JP2002134152A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- hydrogen
- adsorber
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高純度水素ガスを供給可能とする。
【解決手段】 燃料電池システムにおいて、水素分離精
製器５の二次側にて水素リッチガスを冷却するガスクー
ラ１２を、ガスクーラ１２の後流にて水素リッチガス中
のＣＯガスを選択的に吸着・放出するＣＯ吸着器１３
を、ＣＯ吸着器１３の後流にて水素リッチガス中のＣＯ
ガス濃度を検出するＣＯガス濃度検出器２４をそれぞれ
備える一方、ＣＯ吸着器１３が吸着したＣＯガスを燃焼
器８に排出するＣＯガス排出手段を備え、ＣＯガス排出
手段は、ＣＯガス濃度検出器２４の検出濃度が所定のし
きい値に達した場合、前記ガスクーラ１２の冷媒の制御
バルブ２０を絞って、ＣＯ吸着器１３に導入するガス温
度を高めると共に、吸引ポンプ２３を用いてＣＯ吸着器
１３のＣＯガスを吸出して、燃焼器８へ導入する。
製器５の二次側にて水素リッチガスを冷却するガスクー
ラ１２を、ガスクーラ１２の後流にて水素リッチガス中
のＣＯガスを選択的に吸着・放出するＣＯ吸着器１３
を、ＣＯ吸着器１３の後流にて水素リッチガス中のＣＯ
ガス濃度を検出するＣＯガス濃度検出器２４をそれぞれ
備える一方、ＣＯ吸着器１３が吸着したＣＯガスを燃焼
器８に排出するＣＯガス排出手段を備え、ＣＯガス排出
手段は、ＣＯガス濃度検出器２４の検出濃度が所定のし
きい値に達した場合、前記ガスクーラ１２の冷媒の制御
バルブ２０を絞って、ＣＯ吸着器１３に導入するガス温
度を高めると共に、吸引ポンプ２３を用いてＣＯ吸着器
１３のＣＯガスを吸出して、燃焼器８へ導入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、詳しくは原料を水素を含むガスに改質した改質
ガスのＣＯ（一酸化炭素）濃度を低減する技術に関する
ものである。
に関し、詳しくは原料を水素を含むガスに改質した改質
ガスのＣＯ（一酸化炭素）濃度を低減する技術に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムとして、例えば特開昭
６２−２９５４０２号、特開平７−３３０３０４号の例
がある。また、燃料電池の水素極側の排出ガスの一部ま
たは全量を再循環する水素循環型燃料電池システムがあ
る。
６２−２９５４０２号、特開平７−３３０３０４号の例
がある。また、燃料電池の水素極側の排出ガスの一部ま
たは全量を再循環する水素循環型燃料電池システムがあ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池を効率良く作
動させるためには、高純度水素の供給が重要である。
動させるためには、高純度水素の供給が重要である。
【０００４】従来の特開昭６２−２９５４０２号のもの
は、改質ガス中の水素を水素分離精製器（水素分離膜）
を用いて分離しているが、水素分離精製器を用いても微
量のＣＯガスは透過し、水素循環型システムを採用した
場合、ＣＯガスが時間経過と共に蓄積して、燃料電池の
電極触媒の被毒によるスタック出力の低下が認められ
る。
は、改質ガス中の水素を水素分離精製器（水素分離膜）
を用いて分離しているが、水素分離精製器を用いても微
量のＣＯガスは透過し、水素循環型システムを採用した
場合、ＣＯガスが時間経過と共に蓄積して、燃料電池の
電極触媒の被毒によるスタック出力の低下が認められ
る。
【０００５】また、従来の特開平７−３３０３０４号の
ものは、水素分離精製器にＣＯをＣＯ以外のガスに転換
するＣＯ転換反応器を付加しているが、これは、ＣＯ＋
３Ｈ 2−ＣＨ4＋Ｈ2Ｏの反応を利用しているため、ＣＯ
ガス濃度の３倍の水素ガスを消費してしまい、かつＣＯ
2、メタン等、水素以外の不純物の濃度が増加する。そ
のため、水素循環型システムを採用した場合、総不純物
濃度が増加するため、水素分離精製器の後流で透過水素
濃度が減少するという問題がある。
ものは、水素分離精製器にＣＯをＣＯ以外のガスに転換
するＣＯ転換反応器を付加しているが、これは、ＣＯ＋
３Ｈ 2−ＣＨ4＋Ｈ2Ｏの反応を利用しているため、ＣＯ
ガス濃度の３倍の水素ガスを消費してしまい、かつＣＯ
2、メタン等、水素以外の不純物の濃度が増加する。そ
のため、水素循環型システムを採用した場合、総不純物
濃度が増加するため、水素分離精製器の後流で透過水素
濃度が減少するという問題がある。
【０００６】そこで、水素分離精製器および水、ＣＯガ
ス、ＣＯ2ガス等、不純物を含む水素ガスから不純物ガ
ス、特にＣＯガスを選択的に繰り返し吸着・放出可能な
ＣＯ吸着剤を用いたＣＯ吸着器を設けて、高水素純度を
精製することを考えている。
ス、ＣＯ2ガス等、不純物を含む水素ガスから不純物ガ
ス、特にＣＯガスを選択的に繰り返し吸着・放出可能な
ＣＯ吸着剤を用いたＣＯ吸着器を設けて、高水素純度を
精製することを考えている。
【０００７】このＣＯ吸着剤は、ハロゲン化銅、酸化
銅、塩化銅、ハロゲン化アルミニウム、ジアミン化合
物、ピリジンまたはその誘導体および活性炭、シリカア
ルミナ、シリカゲル等からなり（特開昭５８−１２４５
１６号、１５６５１７号、５９−６９４１４号、１０５
８４１号、１３６１３４号、６１−２６３６３５号、６
２−１１３７１０号、特開平９−２９０１４９号、２９
０１５０号、２９０１５２号、２９０１５３号等）、例
えば１００ｇで４０ＫＷｈ相当のガス流量２４ｍ3で１
００ｐｐｍのＣＯガスを吸着することができる。
銅、塩化銅、ハロゲン化アルミニウム、ジアミン化合
物、ピリジンまたはその誘導体および活性炭、シリカア
ルミナ、シリカゲル等からなり（特開昭５８−１２４５
１６号、１５６５１７号、５９−６９４１４号、１０５
８４１号、１３６１３４号、６１−２６３６３５号、６
２−１１３７１０号、特開平９−２９０１４９号、２９
０１５０号、２９０１５２号、２９０１５３号等）、例
えば１００ｇで４０ＫＷｈ相当のガス流量２４ｍ3で１
００ｐｐｍのＣＯガスを吸着することができる。
【０００８】しかし、このようなＣＯ吸着器を用いた場
合、吸着剤が吸着したＣＯガスを取り除くのに時間がか
かる。即ち、吸着剤が飽和状態になると、ＣＯガスを放
出させて取り除くのであるが、ＣＯガスを水素リッチガ
スにてパージさせるために、ＣＯガスを取り除く時間が
長くかかってしまい、その分燃料電池の効率を低下させ
る。
合、吸着剤が吸着したＣＯガスを取り除くのに時間がか
かる。即ち、吸着剤が飽和状態になると、ＣＯガスを放
出させて取り除くのであるが、ＣＯガスを水素リッチガ
スにてパージさせるために、ＣＯガスを取り除く時間が
長くかかってしまい、その分燃料電池の効率を低下させ
る。
【０００９】また、ＣＯ吸着器を２系統設けて、水素リ
ッチガスによるＣＯガスのパージを交互に行わせるよう
にすると、大きな容積を占めてしまい、システムが複雑
になり、車両搭載が困難という問題があった。
ッチガスによるＣＯガスのパージを交互に行わせるよう
にすると、大きな容積を占めてしまい、システムが複雑
になり、車両搭載が困難という問題があった。
【００１０】本発明は、このような問題点を解決して、
高純度水素ガスを供給可能とすることを目的としてい
る。
高純度水素ガスを供給可能とすることを目的としてい
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、改質用原
料から水素を含む改質ガスを発生させる改質反応器と、
改質反応器から導入される改質ガス中の水素を選択的に
分離する水素分離精製器と、水素分離精製器の二次側の
水素リッチガスが水素極側に、空気圧縮機からの圧縮空
気が空気極側に供給されて発電する燃料電池と、燃料電
池の水素極側排出ガスの一部または全量を燃料電池に再
循環させる水素循環流路とを有する燃料電池システムに
おいて、前記水素分離精製器の二次側にて水素リッチガ
スを冷却するガスクーラと、ガスクーラの後流にて水素
リッチガス中のＣＯガスを選択的に吸着・放出するＣＯ
吸着器と、ＣＯ吸着器の後流にて水素リッチガス中のＣ
Ｏガス濃度を検出するＣＯガス濃度検出器とをそれぞれ
備える一方、ＣＯ吸着器が吸着したＣＯガスを燃焼器に
排出するＣＯガス排出手段を備え、ＣＯガス排出手段
は、ＣＯガス濃度検出器の検出濃度が所定のしきい値に
達した場合、前記ガスクーラの冷媒の制御バルブを絞っ
て、ＣＯ吸着器に導入するガス温度を高めると共に、吸
引ポンプを用いてＣＯ吸着器のＣＯガスを吸出して、燃
焼器へ導入するようにした。
料から水素を含む改質ガスを発生させる改質反応器と、
改質反応器から導入される改質ガス中の水素を選択的に
分離する水素分離精製器と、水素分離精製器の二次側の
水素リッチガスが水素極側に、空気圧縮機からの圧縮空
気が空気極側に供給されて発電する燃料電池と、燃料電
池の水素極側排出ガスの一部または全量を燃料電池に再
循環させる水素循環流路とを有する燃料電池システムに
おいて、前記水素分離精製器の二次側にて水素リッチガ
スを冷却するガスクーラと、ガスクーラの後流にて水素
リッチガス中のＣＯガスを選択的に吸着・放出するＣＯ
吸着器と、ＣＯ吸着器の後流にて水素リッチガス中のＣ
Ｏガス濃度を検出するＣＯガス濃度検出器とをそれぞれ
備える一方、ＣＯ吸着器が吸着したＣＯガスを燃焼器に
排出するＣＯガス排出手段を備え、ＣＯガス排出手段
は、ＣＯガス濃度検出器の検出濃度が所定のしきい値に
達した場合、前記ガスクーラの冷媒の制御バルブを絞っ
て、ＣＯ吸着器に導入するガス温度を高めると共に、吸
引ポンプを用いてＣＯ吸着器のＣＯガスを吸出して、燃
焼器へ導入するようにした。
【００１２】第２の発明は、改質用原料から水素を含む
改質ガスを発生させる改質反応器と、改質反応器から導
入される改質ガス中の水素を選択的に分離する水素分離
精製器と、水素分離精製器の二次側の水素リッチガスが
水素極側に、空気圧縮機からの圧縮空気が空気極側に供
給されて発電する燃料電池と、燃料電池の水素極側排出
ガスの一部または全量を燃料電池に再循環させる水素循
環流路とを有する燃料電池システムにおいて、前記水素
分離精製器の二次側にて水素リッチガスを冷却するガス
クーラと、ガスクーラの後流にて水素リッチガス中のＣ
Ｏガスを選択的に吸着・放出するＣＯ吸着器とをそれぞ
れ備える一方、燃料電池の積算電力計と、この積算電力
を基にＣＯ吸着器が吸着したＣＯガス吸着量を算出する
ＣＯガス吸着量算出手段と、ＣＯ吸着器が吸着したＣＯ
ガスを燃焼器に排出するＣＯガス排出手段とを備え、Ｃ
Ｏガス排出手段は、ＣＯガス吸着量算出手段の算出量が
所定のしきい値に達した場合、前記ガスクーラの冷媒の
制御バルブを絞って、ＣＯ吸着器に導入するガス温度を
高めると共に、吸引ポンプを用いてＣＯ吸着器のＣＯガ
スを吸出して、燃焼器へ導入するようにした。
改質ガスを発生させる改質反応器と、改質反応器から導
入される改質ガス中の水素を選択的に分離する水素分離
精製器と、水素分離精製器の二次側の水素リッチガスが
水素極側に、空気圧縮機からの圧縮空気が空気極側に供
給されて発電する燃料電池と、燃料電池の水素極側排出
ガスの一部または全量を燃料電池に再循環させる水素循
環流路とを有する燃料電池システムにおいて、前記水素
分離精製器の二次側にて水素リッチガスを冷却するガス
クーラと、ガスクーラの後流にて水素リッチガス中のＣ
Ｏガスを選択的に吸着・放出するＣＯ吸着器とをそれぞ
れ備える一方、燃料電池の積算電力計と、この積算電力
を基にＣＯ吸着器が吸着したＣＯガス吸着量を算出する
ＣＯガス吸着量算出手段と、ＣＯ吸着器が吸着したＣＯ
ガスを燃焼器に排出するＣＯガス排出手段とを備え、Ｃ
Ｏガス排出手段は、ＣＯガス吸着量算出手段の算出量が
所定のしきい値に達した場合、前記ガスクーラの冷媒の
制御バルブを絞って、ＣＯ吸着器に導入するガス温度を
高めると共に、吸引ポンプを用いてＣＯ吸着器のＣＯガ
スを吸出して、燃焼器へ導入するようにした。
【００１３】第３の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記ＣＯガス排出手段の吸引ポンプに代わってイジ
ェクタを備え、水素分離精製器の一次側出口ガスを利用
してＣＯ吸着器のＣＯガスを吸出すると共に、燃焼器へ
導入するようにした。
て、前記ＣＯガス排出手段の吸引ポンプに代わってイジ
ェクタを備え、水素分離精製器の一次側出口ガスを利用
してＣＯ吸着器のＣＯガスを吸出すると共に、燃焼器へ
導入するようにした。
【００１４】第４の発明は、第１〜第３の発明におい
て、前記水素循環流路は、燃料電池の水素極側排出ガス
の一部または全量をＣＯ吸着器を通過した後の水素リッ
チガスと合流させるように形成する。
て、前記水素循環流路は、燃料電池の水素極側排出ガス
の一部または全量をＣＯ吸着器を通過した後の水素リッ
チガスと合流させるように形成する。
【００１５】
【発明の効果】第１の発明では、ＣＯ吸着器に吸着され
たＣＯガスは、ＣＯ吸着器が飽和状態になって、ＣＯガ
ス濃度検出センサの検出値が所定のしきい値に達する
と、温度の高い水素リッチガスおよび吸引ポンプの吸引
圧力によってパージされると共に、ＣＯ吸着器内から吸
引ポンプによって吸出され、燃焼器に送られる。これに
より、ＣＯ吸着器を用いて、高純度の水素ガスを供給で
き、ＣＯガスを燃焼器に的確に排出できると共に、ＣＯ
吸着器のＣＯガスのパージ時間を大幅に短縮することが
でき、したがって小型かつコンパクトになり、システム
が複雑になることはなく、車両搭載が容易である。
たＣＯガスは、ＣＯ吸着器が飽和状態になって、ＣＯガ
ス濃度検出センサの検出値が所定のしきい値に達する
と、温度の高い水素リッチガスおよび吸引ポンプの吸引
圧力によってパージされると共に、ＣＯ吸着器内から吸
引ポンプによって吸出され、燃焼器に送られる。これに
より、ＣＯ吸着器を用いて、高純度の水素ガスを供給で
き、ＣＯガスを燃焼器に的確に排出できると共に、ＣＯ
吸着器のＣＯガスのパージ時間を大幅に短縮することが
でき、したがって小型かつコンパクトになり、システム
が複雑になることはなく、車両搭載が容易である。
【００１６】第２の発明では、燃料電池の積算電力を基
にＣＯ吸着器のＣＯガス吸着量を算出して、この算出量
が所定のしきい値に達した場合、ＣＯガス排出手段を介
してＣＯ吸着器のＣＯガスのパージを行うので、第１の
発明の効果に加え、ＣＯ吸着器が飽和状態になったとき
に、ＣＯ吸着器のＣＯガスのパージを的確に行える。
にＣＯ吸着器のＣＯガス吸着量を算出して、この算出量
が所定のしきい値に達した場合、ＣＯガス排出手段を介
してＣＯ吸着器のＣＯガスのパージを行うので、第１の
発明の効果に加え、ＣＯ吸着器が飽和状態になったとき
に、ＣＯ吸着器のＣＯガスのパージを的確に行える。
【００１７】第３の発明では、水素分離精製器の一次側
出口ガスの排出圧力を用いることで、改質ガスの高圧化
に伴う損失エネルギーを再利用することができ、吸引ポ
ンプに比較して、小型かつコンパクトにでき、電力の消
費を低減でき、車両搭載が容易になる。
出口ガスの排出圧力を用いることで、改質ガスの高圧化
に伴う損失エネルギーを再利用することができ、吸引ポ
ンプに比較して、小型かつコンパクトにでき、電力の消
費を低減でき、車両搭載が容易になる。
【００１８】第４の発明では、燃料電池での反応によっ
て生成された水分（水蒸気）がＣＯ吸着器のＣＯ吸着剤
に吸着してＣＯ吸着剤の吸着効率が低下するのを防止で
き、したがってＣＯ吸着剤の使用量を低減してコストを
低減できると共に、ＣＯ吸着器を一層小型コンパクトに
でき、車両搭載が一層容易になる。
て生成された水分（水蒸気）がＣＯ吸着器のＣＯ吸着剤
に吸着してＣＯ吸着剤の吸着効率が低下するのを防止で
き、したがってＣＯ吸着剤の使用量を低減してコストを
低減できると共に、ＣＯ吸着器を一層小型コンパクトに
でき、車両搭載が一層容易になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。
て図面に基づいて説明する。
【００２０】図１は、改質用原料として、炭化水素系燃
料（メタノール、エタノール、石油等）と水を用いる燃
料電池システムを示す。
料（メタノール、エタノール、石油等）と水を用いる燃
料電池システムを示す。
【００２１】このシステムには、燃料タンク１からの炭
化水素系燃料（以下、メタノールを例にする）と水タン
ク２からの水を加熱蒸発させる蒸発器３、蒸発させた原
料を水素を含むガスに改質させる水蒸気改質反応器４、
水蒸気改質反応器４で改質された改質ガス中の水素を選
択的に分離する水素分離精製器５、空気圧縮機（例え
ば、コンプレッサまたはブロア）６、燃料電池７、蒸発
器３での原料の蒸発に必要な熱量をまかなう燃焼器８等
が備えられる。
化水素系燃料（以下、メタノールを例にする）と水タン
ク２からの水を加熱蒸発させる蒸発器３、蒸発させた原
料を水素を含むガスに改質させる水蒸気改質反応器４、
水蒸気改質反応器４で改質された改質ガス中の水素を選
択的に分離する水素分離精製器５、空気圧縮機（例え
ば、コンプレッサまたはブロア）６、燃料電池７、蒸発
器３での原料の蒸発に必要な熱量をまかなう燃焼器８等
が備えられる。
【００２２】水素分離精製器５は、例えば多孔質アルミ
ナ基体管外表面上にＰｄ−Ａｇ合金からなる水素分離膜
を成膜して、改質ガス中の水素を一次側から二次側へ選
択的に透過させる水素分離体から構成される。水素分離
精製器５の一次側の出口ガスは、絞り弁（図示しない）
を介して燃焼器８に導かれる。
ナ基体管外表面上にＰｄ−Ａｇ合金からなる水素分離膜
を成膜して、改質ガス中の水素を一次側から二次側へ選
択的に透過させる水素分離体から構成される。水素分離
精製器５の一次側の出口ガスは、絞り弁（図示しない）
を介して燃焼器８に導かれる。
【００２３】空気圧縮機６からの圧縮空気を燃料電池７
の空気極側に導く配管の途中には、圧縮空気を所定の温
度に冷却するクーラ１０、加湿器１１が配設される。
の空気極側に導く配管の途中には、圧縮空気を所定の温
度に冷却するクーラ１０、加湿器１１が配設される。
【００２４】水素分離精製器５の二次側の水素リッチガ
スを燃料電池７の水素極側に導く配管の途中には、水素
リッチガスを所定の温度に冷却するクーラ１２、クーラ
１２の後流に水素リッチガス中のＣＯガスを選択的に吸
着・放出可能なＣＯ吸着剤を充填したＣＯ吸着器１３、
加湿器１４が配設される。
スを燃料電池７の水素極側に導く配管の途中には、水素
リッチガスを所定の温度に冷却するクーラ１２、クーラ
１２の後流に水素リッチガス中のＣＯガスを選択的に吸
着・放出可能なＣＯ吸着剤を充填したＣＯ吸着器１３、
加湿器１４が配設される。
【００２５】ＣＯ吸着剤には、前述のようにハロゲン化
銅、酸化銅、塩化銅、ハロゲン化アルミニウム、ジアミ
ン化合物、ピリジンまたはその誘導体および活性炭、シ
リカアルミナ、シリカゲル等からなるＣＯ吸着剤（特開
昭５８−１２４５１６号、１５６５１７号、５９−６９
４１４号、１０５８４１号、１３６１３４号、６１−２
６３６３５号、６２−１１３７１０号、特開平９−２９
０１４９号、２９０１５０号、２９０１５２号、２９０
１５３号等）が用いられる。
銅、酸化銅、塩化銅、ハロゲン化アルミニウム、ジアミ
ン化合物、ピリジンまたはその誘導体および活性炭、シ
リカアルミナ、シリカゲル等からなるＣＯ吸着剤（特開
昭５８−１２４５１６号、１５６５１７号、５９−６９
４１４号、１０５８４１号、１３６１３４号、６１−２
６３６３５号、６２−１１３７１０号、特開平９−２９
０１４９号、２９０１５０号、２９０１５２号、２９０
１５３号等）が用いられる。
【００２６】燃料電池７の水素極側排出ガスは、一部ま
たは全量が排出ガス中の水分を除去するコンデンサ１５
および循環ポンプ１６を設けた水素循環流路１７を介し
て水素分離精製器５の二次側の水素リッチガスと合流さ
れ、再循環される。燃料電池７の空気極側排出ガスは、
燃焼器８に導かれる。
たは全量が排出ガス中の水分を除去するコンデンサ１５
および循環ポンプ１６を設けた水素循環流路１７を介し
て水素分離精製器５の二次側の水素リッチガスと合流さ
れ、再循環される。燃料電池７の空気極側排出ガスは、
燃焼器８に導かれる。
【００２７】燃焼器８は、水素分離精製器５の一次側の
出口ガスを燃焼させ、その燃焼熱は蒸発器３に供給され
る。
出口ガスを燃焼させ、その燃焼熱は蒸発器３に供給され
る。
【００２８】クーラ１２に冷媒供給ユニット１８から冷
媒を供給する冷媒通路１９には、通路１９を開閉および
冷媒の流量を制御可能な制御バルブ２０が設けられる。
媒を供給する冷媒通路１９には、通路１９を開閉および
冷媒の流量を制御可能な制御バルブ２０が設けられる。
【００２９】ＣＯ吸着器１３には、吸着器１３内のＣＯ
ガスを排出するための排出流路２１が設けられ、排出流
路２１は、途中に流路２１を開閉する開閉弁２２と、Ｃ
Ｏガスを吸出する吸引ポンプ２３とが配設され、燃焼器
８に接続される。吸引ポンプ２３には、ＣＯ吸着剤より
ＣＯガスを脱着させる脱着圧力（例えば１０ｋＰａ〜５
０ｋＰａ）相当の吸引圧力のものが用いられる。
ガスを排出するための排出流路２１が設けられ、排出流
路２１は、途中に流路２１を開閉する開閉弁２２と、Ｃ
Ｏガスを吸出する吸引ポンプ２３とが配設され、燃焼器
８に接続される。吸引ポンプ２３には、ＣＯ吸着剤より
ＣＯガスを脱着させる脱着圧力（例えば１０ｋＰａ〜５
０ｋＰａ）相当の吸引圧力のものが用いられる。
【００３０】この排出流路２１と開閉弁２２と吸引ポン
プ２３と前記制御バルブ２０とにより、ＣＯガス排出手
段が構成される。
プ２３と前記制御バルブ２０とにより、ＣＯガス排出手
段が構成される。
【００３１】加湿器１４の後流には、燃料電池７の水素
極側に導入される水素リッチガス中のＣＯガス濃度を検
出するＣＯガス濃度検出センサ２４が配設される。
極側に導入される水素リッチガス中のＣＯガス濃度を検
出するＣＯガス濃度検出センサ２４が配設される。
【００３２】なお、燃料タンク１のメタノール、水タン
ク２の水は、それぞれ流量制御弁２５,２６を介して蒸
発器３に供給され、それぞれ流量は流量センサ２７,２
８により検出される。
ク２の水は、それぞれ流量制御弁２５,２６を介して蒸
発器３に供給され、それぞれ流量は流量センサ２７,２
８により検出される。
【００３３】コントローラ３０により、燃料電池７に要
求される発電電力量に基づき、蒸発器３への燃料（メタ
ノール）供給量、水供給量、燃焼器８での燃焼が制御さ
れると共に、ＣＯガス濃度検出センサ２４の検出値に基
づき、ＣＯガス排出手段の開閉弁２２、吸引ポンプ２
３、制御バルブ２０が制御される。
求される発電電力量に基づき、蒸発器３への燃料（メタ
ノール）供給量、水供給量、燃焼器８での燃焼が制御さ
れると共に、ＣＯガス濃度検出センサ２４の検出値に基
づき、ＣＯガス排出手段の開閉弁２２、吸引ポンプ２
３、制御バルブ２０が制御される。
【００３４】この場合、蒸発器３から例えば温度２５０
℃〜３５０℃、圧力０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａの蒸発
原料が水蒸気改質反応器４に導入されるようにしてい
る。
℃〜３５０℃、圧力０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａの蒸発
原料が水蒸気改質反応器４に導入されるようにしてい
る。
【００３５】水蒸気改質反応器４では、蒸発原料の温
度、圧力が例えば温度２５０℃〜３５０℃、圧力０．２
ＭＰａ〜１．０ＭＰａで効率良く水素を含む改質ガスを
発生させる。
度、圧力が例えば温度２５０℃〜３５０℃、圧力０．２
ＭＰａ〜１．０ＭＰａで効率良く水素を含む改質ガスを
発生させる。
【００３６】水素分離精製器５では、例えば一次側圧力
０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、二次側圧力０．１ＭＰａ
〜０．３ＭＰａ、温度２５０℃〜４００℃で効率良く改
質ガス中の水素を一次側から二次側へ選択的に透過させ
る。
０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、二次側圧力０．１ＭＰａ
〜０．３ＭＰａ、温度２５０℃〜４００℃で効率良く改
質ガス中の水素を一次側から二次側へ選択的に透過させ
る。
【００３７】クーラ１２には、ＣＯガス濃度検出センサ
２４の検出値が所定のしきい値（燃料電池の出力低下を
きたしかねない値）未満の場合は、冷媒通路１９の制御
バルブ２０を開状態にして冷媒供給ユニット１８の冷媒
を供給し、水素分離精製器５の二次側の水素リッチガス
を所定の温度（例えば約５０℃）に冷却する。
２４の検出値が所定のしきい値（燃料電池の出力低下を
きたしかねない値）未満の場合は、冷媒通路１９の制御
バルブ２０を開状態にして冷媒供給ユニット１８の冷媒
を供給し、水素分離精製器５の二次側の水素リッチガス
を所定の温度（例えば約５０℃）に冷却する。
【００３８】したがって、水素分離精製器５を透過した
水素リッチガスは、所定の温度に冷却されてＣＯ吸着器
１３に導入されるため、ＣＯ吸着器１３では、水素リッ
チガス５中のＣＯガスが選択的に効率良く吸着される。
この場合、数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍのＣＯガスは１ｐｐ
ｍ以下に低減され、これにより高純度の水素ガスが燃料
電池７の水素極側に供給される。
水素リッチガスは、所定の温度に冷却されてＣＯ吸着器
１３に導入されるため、ＣＯ吸着器１３では、水素リッ
チガス５中のＣＯガスが選択的に効率良く吸着される。
この場合、数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍのＣＯガスは１ｐｐ
ｍ以下に低減され、これにより高純度の水素ガスが燃料
電池７の水素極側に供給される。
【００３９】ＣＯ吸着器１３に所定量のＣＯガスが吸着
されると、ＣＯ吸着器１３は飽和するようになる。
されると、ＣＯ吸着器１３は飽和するようになる。
【００４０】一方、ＣＯ吸着器１３が飽和状態になる
と、ＣＯガス濃度検出センサ２４がＣＯガスを検出する
ようになるが、ＣＯガス濃度検出センサ２４の検出値が
所定のしきい値に達すると、クーラ１２の冷媒通路１９
の制御バルブ２０を絞って水素分離精製器５の二次側の
水素リッチガスの冷却を弱め、所定高温（例えば約１０
０℃以上）の水素リッチガスをＣＯ吸着器１３に導入す
ると共に、ＣＯ吸着器１３の排出流路２１の開閉弁２２
を開き、吸引ポンプ２３を駆動する。
と、ＣＯガス濃度検出センサ２４がＣＯガスを検出する
ようになるが、ＣＯガス濃度検出センサ２４の検出値が
所定のしきい値に達すると、クーラ１２の冷媒通路１９
の制御バルブ２０を絞って水素分離精製器５の二次側の
水素リッチガスの冷却を弱め、所定高温（例えば約１０
０℃以上）の水素リッチガスをＣＯ吸着器１３に導入す
ると共に、ＣＯ吸着器１３の排出流路２１の開閉弁２２
を開き、吸引ポンプ２３を駆動する。
【００４１】したがって、ＣＯ吸着器１３に吸着された
ＣＯガスは、所定高温の水素リッチガスおよび吸引ポン
プ２３の吸引圧力によって容易にパージされると共に、
ＣＯ吸着器１３内から吸引ポンプ２３によって排出流路
２１に速やかに吸出され、燃焼器８に送られる。これに
より、ＣＯガスは燃焼器８に的確に排出され、またパー
ジ時間も大幅に短縮される。
ＣＯガスは、所定高温の水素リッチガスおよび吸引ポン
プ２３の吸引圧力によって容易にパージされると共に、
ＣＯ吸着器１３内から吸引ポンプ２３によって排出流路
２１に速やかに吸出され、燃焼器８に送られる。これに
より、ＣＯガスは燃焼器８に的確に排出され、またパー
ジ時間も大幅に短縮される。
【００４２】このように、ＣＯ吸着器１３を用いて、高
純度の水素ガスを供給できると共に、ＣＯ吸着器１３の
ＣＯガスのパージ時間を大幅に短縮することができ、ま
たＣＯ吸着器１３を１系統設ければよいので、小型かつ
コンパクトになり、システムが複雑になることはなく、
車両搭載が容易になる。
純度の水素ガスを供給できると共に、ＣＯ吸着器１３の
ＣＯガスのパージ時間を大幅に短縮することができ、ま
たＣＯ吸着器１３を１系統設ければよいので、小型かつ
コンパクトになり、システムが複雑になることはなく、
車両搭載が容易になる。
【００４３】図２は、本発明の第２の実施の形態を示
す。これは、ＣＯガス濃度検出センサ２４を設ける代わ
りに、燃料電池７の発電電力を積算する積算電力計４０
を設け、この積算電力を基にコントローラ３０がＣＯ吸
着器１３のＣＯガスのパージを制御するようにしたもの
である。
す。これは、ＣＯガス濃度検出センサ２４を設ける代わ
りに、燃料電池７の発電電力を積算する積算電力計４０
を設け、この積算電力を基にコントローラ３０がＣＯ吸
着器１３のＣＯガスのパージを制御するようにしたもの
である。
【００４４】即ち、積算電力計４０の積算電力より水素
分離精製器５から燃料電池７に導入された水素リッチガ
ス量を積算して、この積算量からＣＯ吸着器１３のＣＯ
ガス吸着量を算出して、この算出量が所定のしきい値に
達した場合、ＣＯ吸着器１３が飽和状態になったと判定
して、ＣＯ吸着器１３のＣＯガスのパージを行うよう
に、ＣＯガス排出手段を制御、つまりクーラ１２の冷媒
通路１９の制御バルブ２０を絞って、ＣＯ吸着器１３に
導入するガス温度を高めると共に、ＣＯ吸着器１３の排
出流路２１の開閉弁２２を開き、吸引ポンプ２３を駆動
してＣＯ吸着器１３のＣＯガスを吸出して、燃焼器８へ
排出する。
分離精製器５から燃料電池７に導入された水素リッチガ
ス量を積算して、この積算量からＣＯ吸着器１３のＣＯ
ガス吸着量を算出して、この算出量が所定のしきい値に
達した場合、ＣＯ吸着器１３が飽和状態になったと判定
して、ＣＯ吸着器１３のＣＯガスのパージを行うよう
に、ＣＯガス排出手段を制御、つまりクーラ１２の冷媒
通路１９の制御バルブ２０を絞って、ＣＯ吸着器１３に
導入するガス温度を高めると共に、ＣＯ吸着器１３の排
出流路２１の開閉弁２２を開き、吸引ポンプ２３を駆動
してＣＯ吸着器１３のＣＯガスを吸出して、燃焼器８へ
排出する。
【００４５】このようにすれば、前記第１の実施の形態
と同様に、車両搭載が容易になると共に、ＣＯ吸着器１
３が飽和状態になったときに、ＣＯ吸着器１３のＣＯガ
スのパージを的確に行える。
と同様に、車両搭載が容易になると共に、ＣＯ吸着器１
３が飽和状態になったときに、ＣＯ吸着器１３のＣＯガ
スのパージを的確に行える。
【００４６】図３は、本発明の第３の実施の形態を示
す。これは、前記ＣＯガス排出手段の吸引ポンプ２３を
設ける代わりに、水素分離精製器５の一次側の出口ガス
を燃焼器８に導く配管の途中にイジェクタ５０および絞
り弁（図示しない）を備え、水素分離精製器５の一次側
の出口ガスの排出圧力を利用してイジェクタ５０を作動
して、ＣＯ吸着器１３のＣＯガスを吸出して、燃焼器８
に排出するようにしたものである。
す。これは、前記ＣＯガス排出手段の吸引ポンプ２３を
設ける代わりに、水素分離精製器５の一次側の出口ガス
を燃焼器８に導く配管の途中にイジェクタ５０および絞
り弁（図示しない）を備え、水素分離精製器５の一次側
の出口ガスの排出圧力を利用してイジェクタ５０を作動
して、ＣＯ吸着器１３のＣＯガスを吸出して、燃焼器８
に排出するようにしたものである。
【００４７】水素分離精製器５の一次側出口ガスは、所
定の圧力を有するので、絞り弁を利用して、ＣＯ吸着剤
のＣＯガスの脱着圧力（例えば１０ｋＰａ〜５０ｋＰ
ａ）になるようにイジェクタ５０を構成することによ
り、改質ガスの高圧化に伴う損失エネルギーを再利用す
ることができ、吸引ポンプに比較して、小型かつコンパ
クトにでき、電力の消費を低減でき、車両搭載が容易に
なる。
定の圧力を有するので、絞り弁を利用して、ＣＯ吸着剤
のＣＯガスの脱着圧力（例えば１０ｋＰａ〜５０ｋＰ
ａ）になるようにイジェクタ５０を構成することによ
り、改質ガスの高圧化に伴う損失エネルギーを再利用す
ることができ、吸引ポンプに比較して、小型かつコンパ
クトにでき、電力の消費を低減でき、車両搭載が容易に
なる。
【００４８】図４は、本発明の第４の実施の形態を示
す。これは、前記各実施の形態が、燃料電池７の水素極
側排出ガス（一部または全量）を、水素分離精製器５の
二次側（ＣＯ吸着器１３の上流）の水素リッチガスと合
流して再循環させるのに対して、ＣＯ吸着器１３を通過
した後の水素リッチガスと合流して再循環させるよう
に、水素循環流路６０を形成したものである。
す。これは、前記各実施の形態が、燃料電池７の水素極
側排出ガス（一部または全量）を、水素分離精製器５の
二次側（ＣＯ吸着器１３の上流）の水素リッチガスと合
流して再循環させるのに対して、ＣＯ吸着器１３を通過
した後の水素リッチガスと合流して再循環させるよう
に、水素循環流路６０を形成したものである。
【００４９】燃料電池７の水素極側排出ガスには燃料電
池７での反応によって生成された水分（水蒸気）が含ま
れ、その水分は大部分がコンデンサ１５によって除去さ
れるが、その水分がＣＯ吸着器１３のＣＯ吸着剤に吸着
すると、ＣＯ吸着剤の吸着効率が低下するようになる。
池７での反応によって生成された水分（水蒸気）が含ま
れ、その水分は大部分がコンデンサ１５によって除去さ
れるが、その水分がＣＯ吸着器１３のＣＯ吸着剤に吸着
すると、ＣＯ吸着剤の吸着効率が低下するようになる。
【００５０】したがって、燃料電池７の水素極側排出ガ
スをＣＯ吸着器１３の後流に導入して再循環させること
で、再循環ガスの水分がＣＯ吸着器１３のＣＯ吸着剤に
吸着することを回避でき、ＣＯ吸着剤の吸着効率の低下
を防止できる。この場合、燃料電池７の水素極側排出ガ
スを水素分離精製器５の二次側（ＣＯ吸着器１３の上
流）に導入した場合と比べて、ＣＯ吸着剤の使用量を２
０％低減できた。
スをＣＯ吸着器１３の後流に導入して再循環させること
で、再循環ガスの水分がＣＯ吸着器１３のＣＯ吸着剤に
吸着することを回避でき、ＣＯ吸着剤の吸着効率の低下
を防止できる。この場合、燃料電池７の水素極側排出ガ
スを水素分離精製器５の二次側（ＣＯ吸着器１３の上
流）に導入した場合と比べて、ＣＯ吸着剤の使用量を２
０％低減できた。
【００５１】この結果、コストを低減できると共に、Ｃ
Ｏ吸着器１３を一層小型コンパクトにでき、車両搭載が
一層容易になる。
Ｏ吸着器１３を一層小型コンパクトにでき、車両搭載が
一層容易になる。
【００５２】なお、従来の技術では、燃料電池７の水素
極側排出ガスを水素分離精製器５の二次側に供給すれ
ば、その二次側の水素分圧が低下するため、水素分離精
製器５を透過する水素リッチガスの水素純度が高まる
が、本発明によれば、ＣＯ吸着器１３によって水素純度
を向上できるので、水素極側排出ガスをＣＯ吸着器１３
の後流に導入しても、高水素純度の水素リッチガスを確
保できる。
極側排出ガスを水素分離精製器５の二次側に供給すれ
ば、その二次側の水素分圧が低下するため、水素分離精
製器５を透過する水素リッチガスの水素純度が高まる
が、本発明によれば、ＣＯ吸着器１３によって水素純度
を向上できるので、水素極側排出ガスをＣＯ吸着器１３
の後流に導入しても、高水素純度の水素リッチガスを確
保できる。
【図１】第１の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。
成図である。
【図２】第２の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。
成図である。
【図３】第３の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。
成図である。
【図４】第４の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。
成図である。
１ 燃料タンク ２ 水タンク ３ 蒸発器 ４ 水蒸気改質反応器 ５ 水素分離精製器 ６ 空気圧縮機 ７ 燃料電池 ８ 燃焼器 １０ クーラ １１ 加湿器 １２ クーラ １３ ＣＯ吸着器 １４ 加湿器 １５ コンデンサ １６ 循環ポンプ １８ 冷媒供給ユニット ２０ 制御バルブ ２１ 排出流路 ２２ 開閉弁 ２３ 吸引ポンプ ２４ ＣＯガス濃度検出センサ ２５,２６ 流量制御弁 ３０ コントローラ ４０ 積算電力計 ５０ イジェクタ ６０ 水素循環流路
Claims (4)
- 【請求項１】 改質用原料から水素を含む改質ガスを発
生させる改質反応器と、 改質反応器から導入される改質ガス中の水素を選択的に
分離する水素分離精製器と、 水素分離精製器の二次側の水素リッチガスが水素極側
に、空気圧縮機からの圧縮空気が空気極側に供給されて
発電する燃料電池と、 燃料電池の水素極側排出ガスの一部または全量を燃料電
池に再循環させる水素循環流路とを有する燃料電池シス
テムにおいて、 前記水素分離精製器の二次側にて水素リッチガスを冷却
するガスクーラと、 ガスクーラの後流にて水素リッチガス中のＣＯガスを選
択的に吸着・放出するＣＯ吸着器と、 ＣＯ吸着器の後流にて水素リッチガス中のＣＯガス濃度
を検出するＣＯガス濃度検出器とをそれぞれ備える一
方、 ＣＯ吸着器が吸着したＣＯガスを燃焼器に排出するＣＯ
ガス排出手段を備え、 ＣＯガス排出手段は、ＣＯガス濃度検出器の検出濃度が
所定のしきい値に達した場合、前記ガスクーラの冷媒の
制御バルブを絞って、ＣＯ吸着器に導入するガス温度を
高めると共に、吸引ポンプを用いてＣＯ吸着器のＣＯガ
スを吸出して、燃焼器へ導入するようにしたことを特徴
とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 改質用原料から水素を含む改質ガスを発
生させる改質反応器と、 改質反応器から導入される改質ガス中の水素を選択的に
分離する水素分離精製器と、 水素分離精製器の二次側の水素リッチガスが水素極側
に、空気圧縮機からの圧縮空気が空気極側に供給されて
発電する燃料電池と、 燃料電池の水素極側排出ガスの一部または全量を燃料電
池に再循環させる水素循環流路とを有する燃料電池シス
テムにおいて、 前記水素分離精製器の二次側にて水素リッチガスを冷却
するガスクーラと、 ガスクーラの後流にて水素リッチガス中のＣＯガスを選
択的に吸着・放出するＣＯ吸着器とをそれぞれ備える一
方、 燃料電池の積算電力計と、 この積算電力を基にＣＯ吸着器が吸着したＣＯガス吸着
量を算出するＣＯガス吸着量算出手段と、 ＣＯ吸着器が吸着したＣＯガスを燃焼器に排出するＣＯ
ガス排出手段とを備え、 ＣＯガス排出手段は、ＣＯガス吸着量算出手段の算出量
が所定のしきい値に達した場合、前記ガスクーラの冷媒
の制御バルブを絞って、ＣＯ吸着器に導入するガス温度
を高めると共に、吸引ポンプを用いてＣＯ吸着器のＣＯ
ガスを吸出して、燃焼器へ導入するようにしたことを特
徴とする燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記ＣＯガス排出手段の吸引ポンプに代
わってイジェクタを備え、水素分離精製器の一次側出口
ガスを利用してＣＯ吸着器のＣＯガスを吸出すると共
に、燃焼器へ導入するようにした請求項１または２に記
載の燃料電池システム。 - 【請求項４】 前記水素循環流路は、燃料電池の水素極
側排出ガスの一部または全量をＣＯ吸着器を通過した後
の水素リッチガスと合流させるように形成することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000327387A JP2002134152A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000327387A JP2002134152A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002134152A true JP2002134152A (ja) | 2002-05-10 |
Family
ID=18804421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000327387A Pending JP2002134152A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002134152A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005056777A (ja) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056735A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056775A (ja) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056666A (ja) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005536011A (ja) * | 2002-07-05 | 2005-11-24 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 物理的及び化学的フィルタを用いた、燃料電池を動作させるために供給するガスの浄化方法及び装置 |
| JP2007091498A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Kobe Steel Ltd | 水素製造方法 |
| JP2009266479A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Kobe Steel Ltd | 燃料電池システム |
| KR101107074B1 (ko) | 2004-09-08 | 2012-01-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| KR101117635B1 (ko) * | 2004-08-30 | 2012-03-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| KR20180051910A (ko) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| CN115234504A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-25 | 华涧新能源科技(上海)有限公司 | 氢气循环泵的运行控制方法及应用该泵的电堆系统 |
-
2000
- 2000-10-26 JP JP2000327387A patent/JP2002134152A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005536011A (ja) * | 2002-07-05 | 2005-11-24 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 物理的及び化学的フィルタを用いた、燃料電池を動作させるために供給するガスの浄化方法及び装置 |
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| KR101117635B1 (ko) * | 2004-08-30 | 2012-03-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| KR101107074B1 (ko) | 2004-09-08 | 2012-01-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| JP2007091498A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Kobe Steel Ltd | 水素製造方法 |
| JP2009266479A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Kobe Steel Ltd | 燃料電池システム |
| KR20180051910A (ko) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 현대중공업 주식회사 | 선박 |
| KR102269400B1 (ko) * | 2016-11-09 | 2021-06-25 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 |
| CN115234504A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-25 | 华涧新能源科技(上海)有限公司 | 氢气循环泵的运行控制方法及应用该泵的电堆系统 |
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