JP2000133294A - 燃料電池システム - Google Patents
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- JP2000133294A JP2000133294A JP10299656A JP29965698A JP2000133294A JP 2000133294 A JP2000133294 A JP 2000133294A JP 10299656 A JP10299656 A JP 10299656A JP 29965698 A JP29965698 A JP 29965698A JP 2000133294 A JP2000133294 A JP 2000133294A
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- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池システムを小型・軽量で且つ高効率
にする。 【解決手段】 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、少なくとも二つの空気供給手段を備え、第一空気供
給手段(3)で前記燃料電池スタック2に空気を供給
し、第二空気供給手段(3、40)の空気で開閉制御す
る空気制御開閉手段(EV1〜EV6)をガス通路開閉
手段として用いることを特徴とする燃料電池システム。
にする。 【解決手段】 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、少なくとも二つの空気供給手段を備え、第一空気供
給手段(3)で前記燃料電池スタック2に空気を供給
し、第二空気供給手段(3、40)の空気で開閉制御す
る空気制御開閉手段(EV1〜EV6)をガス通路開閉
手段として用いることを特徴とする燃料電池システム。
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、前記燃料極側に燃料ガスを
供給する燃料ガス供給手段、前記酸化剤極側に酸化剤ガ
スを供給する酸化剤ガス供給手段及び各種ガス配管と、
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、前記燃料極側に燃料ガスを
供給する燃料ガス供給手段、前記酸化剤極側に酸化剤ガ
スを供給する酸化剤ガス供給手段及び各種ガス配管と、
それらを制御する制御装置から構成されている。
【0005】前記燃料ガス供給手段として水素ボンベや
水素吸蔵合金タンクを用いた燃料電池システムもある
が、自動車等車載用では一般的に炭化水素系燃料を燃料
ガスに改質する改質器が用いられている。炭化水素系燃
料は、水素よりエネルギー密度が大きいため単位体積あ
たりの運転時間が長い利点がある。この利点は、自動車
等車載用では走行距離が長い利点となる。また、炭化水
素系燃料は、現在のガソリン貯蔵設備またはガス貯蔵設
備を、そのまま利用することができるので、燃料補給シ
ステムの構築が容易である。
水素吸蔵合金タンクを用いた燃料電池システムもある
が、自動車等車載用では一般的に炭化水素系燃料を燃料
ガスに改質する改質器が用いられている。炭化水素系燃
料は、水素よりエネルギー密度が大きいため単位体積あ
たりの運転時間が長い利点がある。この利点は、自動車
等車載用では走行距離が長い利点となる。また、炭化水
素系燃料は、現在のガソリン貯蔵設備またはガス貯蔵設
備を、そのまま利用することができるので、燃料補給シ
ステムの構築が容易である。
【0006】前記改質器は、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、LPG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。
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、LPG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】上記で製造された燃料ガスには、約0.5
〜1%の一酸化炭素が含まれており、そのまま燃料電池
スタックに供給すると燃料極の電極触媒を被毒し、前記
燃料電池スタックの電池性能を低下させる。前記電極触
媒の被毒を防止するため、前記改質器内にCO低減部を
設け空気を供給して燃料ガス中の一酸化炭素を酸化して
二酸化炭素に変換して除去し、一酸化炭素濃度が10p
pm以下になった燃料ガスを前記燃料電池スタックに供
給する。
〜1%の一酸化炭素が含まれており、そのまま燃料電池
スタックに供給すると燃料極の電極触媒を被毒し、前記
燃料電池スタックの電池性能を低下させる。前記電極触
媒の被毒を防止するため、前記改質器内にCO低減部を
設け空気を供給して燃料ガス中の一酸化炭素を酸化して
二酸化炭素に変換して除去し、一酸化炭素濃度が10p
pm以下になった燃料ガスを前記燃料電池スタックに供
給する。
【0008】前記燃料電池スタックは、前記燃料極側に
供給された燃料ガスと前記酸化剤極側に供給された酸化
剤ガスを使用して電気化学反応により発電する。
供給された燃料ガスと前記酸化剤極側に供給された酸化
剤ガスを使用して電気化学反応により発電する。
【0009】前記燃料電池スタックの発電を制御するた
め、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの通流を制御する
必要があり、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの管路上
にガスの通流を制御する開閉手段が設けられている。
め、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの通流を制御する
必要があり、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの管路上
にガスの通流を制御する開閉手段が設けられている。
【0010】従来技術として、特開平8−78037号
公報には、前記開閉手段として電磁バルブを使用した燃
料電池システムが開示されている。
公報には、前記開閉手段として電磁バルブを使用した燃
料電池システムが開示されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、大流量を流す燃料電池システムにおいては、前記
電磁バルブは大型化し、その消費電力も大きくなる問題
があった。また、前記電磁バルブは圧力損失も大きい問
題もある。燃料電池システムの高出力化にともない、更
に燃料ガス及び酸化剤ガスの大流量化が指向されている
ので、前記電磁バルブの問題が大きくなる。
術は、大流量を流す燃料電池システムにおいては、前記
電磁バルブは大型化し、その消費電力も大きくなる問題
があった。また、前記電磁バルブは圧力損失も大きい問
題もある。燃料電池システムの高出力化にともない、更
に燃料ガス及び酸化剤ガスの大流量化が指向されている
ので、前記電磁バルブの問題が大きくなる。
【0012】本発明は上記課題を解決したもので、小型
・軽量で、消費電力が小さく、圧力損失も少なく、耐熱
性が高い開閉手段を使用した小型・軽量で且つ高効率の
燃料電池システムを提供する。
・軽量で、消費電力が小さく、圧力損失も少なく、耐熱
性が高い開閉手段を使用した小型・軽量で且つ高効率の
燃料電池システムを提供する。
【0013】
【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、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、少なくとも二つの空気供
給手段を備え、第一空気供給手段で前記燃料電池スタッ
クに空気を供給し、第二空気供給手段の空気で開閉制御
する空気制御開閉手段をガス管路の開閉手段として用い
ることを特徴とする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、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、少なくとも二つの空気供
給手段を備え、第一空気供給手段で前記燃料電池スタッ
クに空気を供給し、第二空気供給手段の空気で開閉制御
する空気制御開閉手段をガス管路の開閉手段として用い
ることを特徴とする燃料電池システムである。
【0014】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。
【0015】即ち、小型で、消費電力が小さく、圧力損
失も少ない空気制御開閉手段をガス管路の開閉手段とし
て用いているので、小型・軽量で高効率の燃料電池シス
テムができる効果を有する。また、前記空気制御開閉手
段は配線がないため、耐熱性が高く、温度が高い燃料電
池スタックなどの近くにも配置することが可能であるの
で、小型の燃料電池システムができる効果を有する。
失も少ない空気制御開閉手段をガス管路の開閉手段とし
て用いているので、小型・軽量で高効率の燃料電池シス
テムができる効果を有する。また、前記空気制御開閉手
段は配線がないため、耐熱性が高く、温度が高い燃料電
池スタックなどの近くにも配置することが可能であるの
で、小型の燃料電池システムができる効果を有する。
【0016】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、前記第一空気供給手段が、前
記燃料電池スタックで利用されなかった未利用燃料ガス
を燃焼する燃焼手段を備え、該燃焼手段の排ガスにより
回転するタービンを動力とする空気供給手段であること
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、前記第一空気供給手段が、前
記燃料電池スタックで利用されなかった未利用燃料ガス
を燃焼する燃焼手段を備え、該燃焼手段の排ガスにより
回転するタービンを動力とする空気供給手段であること
を特徴とする請求項1記載の燃料電池システムである。
【0017】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。
【0018】即ち、未利用燃料ガスの燃焼エネルギー
を、燃料電池システムに必要な空気を供給する空気供給
手段の動力として利用できるので、高効率な燃料電池シ
ステムができる効果を有する。
を、燃料電池システムに必要な空気を供給する空気供給
手段の動力として利用できるので、高効率な燃料電池シ
ステムができる効果を有する。
【0019】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、前記第一空気供給手段が、前
記タービン及びモータを動力とする空気供給手段である
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、前記第一空気供給手段が、前
記タービン及びモータを動力とする空気供給手段である
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。
【0020】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。
【0021】即ち、前記タービンに排ガスを送る燃焼手
段の燃焼が開始していない燃料電池システムの始動時に
モータの動力で空気を供給することができ、定常運転時
に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空気を供給することができる
ので、始動時と定常運転時で別の空気供給手段を設ける
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。
段の燃焼が開始していない燃料電池システムの始動時に
モータの動力で空気を供給することができ、定常運転時
に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空気を供給することができる
ので、始動時と定常運転時で別の空気供給手段を設ける
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。
【0022】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、炭化水素系燃料を改質して前
記燃料ガスを製造する改質器を備え、前記第一空気供給
手段により前記燃料電池スタック及び前記改質器に空気
を供給す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、炭化水素系燃料を改質して前
記燃料ガスを製造する改質器を備え、前記第一空気供給
手段により前記燃料電池スタック及び前記改質器に空気
を供給す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。
【0023】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。
【0024】即ち、炭化水素系燃料は水素よりエネルギ
ー密度が大きいので、単位燃料体積あたりの運転時間が
長い効果を有し、自動車等車載用に利用した場合、単位
燃料体積あたりの走行距離が長い効果を有する。また、
炭化水素系燃料は、水素に比較して貯蔵性・取り扱い性
が良く、燃料補給システムの構築が容易である。
ー密度が大きいので、単位燃料体積あたりの運転時間が
長い効果を有し、自動車等車載用に利用した場合、単位
燃料体積あたりの走行距離が長い効果を有する。また、
炭化水素系燃料は、水素に比較して貯蔵性・取り扱い性
が良く、燃料補給システムの構築が容易である。
【0025】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、前記第一空気供給手段と前記
第二空気供給手段が共通の一つの空気供給手段であり、
該空気供給手段の空気を貯蔵する空気貯蔵手段及び該空
気貯蔵手段の圧力を検知する圧力検知手段を備え、前記
空気供給手段と前記空気貯蔵手段の間に空気加圧手段を
備えてい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、前記第一空気供給手段と前記
第二空気供給手段が共通の一つの空気供給手段であり、
該空気供給手段の空気を貯蔵する空気貯蔵手段及び該空
気貯蔵手段の圧力を検知する圧力検知手段を備え、前記
空気供給手段と前記空気貯蔵手段の間に空気加圧手段を
備えてい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。
【0026】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。
【0027】即ち、前記空気貯蔵手段により、前記共通
の空気供給手段が起動する前に開く必要のある空気制御
開閉手段を開くことができるので、前記第一空気供給手
段と前記第二空気供給手段を共通の一つの空気供給手段
にでき、小型で軽量な燃料電池システムができる効果を
有する。
の空気供給手段が起動する前に開く必要のある空気制御
開閉手段を開くことができるので、前記第一空気供給手
段と前記第二空気供給手段を共通の一つの空気供給手段
にでき、小型で軽量な燃料電池システムができる効果を
有する。
【0028】
【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。
【0029】図1は、本発明の第1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。本第1実施例の構
成を説明する。
電解質型燃料電池システム図である。本第1実施例の構
成を説明する。
【0030】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、空気制御開閉手段であるエアオペレートバルブE
V1〜 EV6、空気貯蔵手段であるエアタンク5、空
気加圧手段であるエアポンプ6、圧力検知手段である圧
力計7、レギュレータ8及び空気制御開閉手段の制御用
空気を供給する制御用空気管路31〜36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、空気制御開閉手段であるエアオペレートバルブE
V1〜 EV6、空気貯蔵手段であるエアタンク5、空
気加圧手段であるエアポンプ6、圧力検知手段である圧
力計7、レギュレータ8及び空気制御開閉手段の制御用
空気を供給する制御用空気管路31〜36などが備えら
れている。
【0031】前記改質器1は、燃料であるメタノールと
水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低減部104から構成されている。本第1実施例で
は炭化水素系燃料としてメタノールを使用しているが、
特にこれに限定されない。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11と
メタノールポンプP1を介して連結し、エアコンプレッ
サ13と空気管路14を介して連結している。前記改質
器1の蒸発部102は、前記メタノールタンク11とメ
タノールポンプP2を介して連結し、水を貯蔵している
水タンク12と水ポンプP3を介して連結している。
水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低減部104から構成されている。本第1実施例で
は炭化水素系燃料としてメタノールを使用しているが、
特にこれに限定されない。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11と
メタノールポンプP1を介して連結し、エアコンプレッ
サ13と空気管路14を介して連結している。前記改質
器1の蒸発部102は、前記メタノールタンク11とメ
タノールポンプP2を介して連結し、水を貯蔵している
水タンク12と水ポンプP3を介して連結している。
【0032】また前記改質器1は、燃料ガス管路15を
介してエアオペレートバルブEV1と連結している。前
記エアオペレートバルブEV1は、燃料ガス管路16を
介して燃料電池スタック2の燃料ガス供給口201と連
結している。
介してエアオペレートバルブEV1と連結している。前
記エアオペレートバルブEV1は、燃料ガス管路16を
介して燃料電池スタック2の燃料ガス供給口201と連
結している。
【0033】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、前記タービン41と前記モータ42を動力とし前記
コンプレッサ43で酸化剤ガスである空気を圧縮して供
給する空気供給手段である。前記コンプレッサ43は、
空気管路37を介してエアオペレートバルブEV2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、前記タービン41と前記モータ42を動力とし前記
コンプレッサ43で酸化剤ガスである空気を圧縮して供
給する空気供給手段である。前記コンプレッサ43は、
空気管路37を介してエアオペレートバルブEV2と連
結している。
【0034】前記コンプレッサ43はまた、空気管路3
7から分岐している空気管路29を介してエアオペレー
トバルブEV5と連結している。同じく前記コンプレッ
サ43は空気管路37から分岐している空気管路29と
該空気管路29から分岐している空気管路30を介して
エアオペレートバルブEV6と連結している。
7から分岐している空気管路29を介してエアオペレー
トバルブEV5と連結している。同じく前記コンプレッ
サ43は空気管路37から分岐している空気管路29と
該空気管路29から分岐している空気管路30を介して
エアオペレートバルブEV6と連結している。
【0035】前記エアオペレートバルブEV2は、空気
管路17を介して燃料電池スタック2の酸化剤ガス供給
口202と連結している。前記エアオペレートバルブE
V5は、空気管路47を介して前記改質部103と連結
している。前記エアオペレートバルブEV6は、空気管
路48を介して前記CO低減部104と連結している。
管路17を介して燃料電池スタック2の酸化剤ガス供給
口202と連結している。前記エアオペレートバルブE
V5は、空気管路47を介して前記改質部103と連結
している。前記エアオペレートバルブEV6は、空気管
路48を介して前記CO低減部104と連結している。
【0036】前記燃料電池スタック2の未利用燃料ガス
排出口203は、未利用燃料ガス管路18を介してエア
オペレートバルブEV3と連結している。前記エアオペ
レートバルブEV3は、未利用燃料ガス管路20を介し
てバーナ3の未利用燃料ガス供給口301と連結してい
る。
排出口203は、未利用燃料ガス管路18を介してエア
オペレートバルブEV3と連結している。前記エアオペ
レートバルブEV3は、未利用燃料ガス管路20を介し
てバーナ3の未利用燃料ガス供給口301と連結してい
る。
【0037】前記燃料電池スタック2の未利用空気排出
口204は、未利用空気管路19を介してエアオペレー
トバルブEV4と連結している。前記エアオペレートバ
ルブEV4は、未利用空気管路21を介してバーナ3の
未利用空気供給口302と連結している。
口204は、未利用空気管路19を介してエアオペレー
トバルブEV4と連結している。前記エアオペレートバ
ルブEV4は、未利用空気管路21を介してバーナ3の
未利用空気供給口302と連結している。
【0038】バーナ3は、未利用燃料ガスを燃焼する燃
焼手段である。前記バーナ3の排ガス排出口303は、
排ガス管路49を介してターボアシストコンプレッサ4
のタービン41と連結している。
焼手段である。前記バーナ3の排ガス排出口303は、
排ガス管路49を介してターボアシストコンプレッサ4
のタービン41と連結している。
【0039】エアタンク5は空気管路23を介してエア
ポンプ6と連結し、空気管路24を介してシャットバル
ブSV2と連結している。前記エアタンクには、エアタ
ンク内に貯蔵されている空気の圧力を検知する圧力計7
が備えられている。
ポンプ6と連結し、空気管路24を介してシャットバル
ブSV2と連結している。前記エアタンクには、エアタ
ンク内に貯蔵されている空気の圧力を検知する圧力計7
が備えられている。
【0040】前記シャットバルブSV2は、空気管路2
5を介してレギュレータ8と連結している。前記レギュ
レータ8は、空気管路27を介してエアオペレート制御
用ユニット電磁弁9と連結している。前記エアオペレー
ト制御用ユニット電磁弁9は、信号線38を介して電磁
弁制御部10と連結している。
5を介してレギュレータ8と連結している。前記レギュ
レータ8は、空気管路27を介してエアオペレート制御
用ユニット電磁弁9と連結している。前記エアオペレー
ト制御用ユニット電磁弁9は、信号線38を介して電磁
弁制御部10と連結している。
【0041】前記エアオペレート制御用ユニット電磁弁
9は、前記電磁弁制御部10の命令によりエアオペレー
トバルブEV1〜6に供給する制御用空気の開閉を制御
する電磁弁を集合させたユニットである。前記電磁弁
は、ON時には弁が開き空気をエアオペレートバルブに
供給し、OFF時には弁が閉じると同時にエアオペレー
トバルブの空気を排出する機能を持っている。
9は、前記電磁弁制御部10の命令によりエアオペレー
トバルブEV1〜6に供給する制御用空気の開閉を制御
する電磁弁を集合させたユニットである。前記電磁弁
は、ON時には弁が開き空気をエアオペレートバルブに
供給し、OFF時には弁が閉じると同時にエアオペレー
トバルブの空気を排出する機能を持っている。
【0042】前記エアオペレート制御用ユニット電磁弁
9は、制御用空気管路31を介してエアオペレートバル
ブEV1と連結し、制御用空気管路32を介してエアオ
ペレートバルブEV2と連結し、制御用空気管路33を
介してエアオペレートバルブEV3と連結している。更
に前記エアオペレート制御用ユニット電磁弁9は、制御
用空気管路34を介してエアオペレートバルブEV4と
連結し、制御用空気管路35を介してエアオペレートバ
ルブEV5と連結し、制御用空気管路36を介してエア
オペレートバルブEV6と連結している。
9は、制御用空気管路31を介してエアオペレートバル
ブEV1と連結し、制御用空気管路32を介してエアオ
ペレートバルブEV2と連結し、制御用空気管路33を
介してエアオペレートバルブEV3と連結している。更
に前記エアオペレート制御用ユニット電磁弁9は、制御
用空気管路34を介してエアオペレートバルブEV4と
連結し、制御用空気管路35を介してエアオペレートバ
ルブEV5と連結し、制御用空気管路36を介してエア
オペレートバルブEV6と連結している。
【0043】前記レギュレータ8は、前記空気管路27
から分岐している空気管路26を介してシャットバルブ
SV1と連結している。前記シャットバルブSV1は、
空気管路28を介して空気管路37と連結している。前
記エアポンプ6は、空気管路22、28を介して空気管
路37と連結している。
から分岐している空気管路26を介してシャットバルブ
SV1と連結している。前記シャットバルブSV1は、
空気管路28を介して空気管路37と連結している。前
記エアポンプ6は、空気管路22、28を介して空気管
路37と連結している。
【0044】前記エアオペレートバルブEV1〜 EV
6は、空気の圧力で弁を開閉する空気制御開閉手段であ
る。図2は、本発明の第1実施例に用いたエアオペレー
トバルブの断面図である。
6は、空気の圧力で弁を開閉する空気制御開閉手段であ
る。図2は、本発明の第1実施例に用いたエアオペレー
トバルブの断面図である。
【0045】前記エアオペレートバルブは、バルブ本体
50、弁体51、スプリング55、上蓋部57、下蓋部
58から構成されている。前記バルブ本体50には、ガ
ス入口部53、ガス出口部54が設けられている。前記
上蓋部57には、制御用空気供給口52が設けられてい
る。56は、前記エアオペレートバルブを閉じたとき
に、前記バルブ本体50と前記弁体51が接触してガス
の通過を遮断してシールするシール部である。前記スプ
リング55は下蓋部58で保持され、弁体51を保持し
ている。
50、弁体51、スプリング55、上蓋部57、下蓋部
58から構成されている。前記バルブ本体50には、ガ
ス入口部53、ガス出口部54が設けられている。前記
上蓋部57には、制御用空気供給口52が設けられてい
る。56は、前記エアオペレートバルブを閉じたとき
に、前記バルブ本体50と前記弁体51が接触してガス
の通過を遮断してシールするシール部である。前記スプ
リング55は下蓋部58で保持され、弁体51を保持し
ている。
【0046】制御用空気が前記制御用空気供給口52に
供給されていないとき、前記弁体51は前記スプリング
55により上方に押し上げられ前記シール部56で前記
バルブ本体50と前記弁体51が接触している。前記シ
ール部56によりガスの通過が遮断され、エアオペレー
トバルブは閉状態になる。制御用空気が前記制御用空気
供給口52に供給されると前記弁体が下方に押し下げら
れ、前記シール部56が開かれてエアオペレートバルブ
は開状態になる。
供給されていないとき、前記弁体51は前記スプリング
55により上方に押し上げられ前記シール部56で前記
バルブ本体50と前記弁体51が接触している。前記シ
ール部56によりガスの通過が遮断され、エアオペレー
トバルブは閉状態になる。制御用空気が前記制御用空気
供給口52に供給されると前記弁体が下方に押し下げら
れ、前記シール部56が開かれてエアオペレートバルブ
は開状態になる。
【0047】燃料電池システムは大量のガスを使用する
必要があるが、エアオペレートバルブは、大流量を流す
場合にも小型であり、空気で制御しているので消費電力
が少なく、圧力損失が小さい。また、エアオペレートバ
ルブは、配線がないので耐熱性が高く、温度が高い改質
器1や燃料電池スタック2の近くに配置することができ
る。
必要があるが、エアオペレートバルブは、大流量を流す
場合にも小型であり、空気で制御しているので消費電力
が少なく、圧力損失が小さい。また、エアオペレートバ
ルブは、配線がないので耐熱性が高く、温度が高い改質
器1や燃料電池スタック2の近くに配置することができ
る。
【0048】エアオペレートバルブに制御用空気を供給
するために電磁弁を使用しているが、制御用空気の流量
は非常に小さいので前記電磁弁は小型で消費電力が小さ
い。また、前記電磁弁は、温度の高い場所から離して配
置できるので、耐熱性が高い必要はない。なお、空気制
御開閉手段は前記エアオペレートバルブの構造に限定さ
れず、空気で開閉制御する構造であればよい。また、エ
アオペレートバルブを使用する管路は実施例以外にも考
えられる。
するために電磁弁を使用しているが、制御用空気の流量
は非常に小さいので前記電磁弁は小型で消費電力が小さ
い。また、前記電磁弁は、温度の高い場所から離して配
置できるので、耐熱性が高い必要はない。なお、空気制
御開閉手段は前記エアオペレートバルブの構造に限定さ
れず、空気で開閉制御する構造であればよい。また、エ
アオペレートバルブを使用する管路は実施例以外にも考
えられる。
【0049】図3は、本発明の第1実施例の固体高分子
電解質型燃料電池システムの起動時のフローチャート図
である。図1、3を使用して本第1実施例の動作及び作
用について説明する。
電解質型燃料電池システムの起動時のフローチャート図
である。図1、3を使用して本第1実施例の動作及び作
用について説明する。
【0050】燃料電池システムが停止しているときは、
シャットバルブSV1、 SV2及びエアオペレートバ
ルブEV1〜 EV6は閉じられている。燃料電池シス
テムが起動されると、ステップS101でシャットバル
ブSV2が開き、エアタンク5内の貯蔵されている空気
をレギュレータ8で約1kg/cm2のゲージ圧に減圧
してエアオペレート制御用ユニット電磁弁9に供給す
る。
シャットバルブSV1、 SV2及びエアオペレートバ
ルブEV1〜 EV6は閉じられている。燃料電池シス
テムが起動されると、ステップS101でシャットバル
ブSV2が開き、エアタンク5内の貯蔵されている空気
をレギュレータ8で約1kg/cm2のゲージ圧に減圧
してエアオペレート制御用ユニット電磁弁9に供給す
る。
【0051】次に、ステップS102で、電磁弁制御部
10の命令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁
9のエアオペレートバルブEV2、 EV4に制御用空
気を供給する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブ
EV2、 EV4を開く。
10の命令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁
9のエアオペレートバルブEV2、 EV4に制御用空
気を供給する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブ
EV2、 EV4を開く。
【0052】ステップS103でモータ42を起動して
ターボアシストコンプレッサ4を起動する。前記ターボ
アシストコンプレッサ4のコンプレッサ43により空気
を圧縮し燃料電池スタック2の酸化剤ガス供給口202
に供給する。
ターボアシストコンプレッサ4を起動する。前記ターボ
アシストコンプレッサ4のコンプレッサ43により空気
を圧縮し燃料電池スタック2の酸化剤ガス供給口202
に供給する。
【0053】この時、メタノールタンク11からメタノ
ールポンプP1によりメタノールを改質器1の燃焼部1
01に供給する。同時にエアーコンプレッサ13も起動
し前記燃焼部101に空気を供給する。 前記燃焼部1
01に供給されたメタノールは、前記エアーコンプレッ
サ13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。
ールポンプP1によりメタノールを改質器1の燃焼部1
01に供給する。同時にエアーコンプレッサ13も起動
し前記燃焼部101に空気を供給する。 前記燃焼部1
01に供給されたメタノールは、前記エアーコンプレッ
サ13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。
【0054】メタノールタンク11からメタノールポン
プP2によりメタノールが、また水タンク12から水ポ
ンプP3により水が、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102で気化され改質部103に送られる。
プP2によりメタノールが、また水タンク12から水ポ
ンプP3により水が、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102で気化され改質部103に送られる。
【0055】ステップ104で、電磁弁制御部10の命
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV5、 EV6に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV5、
EV6を開く。これにより、ターボアシストコンプレ
ッサ4のコンプレッサ43から改質部103及びCO低
減部104に空気を供給する。
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV5、 EV6に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV5、
EV6を開く。これにより、ターボアシストコンプレ
ッサ4のコンプレッサ43から改質部103及びCO低
減部104に空気を供給する。
【0056】前記改質部103では、水とメタノールの
蒸気に前記コンプレッサ43から供給した空気を混合
し、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
してCO低減部104に送る。
蒸気に前記コンプレッサ43から供給した空気を混合
し、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
してCO低減部104に送る。
【0057】 CH3OH +0.13O2 +0.47N2 +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低減部104のCO低減触媒(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から供
給した空気で酸化して二酸化炭素に変え、一酸化炭素濃
度を10ppm以下にして燃料ガスを燃料電池スタック
2に送る。
前記CO低減部104のCO低減触媒(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から供
給した空気で酸化して二酸化炭素に変え、一酸化炭素濃
度を10ppm以下にして燃料ガスを燃料電池スタック
2に送る。
【0058】ステップ105で、電磁弁制御部10の命
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV1、 EV3に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV1、
EV3を開く。これにより、一酸化炭素濃度10ppm
以下の燃料ガスが燃料電池スタック2の燃料ガス供給口
201に供給される。
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV1、 EV3に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV1、
EV3を開く。これにより、一酸化炭素濃度10ppm
以下の燃料ガスが燃料電池スタック2の燃料ガス供給口
201に供給される。
【0059】前記燃料電池スタック2では、供給された
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、未利用燃料ガス排出口203から排出さ
れ、未利用燃料ガス管路18、20を介してバーナ3の
未利用燃料ガス供給口301に送られる。
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、未利用燃料ガス排出口203から排出さ
れ、未利用燃料ガス管路18、20を介してバーナ3の
未利用燃料ガス供給口301に送られる。
【0060】一方、前記燃料電池スタック2には、過剰
の空気を供給しているので未利用空気が未利用空気排出
口204から排出される。前記未利用空気は、未利用空
気管路19、21を介してバーナ3の未利用空気供給口
302に送られる。
の空気を供給しているので未利用空気が未利用空気排出
口204から排出される。前記未利用空気は、未利用空
気管路19、21を介してバーナ3の未利用空気供給口
302に送られる。
【0061】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の排ガスは排ガス排出口303から排
出され、排ガス管路49を介して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。
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の排ガスは排ガス排出口303から排
出され、排ガス管路49を介して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。
【0062】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。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。更に、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。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。更に、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。
【0063】ステップS106で、シャットバルブSV
1を開き、直ちにステップ107で、シャットバルブS
V2を閉じる。これにより、エアオペレート制御用ユニ
ット電磁弁9に供給される空気は、エアタンク5の空気
からコンプレッサ43により圧縮された空気に切り替え
られる。
1を開き、直ちにステップ107で、シャットバルブS
V2を閉じる。これにより、エアオペレート制御用ユニ
ット電磁弁9に供給される空気は、エアタンク5の空気
からコンプレッサ43により圧縮された空気に切り替え
られる。
【0064】ステップS108で、エアポンプ6が起動
し、コンプレッサ43により圧縮された空気を更に加圧
してエアタンク5に貯蔵する。エアタンク5内の空気圧
力は、圧力計7で検知されている。
し、コンプレッサ43により圧縮された空気を更に加圧
してエアタンク5に貯蔵する。エアタンク5内の空気圧
力は、圧力計7で検知されている。
【0065】ステップS109で前記エアタンク5内の
空気圧力があらかじめ決められた設定圧力以上であるか
判断し、前記空気圧力が設定圧力より小さい間、ステッ
プS109を繰り返す。前記空気圧力が設定圧力以上で
あればステップS110に進む。
空気圧力があらかじめ決められた設定圧力以上であるか
判断し、前記空気圧力が設定圧力より小さい間、ステッ
プS109を繰り返す。前記空気圧力が設定圧力以上で
あればステップS110に進む。
【0066】ステップS110ではエアポンプ6を停止
する。前記エアタンク5には設定圧力の空気が貯蔵さ
れ、次の燃料電池システムの起動時に利用される。即
ち、前記エアポンプ6は、コンプレッサ43から供給さ
れる空気を更に高圧に加圧して前記エアタンク5に空気
を貯蔵するもので、ここではエアオペレートバルブに使
用された空気を補充している。前記エアポンプ6により
高圧にできるので、前記エアタンク5を小型化すること
ができる。
する。前記エアタンク5には設定圧力の空気が貯蔵さ
れ、次の燃料電池システムの起動時に利用される。即
ち、前記エアポンプ6は、コンプレッサ43から供給さ
れる空気を更に高圧に加圧して前記エアタンク5に空気
を貯蔵するもので、ここではエアオペレートバルブに使
用された空気を補充している。前記エアポンプ6により
高圧にできるので、前記エアタンク5を小型化すること
ができる。
【0067】これで、燃料電池システムは定常運転状態
になる。本第1実施例は、エアタンク5に貯蔵した空気
により燃料電池システムに必要なガス管路の開閉手段の
開閉を制御しているので、小型・軽量で且つ高効率の燃
料電池システムになっている。
になる。本第1実施例は、エアタンク5に貯蔵した空気
により燃料電池システムに必要なガス管路の開閉手段の
開閉を制御しているので、小型・軽量で且つ高効率の燃
料電池システムになっている。
【0068】図4は、本発明の第2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。まず、前記第2実
施例の構成について説明する。第1実施例と同じ部品に
は第1実施例と同じ符号を付け、説明は省略する。
電解質型燃料電池システム図である。まず、前記第2実
施例の構成について説明する。第1実施例と同じ部品に
は第1実施例と同じ符号を付け、説明は省略する。
【0069】40は、空気制御開閉手段に制御用空気を
供給する空気供給手段であるエアコンプレッサである。
この制御用空気の流量は非常に小さいので、前記エアコ
ンプレッサ40は小型のものでよい。
供給する空気供給手段であるエアコンプレッサである。
この制御用空気の流量は非常に小さいので、前記エアコ
ンプレッサ40は小型のものでよい。
【0070】前記エアコンプレッサ40は、空気管路3
9を介してシャットバルブSV4と連結している。前記
シャットバルブSV4は、空気管路44を介してシャッ
トバルブSV3と連結している。前記空気管路44は中
間点48で分岐し、該中間点48は空気管路45を介し
てエアオペレート制御用ユニット電磁弁9と連結してい
る。前記シャットバルブSV3は、空気管路46を介し
て空気管路37と連結している。図5は、本発明の第2
実施例の固体高分子電解質型燃料電池システム起動時の
フローチャート図である。図4、5を使用して本第2実
施例の動作及び作用について説明する。
9を介してシャットバルブSV4と連結している。前記
シャットバルブSV4は、空気管路44を介してシャッ
トバルブSV3と連結している。前記空気管路44は中
間点48で分岐し、該中間点48は空気管路45を介し
てエアオペレート制御用ユニット電磁弁9と連結してい
る。前記シャットバルブSV3は、空気管路46を介し
て空気管路37と連結している。図5は、本発明の第2
実施例の固体高分子電解質型燃料電池システム起動時の
フローチャート図である。図4、5を使用して本第2実
施例の動作及び作用について説明する。
【0071】燃料電池システムが停止しているときは、
シャットバルブSV3、 SV4及びエアオペレートバ
ルブEV1〜 EV6は閉じられている。燃料電池シス
テムが起動されると、ステップS201でシャットバル
ブSV4が開き、続いてステップS202で、エアコン
プレッサ40を起動し空気を圧縮してエアオペレート制
御用ユニット電磁弁9に供給する。
シャットバルブSV3、 SV4及びエアオペレートバ
ルブEV1〜 EV6は閉じられている。燃料電池シス
テムが起動されると、ステップS201でシャットバル
ブSV4が開き、続いてステップS202で、エアコン
プレッサ40を起動し空気を圧縮してエアオペレート制
御用ユニット電磁弁9に供給する。
【0072】次に、ステップS203で、電磁弁制御部
10の命令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁
9のエアオペレートバルブEV2、 EV4に制御用空
気を供給する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブ
EV2、 EV4を開く。
10の命令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁
9のエアオペレートバルブEV2、 EV4に制御用空
気を供給する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブ
EV2、 EV4を開く。
【0073】ステップS204でモータ42を起動して
ターボアシストコンプレッサ4を起動する。前記ターボ
アシストコンプレッサ4のコンプレッサ43により空気
が圧縮されて燃料電池スタック2の酸化剤ガス供給口2
02に空気が供給される。
ターボアシストコンプレッサ4を起動する。前記ターボ
アシストコンプレッサ4のコンプレッサ43により空気
が圧縮されて燃料電池スタック2の酸化剤ガス供給口2
02に空気が供給される。
【0074】この時、メタノールタンク11からメタノ
ールポンプP1によりメタノールが改質器1の燃焼部1
01に供給される。同時にエアーコンプレッサ13も起
動される。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13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。
ールポンプP1によりメタノールが改質器1の燃焼部1
01に供給される。同時にエアーコンプレッサ13も起
動される。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13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。
【0075】メタノールタンク11からメタノールポン
プP2によりメタノールが、また水タンク12から水ポ
ンプP3により水が、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102で気化され改質部103に送られる。
プP2によりメタノールが、また水タンク12から水ポ
ンプP3により水が、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102で気化され改質部103に送られる。
【0076】ステップ205で、電磁弁制御部10の命
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV5、 EV6に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV5、
EV6を開く。これにより、ターボアシストコンプレ
ッサ4のコンプレッサ43から改質部103及びCO低
減部104に空気が供給される。
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV5、 EV6に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV5、
EV6を開く。これにより、ターボアシストコンプレ
ッサ4のコンプレッサ43から改質部103及びCO低
減部104に空気が供給される。
【0077】前記改質部103では、水とメタノールの
蒸気に前記コンプレッサ43から供給した空気を混合
し、改質触媒により水素を主成分とする燃料ガスに改質
してCO低減部104に送る。前記CO低減部104で
は、CO低減触媒により一酸化炭素を前記コンプレッサ
43から供給した空気で酸化して酸化炭素濃度に変え、
一酸化炭素濃度を10ppm以下にして燃料ガスを燃料
電池スタック2に送る。
蒸気に前記コンプレッサ43から供給した空気を混合
し、改質触媒により水素を主成分とする燃料ガスに改質
してCO低減部104に送る。前記CO低減部104で
は、CO低減触媒により一酸化炭素を前記コンプレッサ
43から供給した空気で酸化して酸化炭素濃度に変え、
一酸化炭素濃度を10ppm以下にして燃料ガスを燃料
電池スタック2に送る。
【0078】ステップ206で、電磁弁制御部10の命
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV1、 EV3に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV1、
EV3を開く。これにより、一酸化炭素濃度10pp
m以下の燃料ガスが燃料電池スタック2の燃料ガス供給
口201に供給される。
令によりエアオペレート制御用ユニット電磁弁9のエア
オペレートバルブEV1、 EV3に制御用空気を供給
する電磁弁を開き、前記エアオペレートバルブEV1、
EV3を開く。これにより、一酸化炭素濃度10pp
m以下の燃料ガスが燃料電池スタック2の燃料ガス供給
口201に供給される。
【0079】前記燃料電池スタック2では、供給された
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で利用されなかった未利用燃料
ガスは、未利用燃料ガス排出口203から排出され、未
利用燃料ガス管路18、20を介してバーナ3の未利用
燃料ガス供給口301に送られる。
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で利用されなかった未利用燃料
ガスは、未利用燃料ガス排出口203から排出され、未
利用燃料ガス管路18、20を介してバーナ3の未利用
燃料ガス供給口301に送られる。
【0080】一方、前記燃料電池スタック2には、過剰
の空気を供給しているので未利用空気が未利用空気排出
口204から排出される。前記未利用空気は、未利用空
気管路19、21を介してバーナ3の未利用空気供給口
302に送られる。
の空気を供給しているので未利用空気が未利用空気排出
口204から排出される。前記未利用空気は、未利用空
気管路19、21を介してバーナ3の未利用空気供給口
302に送られる。
【0081】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の排ガスは排ガス排出口303から排
出され、排ガス管路49を介して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。
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の排ガスは排ガス排出口303から排
出され、排ガス管路49を介して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。
【0082】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。更に、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。更に、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。
【0083】ステップS207で、シャットバルブSV
3を開き、直ちにステップ208で、シャットバルブS
V4を閉じ、更にステップ209でエアコンプレッサ4
0を停止する。これにより、エアオペレート制御用ユニ
ット電磁弁9に供給される空気は、前記エアコンプレッ
サ40により圧縮された空気からコンプレッサ43によ
り圧縮された空気に切り替えられる。これで、燃料電池
システムは定常運転状態になる。
3を開き、直ちにステップ208で、シャットバルブS
V4を閉じ、更にステップ209でエアコンプレッサ4
0を停止する。これにより、エアオペレート制御用ユニ
ット電磁弁9に供給される空気は、前記エアコンプレッ
サ40により圧縮された空気からコンプレッサ43によ
り圧縮された空気に切り替えられる。これで、燃料電池
システムは定常運転状態になる。
【0084】本第2実施例は、小型のエアコンプレッサ
40から供給される空気により燃料電池システムに必要
なガス管路の開閉手段の開閉を制御しているので、小型
・軽量で且つ高効率の燃料電池システムになっている。
40から供給される空気により燃料電池システムに必要
なガス管路の開閉手段の開閉を制御しているので、小型
・軽量で且つ高効率の燃料電池システムになっている。
【0085】なお、本第1、第2実施例では、燃料電池
スタックに空気を供給する空気供給手段としてターボア
シストコンプレッサを使用しているが、特にこれに限定
されず一般的なコンプレッサを使用してもよい。前記タ
ーボアシストコンプレッサを使用することにより、燃料
電池スタックで利用されなかった未利用燃料ガスを利用
することができるので、燃料電池システムの効率を向上
することができる。
スタックに空気を供給する空気供給手段としてターボア
シストコンプレッサを使用しているが、特にこれに限定
されず一般的なコンプレッサを使用してもよい。前記タ
ーボアシストコンプレッサを使用することにより、燃料
電池スタックで利用されなかった未利用燃料ガスを利用
することができるので、燃料電池システムの効率を向上
することができる。
【0086】
【発明の効果】以上のように、本発明は、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、少なくとも二つの空気供給
手段を備え、第一空気供給手段で前記燃料電池スタック
に空気を供給し、第二空気供給手段の空気で開閉制御す
る空気制御開閉手段をガス通路開閉手段として用いるこ
とを特徴とする燃料電池システムであるので、小型・軽
量で、消費電力が小さく、圧力損失も少なく、耐熱性が
高い開閉手段を使用しているため、小型・軽量で且つ高
効率のシステムにすることができる。
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、少なくとも二つの空気供給
手段を備え、第一空気供給手段で前記燃料電池スタック
に空気を供給し、第二空気供給手段の空気で開閉制御す
る空気制御開閉手段をガス通路開閉手段として用いるこ
とを特徴とする燃料電池システムであるので、小型・軽
量で、消費電力が小さく、圧力損失も少なく、耐熱性が
高い開閉手段を使用しているため、小型・軽量で且つ高
効率のシステムにすることができる。
【図1】本発明の第1実施例の固体高分子電解質型燃料
電池システム図
電池システム図
【図2】本発明の第1実施例の固体高分子電解質型燃料
電池システム起動時のフローチャート図
電池システム起動時のフローチャート図
【図3】本発明の第1実施例に用いたエアオペレートバ
ルブの断面図
ルブの断面図
【図4】本発明の第2実施例の固体高分子電解質型燃料
電池システム図
電池システム図
【図5】本発明の第2実施例の固体高分子電解質型燃料
電池システム起動時のフローチャート図
電池システム起動時のフローチャート図
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(第一空気供給手段、
第二空気供給手段) 5…エアタンク(空気貯蔵手段) 6…エアポンプ(空気加圧手段) 7…圧力計(圧力検知手段) 40…エアコンプレッサ(第二空気供給手段) 41…タービン 42…モータ 43…コンプレッサ(空気供給手段) EV1〜 EV6…エアオペレートバルブ(空気制御開
閉手段)
第二空気供給手段) 5…エアタンク(空気貯蔵手段) 6…エアポンプ(空気加圧手段) 7…圧力計(圧力検知手段) 40…エアコンプレッサ(第二空気供給手段) 41…タービン 42…モータ 43…コンプレッサ(空気供給手段) EV1〜 EV6…エアオペレートバルブ(空気制御開
閉手段)
Claims (5)
- 【請求項1】 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、少なくとも二つの空気供給手段を備え、第一空気供
給手段で前記燃料電池スタックに空気を供給し、第二空
気供給手段の空気で開閉制御する空気制御開閉手段をガ
ス通路開閉手段として用いることを特徴とする燃料電池
システム。 - 【請求項2】 前記第一空気供給手段が、前記燃料電池
スタックで利用されなかった未利用燃料ガスを燃焼する
燃焼手段を備え、該燃焼手段の排ガスにより回転するタ
ービンを動力とする空気供給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】 前記第一空気供給手段が、前記タービン
及びモータを動力とする空気供給手段であることを特徴
とする請求項2記載の燃料電池システム。 - 【請求項4】 炭化水素系燃料を改質して前記燃料ガス
を製造する改質器を備え、前記第一空気供給手段により
前記燃料電池スタック及び前記改質器に空気を供給する
ことを特徴とす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5】 前記第一空気供給手段と前記第二空気供
給手段が共通の一つの空気供給手段であり、該空気供給
手段の空気を貯蔵する空気貯蔵手段及び該空気貯蔵手段
の圧力を検知する圧力検知手段を備え、前記空気供給手
段と前記空気貯蔵手段の間に空気加圧手段を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10299656A JP2000133294A (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10299656A JP2000133294A (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | 燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000133294A true JP2000133294A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17875398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10299656A Pending JP2000133294A (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000133294A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003052857A2 (de) * | 2001-12-15 | 2003-06-26 | Mtu Cfc Solutions Gmbh | Brennstoffzellenanordnung und verfahren zum betrieb einer brennstoffzellenanordnung |
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JP2009151989A (ja) * | 2007-12-19 | 2009-07-09 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
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JP2012094534A (ja) * | 2012-01-06 | 2012-05-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
-
1998
- 1998-10-21 JP JP10299656A patent/JP2000133294A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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