Система подачи топлива для топливных элементов и подвижное тело

Система подачи топлива для топливных элементов и подвижное тело

Реферат

 

Изобретение относится к системам подачи топлива к топливным элементам и средствам передвижения на их основе, например к электромобилям. Согласно изобретению электромобиль содержит топливные элементы, топливный бак для хранения топлива и розеточную часть соединителя, которая соединена с топливным баком и открыта на поверхности корпуса транспортного средства. Соединитель заданного (внешнего) устройства для подачи водорода состыкован с розеточной частью соединителя, так что топливо поступает из устройства для подачи водорода в электромобиль. Розеточная часть соединителя снабжена топливной крышкой, которая закрывает сверху розеточную часть соединителя. Когда установлено, что топливные элементы находятся в состоянии выработки энергии, то топливную крышку не открывают при поступлении команды на открывание топливной крышки в ходе подачи топлива. Когда установлено, что топливная крышка открыта, то, с другой стороны, работу топливных элементов не начинают при поступлении команды на начало работы топливных элементов в электромобиле. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности подачи топлива в любую систему с топливными элементами. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область применения изобретения

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию системы подачи топлива для топливных элементов и к подвижному телу (объекту). В частности, настоящее изобретение имеет отношение к созданию системы подачи топлива для топливных элементов, которая снабжает топливные элементы топливом или исходным материалом, который используют для производства топлива для топливных элементов, а также имеет отношение к созданию подвижного тела.

Предпосылки к созданию изобретения

Уже были предложены различные электромобили, в которых используют электроэнергию, полученную от топливных элементов, в качестве энергии для приведения в движение электромобиля. Для выработки электроэнергии в топливных элементах, естественно, требуется подвод топлива, такого как водород, к топливным элементам. Электромобиль одной известной конструкции содержит установленный на нем источник водорода в качестве топлива для топливных элементов. Электромобиль другой известной конструкции содержит установленный на нем источник исходного материала, такого как углеводород или углеводородное соединение, и производит преобразование исходного материала для выработки газообразного водорода, а затем подачу газообразного водорода к топливным элементам.

В качестве одного из известных устройств для производства водорода, установленного на транспортном средстве и используемого в качестве топлива для топливных элементов, используют резервуар для хранения, который содержит поглощающий водород сплав, причем водород, который поглощен поглощающим водород сплавом, используют в качестве топлива для топливных элементов (смотри, например, PATENT LAID-OPEN GAZETTE No. 2000-88196). Такая конструкция обеспечивает безопасное хранение водорода на транспортном средстве, используемом в качестве подвижного тела.

В конструкции, в которой используется поглощающий водород сплав для хранения водорода на транспортном средстве, требуется непрерывная подача водорода в резервуар для хранения, который содержит поглощающий водород сплав, чтобы обеспечить непрерывное движение транспортного средства. Само собой разумеется, что безопасность является важным фактором в ходе подвода водорода при указанных условиях. Однако в этой публикации не обсуждается подробно безопасность подачи топлива в систему с топливными элементами.

Система подачи топлива для топливных элементов и подвижное тело в соответствии с настоящим изобретением предназначены для решения проблем, присущих известным ранее устройствам, и обеспечения безопасности при подаче топлива, такого как водород или его предшественник, в систему с топливными элементами.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание системы подачи топлива для топливных элементов, которая обеспечивает подачу топлива для топливных элементов или исходного материала, который используют для выработки топлива для топливных элементов. Первый вариант системы подачи топлива содержит: топливные элементы; модуль хранения, в котором хранится топливо или исходный материал; модуль снабжения (подачи), который соединен с модулем хранения для подачи топлива или исходного материала в модуль хранения; модуль определения рабочего состояния топливных элементов, который определяет, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии; и модуль запрета снабжения, который в случае определения состояния выработки электроэнергии топливными элементами при помощи модуля определения рабочего состояния топливных элементов, запрещает начало подачи топлива или исходного материала от модуля снабжения в модуль хранения.

Система подачи топлива для топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением содержит топливные элементы и модуль хранения, который хранит топливо для топливных элементов или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов. Модуль снабжения соединен с модулем хранения, для того чтобы подавать топливо или исходный материал в модуль хранения. При осуществлении этого процесса определяют, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии. Если установлено, что топливные элементы находятся в состоянии выработки электроэнергии, то технически запрещают начало подачи топлива или исходного материала из модуля снабжения в модуль хранения.

Настоящее изобретение также направлено на создание подвижного тела с установленными на нем топливными элементами, причем подвижное тело использует электроэнергию, выработанную топливными элементами, в качестве источника энергии для его приведения в движение. Подвижное тело содержит: модуль хранения, в котором хранится топливо для топливных элементов или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов; модуль определения рабочего состояния топливных элементов, который определяет, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии; и модуль запрета снабжения, который в случае определения состояния выработки электроэнергии топливными элементами при помощи модуля определения рабочего состояния топливных элементов запрещает начало подачи топлива или исходного материала от заданного устройства снабжения (питания), которое расположено вне подвижного тела, в модуль хранения.

Подвижное тело в соответствии с настоящим изобретением содержит модуль хранения, в котором хранится топливо для топливных элементов, которые вырабатывают электроэнергию, используемую в качестве энергии для его приведения в движение, или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов. Определяют, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии. Если установлено, что топливные элементы находятся в состоянии выработки электроэнергии, то технически запрещают начало подачи топлива или исходного материала от заданного устройства снабжения, которое расположено вне подвижного тела, в модуль хранения.

Настоящее изобретение направлено также на создание способа контроля подачи топлива, который позволяет управлять процессом подачи топлива для топливных элементов или исходного материала, используемого для выработки топлива для топливных элементов. Способ контроля подачи топлива включает в себя следующие операции: (а) определение, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии; и (b) если в операции (а) установлено, что топливные элементы находятся в состоянии выработки электроэнергии, запрет начала подачи топлива или исходного материала в модуль хранения, который расположен рядом с топливными элементами и в котором хранится топливо или исходный материал.

В системе подачи топлива для топливных элементов, применяемой для подвижного тела, с использованием способа контроля подачи топлива в соответствии с настоящим изобретением, когда определяют, что топливные элементы находятся в состоянии выработки электроэнергии, то технически запрещают начала подачи топлива или исходного материала в модуль хранения. Такое построение позволяет предотвращать подачу топлива или исходного материала в ходе выработки электроэнергии топливными элементами и в результате обеспечивает безопасность выработки электроэнергии топливными элементами, а также безопасную подачу топлива или исходного материала. В частности, подача топлива, которая сопровождается соединением модуля хранения с устройством подачи топлива, не производится одновременно с выработкой электроэнергии топливными элементами. Это обеспечивает достаточную безопасность. Установление того факта, что топливные элементы находятся в состоянии выработки электроэнергии, может быть основано, например, на реальной выработке электроэнергии топливными элементами или может быть основано на вводе команды на начало работы топливных элементов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения первый вариант системы подачи топлива для топливных элементов дополнительно содержит модуль ввода, который получает команду на начало работы топливных элементов и команду на прекращение работы топливных элементов. Модуль определения рабочего состояния топливных элементов устанавливает, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии, когда поступает команда на начало работы топливных элементов в модуль ввода и когда нет последующей команды на прекращение работы топливных элементов, поступающей в модуль ввода.

В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения подвижное тело содержит модуль ввода, который получает команду на начало работы топливных элементов и команду на прекращение работы топливных элементов. Модуль определения рабочего состояния топливных элементов определяет, находятся ли топливные элементы в состоянии выработки электроэнергии, когда поступает команда на начало работы топливных элементов в модуль ввода и когда нет последующей команды на прекращение работы топливных элементов, поступающей в модуль ввода.

Такое построение эффективно предотвращает начало подачи топлива или исходного материала после поступления команды начала работы топливных элементов, ранее получения достаточной электроэнергии с выхода топливных элементов, что повышает безопасность.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения система подачи топлива для топливных элементов дополнительно содержит модуль измерения напряжения, который производит измерение выходного напряжения топливных элементов. Модуль запрета подачи осуществляет запрет начала подачи топлива или исходного материала, когда выходное напряжение, измеренное модулем измерения напряжения, не меньше заданного уровня, при этом модуль определения рабочего состояния топливных элементов определяет, что топливные элементы находятся не в состоянии выработки электроэнергии.

В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения подвижное тело дополнительно содержит модуль измерения напряжения, который производит измерение выходного напряжения топливных элементов. Модуль запрета подачи осуществляет запрет начала подачи топлива или исходного материала, когда выходное напряжение, измеренное модулем измерения напряжения, не меньше заданного уровня, при этом модуль определения рабочего состояния топливных элементов определяет, что топливные элементы находятся не в состоянии выработки электроэнергии.

Начало подачи топлива или исходного материала запрещают, когда выходное напряжение топливных элементов не меньше заданного уровня, даже если установлено, что топливные элементы находятся не в состоянии выработки электроэнергии. Такое построение благоприятным образом повышает безопасность. В топливных элементах, даже когда подача газообразного топлива и газообразного окислителя прекращена при вводе команды на прекращение работы топливных элементов, электрохимические реакции протекают до полного поглощения существующих запасов газов в топливных элементах. Когда установлено, что топливные элементы не находятся в состоянии выработки электроэнергии, то при поступлении команды на прекращение работы топливных элементов устройство запрещает начало подачи топлива или исходного материала в ходе протекания электрохимических реакций. Это эффективно предотвращает подачу топлива, когда вырабатывается нежелательное выходное напряжение.

Подвижное тело преимущественно дополнительно содержит: другой источник энергии, который отличается от топливных элементов и вырабатывает энергию для приведения в движение подвижного тела; и модуль запрета запуска, который определяет, следует ли производить запрет запуска другого источника энергии. Модуль запрета подачи запрещает начало подачи топлива или исходного материала в модуль хранения, когда модуль запрета запуска устанавливает, что запуск другого источника энергии не запрещен, в дополнение к тому, что модуль определения рабочего состояния топливных элементов устанавливает, что топливные элементы находятся в состоянии выработки электроэнергии.

Такое построение эффективно предотвращает начало подачи топлива, когда запуск другого источника энергии не запрещен, а именно, когда существует вероятность движения подвижного тела. Это эффективно повышает безопасность подачи топлива.

Настоящее изобретение направлено также на создание второго варианта системы подачи топлива для топливных элементов, которая обеспечивает подачу топлива для топливных элементов или исходного материала, который используют для выработки топлива для топливных элементов. Эта система подачи топлива содержит: топливные элементы; модуль хранения, в котором хранится топливо или исходный материал; модуль снабжения (подачи), который соединен с модулем хранения для подачи топлива или исходного материала в модуль хранения; модуль определения заполнения топливом, который устанавливает, поступило ли топливо или исходный материал из модуля снабжения в модуль хранения; и модуль запрета выработки электроэнергии, который в случае поступления топлива или исходного материала, что установлено при помощи модуля определения заполнения топливом, запрещает начало выработки электроэнергии в топливных элементах.

Второй вариант системы подачи топлива для топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением содержит топливные элементы и модуль хранения, в котором хранится топливо для топливных элементов или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов. В этой системе модуль снабжения соединен с модулем хранения для того, чтобы подавать топливо или исходный материал в модуль хранения. Устанавливают, подано ли топливо или исходный материал из модуля снабжения в модуль хранения. Когда находят, что топливо или исходный материал поданы, то технически запрещают начало выработки электроэнергии в топливных элементах.

Настоящее изобретение также направлено на создание второго варианта подвижного тела с топливными элементами, установленными на нем, причем указанное подвижное тело использует электроэнергию, выработанную при помощи топливных элементов, в качестве источника энергии для приведения в движение. Второй вариант подвижного тела содержит: модуль хранения, в котором хранится топливо для топливных элементов или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов; модуль определения заполнения топливом, который устанавливает, поступило ли топливо или исходный материал от заданного модуля снабжения, который расположен вне подвижного тела и предназначен для подачи топлива или исходного материала в модуль хранения; и модуль запрета выработки электроэнергии, который в случае поступления топлива или исходного материала, что установлено при помощи модуля определения заполнения топливом, запрещает начало выработки электроэнергии в топливных элементах.

Подвижное тело в соответствии со вторым вариантом содержит модуль хранения, в котором хранится топливо для топливных элементов, которые вырабатывают электроэнергию в качестве энергии для приведения в движение подвижного тела, или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов. Устанавливают, поступает ли топливо или исходный материал из заданного модуля снабжения, который расположен вне подвижного тела и предназначен для подачи топлива или исходного материала в модуль хранения. Когда находят, что топливо или исходный материал поданы, то технически запрещают начало выработки электроэнергии в топливных элементах.

Настоящее изобретение также направлено на создание способа управления работой топливных элементов. Этот способ управления работой включает в себя следующие операции: (а) определение, подано ли топливо для топливных элементов или исходный материал, используемый для выработки топлива для топливных элементов, в модуль хранения, который расположен рядом с топливными элементами и служит для хранения топлива или исходного материала; и (b) когда в операции (а) установлено, что топливо или исходный материал поданы, то запрет выработки электроэнергии в топливных элементах.

Во втором варианте системы подачи топлива для топливных элементов, применяемой для второго варианта подвижного тела, с использованием способа управления работой в соответствии с настоящим изобретением, когда определяют, что топливо или исходный материал поданы в модуль хранения, то технически запрещают начало выработки электроэнергии в топливных элементах. Такое построение благоприятным образом предотвращает работу топливных элементов в ходе подачи топлива или исходного материала и за счет этого обеспечивает безопасность при подаче топлива или исходного материала. В частности, подача топлива, которая сопровождается соединением модуля хранения с устройством подачи топлива, не производится одновременно с выработкой электроэнергии топливными элементами. Это обеспечивает достаточную безопасность. Определение того факта, подано ли топливо или исходный материал, может быть основано, например, на действительной подаче топлива или исходного материала в модуль хранения, или может быть основано на вводе заданной команды, которую подают ранее начала подачи топлива или исходного материала.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения подвижное тело во втором варианте выполнения дополнительно содержит модуль запрета движения, который запрещает движение подвижного тела, когда модуль заполнения топливом определяет, что топливо или исходный материал были поданы.

Такое построение эффективно предотвращает движение подвижного тела в ходе подачи топлива или исходного материала, в результате чего повышается безопасность при подаче топлива.

В первой и второй системах подачи топлива для топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением модуль хранения может хранить водород в качестве топлива для топливных элементов, причем он содержит поглощающий водород сплав для хранения водорода.

В первом и втором подвижных телах в соответствии с настоящим изобретением модуль хранения может хранить водород в качестве топлива для топливных элементов, причем он содержит поглощающий водород сплав для хранения водорода.

В первой и второй системах подачи топлива для топливных элементов в соответствии с настоящим изобретением топливные элементы и модуль хранения могут быть установлены на подвижном теле, которое использует электроэнергию, выработанную при помощи топливных элементов в качестве энергии для приведения в движение.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана общая структурная схема электромобиля 10.

На фиг.2 показано сечение единичного топливного элемента 38.

На фиг.3 показан электромобиль 10 и внешнее устройство для подачи водорода 10.

На фиг.4 показана конструкция розеточной (приемной) части соединителя 40.

На фиг.5 показана конструкция основной части устройства для подачи водорода 80.

На фиг.6 показана блок-схема стандартной программы подачи топлива.

На фиг.7 показана блок-схема стандартной программы включения (запуска) топливных элементов.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Для лучшего понимания конструкции и функций, выполняемых в соответствии с настоящим изобретением, далее описан один из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения в указанной последовательности:

1. Общая конструкция электромобиля.

2. Структура, связанная с подачей водорода.

3. Управление процессом подачи водорода.

4. Другие конструкции электромобиля.

(1) Общая конструкция электромобиля

Конструкция электромобиля описана сначала в качестве одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг.1 показана общая конструкция электромобиля 10 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Электромобиль 10 имеет топливный бак 20, батарею топливных элементов 30, розеточную часть соединителя 40, а также контроллер 50, в дополнение к известной конструкции транспортного средства, содержащей двигатель 70. Далее описаны соответствующие узлы электромобиля 10.

Топливный бак 20 служит для хранения подаваемого снаружи газообразного водорода, и из него газообразный водород поступает на батарею топливных элементов 30 в зависимости от потребности. Топливный бак 20 содержит гидрид твердого металла или поглощающий водород сплав, который абсорбирует водород для обеспечения его хранения. Поглощающие водород сплавы имеют различный вес, различные емкости хранения водорода создают различные количества теплоты, производимой в ходе поглощения, требуют различных количеств теплоты для освобождения водорода и различных давлений для управления ими. Поглощающие водород сплавы, которые обладают способностью хранения и освобождения водорода при относительно низких температурах (не выше 100С) и при относительно низких давлениях (не выше 10 кг/см²), например сплавы титана и редкоземельных металлов, являются предпочтительными для применения в электромобиле 10.

Топливный бак 20 соединен с трубопроводом впуска газообразного водорода 47, через который газообразный водород поступает в топливный бак 20, и с трубопроводом подачи топлива 22, через который газообразный водород, отобранный из поглощающего водород сплава в топливном баке 20, поступает на батарею топливных элементов 30. Далее описано, что электромобиль 10 получает газообразный водород от заданного внешнего устройства для подачи водорода. Газообразный водород, поступающий из указанного устройства для подачи водорода, направляется в топливный бак 20 через розеточную часть соединителя 40 и через трубопровод впуска газообразного водорода 47, и абсорбируется поглощающим водород сплавом для хранения в топливном баке 20. Газообразный водород, освобожденный из поглощающего водород сплава в топливном баке 20, подается в виде топливного газа на батарею топливных элементов 30 через трубопровод подачи топлива 22.

Трубопровод подачи топлива 22 снабжен вентилем 22А. Вентиль 22А связан с контроллером 50, который управляет включением и выключением вентиля 22А. За счет управления включением и выключением вентиля 22А регулируют количество топливного газа, поступающего на батарею топливных элементов 30, за счет чего управляют количеством электроэнергии, выработанной батареей топливных элементов 30.

Увлажнитель 66 расположен в трубопроводе подачи топлива 22 и служит для увлажнения топливного газа, проходящего через трубопровод подачи топлива 22. Увлажнение топливного газа при помощи увлажнителя 66 предотвращает высыхание полимерной электролитической мембраны, которая содержится в топливных элементах. Увлажнитель 66 в соответствии с данным вариантом содержит пористую мембрану для увлажнения топливного газа. Пористая мембрана отделяет топливный газ, поступающий из топливного бака 20, от горячей воды под заданным давлением таким образом, что заданное количество водяного пара от горячей воды поступает в топливный газ через пористую мембрану. Горячей водой, которую используют для увлажнения, может быть, например, нагретая вода охлаждения батареи топливных элементов 30. Батарея топливных элементов 30 данного варианта содержит полимерные электролитические топливные элементы, что обсуждается далее более подробно. Для поддержания рабочей температуры в желательном диапазоне температур от 80 до 100С вокруг топливных элементов 30 циркулирует вода охлаждения. Нагретая в батарее топливных элементов 30 вода может быть использована для увлажнения топливного газа.

Поглощающий водород сплав, заключенный в топливном баке 20, поглощает водород для обеспечения хранения водорода в топливном баке 20. Процесс абсорбции водорода является экзотермическим. Поэтому топливный бак 20 снабжен модулем теплообмена 26, который отводит теплоту, получаемую в процессе хранения водорода. Модуль теплообмена 26 образован трубопроводом охлаждающей воды 45, через который циркулирует охлаждающая вода. Трубопровод охлаждающей воды 45 имеет открытый конец в розеточной части соединителя 40, причем указанный открытый конец трубопровода охлаждающей воды 45 образует соединение для протекания воды 42 в розеточной части соединителя 40. Трубопровод охлаждающей воды 45 после прохождения через модуль теплообмена 26 топливного бака 20 переходит в трубопровод охлаждающей воды 43. Трубопровод охлаждающей воды 43 образует соединение для протекания воды 44 в розеточной части соединителя 40. В процессе абсорбции водорода поглощающим водород сплавом в топливном баке 20, поток охлаждающей воды поступает в модуль теплообмена 26 через соединение для протекания воды 42 и производит теплообмен с поглощающим водород сплавом, который нагревается в процессе абсорбции водорода. Нагретая охлаждающая вода отводится через соединение для протекания воды 44. Отвод теплоты из топливного бака 20, производимый указанным образом, ускоряет процесс абсорбции водорода и предотвращает нагревание топливного бака 20 до нежелательного уровня.

В электромобиле 10 трубопроводы охлаждающей воды 45 и 43 в определенных местах разветвляются. Отводы идут в батарею топливных элементов 30 и образуют при соединении друг с другом модуль теплообмена 39 в батарее топливных элементов 30. Направляющие гидрораспределители предусмотрены в местах отводов трубопроводов охлаждающей воды 45 и 43, подключенных к модулю теплообмена 39. Направляющий гидрораспределитель 42А установлен в отводе трубопровода охлаждающей воды 45, а направляющий гидрораспределитель 44А установлен в отводе трубопровода охлаждающей воды 43. Эти направляющие гидрораспределители 42А и 44А подключены к контроллеру 50, от которого поступают сигналы управления на их открывание и закрывание. В ходе подачи водорода от внешнего устройства для подачи водорода, которое соединяют при помощи розеточной части соединителя 40 с топливным баком 20, направляющие гидрораспределители 42А и 44А закрывают путь протекания в модуль теплообмена 39, при этом поток охлаждающей воды циркулирует между внешним устройством для подачи водорода и модулем теплообмена 26.

Когда электромобиль 10 движется при помощи водорода из топливного бака 20, подают команду на изменение состояния направляющих гидрораспределителей 42А и 44А, которые открывают путь протекания охлаждающей воды в модуль теплообмена 39 и связывают его с модулем теплообмена 26. В этом случае поток охлаждающей воды циркулирует между модулем теплообмена 26 топливного бака 20 и модулем теплообмена 39 батареи топливных элементов 30. Электромобиль 10 в соответствии с этим вариантом позволяет отбирать водород из поглощающего водород сплава за счет использования теплоты, полученной в батарее топливных элементов 30. В процессе выработки электроэнергии батареей топливных элементов 30 та часть энергии, которая не преобразуется в электроэнергию, выделяется в виде теплоты. Поток охлаждающей воды, протекающий через модуль теплообмена 39, производит теплообмен с батареей топливных элементов 30, так что вода нагревается и позволяет поддерживать рабочую температуру батареи топливных элементов 30 в диапазоне температур от 80 до 100С. Для отбора водорода, абсорбированного поглощающим водород сплавом в топливном баке 20, требуется подвод теплоты. В данном варианте охлаждающая вода, нагретая в модуле теплообмена 39, поступает в модуль теплообмена 26. Это вносит требующуюся теплоту в топливный бак 20 и позволяет освобождать водород из поглощающего водород сплава, при этом происходит охлаждение потока охлаждающей воды, протекающего через модуль теплообмена 26. Циркуляция охлаждающей воды между модулем теплообмена 39 и модулем теплообмена 26 позволяет использовать теплоту, полученную в батарее топливных элементов 30, в топливном баке 20.

Насос 29 установлен в трубопроводе охлаждающей воды 45. Насос 29 под управлением контроллера 50 производит циркуляцию потока охлаждающей воды в трубопроводе охлаждающей воды 45 и в соединенных с ним отводах. В данной конструкции поток охлаждающей воды циркулирует в трубопроводе охлаждающей воды 45 и производит охлаждение топливного бака 20 в процессе абсорбции водорода поглощающим водород сплавом. Отметим, что охлаждение топливного бака 20 может осуществляться и при помощи другой жидкости или газа, а также за счет воздушного охлаждения.

В электромобиле 10 в соответствии с этим вариантом топливный бак 20 содержит нагревательный блок 25. Нагревательный блок 25 используют для подогрева топливного бака 20. Как уже было упомянуто здесь ранее, в электромобиле 10 теплоту, выделяющуюся в батарее топливных элементов 30, используют для освобождения водорода, хранящегося в поглощающем водород сплаве в топливном баке 20. Нагревательный блок 25 служит для подогрева топливного бака 20 при недостаточном поступлении теплоты от батареи топливных элементов 30 с потоком нагретой охлаждающей воды или в случае необходимости подогрева топливного бака 20, когда батарея топливных элементов 30 еще не нагрелась в достаточной степени, например, во время запуска электромобиля 10. Нагревательный блок 25 представляет собой, например, электронагреватель, который производит нагрев при помощи электроэнергии, поступающей от вторичной батареи, установленной на электромобиле, что обсуждается далее более подробно. Нагревательный блок 25 подключен к контроллеру 50. Контроллер 50 управляет нагревом нагревательного блока 25, который в результате производит требуемое количество теплоты, необходимое для отбора желательного количества водорода. Нагревательный блок 25 может также использовать реакцию горения для получения теплоты. В этом случае водород, отбираемый из топливного бака 20, или топливный газ, выделяемый батареей топливных элементов 30, что обсуждается далее более подробно, может быть использован в качестве топлива для сжигания.

Топливный бак 20 дополнительно снабжен монитором остающегося количества водорода 27, который подсчитывает количество водорода, поданного из топливного бака 20 на батарею топливных элементов 30, и регистрирует время подачи. Контроллер 50 подсчитывает остающееся количество водорода в топливном баке 20 на основании результатов подсчета, полученных при помощи монитора 27. Количество водорода, поданного из топливного бака 20 на батарею топливных элементов 30, может быть получено в результате прямого измерения потока газообразного водорода, проходящего через трубопровод подачи топлива 22, или за счет косвенной оценки с выхода батареи топливных элементов 30. Когда находят, что оставшееся в топливном баке 20 количество водорода равно заданному уровню или меньше его, то по сигналу от монитора остающегося количества водорода 27 контроллер 50 подает сигнал на блок тревожной сигнализации для предупреждения пользователя транспортного средства. Информация о малом количестве остающегося водорода побуждает пользователя произвести заправку водородом.

Топливный бак 20 также снабжен монитором контроля заполнения водородом 28, который выполнен в виде датчика давления и обнаруживает абсорбцию достаточного количества водорода поглощающим водород сплавом в топливном баке 20. Во время заполнения водородом, а именно в процессе абсорбции водорода поглощающим водород сплавом, внутреннее пространство топливного бака 20 заполнено поданным снаружи водородом, имеющим заданное повышенное давление. Внутреннее давление в топливном баке 20 повышается по мере абсорбции поглощающим водород сплавом достаточного количества водорода, при этом степень абсорбции водорода снижается. Датчик давления, установленный в топливном баке 20, обнаруживает повышение внутреннего давления, которое свидетельствует о том, что поглощающий водород сплав заполнен достаточным количеством водорода. Монитор контроля заполнения водородом 28 соединен с контроллером 50, который получает сигнал о завершении операции заполнения водородом.

Топливные элементы 30 представляют собой полимерные электролитические топливные элементы, которые объединены в батарею, содержащую множество единичных элементов 38, установленных друг на друге. В батарее топливных элементов 30 к аноду подводят топливный газ, в то время как к катоду подводят газообразный окислитель, который содержит кислород. За счет приведенных ниже электрохимических реакций получают электродвижущую силу (эдс).

Уравнение (1), уравнение (2) и уравнение (3) соответственно описывают реакцию у анода топливных элементов, реакцию у катода топливных элементов, и полную реакцию в топливных элементах. На фиг.2 показано сечение единичного топливного элемента 38, который является конструктивным элементом батареи топливных элементов 30. Единичный элемент 38 содержит электролитическую мембрану 31, анод 32, катод 33 и два сепаратора 34 и 35.

Анод 32 и катод 33 представляют собой электроды газовой диффузии, которые установлены с разных сторон электролитической мембраны 31 и образуют вместе с ней многослойную структуру. Сепараторы 34 и 35 установлены с двух сторон указанной многослойной структуры и при соединении с анодом 32 и катодом 33 образуют каналы протекания топливного газа и газообразного окислителя. Канал протекания топливного газа 34Р ограничен анодом 32 и сепаратором 34, в то время как канал протекания газообразного окислителя 35Р ограничен катодом 33 и сепаратором 35. Каждый из сепараторов 34 и 35 имеет ребра на обеих сторонах, в то время как канал протекания образован только на одной стороне, как это показано на фиг.2. В действительности одна сторона каждого сепаратора 34 или 35 соединена с анодом 32 для образования канала протекания топливного газа 34Р, в то время как другая сторона каждого сепаратора 34 или 35 соединена с катодом 33 для образования канала протекания газообразного окислителя 35Р. Сепараторы 34 и 35 объединены со смежными электродами газовой диффузии для образования каналов протекания газа, в то время как они разделяют поток топливного газа от потока газообразного окислителя в каждой паре смежных единичных элементов.

Электролитическая мембрана 31 представляет собой пропускающую протоны ионообменную мембрану, образованную из твердого полимерного материала, например из фторполимера, которая имеет хорошую электропроводность во влажном состоянии. В этом варианте в качестве электролитической мембраны 31 использована мембрана типа Nafion (производства фирмы du Pont). На поверхность электролитической мембраны 31 наносят платину или содержащий платину сплав в качестве катализатора. В этом варианте применяют следующий способ нанесения катализатора: готовят угольный порошок, который содержит платину или содержащий платину сплав, диспергируют угольный порошок, ко