JP2000243416A - 燃料電池システム - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池システムの消費電力を少なくす
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２を備える燃料電池システムにおいて、該
燃料電池２からの燃料ガスのオフガスを燃焼させる燃焼
手段３と、前記燃焼手段３から排出される排ガスの燃焼
エネルギーを利用して回転するタービン４１と、該ター
ビン４１に連結し酸化剤ガスを圧縮するコンプレッサ４
３を備えている酸化剤ガス供給手段４が設けられ、該酸
化剤ガス供給手段４が、前記燃料電池２と、少なくとも
一つの酸化剤ガス加圧手段５１〜５３を介して、炭化水
素系燃料を燃料ガスに改質する改質器１に連結されてい
ることを特徴とする燃料電池システム。
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２を備える燃料電池システムにおいて、該
燃料電池２からの燃料ガスのオフガスを燃焼させる燃焼
手段３と、前記燃焼手段３から排出される排ガスの燃焼
エネルギーを利用して回転するタービン４１と、該ター
ビン４１に連結し酸化剤ガスを圧縮するコンプレッサ４
３を備えている酸化剤ガス供給手段４が設けられ、該酸
化剤ガス供給手段４が、前記燃料電池２と、少なくとも
一つの酸化剤ガス加圧手段５１〜５３を介して、炭化水
素系燃料を燃料ガスに改質する改質器１に連結されてい
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、該燃料電池に水素を主成分とする燃
料ガスを製造して供給する改質器、酸化剤ガスを供給す
る酸化剤ガス供給手段などから構成されている。前記燃
料極側には前記燃料ガスが、前記酸化剤極側には前記酸
化剤ガスが送られ、電気化学反応により発電する。
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、該燃料電池に水素を主成分とする燃
料ガスを製造して供給する改質器、酸化剤ガスを供給す
る酸化剤ガス供給手段などから構成されている。前記燃
料極側には前記燃料ガスが、前記酸化剤極側には前記酸
化剤ガスが送られ、電気化学反応により発電する。
【０００５】前記改質器は、炭化水素系燃料と水から水
素を主成分とする燃料ガスを製造する装置で、３つのパ
ーツに分かれている。炭化水素系燃料としては、メタノ
ール、ガソリン、天然ガスなど多くの炭化水素系燃料が
利用できるが、一般的にメタノールが利用されているの
で、以後炭化水素系燃料をメタノールで説明する。
素を主成分とする燃料ガスを製造する装置で、３つのパ
ーツに分かれている。炭化水素系燃料としては、メタノ
ール、ガソリン、天然ガスなど多くの炭化水素系燃料が
利用できるが、一般的にメタノールが利用されているの
で、以後炭化水素系燃料をメタノールで説明する。
【０００６】前記の３つのパーツは、燃料であるメタノ
ールと水を蒸気化する蒸発部と、蒸気化したメタノール
と水を触媒により水素を主成分とする燃料ガスに改質す
る改質部と、この燃料ガスの一酸化炭素濃度（ＣＯ）を
低減するＣＯ低減部である。
ールと水を蒸気化する蒸発部と、蒸気化したメタノール
と水を触媒により水素を主成分とする燃料ガスに改質す
る改質部と、この燃料ガスの一酸化炭素濃度（ＣＯ）を
低減するＣＯ低減部である。
【０００７】前記改質部の反応には、一般的に水蒸気改
質法か部分改質法がある。水蒸気改質法は、蒸気化した
メタノールと水を触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）に接
触させて下記反応で改質し燃料ガスを生成する方法であ
る。
質法か部分改質法がある。水蒸気改質法は、蒸気化した
メタノールと水を触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）に接
触させて下記反応で改質し燃料ガスを生成する方法であ
る。
【０００８】ＣＨ３ＯＨ ＋Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２ ＋Ｃ
Ｏ２ ＋ ５０ＫＪ 部分改質法は、蒸気化したメタノールと水に酸素を混合
し、触媒（例えば、酸化触媒及び銅−亜鉛系触媒）に接
触させて下記反応で改質し燃料ガスを生成する方法であ
る。
Ｏ２ ＋ ５０ＫＪ 部分改質法は、蒸気化したメタノールと水に酸素を混合
し、触媒（例えば、酸化触媒及び銅−亜鉛系触媒）に接
触させて下記反応で改質し燃料ガスを生成する方法であ
る。
【０００９】ＣＨ３ＯＨ ＋０．１３Ｏ２ ＋０．４７
Ｎ２ ＋０．７５Ｈ２Ｏ→ ２．７５Ｈ２ ＋ＣＯ２
＋０．４７Ｎ２ ―４．５ＫＪ 前記ＣＯ低減部の反応は、燃料ガスに酸素を混合し、触
媒（例えば、白金触媒）に接触させて下記反応でＣＯを
選択的に酸化して除去する反応である。
Ｎ２ ＋０．７５Ｈ２Ｏ→ ２．７５Ｈ２ ＋ＣＯ２
＋０．４７Ｎ２ ―４．５ＫＪ 前記ＣＯ低減部の反応は、燃料ガスに酸素を混合し、触
媒（例えば、白金触媒）に接触させて下記反応でＣＯを
選択的に酸化して除去する反応である。
【００１０】ＣＯ ＋ １／２Ｏ２ → ＣＯ２ −
２５７．２ＫＪ 改質反応として、水蒸気改質法を採用した場合にはＣＯ
低減部に酸素を供給する必要があり、部分改質法を採用
した場合には改質部とＣＯ低減部に酸素を供給する必要
がある。この酸素は酸化剤ガス供給手段により供給され
る。酸化剤ガスとして一般的に空気が利用される。
２５７．２ＫＪ 改質反応として、水蒸気改質法を採用した場合にはＣＯ
低減部に酸素を供給する必要があり、部分改質法を採用
した場合には改質部とＣＯ低減部に酸素を供給する必要
がある。この酸素は酸化剤ガス供給手段により供給され
る。酸化剤ガスとして一般的に空気が利用される。
【００１１】以上のように燃料電池システムにおいて
は、燃料電池本体および改質器に酸化剤ガスを供給する
必要があり、その酸化剤ガスの供給を制御することは重
要である。
は、燃料電池本体および改質器に酸化剤ガスを供給する
必要があり、その酸化剤ガスの供給を制御することは重
要である。
【００１２】従来技術として、特開平９−２１３３５５
号公報には、燃料電池本体と改質器に、別々の酸化剤ガ
ス供給手段から酸化剤ガスを供給する燃料電池システム
が開示されている。
号公報には、燃料電池本体と改質器に、別々の酸化剤ガ
ス供給手段から酸化剤ガスを供給する燃料電池システム
が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、酸化剤ガス供給手段および酸化剤ガス供給系の制
御が簡単になるが、複数の酸化剤ガス供給手段が必要で
あるので、消費電力が多い問題がある。自動車など車載
用の燃料電池システムでは、できる限り少ない電力で走
行できることが求められている。
術は、酸化剤ガス供給手段および酸化剤ガス供給系の制
御が簡単になるが、複数の酸化剤ガス供給手段が必要で
あるので、消費電力が多い問題がある。自動車など車載
用の燃料電池システムでは、できる限り少ない電力で走
行できることが求められている。
【００１４】本発明は上記課題を解決したもので、消費
電力が少ない燃料電池システムを提供する。
電力が少ない燃料電池システムを提供する。
【００１５】
【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を備える燃料電
池システムにおいて、該燃料電池からの燃料ガスのオフ
ガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段から排出さ
れる排ガスの燃焼エネルギーを利用して回転するタービ
ンと、該タービンに連結し酸化剤ガスを圧縮するコンプ
レッサを備えている酸化剤ガス供給手段が設けられ、該
酸化剤ガス供給手段が、前記燃料電池と、少なくとも一
つの酸化剤ガス加圧手段を介して、炭化水素系燃料を燃
料ガスに改質する改質器に連結されていることを特徴と
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を備える燃料電
池システムにおいて、該燃料電池からの燃料ガスのオフ
ガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段から排出さ
れる排ガスの燃焼エネルギーを利用して回転するタービ
ンと、該タービンに連結し酸化剤ガスを圧縮するコンプ
レッサを備えている酸化剤ガス供給手段が設けられ、該
酸化剤ガス供給手段が、前記燃料電池と、少なくとも一
つの酸化剤ガス加圧手段を介して、炭化水素系燃料を燃
料ガスに改質する改質器に連結されていることを特徴と
する燃料電池システムである。
【００１６】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。
【００１７】すなわち、前記酸化剤ガス供給手段から改
質器に供給される酸化剤ガスを酸化剤ガス加圧手段でさ
らに加圧することができるため、燃料電池に供給される
燃料ガスと酸化剤ガスの圧力バランスをとることがで
き、燃料電池の固体高分子電解質膜の耐久性、前記燃焼
手段に酸化剤ガスが投入できない問題が解決され、前記
燃料電池の燃焼ガスオフガスの燃焼エネルギーを利用し
た酸化剤ガス供給手段から該燃料電池と前記改質器に酸
化剤ガスを供給することができるので、燃料電池システ
ムの消費電力を少なくすることができる。
質器に供給される酸化剤ガスを酸化剤ガス加圧手段でさ
らに加圧することができるため、燃料電池に供給される
燃料ガスと酸化剤ガスの圧力バランスをとることがで
き、燃料電池の固体高分子電解質膜の耐久性、前記燃焼
手段に酸化剤ガスが投入できない問題が解決され、前記
燃料電池の燃焼ガスオフガスの燃焼エネルギーを利用し
た酸化剤ガス供給手段から該燃料電池と前記改質器に酸
化剤ガスを供給することができるので、燃料電池システ
ムの消費電力を少なくすることができる。
【００１８】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、前記酸化剤ガス加圧手段が、
少なくとも一つの流量制御手段を介して、炭化水素系燃
料を燃料ガスに改質する前記改質器の改質部および前記
燃料ガスの一酸化炭素を低減する前記改質器のＣＯ低減
部に連結され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、前記酸化剤ガス加圧手段が、
少なくとも一つの流量制御手段を介して、炭化水素系燃
料を燃料ガスに改質する前記改質器の改質部および前記
燃料ガスの一酸化炭素を低減する前記改質器のＣＯ低減
部に連結され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。
【００１９】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。
【００２０】すなわち、前記流量制御手段により、前記
改質部と前記ＣＯ低減部に供給する酸化剤ガスの流量を
別々に制御することができるので、前記改質部と前記Ｃ
Ｏ低減部それぞれに最適な流量の酸化剤ガスを供給する
ことができる。
改質部と前記ＣＯ低減部に供給する酸化剤ガスの流量を
別々に制御することができるので、前記改質部と前記Ｃ
Ｏ低減部それぞれに最適な流量の酸化剤ガスを供給する
ことができる。
【００２１】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、前記酸化剤ガス加圧手段が二
つ設けられ、一方の酸化剤ガス加圧手段は炭化水素系燃
料を燃料ガスに改質する前記改質器の改質部に連結さ
れ、他方の酸化剤ガス加圧手段は前記燃料ガスの一酸化
炭素を低減する前記改質器のＣＯ低減部に連結されてい
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、前記酸化剤ガス加圧手段が二
つ設けられ、一方の酸化剤ガス加圧手段は炭化水素系燃
料を燃料ガスに改質する前記改質器の改質部に連結さ
れ、他方の酸化剤ガス加圧手段は前記燃料ガスの一酸化
炭素を低減する前記改質器のＣＯ低減部に連結されてい
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。
【００２２】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。
【００２３】すなわち、二つの酸化剤ガス加圧手段によ
り前記改質部と前記ＣＯ低減部に個別に供給することが
できるので、前記改質部と前記ＣＯ低減部それぞれに最
適な流量の酸化剤ガスを供給することができる。
り前記改質部と前記ＣＯ低減部に個別に供給することが
できるので、前記改質部と前記ＣＯ低減部それぞれに最
適な流量の酸化剤ガスを供給することができる。
【００２４】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、前記燃料電池に供給される酸
化剤ガスと燃料ガスの差圧を検出する差圧検出手段が設
けられ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、前記燃料電池に供給される酸
化剤ガスと燃料ガスの差圧を検出する差圧検出手段が設
けられ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。
【００２５】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。
【００２６】すなわち、前記差圧検出手段により酸化剤
ガスと燃料ガスの差圧を検出することができるので、前
記酸化剤ガス供給手段、前記酸化剤ガス加圧手段、前記
流量制御手段の運転を最適にでき、ガス供給系の圧力・
流量バランスをとることができる。
ガスと燃料ガスの差圧を検出することができるので、前
記酸化剤ガス供給手段、前記酸化剤ガス加圧手段、前記
流量制御手段の運転を最適にでき、ガス供給系の圧力・
流量バランスをとることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】酸化剤ガス供給手段に用いられる
消費電力を少なくし燃料電池システムの効率を向上する
ために、本出願人は、燃料電池から排出される燃料ガス
オフガスのエネルギーを酸化剤ガス供給手段の動力源と
して利用する方法を考案した。
消費電力を少なくし燃料電池システムの効率を向上する
ために、本出願人は、燃料電池から排出される燃料ガス
オフガスのエネルギーを酸化剤ガス供給手段の動力源と
して利用する方法を考案した。
【００２８】すなわち、燃料電池に供給される燃料ガス
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。燃料電池から排出される燃料ガスオ
フガスには、かなりの水素が含まれている。この燃料ガ
スオフガスを燃焼手段で燃焼し、その排ガスのエネルギ
ーでタービンを回転させる。このタービンの回転に連動
してコンプレッサを回転させて、酸化剤ガス供給手段と
して用いるシステムである。
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。燃料電池から排出される燃料ガスオ
フガスには、かなりの水素が含まれている。この燃料ガ
スオフガスを燃焼手段で燃焼し、その排ガスのエネルギ
ーでタービンを回転させる。このタービンの回転に連動
してコンプレッサを回転させて、酸化剤ガス供給手段と
して用いるシステムである。
【００２９】上記のシステムにおいて、タービンを利用
した酸化剤ガス供給手段により酸化剤ガスを燃料電池に
供給し、別の酸化剤ガス供給手段を使用して酸化剤ガス
を改質器に供給していた。しかし、タービンを利用した
酸化剤ガス供給手段から分岐し改質器へも酸化剤ガスを
投入すると酸化剤ガス供給手段の数が少なくでき、さら
に消費電力を小さくすることができる。
した酸化剤ガス供給手段により酸化剤ガスを燃料電池に
供給し、別の酸化剤ガス供給手段を使用して酸化剤ガス
を改質器に供給していた。しかし、タービンを利用した
酸化剤ガス供給手段から分岐し改質器へも酸化剤ガスを
投入すると酸化剤ガス供給手段の数が少なくでき、さら
に消費電力を小さくすることができる。
【００３０】しかしながら、共通の酸化剤ガス供給手段
により、改質器と燃料電池に供給するためには次のよう
な解決すべき問題点がある。改質器で生成される燃料ガ
スの圧力は、改質器に投入される酸化剤ガスの圧力によ
り決定される。このため共通の酸化剤ガス供給手段を用
いた場合、該酸化剤ガス供給手段から直接燃料電池に供
給される酸化剤ガスと、改質器から燃料電池に供給され
る燃料ガスの間で圧力差が生じる。
により、改質器と燃料電池に供給するためには次のよう
な解決すべき問題点がある。改質器で生成される燃料ガ
スの圧力は、改質器に投入される酸化剤ガスの圧力によ
り決定される。このため共通の酸化剤ガス供給手段を用
いた場合、該酸化剤ガス供給手段から直接燃料電池に供
給される酸化剤ガスと、改質器から燃料電池に供給され
る燃料ガスの間で圧力差が生じる。
【００３１】その圧力差のほとんどは改質器での圧力損
失に起因する。この場合燃料電池の両ガスの圧力差が大
きいと燃料電池の固体高分子電解質である固体高分子電
解質膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質
膜の耐久性などに問題を起こすおそれがある。
失に起因する。この場合燃料電池の両ガスの圧力差が大
きいと燃料電池の固体高分子電解質である固体高分子電
解質膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質
膜の耐久性などに問題を起こすおそれがある。
【００３２】さらにタービンを利用した酸化剤ガス供給
手段を用いたシステムでは、燃料電池から排出される酸
化剤ガス、燃料ガスの両オフガスを燃焼手段で燃焼され
る。酸化剤ガス供給手段の吐出圧からできる限り圧力降
下しないよう燃料電池へと酸化剤ガスを流し、そのまま
燃焼手段へと酸化剤ガスオフガスを流すと燃焼手段の燃
焼ガス圧力が高くなり、タービンでの動力回収量が増加
する。
手段を用いたシステムでは、燃料電池から排出される酸
化剤ガス、燃料ガスの両オフガスを燃焼手段で燃焼され
る。酸化剤ガス供給手段の吐出圧からできる限り圧力降
下しないよう燃料電池へと酸化剤ガスを流し、そのまま
燃焼手段へと酸化剤ガスオフガスを流すと燃焼手段の燃
焼ガス圧力が高くなり、タービンでの動力回収量が増加
する。
【００３３】しかし、燃料ガスオフガスは前述の通り、
燃料電池入口部で改質器の圧損分だけ低い圧力となって
おり、酸化剤ガス圧より低いため酸化剤ガス圧が支配的
となっている燃焼手段への燃料ガスオフガスの投入がで
きなくなる。さらに、燃焼手段への燃料ガスオフガス管
路を逆流し燃料電池の燃料極側へ酸化剤ガスが流れ込む
おそれもある。
燃料電池入口部で改質器の圧損分だけ低い圧力となって
おり、酸化剤ガス圧より低いため酸化剤ガス圧が支配的
となっている燃焼手段への燃料ガスオフガスの投入がで
きなくなる。さらに、燃焼手段への燃料ガスオフガス管
路を逆流し燃料電池の燃料極側へ酸化剤ガスが流れ込む
おそれもある。
【００３４】そこで燃焼手段への燃料ガスオフガスの投
入ができるように圧力バランスをとろうとすると、酸化
剤ガス管路に絞りバルブを配置し、燃焼手段に流れる酸
化剤ガスの圧力を燃料ガスの圧力にそろえてやる必要が
ある。しかしその結果として酸化剤ガス管路の抵抗が増
え酸化剤ガス供給手段の吐出する酸化剤ガス流量が減る
ことになる。
入ができるように圧力バランスをとろうとすると、酸化
剤ガス管路に絞りバルブを配置し、燃焼手段に流れる酸
化剤ガスの圧力を燃料ガスの圧力にそろえてやる必要が
ある。しかしその結果として酸化剤ガス管路の抵抗が増
え酸化剤ガス供給手段の吐出する酸化剤ガス流量が減る
ことになる。
【００３５】この問題を解決するために、燃料ガスを高
圧化すればよく、そのためには改質器に供給する酸化剤
ガスの投入圧力を高圧にすればよい。すなわち、改質器
へ供給する酸化剤ガスは燃料電池へ供給する酸化剤ガス
供給手段から分岐するが、その分岐ラインの途中に酸化
剤ガスをさらに加圧する酸化剤ガス加圧手段を配置し改
質器で必要なだけ加圧してやる。
圧化すればよく、そのためには改質器に供給する酸化剤
ガスの投入圧力を高圧にすればよい。すなわち、改質器
へ供給する酸化剤ガスは燃料電池へ供給する酸化剤ガス
供給手段から分岐するが、その分岐ラインの途中に酸化
剤ガスをさらに加圧する酸化剤ガス加圧手段を配置し改
質器で必要なだけ加圧してやる。
【００３６】それにより問題となっていたガス供給系全
体のガス圧力のバランスは一挙に解消でき、改質器へ流
す酸化剤ガスの流量も制御しやすくなる。また、追加す
る酸化剤ガス供給手段の消費動力についても、大気から
の昇圧ではなく、もともと加圧された空気を０．５ｋｇ
ｆ／ｃｍ２程度昇圧するだけでよいので大きな電力を必
要としない。
体のガス圧力のバランスは一挙に解消でき、改質器へ流
す酸化剤ガスの流量も制御しやすくなる。また、追加す
る酸化剤ガス供給手段の消費動力についても、大気から
の昇圧ではなく、もともと加圧された空気を０．５ｋｇ
ｆ／ｃｍ２程度昇圧するだけでよいので大きな電力を必
要としない。
【００３７】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１は、本発明の第１実施例の自動車
等車載用の固体高分子電解質型燃料電池システム図であ
る。本実施例の構成を説明する。本実施例では酸化剤ガ
スとして空気を使用し、燃料ガスとしてメタノールを改
質した燃料ガスを使用している。
づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例の自動車
等車載用の固体高分子電解質型燃料電池システム図であ
る。本実施例の構成を説明する。本実施例では酸化剤ガ
スとして空気を使用し、燃料ガスとしてメタノールを改
質した燃料ガスを使用している。
【００３８】本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２、燃焼手段であるバーナ３、
酸化剤ガス供給手段であるターボアシストコンプレッサ
４および酸化剤ガス加圧手段であるコンプレッサ５１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、水タンク５、メタノールタンク６、流
量制御手段である流量制御バルブＶ１、Ｖ２、差圧検出
手段である差圧計７および各種のポンプや管路が備えら
れている。
は、改質器１、燃料電池２、燃焼手段であるバーナ３、
酸化剤ガス供給手段であるターボアシストコンプレッサ
４および酸化剤ガス加圧手段であるコンプレッサ５１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、水タンク５、メタノールタンク６、流
量制御手段である流量制御バルブＶ１、Ｖ２、差圧検出
手段である差圧計７および各種のポンプや管路が備えら
れている。
【００３９】前記改質器１は燃料である水とメタノール
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および
ＣＯ低減部１０４から構成されている。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６とメタノールポンプＰ３を介して連結し、エア
ーコンプレッサＣ１と空気管路１３を介して連結してい
る。前記改質器１の蒸発部１０２は、水を貯蔵している
水タンク５と水ポンプＰ１を介して連結し、前記メタノ
ールタンク６とメタノールポンプＰ２を介して連結して
いる。
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および
ＣＯ低減部１０４から構成されている。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６とメタノールポンプＰ３を介して連結し、エア
ーコンプレッサＣ１と空気管路１３を介して連結してい
る。前記改質器１の蒸発部１０２は、水を貯蔵している
水タンク５と水ポンプＰ１を介して連結し、前記メタノ
ールタンク６とメタノールポンプＰ２を介して連結して
いる。
【００４０】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
れている。前記タービンは、前記バーナ３の排ガスのエ
ネルギーを利用して回転し、前記コンプレッサ４３を回
転させる装置である。前記モータ４２は、燃料電池シス
テムの起動時など前記バーナ３の排ガスのエネルギーが
少ないときに電力でコンプレッサ４３を回転する装置で
ある。
ービン４１、モータ４２、コンプレッサ４３から構成さ
れている。前記タービンは、前記バーナ３の排ガスのエ
ネルギーを利用して回転し、前記コンプレッサ４３を回
転させる装置である。前記モータ４２は、燃料電池シス
テムの起動時など前記バーナ３の排ガスのエネルギーが
少ないときに電力でコンプレッサ４３を回転する装置で
ある。
【００４１】前記コンプレッサ４３は酸化剤ガスである
空気を圧縮して供給する装置で、空気管路１６を介して
燃料電池２の空気供給口２２と連結している。また前記
コンプレッサ４３は、空気管路１６から分岐している空
気管路１６ａを介して前記コンプレッサ５１と連結して
いる。
空気を圧縮して供給する装置で、空気管路１６を介して
燃料電池２の空気供給口２２と連結している。また前記
コンプレッサ４３は、空気管路１６から分岐している空
気管路１６ａを介して前記コンプレッサ５１と連結して
いる。
【００４２】該コンプレッサ５１は、空気管路１６ｂを
介して流量制御バルブＶ１と連結し、該流量制御バルブ
Ｖ１は空気管路１６ｃを介して前記改質部１０３と連結
している。また前記コンプレッサ５１は、前記空気管路
１６ｂから分岐している空気管路１６ｄを介して流量制
御バルブＶ２と連結し、該流量制御バルブＶ２は空気管
路１６ｅを介して前記ＣＯ低減部１０４と連結してい
る。該ＣＯ低減部１０４は燃料ガス管路１４を介して燃
料電池２の燃料ガス供給口２１と連結している。
介して流量制御バルブＶ１と連結し、該流量制御バルブ
Ｖ１は空気管路１６ｃを介して前記改質部１０３と連結
している。また前記コンプレッサ５１は、前記空気管路
１６ｂから分岐している空気管路１６ｄを介して流量制
御バルブＶ２と連結し、該流量制御バルブＶ２は空気管
路１６ｅを介して前記ＣＯ低減部１０４と連結してい
る。該ＣＯ低減部１０４は燃料ガス管路１４を介して燃
料電池２の燃料ガス供給口２１と連結している。
【００４３】差圧計７は、燃料電池２に供給する燃料ガ
スと空気のガス圧力差を検出する差圧検出手段で、燃料
電池２の燃料ガス供給口２１、空気供給口２２の近くの
前記燃料ガス管路１４と空気管路１６の間に跨って設け
られている。なお、差圧検出手段としては、燃料ガス管
路１４、空気管路１６のそれぞれに圧力検出手段を設
け、それで検出された圧力の差を計算する差圧検出手段
なども考えられる。
スと空気のガス圧力差を検出する差圧検出手段で、燃料
電池２の燃料ガス供給口２１、空気供給口２２の近くの
前記燃料ガス管路１４と空気管路１６の間に跨って設け
られている。なお、差圧検出手段としては、燃料ガス管
路１４、空気管路１６のそれぞれに圧力検出手段を設
け、それで検出された圧力の差を計算する差圧検出手段
なども考えられる。
【００４４】前記燃料電池２の燃料ガスオフガス排出口
２３は、燃料ガスオフガス管路１９を介して前記バーナ
３の燃料ガスオフガス供給口３１と連結している。前記
燃料電池２の空気オフガス排出口２４は、空気オフガス
管路２０を介して前記バーナ３の空気オフガス供給口３
３と連結している。
２３は、燃料ガスオフガス管路１９を介して前記バーナ
３の燃料ガスオフガス供給口３１と連結している。前記
燃料電池２の空気オフガス排出口２４は、空気オフガス
管路２０を介して前記バーナ３の空気オフガス供給口３
３と連結している。
【００４５】バーナ３は、空気オフガスを助燃剤として
燃料ガスオフ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３５は、排ガス管路２７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。
燃料ガスオフ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３５は、排ガス管路２７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。
【００４６】以下、本第１実施例の動作および作用につ
いて説明する。
いて説明する。
【００４７】燃料電池システムが起動されると、メタノ
ールタンク６からメタノールポンプＰ３によりメタノー
ルが改質器１の燃焼部１０１に供給される。ターボアシ
ストコンプレッサ４のモータ４２も起動されてコンプレ
ッサ４３が起動される。同時にエアーコンプレッサＣ１
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Ｃ１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。
ールタンク６からメタノールポンプＰ３によりメタノー
ルが改質器１の燃焼部１０１に供給される。ターボアシ
ストコンプレッサ４のモータ４２も起動されてコンプレ
ッサ４３が起動される。同時にエアーコンプレッサＣ１
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Ｃ１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。
【００４８】水タンク５から水ポンプＰ１により水が、
またメタノールタンク６からメタノールポンプＰ２によ
りメタノールが改質器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、前記蒸発部１０２で気化
され改質部１０３に送られる。
またメタノールタンク６からメタノールポンプＰ２によ
りメタノールが改質器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、前記蒸発部１０２で気化
され改質部１０３に送られる。
【００４９】前記ターボアシストコンプレッサ４のコン
プレッサ４３は、空気管路１６を介して燃料電池２の空
気供給口２２に空気を供給する。同時に空気管路１６ａ
を介してコンプレッサ５１に空気が送られ、該コンプレ
ッサ５１で空気をさらに加圧する。この加圧された空気
は、空気管路１６ｂ、流量制御バルブＶ１、空気管路１
６ｃを介して改質部１０３に送られる。また加圧された
空気は、空気管路１６ｂ、１６ｄ、流量制御バルブＶ
２、空気管路１６ｅを介してＣＯ低減部１０４に送られ
る。
プレッサ４３は、空気管路１６を介して燃料電池２の空
気供給口２２に空気を供給する。同時に空気管路１６ａ
を介してコンプレッサ５１に空気が送られ、該コンプレ
ッサ５１で空気をさらに加圧する。この加圧された空気
は、空気管路１６ｂ、流量制御バルブＶ１、空気管路１
６ｃを介して改質部１０３に送られる。また加圧された
空気は、空気管路１６ｂ、１６ｄ、流量制御バルブＶ
２、空気管路１６ｅを介してＣＯ低減部１０４に送られ
る。
【００５０】前記改質部１０３では、水とメタノールの
蒸気はコンプレッサ５１から送られた空気と混合され、
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され
ＣＯ低減部１０４に送られる。
蒸気はコンプレッサ５１から送られた空気と混合され、
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され
ＣＯ低減部１０４に送られる。
【００５１】ＣＨ３ＯＨ ＋０．１３Ｏ２ ＋０．４７
Ｎ２ ＋０．７５Ｈ２Ｏ→ ２．７５Ｈ２ ＋ＣＯ２
＋０．４７Ｎ２ この燃料ガスはＣＯを０．５〜１％含んでおり、前記Ｃ
Ｏ低減部１０４のＣＯ低減触媒（例えば、Ｐｔ触媒等）
によりＣＯを前記コンプレッサ５１から送られた空気で
酸化してＣＯ２に変え、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下にし
て燃料ガス管路１４を介して燃料電池２の燃料ガス供給
口２１に供給される。
Ｎ２ ＋０．７５Ｈ２Ｏ→ ２．７５Ｈ２ ＋ＣＯ２
＋０．４７Ｎ２ この燃料ガスはＣＯを０．５〜１％含んでおり、前記Ｃ
Ｏ低減部１０４のＣＯ低減触媒（例えば、Ｐｔ触媒等）
によりＣＯを前記コンプレッサ５１から送られた空気で
酸化してＣＯ２に変え、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下にし
て燃料ガス管路１４を介して燃料電池２の燃料ガス供給
口２１に供給される。
【００５２】前記燃料電池２は多数のセルが積層されて
おり、該セルは二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体
高分子電解質膜を挟んだ構造をしている。該燃料極では
燃料ガス中の水素ガスが触媒に接触することにより下記
の反応が生ずる。
おり、該セルは二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体
高分子電解質膜を挟んだ構造をしている。該燃料極では
燃料ガス中の水素ガスが触媒に接触することにより下記
の反応が生ずる。
【００５３】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、固体高分子電解質膜中を移動し酸化剤極触媒に
達し空気中の酸素と反応して水となる。この電気化学反
応により発電する。
達し空気中の酸素と反応して水となる。この電気化学反
応により発電する。
【００５４】４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 前記燃料電池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２で利用されなかった燃料ガスオフガスは燃料ガ
スオフガス管路１９を介してバーナ３の燃料ガス供給口
３１に送られる。
れることはなく、およそ８０％の利用率である。前記燃
料電池２で利用されなかった燃料ガスオフガスは燃料ガ
スオフガス管路１９を介してバーナ３の燃料ガス供給口
３１に送られる。
【００５５】一方、前記燃料電池２には過剰の空気を送
っているので、空気オフガスが空気オフガス排出口２４
から排出される。前記空気オフガスは、空気オフガス管
路２０を介してバーナ３の空気供給口３３に送られる。
っているので、空気オフガスが空気オフガス排出口２４
から排出される。前記空気オフガスは、空気オフガス管
路２０を介してバーナ３の空気供給口３３に送られる。
【００５６】前記バーナ３では、前記燃料電池２から送
られた燃料ガスオフガスと空気オフガスで燃焼する。前
記バーナ３の排ガスは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。該
タービン４１の回転により前記コンプレッサ４３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。前記燃料電池システムの定常運転時には、
燃料ガスオフ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。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。
られた燃料ガスオフガスと空気オフガスで燃焼する。前
記バーナ３の排ガスは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。該
タービン４１の回転により前記コンプレッサ４３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。前記燃料電池システムの定常運転時には、
燃料ガスオフ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。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。
【００５７】本第１実施例においては、前記コンプレッ
サ４３から吐出される空気圧力は３ａｔａである。燃料
電池２の空気供給口２２には、ほぼこの３ａｔａの空気
が供給される。前記コンプレッサ４３からコンプレッサ
５１に供給された空気は、該コンプレッサ５１により空
気圧力３．５ａｔａに加圧される。この空気が改質部１
０３、ＣＯ低減部１０４に供給され、改質器１から排出
される燃料ガス圧力が決まる。この燃料ガス圧力は、改
質器１の圧力損失などにより該改質器１に供給される空
気圧力よりやや低く、３．２ａｔａである。
サ４３から吐出される空気圧力は３ａｔａである。燃料
電池２の空気供給口２２には、ほぼこの３ａｔａの空気
が供給される。前記コンプレッサ４３からコンプレッサ
５１に供給された空気は、該コンプレッサ５１により空
気圧力３．５ａｔａに加圧される。この空気が改質部１
０３、ＣＯ低減部１０４に供給され、改質器１から排出
される燃料ガス圧力が決まる。この燃料ガス圧力は、改
質器１の圧力損失などにより該改質器１に供給される空
気圧力よりやや低く、３．２ａｔａである。
【００５８】これにより、改質器１から燃料電池２の燃
料ガス供給口２１に供給される燃料ガス圧力は、空気供
給口２２に供給される空気圧力よりやや高い３．２ａｔ
ａである。燃料ガスと空気は、燃料電池２でほぼ同じ圧
力損失が生ずるので、両ガスは同じ圧力差のままバーナ
３に供給される。これにより、バーナ３に燃料ガスを投
入することができ、供給される空気が燃料ガスオフガス
管路１９に逆流することはなくなった。
料ガス供給口２１に供給される燃料ガス圧力は、空気供
給口２２に供給される空気圧力よりやや高い３．２ａｔ
ａである。燃料ガスと空気は、燃料電池２でほぼ同じ圧
力損失が生ずるので、両ガスは同じ圧力差のままバーナ
３に供給される。これにより、バーナ３に燃料ガスを投
入することができ、供給される空気が燃料ガスオフガス
管路１９に逆流することはなくなった。
【００５９】燃料電池２に供給される燃料ガスと空気の
圧力差が大きすぎると、燃料電池２の固体高分子電解質
膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質膜の
耐久性などに問題を起こすおそれがある。一方、この圧
力差が小さすぎると、バーナ３に燃料ガスを投入するこ
とができなくなるおそれがある。この圧力差を適切に保
つために、差圧計７により圧力差を検出し、その値に応
じてコンプレッサ５１の加圧力を調整している。
圧力差が大きすぎると、燃料電池２の固体高分子電解質
膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質膜の
耐久性などに問題を起こすおそれがある。一方、この圧
力差が小さすぎると、バーナ３に燃料ガスを投入するこ
とができなくなるおそれがある。この圧力差を適切に保
つために、差圧計７により圧力差を検出し、その値に応
じてコンプレッサ５１の加圧力を調整している。
【００６０】このように、燃料電池システムの定常運転
時にはターボアシストコンプレッサ４は、バーナ３の燃
焼エネルギーだけで運転されているので、電力を消費す
ることはない。またコンプレッサ５１は、ターボアシス
トコンプレッサ４で圧縮された空気を少し（本実施例で
は０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）加圧するだけでよい。改質器
１に供給するため、専用のコンプレッサを設けると、大
気圧から３．５ａｔａに加圧しなければならない。この
ため、コンプレッサ５１の消費電力は、専用のコンプレ
ッサに比べて大幅に小さい。
時にはターボアシストコンプレッサ４は、バーナ３の燃
焼エネルギーだけで運転されているので、電力を消費す
ることはない。またコンプレッサ５１は、ターボアシス
トコンプレッサ４で圧縮された空気を少し（本実施例で
は０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）加圧するだけでよい。改質器
１に供給するため、専用のコンプレッサを設けると、大
気圧から３．５ａｔａに加圧しなければならない。この
ため、コンプレッサ５１の消費電力は、専用のコンプレ
ッサに比べて大幅に小さい。
【００６１】なお、流量制御バルブＶ１、Ｖ２により改
質部１０３とＣＯ酸化部１０４それぞれに必要な空気流
量を調整する。
質部１０３とＣＯ酸化部１０４それぞれに必要な空気流
量を調整する。
【００６２】図２は、本発明の第２実施例の自動車等車
載用の固体高分子電解質型燃料電池システム図である。
本第２実施例は、第１実施例が一つの酸化剤ガス加圧手
段を使用している替わりに、改質部とＣＯ低減部それぞ
れに供給する空気のために、二つの酸化剤ガス加圧手段
を設けている以外は同じ構成である。同じ構成の部位に
は同じ符号を使用し、説明は省略する。
載用の固体高分子電解質型燃料電池システム図である。
本第２実施例は、第１実施例が一つの酸化剤ガス加圧手
段を使用している替わりに、改質部とＣＯ低減部それぞ
れに供給する空気のために、二つの酸化剤ガス加圧手段
を設けている以外は同じ構成である。同じ構成の部位に
は同じ符号を使用し、説明は省略する。
【００６３】本第２実施例では、酸化剤ガス供給手段で
あるターボアシストコンプレッサ４により改質部１に供
給される空気をさらに加圧する酸化剤ガス加圧手段とし
て二つのコンプレッサ５２、５３が設けられている。前
記ターボアシストコンプレッサ４のコンプレッサ４３
は、空気管路１６から分岐している空気管路１６ｆを介
して前記コンプレッサ５２と連結している。該コンプレ
ッサ５２は、空気管路１６ｇを介して改質部１０３と連
結している。また前記コンプレッサ４３は、同じく空気
管路１６から分岐している空気管路１６ｈを介して前記
コンプレッサ５３と連結している。該コンプレッサ５３
は、空気管路１６ｊを介してＣＯ低減部１０４と連結し
ている。
あるターボアシストコンプレッサ４により改質部１に供
給される空気をさらに加圧する酸化剤ガス加圧手段とし
て二つのコンプレッサ５２、５３が設けられている。前
記ターボアシストコンプレッサ４のコンプレッサ４３
は、空気管路１６から分岐している空気管路１６ｆを介
して前記コンプレッサ５２と連結している。該コンプレ
ッサ５２は、空気管路１６ｇを介して改質部１０３と連
結している。また前記コンプレッサ４３は、同じく空気
管路１６から分岐している空気管路１６ｈを介して前記
コンプレッサ５３と連結している。該コンプレッサ５３
は、空気管路１６ｊを介してＣＯ低減部１０４と連結し
ている。
【００６４】本第２実施例においても、前記コンプレッ
サ４３から吐出される空気圧力は３ａｔａである。燃料
電池２の空気供給口２２には、ほぼこの３ａｔａの空気
が供給される。前記コンプレッサ４３からコンプレッサ
５２、５３に供給された空気は、該コンプレッサ５２、
５３により空気圧力およそ３．５ａｔａに加圧される。
この空気が改質部１０３、ＣＯ低減部１０４に供給さ
れ、改質器１から排出される燃料ガス圧力が決まる。こ
の燃料ガス圧力は、改質器１の圧力損失などにより該改
質器１に供給される空気圧力よりやや低く、３．２ａｔ
ａである。
サ４３から吐出される空気圧力は３ａｔａである。燃料
電池２の空気供給口２２には、ほぼこの３ａｔａの空気
が供給される。前記コンプレッサ４３からコンプレッサ
５２、５３に供給された空気は、該コンプレッサ５２、
５３により空気圧力およそ３．５ａｔａに加圧される。
この空気が改質部１０３、ＣＯ低減部１０４に供給さ
れ、改質器１から排出される燃料ガス圧力が決まる。こ
の燃料ガス圧力は、改質器１の圧力損失などにより該改
質器１に供給される空気圧力よりやや低く、３．２ａｔ
ａである。
【００６５】これにより、改質器１から燃料電池２の燃
料ガス供給口２１に供給される燃料ガス圧力は、空気供
給口２２に供給される空気圧力よりやや高い３．２ａｔ
ａである。燃料ガスと空気は、燃料電池２でほぼ同じ圧
力損失が生ずるので、両ガスは同じ圧力差のままバーナ
３に供給される。これにより、バーナ３に燃料ガスを投
入することができ、供給される空気が燃料ガスオフガス
管路１９に逆流することはなくなった。
料ガス供給口２１に供給される燃料ガス圧力は、空気供
給口２２に供給される空気圧力よりやや高い３．２ａｔ
ａである。燃料ガスと空気は、燃料電池２でほぼ同じ圧
力損失が生ずるので、両ガスは同じ圧力差のままバーナ
３に供給される。これにより、バーナ３に燃料ガスを投
入することができ、供給される空気が燃料ガスオフガス
管路１９に逆流することはなくなった。
【００６６】燃料電池２に供給される燃料ガスと空気の
圧力差が大きすぎると、燃料電池２の固体高分子電解質
膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質膜の
耐久性などに問題を起こすおそれがある。一方、この圧
力差が小さすぎると、バーナ３に燃料ガスを投入するこ
とができなくなるおそれがある。この圧力差を適切に保
つために、差圧計７により圧力差を検出し、その値に応
じてコンプレッサ５２および５３の加圧力を調整してい
る。
圧力差が大きすぎると、燃料電池２の固体高分子電解質
膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質膜の
耐久性などに問題を起こすおそれがある。一方、この圧
力差が小さすぎると、バーナ３に燃料ガスを投入するこ
とができなくなるおそれがある。この圧力差を適切に保
つために、差圧計７により圧力差を検出し、その値に応
じてコンプレッサ５２および５３の加圧力を調整してい
る。
【００６７】このように、燃料電池システムの定常運転
時にはターボアシストコンプレッサ４は、バーナ３の燃
焼エネルギーだけで運転されているので、電力を消費す
ることはない。またコンプレッサ５２、５３は、ターボ
アシストコンプレッサ４で圧縮された空気を少し（本実
施例では０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）加圧するだけでよい。
改質器１に供給するため、専用のコンプレッサを設ける
と、大気圧から３．５ａｔａに加圧しなければならな
い。このため、コンプレッサ５２、５３の消費電力は、
専用のコンプレッサに比べて大幅に小さい。二つのコン
プレッサを使用して改質部１０３とＣＯ酸化部１０４そ
れぞれに必要な空気流量を送ることができるので、この
コンプレッサと改質器の間に流量制御手段を設ける必要
がなくなる。
時にはターボアシストコンプレッサ４は、バーナ３の燃
焼エネルギーだけで運転されているので、電力を消費す
ることはない。またコンプレッサ５２、５３は、ターボ
アシストコンプレッサ４で圧縮された空気を少し（本実
施例では０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）加圧するだけでよい。
改質器１に供給するため、専用のコンプレッサを設ける
と、大気圧から３．５ａｔａに加圧しなければならな
い。このため、コンプレッサ５２、５３の消費電力は、
専用のコンプレッサに比べて大幅に小さい。二つのコン
プレッサを使用して改質部１０３とＣＯ酸化部１０４そ
れぞれに必要な空気流量を送ることができるので、この
コンプレッサと改質器の間に流量制御手段を設ける必要
がなくなる。
【００６８】図３は、本発明の第３実施例の自動車等車
載用の固体高分子電解質型燃料電池システム図である。
本第３実施例は、第１実施例が二つの流量制御バルブＶ
１、Ｖ２を使用している替わりに、流量制御手段である
一つの三方弁Ｖ３が設けられいる以外は同じ構成であ
る。同じ構成の部位には同じ符号を使用し、説明は省略
する。
載用の固体高分子電解質型燃料電池システム図である。
本第３実施例は、第１実施例が二つの流量制御バルブＶ
１、Ｖ２を使用している替わりに、流量制御手段である
一つの三方弁Ｖ３が設けられいる以外は同じ構成であ
る。同じ構成の部位には同じ符号を使用し、説明は省略
する。
【００６９】本第３実施例では、酸化剤ガス加圧手段で
あるコンプレッサ５１は、空気管路１６ｋを介して三方
弁Ｖ３と連結している。該三方弁Ｖ３は、空気管路１６
ｍを介して前記改質部１０３と連結し、空気管路１６ｎ
を介してＣＯ低減部１０４と連結している。
あるコンプレッサ５１は、空気管路１６ｋを介して三方
弁Ｖ３と連結している。該三方弁Ｖ３は、空気管路１６
ｍを介して前記改質部１０３と連結し、空気管路１６ｎ
を介してＣＯ低減部１０４と連結している。
【００７０】本第３実施例においても、前記コンプレッ
サ４３から吐出される空気圧力は３ａｔａである。燃料
電池２の空気供給口２２には、ほぼこの３ａｔａの空気
が供給される。前記コンプレッサ４３からコンプレッサ
５１に供給された空気は、該コンプレッサ５１により空
気圧力３．５ａｔａに加圧される。この空気が改質部１
０３、ＣＯ低減部１０４に供給され、改質器１から排出
される燃料ガス圧力が決まる。この燃料ガス圧力は、改
質器１の圧力損失などにより該改質器１に供給される空
気圧力よりやや低く、３．２ａｔａである。
サ４３から吐出される空気圧力は３ａｔａである。燃料
電池２の空気供給口２２には、ほぼこの３ａｔａの空気
が供給される。前記コンプレッサ４３からコンプレッサ
５１に供給された空気は、該コンプレッサ５１により空
気圧力３．５ａｔａに加圧される。この空気が改質部１
０３、ＣＯ低減部１０４に供給され、改質器１から排出
される燃料ガス圧力が決まる。この燃料ガス圧力は、改
質器１の圧力損失などにより該改質器１に供給される空
気圧力よりやや低く、３．２ａｔａである。
【００７１】これにより、改質器１から燃料電池２の燃
料ガス供給口２１に供給される燃料ガス圧力は、空気供
給口２２に供給される空気圧力よりやや高い３．２ａｔ
ａである。燃料ガスと空気は、燃料電池２でほぼ同じ圧
力損失が生ずるので、両ガスは同じ圧力差のままバーナ
３に供給される。これにより、バーナ３に燃料ガスを投
入することができ、供給される空気が燃料ガスオフガス
管路１９に逆流することはなくなった。
料ガス供給口２１に供給される燃料ガス圧力は、空気供
給口２２に供給される空気圧力よりやや高い３．２ａｔ
ａである。燃料ガスと空気は、燃料電池２でほぼ同じ圧
力損失が生ずるので、両ガスは同じ圧力差のままバーナ
３に供給される。これにより、バーナ３に燃料ガスを投
入することができ、供給される空気が燃料ガスオフガス
管路１９に逆流することはなくなった。
【００７２】燃料電池２に供給される燃料ガスと空気の
圧力差が大きすぎると、燃料電池２の固体高分子電解質
膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質膜の
耐久性などに問題を起こすおそれがある。一方、この圧
力差が小さすぎると、バーナ３に燃料ガスを投入するこ
とができなくなるおそれがある。この圧力差を適切に保
つために、差圧計７により圧力差を検出し、その値に応
じてコンプレッサ５１の加圧力を調整している。
圧力差が大きすぎると、燃料電池２の固体高分子電解質
膜にかかる応力が大きくなり、該固体高分子電解質膜の
耐久性などに問題を起こすおそれがある。一方、この圧
力差が小さすぎると、バーナ３に燃料ガスを投入するこ
とができなくなるおそれがある。この圧力差を適切に保
つために、差圧計７により圧力差を検出し、その値に応
じてコンプレッサ５１の加圧力を調整している。
【００７３】このように、燃料電池システムの定常運転
時にはターボアシストコンプレッサ４は、バーナ３の燃
焼エネルギーだけで運転されているので、電力を消費す
ることはない。またコンプレッサ５１は、ターボアシス
トコンプレッサ４で圧縮された空気を少し（本実施例で
は０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）加圧するだけでよい。改質器
１に供給するため、専用のコンプレッサを設けると、大
気圧から３．５ａｔａに加圧しなければならない。この
ため、コンプレッサ５１の消費電力は、専用のコンプレ
ッサに比べて大幅に小さい。
時にはターボアシストコンプレッサ４は、バーナ３の燃
焼エネルギーだけで運転されているので、電力を消費す
ることはない。またコンプレッサ５１は、ターボアシス
トコンプレッサ４で圧縮された空気を少し（本実施例で
は０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）加圧するだけでよい。改質器
１に供給するため、専用のコンプレッサを設けると、大
気圧から３．５ａｔａに加圧しなければならない。この
ため、コンプレッサ５１の消費電力は、専用のコンプレ
ッサに比べて大幅に小さい。
【００７４】なお、三方弁Ｖ３により改質部１０３とＣ
Ｏ酸化部１０４それぞれに必要な空気流量を調整する。
Ｏ酸化部１０４それぞれに必要な空気流量を調整する。
【００７５】
【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を備える燃料電池
システムにおいて、該燃料電池からの燃料ガスのオフガ
スを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段から排出され
る排ガスの燃焼エネルギーを利用して回転するタービン
と、該タービンに連結し酸化剤ガスを圧縮するコンプレ
ッサを備えている酸化剤ガス供給手段が設けられ、該酸
化剤ガス供給手段が、前記燃料電池と、少なくとも一つ
の酸化剤ガス加圧手段を介して、炭化水素系燃料を燃料
ガスに改質する改質器に連結されていることを特徴とす
る燃料電池システムであるので、燃料電池システムの消
費電力を少なくすることができる。
化剤ガスを利用して発電する燃料電池を備える燃料電池
システムにおいて、該燃料電池からの燃料ガスのオフガ
スを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段から排出され
る排ガスの燃焼エネルギーを利用して回転するタービン
と、該タービンに連結し酸化剤ガスを圧縮するコンプレ
ッサを備えている酸化剤ガス供給手段が設けられ、該酸
化剤ガス供給手段が、前記燃料電池と、少なくとも一つ
の酸化剤ガス加圧手段を介して、炭化水素系燃料を燃料
ガスに改質する改質器に連結されていることを特徴とす
る燃料電池システムであるので、燃料電池システムの消
費電力を少なくすることができる。
【図１】本発明の第１実施例の自動車等車載用の固体高
分子電解質型燃料電池システム図
分子電解質型燃料電池システム図
【図２】本発明の第２実施例の自動車等車載用の固体高
分子電解質型燃料電池システム図
分子電解質型燃料電池システム図
【図３】本発明の第３実施例の自動車等車載用の固体高
分子電解質型燃料電池システム図
分子電解質型燃料電池システム図
１…改質器 ２…燃料電池 ３…バーナ（燃焼手段） ４…ターボアシストコンプレッサ（酸化剤ガス供給手
段） ７…差圧計（差圧検出手段） ４１…タービン ４２…モータ ４３…コンプレッサ ５１〜５３…コンプレッサ（酸化剤ガス加圧手段） １０１…燃焼部 １０２…蒸発部 １０３…改質部 １０４…ＣＯ低減部 Ｖ１、Ｖ２…流量制御バルブ（流量制御手段） Ｖ１…三方弁（流量制御手段）
段） ７…差圧計（差圧検出手段） ４１…タービン ４２…モータ ４３…コンプレッサ ５１〜５３…コンプレッサ（酸化剤ガス加圧手段） １０１…燃焼部 １０２…蒸発部 １０３…改質部 １０４…ＣＯ低減部 Ｖ１、Ｖ２…流量制御バルブ（流量制御手段） Ｖ１…三方弁（流量制御手段）
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料ガスと酸化剤ガスを利用して発電す
る燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、該燃料
電池からの燃料ガスのオフガスを燃焼させる燃焼手段
と、前記燃焼手段から排出される排ガスの燃焼エネルギ
ーを利用して回転するタービンと、該タービンに連結し
酸化剤ガスを圧縮するコンプレッサを備えている酸化剤
ガス供給手段が設けられ、該酸化剤ガス供給手段が、前
記燃料電池と、少なくとも一つの酸化剤ガス加圧手段を
介して、炭化水素系燃料を燃料ガスに改質する改質器に
連結されていることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記酸化剤ガス加圧手段が、少なくとも
一つの流量制御手段を介して、炭化水素系燃料を燃料ガ
スに改質する前記改質器の改質部および前記燃料ガスの
一酸化炭素を低減する前記改質器のＣＯ低減部に連結さ
れ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。 - 【請求項３】 前記酸化剤ガス加圧手段が二つ設けら
れ、一方の酸化剤ガス加圧手段は炭化水素系燃料を燃料
ガスに改質する前記改質器の改質部に連結され、他方の
酸化剤ガス加圧手段は前記燃料ガスの一酸化炭素を低減
する前記改質器のＣＯ低減部に連結されていることを特
徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】 前記燃料電池に供給される酸化剤ガスと
燃料ガスの差圧を検出する差圧検出手段が設けられてい
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 (3)
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|---|---|---|---|
| JP04350799A JP4399884B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 燃料電池システム |
| DE10007902A DE10007902A1 (de) | 1999-02-22 | 2000-02-21 | Brennstoffzellensystem |
| US09/510,169 US6528193B1 (en) | 1999-02-22 | 2000-02-22 | Fuel cell system |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE10007902A1 (ja) |
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| DE10125588C1 (de) * | 2001-05-25 | 2002-06-06 | Webasto Thermosysteme Gmbh | Zusatzheizgerät für ein Fahrzeug mit Erfassung der Brennstoffqualität |
| DE10133390C2 (de) * | 2001-07-13 | 2003-06-18 | Audi Ag | Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor |
| JP3918757B2 (ja) * | 2003-03-27 | 2007-05-23 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| FR2863107B1 (fr) * | 2003-12-02 | 2006-01-20 | Renault Sas | Dispositif de gestion des alimentations en air d'un systeme pile a combustible |
| KR100670489B1 (ko) * | 2005-09-27 | 2007-01-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지 시스템 |
| DE102006005175A1 (de) * | 2006-02-06 | 2007-10-25 | Daimlerchrysler Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Kontrolle des Differenzdrucks in einer Brennstoffzelle |
| CN115020749B (zh) * | 2021-03-03 | 2023-08-25 | 宇通客车股份有限公司 | 一种车用燃料电池系统及其空气供给控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5700595A (en) * | 1995-06-23 | 1997-12-23 | International Fuel Cells Corp. | Ion exchange membrane fuel cell power plant with water management pressure differentials |
| JPH09213355A (ja) | 1996-02-06 | 1997-08-15 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| US6162558A (en) * | 1998-09-16 | 2000-12-19 | General Motors Corporation | Method and apparatus for selective removal of carbon monoxide |
| US6120923A (en) * | 1998-12-23 | 2000-09-19 | International Fuel Cells, Llc | Steam producing hydrocarbon fueled power plant employing a PEM fuel cell |
-
1999
- 1999-02-22 JP JP04350799A patent/JP4399884B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-02-21 DE DE10007902A patent/DE10007902A1/de not_active Withdrawn
- 2000-02-22 US US09/510,169 patent/US6528193B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4399884B2 (ja) | 2010-01-20 |
| US6528193B1 (en) | 2003-03-04 |
| DE10007902A1 (de) | 2000-08-24 |
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