JP2001118594A - 水素分離膜を用いた燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents
水素分離膜を用いた燃料電池システム及びその制御方法Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 燃料電池システムの停止時に、不活性ガスを
用いずに、水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内
の水素を確実且つ簡便に除去でき、電池構成要素の劣化
を引き起こす両極間の圧力差の発生を抑制できる水素分
離膜を用いた燃料電池システム及びその制御方法。 【解決手段】 燃料と空気から改質ガスを生成する改質
器１０と、改質ガスから水素のみを分離する水素分離膜
２０と、水素分離膜から精製された水素を燃料電池３０
に供給する水素供給ライン２４と、改質器に空気を供給
する空気供給ライン１６と、燃料電池に酸素又は空気を
供給する酸素供給ライン１８と、水素分離膜及び燃料電
池の排気ライン２６，３２に接続された燃焼器４０を備
え、燃料電池システムの停止時に、改質器への燃料の供
給を停止し、水素供給ラインの開閉弁５４を閉弁し、水
素分離膜の改質ガス側２１に空気を導入して、水素分離
膜の改質ガス側及び透過側２２の水素を除去する。
用いずに、水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内
の水素を確実且つ簡便に除去でき、電池構成要素の劣化
を引き起こす両極間の圧力差の発生を抑制できる水素分
離膜を用いた燃料電池システム及びその制御方法。 【解決手段】 燃料と空気から改質ガスを生成する改質
器１０と、改質ガスから水素のみを分離する水素分離膜
２０と、水素分離膜から精製された水素を燃料電池３０
に供給する水素供給ライン２４と、改質器に空気を供給
する空気供給ライン１６と、燃料電池に酸素又は空気を
供給する酸素供給ライン１８と、水素分離膜及び燃料電
池の排気ライン２６，３２に接続された燃焼器４０を備
え、燃料電池システムの停止時に、改質器への燃料の供
給を停止し、水素供給ラインの開閉弁５４を閉弁し、水
素分離膜の改質ガス側２１に空気を導入して、水素分離
膜の改質ガス側及び透過側２２の水素を除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、水素分離膜を用
いた燃料電池システム及びその制御方法に関する。
いた燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 現在、開発が進められている燃料電池
システムは、水素と、酸素又は空気とを反応させて発電
する固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）が主に用
いられており、通常、燃料電池システムの停止と同時
に、燃料電池の発電が停止することが求められている。
また、固体高分子電解質型燃料電池の場合、１モルのＨ
2と１／２モルのＯ2とが反応して１モルのＨ2Ｏが生成
する。これにより、燃料電池の酸化極側の空気（酸素）
と比較して、燃料電池の燃料極側の水素の消費量が大き
くなり、燃料電池システムの停止時に、燃料極側の圧力
が相対的に大きく低下するため、電解質層を挟む燃料極
側と酸化極側との間に大きな圧力差が発生し、燃料電池
の電池構成要素が劣化してしまうという問題点があっ
た。
システムは、水素と、酸素又は空気とを反応させて発電
する固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）が主に用
いられており、通常、燃料電池システムの停止と同時
に、燃料電池の発電が停止することが求められている。
また、固体高分子電解質型燃料電池の場合、１モルのＨ
2と１／２モルのＯ2とが反応して１モルのＨ2Ｏが生成
する。これにより、燃料電池の酸化極側の空気（酸素）
と比較して、燃料電池の燃料極側の水素の消費量が大き
くなり、燃料電池システムの停止時に、燃料極側の圧力
が相対的に大きく低下するため、電解質層を挟む燃料極
側と酸化極側との間に大きな圧力差が発生し、燃料電池
の電池構成要素が劣化してしまうという問題点があっ
た。
【０００３】 これらの点を解消するため、例えば、特
開平７−２７２７４０号公報では、燃料電池システム停
止時に、燃料電池内の反応ガス（主に、水素）を不活性
ガス（例えば、Ｎ2等）や反応済空気で置換することが
開示されており、また、特開平１１−１１１３１９号公
報では、不活性ガスの浪費を防止するため、不活性ガス
による置換完了を温度センサーで検知するシステムが開
示されている。
開平７−２７２７４０号公報では、燃料電池システム停
止時に、燃料電池内の反応ガス（主に、水素）を不活性
ガス（例えば、Ｎ2等）や反応済空気で置換することが
開示されており、また、特開平１１−１１１３１９号公
報では、不活性ガスの浪費を防止するため、不活性ガス
による置換完了を温度センサーで検知するシステムが開
示されている。
【０００４】 また、上記燃料電池で用いる反応ガス
は、主成分である水素の濃度が高ければ、高いほど燃料
電池の発電効率を向上させることができるだけでなく、
被毒作用があるＣＯを除去するため、特開平４−１２１
９７３号公報のように、改質ガスを水素分離膜を用いて
精製、ＣＯ除去した純水素ガスを燃料電池へ供給するシ
ステムが開示されている。
は、主成分である水素の濃度が高ければ、高いほど燃料
電池の発電効率を向上させることができるだけでなく、
被毒作用があるＣＯを除去するため、特開平４−１２１
９７３号公報のように、改質ガスを水素分離膜を用いて
精製、ＣＯ除去した純水素ガスを燃料電池へ供給するシ
ステムが開示されている。
【０００５】 しかしながら、燃料電池システムに水素
分離膜を適用した場合、水素雰囲気下で降温すると、水
素分離膜が劣化してしまうため、燃料電池システム停止
時に、水素分離膜内から水素を除去する必要があった。
このため、従来の燃料電池システム（特開平７−２７２
７４０号公報及び特開平１１−１１１３１９号公報参
照）に水素分離膜を組み込む場合、水素分離膜の改質ガ
ス側と透過側の両方から水素を除去しなければならない
ため、燃料電池システムが煩雑になり、コストも高くな
るという問題点があった。また、特開平４−１２１９７
３号公報では、燃料電池システムの停止と同時に、燃料
電池の発電を停止させることについて十分考慮がなされ
ていなかった。
分離膜を適用した場合、水素雰囲気下で降温すると、水
素分離膜が劣化してしまうため、燃料電池システム停止
時に、水素分離膜内から水素を除去する必要があった。
このため、従来の燃料電池システム（特開平７−２７２
７４０号公報及び特開平１１−１１１３１９号公報参
照）に水素分離膜を組み込む場合、水素分離膜の改質ガ
ス側と透過側の両方から水素を除去しなければならない
ため、燃料電池システムが煩雑になり、コストも高くな
るという問題点があった。また、特開平４−１２１９７
３号公報では、燃料電池システムの停止と同時に、燃料
電池の発電を停止させることについて十分考慮がなされ
ていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、かかる状
況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、燃料電池システムの停止時に、不活性ガスを用いる
ことなく、水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内
の水素を確実且つ簡便に除去することができるととも
に、燃料電池の電池構成要素の劣化を引き起こす燃料電
池の両極間の圧力差の発生を抑制することができる水素
分離膜を用いた燃料電池システム及びその制御方法を提
供することにある。
況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、燃料電池システムの停止時に、不活性ガスを用いる
ことなく、水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内
の水素を確実且つ簡便に除去することができるととも
に、燃料電池の電池構成要素の劣化を引き起こす燃料電
池の両極間の圧力差の発生を抑制することができる水素
分離膜を用いた燃料電池システム及びその制御方法を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、水素と酸素又は空気とを反応させることにより発電
する燃料電池システムであって、燃料と空気から改質ガ
スを生成する改質器と、該改質器により生成された改質
ガスから水素のみを分離する水素分離膜と、該水素分離
膜から精製された水素を燃料電池に供給する水素供給ラ
インと、改質器に空気を供給する空気供給ラインと、燃
料電池に酸素又は空気を供給する酸素供給ラインと、水
素分離膜及び燃料電池の排気ラインに接続された燃焼器
とを備え、燃料電池システムの停止時に、改質器への燃
料の供給を停止するとともに、水素供給ラインの開閉弁
を閉弁し、水素分離膜の改質ガス側に空気を導入するこ
とにより、水素分離膜の改質ガス側及び透過側の水素を
除去することを特徴とする燃料電池システムが提供され
る。このとき、水素分離膜の透過側の水素は、水素分離
膜の改質ガス側に逆透過させることが好ましい。
ば、水素と酸素又は空気とを反応させることにより発電
する燃料電池システムであって、燃料と空気から改質ガ
スを生成する改質器と、該改質器により生成された改質
ガスから水素のみを分離する水素分離膜と、該水素分離
膜から精製された水素を燃料電池に供給する水素供給ラ
インと、改質器に空気を供給する空気供給ラインと、燃
料電池に酸素又は空気を供給する酸素供給ラインと、水
素分離膜及び燃料電池の排気ラインに接続された燃焼器
とを備え、燃料電池システムの停止時に、改質器への燃
料の供給を停止するとともに、水素供給ラインの開閉弁
を閉弁し、水素分離膜の改質ガス側に空気を導入するこ
とにより、水素分離膜の改質ガス側及び透過側の水素を
除去することを特徴とする燃料電池システムが提供され
る。このとき、水素分離膜の透過側の水素は、水素分離
膜の改質ガス側に逆透過させることが好ましい。
【０００８】 尚、本発明では、燃料電池内の水素を、
燃料電池システム停止時に、空気で置換することが好ま
しく、燃料電池の燃料極側と酸素極側との圧力を、ほぼ
等しくなるようにすることが好ましい。
燃料電池システム停止時に、空気で置換することが好ま
しく、燃料電池の燃料極側と酸素極側との圧力を、ほぼ
等しくなるようにすることが好ましい。
【０００９】 また、本発明によれば、水素と酸素又は
空気とを反応させることにより発電する水素分離膜を用
いた燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池シ
ステムの停止時に、水素分離膜の改質ガス側に空気を導
入し、水素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質ガ
ス側に逆透過させることにより、水素分離膜内の水素を
除去することを特徴とする燃料電池システムの制御方法
が提供される。
空気とを反応させることにより発電する水素分離膜を用
いた燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池シ
ステムの停止時に、水素分離膜の改質ガス側に空気を導
入し、水素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質ガ
ス側に逆透過させることにより、水素分離膜内の水素を
除去することを特徴とする燃料電池システムの制御方法
が提供される。
【００１０】 更に、本発明によれば、水素と酸素又は
空気とを反応させることにより発電する水素分離膜を用
いた燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池シ
ステムの停止時に、燃料電池内の水素を空気で置換する
とともに、水素分離膜の改質ガス側に空気を導入し、水
素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質ガス側に逆
透過させることにより、水素分離膜内の水素を除去する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法が提供さ
れる。このとき、本発明では、燃料電池の燃料極側と酸
素極側との圧力を、ほぼ等しくなるように制御すること
が好ましい。
空気とを反応させることにより発電する水素分離膜を用
いた燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池シ
ステムの停止時に、燃料電池内の水素を空気で置換する
とともに、水素分離膜の改質ガス側に空気を導入し、水
素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質ガス側に逆
透過させることにより、水素分離膜内の水素を除去する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法が提供さ
れる。このとき、本発明では、燃料電池の燃料極側と酸
素極側との圧力を、ほぼ等しくなるように制御すること
が好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】 本発明の燃料電池システムは、
燃料電池システムの停止時に、改質器への燃料の供給を
停止するとともに、水素供給ラインの開閉弁を閉弁し、
水素分離膜の改質ガス側に空気を導入することにより、
水素分離膜の改質ガス側及び透過側の水素を除去するも
のである。これにより、燃料電池システムの停止時に、
水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内の水素を確
実且つ簡便に除去することができるとともに、不活性ガ
スを用いることなく、燃料電池の電池構成要素の劣化を
引き起こす燃料電池の両極間の圧力差の発生を抑制する
ことができる。
燃料電池システムの停止時に、改質器への燃料の供給を
停止するとともに、水素供給ラインの開閉弁を閉弁し、
水素分離膜の改質ガス側に空気を導入することにより、
水素分離膜の改質ガス側及び透過側の水素を除去するも
のである。これにより、燃料電池システムの停止時に、
水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内の水素を確
実且つ簡便に除去することができるとともに、不活性ガ
スを用いることなく、燃料電池の電池構成要素の劣化を
引き起こす燃料電池の両極間の圧力差の発生を抑制する
ことができる。
【００１２】 ここで、本発明の燃料電池システムの主
な特徴は、水素分離膜内の水素を除去する際に、水素分
離膜の改質ガス側に残存する水素を空気で置換すること
により、水素分離膜の改質ガス側の水素分圧を低下さ
せ、水素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質ガス
側に逆透過させることにある。これにより、水素分離膜
の透過側にパージラインを設けることなく、水素分離膜
の改質ガス側に空気を導入するだけで、降温時における
水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内の水素を確
実且つ簡便に除去することができる。
な特徴は、水素分離膜内の水素を除去する際に、水素分
離膜の改質ガス側に残存する水素を空気で置換すること
により、水素分離膜の改質ガス側の水素分圧を低下さ
せ、水素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質ガス
側に逆透過させることにある。これにより、水素分離膜
の透過側にパージラインを設けることなく、水素分離膜
の改質ガス側に空気を導入するだけで、降温時における
水素分離膜の劣化の原因となる水素分離膜内の水素を確
実且つ簡便に除去することができる。
【００１３】 また、本発明の燃料電池システムは、燃
料電池システム停止時に、燃料電池内の水素を空気で置
換することが好ましい。これにより、燃料電池システム
停止時に、燃料電池の発電を直ちに停止することができ
るだけでなく、燃料電池の電池構成要素の劣化を引き起
こす燃料電池の両極（燃料極と酸化極）間の圧力差の発
生を抑制することができる。尚、燃料電池の燃料極側と
酸素極側との圧力は、ほぼ等しくなるように制御するこ
とが好ましい。
料電池システム停止時に、燃料電池内の水素を空気で置
換することが好ましい。これにより、燃料電池システム
停止時に、燃料電池の発電を直ちに停止することができ
るだけでなく、燃料電池の電池構成要素の劣化を引き起
こす燃料電池の両極（燃料極と酸化極）間の圧力差の発
生を抑制することができる。尚、燃料電池の燃料極側と
酸素極側との圧力は、ほぼ等しくなるように制御するこ
とが好ましい。
【００１４】 更に、本発明の燃料電池システムは、置
換用ガスとして、不活性ガスの代わりに空気を用いるこ
とが好ましい。これにより、不活性ガスを貯蔵するボン
ベが不要であるため、燃料電池システムの軽量化及びラ
ンニングコストの低減に寄与することができる。
換用ガスとして、不活性ガスの代わりに空気を用いるこ
とが好ましい。これにより、不活性ガスを貯蔵するボン
ベが不要であるため、燃料電池システムの軽量化及びラ
ンニングコストの低減に寄与することができる。
【００１５】 以下、図面に基づき本発明を更に詳細に
説明する。図１は、本発明の燃料電池システムの一例を
示した概略構成図である。本発明の燃料電池システムの
一例は、図１に示すように、燃料と空気から改質ガスを
生成する改質器１０と、改質器１０により生成された改
質ガスから水素のみを分離する水素分離膜２０と、水素
分離膜２０から精製された水素を燃料電池３０に供給す
る水素供給ライン２４と、改質器１０及び燃料電池３０
に空気を供給する空気供給ライン１６，１８と、水素分
離膜２０及び燃料電池３０の排気ライン２６，３２に接
続された燃焼器４０とを備えたものである。尚、燃焼器
４０は、改質燃料と空気との燃焼雰囲気中に、改質器１
０、水素分離膜２０及び燃料電池３０からの排気ガスを
導入することにより、排気ガス中の余剰な水素や酸素等
を処理するものである。また、燃焼器４０への改質燃料
供給ライン１４は、必ずしも必要でなく、排気ライン２
６から供給される改質ガスの未透過ガスの燃焼により改
質器１０の運転温度が保持されれば問題ない。
説明する。図１は、本発明の燃料電池システムの一例を
示した概略構成図である。本発明の燃料電池システムの
一例は、図１に示すように、燃料と空気から改質ガスを
生成する改質器１０と、改質器１０により生成された改
質ガスから水素のみを分離する水素分離膜２０と、水素
分離膜２０から精製された水素を燃料電池３０に供給す
る水素供給ライン２４と、改質器１０及び燃料電池３０
に空気を供給する空気供給ライン１６，１８と、水素分
離膜２０及び燃料電池３０の排気ライン２６，３２に接
続された燃焼器４０とを備えたものである。尚、燃焼器
４０は、改質燃料と空気との燃焼雰囲気中に、改質器１
０、水素分離膜２０及び燃料電池３０からの排気ガスを
導入することにより、排気ガス中の余剰な水素や酸素等
を処理するものである。また、燃焼器４０への改質燃料
供給ライン１４は、必ずしも必要でなく、排気ライン２
６から供給される改質ガスの未透過ガスの燃焼により改
質器１０の運転温度が保持されれば問題ない。
【００１６】 ここで、上記に示す燃料電池システム
は、燃料電池システムを停止させる場合、以下のような
手順で行なわれる。まず、燃料供給ライン１２の第１開
閉弁５０を閉弁し、改質器１０への燃料供給を停止する
と同時に、水素供給ライン２４の第５開閉弁５４を閉弁
し、燃料電池３０への水素供給を停止する。
は、燃料電池システムを停止させる場合、以下のような
手順で行なわれる。まず、燃料供給ライン１２の第１開
閉弁５０を閉弁し、改質器１０への燃料供給を停止する
と同時に、水素供給ライン２４の第５開閉弁５４を閉弁
し、燃料電池３０への水素供給を停止する。
【００１７】 次に、第４開閉弁５３と第６開閉弁５５
を開弁し、改質器１０内及び水素分離膜２０の改質ガス
側２１に空気を導入し、改質器１０内の改質ガス、水素
分離膜２０内及び燃料電池３０内の水素を空気で置換す
ることにより、改質器１０及び燃料電池３０の機能を停
止させる。このとき、水素分離膜２０の改質ガス側２１
の水素分圧の低下により、水素分離膜２０の透過側２２
の水素は、水素分離膜２０の改質ガス側２１へ逆透過す
るため、水素分離膜２０内の水素を実質０に近い水素分
圧まで除去することができる。尚、改質器１０、水素分
離膜２０及び燃料電池３０から排出された排気ガスは、
燃焼器４０で燃焼処理された後、系外に排出される。
を開弁し、改質器１０内及び水素分離膜２０の改質ガス
側２１に空気を導入し、改質器１０内の改質ガス、水素
分離膜２０内及び燃料電池３０内の水素を空気で置換す
ることにより、改質器１０及び燃料電池３０の機能を停
止させる。このとき、水素分離膜２０の改質ガス側２１
の水素分圧の低下により、水素分離膜２０の透過側２２
の水素は、水素分離膜２０の改質ガス側２１へ逆透過す
るため、水素分離膜２０内の水素を実質０に近い水素分
圧まで除去することができる。尚、改質器１０、水素分
離膜２０及び燃料電池３０から排出された排気ガスは、
燃焼器４０で燃焼処理された後、系外に排出される。
【００１８】 最後に、第４開閉弁５３、第６開閉弁５
５及び第７開閉弁５６を閉弁した後、改質燃料供給ライ
ン１４の第２開閉弁５１と空気供給ライン１６の第３開
閉弁５２を閉弁し、燃焼器４０を停止させ、燃料電池シ
ステムを降温させる。
５及び第７開閉弁５６を閉弁した後、改質燃料供給ライ
ン１４の第２開閉弁５１と空気供給ライン１６の第３開
閉弁５２を閉弁し、燃焼器４０を停止させ、燃料電池シ
ステムを降温させる。
【００１９】 尚、それぞれの開閉弁５０〜５６、燃料
供給ライン１２に接続された燃料ポンプ（図示せず）、
改質燃料供給ライン１４に接続された改質燃料ポンプ
（図示せず）及び空気供給ライン１６，１８に接続され
たコンプレッサ（図示せず）は、電気的に接続され、こ
れらの動作が制御手段（図示せず）でコントロールされ
ている。
供給ライン１２に接続された燃料ポンプ（図示せず）、
改質燃料供給ライン１４に接続された改質燃料ポンプ
（図示せず）及び空気供給ライン１６，１８に接続され
たコンプレッサ（図示せず）は、電気的に接続され、こ
れらの動作が制御手段（図示せず）でコントロールされ
ている。
【００２０】
【実施例】 以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるも
のではない。 （実施例）本発明の燃料電池システムにおける水素分離
膜内の水素除去方法を検証するため、図２に示す装置を
用いて実験を行った。反応管６４（ステンレス製、内容
積：０．５ｌ）に水素分離膜６０を設置した後、反応管
６４を電気炉６２で４００℃に加熱した。次に、バルブ
Ｖ１を開け、マスフローコントローラＭ１を用いて、８
気圧（ゲージ圧）、６ｌ／ｍｉｎのメタノール改質模擬
ガス（水素：６５％、二酸化炭素：２３％、一酸化炭
素：２％、水蒸気１０％）を反応器６４内に供給した。
尚、供給ガスラインは、水蒸気が凝縮しないように、リ
ボンヒーターにて１３０℃に加熱した。
に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるも
のではない。 （実施例）本発明の燃料電池システムにおける水素分離
膜内の水素除去方法を検証するため、図２に示す装置を
用いて実験を行った。反応管６４（ステンレス製、内容
積：０．５ｌ）に水素分離膜６０を設置した後、反応管
６４を電気炉６２で４００℃に加熱した。次に、バルブ
Ｖ１を開け、マスフローコントローラＭ１を用いて、８
気圧（ゲージ圧）、６ｌ／ｍｉｎのメタノール改質模擬
ガス（水素：６５％、二酸化炭素：２３％、一酸化炭
素：２％、水蒸気１０％）を反応器６４内に供給した。
尚、供給ガスラインは、水蒸気が凝縮しないように、リ
ボンヒーターにて１３０℃に加熱した。
【００２１】 このとき、透過水素量は、流量計Ｍ３で
測定した結果、３ｌ／ｍｉｎであり、水素回収率は、８
０％であった。尚、上記測定時は、バルブＶ１，Ｖ３，
Ｖ４が開放状態であった。
測定した結果、３ｌ／ｍｉｎであり、水素回収率は、８
０％であった。尚、上記測定時は、バルブＶ１，Ｖ３，
Ｖ４が開放状態であった。
【００２２】 更に、図２に示す装置を上記の実験条件
で１時間運転した後、バルブＶ４を開けた状態で、バル
ブＶ１，Ｖ３を閉じ、バルブＶ２を開けて、空気をゲー
ジ圧：０．２気圧、マスフローコントローラＭ２で１０
ｌ／ｍｉｎで反応器６４内に導入した。このとき、反応
管６４内に空気を導入すると、圧力計Ｐが示すように、
水素分離膜６０の透過側の圧力が下がり始め、１ｍｉｎ
以内に絶対圧でほとんど０気圧となった。
で１時間運転した後、バルブＶ４を開けた状態で、バル
ブＶ１，Ｖ３を閉じ、バルブＶ２を開けて、空気をゲー
ジ圧：０．２気圧、マスフローコントローラＭ２で１０
ｌ／ｍｉｎで反応器６４内に導入した。このとき、反応
管６４内に空気を導入すると、圧力計Ｐが示すように、
水素分離膜６０の透過側の圧力が下がり始め、１ｍｉｎ
以内に絶対圧でほとんど０気圧となった。
【００２３】 以上のことから、水素分離膜６０内の水
素除去は、水素分離膜６０の改質ガス側の水素分圧を著
しく低下させ、水素分離膜６０の透過側に大気圧で残存
していた水素ガス（濃度：ほぼ９９％以上）を水素分離
膜６０の改質ガス側に逆透過させることにより行われて
いることを確認した。尚、上記水素分離膜は、外径：１
７ｍｍ、長さ：１００ｍｍのアルミナ多孔質基体（細孔
径：０．６μｍ）の表面に、メッキ法で５μｍのＰｄ薄
膜を成膜したものを用いた。
素除去は、水素分離膜６０の改質ガス側の水素分圧を著
しく低下させ、水素分離膜６０の透過側に大気圧で残存
していた水素ガス（濃度：ほぼ９９％以上）を水素分離
膜６０の改質ガス側に逆透過させることにより行われて
いることを確認した。尚、上記水素分離膜は、外径：１
７ｍｍ、長さ：１００ｍｍのアルミナ多孔質基体（細孔
径：０．６μｍ）の表面に、メッキ法で５μｍのＰｄ薄
膜を成膜したものを用いた。
【００２４】
【発明の効果】 本発明の燃料電池システム及びその制
御方法は、燃料電池システムの停止時に、不活性ガスを
用いることなく、水素分離膜の劣化の原因となる水素分
離膜内の水素を確実且つ簡便に除去することができると
ともに、燃料電池の電池構成要素の劣化を引き起こす燃
料電池の両極間の圧力差の発生を抑制することができ
る。
御方法は、燃料電池システムの停止時に、不活性ガスを
用いることなく、水素分離膜の劣化の原因となる水素分
離膜内の水素を確実且つ簡便に除去することができると
ともに、燃料電池の電池構成要素の劣化を引き起こす燃
料電池の両極間の圧力差の発生を抑制することができ
る。
【図１】 本発明の燃料電池システムの一例を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図２】 本発明の燃料電池システムにおける水素分離
膜内の水素除去実験装置の一例を示す概略模式図であ
る。
膜内の水素除去実験装置の一例を示す概略模式図であ
る。
１０…改質器、１２…燃料供給ライン、１４…改質燃料
供給ライン、１６…空気供給ライン，１８…空気供給ラ
イン（酸素供給ライン）、２０…水素分離膜、２１…改
質ガス側（水素分離膜）、２２…透過側（水素分離
膜）、２４…水素供給ライン、２６…排気ライン、３０
…燃料電池、３２…排気ライン、４０…燃焼器、５０…
第１開閉弁、５１…第２開閉弁、５２…第３開閉弁、５
３…第４開閉弁、５４…第５開閉弁、５５…第６開閉
弁、５６…第７開閉弁、６０…水素分離膜、６２…電気
炉、６４…反応管、Ｖ１〜Ｖ４…バルブ、Ｍ１〜Ｍ２…
マスフローコントローラ、Ｍ３…流量計、Ｐ…圧力計。
供給ライン、１６…空気供給ライン，１８…空気供給ラ
イン（酸素供給ライン）、２０…水素分離膜、２１…改
質ガス側（水素分離膜）、２２…透過側（水素分離
膜）、２４…水素供給ライン、２６…排気ライン、３０
…燃料電池、３２…排気ライン、４０…燃焼器、５０…
第１開閉弁、５１…第２開閉弁、５２…第３開閉弁、５
３…第４開閉弁、５４…第５開閉弁、５５…第６開閉
弁、５６…第７開閉弁、６０…水素分離膜、６２…電気
炉、６４…反応管、Ｖ１〜Ｖ４…バルブ、Ｍ１〜Ｍ２…
マスフローコントローラ、Ｍ３…流量計、Ｐ…圧力計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA28 JA02Z KA12 KA31 KB30 KE06R MA02 MA10 MA22 MB04 MC02X MC03X PB18 PB66 PC01 5H027 AA02 BA01 BA20 BE07
Claims (7)
- 【請求項１】 水素と酸素又は空気とを反応させること
により発電する燃料電池システムであって、 燃料と空気から改質ガスを生成する改質器と、 該改質器により生成された改質ガスから水素のみを分離
する水素分離膜と、 該水素分離膜から精製された水素を燃料電池に供給する
水素供給ラインと、 改質器に空気を供給する空気供給ラインと、 燃料電池に酸素又は空気を供給する酸素供給ラインと、 水素分離膜及び燃料電池の排気ラインに接続された燃焼
器と、を備え、燃料電池システムの停止時に、改質器へ
の燃料の供給を停止するとともに、水素供給ラインの開
閉弁を閉弁し、水素分離膜の改質ガス側に空気を導入す
ることにより、水素分離膜の改質ガス側及び透過側の水
素を除去することを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 水素分離膜の透過側の水素を、水素分離
膜の改質ガス側に逆透過させる請求項１に記載の燃料電
池システム。 - 【請求項３】 燃料電池内の水素を、燃料電池システム
停止時に、空気で置換する請求項１又は２に記載の燃料
電池システム。 - 【請求項４】 燃料電池の燃料極側と酸素極側との圧力
を、ほぼ等しくなるようにした請求項３に記載の燃料電
池システム。 - 【請求項５】 水素と酸素又は空気とを反応させること
により発電する水素分離膜を用いた燃料電池システムの
制御方法であって、 燃料電池システムの停止時に、水素分離膜の改質ガス側
に空気を導入し、水素分離膜の透過側の水素を水素分離
膜の改質ガス側に逆透過させることにより、水素分離膜
内の水素を除去することを特徴とする燃料電池システム
の制御方法。 - 【請求項６】 水素と酸素又は空気とを反応させること
により発電する水素分離膜を用いた燃料電池システムの
制御方法であって、 燃料電池システムの停止時に、燃料電池内の水素を空気
で置換するとともに、水素分離膜の改質ガス側に空気を
導入し、水素分離膜の透過側の水素を水素分離膜の改質
ガス側に逆透過させることにより、水素分離膜内の水素
を除去することを特徴とする燃料電池システムの制御方
法。 - 【請求項７】 燃料電池の燃料極側と酸素極側との圧力
を、ほぼ等しくなるように制御した請求項６に記載の燃
料電池システムの制御方法。
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|---|---|---|---|
| JP29682399A JP4519225B2 (ja) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
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|---|---|---|---|
| JP29682399A JP4519225B2 (ja) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001118594A true JP2001118594A (ja) | 2001-04-27 |
| JP4519225B2 JP4519225B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=17838627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29682399A Expired - Lifetime JP4519225B2 (ja) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003095608A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Toyota Motor Corp | 水素分離膜を備える水素生成装置の起動方法 |
| JP2004259535A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池スタック |
| US7501195B2 (en) | 2003-04-28 | 2009-03-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive control of power system including fuel cells |
| US7691504B2 (en) | 2006-10-27 | 2010-04-06 | Hyundai Motor Company | Anode side hydrogen/oxygen interface formation inhibition structure of a fuel cell vehicle |
| US8221923B2 (en) | 2003-12-19 | 2012-07-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Stop method for fuel cell system and fuel cell system |
| WO2013039092A1 (ja) | 2011-09-13 | 2013-03-21 | 日立金属株式会社 | 水素分離装置及びその運転方法 |
| US10062916B2 (en) | 2014-12-09 | 2018-08-28 | Hyundai Motor Company | Control method and system of fuel cell system |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6217001A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-26 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 水素ガス精製装置 |
| JPS6481177A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-27 | Hitachi Ltd | Fuel cell plant |
| JPH0218870A (ja) * | 1988-07-06 | 1990-01-23 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の運転停止方法 |
| JPH05147902A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素製造方法 |
| JPH05193903A (ja) * | 1992-01-21 | 1993-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水蒸気改質反応器 |
| JPH0757758A (ja) * | 1993-08-19 | 1995-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池システム |
| JPH07315801A (ja) * | 1994-05-23 | 1995-12-05 | Ngk Insulators Ltd | 高純度水素製造システム、高純度水素の製造方法及び燃料電池システム |
| JPH08241726A (ja) * | 1995-03-01 | 1996-09-17 | Toyota Motor Corp | 車両の燃料電池制御装置 |
| JPH1130694A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Hitachi Ltd | 水素ガス処理設備を備えた原子炉格納容器 |
| JP2000140584A (ja) * | 1998-11-16 | 2000-05-23 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | 水素分離膜の水素透過性能回復方法 |
| JP2001025629A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-01-30 | Nissan Motor Co Ltd | ガス分離装置 |
| JP2002518792A (ja) * | 1998-06-09 | 2002-06-25 | モービル・オイル・コーポレイション | 燃料電池に使用するための水素を供給する方法及びシステム |
-
1999
- 1999-10-19 JP JP29682399A patent/JP4519225B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6217001A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-26 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 水素ガス精製装置 |
| JPS6481177A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-27 | Hitachi Ltd | Fuel cell plant |
| JPH0218870A (ja) * | 1988-07-06 | 1990-01-23 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の運転停止方法 |
| JPH05147902A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素製造方法 |
| JPH05193903A (ja) * | 1992-01-21 | 1993-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水蒸気改質反応器 |
| JPH0757758A (ja) * | 1993-08-19 | 1995-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池システム |
| JPH07315801A (ja) * | 1994-05-23 | 1995-12-05 | Ngk Insulators Ltd | 高純度水素製造システム、高純度水素の製造方法及び燃料電池システム |
| JPH08241726A (ja) * | 1995-03-01 | 1996-09-17 | Toyota Motor Corp | 車両の燃料電池制御装置 |
| JPH1130694A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Hitachi Ltd | 水素ガス処理設備を備えた原子炉格納容器 |
| JP2002518792A (ja) * | 1998-06-09 | 2002-06-25 | モービル・オイル・コーポレイション | 燃料電池に使用するための水素を供給する方法及びシステム |
| JP2000140584A (ja) * | 1998-11-16 | 2000-05-23 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | 水素分離膜の水素透過性能回復方法 |
| JP2001025629A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-01-30 | Nissan Motor Co Ltd | ガス分離装置 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003095608A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Toyota Motor Corp | 水素分離膜を備える水素生成装置の起動方法 |
| JP2004259535A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP4561035B2 (ja) * | 2003-02-25 | 2010-10-13 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池システム |
| US7501195B2 (en) | 2003-04-28 | 2009-03-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive control of power system including fuel cells |
| DE102004020266B4 (de) * | 2003-04-28 | 2013-08-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Leistungssystem mit Brennstoffzellen und dessen Verwendung in einem mobilen Objekt |
| US8221923B2 (en) | 2003-12-19 | 2012-07-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Stop method for fuel cell system and fuel cell system |
| US7691504B2 (en) | 2006-10-27 | 2010-04-06 | Hyundai Motor Company | Anode side hydrogen/oxygen interface formation inhibition structure of a fuel cell vehicle |
| WO2013039092A1 (ja) | 2011-09-13 | 2013-03-21 | 日立金属株式会社 | 水素分離装置及びその運転方法 |
| US9260304B2 (en) | 2011-09-13 | 2016-02-16 | Hitachi Metals, Ltd. | Hydrogen separation device and method for operating same |
| US10062916B2 (en) | 2014-12-09 | 2018-08-28 | Hyundai Motor Company | Control method and system of fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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