JP2001110438A - 水素吸蔵合金を用いた燃料電池システム - Google Patents
水素吸蔵合金を用いた燃料電池システムInfo
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【課題】フッ化処理した水素吸蔵合金のメタネーション
触媒作用を利用してなる新規且つ有用な燃料電池システ
ムを得る。 【解決手段】ＣＯを含む水素含有ガスを、フッ化処理し
た水素吸蔵合金を充填した容器に通し、該フッ化処理し
た水素吸蔵合金合金のメタネーション触媒作用によりＣ
Ｏをメタン化して除去した後、燃料電池の燃料極に供給
するようにしてなることを特徴とする燃料電池システ
ム。
触媒作用を利用してなる新規且つ有用な燃料電池システ
ムを得る。 【解決手段】ＣＯを含む水素含有ガスを、フッ化処理し
た水素吸蔵合金を充填した容器に通し、該フッ化処理し
た水素吸蔵合金合金のメタネーション触媒作用によりＣ
Ｏをメタン化して除去した後、燃料電池の燃料極に供給
するようにしてな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、燃料電池用の燃料
として、水素含有ガスを特定の水素吸蔵合金に接触させ
ることにより、そのメタネーション触媒作用により一酸
化炭素（ＣＯ）をメタン化して除去してなる精製水素を
用いるようにしてなる燃料電池システム（装置）に関す
る。
として、水素含有ガスを特定の水素吸蔵合金に接触させ
ることにより、そのメタネーション触媒作用により一酸
化炭素（ＣＯ）をメタン化して除去してなる精製水素を
用いるようにしてなる燃料電池システム（装置）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】水素は不飽和結合への水素添加用、酸水
素炎用その他各種用途に供される基礎原料であり、燃料
電池用の燃料としても利用される。水素の工業的製造方
法には各種ある。そのうちガス体燃料の変成法には炭化
水素ガスの水蒸気改質法や炭化水素ガスの部分燃焼改質
法（部分酸化法）などがあるが、通常、天然ガスや都市
ガスなどの炭化水素ガスの水蒸気改質法により行われ
る。水蒸気改質法では改質器が用いられ、触媒としてＮ
ｉ系、Ｒｕ系等の適当な触媒が使用される。
素炎用その他各種用途に供される基礎原料であり、燃料
電池用の燃料としても利用される。水素の工業的製造方
法には各種ある。そのうちガス体燃料の変成法には炭化
水素ガスの水蒸気改質法や炭化水素ガスの部分燃焼改質
法（部分酸化法）などがあるが、通常、天然ガスや都市
ガスなどの炭化水素ガスの水蒸気改質法により行われ
る。水蒸気改質法では改質器が用いられ、触媒としてＮ
ｉ系、Ｒｕ系等の適当な触媒が使用される。
【０００３】改質ガスには主成分である水素のほか、Ｃ
Ｏ、ＣＯ2等の副生成分や余剰Ｈ2Ｏが含まれている。こ
のため改質ガスを、例えば燃料電池にそのまま使用した
のでは、そのうち特にＣＯは電池性能を阻害してしま
う。りん酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）でのＣＯは１％程
度、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）でのＣＯは１０
０ｐｐｍ程度が限度であり、これを越えると電池性能が
著しく劣化する。このため改質ガスは、燃料電池の燃料
極へ供給する前にＣＯを除去する必要がある。
Ｏ、ＣＯ2等の副生成分や余剰Ｈ2Ｏが含まれている。こ
のため改質ガスを、例えば燃料電池にそのまま使用した
のでは、そのうち特にＣＯは電池性能を阻害してしま
う。りん酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）でのＣＯは１％程
度、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）でのＣＯは１０
０ｐｐｍ程度が限度であり、これを越えると電池性能が
著しく劣化する。このため改質ガスは、燃料電池の燃料
極へ供給する前にＣＯを除去する必要がある。
【０００４】そのような高純度の水素、特にＣＯを含ま
ない水素を得るための水素の精製法には各種の方法があ
る。そのうち触媒を用いる方法として、白金等の貴金属
系触媒を用いて酸化除去する方法（特開平３ー２０８８
０１号、特開平１０ー３０２８２１号）等が提案されて
いる。この方法はＣＯ含有水素ガス中のＣＯを触媒によ
り選択的に酸化してＣＯ2 に転化して除去するもので、
ＣＯの酸化用には酸素が必要であるが、実際には空気が
用いられる。
ない水素を得るための水素の精製法には各種の方法があ
る。そのうち触媒を用いる方法として、白金等の貴金属
系触媒を用いて酸化除去する方法（特開平３ー２０８８
０１号、特開平１０ー３０２８２１号）等が提案されて
いる。この方法はＣＯ含有水素ガス中のＣＯを触媒によ
り選択的に酸化してＣＯ2 に転化して除去するもので、
ＣＯの酸化用には酸素が必要であるが、実際には空気が
用いられる。
【０００５】図１は、従来における水蒸気改質法により
得られる水素主成分の改質ガスを燃料電池の燃料として
用いる場合の概略を示す図である。改質ガス中のＣＯは
ＣＯ変成器により除去されるが、これだけでは十分でな
い。そこで、さらに上記のような触媒を介してＣＯ変成
器からの改質ガス中のＣＯを供給空気により選択的に酸
化、除去した後、燃料電池に供給する。
得られる水素主成分の改質ガスを燃料電池の燃料として
用いる場合の概略を示す図である。改質ガス中のＣＯは
ＣＯ変成器により除去されるが、これだけでは十分でな
い。そこで、さらに上記のような触媒を介してＣＯ変成
器からの改質ガス中のＣＯを供給空気により選択的に酸
化、除去した後、燃料電池に供給する。
【０００６】しかし、ＣＯの酸化用には上記のように空
気の添加が不可欠であり、このための動力を必要とする
のに加え、理論反応量の６倍（Ｏ2/ＣＯ＝３）もの酸素
を添加しないとＣＯを十分に除去することはできず、し
かも過剰分の酸素は水素を消費し、空気導入により窒素
分圧が増えることから、水素分圧が下がってしまう。ま
た、過剰分の酸素で消費された水素のエネルギーは熱と
なるので、このエネルギーを回収するためには熱回収が
必要となる。これらのため、でき得れば空気等の添加な
しにＣＯを除去し得る方法が強く望まれる。
気の添加が不可欠であり、このための動力を必要とする
のに加え、理論反応量の６倍（Ｏ2/ＣＯ＝３）もの酸素
を添加しないとＣＯを十分に除去することはできず、し
かも過剰分の酸素は水素を消費し、空気導入により窒素
分圧が増えることから、水素分圧が下がってしまう。ま
た、過剰分の酸素で消費された水素のエネルギーは熱と
なるので、このエネルギーを回収するためには熱回収が
必要となる。これらのため、でき得れば空気等の添加な
しにＣＯを除去し得る方法が強く望まれる。
【０００７】本発明者等は、水素の精製に水素吸蔵合金
を用い、得られた精製水素を燃料電池用燃料に用いる技
術を先に開発している（特願平９ー３６２５３９号）。
図２はその態様例である。この態様例では、水素吸蔵合
金を充填した２基の容器を備え、一方の容器では水素の
吸蔵過程、すなわち改質ガスを供給して水素を精製、吸
蔵させ、他方の容器では放出過程、すなわち高純度水素
を放出させて燃料電池の燃料として利用する操作を交互
に切り換えて連続的に操作する。この技術は空気等の添
加なしにＣＯを除去できるなど各種利点を有する。
を用い、得られた精製水素を燃料電池用燃料に用いる技
術を先に開発している（特願平９ー３６２５３９号）。
図２はその態様例である。この態様例では、水素吸蔵合
金を充填した２基の容器を備え、一方の容器では水素の
吸蔵過程、すなわち改質ガスを供給して水素を精製、吸
蔵させ、他方の容器では放出過程、すなわち高純度水素
を放出させて燃料電池の燃料として利用する操作を交互
に切り換えて連続的に操作する。この技術は空気等の添
加なしにＣＯを除去できるなど各種利点を有する。
【０００８】しかしこの場合、吸蔵過程において、容器
から排出されるオフガス中にＣＯが含まれているため、
これを燃料電池の燃料として利用することはできない。
また放出過程おいても、その初期の段階で排出されるガ
ス（＝パージガス）に吸蔵過程で容器内の空隙中に溜っ
たＣＯ等の不純物が含まれているため、これを燃料電池
の燃料として利用することはできない。このため、オフ
ガスやパージガスは例えば改質器バーナ用の燃料として
用いるほかはなかった。
から排出されるオフガス中にＣＯが含まれているため、
これを燃料電池の燃料として利用することはできない。
また放出過程おいても、その初期の段階で排出されるガ
ス（＝パージガス）に吸蔵過程で容器内の空隙中に溜っ
たＣＯ等の不純物が含まれているため、これを燃料電池
の燃料として利用することはできない。このため、オフ
ガスやパージガスは例えば改質器バーナ用の燃料として
用いるほかはなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このほか、空気等を添
加せずにＣＯを除去し得る方法としては、ＣＯをＨ2 と
反応させる方法すなわちメタネーション反応（ＣＯ＋３
Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ)を利用する方法がある。メタネーシ
ョン反応には所定の触媒が必要であるが、本発明におい
ては、フッ化処理した特定の水素吸蔵合金が、水素含有
ガスからＣＯを除去するメタネーション反応の触媒とし
て有効に作用する事実に着目し、これを燃料電池システ
ムに利用する。
加せずにＣＯを除去し得る方法としては、ＣＯをＨ2 と
反応させる方法すなわちメタネーション反応（ＣＯ＋３
Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ)を利用する方法がある。メタネーシ
ョン反応には所定の触媒が必要であるが、本発明におい
ては、フッ化処理した特定の水素吸蔵合金が、水素含有
ガスからＣＯを除去するメタネーション反応の触媒とし
て有効に作用する事実に着目し、これを燃料電池システ
ムに利用する。
【００１０】すなわち、本発明は、上記事実、すなわち
フッ化処理した水素吸蔵合金が、水素含有ガスからＣＯ
を除去するメタネーション反応に有効な触媒として作用
する事実を利用し、これで得られる精製水素を燃料電池
用の燃料として使用するようにしてなる新規且つ有用な
燃料電池システムを提供することを目的とする。
フッ化処理した水素吸蔵合金が、水素含有ガスからＣＯ
を除去するメタネーション反応に有効な触媒として作用
する事実を利用し、これで得られる精製水素を燃料電池
用の燃料として使用するようにしてなる新規且つ有用な
燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＣＯを含む水
素含有ガスを、フッ化処理した水素吸蔵合金を充填した
容器に通し、該フッ化処理した水素吸蔵合金のメタネー
ション触媒作用によりＣＯをメタン化して除去した後、
燃料電池の燃料極に供給するようにしてなることを特徴
とする燃料電池システムを提供する。
素含有ガスを、フッ化処理した水素吸蔵合金を充填した
容器に通し、該フッ化処理した水素吸蔵合金のメタネー
ション触媒作用によりＣＯをメタン化して除去した後、
燃料電池の燃料極に供給するようにしてなることを特徴
とする燃料電池システムを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明で用いる水素吸蔵合金は、
フッ化処理した水素吸蔵合金であり、水素吸蔵合金の表
面をフッ素或いはフッ素含有化合物を含むガス、または
フッ素或いはフッ素含有化合物を含む液体で処理してな
る合金である。水素吸蔵合金としては、特に好ましくは
希土類系水素吸蔵合金が用いられる。希土類系水素吸蔵
合金の例としては希土類系ＡＢ5 型合金が挙げられる。
その好ましい例としてはそのＡサイトがＬａまたはＭｍ
（ミッシュメタル）で、ＢサイトがＮｉである希土類系
ＡＢ5 型合金が挙げられる。このうち少なくともＢサイ
トの一部をＡｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一種ある
いは二種以上を置換した希土類系ＡＢ5 型合金も好まし
く用いられる。Ａｌの置換量は原子比で０＜Ａｌ≦２の
範囲であり、ＭｎおよびＣｏについてもこれに準じた量
とすることができる。さらにＳｉ、Ｃｒ、Ｚｒを置換し
てもよい。
フッ化処理した水素吸蔵合金であり、水素吸蔵合金の表
面をフッ素或いはフッ素含有化合物を含むガス、または
フッ素或いはフッ素含有化合物を含む液体で処理してな
る合金である。水素吸蔵合金としては、特に好ましくは
希土類系水素吸蔵合金が用いられる。希土類系水素吸蔵
合金の例としては希土類系ＡＢ5 型合金が挙げられる。
その好ましい例としてはそのＡサイトがＬａまたはＭｍ
（ミッシュメタル）で、ＢサイトがＮｉである希土類系
ＡＢ5 型合金が挙げられる。このうち少なくともＢサイ
トの一部をＡｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一種ある
いは二種以上を置換した希土類系ＡＢ5 型合金も好まし
く用いられる。Ａｌの置換量は原子比で０＜Ａｌ≦２の
範囲であり、ＭｎおよびＣｏについてもこれに準じた量
とすることができる。さらにＳｉ、Ｃｒ、Ｚｒを置換し
てもよい。
【００１３】水素吸蔵合金のフッ化処理手法としては
（２）乾式法、（１）湿式法の何れも適用できる。
（１）乾式法においては、上記水素吸蔵合金をフッ素
ガス、フッ化水素ガス、フッ素とフッ化水素との混
合ガスにより処理することができる。（２）湿式法にお
いては、上記水素吸蔵合金を低濃度のフッ化水素酸水
溶液、無水フッ化水素酸溶液、無水フッ化水素とピ
リジン、トリエチルアミン、イソプロピルアルコール等
との混合溶液により処理することができる。
（２）乾式法、（１）湿式法の何れも適用できる。
（１）乾式法においては、上記水素吸蔵合金をフッ素
ガス、フッ化水素ガス、フッ素とフッ化水素との混
合ガスにより処理することができる。（２）湿式法にお
いては、上記水素吸蔵合金を低濃度のフッ化水素酸水
溶液、無水フッ化水素酸溶液、無水フッ化水素とピ
リジン、トリエチルアミン、イソプロピルアルコール等
との混合溶液により処理することができる。
【００１４】上記フッ化処理した希土類系水素吸蔵合金
は、水素含有ガスに含まれるＣＯをメタンに変えるメタ
ネーション反応(ＣＯ＋３Ｈ2＝ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ）触媒とし
て作用し、水素含有ガスに含まれるＣＯを完全ないしほ
ぼ完全に除去することができる。ＣＯを含む水素含有ガ
スとしては、水素を主成分とし、ＣＯを含む水素含有ガ
スであれば使用できるが、好ましくは炭化水素ガスの水
蒸気改質法で得られる改質ガスや炭化水素ガスの部分燃
焼改質法で生成された改質ガスが使用できる。これら改
質ガスは天然ガスや都市ガス等の容易に入手でき安価で
クリーンなガスを原料とすることから、この点でも有利
である。
は、水素含有ガスに含まれるＣＯをメタンに変えるメタ
ネーション反応(ＣＯ＋３Ｈ2＝ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ）触媒とし
て作用し、水素含有ガスに含まれるＣＯを完全ないしほ
ぼ完全に除去することができる。ＣＯを含む水素含有ガ
スとしては、水素を主成分とし、ＣＯを含む水素含有ガ
スであれば使用できるが、好ましくは炭化水素ガスの水
蒸気改質法で得られる改質ガスや炭化水素ガスの部分燃
焼改質法で生成された改質ガスが使用できる。これら改
質ガスは天然ガスや都市ガス等の容易に入手でき安価で
クリーンなガスを原料とすることから、この点でも有利
である。
【００１５】水素含有ガスからのメタネーション反応に
よるＣＯの除去は、ＣＯを含む水素含有ガスをフッ化処
理した水素吸蔵合金を充填した容器に通すことにより行
うことができる。本発明においては、こうしてＣＯを除
去した水素含有ガスをＰＡＦＣ、ＰＥＦＣ等の燃料電池
に直接供給して利用する。図３〜４はこの態様例を示す
図である。図３はフッ化処理した水素吸蔵合金を充填し
た容器を１基用いる態様である。図４はフッ化処理した
水素吸蔵合金を充填した容器の２基を併置して用いる態
様であり、該容器を３基以上併置してもよい。
よるＣＯの除去は、ＣＯを含む水素含有ガスをフッ化処
理した水素吸蔵合金を充填した容器に通すことにより行
うことができる。本発明においては、こうしてＣＯを除
去した水素含有ガスをＰＡＦＣ、ＰＥＦＣ等の燃料電池
に直接供給して利用する。図３〜４はこの態様例を示す
図である。図３はフッ化処理した水素吸蔵合金を充填し
た容器を１基用いる態様である。図４はフッ化処理した
水素吸蔵合金を充填した容器の２基を併置して用いる態
様であり、該容器を３基以上併置してもよい。
【００１６】本発明によれば、１基の容器でＣＯを含む
水素含有ガスからＣＯを連続的に除去でき、得られた水
素含有ガスをそのまま燃料電池の燃料に使用できるので
非常に有用である。またフッ化処理した水素吸蔵合金を
充填した容器を２基以上併置することにより交互に切り
替えて作動させることもできる。また、水素吸蔵合金は
水素の貯蔵もできることから、該容器をバッファとして
機能させることもできる。
水素含有ガスからＣＯを連続的に除去でき、得られた水
素含有ガスをそのまま燃料電池の燃料に使用できるので
非常に有用である。またフッ化処理した水素吸蔵合金を
充填した容器を２基以上併置することにより交互に切り
替えて作動させることもできる。また、水素吸蔵合金は
水素の貯蔵もできることから、該容器をバッファとして
機能させることもできる。
【００１７】この点、前記図２に示すような従来例で
は、放出ガスすなわち水素放出過程において、パージ段
階後に放出される高純度水素ガスのみが燃料電池用の燃
料として利用できるだけであり、オフガスすなわち流通
式での水素吸蔵過程において水素貯蔵容器から出てくる
少量の水素を含む不純物濃縮ガスや、パージガスすなわ
ち水素放出過程においてその初期に排出される少量の水
素を含む不純物濃縮ガスにはＣＯが含まれているため、
これを燃料電池用の燃料には使用できず、オフガスやパ
ージガスは例えば改質器バーナ用の燃料として用いるほ
かはなかった。
は、放出ガスすなわち水素放出過程において、パージ段
階後に放出される高純度水素ガスのみが燃料電池用の燃
料として利用できるだけであり、オフガスすなわち流通
式での水素吸蔵過程において水素貯蔵容器から出てくる
少量の水素を含む不純物濃縮ガスや、パージガスすなわ
ち水素放出過程においてその初期に排出される少量の水
素を含む不純物濃縮ガスにはＣＯが含まれているため、
これを燃料電池用の燃料には使用できず、オフガスやパ
ージガスは例えば改質器バーナ用の燃料として用いるほ
かはなかった。
【００１８】これに対して、本発明においては、ＣＯを
含む水素含有ガス中のＣＯが、フッ化処理した水素吸蔵
合金のメタネーション触媒作用により除去されるので、
フッ化処理した水素吸蔵合金を充填した容器中を流通し
てきた水素は、そのまま燃料電池の燃料極に供給して利
用できる。すなわち、本発明によれば、オフガスやパー
ジガスにも、ＣＯは含まれていないか、微少量であるた
め、オフガスやパージガスもそのまま燃料電池の燃料に
使用できる。これによって、水素の利用効率を格段に上
げることができ、また上記図２のような従来例では必要
である、オフガスやパージガスを例えば改質器バーナ用
の燃料として供給するための切り換え操作などの煩雑な
操作も一切必要としない。さらに、本発明によれば、前
記触媒を介してＣＯを供給空気により選択的に酸化する
方法に比べて、動力を必要とせず、水素分圧低下も少な
く、水素消費によるエネルギーロスも少ないなど、有効
な優れた効果が得られる。
含む水素含有ガス中のＣＯが、フッ化処理した水素吸蔵
合金のメタネーション触媒作用により除去されるので、
フッ化処理した水素吸蔵合金を充填した容器中を流通し
てきた水素は、そのまま燃料電池の燃料極に供給して利
用できる。すなわち、本発明によれば、オフガスやパー
ジガスにも、ＣＯは含まれていないか、微少量であるた
め、オフガスやパージガスもそのまま燃料電池の燃料に
使用できる。これによって、水素の利用効率を格段に上
げることができ、また上記図２のような従来例では必要
である、オフガスやパージガスを例えば改質器バーナ用
の燃料として供給するための切り換え操作などの煩雑な
操作も一切必要としない。さらに、本発明によれば、前
記触媒を介してＣＯを供給空気により選択的に酸化する
方法に比べて、動力を必要とせず、水素分圧低下も少な
く、水素消費によるエネルギーロスも少ないなど、有効
な優れた効果が得られる。
【００１９】本発明で用いるフッ化処理した水素吸蔵合
金が、例えばフッ化処理した希土類系水素吸蔵合金の場
合には、その溶融温度より低い、例えば３５０℃程度以
下の幅広い温度範囲で使用できる。水蒸気改質法からの
改質ガスは、改質器自体の構造、規模、操作条件等の如
何にもよるが、改質器に低温ＣＯ変成器を付設する場合
には、その出口から２００〜３００℃程度の温度で排出
されることから、改質ガスをそのまま上記水素吸蔵合金
を充填した容器に導入してもよく、燃料電池の作動温度
に対応した適宜の温度に調整して導入してもよい。すな
わち、ＰＡＦＣの作動温度は通常１９０〜２１０℃程
度、ＰＥＦＣの作動温度は通常８０〜１００℃程度であ
ることから、必要に応じて、それら温度範囲、あるいは
その前後の適宜の温度に調整して導入することもでき
る。
金が、例えばフッ化処理した希土類系水素吸蔵合金の場
合には、その溶融温度より低い、例えば３５０℃程度以
下の幅広い温度範囲で使用できる。水蒸気改質法からの
改質ガスは、改質器自体の構造、規模、操作条件等の如
何にもよるが、改質器に低温ＣＯ変成器を付設する場合
には、その出口から２００〜３００℃程度の温度で排出
されることから、改質ガスをそのまま上記水素吸蔵合金
を充填した容器に導入してもよく、燃料電池の作動温度
に対応した適宜の温度に調整して導入してもよい。すな
わち、ＰＡＦＣの作動温度は通常１９０〜２１０℃程
度、ＰＥＦＣの作動温度は通常８０〜１００℃程度であ
ることから、必要に応じて、それら温度範囲、あるいは
その前後の適宜の温度に調整して導入することもでき
る。
【００２０】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。本実施例では、まずフッ化処理水素
吸蔵合金の製造例を記載し、次いでこれを用いた改質ガ
スの精製例及び燃料電池への適用例を記載している。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。本実施例では、まずフッ化処理水素
吸蔵合金の製造例を記載し、次いでこれを用いた改質ガ
スの精製例及び燃料電池への適用例を記載している。
【００２１】〈フッ化処理水素吸蔵合金の製造例〉内容
積１０００ｍｌの反応容器に粒径３８μｍ以下（４００
メッシュ以下）の水素吸蔵合金ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3：１
００ｇを入れ、これに１０ｗｔ％フッ化水素酸水溶液５
００ｍｌを投入し、約１０分間撹拌した。次いで、溶液
を分離した後、温度１５０℃に設定した電気炉中で、１
時間、加熱しながら窒素ガスで反応容器内のパージを行
った。こうしてフッ化処理した水素吸蔵合金「ＬａＮｉ
4.7Ａｌ0.3」を得た。
積１０００ｍｌの反応容器に粒径３８μｍ以下（４００
メッシュ以下）の水素吸蔵合金ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3：１
００ｇを入れ、これに１０ｗｔ％フッ化水素酸水溶液５
００ｍｌを投入し、約１０分間撹拌した。次いで、溶液
を分離した後、温度１５０℃に設定した電気炉中で、１
時間、加熱しながら窒素ガスで反応容器内のパージを行
った。こうしてフッ化処理した水素吸蔵合金「ＬａＮｉ
4.7Ａｌ0.3」を得た。
【００２２】《実施例１》図５は、本実施例１におい
て、上記製造例で得たフッ化処理した水素吸蔵合金の脱
ＣＯ性能を試験した装置の概略を示す図である。フッ化
処理水素吸蔵合１２６ｇを充填した反応容器にインプッ
トガスとして、容量割合でＣＯ：ＣＯ2：ＣＨ4：Ｈ2＝
１％：１８％：２％：バランス（＝Ｈ2）の組成の試験
ガスをオイルバスを介したヒーターにより１５０〜８０
℃の各温度に調整して導入して試験した。試験ガスの供
給圧力は３２ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓとした。脱ＣＯ時にお
ける反応容器入口（＝吸蔵時入口）と反応容器出口（＝
吸蔵時出口）及び反応容器からのガス放出時（＝放出時
出口）のガスの流量をガスメータにより、また組成をガ
スクロマトグラフにより測定した。
て、上記製造例で得たフッ化処理した水素吸蔵合金の脱
ＣＯ性能を試験した装置の概略を示す図である。フッ化
処理水素吸蔵合１２６ｇを充填した反応容器にインプッ
トガスとして、容量割合でＣＯ：ＣＯ2：ＣＨ4：Ｈ2＝
１％：１８％：２％：バランス（＝Ｈ2）の組成の試験
ガスをオイルバスを介したヒーターにより１５０〜８０
℃の各温度に調整して導入して試験した。試験ガスの供
給圧力は３２ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓとした。脱ＣＯ時にお
ける反応容器入口（＝吸蔵時入口）と反応容器出口（＝
吸蔵時出口）及び反応容器からのガス放出時（＝放出時
出口）のガスの流量をガスメータにより、また組成をガ
スクロマトグラフにより測定した。
【００２３】表１はそのうち１３０℃、１１０℃、９０
℃の各温度における測定値である。表１中、吸蔵時入
口、吸蔵時出口及び放出時出口における数値は、測定回
数３回の平均値であり、標準状態（０℃、１気圧）に換
算した１ｍｉｎ（分）当たりの各成分の流量（Ｌ：リッ
トル）である。表１中、吸蔵時入口の各成分の流量比が
導入ガスの組成比に相当している。
℃の各温度における測定値である。表１中、吸蔵時入
口、吸蔵時出口及び放出時出口における数値は、測定回
数３回の平均値であり、標準状態（０℃、１気圧）に換
算した１ｍｉｎ（分）当たりの各成分の流量（Ｌ：リッ
トル）である。表１中、吸蔵時入口の各成分の流量比が
導入ガスの組成比に相当している。
【００２４】
【表 １】
【００２５】表１中、温度１３０℃における吸蔵時入口
のＣＯ量は０．３５７Ｌである。温度１３０℃において
は、吸蔵時出口でも、放出時出口でも、ＣＯは０
（零）、すなわちＣＯの実質上全部が除去されている。
また、温度１１０℃の場合、吸蔵時出口のＣＯ流量０．
０９９Ｌ、放出時出口のＣＯ流量０．０１４２Ｌと微少
量であり、吸蔵時入口のＣＯ流量に対し、両者合わせて
約６５％ものＣＯが除去されている。さらに、温度９０
℃の場合、吸蔵時出口のＣＯ流量０．２１６Ｌ、放出時
出口のＣＯ流量０．０１４２Ｌであり、上記温度１１０
℃の場合より多いが、吸蔵時入口のＣＯ流量に対して有
効に除去されている。
のＣＯ量は０．３５７Ｌである。温度１３０℃において
は、吸蔵時出口でも、放出時出口でも、ＣＯは０
（零）、すなわちＣＯの実質上全部が除去されている。
また、温度１１０℃の場合、吸蔵時出口のＣＯ流量０．
０９９Ｌ、放出時出口のＣＯ流量０．０１４２Ｌと微少
量であり、吸蔵時入口のＣＯ流量に対し、両者合わせて
約６５％ものＣＯが除去されている。さらに、温度９０
℃の場合、吸蔵時出口のＣＯ流量０．２１６Ｌ、放出時
出口のＣＯ流量０．０１４２Ｌであり、上記温度１１０
℃の場合より多いが、吸蔵時入口のＣＯ流量に対して有
効に除去されている。
【００２６】《実施例２》図６は、本実施例２で用いた
装置の概略を示す図である。燃料電池としてはＰＥＦＣ
を用いた。容器中に前記製造例で得たフッ化処理水素吸
蔵合金を１００ｇ充填し、これに改質器、ＣＯ変成器を
経て得られた改質ガスを温度調整して（約１２０℃）導
入して実施した。初期の段階においては、水素が容器内
の水素吸蔵合金に吸蔵されているために、オフガスは不
純物が濃縮されたガスとなって出てくるが、やがて該合
金による水素吸蔵が飽和に達する。その間オフガスには
ＣＯが実質上含まれないのでそのままＰＥＦＣの燃料極
に供給した。
装置の概略を示す図である。燃料電池としてはＰＥＦＣ
を用いた。容器中に前記製造例で得たフッ化処理水素吸
蔵合金を１００ｇ充填し、これに改質器、ＣＯ変成器を
経て得られた改質ガスを温度調整して（約１２０℃）導
入して実施した。初期の段階においては、水素が容器内
の水素吸蔵合金に吸蔵されているために、オフガスは不
純物が濃縮されたガスとなって出てくるが、やがて該合
金による水素吸蔵が飽和に達する。その間オフガスには
ＣＯが実質上含まれないのでそのままＰＥＦＣの燃料極
に供給した。
【００２７】該合金による水素吸蔵が飽和に達した後
も、フッ化処理水素吸蔵合金のメタネーション触媒作用
によりＣＯが除去され、尚且つ水素濃度がほぼＣＯ変成
器出口の水素濃度と同じガスが放出されるので、そのま
まＰＥＦＣの燃料極に供給した。この場合、フッ化処理
水素吸蔵合金の温度を一定に保つだけで、バルブ制御等
が必要でないので非常にシンプルな形になる。また、フ
ッ化処理水素吸蔵合金には水素が貯蔵され、改質器の初
期起動時にその温度が低く改質器から水素が供給されな
い時は、この水素吸蔵合金から水素を供給することがで
きるので、燃料電池は改質器の温度が低い時も発電する
ことができる。
も、フッ化処理水素吸蔵合金のメタネーション触媒作用
によりＣＯが除去され、尚且つ水素濃度がほぼＣＯ変成
器出口の水素濃度と同じガスが放出されるので、そのま
まＰＥＦＣの燃料極に供給した。この場合、フッ化処理
水素吸蔵合金の温度を一定に保つだけで、バルブ制御等
が必要でないので非常にシンプルな形になる。また、フ
ッ化処理水素吸蔵合金には水素が貯蔵され、改質器の初
期起動時にその温度が低く改質器から水素が供給されな
い時は、この水素吸蔵合金から水素を供給することがで
きるので、燃料電池は改質器の温度が低い時も発電する
ことができる。
【００２８】《実施例３》図７は、本実施例３で用いた
装置の概略を示す図である。燃料電池としてＰＥＦＣを
用いた。２基の容器中に前記製造例で得たフッ化処理水
素吸蔵合金をフッ化処理水素吸蔵合金ー１及びフッ化処
理水素吸蔵合金ー２として各１００ｇ充填し、交互に切
り換えて実施した。水素含有ガスとして改質器、ＣＯ変
成器を経て得られた改質ガスを用い、温度調整して（約
１２０℃）導入した。改質ガスには水素のほか、ＣＯ、
ＣＯ2、ＣＨ4等が含まれているが、吸蔵過程のフッ化処
理水素吸蔵合金ー１では水素を吸蔵するとともに、フッ
化処理水素吸蔵合金によるメタネーション触媒作用によ
りＣＯがＣＨ4 へ変えられる。この吸蔵過程でオフガス
が出るが、オフガスにもＣＯは含まれていないため、そ
のまま燃料電池の燃料極へ供給することができる。
装置の概略を示す図である。燃料電池としてＰＥＦＣを
用いた。２基の容器中に前記製造例で得たフッ化処理水
素吸蔵合金をフッ化処理水素吸蔵合金ー１及びフッ化処
理水素吸蔵合金ー２として各１００ｇ充填し、交互に切
り換えて実施した。水素含有ガスとして改質器、ＣＯ変
成器を経て得られた改質ガスを用い、温度調整して（約
１２０℃）導入した。改質ガスには水素のほか、ＣＯ、
ＣＯ2、ＣＨ4等が含まれているが、吸蔵過程のフッ化処
理水素吸蔵合金ー１では水素を吸蔵するとともに、フッ
化処理水素吸蔵合金によるメタネーション触媒作用によ
りＣＯがＣＨ4 へ変えられる。この吸蔵過程でオフガス
が出るが、オフガスにもＣＯは含まれていないため、そ
のまま燃料電池の燃料極へ供給することができる。
【００２９】一方、放出過程のフッ化処理水素吸蔵合金
ー２では、前段の吸蔵過程で吸蔵した水素を放出した。
放出水素にはＣＯは含まれず、主成分である水素のほ
か、微量のＣＯ2やメタネーション反応で生成したＣＨ4
が含まれているが、これらは燃料電池の性能を低下させ
る成分ではないため、そのまま燃料電池の燃料極へ供給
することができる。この際、燃料電池のアノードからは
オフガスが排出されるが、これらには少量の水素、ＣＨ
4 等の可燃ガスが含まれているため、改質器のバーナ燃
焼用の燃料として使用した。水素吸蔵合金からの水素放
出量は容易に変動できるので、このように、フッ化処理
水素吸蔵合金を充填した容器を２基あるいはそれ以上配
置することにより、燃料電池の負荷変動等に対応するこ
とができる。
ー２では、前段の吸蔵過程で吸蔵した水素を放出した。
放出水素にはＣＯは含まれず、主成分である水素のほ
か、微量のＣＯ2やメタネーション反応で生成したＣＨ4
が含まれているが、これらは燃料電池の性能を低下させ
る成分ではないため、そのまま燃料電池の燃料極へ供給
することができる。この際、燃料電池のアノードからは
オフガスが排出されるが、これらには少量の水素、ＣＨ
4 等の可燃ガスが含まれているため、改質器のバーナ燃
焼用の燃料として使用した。水素吸蔵合金からの水素放
出量は容易に変動できるので、このように、フッ化処理
水素吸蔵合金を充填した容器を２基あるいはそれ以上配
置することにより、燃料電池の負荷変動等に対応するこ
とができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、フッ化処理した水素吸
蔵合金のメタネーション触媒作用により、改質ガス等の
ＣＯを含む水素含有ガスからＣＯを有効に除去すること
ができるため、得られた水素含有ガスをそのまま燃料電
池用の燃料として利用することができる。しかも、オフ
ガスにもパージガスにもＣＯが含まれていないため、オ
フガスもパージガスも燃料電池用の燃料として利用する
ことができる。
蔵合金のメタネーション触媒作用により、改質ガス等の
ＣＯを含む水素含有ガスからＣＯを有効に除去すること
ができるため、得られた水素含有ガスをそのまま燃料電
池用の燃料として利用することができる。しかも、オフ
ガスにもパージガスにもＣＯが含まれていないため、オ
フガスもパージガスも燃料電池用の燃料として利用する
ことができる。
【図１】従来における、水蒸気改質法により得られる改
質ガスを燃料電池の燃料として用いる場合の概略を示す
図。
質ガスを燃料電池の燃料として用いる場合の概略を示す
図。
【図２】先に開発した、水素の精製に水素吸蔵合金を用
い、精製水素を燃料電池用燃料に用いる態様例を示す
図。
い、精製水素を燃料電池用燃料に用いる態様例を示す
図。
【図３】本発明の態様例を示す図。
【図４】本発明の態様例を示す図。
【図５】実施例１で用いた試験装置の概略を示す図。
【図６】実施例２で用いた装置の概略を示す図。
【図７】実施例３で用いた装置の概略を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 真志 神奈川県横浜市鶴見区岸谷１ー３ー25ー 411 (72)発明者 青野 文昭 東京都大田区山王二丁目５番13号 株式会 社ベンカン内 (72)発明者 田端 寿晴 東京都大田区山王二丁目５番13号 株式会 社ベンカン内 (72)発明者 伊藤 秀明 北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 室 正彦 北海道室蘭市茶津町４番地 株式会社日本 製鋼所内 (72)発明者 寺尾 勝廣 東京都府中市日鋼町１番１ 株式会社日本 製鋼所内 Ｆターム(参考） 4G040 AA43 AA44 AA45 EA03 EA06 EB22 EB32 4H060 AA02 BB07 BB08 BB13 FF02 GG02 5H027 AA06 BA01 BA14 BA16 BA17
Claims (7)
- 【請求項１】ＣＯを含む水素含有ガスを、フッ化処理し
た水素吸蔵合金を充填した容器に通し、該フッ化処理し
た水素吸蔵合金のメタネーション触媒作用によりＣＯを
メタン化して除去した後、燃料電池の燃料極に供給する
ようにしてなることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】上記フッ化処理した水素吸蔵合金がフッ化
処理した希土類系水素吸蔵合金である請求項１に記載の
燃料電池システム。 - 【請求項３】上記フッ化処理した希土類系水素吸蔵合金
が、フッ素或いはフッ素含有化合物を含むガス、または
フッ素或いはフッ素含有化合物を含む液体で処理してな
る希土類系ＡＢ5型合金である請求項２に記載の燃料電
池システム。 - 【請求項４】上記希土類系ＡＢ5 型合金におけるＡサイ
トがＬａまたはＭｍで、ＢサイトがＮｉである請求項３
に記載の燃料電池システム。 - 【請求項５】上記希土類系ＡＢ5 型合金におけるＡサイ
トがＬａまたはＭｍで、Ｂサイトの一部がＡｌ、Ｍｎ、
Ｃｏの一種あるいは二種以上で置換されたものである請
求項３に記載の燃料電池システム。 - 【請求項６】上記ＣＯを含む水素含有ガスが、炭化水素
ガスの水蒸気改質法で生成された改質ガスである請求項
１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 【請求項７】上記ＣＯを含む水素含有ガスが、炭化水素
ガスの部分燃焼改質法で生成された改質ガスである請求
項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29159099A JP2001110438A (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 水素吸蔵合金を用いた燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29159099A JP2001110438A (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 水素吸蔵合金を用いた燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001110438A true JP2001110438A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17770922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29159099A Pending JP2001110438A (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 水素吸蔵合金を用いた燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001110438A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006261030A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2006260874A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池発電装置用燃料ガス供給装置 |
-
1999
- 1999-10-13 JP JP29159099A patent/JP2001110438A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260874A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池発電装置用燃料ガス供給装置 |
| JP2006261030A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料電池発電システム |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060123 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090610 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090616 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091020 |