JP2006261030A

JP2006261030A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2006261030A
Application number: JP2005079537A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Kusumura; 浩一楠村; Susumu Kobayashi; 晋小林; Kensaku Kinukawa; 謙作絹川; Masayoshi Ishida; 政義石田
Original assignee: University of Tsukuba NUC; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; University of Tsukuba NUC
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】改質ガス中の不純物ガスによる水素吸蔵合金の劣化を防ぐとともに、ＣＯによる燃料電池の発電出力低下を防ぐことができる燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス生成部１と、生成した改質ガスを通過させ、改質ガスの水素の体積分率を高めてＣＯの体積分率を低減するためのガス分離膜２と、ガス分離膜２を通過した改質ガスが供給される水素吸蔵合金３と、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を用いて発電する燃料電池４とを備えた燃料電池発電システムに関する。ガス分離膜２が貴金属を実質的に含まないものであり、水素吸蔵合金３がＣＯに対する被毒を抑制するための表面改質処理がなされたものであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素系燃料を水蒸気改質した改質ガスの水素を水素吸蔵合金に吸蔵し、水素吸蔵合金から放出された水素を用いて燃料電池で発電するようにした燃料電池発電システムに関するものである。

従来から、炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス生成部と、この改質ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池発電システムが知られている。

図３に従来方式の燃料電池発電システムの一例を示す。改質ガス生成部は水蒸気改質反応により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、改質ガスに含まれるＣＯを低減するＣＯ変成部と、ＣＯ変成部から出た改質ガスに含まれるＣＯをさらに低減するためのＣＯ選択酸化反応部とで形成されている。このシステムにおいては、改質ガス生成部で生成された改質ガスにはＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の不純物ガスが含まれており、不純物ガスを含んだ改質ガスを燃料電池に供給して発電することになるため、常に発電に必要な量より多い水素量を含む改質ガスを燃料電池に供給する必要がある。このため、燃料電池で発電に使われなかった水素等のオフガスを燃焼部等で処理する必要があった。また発電負荷の変動に応じて、改質ガス生成部で生成する改質ガス量を調整して燃料電池に供給する必要があり、改質ガス生成部の制御が複雑になるという問題があった。

これらの問題を解決するため、図４に示すような水素吸蔵合金を用いた燃料電池発電システムが提案されている（特許文献１等参照）。このシステムにおいて改質ガス生成部は、改質部とＣＯ変成部で構成されており、改質ガス生成部で生成された改質ガスは水素を主成分としＣＯの体積分率が１％以下に低減されている。そしてこの改質ガスが水素吸蔵合金に供給されるが、水素吸蔵合金は水素だけを選択的に吸蔵するので、水素の吸蔵時には改質ガスに含まれるＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の不純物ガスは燃料電池に供給されずに回収することができる。従って、燃料電池の発電時には水素吸蔵合金に吸蔵された水素を放出させるので、燃料電池に水素のみを供給することができるものである。このようにするとオフガスの処理が不要となり、また燃料電池には水素を水素吸蔵合金から発電に必要な量だけ供給することができるので、発電負荷変動への対応が容易になるものである。

ここで、改質ガス生成部で生成された改質ガスにＣＯが含まれていると、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力が低下するという問題や、あるいはＣＯが含まれる改質ガスの吸蔵および放出を繰り返すと水素吸蔵合金が劣化し、水素の吸蔵および放出能力が徐々に低下するという問題がある。このため、特許文献１のものでは、改質ガスに含まれるＣＯを十分に低減するためのＣＯ変成部を改質ガス生成部に設けることが必要であった。

また、メンブレンリフォーマ（水素分離型改質器）で改質ガスを生成させたり、図５に示すように、改質ガス生成部で生成された改質ガスをＰｄ膜又は高分子膜で形成されるガス分離膜に通して改質ガスに含まれるＣＯを低減してから、水素吸蔵合金に吸蔵させる燃料電池発電システムが提案されている（特許文献２等参照）。このシステムにおいて、メンブレンリフォーマを用いる場合は、水素透過膜の一次側と二次側において０．５〜１ＭＰａ程度の大きな圧力差を確保するための動力が必要となるという問題がある。あるいはガス分離膜に改質ガスを通す場合は、Ｐｄ膜等の貴金属膜ではピンホール拡大による性能劣化に加え非常に高価である等の問題があり、また高分子膜では水素と不純物ガスとの分離係数が十分でないため、ＣＯを十分低減するためには高分子膜を多段に配置させる必要があってシステムが複雑になるという問題があった。

また、水素吸蔵合金に供給される改質ガス中のＣＯの体積分率が高くなると、水素吸蔵合金に吸蔵される総水素量が低下するとともに、水素吸蔵合金から放出される水素にＣＯが微少量であるが含まれることになり、このＣＯが含まれる水素を燃料電池に供給すると、燃料電池の発電出力が低下するという問題があった。
特開２０００−１２０６１号公報特開２０００−３２７３０６号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、改質ガス生成部と水素吸蔵合金と燃料電池を備える燃料電池発電システムにおいて、改質ガス中の不純物ガスによる水素吸蔵合金の劣化を防ぐとともに、ＣＯによる燃料電池の発電出力低下を防ぐことができる燃料電池発電システムを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る燃料電池発電システムは、炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス生成部１と、生成した改質ガスを通過させ、改質ガスの水素の体積分率を高めてＣＯの体積分率を低減するためのガス分離膜２と、ガス分離膜２を通過した改質ガスが供給される水素吸蔵合金３と、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を用いて発電する燃料電池４とを備えた燃料電池発電システムであって、ガス分離膜２が貴金属を実質的に含まないものであり、水素吸蔵合金３がＣＯに対する被毒を抑制するための表面改質処理がなされたものであることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、上記ガス分離膜が、セラミックス膜であることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、水素吸蔵合金３の上記表面改質処理が、フッ化処理であることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、上記改質ガス生成部１が、ＣＯ変成反応及びＣＯ選択酸化反応のＣＯ転化プロセスを含まないことを特徴とするものである。

また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、上記燃料電池発電システムにおいて、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を放出する前に、水素吸蔵合金３の加圧と加熱のうち少なくとも一方の操作を行なうようにしたことを特徴とするものである。

また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、上記水素吸蔵合金３には触媒活性のある物質が添加されていることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る燃料電池発電システムによれば、ガス分離膜２が貴金属を実質的に含まないものであるので、ピンホール拡大などによる不純物ガスの低減の性能劣化を抑制することができるものであり、また水素吸蔵合金３にはＣＯに対する被毒を抑制するための表面改質処理がなされているので、水素吸蔵合金３の劣化を防いで不純物ガスの低減の性能劣化を抑制することができるものである。この結果、ＣＯによる燃料電池４の発電出力低下を防いで、発電効率が高く、また信頼性の高い、燃料電池発電システムを得ることができるものである。

また請求項２の発明は、ガス分離膜としてセラミック膜を用いるので、水素と不純物ガスとの分離係数が高く、改質ガスに含まれるＣＯを十分低減して不純物ガスによる水素吸蔵合金の劣化を防ぐことができ、より信頼性の高い燃料電池発電システムを得ることができるものである。

また請求項３の発明は、水素吸蔵合金３の表面改質処理はフッ化処理であるので、ＣＯに対する被毒を十分抑制して、不純物ガスによる水素吸蔵合金の劣化を防くことができ、より信頼性の高い燃料電池発電システムを得ることができるものである。

また請求項４の発明は、改質ガス生成部１にはＣＯ変成反応及びＣＯ選択酸化反応のＣＯ転化プロセスを含まないので、システムの簡素化および低コスト化を図ることができるものである。

また請求項５の発明は、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を放出する前に、水素吸蔵合金３の加圧と加熱のうち少なくとも一方の操作を行なうので、水素吸蔵合金３から燃料電池に供給される水素に含まれるＣＯを低減することができ、燃料電池４の発電出力の低下を防ぐことができるものである。

また請求項６の発明は、水素吸蔵合金３に触媒活性のある物質が添加してあるので、燃料電池４に供給される水素に含まれるＣＯをより低減することができ、燃料電池４の発電の出力低下を防ぐことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の燃料電池発電システムの一例を示す概略図であり、炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス生成部１、改質ガス生成部１において生成された改質ガス中の水素の体積分率を高めるとともに改質ガス中のＣＯを十分に低減するためのガス分離膜２、ガス分離膜２によって水素の体積分率が高められた改質ガス中の水素を吸蔵するための水素吸蔵合金３、水素吸蔵合金３に吸蔵された水素を用いて発電する燃料電池４を備えて燃料電池発電システムが構成してある。

図１の実施形態において、炭化水素系燃料としてジメチルエーテルを用い、送液ポンプ１０により水とともに改質ガス生成部１へ供給するようにしてある。改質ガス生成部１としては、炭化水素系燃料を水蒸気改質反応させる改質部のみを有するものを用いることができる。後述のように本システムではガス分離膜２を用いて改質ガス中のＣＯを十分に低減するようにしているので、ＣＯ変成反応やＣＯ選択酸化反応のようなＣＯ転化プロセスを含まない改質ガス生成部１を用いることができるものであり、システムの簡素化および低コスト化を図ることができるものである。この改質ガス生成部１で生成された改質ガスにはＣＯが体積分率で１％程度含まれている。

またガス分離膜２としては、シリカ膜などのセラミックス膜を用いることができる。このガス分離膜２として用いるセラミック膜は、Ｐｄなどの貴金属を実質的に含まないものを使用するものである。このようにＰｄなどの貴金属を実質的に含まないセラミック膜を用いることによって、ピンホール拡大などによる不純物ガスの低減の性能劣化を防ぐことができるものである。この「貴金属を実質的に含まない」とは、ピンホール拡大が生じることがない程度に微量に含むことは許容されるという意味である。ここで、改質ガス生成部１で生成された改質ガスには通常高温かつ多量の未反応水分が含有されているが、シリカ膜などのセラミックス膜は高温やヒートサイクルによって分離性能が劣化し易く、水分含有によって分離係数が低下して分離性能が劣化する。そこで図１の実施の形態では、改質ガス生成部１とガス分離膜２との間に水分冷却器と水分凝縮回収器からなる水分冷却凝集器１１が設けてあり、改質ガス生成部１で生成された改質ガスを水分冷却凝縮器１１に通して、冷却すると共に水分を回収した後、ガス分離膜２に送るようにしてある。水分冷却凝集器１１で回収された水分は、燃料電池４の電解膜の加湿や水蒸気改質反応の供給水に再利用することができる。

このように水分冷却凝集器１１で適切に温度を低下させた改質ガスをシリカ膜などのセラミック膜で形成されるガス分離膜２に通すと、ガス分離膜２はＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の不純物ガスと比較して水素の透過性能が高いため、改質ガス中の水素の体積分率を高めることができると共に、ＣＯの体槙分率を０．１％以下に低減することができるものである。このとき、炭化水素系燃料および水の供給装置として送液ポンプ１０を用いているので、少ないポンプ動力および加熱と反応に伴う効率的な体積膨張でガス分離膜２の１次側の圧力を高くすることができるものであり、ガス分離膜２において水素と不純物ガスを分離する際の流通量を十分増すことができるものである。このため、ガス分離膜２の面積を削減することができると共に改質ガスのＣＯの体積分率を効率よく低減することができるものであり、なおかつ水素吸蔵合金３での水素回収率を高めることができるものである。ガス分離膜２を透過しないＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の不純物ガスは回収器２５に回収される。

また水素吸蔵合金３としては、例えばＡＢ５型のＬｍＮｉ系合金（ランタンリッチミッシュメタル・ニッケル系合金：常温での水素平衡圧力が０．１ＭＰａより大きい特性を有するもの）を用いることができる。この水素吸蔵合金３の表面にはＣＯによる被毒を抑制するための表面改質処理が施してある。表面改質処理は例えば、水素吸蔵合金３の表面にフッ化物の被膜を形成するフッ化処理で行なうことができるものである。フッ化処理は、例えば、１５０℃程度の所定温度のもとで、水素吸蔵合金３を封入した容器内にフッ素ガス（Ｆ_２）あるいは不活性ガスで希釈したフッ素ガスを所定時間流し、水素吸蔵合金３の表面にフッ素の被膜を形成する乾式法や、水素吸蔵合金３の粉末を所定時間、フッ化水素酸の溶液に浸漬して攪拌し、次に水素吸蔵合金３と溶液とを分離した後、１５０℃以下の所定の温度で不活性ガス中で加熱する湿式法など、任意の方法で行なうことができるものである。

水素吸蔵合金３には温度調節器１２を接続して、水素吸蔵合金３を冷却・加熱することができるようにしてあり、また水素吸蔵合金３とガス分離膜２の間に開閉弁１３が、水素吸蔵合金３と燃料電池４の間に開閉弁１４がそれぞれ設けてある。さらにこの開閉弁１４と燃料電池４の間に切替弁１５が設けてある。この切替弁１５は水素吸蔵合金３からの流路を燃料電池４の側に流通させるか、回収器２６の側へ流通させるかを切替えるものである。そして開閉弁１３を開いてガス分離膜２からＣＯの体積分率が低減された改質ガスが水素吸蔵合金３に供給されると、水素吸蔵合金３を温度調節器１２で冷却することによって、改質ガスの水素が水素吸蔵合金３に吸蔵される。水素吸蔵合金３は水素を選択的に吸蔵するので、開閉弁１４を開くと共に切替弁１５を回収器２６の側へ切替えると、水素以外のＣＯ等の不純物ガスを回収器２６に回収することができる。また燃料電池４の発電時には、水素吸蔵合金３を温度調節器１２で加熱することにより、水素吸蔵合金３から水素を放出することができるものであり、開閉弁１４を開くと共に切替弁１５を燃料電池４の側に切替えることによって、燃料電池４に水素のみを供給し、燃料電池４による発電を効率良く行なうことができるものである。このような水素吸蔵合金３における水素の吸蔵と放出は燃料電池４の発電負荷に応じて切替えるようにすればよい。尚、上記のようにガス分離膜２から回収した不純物ガスや、このように水素吸蔵合金３から回収した不純物ガスには、有害な可燃ＣＯに加えて微量の未回収水素が含まれているため、容易に燃焼可能であり、改質ガス生成部１での水蒸気改質反応の熱源に用いることができるものである。

ここで、水素吸蔵合金３の表面にはフッ化処理などの表面改質処理が施してあるので、ガス分離膜２から水素吸蔵合金３に供給される改質ガス中に微量のＣＯが含まれていても、このＣＯが水素吸蔵合金３に作用することを表面改質処理で形成した被膜によって遮断することができ、ＣＯの作用による被毒で水素吸蔵合金３が劣化することを防ぐことができるものである。水素吸蔵合金３の表面改質処理としては、ＣＯに対する被毒耐性を得ることができる物質の被膜をコーティングすることができるものであれば、フッ化処理以外の処理であってもよい。

またこのような表面改質処理の後に、水素吸蔵合金３の表面にＰｔやＰｄ等の、メタネーション反応、シフト反応、選択酸化反応に対して触媒活性のある金属を添加するようにしてもよい。金属の添加は、水素吸蔵合金３に金属粉末を混ぜ込む方法や、メッキや蒸着等で水素吸蔵合金３の表面に金属を付着させる方法や、金属を有機錯体の形で水素吸蔵合金３の表面に乗せておいて熱処理により有機物を飛ばす方法など任意の方法で行なうことができるものである。

また、上記のように水素吸蔵合金３から水素を放出させて燃料電池４に供給するにあたって、水素吸蔵合金３に供給される改質ガスに含まれるＣＯの体積分率が高いと、水素吸蔵合金３から放出される水素にＣＯが微少量含まれる可能性がある。そこで、この水素に含まれるＣＯを低減するための方法を以下に示す。水素吸蔵合金３からの水素の放出をおこなう前に、水素吸蔵合金３の入口および出口を開閉弁１３および開閉弁１４で閉鎖し、この状態で水素吸蔵合金３を加熱すると水素吸蔵合金３の物理的な特性によって水素平衡圧力が高まる。このように水素吸蔵合金３を加熱しながら加圧することにより、水素吸蔵合金３に含まれるＮｉ等金属の触媒作用によるＣＯのメタン化反応あるいは微量に含まれる水との変成反応が促進され、水素吸蔵合金３内のＣＯを低減し、水素吸蔵合金３から放出される水素に含まれるＣＯを十分低減することができるものである。水素吸蔵合金３を加熱しながら加圧することが望ましいが、加熱と加圧のいずれか一方であってもよい。尚、水素吸蔵合金３の前後にＣＯ濃度を低減する手段をプロセスとして加えてもよい。また上記のような加熱や加圧のプロセスを経ずとも、水素吸蔵合金３を収容する容器の温度条件および圧力条件を適後に調整することによって、メタン化反応や変成反応が進み、同時にＣＯ濃度を低減できる可能性もある。この場合、設定される条件で十分な吸蔵速度が確保される適切な特性の合金材料を選択する必要がある。また水素吸蔵時の発熱反応時に水素吸蔵合金３を収容する容器を保温したり保圧弁を用いたりするなどして、ＣＯ濃度の低減を促進させることも有効である。

図２は本発明の他の実施の形態を示すものであり、図１のシステムの水素吸蔵合金３の構成の代りに、図２の構成の水素吸蔵合金３を用いるようにしたものである。図２の実施の形態では、水素吸蔵合金３として、第１の水素吸蔵合金３ａと第２の水素吸蔵合金３ｂの二つを用い、第１と第２の水素吸蔵合金３ａ，３ｂの間に熱交換装置１７が設けてある。そしてガス分離膜３から導出される流入流路１８に切替弁１９を設けると共に、切替弁１９で流入流路１８を第１流入流路１８ａと第２流入流路１８ｂに分岐し、第１流入流路１８ａは第１水素吸蔵合金３ａに、第２流入流路１８ｂは第２水素吸蔵合金３ｂにそれぞれ接続してある。また第１水素吸蔵合金３ａから導出される第１放出流路２０に切替弁２１が設けてあり、切替弁２１で第１放出流路２０を、回収器２７に接続される回収流路２０ａと燃料電池４に接続される供給流路２０ｂとに分岐してある。さらに第２水素吸蔵合金３ｂから導出される第２放出路２２に切替弁２３が設けてあり、切替弁２３で第２放出流路２２を、回収器２８に接続される回収流路２２ａと燃料電池４に接続される供給流路２２ｂとに分岐してある。図２の実施の形態では、供給流路２０ｂと供給流路２２ｂは合流して燃料電池４に接続されるようにしてある。

このものにあって、図２（ａ）のように、切替弁１９を切替えて流入流路１８から第２流入流路１８ｂへの流路を連通させると共に第１流入流路１８ａへの流路を遮断し、また切替弁２１を切替えて第１放出流路２０から供給流路２０ｂへの流路を連通させると共に回収流路２０ａへの流路を遮断し、さらに切替弁２３を切替えて第２放出流路２２から供給流路２２ｂへの流路を遮断すると共に回収流路２２ａへの流路を連通させる（図２において連通する流路を実線、遮断する流路を破線で示す）。各流路をこのように切替えると、第１水素吸蔵合金３ａに吸蔵された水素が第１放出流路２０から供給流路２０ｂを通して燃料電池４に供給される。このとき同時に、改質ガス生成部１で生成されガス分離膜２を透過した改質ガスが、流入流路１８から第２流入流路１８ｂを通して第２水素吸蔵合金３ｂに供給されて吸蔵され、また水素以外のＣＯ等の不純物ガスは第２放出流路２２から回収流路２２ａを通して回収器２８に回収される。また、図２（ｂ）のように、切替弁１９を切替えて流入流路１８から第１流入流路１８ａへの流路を連通させると共に第２流入流路１８ｂへの流路を遮断し、また切替弁２１を切替えて第１放出流路２０から供給流路２０ｂへの流路を連通させると共に回収流路２０ａへの流路を遮断し、さらに切替弁２３を切替えて第２放出流路２２から供給流路２２ｂへの流路を連通させると共に回収流路２２ａへの流路を遮断する。各流路をこのように切替えると、第２水素吸蔵合金３ｂに吸蔵された水素が第２放出流路２２から供給流路２２ｂを通して燃料電池４に供給される。このとき同時に、改質ガス生成部１で生成されガス分離膜２を透過した改質ガスが、流入流路１８から第１流入流路１８ａを通して第１水素吸蔵合金３ａに供給されて吸蔵され、また水素以外のＣＯ等の不純物ガスは第１放出流路２０から回収流路２０ａを通して回収器２７に回収される。

このように、第１水素吸蔵合金３ａから燃料電池４に水素を放出して発電しながら、改質ガス生成部１で生成された改質ガスの水素を第２水素吸蔵合金３ｂに吸蔵させることができると共に、第１水素吸蔵合金３ａの水素吸蔵量が減ってくると、第２水素吸蔵合金３ｂから燃料電池４に水素を放出して発電しながら、改質ガス生成部１で生成された改質ガスの水素を第１水素吸蔵合金３ａに吸蔵させることができるものであり、切替弁１９，２１，２３の切替え操作で第１水素吸蔵合金３ａと第２水素吸蔵合金３ｂの吸蔵・放出を交互に切替えることによって、改質ガス生成部１から連続して改質ガスを生成しながら、水素吸蔵合金３から水素を連続して燃料電池４に供給し、長時間に亘って安定してシステムを運転することができるものである。

ここで、第１水素吸蔵合金３ａと第２水素吸蔵合金３ｂの間に熱交換装置１７が設けてあるので、第１及び第２の水素吸蔵合金３ａ，３ｂのうち、一方の水素吸蔵合金３ａ，３ｂでの水素の吸蔵に伴う発熱を、他方の水素吸蔵合金３ａ，３ｂから水素を放出するための熱として利用することができるものであり、またこの水素の吸蔵に伴う発熱を利用して、改質ガス生成部１に供給する炭化水素系燃料や水の予熱を行なうこともできるものである。さらに燃料電池４の排熱を、この熱交換装置１７で水素吸蔵合金３ａ，３ｂからの水素の放出に必要な熱として利用することができるものであり、省エネルギー化を図ることができるものである。図２の実施の形態では、水素吸蔵合金３を２つ設けるようにしているが、水素吸蔵合金３は２つ以上の複数であればよく、個数は特に限定されるものでない。

尚、本発明は上記の各実施の形態に限定されるものではない。例えば、炭化水素系燃料としては、上記のようなジメチルエーテルの他に、メタノール、エタノール等の他の液体燃料を用いてもよく、あるいはメタン、プロパン等の気体燃料を用いてもよい。また改質ガス生成部１での改質反応においても、水蒸気改質反応だけではなく、部分酸化反応やオートサーマルなど触媒燃焼併発型改質装置も応用できるものである。炭化水素系燃料として気体燃料を用いる場合には、コンプレッサーにより燃料を改質ガス生成部１に供給することによってガス分圧膜の一次側の圧力を高くする必要が生じる場合もある。

またガス分離膜２としてセラミックス膜を用いる場合、上記のようなシリカ膜の他に、ゼオライト膜やジルコニア膜等の必要な分離係数が確保されるものであればよい。特にセラミックス膜は比較的低い差圧で大きなガス透過量を得ることができるのが特長であり、システム全体の効率向上に有効である。尚、改質ガス生成部１の改質温度が比較的低い温度の場合には改質ガスに含まれるＣＯの体積分率が低いため、ガス分離膜２としてポリイミド等の高分子膜を用いても水素吸蔵合金３に供給される改質ガスに含まれるＣＯを十分低減することが可能である。高分子膜はセラミックス膜より安価であるため、システムの低コスト化を図ることができる。また水素吸蔵合金３の表面改質処理によってＣＯ被毒耐性の能力が十分に得られる場合には、ガス分離膜そのものも不要となる。

また水素吸蔵合金３としては、上記のＬｍＮｉ系合金の他に、ＬａＮｉ系合金、Ｔｉ系合金（例えばＴｉＦｅ０．８５Ｍｎ０．１５）などを用いることもできる。尚、水素吸蔵合金以外にも、水素のみを選択貯蔵できる材料、例えば、有機系、無機系、炭素系等の水素貯蔵材料でも、同様に被毒耐性のための表面改質処理したもの、耐性が強い材料の場合には、利用可能である。

また、水素吸蔵合金３の水素の吸蔵および放出の手段としては、水素の吸蔵を比較的高い加圧・自然あるいは強制の冷却で行ない、水素の放出を常温で行うもの、水素の吸蔵を常圧・自然あるいは強制の冷却で行ない、放出を比較的高温の加熱で行うもの、あるいは水素の吸蔵を比較的低い加圧・自然あるいは強制の冷却で行ない、放出を比較的低温の加熱で行なうものなど、水素吸蔵合金３の組成を調整することによって、様々な条件を選択することができるものであり、負荷追従性重視や効率重視など要請される仕様によって適切なシステム特性を提供することができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。同上の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ概略図である。従来の一例を示す概略図である。従来の他の一例を示す概略図である。従来のさらに他の一例を示す概略図である。

符号の説明

１改質ガス生成部
２ガス分離膜
３水素吸蔵合金
４燃料電池

Claims

炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス生成部と、生成した改質ガスを通過させ、改質ガスの水素の体積分率を高めてＣＯの体積分率を低減するためのガス分離膜と、ガス分離膜を通過した改質ガスが供給される水素吸蔵合金と、水素吸蔵合金に吸蔵された水素を用いて発電する燃料電池とを備えた燃料電池発電システムであって、ガス分離膜が貴金属を実質的に含まないものであり、水素吸蔵合金がＣＯに対する被毒を抑制するための表面改質処理がなされたものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
上記ガス分離膜が、セラミックス膜であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
水素吸蔵合金の上記表面改質処理が、フッ化処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム。
上記改質ガス生成部が、ＣＯ変成反応及びＣＯ選択酸化反応のＣＯ転化プロセスを含まないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
上記燃料電池発電システムにおいて、水素吸蔵合金に吸蔵された水素を放出する前に、水素吸蔵合金の加圧と加熱のうち少なくとも一方の操作を行なうようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
上記水素吸蔵合金には触媒活性のある物質が添加されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。