JP2003142138A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JP2003142138A JP2003142138A JP2001333988A JP2001333988A JP2003142138A JP 2003142138 A JP2003142138 A JP 2003142138A JP 2001333988 A JP2001333988 A JP 2001333988A JP 2001333988 A JP2001333988 A JP 2001333988A JP 2003142138 A JP2003142138 A JP 2003142138A
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池発電装置は、起動時や負荷変動時な
ど水素生成器が非定常で動作する際に、短時間の間比較
的高濃度の一酸化炭素が発生する。そのために燃料電池
発電装置の運転が停止してしまい、動作不能となってし
まうことがあった。 【解決手段】 水素生成器３と燃料電池４の間に一酸化
炭素吸着器７を設けることにより、燃料ガス中の一酸化
炭素を吸着除去する。これにより一時的に一酸化炭素濃
度が高濃度で発生しても燃料電池発電装置を安定に動作
することができる。
ど水素生成器が非定常で動作する際に、短時間の間比較
的高濃度の一酸化炭素が発生する。そのために燃料電池
発電装置の運転が停止してしまい、動作不能となってし
まうことがあった。 【解決手段】 水素生成器３と燃料電池４の間に一酸化
炭素吸着器７を設けることにより、燃料ガス中の一酸化
炭素を吸着除去する。これにより一時的に一酸化炭素濃
度が高濃度で発生しても燃料電池発電装置を安定に動作
することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素原料から
生成した水素を利用して発電を行う燃料電池発電装置に
関するものであり、より詳細には燃料電池に供給する燃
料ガス中に含まれる燃料電池の被毒物質の除去装置に係
る。
生成した水素を利用して発電を行う燃料電池発電装置に
関するものであり、より詳細には燃料電池に供給する燃
料ガス中に含まれる燃料電池の被毒物質の除去装置に係
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置には炭化水素と水を原
料として燃料電池の燃料ガスとなる水素を生成する水素
生成器が用いられている。一般的に水素生成器は、改質
器と変成器と選択酸化器の３段の反応器で構成されてい
る。それぞれの反応器について簡単に説明すると、先ず
改質器内で炭化水素と水を７００℃程度の高温で反応さ
せることにより、水素と二酸化炭素と一酸化炭素の混合
した燃料ガスを生成する。この反応では一酸化炭素が１
０〜２０％程度発生するが、一酸化炭素は燃料電池内で
使用されている白金触媒を被毒してしまうため、変成器
と選択酸化器を用いて一酸化炭素を約１０ｐｐｍ以下の
所定濃度まで低減する必要がある。
料として燃料電池の燃料ガスとなる水素を生成する水素
生成器が用いられている。一般的に水素生成器は、改質
器と変成器と選択酸化器の３段の反応器で構成されてい
る。それぞれの反応器について簡単に説明すると、先ず
改質器内で炭化水素と水を７００℃程度の高温で反応さ
せることにより、水素と二酸化炭素と一酸化炭素の混合
した燃料ガスを生成する。この反応では一酸化炭素が１
０〜２０％程度発生するが、一酸化炭素は燃料電池内で
使用されている白金触媒を被毒してしまうため、変成器
と選択酸化器を用いて一酸化炭素を約１０ｐｐｍ以下の
所定濃度まで低減する必要がある。
【０００３】そこで先ず、変成器で一酸化炭素と水を３
００〜４００℃で反応させ二酸化炭素と水素に変成す
る。この反応により燃料ガス中の一酸化炭素濃度は１％
程度以下に低減される。次に、この燃料ガスを選択酸化
器内で１５０〜３００℃の雰囲気で空気と混合し、一酸
化炭素を燃焼して除去することによってその濃度を１０
ｐｐｍ以下に減少する。このように複数段の反応を用い
ることにより一酸化炭素を所定濃度以下にまで除去した
燃料ガスを燃料電池へ供給して発電を行う。
００〜４００℃で反応させ二酸化炭素と水素に変成す
る。この反応により燃料ガス中の一酸化炭素濃度は１％
程度以下に低減される。次に、この燃料ガスを選択酸化
器内で１５０〜３００℃の雰囲気で空気と混合し、一酸
化炭素を燃焼して除去することによってその濃度を１０
ｐｐｍ以下に減少する。このように複数段の反応を用い
ることにより一酸化炭素を所定濃度以下にまで除去した
燃料ガスを燃料電池へ供給して発電を行う。
【０００４】上記の反応器には各々の反応にふさわしい
触媒が開発されており、例えば選択酸化器用の選択性の
高い触媒としては、特開平10-29804号公報、特開平11-3
47414号公報、特開2001-224965号公報などがある。
触媒が開発されており、例えば選択酸化器用の選択性の
高い触媒としては、特開平10-29804号公報、特開平11-3
47414号公報、特開2001-224965号公報などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの触媒
にはルテニウムや白金など高価な貴金属類が使用されて
おり、価格の点から使用量は最小限に抑える必要があ
る。触媒の性能は、触媒として作用する貴金属微粒子の
凝集や触媒表面への炭素の析出などの理由により経時的
に低下してしまう。そのために、使用する触媒量はこの
劣化を見込んで多めに用いるのが通常である。しかし、
触媒量の増加は直接コストに関わるため、必要以上の量
の触媒を使用することはできない。
にはルテニウムや白金など高価な貴金属類が使用されて
おり、価格の点から使用量は最小限に抑える必要があ
る。触媒の性能は、触媒として作用する貴金属微粒子の
凝集や触媒表面への炭素の析出などの理由により経時的
に低下してしまう。そのために、使用する触媒量はこの
劣化を見込んで多めに用いるのが通常である。しかし、
触媒量の増加は直接コストに関わるため、必要以上の量
の触媒を使用することはできない。
【０００６】一方、経時的な触媒性能の低下や、さまざ
まな動作条件での燃料電池発電装置の運転によっては、
燃料電池に供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度が所定
の限界濃度をこえてしまうことがあった。特に燃料電池
発電装置の起動時や負荷変動時など、水素生成器の燃料
ガス流量が変化している際には、水素生成器の運転が非
定常となり、短時間の間一酸化炭素濃度が限界濃度を越
えてしまうことがある。このような場合、一時的な場合
であっても燃料電池に限界濃度以上の一酸化炭素が流入
することは望ましくない。燃料電池に限界濃度以上の一
酸化炭素が供給されると、燃料電池の出力電圧が急激に
低下するが、この出力電圧の変化を検知すると燃料電池
を保護するために電池発電装置は停止するように制御さ
れている。
まな動作条件での燃料電池発電装置の運転によっては、
燃料電池に供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度が所定
の限界濃度をこえてしまうことがあった。特に燃料電池
発電装置の起動時や負荷変動時など、水素生成器の燃料
ガス流量が変化している際には、水素生成器の運転が非
定常となり、短時間の間一酸化炭素濃度が限界濃度を越
えてしまうことがある。このような場合、一時的な場合
であっても燃料電池に限界濃度以上の一酸化炭素が流入
することは望ましくない。燃料電池に限界濃度以上の一
酸化炭素が供給されると、燃料電池の出力電圧が急激に
低下するが、この出力電圧の変化を検知すると燃料電池
を保護するために電池発電装置は停止するように制御さ
れている。
【０００７】このように、長時間の使用などにより触媒
性能が低下してしまうと、負荷変動時などの短時間の所
定濃度以上の一酸化炭素の発生によって、燃料電池発電
装置の運転ができなくなってしまうという問題があっ
た。
性能が低下してしまうと、負荷変動時などの短時間の所
定濃度以上の一酸化炭素の発生によって、燃料電池発電
装置の運転ができなくなってしまうという問題があっ
た。
【０００８】また、燃料電池の動作温度は８０〜１００
℃であり、燃料電池発電装置内において最も動作温度が
低い。そのため燃料電池には、一酸化炭素以外にも硫黄
化合物や窒素酸化物など、燃料ガス中に含まれる被毒物
質が吸着されやすく、被毒が生じやすい。例えば、都市
ガスを原料として水素を生成し燃料電池を動作する燃料
電池発電機が開発されているが、その場合付臭剤として
添加されている硫黄化合物も燃料電池を被毒してしま
う。都市ガスを原料とする場合は、水素生成器の前段で
硫黄化合物を除去して水素を生成するが、ｐｐｍレベル
以下の微量な硫黄成分まで完全に除去することは困難で
ある。そのために微量ではあるが硫黄化合物は水素生成
器へ流入している。水素生成器内では改質器、変成器、
部分酸化器の各反応器で触媒を用いているが、これらの
動作温度は１５０〜７００℃と高温であるため微量程度
の被毒物質は触媒に吸着しない。しかし、燃料電池の動
作温度は上述のように低いため、水素生成器を通過した
硫黄化合物は燃料電池内の触媒に吸着し、それを被毒さ
せてしまう。
℃であり、燃料電池発電装置内において最も動作温度が
低い。そのため燃料電池には、一酸化炭素以外にも硫黄
化合物や窒素酸化物など、燃料ガス中に含まれる被毒物
質が吸着されやすく、被毒が生じやすい。例えば、都市
ガスを原料として水素を生成し燃料電池を動作する燃料
電池発電機が開発されているが、その場合付臭剤として
添加されている硫黄化合物も燃料電池を被毒してしま
う。都市ガスを原料とする場合は、水素生成器の前段で
硫黄化合物を除去して水素を生成するが、ｐｐｍレベル
以下の微量な硫黄成分まで完全に除去することは困難で
ある。そのために微量ではあるが硫黄化合物は水素生成
器へ流入している。水素生成器内では改質器、変成器、
部分酸化器の各反応器で触媒を用いているが、これらの
動作温度は１５０〜７００℃と高温であるため微量程度
の被毒物質は触媒に吸着しない。しかし、燃料電池の動
作温度は上述のように低いため、水素生成器を通過した
硫黄化合物は燃料電池内の触媒に吸着し、それを被毒さ
せてしまう。
【０００９】更に、燃料電池発電装置の燃料としてはガ
ソリンなども検討されているが、この場合は不純物とし
て混合している窒素化合物が被毒物質となる。この場合
も窒素化合物は動作温度が最も低い燃料電池内に吸着
し、その触媒を被毒してしまう。
ソリンなども検討されているが、この場合は不純物とし
て混合している窒素化合物が被毒物質となる。この場合
も窒素化合物は動作温度が最も低い燃料電池内に吸着
し、その触媒を被毒してしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の燃料電池発電装置は、炭化水素系原料を供給す
る原料供給部と、前記原料から水素を生成する水素生成
器と、前記水素生成器で生成された水素を燃料として動
作する燃料電池を有する燃料電池発電装置において、前
記水素生成器と前記燃料電池との間に、燃料電池を被毒
する物質を吸着除去する吸着剤を充填した吸着器を設け
たことを特徴とする。
本発明の燃料電池発電装置は、炭化水素系原料を供給す
る原料供給部と、前記原料から水素を生成する水素生成
器と、前記水素生成器で生成された水素を燃料として動
作する燃料電池を有する燃料電池発電装置において、前
記水素生成器と前記燃料電池との間に、燃料電池を被毒
する物質を吸着除去する吸着剤を充填した吸着器を設け
たことを特徴とする。
【００１１】このとき、一酸化炭素用吸着剤、硫黄化合
物用または窒素化合物用吸着剤の少なくとも１ヶを吸着
器に充填したことが望ましい。また、遷移金属または遷
移金属酸化物を含有した吸着剤を用いたことが有効であ
る。また、吸着器を加熱する吸着器加熱手段を設けたこ
とが望ましい。
物用または窒素化合物用吸着剤の少なくとも１ヶを吸着
器に充填したことが望ましい。また、遷移金属または遷
移金属酸化物を含有した吸着剤を用いたことが有効であ
る。また、吸着器を加熱する吸着器加熱手段を設けたこ
とが望ましい。
【００１２】さらに、吸着器に空気を供給する手段を設
けたことが有効である。また、吸着器の温度を燃料電池
の温度と同等もしくはそれ以下としたことが有効であ
る。
けたことが有効である。また、吸着器の温度を燃料電池
の温度と同等もしくはそれ以下としたことが有効であ
る。
【００１３】以上では、水素生成器と燃料電池との間
に、燃料電池を被毒する物質を吸着除去する吸着剤を充
填した吸着器と、前記吸着器をパイパスする回路と、前
記水素生成器から前記燃料電池へ供給する燃料を前記吸
着器と前記バイパス回路とに切り替える切り替え手段を
設けたことを特徴とする。さらに、水素生成器から燃料
電池へ供給される燃料を、定常発電時にはバイパス回路
へ通過させ、燃料電池発電装置の起動時もしくは水素発
生量の変動時には吸着器へ通過させることを特徴とす
る。
に、燃料電池を被毒する物質を吸着除去する吸着剤を充
填した吸着器と、前記吸着器をパイパスする回路と、前
記水素生成器から前記燃料電池へ供給する燃料を前記吸
着器と前記バイパス回路とに切り替える切り替え手段を
設けたことを特徴とする。さらに、水素生成器から燃料
電池へ供給される燃料を、定常発電時にはバイパス回路
へ通過させ、燃料電池発電装置の起動時もしくは水素発
生量の変動時には吸着器へ通過させることを特徴とす
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態を図面を参照しながら説明する。図１は、炭化水素
原料として都市ガスを用い、装置内の燃料ガスの流れに
着目した、本発明の第１の実施の形態を表した燃料電池
発電装置の概略構成図である。
形態を図面を参照しながら説明する。図１は、炭化水素
原料として都市ガスを用い、装置内の燃料ガスの流れに
着目した、本発明の第１の実施の形態を表した燃料電池
発電装置の概略構成図である。
【００１５】図１において、１は都市ガス供給配管、２
は都市ガス中に付臭剤として添加されている硫黄化合物
を吸着除去するための脱硫器、３は改質器と変成器と選
択酸化器の３つの反応器からなり水素を生成する水素生
成器、４は水素ガスを使って発電を行う燃料電池、５は
燃料ガスが流れる配管、６は燃料電池４の排気ガスの配
管である。７は水素生成器３と燃料電池４の間に配置し
た一酸化炭素吸着器であり、内部には吸着剤として酸化
鉄粉をペレット状に成型した粒子を充填している。通常
水素生成器３から供給される燃料ガスは、温度が１５０
〜２００℃程度で一酸化炭素を数ｐｐｍ程度含んでい
る。この一酸化炭素濃度が約１０ｐｐｍの限界濃度を越
えると燃料電池４に使用している白金触媒が被毒されて
しまうため燃料電池４の出力電圧が急激に低下してしま
う。この被毒が長時間継続すると燃料電池４が動作不能
になってしまう危険性がある。そこで燃料電池発電装置
は、出力電圧の急激な低下が検出されると運転を停止す
るように制御されている。
は都市ガス中に付臭剤として添加されている硫黄化合物
を吸着除去するための脱硫器、３は改質器と変成器と選
択酸化器の３つの反応器からなり水素を生成する水素生
成器、４は水素ガスを使って発電を行う燃料電池、５は
燃料ガスが流れる配管、６は燃料電池４の排気ガスの配
管である。７は水素生成器３と燃料電池４の間に配置し
た一酸化炭素吸着器であり、内部には吸着剤として酸化
鉄粉をペレット状に成型した粒子を充填している。通常
水素生成器３から供給される燃料ガスは、温度が１５０
〜２００℃程度で一酸化炭素を数ｐｐｍ程度含んでい
る。この一酸化炭素濃度が約１０ｐｐｍの限界濃度を越
えると燃料電池４に使用している白金触媒が被毒されて
しまうため燃料電池４の出力電圧が急激に低下してしま
う。この被毒が長時間継続すると燃料電池４が動作不能
になってしまう危険性がある。そこで燃料電池発電装置
は、出力電圧の急激な低下が検出されると運転を停止す
るように制御されている。
【００１６】燃料ガス中に含有される一酸化炭素の濃度
は、水素生成器３の変成器や選択酸化器に使用している
触媒の劣化に伴って次第に高くなる。一方、水素生成器
３の起動時や電力の負荷変動に対応して燃料ガスの供給
量が増加している際には、水素生成器３の運転が非定常
となり、図２に示すように一時的に一酸化炭素の濃度が
上昇する。そのため、長期間の運転により水素生成器３
で使用している触媒の性能が低下していると、起動時や
負荷変動時に一酸化炭素濃度が一時的に増加して上記限
界濃度を越えてしまい、燃料電池発電機の運転が停止し
てしまう。
は、水素生成器３の変成器や選択酸化器に使用している
触媒の劣化に伴って次第に高くなる。一方、水素生成器
３の起動時や電力の負荷変動に対応して燃料ガスの供給
量が増加している際には、水素生成器３の運転が非定常
となり、図２に示すように一時的に一酸化炭素の濃度が
上昇する。そのため、長期間の運転により水素生成器３
で使用している触媒の性能が低下していると、起動時や
負荷変動時に一酸化炭素濃度が一時的に増加して上記限
界濃度を越えてしまい、燃料電池発電機の運転が停止し
てしまう。
【００１７】本発明では、水素生成器３から供給される
燃料ガス中の一酸化炭素濃度が一時的に上記限界濃度を
越えてしまっても、一酸化炭素は一酸化炭素吸着器７に
より吸着除去されるため、燃料電池発電機の運転が停止
してしまう状況を回避することができる。
燃料ガス中の一酸化炭素濃度が一時的に上記限界濃度を
越えてしまっても、一酸化炭素は一酸化炭素吸着器７に
より吸着除去されるため、燃料電池発電機の運転が停止
してしまう状況を回避することができる。
【００１８】一酸化炭素吸着器７を通過する燃料ガス中
の一酸化炭素濃度は、通常は数ｐｐｍ程度であるため、
吸着剤の量は数年間運転する場合でも数リットル程度で
済む。一酸化炭素吸着器７を脱着可能な構成として、必
要に応じて交換可能としておけばその容積は更に小さく
てすむ。
の一酸化炭素濃度は、通常は数ｐｐｍ程度であるため、
吸着剤の量は数年間運転する場合でも数リットル程度で
済む。一酸化炭素吸着器７を脱着可能な構成として、必
要に応じて交換可能としておけばその容積は更に小さく
てすむ。
【００１９】なお、燃料ガス中には水素と一酸化炭素以
外に、水蒸気と二酸化炭素および選択酸化器で燃焼用空
気として供給された窒素が含まれている。当然一酸化炭
素吸着器７には一酸化炭素以外のこれらの気体も吸着さ
れる。しかし吸着剤として使用している酸化鉄への吸着
力は一酸化炭素が最も強いため、他の気体が吸着してい
ても新たに一酸化炭素が流れてくると吸着された他の気
体は脱離して、一酸化炭素が選択的に吸着される。酸化
鉄はこのように一酸化炭素の吸着選択性が高く、しかも
価格も安価で無害であるため、燃料電池発電装置の一酸
化炭素吸着剤として最適である。
外に、水蒸気と二酸化炭素および選択酸化器で燃焼用空
気として供給された窒素が含まれている。当然一酸化炭
素吸着器７には一酸化炭素以外のこれらの気体も吸着さ
れる。しかし吸着剤として使用している酸化鉄への吸着
力は一酸化炭素が最も強いため、他の気体が吸着してい
ても新たに一酸化炭素が流れてくると吸着された他の気
体は脱離して、一酸化炭素が選択的に吸着される。酸化
鉄はこのように一酸化炭素の吸着選択性が高く、しかも
価格も安価で無害であるため、燃料電池発電装置の一酸
化炭素吸着剤として最適である。
【００２０】但し、一酸化炭素は非常に活性であり吸着
しやすい性質があるため、鉄以外にも遷移金属およびそ
の遷移金属の酸化物を吸着剤として使用することができ
る。
しやすい性質があるため、鉄以外にも遷移金属およびそ
の遷移金属の酸化物を吸着剤として使用することができ
る。
【００２１】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態を図３を用いて説明する。図３は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
施の形態を図３を用いて説明する。図３は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
【００２２】本実施の形態において、第１の実施の形態
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が第１の実施の形態と異なる点は、一酸化炭
素吸着器７と水素生成器３の間に燃料ガスを冷却するた
めの冷却器８を設け、更に一酸化炭素吸着器７と燃料電
池４の間に燃料ガスを加熱するための加熱器９を設けて
いることである。
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が第１の実施の形態と異なる点は、一酸化炭
素吸着器７と水素生成器３の間に燃料ガスを冷却するた
めの冷却器８を設け、更に一酸化炭素吸着器７と燃料電
池４の間に燃料ガスを加熱するための加熱器９を設けて
いることである。
【００２３】冷却器８は外気を送風することによって燃
料ガスを冷却し、加熱器９は配管６内を流れる排気ガス
の熱を利用することによって燃料ガスを加熱している。
これにより、一酸化炭素吸着器７の温度を燃料電池の温
度以下としている。具体的には、水素生成器３から供給
される燃料ガスの温度は約１５０℃程度であり、一方燃
料電池の動作温度は８０〜１００℃程度であるが、本発
明では上記構成により一酸化炭素吸着器７の温度を室温
程度にまで低下させている。
料ガスを冷却し、加熱器９は配管６内を流れる排気ガス
の熱を利用することによって燃料ガスを加熱している。
これにより、一酸化炭素吸着器７の温度を燃料電池の温
度以下としている。具体的には、水素生成器３から供給
される燃料ガスの温度は約１５０℃程度であり、一方燃
料電池の動作温度は８０〜１００℃程度であるが、本発
明では上記構成により一酸化炭素吸着器７の温度を室温
程度にまで低下させている。
【００２４】一般に固体表面への気体の吸着量は低温で
あるほど大きくなる。そこで本発明では一酸化炭素吸着
器７の温度を下げ、一酸化炭素の吸着能力を向上させ、
より効果的に一酸化炭素を吸着除去することができる。
あるほど大きくなる。そこで本発明では一酸化炭素吸着
器７の温度を下げ、一酸化炭素の吸着能力を向上させ、
より効果的に一酸化炭素を吸着除去することができる。
【００２５】（実施の形態３）次に、本発明の第３の実
施の形態を図４を用いて説明する。図４は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
施の形態を図４を用いて説明する。図４は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
【００２６】本実施の形態において、第１の実施の形態
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が第１の実施の形態と異なる点は、水素生成
器３と燃料電池４の間に一酸化炭素吸着器７を通過する
回路とバイパス回路１０を並列に設け、燃料ガスを一酸
化炭素吸着器７側の回路とバイパス回路１０に切り替え
る弁１１と弁１２を設けていることである。なお、１３
は逆止弁である。
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が第１の実施の形態と異なる点は、水素生成
器３と燃料電池４の間に一酸化炭素吸着器７を通過する
回路とバイパス回路１０を並列に設け、燃料ガスを一酸
化炭素吸着器７側の回路とバイパス回路１０に切り替え
る弁１１と弁１２を設けていることである。なお、１３
は逆止弁である。
【００２７】第１の実施の形態で説明したように、燃料
電池発電装置の起動時や負荷変動時に水素生成器３から
供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が一時的に増加
し限界濃度をこえてしまうことがある。そこで本発明で
は、水素生成器３の起動時や負荷変動時には弁１１と１
２を各々閉と開とし、燃料ガスを一酸化炭素吸着器７に
通過させて一酸化炭素を吸着除去する。その後、一定時
間後あるいは水素生成器３が定常状態に近づいた際に、
弁１１と１２を各々開と閉へと切り替える。
電池発電装置の起動時や負荷変動時に水素生成器３から
供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が一時的に増加
し限界濃度をこえてしまうことがある。そこで本発明で
は、水素生成器３の起動時や負荷変動時には弁１１と１
２を各々閉と開とし、燃料ガスを一酸化炭素吸着器７に
通過させて一酸化炭素を吸着除去する。その後、一定時
間後あるいは水素生成器３が定常状態に近づいた際に、
弁１１と１２を各々開と閉へと切り替える。
【００２８】運転をこのように行うことにより、一酸化
炭素吸着器７に吸着する一酸化炭素の量を減少すること
ができる。これによって、一酸化炭素吸着剤の充填量を
削減でき、一酸化炭素吸着器７の大きさを小さくするこ
とができる。
炭素吸着器７に吸着する一酸化炭素の量を減少すること
ができる。これによって、一酸化炭素吸着剤の充填量を
削減でき、一酸化炭素吸着器７の大きさを小さくするこ
とができる。
【００２９】（実施の形態４）次に、本発明の第４の実
施の形態を図５を用いて説明する。図５は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
施の形態を図５を用いて説明する。図５は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
【００３０】本実施の形態において、第１の実施の形態
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が第１の実施の形態と異なる点は、水素生成
器３と燃料電池４の間に設けた一酸化炭素吸着器７を加
熱するためのヒーター１４を有していることである。図
中１５は一酸化炭素吸着器７を保温するための断熱材で
ある。
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が第１の実施の形態と異なる点は、水素生成
器３と燃料電池４の間に設けた一酸化炭素吸着器７を加
熱するためのヒーター１４を有していることである。図
中１５は一酸化炭素吸着器７を保温するための断熱材で
ある。
【００３１】第１の実施の形態の構成では、燃料ガスは
常時一酸化炭素吸着器７を通過しているため第３の実施
の形態に比べて吸着される一酸化炭素の量が多く、一酸
化炭素吸着器７の容積も数リットル程度のものが必要で
ある。しかし、本発明では一酸化炭素吸着器７を加熱す
る手段を設けることにより、この容積を小さくすること
ができる。
常時一酸化炭素吸着器７を通過しているため第３の実施
の形態に比べて吸着される一酸化炭素の量が多く、一酸
化炭素吸着器７の容積も数リットル程度のものが必要で
ある。しかし、本発明では一酸化炭素吸着器７を加熱す
る手段を設けることにより、この容積を小さくすること
ができる。
【００３２】前述したように、水素生成器３が定常状態
で運転されている時は生成される一酸化炭素の濃度は数
ｐｐｍ程度であり、濃度の上限には達していない。そこ
で、水素生成器３が定常状態で運転されている際に、ヒ
ーター１４により一酸化炭素吸着器７を加熱すれば吸着
された一酸化炭素を脱離させて一酸化炭素吸着器７を再
生することができる。この状態を図６に示す。水素生成
器３が定常状態にある場合、燃料電池４に供給される燃
料ガス中の一酸化炭素濃度は、図６に示すように濃度上
限値よりも随分低い値である。ヒーター１４により一酸
化炭素吸着器７を加熱すると、吸着された一酸化炭素は
徐々に脱離し燃料ガス中の一酸化炭素濃度は上昇する。
しかしその濃度が上限値以下であれば燃料電池４の運転
に何ら支障はない。所定の時間ヒーター１４で加熱すれ
ば、吸着した一酸化炭素の大部分は放出され、一酸化炭
素吸着器７は再生される。
で運転されている時は生成される一酸化炭素の濃度は数
ｐｐｍ程度であり、濃度の上限には達していない。そこ
で、水素生成器３が定常状態で運転されている際に、ヒ
ーター１４により一酸化炭素吸着器７を加熱すれば吸着
された一酸化炭素を脱離させて一酸化炭素吸着器７を再
生することができる。この状態を図６に示す。水素生成
器３が定常状態にある場合、燃料電池４に供給される燃
料ガス中の一酸化炭素濃度は、図６に示すように濃度上
限値よりも随分低い値である。ヒーター１４により一酸
化炭素吸着器７を加熱すると、吸着された一酸化炭素は
徐々に脱離し燃料ガス中の一酸化炭素濃度は上昇する。
しかしその濃度が上限値以下であれば燃料電池４の運転
に何ら支障はない。所定の時間ヒーター１４で加熱すれ
ば、吸着した一酸化炭素の大部分は放出され、一酸化炭
素吸着器７は再生される。
【００３３】本発明のように、一酸化炭素吸着器７の加
熱手段を設け、燃料電池発電装置の動作中に一酸化炭素
吸着器７を再生することにより、使用する一酸化炭素吸
着剤の量を削減でき、一酸化炭素吸着器７の容積を小型
化することができる。
熱手段を設け、燃料電池発電装置の動作中に一酸化炭素
吸着器７を再生することにより、使用する一酸化炭素吸
着剤の量を削減でき、一酸化炭素吸着器７の容積を小型
化することができる。
【００３４】なお、ヒーター１４により一酸化炭素吸着
器７を加熱するタイミングは、水素生成器３が定常状態
に達してからでも良いが、燃料電池発電装置の起動後や
負荷変動後など、一酸化炭素が多く発生し吸着された後
に行うのが効果的である。
器７を加熱するタイミングは、水素生成器３が定常状態
に達してからでも良いが、燃料電池発電装置の起動後や
負荷変動後など、一酸化炭素が多く発生し吸着された後
に行うのが効果的である。
【００３５】（実施の形態５）次に、本発明の第５の実
施の形態を図７を用いて説明する。図７は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
施の形態を図７を用いて説明する。図７は第１の実施の
形態と同様に、炭化水素原料として都市ガスを用いた場
合の燃料電池発電装置の概略構成図である。
【００３６】本実施の形態において、上述の実施の形態
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が上述の実施の形態と異なる点は、水素生成
器３と燃料電池４の間に設けた一酸化炭素吸着器７を加
熱するためのヒーター１４を設け、更に一酸化炭素吸着
器７の上流に空気を供給する空気供給配管１６と空気を
送り込むポンプ１８を設けていることである。なお、１
７は外気へ開放された放出配管、１５は保温のための断
熱材、１９は開閉弁である。
と同等の構成要素には同じ符号を付している。本実施の
形態の発明が上述の実施の形態と異なる点は、水素生成
器３と燃料電池４の間に設けた一酸化炭素吸着器７を加
熱するためのヒーター１４を設け、更に一酸化炭素吸着
器７の上流に空気を供給する空気供給配管１６と空気を
送り込むポンプ１８を設けていることである。なお、１
７は外気へ開放された放出配管、１５は保温のための断
熱材、１９は開閉弁である。
【００３７】本発明は上記第４の発明と同様に、一酸化
炭素吸着器７を再生処理可能とすることにより一酸化炭
素吸着器７の容積を小型化可能とするものである。
炭素吸着器７を再生処理可能とすることにより一酸化炭
素吸着器７の容積を小型化可能とするものである。
【００３８】本発明では、燃料電池発電装置の停止後に
開閉弁１９を開き、ポンプ１８で一酸化炭素吸着器７に
空気を供給しながらヒーター１４によって一酸化炭素吸
着器７を加熱し、吸着された一酸化炭素を燃焼して排出
し除去するものである。
開閉弁１９を開き、ポンプ１８で一酸化炭素吸着器７に
空気を供給しながらヒーター１４によって一酸化炭素吸
着器７を加熱し、吸着された一酸化炭素を燃焼して排出
し除去するものである。
【００３９】上記第４の実施の形態では、燃料電池発電
早期の動作中に再生処理をおこなっていたため、放出さ
れる一酸化炭素が濃度の上限値をこえないように徐々に
一酸化炭素を放出しなければならないという制限があっ
た。しかし本発明では一酸化炭素吸着器７の再生を燃料
電池発電装置の停止時に行うため、このような制限がな
く短時間で再生を行うことができる。
早期の動作中に再生処理をおこなっていたため、放出さ
れる一酸化炭素が濃度の上限値をこえないように徐々に
一酸化炭素を放出しなければならないという制限があっ
た。しかし本発明では一酸化炭素吸着器７の再生を燃料
電池発電装置の停止時に行うため、このような制限がな
く短時間で再生を行うことができる。
【００４０】なお、吸着剤は繰り返し使用していると次
第にその吸着性能が低下するが、第２から第５の発明に
おいても第１の実施の形態で述べたように、一酸化炭素
吸着器７を脱着可能な構成としておくことにより、性能
の低下した一酸化炭素吸着器７を交換して使用すること
ができる。水素生成器や燃料電池に使用されている触媒
は反応装置の中に組み込まれているために容易に交換す
ることはできない。しかし、本発明の吸着器は配管の途
中に設置されるものであるから容易に交換することがで
き、常に安定した燃料電池発電装置の運転を可能とする
ものである。
第にその吸着性能が低下するが、第２から第５の発明に
おいても第１の実施の形態で述べたように、一酸化炭素
吸着器７を脱着可能な構成としておくことにより、性能
の低下した一酸化炭素吸着器７を交換して使用すること
ができる。水素生成器や燃料電池に使用されている触媒
は反応装置の中に組み込まれているために容易に交換す
ることはできない。しかし、本発明の吸着器は配管の途
中に設置されるものであるから容易に交換することがで
き、常に安定した燃料電池発電装置の運転を可能とする
ものである。
【００４１】なお、上記の実施の形態では被毒物質が一
酸化炭素の場合について説明したが、都市ガスの付臭剤
として使用されている硫黄化合物や、ガソリンの中に混
入している窒素化合物なども被毒物質となる。これらの
被毒物質を除去するために本発明を用いることも出来
る。
酸化炭素の場合について説明したが、都市ガスの付臭剤
として使用されている硫黄化合物や、ガソリンの中に混
入している窒素化合物なども被毒物質となる。これらの
被毒物質を除去するために本発明を用いることも出来
る。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水素生
成器と燃料電池との間に、一酸化炭素吸着剤を充填した
吸着器を設けることにより、一時的に所定の限界濃度を
越えた一酸化炭素を含む燃料ガスが燃料電池へ供給され
ても、この吸着剤により一酸化炭素が吸着除去されるた
め、燃料電池発電装置の運転を継続して行うことができ
る。特に、燃料電池発電装置の起動時や負荷変動時には
水素生成器が非定常の状態であるため、一酸化炭素の濃
度が限界値をこえやすく、燃料電池発電装置が停止して
しまうことがあった。しかし本発明を用いることによ
り、発電装置を安定に起動したり負荷変動に追従させる
ことが可能となる。
成器と燃料電池との間に、一酸化炭素吸着剤を充填した
吸着器を設けることにより、一時的に所定の限界濃度を
越えた一酸化炭素を含む燃料ガスが燃料電池へ供給され
ても、この吸着剤により一酸化炭素が吸着除去されるた
め、燃料電池発電装置の運転を継続して行うことができ
る。特に、燃料電池発電装置の起動時や負荷変動時には
水素生成器が非定常の状態であるため、一酸化炭素の濃
度が限界値をこえやすく、燃料電池発電装置が停止して
しまうことがあった。しかし本発明を用いることによ
り、発電装置を安定に起動したり負荷変動に追従させる
ことが可能となる。
【００４３】また、一酸化炭素吸着剤を充填した吸着器
を設け、一酸化炭素吸着器の温度を燃料電池の温度と同
等もしくはそれ以下低温とすることにより、一酸化炭素
をより効果的に吸着除去することができる。また、吸着
剤の量を削減し、吸着器を小型化すること可能となる。
また、簡単な構成で吸着剤の量を更に削減することがで
き、吸着器をより小型化することができる。また、簡単
な構成で吸着剤の量を更に削減することができ、吸着器
をより小型化することができるとともに、吸着器の再生
時間を大幅に短縮することができる。さらに、吸着器を
容易に交換することができるため、常に安定した燃料電
池発電装置の運転を可能とするものである。
を設け、一酸化炭素吸着器の温度を燃料電池の温度と同
等もしくはそれ以下低温とすることにより、一酸化炭素
をより効果的に吸着除去することができる。また、吸着
剤の量を削減し、吸着器を小型化すること可能となる。
また、簡単な構成で吸着剤の量を更に削減することがで
き、吸着器をより小型化することができる。また、簡単
な構成で吸着剤の量を更に削減することができ、吸着器
をより小型化することができるとともに、吸着器の再生
時間を大幅に短縮することができる。さらに、吸着器を
容易に交換することができるため、常に安定した燃料電
池発電装置の運転を可能とするものである。
【００４４】なお、本発明の効果は一酸化炭素の被毒に
よる燃料電池発電装置の停止にとどまらず、硫黄化合物
や窒素化合物など、燃料電池の触媒を被毒する物質の除
去を可能とするものである。
よる燃料電池発電装置の停止にとどまらず、硫黄化合物
や窒素化合物など、燃料電池の触媒を被毒する物質の除
去を可能とするものである。
【図１】本発明の第１の実施の形態よる燃料電池発電装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図２】負荷変動時の燃料ガス中の一酸化炭素濃度の説
明図
明図
【図３】本発明の第２の実施の形態による燃料電池発電
装置の概略構成図
装置の概略構成図
【図４】本発明の第３の実施の形態による燃料電池発電
装置の概略構成図
装置の概略構成図
【図５】本発明の第４の実施の形態による燃料電池発電
装置の概略構成図
装置の概略構成図
【図６】一酸化炭素吸着器の再生時の燃料ガス中の一酸
化炭素濃度の説明図
化炭素濃度の説明図
【図７】本発明の第５の実施の形態の形態による燃料電
池発電装置の概略構成図
池発電装置の概略構成図
１ 都市ガス供給配管
２ 脱硫器
３ 水素生成器
４ 燃料電池
５ 配管
６ 配管
７ 一酸化炭素吸着器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉田 豊
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 前西 晃
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 4G066 AA02B AA27B CA23 CA28
CA35 DA04 GA06
5H027 AA02 BA01 BA16 KK41 MM01
Claims (8)
- 【請求項１】 炭化水素系原料を供給する原料供給部
と、前記原料から水素を生成する水素生成器と、前記水
素生成器で生成された水素を燃料として動作する燃料電
池を有する燃料電池発電装置において、前記水素生成器
と前記燃料電池との間に、燃料電池を被毒する物質を吸
着除去する吸着剤を充填した吸着器を設けたことを特徴
とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 一酸化炭素用吸着剤、硫黄化合物用また
は窒素化合物用吸着剤の少なくとも１ヶを吸着器に充填
したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装
置。 - 【請求項３】 遷移金属または遷移金属酸化物を含有し
た吸着剤を用いたことを特徴とする請求項１または２記
載の燃料電池発電装置。請求項１から６記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項４】 吸着器を加熱する吸着器加熱手段を設け
たことを特徴とする請求項１、２または３記載の有する
燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 吸着器に空気を供給する手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１、２、３または４記載の有する
燃料電池発電装置。 - 【請求項６】 吸着器の温度を燃料電池の温度と同等も
しくはそれ以下としたことを特徴とする請求項１、２、
３、４または５記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項７】 水素生成器と燃料電池との間に、燃料電
池を被毒する物質を吸着除去する吸着剤を充填した吸着
器と、前記吸着器をパイパスする回路と、前記水素生成
器から前記燃料電池へ供給する燃料を前記吸着器と前記
バイパス回路とに切り替える切り替え手段を設けたこと
を特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の
燃料電池発電装置。 - 【請求項８】 水素生成器から燃料電池へ供給される燃
料を、定常発電時にはバイパス回路へ通過させ、燃料電
池発電装置の起動時もしくは水素発生量の変動時には吸
着器へ通過させることを特徴とする請求項７記載の燃料
電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333988A JP2003142138A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333988A JP2003142138A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142138A true JP2003142138A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19149183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001333988A Withdrawn JP2003142138A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142138A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100405650C (zh) * | 2004-11-30 | 2008-07-23 | 三洋电机株式会社 | 燃料电池系统的运转方法 |
| JP2010044885A (ja) * | 2008-08-09 | 2010-02-25 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池の燃料水素製造用原燃料の前処理システム |
-
2001
- 2001-10-31 JP JP2001333988A patent/JP2003142138A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100405650C (zh) * | 2004-11-30 | 2008-07-23 | 三洋电机株式会社 | 燃料电池系统的运转方法 |
| JP2010044885A (ja) * | 2008-08-09 | 2010-02-25 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池の燃料水素製造用原燃料の前処理システム |
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| Gittleman | Gittleman (45) Date of Patent: Oct. 21, 2003 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040728 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20050701 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070403 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070615 |