JP2000340245A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- JP2000340245A JP2000340245A JP11149536A JP14953699A JP2000340245A JP 2000340245 A JP2000340245 A JP 2000340245A JP 11149536 A JP11149536 A JP 11149536A JP 14953699 A JP14953699 A JP 14953699A JP 2000340245 A JP2000340245 A JP 2000340245A
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- Japan
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- fuel cell
- reformer
- water injection
- gas
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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
- 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
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質器から出てくる改質ガスの放熱負荷を低
減でき、かつ、蒸発器の小型化、蒸発応答性を改善でき
る改質ガスの冷却システムを具備した燃料電池システム
を提供すること。 【解決手段】 液体燃料を蒸発させるための蒸発器と、
前記蒸発器で前記液体燃料を蒸発させたガスを固体触媒
上で反応させて改質ガスにする改質器と、前記改質器か
ら排出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣ
Ｏ除去器と、前記ＣＯ除去器から排出される水素を含有
する燃料ガスと空気圧縮機により圧縮された酸素を含有
する酸化ガスとを反応させて発電を行う燃料電池とを含
んで構成される燃料電池システムであって、前記改質器
４から排出される前記改質ガスに、水噴射手段を使用し
て配管中で水噴射して、後段の前記ＣＯ除去器５の反応
に適した温度に冷却することを特徴とする燃料電池シス
テム。
減でき、かつ、蒸発器の小型化、蒸発応答性を改善でき
る改質ガスの冷却システムを具備した燃料電池システム
を提供すること。 【解決手段】 液体燃料を蒸発させるための蒸発器と、
前記蒸発器で前記液体燃料を蒸発させたガスを固体触媒
上で反応させて改質ガスにする改質器と、前記改質器か
ら排出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣ
Ｏ除去器と、前記ＣＯ除去器から排出される水素を含有
する燃料ガスと空気圧縮機により圧縮された酸素を含有
する酸化ガスとを反応させて発電を行う燃料電池とを含
んで構成される燃料電池システムであって、前記改質器
４から排出される前記改質ガスに、水噴射手段を使用し
て配管中で水噴射して、後段の前記ＣＯ除去器５の反応
に適した温度に冷却す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、燃料電池の水素極
（陰極）に液体燃料を改質した燃料ガスを供給する燃料
電池システムに関し、さらに詳しくは燃料改質後のＣＯ
除去器の前に導入される改質ガスの冷却方法に関する。
（陰極）に液体燃料を改質した燃料ガスを供給する燃料
電池システムに関し、さらに詳しくは燃料改質後のＣＯ
除去器の前に導入される改質ガスの冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムは、水素を燃料ガスと
して燃料電池の水素極（陰極）に供給するとともに、酸
素を含有する酸化ガスを燃料電池の酸素極（陽極）に供
給して発電を行う燃料電池を中核とした発電システムで
ある。この燃料電池システムは、化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換するものであり、高い発電効率を
有することや有害物質の排出量が極めて少ないこと等か
ら最近注目されている。
して燃料電池の水素極（陰極）に供給するとともに、酸
素を含有する酸化ガスを燃料電池の酸素極（陽極）に供
給して発電を行う燃料電池を中核とした発電システムで
ある。この燃料電池システムは、化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換するものであり、高い発電効率を
有することや有害物質の排出量が極めて少ないこと等か
ら最近注目されている。
【０００３】しかし、燃料電池システムにおいては、水
素の取り扱いが困難なことや燃料の多様化などの観点か
ら、水素以外の例えばメタンガスやメタノールを始めと
する液体燃料を改質器により改質して、発生する水素を
主成分とする改質ガスを燃料ガスとして使用することが
多い。また、自動車などの乗り物に燃料電池システムを
搭載した、例えば、燃料電池電気自動車の場合は、水素
を自動車に充填するのに時間がかかってしまい不便であ
ると共に、積載できる水素の量を多くすることが困難な
ため、走行距離が短かくなってしまうという欠点があ
る。
素の取り扱いが困難なことや燃料の多様化などの観点か
ら、水素以外の例えばメタンガスやメタノールを始めと
する液体燃料を改質器により改質して、発生する水素を
主成分とする改質ガスを燃料ガスとして使用することが
多い。また、自動車などの乗り物に燃料電池システムを
搭載した、例えば、燃料電池電気自動車の場合は、水素
を自動車に充填するのに時間がかかってしまい不便であ
ると共に、積載できる水素の量を多くすることが困難な
ため、走行距離が短かくなってしまうという欠点があ
る。
【０００４】そこで、メタノールなどの液体燃料を自動
車に搭載したタンクに充填して、これを改質器により改
質して発生する水素を主成分とする改質ガスを燃料ガス
として使用することが検討されている。メタノールは、
自動車への充填をガソリンエンジン自動車への給油と同
じ感覚で行うことができるとともに、走行距離も現在の
ガソリンエンジン自動車と遜色がないため、ガソリン自
動車と違和感のない取り扱いが可能となる。
車に搭載したタンクに充填して、これを改質器により改
質して発生する水素を主成分とする改質ガスを燃料ガス
として使用することが検討されている。メタノールは、
自動車への充填をガソリンエンジン自動車への給油と同
じ感覚で行うことができるとともに、走行距離も現在の
ガソリンエンジン自動車と遜色がないため、ガソリン自
動車と違和感のない取り扱いが可能となる。
【０００５】従来の車両に搭載される燃料電池システム
としては、図５に示すように、予め改質器１０１の改質
性能と燃料電池１０５の水素極（陰極）に導入される燃
料ガス中の湿度が、所望の値となるように調製された液
体燃料である水とメタノールとの混合液（例えばモル比
で水：メタノール＝１．５：１）を蒸発器１００で蒸発
させ、改質器１０１で改質された高温の改質ガスを水冷
式熱交換器１０２で所望の温度まで冷却して、後段のＮ
ｏ.１ＣＯ除去器１０３，Ｎｏ.２ＣＯ除去器１０４に導
入して一酸化炭素を選択酸化させる改質システムを具備
した燃料電池システムが知られている。
としては、図５に示すように、予め改質器１０１の改質
性能と燃料電池１０５の水素極（陰極）に導入される燃
料ガス中の湿度が、所望の値となるように調製された液
体燃料である水とメタノールとの混合液（例えばモル比
で水：メタノール＝１．５：１）を蒸発器１００で蒸発
させ、改質器１０１で改質された高温の改質ガスを水冷
式熱交換器１０２で所望の温度まで冷却して、後段のＮ
ｏ.１ＣＯ除去器１０３，Ｎｏ.２ＣＯ除去器１０４に導
入して一酸化炭素を選択酸化させる改質システムを具備
した燃料電池システムが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては、高温（２５０℃〜３００℃）の改質ガ
スを、前記Ｎｏ.１ＣＯ除去器１０３の入口側の設定温
度である１００℃程度まで冷却するのに水冷式熱交換器
システムを使用しており、その廃熱を冷却水から系外へ
放熱するために大型のラジエータや冷却システムが必要
である。冷却システムを大型化したり大型のラジエータ
を車両に搭載するには、これらの大きさ・重量等の制約
があり、水冷式熱交換器システムで処理できる系外への
放熱能力から逆に改質器の改質処理能力が決まってしま
うため、燃料電池システムの最大出力が水冷式熱交換器
システムの冷却能力によって制限されてしまうという問
題があった。
技術においては、高温（２５０℃〜３００℃）の改質ガ
スを、前記Ｎｏ.１ＣＯ除去器１０３の入口側の設定温
度である１００℃程度まで冷却するのに水冷式熱交換器
システムを使用しており、その廃熱を冷却水から系外へ
放熱するために大型のラジエータや冷却システムが必要
である。冷却システムを大型化したり大型のラジエータ
を車両に搭載するには、これらの大きさ・重量等の制約
があり、水冷式熱交換器システムで処理できる系外への
放熱能力から逆に改質器の改質処理能力が決まってしま
うため、燃料電池システムの最大出力が水冷式熱交換器
システムの冷却能力によって制限されてしまうという問
題があった。
【０００７】さらに、予め燃料電池１０５の水素極（陰
極）での燃料ガスの湿度が、所望の値となるように、液
体燃料である水とメタノールとの混合液を蒸発器１００
で蒸発させるため、本来メタノールの改質に必要な水に
加えて加湿用の水まで蒸発器１００で蒸発させる必要が
あり、蒸発器１００の応答性悪化、蒸発器１００の大型
化、蒸発した液体燃料のガスの温度が改質器１０１に導
入する所望の温度まで昇温できないといった問題や、加
湿に必要な水までＮｏ.１ＣＯ除去器１０３，Ｎｏ.２Ｃ
Ｏ除去器１０４の入口側の熱交換器１０２（ＨＥ１），
ＨＥ２で冷却することになるため、さらに水冷式熱交換
器の冷却負荷（放熱量）を増大させるといった問題があ
った。
極）での燃料ガスの湿度が、所望の値となるように、液
体燃料である水とメタノールとの混合液を蒸発器１００
で蒸発させるため、本来メタノールの改質に必要な水に
加えて加湿用の水まで蒸発器１００で蒸発させる必要が
あり、蒸発器１００の応答性悪化、蒸発器１００の大型
化、蒸発した液体燃料のガスの温度が改質器１０１に導
入する所望の温度まで昇温できないといった問題や、加
湿に必要な水までＮｏ.１ＣＯ除去器１０３，Ｎｏ.２Ｃ
Ｏ除去器１０４の入口側の熱交換器１０２（ＨＥ１），
ＨＥ２で冷却することになるため、さらに水冷式熱交換
器の冷却負荷（放熱量）を増大させるといった問題があ
った。
【０００８】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであって、改質器から排出される液体燃料の改
質ガスの放熱負荷を低減でき、かつ、蒸発器の小型化、
蒸発応答性を改善することができる改質ガスの冷却シス
テムを具備した燃料電池システムを提供することを課題
とする。
れたものであって、改質器から排出される液体燃料の改
質ガスの放熱負荷を低減でき、かつ、蒸発器の小型化、
蒸発応答性を改善することができる改質ガスの冷却シス
テムを具備した燃料電池システムを提供することを課題
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１に係る発明の燃料電池システムの要旨とする
ところは、液体燃料を蒸発させるための蒸発器と、前記
蒸発器で前記液体燃料を蒸発させたガスを固体触媒上で
反応させて改質ガスにする改質器と、前記改質器から排
出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣＯ除
去器と、前記ＣＯ除去器から排出される水素を含有する
燃料ガスと空気圧縮機により圧縮された酸素を含有する
酸化ガスとを反応させて発電を行う燃料電池とを含んで
構成される燃料電池システムであって、前記改質器から
排出される前記改質ガスに、水噴射手段を使用して配管
中で水噴射して、後段の前記ＣＯ除去器の反応に適した
温度に冷却することを特徴とするものである。前記水噴
射することによって改質器から排出される高温の改質ガ
ス、すなわち、ＣＯ除去器に導入する前のガスの冷却と
加湿が同時に行えるため、水冷式熱交換器が不要とな
る。また、改質ガスに加湿もできるため、蒸発器に導入
する液体燃料中の水の量が低減できるので、蒸発器の小
型化、蒸発器の応答性の向上、蒸発ガス温度の昇温が可
能となる。尚、ここで言う液体燃料とは、メタノール、
エタノール、ナフサ等の液体燃料と水とを混合した液体
混合燃料を言う。
の請求項１に係る発明の燃料電池システムの要旨とする
ところは、液体燃料を蒸発させるための蒸発器と、前記
蒸発器で前記液体燃料を蒸発させたガスを固体触媒上で
反応させて改質ガスにする改質器と、前記改質器から排
出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣＯ除
去器と、前記ＣＯ除去器から排出される水素を含有する
燃料ガスと空気圧縮機により圧縮された酸素を含有する
酸化ガスとを反応させて発電を行う燃料電池とを含んで
構成される燃料電池システムであって、前記改質器から
排出される前記改質ガスに、水噴射手段を使用して配管
中で水噴射して、後段の前記ＣＯ除去器の反応に適した
温度に冷却することを特徴とするものである。前記水噴
射することによって改質器から排出される高温の改質ガ
ス、すなわち、ＣＯ除去器に導入する前のガスの冷却と
加湿が同時に行えるため、水冷式熱交換器が不要とな
る。また、改質ガスに加湿もできるため、蒸発器に導入
する液体燃料中の水の量が低減できるので、蒸発器の小
型化、蒸発器の応答性の向上、蒸発ガス温度の昇温が可
能となる。尚、ここで言う液体燃料とは、メタノール、
エタノール、ナフサ等の液体燃料と水とを混合した液体
混合燃料を言う。
【００１０】請求項２に係る発明の要旨とするところ
は、前記水噴射手段が、前記酸化ガスにアシストされた
二流体ノズルを使うことを特徴とする請求項１に記載の
燃料電池システムとするものである。前記二流体ノズル
を使用することにより、水滴の粒子径や流量分布を一定
に保ちながら広い範囲の水噴射量の調整ができる。ま
た、同一水量の一流体ノズルと比較して、水を微粒化す
る性能が向上し、水を微粒化することにより単位体積あ
たりの表面積が大きくなるので、水滴の受熱面積が大き
くなり、水滴が高温ガス中で好適に蒸発する。従って、
改質器から排出される改質ガスの冷却システムの応答性
が向上する。
は、前記水噴射手段が、前記酸化ガスにアシストされた
二流体ノズルを使うことを特徴とする請求項１に記載の
燃料電池システムとするものである。前記二流体ノズル
を使用することにより、水滴の粒子径や流量分布を一定
に保ちながら広い範囲の水噴射量の調整ができる。ま
た、同一水量の一流体ノズルと比較して、水を微粒化す
る性能が向上し、水を微粒化することにより単位体積あ
たりの表面積が大きくなるので、水滴の受熱面積が大き
くなり、水滴が高温ガス中で好適に蒸発する。従って、
改質器から排出される改質ガスの冷却システムの応答性
が向上する。
【００１１】請求項３に係る発明の要旨とするところ
は、前記改質器と前記ＣＯ除去器の間に前記水噴射手段
を設けて、前記水噴射手段の水噴射量を、前記水噴射手
段の後流側の前記ＣＯ除去器の入口のガス温度を検出す
ることにより制御する、及び／又は、前記水噴射手段の
上流側の前記改質器から排出される前記改質ガスの温度
を検出することにより制御することを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の燃料電池システムとするもの
である。改質器とＣＯ除去器の間に水噴射手段を設け
て、前記水噴射手段の水噴射量を、前記水噴射手段の後
流側の前記ＣＯ除去器の入口のガス温度を検出すること
により制御する、及び／又は、前記水噴射手段の上流側
の前記改質器から排出される改質ガスの温度を検出する
ことにより制御するようにしてガス中に直接水を噴射す
ることにより、従来のように改質器から排出される改質
ガスを固体壁を介して水で冷却する方法よりも、温度制
御性および応答性が向上する。
は、前記改質器と前記ＣＯ除去器の間に前記水噴射手段
を設けて、前記水噴射手段の水噴射量を、前記水噴射手
段の後流側の前記ＣＯ除去器の入口のガス温度を検出す
ることにより制御する、及び／又は、前記水噴射手段の
上流側の前記改質器から排出される前記改質ガスの温度
を検出することにより制御することを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の燃料電池システムとするもの
である。改質器とＣＯ除去器の間に水噴射手段を設け
て、前記水噴射手段の水噴射量を、前記水噴射手段の後
流側の前記ＣＯ除去器の入口のガス温度を検出すること
により制御する、及び／又は、前記水噴射手段の上流側
の前記改質器から排出される改質ガスの温度を検出する
ことにより制御するようにしてガス中に直接水を噴射す
ることにより、従来のように改質器から排出される改質
ガスを固体壁を介して水で冷却する方法よりも、温度制
御性および応答性が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態である車
両に搭載される燃料電池システムの構成について図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る実施の形態であ
る燃料電池システムの全体系統図、図２（ａ）は本発明
に係る実施の形態である燃料電池システムの水噴射手段
である内部混合形二流体ノズルの内部構造を示す図、図
２（ｂ）は本発明に係る実施の形態である燃料電池シス
テムの水噴射手段である外部混合形二流体ノズルの内部
構造を示す図、図３は本発明に係る実施の形態である燃
料電池システムを搭載した車両の加速時や登坂時に、燃
料電池システムの水噴射手段の水噴射量を決めて水噴射
するまでのフローチャート、図４（ａ）は図３における
水噴射量演算方法の第一実施例のフローチャート、図４
（ｂ）は図３における水噴射量演算方法の第二実施例の
フローチャートである。
両に搭載される燃料電池システムの構成について図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る実施の形態であ
る燃料電池システムの全体系統図、図２（ａ）は本発明
に係る実施の形態である燃料電池システムの水噴射手段
である内部混合形二流体ノズルの内部構造を示す図、図
２（ｂ）は本発明に係る実施の形態である燃料電池シス
テムの水噴射手段である外部混合形二流体ノズルの内部
構造を示す図、図３は本発明に係る実施の形態である燃
料電池システムを搭載した車両の加速時や登坂時に、燃
料電池システムの水噴射手段の水噴射量を決めて水噴射
するまでのフローチャート、図４（ａ）は図３における
水噴射量演算方法の第一実施例のフローチャート、図４
（ｂ）は図３における水噴射量演算方法の第二実施例の
フローチャートである。
【００１３】本発明に係る実施の形態である燃料電池シ
ステムの構成は、図１に示すように、液体燃料である水
とメタノールの混合液を貯蔵する貯蔵タンク１と、前記
混合液を蒸発させる蒸発器３へ移送する移送ポンプ２
と、前記移送ポンプ２の後段に設けられる蒸発器３と、
前記蒸発器３で混合液を蒸発させたガスを固体触媒上で
反応させて改質ガスにする改質器４と、前記改質器４か
ら排出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣ
Ｏ除去器を形成するＮｏ.１ＣＯ除去器５，Ｎｏ.２ＣＯ
除去器６と、前記Ｎｏ.２ＣＯ除去器６から排出される
水素を含有する燃料ガスと空気圧縮機８により圧縮され
た酸素を含有する酸化ガスである空気が供給されて発電
を行う燃料電池７とを含んで主要部が構成される。
ステムの構成は、図１に示すように、液体燃料である水
とメタノールの混合液を貯蔵する貯蔵タンク１と、前記
混合液を蒸発させる蒸発器３へ移送する移送ポンプ２
と、前記移送ポンプ２の後段に設けられる蒸発器３と、
前記蒸発器３で混合液を蒸発させたガスを固体触媒上で
反応させて改質ガスにする改質器４と、前記改質器４か
ら排出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣ
Ｏ除去器を形成するＮｏ.１ＣＯ除去器５，Ｎｏ.２ＣＯ
除去器６と、前記Ｎｏ.２ＣＯ除去器６から排出される
水素を含有する燃料ガスと空気圧縮機８により圧縮され
た酸素を含有する酸化ガスである空気が供給されて発電
を行う燃料電池７とを含んで主要部が構成される。
【００１４】貯蔵タンク１は、水とメタノールが一定の
モル混合比で調整された混合液（本発明ではモル比で
水：メタノール＝１：１と従来よりも水の量が少なめで
ある）を貯蔵する貯蔵容器である。水の量は、通常は、
メタノールの改質反応に使用される化学量論量の水に燃
料電池７の固体高分子電解質膜を湿潤状態に保持すると
ともに、燃料電池７を所定の作動温度（１００℃）に温
度調節して発電効率を最大限に発揮させるために必要な
水の量が余分に添加される。しかし、本発明では、燃料
電池システム全体に導入される水の総量は、従来の燃料
電池システムと同じであるが、蒸発器３の混合液を蒸発
させるのに必要な熱量を低減するため、上述した余分に
添加される水の量を一定量減量して、改質器４の出口配
管中の改質ガスに一定量減量した水を噴射注入するもの
である。
モル混合比で調整された混合液（本発明ではモル比で
水：メタノール＝１：１と従来よりも水の量が少なめで
ある）を貯蔵する貯蔵容器である。水の量は、通常は、
メタノールの改質反応に使用される化学量論量の水に燃
料電池７の固体高分子電解質膜を湿潤状態に保持すると
ともに、燃料電池７を所定の作動温度（１００℃）に温
度調節して発電効率を最大限に発揮させるために必要な
水の量が余分に添加される。しかし、本発明では、燃料
電池システム全体に導入される水の総量は、従来の燃料
電池システムと同じであるが、蒸発器３の混合液を蒸発
させるのに必要な熱量を低減するため、上述した余分に
添加される水の量を一定量減量して、改質器４の出口配
管中の改質ガスに一定量減量した水を噴射注入するもの
である。
【００１５】移送ポンプ２は、貯蔵タンク１から蒸発器
３に混合液を移送するためのポンプであり、定量ポンプ
が使われる。移送ポンプ２は、遠心ポンプでも流量制御
をすれば使用できる。移送ポンプ２ポンプの接液部の材
質はメタノールに耐食性がある材料であれば良い。
３に混合液を移送するためのポンプであり、定量ポンプ
が使われる。移送ポンプ２は、遠心ポンプでも流量制御
をすれば使用できる。移送ポンプ２ポンプの接液部の材
質はメタノールに耐食性がある材料であれば良い。
【００１６】蒸発器３は、Ｕチューブ式熱交換器とシェ
ル＆チューブ式熱交換器を一体化したものが使用され
る。水・メタノール混合液は、前記Ｕチューブ式熱交換
器のシェル側に噴射されて蒸発・ガス化され、ガスは、
さらに後段で前記シェル＆チューブ式熱交換器ＳＨＥに
よりガスの飽和温度より５℃〜１０℃スーパーヒート
（過熱）された後に改質器４へと導入される。スーパー
ヒートする理由は、配管の中でガス中の凝縮成分が凝縮
するのを防ぐためである。本発明では、蒸発器３で蒸発
させる水の量が減るため蒸発器３の小型化が可能とな
り、蒸発器３の応答性も向上する。また、水は、蒸発潜
熱が大きいので蒸発に必要な熱量が大きく低減される。
従来と同じ熱量を蒸発器３に供給すれば、蒸気温度が上
昇し、蒸発器３から改質器４の入口までの配管中で起き
易かった凝縮性ガスの凝縮の問題もなくなり、蒸発効率
も向上する。
ル＆チューブ式熱交換器を一体化したものが使用され
る。水・メタノール混合液は、前記Ｕチューブ式熱交換
器のシェル側に噴射されて蒸発・ガス化され、ガスは、
さらに後段で前記シェル＆チューブ式熱交換器ＳＨＥに
よりガスの飽和温度より５℃〜１０℃スーパーヒート
（過熱）された後に改質器４へと導入される。スーパー
ヒートする理由は、配管の中でガス中の凝縮成分が凝縮
するのを防ぐためである。本発明では、蒸発器３で蒸発
させる水の量が減るため蒸発器３の小型化が可能とな
り、蒸発器３の応答性も向上する。また、水は、蒸発潜
熱が大きいので蒸発に必要な熱量が大きく低減される。
従来と同じ熱量を蒸発器３に供給すれば、蒸気温度が上
昇し、蒸発器３から改質器４の入口までの配管中で起き
易かった凝縮性ガスの凝縮の問題もなくなり、蒸発効率
も向上する。
【００１７】改質器４は、改質部と変成部とから構成さ
れる。改質部では、蒸発器３から導入されたガスが改質
触媒により改質されて水素と二酸化炭素とからなる改質
ガスを生成する（ＣＨ3ＯＨ（ｇ）＋Ｈ2Ｏ（ｇ）→３Ｈ
2＋ＣＯ2）。ここで使用される触媒としては、例えばＣ
ｕ／Ｚｎからなる改質触媒が使用される。反応温度は、
２５０℃〜３００℃に保持される。
れる。改質部では、蒸発器３から導入されたガスが改質
触媒により改質されて水素と二酸化炭素とからなる改質
ガスを生成する（ＣＨ3ＯＨ（ｇ）＋Ｈ2Ｏ（ｇ）→３Ｈ
2＋ＣＯ2）。ここで使用される触媒としては、例えばＣ
ｕ／Ｚｎからなる改質触媒が使用される。反応温度は、
２５０℃〜３００℃に保持される。
【００１８】改質部において改質反応を受けて得られる
改質ガスには、１％近くの多量の一酸化炭素が含有され
ており、燃料電池７の水素極（陰極）に通気すると、電
極成分に付着して被毒を引き起こす。そこで、改質ガス
は、次いで、改質部の後流側に隣接して設けられた変成
部において変成触媒によるシフト反応（低温変成）を受
けて、改質ガス中の一酸化炭素と改質部において生成さ
れる余剰水蒸気とから水素と二酸化炭素を生成する（Ｃ
Ｏ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2）。変成触媒としては、活性成
分が銅系の触媒（例えばＣｕ−Ｚｎ系やＣｕ−Ｚｎ−Ｃ
ｒ系）が使用される。反応温度は１５０℃〜２００℃に
保持される。
改質ガスには、１％近くの多量の一酸化炭素が含有され
ており、燃料電池７の水素極（陰極）に通気すると、電
極成分に付着して被毒を引き起こす。そこで、改質ガス
は、次いで、改質部の後流側に隣接して設けられた変成
部において変成触媒によるシフト反応（低温変成）を受
けて、改質ガス中の一酸化炭素と改質部において生成さ
れる余剰水蒸気とから水素と二酸化炭素を生成する（Ｃ
Ｏ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2）。変成触媒としては、活性成
分が銅系の触媒（例えばＣｕ−Ｚｎ系やＣｕ−Ｚｎ−Ｃ
ｒ系）が使用される。反応温度は１５０℃〜２００℃に
保持される。
【００１９】変成部でのシフト反応により改質ガス中の
一酸化炭素は相当量除去されるが、シフト反応は、水蒸
気と一酸化炭素のモル比を例えば３：１のように水蒸気
過剰の条件下で行っても、一酸化炭素濃度を１００ｐｐ
ｍ程度にまで低下させるのが限度である。
一酸化炭素は相当量除去されるが、シフト反応は、水蒸
気と一酸化炭素のモル比を例えば３：１のように水蒸気
過剰の条件下で行っても、一酸化炭素濃度を１００ｐｐ
ｍ程度にまで低下させるのが限度である。
【００２０】そこで、変成部を通過した改質ガスをさら
にＮｏ.１ＣＯ除去器５，Ｎｏ.２ＣＯ除去器６に導入
し、選択酸化触媒の下で改質ガス中の一酸化炭素を酸化
除去し、燃料電池７の水素極（陰極）に導入する燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下にまで低減す
ることが行われる。ここで使用される触媒は、例えば、
Ａｕ／α―Ｆｅ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3が使用され、酸化反応
（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）により改質ガス中の一酸化
炭素が二酸化炭素に酸化される。反応温度は常に１８０
℃以下に保持する必要がある。Ｎｏ.１ＣＯ除去器５，
Ｎｏ.２ＣＯ除去器６の反応は強い発熱反応なので、Ｎ
ｏ.２ＣＯ除去器６の入口には、Ｎｏ.１ＣＯ除去器５で
高温になったガスを再度１００℃以下に冷却するため、
水冷式熱交換器ＨＥ２が設けられている。
にＮｏ.１ＣＯ除去器５，Ｎｏ.２ＣＯ除去器６に導入
し、選択酸化触媒の下で改質ガス中の一酸化炭素を酸化
除去し、燃料電池７の水素極（陰極）に導入する燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下にまで低減す
ることが行われる。ここで使用される触媒は、例えば、
Ａｕ／α―Ｆｅ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3が使用され、酸化反応
（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）により改質ガス中の一酸化
炭素が二酸化炭素に酸化される。反応温度は常に１８０
℃以下に保持する必要がある。Ｎｏ.１ＣＯ除去器５，
Ｎｏ.２ＣＯ除去器６の反応は強い発熱反応なので、Ｎ
ｏ.２ＣＯ除去器６の入口には、Ｎｏ.１ＣＯ除去器５で
高温になったガスを再度１００℃以下に冷却するため、
水冷式熱交換器ＨＥ２が設けられている。
【００２１】本発明に係る実施の形態である水噴射手段
は、改質器４から排出される高温の改質ガスを、後段の
Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の反応に適した温度（１００℃程
度）に冷却していた水冷式熱交換器に替わるガス冷却手
段であり、固体壁を介した間接冷却手段ではなく高温の
改質ガスに直接水を噴射して水の蒸発潜熱で改質ガスを
冷却する直接冷却手段である。また、水を高温の改質ガ
ス中に噴射することによりガスの冷却だけでなく加湿が
同時にできる。但し、加湿だけを目的とする場合は、噴
射する水の温度が改質器４から排出される改質ガスの露
点より高いことが必要である。また、飽和湿度になって
しまい水噴射だけで所望の湿度とならない場合は、改質
ガスの加熱と水噴射の両方の操作が必要になる。
は、改質器４から排出される高温の改質ガスを、後段の
Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の反応に適した温度（１００℃程
度）に冷却していた水冷式熱交換器に替わるガス冷却手
段であり、固体壁を介した間接冷却手段ではなく高温の
改質ガスに直接水を噴射して水の蒸発潜熱で改質ガスを
冷却する直接冷却手段である。また、水を高温の改質ガ
ス中に噴射することによりガスの冷却だけでなく加湿が
同時にできる。但し、加湿だけを目的とする場合は、噴
射する水の温度が改質器４から排出される改質ガスの露
点より高いことが必要である。また、飽和湿度になって
しまい水噴射だけで所望の湿度とならない場合は、改質
ガスの加熱と水噴射の両方の操作が必要になる。
【００２２】水噴射手段は、水貯蔵タンク１０ａと、水
供給ポンプ１０ｂと、弁Ａと、流量制御弁Ｂと、水噴射
ノズル１０と、これらを順番に連結して改質器４の出口
配管４ａに連結した水供給配管１０ｄと、空気を燃料電
池７に供給する空気供給配管８ａの分岐配管８ｂの後流
側で前記水噴射ノズル１０に連結する流量制御弁Ｃを設
けた空気供給配管１０ｆと、前記水供給配管１０ｄに設
けられた弁Ａと流量制御弁Ｂの間の配管から分岐した前
記水貯蔵タンク１０ａへのバイパス配管１０ｃとを含ん
で主要部が構成される。
供給ポンプ１０ｂと、弁Ａと、流量制御弁Ｂと、水噴射
ノズル１０と、これらを順番に連結して改質器４の出口
配管４ａに連結した水供給配管１０ｄと、空気を燃料電
池７に供給する空気供給配管８ａの分岐配管８ｂの後流
側で前記水噴射ノズル１０に連結する流量制御弁Ｃを設
けた空気供給配管１０ｆと、前記水供給配管１０ｄに設
けられた弁Ａと流量制御弁Ｂの間の配管から分岐した前
記水貯蔵タンク１０ａへのバイパス配管１０ｃとを含ん
で主要部が構成される。
【００２３】水貯蔵タンク１０ａは、改質器４から排出
される改質ガスに噴射する水を貯蔵する容器である。ま
た、水供給ポンプ１０ｂは、流量制御弁Ｂで制御された
所定の水流量を水噴射ノズル１０に供給するポンプであ
り、流量制御弁Ｂに供給される水の圧力はバイパス配管
１０ｃに設けられた水レギュレータ１０ｅで一定圧力に
調圧される。
される改質ガスに噴射する水を貯蔵する容器である。ま
た、水供給ポンプ１０ｂは、流量制御弁Ｂで制御された
所定の水流量を水噴射ノズル１０に供給するポンプであ
り、流量制御弁Ｂに供給される水の圧力はバイパス配管
１０ｃに設けられた水レギュレータ１０ｅで一定圧力に
調圧される。
【００２４】本水噴射手段における水噴射ノズル１０
は、二流体ノズルである。二流体ノズルとしては、ノズ
ル内部で酸化ガス（空気）と液が混ざり微粒化にすぐれ
ている内部混合型やノズル外で酸化ガス（空気）と液が
混合するためノズルの目詰まりに強い外部混合型等があ
るがどちらを使用しても良い。図２（ａ）に内部混合型
の二流体ノズルの内部構造、図２（ｂ）に外部混合型の
二流体ノズルの内部構造を示す。
は、二流体ノズルである。二流体ノズルとしては、ノズ
ル内部で酸化ガス（空気）と液が混ざり微粒化にすぐれ
ている内部混合型やノズル外で酸化ガス（空気）と液が
混合するためノズルの目詰まりに強い外部混合型等があ
るがどちらを使用しても良い。図２（ａ）に内部混合型
の二流体ノズルの内部構造、図２（ｂ）に外部混合型の
二流体ノズルの内部構造を示す。
【００２５】二流体ノズルを使用することにより、水滴
の粒子径や流量分布を一定に保ちながら広い範囲の噴射
量の調整ができる。また、同一水量の一流体ノズルと比
較して、微粒化性能が向上し、水を微粒化することによ
り単位体積あたりの表面積が大きくなるので水滴の受熱
面積が大きくなり、水滴が高温ガス中で好適に蒸発す
る。従って、改質器４から排出される改質ガスの冷却シ
ステムの応答性が向上する。さらに、一流体ノズルと比
較して大きな異物通過径を持つことができるのでノズル
の目詰まりが起こりにくくなる。一方、一流体ノズルを
使用して水噴射をした場合は、一流体ノズルの水噴射量
がノズル背圧の平方根に比例するため、水噴射量の変化
は水供給ポンプの動力の制限を大きく受け、噴射量の調
節可能な最小値と最大値の比であるターンダウン範囲も
小さい。また、ノズルの構造上水滴の粒子径を平均粒子
径で５０ミクロン以下にするのは難しい。しかしなが
ら、一流体ノズルでも改質ガスの冷却・加湿はできる。
の粒子径や流量分布を一定に保ちながら広い範囲の噴射
量の調整ができる。また、同一水量の一流体ノズルと比
較して、微粒化性能が向上し、水を微粒化することによ
り単位体積あたりの表面積が大きくなるので水滴の受熱
面積が大きくなり、水滴が高温ガス中で好適に蒸発す
る。従って、改質器４から排出される改質ガスの冷却シ
ステムの応答性が向上する。さらに、一流体ノズルと比
較して大きな異物通過径を持つことができるのでノズル
の目詰まりが起こりにくくなる。一方、一流体ノズルを
使用して水噴射をした場合は、一流体ノズルの水噴射量
がノズル背圧の平方根に比例するため、水噴射量の変化
は水供給ポンプの動力の制限を大きく受け、噴射量の調
節可能な最小値と最大値の比であるターンダウン範囲も
小さい。また、ノズルの構造上水滴の粒子径を平均粒子
径で５０ミクロン以下にするのは難しい。しかしなが
ら、一流体ノズルでも改質ガスの冷却・加湿はできる。
【００２６】次に、水噴射手段の運転方法について図１
を参照して説明する。水噴射手段の運転方法は、 （１）弁Ａを開く。 （２）水ポンプ１０ｂを起動する。 （３）バイパス配管１０ｃを使って水を水貯蔵タンク１
０ａに戻して循環する。 （４）Ｎｏ．１ＣＯ除去器５の入口のガス温度をガス温
度検出手段Ｔにより検出する。 （５）Ｎｏ．１ＣＯ除去器５の入口のガス温度をもとに
Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の入口のガス温度が１００℃程度
となるように水噴射量を演算する。 （６）蒸発器３に供給される水・メタノール混合液の供
給量から改質器出口ガス中の一酸化炭素量を演算し、Ｎ
ｏ.１ＣＯ除去器５への必要空気供給量を求める。 （７）流量制御弁Ｃの弁開度を、図示しないコンピュー
タからの信号で調節して、前記必要空気供給量をアシス
トガスとして水噴射ノズル１０に供給し、改質器４から
排出される改質ガスに水を噴射する。 尚、後述するように、前記（５）項に記載の水噴射量
は、Ｎｏ．１ＣＯ除去器５の入口のガス温度を検出せず
に、水・メタノール混合液の蒸発器３への供給量から求
めるようにしても良い。
を参照して説明する。水噴射手段の運転方法は、 （１）弁Ａを開く。 （２）水ポンプ１０ｂを起動する。 （３）バイパス配管１０ｃを使って水を水貯蔵タンク１
０ａに戻して循環する。 （４）Ｎｏ．１ＣＯ除去器５の入口のガス温度をガス温
度検出手段Ｔにより検出する。 （５）Ｎｏ．１ＣＯ除去器５の入口のガス温度をもとに
Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の入口のガス温度が１００℃程度
となるように水噴射量を演算する。 （６）蒸発器３に供給される水・メタノール混合液の供
給量から改質器出口ガス中の一酸化炭素量を演算し、Ｎ
ｏ.１ＣＯ除去器５への必要空気供給量を求める。 （７）流量制御弁Ｃの弁開度を、図示しないコンピュー
タからの信号で調節して、前記必要空気供給量をアシス
トガスとして水噴射ノズル１０に供給し、改質器４から
排出される改質ガスに水を噴射する。 尚、後述するように、前記（５）項に記載の水噴射量
は、Ｎｏ．１ＣＯ除去器５の入口のガス温度を検出せず
に、水・メタノール混合液の蒸発器３への供給量から求
めるようにしても良い。
【００２７】次に、燃料電池システムを搭載した車両の
加速時や登坂時に、燃料電池システムの水噴射手段の水
噴射量を演算して水噴射するまでの手順を図３、図４
（ａ）および図４（ｂ）のフローチャートを参照して説
明する。 （１）アクセル開度を検出するＳ１。 （２）アクセル開度（必要に応じてモータの回転数と）
に応じて、燃料電池システムを搭載した車両の走行用モ
ータの目標出力を演算するＳ２。目標出力は周知のマッ
プ検索等（アクセル、回転数マップ）により求められ
る。 （３）演算された走行用モータの目標出力に対応させて
燃料電池の発電電力を演算するＳ３。前記燃料電池の発
電電力は、燃料電池の発電効率、補機の消費電力を考慮
して例えば以下の（ｉ）式で設定される。 発電電力＝Ｐｍ／Ｋ１＋（Ｐ１＋Ｐ２）-------------（ｉ） ここでＰｍ：モータ出力、Ｋ１：モータ駆動効率、Ｐ
１：燃料電池システム（空気供給モータ等）の消費電
力、Ｐ２：補機（ヘッドライト、エアコン等）の消費電
力である。 （４）前記発電電力を確保できる水・メタノール混合液
の供給量を演算するＳ４。水・メタノール混合液の供給
量は、例えば以下の（ii）式により決定する。 混合液の供給量Ｔ１＝Ｋ２*発電電力----------------（ii） ここで、Ｋ２：燃料電池１ｋＷの発電に消費される混合
液の量（Ｌ）の換算係数である。 （５）演算された水・メタノール混合液の供給量が蒸発
器３に供給されるように、図１に示す流量制御弁１１の
弁開度を、図示しないコンピュータからの信号で調節
し、移送ポンプ２を使用して貯蔵タンク１から蒸発器３
に所定の流量を供給するＳ５。 （６）水噴射手段で噴射する水噴射量を演算するＳ６。
前記水噴射量の演算法としては、図４（ａ）および図４
（ｂ）に示すような以下の２つの方法がある。 蒸発器３に供給される水・メタノール混合液の量に比
例した量の水噴射量を以下の（iii）式で演算するＳ１
０。演算した水噴射量が水噴射ノズル１０に供給される
ように、図１の流量制御弁Ｂの弁開度を、図示しないコ
ンピュータからの信号で制御して、水供給ポンプ１０ｂ
を使用して水を水噴射ノズル１０に供給する。水を噴射
するＳ１１。 水噴射量Ｔ２＝Ｋ３*混合液の供給量Ｔ１--------------（iii） Ｋ３は混合液の供給量の２５％（０．２５）に設定して
ある（混合液中の水のモル比の５０％に相当）。混合液
（モル比で水：メタノール＝１：１）中の水のモル数に
比例する水噴射量Ｔ２を噴射し、燃料電池システム全体
としてモル比で水：メタノール＝１．５：１となるよう
に噴射される。 Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の入口のガス温度を検出するＳ
１２。検出したガス温度から水噴射量を以下の（iv）式
で演算するＳ１３。Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の入口のガス
温度が所定の目標値（例えば１００℃）となるように、
流量制御弁Ｂの弁開度を図示しないコンピュータからの
信号で調節して、水供給ポンプ１０ｂを使用して水を水
噴射ノズル１０に供給する。水を噴射するＳ１４。 水噴射量Ｔ２＝Ｋ３*混合液の供給量Ｔ１＋ΔＴ*Ｋ４-----（iv） ここで、Ｋ３は混合液の供給量の２５％（０．２５）に
設定してある（混合液中の水のモル比の５０％に相
当）。ΔＴ：目標温度との偏差、Ｋ４：フィードバック
ゲインである。尚、図１ではガス温度検出手段Ｔを水噴
射ノズル１０とＮｏ.１ＣＯ除去器５の間の配管に設け
てあるが、前記ガス温度検出手段Ｔを改質器４と水噴射
ノズル１０の間の配管に設けてガス温度を検出し、改質
器４から排出されるガス流量と水の蒸発潜熱の値から改
質ガスの温度を目標温度とするために必要な水噴射量を
演算して水を噴射するフィードフォワード制御とするこ
ともできる。また、ガス温度検知手段Ｔを双方に設け
て、フィードバック制御とフィードフォワード制御を併
用して所定量の水を噴射することもできる。 （７）水・メタノール混合液の蒸発器３への供給量から
改質器４で発生する一酸化炭素の発生量を演算し、Ｎ
ｏ.１ＣＯ除去器５で必要な空気量を演算するＳ７。 （８）演算した空気量が水噴射ノズル１０に供給できる
ように、空気供給配管１０ｆに設けられた流量制御弁Ｃ
の弁開度を、図示しないコンピュータからの信号で調節
して、空気量を制御するＳ８。 （９）水噴射ノズル１０を使用して、（６）項で演算し
た水噴射量と、（７）項で演算した空気量を混合して、
改質器４から排出される改質ガスに水噴射することによ
り、急速に改質ガスが冷却されるＳ９。 従来行なわれている改質器から排出される高温の改質ガ
スを水冷式熱交換器を使用して冷却するガス冷却システ
ムでは、電力負荷変動があった場合に、負荷変動に応答
することができずに改質ガスの温度が上昇してしまうこ
とがあったが、本発明の水噴射手段を使用することによ
り、アクセルＯＮなどで改質ガスの流量が一気に増えて
も、これに対応して、水噴射量を一気に増やすことが容
易にでき、改質ガスの冷却も好適にできる。
加速時や登坂時に、燃料電池システムの水噴射手段の水
噴射量を演算して水噴射するまでの手順を図３、図４
（ａ）および図４（ｂ）のフローチャートを参照して説
明する。 （１）アクセル開度を検出するＳ１。 （２）アクセル開度（必要に応じてモータの回転数と）
に応じて、燃料電池システムを搭載した車両の走行用モ
ータの目標出力を演算するＳ２。目標出力は周知のマッ
プ検索等（アクセル、回転数マップ）により求められ
る。 （３）演算された走行用モータの目標出力に対応させて
燃料電池の発電電力を演算するＳ３。前記燃料電池の発
電電力は、燃料電池の発電効率、補機の消費電力を考慮
して例えば以下の（ｉ）式で設定される。 発電電力＝Ｐｍ／Ｋ１＋（Ｐ１＋Ｐ２）-------------（ｉ） ここでＰｍ：モータ出力、Ｋ１：モータ駆動効率、Ｐ
１：燃料電池システム（空気供給モータ等）の消費電
力、Ｐ２：補機（ヘッドライト、エアコン等）の消費電
力である。 （４）前記発電電力を確保できる水・メタノール混合液
の供給量を演算するＳ４。水・メタノール混合液の供給
量は、例えば以下の（ii）式により決定する。 混合液の供給量Ｔ１＝Ｋ２*発電電力----------------（ii） ここで、Ｋ２：燃料電池１ｋＷの発電に消費される混合
液の量（Ｌ）の換算係数である。 （５）演算された水・メタノール混合液の供給量が蒸発
器３に供給されるように、図１に示す流量制御弁１１の
弁開度を、図示しないコンピュータからの信号で調節
し、移送ポンプ２を使用して貯蔵タンク１から蒸発器３
に所定の流量を供給するＳ５。 （６）水噴射手段で噴射する水噴射量を演算するＳ６。
前記水噴射量の演算法としては、図４（ａ）および図４
（ｂ）に示すような以下の２つの方法がある。 蒸発器３に供給される水・メタノール混合液の量に比
例した量の水噴射量を以下の（iii）式で演算するＳ１
０。演算した水噴射量が水噴射ノズル１０に供給される
ように、図１の流量制御弁Ｂの弁開度を、図示しないコ
ンピュータからの信号で制御して、水供給ポンプ１０ｂ
を使用して水を水噴射ノズル１０に供給する。水を噴射
するＳ１１。 水噴射量Ｔ２＝Ｋ３*混合液の供給量Ｔ１--------------（iii） Ｋ３は混合液の供給量の２５％（０．２５）に設定して
ある（混合液中の水のモル比の５０％に相当）。混合液
（モル比で水：メタノール＝１：１）中の水のモル数に
比例する水噴射量Ｔ２を噴射し、燃料電池システム全体
としてモル比で水：メタノール＝１．５：１となるよう
に噴射される。 Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の入口のガス温度を検出するＳ
１２。検出したガス温度から水噴射量を以下の（iv）式
で演算するＳ１３。Ｎｏ.１ＣＯ除去器５の入口のガス
温度が所定の目標値（例えば１００℃）となるように、
流量制御弁Ｂの弁開度を図示しないコンピュータからの
信号で調節して、水供給ポンプ１０ｂを使用して水を水
噴射ノズル１０に供給する。水を噴射するＳ１４。 水噴射量Ｔ２＝Ｋ３*混合液の供給量Ｔ１＋ΔＴ*Ｋ４-----（iv） ここで、Ｋ３は混合液の供給量の２５％（０．２５）に
設定してある（混合液中の水のモル比の５０％に相
当）。ΔＴ：目標温度との偏差、Ｋ４：フィードバック
ゲインである。尚、図１ではガス温度検出手段Ｔを水噴
射ノズル１０とＮｏ.１ＣＯ除去器５の間の配管に設け
てあるが、前記ガス温度検出手段Ｔを改質器４と水噴射
ノズル１０の間の配管に設けてガス温度を検出し、改質
器４から排出されるガス流量と水の蒸発潜熱の値から改
質ガスの温度を目標温度とするために必要な水噴射量を
演算して水を噴射するフィードフォワード制御とするこ
ともできる。また、ガス温度検知手段Ｔを双方に設け
て、フィードバック制御とフィードフォワード制御を併
用して所定量の水を噴射することもできる。 （７）水・メタノール混合液の蒸発器３への供給量から
改質器４で発生する一酸化炭素の発生量を演算し、Ｎ
ｏ.１ＣＯ除去器５で必要な空気量を演算するＳ７。 （８）演算した空気量が水噴射ノズル１０に供給できる
ように、空気供給配管１０ｆに設けられた流量制御弁Ｃ
の弁開度を、図示しないコンピュータからの信号で調節
して、空気量を制御するＳ８。 （９）水噴射ノズル１０を使用して、（６）項で演算し
た水噴射量と、（７）項で演算した空気量を混合して、
改質器４から排出される改質ガスに水噴射することによ
り、急速に改質ガスが冷却されるＳ９。 従来行なわれている改質器から排出される高温の改質ガ
スを水冷式熱交換器を使用して冷却するガス冷却システ
ムでは、電力負荷変動があった場合に、負荷変動に応答
することができずに改質ガスの温度が上昇してしまうこ
とがあったが、本発明の水噴射手段を使用することによ
り、アクセルＯＮなどで改質ガスの流量が一気に増えて
も、これに対応して、水噴射量を一気に増やすことが容
易にでき、改質ガスの冷却も好適にできる。
【００２８】前記水噴射手段により冷却された改質ガス
は、Ｎｏ.１ＣＯ除去器５，Ｎｏ.２ＣＯ除去器６で一酸
化炭素量を１００ｐｐｍ以下に低減されて燃料電池用の
燃料ガスとなり、水冷式熱交換器ＨＥ３で８０℃前後に
冷却された後、燃料電池７の水素極（陰極）に導入され
る。一方、空気圧縮機８で圧縮された酸素を含有する空
気は、燃料電池７の酸素極（陽極）に導入される。前記
燃料ガス中の水素と前記空気中の酸素は燃料電池７で電
池反応を起こして発電を行う。
は、Ｎｏ.１ＣＯ除去器５，Ｎｏ.２ＣＯ除去器６で一酸
化炭素量を１００ｐｐｍ以下に低減されて燃料電池用の
燃料ガスとなり、水冷式熱交換器ＨＥ３で８０℃前後に
冷却された後、燃料電池７の水素極（陰極）に導入され
る。一方、空気圧縮機８で圧縮された酸素を含有する空
気は、燃料電池７の酸素極（陽極）に導入される。前記
燃料ガス中の水素と前記空気中の酸素は燃料電池７で電
池反応を起こして発電を行う。
【００２９】
【発明の効果】以上の構成と作用からなる本発明によれ
ば、 （１）水噴射することによって改質器から排出される高
温の改質ガス、すなわち、ＣＯ除去器に導入する前のガ
スの冷却と加湿が同時に行えるため、水冷式熱交換器が
不要となる。従って、水冷式熱交換器システムの冷却負
荷を大きく減少させることができる。また、加湿も同時
に行えるため、蒸発器に導入する液体燃料中の水の量を
低減できるので、蒸発器の小型化、蒸発器の応答性の向
上、蒸発ガス温度の昇温が可能となる。 （２）二流体ノズルを使用することにより、水滴の粒子
径や流量分布を一定に保ちながら広い範囲の噴射量の調
整ができる。また、同一水量の一流体ノズルと比較し
て、微粒化性能が向上し、水を微粒化することにより単
位体積あたりの表面積が大きくなるので水滴の受熱面積
が大きくなり、水滴が高温ガス中で好適に蒸発する。従
って、改質器から排出される改質ガスの冷却システムの
応答性が向上する。 （３）改質器とＣＯ除去器の間に水噴射手段を設けて、
前記水噴射手段の水噴射量を、前記水噴射手段の後流側
の前記ＣＯ除去器の入口のガス温度を検出することによ
り制御する、及び／又は、前記水噴射手段の上流側の前
記改質器から排出される改質ガスの温度を検出すること
により制御するようにしてガス中に直接水を噴射するこ
とにより、従来のように改質器から排出される改質ガス
を固体壁を介して水で冷却する方法よりも、温度制御性
および応答性が向上する。
ば、 （１）水噴射することによって改質器から排出される高
温の改質ガス、すなわち、ＣＯ除去器に導入する前のガ
スの冷却と加湿が同時に行えるため、水冷式熱交換器が
不要となる。従って、水冷式熱交換器システムの冷却負
荷を大きく減少させることができる。また、加湿も同時
に行えるため、蒸発器に導入する液体燃料中の水の量を
低減できるので、蒸発器の小型化、蒸発器の応答性の向
上、蒸発ガス温度の昇温が可能となる。 （２）二流体ノズルを使用することにより、水滴の粒子
径や流量分布を一定に保ちながら広い範囲の噴射量の調
整ができる。また、同一水量の一流体ノズルと比較し
て、微粒化性能が向上し、水を微粒化することにより単
位体積あたりの表面積が大きくなるので水滴の受熱面積
が大きくなり、水滴が高温ガス中で好適に蒸発する。従
って、改質器から排出される改質ガスの冷却システムの
応答性が向上する。 （３）改質器とＣＯ除去器の間に水噴射手段を設けて、
前記水噴射手段の水噴射量を、前記水噴射手段の後流側
の前記ＣＯ除去器の入口のガス温度を検出することによ
り制御する、及び／又は、前記水噴射手段の上流側の前
記改質器から排出される改質ガスの温度を検出すること
により制御するようにしてガス中に直接水を噴射するこ
とにより、従来のように改質器から排出される改質ガス
を固体壁を介して水で冷却する方法よりも、温度制御性
および応答性が向上する。
【図１】本発明に係る実施の形態である燃料電池システ
ムの全体系統図である。
ムの全体系統図である。
【図２】（ａ）本発明に係る実施の形態である燃料電池
システムの水噴射手段である内部混合形二流体ノズルの
内部構造を示す図である。 （ｂ）本発明に係る実施の形態である燃料電池システム
の水噴射手段である外部混合形二流体ノズルの内部構造
を示す図である。
システムの水噴射手段である内部混合形二流体ノズルの
内部構造を示す図である。 （ｂ）本発明に係る実施の形態である燃料電池システム
の水噴射手段である外部混合形二流体ノズルの内部構造
を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態である燃料電池システ
ムを搭載した車両の加速時や登坂時に、燃料電池システ
ムの水噴射手段の水噴射量を決めて水噴射するまでのフ
ローチャートである。
ムを搭載した車両の加速時や登坂時に、燃料電池システ
ムの水噴射手段の水噴射量を決めて水噴射するまでのフ
ローチャートである。
【図４】（ａ）図３における水噴射量演算方法の第一実
施例のフローチャートである。 （ｂ）図３における水噴射量演算方法の第二実施例のフ
ローチャートである
施例のフローチャートである。 （ｂ）図３における水噴射量演算方法の第二実施例のフ
ローチャートである
【図５】従来の燃料電池システムの全体系統図である。
１ 貯蔵タンク ２ 移送ポンプ ３ 蒸発器 ４ 改質器 ４ａ 改質器の出口配管 ５ Ｎｏ.１ＣＯ除去器 ６ Ｎｏ.２ＣＯ除去器 ７ 燃料電池 ８ 空気圧縮機 ８ａ 空気供給配管 ８ｂ 分岐配管 １０ 水噴射ノズル（二流体ノズル） １０ａ 水貯蔵タンク １０ｂ 水供給ポンプ １０ｃ バイパス配管 １０ｄ 水供給配管 １０ｅ 水レギュレータ １０ｆ 空気供給配管 １１ 流量制御弁 Ａ 弁 Ｂ，Ｃ 流量制御弁 ＨＥ２，ＨＥ３ 水冷式熱交換器 ＳＨＥ シェル＆チューブ式熱交換器 Ｔ ガス温度検出手段
Claims (3)
- 【請求項１】 液体燃料を蒸発させるための蒸発器と、
前記蒸発器で前記液体燃料を蒸発させたガスを固体触媒
上で反応させて改質ガスにする改質器と、前記改質器か
ら排出される前記改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣ
Ｏ除去器と、前記ＣＯ除去器から排出される水素を含有
する燃料ガスと空気圧縮機により圧縮された酸素を含有
する酸化ガスとを反応させて発電を行う燃料電池とを含
んで構成される燃料電池システムであって、 前記改質器から排出される前記改質ガスに、水噴射手段
を使用して配管中で水噴射して、後段の前記ＣＯ除去器
の反応に適した温度に冷却することを特徴とする燃料電
池システム。 - 【請求項２】 前記水噴射手段が、前記酸化ガスにアシ
ストされた二流体ノズルを使うことを特徴とする請求項
１に記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記改質器と前記ＣＯ除去器の間に前記
水噴射手段を設けて、前記水噴射手段の水噴射量を、前
記水噴射手段の後流側の前記ＣＯ除去器の入口のガス温
度を検出することにより制御する、及び／又は、前記水
噴射手段の上流側の前記改質器から排出される前記改質
ガスの温度を検出することにより制御することを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の燃料電池システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11149536A JP2000340245A (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11149536A JP2000340245A (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340245A true JP2000340245A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15477294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11149536A Withdrawn JP2000340245A (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000340245A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006128063A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Toyota Motor Corp | 目標露点を持つ加湿ガスの生成方法と生成装置 |
| DK201670121A1 (en) * | 2016-03-02 | 2017-03-27 | Serenergy As | System and method for adjusting the temperature of cooling-liquid for a fuel cell |
| KR101776414B1 (ko) * | 2015-11-20 | 2017-09-20 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 냉각 시스템 |
| JP2021001556A (ja) * | 2019-06-20 | 2021-01-07 | マツダ株式会社 | 車両の制御装置及び車両の制御方法 |
-
1999
- 1999-05-28 JP JP11149536A patent/JP2000340245A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006128063A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Toyota Motor Corp | 目標露点を持つ加湿ガスの生成方法と生成装置 |
| KR101776414B1 (ko) * | 2015-11-20 | 2017-09-20 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 냉각 시스템 |
| DK201670121A1 (en) * | 2016-03-02 | 2017-03-27 | Serenergy As | System and method for adjusting the temperature of cooling-liquid for a fuel cell |
| DK178852B1 (en) * | 2016-03-02 | 2017-03-27 | Serenergy As | System and method for adjusting the temperature of cooling-liquid for a fuel cell |
| JP2021001556A (ja) * | 2019-06-20 | 2021-01-07 | マツダ株式会社 | 車両の制御装置及び車両の制御方法 |
| JP7256991B2 (ja) | 2019-06-20 | 2023-04-13 | マツダ株式会社 | 車両の制御装置及び車両の制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051205 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061106 |