JP2000123846A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池スタックの電極触媒の一酸化炭素被
毒を防止し、起動時の制御性を容易にし、且つ改質器の
クールダウンを無理なく早く行う。 【解決手段】 水素を主成分とする燃料ガスに炭化水素
系燃料を改質する改質器１と、前記燃料ガスと酸化剤ガ
スを利用して発電する燃料電池スタック２を備える燃料
電池システムにおいて、前記改質器１から排出する燃料
ガスの一酸化炭素濃度検出手段（ＣＯ濃度計７）と、前
記燃料ガスの供給先を前記燃料電池スタック２以外に切
り替える切替手段（三方切替弁８）を備え、前記燃料電
池スタック以外の供給先に前記燃料ガスを燃焼する燃焼
手段（バーナ３）を、改質器１と独立に設けたことを特
徴とするの燃料電池システム。
毒を防止し、起動時の制御性を容易にし、且つ改質器の
クールダウンを無理なく早く行う。 【解決手段】 水素を主成分とする燃料ガスに炭化水素
系燃料を改質する改質器１と、前記燃料ガスと酸化剤ガ
スを利用して発電する燃料電池スタック２を備える燃料
電池システムにおいて、前記改質器１から排出する燃料
ガスの一酸化炭素濃度検出手段（ＣＯ濃度計７）と、前
記燃料ガスの供給先を前記燃料電池スタック２以外に切
り替える切替手段（三方切替弁８）を備え、前記燃料電
池スタック以外の供給先に前記燃料ガスを燃焼する燃焼
手段（バーナ３）を、改質器１と独立に設けたことを特
徴とするの燃料電池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質
型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有
望である。
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質
型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有
望である。
【０００４】前記固体高分子電解質型燃料電池システム
は、一般的に二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高
分子電解質を挟んだ構造をしている多数のセルが積層さ
れている燃料電池スタック、該燃料電池スタックに水素
を主成分とする燃料ガスを製造して供給する改質器、酸
化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段及びガス配管
と、それらを制御する制御装置から構成されている。
は、一般的に二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高
分子電解質を挟んだ構造をしている多数のセルが積層さ
れている燃料電池スタック、該燃料電池スタックに水素
を主成分とする燃料ガスを製造して供給する改質器、酸
化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段及びガス配管
と、それらを制御する制御装置から構成されている。
【０００５】前記燃料極側には前記燃料ガスが、前記酸
化剤極側には前記酸化剤ガスが送られ、電気化学反応に
より発電する。
化剤極側には前記酸化剤ガスが送られ、電気化学反応に
より発電する。
【０００６】改質器は、炭化水素系燃料と水を蒸発させ
てガス化し、改質触媒（例えば、Ｐｄ触媒とＣｕ−Ｚｎ
触媒等）に接触させて水素を主成分とする燃料ガスを製
造する装置である。炭化水素系燃料としては、メタノー
ル、エタノール、ガソリン等の液体燃料や天然ガス、Ｌ
ＰＧ等の気体燃料が考えられる。一般的には、コスト、
取り扱い性及び改質特性の良さのためメタノールが用い
られる。
てガス化し、改質触媒（例えば、Ｐｄ触媒とＣｕ−Ｚｎ
触媒等）に接触させて水素を主成分とする燃料ガスを製
造する装置である。炭化水素系燃料としては、メタノー
ル、エタノール、ガソリン等の液体燃料や天然ガス、Ｌ
ＰＧ等の気体燃料が考えられる。一般的には、コスト、
取り扱い性及び改質特性の良さのためメタノールが用い
られる。
【０００７】前記改質触媒により製造される燃料ガスは
一酸化炭素を０．５〜１％含んでおり、そのまま燃料電
池スタックに供給すると前記燃料極の電極触媒を被毒
し、燃料電池の発電性能を著しく低下させる。
一酸化炭素を０．５〜１％含んでおり、そのまま燃料電
池スタックに供給すると前記燃料極の電極触媒を被毒
し、燃料電池の発電性能を著しく低下させる。
【０００８】前記改質器内部にはＣＯ除去部が設けら
れ、ＣＯ除去触媒により前記燃料ガスから一酸化炭素を
除去して燃料電池スタックに供給する。
れ、ＣＯ除去触媒により前記燃料ガスから一酸化炭素を
除去して燃料電池スタックに供給する。
【０００９】しかし、起動時には前記改質器の温度が十
分上昇していないため、前記ＣＯ除去部を通過した後で
も燃料ガス中の一酸化炭素濃度が高くなっている。この
燃料ガスを燃料電池スタックに供給すると前記燃料極の
電極触媒を被毒し、燃料電池の発電性能を著しく低下さ
せる。
分上昇していないため、前記ＣＯ除去部を通過した後で
も燃料ガス中の一酸化炭素濃度が高くなっている。この
燃料ガスを燃料電池スタックに供給すると前記燃料極の
電極触媒を被毒し、燃料電池の発電性能を著しく低下さ
せる。
【００１０】一方、燃料電池システムの停止時にも改質
器への空気の供給が遮断されるので、燃料ガス中の一酸
化炭素濃度が高くなる。この時、水とメタノールの供給
は停止され、改質器の加熱も停止されているが、まだ温
度が十分高いので、残留している水とメタノールが蒸発
して内部のガス圧力が高くなり、燃料ガスは燃料電池ス
タックに供給され電極を被毒する。
器への空気の供給が遮断されるので、燃料ガス中の一酸
化炭素濃度が高くなる。この時、水とメタノールの供給
は停止され、改質器の加熱も停止されているが、まだ温
度が十分高いので、残留している水とメタノールが蒸発
して内部のガス圧力が高くなり、燃料ガスは燃料電池ス
タックに供給され電極を被毒する。
【００１１】前記被毒を防止するために遮断弁により改
質器と燃料電池スタックを連結する管路を遮断すると前
記改質器の内圧が上昇してしまう問題があり、且つ改質
器が冷えたときに燃料ガス中の水蒸気が凝縮して改質触
媒やＣＯ除去触媒に付着して触媒性能を低下させる問題
がある。また、切替弁により改質器に残留している燃料
ガスを大気中に放出すれば、大気を汚染してしまう問題
がある。
質器と燃料電池スタックを連結する管路を遮断すると前
記改質器の内圧が上昇してしまう問題があり、且つ改質
器が冷えたときに燃料ガス中の水蒸気が凝縮して改質触
媒やＣＯ除去触媒に付着して触媒性能を低下させる問題
がある。また、切替弁により改質器に残留している燃料
ガスを大気中に放出すれば、大気を汚染してしまう問題
がある。
【００１２】従来技術として、特開平８−２９３３１２
号公報には、燃料電池システムの起動時の一酸化炭素濃
度が高い燃料ガス及び停止時に改質器に残留している燃
料ガスを燃料電池スタックに送らず、改質器中の炭化水
素系燃料と水を蒸発させる蒸発部に送って燃焼させる燃
料電池システムが開示されている。
号公報には、燃料電池システムの起動時の一酸化炭素濃
度が高い燃料ガス及び停止時に改質器に残留している燃
料ガスを燃料電池スタックに送らず、改質器中の炭化水
素系燃料と水を蒸発させる蒸発部に送って燃焼させる燃
料電池システムが開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、起動時には改質するために蒸発させる炭化水素系
燃料と水の量と、前記蒸発部で燃焼させる燃焼量とのバ
ランスを取ることが困難になり、燃料電池システムの起
動時の制御性が悪くなる問題がある。従来技術はまた、
停止時には前記蒸発部で燃焼しているのでクールダウン
が遅くなる上、改質器が空だき状態になる不具合が発生
する。
術は、起動時には改質するために蒸発させる炭化水素系
燃料と水の量と、前記蒸発部で燃焼させる燃焼量とのバ
ランスを取ることが困難になり、燃料電池システムの起
動時の制御性が悪くなる問題がある。従来技術はまた、
停止時には前記蒸発部で燃焼しているのでクールダウン
が遅くなる上、改質器が空だき状態になる不具合が発生
する。
【００１４】本発明は上記課題を解決したもので、燃料
電池スタックの電極触媒の一酸化炭素被毒を防止し、起
動時の制御性を容易にし、且つ改質器のクールダウンを
無理なく早く行うことができる燃料電池システムを提供
する。
電池スタックの電極触媒の一酸化炭素被毒を防止し、起
動時の制御性を容易にし、且つ改質器のクールダウンを
無理なく早く行うことができる燃料電池システムを提供
する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、水素を主成
分とする燃料ガスに炭化水素系燃料を改質する改質器
と、前記燃料ガスと酸化剤ガスを利用して発電する燃料
電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、前記
改質器から排出する燃料ガスの一酸化炭素濃度検出手段
と、前記燃料ガスの供給先を前記燃料電池スタック以外
に切り替える切替手段を備え、前記燃料電池スタック以
外の供給先に前記燃料ガスを燃焼する燃焼手段を、改質
器と独立に設けたことを特徴とするの燃料電池システム
である。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、水素を主成
分とする燃料ガスに炭化水素系燃料を改質する改質器
と、前記燃料ガスと酸化剤ガスを利用して発電する燃料
電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、前記
改質器から排出する燃料ガスの一酸化炭素濃度検出手段
と、前記燃料ガスの供給先を前記燃料電池スタック以外
に切り替える切替手段を備え、前記燃料電池スタック以
外の供給先に前記燃料ガスを燃焼する燃焼手段を、改質
器と独立に設けたことを特徴とするの燃料電池システム
である。
【００１６】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１７】即ち、一酸化炭素濃度が高い燃料ガスを改
質器から独立した燃焼手段で燃焼させるので、燃料電池
スタックの電極触媒の一酸化炭素被毒を防止し、且つ改
質器の制御と独立に燃焼させることができ、起動時の制
御性が良く、停止時に改質器を無理なく早くクールダウ
ンする燃料電池システムができる効果を有する。
質器から独立した燃焼手段で燃焼させるので、燃料電池
スタックの電極触媒の一酸化炭素被毒を防止し、且つ改
質器の制御と独立に燃焼させることができ、起動時の制
御性が良く、停止時に改質器を無理なく早くクールダウ
ンする燃料電池システムができる効果を有する。
【００１８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記燃焼手段が前記燃料電池
スタックから排出される未利用燃料ガスを燃焼する燃焼
手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シ
ステムである。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記燃焼手段が前記燃料電池
スタックから排出される未利用燃料ガスを燃焼する燃焼
手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シ
ステムである。
【００１９】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２０】即ち、前記未利用燃料ガスを燃焼する燃焼
手段と共通の燃焼手段を利用することができるので、燃
料電池システムを小型にできる効果を有する。
手段と共通の燃焼手段を利用することができるので、燃
料電池システムを小型にできる効果を有する。
【００２１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記燃焼手段の燃焼エネルギ
ーを利用してタービンを回転して、前記燃焼エネルギー
を回収することを特徴とする請求項２記載の燃料電池シ
ステムである。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記燃焼手段の燃焼エネルギ
ーを利用してタービンを回転して、前記燃焼エネルギー
を回収することを特徴とする請求項２記載の燃料電池シ
ステムである。
【００２２】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２３】即ち、前記燃焼手段の燃焼エネルギーを再
利用することができるので、高効率な燃料電池システム
ができる効果を有する。
利用することができるので、高効率な燃料電池システム
ができる効果を有する。
【００２４】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記タービンの回転を電力に
変換する発電装置を有することを特徴とする請求項３記
載の燃料電池システムである。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記タービンの回転を電力に
変換する発電装置を有することを特徴とする請求項３記
載の燃料電池システムである。
【００２５】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２６】即ち、前記燃焼手段の燃焼エネルギーを電
力として回収できるので、燃料電池システムの発電効率
を向上させることができる。
力として回収できるので、燃料電池システムの発電効率
を向上させることができる。
【００２７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記タービンの回転を、燃料
電池システムに必要な酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス
供給手段の動力とすることを特徴とする請求項３記載の
燃料電池システムである。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記タービンの回転を、燃料
電池システムに必要な酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス
供給手段の動力とすることを特徴とする請求項３記載の
燃料電池システムである。
【００２８】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２９】即ち、前記燃焼手段の燃焼エネルギーを、
燃料電池システムに必要な酸化剤ガスを供給する酸化剤
ガス供給手段の動力として利用できるので、高効率な燃
料電池システムができる。
燃料電池システムに必要な酸化剤ガスを供給する酸化剤
ガス供給手段の動力として利用できるので、高効率な燃
料電池システムができる。
【００３０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記酸化剤ガス供給手段が、
前記タービン及びモータを動力として酸化剤ガスを燃料
電池スタックに供給する装置であることを特徴とする請
求項５記載の燃料電池システムである。
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記酸化剤ガス供給手段が、
前記タービン及びモータを動力として酸化剤ガスを燃料
電池スタックに供給する装置であることを特徴とする請
求項５記載の燃料電池システムである。
【００３１】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３２】即ち、前記燃焼手段で燃焼が開始していな
い燃料電池システムの始動時にはモータの動力で酸化剤
ガスを供給することができ、始動時以降には改質器から
排出される一酸化炭素濃度の高い燃料ガスまたは燃料電
池スタックから排出される未利用燃料ガスの燃焼エネル
ギーを利用して酸化剤ガスを供給することができるの
で、始動時とそれ以降で別の酸化剤ガス供給手段を設け
る必要がなく、燃料電池システムを小型化できる効果を
有する。
い燃料電池システムの始動時にはモータの動力で酸化剤
ガスを供給することができ、始動時以降には改質器から
排出される一酸化炭素濃度の高い燃料ガスまたは燃料電
池スタックから排出される未利用燃料ガスの燃焼エネル
ギーを利用して酸化剤ガスを供給することができるの
で、始動時とそれ以降で別の酸化剤ガス供給手段を設け
る必要がなく、燃料電池システムを小型化できる効果を
有する。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００３４】図１は、本発明の実施例の固体高分子電解
質型燃料電池システム図である。本実施例の構成を説明
する。
質型燃料電池システム図である。本実施例の構成を説明
する。
【００３５】前記固体高分子電解質型燃料電池システム
は、改質器１、燃料電池スタック２、燃焼手段であるバ
ーナ３及びターボアシストコンプレッサ４から構成され
ている。また前記固体高分子電解質型燃料電池システム
には、水タンク５、メタノールタンク６、一酸化炭素濃
度検出手段であるＣＯ濃度計７、切替手段である三方切
替弁８、９などが備えられている。
は、改質器１、燃料電池スタック２、燃焼手段であるバ
ーナ３及びターボアシストコンプレッサ４から構成され
ている。また前記固体高分子電解質型燃料電池システム
には、水タンク５、メタノールタンク６、一酸化炭素濃
度検出手段であるＣＯ濃度計７、切替手段である三方切
替弁８、９などが備えられている。
【００３６】前記改質器１は、燃料である水とメタノー
ルを改質して水素を主成分とする燃料ガスに変換する装
置で、燃焼部１０１、蒸発部１０２、改質部１０３及び
ＣＯ除去部１０４から構成されている。前記改質器１の
燃焼部１０１は、メタノールを貯蔵しているメタノール
タンク６とメタノールポンプＰ３を介して連結し、エア
ーコンプレッサＣ１と空気管路１３を介して連結してい
る。前記改質器１の蒸発部１０２は、水を貯蔵している
水タンク５と水ポンプＰ１を介して連結し、前記メタノ
ールタンク６とメタノールポンプＰ２を介して連結して
いる。
ルを改質して水素を主成分とする燃料ガスに変換する装
置で、燃焼部１０１、蒸発部１０２、改質部１０３及び
ＣＯ除去部１０４から構成されている。前記改質器１の
燃焼部１０１は、メタノールを貯蔵しているメタノール
タンク６とメタノールポンプＰ３を介して連結し、エア
ーコンプレッサＣ１と空気管路１３を介して連結してい
る。前記改質器１の蒸発部１０２は、水を貯蔵している
水タンク５と水ポンプＰ１を介して連結し、前記メタノ
ールタンク６とメタノールポンプＰ２を介して連結して
いる。
【００３７】また前記改質器１は、燃料ガス管路１４を
介して三方切替弁８に連結している。前記燃料ガス管路
１４には、前記改質器１から排出される燃料ガス中の一
酸化炭素濃度を検出するＣＯ濃度計７が備えられてい
る。前記三方切替弁８は、燃料ガス管路１５を介して燃
料電池スタック２の燃料ガス供給口２１と連結してい
る。前記三方切替弁８はまた、燃料ガス管路１２を介し
てバーナ３の空気供給口３１と連結している。
介して三方切替弁８に連結している。前記燃料ガス管路
１４には、前記改質器１から排出される燃料ガス中の一
酸化炭素濃度を検出するＣＯ濃度計７が備えられてい
る。前記三方切替弁８は、燃料ガス管路１５を介して燃
料電池スタック２の燃料ガス供給口２１と連結してい
る。前記三方切替弁８はまた、燃料ガス管路１２を介し
てバーナ３の空気供給口３１と連結している。
【００３８】前記ターボアシストコンプレッサ４は、タ
ービン４１、モータ４２、コンプレッサ４３から構成さ
れている。前記コンプレッサ４３は、酸化剤ガスである
空気を圧縮して供給する酸化剤ガス供給手段で、空気管
路１６を介して三方切替弁９と連結している。前記コン
プレッサ４３はまた、空気管路１６から分岐している空
気管路１６ａを介して流量制御バルブＶ１と、同じく空
気管路１６から分岐している空気管路１６ｂを介して流
量制御バルブＶ２と連結している。
ービン４１、モータ４２、コンプレッサ４３から構成さ
れている。前記コンプレッサ４３は、酸化剤ガスである
空気を圧縮して供給する酸化剤ガス供給手段で、空気管
路１６を介して三方切替弁９と連結している。前記コン
プレッサ４３はまた、空気管路１６から分岐している空
気管路１６ａを介して流量制御バルブＶ１と、同じく空
気管路１６から分岐している空気管路１６ｂを介して流
量制御バルブＶ２と連結している。
【００３９】前記流量制御バルブＶ１は空気管路１６ｃ
を介して改質器１の改質部１０３と連結し、前記流量制
御バルブＶ２は空気管路１６ｄを介して改質器１のＣＯ
除去部１０４と連結している。
を介して改質器１の改質部１０３と連結し、前記流量制
御バルブＶ２は空気管路１６ｄを介して改質器１のＣＯ
除去部１０４と連結している。
【００４０】前記三方切替弁９は、空気管路１７を介し
て燃料電池スタック２の空気供給口２２と連結してい
る。前記三方切替弁９はまた、空気管路１８を介してバ
ーナ３の空気供給口３４と連結している。
て燃料電池スタック２の空気供給口２２と連結してい
る。前記三方切替弁９はまた、空気管路１８を介してバ
ーナ３の空気供給口３４と連結している。
【００４１】前記燃料電池スタック２の未利用燃料ガス
排出口２３は、未利用燃料ガス管路１９を介して逆止弁
１１と連結している。前記逆止弁１１は、未利用燃料ガ
ス管路２５を介してバーナ３の燃料ガス供給口３２と連
結している。
排出口２３は、未利用燃料ガス管路１９を介して逆止弁
１１と連結している。前記逆止弁１１は、未利用燃料ガ
ス管路２５を介してバーナ３の燃料ガス供給口３２と連
結している。
【００４２】前記燃料電池スタック２の未利用空気排出
口２４は、未利用空気管路２０を介して逆止弁１０と連
結している。前記逆止弁１０は、未利用空気管路１５を
介してバーナ３の空気供給口３３と連結している。
口２４は、未利用空気管路２０を介して逆止弁１０と連
結している。前記逆止弁１０は、未利用空気管路１５を
介してバーナ３の空気供給口３３と連結している。
【００４３】バーナ３は、未利用燃料ガス及び一酸化炭
素濃度の高い燃料ガスを燃焼する燃焼手段である。バー
ナ３はまた、燃料電池システムを停止した時に改質器１
に残留している燃料ガスを燃焼する燃焼手段を兼ねてい
る。前記バーナ３の排ガス排出口３５は、排ガス管路２
７を介してターボアシストコンプレッサ４のタービン４
１と連結している。
素濃度の高い燃料ガスを燃焼する燃焼手段である。バー
ナ３はまた、燃料電池システムを停止した時に改質器１
に残留している燃料ガスを燃焼する燃焼手段を兼ねてい
る。前記バーナ３の排ガス排出口３５は、排ガス管路２
７を介してターボアシストコンプレッサ４のタービン４
１と連結している。
【００４４】以下、本実施例の動作及び作用について説
明する。
明する。
【００４５】燃料電池システムが起動されると、メタノ
ールタンク６からメタノールポンプＰ３によりメタノー
ルが改質器１の燃焼部１０１に供給される。ターボアシ
ストコンプレッサ４のモータ４２も起動されてコンプレ
ッサ４３が起動される。同時にエアーコンプレッサＣ１
も起動される。
ールタンク６からメタノールポンプＰ３によりメタノー
ルが改質器１の燃焼部１０１に供給される。ターボアシ
ストコンプレッサ４のモータ４２も起動されてコンプレ
ッサ４３が起動される。同時にエアーコンプレッサＣ１
も起動される。
【００４６】前記燃焼部１０１に供給されたメタノール
は、前記エアーコンプレッサＣ１から供給された空気を
助燃剤として燃焼し、蒸発器１０２を加熱する。
は、前記エアーコンプレッサＣ１から供給された空気を
助燃剤として燃焼し、蒸発器１０２を加熱する。
【００４７】水タンク５から水ポンプＰ１により水が、
またメタノールタンク６からメタノールポンプＰ２によ
りメタノールが改質器１の蒸発部１０２に供給される。
供給された水とメタノールは、前記改質器１の蒸発部１
０２で気化され改質部１０３に送られる。
またメタノールタンク６からメタノールポンプＰ２によ
りメタノールが改質器１の蒸発部１０２に供給される。
供給された水とメタノールは、前記改質器１の蒸発部１
０２で気化され改質部１０３に送られる。
【００４８】前記改質部１０３では、水とメタノールの
蒸気はターボアシストコンプレッサ４のコンプレッサ４
３から流量制御バルブＶ１を介して送られた空気と混合
され、改質触媒（例えば、Ｐｄ触媒とＣｕ−Ｚｎ触媒
等）により水素を主成分とする燃料ガスに下記の反応で
改質されＣＯ除去部１０４に送られる。
蒸気はターボアシストコンプレッサ４のコンプレッサ４
３から流量制御バルブＶ１を介して送られた空気と混合
され、改質触媒（例えば、Ｐｄ触媒とＣｕ−Ｚｎ触媒
等）により水素を主成分とする燃料ガスに下記の反応で
改質されＣＯ除去部１０４に送られる。
【００４９】ＣＨ３ＯＨ ＋０．１３Ｏ２ ＋０．４７
Ｎ２ ＋０．７５Ｈ２Ｏ→ ２．７５Ｈ２Ｏ ＋ＣＯ２
＋０．４７Ｎ２ 前記燃料ガスは一酸化炭素を０．５〜１％含んでおり、
前記ＣＯ除去部１０４のＣＯ除去触媒（例えば、Ｐｔ触
媒等）により一酸化炭素を前記コンプレッサ４３から流
量制御バルブＶ２を介して送られた空気で酸化してＣＯ
２に変え、一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下にして燃料
電池スタック２に送られる。
Ｎ２ ＋０．７５Ｈ２Ｏ→ ２．７５Ｈ２Ｏ ＋ＣＯ２
＋０．４７Ｎ２ 前記燃料ガスは一酸化炭素を０．５〜１％含んでおり、
前記ＣＯ除去部１０４のＣＯ除去触媒（例えば、Ｐｔ触
媒等）により一酸化炭素を前記コンプレッサ４３から流
量制御バルブＶ２を介して送られた空気で酸化してＣＯ
２に変え、一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下にして燃料
電池スタック２に送られる。
【００５０】起動直後においては改質部１０３の温度が
十分上昇していないため、前記改質器１から排出される
燃料ガスの一酸化炭素濃度は所定濃度（例えば、１０ｐ
ｐｍ）以下になっていない。ＣＯ濃度計７で検出した一
酸化炭素濃度が所定濃度より大きいときは、三方切替弁
８をバーナ３側に切り替えて、前記燃料ガスを燃料ガス
管路１２を介して前記バーナ３に供給する。この時、三
方切替弁９は前記バーナ３側に切り替えられているの
で、コンプレッサ４３から空気が前記バーナ３に送られ
る。
十分上昇していないため、前記改質器１から排出される
燃料ガスの一酸化炭素濃度は所定濃度（例えば、１０ｐ
ｐｍ）以下になっていない。ＣＯ濃度計７で検出した一
酸化炭素濃度が所定濃度より大きいときは、三方切替弁
８をバーナ３側に切り替えて、前記燃料ガスを燃料ガス
管路１２を介して前記バーナ３に供給する。この時、三
方切替弁９は前記バーナ３側に切り替えられているの
で、コンプレッサ４３から空気が前記バーナ３に送られ
る。
【００５１】バーナ３は、改質器１から送られた燃料ガ
スをコンプレッサ４３から送られた空気を助燃剤にして
燃焼する。前記バーナ３の排ガスはターボアシストコン
プレッサ４のタービン４１に送られ、該タービン４１を
回転する。
スをコンプレッサ４３から送られた空気を助燃剤にして
燃焼する。前記バーナ３の排ガスはターボアシストコン
プレッサ４のタービン４１に送られ、該タービン４１を
回転する。
【００５２】前記タービン４１の回転により前記コンプ
レッサ４３が回転されるので、前記モータ４２の負荷が
低減され、電力が節約できる。補助電力が限られている
自動車等車載用の燃料電池システムでは、この効果は重
要である。
レッサ４３が回転されるので、前記モータ４２の負荷が
低減され、電力が節約できる。補助電力が限られている
自動車等車載用の燃料電池システムでは、この効果は重
要である。
【００５３】前記ＣＯ濃度計７で検出した一酸化炭素濃
度が所定濃度以下になったら、三方切替弁８を燃料電池
スタック２側に切り替え、燃料ガスが前記燃料電池スタ
ック２の燃料ガス供給口２１から前記燃料電池スタック
２の燃料極側に送られる。同時に、三方切替弁９も前記
燃料電池スタック２側に切り替え、空気が前記燃料電池
スタック２の空気供給口２２から前記燃料電池スタック
２の酸化剤極側に送られる。
度が所定濃度以下になったら、三方切替弁８を燃料電池
スタック２側に切り替え、燃料ガスが前記燃料電池スタ
ック２の燃料ガス供給口２１から前記燃料電池スタック
２の燃料極側に送られる。同時に、三方切替弁９も前記
燃料電池スタック２側に切り替え、空気が前記燃料電池
スタック２の空気供給口２２から前記燃料電池スタック
２の酸化剤極側に送られる。
【００５４】前記燃料電池スタック２では、送られた燃
料ガスと空気を用いて電気化学反応により発電する。前
記燃料電池スタック２では燃料ガス中の水素は１００％
利用されることはなく、およそ８０％の利用率である。
前記燃料電池スタック２で利用されなかった未利用燃料
ガスは未利用燃料ガス管路１９、２５を介してバーナ３
の燃料ガス供給口３２に送られる。
料ガスと空気を用いて電気化学反応により発電する。前
記燃料電池スタック２では燃料ガス中の水素は１００％
利用されることはなく、およそ８０％の利用率である。
前記燃料電池スタック２で利用されなかった未利用燃料
ガスは未利用燃料ガス管路１９、２５を介してバーナ３
の燃料ガス供給口３２に送られる。
【００５５】一方、前記燃料電池スタック２には、過剰
の空気を送っているので未利用空気が未利用空気排出口
２４から排出される。前記未利用空気は、未利用空気管
路２０、２６を介してバーナ３の空気供給口３４に送ら
れる。
の空気を送っているので未利用空気が未利用空気排出口
２４から排出される。前記未利用空気は、未利用空気管
路２０、２６を介してバーナ３の空気供給口３４に送ら
れる。
【００５６】前記バーナ３では、前記燃料電池スタック
２から送られた未利用燃料ガスと未利用空気で燃焼す
る。前記バーナ３の排ガスはターボアシストコンプレッ
サ４のタービン４１に送られ、該タービン４１を回転す
る。これで、燃料電池システムは定常運転状態になる。
２から送られた未利用燃料ガスと未利用空気で燃焼す
る。前記バーナ３の排ガスはターボアシストコンプレッ
サ４のタービン４１に送られ、該タービン４１を回転す
る。これで、燃料電池システムは定常運転状態になる。
【００５７】前記タービン４１の回転により前記コンプ
レッサが回転されるので、前記モータ４２の負荷が低減
され、電力が節約できる。前記燃料電池システムの定常
運転時には、未利用燃料ガスの燃焼エネルギーが十分あ
るので、前記モータを動かす必要がなくなり前記モータ
は停止される。
レッサが回転されるので、前記モータ４２の負荷が低減
され、電力が節約できる。前記燃料電池システムの定常
運転時には、未利用燃料ガスの燃焼エネルギーが十分あ
るので、前記モータを動かす必要がなくなり前記モータ
は停止される。
【００５８】本実施例の燃料電池システムを停止すると
きは、三方切替弁８及び三方切替弁９をバーナ３側に切
り替えて、燃料電池スタック２への燃料ガスと空気の供
給を停止する。前記燃料電池スタック２内部の燃料ガス
は、残留圧力によりバーナ３に押し出される。
きは、三方切替弁８及び三方切替弁９をバーナ３側に切
り替えて、燃料電池スタック２への燃料ガスと空気の供
給を停止する。前記燃料電池スタック２内部の燃料ガス
は、残留圧力によりバーナ３に押し出される。
【００５９】次に、流量制御バルブＶ１、Ｖ２を閉め、
同時にポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びエアーコンプレッサ
Ｃ１を停止する。蒸発部１０２に供給されている水とメ
タノール、燃焼器１０１に供給されているメタノールと
空気、改質部１０３及びＣＯ除去部１０４に供給されて
いる空気が遮断される。
同時にポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びエアーコンプレッサ
Ｃ１を停止する。蒸発部１０２に供給されている水とメ
タノール、燃焼器１０１に供給されているメタノールと
空気、改質部１０３及びＣＯ除去部１０４に供給されて
いる空気が遮断される。
【００６０】改質器１に残留している空気の圧力によ
り、前記改質器１に残留しているメタノールと水がバー
ナ３に押し出される。
り、前記改質器１に残留しているメタノールと水がバー
ナ３に押し出される。
【００６１】本発明では、燃料電池システムを停止する
ときの前記燃料電池スタック２の残留燃料ガス及び改質
器１の残留メタノールと水は、改質器１から独立したバ
ーナ３に送られて処理されるので、前記改質器のクール
ダウンが無理なく早く行うことができ、燃料電池システ
ムを早く停止することができる。
ときの前記燃料電池スタック２の残留燃料ガス及び改質
器１の残留メタノールと水は、改質器１から独立したバ
ーナ３に送られて処理されるので、前記改質器のクール
ダウンが無理なく早く行うことができ、燃料電池システ
ムを早く停止することができる。
【００６２】本実施例では、未利用燃焼ガスの燃焼エネ
ルギーでタービンを回転させ、その動力を用いて燃料電
池システムに必要な空気を供給しているので効率的なシ
ステムになっている。前記タービンの動力を用いて発電
機を回転させて発電するシステムにすることもでき、空
気の供給と発電を同時に行うシステムにすることもでき
る。
ルギーでタービンを回転させ、その動力を用いて燃料電
池システムに必要な空気を供給しているので効率的なシ
ステムになっている。前記タービンの動力を用いて発電
機を回転させて発電するシステムにすることもでき、空
気の供給と発電を同時に行うシステムにすることもでき
る。
【００６３】
【発明の効果】以上のように、本発明は、水素を主成分
とする燃料ガスに炭化水素系燃料を改質する改質器と、
前記燃料ガスと酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池
スタックを備える燃料電池システムにおいて、前記改質
器から排出する燃料ガスの一酸化炭素濃度検出手段と、
前記燃料ガスの供給先を前記燃料電池スタック以外に切
り替える切替手段を備え、前記燃料電池スタック以外の
供給先に前記燃料ガスを燃焼する燃焼手段を、改質器と
独立に設けたことを特徴とするの燃料電池システムであ
るので、燃料電池スタックの電極触媒の一酸化炭素被毒
を防止し、起動時の制御性を容易にでき、且つ改質器の
クールダウンを無理なく早く行うことができる。
とする燃料ガスに炭化水素系燃料を改質する改質器と、
前記燃料ガスと酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池
スタックを備える燃料電池システムにおいて、前記改質
器から排出する燃料ガスの一酸化炭素濃度検出手段と、
前記燃料ガスの供給先を前記燃料電池スタック以外に切
り替える切替手段を備え、前記燃料電池スタック以外の
供給先に前記燃料ガスを燃焼する燃焼手段を、改質器と
独立に設けたことを特徴とするの燃料電池システムであ
るので、燃料電池スタックの電極触媒の一酸化炭素被毒
を防止し、起動時の制御性を容易にでき、且つ改質器の
クールダウンを無理なく早く行うことができる。
【図１】本発明の実施例の固体高分子電解質型燃料電池
システム図
システム図
１…改質器 ２…燃料電池スタック ３…バーナ（燃焼手段） ４…ターボアシストコンプレッサ（酸化剤ガス供給手
段） ７…ＣＯ濃度計（一酸化炭素濃度検出手段） ８、９…三方切替弁（切替手段） ４１…タービン ４２…モータ ４３…コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
段） ７…ＣＯ濃度計（一酸化炭素濃度検出手段） ８、９…三方切替弁（切替手段） ４１…タービン ４２…モータ ４３…コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
Claims (6)
- 【請求項１】 水素を主成分とする燃料ガスに炭化水素
系燃料を改質する改質器と、前記燃料ガスと酸化剤ガス
を利用して発電する燃料電池スタックを備える燃料電池
システムにおいて、前記改質器から排出する燃料ガスの
一酸化炭素濃度検出手段と、前記燃料ガスの供給先を前
記燃料電池スタック以外に切り替える切替手段を備え、
前記燃料電池スタック以外の供給先に前記燃料ガスを燃
焼する燃焼手段を、改質器と独立に設けたことを特徴と
するの燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記燃焼手段が前記燃料電池スタックか
ら排出される未利用燃料ガスを燃焼する燃焼手段である
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記燃焼手段の燃焼エネルギーを利用し
てタービンを回転して、前記燃焼エネルギーを回収する
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】 前記タービンの回転を電力に変換する発
電装置を有することを特徴とする請求項３記載の燃料電
池システム。 - 【請求項５】 前記タービンの回転を、燃料電池システ
ムに必要な酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段の
動力とすることを特徴とする請求項３記載の燃料電池シ
ステム。 - 【請求項６】 前記酸化剤ガス供給手段が、前記タービ
ン及びモータを動力として酸化剤ガスを燃料電池スタッ
クに供給する装置であることを特徴とする請求項５記載
の燃料電池システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10296673A JP2000123846A (ja) | 1998-10-19 | 1998-10-19 | 燃料電池システム |
| DE19950143A DE19950143A1 (de) | 1998-10-19 | 1999-10-18 | Brennstoffzellensystem |
| US09/420,571 US6544675B1 (en) | 1998-10-19 | 1999-10-19 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10296673A JP2000123846A (ja) | 1998-10-19 | 1998-10-19 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000123846A true JP2000123846A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17836602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10296673A Pending JP2000123846A (ja) | 1998-10-19 | 1998-10-19 | 燃料電池システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6544675B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000123846A (ja) |
| DE (1) | DE19950143A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7357015B2 (en) | 2000-06-05 | 2008-04-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gas concentration sensor, hydrogen purification unit using this and fuel cell system |
| JP2014110227A (ja) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電システム及びその運転方法 |
| JP2018006161A (ja) * | 2016-07-01 | 2018-01-11 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
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|---|---|---|---|---|
| DE10309794A1 (de) * | 2003-03-05 | 2004-09-23 | Daimlerchrysler Ag | Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle und einem Gaserzeugungssystem |
| US7353897B2 (en) | 2003-07-23 | 2008-04-08 | Fernandez Dennis S | Telematic method and apparatus with integrated power source |
| GB0507237D0 (en) * | 2005-04-09 | 2005-05-18 | Petrowell Ltd | Improved packer |
| KR100786462B1 (ko) * | 2006-05-17 | 2007-12-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 산소 공급기를 사용하는 개질기 및 이를 포함하는 연료전지시스템 |
| DE102006032471A1 (de) | 2006-07-13 | 2008-01-17 | Webasto Ag | Brennstoffzellensystem mit Reformer und Nachbrenner |
| JP6109529B2 (ja) * | 2012-10-31 | 2017-04-05 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 発電システム |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2511866B2 (ja) * | 1986-02-07 | 1996-07-03 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池発電システム及びその起動方法 |
| JPH0789494B2 (ja) * | 1986-05-23 | 1995-09-27 | 株式会社日立製作所 | 複合発電プラント |
| JPH0878037A (ja) * | 1994-08-31 | 1996-03-22 | Aqueous Res:Kk | 燃料電池発電システム及びその運転方法 |
| JP3722868B2 (ja) | 1995-04-21 | 2005-11-30 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4000607B2 (ja) * | 1996-09-06 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の発電装置およびその方法 |
| DE19707814C1 (de) * | 1997-02-27 | 1998-08-20 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Brennstoffzellen-Energieerzeugungsanlage |
| JP3988206B2 (ja) * | 1997-05-15 | 2007-10-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池装置 |
| JPH10330101A (ja) * | 1997-05-27 | 1998-12-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| US6001499A (en) * | 1997-10-24 | 1999-12-14 | General Motors Corporation | Fuel cell CO sensor |
-
1998
- 1998-10-19 JP JP10296673A patent/JP2000123846A/ja active Pending
-
1999
- 1999-10-18 DE DE19950143A patent/DE19950143A1/de not_active Withdrawn
- 1999-10-19 US US09/420,571 patent/US6544675B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7357015B2 (en) | 2000-06-05 | 2008-04-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gas concentration sensor, hydrogen purification unit using this and fuel cell system |
| JP2014110227A (ja) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電システム及びその運転方法 |
| JP2018006161A (ja) * | 2016-07-01 | 2018-01-11 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6544675B1 (en) | 2003-04-08 |
| DE19950143A1 (de) | 2000-05-18 |
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