JPH02197057A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明はメタノール等のアルコール原料を改質して燃
料ガスとして使用するリン酸形燃料電池を備えた燃料電
池発電装置に関する。

（従来の技術〕 第２図にアルコール原料特にその代表例であるメタノー
ルを水蒸気改質して燃料ガスとするリン酸形燃料電池発
電装置の系統図を示す。

第２図において、原料タンク１に蓄えられたメタノール
は第３の原料ポンプ６を介して起動用バーナ１１に供給
され、起動バーナ用ファン１３から送られた空気ととも
に燃焼され、起動用熱交換器１２を加熱する。この熱交
換器１２内は液冷媒ポンプ１４を介して液冷媒が循環し
ており燃料電池スタック１５内の冷却板２１を加熱また
は冷却する。原料タンク１より第２の原料ポンプ５を介
してメタノールが改質器バーナ９に供給されファン１０
から送られる空気とともに燃焼されて改質器７内の改質
管８を加熱する。また原料タンク１より第１の原料ポン
プ４を介してメタノールと水タンク２より水ポンプ３を
介して水とが前記改質管８に供給されて水蒸気改質され
て水素リッチな燃料ガスとなって燃料電池スタック１５
の燃料室１８に供給される。同時にファン２２で空気室
２０に供給された空気とともに、燃料電極１６と空気電
極１７とでりん酸マトリックス１９を介して電気化学反
応をして発電し出力端子２３に起電力を生ずる。

この発電装置を運転起動させるときは、第２図でまず改
質器７と燃料電池スタック１５を運転温度（前者は約２
５０℃、後者は約２００℃）まで昇温させる必要がある
。改質器７を昇温させるには改質器バーナ９に原料タン
ク１より第２の原料ポンプ５を介してメタノールと、フ
ァン１０より空気とを供給してメタノールを燃焼させて
改質器７を加熱する。

また、燃料電池スタック１５は起動用バーナ１１に第３
の原料ポンプを介してメタノールと、起動バーナ用ファ
ン１３から空気とを供給しメタノールを燃焼させて起動
用熱交換器１２を加熱する。この熱交換器１２には液冷
媒ポンプ１４を介して液冷媒が供給されており、加熱さ
れた液冷媒は燃料電池スタック１５の冷却板２１に循環
され燃料電池スタック１５を加熱する。改質器７と燃料
電池スタック１５が所定の温度に加熱された後に原料タ
ンク１より第１の原料ポンプ４を介してメタノールと、
水タンク２より水ポンプ３を介して水とを混合液にして
改質器７内の改質管８に供給する。改質管８には銅と亜
鉛系の触媒が充填されておりここで次の反応式により水
素が生成される。

ＣＨｓ　ＯＨ＋　Ｈｔ　Ｏ■３　Ｈ！　＋　ＣＯｘ　−
・・・−・・・・・（１）この水素と炭酸ガスの混合ガ
スが燃料電池スタック１５内の燃料室１８に供給される
。燃料電池スタック１５にはさらにファン２２より空気
が空気室２０に供給されて、その空気中の酸素と前記（
１）式による水素がリン酸マトリックス１９を介して電
気化学反応をして発電し出力端子２３より外部に電力を
供給する。燃料電池スタック１５は電気化学反応に伴っ
て発熱するため運転時には液冷媒を液冷媒ポンプ１４と
起動用熱交換器１２を通って循環させ燃料電池スタック
１５を冷却する。このとき起動用バーナ１１は停止して
いて起動バーナ用ファン１３のみ運転させれば起動用熱
交換器１２は冷却器として機能する。

燃料電池スタック１５が運転中にはここの燃料電極１６
で発電に供されたあとの改質燃料ガス　（オフガスとも
いう）は改質器バーナ９に供給されて燃焼し改質反応に
必要な熱を改質器７に供給する。

この場合でもし改質器の温度が所定の値より下がる際に
は原料タンク１によるメタノールを第２の原料ポンプ５
を介して改質器バーナ９で同時に燃焼させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した燃料電池発電装置を起動させるときに改質器バ
ーナ９および起動用バーナ１１へのメタノールの供給は
、従来メタノールをスプレーで噴霧していたが、この方
式はメタノールの噴霧粒が大きいと不完全燃焼して燃焼
効率が悪く、排ガスが刺激臭を持つ欠点を有し、またス
プレー噴霧の機構上燃焼炎が長く燃焼室を小形にして装
置をコンパクトにするのに支障があった。これを解決す
る方法としてメタノールを気化させて前記２ケ所のバー
ナ９．１１に供給し燃焼を完全に行わせる方式が考えら
れる０例えば原料ポンプとバーナとのメタノール供給ラ
インに電気ヒータ式気化器を設置して、メタノールを気
化する。しかしこのためには大きな電気エネルギーを必
要とし、別途外部よりの電源も必要となる。また改質器
バーナの排気熱を利用してメタノールを気化させる方式
もあるが、起動時には排気熱がなく改質器バーナが通常
運転している時以外は利用出来ないという欠点があった
。

この発明はこの点に鑑みてなされたもので、大きな電気
エネルギーを必要としない、コンパクトにまとめられた
起動用装置を備えた燃料電池発電装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、原料タ
ンクより第１の原料ポンプを介してメタノール等のアル
コール原料が供給される改質器と、この改質器により前
記原料が改質されて供給される燃料極およびファンによ
って空気が供給される空気極を備え、液冷媒で冷却され
る冷却板を内蔵した燃料電池スタックとよりなり、前記
改質器は前記原料タンクより第２の原料ポンプを介して
原料が供給される改質器バーナを、前記燃料電池は前記
原料タンクより第３の原料ポンプを介して原料が供給さ
れ前記液冷媒を加熱する起動用熱交換器の起動用バーナ
を存する燃料電池発電装置において、前記第２の原料ポ
ンプと前記改質器バーナとの間の原料供給ライン内と、
前記第３の原料ポンプと前記起動用バーナとの間の原料
供給ライン内とに前記原料と前記液冷媒との熱を交換す
る第２と第３の熱交換器と、前記第３の熱交換器と前記
起動用バーナとの間の原料供給ラインに気化用ヒータと
、前記燃料電池スタック内の冷却板の冷媒入口にスタッ
ク用冷媒供給弁と、このスタック用冷媒供給弁の冷媒入
口と前記燃料電池スタック内の冷却板の冷媒出口とを接
続するバイパス通路と、このバイパス通路内にバイパス
弁とを設けてなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成によると、燃料電池発電装置の起動に際
し、まず原料タンクより第３の原料ポンプを介して供給
されるメタノールを小形蓄電池などの小電力でも稼動で
きる気化用ヒータによってメタノールの沸点６４℃以上
に加熱して気化し起動用バーナに供給する。ここで起動
バーナ用ファンから供給される空気と混合して燃焼し起
動用熱交換器を加熱する。この起動用熱交換器で加熱さ
れた液冷媒は液冷媒ポンプによって、第３の熱交換器と
、第２の熱交換器とを通りスタック用冷媒供給弁が閉じ
られバイパス弁が開かれているバイパス通路を覆って液
冷媒ポンプを介して前記起動用熱交換器に、もどる循環
をして前記第２．第３の熱交換器を加熱する。この第２
．第３の熱交換器が加熱されて所定の温度になると、気
化用ヒータのｉａ源を切って停止させ、原料タンク１よ
り第２゜第３の原料ポンプを介して第２．第３の熱交換
器で加熱されて気化したメタノールがそれぞれ改質器バ
ーナと起動用バーナに入り燃焼して改質器内触媒管と起
動用熱交換器内の液冷媒を加熱する。

この液冷媒が所定の温度になると前記バイパス弁を閉じ
てスタック用冷媒供給弁を開き、液冷媒は燃料電池スタ
ック内冷却板に供給されて燃料電池スタックを加熱する
。この燃料電池スタックが所定の温度になると、改質器
より加熱改質されて水素リッチになった燃料が燃料電池
スタックの燃料室へ、ファンによって供給される空気が
空気室に入って発電に供される。運転が定常状態になっ
て燃料電池スタックの燃料極より出たオフガスが改質器
バーナに供されて燃焼して改質器バーナにメタノールを
供する必要がない時は第２の原料ポンプを停止してメタ
ノールの供給を停止する。また燃料電池スタック内で発
電時発生する反応熱が冷却板内の液冷媒を加熱して循環
させていて、前記起動用バーナで起動用熱交換器を加熱
する必要がなくなるので、第３の原料ポンプを停止して
起動用バーナへのメタノールの供給を停止する。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す系統図で第２図の従来例で示した
ものと同じ部位には同じ符号を付しである。原料タンク
１より第３の原料ポンプ６を介して起動用熱交換器１２
の起動用バーナ１１にメタノールを供給するラインに第
３の熱交換器２５と気化用ヒータ３０とが配されてこの
燃料電池発電装置の起動にあたってまず気化用ヒータ３
０に電力が入りメタノールの沸点約６４°Ｃ以上になっ
て気化したメタノールが起動用バーナ１１に送られて燃
焼に供される。液冷媒ポンプ１４によって循環させられ
る液冷媒は起動用熱交換器１２によって加熱されて循環
し第３の熱交換器２５と第２の熱交換器２４とでメタノ
ールを加熱し、スタック用冷媒供給弁を閉っているため
、開いているバイパス弁２８のあるバイバス通路２７を
通って液冷媒ポンプ１４にもどる循環をする。この状態
で第３の熱交換器と第２の熱交換器との内部でメタノー
ルが約６４℃以上に昇温されるとメタノールは気化する
ので、気化用ヒータ３０は運転を停止し、起動用バーナ
１１には第３の熱交換器２５で気化したメタノールが、
改質器バーナ９には第２の熱交換器２４で気化したメタ
ノールがそれぞれ供給されて燃焼に供される。気化用ヒ
ータが運転を停止するとスタック用冷媒供給弁２９が開
き、バイパス弁２８が閉じるので、熱せられた冷媒体が
燃料電池スタック１５の冷却板２１内を通流して液冷媒
ポンプ１４にもどる循環をする。

改質器バーナが燃焼すると改質器７の触媒管８が加熱さ
れて原料であるメタノールは、水素リッチに改賀されて
冷却板２１によって前記のごとく温められている燃料電
池スタック１５の燃料室１８に供給され、発電に供され
る。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように燃料電池スタック内の冷却板を
通流し前記スタックの昇温と冷却をしている液冷媒の熱
を発電装置の起動時に利用して、起動用バーナや改質器
バーナに供給するメタノールと熱交換してメタノールを
気化するので、液対液の効率よい熱の交換伝達ができて
装置全体を小形軽量に設計することができる。また液冷
媒の昇温時には、前述のごとくバイパス弁を開いたバイ
パス通路を、液冷媒が通流して昇温しでいる短時間のみ
気化用ヒータを使用するので、使用電力量が少なくてす
み、電源に小形蓄電池も利用できて装置を簡便ならしめ
る。またメタノールを気化するとき与える熱源の温度が
高すぎると　（約３００〜４００℃）、メタノールが熱
分解で炭化して配管を詰まらせる事があるが、燃料電池
スタックの昇温と冷却とに使用している液冷媒の温度は
燃料電池スタックの運転温度の約２００℃を超えること
はなくメタノールを熱分解させることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明になるメタノール気化用熱交換器を備
えた燃料電池発電装置の系統図、第２図は従来例になる
燃料電池発電装置の系統図である。 １：原料タンク、５：第２の原料ポンプ、６：第３の原
料ポンプ、７：改質器、９：改質器バーナ、１１：起動
用バーナ、１２：起動用熱交換器、１４：液冷媒ポンプ
、１５：燃料電池スタック、２１：冷却板、２４：第２
の熱交換器、２５：第３の熱交換器、２７：バイパス通
路、２８：バイパス弁、２９ニスタツク用冷媒供給弁、
３０：気化用ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）原料タンクより第１の原料ポンプを介してメタノー
   ル等のアルコール原料が供給される改質器と、この改質
   器により前記原料が改質されて供給される燃料極および
   ファンによって空気が供給される空気極を備え、液冷媒
   で冷却される冷却板を内蔵した燃料電池スタックとより
   なり、前記改質器は前記原料タンクより第２の原料ポン
   プを介して原料が供給される改質器バーナを、前記燃料
   電池は前記原料タンクより第３の原料ポンプを介して原
   料が供給され前記液冷媒を加熱する起動用熱交換器の起
   動用バーナを有する燃料電池発電装置において、前記第
   ２の原料ポンプと前記改質器バーナとの間の原料供給ラ
   イン内と、前記第３の原料ポンプと前記起動用バーナと
   の間の原料供給ライン内とに前記原料と前記液冷媒との
   熱を交換する第２と第３の熱交換器と、前記第３の熱交
   換器と前記起動用バーナとの間の原料供給ラインに気化
   用ヒータと、前記燃料電池スタック内の冷却板の冷媒入
   口にスタック用冷媒供給弁と、このスタック用冷媒供給
   弁の冷媒入口と前記燃料電池スタック内の冷却板の冷媒
   出口とを接続するバイパス通路と、このバイパス通路内
   にバイパス弁とを設けてなることを特徴とする燃料電池
   発電装置。