JP2002528869A - 燃料電池作動用の作動媒体を受け入れる容器 - Google Patents
燃料電池作動用の作動媒体を受け入れる容器Info
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Abstract
Description
。この反応中に、水素イオンと酸素イオンが結合して燃料電池内部の膜のところ
に水が形成される。燃料電池に属するタンクから気体の状態の作動媒体を供給す
ることが知られている。作動媒体である酸素を周囲の空気から得ることも周知で
ある。
較的大量の水素ガスの輸送および/または貯蔵に関して、使用可能な空間と安全
上の問題の両面について制約がある。さらに、特に燃料電池車では、作動媒体、
具体的には水素の供給が十分に広く行き渡ることが保証される必要がある。
提案されている。例えば液体メタノールを使用することが好ましい。反応のため
の水素は、ガス発生システム中での蒸気メタノール改質によって好都合に得られ
る。
るかに低いコストで入手できるようにすることが可能な点である。作動媒体中の
望ましくない混和物が化学的に活性な領域を害する可能性があるため、燃料電池
車の試作品は化学的に高純度のメタノールで動く。それに対して、燃料補給所で
メタノールを満タンにすることが可能な燃料電池車の経済運用では、慣行の輸送
距離および輸送方法は、燃料電池のさまざまな化学的活性領域での許容範囲を超
えるメタノール汚染を考慮する必要があることを意味する。
タノールに適した容器を提供することにある。
よび構成は、その他の請求項および本明細書の記述から明らかとなろう。
、第1の出口および第2の出口を有し、少なくとも1つの通過手段によって、少
なくとも、入口側の内部スペースと入口から遠い内部スペースとに分割され、第
1の出口が入口側内部スペースに配置され、第2の出口が入口から遠い内部スペ
ースに配置される。
供される。
部スペースで接触し、第2のタイプの作動媒体と入口から遠い内部スペースで接
触し、第1のタイプの作動媒体の純度が第2のタイプの作動媒体の純度よりも低
い。
媒体とは異なる化学組成を有する。
触し、作動媒体中の不純物と入口から遠い内部スペースで接触する。
ミック・ボディおよび/または粒子フィルタを有すると有利である。
。一方の側の分圧を低くすることによって、通過手段を通過する媒体の透過量を
高めることができる。
備えることである。入口から遠い内部スペースをパージ媒体でパージすることに
よって、通過手段を通過する媒体の透過量を高めることができる。
を、水素を得るためのガス発生システムに供給できると都合がよい。さらに、不
純物を触媒燃焼ユニットに供給できると都合がよい。このようにすると、メタノ
ール精製から得られた炭化水素不純物を有利に使用して、任意の改質器、蒸発器
および/またはガス浄化装置のプロセス熱を得ることができる。
含まれる。この場合、精製された作動媒体または少なくとも予備的に精製された
作動媒体を、車両に充てんすることができる。
ースに本発明を説明する。しかし、本発明はこの応用に限定されるものではなく
、定置型燃料電池システムでも、または非定置型燃料電池システムでも使用する
ことができる。また、メタノールの代わりに、水素を含むその他の液体または気
体媒体を使用することもできる。
メタノールに対して、対応する燃料補給インフラストラクチャを生み出されなけ
ればならない。しかし、内燃機関を有する車両が長期間同時に稼働することを容
認しなければならないため、メタノールの長距離輸送および/または広域配給は
、ガソリンおよびディーゼル燃料の輸送にも使用されるパイプラインおよび/ま
たはタンカーを介して実施されるものと考えなければならない。
による、数容量パーセント(vol%)、具体的には2vol%までのメタノー
ル汚染を計算に入れなければならない。これらの炭化水素は、メタノールから水
素を得るのに使用する改質触媒の活性を低下させる可能性があり、したがって、
改質プロセスの前にメタノールからこれらを除去しておかなければならない。
から有極性物質を分離することができる通過手段、具体的には膜の助けを借りて
精製することにある。有利な膜材料は、ポリマー、モレキュラー・シーブおよび
/または多孔質セラミックである。1つの物質に対する透過性が別の物質に対す
る透過性よりも大きい通過手段、具体的には膜が適当である。
いは、対応する作動媒体の精製を、燃料補給装置、例えば充てんポンプ中で直接
に実施することもできる。特に作動媒体がメタノールである場合には、高級炭化
水素が不純物として抽出され、ガソリン燃料中でさらに使用するためこれらを現
場で供給することができ、有利である。
とができる膜を使用することにあり、この目的には特にモレキュラー・シーブを
使用することができる。
は、作動媒体2としてメタノールが不純物3とともに入口Eを通して供給される
。作動媒体は液体であることが好ましい。部品V、好ましくはバルブおよび/ま
たはポンプを入口領域に配置することができる。容器1の内部には通過手段4が
、容器1の内部を少なくとも2つの領域、すなわち入口側の内部スペース5と入
口から遠い内部スペース6とに分割するように配される。第1の出口A1が入口
側内部スペース5に、第2の出口A2が入口から遠い内部スペース6に配置され
、これらの出口を通して、精製された作動媒体2および/または不純物3を容器
1から取り出すことができる。
3は通過手段4を通り抜け、出口A2を通して排出される。作動媒体2は精製さ
れた生成物として保持され、出口A1を通して取り出すことができる。透過物の
透過量を増大させるため、入口から遠い内部スペース6を真空ポンプまたはパー
ジ装置、好ましくはパージ・ガスに便宜的に接続することができる。入口から遠
いスペース6の透過物の分圧を低くすると、通過手段4を通過する透過物の透過
量を増大させることができる。
も可能である。この場合には、作動媒体2が出口A2から取り出され、不純物3
が出口A1から取り出される。
。メタノール2は不純物3とともにバルブVを介して、図1に記載した通りに設
計された容器1の入口Eに送られる。通過手段4は、容器の内部を入口側内部ス
ペース5と入口から遠い内部スペース6とに分割する。不純物3は、通過手段4
を通り抜け、出口A2を通して排出される。不純物3は、触媒燃焼ユニット7に
送られ、空気の供給下で燃やされる。生じた熱は、このシステム中のさまざまな
プロセス装置のプロセス熱として使用することができる。
生システム8に供給され、ガス発生システム中で、供給された水および/または
蒸気で湿らされ、改質される。次いで、メタノールから得られた水素が燃料電池
または燃料電池スタック9に供給される。
いはポンプVを介して、図1および図2に記載した通りに設計された容器1の入
口Eに送られる。通過手段4は、容器の内部を入口側内部スペース5と入口から
遠い内部スペース6とに分割する。精製されたメタノール2は、入口側内部スペ
ース5の出口A1を通してガス発生システム8に供給され、ガス発生システム中
で、供給された水および/または蒸気で湿らされ、改質される。次いで、メタノ
ールから得られた水素が燃料電池または燃料電池スタック9に供給される。
る。不純物3の透過量を高めるため、パーベーパレーション(pervapor
ation)・プロセスを使用することが好ましい。パーベーパレーション中、
透過物は液体から気体への相転移を受ける。他の膜プロセスと同様に、成分のパ
ーベーパレーションの推進力はその化学ポテンシャルの勾配である。パーベーパ
レーションの場合、この勾配は、好ましくは、透過物側の分圧を操作温度に関連
した飽和蒸気圧よりも低くすることによって達成でき、その結果、脱着中に透過
物が蒸発する。したがって、入口から遠い容器1の内部スペース6は便宜的に、
入口から遠い内部スペース6を真空排気する真空ポンプ10に接続される。次い
で、分離された不純物3の流れは、不純物3を予熱するため加熱装置11に供給
される。不純物との熱交換のため、加熱装置にはさらに、燃料電池9からの排気
ガスおよび触媒バーナ7からの熱排気ガスが供給される。加熱された不純物3は
、加熱装置11から触媒バーナ7に供給され、または冷却された排気ガスが加熱
装置11から排出される。
する。メタノール2は不純物3とともにバルブVを介して容器1の入口Eに送ら
れる。通過手段4は、容器の内部を入口側内部スペース5と入口から遠い内部ス
ペース6とに分割する。精製されたメタノール2は、入口側内部スペース5の出
口A1を通してガス発生システム8に供給され、ガス発生システム中で、供給さ
れた水および/または蒸気で湿らされ、改質される。次いで、メタノールから得
た水素が燃料電池または燃料電池スタック9に供給される。
る。不純物3の透過量を高めるため、パーベーパレーション・プロセスを使用す
ることが好ましい。この場合、真空ポンプではなしに、パージ装置によって分圧
が下げられる。このとき、入口Sを通して燃料電池9からのアノード排気ガスが
、容器の入口から遠い内部スペース6にパージ・ガスとして導入されることが好
ましい。
。この加熱装置にはさらに、触媒バーナ7からの熱排気ガスが供給される。加熱
された不純物3は、加熱装置11から触媒バーナ7に供給され、または冷却され
た排気ガスが加熱装置11から排出される。
出口A2をガス発生システム8に接続し、出口A1を、触媒燃焼装置7に直接に
または間接的に接続することができる。
るように、通過手段4を、複数の選択透過性ボディから形成することもできる。
好ましくは、複数の通過手段4を前後に直列に接続する。ただし、複数の通過手
段4を横に並べて配置すること、または通過手段4を並列に、かつ前後に配置す
ることも可能である。このようにすると、作動媒体からの複数の異なる物質の選
択分離を最適化することができる。
いることが好ましい。
/または水を、炭化水素を含む混合物から分離するための通過手段の有利な実施
形態を以下に簡単に説明する。好ましい通過手段4は膜であり、好ましい膜材料
は、酢酸セルロースおよび/または酢酸酪酸セルロースおよび/またはポリエチ
レンおよび/またはポリ酢酸ビニルおよび/またはポリ塩化ビニルおよび/また
は塩素化ポリエチレンおよび/またはポリ塩化ビニルおよび/またはポリ塩化ビ
ニリデンを含む。
ロースおよび/または酢酸酪酸セルロースを含む。
/またはポリ塩化ビニリデンおよび/またはポリエチレンから成るグループから
選択されることが好ましい。
ために、例えばエーテルなどの化合物を追加したほうがよい場合がある。入口側
内部スペース5と入口から遠い内部スペース6との間の圧力差が有利である場合
がある。この場合、入口から遠い側に減圧を生じさせ、または、入口に近い側に
過圧を生じさせる。
。
る。
Claims (14)
- 【請求項1】 燃料電池(9)を作動させるための作動媒体(2)を受け入
れる容器(1)であって、容器(1)が媒体(2、3)の入口(E)、第1の出
口(A1)および第2の出口(A2)を有すること、および、容器(1)が少な
くとも1つの通過手段(4)によって、少なくとも、入口側の内部スペース(5
)と入口から遠い内部スペース(6)とに分割されること、および、第1の出口
(A1)が入口側内部スペース(5)に配置され、第2の出口(A2)が入口か
ら遠い内部スペース(6)に配置されることを特徴とする容器。 - 【請求項2】 通過手段(4)の意図が、作動媒体(2)から不純物(3)
を分離することにあることを特徴とする、請求項1に記載の容器。 - 【請求項3】 通過手段(4)が、供給された第1のタイプの媒体(2、3
)と入口側内部スペース(5)で接触し、供給された第2のタイプの媒体(2)
と入口から遠い内部スペースで接触することを特徴とする、請求項1に記載の容
器。 - 【請求項4】 供給された第1のタイプの媒体(2、3)の純度が、供給さ
れた第2のタイプの媒体(2)の純度よりも低いことを特徴とする、請求項3に
記載の容器。 - 【請求項5】 供給された第1のタイプの媒体(2、3)が、供給された第
2のタイプの媒体(2)とは異なる化学組成を有することを特徴とする、請求項
3に記載の容器。 - 【請求項6】 通過手段(4)が、作動媒体(2)の不純物(3)と入口か
ら遠い内部スペースで接触することを特徴とする、請求項1または2に記載の容
器。 - 【請求項7】 通過手段(4)が、少なくとも1つの半透膜またはモレキュ
ラー・シーブまたはセラミック・ボディまたは粒子フィルタを有することを特徴
とする、請求項1に記載の容器。 - 【請求項8】 容器(1)の入口から遠い内部スペース(6)に真空ポンプ
(10)への接続を備えることを特徴とする、請求項1に記載の容器。 - 【請求項9】 容器(1)の入口から遠い内部スペースにパージ装置への接
続を備えることを特徴とする、請求項1に記載の容器。 - 【請求項10】 作動媒体(2)がメタノールを含むことを特徴とする、請
求項1に記載の容器。 - 【請求項11】 水素を得るためのガス発生システム(8)にメタノール(
2)を供給することができることを特徴とする、請求項10に記載の容器。 - 【請求項12】 不純物(2)を触媒燃焼ユニット(7)に供給することが
できることを特徴とする、請求項2に記載の容器。 - 【請求項13】 前記容器の、燃料電池車上での使用。
- 【請求項14】 前記容器の、燃料電池車用燃料補給装置での使用。
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