JP2001313059A - 燃料電池装置およびこれを備える移動体 - Google Patents
燃料電池装置およびこれを備える移動体Info
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Fuel Cell (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池からの排ガスを浄化すると共に燃料
電池装置の小型化や簡易化を図る。 【解決手段】 ハニカム担体の表面に炭化水素系の燃料
を酸化する酸化触媒（ＣｅＯ2／Ａｌ2Ｏ3など）を担持
させてなるハニカム触媒４２を備える排ガス浄化装置４
０に燃料電池３０のアノード側の排ガスとカソード側の
排ガスを供給してアノード側の排ガス中の炭化水素を酸
化触媒によって酸化することにより浄化する。カソード
側からの排ガスは、排ガス中の酸素によって酸化触媒を
再生する目的で供給されると共に装置の温度を酸化触媒
が活性化する温度に保つ目的で供給される。酸化触媒に
よる酸化であるから、燃焼を伴うものに比して構成の簡
易化や装置の小型化を図ることができる。
電池装置の小型化や簡易化を図る。 【解決手段】 ハニカム担体の表面に炭化水素系の燃料
を酸化する酸化触媒（ＣｅＯ2／Ａｌ2Ｏ3など）を担持
させてなるハニカム触媒４２を備える排ガス浄化装置４
０に燃料電池３０のアノード側の排ガスとカソード側の
排ガスを供給してアノード側の排ガス中の炭化水素を酸
化触媒によって酸化することにより浄化する。カソード
側からの排ガスは、排ガス中の酸素によって酸化触媒を
再生する目的で供給されると共に装置の温度を酸化触媒
が活性化する温度に保つ目的で供給される。酸化触媒に
よる酸化であるから、燃焼を伴うものに比して構成の簡
易化や装置の小型化を図ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置およ
びこれを備える移動体に関し、詳しくは、炭化水素系の
燃料を含有する燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電
池を有する燃料電池装置およびこれを備える移動体に関
する。
びこれを備える移動体に関し、詳しくは、炭化水素系の
燃料を含有する燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電
池を有する燃料電池装置およびこれを備える移動体に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の燃料電池装置としては、
アノード側の排ガスの一部を燃焼器により燃焼させた後
に大気開放するものが提案されている（例えば、特開平
１１−２３３１２９号公報など）。この装置では、固体
高分子型燃料電池のアノードに炭化水素系の燃料や水素
などの燃料ガスの供給を受けると共にカソード側に空気
の供給を受けて発電し、アノード側の排ガスの一部とカ
ソード側の排ガスとを燃焼器に導入してアノード側の排
ガス中に含まれる炭化水素系の燃料や水素を燃焼してい
る。そして、この燃焼ガスは、熱交換器でカソードに供
給する空気と熱交換した後に大気開放されている。
アノード側の排ガスの一部を燃焼器により燃焼させた後
に大気開放するものが提案されている（例えば、特開平
１１−２３３１２９号公報など）。この装置では、固体
高分子型燃料電池のアノードに炭化水素系の燃料や水素
などの燃料ガスの供給を受けると共にカソード側に空気
の供給を受けて発電し、アノード側の排ガスの一部とカ
ソード側の排ガスとを燃焼器に導入してアノード側の排
ガス中に含まれる炭化水素系の燃料や水素を燃焼してい
る。そして、この燃焼ガスは、熱交換器でカソードに供
給する空気と熱交換した後に大気開放されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た燃料電池装置では、装置が大型化すると共に複雑化し
て設置に不都合を生じる場合がある。例えば、車両に搭
載する場合のように、限られたスペースに設置する場合
には、大型化したものや複雑化したものは、大きな設置
スペースが必要となったり、メンテナンスに不向きなも
のになってしまう。
た燃料電池装置では、装置が大型化すると共に複雑化し
て設置に不都合を生じる場合がある。例えば、車両に搭
載する場合のように、限られたスペースに設置する場合
には、大型化したものや複雑化したものは、大きな設置
スペースが必要となったり、メンテナンスに不向きなも
のになってしまう。
【０００４】本発明の燃料電池装置は、排ガスを浄化す
ると共に装置の小型化を図ることを目的の一つとする。
また、本発明の燃料電池装置は、排ガスを浄化すると共
に装置の簡易化を図ることを目的の一つとする。本発明
の移動体は、搭載する発電システムの小型化や簡易化を
図ることにより移動体自体の小型化や簡易化を図ること
を目的とする。
ると共に装置の小型化を図ることを目的の一つとする。
また、本発明の燃料電池装置は、排ガスを浄化すると共
に装置の簡易化を図ることを目的の一つとする。本発明
の移動体は、搭載する発電システムの小型化や簡易化を
図ることにより移動体自体の小型化や簡易化を図ること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池装置およびこれを備える移動体は、上述
の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を
採った。
発明の燃料電池装置およびこれを備える移動体は、上述
の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を
採った。
【０００６】本発明の燃料電池装置は、炭化水素系の燃
料を含有する燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池
を有する燃料電池装置であって、前記炭化水素系の燃料
を酸化する酸化触媒を有し、前記燃料電池のアノードか
らの排ガスの供給を受け、該排ガス中の前記炭化水素系
の燃料を酸化して該排ガスを浄化する排ガス浄化手段を
備えることを要旨とする。
料を含有する燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池
を有する燃料電池装置であって、前記炭化水素系の燃料
を酸化する酸化触媒を有し、前記燃料電池のアノードか
らの排ガスの供給を受け、該排ガス中の前記炭化水素系
の燃料を酸化して該排ガスを浄化する排ガス浄化手段を
備えることを要旨とする。
【０００７】この本発明の燃料電池装置では、炭化水素
系の燃料を酸化する酸化触媒を有する排ガス浄化手段
が、燃料電池のアノードからの排ガスの供給を受けて、
排ガス中の炭化水素系の燃料を酸化し、排ガスを浄化す
る。こうした本発明の燃料電池装置によれば、排ガス中
の炭化水素系の燃料を酸化触媒によって酸化するから、
燃焼器を必要とせず、小型化や簡易化を図ることができ
る。
系の燃料を酸化する酸化触媒を有する排ガス浄化手段
が、燃料電池のアノードからの排ガスの供給を受けて、
排ガス中の炭化水素系の燃料を酸化し、排ガスを浄化す
る。こうした本発明の燃料電池装置によれば、排ガス中
の炭化水素系の燃料を酸化触媒によって酸化するから、
燃焼器を必要とせず、小型化や簡易化を図ることができ
る。
【０００８】こうした本発明の燃料電池装置において、
前記燃料電池は、前記燃料ガスとして直接前記炭化水素
系の燃料の供給を受けて発電する燃料電池であるものと
することもできる。また、本発明の燃料電池装置におい
て、前記燃料電池は、固体電解質型燃料電池であるもの
とすることもできる。
前記燃料電池は、前記燃料ガスとして直接前記炭化水素
系の燃料の供給を受けて発電する燃料電池であるものと
することもできる。また、本発明の燃料電池装置におい
て、前記燃料電池は、固体電解質型燃料電池であるもの
とすることもできる。
【０００９】本発明の燃料電池装置において、前記酸化
触媒は、酸化セリウム（ＣｅＯ2）であるものとするこ
ともできる。
触媒は、酸化セリウム（ＣｅＯ2）であるものとするこ
ともできる。
【００１０】さらに、本発明の燃料電池装置において、
前記排ガス浄化手段の前記酸化触媒に酸素を含有する酸
素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段を備えるも
のとすることもできる。こうすれば、酸化触媒を再生す
ることができる。この態様の本発明の燃料電池装置にお
いて、前記酸素含有ガス供給手段は、前記燃料電池のカ
ソードからの排ガスを前記酸素含有ガスとして供給する
手段であるものとすることもできる。こうすれば、装置
の配管などを簡易化することができると共に排ガス浄化
手段を燃料電池の熱を用いて適温に保つことができる。
前記排ガス浄化手段の前記酸化触媒に酸素を含有する酸
素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段を備えるも
のとすることもできる。こうすれば、酸化触媒を再生す
ることができる。この態様の本発明の燃料電池装置にお
いて、前記酸素含有ガス供給手段は、前記燃料電池のカ
ソードからの排ガスを前記酸素含有ガスとして供給する
手段であるものとすることもできる。こうすれば、装置
の配管などを簡易化することができると共に排ガス浄化
手段を燃料電池の熱を用いて適温に保つことができる。
【００１１】本発明の移動体は、各態様のいずれかの本
発明の燃料電池装置を発電システムとして備えることを
要旨とする。本発明の燃料電池装置は、小型化や簡易化
を図ることができるものであるから、これを発電システ
ムとして備える移動体も、小型化と簡易化を図ることが
できる。発電システムの小型化は移動体の他のスペース
を生み、簡易化はメンテナンスの容易化を促すことがで
きる。
発明の燃料電池装置を発電システムとして備えることを
要旨とする。本発明の燃料電池装置は、小型化や簡易化
を図ることができるものであるから、これを発電システ
ムとして備える移動体も、小型化と簡易化を図ることが
できる。発電システムの小型化は移動体の他のスペース
を生み、簡易化はメンテナンスの容易化を促すことがで
きる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池装置２０の構成の概略を示す構成図である。実
施例の燃料電池装置２０は、図示するように、固体電解
質型燃料電池の一つとしての固体酸化物型の燃料電池３
０と、この燃料電池３０の排ガスを浄化する排ガス浄化
装置４０とを備える。
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池装置２０の構成の概略を示す構成図である。実
施例の燃料電池装置２０は、図示するように、固体電解
質型燃料電池の一つとしての固体酸化物型の燃料電池３
０と、この燃料電池３０の排ガスを浄化する排ガス浄化
装置４０とを備える。
【００１３】燃料電池３０は、安定で機械的強度が高く
高温で良好な酸化物イオン伝導性を示す材料（例えば、
イットリア安定化ジルコニアなど）により形成された固
体電解質３１と、還元雰囲気に強い材料（例えば、ニッ
ケル−安定化ジルコニアサーメットなど）により形成さ
れた燃料極としてのアノード３２と、高温の酸化雰囲気
で安定な材料（例えば、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3など）に
より形成された空気極としてのカソード３３と、アノー
ド３２に炭化水素系の燃料（例えば、プロパンやブタン
など）を供給する燃料供給部３４と、カソード３３に空
気を供給する空気供給部３５とを備える。図１には燃料
電池３０を単電池として模式的に示したが、こうした単
電池が複数積層されて構成されている。こうして構成さ
れた燃料電池３０の燃料供給部３４に炭化水素系の燃料
を供給すると共に空気供給部３５に空気を供給すると、
アノード３２およびカソード３３では次式（１）および
式（２）に示す電気化学反応が生じて発電し、出力端子
３６に電力線により接続された負荷２２に電力を供給す
る。
高温で良好な酸化物イオン伝導性を示す材料（例えば、
イットリア安定化ジルコニアなど）により形成された固
体電解質３１と、還元雰囲気に強い材料（例えば、ニッ
ケル−安定化ジルコニアサーメットなど）により形成さ
れた燃料極としてのアノード３２と、高温の酸化雰囲気
で安定な材料（例えば、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3など）に
より形成された空気極としてのカソード３３と、アノー
ド３２に炭化水素系の燃料（例えば、プロパンやブタン
など）を供給する燃料供給部３４と、カソード３３に空
気を供給する空気供給部３５とを備える。図１には燃料
電池３０を単電池として模式的に示したが、こうした単
電池が複数積層されて構成されている。こうして構成さ
れた燃料電池３０の燃料供給部３４に炭化水素系の燃料
を供給すると共に空気供給部３５に空気を供給すると、
アノード３２およびカソード３３では次式（１）および
式（２）に示す電気化学反応が生じて発電し、出力端子
３６に電力線により接続された負荷２２に電力を供給す
る。
【００１４】 アノード：(n+3)Ｏ2-＋ＣnＨ2n+2→ＣＯ2＋(n+1)Ｈ2Ｏ＋２(n+3)ｅ- （１） カソード：Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2- （２）
【００１５】排ガス浄化装置４０は、ハニカム担体の表
面に炭化水素系の燃料を酸化する酸化触媒（例えば、Ｃ
ｅＯ2／Ａｌ2Ｏ3など）を担持させてなるハニカム触媒
４２を備え、このハニカム触媒４２に燃料電池３０の燃
料供給部３４からの排ガスと空気供給部３５からの排ガ
スとが排ガス供給管３８，３９を介して供給されるよう
になっている。ハニカム触媒４２上では、燃料供給部３
４からの排ガス中の炭化水素を酸化触媒上で二酸化炭素
と水にまで酸化する酸化反応と、この酸化反応に伴って
酸化触媒の表面から奪われた酸素を空気供給部３５から
の排ガス中の酸素により供給する供給反応とが同時に並
行して行なわれている。即ち、排ガス浄化装置４０で
は、燃料供給部３４からの排ガス中の炭化水素を酸化し
て排ガスの浄化を行なうと共に空気供給部３５からの排
ガス中の酸素を用いて酸化触媒の再生を行なっているの
である。なお、排ガス浄化装置４０の酸化触媒の再生に
燃料電池３０の空気供給部３５からの排ガスを用いるの
は、排ガス浄化装置４０の温度を３００〜５００℃程度
に保つためである。即ち、排ガス浄化装置４０の酸化触
媒は、３００〜５００℃程度で活性化するから、その温
度を保つ必要がある。一方、燃料電池３０の動作温度は
６００℃程度の高温であるから、燃料電池３０の空気供
給部３５からの排ガスを排ガス浄化装置４０に供給する
ことにより、排ガス浄化装置４０の温度を保つことがで
きると共に排ガス浄化装置４０の酸化触媒の再生を行な
うことができる。
面に炭化水素系の燃料を酸化する酸化触媒（例えば、Ｃ
ｅＯ2／Ａｌ2Ｏ3など）を担持させてなるハニカム触媒
４２を備え、このハニカム触媒４２に燃料電池３０の燃
料供給部３４からの排ガスと空気供給部３５からの排ガ
スとが排ガス供給管３８，３９を介して供給されるよう
になっている。ハニカム触媒４２上では、燃料供給部３
４からの排ガス中の炭化水素を酸化触媒上で二酸化炭素
と水にまで酸化する酸化反応と、この酸化反応に伴って
酸化触媒の表面から奪われた酸素を空気供給部３５から
の排ガス中の酸素により供給する供給反応とが同時に並
行して行なわれている。即ち、排ガス浄化装置４０で
は、燃料供給部３４からの排ガス中の炭化水素を酸化し
て排ガスの浄化を行なうと共に空気供給部３５からの排
ガス中の酸素を用いて酸化触媒の再生を行なっているの
である。なお、排ガス浄化装置４０の酸化触媒の再生に
燃料電池３０の空気供給部３５からの排ガスを用いるの
は、排ガス浄化装置４０の温度を３００〜５００℃程度
に保つためである。即ち、排ガス浄化装置４０の酸化触
媒は、３００〜５００℃程度で活性化するから、その温
度を保つ必要がある。一方、燃料電池３０の動作温度は
６００℃程度の高温であるから、燃料電池３０の空気供
給部３５からの排ガスを排ガス浄化装置４０に供給する
ことにより、排ガス浄化装置４０の温度を保つことがで
きると共に排ガス浄化装置４０の酸化触媒の再生を行な
うことができる。
【００１６】以上説明した実施例の燃料電池装置２０に
よれば、酸化触媒を用いた排ガス浄化装置４０により燃
料電池３０のアノード側の排ガスを浄化することができ
る。排ガス浄化装置４０は、燃焼を伴わないので小型化
することができる。また、実施例の燃料電池装置２０に
よれば、排ガス浄化装置４０の酸化触媒を再生すること
ができる。しかも、燃料電池３０のカソード側の排ガス
を酸化触媒の再生に用いるから、装置を適温に保つこと
ができると共に酸化触媒を再生するための特別なガスを
供給する必要がない。
よれば、酸化触媒を用いた排ガス浄化装置４０により燃
料電池３０のアノード側の排ガスを浄化することができ
る。排ガス浄化装置４０は、燃焼を伴わないので小型化
することができる。また、実施例の燃料電池装置２０に
よれば、排ガス浄化装置４０の酸化触媒を再生すること
ができる。しかも、燃料電池３０のカソード側の排ガス
を酸化触媒の再生に用いるから、装置を適温に保つこと
ができると共に酸化触媒を再生するための特別なガスを
供給する必要がない。
【００１７】こうした実施例の燃料電池装置２０は、燃
焼を伴わずに排ガスを浄化するシンプルで小型化を図る
ことができるものであるから、限られたスペースに設置
すると共に燃焼なしに排ガスの浄化が必要と考えられる
車両や船舶，航空機などの移動体に発電システムとして
搭載するのに好適なものと考えられる。
焼を伴わずに排ガスを浄化するシンプルで小型化を図る
ことができるものであるから、限られたスペースに設置
すると共に燃焼なしに排ガスの浄化が必要と考えられる
車両や船舶，航空機などの移動体に発電システムとして
搭載するのに好適なものと考えられる。
【００１８】なお、実施例の燃料電池装置２０では、排
ガス浄化装置４０の酸化触媒の再生に燃料電池３０のカ
ソード側の排ガスを用いたが、他のガス（例えば、空気
など）を用いるものとしても差し支えない。
ガス浄化装置４０の酸化触媒の再生に燃料電池３０のカ
ソード側の排ガスを用いたが、他のガス（例えば、空気
など）を用いるものとしても差し支えない。
【００１９】実施例の燃料電池装置２０では、燃料電池
３０として固体酸化物型の燃料電池を用いたが、排ガス
中に炭化水素系の燃料を含有するものであれば如何なる
燃料電池を用いてもよい。例えば、炭化水素系の燃料を
直接アノード側に供給するタイプの燃料電池としてのリ
ン酸型の燃料電池を用いてもよい。炭化水素系の燃料を
直接アノード側に供給せずに炭化水素系の燃料を改質器
により水素リッチな燃料ガスとしてアノード側に供給す
るタイプの燃料電池としても差し支えない。この場合、
燃料ガスには未反応の炭化水素系の燃料も含まれる場合
があるから、それを浄化することができるからである。
３０として固体酸化物型の燃料電池を用いたが、排ガス
中に炭化水素系の燃料を含有するものであれば如何なる
燃料電池を用いてもよい。例えば、炭化水素系の燃料を
直接アノード側に供給するタイプの燃料電池としてのリ
ン酸型の燃料電池を用いてもよい。炭化水素系の燃料を
直接アノード側に供給せずに炭化水素系の燃料を改質器
により水素リッチな燃料ガスとしてアノード側に供給す
るタイプの燃料電池としても差し支えない。この場合、
燃料ガスには未反応の炭化水素系の燃料も含まれる場合
があるから、それを浄化することができるからである。
【００２０】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図１】 本発明の一実施例である燃料電池装置２０の
構成の概略を示す構成図である。
構成の概略を示す構成図である。
２０ 燃料電池装置、２２ 負荷、３０ 燃料電池、３
１ 固体電解質、３２アノード、３３ カソード、３４
燃料供給部、３５ 空気供給部、３６ 出力端子、３
８，３９ 排ガス供給管、４０ 排ガス浄化装置、４２
ハニカム触媒。
１ 固体電解質、３２アノード、３３ カソード、３４
燃料供給部、３５ 空気供給部、３６ 出力端子、３
８，３９ 排ガス供給管、４０ 排ガス浄化装置、４２
ハニカム触媒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/12 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｇ Ｆターム(参考） 4D048 AA18 AB01 AC06 BA03X BA19X BA19Y CC38 4G069 AA03 AA08 BA01B BC43A BC43B CA02 CA07 CA15 CC32 DA06 FA02 5H026 AA06 5H027 AA06
Claims (7)
- 【請求項１】 炭化水素系の燃料を含有する燃料ガスの
供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池装置で
あって、 前記炭化水素系の燃料を酸化する酸化触媒を有し、前記
燃料電池のアノードからの排ガスの供給を受け、該排ガ
ス中の前記炭化水素系の燃料を酸化して該排ガスを浄化
する排ガス浄化手段を備える燃料電池装置。 - 【請求項２】 前記燃料電池は、前記燃料ガスとして直
接前記炭化水素系の燃料の供給を受けて発電する燃料電
池である請求項１記載の燃料電池装置。 - 【請求項３】 前記燃料電池は、固体電解質型燃料電池
である請求項１または２記載の燃料電池装置。 - 【請求項４】 前記酸化触媒は、酸化セリウム（ＣｅＯ
2）である請求項１ないし３いずれか記載の燃料電池装
置。 - 【請求項５】 前記排ガス浄化手段の前記酸化触媒に酸
素を含有する酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給
手段を備える請求項１ないし４いずれか記載の燃料電池
装置。 - 【請求項６】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記燃料
電池のカソードからの排ガスを前記酸素含有ガスとして
供給する手段である請求項５記載の燃料電池装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６いずれか記載の燃料電
池装置を発電システムとして備える移動体。
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