专利名称：使用储氢罐的方法和储氢罐的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用储氢罐的方法和一种储氢罐，特别涉及一种 适用于燃料电池系统的、使用储氢罐的方法以及储氢罐，所述燃料电 池系统从内置有氩吸存材料的储氢罐向燃料电池供给氢并且使用用于 燃料电池的冷却水加热氢吸存材料。
背景技术：
氢能作为一种清洁能源形式，与太阳热能一样，已经引起了关注。 使用被称为"氩吸存合金"的金属来储存和运输氢也已经引起了关注. 这种"氢吸存合金"在一定温度和一定压力下吸存氢从而变成氢化物， 并且在需要氢时，在另一温度和不同的压力下释放出氢.因此，对使 用氢吸存合金供给氢的氢发动机和燃料电池汽车，以及利用氢吸存合 金吸存或释放氩时的放热和吸热的热泵，都已进行了研究。
在将氢吸存合金用于储氢罐的情况下，使用氩吸存合金的状态通 常是在具有氢入口和出口的储罐中充满该合金的粉末。当吸存和释放 氢的时候，氢吸存合金会大幅膨胀和收缩，因此，即使在填充储氢罐 时使用的粉末粒径很大，在反复进行氢的吸存和释放后，最终粉末也 会变得很细小。粉末形式的氢吸存合金没有流动性，难以在储氢罐之 内移动，因此，当粉末形式的氢吸存合金在储罐内吸存氢而膨胀的时 候，会对储罐施加高的局部压力，使得储罐的寿命变短.为了防止这 样对储氢罐施加压力，通常储氢罐必须具有空隙，该空隙相对于储氢罐内容积的体积比为40%到60%。本领域的技术人员已经认识到这些 空隙是空间的浪费，最好用于吸存氢，并且认为它是储氢罐内储存的 氢密度不能增加的原因.在本说明书中，氢吸存合金的体积不是基于 氢吸存合金的体积密度，而是基于氢吸存合金的真密度。
为了解决这种问题，提出了具有氢吸存合金并且空隙充满氢的储 氢罐(见专利文献l).根据该文献，填充空隙的氢压力在放置上述储罐的温度下超过了上述氢吸存合金的氢的平稳压力。另外，认为填充储 氢罐的氬压力为25 MPa到50 Mpa是优选的.氢吸存合金吸存氢时的反应为放热反应，而氢吸存合金释放氢时
的反应为吸热反应，因此，必须加热氢吸存合金，以使得氢吸存合金 平稳地释放氢。另外，有多种类型的燃料电池，其中固体聚合物型燃料电池适合 用于汽车，因为用于汽车的燃料电池需要小型化和高输出。固体聚合物型燃料电池在一定温度下高效发电(例如，80TC附近).燃料电池发电 的反应为放热反应，因此，必须冷却燃料电池，以防止发电时燃料电 池的温度上升超过上述温度。因此，燃料电池具有冷却回路，其中冷 却剂(热介质)的循环方式使得热介质通过燃料电池时吸收热量，冷却燃 料电池，而热介质通过散热器时散热器释放热量到外部，从而冷却热 介质。因此，当用于燃料电池的热介质被用来加热氬吸存合金时，没 必要给燃料电池和氢吸存合金单独设置用于热介质的驱动系统，因此 可以使得系统小型化，例如可以调节冷却燃料电池后温度变高了的热 介质向氢吸存合金供给的量，从而将氢吸存合金释放的氢量控制为所 需要的量。专利文献1:日本特开2004 - 108570号公报当对储氢罐填充氢气的时候，为了缩短用氬填充储罐需要的时 间，将氢吸存合金冷却，是在填充温度比较低的状态下用氢填充储罐， 也就是说，在填充温度低于冷却燃料电池后的热介质温度的状态下进 行填充。在氢吸存合金的性能方面，已知当平衡压力(离解压力)表示为 P而温度(绝对温度)表示为T时，在很宽的温度T范围内，P的自然对 数函数lnP与1/T成线性比例关系，并且一般来说温度越高，平衡压力 就越高。例如，可以表示为组成式Ti^Ci^MnM的氢吸存合金的离解压 力，在101C时为大约2 MPa，而在80"C时为大约12 MPa.氢吸存合 金在6 Mpa的压力下填充氢气，该压力不低于氢吸存金属在10TC时的 离解压力。因此，若使用带有该氢吸存合金的储氢罐供给氢给燃料电 池的燃料电池系统构造成，用已供燃料电池的冷却使用了的热介质加 热氢吸存合金，则在储罐完全充满氢或者接近充满氩的状态下热介质 循环系统变得异常时，存在储氢罐的内部压力变成储罐填充氢气的压 力的大约两倍的危险。当循环系统如上所述变得异常时，可能是热介 质循环路径中设置的阀变得异常，用于测定氢吸存合金是否被加热以 及氢是否被释放的传感器变得异常，控制装置失去控制，泵驱动马达
无法停止等.例如，在通过填充站控制氢的压力使得对储罐填充氢气的压力不 会超过允许值的状态下，对储氢罐填充氢气。但是，在储罐充满氢的 状态下由于故障而使得已经冷却了燃料电池的热介质持续流入储氢罐 的情况下，氢吸存合金中吸存的大部分氢将被释放。在氢吸存合金占储氩罐内部体积的50%并且填充了氢的空隙占储罐内部体积的剩余 50%,且氢吸存合金吸存了与空隙中包含的氢相同量的氢的情况下， 当801C的热介质持续流入储罐时，被氢吸存合金吸存的氢的几乎100% 都将被释放.因此，在空隙中将存在填充时的两倍的氢，储氢罐的内 部压力变为储罐填充氬气时的压力的两倍(例如，当储罐在6MPa压力 下填充氢气时为12MPa).因此，当根据现有技术设计储氢罐时，若仅仅通过将储罐填充氢 气的压力乘以系数来设定储罐容许压力，则必须采用考虑了高安全系 数的值作为上述系数，结果会导致下述问题，即，给储氢罐设计了比 所需程度更大的耐压能力，并且会妨碍储氢罐重量的降低.发明内容本发明的第一目的是提供一种使用储氢罐的方法，即使在冷却燃 料电池后的热介质持续加热氢吸存合金的情况下，该储罐的压力也不 会超过用氢填充储罐时储氢罐的内部压力，并且它易于设定储氢罐的 容许压力.另外，第二目的是提供一种适于应用上述使用储氢罐的方 法的储氢罐。为了实现上述第一目的，本发明的一个方面提供了一种在从内置 有氢吸存材料的储氢罐提供氢给燃料电池的燃料电池系统中使用储氢 罐的方法。当从所述氢吸存材料释放氢时，燃料电池系统使用冷却所 述燃料电池后的热介质加热氢吸存材料。在不低于所述燃料电池稳定 工作时所述热介质达到的最高温度的温度下，并且在不低于所述氢吸 存材料的平衡压力的压力下，对所述储氢罐填充氢气。在低于所述填 充完成时氢吸存材料的温度的温度下，从所述氢吸存材料释放氢。"燃 料电池稳定工作时"，是指完成燃料电池的预热运转并且燃料电池内 的温度已充分升高的状态，根据本发明的这一方面，即使在尽管没必要加热氢吸存材料，但 因为热介质的循环系统变得异常从而氢吸存材料持续被冷却燃料电池
后的热介质加热时，储氢罐内的压力也不会超过用氢填充储罐时储氢 罐的内部压力。因此，在设计储氢罐时易于设定该储氢罐的容许压力。 根据这种使用储氢罐的方法，氢吸存材料达到的最高温度不低于 下述温度，该温度是指在随着用氢填充所述储氢罐，由于氢吸存材料 放出的热量而产生温度增加时，所述热介质在所述燃料电池稳定工作 时达到的最高温度。在储氢罐中，当对储氢罐填充氢气时，氢吸存材 料的温度升高，而且例如由于冷却装置的冷却而会使得氢吸存材料的 温度变化，但在这种情况下，设计储氢罐时容易设定储氢罐的容许压 力。为了实现上述笫二目的，本发明的另一个方面提供了一种储氢 罐，其中包括氢吸存材料，并且具有热介质的流动路径，该热介质用 于与所述氢吸存材料进行热交换，该储氢罐中，以不低于所述氢吸存 材料在下述温度下的平衡压力的压力，对储罐填充氢气，所述温度是 指热介质在冷却燃料电池后的热介质经所述流动路径流动的状态下使 用时所达到的最高温度.根据本发明的该方面，在下述燃料电池系统中使用储氢罐，该燃 料电池系统提供氢给燃料电池，并且在从氢吸存材料释放氢时使用冷 却所述燃料电池后的热介质加热氢吸存材料，这种情况下，即使在储 氢罐中的氢不提供燃料电池的状态下冷却燃料电池后的热介质被持续 供给给储氢罐，储氢罐的内部压力也不会超过对储罐填充氢气时的压 力.因此，在设计储氢罐时易于设定储氢罐中的容许压力。在该储氢罐中，所述氢吸存材料可以是下述氢吸存材料，该氢吸 存材料在进行所述填充时的温度下的平衡压力基本上等于进行填充时的氢压力。当平衡压力(离解压力)表示为P而温度(绝对温度)表示为T 时，氢吸存合金的ln P和1/T为线形比例关系。因此，在上述填充时 的温度(例如80TC)下平衡压力基本上等于填充时的压力的情况下，储 氢罐的内部压力例如在大约-IO"C到-30TC的低温下为大约0.5MPa， 氢可以不加压地提供给燃料电池。另外，氢吸存材料在801C下的平衡压力可以为35 MPa到40 MPa。进而，所述使用储氢罐的方法和储氢罐中的燃料电池可被用作 汽车的驱动源。
图1示出了根据本发明一个实施例的燃料电池系统的构造； 图2的图表示出了氢吸存合金的平衡压力和温度之间的关系； 图3示出了燃料电池系统另一个例子的构造。
具体实施方式
下面，将参考图1和2说明在使用燃料电池作为驱动源的电动汽 车中使用的燃料电池系统中的本发明的一个实施例。图1示出了燃料 电池系统的构造，而图2的图表示出了氢吸存合金的平衡压力(离解压 力)的对数与温度("C )之间的关系，以及氢吸存合金的平衡压力的对数与温度(绝对温度)的倒数之间的关系.燃料电池系统10具有储氢罐11，燃料电池12，压缩机13和散热 器14。储氢罐11，燃料电池12和散热器14通过热介质流动路径15 连接。燃料电池12例如为通过使储氢罐11提供的氢和压缩机13从空气 中提供的氢进行反应而产生直流电能(直流电)的固体聚合物燃料电 池。在燃料电池12稳定工作的时候冷却燃料电池12，因此，将部分所 述热介质流动路径15布置在燃料电池12内作为热交换部分15a。储氢罐11具有储罐16，氢吸存单元17和支撑体18。在氢吸存单 元17内包括氢吸存合金MH作为氢吸存材料。这种氢吸存合金MH可 以是任何已知的材料，并且优选在-30匸的低温下其平衡压力(离解压 力)大于大气压.在该实施例中，使用了可以用组成式Ti,.2Cn.2Mn。.8表 示的TiCrMn基的氬吸存合金.支撑体18在储罐16内支撑着氢吸存 单元17.上述热介质流动路径15的一部分位于储氢罐11内作为热交 换部分15b，并且热交换部分15b形成了热介质的流动路径，与氢吸存 合金MH交换热量。在本实施例中，使用LLC(长使用寿命冷却刑)作 为热介质。在热交换部分15b的周围设置有许多翅片19，各个翅片19 加强了氢吸存合金MH和热介质之间的热交换效率。储氢罐11通过管20连接到燃料电池12的氢供给口(未示出)，从 而可以向燃料电池12供给氢，储氢罐11在高压下储存氢，例如大约 35 MPa,利用阀(未图示)在将压力降低至一定水平(例如大约0.3 MPa)的状态下供给氢。压缩机13通过管21连接到燃料电池12的氢供给口(未示出)，从 而向燃料电池12供给压缩空气。在使用空气净化器(未示出)除去灰尘
等之后，通过压缩机13压缩空气，然后排入到管21中，散热器14设置有靠马达22旋转的风扇23，从而增强从散热器" 释放热量的效率。在用于连接热交换部分15a的出口和热交换部分15b的入口的连 接部分15c的中间，热介质流动路径15设置有用于从燃料电池12向储 氢罐11输送热介质的泵24.燃料电池12和散热器14之间的热介质流 动路径15与泵24和热交换部分15a之间的连接部分15c通过旁通流动 路径15d连接.连接部分15c和旁通流动路径15d之间的连接部分设 置有电磁三通阀25。储氢罐11和散热器14之间的热介质流动路径15与泵24和热交换 部分15b之间的连接部分15c通过旁通流动路径15e连接，连接部分15c 和旁通流动路径15e之间的连接部分设置有电磁三通阀26.上述压缩机13、马达22、泵24以及电磁三通阀25和26根据控制 装置27的指令而被驱动或进行切换控制.泵24根据控制装置27的指 令信号运转、停止以及改变热介质的流量。用于检测燃料电池12温度的温度传感器(未示出)发出的的检测信号和用于检测储氢罐11内部压 力的压力传感器(未示出)发出的的检测信号被输入到控制装置27中.接下来，对上述那样构成的装置的作用进行说明。在环境温度不低于设定温度的情况下，燃料电池12稳定工作，该 设定温度是燃料电池12能够发电的温度。燃料电池12在控制装置27 的控制下，根据用于测量环境温度的温度传感器(未示出)发出的检测信 号稳定工作，在环境温度不低于上述设定温度的情况下，在燃料电池 12起动时开始稳定工作，而在环境温度低于设定温度的情况下，在燃 料电池12的预热运转之后，开始稳定工作。当燃料电池12稳定工作时，从储氢罐11供给氢给燃料电池U的 阳极电极.另外，驱动压缩机13，从而将具有预定压力的空气供给给 燃料电池12的阴极电极，氢和氢之间的化学反应为放热反应。因此，固体聚合物型燃料电 池在大约80TC下高效发电，在连续发电的时候，由于氢和氢之间的反 应产生的热量，燃料电池12的温度升高至超过适合于发电的温度，即 超过大约80t).为了防止温度上升，在散热器14中冷却后的热介质通 过热介质流动路径15循环。另外，从氢吸存合金MH释放氢的反应为
吸热反应。因此，为了平稳地释放氬，必须加热氬吸存合金MH，在 冷却燃料电池12之后变热的热介质被用于加热氢吸存合金MH。当燃料电池12工作时，控制装置27输出指令信号，使得电磁三 通阀25的设定保持在下述状态，即，使得热介质流过连接部分15c而 不是旁通流动路径15d，也就是说，使得散热器14排出的的热介质流 过燃料电池12的热交换部分15a.另外，控制装置27根据用于检测储 氢罐ll内的压力的压力传感器发出的检测信号输出指令信号，使得电 磁三通阀26的设定在向储氢罐11提供热介质的状态，以及不向储氢 罐11提供热介质而是使热介质通过旁通流动路径15e流到散热器14 的状态之间进行切换。当对储氢罐ll填充(储存)氢时，也就是说，当氢吸存合金MH吸 存氢时，通过对阀进行切换，而使得储氢罐11经过联接器(未示出)连 接到作为氢供给部分的氢瓶30的氢填充管上.因此，由于氢瓶30和储氢罐ll之间的压力差，储氢罐ll被填充氢气。氢吸存合金MH与从氬瓶30供给到储氢罐11中的氢气反应时， 变成氢化物，因此，供给到储氢罐ll内的氢气被氢吸存合金MH吸存。 吸存氢的反应是放热反应，因此，为了使得氢吸存反应平稳进行，必 须从氢吸存合金MH除去反应中产生的热量。因此，当对储罐填充氢 气时，切换电磁三通阀25和26的设定，使得流过热介质流动路径15 的热介质不流过燃料电池12或者旁通流动路径15e，而是流过旁通流 动路径15d、连接部分15c和热交换部分15b,从而通过储氢罐ll和散 热器14循环.在本实施例中，在下述条件下对储罐填充氢气，即，当完成氢气 对储罐的填充时，温度不低于燃料电池12稳定工作时热介质所达到的 最高温度.具体地说，上述最高温度为801C，因此，在下述条件下对 储罐填充氢气，即，当完成氢气对储罐的填充时，温度不低于80TC。 此外，氢吸存合金MH在不高于IOOTC的温度下的平衡压力不高于10 MPa，氢对储罐的填充是在下述压力下进行的，该压力不低于氢吸存 合金MH在对储罐填充氢气的温度下的平衡压力。具体地说，在储罐 完全充满氢的状态下，储氢罐11中填充的氢具有预定压力(例如35 MPa)。为了使氢吸存合金MH平稳地吸存氢，在散热器14中冷却后的热
介质通过热介质流动路径15循环，以便冷却储氢罐11内的氢吸存合 金MH。在短时间内对储罐充满氢的情况下，由于氢吸存合金MH产 生的热量，储氢罐11内的温度易于达到不低于801C的水平，该80TC 的温度是对稳定工作时的冷却燃料电池12进行了冷却后的热介质的温 度。另外，通过调节单位时间内流过储氢罐ll中的热交换部分15b的 热介质的量以及风扇23提供的空气量，来将储氢罐ll内的温度调节 到预定温度(例如，IOOTC)，该预定温度不低于燃料电池12稳定工作时 的热介质最高温度，因此，储罐完全充满氢。在储氢罐ll内的压力达 到35MPa时，氢充满储罐.向燃料电池12提供氢的情况下，在使用减压阀(未示出)将储氢罐11中的空隙内存在的氢调节到一定压力之后，储氢罐n供给氢给燃料电池12。当储氢罐ll内的压力变得等于或低于预先设定的第一设定压 力时，控制装置27输出指令信号，使得电磁三通阀26的设定切换到 热介质加热储氢罐11的状态，也就是热介质流过热交换部分15b的状 态.另外，当储氢罐ll内的压力变得等于或高于预先设定的第二设定 压力时，控制装置27输出指令信号，使得电磁三通阀26的设定切换 到热介质不流过储氢罐11的状态。在低于氢对储罐的填充完成时的温度的温度下，从储氢罐ll供给 氢给燃料电池12。因此，在填充储氢罐ll内的空隙的氢的压力变得低 于氢吸存合金MH在上述温度下的平衡压力之前，不从氢吸存合金释 放氢，将空隙内填充的氢提供给燃料电池12.如图2所示，在相当于 储氢罐11的温度的外部环境温度为例如30TC时，平衡压力为大约3.5 MPa.另外，在待供给到燃料电池12的氢的压力小于该平衡压力的情 况下，填充在空隙中的氢通过减压阀被提供给燃料电池12.另外，在 这时没有氢吸存或释放，因此没必要加热或者冷却氢吸存合金MH， 电磁三通阀25和26的设定被切换成使得热介质流动路径15内的热介 质不通过热交换部分15b的状态。当储氢罐ll内的压力变得低于平衡压力时，从氢吸存合金MH释 放氢。另外，由于释放氢的反应是吸热反应，不加热则无法平稳地进 行反应，因此，必须向储氢罐11供给热量。控制装置27在不同状态 间切换电磁三通阀25和26的设定，使得热介质流过或不流过储氢罐 11，以便储氢罐ll内的压力保持在上述第一设定压力和第二设定压力之间.在即使对热介质连续加热预先设定的预定时间后，储氢罐ll内的压力也还没有达到第一设定压力时，控制装置27确定需要对储罐填充 氢气，因此，控制装置27驱动警报装置(例如指示器，如灯).在压力低于平衡压力的状态下，只要供给需要的热量，氢吸存合 金MH就会持续释放所吸存的氬。另外，储氢罐ll具有作为热介质流 动的路径的热介质流动路径15的热交换部分15b，用于在释放氢时加 热氢吸存合金MH.因此，当在储罐充满氢或者接近充满的状态下， 冷却燃料电池12后的热介质由于电磁三通阀25和26的故障而持续流 过储氢罐11时，有时储氢罐11中的压力会变为充满储罐的氢压力的 两倍或更多。因此，当根据现有技术设计储氢罐ll时，在仅仅通过使对储罐填 充氢气的压力乘以系数而设定储罐容许压力的情况下，必须使用考虑 了很高安全系数的值作为上述系数，因此储氢罐将具有比所需程度更 大的耐压能力，并且会妨碍储氢罐重量的减少.然而，在本实施例中， 即使是在电磁三通阀26变得异常或者控制装置2"7变得异常，从而冷 却燃料电池12后的热介质持续加热氢吸存合金MH情况下，储氢罐11 内的压力也不会超过填充氢气时储氬罐11的内部压力.该实施例具有以下优点。(1) 从内置于储氢罐11中的氢吸存合金MH提供氢给燃料电池 12,并且冷却燃料电池12后的热介质被用于加热氢吸存合金MH。并 且，在不低于冷却燃料电池12后的热介质的最高温度的温度下，并且 是在不低于氢吸存合金MH在该温度下的平衡压力的压力下，对储氢 罐ll填充氢气，在低于填充时的上述温度的温度下释放氢.因此，即 使在尽管没必要加热氢吸存合金MH，但因为热介质的循环系统变得 异常从而氢吸存合金MH持续被冷却燃料电池12后的热介质加热时， 储氢罐11内的压力也不会超过用氢填充储罐时储氢罐11的内部压 力.因此，在设计储氢罐ll时易于设定上述容许压力。(2) 在基本等于外界温度的温度下用氢填充氢吸存合金的情况下， 用于冷却氢吸存合金MH的热介质的温度必须低于外界温度。因此， 必须有用于冷却热介质的辅助装置，这是因为用于从外部吹送空气给 散热器14的构造不足以冷却热介质以使热介质的温度变得低于外界温
度。然而，在本实施例中，对储罐填充氩气时的温度不低于冷却燃料电池12后的热介质的最高温度，因此，热介质的温度可以高于外界温 度，因此热冷却剂可以在被从外部吹送空气的散热器14中得到冷却，(3)在本实施例中，作为储氢罐ll中包括的氢吸存合金MH，使用 了可以用组成式Ti，,2CrL2Mno.8表示的TiCrMn基的氢吸存合金。如图2 所示，TiCrMn基的氢吸存合金在OTC下的平衡压力不低于lMPa，因 此，不加热氢吸存合金即能从氢吸存合金中释放氢的温度范围较宽。本发明不仅限于上述实施例，还可以进行如下变形.燃料电池系统IO，只要能够使冷却燃料电池12后的热介质被用于加热储氢罐11,则可以为任何构造，因此，不需要有允许在下述两种 状态间切换的构造，所述两种状态是指，通过燃料电池12内的热交换 部分15a将热介质提供给储氩罐11中的热交换部分15b的状态，以及 不经过热交换部分15a地将热介质提供给热交换部分15b的状态。例 如，可以省略上述旁通流动路径15d,作为替代，如图3所示，可以在 热交换部分15a的上游设置泵24。在这种情况下，电磁三通阀26的切 换控制允许在下述两种状态之间进行切换，即，将流过热交换部分15a 的热介质提供给储氢罐11的热交换部分15b的状态，和将热介质直接 提供给散热器14的状态。仅流过燃料电池12的热交换部分15a的热介 质被提供给储氢罐11的热交换部分15b，用氢填充储罐时，在燃料电 池12不工作的状态下将热介质提供给热交换部分15b，因此不会妨碍 氢吸存合金MH的冷却，在这种情况下，省略了电磁三通阀25，因此， 可以简化热介质循环系统的构造.燃料电池系统10的构造不限于将储氢罐11提供的氢直接提供给 燃料电池12,还可以是通过压缩机对储氢罐11提供的氢作用预定压力 之后再提供给燃料电池12,在这种情况下，氢可以平稳地供给到燃料 电池12，直到储氢罐ll内的氬压力变得基本上与大气压相同，并且对 于相同的填充量(体积)来说，到下一次填充为止的时间间隔可以更 长.氢吸存合金MH可以是在对储罐填充氢气时的温度下的平衡压力 基本上等于填充时的压力的氢吸存合金。在这种情况下，与氢吸存合 金MH在对储罐填充氢气时的温度(例如80TC)下的平衡压力明显低 于填充时的压力(例如不到1/10)的情况相比，储氢罐11完全充满氢时
储存在储氢罐11中的氢量更大，这是因为，储存在储氢罐11中的氢 量变为了氢吸存合金中吸存的量和空隙中储存的量的总和。另外，当 用于填充的高压被施加给在对储罐填充氢气的温度下具有较低平衡压力的氢吸存合金MH时，温度增加，并且填充储罐的高压下的氢的量 通常与温度成反比，因此，温度越高，填充到储罐中的氢量就越小.另 外，当氢吸存合金的平衡压力(离解压力)表示为P而温度(绝对温度)表 示为T时，ln P和1/T为线性比例关系.另外，在对储罐填充氢气时 的温度(例如sotc )下的平衡压力基本上等于填充时的压力的情况下， 例如在大约O"C下，储氢罐的内部压力不低于0.5MPa，因此，可以不 加压地提供氢给燃料电池的温度范围变得更宽.在801C下平衡压力为35 MPa到40 MPa的氢吸存合金可以被用作 氢吸存合金MH.现在，有可以在氢站以35Mpa的压力用氢填充高压 储罐的方法，所述氢站在不使用氢吸存合金的情况下给高压储罐填充 氢气，有些地方已对此进行了实施。在这种情况下，当储氢罐用于安 装在汽车中的燃料电池系统时，可以在80TC或更高温度并且在35MPa 或者更高压力下，完成氢的填充，并且该方法可容易地作为在已有氢站用氢填充储罐的方法付诸实施。燃料电池12不限于固体聚合物型燃料电池，也可以是使用热介质冷却燃料电池的其它燃料电池，例如磷酸型燃料电池或者碱性燃料电燃料电池系统10的构造不限于一个燃料电池12和一个储氢罐11 连接，例如可以是从多个储氢罐11供给氢到一个燃料电池12的构造。 燃料电池系统10不是必须用于汽车。燃料电池系统10例如可以用于汽车以外的车辆的燃料系统或者家庭用的热电联合系统.在燃料 电池系统IO被用于家庭用的热电联合系统的情况下，除了如目前使用的液化石油气那样，将用过的储氢罐更换为由燃气公司充满氢的储氢 罐的构造之外，还可以是向安装在家里的储氢罐11填充氢气的构造。储氬罐11可以包括除氢吸存合金以外的氢吸存材料，例如活化碳 纤维或者单层碳纳米管.
权利要求
1.一种在从内置有氢吸存材料的储氢罐提供氢给燃料电池的燃料电池系统中使用储氢罐的方法，其中，当从所述氢吸存材料释放氢时，燃料电池系统使用冷却所述燃料电池后的热介质加热氢吸存材料，该方法的特征在于，在不低于所述燃料电池稳定工作时所述热介质达到的最高温度的温度下，并且在不低于所述氢吸存材料的平衡压力的压力下，对所述储氢罐填充氢气，在低于所述填充完成时氢吸存材料的温度的温度下，从所述氢吸存材料释放氢。
2. 根据权利要求1所述的使用储氩罐的方法，其中氢吸存材料达 到的最高温度不低于下述温度，该温度是指在随着用氢气填充所述储 氢罐，由于氢吸存材料放出的热量而产生温度增加时，所述热介质在 所述燃料电池稳定工作的过程中达到的最高温度。
3. 根据权利要求1或2所述的使用储氢罐的方法，其中所述燃料 电池被用作汽车的驱动源。
4. 一种储氢罐，其中包括氢吸存材料，并且具有热介质的流动路 径，该热介质用于与所述氢吸存材料进行热交换，该储氩罐的特征在 于，以不低于所述氢吸存材料在下述温度下的平衡压力的压力，对储 罐填充氢气，所述温度是指热介质在冷却燃料电池后的热介质经所述 流动路径流动的状态下使用时所达到的最高温度。
5. 根据权利要求4所述的储氢罐，其中所述氢吸存材料是氢吸存 合金，该氢吸存合金在进行所述填充时的温度下的平衡压力基本上等 于进行填充时的氢压力.
6. 根据权利要求4所述的储氢罐，其中所述氢吸存材料在801C 下的平衡压力为35 MPa到40 MPa。
7. 根据权利要求4到6中任何一项所述的储氢罐，其中所述燃料 电池被用作汽车的驱动源。
全文摘要
燃料电池系统从内置有氢吸存合金的储氢罐提供氢给燃料电池，并且，在从氢吸存合金释放氢时，使用冷却燃料电池后的热介质加热氢吸存合金。在不低于燃料电池稳定工作时热介质达到的最高温度的温度下，并且在不低于氢吸存合金的平衡压力的压力下，对储氢罐填充氢气。在低于上述填充完成时氢吸存合金的温度的温度下，从氢吸存合金释放氢。
文档编号F17C11/00GK101128952SQ20058003262
公开日2008年2月20日 申请日期2005年9月22日 优先权日2004年9月27日
发明者森大五郎, 金原雅彦 申请人:株式会社丰田自动织机;丰田自动车株式会社