JP2003317786A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JP2003317786A
JP2003317786A JP2002126050A JP2002126050A JP2003317786A JP 2003317786 A JP2003317786 A JP 2003317786A JP 2002126050 A JP2002126050 A JP 2002126050A JP 2002126050 A JP2002126050 A JP 2002126050A JP 2003317786 A JP2003317786 A JP 2003317786A
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fuel cell
hydrogen
water
alloy
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JP2002126050A
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English (en)
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Izuru Kanoya
出 鹿屋
Buyo Isobe
武揚 磯辺
Takanori Suzuki
貴紀 鈴木
Mitsuya Hosoe
光矢 細江
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の運転により生成された水を水素発
生装置における反応用水として用いるようにして,総重
量の減少を達成された,車載用として好適な燃料電池発
電システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池発電システム1は,水素を燃料
として発電を行うと共に水を生成する燃料電池2と,水
素発生物質と水との反応により水素を発生すると共にそ
の水素を燃料電池2に供給する水素発生装置4と,燃料
電池2の運転により生成された水を受容して,その水を
反応用水として水素発生装置4に供給する給水装置7と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池発電システ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電システムにおいては,その
燃料電池に水素を供給する水素供給源を必要とする。こ
の水素供給源としては,NaBH4 (水素化ホウ素ナト
リウム)と触媒とを用い,これに水を作用させるように
した水素発生装置が公知である(例えば,特開2001
−199701号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記装置
においては,NaBH4 と反応させる水を予め用意して
おかなければならないので,それに応じて発電システム
の総重量が大となり,例えば,その発電システムを車両
に搭載するためにはその総重量の減少を図ることが必要
であった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は,燃料電池の運
転により生成された水を水素発生装置における反応用水
として用いるようにして,総重量の減少を達成された,
車載用として好適な前記燃料電池発電システムを提供す
ることを目的とする。
【0005】前記目的を達成するため本発明によれば,
水素を燃料として発電を行うと共に水を生成する燃料電
池と,水素発生物質と水との反応により水素を発生する
と共にその水素を前記燃料電池に供給する水素発生装置
と,前記燃料電池の運転により生成された水を受容し
て,その水を反応用水として前記水素発生装置に供給す
る給水装置とを有する燃料電池発電システムが提供され
る。
【0006】前記のような水の利用系統を確立させる
と,例えば,燃料電池の運転開始に必要な量以上の水素
を予め水素発生装置に溜めておくことにより,反応用水
の貯蔵を不要にするか,またはその貯蔵量を大幅に減少
させることが可能であり,これにより発電システムの総
重量を減少させることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】図1において.燃料電池発電シス
テム1は,水素を燃料とし,空気(O2 )の存在下で発
電を行うと共に水を生成する燃料電池2と,水素発生物
質と水との反応により水素を発生すると共にその水素を
第1管3を介して燃料電池2に供給する水素発生装置4
と,燃料電池2の運転により生成された水を第2管5を
介し受容して,その水を反応用水として第3管6を介し
水素発生装置4に供給する給水装置7とを有する。第1
管3には,レギュレータ,制御弁等を有する制御装置8
が設けられる。
【0008】燃料電池2,水素発生装置4,制御装置8
および給水装置7は車両に搭載され,燃料電池2による
電力は,それを車両の動力源として用いるべく,給電線
9を介して駆動モータ装置10に供給される。給水装置
7は,燃料電池2から導入された水(水蒸気を含む)か
ら窒素を分離する気液分離機11と,その気液分離機1
1で分離された水を第4管12を介し吸引して水素発生
装置4に供給する水ポンプ13とを有する。気液分離機
11としては,気流の遠心力,方向転換,邪魔板への衝
突等により気液分離を行うもの,ガスの圧力,温度等の
コントロールにより気液分離するもの等が用いられる。
また必要に応じて,第4管12には過剰水を一時的に溜
めるリザーブタンク14が第5管15を介して接続され
る。
【0009】図2において,水素発生装置4は複数の水
素発生用ユニット16を備え,それらユニット16は保
持部材Hに着脱可能に保持される。図3,4にも示すよ
うに,各ユニット16は密封容器17を備え,その密封
容器17は上面に開口部18を持つ器体19と,その開
口部18をシール部材20を介して密封する蓋板21と
を有し,その蓋板21は複数のねじ22によって器体1
9に取付けられる。
【0010】器体19は,上,下方向に長い長方形の前
板23と,前板23と同一形状で,且つ同一の大きさの
後板24と,前板23および後板24の両下縁間を繋ぐ
長方形の底板25と,前板23,後板24,底板25に
よる両側面開口を閉じる2つの四角形の側板26とより
なる。器体19内下部は物質貯蔵部27であって,そこ
には水素発生物質としての複数の水素化MgペレットP
が収容されている。各水素化MgペレットPは水素化M
g(MgH2 )粒子の集合体,つまり水素化Mg粉末を
用いて成形されたものである。水素化MgペレットPの
集合体よりも上方の空間は水素溜め室28として機能す
る。
【0011】図5,6に示すように,保持部材Hは,横
方向に長い長方形状の後板29と,その後板29の両端
部から前方に延び,且つ密封容器17の両側板26に対
応する形状を持つ両側枠30と,後板29の上縁および
両側枠30の上縁間を繋ぐ上枠31と,後板29の下縁
および両側枠30の下縁間を繋ぐ長方形の下板32とよ
りなる。上枠31における後板29側の板状部33は密
封容器17における蓋板21の後部上面に接触するもの
で,その板状部33の下面および下板32の上面に各ユ
ニット16の位置を決める複数の凸条34,35が相対
向するように形成されている。
【0012】後板29上部において,各ユニット16に
対応する位置に,水素供給用第1クイックコネクタ36
の一方の半体37がその差込み部38を後板29内面に
突出させて配置されており,後板29外面に突出する各
接続部39は,その後板29に沿う第1管3の導入側端
部に接続される。後板29の上部において,各第1クイ
ックコネクタ36の一方の半体37の下側に,水供給用
第2クイックコネクタ40の一方の半体41がその差込
み部42を後板29内面に突出させて配置されており,
後板29外面に突出する各接続部43は,その後板29
に沿う第3管6の導出側端部に接続される。図には省略
したが,各接続部39,43には,その通路を開閉する
開閉弁が設けられている。
【0013】一方,図3,4に示すように,各ユニット
16の密封容器17の後板24上部には,第1クイック
コネクタ36の他方の半体44がその導入筒部45を水
素溜め室28内に突出させて配置されており,その受口
46は後板24外面に開口する。また後板24上部にお
いて,各第1クイックコネクタ36の他方の半体44の
下側には,第2クイックコネクタ40の他方の半体47
がその導入筒部48を水素溜め室28内に突出させて配
置されており,その受口49は後板24外面に開口す
る。
【0014】図7に示すように,各ユニット16は,そ
の第1,第2クイックコネクタ36,40の両半体4
4,47を保持部材Hの第1,第2クイックコネクタ3
6,40の両半体37,41に向けて,両側枠30間よ
り上枠31の板状部33および下板32間に両凸条3
4,35をガイドとして装着される。これにより,第
1,第2クイックコネクタ36,40の差込み部38,
42が受口46,49に嵌合して水素溜め室28と第
1,第3管3,6とが第1,第2クイックコネクタ3
6,40を介して接続される。
【0015】車両を走行させるべく,燃料電池2の運転
開始に当っては,例えば1個または2個以上のユニット
16に溜めておいた水素を第1管3および制御装置8を
介して燃料電池2に供給し,同時に空気(O2 )を燃料
電池2に供給する。これにより燃料電池2の運転が開始
されて発電が行われ,その電力により駆動モータ装置1
0が作動して車両の走行が行われる。
【0016】燃料電池2の運転に伴い水が生成され,そ
の高温の水は窒素と共に第2管5を介して給水装置7の
気液分離機11に導入される。その気液分離機11では
水と窒素とが分離され,その窒素は大気に放出される一
方,図8に示すように水Wは反応用水として水ポンプ1
3により第3管6を介し水素発生に必要な1個または2
個以上のユニット16に供給される。水Wを供給された
ユニット16においては,MgH2 +2H2 O→Mg
(OH)2 +2H2 の反応が生じて水素が発生し,また
Mg(OH)2 は物質貯蔵部27に溜まる。水素は前記
同様に燃料電池2に供給される。この場合,燃料電池2
からの水は高温であるから,MgH2 と水との反応効率
を向上させることができる。
【0017】ユニット16の交換に当っては,その使用
済ユニット16を両側枠30の外方へ引張って,ユニッ
ト16側の第1,第2クイックコネクタ36,40の半
体44,47を保持部材H側の半体37,41から離脱
させ,新たなユニット16を保持部材Hに装着する。使
用済ユニット16については,再度の使用に備えるべ
く,その密封容器17からのMg(OH)2 水溶液の排
出,密閉容器17の洗浄乾燥,密閉容器17への新たな
水素化MgペレットPの装入等が行われる。
【0018】水素発生物質としては,水素化Mg粉末に
代えてMg粒子の集合体,つまりMg粉末を用いること
ができる。
【0019】また水素発生物質としては水素化Mg合金
粉末も用いられ,その水素化Mg合金粉末は,図9に示
すように,粒状Mg50と,その粒状Mg50の表面お
よび内部に存在する複数の触媒金属微粒子51とよりな
るMg合金粒子52の集合体に水素化処理を施したもの
である。触媒金属微粒子51にはNi微粒子,Ni合金
微粒子,Fe微粒子,Fe合金微粒子,V微粒子,V合
金微粒子,Mn微粒子,Mn合金微粒子,Ti微粒子,
Ti合金微粒子,Cu微粒子,Cu合金微粒子,Ag微
粒子,Ag合金微粒子,Ca微粒子,Ca合金微粒子,
Zn微粒子,Zn合金微粒子,Zr微粒子,Zr合金微
粒子,Co微粒子,Co合金微粒子,Cr微粒子,Cr
合金微粒子,Al微粒子およびAl合金微粒子から選択
される少なくとも一種が該当する。
【0020】Mg合金粉末における触媒金属微粒子51
の含有量Gは0.1原子%≦G≦5.0原子%に設定さ
れる。その含有量GがG<0.1原子%では添加効果が
なく,一方,G>5.0原子%では水素発生量が減少す
るため実用性がない。触媒金属微粒子51の含有量G
は,好ましくは0.3原子%≦G≦1.0原子%であ
る。Mg合金粉末はメカニカルアロイングの適用下で製
造されるので,粒状Mg50の粒径Dは1μm≦D≦5
00μm,また触媒金属微粒子51の粒径dは10nm
≦d≦500nmが適当である。この場合,粒径D,d
とは,顕微鏡写真における粒状Mg等の最長部分の長さ
(最大わたし径)とする。このMg合金粉末は,例えば
Mg合金ペレット等の形態で用いられる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば,燃料電池の運転により
生成された水を水素発生装置における反応用水として用
いるようにして,総重量の減少を達成された,車載用と
して好適な燃料電池発電システムを提供することができ
る。また前記水は高温であるから水素発生物質と水との
反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料電池発電システムのブロック図である。
【図2】水素発生装置の平面図である。
【図3】水素発生用ユニットの斜視図である。
【図4】図3の4−4線断面図である。
【図5】保持部材の斜視図である。
【図6】要部を破断した,図5の6矢視図である。
【図7】保持部材とユニットとの関係を示す説明図で,
図5の7−7線断面図に相当する。
【図8】ユニットにおける水供給状況を示す説明図であ
って,図7に対応する。
【図9】Mg合金粒子の説明図である。
【符号の説明】
1…………燃料電池発電システム 2…………燃料電池 4…………水素発生装置 7…………給水装置 50………粒状Mg 51………触媒金属粒子 52………Mg合金粒子 P…………水素化Mgペレット(水素発生物質) W…………水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 貴紀 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 細江 光矢 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 5H027 AA02 BA14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素を燃料として発電を行うと共に水を
    生成する燃料電池(2)と,水素発生物質(P)と水
    (W)との反応により水素を発生すると共にその水素を
    前記燃料電池(2)に供給する水素発生装置(4)と,
    前記燃料電池(2)の運転により生成された水を受容し
    て,その水を反応用水として前記水素発生装置(4)に
    供給する給水装置(7)とを有することを特徴とする燃
    料電池発電システム。
  2. 【請求項2】 前記燃料電池(2),水素発生装置
    (4)および給水装置(7)は車両に搭載され,前記燃
    料電池(2)による電力は前記車両の動力源として用い
    られる,請求項1記載の燃料電池発電システム。
  3. 【請求項3】 前記水素発生物質(P)はMg粒子およ
    び水素化Mg粒子の少なくとも一方よりなる集合体であ
    る,請求項1または2記載の燃料電池発電システム。
  4. 【請求項4】 前記水素発生物質(P)は,粒状Mg
    (50)と,その粒状Mg(50)の表面および内部に
    存在する複数の触媒金属微粒子(51)とよりなるMg
    合金粒子(52)の集合体に水素化処理を施したもので
    あり,前記触媒金属微粒子(51)はNi微粒子,Ni
    合金微粒子,Fe微粒子,Fe合金微粒子,V微粒子,
    V合金微粒子,Mn微粒子,Mn合金微粒子,Ti微粒
    子,Ti合金微粒子,Cu微粒子,Cu合金微粒子,A
    g微粒子,Ag合金微粒子,Ca微粒子,Ca合金微粒
    子,Zn微粒子,Zn合金微粒子,Zr微粒子,Zr合
    金微粒子,Co微粒子,Co合金微粒子,Cr微粒子,
    Cr合金微粒子,Al微粒子およびAl合金微粒子から
    選択される少なくとも一種である,請求項1または2記
    載の燃料電池発電システム。
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