JP2002010411A - 燃料電池自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料の取扱いが容易であるとともに得られる
水素密度が高く長距離走行が可能であり、かつ、ＣＯや
ＣＯ₂等を発生せずに効率よく燃料電池における発電を
起こさせる燃料電池自動車を提供する。 【解決手段】 水素ガスを生成する水素供給装置と、生
成した水素ガスおよび酸素ガスを反応させて発電する燃
料電池と、を備え、燃料電池により発電した電気で駆動
される燃料電池自動車であって、前記水素供給装置が有
機化合物の脱水素反応によって水素を生成することを特
徴とする燃料電池自動車。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池自動車用
システムに関し、より詳しくは、水素供給装置と燃料電
池とを備えて、燃料電池により発電した電気で駆動され
る燃料電池自動車のシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池を動力源として駆動する
燃料電池自動車には、圧縮水素タンクにより水素を供給
する燃料電池自動車、水素吸蔵合金により水素を供給す
る燃料電池自動車、あるいは、メタノール改質システム
により水素を供給する燃料電池自動車などがある。しか
しながら、圧縮水素タンクを用いた燃料電池自動車で
は、体積当たりの水素密度が低いため長距離の走行が困
難であり、また、気体の水素をそのまま取り扱う必要が
あるため、取扱いが容易でないという問題がある。ま
た、水素吸蔵合金容器を用いた燃料電池自動車では、同
様に気体の水素をそのまま取り扱う必要があるため、取
扱いが容易でなく、一方、重量当たりの水素密度が低い
ため長距離の走行が困難であるという問題がある。さら
に、メタノール改質システムを用いた燃料電池自動車で
は、ＣＯやＣＯ₂を排出するためゼロエミッションとは
いえず、また、燃料電池に送る改質ガスにＣＯやＣＯ₂
を含むため燃料電池の効率と耐久性が低下する問題があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、燃料の取扱いが容易であるとともに得られ
る水素密度が高く長距離走行が可能であり、かつ、ＣＯ
やＣＯ₂等を発生せずに効率よく燃料電池における発電
を起こさせる燃料電池システムを開発すべく、鋭意検討
した。その結果、本発明者らは、燃料電池システムにお
ける水素供給装置において、有機化合物の脱水素反応を
利用して水素を生成することによって、上記問題点が解
決されることを見い出した。本発明は、かかる見地より
完成されたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、水
素ガスを生成する水素供給装置と、生成した水素ガスお
よび酸素ガスを反応させて発電する燃料電池と、を備
え、燃料電池により発電した電気で駆動される燃料電池
自動車であって、前記水素供給装置が有機化合物の脱水
素反応によって水素を生成することを特徴とする燃料電
池自動車を提供するものである。そして、前記水素供給
装置としては、例えば脱水素触媒を有し、水素ガスを含
有する混合ガスを生成する水素生成部と、混合ガスから
水素ガスおよび有機化合物を分離する水素分離部と、を
含む装置構成が好適に挙げられる。このような燃料電池
自動車では、通常液体である有機化合物を使用するので
取扱いが容易であり、体積当たりの水素密度、重量当た
りの水素密度が大きいので長距離走行が可能となる。ま
た、生成ガスは水素の純ガスであり、ＣＯやＣＯ₂を含
まないため燃料電池の効率、耐久性が向上する。

【０００５】ここで、本発明の燃料電池自動車では、前
記脱水素反応の熱源として、生成した水素ガス又は電気
ヒーターを用いることができる。熱源には、電気又は発
生した水素ガスを用いることで、ＣＯ₂等を全く排出し
ないゼロエミッションシステムを達成することが可能に
なる。また、前記燃料電池および水素供給装置が水素通
路によって直接繋がれ、かつ、該水素通路とは別に水素
用バイパス通路を設け、該水素用バイパス通路の途中
に、始動時あるいは過負荷時に水素を供給する水素バッ
ファタンクを備えることもできる。これによって、始動
性や負荷応答性が向上する。さらに、前記電気ヒーター
の電源として、外部電源を用いて水素バッファタンクに
水素を貯えることも可能であり、一層の始動性向上を図
ることが可能となる。以下、本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の燃料電池自動車は、水素
ガスを生成する水素ガス供給装置と、水素ガスおよび酸
素ガスを反応させて発電する燃料電池と、を備え、該燃
料電池により発電した電気で駆動される燃料電池自動車
であって、該水素供給装置は有機化合物の脱水素反応に
より水素を得ることを特徴とする。本実施の形態の燃料
電池自動車システムでは、水素供給装置には脱水素触媒
が含まれており、この水素供給装置は、水素ガスを含有
する混合ガスを生成する水素生成部と、混合ガスから水
素ガスおよび有機化合物を分離する水素分離部と、を含
んで構成される。水素反応の熱源としては、生成した水
素ガス又は電気ヒーターを用いることができる。また、
本実施の形態では燃料電池本体と水素供給装置とは、水
素通路で直接繋がれている。加えて、この水素通路とは
別に水素用バイパス通路を設けられており、水素用バイ
パス通路の途中には水素バッファタンクが備えてある。
水素バッファタンクは、始動時や過負荷時には燃料電池
本体に水素を供給する。電気ヒーターの電源としては、
外部電源を用いて水素バッファタンクに水素を貯えるこ
ともできる。

【０００７】図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料
電池自動車システムの一例を示す概略構成図である。以
下、この図１の燃料電池システムに基づいて説明する。
始動時には水素バッファタンク７に貯えられた水素を、
水素バイパス通路１４により燃料電池４に送って発電
し、モーター３を起動させる。水素バッファタンク７は
高圧タンク、水素吸蔵合金容器、あるいはカーボンナノ
チューブ等を用いて構成することが可能であり、始動用
の水素を貯めておく。水素バッファタンク７に貯える水
素は、例えば、家庭用電源を用いて安価な夜間電力で水
素供給装置５を用いて生成することができる。

【０００８】定常状態になると水素供給装置５が稼動さ
れ、水素供給装置５で生成した水素が水素通路１０を通
って燃料電池４に送られて発電し、モーター３を動かす
か、あるいはバッテリー２に電気を貯える。水素供給装
置５は、有機化合物の脱水素反応により水素を得る装置
である。この水素供給装置５は、有機化合物を気化する
気化部と、脱水素触媒を有し水素ガスを含む混合ガスを
生成する水素生成部と、混合ガスから水素ガスおよび有
機化合物を分離する水素分離部と、から主に構成されて
いる。また、熱源に水素燃焼を用いる場合には触媒燃焼
部を有し、熱源に電気を用いる場合には電気ヒーター部
を有する。

【０００９】脱水素反応に用いる有機化合物としては、
例えばシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチ
ルシクロヘキサン、１，３，５−トリメチルシクロヘキ
サン、デカリン、メチルデカリン、テトラデカヒドロア
ントラセン、シクロペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプ
タン等が挙げられる。中でもシクロヘキサンが特に好ま
しく、このシクロヘキサンを用いて脱水素反応を行う場
合には、以下の反応式（１）のようになる。 Ｃ₆Ｈ₁₂ → Ｃ₆Ｈ₆ ＋ ３Ｈ₂ ・・・（１）

【００１０】水素生成部の脱水素触媒としては、活性成
分が白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジ
ウム、ニッケル、コバルト、レニウム、バナジウム、タ
ングステンおよびモリブテンからなる群より選ばれる少
なくとも１種を含有し、触媒担体が活性炭、ゼオライ
ト、チタニア、カーボンナノチューブ、モレキュラシー
ブカーボン、ジルコニア、メソ細孔シリカ多孔質材料、
アルミナおよびシリカからなる群より選ばれる少なくと
も１種を含有する。これらの中でも、白金−アルミナ系
触媒が特に好ましい。

【００１１】水素分離部は、混合ガスから水素ガスと有
機化合物とを分離する水素透過材料からなる。水素透過
材料としては、パラジウム金属膜、パラジウムと金，銀
もしくはルテニウム等の合金膜、あるいは、ゼオライト
もしくは多孔質シリカガラスの無機系多孔質膜が用いら
れる。これらの中でも、パラジウム金属膜が特に好まし
く使用される。ここで有機化合物として、例えばシクロ
ヘキサンを用いるような場合には、混合ガスから水素ガ
スのみを水素透過材料を用いて分離すると、反応式
（１）によって生成したベンゼンが残留する。触媒燃焼
部は、水素の燃焼触媒からなる。燃焼触媒としては、活
性成分が白金、パラジウム、ロジウムおよびイリジウム
からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有し、触媒
担体がゼオライト、アルミナおよびシリカからなる群よ
り選ばれる少なくとも１種を含有する。これらの中で
も、パラジウム−アルミナ系触媒が特に好ましく用いら
れる。

【００１２】本実施の形態における水素供給装置５の稼
動では、燃料タンク６より燃料通路１１を介して、燃料
であるシクロヘキサンが水素供給装置５の気化部に送ら
れ、気化される。気化部の熱源としては、触媒燃焼部の
水素の燃焼熱を用いること、あるいは、燃料電池で発生
した電気によって加熱すること等が好適に挙げられ、一
方、シクロヘキサンやベンゼンを燃焼させることは二酸
化炭素の発生等が伴うので好ましくない。燃焼用の水素
は、水素供給装置稼動初期には水素バッファタンク７の
水素を用い、定常状態になると水素供給装置５の水素分
離部で分離された水素を用いる。気化部で気化されたシ
クロヘキサンは、水素生成部に送られて脱水素触媒と接
触することで、水素とベンゼンとを生成する。なお、こ
の反応は吸熱反応であるため、気化部と同様に触媒燃焼
部の水素の燃焼熱で熱エネルギーを補う。反応温度は通
常５０〜３５０℃、好ましくは８０〜２５０℃である。

【００１３】水素生成部で生成した水素とベンゼンとの
混合ガスは、水素分離部の水素透過材料によって水素と
ベンゼンとに分離される。分離された水素は、水素通路
１０で燃料電池４に送られるか、水素バイパス通路１６
で水素バッファタンクに送られるか、あるいは、触媒燃
焼部に送られる。一方、水素分離部で分離されたベンゼ
ンは、通路１７によってタンク８に戻される。なお、ベ
ンゼン等の廃液は、回収して工場等においてシクロヘキ
サンへの再生工程を経ることによって、再度、燃料とし
て再利用することができる。

【００１４】上記のような本実施の形態の燃料電池自動
車によれば、長距離走行が可能であると同時に、ＣＯ₂
等を全く排出しないゼロエミッションが可能になる。ま
た、燃料である有機化合物が液体の場合が多いため、取
扱い性が容易であるという利点がある。さらに、生成ガ
スにＣＯ，ＣＯ₂を含まれず、高い水素密度のガスが得
られるので、燃料電池の効率や耐久性が向上し、始動性
や負荷応答性が良好となる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の燃料電池自動車では、燃料とし
て通常液体である有機化合物を使用するので取扱いが容
易であり、体積当たりの水素密度、重量当たりの水素密
度が大きいので長距離走行が可能となる。また、水素供
給装置から放出される生成ガスは水素の純ガスであり、
ＣＯやＣＯ₂を含まないため燃料電池の効率、耐久性が
向上する。脱水素反応の熱源としては、電気又は発生し
た水素ガスを用いることで、ＣＯ₂等を全く排出しない
ゼロエミッションシステムを達成することが可能にな
る。また、本発明の燃料電池自動車では、始動時あるい
は過負荷時に水素を供給する水素バッファタンクを備え
ることにより、始動性や負荷応答性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池自動車システムにおける各装
置の配置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ コントローラー ２ バッテリー ３ モーター ４ 燃料電池 ５ 水素供給装置 ６ 燃料タンク ７ 水素バッファタンク ８ タンク ９，１２，１３ 電気供給路 １０ 水素通路 １１ 燃料通路 １４ 水素バイパス通路１ １５ 水素バイパス通路２ １６ 水素バイパス通路３ １７ 廃液通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小長井 信寿 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA13 BA14 DD00 DD03 5H115 PA15 PG04 PI16 PI18 PI29 PU01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素ガスを生成する水素供給装置と、生
   成した水素ガスおよび酸素ガスを反応させて発電する燃
   料電池と、を備え、燃料電池により発電した電気で駆動
   される燃料電池自動車であって、前記水素供給装置が有
   機化合物の脱水素反応によって水素を生成することを特
   徴とする燃料電池自動車。
2. 【請求項２】 前記水素供給装置は脱水素触媒を有し、
   水素ガスを含有する混合ガスを生成する水素生成部と、
   混合ガスから水素ガスおよび有機化合物を分離する水素
   分離部と、を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料
   電池自動車。
3. 【請求項３】 前記脱水素反応の熱源として、生成した
   水素ガス又は電気ヒーターを用いることを特徴とする請
   求項１記載の燃料電池自動車。
4. 【請求項４】 前記燃料電池および水素供給装置が水素
   通路によって直接繋がれているとともに、該水素通路と
   は別に水素用バイパス通路を設け、該水素用バイパス通
   路の途中に、始動時あるいは過負荷時に水素を供給する
   水素バッファタンクを備えることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載の燃料電池自動車。
5. 【請求項５】 前記電気ヒーターの電源として、外部電
   源を用いて水素バッファタンクに水素を貯えることを特
   徴とする請求項４記載の燃料電池自動車。