】第２実施形態にかかる本発明の燃料電池システム２００の形態例を概略的に示す概念図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…水素貯蔵タンク
２…第１水素流路
２ａ…水素入口
２ｘ…バルブ
３…第２水素流路
４…不純物除去手段
４ａ…水除去手段
４ｂ…一酸化炭素除去手段
５…バルブ
６…バルブ（逆流防止手段）
７…圧力計
８…減圧手段
９…熱供給手段
１０…水素供給装置
１１…水素出口
１２…バルブ
２０…水素供給装置
２１…第３水素流路（水素流通手段）
２２…バルブ（水素流通手段）
３０…水素供給装置
３１…三方バルブ（水素流通制御手段）
４０…水素供給装置
４１…不純物除去手段
４２…バルブ
５０…燃料電池
６０…制御手段
１００…燃料電池システム
２００…燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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