JP2001297788A - 固体高分子型燃料電池装置 - Google Patents
固体高分子型燃料電池装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質器の加熱を電池から発生する未利用燃料
とともに燃料の一部を用いることによりエネルギー利用
の無駄を少なくする。 【解決手段】 燃料と水とを混合し加熱して水素を主体
とする改質ガスを生成する改質器１と、この改質ガスに
より発電し未利用燃料を排出する電池２と、を備え、こ
の未利用燃料を燃焼して改質器を加熱する固体高分子型
燃料電池装置において、燃料の一部を未利用燃料と共に
燃焼させ改質器１を加熱する。
とともに燃料の一部を用いることによりエネルギー利用
の無駄を少なくする。 【解決手段】 燃料と水とを混合し加熱して水素を主体
とする改質ガスを生成する改質器１と、この改質ガスに
より発電し未利用燃料を排出する電池２と、を備え、こ
の未利用燃料を燃焼して改質器を加熱する固体高分子型
燃料電池装置において、燃料の一部を未利用燃料と共に
燃焼させ改質器１を加熱する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質器の加熱に電
池から排出される未利用燃料とともに燃料の一部を用い
るようにした固体高分子型燃料電池装置に関する。
池から排出される未利用燃料とともに燃料の一部を用い
るようにした固体高分子型燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池装置は室温でも発
電でき、高い出力密度が得られることから、小型の定置
型，可搬電源や電気自動車用の電源として期待されてい
る。燃料電池は電池本体と、この電池本体に空気を供給
する装置と、水素を主とする改質ガスを供給する燃料処
理装置からなり、燃料としてメタノール、都市ガス、ナ
フサ等が用いられる。燃料処理装置は改質器、CO変成
器、水蒸気発生器、CO除去器から構成されている。
電でき、高い出力密度が得られることから、小型の定置
型，可搬電源や電気自動車用の電源として期待されてい
る。燃料電池は電池本体と、この電池本体に空気を供給
する装置と、水素を主とする改質ガスを供給する燃料処
理装置からなり、燃料としてメタノール、都市ガス、ナ
フサ等が用いられる。燃料処理装置は改質器、CO変成
器、水蒸気発生器、CO除去器から構成されている。
【０００３】図２は従来の燃料処理装置と電池との基本
的関係を示す図である。燃料処理装置には燃料と水が供
給され、電池から排出される未利用の水素を含む燃料排
ガスを燃焼して加熱し、触媒のもとで水素を主とする改
質ガスに改質する。電池はこの改質ガスから一酸化炭素
を除去した水素リッチガスと空気により電池反応を行
い、未利用の燃料が排出される。電池反応では通常、水
素の６〜７割が発電に利用され（つまり燃料利用率６０
〜７０%）、残った未利用の水素は未利用燃料として排
出され改質器で燃焼され改質反応に必要な熱量の供給、
および改質に必要な水蒸気の発生に消費される。
的関係を示す図である。燃料処理装置には燃料と水が供
給され、電池から排出される未利用の水素を含む燃料排
ガスを燃焼して加熱し、触媒のもとで水素を主とする改
質ガスに改質する。電池はこの改質ガスから一酸化炭素
を除去した水素リッチガスと空気により電池反応を行
い、未利用の燃料が排出される。電池反応では通常、水
素の６〜７割が発電に利用され（つまり燃料利用率６０
〜７０%）、残った未利用の水素は未利用燃料として排
出され改質器で燃焼され改質反応に必要な熱量の供給、
および改質に必要な水蒸気の発生に消費される。
【０００４】電池での燃料利用率を低く押さえるとセル
電圧が高く取れるため電池本体には有利になる。セル電
圧とは燃料電池の基本構成要素である１対の燃料極と空
気極（これをセルという）が発生する電圧で、０．７V
前後である。燃料電池はこのセルを多数積層して必要な
電圧を得るようになっている。従来の燃料電池では、図
２に示したように燃料の全てを燃料処理し燃料利用率を
低く（６０%程度）するようにし、電池から排出される
未利用燃料は改質器で燃焼し加熱に使用している。
電圧が高く取れるため電池本体には有利になる。セル電
圧とは燃料電池の基本構成要素である１対の燃料極と空
気極（これをセルという）が発生する電圧で、０．７V
前後である。燃料電池はこのセルを多数積層して必要な
電圧を得るようになっている。従来の燃料電池では、図
２に示したように燃料の全てを燃料処理し燃料利用率を
低く（６０%程度）するようにし、電池から排出される
未利用燃料は改質器で燃焼し加熱に使用している。
【０００５】図３は燃料利用率とセル電圧の典型的な関
係を示す図である。図中曲線Aは改質ガスを１００%水素
とした場合、曲線Bは水素８７．５%、炭酸ガス１２．５
%とした場合、曲線Cは水素７５%、炭酸ガス２５%とした
場合で、通常の改質器では曲線Cとなる。本図によれば
燃料利用率を８０%程度としてもセル電圧の低下は少な
いといえる。
係を示す図である。図中曲線Aは改質ガスを１００%水素
とした場合、曲線Bは水素８７．５%、炭酸ガス１２．５
%とした場合、曲線Cは水素７５%、炭酸ガス２５%とした
場合で、通常の改質器では曲線Cとなる。本図によれば
燃料利用率を８０%程度としてもセル電圧の低下は少な
いといえる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】改質器で加熱用に使用
される未利用燃料のかなりの部分は燃料利用率を低くし
たために発生したものである。このため、電池に供給さ
れた改質ガスの一部はそのまま未利用燃料として排出さ
れ改質器の加熱に使用されている。これにより、改質ガ
スを成生するために、改質ガスを加熱に使用するという
エネルギー利用の無駄が発生している。なお、燃料利用
率を８０%程度まで高めても図３で示したようにセル電
圧の低下は少ないので、電池に供給される改質ガスを少
なくし、燃料利用率を高め、電池より排出される未利用
燃料を少なくするようにすると、改質器での加熱量が不
足するという問題が発生する。
される未利用燃料のかなりの部分は燃料利用率を低くし
たために発生したものである。このため、電池に供給さ
れた改質ガスの一部はそのまま未利用燃料として排出さ
れ改質器の加熱に使用されている。これにより、改質ガ
スを成生するために、改質ガスを加熱に使用するという
エネルギー利用の無駄が発生している。なお、燃料利用
率を８０%程度まで高めても図３で示したようにセル電
圧の低下は少ないので、電池に供給される改質ガスを少
なくし、燃料利用率を高め、電池より排出される未利用
燃料を少なくするようにすると、改質器での加熱量が不
足するという問題が発生する。
【０００７】本発明は上述の問題点に鑑みなされたもの
で、改質器の加熱を電池から発生する未利用燃料ととも
に燃料の一部を用いることによりエネルギー利用の無駄
を少なくすることを目的とする。
で、改質器の加熱を電池から発生する未利用燃料ととも
に燃料の一部を用いることによりエネルギー利用の無駄
を少なくすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、燃料と水あるいは水蒸気とを混
合し加熱して水素を主体とする改質ガスを生成する改質
器と、この改質ガスにより発電し未利用燃料を排出する
電池と、を備え、この未利用燃料を燃焼して改質器を加
熱する固体高分子型燃料電池装置において、前記燃料の
一部を前記未利用燃料と共に燃焼させ改質器を加熱す
る。
め、請求項１の発明は、燃料と水あるいは水蒸気とを混
合し加熱して水素を主体とする改質ガスを生成する改質
器と、この改質ガスにより発電し未利用燃料を排出する
電池と、を備え、この未利用燃料を燃焼して改質器を加
熱する固体高分子型燃料電池装置において、前記燃料の
一部を前記未利用燃料と共に燃焼させ改質器を加熱す
る。
【０００９】燃料の一部を改質器の加熱用に使用する
と、この分改質処理を行う必要がなくなり、改質用水蒸
気も少なくなることも加わり加熱量を少なくすることが
できる。これにより燃料処理装置の容量や大きさを従来
のものより小さくすることができる。一方、燃料の一部
をこのように燃料処理に直接に使用すると電池本体に供
給される改質ガス量が少なくなるため、燃料電池での燃
料利用率が高くなり、未利用燃料中の水素量が減少す
る。このため未利用燃料とともに燃料の一部を燃焼し改
質器の加熱に用いることにより改質器の加熱量は確保さ
れる。燃料利用率も８０%程度までならセル電圧の低下
も少ない。ゆえに、改質器の加熱に用いる燃料量を適切
に（例えば燃料の１０〜３０％）定めれば、燃料電池の
性能をそれほど損なうことなく、改質器を小型化でき、
さらに発電効率（供給したエネルギーに対する発生電力
のエネルギーの比）を従来のものより高めることができ
る。
と、この分改質処理を行う必要がなくなり、改質用水蒸
気も少なくなることも加わり加熱量を少なくすることが
できる。これにより燃料処理装置の容量や大きさを従来
のものより小さくすることができる。一方、燃料の一部
をこのように燃料処理に直接に使用すると電池本体に供
給される改質ガス量が少なくなるため、燃料電池での燃
料利用率が高くなり、未利用燃料中の水素量が減少す
る。このため未利用燃料とともに燃料の一部を燃焼し改
質器の加熱に用いることにより改質器の加熱量は確保さ
れる。燃料利用率も８０%程度までならセル電圧の低下
も少ない。ゆえに、改質器の加熱に用いる燃料量を適切
に（例えば燃料の１０〜３０％）定めれば、燃料電池の
性能をそれほど損なうことなく、改質器を小型化でき、
さらに発電効率（供給したエネルギーに対する発生電力
のエネルギーの比）を従来のものより高めることができ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の固体高
分子型燃料電池装置の構成を示す図である。主要構成は
燃料処理装置１と燃料電池２と水タンク２４からなり、
これらの間を各ラインが接続する。燃料処理装置１は水
を水蒸気にする蒸発部１１と、燃料と水蒸気を触媒の下
で加熱し水素を主とする改質ガスを発生する改質部１２
と、改質ガスに含まれるCOガスを除去するCO処理部１３
と、各部１１，１２に反応に必要な熱を供給する燃焼部
１４からなる。燃料電池２は水素リッチガスを供給され
る燃料極２１と、空気を供給される空気極２２と、燃料
極２１と空気極２２の温度を維持する冷却器および両極
２１，２２のぬれ性を保持する加湿器を備えた冷却加湿
器２３とからなる。
を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の固体高
分子型燃料電池装置の構成を示す図である。主要構成は
燃料処理装置１と燃料電池２と水タンク２４からなり、
これらの間を各ラインが接続する。燃料処理装置１は水
を水蒸気にする蒸発部１１と、燃料と水蒸気を触媒の下
で加熱し水素を主とする改質ガスを発生する改質部１２
と、改質ガスに含まれるCOガスを除去するCO処理部１３
と、各部１１，１２に反応に必要な熱を供給する燃焼部
１４からなる。燃料電池２は水素リッチガスを供給され
る燃料極２１と、空気を供給される空気極２２と、燃料
極２１と空気極２２の温度を維持する冷却器および両極
２１，２２のぬれ性を保持する加湿器を備えた冷却加湿
器２３とからなる。
【００１１】燃料を供給する燃料ライン3は蒸発部１１
と燃焼部１４に燃料を供給する。水ライン４は水タンク
２４より水を蒸発部１１に供給する。水素リッチガスラ
イン５はCO処理部１３でCO除去処理をした改質ガスを燃
料極２１に供給する。空気ライン６はCO処理部１３に空
気を供給し,選択酸化によりCOを除去し、さらに空気極
２２および燃焼部１４に空気を供給する。未利用燃料ガ
スライン７は燃料極２１で発生した未利用燃料ガスを燃
焼部１４に供給する。排水ライン８は空気極８で発生し
た水分を水タンク２４に排水する。冷却ライン９は水タ
ンク２４より水を冷却加湿器２３に供給し、加熱された
水を冷却して水タンク２４に戻す。
と燃焼部１４に燃料を供給する。水ライン４は水タンク
２４より水を蒸発部１１に供給する。水素リッチガスラ
イン５はCO処理部１３でCO除去処理をした改質ガスを燃
料極２１に供給する。空気ライン６はCO処理部１３に空
気を供給し,選択酸化によりCOを除去し、さらに空気極
２２および燃焼部１４に空気を供給する。未利用燃料ガ
スライン７は燃料極２１で発生した未利用燃料ガスを燃
焼部１４に供給する。排水ライン８は空気極８で発生し
た水分を水タンク２４に排水する。冷却ライン９は水タ
ンク２４より水を冷却加湿器２３に供給し、加熱された
水を冷却して水タンク２４に戻す。
【００１２】次に動作について説明する。燃料はその一
部（１０〜３０％）を燃焼部１４に供給し、残りを蒸発
部１１に供給する。燃焼部１４は燃料ライン３からの燃
料と燃料極２１からの未利用燃料を燃焼し、蒸発部１
１、改質部１２を加熱する。蒸発部１１では水および燃
料を蒸発して改質部１２に送る。改質部１２では燃料と
水蒸気を改質触媒の下で加熱により水素を主とする改質
ガスを成生する。CO処理部１３では改質ガスに含まれる
COをCO変成反応および空気による選択酸化により除去し
水素リッチガスとして、燃料極２１に供給する。
部（１０〜３０％）を燃焼部１４に供給し、残りを蒸発
部１１に供給する。燃焼部１４は燃料ライン３からの燃
料と燃料極２１からの未利用燃料を燃焼し、蒸発部１
１、改質部１２を加熱する。蒸発部１１では水および燃
料を蒸発して改質部１２に送る。改質部１２では燃料と
水蒸気を改質触媒の下で加熱により水素を主とする改質
ガスを成生する。CO処理部１３では改質ガスに含まれる
COをCO変成反応および空気による選択酸化により除去し
水素リッチガスとして、燃料極２１に供給する。
【００１３】燃料電池２では、燃料極２１の水素リッチ
ガスと空気極２２の空気が電池反応を行って発電し、燃
料極２１から未利用燃料を燃焼部１４に排出し、空気極
２２から水分を水タンク２４に排出する。燃料極２１と
空気極２２は冷却加湿器２３により冷却され、加湿され
ることにより両極２１,２２のぬれを保持する。
ガスと空気極２２の空気が電池反応を行って発電し、燃
料極２１から未利用燃料を燃焼部１４に排出し、空気極
２２から水分を水タンク２４に排出する。燃料極２１と
空気極２２は冷却加湿器２３により冷却され、加湿され
ることにより両極２１,２２のぬれを保持する。
【００１４】
【実施例】上記装置でナフサを燃料とし、S/C(スチーム
・カーボン比)＝３で改質を行う場合について説明す
る。ここでS/Cとは、改質を行う水蒸気のモル流量と水
蒸気と対応する燃料に含まれる炭素原子流量との比であ
る。比較のため従来の方法、つまり、燃料を全て改質器
で改質した場合は、次のようになる。 燃料利用率５８%、セル電圧０．６８３V、発電効率２
８．７% 本発明の方法では燃料の２５%を改質器の燃焼部１４に
送り、７５%を改質器の蒸発部１１、改質部１２に送
る。なお、燃料の量は両方とも同じとしている。本発明
の方法で改質した場合は、 燃料利用率８４%、セル電圧０．６６５V、発電効率３
０．０% である。セル電圧は低下するが、改質器で処理する燃料
が７５%になるので、この効果が電池性能の低下を補
い、発電効率を高めている。
・カーボン比)＝３で改質を行う場合について説明す
る。ここでS/Cとは、改質を行う水蒸気のモル流量と水
蒸気と対応する燃料に含まれる炭素原子流量との比であ
る。比較のため従来の方法、つまり、燃料を全て改質器
で改質した場合は、次のようになる。 燃料利用率５８%、セル電圧０．６８３V、発電効率２
８．７% 本発明の方法では燃料の２５%を改質器の燃焼部１４に
送り、７５%を改質器の蒸発部１１、改質部１２に送
る。なお、燃料の量は両方とも同じとしている。本発明
の方法で改質した場合は、 燃料利用率８４%、セル電圧０．６６５V、発電効率３
０．０% である。セル電圧は低下するが、改質器で処理する燃料
が７５%になるので、この効果が電池性能の低下を補
い、発電効率を高めている。
【００１５】このように燃料の内から適切な量を改質器
の加熱にまわし、残りを水素リッチガスとすることによ
り、改質器を含む燃料処理装置を小型化でき、かつ発電
効率を向上することができる。
の加熱にまわし、残りを水素リッチガスとすることによ
り、改質器を含む燃料処理装置を小型化でき、かつ発電
効率を向上することができる。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、燃料の一部を改質器の加熱に使用し、残りの燃料で
改質ガスを成生して発電を行うことにより、改質器を含
む燃料処理装置を小型化して、かつ発電効率を向上させ
ることができる。
は、燃料の一部を改質器の加熱に使用し、残りの燃料で
改質ガスを成生して発電を行うことにより、改質器を含
む燃料処理装置を小型化して、かつ発電効率を向上させ
ることができる。
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】従来の燃料処理装置と電池との基本的関係を示
す図である。
す図である。
【図３】燃料利用率とセル電圧の関係を示す図である。
１ 燃料処理装置 ２ 燃料電池 ３ 燃料ライン ４ 水ライン ７ 未利用燃料ガスライン １１ 蒸発部 １２ 改質部 １３ CO処理部 １４ 燃焼部 ２１ 燃料極 ２２ 空気極 ２３ 冷却加湿器 ２４ 水タンク
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料と水とを混合し加熱して水素を主体
とする改質ガスを生成する改質器と、この改質ガスによ
り発電し未利用燃料を排出する電池と、を備え、この未
利用燃料を燃焼して改質器を加熱する固体高分子型燃料
電池装置において、前記燃料の一部を前記未利用燃料と
共に燃焼させ改質器を加熱することを特徴とする固体高
分子型燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000108962A JP2001297788A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 固体高分子型燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000108962A JP2001297788A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 固体高分子型燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001297788A true JP2001297788A (ja) | 2001-10-26 |
Family
ID=18621720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000108962A Pending JP2001297788A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 固体高分子型燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001297788A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007035071A1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | Semes Co., Ltd. | Apparatus and method for treating substrate |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08293312A (ja) * | 1995-04-21 | 1996-11-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JPH0963618A (ja) * | 1995-08-16 | 1997-03-07 | Yamaha Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2001023675A (ja) * | 1999-06-01 | 2001-01-26 | General Motors Corp <Gm> | 水性ガスシフト反応器ウォームアップ |
| JP2001069614A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Yamaha Motor Co Ltd | ハイブリッド駆動式移動体 |
-
2000
- 2000-04-11 JP JP2000108962A patent/JP2001297788A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08293312A (ja) * | 1995-04-21 | 1996-11-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JPH0963618A (ja) * | 1995-08-16 | 1997-03-07 | Yamaha Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2001023675A (ja) * | 1999-06-01 | 2001-01-26 | General Motors Corp <Gm> | 水性ガスシフト反応器ウォームアップ |
| JP2001069614A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Yamaha Motor Co Ltd | ハイブリッド駆動式移動体 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007035071A1 (en) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | Semes Co., Ltd. | Apparatus and method for treating substrate |
| US8286580B2 (en) | 2005-09-26 | 2012-10-16 | Semes Co., Ltd. | Apparatus and method for treating substrate |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101015 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A521 | Written amendment |
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| A02 | Decision of refusal |
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