DE69915557T2

DE69915557T2 - Behälter mit Wasserstoffabsorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69915557T2
Application number: DE69915557T
Authority: DE
Inventors: Hidehito Kubo; Nobuo Fujita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2019-09-25
Also published as: US6890490B1; JP2000100461A; CA2282985C; JP4213267B2; CA2282985A1; EP0989290B1; EP0989290A2; DE69915557D1; EP0989290A3

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Im herkömmlichen Stand der Technik ist es notwendig, wenn Wasserstoffgas, das durch Absorption oder Einschluss (bzw. Okklusion) in einem Wasserstoffabsorptionstank gelagert wird, aus dem Tank extrahiert und zu einer Brennstoffzelle zu führen ist, den Wasserstoffabsorptionstank unter Verwendung von warmem Wasser oder ähnlichem zu erwärmen, um Abgabewärme zur Abgabe von Wasserstoff aus einem Wasserstoffabsorptionsmaterial vorzusehen. Zum Beispiel wird in einem System, in dem Wasserstoffgas aus einem Wasserstoffabsorptionstank extrahiert und zu einer Brennstoffzelle zugeführt wird, die durch die Brennstoffzelle erzeugte Wärme verwendet, um ein in dem Wasserstoffabsorptionstank angeordnetes Wasserstoffabsorptionsmaterial zu erwärmen.
Überdies ist es notwendig, um sicherzustellen, dass der Wasserstoffgas erzeugende Druck bei dem Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffabsorptionstank abgegeben wird, gleich oder höher als der Referenzdruck einer Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (z. B. die Brennstoffzelle) sein wird, den Wasserstoffabsorptionstank auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, wenn er bei einer relativ niedrigen Temperatur oder so ähnlich ist.
In einer als Quelle der Antriebsenergie für ein Fahrzeug verwendeten Brennstoffzelle, ist es wichtig schnell Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle zu führen, um umgehend die Brennstoffzelle Energie bzw. Kraft erzeugen zu lassen. Jedoch, wenn der Wasserstoffabsorptionstank für die Zuführung von Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle eine niedrige Temperatur hat, z. B. wenn die Fahrzeugumgebungstemperatur niedrig ist, wird der Wasserstofferzeugungsdruck niedrig und die Menge des zu der Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffgases ist gering. In einem derartigen Fall gibt es die Gefahr einer ungenügenden Energieerzeugung und ebenfalls die Gefahr einer ungenügenden Wärmezufuhr von der Brennstoffzelle zu dem Wasserstoffabsorptionstank, welche in einer weiteren Verzögerung des Beginns der Energieerzeugung aus der Brennstoffzelle resultieren wird. Eine Verzögerung des Beginns der Energieerzeugung zu dem Zeitpunkt der Wasserstoffabgabe aus dem Wasserstoffabsorptionstank tritt ebenfalls auf, wenn Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffabsorptionstank zu einer anderen Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung als eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von Fahrzeugfahrenergie zugeführt wird.
Eine denkbare Maßnahme zur Verbesserung der vorher erwähnten Situation bei einer niedrigen Temperatur ist, ein Wasserstoffabsorptionsmaterial zu verwenden, dessen Wasserstoffproduktionsdruck bei niedriger Temperatur hoch ist. Wenn jedoch diese Maßnahme angewandt wird, wird der Wasserstoffproduktionsdruck zu hoch, nachdem die Brennstoffzelle in Betrieb genommen wurde, oder wenn die Umgebungstemperatur hoch ist. Daher erfordert diese Maßnahme einen Anstieg der Druckbeständigkeit des Wasserstoffabsorptionstanks und begrenzt die Auswahl der Wasserstoffabsorptionsmaterialien, die verwendet werden können.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. HEI 7-37598 schlägt vor, dass ein Glühdraht zu einem Wasserstoffabsorptionstank hinzugefügt wird, so dass der Wasserstoffabsorptionstank durch unter Strom setzen der elektrischen Heizvorrichtung (d. h. des Glühdrahts) erwärmt werden kann.
Jedoch hat die zusätzliche elektrische Erwärmung eines Wasserstoffabsorptionstanks signifikante Probleme bei der Sicherheit und dem Verbrauch an elektrischer Energie. Normalerweise ist die durch einen Glühdraht erzeugte Wärme bemerkenswert niedriger als die durch eine Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung, wie etwa eine Brennstoffzelle oder ähnliches, erzeugte. Daher beschleunigt die zusätzliche elektrische Erwärmung die Erwärmung einer Brennstoffzelle nur leicht, d. h. die Erwärmungsgeschwindigkeit wird nur leicht von dem Niveau erzielt ohne das zusätzliche elektrische Erwärmen erhöht.
Als eine weitere denkbare Maßnahme kann ein Brenner extern vorgesehen werden, der größere Wärmemengen als eine elektrische Heizvorrichtung erzeugt, so dass Verbrennungsgas aus dem Brenner verwendet wird, um einen Wasserstoffabsorptionstank zu erwärmen. Jedoch verursacht diese Maßnahme Probleme bei der Brennstofflagerungsanforderung, eine Verkomplizierung des Systems, einen Sicherheitsverlust, eine Verschlechterung der Wirksamkeit und ähnliches.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die hervorragend in der Energiespeicherung ist und ebenfalls hervorragend in ihrer Leistung bei der Inbetriebnahme bei niedriger Temperatur. Die vorherige Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs und der abhängigen Ansprüche erzielt, die weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren.
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung enthält eine Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung einen Wasserstoffabsorptionstank, der ein Wasserstoffabsorptionsmaterial enthält, das es Wasserstoffgas ermöglicht, in den Wasserstoffabsorptionstank von einer Außenseite davon sich zu bewegen und sich aus dem Wasserstoffabsorptionstank zu bewegen. Ein Gaskompressor wird zwischen dem Wasserstoffabsorptionstank und einer Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung angeordnet. Der Gaskompressor komprimiert Wasserstoffgas wenigstens auf einen vorbestimmten Referenzdruck der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung. Eine Umgehungsvorrichtung, die sich nur öffnet, wenn ein Wasserstofferzeugungsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks höher als der Referenzdruck ist, wird parallel mit dem Gaskompressor verbunden. Eine Steuerung betreibt den Gaskompressor, wie in Anspruch 1 definiert. Daher, wenn die Temperatur des Wasserstoffabsorptionstanks niedrig und der Wasserstoffgaserzeugungsdruck während eines frühen Zeitabschnitts des Wasserstoffabgabevorgangs niedrig ist, wird der Gaskompressor betrieben. Wenn die Temperatur des Wasserstoffabsorptionstanks danach auf eine ausreichend hohen Temperatur aufgrund der Normalisierung des Betriebs der Wasserstoffverbrauchsvorrichtung oder ähnliches ansteigt, wird der Gaskompressor gestoppt und Wasserstoffgas wird zu der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung über die Umgehungsvorrichtung geführt.
Bei diesem Aufbau wird zusätzliche Energie, zugeführt durch den Gaskompressor, während eines frühen Zeitabschnitts des Hochfahrens in der Form einer im wesentlichen adiabatischen thermischen Kompressionsarbeit des Wasserstoffgases zugeführt. Daher wird die benötigte Menge zusätzlicher Energie bemerkenswert gering im Vergleich mit einem herkömmlichen Aufbau, in welchem eine zusätzliche Energie durch eine elektrische Heizvorrichtung in der Form einer isobarischen Erwärmung von Wasserstoffgas zugeführt wird. Daher verhindert die Erfindung die Verschwendung gespeicherter Energie und verwirklicht Größen- und Gewichtsreduktionen einer Batterie bzw. eines Akkumulators.
Ein Zeitverzögerung zwischen der Inbetriebnahme des Gaskompressors und der Erzeugung von Wasserstoffgas bei einem notwendigen Druck ist signifikant kürzer als die Zeitverzögerung, die in einem Fall auftritt, wo die Temperatur des Wasserstoffabsorptionstanks durch eine elektrische Heizvorrichtung erhöht wird. Daher ist die erfindungsgemäße Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung insbesondere für ein System geeignet, das einen schnellen Start erfordert, z. B. ein elektrisches Fahrzeug.
Der Gaskompressor und ein primärer Motor (typischerweise ein Elektromotor), eingesetzt in einem erfindungsgemäßen Aufbau muss Wasserstoffgas nur während der Inbetriebnahme des Wasserstoffabsorptionstanks oder der Wasserstoffverbrauchsvorrichtung zuführen. Der Gaskompressor und der primäre Motor können für nur kurzzeitigen Betrieb ausgelegt werden. Weiterhin muss der Gaskompressor und der Motor keine dem Volllastbetrieb des Wasserstoffabsorptionstanks oder der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung entsprechende Kapazität haben. Daher sind Größenverminderungen des Gaskompressors und des Motors möglich. Es ist nicht notwendig, einen sehr starken Lastanstieg zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin ermöglicht es der erfindungsgemäße Aufbau für den Wasserstoffabsorptionstank einen notwendigen Wasserstoffgaserzeugungsdruck zu erzeugen und ermöglicht es ebenfalls, Wasserstoffgas über den Umgehungskanal zuzuführen. Daher eliminiert die Erfindung die Notwendigkeit den Gaskompressor zu betreiben, wenn der Wasserstoffabsorptionstank einen notwendigen Wasserstoffgaserzeugungsdruck erzeugt, welches unerwünscht ist und Energie verschwendet. Folglich erzielt die Erfindung eine hohe Wirksamkeit.
Die Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung kann eine Brennstoffzelle sein, von welcher Wärme zu dem Wasserstoffabsorptionstank zugeführt wird. Daher kann eine schnelle Inbetriebnahme der Brennstoffzelle ermöglicht werden. Die durch die Brennstoffzelle schnell erzeugte Wärmemenge kann verwendet werden, um den Wasserstoffabsorptionstank zu erwärmen, um die Inbetriebnahme des Wasserstoffabsorptionstanks zu beschleunigen. Weiterhin kann durch die Brennstoffzelle erzeugte Energie verwendet werden, um den Gaskompressor zu betreiben, so dass eine Batterie für die Energielagerung für einen vorübergehenden Betrieb des Gaskompressors in der Größe verringert werden kann.
Durch den Gaskompressor oder den Motor, der den Gaskompressor betreibt, erzeugte Wärme kann zu der Brennstoffzelle oder dem Wasserstoffabsorptionstank unter Verwendung eines Heizmediums zugeführt werden. Dieser Aufbau wird weiter die Inbetriebnahmeleistung verbessern.
Wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks aufgrund einer Abnahme der gelagerten Wasserstoffmenge in dem Wasserstoffabsorptionstank abnimmt, kann der Gaskompressor zum zusätzlichen unter Druck setzen des zu der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung zugeführten Wasserstoffgases betrieben werden. Dieser Aufbau erhöht den Nutzungsgrad (wirksame Wasserstoffabsorptionskapazität) des Wasserstoffabsorptionstanks.
Weiterhin, wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck einer Wasserstoffgaserzeugervorrichtung, die Wasserstoffgas zu dem Wasserstoffabsorptionstank führt, niedriger als der Wasserstoffabsorptionsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks ist, kann Wasserstoffgas, zugeführt von der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung zu dem Wasserstoffgasabsorptionstank, unter Druck gesetzt werden. Dieser Aufbau erhöht die Betriebsleistung des Gaskompressors.
Weiterhin, selbst wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung höher als der Wasserstoffgasabsorptionsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks ist, kann der Gaskompressor betrieben werden, so dass Wasserstoffgas in dem Wasserstoffabsorptionstank bei erhöhtem Druck absorbiert wird. Insbesondere während eines am Ende liegenden Zeitabschnitts der Absorption und der Lagerung des Wasserstoffabsorptionstanks kann Wasserstoffgas, erzeugt aus der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung durch den Gaskompressor unter Druck gesetzt und dann in den Wasserstoffabsorptionstank absorbiert und gelagert werden. Auf diese Art und Weise kann eine weiter erhöhte Menge von Wasserstoffgas in dem Wasserstoffabsorptionstank absorbiert und gelagert werden. Ferner kann während eines anfänglichen Zeitabschnitts (während der Inbetriebnahme) der nachfolgenden Wasserstoffgasabgabe aus dem Wasserstoffabsorptionstank zu der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung, ausreichend Hochdruckwasserstoffgas abgegeben werden, selbst wenn die Temperatur niedrig ist. Daher kann die Inbetriebnahme des Wasserstoffabsorptionstanks und der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung weiter beschleunigt werden.
Ferner, wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung, die Wasserstoffgas zu dem Wasserstoffabsorptionstank führt, niedriger als der Referenzdruck der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung ist (z. B. während der Inbetriebnahme der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung oder ähnlichem), kann Wasserstoffgas zugeführt aus der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung zu der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung unter Druck gesetzt werden. Dieser Aufbau verbessert die Betriebsleistung des Gaskompressors.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht notwendiger Weise alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung ebenfalls in einer Unterkombination der beschriebenen Merkmale bestehen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Elemente darzustellen und worin:
die 1 ein systematisches Diagramm einer Wasserstoffgasleitung ist, die eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung darstellt;
die 2 stellt die Temperatur-Gleichgewichtsdruckeigenschaften eines in ersten Ausführungsformen verwendeten Wasserstoffabsorptionslegierungspulvers dar;
die 3 ist ein Diagramm einer Wasserstoffgasleitung, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung darstellt; und
die 4 ist ein Diagramm einer Wasserstoffgasleitung, die eine dritte Ausführungsform der Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung der Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ausführlich hiernach mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 ist ein Systemdiagramm einer Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, welche insbesondere eine Wasserstoffgasflussführung darstellt.
Mit Bezug auf die 1 enthält ein Wasserstoffabsorptionstank 1 ein Wasserstoff absorbierendes Legierungspulver. Der Wasserstoffabsorptionstank 1 ist mit einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle 2 und einem Radiator 3 durch Leitungen verbunden. Kühlwasser, d. h. ein Heizmedium, zirkuliert zwischen dem Wasserstoffabsorptionstank 1, der Brennstoffzelle 2 und dem Radiator 3 unter Verwendung von Ventilen und einer Umwälzpumpe (nicht gezeigt). Während eines herkömmlichen Energieerzeugungsbetriebs wird durch die Brennstoffzelle 2 erzeugte Wärme zu dem Wasserstoffabsorptionstank 1 zugeführt, um Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffabsorptionstank 1 zu erzeugen oder abzugeben, und eine Überschussmenge an Wärme wird durch den Radiator 3 abgegeben.
Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffabsorptionstank 1 wird zu einem Kompressionskanal P über ein Steuerventil 4 und ebenfalls zu einem Umgehungskanal B über ein Steuerventil 5 zugeführt. Der Kompressionskanal P ist mit einem Kompressor 6 für die Komprimierung von Wasserstoffgas versehen, das aus dem Steuerventil 4 fließt und einem Absperrventil 7, vorgesehen an einer Ausstoßseite des Kompressors 6 zur Verhinderung des Rückflusses von Wasserstoffgas. Der Umgehungskanal B ist mit einem Absperrventil 8 zur Verhinderung des Rückflusses von Wasserstoffgas versehen. Nachdem der Druck des Wasserstoffgases aus dem Kompressionskanal P oder dem Umgehungskanal B durch ein Druckeinstellventil 9 eingestellt wird, wird Wasserstoffgas zu einer Anode der Brennstoffzelle 2 eingebracht.
Der Kompressor 6 wird durch einen Kompressor in geschlossener Bauweise gebildet, der einen eingebauten Motor M hat. Der Kompressor 6 hat ein hohes Kompressionsverhältnis. Das heißt, der Kompressor 6 kann eine Kompression bis oder oberhalb eines Referenzdrucks der Brennstoffzelle 2 (0,2 MPa in dieser Ausführungsform) erzielen, selbst wenn der Wasserstoffabsorptionstank 1 sehr kalt ist.
Eine Steuerung 10 steuert die Steuerventile 4, 5 und steuert ebenfalls den Betrieb des Motors M, angeordnet innerhalb des Kompressors 6. Ein Druckmessfühler 11 erfasst den Druck in dem Wasserstoffabsorptionstank 1. Ein Temperaturmessfühler 12 erfasst die Temperatur des Wasserstoffabsorptionstanks 1.
Die 2 ist eine grafische Darstellung, welche die Temperatur-Gleichgewichtsdruckeigenschaften von Wasserstoff absorbierenden Legierungspulver, enthalten in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 darstellt. In der 2 stellt eine Linie ABS eine Temperatur-Gleichgewichtsdruckeigenschaft dar, welche aufgewiesen wird, wenn Wasserstoff absorbiert oder eingeschlossen wurde, und eine Linie DES stellt eine Temperatur-Gleichgewichtsdruckeigenschaft dar, aufgewiesen, wenn Wasserstoff abgegeben wurde. Die Grafik der 2 zeigt auf, dass der Gleichgewichtsdruck niedriger als der Referenzdruck 0,2 MPa der Brennstoffzelle 2 etwa bei oder unterhalb 0°C wird. In dieser Ausführungsform wird der Kompressor 6 betrieben, wenn die Temperatur während einer Inbetriebnahme niedriger als 5°C ist (der Gleichgewichtsdruck ist niedriger als etwa 0,3 MPa) wobei ein Temperaturabfall des Wasserstoff absorbierenden Legierungspulvers aufgrund der Wasserstoffgasabgabewärme in Betracht gezogen wird.
Ein Steuerungsvorgang der Brennstoffzellenvorrichtung, die den Wasserstoffabsorptionstank enthält, die durch die Steuerung 10 durchgeführt wird, wird beschrieben. Da der Steuerungsvorgang einfach ist, wird kein Flussdiagramm des Steuerungsvorgangs zur Verfügung gestellt. Die Steuerungsventile 4, 5 sind aus Sicherheitsgründen geschlossen, bevor das System betrieben wird. Beim Vorgang der Inbetriebnahme werden die Ventile 4, 5 geöffnet.
Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung erfasst der Druckmessfühler 11 den Druck des Wasserstoffabsorptionstanks 1 und die Steuerung 10 bestimmt, ob der erfasste Druck gleich oder weniger als 0,3 MPa ist. Wenn der erfasste Druck gleich oder weniger als 0,3 MPa ist, betreibt die Steuerung 10 den Kompressor 6. Der Druck des komprimierten Wasserstoffgases wird auf den Referenzdruck 0,2 MPa der Brennstoffzelle 2 durch das Druckeinstellventil 9 eingestellt. Dann wird Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle 2 zugeführt. Gleichzeitig wird Luft mit dem gleichen Druck zu einer Kathode der Brennstoffzelle 2 zugeführt, so dass die Brennstoffzelle 2 betrieben wird.
Danach wird das von der Brennstoffzelle 2 zu dem Wasserstoffabsorptionstank 1 zugeführte Heizmedium auf eine hohe Temperatur aufgrund eines Temperaturanstiegs der Brennstoffzelle 2 erwärmt, so dass das Heizmedium das in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 angeordnete Wasserstoffabsorptionslegierungspulver erwärmt. Dann wird der Wasserstoffgasabgabedruck des Wasserstoffabsorptionstanks 1 gleich oder höher als 0,2 MPa und neigt zu steigen, so dass Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle 2 über das Absperrventil 8 des Umgehungskanals B zugeführt wird.
Wenn der Wasserstoffgasabgabedruck gleich oder höher als 0,25 MPa ist und nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeitspanne, die dem Startvorgang folgt, zu steigen neigt, stoppt die Steuerung 10 den Kompressor 6.
Durch diesen Steuerungsvorgang kann die Brennstoffzelle 2 schnell in Betrieb genommen werden, während die Menge der zu dem System zugeführten zusätzlichen Energie minimiert wird.
In dieser Ausführungsform wird der von dem Wasserstoffabsorptionstank 1 zugeführte Wasserstoffdruck durch den Kompressor 6 erhöht, wenn der Druck niedriger als ein vorbestimmter Druck ist. Der Fall, wo der Druck in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 niedriger als der vorbestimmte Druck ist, enthält einen Fall, in dem die Menge von in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 gelagerten Wasserstoff gering geworden ist.
Eine zweite Ausführungsform wird mit Bezug auf die 3 beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat einen Aufbau ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform gezeigt in der 1, aber ist so aufgebaut, dass ein Heizmedium aus einem Wasserstoffabsorptionstank 1 den Kompressor 6 und den Motor M kühlt.
Daher ist die zweite Ausführungsform in der Lage, die Überhitzung des Kompressors 6 und des Motors M zu verhindern, und gute zusätzliche Erwärmung des Wasserstoffabsorptionstanks 1 zu erzielen.
Ein Referenzbeispiel wird mit Bezug auf die 4 beschrieben.
Das Referenzbeispiel ist ähnlich der ersten Ausführungsform aber unterscheidet sich wie folgt. Das heißt, ein Wasserstoffgaserzeuger 13, der Wasserstoffgas durch Reformierung von Ethanol erzeugt, wird zu dem in der 1 gezeigten Aufbau hinzugefügt. Der Wasserstoffgaserzeuger 13, ein Wasserstoffabsorptionstank 1 und eine Brennstoffzelle 2 sind mit einer Einlassleitung eines Kompressors 6 über Steuerventile 14, 15 bzw. 17 verbunden. Der Wasserstoffabsorptionstank 1 und die Brennstoffzelle 2 sind ebenfalls einer Auslassleitung des Kompressors 6 über Steuerventile 16 bzw. 18 verbunden.
Der Betrieb dieses Wasserstoffgaserzeuger-Wasserstoffabsorptionstank-Brennstoffzellen-Systems wird beschrieben werden.
Die Fluidströmung in und außerhalb des Wasserstoffabsorptionstanks 1, der Brennstoffzelle 2 und des Wasserstoffgaserzeugers 13 werden nur in Bezug auf Wasserstoffgas beschrieben und werden nicht in Bezug auf andere Fluide beschrieben.
Wenn die durch den in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 vorgesehenen Temperaturmessfühler 12 erfasste Temperatur niedrig ist, bestimmt die Steuerung 10, dass der Wasserstoffabsorptionstank 1 eine niedrige Temperatur hat, und das ist ein Fall in dem der Wasserstoffgasdruck in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 niedriger als ein vorbestimmter Druck ist. In diesem Fall werden die Steuerventile 15, 18 geöffnet und die Steuerventile 14, 16, 17 werden geschlossen und der Kompressor 6 wird betrieben, wodurch der Druck von aus dem Wasserstoffabsorptionstank 1 erzeugten Wasserstoffgas wie in der ersten Ausführungsform erhöht wird.
Wenn die Steuerung 10 bestimmt, dass der Wasserstoffabsorptionstank 1 eine hohe Temperatur hat, das heißt, wenn der Wasserstoffgasdruck in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 höher als ein vorbestimmter Druck ist, werden die Steuerventile 15, 17 geöffnet und die Steuerventile 14, 16, 18 werden geschlossen; alternativ werden die Steuerventile 16, 18 geöffnet und die Steuerventile 14, 15, 17 werden geschlossen. Der Kompressor 6 wird dann gestoppt. Daher wird Wasserstoffgas erzeugt von dem Wasserstoffabsorptionstank 1 zu der Brennstoffzelle 2 ohne komprimiert zu werden zugeführt.
Wenn die Steuerung 10 bestimmt, dass die Temperatur nachgewiesen durch einen Temperaturmessfühler (nicht gezeigt), vorgesehen in dem Wasserstoffgaserzeuger 13, höher als ein vorbestimmter Wert ist, das heißt wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck in dem Wasserstoffgaserzeuger 13 höher als ein vorbestimmter Druck ist, werden die Steuerventile 14, 15 geöffnet und die Steuerventile 16, 17, 18 werden geschlossen, um Wasserstoffgas erzeugt durch den Wasserstoffgaserzeuger 13 in dem Wasserstoffabsorptionstank durch Absorption oder Einschluss zu lagern.
Wenn die Steuerung 10 bestimmt, dass die Temperatur des Wasserstoffgaserzeugers 13 niedriger als der vorbestimmte Wert ist, das heißt wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck in dem Wasserstoffgaserzeuger 13 niedriger als der vorbestimmte Druck ist, werden die Steuerventile 14, 16 geöffnet, um Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffgaserzeuger 13 in dem Wasserstoffabsorptionstank 1 zu lagern. Der Kompressor 6 wird betrieben, um Wasserstoffgas mit erhöhter Temperatur in den Wasserstoffabsorptionstank zu führen.
Um die Brennstoffzelle 2 mit Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffgaserzeuger 13 in einem Fall in dem die Temperatur des Wasserstoffgaserzeugers 13 hoch ist zu versorgen, werden die Steuerventile 14, 17 geöffnet und die Steuerventile 14, 16, 18 werden geschlossen.
Wenn die Temperatur des Wasserstoffgaserzeugers 13 niedrig ist, das heißt, wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck niedrig und der Referenzdruck der Brennstoffzelle 2 niedrig ist, werden die Steuerventile 14, 18 geöffnet, um so Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffgaserzeuger 13 zu der Brennstoffzelle 2 zu führen. Der Kompressor 6 wird betrieben, um unter Druck gesetztes Wasserstoffgas zu der Brennstoffzelle 2 zu führen.
Der Wasserstoffgaserzeuger 13 kann mit einem Druckmessfühler (nicht gezeigt) anstelle des Temperaturmessfühlers versehen werden. In diesem Fall kann der Betrieb des Kompressors 6 durch Erfassen des Wasserstoffgaserzeugungsdrucks in dem Wasserstoffgaserzeuger 13 bestimmt werden.
In diesem Referenzbeispiel kann Wasserstoffgas unter Verwendung des Kompressors 6 nicht nur zum Zeitpunkt eines Niedertemperaturstarts des Wasserstoffabsorptionstank 1 bewegt werden, sondern ebenfalls in anderen Fällen. Daher wird die Leichtigkeit der Verwendung verbessert und die Energiewirksamkeit steigt an.
Die Steuerung (Steuerung 10) kann als ein programmierter Computer für allgemeine Zwecke eingefügt werden. Es wird durch die Fachleute verstanden werden, dass die Steuerung eingesetzt werden kann unter Verwendung eines einzelnen integrierten Schaltkreises mit speziellem Zweck (zum Beispiel ASIC) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für die gesamte Steuerung auf Systemebene, und mit getrennten Abschnitten, bestimmt zur Durchführung verschiedener spezifischer Berechnungen, Funktionen und anderer Prozesse unter Steuerung des zentralen Prozessorabschnitts. Die Steuerung kann eine Mehrzahl von getrennten dedizierten oder programmierbaren integrierten oder anderer elektronischer Schaltkreise oder Vorrichtungen sein (zum Beispiel fest verdrahtete elektronische oder logische Schaltkreise, wie etwa diskrete Elementschaltkreise oder programmierbare logische Vorrichtungen, wie etwa PLD, PLA, PAL oder ähnliche). Die Steuerung kann eingesetzt werden unter Verwendung eines in geeigneter Weise programmierten Computers für allgemeine Zwecke, zum Beispiel einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder anderer Prozessorvorrichtungen (CPU oder MPU) entweder alleine oder in Verbindung mit einer oder mehreren peripheren (zum Beispiel integrierten Schaltkreisen) Daten und Signalverarbeitungsvorrichtung(en). Im Allgemeinen kann jede Vorrichtung oder Anordnung von Vorrichtungen auf welcher ein endlicher Automat, der die hierin beschriebenen Prozesse durchführen kann, als die Steuerung verwendet werden. Eine verbreitete Prozessierungsarchitektur kann für maximale Daten/Signalverarbeitungsfähigkeit und -geschwindigkeit verwendet werden.
Während die vorliegende Erfindung im Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben wurde, muss verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen oder Aufbauten beschränkt ist. Im Gegenteil beabsichtigt die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen zu schützen.
Ein Gaskompressor (6) und eine Umgehung (B, 8) die den Gaskompressor (6) umgeht, werden zwischen einem Wasserstoffabsorptionstank (1) und einer Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2), wie zum Beispiel eine Brennstoffzelle, vorgesehen. Wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck während einem anfänglichen Zeitabschnitt des Wasserstoffgasabgabevorgangs des Wasserstoffabsorptionstanks (1) niedrig ist, wird der Gaskompressor (6) betrieben. Wenn der Wasserstoffgaserzeugungsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks (1) ausreichend hoch aufgrund der Normalisierung des Betriebs der Brennstoffzelle oder ähnliche wird, wird der Gaskompressor (6) gestoppt und Wasserstoffgas wird zu der Brennstoffzelle über die Umgehung (B, 8) zugeführt.

Claims

Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung mit: einem Wasserstoffabsorptionstank (1) der ein wasserstoffabsorbierendes Material enthält, das Wasserstoffgas ermöglicht sich von außerhalb in den Wasserstoffabsorptionstank und sich aus dem Wasserstoffabsorptionstank heraus zu bewegen; und einem Gaskompressor (6), angeordnet zwischen dem Wasserstoffabsorptionstank (1) und einer Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2), wobei der Gaskompressor die Wasserstoffgasausgabe aus dem Wasserstoffabsorptionstank (1) wenigstens auf einen vorbestimmten Referenzdruck der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2) komprimiert, gekennzeichnet dadurch, dass sie ferner umfasst: eine Umgehungseinrichtung (B, 8), die sich nur öffnet, falls ein Wasserstofferzeugungsdruck des Wasserstoffabsorptionstank (1) höher als ein vorbestimmter Referenzdruck ist, wobei die Umgehungseinrichtung zwischen dem Wasserstoffabsorptionstank (1) und der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2) parallel zu dem Gaskompressor (6) verbunden ist; und einer Steuerung (10), die den Gaskompressor (6) auf der Grundlage der Temperatur und des Wasserstoffgaserzeugungsdrucks des Wasserstoffabsorptionstanks (1) steuert, und die bei der Startenergieerzeugung den Gaskompressor (6) steuert, um die Wasserstoffgasausgabe aus dem Wasserstoffabsorptionstank wenigstens auf den vorbestimmten Referenzdruck zu komprimieren, falls der Wasserstoffabsorptionstank (1) eine niedrige Temperatur und der Wasserstoffgaserzeugungsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks (1) niedriger als der vorbestimmte Referenzdruck ist.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffabsorptionstank (1) einen Temperaturmessfühler (12) hat, und die Steuerung (10) auf der Grundlage einer durch den Temperaturmessfühler (12) erfassten Temperatur bestimmt, ob der Wasserstoffgaserzeugungsdruck niedriger als der vorbestimmte Referenzdruck ist.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffabsorptionstank (1) einen Druckmessfühler (11) hat, und die Steuerung (10) auf der Grundlage eines durch den Druckmessfühler (11) gemessenen Drucks bestimmt, ob der Wasserstofferzeugungsdruck niedriger als der vorbestimmte Referenzdruck ist.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2) eine Brennstoffzelle (2) enthält, von der Wärme zu dem Wasserstoffabsorptionstank (1) zugeführt wird, und die Steuerung (10) den Gaskompressor (6) während einer anfänglichen Zeitspanne des Betriebs der Brennstoffzelle steuert.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer des Gaskompressors (6) und eines Motors, der den Gaskompressor betreibt, zu wenigstens einer der Brennstoffzelle (2) und dem Wasserstoffabsorptionstank (1) durch einen Heizmediumumwälzkanal verbunden ist, in welchem ein Heizmedium umgewälzt wird, und wobei wenigstens eine der Brennstoffzelle (2) und des Wasserstoffabsorptionstanks (1) durch das Heizmedium erwärmt wird, das durch wenigstens einen des Gaskompressors (6) und des Motors, der den Gaskompressor betreibt, erwärmt wird.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (10) den Gaskompressor (6) betreibt, falls eine in dem Wasserstoffabsorptionstank (1) gelagerte Wasserstoffmenge gesunken ist und der Wasserstoffgaserzeugungsdruck des Wasserstoffabsorptionstanks (1) gesunken ist.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Wasserstofferzeuger umfasst, der Wasserstoffgas zu dem Wasserstoffabsorptionstank (1) zuführt, wobei falls ein Wasserstofferzeugungsdruck des Wasserstofferzeugers niedriger als ein vorbestimmter Druck ist, die Steuerung (10) unter Verwendung des Gaskompressors (6) den Druck des von dem Wasserstofferzeuger zu dem Wasserstoffabsorptionstank (1) zugeführten Wasserstoffgases steigert.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Wasserstofferzeuger umfasst, der Wasserstoffgas zu der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2) zuführt, wobei falls ein Wasserstoffgaserzeugungsdruck der Wasserstoffgaserzeugungsvorrichtung niedriger als der Referenzdruck der Wasserstoffgasverbrauchsvorrichtung (2) ist, die Steuerung (10) unter Verwendung des Gaskompressors (6) den Druck des von dem Wasserstoffgaserzeuger zu der Wasserstoffverbrauchsvorrichtung (2) zugeführten Wasserstoffgases steigert.
Wasserstoffabsorptionstankvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungseinrichtung (B, 8) einen Umgehungskanal (B), der den Gaskompressor umgeht, und ein in dem Umgehungskanal vorgesehenes Ventil (8) enthält, wobei das Ventil bei einem vorbestimmten Druck geöffnet werden kann.