JPH07263007A - 燃料電池用改質器の加熱装置 - Google Patents
燃料電池用改質器の加熱装置Info
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- JPH07263007A JPH07263007A JP6055669A JP5566994A JPH07263007A JP H07263007 A JPH07263007 A JP H07263007A JP 6055669 A JP6055669 A JP 6055669A JP 5566994 A JP5566994 A JP 5566994A JP H07263007 A JPH07263007 A JP H07263007A
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- Japan
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- reformer
- fuel cell
- hydrogen
- exhaust gas
- gas
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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】
【目的】 改質器の加熱保温を制御しつつ、排ガス中の
未反応水素ガスを廃棄することなく改質器の加熱保温に
全て利用する燃料電池用改質器の加熱装置を提供する。 【構成】 改質器の加熱装置は、水素吸蔵合金タンク1
3を有し、改質器反応部7に設けられた熱電対9の検出
した改質反応温度に応じて、アノード側出口3からの排
ガスを第1排ガス供給路20aから分岐した第2排ガス
供給路20bに流入させて未反応水素ガスを水素吸蔵合
金タンク13に貯蔵させる、又は水素吸蔵合金タンク1
3から水素ガスを放出され水素ガス供給路20cを介し
て燃焼バーナー8に供給する。
未反応水素ガスを廃棄することなく改質器の加熱保温に
全て利用する燃料電池用改質器の加熱装置を提供する。 【構成】 改質器の加熱装置は、水素吸蔵合金タンク1
3を有し、改質器反応部7に設けられた熱電対9の検出
した改質反応温度に応じて、アノード側出口3からの排
ガスを第1排ガス供給路20aから分岐した第2排ガス
供給路20bに流入させて未反応水素ガスを水素吸蔵合
金タンク13に貯蔵させる、又は水素吸蔵合金タンク1
3から水素ガスを放出され水素ガス供給路20cを介し
て燃焼バーナー8に供給する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用改質器の加熱
装置、特に排ガス中の未反応水素ガスを改質器の加熱保
温に利用する燃料電池用改質器の加熱装置に関する。
装置、特に排ガス中の未反応水素ガスを改質器の加熱保
温に利用する燃料電池用改質器の加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電気化学反応による発電方式を用いた燃
料電池は、高効率と優れた環境特性を有することから、
小出力電池として近年脚光を浴びている。燃料電池の原
理は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結
びついて水を生成する際の発生する電気エネルギーを利
用している。実際の燃料電池発電システムは、発電させ
る燃料電池本体を中心とし、燃料電池本体へ水素リッチ
ガスを供給するための改質器と、該水素リッチガスに水
分を添加する加湿装置等の周辺装置で構成されている。
料電池は、高効率と優れた環境特性を有することから、
小出力電池として近年脚光を浴びている。燃料電池の原
理は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結
びついて水を生成する際の発生する電気エネルギーを利
用している。実際の燃料電池発電システムは、発電させ
る燃料電池本体を中心とし、燃料電池本体へ水素リッチ
ガスを供給するための改質器と、該水素リッチガスに水
分を添加する加湿装置等の周辺装置で構成されている。
【0003】この燃料電池に用いるアノード側の燃料水
素源としては、一般にメタノールまたはメタン等の炭化
水素を原料として水蒸気改質によって得られた水素が利
用されている。改質反応の効率の点では、水素1モルを
発生させるのに必要とするエネルギーが少ないメタノー
ルの方が有利であり、原材料コストの点ではメタンの方
が有利である。このため、可搬用途にはメタノール改質
器が、据置用途にはメタン改質器が用いられる。
素源としては、一般にメタノールまたはメタン等の炭化
水素を原料として水蒸気改質によって得られた水素が利
用されている。改質反応の効率の点では、水素1モルを
発生させるのに必要とするエネルギーが少ないメタノー
ルの方が有利であり、原材料コストの点ではメタンの方
が有利である。このため、可搬用途にはメタノール改質
器が、据置用途にはメタン改質器が用いられる。
【0004】また、改質器における改質反応は、メタノ
ールまたはメタンを水蒸気の存在下で改質触媒と接触反
応させてメタノールまたはメタンを分解して水素ガスの
リッチな改質ガスに改質する反応であって吸熱反応であ
る。そして、改質反応温度はメタノール改質で200℃
以上、メタン改質で600℃以上必要である。従って、
改質器の改質反応によって得られた改質ガスを用いて燃
料電池を動かす場合、改質器を上記の反応温度まで加
熱、保温して、改質反応を起こさせる必要がある。
ールまたはメタンを水蒸気の存在下で改質触媒と接触反
応させてメタノールまたはメタンを分解して水素ガスの
リッチな改質ガスに改質する反応であって吸熱反応であ
る。そして、改質反応温度はメタノール改質で200℃
以上、メタン改質で600℃以上必要である。従って、
改質器の改質反応によって得られた改質ガスを用いて燃
料電池を動かす場合、改質器を上記の反応温度まで加
熱、保温して、改質反応を起こさせる必要がある。
【0005】一方、燃料電池の運転において、燃料電池
のアノード側には、予め電気化学反応の計算式から求め
られる理論上必要な量より水素過剰な改質ガスが供給さ
れている。このため、燃料電池より排出される排ガス中
には、未反応の改質ガス、すなわち水素ガスが残存して
いる。
のアノード側には、予め電気化学反応の計算式から求め
られる理論上必要な量より水素過剰な改質ガスが供給さ
れている。このため、燃料電池より排出される排ガス中
には、未反応の改質ガス、すなわち水素ガスが残存して
いる。
【0006】そこで、燃料電池の定常運転中では、通常
この未反応の改質ガスを燃焼させて得られたエネルギー
を用いて、改質器内の改質触媒を所定温度に加熱した
り、また改質器容器の保温に利用している。特開平2−
160602号公報の「燃料電池用燃料改質方法」に
は、排ガスを改質器に供給し、バーナーの燃料として燃
焼させることにより改質触媒の加熱に利用することが記
載されている。
この未反応の改質ガスを燃焼させて得られたエネルギー
を用いて、改質器内の改質触媒を所定温度に加熱した
り、また改質器容器の保温に利用している。特開平2−
160602号公報の「燃料電池用燃料改質方法」に
は、排ガスを改質器に供給し、バーナーの燃料として燃
焼させることにより改質触媒の加熱に利用することが記
載されている。
【0007】しかしながら、燃料電池システムの起動時
等のように燃焼に用いる排ガス自体がない場合には、改
質器を所定温度に加熱保温するために何らかの別のエネ
ルギー源が必要である。
等のように燃焼に用いる排ガス自体がない場合には、改
質器を所定温度に加熱保温するために何らかの別のエネ
ルギー源が必要である。
【0008】そこで、特開昭61−190865号公報
「燃料電池の起動方法及びその装置」には、燃料電池シ
ステムの起動時に改質反応の原料であるメタノールなど
の低級炭化水素化合物またはメタン等の低級炭化水素原
料と空気とを混合し、この混合ガスを改質器に供給し燃
焼させ、改質器を加熱することが記載されている。
「燃料電池の起動方法及びその装置」には、燃料電池シ
ステムの起動時に改質反応の原料であるメタノールなど
の低級炭化水素化合物またはメタン等の低級炭化水素原
料と空気とを混合し、この混合ガスを改質器に供給し燃
焼させ、改質器を加熱することが記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】一方、燃料電池を自動
車に搭載する場合、燃料電池は自動車の運転、停止に応
じて、間欠運転(すなわち運転、停止)を頻繁に行な
う。従って、燃料電池停止後、再起動する際に余分なエ
ネルギーを消費しないことが、燃料電池システムのエネ
ルギー効率の点で肝要である。
車に搭載する場合、燃料電池は自動車の運転、停止に応
じて、間欠運転(すなわち運転、停止)を頻繁に行な
う。従って、燃料電池停止後、再起動する際に余分なエ
ネルギーを消費しないことが、燃料電池システムのエネ
ルギー効率の点で肝要である。
【0010】しかしながら、上記特開平2−16060
2号公報の構成では、起動時及び再起動時(すなわち、
始動時)の度に、改質反応の原料であるメタノール等を
燃焼させるために経済的でない。
2号公報の構成では、起動時及び再起動時(すなわち、
始動時)の度に、改質反応の原料であるメタノール等を
燃焼させるために経済的でない。
【0011】更に、車両の走行状態によって燃料電池シ
ステムの負荷電流は変動する。これに伴って燃料電池か
ら排出される未反応の水素ガス量も変動し、この容量の
変動する未反応水素ガスを全て改質器に供給し燃焼させ
ると、改質器の加熱及び保温は制御できなくなる。一
方、燃焼時に過剰となった未反応水素ガスをそのまま状
態で外部に排出するのは環境の点で好ましくないので、
通常燃焼させて排出していた。しかし、燃焼させるので
は燃料電池システムのエネルギー効率が低下することと
なり問題であった。
ステムの負荷電流は変動する。これに伴って燃料電池か
ら排出される未反応の水素ガス量も変動し、この容量の
変動する未反応水素ガスを全て改質器に供給し燃焼させ
ると、改質器の加熱及び保温は制御できなくなる。一
方、燃焼時に過剰となった未反応水素ガスをそのまま状
態で外部に排出するのは環境の点で好ましくないので、
通常燃焼させて排出していた。しかし、燃焼させるので
は燃料電池システムのエネルギー効率が低下することと
なり問題であった。
【0012】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、改質器の加熱保温を制御し
つつ、排ガス中の未反応水素ガスを廃棄することなく改
質器の加熱保温に利用する料電池用改質器の加熱装置を
提供することである。
たものであり、その目的は、改質器の加熱保温を制御し
つつ、排ガス中の未反応水素ガスを廃棄することなく改
質器の加熱保温に利用する料電池用改質器の加熱装置を
提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る料電池用改質器の加熱装置は、以下の
ことを特徴とする。
に、本発明に係る料電池用改質器の加熱装置は、以下の
ことを特徴とする。
【0014】(1)炭化水素を原料とする改質原料ガス
と水とから水素リッチな改質ガスを生成させる改質器
と、前記改質器より供給された前記改質ガスと酸素との
電気化学的反応によって発電する燃料電池と、を備え、
前記燃料電池の排ガスを燃焼させて前記改質器を加熱保
温する燃料電池システムにおいて、前記改質器内の改質
反応状態が所望の状態となるように前記排ガス中の未反
応水素ガスを貯蔵放出する水素貯蔵放出手段を有する。
と水とから水素リッチな改質ガスを生成させる改質器
と、前記改質器より供給された前記改質ガスと酸素との
電気化学的反応によって発電する燃料電池と、を備え、
前記燃料電池の排ガスを燃焼させて前記改質器を加熱保
温する燃料電池システムにおいて、前記改質器内の改質
反応状態が所望の状態となるように前記排ガス中の未反
応水素ガスを貯蔵放出する水素貯蔵放出手段を有する。
【0015】(2)上記(1)記載の燃料電池用改質器
の加熱装置において、前記水素貯蔵放出手段は、前記改
質反応温度、前記燃料電池の負荷電流の変動量又は排ガ
ス中の水素量に応じて、前記排ガス中の未反応水素ガス
を貯蔵放出する。
の加熱装置において、前記水素貯蔵放出手段は、前記改
質反応温度、前記燃料電池の負荷電流の変動量又は排ガ
ス中の水素量に応じて、前記排ガス中の未反応水素ガス
を貯蔵放出する。
【0016】(3)上記(1)記載の燃料電池用改質器
の加熱装置において、少なくとも前記燃料電池システム
の始動時に、前記水素貯蔵手段より放出する。
の加熱装置において、少なくとも前記燃料電池システム
の始動時に、前記水素貯蔵手段より放出する。
【0017】(4)上記(1)、(2)、(3)のいず
れかに記載の燃料電池用改質器の加熱装置において、前
記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金である。
れかに記載の燃料電池用改質器の加熱装置において、前
記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金である。
【0018】
【作用】上記燃料電池用改質器の加熱装置の構成によれ
ば、負荷電流の変動に伴い発生した未反応水素ガスの
内、燃焼に使用しなかった過剰の未反応水素ガスを水素
貯蔵手段、例えば水素吸蔵合金に蓄えることができる。
一方、燃料電池システムの起動時及び負荷電流の増加時
には、この蓄えた水素ガスを用いることができる。この
ため、燃料電池システム全体の総合エネルギー利用効率
を向上させることができ、また燃料電池システムからの
排ガス量を低減することができる。
ば、負荷電流の変動に伴い発生した未反応水素ガスの
内、燃焼に使用しなかった過剰の未反応水素ガスを水素
貯蔵手段、例えば水素吸蔵合金に蓄えることができる。
一方、燃料電池システムの起動時及び負荷電流の増加時
には、この蓄えた水素ガスを用いることができる。この
ため、燃料電池システム全体の総合エネルギー利用効率
を向上させることができ、また燃料電池システムからの
排ガス量を低減することができる。
【0019】また、水素貯蔵放出手段は、改質反応温
度、燃料電池の負荷電流又は排ガス中の未反応水素ガス
量に応じて、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する
こととしたので、負荷電流の変動時及び起動時等に速や
かに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することができ
る。従って、更に燃料電池システム全体の総合エネルギ
ー利用効率を向上させることができる。
度、燃料電池の負荷電流又は排ガス中の未反応水素ガス
量に応じて、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する
こととしたので、負荷電流の変動時及び起動時等に速や
かに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することができ
る。従って、更に燃料電池システム全体の総合エネルギ
ー利用効率を向上させることができる。
【0020】
【実施例】以下図面に基づいて、自動車に搭載する場合
の本発明の好適な実施例を説明する。
の本発明の好適な実施例を説明する。
【0021】第1実施例 図1は、本発明に係る燃料電池用改質器の加熱装置の構
成を示すブロック構成図である。また、図2は、本発明
に係る燃料電池用改質器の加熱装置の動作の概要を示す
フローチャートである。
成を示すブロック構成図である。また、図2は、本発明
に係る燃料電池用改質器の加熱装置の動作の概要を示す
フローチャートである。
【0022】まず、図1を用いて、本発明に係る燃料電
池用改質器の加熱装置の構成について説明する。
池用改質器の加熱装置の構成について説明する。
【0023】改質器6の内部には、例えば亜鉛−クロム
(Zn−Cr)系触媒等からなる改質触媒が充填された
改質器反応部7と、改質器反応部7を改質反応温度に加
熱及び保温する燃焼バーナー8と、改質器反応部7に設
けられ改質器反応部7の反応温度を測定する熱電対9と
が設けられている。また、改質反応の原料であるメタノ
ールと水は、それぞれメタノールタンク10と水タンク
11とに貯蔵されており、このメタノールタンク10と
水タンク11とからメタノールと水が改質器反応部7に
供給される。改質部6では、改質反応によって水素ガス
リッチな改質ガスが生成される。そして、以下に示す電
気化学反応の計算式から求められる理論上必要な量より
過剰な水素量を有する改質ガスが、アノード側ガス入口
2を介して燃料電池1に供給される。一方、カソード側
ガス入口4からは酸素ガスを含む空気が燃料電池1に供
給される。そして、アノード側ガス入口2とカソード側
ガス入口4から供給された水素ガスと酸素ガスとは燃料
電池1内で次式のような電気化学反応を生じ、燃料電池
1が発電する。
(Zn−Cr)系触媒等からなる改質触媒が充填された
改質器反応部7と、改質器反応部7を改質反応温度に加
熱及び保温する燃焼バーナー8と、改質器反応部7に設
けられ改質器反応部7の反応温度を測定する熱電対9と
が設けられている。また、改質反応の原料であるメタノ
ールと水は、それぞれメタノールタンク10と水タンク
11とに貯蔵されており、このメタノールタンク10と
水タンク11とからメタノールと水が改質器反応部7に
供給される。改質部6では、改質反応によって水素ガス
リッチな改質ガスが生成される。そして、以下に示す電
気化学反応の計算式から求められる理論上必要な量より
過剰な水素量を有する改質ガスが、アノード側ガス入口
2を介して燃料電池1に供給される。一方、カソード側
ガス入口4からは酸素ガスを含む空気が燃料電池1に供
給される。そして、アノード側ガス入口2とカソード側
ガス入口4から供給された水素ガスと酸素ガスとは燃料
電池1内で次式のような電気化学反応を生じ、燃料電池
1が発電する。
【0024】 アノード側: H2 →2H+ +2e- カソード側:1/2O2 +2H+ +2e- →H2 O 燃料電池全体 H2 +1/2O2 →H2 O そして、燃料電池1のカソード側出口5から水が排出さ
れ、一方アノード側出口3からは電気化学反応に用いら
れなかった未反応の改質ガスを含む排ガスが排出され
る。
れ、一方アノード側出口3からは電気化学反応に用いら
れなかった未反応の改質ガスを含む排ガスが排出され
る。
【0025】本発明に係る改質器の加熱装置は、前述の
燃焼バーナー8と、燃焼バーナー8に空気を供給する空
気加圧コンプレッサー12と、燃料電池1のアノード側
出口3から排ガスを燃焼バーナー8に供給する第1排ガ
ス供給路20aと、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵す
る水素貯蔵手段である水素吸蔵合金タンク13と、第1
排ガス供給路20aから分岐して水素吸蔵合金タンク1
3に排ガスを供給する第2排ガス供給路20bと、水素
吸蔵合金タンク13から放出された水素ガスを燃焼バー
ナー8に供給するために第1排ガス供給路20aへ合流
する水素ガス供給路20cと、を有する。更に、第1排
ガス供給路20aは、その上流側に燃焼バーナー8への
排ガス供給流量を調整する流量調節バルブ15と、下流
側にバルブ14とが設けられている。また、第2排ガス
供給路20bには、バルブ17が設けられ、更に水素ガ
ス供給路20cには、バルブ16が設けられている。そ
して、この流量調整バルブ15、バルブ14、16、1
7及び熱電対9は、制御部18に接続され、制御され
る。なお、本実施例においては、バルブ14、16、1
7は電磁バルブであり、流量調整バルブと共に電気信号
によってラッチされ駆動する。
燃焼バーナー8と、燃焼バーナー8に空気を供給する空
気加圧コンプレッサー12と、燃料電池1のアノード側
出口3から排ガスを燃焼バーナー8に供給する第1排ガ
ス供給路20aと、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵す
る水素貯蔵手段である水素吸蔵合金タンク13と、第1
排ガス供給路20aから分岐して水素吸蔵合金タンク1
3に排ガスを供給する第2排ガス供給路20bと、水素
吸蔵合金タンク13から放出された水素ガスを燃焼バー
ナー8に供給するために第1排ガス供給路20aへ合流
する水素ガス供給路20cと、を有する。更に、第1排
ガス供給路20aは、その上流側に燃焼バーナー8への
排ガス供給流量を調整する流量調節バルブ15と、下流
側にバルブ14とが設けられている。また、第2排ガス
供給路20bには、バルブ17が設けられ、更に水素ガ
ス供給路20cには、バルブ16が設けられている。そ
して、この流量調整バルブ15、バルブ14、16、1
7及び熱電対9は、制御部18に接続され、制御され
る。なお、本実施例においては、バルブ14、16、1
7は電磁バルブであり、流量調整バルブと共に電気信号
によってラッチされ駆動する。
【0026】次に、図1を参照しながら図2を用いて、
本発明に係る改質器の加熱装置の動作について説明す
る。以下、燃料電池の負荷電流の急激な変動、起動時、
停止時における加熱装置の動作について場合分けして説
明する。
本発明に係る改質器の加熱装置の動作について説明す
る。以下、燃料電池の負荷電流の急激な変動、起動時、
停止時における加熱装置の動作について場合分けして説
明する。
【0027】定常時は、通常の運転状態である。従っ
て、加熱装置の動作は、まず熱電対9の温度検出により
燃料電池1が定常運転時と判定され(S34)、第1排
ガス供給路20aによってアノード側出口3から排ガス
が流量調整バルブ15、バルブ14を介して排ガスを燃
焼バーナー8に供給する。そして、空気加圧コンプレッ
サー12から導入された空気と共に燃焼させ、改質器6
の改質器反応部7における改質反応が安定継続されるよ
うに、加熱保温する。
て、加熱装置の動作は、まず熱電対9の温度検出により
燃料電池1が定常運転時と判定され(S34)、第1排
ガス供給路20aによってアノード側出口3から排ガス
が流量調整バルブ15、バルブ14を介して排ガスを燃
焼バーナー8に供給する。そして、空気加圧コンプレッ
サー12から導入された空気と共に燃焼させ、改質器6
の改質器反応部7における改質反応が安定継続されるよ
うに、加熱保温する。
【0028】燃料電池の負荷電流が急に小さくなった時 自動車の停止間際または減速時には、燃料電池1の負荷
電流は小さくなる。これに伴って、燃料電池1における
改質ガスの消費量は減少する。従って、改質器反応部7
に供給するメタノール及び水の量も少なくする必要があ
るが、メタノールと水の供給量を急に少なくすると、改
質器反応部7の熱バランスが急激に変わり、改質反応で
副生成物(例えば一酸化炭素)が増えたり、未反応物質
(メタノール改質器であればメタノール)が増えたり
し、燃料電池1の電池反応に影響を与えることとなる。
このため、負荷電流が急に減っても、改質器へのメタノ
ールと水の供給量は徐々にしか変化させることができな
い。この間、改質器反応部7において余分な改質ガスが
生成し、燃料電池1に供給されるため、燃料電池1のア
ノード側ガス出口3から排出される未反応水素ガスの増
大を招く。この未反応水素ガスが全て燃焼バーナー8に
供給されると加熱量が増して、改質器反応部7の温度が
上昇する。
電流は小さくなる。これに伴って、燃料電池1における
改質ガスの消費量は減少する。従って、改質器反応部7
に供給するメタノール及び水の量も少なくする必要があ
るが、メタノールと水の供給量を急に少なくすると、改
質器反応部7の熱バランスが急激に変わり、改質反応で
副生成物(例えば一酸化炭素)が増えたり、未反応物質
(メタノール改質器であればメタノール)が増えたり
し、燃料電池1の電池反応に影響を与えることとなる。
このため、負荷電流が急に減っても、改質器へのメタノ
ールと水の供給量は徐々にしか変化させることができな
い。この間、改質器反応部7において余分な改質ガスが
生成し、燃料電池1に供給されるため、燃料電池1のア
ノード側ガス出口3から排出される未反応水素ガスの増
大を招く。この未反応水素ガスが全て燃焼バーナー8に
供給されると加熱量が増して、改質器反応部7の温度が
上昇する。
【0029】そこで、まず、バルブ16、17を「閉」
にし、バルブ14及び流量調整バルブ15を「開」にし
て(S30)、燃料バーナー8へのガス供給路を第1排
ガス供給路20aとする。次に、燃料電池システム駆動
時であるか否かを判定し(S32)、更に燃料電池の負
荷電流が定常か否か判定し(S34)、更に負荷電流の
変動が大きくなったか否かを判定する(S35)。すな
わち、負荷電流の実際又は指令値の変動量Δ1(|IN
−IN-1 |)が、予め改質反応に影響を及ぼすと考えら
れる基準変動量Δ|* より大きいか否かを判定する。そ
して、基準変動量Δ|* よりも大きい場合は、更に負荷
電流が大きくなったか否か(IN −IN- 1 >0?)を判
定する(S36)。そして、熱電対9において改質反応
温度が上昇したことを検出した場合には、負荷電流が小
さくなったと判定し、バルブ17を「開」にし(S3
8)、流量調整バルブ15により排ガスの流量を絞り
(S40)、第2排ガス供給路20bに排ガスの一部を
流通させる。第2排ガス供給路20bに流入した排ガス
は水素吸蔵合金タンク13に供給されて、排ガス中の未
反応の水素ガスが吸蔵される(S42)。また、空気加
圧コンプレッサー12からの空気供給量も減少させる。
そして、熱電対9により改質器反応部7の反応温度を測
定し所定温度か否かを判定する(S44)。そして、改
質反応温度が所定温度を越える場合は、更に流量調整バ
ルブ15により排ガスの流量を絞り(S40)、水素吸
蔵合金タンク13に排ガス中の未反応水素ガスを吸蔵す
る(S42)。一方、所定温度になった場合には、上述
のステップS32に戻る。なお、|IN −IN-1 |がΔ
|* 以下の場合も上述のステップS32に戻る。水素吸
蔵合金タンク13に未反応水素ガスを吸収させる場合に
は、この水素吸蔵合金タンク13を冷却すれば、効率よ
く吸蔵させることができる。
にし、バルブ14及び流量調整バルブ15を「開」にし
て(S30)、燃料バーナー8へのガス供給路を第1排
ガス供給路20aとする。次に、燃料電池システム駆動
時であるか否かを判定し(S32)、更に燃料電池の負
荷電流が定常か否か判定し(S34)、更に負荷電流の
変動が大きくなったか否かを判定する(S35)。すな
わち、負荷電流の実際又は指令値の変動量Δ1(|IN
−IN-1 |)が、予め改質反応に影響を及ぼすと考えら
れる基準変動量Δ|* より大きいか否かを判定する。そ
して、基準変動量Δ|* よりも大きい場合は、更に負荷
電流が大きくなったか否か(IN −IN- 1 >0?)を判
定する(S36)。そして、熱電対9において改質反応
温度が上昇したことを検出した場合には、負荷電流が小
さくなったと判定し、バルブ17を「開」にし(S3
8)、流量調整バルブ15により排ガスの流量を絞り
(S40)、第2排ガス供給路20bに排ガスの一部を
流通させる。第2排ガス供給路20bに流入した排ガス
は水素吸蔵合金タンク13に供給されて、排ガス中の未
反応の水素ガスが吸蔵される(S42)。また、空気加
圧コンプレッサー12からの空気供給量も減少させる。
そして、熱電対9により改質器反応部7の反応温度を測
定し所定温度か否かを判定する(S44)。そして、改
質反応温度が所定温度を越える場合は、更に流量調整バ
ルブ15により排ガスの流量を絞り(S40)、水素吸
蔵合金タンク13に排ガス中の未反応水素ガスを吸蔵す
る(S42)。一方、所定温度になった場合には、上述
のステップS32に戻る。なお、|IN −IN-1 |がΔ
|* 以下の場合も上述のステップS32に戻る。水素吸
蔵合金タンク13に未反応水素ガスを吸収させる場合に
は、この水素吸蔵合金タンク13を冷却すれば、効率よ
く吸蔵させることができる。
【0030】燃料電池の負荷電流が大きくなった時 自動車の加速時等により燃料電池1の負荷電流が大きく
なると、燃料電池1で消費される水素の量は増加するの
で、燃料電池1のアノード側ガス出口3から排出される
未反応水素ガスは減少する。このため、燃料バーナー8
の加熱量が減少し、改質反応温度が所望の温度より低下
する。また負荷電流の増加に応じて必要とする水素の量
が増え、改質器側では原料及び水を増やす方向に制御さ
れるため、より温度低下が顕著となる。このため、燃焼
バーナー8の加熱量が減少し、改質器反応部7の改質反
応温度が低下する。
なると、燃料電池1で消費される水素の量は増加するの
で、燃料電池1のアノード側ガス出口3から排出される
未反応水素ガスは減少する。このため、燃料バーナー8
の加熱量が減少し、改質反応温度が所望の温度より低下
する。また負荷電流の増加に応じて必要とする水素の量
が増え、改質器側では原料及び水を増やす方向に制御さ
れるため、より温度低下が顕著となる。このため、燃焼
バーナー8の加熱量が減少し、改質器反応部7の改質反
応温度が低下する。
【0031】そこで、熱電対9において改質反応温度が
低下したことを検出し、負荷電流が大きくなったと判定
された場合には(S36)、流量調整バルブ15を更に
開けて第2排ガス供給路20bへの排ガス流量を増加さ
せる(S46)。次に、バルブ16を「開」にして(S
48)、水素吸蔵合金タンク13より蓄えられた水素ガ
スを燃焼バーナー8に供給する(S50)。なお、水素
吸蔵合金より水素ガスを放出させる場合には、加熱する
と効率よく未反応水素ガスが放出される。その際、空気
加圧コンプレッサー12からの空気供給量を増加させ
る。次に、熱電対9により改質器反応部7の反応温度を
測定し所定温度か否かを判定する(S44)。そして、
改質反応温度が所定温度未満の場合は、更に水素吸蔵合
金タンク13より水素ガスを燃焼バーナー8に供給する
(S50)。一方、所定温度になった場合には、上述の
ステップS32に戻る。
低下したことを検出し、負荷電流が大きくなったと判定
された場合には(S36)、流量調整バルブ15を更に
開けて第2排ガス供給路20bへの排ガス流量を増加さ
せる(S46)。次に、バルブ16を「開」にして(S
48)、水素吸蔵合金タンク13より蓄えられた水素ガ
スを燃焼バーナー8に供給する(S50)。なお、水素
吸蔵合金より水素ガスを放出させる場合には、加熱する
と効率よく未反応水素ガスが放出される。その際、空気
加圧コンプレッサー12からの空気供給量を増加させ
る。次に、熱電対9により改質器反応部7の反応温度を
測定し所定温度か否かを判定する(S44)。そして、
改質反応温度が所定温度未満の場合は、更に水素吸蔵合
金タンク13より水素ガスを燃焼バーナー8に供給する
(S50)。一方、所定温度になった場合には、上述の
ステップS32に戻る。
【0032】燃料電池システム起動時 燃料電池システム起動時であるか否かを判定し(S3
2)、起動時と判断した場合は、バルブ14を「閉」に
しバルブ16を「開」にして(S48)、燃料バーナー
8へのガス供給路を第1排ガス供給路20aから水素ガ
ス供給路20cに切り換える。次に、バルブ16を
「開」にして(S48)、水素吸蔵合金タンク13に蓄
えられている水素ガスを燃焼バーナー8に供給し(S5
0)、空気加圧コンプレッサー12より導入された空気
と共に燃焼させて、改質器6の改質器反応部7を加熱す
る。次に、熱電対9により改質器反応部7の反応温度を
測定し所定温度か否かを判定する(S44)。そして、
改質反応温度が所定温度未満の場合は、引き続き水素吸
蔵合金タンク13より水素ガスを燃焼バーナー8に供給
する(S50)。一方、所定温度になった場合には、上
述のステップS32の手前に戻り、メタノールタンク1
0と水タンク11から、メタノール改質用の原料を改質
器反応部7へ供給開始する。改質器反応部7が所定温度
になり、改質反応が始まって、安定して改質ガスを生成
できるようになったら、燃料電池1のアノード側出口3
から排出される未反応水素ガスを燃焼させて、改質器反
応部7の加熱を行う。
2)、起動時と判断した場合は、バルブ14を「閉」に
しバルブ16を「開」にして(S48)、燃料バーナー
8へのガス供給路を第1排ガス供給路20aから水素ガ
ス供給路20cに切り換える。次に、バルブ16を
「開」にして(S48)、水素吸蔵合金タンク13に蓄
えられている水素ガスを燃焼バーナー8に供給し(S5
0)、空気加圧コンプレッサー12より導入された空気
と共に燃焼させて、改質器6の改質器反応部7を加熱す
る。次に、熱電対9により改質器反応部7の反応温度を
測定し所定温度か否かを判定する(S44)。そして、
改質反応温度が所定温度未満の場合は、引き続き水素吸
蔵合金タンク13より水素ガスを燃焼バーナー8に供給
する(S50)。一方、所定温度になった場合には、上
述のステップS32の手前に戻り、メタノールタンク1
0と水タンク11から、メタノール改質用の原料を改質
器反応部7へ供給開始する。改質器反応部7が所定温度
になり、改質反応が始まって、安定して改質ガスを生成
できるようになったら、燃料電池1のアノード側出口3
から排出される未反応水素ガスを燃焼させて、改質器反
応部7の加熱を行う。
【0033】燃料電池システム停止時 燃料電池システムを停止する場合、燃料電池1と負荷を
切離して負荷電流をなくすと、燃料電池1内の反応が起
こらなくなるため、改質ガス中の水素が消費されなくな
る。この時点で、改質器反応部7へのメタノール及び水
の供給も停止されるが、既に改質器反応部7の内部に存
在するメタノールや水、及び改質反応が終了して改質器
6と燃料電池1との間の配管の途中に存在する改質ガス
は、引続き燃料電池1へ供給される。従って、燃料電池
1は運転を停止してからも、供給された改質ガスをその
まま未反応水素ガスとして燃料電池1のアノード側出口
3から排出する。
切離して負荷電流をなくすと、燃料電池1内の反応が起
こらなくなるため、改質ガス中の水素が消費されなくな
る。この時点で、改質器反応部7へのメタノール及び水
の供給も停止されるが、既に改質器反応部7の内部に存
在するメタノールや水、及び改質反応が終了して改質器
6と燃料電池1との間の配管の途中に存在する改質ガス
は、引続き燃料電池1へ供給される。従って、燃料電池
1は運転を停止してからも、供給された改質ガスをその
まま未反応水素ガスとして燃料電池1のアノード側出口
3から排出する。
【0034】そこで、燃料電池システムを停止させる場
合(S52)には、バルブ14、16を「閉」とし、バ
ルブ17を「開」にする(S54)。そして、第2排ガ
ス供給路20bに排ガスを流入させ、水素吸蔵合金タン
ク13に排ガス中の未反応水素ガスを吸収させる(S5
6)。これにより、再起動時に、この水素吸蔵合金タン
ク13に蓄えられた水素ガスを改質器反応部7の加熱に
用いることができる。
合(S52)には、バルブ14、16を「閉」とし、バ
ルブ17を「開」にする(S54)。そして、第2排ガ
ス供給路20bに排ガスを流入させ、水素吸蔵合金タン
ク13に排ガス中の未反応水素ガスを吸収させる(S5
6)。これにより、再起動時に、この水素吸蔵合金タン
ク13に蓄えられた水素ガスを改質器反応部7の加熱に
用いることができる。
【0035】なお、燃料電池システム起動時は、先にも
述べたように水素吸蔵合金タンク13に蓄えられた水素
ガスを改質器6に供給して改質器6を加熱させるため、
例えば上述の燃料電池システム停止時に、燃料電池1の
停止に伴って直ちに改質器反応部7へメタノールと水と
の供給を停止するのではなく、水素吸蔵合金タンク13
内に一定量の水素ガスが吸蔵されるまで、引続き改質器
6の運転を継続する方法も、燃料電池システム全体のエ
ネルギー効率を確保する点からは優れている。
述べたように水素吸蔵合金タンク13に蓄えられた水素
ガスを改質器6に供給して改質器6を加熱させるため、
例えば上述の燃料電池システム停止時に、燃料電池1の
停止に伴って直ちに改質器反応部7へメタノールと水と
の供給を停止するのではなく、水素吸蔵合金タンク13
内に一定量の水素ガスが吸蔵されるまで、引続き改質器
6の運転を継続する方法も、燃料電池システム全体のエ
ネルギー効率を確保する点からは優れている。
【0036】第2実施例 図1の構成において、燃料電池1に負荷電流を測定する
負荷電流測定部を設け、燃料電池1の負荷電流の急激な
変動を負荷電流測定部によりを検出する。そして、第1
実施例における熱電対9の温度検出の代りに、この負荷
電流の変動値に基づいて、水素吸蔵合金タンク13の排
ガス中の水素ガスの貯蔵放出を行う。これにより、電熱
対9の温度変化より先に変動する負荷電流値に基づいて
負荷電流の変動時及び起動時等に速やかに効率よく未反
応水素ガスを貯蔵放出することができる。本実施例にお
いて改質器の温度は、負荷電流値に基づいて、所望の温
度になるように制御されている。
負荷電流測定部を設け、燃料電池1の負荷電流の急激な
変動を負荷電流測定部によりを検出する。そして、第1
実施例における熱電対9の温度検出の代りに、この負荷
電流の変動値に基づいて、水素吸蔵合金タンク13の排
ガス中の水素ガスの貯蔵放出を行う。これにより、電熱
対9の温度変化より先に変動する負荷電流値に基づいて
負荷電流の変動時及び起動時等に速やかに効率よく未反
応水素ガスを貯蔵放出することができる。本実施例にお
いて改質器の温度は、負荷電流値に基づいて、所望の温
度になるように制御されている。
【0037】第3実施例 図1の構成において、排出ガス中の水素ガス濃度を検出
する水素ガス検出器を設けてもよい。そして、第1実施
例における熱電対9の温度検出の代りに、水素ガス検出
器で検出された未反応水素量に基づいて水素吸蔵合金タ
ンク13の排ガス中の水素ガスの貯蔵放出を行う。これ
により、熱電対9の温度変化より先に変動する排ガス中
の水素量に基づいて負荷電流の変動時及び起動時等に速
やかに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することがで
きる。本実施例において、改質器の温度は、排ガス中の
水素量に基づいて、所望の温度になるように制御されて
いる。
する水素ガス検出器を設けてもよい。そして、第1実施
例における熱電対9の温度検出の代りに、水素ガス検出
器で検出された未反応水素量に基づいて水素吸蔵合金タ
ンク13の排ガス中の水素ガスの貯蔵放出を行う。これ
により、熱電対9の温度変化より先に変動する排ガス中
の水素量に基づいて負荷電流の変動時及び起動時等に速
やかに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することがで
きる。本実施例において、改質器の温度は、排ガス中の
水素量に基づいて、所望の温度になるように制御されて
いる。
【0038】以上、本発明の燃料電池用改質器の加熱装
置によれば、特開昭61−190865号公報のように
排ガスを燃焼させるバーナーと、起動時にメタノール等
の原料を燃焼させるバーナーとの熱容量の異なる2種類
のバーナーを要しない。更に、メタノールを燃焼させる
ことがないのでハイドロカーボンを発生させることもな
い。従って、本発明は経済性及び環境の点で優れる。
置によれば、特開昭61−190865号公報のように
排ガスを燃焼させるバーナーと、起動時にメタノール等
の原料を燃焼させるバーナーとの熱容量の異なる2種類
のバーナーを要しない。更に、メタノールを燃焼させる
ことがないのでハイドロカーボンを発生させることもな
い。従って、本発明は経済性及び環境の点で優れる。
【0039】なお、本発明の改質器の加熱装置は自動車
に搭載するものに限らず、起動停止の少ない定常運転を
行う用途に用いてもよく、小型、安価な改質器を実現す
ることができる。また、自動車に搭載する場合、リン酸
型燃料電池より固体高分子型燃料電池(PEFC:Poly
mer Electroltyte Fuel Cells )の方が好ましい。
に搭載するものに限らず、起動停止の少ない定常運転を
行う用途に用いてもよく、小型、安価な改質器を実現す
ることができる。また、自動車に搭載する場合、リン酸
型燃料電池より固体高分子型燃料電池(PEFC:Poly
mer Electroltyte Fuel Cells )の方が好ましい。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃料
電池用改質器の加熱装置によれば、負荷電流の変動に伴
い発生した未反応水素ガスの内、燃焼に使用しなかった
過剰の未反応水素ガスを水素貯蔵手段、例えば水素吸蔵
合金に蓄えることができる。一方、燃料電池システムの
始動時及び負荷電流の増加時には、この蓄えた水素ガス
を用いて改質器を加熱することができる。従って、燃料
電池システム全体の総合エネルギー利用効率を向上させ
ることができる。更に、水素貯蔵手段によって排ガス中
の水素ガスを吸収するので、外部に排出される燃料電池
システムからの排ガス量を低減することができる。
電池用改質器の加熱装置によれば、負荷電流の変動に伴
い発生した未反応水素ガスの内、燃焼に使用しなかった
過剰の未反応水素ガスを水素貯蔵手段、例えば水素吸蔵
合金に蓄えることができる。一方、燃料電池システムの
始動時及び負荷電流の増加時には、この蓄えた水素ガス
を用いて改質器を加熱することができる。従って、燃料
電池システム全体の総合エネルギー利用効率を向上させ
ることができる。更に、水素貯蔵手段によって排ガス中
の水素ガスを吸収するので、外部に排出される燃料電池
システムからの排ガス量を低減することができる。
【0041】また、水素貯蔵放出手段は、改質反応温
度、燃料電池の負荷電流又は排ガス中の未反応水素ガス
量に応じて、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する
こととしたので、負荷電流の変動時及び起動時等に速や
かに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することができ
る。従って、更に燃料電池システム全体の総合エネルギ
ー利用効率を向上させることができる。
度、燃料電池の負荷電流又は排ガス中の未反応水素ガス
量に応じて、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する
こととしたので、負荷電流の変動時及び起動時等に速や
かに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することができ
る。従って、更に燃料電池システム全体の総合エネルギ
ー利用効率を向上させることができる。
【0042】更に、起動時と運転時に燃焼させる燃料が
どちらも水素ガスであるので、バーナーは一種でよく経
済性に優れる。また、原料のメタノールを燃焼させない
ので、ハイドロカーボンも発生せず、環境の点でも優れ
る。
どちらも水素ガスであるので、バーナーは一種でよく経
済性に優れる。また、原料のメタノールを燃焼させない
ので、ハイドロカーボンも発生せず、環境の点でも優れ
る。
【図1】本発明に係る燃料電池用改質器の加熱装置の構
成を示すブロック構成図である。
成を示すブロック構成図である。
【図2】本発明に係る燃料電池用改質器の加熱装置の動
作の概要を示すフローチャートである。
作の概要を示すフローチャートである。
1 燃料電池 2 アノード側ガス入口 3 アノード側ガス出口 4 カソード側ガス入口 5 カソード側ガス出口 6 改質器 7 改質器反応部 8 燃焼バーナー 9 熱電対 10 メタノールタンク 11 水タンク 12 空気加圧コンプレッサー 13 水素吸蔵合金タンク 14、16、17 バルブ 15 流量調整バルブ 18 制御部 20a 第1排ガス供給路 20b 第2排ガス供給路 20c 水素ガス供給路
Claims (4)
- 【請求項1】 炭化水素を原料とする改質原料ガスと水
とから水素リッチな改質ガスを生成させる改質器と、前
記改質器より供給された前記改質ガスと酸素との電気化
学的反応によって発電する燃料電池と、を備え、前記燃
料電池の排ガスを燃焼させて前記改質器を加熱保温する
燃料電池システムにおいて、 前記改質器内の改質反応状態が所望の状態となるように
前記排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する水素貯蔵
放出手段を有することを特徴とする燃料電池用改質器の
加熱装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の燃料電池用改質器の加熱
装置において、 前記水素貯蔵放出手段は、前記改質反応温度、前記燃料
電池の負荷電流の変動量又は排ガス中の水素量に応じ
て、前記排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出すること
を特徴とする燃料電池用改質器の加熱装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の燃料電池用改質器の加熱
装置において、 少なくとも前記燃料電池システムの始動時に、前記水素
貯蔵手段より放出することを特徴とする燃料電池用改質
器の加熱装置。 - 【請求項4】 請求項1、2、3記載のいずれかに記載
の燃料電池用改質器の加熱装置において、 前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金であることを特徴と
する燃料電池用改質器の加熱装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6055669A JPH07263007A (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 燃料電池用改質器の加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6055669A JPH07263007A (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 燃料電池用改質器の加熱装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07263007A true JPH07263007A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13005281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6055669A Pending JPH07263007A (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 燃料電池用改質器の加熱装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07263007A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6406805B1 (en) * | 1999-10-19 | 2002-06-18 | Ford Global Technologies, Inc. | Method for storing purged hydrogen from a vehicle fuel cell system |
EP1505677A1 (en) * | 2002-05-15 | 2005-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
JP2005044572A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | ハイブリッド型燃料電池システム |
FR2870640A1 (fr) * | 2004-05-19 | 2005-11-25 | Renault Sas | Dispositif et procede d'alimentation en hydrogene d'une pile a combustible embarquee dans un vehicule |
US7083874B2 (en) | 2000-01-28 | 2006-08-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power generation system |
JP2007500666A (ja) * | 2003-07-31 | 2007-01-18 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 水素供給装置 |
JP2012028269A (ja) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP6055669A patent/JPH07263007A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6406805B1 (en) * | 1999-10-19 | 2002-06-18 | Ford Global Technologies, Inc. | Method for storing purged hydrogen from a vehicle fuel cell system |
DE10044407B4 (de) * | 1999-10-19 | 2015-05-28 | Ford Global Technologies | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle eines Fahrzeugs mit Anoden-Passage |
US7083874B2 (en) | 2000-01-28 | 2006-08-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell power generation system |
EP1505677A1 (en) * | 2002-05-15 | 2005-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
EP1505677A4 (en) * | 2002-05-15 | 2007-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM |
US8012640B2 (en) | 2002-05-15 | 2011-09-06 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
US8263281B2 (en) | 2002-05-15 | 2012-09-11 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
JP2005044572A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | ハイブリッド型燃料電池システム |
JP4568486B2 (ja) * | 2003-07-25 | 2010-10-27 | 関西電力株式会社 | ハイブリッド型燃料電池システム |
JP2007500666A (ja) * | 2003-07-31 | 2007-01-18 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 水素供給装置 |
FR2870640A1 (fr) * | 2004-05-19 | 2005-11-25 | Renault Sas | Dispositif et procede d'alimentation en hydrogene d'une pile a combustible embarquee dans un vehicule |
JP2012028269A (ja) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
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