JP2002216830A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002216830A
JP2002216830A JP2001011649A JP2001011649A JP2002216830A JP 2002216830 A JP2002216830 A JP 2002216830A JP 2001011649 A JP2001011649 A JP 2001011649A JP 2001011649 A JP2001011649 A JP 2001011649A JP 2002216830 A JP2002216830 A JP 2002216830A
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JP
Japan
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fuel cell
reformed gas
hydrogen
reformer
cell system
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Application number
JP2001011649A
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Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Iio
雅俊 飯尾
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve efficiency of a fuel cell system. SOLUTION: A reformer (4) for generating reformed gas from evaporated fuel, and a fuel cell (5) generating power with the reformed gas are provided, of which, maximum reformed gas generating volume of the reformer (4) is adjusted to be almost same as the volume of reformed gas necessary for power generation of the fuel cell (5) in a steady operation zone. The reformer (4) attains maximum efficiency in an operation at the steady operation zone, improving efficiency as the fuel cell system as well as substantial running mileage of a vehicle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、改質器とボンベか
らの気体燃料を併用して発電する燃料電池システムの改
良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a fuel cell system for generating electric power by using both a reformer and gaseous fuel from a cylinder.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の燃料電池システムの一例として、
特開平9−266006号公報に記載のものがある。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional fuel cell system,
There is one described in JP-A-9-266006.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記燃
料電池システムでは、負荷増加時にボンベから水素が供
給されるが、この水素は負荷増加分と同時に、改質器の
改質可能部の拡大のための加熱に用いられる。つまり改
質ガスの発生量を増加させるための一時的な補助燃料と
して用いているため、改質器が可変容量タイプでない単
純なシステムに適用した場合には、大容量の改質器を低
負荷で用いることになり、改質器の効率の低い運転とな
り、システム効率を低下させる。
However, in the above-mentioned fuel cell system, hydrogen is supplied from the cylinder when the load is increased. This hydrogen is simultaneously supplied with the increased load to increase the reformable portion of the reformer. Used for heating. In other words, since it is used as a temporary auxiliary fuel to increase the amount of reformed gas generated, when applied to a simple system in which the reformer is not a variable capacity type, a large capacity reformer can be used with a low load. , The operation of the reformer becomes inefficient, and the system efficiency is reduced.

【0004】そこで本発明は、上記問題点を解決する燃
料電池システムを提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system which solves the above-mentioned problems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、気化燃料
から改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを用いて発
電を行う燃料電池とを備えた燃料電池システムにおい
て、前記改質器の最大改質ガス発生量を定常運転域での
燃料電池の発電に必要な改質ガス量と略等しくなるよう
に設定した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising a reformer for generating a reformed gas from a vaporized fuel, and a fuel cell for generating electric power using the reformed gas. The maximum reformed gas generation amount of the reformer was set to be substantially equal to the reformed gas amount required for power generation of the fuel cell in the steady operation region.

【0006】第2の発明は、第1の発明において、高濃
度の水素を貯留する水素貯留装置を備え、定常運転域の
負荷を超える高負荷時には水素貯留装置から水素を燃料
電池に供給するようにした。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a hydrogen storage device for storing high-concentration hydrogen is provided, and the hydrogen storage device supplies hydrogen to the fuel cell when the load exceeds a load in a normal operation range. I made it.

【0007】第3の発明は、第2の発明において、定常
運転域の負荷を超える高負荷時には改質器から最大発生
量の改質ガスが燃料電池に供給されるとともに、不足分
を水素貯留装置からの水素で補うようにした。
In a third aspect based on the second aspect, the reformer supplies a maximum amount of reformed gas to the fuel cell at the time of a high load exceeding the load in the steady operation range, and stores the shortage in hydrogen. It was made up with hydrogen from the device.

【0008】第4の発明は、第1の発明において、高濃
度の水素を貯留する水素貯留装置を備え、定常運転域の
負荷より小さい低負荷時には、改質器で最大発生量の改
質ガスを生成し、燃料電池に必要量供給するとともに、
余剰分の改質ガスは水素貯留装置に貯留される。
In a fourth aspect based on the first aspect, a hydrogen storage device for storing high-concentration hydrogen is provided, and when the load is lower than the load in a steady operation range, the maximum amount of reformed gas generated by the reformer is provided. And supply the required amount to the fuel cell,
The surplus reformed gas is stored in the hydrogen storage device.

【0009】第5の発明は、第1の発明において、燃料
電池に空気を供給する空気供給装置と、この空気供給装
置を駆動する駆動装置と、改質器で生成した改質ガスの
一部を圧縮する圧縮装置を備え、圧縮装置は駆動装置に
よって駆動され、圧縮した改質ガスを水素貯留装置に貯
留するようにした。
In a fifth aspect based on the first aspect, an air supply device for supplying air to the fuel cell, a driving device for driving the air supply device, and a part of the reformed gas generated by the reformer are provided. The compression device is driven by a driving device, and the compressed reformed gas is stored in the hydrogen storage device.

【0010】第6の発明は、第2または3の発明におい
て、改質ガス中の一酸化炭素濃度を燃料電池での発電に
用いられる許容一酸化炭素濃度以下に除去する一酸化炭
素除去装置を備え、改質器からの改質ガスと水素貯留装
置からの水素を同時に燃料電池に供給するときには、こ
の改質ガスと水素の混合ガスの一酸化炭素濃度を燃料電
池に供給できる許容一酸化炭素濃度となるように一酸化
炭素除去装置に空気を供給する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the second or third aspect, there is provided a carbon monoxide removing apparatus for removing a carbon monoxide concentration in a reformed gas to a level not more than an allowable carbon monoxide concentration used for power generation in a fuel cell. When the reformed gas from the reformer and the hydrogen from the hydrogen storage device are simultaneously supplied to the fuel cell, the carbon monoxide concentration of the mixed gas of the reformed gas and hydrogen can be supplied to the fuel cell. Air is supplied to the carbon monoxide removing device so that the concentration becomes equal.

【0011】第7の発明は、第2または3の発明におい
て、改質器からの改質ガスと水素貯留装置からの水素を
同時に燃料電池に供給するときには、燃料電池での改質
ガスと水素の混合ガスのストイキ比を水素の混合率に応
じて改質ガスのみの場合より小さくする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the second or third aspect, when the reformed gas from the reformer and the hydrogen from the hydrogen storage device are simultaneously supplied to the fuel cell, the reformed gas and the hydrogen in the fuel cell are supplied. The stoichiometric ratio of the mixed gas is made smaller than that of only the reformed gas in accordance with the mixing ratio of hydrogen.

【0012】[0012]

【発明の効果】第1の発明は、定常運転域で最大改質ガ
ス発生量を生成する改質器を備えたので、改質器は定常
運転域での運転が最大効率となり、燃料電池システムと
しての効率が向上し、実質的な車両の走行燃費を向上で
きる。また定常運転域で最大改質ガス発生量を生成する
改質器を用いるため、不必要に改質器の容量を大きくす
ることなく、改質器を小型化でき、改質器の起動、応答
期間を短縮できる。
According to the first aspect of the present invention, since the reformer having the maximum reformed gas generation amount in the steady operation region is provided, the operation of the reformer in the steady operation region has the maximum efficiency, and the fuel cell system has As a result, the fuel efficiency of the vehicle can be substantially improved, and the actual fuel efficiency of the vehicle can be improved. In addition, since a reformer that generates the maximum amount of reformed gas is used in the steady operation range, the reformer can be downsized without unnecessarily increasing the capacity of the reformer. The period can be shortened.

【0013】第2の発明では、高濃度の水素を貯留する
水素貯留装置を備え、定常運転域の負荷を超える高負荷
時には水素貯留装置から水素を燃料電池に供給するよう
にしたので、改質器を大型化することなく、高負荷に対
応することができる。
In the second invention, a hydrogen storage device for storing high-concentration hydrogen is provided, and when the load is higher than the load in the normal operation range, hydrogen is supplied from the hydrogen storage device to the fuel cell. High load can be accommodated without increasing the size of the vessel.

【0014】第3の発明は、定常運転域の負荷を超える
高負荷時には改質器から最大発生量の改質ガスが燃料電
池に供給されるとともに、不足分を水素貯留装置からの
水素で補うようにしたので、高負荷域においても高効率
の状態で改質器を運転でき、燃料電池システムの効率を
向上できる。
According to a third aspect of the present invention, at the time of a high load exceeding a load in a steady operation range, the reformer supplies the maximum amount of reformed gas to the fuel cell and makes up the shortage with hydrogen from the hydrogen storage device. As a result, the reformer can be operated in a high efficiency state even in a high load range, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0015】第4の発明は、定常運転域の負荷より小さ
い低負荷時には、改質器で最大発生量の改質ガスを生成
し、燃料電池に必要量を供給するとともに、余剰分の改
質ガスは水素貯留装置に貯留されるので、改質器を最大
効率付近で運転することができ、燃料電池システムの効
率を向上することができる。
In a fourth aspect of the present invention, when the load is lower than the load in the steady operation region, the reformer generates the maximum amount of reformed gas to supply the necessary amount to the fuel cell and to reform the surplus. Since the gas is stored in the hydrogen storage device, the reformer can be operated near the maximum efficiency, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0016】また、水素貯留装置は外部からの水素の充
填に加えて、改質器からの改質ガスを補填されるので、
同じ水素貯留装置の容量であっても、水素貯留装置から
の水素供給時間を延長することができ、燃料電池駆動の
車両の運転距離を延ばすことができる。
In addition, since the hydrogen storage device is supplemented with reformed gas from the reformer in addition to hydrogen filling from the outside,
Even with the same capacity of the hydrogen storage device, the hydrogen supply time from the hydrogen storage device can be extended, and the driving distance of a fuel cell driven vehicle can be extended.

【0017】第5の発明は、改質ガスを圧縮する圧縮装
置を空気供給装置の駆動装置によって駆動するようにし
たので、第4の発明による効果に加えて、圧縮装置の駆
動装置を空気供給装置と共用することができるので、圧
縮装置の駆動装置を改めて設置する必要がなく、車両へ
の搭載が容易となる。
According to a fifth aspect of the present invention, the compression device for compressing the reformed gas is driven by the driving device of the air supply device. Therefore, in addition to the effect of the fourth invention, the driving device of the compression device is supplied with the air supply device. Since it can be shared with the device, there is no need to install a drive device for the compression device again, and mounting on the vehicle becomes easy.

【0018】第6の発明は、通常、一酸化炭素除去装置
での酸化反応により一酸化炭素を除去する場合には一酸
化炭素の数倍の酸素を一酸化炭素除去装置に供給するた
め一酸化炭素以外に水素が酸素と反応して燃料電池に供
給される改質ガス中の水素量が減少するが、本発明で
は、燃料電池に供給される改質ガスを水素によって希釈
するので、一酸化炭素除去装置から排出される改質ガス
中の一酸化炭素濃度は高い濃度でよく、結果として一酸
化炭素除去装置に供給する空気の量を減らし、一酸化炭
素除去装置で消費される水素量を減少することができ
る。したがって、一酸化炭素除去装置から排出されら改
質ガス中の水素量を増加することができ、燃料電池シス
テムの効率を向上することができる。
In the sixth invention, when removing carbon monoxide by an oxidation reaction in a carbon monoxide removing device, usually, oxygen is supplied several times as much as carbon monoxide to the carbon monoxide removing device. In addition to carbon, hydrogen reacts with oxygen to reduce the amount of hydrogen in the reformed gas supplied to the fuel cell. In the present invention, however, the reformed gas supplied to the fuel cell is diluted with hydrogen, so The concentration of carbon monoxide in the reformed gas discharged from the carbon removal device may be high, and as a result, the amount of air supplied to the carbon monoxide removal device is reduced, and the amount of hydrogen consumed by the carbon monoxide removal device is reduced. Can be reduced. Therefore, the amount of hydrogen in the reformed gas discharged from the carbon monoxide removing device can be increased, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0019】第7の発明は、通常、反応に必要な燃料電
池内の水素分圧を確保するため改質ガスでは純水素に対
してストイキ比を大きくするが、改質器からの改質ガス
と水素貯留装置からの水素を同時に燃料電池に供給する
ときには、燃料電池での改質ガスと水素の混合ガスのス
トイキ比を水素の混合率に応じて改質ガスのみの場合よ
り小さくするので、燃料電池へ供給する水素量を少なく
でき、燃料電池システムの効率を向上できる。
In the seventh invention, the stoichiometric ratio of the reformed gas to the pure hydrogen is generally increased in order to secure the hydrogen partial pressure in the fuel cell required for the reaction. When the hydrogen from the hydrogen storage device is simultaneously supplied to the fuel cell, the stoichiometric ratio of the mixed gas of the reformed gas and the hydrogen in the fuel cell is made smaller than the case of the reformed gas alone according to the mixing ratio of the hydrogen. The amount of hydrogen supplied to the fuel cell can be reduced, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0021】図1を参照すると、本燃料電池システムは
気化した燃料と水とをもとにして水素リッチな改質ガス
を生成する改質器4と、改質ガス中の一酸化炭素(以
下、COと示す。)を所定濃度以下に低減するCO除去
装置5と、CO除去装置5から供給される改質ガスとコ
ンプレッサ7から供給される空気とに基づき発電する燃
料電池2と、燃料電池2から排出される排水素と排空気
とを燃焼する燃焼器1と、燃焼器1からの燃焼ガスの熱
を用いてタンクから供給される燃料と水とを気化し、気
化燃料を改質器4に供給する蒸発器3とを備えている。
燃料と水を気化した燃焼ガスは蒸発器3から外部に排出
される。
Referring to FIG. 1, the present fuel cell system includes a reformer 4 for generating a hydrogen-rich reformed gas based on vaporized fuel and water, and a carbon monoxide (hereinafter, referred to as a reformed gas) in the reformed gas. , CO), a fuel cell 2 that generates electric power based on the reformed gas supplied from the CO removal device 5 and the air supplied from the compressor 7, and a fuel cell. A combustor 1 that burns exhaust hydrogen and exhaust air discharged from the fuel cell 2, and a fuel and water supplied from a tank are vaporized by using heat of the combustion gas from the combustor 1 to convert the vaporized fuel into a reformer. And an evaporator 3 for supplying the evaporator 3 to the evaporator 3.
The combustion gas which has vaporized the fuel and water is discharged from the evaporator 3 to the outside.

【0022】本実施形態の燃料電池システムは更に燃料
電池2の発電に必要な水素を供給する水素貯留装置であ
るボンベ10をも備える。ボンベ10から供給される水
素は燃料電池2の発電に使用されうる十分高濃度の水素
であり、言い換えると水素中の一酸化炭素は低濃度に管
理されている。
The fuel cell system of the present embodiment further includes a cylinder 10 which is a hydrogen storage device for supplying hydrogen required for power generation of the fuel cell 2. The hydrogen supplied from the cylinder 10 is a sufficiently high concentration of hydrogen that can be used for power generation of the fuel cell 2, in other words, the concentration of carbon monoxide in the hydrogen is controlled to a low concentration.

【0023】なお、前記水素貯留装置としては、前記ボ
ンベ10に限るものではなく、水素貯蔵合金等を備えた
水素貯留装置を用いてもよい。
The hydrogen storage device is not limited to the cylinder 10, but may be a hydrogen storage device provided with a hydrogen storage alloy or the like.

【0024】ボンベ10と燃料電池2との間にはボンベ
10からの水素を調圧する調圧弁11と、ボンベ10か
らの水素の供給を制御する切換弁15を備えている。さ
らにボンベ10に図示しない外部から水素を補充する際
に開く開閉弁12を備える。
A pressure regulating valve 11 for regulating the pressure of hydrogen from the cylinder 10 and a switching valve 15 for controlling the supply of hydrogen from the cylinder 10 are provided between the cylinder 10 and the fuel cell 2. The cylinder 10 further includes an on-off valve 12 that is opened when refilling hydrogen from the outside (not shown).

【0025】またCO除去装置5と燃料電池2との間に
は改質ガスの燃料電池2への供給を制御する切換弁16
が備えられる。
A switching valve 16 for controlling the supply of the reformed gas to the fuel cell 2 is provided between the CO removing device 5 and the fuel cell 2.
Is provided.

【0026】ここで本実施形態の改質器4は、その生成
する改質ガスの最大発生量を燃料電池システムの定常運
転域での燃料電池2の発電量が必要とする改質ガス量を
最大発生量とするように設定された小型の改質器であ
り、定常運転域を超える負荷を伴う運転域の時には改質
器4の最大発生量の改質ガスを燃料電池2に供給すると
ともに、不足分をボンベ10からの水素を燃料電池2に
供給することで補う。
Here, the reformer 4 of the present embodiment determines the maximum amount of reformed gas generated by the reformed gas amount required by the power generation amount of the fuel cell 2 in the steady operation range of the fuel cell system. It is a small reformer set to have the maximum generation amount, and supplies the reformed gas of the maximum generation amount of the reformer 4 to the fuel cell 2 in the operation range with a load exceeding the steady operation range. The shortage is compensated for by supplying hydrogen from the cylinder 10 to the fuel cell 2.

【0027】このように本実施形態では図2に示すよう
に定常運転域の負荷で最大効率、つまり最大改質ガス発
生量となるような改質器4を設けたため、改質器の効率
を向上することができ、結果として燃料電池システムの
効率を向上できるものである。
As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 2, since the reformer 4 is provided so as to have the maximum efficiency, that is, the maximum reformed gas generation amount under the load in the steady operation range, the efficiency of the reformer is reduced. This can improve the efficiency of the fuel cell system as a result.

【0028】次に燃料電池システムの負荷条件域毎に分
けて改質器4とボンベ10の作動状態を説明する。
Next, the operating states of the reformer 4 and the cylinder 10 will be described for each load condition range of the fuel cell system.

【0029】まず燃料電池システムを定常運転域で作動
するときには、燃料電池2の発電に必要な改質ガスの必
要量は改質器4の最大改質ガス発生量とほぼ同じであ
り、改質ガスの全量を改質器4でまかなうことができ
る。したがって改質器4は最大効率で運転することがで
きるので、燃料電池システムとしての効率が向上し、実
質的な車両の走行燃費を向上できる。また定常運転域で
最大改質ガス発生量となる改質器4を用いるため、改質
器4の容量を小さく設定でき、改質器4を小型化するこ
とができる。したがって改質器4の起動、応答期間を短
縮できる。
First, when the fuel cell system is operated in the steady operation range, the required amount of the reformed gas required for power generation of the fuel cell 2 is almost the same as the maximum reformed gas generation amount of the reformer 4. The entire amount of gas can be supplied by the reformer 4. Therefore, since the reformer 4 can be operated at the maximum efficiency, the efficiency of the fuel cell system is improved, and the actual fuel efficiency of the vehicle can be improved. Further, since the reformer 4 having the maximum reformed gas generation amount in the steady operation region is used, the capacity of the reformer 4 can be set small, and the reformer 4 can be downsized. Therefore, the start-up and response time of the reformer 4 can be shortened.

【0030】定常運転域を超える負荷で運転するとき
(たとえば、車両の起動時や追い越し加速時)には、改質
器4からの改質ガスの供給だけでは発電に必要な改質ガ
スが不足となり、不足分の改質ガスをボンベ10からの
水素供給で補うようにする。
When operating with a load exceeding the steady operation range
(For example, at the time of starting the vehicle or at the time of overtaking acceleration), the supply of the reformed gas from the reformer 4 alone results in a shortage of the reformed gas required for power generation, and the insufficient reformed gas is supplied from the cylinder 10. Make up with hydrogen supply.

【0031】したがって改質器4を最大効率で運転する
ことができるので、燃料電池システムとしての効率が向
上するとともに、起動時や加速時にはボンベ10からの
水素により改質ガスの不足分を補うことができるので、
改質器4の応答性が迅速でなくてもよく、改質器4の制
御が簡単になる。
Therefore, since the reformer 4 can be operated at the maximum efficiency, the efficiency of the fuel cell system is improved, and the shortage of the reformed gas is compensated by the hydrogen from the cylinder 10 at the time of start-up or acceleration. So you can
The response of the reformer 4 does not have to be quick, and the control of the reformer 4 is simplified.

【0032】次に改質器4からの改質ガスとボンベ10
からの水素を同時供給するときの制御について説明す
る。
Next, the reformed gas from the reformer 4 and the cylinder 10
The control at the time of simultaneously supplying hydrogen from the furnace will be described.

【0033】改質ガスと水素を同時に供給するときには
CO除去装置5への改質ガスと水素との混合ガスのCO
濃度は改質ガスのみのCO濃度と同じ濃度以下であれば
よく、CO濃度を調整するためにCO除去装置5へコン
プレッサ7から供給する空気量を調整するようにする。
When the reformed gas and the hydrogen are supplied simultaneously, the mixed gas of the reformed gas and the hydrogen to the CO removing device 5
The concentration may be equal to or less than the same as the CO concentration of only the reformed gas. In order to adjust the CO concentration, the amount of air supplied from the compressor 7 to the CO removing device 5 is adjusted.

【0034】CO除去装置5では下記の反応によりCO
を除去する。
In the CO removing device 5, CO is removed by the following reaction.
Is removed.

【0035】2CO+O2→2CO2 この場合、触媒の選択性が低く、COを1モル除去する
のにH2を2モル消費する。実際には、改質ガス中のC
Oが2%で、これをCO除去装置5で燃料電池2が許容
するCO濃度(100ppm以下)に低下させる場合に
はCO流量の3倍前後の流量に酸素量を制御する。
2CO + O 2 → 2CO 2 In this case, the selectivity of the catalyst is low, and 2 moles of H 2 are consumed to remove 1 mole of CO. Actually, C in the reformed gas
When O is 2% and this is reduced to the CO concentration (100 ppm or less) permitted by the fuel cell 2 by the CO removing device 5, the oxygen amount is controlled to a flow rate that is about three times the CO flow rate.

【0036】本実施形態では、CO除去装置5から排出
された改質ガスにボンベ10から水素を混合するように
したので、CO除去装置5で除去されるCO量を少なく
し、結果としてCO除去装置5に供給する空気量を少な
くでき、したがってCO除去装置5で消費されるH2
を減少でき、システム全体として有効利用可能なH2
が増加して効率がよくなる。
In the present embodiment, since the reformed gas discharged from the CO removing device 5 is mixed with hydrogen from the cylinder 10, the amount of CO removed by the CO removing device 5 is reduced, and as a result, CO is removed. possible to reduce the amount of air supplied to the device 5, thus can be reduced with H 2 amount consumed by the CO remover 5, effectively available H 2 amount is more efficient to increase the overall system.

【0037】また、改質ガスと水素を同時に供給すると
きには燃料電池2での改質ガスと水素との混合ガスのス
トイキ比(すなわち、反応に必要な水素量に対する運転
に必要な流量倍数)を、改質ガスのみの場合よりも高濃
度水素の混合率に合わせて小さくなるように制御する。
改質ガス中への高濃度水素の混合割合が大きいほど燃料
電池2での水素分圧が高くなるため、高濃度水素の混合
割合が大きいほど混合ガスのストイキ比は小さくするこ
とが可能となる。したがって高濃度水素の混合割合に応
じてストイキ比を小さく制御することにより、燃料電池
2へ供給する水素量を少なくでき、燃料電池システムの
効率を向上できる。
When simultaneously supplying the reformed gas and the hydrogen, the stoichiometric ratio of the mixed gas of the reformed gas and the hydrogen in the fuel cell 2 (ie, the flow rate multiple required for the operation with respect to the amount of hydrogen required for the reaction) is determined. In addition, control is performed so as to be smaller in accordance with the mixing ratio of high-concentration hydrogen than when only the reformed gas is used.
The higher the mixing ratio of high-concentration hydrogen in the reformed gas, the higher the hydrogen partial pressure in the fuel cell 2. Therefore, the higher the mixing ratio of high-concentration hydrogen, the smaller the stoichiometric ratio of the mixed gas can be. . Therefore, by controlling the stoichiometric ratio to be small according to the mixing ratio of the high-concentration hydrogen, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 2 can be reduced, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

【0038】図3に示す第2の実施形態について説明す
る。
Next, a second embodiment shown in FIG. 3 will be described.

【0039】これは図1に示した第1の実施形態の構成
に加えて、空気を燃料電池2に供給するコンプレッサ7
を駆動するモータ8により駆動される改質ガス圧縮装置
17を設け、改質ガス圧縮装置17で圧縮された改質ガ
スをボンベ10に供給できるようにしたものである。
This is in addition to the configuration of the first embodiment shown in FIG.
Is provided with a reformed gas compression device 17 driven by a motor 8 for driving the gas. The reformed gas compressed by the reformed gas compression device 17 can be supplied to the cylinder 10.

【0040】一般に、改質器4は外部への放熱の影響等
により高負荷ほど効率が高くなる一方、燃料電池2は低
負荷ほど効率が高い。改質器4と燃料電池2の効率によ
ってシステムの効率がほぼ決定されるので、定常運転走
行で用いられる低負荷域では、改質器4の改質効率が低
く、システムとしての効率が低下する。
Generally, the efficiency of the reformer 4 increases as the load increases due to the influence of heat radiation to the outside, while the efficiency of the fuel cell 2 increases as the load decreases. Since the efficiency of the system is substantially determined by the efficiency of the reformer 4 and the fuel cell 2, the reforming efficiency of the reformer 4 is low and the efficiency of the system is reduced in a low load region used in a steady operation. .

【0041】つまり低負荷域での改質器4の効率を向上
することで燃料電池システムの多用する低負荷域での効
率を向上し、車両としての実質的な走行燃費を向上でき
る。
That is, by improving the efficiency of the reformer 4 in the low load region, the efficiency in the low load region where the fuel cell system is frequently used can be improved, and the substantial fuel efficiency of the vehicle can be improved.

【0042】ここで、改質ガス圧縮装置17は定常運転
域より負荷の小さい低負荷域で燃料電池の発生出力が小
さく、コンプレッサ7の負荷が小さく、モータ8の出力
に余裕があるときに限り稼動する。改質器4は燃料電池
2への改質ガスの供給に加えて、ボンベ10に供給する
分の改質ガスを発生する。つまり、改質器4は定常運転
域と同様に略最大改質ガス発生量を発生するが、燃料電
池2が必要とする改質ガス量を超えており、発生量が過
剰となる。この過剰分を改質ガス圧縮装置17で圧縮し
てボンベ10に供給するものである。
Here, the reformed gas compressor 17 is only used when the output of the fuel cell is small in the low load region where the load is smaller than the steady operation region, the load on the compressor 7 is small, and the output of the motor 8 has a margin. It works. The reformer 4 generates the reformed gas to be supplied to the cylinder 10 in addition to the supply of the reformed gas to the fuel cell 2. That is, the reformer 4 generates a substantially maximum reformed gas generation amount in the same manner as in the steady operation range, but exceeds the reformed gas amount required by the fuel cell 2, and the generation amount becomes excessive. This excess is compressed by the reformed gas compression device 17 and supplied to the cylinder 10.

【0043】このような構成とすることで、コンプレッ
サ7の負荷が小さく、燃料電池2の発生出力が小さい時
には、改質器4も負荷が小さくなり、効率が低下する
が、燃料電池2に供給する改質ガス量に加えて、ボンベ
10に供給する分の改質ガスを発生することにより、改
質器4の最大効率付近で運転することができ、システム
の効率を向上することができる。ここで、コンプレッサ
7はモータ8の負荷に余裕があるため改質ガス圧縮装置
17を駆動することができる。
With this configuration, when the load on the compressor 7 is small and the output of the fuel cell 2 is small, the load on the reformer 4 is also small and the efficiency is reduced. By generating the reformed gas to be supplied to the cylinder 10 in addition to the reformed gas amount to be performed, the reformer 4 can be operated near the maximum efficiency, and the efficiency of the system can be improved. Here, the compressor 7 can drive the reformed gas compression device 17 because the load of the motor 8 has a margin.

【0044】ボンベ10は外部からの水素の充填に加え
て、改質器4からの改質ガスを補填されるので、同じボ
ンベ10の容量であっても、ボンベ10からの水素供給
時間を延長することができ、車両の運転距離を延ばすこ
とができる。
Since the cylinder 10 is filled with reformed gas from the reformer 4 in addition to the filling of hydrogen from the outside, the hydrogen supply time from the cylinder 10 can be extended even if the capacity of the cylinder 10 is the same. And the driving distance of the vehicle can be extended.

【0045】また燃料電池2の負荷が小さくなる車両制
動時に、図示しない駆動モータで回生制動を行った場合
には、2次電池の容量が小さいと回生エネルギの回収率
が小さくなるが、本実施形態では、燃料電池2の負荷が
小さい場合でも、比較的大きなOLE_LINK1改質ガス圧縮
装置17OLE_LINK1で電力の消費があるので、改質ガス
圧縮装置17を作動させて回生エネルギの回収率を大き
くすることができる。したがって、実質的な燃料電池車
両の燃費を向上することができる。
When regenerative braking is performed by a drive motor (not shown) during vehicle braking in which the load on the fuel cell 2 is reduced, the recovery rate of regenerative energy is reduced if the capacity of the secondary battery is small. In the embodiment, even when the load of the fuel cell 2 is small, power is consumed by the relatively large OLE_LINK1 reformed gas compressor 17 OLE_LINK1, so that the reformed gas compressor 17 is operated to increase the recovery rate of regenerative energy. Can be. Therefore, the fuel efficiency of the fuel cell vehicle can be substantially improved.

【0046】さらに、改質ガス圧縮装置17の駆動用の
モータ8をコンプレッサ7と共用することができるの
で、改質ガス圧縮装置17の駆動用のモータを改めて設
置する必要がなく、車両への搭載が容易となる。
Further, since the motor 8 for driving the reformed gas compression device 17 can be shared with the compressor 7, there is no need to install a motor for driving the reformed gas compression device 17 again, and the Mounting becomes easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】同じく改質器容量の設定を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing setting of a reformer capacity.

【図3】本発明の第2の実施形態を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃焼器 2 燃料電池 3 蒸発器 4 改質器 5 一酸化炭素除去装置 7 コンプレッサ 10 ボンベ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustor 2 Fuel cell 3 Evaporator 4 Reformer 5 Carbon monoxide removal apparatus 7 Compressor 10 Cylinder

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】気化燃料から改質ガスを生成する改質器
と、 改質ガスを用いて発電を行う燃料電池とを備えた燃料電
池システムにおいて、 前記改質器の最大改質ガス発生量を定常運転域での燃料
電池の発電に必要な改質ガス量と略等しくなるように設
定したことを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system comprising: a reformer that generates a reformed gas from a vaporized fuel; and a fuel cell that generates electric power using the reformed gas. Is set to be substantially equal to the amount of reformed gas required for power generation of the fuel cell in a steady operation range.
【請求項2】高濃度の水素を貯留する水素貯留装置を備
え、定常運転域の負荷を超える高負荷時には水素貯留装
置から水素を燃料電池に供給するようにしたことを特徴
とする請求項1に記載の燃料電池システム。
2. A hydrogen storage device for storing high-concentration hydrogen, wherein hydrogen is supplied from the hydrogen storage device to the fuel cell when the load exceeds a load in a normal operation range. 3. The fuel cell system according to item 1.
【請求項3】定常運転域の負荷を超える高負荷時には改
質器から最大発生量の改質ガスが燃料電池に供給される
とともに、不足分を水素貯留装置からの水素で補うよう
にしたことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池シス
テム。
3. When the load is higher than the load in the steady operation range, the reformer supplies the maximum amount of reformed gas to the fuel cell and makes up the shortage with hydrogen from the hydrogen storage device. The fuel cell system according to claim 2, wherein:
【請求項4】高濃度の水素を貯留する水素貯留装置を備
え、定常運転域の負荷より小さい低負荷時には、改質器
で最大発生量の改質ガスを生成し、燃料電池に必要量を
供給するとともに、余剰分の改質ガスは水素貯留装置に
貯留されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池
システム。
4. A hydrogen storage device for storing high-concentration hydrogen is provided. When the load is lower than the load in a steady operation range, the reformer generates the maximum amount of reformed gas to reduce the amount required for the fuel cell. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the excess reformed gas is stored in the hydrogen storage device while being supplied. 3.
【請求項5】燃料電池に空気を供給する空気供給装置
と、この空気供給装置を駆動する駆動装置と、改質器で
生成した改質ガスの一部を圧縮する圧縮装置を備え、圧
縮装置は駆動装置によって駆動され、水素貯留装置とし
てボンベを用い、圧縮した改質ガスを水素貯留装置に貯
留するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の燃
料電池システム。
5. A compression device comprising: an air supply device for supplying air to a fuel cell; a driving device for driving the air supply device; and a compression device for compressing a part of the reformed gas generated by the reformer. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is driven by a driving device, and uses a cylinder as the hydrogen storage device, and stores the compressed reformed gas in the hydrogen storage device.
【請求項6】改質ガス中の一酸化炭素濃度を燃料電池で
の発電に用いられる許容一酸化炭素濃度以下に除去する
一酸化炭素除去装置を備え、改質器からの改質ガスと水
素貯留装置からの水素を同時に燃料電池に供給するとき
には、この改質ガスと水素の混合ガスの一酸化炭素濃度
を燃料電池に供給できる許容一酸化炭素濃度となるよう
に一酸化炭素除去装置に空気を供給することを特徴とす
る請求項2または3に記載の燃料電池システム。
6. A device for removing carbon monoxide in a reformed gas to a concentration equal to or lower than an allowable carbon monoxide concentration used for power generation in a fuel cell, wherein the reformed gas and hydrogen from a reformer are provided. When hydrogen from the storage device is simultaneously supplied to the fuel cell, air is supplied to the carbon monoxide removal device so that the carbon monoxide concentration of the mixed gas of the reformed gas and hydrogen becomes an allowable carbon monoxide concentration that can be supplied to the fuel cell. 4. The fuel cell system according to claim 2, wherein:
【請求項7】改質器からの改質ガスと水素貯留装置から
の水素を同時に燃料電池に供給するときには、燃料電池
での改質ガスと水素の混合ガスのストイキ比を水素の混
合率に応じて改質ガスのみの場合より小さくすることを
特徴とする請求項2または3に記載の燃料電池システ
ム。
7. When the reformed gas from the reformer and the hydrogen from the hydrogen storage device are simultaneously supplied to the fuel cell, the stoichiometric ratio of the mixed gas of the reformed gas and hydrogen in the fuel cell is changed to the mixing ratio of hydrogen. 4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel cell system is made smaller than the case of using only the reformed gas.
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