JP2003168455A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- JP2003168455A JP2003168455A JP2001364368A JP2001364368A JP2003168455A JP 2003168455 A JP2003168455 A JP 2003168455A JP 2001364368 A JP2001364368 A JP 2001364368A JP 2001364368 A JP2001364368 A JP 2001364368A JP 2003168455 A JP2003168455 A JP 2003168455A
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- fuel cell
- exhaust gas
- cell system
- electrode
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極触媒の被毒を防止し、スタック効率を高
い値に維持することができる燃料電池システムを提供す
る。 【解決手段】 改質反応器5で改質した改質ガスを水素
精製器1次側6aに供給し、水素精製器6で分離された
水素リッチガスを2次側6cから水素極8に供給する。
水素極出口8bから排出される排気ガスを水素精製器1
次側6aに循環させる第1の排気ガス循環流路22a、
22bと、第1の排気ガス循環流路22a,22bから
分岐して水素精製器6の2次側6cへ通じる第2の排気
ガス循環流路23と、流路22b(A側)と流路23
(B側)とを切り替える切替弁13とを備え、CO濃度
センサ9で検出したCO濃度が所定値以上であれば、流
路切替弁13をA側へ、所定値未満であればB側へ切り
替える。
い値に維持することができる燃料電池システムを提供す
る。 【解決手段】 改質反応器5で改質した改質ガスを水素
精製器1次側6aに供給し、水素精製器6で分離された
水素リッチガスを2次側6cから水素極8に供給する。
水素極出口8bから排出される排気ガスを水素精製器1
次側6aに循環させる第1の排気ガス循環流路22a、
22bと、第1の排気ガス循環流路22a,22bから
分岐して水素精製器6の2次側6cへ通じる第2の排気
ガス循環流路23と、流路22b(A側)と流路23
(B側)とを切り替える切替弁13とを備え、CO濃度
センサ9で検出したCO濃度が所定値以上であれば、流
路切替弁13をA側へ、所定値未満であればB側へ切り
替える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質方式の燃
料電池システムに係り、特に改質ガスを水素精製器で精
製した高純度の水素ガスを水素極に供給する燃料電池シ
ステムに関する。
料電池システムに係り、特に改質ガスを水素精製器で精
製した高純度の水素ガスを水素極に供給する燃料電池シ
ステムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、メタン、プロパン、メタノール、
エタノール、石油のような炭化水素及び酸素原子を含む
炭化水素の水蒸気改質反応を利用した水素の製造方法が
知られており、この改質反応は、例えばメタノールで
は、次に示す式(1)で表される。
エタノール、石油のような炭化水素及び酸素原子を含む
炭化水素の水蒸気改質反応を利用した水素の製造方法が
知られており、この改質反応は、例えばメタノールで
は、次に示す式(1)で表される。
【0003】
CH3OH+H2O→CO2+3H2 …(1)
特開2001−23673号公報には、上記(1)式で
表される改質反応により生成した水素を燃料電池に供給
する燃料電池システムが開示されている。
表される改質反応により生成した水素を燃料電池に供給
する燃料電池システムが開示されている。
【0004】この燃料電池システムにおいては、燃料電
池の水素極で消費されずに排出される水素リッチガスを
再度水素極に循環利用して、燃料電池システムのエネル
ギー効率を向上させていた。
池の水素極で消費されずに排出される水素リッチガスを
再度水素極に循環利用して、燃料電池システムのエネル
ギー効率を向上させていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、200℃以
下で作動する燃料電池においては、電極の白金などの触
媒が改質ガス中に含まれるCOにより被毒されるため、
燃料電池に供給する水素含有ガス中のCO濃度は1%以
下にする必要がある。また、特に100℃以下で作動す
る固体高分子型燃料電池に供給する水素含有ガス中のC
O濃度は少なくとも数十ppm以下、好ましくは数pp
m以下にする必要がある。
下で作動する燃料電池においては、電極の白金などの触
媒が改質ガス中に含まれるCOにより被毒されるため、
燃料電池に供給する水素含有ガス中のCO濃度は1%以
下にする必要がある。また、特に100℃以下で作動す
る固体高分子型燃料電池に供給する水素含有ガス中のC
O濃度は少なくとも数十ppm以下、好ましくは数pp
m以下にする必要がある。
【0006】しかしながら、上記従来の燃料電池におい
ては、水素極から出た水素リッチな排ガスが水素極手前
の配管に供給されており、水素極排気後の配管内CO濃
度が上昇し、スタック効率を低下させるという問題点が
あった。
ては、水素極から出た水素リッチな排ガスが水素極手前
の配管に供給されており、水素極排気後の配管内CO濃
度が上昇し、スタック効率を低下させるという問題点が
あった。
【0007】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、電
極触媒の被毒を防止し、スタック効率を高い値に維持す
ることができる燃料電池システムを提供することにあ
る。
極触媒の被毒を防止し、スタック効率を高い値に維持す
ることができる燃料電池システムを提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1記載の発明は、原燃料から水素を含む改質ガス
を発生させる改質反応器と、1次側に供給された前記改
質ガス中の水素を選択的に分離して2次側から水素リッ
チガスを排出する水素精製器と、該水素精製器で分離さ
れた水素リッチガスを水素極に供給する一方、空気を空
気極に供給して発電する燃料電池本体と、を備えた燃料
電池システムにおいて、前記水素極出口から排出される
排気ガスを前記水素精製器の1次側に循環させる第1の
排気ガス循環流路を設けたことを要旨とする。
請求項1記載の発明は、原燃料から水素を含む改質ガス
を発生させる改質反応器と、1次側に供給された前記改
質ガス中の水素を選択的に分離して2次側から水素リッ
チガスを排出する水素精製器と、該水素精製器で分離さ
れた水素リッチガスを水素極に供給する一方、空気を空
気極に供給して発電する燃料電池本体と、を備えた燃料
電池システムにおいて、前記水素極出口から排出される
排気ガスを前記水素精製器の1次側に循環させる第1の
排気ガス循環流路を設けたことを要旨とする。
【0009】上記目的を達成するため請求項2記載の発
明は、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記
第1の排気ガス循環流路から分岐して前記水素精製器の
2次側へ通じる第2の排気ガス循環流路と、前記水素精
製器の1次側に通じる流路と前記水素精製器の2次側に
通じる流路とを切り替える切替弁と、を備えたことを要
旨とする。
明は、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記
第1の排気ガス循環流路から分岐して前記水素精製器の
2次側へ通じる第2の排気ガス循環流路と、前記水素精
製器の1次側に通じる流路と前記水素精製器の2次側に
通じる流路とを切り替える切替弁と、を備えたことを要
旨とする。
【0010】上記目的を達成するため請求項3記載の発
明は、請求項2記載の燃料電池システムにおいて、燃料
電池本体に通じる流路に一酸化炭素濃度を検出する装置
を備え、前記一酸化炭素濃度を検出する装置が検出した
一酸化炭素濃度が所定濃度を超えるときには、前記切替
弁を前記水素精製器の1次側に、所定濃度以下の時には
前記水素精製器の2次側に切替えることを要旨とする。
明は、請求項2記載の燃料電池システムにおいて、燃料
電池本体に通じる流路に一酸化炭素濃度を検出する装置
を備え、前記一酸化炭素濃度を検出する装置が検出した
一酸化炭素濃度が所定濃度を超えるときには、前記切替
弁を前記水素精製器の1次側に、所定濃度以下の時には
前記水素精製器の2次側に切替えることを要旨とする。
【0011】上記目的を達成するため請求項4記載の発
明は、請求項3記載の燃料電池システムにおいて、前記
一酸化炭素濃度を検出する装置としてCOセンサを前記
水素極出口から前記切替弁までの第1の排気ガス循環通
路に備えたことを要旨とする。
明は、請求項3記載の燃料電池システムにおいて、前記
一酸化炭素濃度を検出する装置としてCOセンサを前記
水素極出口から前記切替弁までの第1の排気ガス循環通
路に備えたことを要旨とする。
【0012】上記目的を達成するため請求項5記載の発
明は、請求項3記載の燃料電池システムにおいて、前記
一酸化炭素濃度を検出する装置としてCOセンサを前記
水素極の入口付近に備えたことを要旨とする。
明は、請求項3記載の燃料電池システムにおいて、前記
一酸化炭素濃度を検出する装置としてCOセンサを前記
水素極の入口付近に備えたことを要旨とする。
【0013】上記目的を達成するため請求項6記載の発
明は、請求項2ないし請求項5のいずれか1項記載の燃
料電池システムにおいて、前記水素極から排出される排
気ガスの圧力を上げ、前記水素精製器の1次側又は前記
水素精製器の2次側に流入させるための加圧ポンプを前
記水素極の出口から前記切替弁までの間に備えたことを
要旨とする。
明は、請求項2ないし請求項5のいずれか1項記載の燃
料電池システムにおいて、前記水素極から排出される排
気ガスの圧力を上げ、前記水素精製器の1次側又は前記
水素精製器の2次側に流入させるための加圧ポンプを前
記水素極の出口から前記切替弁までの間に備えたことを
要旨とする。
【0014】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、原燃料か
ら水素を含む改質ガスを発生させる改質反応器と、1次
側に供給された前記改質ガス中の水素を選択的に分離し
て2次側から水素リッチガスを排出する水素精製器と、
該水素精製器で分離された水素リッチガスを水素極に供
給する一方、空気を空気極に供給して発電する燃料電池
本体と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記水素
極出口から排出される排気ガスを前記水素精製器の1次
側に循環させる第1の排気ガス循環流路を設けたことに
より、燃料電池通過前に比べCO濃度が上昇している水
素極排気後の水素リッチガスを再度水素精製器で精製す
ることができる。このことにより、水素極排気ガス中の
CO濃度を低下させて再利用することができるようにな
り、触媒の被毒を防止して高いスタック効率を維持する
と共に、燃料電池システムのエネルギー効率を高めるこ
とができるという効果がある。
ら水素を含む改質ガスを発生させる改質反応器と、1次
側に供給された前記改質ガス中の水素を選択的に分離し
て2次側から水素リッチガスを排出する水素精製器と、
該水素精製器で分離された水素リッチガスを水素極に供
給する一方、空気を空気極に供給して発電する燃料電池
本体と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記水素
極出口から排出される排気ガスを前記水素精製器の1次
側に循環させる第1の排気ガス循環流路を設けたことに
より、燃料電池通過前に比べCO濃度が上昇している水
素極排気後の水素リッチガスを再度水素精製器で精製す
ることができる。このことにより、水素極排気ガス中の
CO濃度を低下させて再利用することができるようにな
り、触媒の被毒を防止して高いスタック効率を維持する
と共に、燃料電池システムのエネルギー効率を高めるこ
とができるという効果がある。
【0015】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の燃料電池システムにおいて、前記第1の排気ガス循
環流路から分岐して前記水素精製器の2次側へ通じる第
2の排気ガス循環流路と、前記水素精製器の1次側に通
じる流路と前記水素精製器の2次側に通じる流路とを切
り替える切替弁と、を備えたことにより、切替弁を切り
替えることにより、請求項1の流路を使うよりも低い圧
力で水素極排気後の水素リッチガスを配管内に供給でき
る。このような状態では、ポンプにより上昇させる圧力
が請求項1に比べて軽減されるので、システム全体のエ
ネルギー効率を向上することができるという効果があ
る。
載の燃料電池システムにおいて、前記第1の排気ガス循
環流路から分岐して前記水素精製器の2次側へ通じる第
2の排気ガス循環流路と、前記水素精製器の1次側に通
じる流路と前記水素精製器の2次側に通じる流路とを切
り替える切替弁と、を備えたことにより、切替弁を切り
替えることにより、請求項1の流路を使うよりも低い圧
力で水素極排気後の水素リッチガスを配管内に供給でき
る。このような状態では、ポンプにより上昇させる圧力
が請求項1に比べて軽減されるので、システム全体のエ
ネルギー効率を向上することができるという効果があ
る。
【0016】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体に通じる
流路に一酸化炭素濃度を検出する装置を備え、前記一酸
化炭素濃度を検出する装置が検出した一酸化炭素濃度が
所定濃度を超えるときには、前記切替弁を前記水素精製
器の1次側に、所定濃度以下の時には前記水素精製器の
2次側に切替えるようにしたので、燃料電池の水素極に
供給される水素リッチガスのCO濃度を一定以下に保つ
と同時に、水素極から排気される水素リッチガスを再利
用できるので、燃料電池本体の触媒をCO被毒にさらす
ことなく、燃料電池システムのエネルギー効率を向上す
ることができるという効果がある。
載の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体に通じる
流路に一酸化炭素濃度を検出する装置を備え、前記一酸
化炭素濃度を検出する装置が検出した一酸化炭素濃度が
所定濃度を超えるときには、前記切替弁を前記水素精製
器の1次側に、所定濃度以下の時には前記水素精製器の
2次側に切替えるようにしたので、燃料電池の水素極に
供給される水素リッチガスのCO濃度を一定以下に保つ
と同時に、水素極から排気される水素リッチガスを再利
用できるので、燃料電池本体の触媒をCO被毒にさらす
ことなく、燃料電池システムのエネルギー効率を向上す
ることができるという効果がある。
【0017】請求項4記載の発明によれば、請求項3記
載の燃料電池システムにおいて、前記一酸化炭素濃度を
検出する装置としてCOセンサを前記水素極出口から前
記切替弁までの第1の排気ガス循環通路に備えたことに
より、水素極排気ガスのCO濃度が水素極通過前と比較
して高いことを考えると、より感度の低い、安価なCO
センサを使用でき、コスト削減を図ることができるとい
う効果がある。
載の燃料電池システムにおいて、前記一酸化炭素濃度を
検出する装置としてCOセンサを前記水素極出口から前
記切替弁までの第1の排気ガス循環通路に備えたことに
より、水素極排気ガスのCO濃度が水素極通過前と比較
して高いことを考えると、より感度の低い、安価なCO
センサを使用でき、コスト削減を図ることができるとい
う効果がある。
【0018】請求項5記載の発明によれば、請求項3記
載の燃料電池システムにおいて、前記一酸化炭素濃度を
検出する装置としてCOセンサを前記水素極の入口付近
に備えたことにより、直接燃料電池の水素極入口のCO
濃度を測定できる。このことにより、CO濃度変化に応
じた細かい切替え制御を行うことができ、システム全体
の効率向上を図ることができるという効果がある。
載の燃料電池システムにおいて、前記一酸化炭素濃度を
検出する装置としてCOセンサを前記水素極の入口付近
に備えたことにより、直接燃料電池の水素極入口のCO
濃度を測定できる。このことにより、CO濃度変化に応
じた細かい切替え制御を行うことができ、システム全体
の効率向上を図ることができるという効果がある。
【0019】請求項6記載の発明によれば、請求項2な
いし請求項5のいずれか1項記載の燃料電池システムに
おいて、前記水素極から排出される排気ガスの圧力を上
げ、前記水素精製器の1次側又は前記水素精製器の2次
側に流入させるための加圧ポンプを前記水素極の出口か
ら前記切替弁までの間に備えたことにより、水素極から
排気後の水素リッチガスの圧力を上げることが可能とな
り、その水素リッチガスを水素精製器1次側又は水素精
製器の2次側に逆流することなく流入させられるという
効果がある。
いし請求項5のいずれか1項記載の燃料電池システムに
おいて、前記水素極から排出される排気ガスの圧力を上
げ、前記水素精製器の1次側又は前記水素精製器の2次
側に流入させるための加圧ポンプを前記水素極の出口か
ら前記切替弁までの間に備えたことにより、水素極から
排気後の水素リッチガスの圧力を上げることが可能とな
り、その水素リッチガスを水素精製器1次側又は水素精
製器の2次側に逆流することなく流入させられるという
効果がある。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る燃料電
池システム1の実施形態の構成を示すシステム構成図で
ある。COセンサの位置によって請求項4、5が分けら
れているが、本質的な働きは同じである。ここでは、C
Oセンサが燃料電池水素極出口側についている例をもと
に説明する。
参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る燃料電
池システム1の実施形態の構成を示すシステム構成図で
ある。COセンサの位置によって請求項4、5が分けら
れているが、本質的な働きは同じである。ここでは、C
Oセンサが燃料電池水素極出口側についている例をもと
に説明する。
【0021】図1において、燃料電池システム1が利用
するガソリン、メタノールなどの原燃料は、燃料タンク
2に貯留されている。燃料ポンプ3は、燃料タンク2か
ら原燃料をくみ上げて蒸発器4へ送る。蒸発器4は、後
述する燃焼器20の燃焼ガスにより加熱され、この熱に
より原燃料を蒸発させる。気化した原燃料は改質器5へ
送られ、改質器5でスチームリフォーミング反応により
水素(H2 )を多く含む改質ガスを生成する。改質ガス
は、水素精製器6の1次側入口6aへ送られ、改質ガス
中の水素は、水素精製器6を選択的に透過し、一酸化炭
素濃度が数十ppm以下に低下した後、水素精製器6の
2次側出口6cから燃料電池本体7の水素極8の入口8
aへ送られる。水素精製器6で改質ガスから分離された
窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等は、水素精製器6の1
次側出口6bから燃焼器20へ送られる。
するガソリン、メタノールなどの原燃料は、燃料タンク
2に貯留されている。燃料ポンプ3は、燃料タンク2か
ら原燃料をくみ上げて蒸発器4へ送る。蒸発器4は、後
述する燃焼器20の燃焼ガスにより加熱され、この熱に
より原燃料を蒸発させる。気化した原燃料は改質器5へ
送られ、改質器5でスチームリフォーミング反応により
水素(H2 )を多く含む改質ガスを生成する。改質ガス
は、水素精製器6の1次側入口6aへ送られ、改質ガス
中の水素は、水素精製器6を選択的に透過し、一酸化炭
素濃度が数十ppm以下に低下した後、水素精製器6の
2次側出口6cから燃料電池本体7の水素極8の入口8
aへ送られる。水素精製器6で改質ガスから分離された
窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等は、水素精製器6の1
次側出口6bから燃焼器20へ送られる。
【0022】水素精製器6は、例えば水素分離膜によっ
て改質ガス中の水素のみを透過させるものや、圧力スイ
ング吸着(Pressure Swing Adsorp
tion)方式により、改質ガスを加圧して吸着剤に水
素を吸着させ、減圧して吸着した水素を脱離させるもの
である。水素の吸着剤としては、ゼオライトやモレキュ
ラーシービングカーボン(Molecular Sie
ving Carbon)等があり、水素用に分子篩の
孔径が調製された物である。
て改質ガス中の水素のみを透過させるものや、圧力スイ
ング吸着(Pressure Swing Adsorp
tion)方式により、改質ガスを加圧して吸着剤に水
素を吸着させ、減圧して吸着した水素を脱離させるもの
である。水素の吸着剤としては、ゼオライトやモレキュ
ラーシービングカーボン(Molecular Sie
ving Carbon)等があり、水素用に分子篩の
孔径が調製された物である。
【0023】一方、コンプレッサ17で圧縮された空気
が燃料電池本体7の空気極18の入口18aに供給さ
れ、水素極8に供給された水素と空気極18に供給され
た空気中の酸素とが電気化学反応を起こして発電する。
水素極8の出口8bと水素精製器6の一次側6aとは、
第1の排気ガス循環路22a及び22bにより接続され
ている。これにより、水素極8の出口8bから排出され
る未反応水素を含む排気ガスは、水素精製器6へ再循環
することができるようになっている。
が燃料電池本体7の空気極18の入口18aに供給さ
れ、水素極8に供給された水素と空気極18に供給され
た空気中の酸素とが電気化学反応を起こして発電する。
水素極8の出口8bと水素精製器6の一次側6aとは、
第1の排気ガス循環路22a及び22bにより接続され
ている。これにより、水素極8の出口8bから排出され
る未反応水素を含む排気ガスは、水素精製器6へ再循環
することができるようになっている。
【0024】また第1の排気ガス循環流路22aと22
bの接続点には、流路切替弁13が配設されている。流
路切替弁13から第2の排気ガス循環流路23が分岐し
て、排気ガスを水素精製器6の2次側6c、即ち水素極
8の入口8aへ導くことができるようになっている。
bの接続点には、流路切替弁13が配設されている。流
路切替弁13から第2の排気ガス循環流路23が分岐し
て、排気ガスを水素精製器6の2次側6c、即ち水素極
8の入口8aへ導くことができるようになっている。
【0025】第1の排気ガス循環流路22a上には、水
素極出口8bから流路切替弁13へ向かって順次、一酸
化炭素濃度を検出するCOセンサ9,水素極8の圧力を
調整する水素調圧弁10,水素極8から排出された水素
リッチな排気ガスの逆流を防ぐ循環ポンプ11、圧力セ
ンサ12が設けられている。また、第1の排気ガス循環
流路22bには圧力センサ15が設けられ、第2の排気
ガス循環流路23には圧力センサ14が設けられてい
る。
素極出口8bから流路切替弁13へ向かって順次、一酸
化炭素濃度を検出するCOセンサ9,水素極8の圧力を
調整する水素調圧弁10,水素極8から排出された水素
リッチな排気ガスの逆流を防ぐ循環ポンプ11、圧力セ
ンサ12が設けられている。また、第1の排気ガス循環
流路22bには圧力センサ15が設けられ、第2の排気
ガス循環流路23には圧力センサ14が設けられてい
る。
【0026】空気極出口18bには、空気圧力を調整す
る空気圧調整弁19が配設され、空気圧調整弁19から
排出された空気は、燃焼器20へ導入される。
る空気圧調整弁19が配設され、空気圧調整弁19から
排出された空気は、燃焼器20へ導入される。
【0027】燃焼器20は、水素精製器6の一次側出口
6bから排出される一酸化炭素を含んだガスと、空気極
から排出される水蒸気を含んだ空気とを燃焼させて、水
蒸気を含んだ高温の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガス
は、水蒸気分離器21の一次側入口21aから導入さ
れ、燃焼ガス中の水蒸気が分離される。分離された高温
の水蒸気が二次側出口21cから改質器5へ、残った燃
焼ガスが一次側出口21bから蒸発器4へ供給される。
6bから排出される一酸化炭素を含んだガスと、空気極
から排出される水蒸気を含んだ空気とを燃焼させて、水
蒸気を含んだ高温の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガス
は、水蒸気分離器21の一次側入口21aから導入さ
れ、燃焼ガス中の水蒸気が分離される。分離された高温
の水蒸気が二次側出口21cから改質器5へ、残った燃
焼ガスが一次側出口21bから蒸発器4へ供給される。
【0028】水蒸気分離器21は、例えば、シリカゲ
ル、アルミナ、ゼオライト、活性炭等を吸着剤に利用し
たPSAを用いる。そして圧力を加えて水蒸気を吸着
し、圧力を下げて水蒸気を脱離させることは、水素分離
膜と同様である。
ル、アルミナ、ゼオライト、活性炭等を吸着剤に利用し
たPSAを用いる。そして圧力を加えて水蒸気を吸着
し、圧力を下げて水蒸気を脱離させることは、水素分離
膜と同様である。
【0029】流路切替弁13は、水素極出口8bから排
出される未反応の水素を含む排気ガスを水素精製器6の
1次側(図中A側)と、同2次側(図中B側)に切り替
えて供給できるようになっている。以上のような構成要
素により、本燃料電池システム1は構成されている。
出される未反応の水素を含む排気ガスを水素精製器6の
1次側(図中A側)と、同2次側(図中B側)に切り替
えて供給できるようになっている。以上のような構成要
素により、本燃料電池システム1は構成されている。
【0030】次に、本実施形態の燃料電池システム1の
動作を説明する。燃料電池システム1の運転時におい
て、水素極8の出口側8bに配置されたCO濃度センサ
9によりセンシングされるCO濃度が所定の値を超えて
いる場合には、流路切替弁13をA側へ切り替える。水
素の大半を燃料電池本体7で消費した水素極8からの排
気ガスは、循環ポンプ11で加圧されたのち水素精製器
6の1次側6aに供給され、再度水素精製器6により精
製される。この際に水素調圧弁10は、水素極8で十分
な酸化反応が起きるように適度に流量を制御する。
動作を説明する。燃料電池システム1の運転時におい
て、水素極8の出口側8bに配置されたCO濃度センサ
9によりセンシングされるCO濃度が所定の値を超えて
いる場合には、流路切替弁13をA側へ切り替える。水
素の大半を燃料電池本体7で消費した水素極8からの排
気ガスは、循環ポンプ11で加圧されたのち水素精製器
6の1次側6aに供給され、再度水素精製器6により精
製される。この際に水素調圧弁10は、水素極8で十分
な酸化反応が起きるように適度に流量を制御する。
【0031】次にCO濃度センサ9によりセンシングし
たガス中のCO濃度が所定濃度以下の場合には、流路切
替弁13をBに設定する。このことにより、循環ポンプ
11で加圧された水素極8の排気ガスが水素精製器6の
2次側6cに供給される。水素精製器6の1次側6aに
供給される場合と比較して循環ポンプ11で上昇させる
圧力が小さくなり、システム全体のエネルギー効率を向
上させることができる。
たガス中のCO濃度が所定濃度以下の場合には、流路切
替弁13をBに設定する。このことにより、循環ポンプ
11で加圧された水素極8の排気ガスが水素精製器6の
2次側6cに供給される。水素精製器6の1次側6aに
供給される場合と比較して循環ポンプ11で上昇させる
圧力が小さくなり、システム全体のエネルギー効率を向
上させることができる。
【0032】以上のような制御方法を適用することで、
燃料電池本体7で消費されなかった水素を燃焼器20で
燃焼させずに、再度燃料電池本体7で利用できる。また
その際、水素極8に供給される水素ガス中のCO濃度を
一定以下に保持することができるので、燃料電池触媒の
被毒を防ぐことができる。
燃料電池本体7で消費されなかった水素を燃焼器20で
燃焼させずに、再度燃料電池本体7で利用できる。また
その際、水素極8に供給される水素ガス中のCO濃度を
一定以下に保持することができるので、燃料電池触媒の
被毒を防ぐことができる。
【0033】次に、図2の制御フローチャートを参照し
て、運転条件に応じた制御について説明する。まずステ
ップS10において、CO濃度センサ9により水素極8
の排気中のCO濃度を測定する。次いでステップS12
にて、検出したCO濃度Ccoと所定濃度Cco#との比較
判定を行い、その結果に応じて次のように制御する。
て、運転条件に応じた制御について説明する。まずステ
ップS10において、CO濃度センサ9により水素極8
の排気中のCO濃度を測定する。次いでステップS12
にて、検出したCO濃度Ccoと所定濃度Cco#との比較
判定を行い、その結果に応じて次のように制御する。
【0034】ここで、所定濃度Cco#としては、所定濃
度Cco#の水素ガスを燃料電池入口に戻して、水素精製
器6から供給される水素ガスと合流させたときの水素合
流ガス中のCO濃度が燃料電池を被毒させない濃度とな
るように設定することが望ましい。あるいは、燃料電池
入口のCO濃度は、燃料電池出口に設けたCO濃度セン
サ9により測定されるCO濃度よりも必ず低くなるの
で、所定濃度Cco#を燃料電池を被毒させない濃度(例
えば数十ppm以下)として設定しておけば、燃料電池
の被毒を確実に防止できる。
度Cco#の水素ガスを燃料電池入口に戻して、水素精製
器6から供給される水素ガスと合流させたときの水素合
流ガス中のCO濃度が燃料電池を被毒させない濃度とな
るように設定することが望ましい。あるいは、燃料電池
入口のCO濃度は、燃料電池出口に設けたCO濃度セン
サ9により測定されるCO濃度よりも必ず低くなるの
で、所定濃度Cco#を燃料電池を被毒させない濃度(例
えば数十ppm以下)として設定しておけば、燃料電池
の被毒を確実に防止できる。
【0035】検出したCO濃度Ccoが所定値#Cco以上
(Cco≧#Cco)の時は、ステップS14で圧力センサ
12、圧力センサ15により圧力P1 、P2 を測定し、
ステップS16で測定した圧力P1 、P2 を比較する。
比較結果がP1 ≦P2 であれば、ステップS18で循環
ポンプ11により循環する水素極排気の圧力を高めるよ
うに圧力制御し、再度圧力を測定するためにステップS
14へ分岐する。
(Cco≧#Cco)の時は、ステップS14で圧力センサ
12、圧力センサ15により圧力P1 、P2 を測定し、
ステップS16で測定した圧力P1 、P2 を比較する。
比較結果がP1 ≦P2 であれば、ステップS18で循環
ポンプ11により循環する水素極排気の圧力を高めるよ
うに圧力制御し、再度圧力を測定するためにステップS
14へ分岐する。
【0036】ステップS16の判定で、圧力がP1 >P
2 となった時に、ステップS20で流路切替弁13をA
側に切替える。これにより、CO濃度が高まった水素極
8からの排気ガスを水素精製器6の1次側6aに供給
し、水素精製器6でCO濃度を低下させてから再度水素
極8へ供給することができる。
2 となった時に、ステップS20で流路切替弁13をA
側に切替える。これにより、CO濃度が高まった水素極
8からの排気ガスを水素精製器6の1次側6aに供給
し、水素精製器6でCO濃度を低下させてから再度水素
極8へ供給することができる。
【0037】ステップS12の判定で、検出したCO濃
度Ccoが所定値Cco#未満(Cco<Cco#)の際には、
同様にステップS22で圧力センサ12、圧力センサ1
4により圧力を測定し、ステップS24で測定した圧力
P1 、P3 を比較する。比較結果がP1 ≦P3 であれ
ば、ステップS28で循環ポンプ11により循環する水
素極排気の圧力を高めるように圧力制御し、再度圧力を
測定するためにステップS22へ分岐する。
度Ccoが所定値Cco#未満(Cco<Cco#)の際には、
同様にステップS22で圧力センサ12、圧力センサ1
4により圧力を測定し、ステップS24で測定した圧力
P1 、P3 を比較する。比較結果がP1 ≦P3 であれ
ば、ステップS28で循環ポンプ11により循環する水
素極排気の圧力を高めるように圧力制御し、再度圧力を
測定するためにステップS22へ分岐する。
【0038】ステップS24の判定で、圧力がP1 >P
3 となった時に、ステップS26で流路切替弁13を
B側に切替える。これにより、水素極排気中のCO濃度
が低い場合、水素極8で用いられなかった水素リッチガ
スは、流体抵抗の大きい水素精製器6を通すことなく、
直接水素極8の上流に供給されるので、循環ポンプ11
の駆動力は少なくて済み、燃料電池システム全体として
のエネルギー効率を高めることができる。
3 となった時に、ステップS26で流路切替弁13を
B側に切替える。これにより、水素極排気中のCO濃度
が低い場合、水素極8で用いられなかった水素リッチガ
スは、流体抵抗の大きい水素精製器6を通すことなく、
直接水素極8の上流に供給されるので、循環ポンプ11
の駆動力は少なくて済み、燃料電池システム全体として
のエネルギー効率を高めることができる。
【0039】なお、CO濃度センサを図1の符号30に
示すように燃料電池本体の入口に設けてもよい。この場
合に設定される所定濃度Cco#としては、燃料電池を被
毒させない濃度に設定することが望ましい。
示すように燃料電池本体の入口に設けてもよい。この場
合に設定される所定濃度Cco#としては、燃料電池を被
毒させない濃度に設定することが望ましい。
【図1】本発明に係る燃料電池システムの実施形態の構
成を説明するシステム構成図である。
成を説明するシステム構成図である。
【図2】実施形態の動作を説明する制御フローチャート
である。
である。
1…燃料電池システム
2…燃料タンク
3…燃料ポンプ
4…蒸発器
5…改質器
6…水素精製器
7…燃料電池本体
8…水素極
9…CO濃度センサ
10…水素調圧弁
11…循環ポンプ
12…圧力センサ(P1)
13…流路切替弁
14…圧力センサ(P3)
15…圧力センサ(P2)
17…コンプレッサ
18…空気極
19…空気調圧弁
20…燃焼器
21…水蒸気分離器
22a,22b…第1の排気ガス循環流路
23…第2の排気ガス循環流路
30…CO濃度センサ
Claims (6)
- 【請求項1】 原燃料から水素を含む改質ガスを発生さ
せる改質反応器と、1次側に供給された前記改質ガス中
の水素を選択的に分離して2次側から水素リッチガスを
排出する水素精製器と、該水素精製器で分離された水素
リッチガスを水素極に供給する一方、空気を空気極に供
給して発電する燃料電池本体と、を備えた燃料電池シス
テムにおいて、 前記水素極出口から排出される排気ガスを前記水素精製
器の1次側に循環させる第1の排気ガス循環流路を設け
たことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項2】 前記第1の排気ガス循環流路から分岐し
て前記水素精製器の2次側へ通じる第2の排気ガス循環
流路と、 前記水素精製器の1次側に通じる流路と前記水素精製器
の2次側に通じる流路とを切り替える切替弁と、 を備えた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】 燃料電池本体に通じる流路に一酸化炭素
濃度を検出する装置を備え、前記一酸化炭素濃度を検出
する装置が検出した一酸化炭素濃度が所定濃度を超える
ときには、前記切替弁を前記水素精製器の1次側に、所
定濃度以下の時には前記水素精製器の2次側に切替える
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 - 【請求項4】 前記一酸化炭素濃度を検出する装置とし
てCOセンサを前記水素極出口から前記切替弁までの第
1の排気ガス循環通路に備えた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】 前記一酸化炭素濃度を検出する装置とし
てCOセンサを前記水素極の入口付近に備えたことを特
徴とする請求項3記載の燃料電池システム。 - 【請求項6】 前記水素極から排出される排気ガスの圧
力を上げ、前記水素精製器の1次側又は前記水素精製器
の2次側に流入させるための加圧ポンプを前記水素極の
出口から前記切替弁までの間に備えたことを特徴とする
請求項2ないし請求項5のいずれか1項記載の燃料電池
システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001364368A JP2003168455A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001364368A JP2003168455A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003168455A true JP2003168455A (ja) | 2003-06-13 |
Family
ID=19174570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001364368A Pending JP2003168455A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003168455A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007048493A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
JP2008091226A (ja) * | 2006-10-03 | 2008-04-17 | Hitachi Zosen Corp | 炭化水素の自己熱改質による燃料電池発電用水素の製造方法 |
JP2008257891A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
-
2001
- 2001-11-29 JP JP2001364368A patent/JP2003168455A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007048493A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
JP2008091226A (ja) * | 2006-10-03 | 2008-04-17 | Hitachi Zosen Corp | 炭化水素の自己熱改質による燃料電池発電用水素の製造方法 |
JP2008257891A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
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