JPH0237159A - 水素吸蔵合金を用いた水素エンジンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は水素吸蔵合金に蓄えた水素を燃料とする水素エ
ンジンシステムに関するものである。

［従来の技術］ 例えば昭和６０年５月社団法人自動車技術会発行の「自
動車技術学術講演会前刷集８５１」の２４７頁「金属水
素化物使用エンジンシステムの試作」に記載されている
ような、水素吸蔵合金を利用した水素エンジンシステム
の従来法を第４図に示す。

同図で、水素吸蔵合金容器（以下ＭＨタンクという）５
より発生した水素でエンジン１が作動し、その排ガスが
排ガス熱交換器７で、ＭＨタンク５を一定流量で循環す
る熱媒１２と熱交換される。

熱媒１２はＭＨタンクで水素吸蔵合金と熱交換し、熱を
受けたタンクは温度と圧力で定まる合金の平衡条件に応
じて水素を放出する。

ＭＨタンクに於ける熱の授受は次のように行われる。

まず、熱媒から水素吸蔵合金への熱流量Ｑ　は、Ｑ　　
−（Ｔ　　−Ｔ　　）／Ｒ，。

Ｖ■　　　　　　ｖｌｌ −２（Ｔｖｌｎ−ＴＶ）γｖＣｗＦ、　（ｋｃａｆＩ／
ｈ）但し、Ｔ−（ＴＶｉｎ＋ＴＶｏｕｔ）／２熱媒のタ
ンク内平均温度 熱媒のタンク入口温度 熱媒のタンク出口温度 水素吸蔵合金のタンク内平均 温度 ：熱媒と合金間の熱抵抗 ：熱媒の比重量 ：熱媒の比熱 ：熱媒のタンク内循環流量 Ｔ　　　　ニ ジ ”ｗｉｎ　’ ”ｗｏｕｔ’ Ｔ　　　　： また、合金温度Ｔ　は次式で与えられる。

■ Ｔ、　−ｆ　（Ｑｗ、−Ｑｌｌｔ−ＱＩＩｌ）／Ｃ，・
ｄｔ　（２）Ｑ　−α・Ｆｅ　　　　　　　　　　　　
　■但し、α　；水素の解離熱量　　ｋｃａｌｌＮｒｄ
Ｆｅ：水素発生流量 Ｑ　：容器表面に逃げる熱流量 ｔ Ｃ：合金の熱容量 タンクを断熱しておればＱＩｌｔは小さく抑えることが
出来る。したがって、ＭＨ金合金熱平衡に達していると
きは、（２）式よりＱ　　−Ｑ　　となり、ｖｍ　　　
　　＋＊ 熱媒より得られた熱量に見合うだけ水素が発生する。

従来法では、かかるシステムに於て、水素の圧力が設定
値に一致するように圧力制御器１０の指令で排ガス調節
弁８が作動し、排ガス熱交換器７への入熱量を調節して
いる。即ちＭＨタンク５の入口熱媒温度は成行きで決ま
る。

例えば、いま水素の圧力が設定値より低下したとすれば
、圧力制御器ｌＯは排ガス調節弁８を操作し、排ガスを
熱交換器７に流す。その結果循環熱媒１２の温度が徐々
に上昇し、タンクの合金を加熱する。これで、ようやく
水素の発生量が増加し、圧力が回復する。

一方、圧力が設定値より上昇した場合の動作は、この逆
である。

［発明が解決しようとする課題］ 以上述べた如く、従来法は排ガス熱交換器を含めた熱媒
循環系の熱容量のために、圧力制御器１０から見たプロ
セスの時定数が大きく、この遅れに基づく水素圧力の変
動がどうしても発生する。とくに、エンジン負荷が急変
した場合には、水素圧力が大きく変動し、安定した運転
を阻害する要因にもなりうる。

本発明は上述の問題を解決した水素吸蔵合金を用いた水
素エンジンシステムの熱制御方法を提起するものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は水素吸蔵合金に蓄えた水素を燃料とするエンジ
ンと、そのエンジン排熱を熱源として水素を発生させる
水素吸蔵容器と、エンジンと当該容器を循環する熱媒配
管系から成るエンジンシステムに於て、容器入口の熱媒
温度が一定になるように制御し、かつ、当該容器への熱
媒循環量を調整して水素の発生圧力を一定に制御せしめ
ることによって、水素使用量の急変に対し発生水素の圧
力低下や異常上昇を抑制することを特徴とする水素吸蔵
合金を用いた水素エンジンシステムの熱制御方法である
。

［実　施　例］ 第１図は本発明の詳細な説明図である。ＭＨタンク入口
の熱媒温度がほぼ上限になるように温度調節計１７で入
熱量の調節を行う。一方、発生水素圧力が設定された値
になるように、調節弁１５によってタンク内を流れる熱
媒流量を調節する。弁１６は熱媒の循環が停止すること
を防止するためのバイパス弁である。

こうすることにより、循環する熱媒温度は熱源の容量が
十分であれば、常に最高値に保たれている。つまり、Ｍ
Ｈタンクへの熱量の調整はＭＨタンクに流す流量を変化
させることによって行われる。

即ち（１）式において、従来法は温水の温度Ｔ　を上下
させて熱量の調整を行っていたのに対し、本発明の方法
は温水流量Ｆ　を操作するものである。

ν したがって、水素使用量の急変に対しては応答の速い弁
１５の開閉で対応できることになり、水素の圧力変動を
軽減できる。また、負荷急減時の場合もタンクへの流れ
を止めれば、タンク内の熱媒顕熱は小さいので水素の圧
力異常上昇は極小にとどめることが出来る。

このように、本発明の方法によれば従来法では起こり得
た負荷急変時の水素圧力変動を小さく抑えることが出来
る。

また第２図は、エンジンの排ガス顕熱だけではなく、エ
ンジン冷却水へ逃げる熱をも利用できるようにしたシス
テムの例であるが、本発明の方法はまったく同様に適用
できる。

以下、本発明の効果の例について説明する。

第５図は、第４図に示す従来法の運転シミュレーション
の例である。

横軸は時間（秒）、縦軸は温度（’Ｃ）および水素圧力
（ｋｇ／ｃｊＧ）の１０倍を示す。また、エンジン負荷
も同図に示されており、全負荷とアイドリングを数回繰
り返した。運転開始直後は、十分に水素が吸蔵されてい
るため、その特性上アイドリング時でも水素が過剰に発
生している。

その後、エンジンが全負荷になると圧力設定値８　ｋｇ
　／　ｃ−の付近に制御されている。しかし、１２００
秒でエンジン負荷が急減した後、水素圧力は設定値を大
きく超えてしまっている。

その後、長時間のアイドリングには熱量が若干不足し、
熱媒温度を上昇させることが出来ないために水素圧力が
低下している。３５００秒時点で再び全負荷になった後
、約６分後にようやく圧力が設定値に到達するが、圧力
の変動は収まらない。

一方、第５図と全く同一の設備および運転条件に於て、
本発明による結果を示したものが第３図である。

運転開始直後は上に述べた事情により、圧力が設定値を
超えている。しかし、全負荷運転に入った後の水素圧力
は、きわめて安定に制御されていることがわかる。

長時間のアイドリング中に、熱媒温度が徐々に低下して
いるのは、エンジンからの供給熱量が、やはり不足して
いることによる。しかし、熱量が十分であれば、熱媒の
温度は設定値の８５℃にきちんと制御されている。

［発明の効果コ このように本発明の方法によれば、エンジンへの水素供
給を安定にし、システム全体の円滑な運転を可能にする
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図はエンジンの排
ガス顕熱だけではなく、エンジン冷却水へ逃げる熱をも
利用できるようにしたシステムの説明図、第３図は本発
明の方法の運転シミュレーションの図表、第４図は水素
吸蔵合金を利用した水素エンジンシステムの従来法の説
明図、第５図は従来法の運転シミュレーションの図表で
ある。 １：エンジン ２：エンジン冷却水ポンプ ３：ラジェータ　　　　　４：温度スイッチ５：水素吸
蔵合金容器 ６：ＭＨタンク循環水ポンプ ７：熱交換器　　　　　　８：排ガス調節弁９：水素減
圧弁 １０：圧力スイッチ（圧力制御装置） １１：エンジン冷却水配管経路 １２：循環熱媒 １３：エンジン排ガス管　　１４：水素配管１５：調節
弁　　　　　　　１６：弁 １７：温度スイッチ（温度制御装置）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素吸蔵合金に蓄えた水素を燃料とするエンジンと、そ
   のエンジン排熱を熱源として水素を発生させる水素吸蔵
   容器と、エンジンと当該容器を循環する熱媒配管系から
   成るエンジンシステムに於て、容器入口の熱媒温度が一
   定になるように制御し、かつ当該容器への熱媒循環量を
   調整して水素の発生圧力を一定に制御せしめることによ
   って、水素使用量の急変に対し発生水素の圧力低下や異
   常上昇を抑制することを特徴とする水素吸蔵合金を用い
   た水素エンジンシステムの熱制御方法。