JP2003163021A - 固体高分子型燃料電池システム - Google Patents
固体高分子型燃料電池システムInfo
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質ガス中の過剰の水を分離回収する水分離
回収機構の簡素化をはかることが可能な固体高分子型燃
料電池システムを提供する。 【解決手段】 原料ガスを水蒸気改質して水素の富んだ
改質ガスを生成する改質装置５と、上記改質ガス及び空
気を導入して発電する固体高分子型燃料電池６と、上記
水蒸気改質用の水を貯えた水タンク４とを備える固体高
分子型燃料電池システムにおいて、上記改質ガス中から
過剰の水を分離凝縮させる第１の気液分離器１を備え、
この第１の気液分離器１の下部と上記水タンク４とを第
１の配管１ｂで連結するとともに、上記第１の気液分離
器１と上記第1の配管１ｂとの接続部に、分離された水
の量に応じて自己開閉する第１のフロート弁１ａを設け
た固体高分子型燃料電池システム。
回収機構の簡素化をはかることが可能な固体高分子型燃
料電池システムを提供する。 【解決手段】 原料ガスを水蒸気改質して水素の富んだ
改質ガスを生成する改質装置５と、上記改質ガス及び空
気を導入して発電する固体高分子型燃料電池６と、上記
水蒸気改質用の水を貯えた水タンク４とを備える固体高
分子型燃料電池システムにおいて、上記改質ガス中から
過剰の水を分離凝縮させる第１の気液分離器１を備え、
この第１の気液分離器１の下部と上記水タンク４とを第
１の配管１ｂで連結するとともに、上記第１の気液分離
器１と上記第1の配管１ｂとの接続部に、分離された水
の量に応じて自己開閉する第１のフロート弁１ａを設け
た固体高分子型燃料電池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原料ガスを水蒸気
改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置と、
発生した改質ガスと空気を導入して発電する固体高分子
型燃料電池と、上記水蒸気改質用の水を貯えた水タンク
とを備える固体高分子型燃料電池発電システムに関する
ものである。
改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置と、
発生した改質ガスと空気を導入して発電する固体高分子
型燃料電池と、上記水蒸気改質用の水を貯えた水タンク
とを備える固体高分子型燃料電池発電システムに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体高分子型燃料電池システムの
一例を図２に示す。固体高分子型燃料電池６に供給する
水素に富んだ改質ガスは、改質装置５の改質部５ａに原
料ガスと水を供給し、上記改質部５ａを燃焼部５ｄの燃
焼熱で加熱することにより生成される。改質ガスは水蒸
気とともに改質ガス配管５ｅを通して固体高分子型燃料
電池６のアノード６ａに導入される。
一例を図２に示す。固体高分子型燃料電池６に供給する
水素に富んだ改質ガスは、改質装置５の改質部５ａに原
料ガスと水を供給し、上記改質部５ａを燃焼部５ｄの燃
焼熱で加熱することにより生成される。改質ガスは水蒸
気とともに改質ガス配管５ｅを通して固体高分子型燃料
電池６のアノード６ａに導入される。
【０００３】固体高分子型燃料電池６に供給する改質ガ
スは温度、湿度とも制御される必要があり、余分な水蒸
気は改質ガス温度調節器５ｆで温度調節した際に凝縮し
て、第１の気液分離器１０で分離される。分離された水
は第１の気液分離器１０から水タンク４へ第１の配管１
０ｂを通じて回収される。改質ガス用気液分離器１０
は、分離した水の水位を管理する水位計１０ｃおよび水
位計１０ｃの信号により開閉する第１の配管１０ｂに取
り付けられた電磁弁１０ａで構成されている。上限液面
を示す信号によって電磁弁１０ａが開となり、逆に水位
計の下限液面を示す信号で電磁弁１０ａは閉となる。電
磁弁１０ａが開の場合に第１の気液分離器１０内の水は
水タンク４との圧力差によって水タンク４に向けて第１
の配管１０ｂを通って排出されることで、水タンク４に
回収され蓄えられる。
スは温度、湿度とも制御される必要があり、余分な水蒸
気は改質ガス温度調節器５ｆで温度調節した際に凝縮し
て、第１の気液分離器１０で分離される。分離された水
は第１の気液分離器１０から水タンク４へ第１の配管１
０ｂを通じて回収される。改質ガス用気液分離器１０
は、分離した水の水位を管理する水位計１０ｃおよび水
位計１０ｃの信号により開閉する第１の配管１０ｂに取
り付けられた電磁弁１０ａで構成されている。上限液面
を示す信号によって電磁弁１０ａが開となり、逆に水位
計の下限液面を示す信号で電磁弁１０ａは閉となる。電
磁弁１０ａが開の場合に第１の気液分離器１０内の水は
水タンク４との圧力差によって水タンク４に向けて第１
の配管１０ｂを通って排出されることで、水タンク４に
回収され蓄えられる。
【０００４】固体高分子型燃料電池６で消費された改質
ガスは、過剰な水を含んだまま固体高分子型燃料電池の
アノード６ａから排出される。上記改質ガスに含まれる
水は第２の気液分離器２０で分離され、この水は、第１
の気液分離器１０での水分離回収と同様の機構で水タン
ク４に回収され蓄えられる。
ガスは、過剰な水を含んだまま固体高分子型燃料電池の
アノード６ａから排出される。上記改質ガスに含まれる
水は第２の気液分離器２０で分離され、この水は、第１
の気液分離器１０での水分離回収と同様の機構で水タン
ク４に回収され蓄えられる。
【０００５】また、固体高分子型燃料電池６での発電に
は酸素が必要なため、固体高分子型燃料電池６のカソー
ド６ｂに酸素源として空気配管を通じて空気を供給す
る。固体高分子型燃料電池６の電極に負荷が接続される
ことにより、固体高分子型燃料電池６のアノード６ａの
水素とカソード６ｂの酸素が消費され、カソード６ｂに
水が生成されると同時に発電が行われる。固体高分子型
燃料電池６で発生した水は発電で消費されなかった空気
により固体高分子型燃料電池外部に運ばれる。上記空気
に含まれる水は第３の気液分離器３０で空気と分離され
る。この水は、第１の気液分離器１０での水分離回収と
同様の機構で水タンク４に回収され蓄えられる。
は酸素が必要なため、固体高分子型燃料電池６のカソー
ド６ｂに酸素源として空気配管を通じて空気を供給す
る。固体高分子型燃料電池６の電極に負荷が接続される
ことにより、固体高分子型燃料電池６のアノード６ａの
水素とカソード６ｂの酸素が消費され、カソード６ｂに
水が生成されると同時に発電が行われる。固体高分子型
燃料電池６で発生した水は発電で消費されなかった空気
により固体高分子型燃料電池外部に運ばれる。上記空気
に含まれる水は第３の気液分離器３０で空気と分離され
る。この水は、第１の気液分離器１０での水分離回収と
同様の機構で水タンク４に回収され蓄えられる。
【０００６】上記した水分離回収機構を用いて、改質ガ
スに含まれる水、燃料電池のアノードから排出される改
質ガスに含まれる水及び燃料電池のカソードから排出さ
れる空気に含まれる水を回収することで、改質装置５に
供給する水の一部又はすべてをまかなうことができる。
スに含まれる水、燃料電池のアノードから排出される改
質ガスに含まれる水及び燃料電池のカソードから排出さ
れる空気に含まれる水を回収することで、改質装置５に
供給する水の一部又はすべてをまかなうことができる。
【０００７】しかし、上記した水分離回収機構において
は、改質ガスに含まれる水を分離回収する場合は、第１
の気液分離器１０と水タンク４を連結する第１の配管１
０ｂに設けられた電磁弁１０ａの開閉を第１の気液分離
器１０内に分離される水の水位を水位計１０ｃで検知し
て制御するという煩雑な水分離回収機構が必要であっ
た。
は、改質ガスに含まれる水を分離回収する場合は、第１
の気液分離器１０と水タンク４を連結する第１の配管１
０ｂに設けられた電磁弁１０ａの開閉を第１の気液分離
器１０内に分離される水の水位を水位計１０ｃで検知し
て制御するという煩雑な水分離回収機構が必要であっ
た。
【０００８】また、燃料電池のアノード側から排出され
る改質ガスに含まれる水、及びカソード側から排出され
る空気に含まれる水を分離回収する場合も同様に煩雑な
水分離回収機構が必要であった。
る改質ガスに含まれる水、及びカソード側から排出され
る空気に含まれる水を分離回収する場合も同様に煩雑な
水分離回収機構が必要であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、従来の固体高分子型燃料電
池システムの有する上記の問題点を解決し、改質ガス中
の過剰の水を分離回収する水分離回収機構の簡素化をは
かることが可能な固体高分子型燃料電池システムを提供
することを目的としている。
鑑みてなされたものであり、従来の固体高分子型燃料電
池システムの有する上記の問題点を解決し、改質ガス中
の過剰の水を分離回収する水分離回収機構の簡素化をは
かることが可能な固体高分子型燃料電池システムを提供
することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
固体高分子型燃料電池システムは、原料ガスを水蒸気改
質して水素の富んだ改質ガスを生成する改質装置と、上
記改質ガス及び空気を導入して発電する固体高分子型燃
料電池と、上記水蒸気改質用の水を貯えた水タンクとを
備える固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記改
質ガス中から過剰の水を分離させる第１の気液分離器を
備え、この第１の気液分離器の下部と上記水タンクとを
第１の配管で連結するとともに、上記第１の気液分離器
と上記第１の配管との接続部に、分離させた水の量に応
じて自己開閉する第１のフロート弁を設けたことを特徴
としている。
固体高分子型燃料電池システムは、原料ガスを水蒸気改
質して水素の富んだ改質ガスを生成する改質装置と、上
記改質ガス及び空気を導入して発電する固体高分子型燃
料電池と、上記水蒸気改質用の水を貯えた水タンクとを
備える固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記改
質ガス中から過剰の水を分離させる第１の気液分離器を
備え、この第１の気液分離器の下部と上記水タンクとを
第１の配管で連結するとともに、上記第１の気液分離器
と上記第１の配管との接続部に、分離させた水の量に応
じて自己開閉する第１のフロート弁を設けたことを特徴
としている。
【００１１】本発明の請求項２に係る固体高分子型燃料
電池システムは、請求項１記載の固体高分子型燃料電池
システムにおいて、上記固体高分子型燃料電池のアノー
ドを通過した改質ガスの過剰の水を分離させる第２の気
液分離器が設けられ、この第２の気液分離器の下部と上
記水タンクとを第２の配管で連結するとともに、上記第
２の気液分離器と上記第２の配管との接続部に、分離さ
れた水の量に応じて自己開閉する第２のフロート弁を設
けたことを特徴としている。
電池システムは、請求項１記載の固体高分子型燃料電池
システムにおいて、上記固体高分子型燃料電池のアノー
ドを通過した改質ガスの過剰の水を分離させる第２の気
液分離器が設けられ、この第２の気液分離器の下部と上
記水タンクとを第２の配管で連結するとともに、上記第
２の気液分離器と上記第２の配管との接続部に、分離さ
れた水の量に応じて自己開閉する第２のフロート弁を設
けたことを特徴としている。
【００１２】本発明の請求項３に係る固体高分子型燃料
電池システムは、請求項１又は請求項２記載の固体高分
子型燃料電池システムにおいて、上記固体高分子型燃料
電池のカソードを通過した空気の過剰の水を分離させる
第３の気液分離器が設けられ、この第３の気液分離器の
下部と上記水タンクとを第３の配管で連結するととも
に、上記第３の気液分離器と上記第３の配管との接続部
に、分離された水の量に応じて自己開閉する第３のフロ
ート弁を設けたことを特徴としている。
電池システムは、請求項１又は請求項２記載の固体高分
子型燃料電池システムにおいて、上記固体高分子型燃料
電池のカソードを通過した空気の過剰の水を分離させる
第３の気液分離器が設けられ、この第３の気液分離器の
下部と上記水タンクとを第３の配管で連結するととも
に、上記第３の気液分離器と上記第３の配管との接続部
に、分離された水の量に応じて自己開閉する第３のフロ
ート弁を設けたことを特徴としている。
【００１３】本発明の請求項４に係る固体高分子型燃料
電池システムは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記水タ
ンク内に、水素を検知する水素検知手段を設けたことを
特徴としている。
電池システムは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記水タ
ンク内に、水素を検知する水素検知手段を設けたことを
特徴としている。
【００１４】本発明の請求項５に係る固体高分子型燃料
電池システムは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記水タ
ンク内に、水タンク内の水位を検知する水位検知手段、
水タンク内の水を排出する排水出手段及び水タンク内に
水を供給する給水手段を設けたことを特徴としている。
電池システムは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、上記水タ
ンク内に、水タンク内の水位を検知する水位検知手段、
水タンク内の水を排出する排水出手段及び水タンク内に
水を供給する給水手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。
に基づき説明する。
【００１６】図１は、本発明に係る固体高分子型燃料電
池システムの実施の形態の一例を示すブロック図であ
る。上記固体高分子型燃料電池システムは、原料ガスを
水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装
置５と、上記改質ガスと空気を導入して発電する固体高
分子型燃料電池６と、上記水蒸気改質用の水を蓄えた水
タンク４とを備える。また、上記固体高分子型燃料電池
システムは改質ガス中から過剰な水を分離する第１の気
液分離器１を備える。さらに、上記固体高分子型燃料電
池システムは、固体高分子型燃料電池６のアノード６ａ
から排出される上記改質ガスに含まれる水を分離する第
２の気液分離器２を備え、また、固体高分子型燃料電池
６のカソード６ｂから排出される空気中に含まれる水を
分離する第３の気液分離器３を備える。
池システムの実施の形態の一例を示すブロック図であ
る。上記固体高分子型燃料電池システムは、原料ガスを
水蒸気改質して水素に富んだ改質ガスを生成する改質装
置５と、上記改質ガスと空気を導入して発電する固体高
分子型燃料電池６と、上記水蒸気改質用の水を蓄えた水
タンク４とを備える。また、上記固体高分子型燃料電池
システムは改質ガス中から過剰な水を分離する第１の気
液分離器１を備える。さらに、上記固体高分子型燃料電
池システムは、固体高分子型燃料電池６のアノード６ａ
から排出される上記改質ガスに含まれる水を分離する第
２の気液分離器２を備え、また、固体高分子型燃料電池
６のカソード６ｂから排出される空気中に含まれる水を
分離する第３の気液分離器３を備える。
【００１７】上記改質装置５は改質触媒が納められた改
質部５ａ、改質部５ａで生成された改質ガスのＣＯ濃度
を低減させるシフト部５ｂ、さらにＣＯを選択的に酸化
しＣＯ濃度の低減を行う選択酸化部５ｃ、および、各反
応行程に熱源を供給する燃焼部５ｄを備えている。上記
燃焼部５ｄには、燃料と空気が供給される。この燃料は
改質用の原料ガスと同じガスを用いてもよいし、他のガ
スを用いてもよい。
質部５ａ、改質部５ａで生成された改質ガスのＣＯ濃度
を低減させるシフト部５ｂ、さらにＣＯを選択的に酸化
しＣＯ濃度の低減を行う選択酸化部５ｃ、および、各反
応行程に熱源を供給する燃焼部５ｄを備えている。上記
燃焼部５ｄには、燃料と空気が供給される。この燃料は
改質用の原料ガスと同じガスを用いてもよいし、他のガ
スを用いてもよい。
【００１８】上記固体高分子型燃料電池システムは、水
タンク４の底部に、水タンク内の水を排出するための排
水管４ｃが接続され、排水管４ｃは排水弁４ｄを備え
る。水タンク４の底部と排水弁４ｄの間にある配管に
は、水蒸気改質用の水を供給するための改質水供給配管
７ａの一端が接続され、改質水供給配管７ａの他端は、
改質部５ａの改質水導入部７ｃに接続されている。ま
た、改質水供給配管７ａは、水ポンプ７ｂを備える。
タンク４の底部に、水タンク内の水を排出するための排
水管４ｃが接続され、排水管４ｃは排水弁４ｄを備え
る。水タンク４の底部と排水弁４ｄの間にある配管に
は、水蒸気改質用の水を供給するための改質水供給配管
７ａの一端が接続され、改質水供給配管７ａの他端は、
改質部５ａの改質水導入部７ｃに接続されている。ま
た、改質水供給配管７ａは、水ポンプ７ｂを備える。
【００１９】上記固体高分子型燃料電池システムにあっ
て、改質用の原料ガスとして用いる炭化水素系の燃料と
してはメタンガス、プロパンガス、ブタンガス、液化石
油ガス等が挙げられ、炭化水素系の液体としては、灯
油、軽油、ガソリン等が挙げられ、アルコール燃料とし
てはメタノール、エタノール等が挙げられる。家庭用の
用途では、入手の容易さ及び取り扱い性からプロパンガ
ス、ブタンガス、メタンガスを主成分としたガスや灯油
が好ましい。上記原料ガスに硫黄成分が含まれる場合
は、脱硫器５ｇで硫黄成分を除去する。
て、改質用の原料ガスとして用いる炭化水素系の燃料と
してはメタンガス、プロパンガス、ブタンガス、液化石
油ガス等が挙げられ、炭化水素系の液体としては、灯
油、軽油、ガソリン等が挙げられ、アルコール燃料とし
てはメタノール、エタノール等が挙げられる。家庭用の
用途では、入手の容易さ及び取り扱い性からプロパンガ
ス、ブタンガス、メタンガスを主成分としたガスや灯油
が好ましい。上記原料ガスに硫黄成分が含まれる場合
は、脱硫器５ｇで硫黄成分を除去する。
【００２０】原料ガスの一例として天然ガスを用い、改
質装置５の改質部５ａにより水蒸気改質を行う場合の反
応を下記に示す。
質装置５の改質部５ａにより水蒸気改質を行う場合の反
応を下記に示す。
【００２１】ＣＨ4 ＋ Ｈ2Ｏ → ３Ｈ2 ＋ ＣＯ
副生成成分のＣＯは、さらにシフト部５ｂで蒸気となっ
た水と反応させ二酸化炭素とする。
た水と反応させ二酸化炭素とする。
【００２２】ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ → Ｈ2 ＋ ＣＯ2
上記反応では、メタンガス１モルに対して水２モルが必
要である。
要である。
【００２３】水蒸気改質に使用する水は水タンク４から
水ポンプ７ｂにより所定流量に制御され、改質水供給配
管７ａを通り改質部５ａに供給される。固体高分子型燃
料電池６を使用する場合は、固体高分子型燃料電池６へ
供給する改質ガスのＣＯ濃度が数十ｐｐｍ以下であるこ
とが望ましく、シフト部５ｂでの反応後の改質ガスはさ
らに選択酸化部５ｃに導入し、外部より供給される酸素
と反応してＣＯ濃度を低減させる。
水ポンプ７ｂにより所定流量に制御され、改質水供給配
管７ａを通り改質部５ａに供給される。固体高分子型燃
料電池６を使用する場合は、固体高分子型燃料電池６へ
供給する改質ガスのＣＯ濃度が数十ｐｐｍ以下であるこ
とが望ましく、シフト部５ｂでの反応後の改質ガスはさ
らに選択酸化部５ｃに導入し、外部より供給される酸素
と反応してＣＯ濃度を低減させる。
【００２４】２ＣＯ ＋ Ｏ2 → ２ＣＯ2
このようにして得られた水素に富んだ改質ガスを、第１
の気液分離器１を通じて固体高分子型燃料電池６のアノ
ード６ａへ導入する。固体高分子型燃料電池６の性能を
発揮させるためにはプロトン伝導体である高分子膜を湿
潤状態に保つ必要がある。そのためには固体高分子型燃
料電池６に供給する燃料は固体高分子型燃料電池６の作
動温度レベルで水蒸気飽和の状態にしておく必要があ
る。
の気液分離器１を通じて固体高分子型燃料電池６のアノ
ード６ａへ導入する。固体高分子型燃料電池６の性能を
発揮させるためにはプロトン伝導体である高分子膜を湿
潤状態に保つ必要がある。そのためには固体高分子型燃
料電池６に供給する燃料は固体高分子型燃料電池６の作
動温度レベルで水蒸気飽和の状態にしておく必要があ
る。
【００２５】上記固体高分子型燃料電池システムにあっ
ては、上記固体高分子型燃料電池６は複数のセルで構成
され、上記一組のセルは固体高分子膜を有し固体高分子
膜の片側にアノード６ａを、もう片方にカソード６ｂを
備える。上記固体高分子型燃料電池６のアノード６ａに
は湿度調整された改質ガスが供給され、カソード６ｂに
は空気が供給される。
ては、上記固体高分子型燃料電池６は複数のセルで構成
され、上記一組のセルは固体高分子膜を有し固体高分子
膜の片側にアノード６ａを、もう片方にカソード６ｂを
備える。上記固体高分子型燃料電池６のアノード６ａに
は湿度調整された改質ガスが供給され、カソード６ｂに
は空気が供給される。
【００２６】上記固体高分子型燃料電池６で発電した電
力は、直流電力が必要な場合は直接出力され、交流電力
が必要な場合はインバーター回路を通して直流から交流
に変換され外部に出力される。
力は、直流電力が必要な場合は直接出力され、交流電力
が必要な場合はインバーター回路を通して直流から交流
に変換され外部に出力される。
【００２７】上記固体高分子型燃料電池システムは、上
記改質ガスを固体高分子型燃料電池６が作動する温度程
度の飽和水蒸気を含むように予め改質に必要な水量より
も過剰に水を改質部５ａに供給する。改質ガス温調器５
ｆにて冷却して調節された温度条件下で、改質ガスに含
まれる飽和水蒸気量を超える水蒸気は凝縮して液体の水
となる。凝縮した水は、改質ガス温調器５ｆの下流側に
設置されている第１の気液分離器１にて改質ガスから分
離され第１の気液分離器１の内部に蓄積される。
記改質ガスを固体高分子型燃料電池６が作動する温度程
度の飽和水蒸気を含むように予め改質に必要な水量より
も過剰に水を改質部５ａに供給する。改質ガス温調器５
ｆにて冷却して調節された温度条件下で、改質ガスに含
まれる飽和水蒸気量を超える水蒸気は凝縮して液体の水
となる。凝縮した水は、改質ガス温調器５ｆの下流側に
設置されている第１の気液分離器１にて改質ガスから分
離され第１の気液分離器１の内部に蓄積される。
【００２８】上記第１の気液分離器１の下部と水タンク
４とは、第１の配管１ｂで連結されており、また、第１
の気液分離器１と第１の配管１ｂの接続部には、第１の
フロート弁１ａが設けられている。上記第１のフロート
弁１ａは、第１の気液分離器１に分離された水の量が所
定の水位に達すると自動的に弁が開閉する機構を有する
弁であり、例えば、水の比較して比重の小さい遮蔽物が
水に浮くことで弁を開閉させる機構を有するもの等が利
用できるが、これに限られない。第１のフロート弁１ａ
が開くと、第１の気液分離器１に蓄積された水は、第１
の配管１ｂを通って水タンク４に回収される。水タンク
４に回収された水は、再度、改質装置５の改質部５ａに
供給され、水蒸気改質反応のための水として再利用され
る。
４とは、第１の配管１ｂで連結されており、また、第１
の気液分離器１と第１の配管１ｂの接続部には、第１の
フロート弁１ａが設けられている。上記第１のフロート
弁１ａは、第１の気液分離器１に分離された水の量が所
定の水位に達すると自動的に弁が開閉する機構を有する
弁であり、例えば、水の比較して比重の小さい遮蔽物が
水に浮くことで弁を開閉させる機構を有するもの等が利
用できるが、これに限られない。第１のフロート弁１ａ
が開くと、第１の気液分離器１に蓄積された水は、第１
の配管１ｂを通って水タンク４に回収される。水タンク
４に回収された水は、再度、改質装置５の改質部５ａに
供給され、水蒸気改質反応のための水として再利用され
る。
【００２９】上記第１のフロート弁１ａは、改質ガス気
液分離器１に蓄積された水の力で、且つ、自動的に開閉
する弁であるので、従来の電磁弁を用いる水回収機構に
比べ、特別な動力源も必要とせず、制御装置も必要でな
いので、固体高分子型燃料電池システムの水回収機構
が、より簡素化できる。
液分離器１に蓄積された水の力で、且つ、自動的に開閉
する弁であるので、従来の電磁弁を用いる水回収機構に
比べ、特別な動力源も必要とせず、制御装置も必要でな
いので、固体高分子型燃料電池システムの水回収機構
が、より簡素化できる。
【００３０】上記水タンク４には、水素を検知する水素
検知手段として、例えば、ガスセンサ４ａを備えること
ができる。上記ガスセンサ４ａは、第１の気液分離器１
内にある第１のフロート弁１ａの不具合等により、第１
の配管１ｂを通して水タンク４に改質ガスに含まれる水
素が侵入したことを検知し、警報等を発することができ
るので、固体高分子型燃料電池システムの運転が、より
安全になる。
検知手段として、例えば、ガスセンサ４ａを備えること
ができる。上記ガスセンサ４ａは、第１の気液分離器１
内にある第１のフロート弁１ａの不具合等により、第１
の配管１ｂを通して水タンク４に改質ガスに含まれる水
素が侵入したことを検知し、警報等を発することができ
るので、固体高分子型燃料電池システムの運転が、より
安全になる。
【００３１】第１の気液分離器１から出た改質ガスは固
体高分子型燃料電池６のアノード６ａに導入されるが、
アノード６ａを改質ガスが通過する際に生じる流動抵抗
で、第１の気液分離器１の内部の圧力は、大気圧よりも
若干高くなっている。水タンク４は、略大気圧であるの
で、凝縮した水は、第１のフロート弁１ａが開くと自動
的に水タンク４へと排出される。また、水の移動を円滑
に行うため、水タンク４は上記固体高分子型燃料電池シ
ステムの最下部に配置されることが好ましい。
体高分子型燃料電池６のアノード６ａに導入されるが、
アノード６ａを改質ガスが通過する際に生じる流動抵抗
で、第１の気液分離器１の内部の圧力は、大気圧よりも
若干高くなっている。水タンク４は、略大気圧であるの
で、凝縮した水は、第１のフロート弁１ａが開くと自動
的に水タンク４へと排出される。また、水の移動を円滑
に行うため、水タンク４は上記固体高分子型燃料電池シ
ステムの最下部に配置されることが好ましい。
【００３２】固体高分子型燃料電池６のアノード６ａに
導入された改質ガスは、発電によって水素を消費されて
固体高分子型燃料電池６から排出される。この固体高分
子型燃料電池６から排出される改質ガスは多量の水蒸気
が残留しており、その水蒸気は第２の気液分離器２を通
過させ周囲温度レベルまで冷却することで凝縮させる。
凝縮した水は第２の気液分離器２にて改質ガスから分離
され第２の気液分離器２の内部に蓄積される。第２の気
液分離器２から出た改質ガスは改質装置５の燃焼部５ｄ
に導入され加熱のエネルギー源となる。
導入された改質ガスは、発電によって水素を消費されて
固体高分子型燃料電池６から排出される。この固体高分
子型燃料電池６から排出される改質ガスは多量の水蒸気
が残留しており、その水蒸気は第２の気液分離器２を通
過させ周囲温度レベルまで冷却することで凝縮させる。
凝縮した水は第２の気液分離器２にて改質ガスから分離
され第２の気液分離器２の内部に蓄積される。第２の気
液分離器２から出た改質ガスは改質装置５の燃焼部５ｄ
に導入され加熱のエネルギー源となる。
【００３３】第２の気液分離器２は、第１の気液分離器
１と同様に、その下部と水タンク４と連結する第２の配
管２ｂが設けられ、さらに、第２の気液分離器２と第２
の配管２ｂの接続部には、第２のフロート弁２ａが設け
られている。そして、第１の気液分離器１の水分離回収
と同様の機構で、凝縮した水が所定の水位に達すると自
動的に第２のフロート弁２ａが開き、凝縮した水は水タ
ンク４へ回収されるので、従来の電磁弁を用いる水回収
機構に比べ、特別な動力源も必要とせず、制御装置も必
要でないので、固体高分子型燃料電池システムの水回収
機構をより簡素化できる。
１と同様に、その下部と水タンク４と連結する第２の配
管２ｂが設けられ、さらに、第２の気液分離器２と第２
の配管２ｂの接続部には、第２のフロート弁２ａが設け
られている。そして、第１の気液分離器１の水分離回収
と同様の機構で、凝縮した水が所定の水位に達すると自
動的に第２のフロート弁２ａが開き、凝縮した水は水タ
ンク４へ回収されるので、従来の電磁弁を用いる水回収
機構に比べ、特別な動力源も必要とせず、制御装置も必
要でないので、固体高分子型燃料電池システムの水回収
機構をより簡素化できる。
【００３４】一方、アノード６ａに改質ガスを供給した
固体高分子型燃料電池６のカソード６ｂに空気を供給さ
せ発電を行うと、カソード６ｂに水が生成する。生成し
た水はカソード６ｂに供給され酸素の一部を消費された
空気により固体高分子型燃料電池外部に排出される。上
記空気により排出された水は固体高分子型燃料電池６の
カソード６ｂの下流側に設置されている第３の気液分離
器３を通過させ周囲温度レベルまで冷却することで凝縮
させる。凝縮した水は第３の気液分離器３にて空気から
分離され第３の気液分離器３の内部に蓄積される。水を
分離された空気は上記第３の気液分離器３から排気経路
を通って外部に排出される。
固体高分子型燃料電池６のカソード６ｂに空気を供給さ
せ発電を行うと、カソード６ｂに水が生成する。生成し
た水はカソード６ｂに供給され酸素の一部を消費された
空気により固体高分子型燃料電池外部に排出される。上
記空気により排出された水は固体高分子型燃料電池６の
カソード６ｂの下流側に設置されている第３の気液分離
器３を通過させ周囲温度レベルまで冷却することで凝縮
させる。凝縮した水は第３の気液分離器３にて空気から
分離され第３の気液分離器３の内部に蓄積される。水を
分離された空気は上記第３の気液分離器３から排気経路
を通って外部に排出される。
【００３５】第３の気液分離器３には、第１の気液分離
器１と同様に、その下部と水タンク４とを連結する第３
の配管３ｂが設けられ、さらに、第３の気液分離器３と
第３の配管３ｂの接続部には、第３のフロート弁３ａが
設けられている。そして、第１の気液分離器１の水分離
回収機構と同様の機構で、凝縮した水が所定の水位に達
すると自動的に第３のフロート弁３ａが開き、凝縮した
水は水タンク４へ回収されるので、従来の電磁弁を用い
る水の回収機構に比べ、特別な動力源も必要とせず、制
御装置も必要でないので、固体高分子型燃料電池システ
ムの水の回収機構をさらに簡素化できる。
器１と同様に、その下部と水タンク４とを連結する第３
の配管３ｂが設けられ、さらに、第３の気液分離器３と
第３の配管３ｂの接続部には、第３のフロート弁３ａが
設けられている。そして、第１の気液分離器１の水分離
回収機構と同様の機構で、凝縮した水が所定の水位に達
すると自動的に第３のフロート弁３ａが開き、凝縮した
水は水タンク４へ回収されるので、従来の電磁弁を用い
る水の回収機構に比べ、特別な動力源も必要とせず、制
御装置も必要でないので、固体高分子型燃料電池システ
ムの水の回収機構をさらに簡素化できる。
【００３６】また、上記の固体高分子型燃料電池から排
出された水を含んだ空気は、第３の気液分離器３を備え
ずに直接水タンク４に導入して、水回収してもよいが、
空気流によって水タンク内の水面が波立つことで、後で
述べる水位計４ｂの誤動作を招く恐れがあるため、上記
第３の気液分離器３を用いることが好ましい。
出された水を含んだ空気は、第３の気液分離器３を備え
ずに直接水タンク４に導入して、水回収してもよいが、
空気流によって水タンク内の水面が波立つことで、後で
述べる水位計４ｂの誤動作を招く恐れがあるため、上記
第３の気液分離器３を用いることが好ましい。
【００３７】上記固体高分子型燃料電池システムは、上
記水タンク４内に、水タンク４内の水位を検知する水位
検知手段として、例えば、上限および下限が検出できる
水位計４ｂを備えることができる。水タンク４内の水を
排出する排水手段としては、例えば、水タンク４内の水
位上限を超える水を水タンク底部に設けられた排水管４
ｃの排水弁４ｄを開けることにより所定の水位まで排水
する排水手段を備えることができる。また、水タンク４
内に水を供給する給水手段としては、例えば、水位下限
に達した場合に、市水に接続された市水配管４ｅの電磁
弁４ｆを開くことにより、市水を水タンク４の所定の水
位まで注水する給水手段を備えることもできる。供給さ
れる市水は、イオン交換樹脂等を含む水浄化ユニットで
浄化されても良い。
記水タンク４内に、水タンク４内の水位を検知する水位
検知手段として、例えば、上限および下限が検出できる
水位計４ｂを備えることができる。水タンク４内の水を
排出する排水手段としては、例えば、水タンク４内の水
位上限を超える水を水タンク底部に設けられた排水管４
ｃの排水弁４ｄを開けることにより所定の水位まで排水
する排水手段を備えることができる。また、水タンク４
内に水を供給する給水手段としては、例えば、水位下限
に達した場合に、市水に接続された市水配管４ｅの電磁
弁４ｆを開くことにより、市水を水タンク４の所定の水
位まで注水する給水手段を備えることもできる。供給さ
れる市水は、イオン交換樹脂等を含む水浄化ユニットで
浄化されても良い。
【００３８】上記固体高分子型燃料電池システムは、発
電および改質を停止した後に排水弁４ｄを開くことで、
水タンク４内の水を排水管４ｃより排水することができ
る。また、改質水供給配管７ａ内に残留する水は、改質
部５ａの改質水導入部７ｃに大気開放弁７ｄを設け、こ
の大気開放弁７ｄと上記排水弁４ｄを同時に開くこと
で、排水管４ｃを通って排水することもできる。
電および改質を停止した後に排水弁４ｄを開くことで、
水タンク４内の水を排水管４ｃより排水することができ
る。また、改質水供給配管７ａ内に残留する水は、改質
部５ａの改質水導入部７ｃに大気開放弁７ｄを設け、こ
の大気開放弁７ｄと上記排水弁４ｄを同時に開くこと
で、排水管４ｃを通って排水することもできる。
【００３９】
【発明の効果】請求項１〜５に係る固体高分子型燃料電
池システムは、原料ガスを水蒸気改質して水素の富んだ
改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガス及び空気
を導入して発電する固体高分子型燃料電池と、上記水蒸
気改質用の水を貯えた水タンクとを備える固体高分子型
燃料電池システムにおいて、上記改質ガス中から過剰の
水を分離凝縮させる第１の気液分離器を備え、この第１
の気液分離器の下部と上記水タンクとを第１の配管で連
結するとともに、上記第１の気液分離器と上記第1の配
管との接続部に、分離凝縮させた水の量に応じて自己開
閉する第１のフロート弁を設けることとしているので、
改質ガス中の過剰の水を分離回収する、水分離回収機構
を簡素化した固体高分子型燃料電池システムとなる。
池システムは、原料ガスを水蒸気改質して水素の富んだ
改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガス及び空気
を導入して発電する固体高分子型燃料電池と、上記水蒸
気改質用の水を貯えた水タンクとを備える固体高分子型
燃料電池システムにおいて、上記改質ガス中から過剰の
水を分離凝縮させる第１の気液分離器を備え、この第１
の気液分離器の下部と上記水タンクとを第１の配管で連
結するとともに、上記第１の気液分離器と上記第1の配
管との接続部に、分離凝縮させた水の量に応じて自己開
閉する第１のフロート弁を設けることとしているので、
改質ガス中の過剰の水を分離回収する、水分離回収機構
を簡素化した固体高分子型燃料電池システムとなる。
【図１】本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの
実施の形態の一例を説明したブロック図である。
実施の形態の一例を説明したブロック図である。
【図２】従来の固体高分子型燃料電池システムを説明し
たブロック図である。
たブロック図である。
１ 第１の気液分離器
１ａ 第１のフロート弁
１ｂ 第１の配管
２ 第２の気液分離器
２ａ 第２のフロート弁
２ｂ 第２の配管
３ 第３の気液分離器
３ａ 第３のフロート弁
３ｂ 第３の配管
４ 水タンク
５ 改質装置
６ 燃料電池
６ａ アノード
６ｂ カソード
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 安田 雄一郎
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株
式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06
5H027 AA06 BA01 BA16 KK00 KK31
MM01
Claims (5)
- 【請求項１】 原料ガスを水蒸気改質して水素の富んだ
改質ガスを生成する改質装置と、上記改質ガス及び空気
を導入して発電する固体高分子型燃料電池と、上記水蒸
気改質用の水を貯えた水タンクとを備える固体高分子型
燃料電池システムにおいて、上記改質ガス中から過剰の
水を分離させる第１の気液分離器を備え、この第１の気
液分離器の下部と上記水タンクとを第１の配管で連結す
るとともに、上記第１の気液分離器と上記第１の配管と
の接続部に、分離された水の量に応じて自己開閉する第
１のフロート弁を設けたことを特徴とする固体高分子型
燃料電池システム。 - 【請求項２】 上記固体高分子型燃料電池のアノードを
通過した改質ガスの過剰の水を分離させる第２の気液分
離器が設けられ、この第２の気液分離器の下部と上記水
タンクとを第２の配管で連結するとともに、上記第２の
気液分離器と上記第２の配管との接続部に、分離された
水の量に応じて自己開閉する第２のフロート弁を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池
システム。 - 【請求項３】 上記固体高分子型燃料電池のカソードを
通過した空気の過剰の水を分離させる第３の気液分離器
が設けられ、この第３の気液分離器の下部と上記水タン
クとを第３の配管で連結するとともに、上記第３の気液
分離器と上記第３の配管との接続部に、分離された水の
量に応じて自己開閉する第３のフロート弁を設けたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体高分子型
燃料電池システム。 - 【請求項４】 上記水タンク内に、水素を検知する水素
検知手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項
３のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池システム。 - 【請求項５】 上記水タンク内に、水タンク内の水位を
検知する水位検知手段、水タンク内の水を排出する排水
手段及び水タンク内に水を供給する給水手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の固体高分子型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361445A JP2003163021A (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 固体高分子型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361445A JP2003163021A (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 固体高分子型燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163021A true JP2003163021A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19172104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001361445A Pending JP2003163021A (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 固体高分子型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003163021A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003257465A (ja) * | 2002-03-06 | 2003-09-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2005108561A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2005243623A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006120408A (ja) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2007052891A1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-05-10 | Lg Chem, Ltd. | Water controller system having stable structure for direct methanol fuel cell |
| WO2007058429A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-24 | Lg Chem, Ltd. | Water controller system for direct methanol fuel cell |
| KR100741577B1 (ko) | 2005-11-22 | 2007-07-20 | 대구도시가스 주식회사 | 연료변환장치 |
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| JP2020184454A (ja) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
-
2001
- 2001-11-27 JP JP2001361445A patent/JP2003163021A/ja active Pending
Cited By (22)
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| KR100664086B1 (ko) | 기액분리기 및 이를 적용한 연료전지 |
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