JP2004127625A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器と、この改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素により発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池本体には、使用する電解質の種類により、種々の型式があるが、前記燃料電池本体へ供給する水素は、例えば天然ガス,プロパンガス,メタノール等の種々の燃料を改質器において水素リッチガスに改質することによって供給されているのが一般的である。このように、燃料を水素リッチガスに改質して燃料電池本体へ供給する先行例がある。この先行例に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池本体の他に、燃料電池本体に空気を送給するためのコンプレッサや、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器及びこの改質器に対して燃料を送給するためのポンプ等が必要である(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−226102号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとき従来の構成においては、燃料電池本体に対して空気を供給するための送気ポンプ(コンプレッサ)が必要である。この種の送気ポンプは容量が大きく、燃料電池システムの全体的構成の簡素化,小型化を図る上においてさらなる改良が求められていると共に、送気ポンプに用いるモータの騒音が大きいという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項1に係る発明は、燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素とによって発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムにおいて、前記燃料は飽和蒸気圧が大気圧より高圧となる燃料であって燃料タンク内に収容してあり、この燃料の体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する酸素供給駆動手段を備えた構成である。
【0006】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器に対する前記燃料の送給を、前記燃料タンク内の飽和蒸気圧により行う構成である。
【0007】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池システムにおいて、燃料はジメチルエーテルである。
【0008】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は炭化水素である。
【0009】
請求項5に係る発明は、請求項1,2,3又は4に記載の燃料電池システムにおいて、燃料と燃料電池本体との間で熱交換を行う構成である。
【0010】
請求項6に係る発明は、請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換はヒートパイプによって行われる構成である。
【0011】
請求項7に係る発明は請求項1〜6の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記酸素供給手段は、前記燃料の体積膨張の圧力を受ける受圧部と、前記燃料電池本体に対して空気を加圧し送給する空気加圧部とを備え、前記受圧部の受圧面積よりも空気加圧部の加圧面積を大きくした構成である。
【0012】
請求項8に係る発明は、請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料の供給側の回路と前記燃料電池本体との間、又は前記酸素供給手段の空気加圧部と前記燃料電池本体との間の少なくとも一方にバッファータンクを備えた構成である。
【0013】
請求項9に係る発明は、請求項1〜8の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、酸素供給手段に対する空気の入口又は出口の少なくとも一方に逆止弁を備えた構成である。
【0014】
請求項10に係る発明は、請求項1〜9の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体から排出される排出ガスを循環するための循環ポンプを備え、前記燃料の体積膨張を利用して前記循環ポンプを駆動する循環ポンプ駆動手段を備えた構成である。
【0015】
請求項11に係る発明は、請求項1〜10の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器により改質された水素リッチガスの体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する構成である。
【0016】
請求項12に係る発明は、請求項1〜11の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体は燃料極と空気極との間に高分子プロント導伝膜を挟み込んだ構成である。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1を参照するに、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム1は、燃料電池の1例として水素イオン導伝性を有する高分子プロント導伝膜(イオン交換膜)3を、燃料極5と空気極7によって挟み込んだ構成の燃料電池本体9を備えている。この種の燃料電池は、固体高分子型燃料電池(高分子電解質形燃料電池:PEFC)として知られているので、前記燃料電池本体9の詳細な説明は省略する。
【0018】
前記燃料電池本体9における前記燃料極5に対して水素を供給するために、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器11が設けられている。前記燃料は、飽和蒸気圧が大気圧より高圧であるジメチルエーテル(DME)であって、燃料タンク13内には、ジメチルエーテルと水との比率を1:6として混合した混合液が収容してある。良く知られているようにジメチルエーテルの常温での飽和蒸気圧は大気圧より高圧であって約6気圧の圧力を有する。水との混合液の場合、蒸気圧は低下するが、ジメチルエーテルを燃料タンク13内に収容して密閉した状態においては、燃料タンク13内には約4気圧の飽和蒸気圧が常に作用していることになる。
【0019】
前記燃料タンク13内の燃料を取り出すために、前記燃料タンク13の下部付近には開閉自在かつ開度調節を行うことによって前記燃料の流量を制御可能の開閉弁15が接続してあり、この開閉弁15には、前記改質器11に接続した気化器17が接続してある。そして、前記気化器17と前記改質器11とを接続した接続路19には、前記開閉弁15と同様の開閉弁21,23が上流側から順次配置してある。
【0020】
したがって、前記開閉弁15,21,23を開くと、前記燃料タンク13内に作用する飽和蒸気圧によって前記燃料は燃料タンク13から気化器17へ能動的に流出される。そして、気化器17において気化したジメチルエーテルと水蒸気との混合気体が前記改質器11へ供給されることになる。
【0021】
既に理解されるように、燃料タンク13内の燃料を気化器11を経て改質器11に対して供給するに際しては、前記燃料タンク13内の燃料の飽和蒸気圧を利用するものであるから、燃料を送給するためのポンプを省略することができ、全体的構成の簡素化を図ることができると共に小型化を図ることができるものである。
【0022】
前記改質器11内にはAl2 O3 にRhを担持した改質触媒が内装されており、この改質器11において、前記ジメチルエーテルと水蒸気との混合気体は、[CH3 OCH3 +3H2 O→3CO2 +6H2 ]と、水素を含む水素リッチガスに改質される。この改質されたガス中には、僅かではあるがCOが存在するので、上記COを除去するために、改質器11と燃料電池本体9の燃料極5との間には、CO除去手段(図示省略)が設けられている。
【0023】
前記CO除去手段には、例えばCu系の触媒を採用して、CO+H2 O→CO2 +H2 ],[CO+H2 →CH4 +H2 O]の反応によりCOをCO2 等に変化し、COの除去を行っているものであり、このCOを除去した後の水素リッチガスを前記燃料電池本体9の燃料極5へ送給しているものである。なお、前記CO除去手段としては、水素を選択的に透過する半透膜を採用することも可能である。
【0024】
前述のごとく改質器11によって改質した後の水素リッチガスを燃料電池本体9の燃料極5に供給する際、前記燃料電池本体9の空気極7へ酸素を供給するために、酸素供給手段25が設けられており、この酸素供給手段25は、前記燃料の体積膨張を利用して駆動される酸素供給手段によって駆動される構成である。
【0025】
より詳細には、前記燃料電池本体9の空気極7に対して空気を送給するために空気タンク27が備えられている。この空気タンク27は、例えばピストン,ダイアフラム等の移動自在の区画体29によって第1室27Aと第2室27Bとに区画してあり、第2室27Bには前記燃料電池本体9へ供給する空気が収容されている。
【0026】
前記空気を前記燃料電池本体9へ供給するために、前記空気タンク27の第2室27Bには、前記燃料電池本体9の空気極7に接続した接続路(送給路)31が接続してあり、この接続路31には、前記開閉弁15同様の開閉弁33及びニードルバルブ等のごとき絞り調節自在の流量制御弁35が空気タンク27側から順次配置してある。そして、前記燃料の体積膨張に起因する圧力を前記空気タンク27に供給するために前記空気タンク27の第1室27Aには、前記開閉弁21,23の間において前記接続路19に接続した加圧供給手段の1例として接続路36が接続してあり、この接続路36には開閉自在の開閉弁37が配置してある。
【0027】
さらに、前記空気タンク27の第2室27Bに外気を吸引するために、前記第2室27Bには、前記区画体29を第1室27A側へ押圧付勢する押圧付勢手段の1例としてのスプリング等のごとき適宜の弾性部材39が内装してある。そして、前記第2室27Bには、外気を取り込むための開閉弁41が接続してある。
【0028】
上記構成により、開閉弁23,41を閉じた状態において開閉弁15,21,33,37を開状態に保持すると、燃料タンク13内の燃料(ジメチルエーテルと水の混合液)は燃料タンク13内の飽和蒸気圧によって気化器17へ能動的に送給され、気化器17において気化され体積膨張する。そして、気化した燃料は空気タンク27の第1室27A内に供給される。
【0029】
空気タンク27の第1室27A内に気化した燃料が供給されると、燃料の体積膨張による圧力によって区画体29が弾性部材39の付勢力に抗して移動されるので、空気タンク27の第2室27B内の空気は燃料電池本体9の空気極7へ送給されることになる。
【0030】
その後、開閉弁21,33を閉状態に保持し、開閉弁23,37,41を開状態に保持すると、空気タンク27における第2室27B内の弾性部材39の作用によって区画体29が第1室27A側へ移動され、第1室27A内の燃料ガスが改質器11へ送給されると共に、第2室27Bが負圧となり、開閉弁41を経て外気が第2室27B内に吸引されて空気が蓄えられる。
【0031】
次に、開閉弁23,41を閉状態に保持して開閉弁21,37を開状態に保持すると、燃料の気化した混合ガスが空気タンク27の第1室27Aに導入され、第1室27Aの圧力が上昇して、第2室27B内の空気を加圧することになる。したがって、次に、開閉弁37を閉状態に保持して開閉弁23を開状態に保持すると、気化した燃料ガスが改質器11へ送給され、水素リッチガスに改質されて燃料電池本体9の燃料極5に供給されることになる。また、開閉弁33を開状態に保持することにより、空気タンク27の第2室27B内の加圧された空気は流量制御弁35によって流量を調節されて燃料電池本体9の空気極7へ供給されることになる。
【0032】
すなわち、燃料電池本体9における燃料極5に対する水素リッチガスの供給と空気極7に対する空気の供給が同時に行われ、燃料電池本体9における発電が行われることになる。
【0033】
既に理解されるように、前述したように、空気タンク27における第2室27Bへの外気の吸入,圧縮(加圧)を繰り返すことにより、燃料電池本体9に対して改質された燃料及び空気を断続的に送給することができるものである。
【0034】
前記燃料電池システム1において、前記燃料電池本体9において発生した熱を、前記空気タンク27における第1室27A側へ伝達するための熱交換手段としてヒートパイプ43が設けられている。したがって、前記空気タンク27における第1室27A内の燃料ガスを加熱膨張することができ、前記空気タンク27における第2室27B内の空気をより効果的に加圧することができるものである。また、同時に燃料電池本体9における発熱の除熱にもなる。
【0035】
既に理解されるように、前述したように、空気タンク27における第2室27B内への外気の吸入,圧縮を繰り返すことにより、燃料の体積膨張による圧力を利用して燃料電池本体9に対して改質した燃料及び空気の供給を行うことができるものであるから、燃料用ポンプ及び送気用ポンプを省略でき、全体的構成の小型化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【0036】
なお、燃料はジメチルエーテルではなく、プロパンやブタンのような炭化水素でもよい。また、水との混合液ではなく、燃料と水は別々に改質器に供給してもよい。また、空気タンクを複数用いてもよい。
【0037】
図2は第2の実施形態を示すもので、前述した第1の実施形態の構成部分と同一機能を奏する構成部分には、同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【0038】
この第2の実施の形態においては、燃料タンク13内において気化した燃料ガスを改質器11に送給すべく、前記開閉弁15,気化器17を省略し、そして、前記空気タンク27に、燃料の僅かな流量に対して空気流量を増幅する空気流量増幅手段を設けた構成である。
【0039】
より詳細には、前記接続路36に設けた開閉弁37に替えて、接続路36に小径の流体圧シリンダ45を配置し、この流体圧シリンダ45において往復動自在のピストンロッドのごとき往復移動体47と前記空気タンク27内の区画体29とを一体的に連結した構成である。
【0040】
そして、前記流体圧シリンダ45において前記燃料の体積膨張による圧力を受ける前記往復移動体47の受圧部の受圧面積を、前記区画体29が第2室27B内の空気を加圧する空気加圧部の加圧面積より小さく構成してある。ここで、例えば往復移動体(ピストンロッド)47の受圧面積を0.25cm2 とし、前記区画体29の加圧面積を25cm2 とすると、DMEと水の混合ガスの体積膨張によって前記ピストンロッド47が押圧されると、前記空気タンク27の第2室27Bから前記ピストンロッド47を移動した混合ガスの約100倍の体積の空気が送気されることになる。なお、空気タンク27の第2室27Bから送気される空気の突出圧力は約0.01kgf/cm2 であり、DMEと水との混合ガスが約100倍に膨張した場合であっても送気可能なものである。
【0041】
上記構成によれば、流体圧シリンダ45の容積に比較して空気タンク27の容積を約100倍の容積にすることができ、燃料電池本体9に対して過不足なく空気の送給を行うことができるものであり、かつ第2室27Bへの空気の吸入間隔を小さくすることができるものである。
【0042】
図3は第3の実施形態を示すものである。この第3の実施形態においては、改質器11によって改質した後の水素リッチガスの体積膨張を利用して前記流体圧シリンダ45を作動する構成とし、かつ燃料供給側の回路,すなわち前記改質器11と燃料電池本体9の燃料極5との間に燃料用のバッファータンク49及び流量制御弁51を上流側から順次配置したものである。そして、空気供給側の回路,すなわち前記接続路31に配置した前記開閉弁33と流量制御弁35との間に、空気用のバッファータンク53を配置した構成である。
【0043】
上記構成によれば、前述した第1,第2の実施形態と同様の効果を奏し得ると共に、改質器11によって改質した後の改質ガスがバッファータンク49内に一時的に貯留されて燃料電池本体9の燃料極5へ送給される。また空気タンク27から送気された空気がバッファータンク53内に一時的に貯留されて燃料電池本体9の空気極7へ送給されることになる。
【0044】
したがって、前記流体圧シリンダ45を駆動することによって前記改質ガス及び空気の送給時に脈動が生じる傾向にある場合であっても、上記脈動が抑制緩和されることとなり、燃料電池本体9に対する燃料ガス及び空気の送給を安定的に行うことができるものである。
【0045】
図4は、第4の実施形態を示すもので、この第4の実施形態は、前述の第3の実施の形態における前記開閉弁33,41を、空気の一方向へのみの流れを許容する逆止弁55,57に替えたものである。この構成によれば、開閉弁の開閉操作を行うことなしに、逆止弁57の作用によって空気タンク27の第2室27Bへの外気の流入のみを許容し、かつ逆止弁57の作用によって第2室27B内の空気の燃料電池本体9側への流出のみを許容するものである。
【0046】
したがって、開閉弁21,23の開閉操作を行うのみであって空気タンク27の第2室27Bへの外気の吸入,燃料電池本体9に対する第2室27B内の空気の送気動作を行うことができ、構成をより簡素化できるものである。なお、前述した第1,第2,第3の実施の形態においても、前記開閉弁33,41を逆止弁に替えることができるものである。
【0047】
図5は第5の実施の形態を示すもので、前述した第1〜第4の実施形態に示した構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【0048】
この第5の実施形態においては、燃料タンク13に接続した開閉弁15の下流側に流量制御弁59,気化器17,改質器11を順次配置し、この改質器11の下流側に前述したCO除去手段61(図1においては図示省略して説明してある)を配置し、このCO除去手段61の下流側に開閉弁23,流量制御弁63を順次配置して燃料電池本体9の燃料極5に接続してある。
【0049】
そして、この第5の実施形態においては、前記燃料電池本体9の燃料極5から排出される未使用の水素を燃焼する触媒燃焼器65が設けられており、この触媒燃焼器65には、前記燃料電池本体9における前記燃料極5の排出側に接続した接続路(排出路)67が接続してある。なお、前記燃料電池本体9における空気極7の排出側に接続した接続路(回収路)69は熱交換器71に接続され、排ガス中の水蒸気が凝縮されて水として回収されている。
【0050】
前記触媒燃焼器65内には通常の触媒燃焼器同様にPt系の触媒が内装されており、前記燃料極5から排出される未使用の水素が酸素供給手段の1例としての前記空気タンク27から送給される空気の1部と混合して前記触媒燃焼器65に供給され触媒燃焼される。この触媒燃焼器65における触媒燃焼によって発生した熱は、前記気化器17,改質器11等へ伝達されて、前記燃料の気化,改質反応熱等に使用される。
【0051】
前記燃料電池本体9における前記空気極7及び前記触媒燃焼器65へ空気を送給するために、酸素供給手段の1例としての前記空気タンク27の第2室27Bに接続した送給路31は加熱された空気を供給するために前記熱交換器71を経て前記触媒燃焼器65に接続した第1分岐路73Aと前記空気極7側へ接続した第2分岐路73Bとに分岐してあり、各分岐路73A,73Bにはニードルバルブ等のごとき開度調節自在の流量制御弁75A,75Bがそれぞれ配置してある。
【0052】
したがって、前記燃料電池本体9における前記燃料極5へ送給された水素は発電に使用され、この燃料極5から排出される未使用の水素は接続路67を経て前記触媒燃焼器65へ導かれる。前記触媒燃焼器65の燃焼熱は、気化器における気化熱及び改質器の反応熱として利用される。そして、上記触媒燃焼器65において燃焼された燃焼ガスは回収路77を介して前記熱交換器71に導かれている。また、前記空気極7側から排出されるガスは前記接続路69を介して前記熱交換器71に導かれ、前記熱交換器71において凝縮されて回収された水は水タンクに一時貯留される。前記接続路69に回収されたガス中の未使用の酸素と生成物としての水蒸気の1部を前記空気極7に循環するために、前記接続路69には前記第2分岐路73B側へ接続した分岐路79が分岐接続してあり、この分岐路79には、流量制御弁81及び前記空気タンク27同様の空気タンク83が順次配置してある。
【0053】
この空気タンク83は、前記空気タンク27と同様に、区画体85によって区画された第1室83Aと第2室83Bを備えた構成であって、第2室83B内には前記空気タンク27同様の弾性部材87が内装してある。そして、前記第2室83Bの入口側と出口側には前記開閉弁41,43同様の開閉弁89,91が配置してある。さらに、上記空気タンク83の第1室83Aは前記開閉弁37より上流側において前記接続路36に接続した回路93が接続してあり、この回路93には開閉弁95が配置してある。
【0054】
上記構成により、開閉弁23,37,89を閉状態にして開閉弁91,95を開状態にすると、接続路36内の燃料ガスが空気タンク83の第1室83A内に流入し圧力が上昇すると、弾性部材87の付勢力に抗して区画体85を移動するので、第2室83B内の回収ガスは開閉弁91を経て燃料電池本体9の空気極7へ循環される。
【0055】
次に、開閉弁91,37を閉状態にして開閉弁89,95,23を開状態にすると、弾性部材87の作用によって第2室83Bに接続路69内の回収ガスの1部が吸引される。その後、開閉弁89,91,23,37を閉状態にして開閉弁95を開状態にすると、空気タンク83の第1室83Aに接続路36内の燃料ガスが流入して圧力上昇し、第2室83B内の回収ガスが加圧されることになる。よって、次に開閉弁95,89を閉状態に保持して開閉弁91を開状態にすることにより、第2室83B内の回収ガスを燃料電池本体9の空気極7へ送給することができるものである。
【0056】
すなわち、前記空気タンク83を、前述した空気タンク27と同様に、燃料の体積膨張を利用して動作することができるものである。
【0057】
したがって、この第5の実施形態によれば、燃料電池本体9の燃料極5に対する燃料の供給を、ポンプを用いることなく容易に実施し得る。また空気極7に対する空気の供給及び回収ガスの循環並びに触媒燃焼器65に対する空気の供給を、燃料の体積膨張を利用して行うことができ、モータによって駆動されるブロア等を省略することができるものである。したがって、燃料電池システムの全体的構成の簡素化,小型化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【0058】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、燃料の体積膨張による圧力を利用して燃料電池本体に空気を送給する構成であるから、空気を送給するための空気ポンプを省略することができ、燃料電池システムの全体的構成の簡素化を図ることができると共に小型化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図3】本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図4】本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図5】本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 燃料電池システム
3 イオン交換膜
5 燃料極
7 空気極
9 燃料電池本体
11 改質器
13 燃料タンク
17 気化器
21,23,33,37,41,89,91,95 開閉弁
25 酸素供給手段
27,83 空気タンク
27A,83A 第1室
27B,83B 第2室
29 区画体
31 接続路(送給路)
39 弾性部材
43 ヒートパイプ
45 流体圧シリンダ
49 燃料用のバッファータンク
51 流量制御弁
53 空気用のバッファータンク
61 CO除去手段
65 触媒燃焼器
67,69 接続路
71 熱交換器
79 分岐路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention includes a reformer for reforming a fuel into a hydrogen-rich gas, and a fuel cell main body for generating power using the hydrogen-rich gas supplied from the reformer and oxygen supplied from an oxygen supply unit. The present invention relates to a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
There are various types of fuel cell main bodies depending on the type of electrolyte used. Hydrogen supplied to the fuel cell main body is, for example, various fuels such as natural gas, propane gas, methanol and the like in a reformer in a hydrogen-rich gas. It is generally supplied by reforming to. As described above, there is a prior example in which the fuel is reformed into a hydrogen-rich gas and supplied to the fuel cell body. In the fuel cell system according to this prior example, in addition to the fuel cell main body, a compressor for supplying air to the fuel cell main body, a reformer for reforming the fuel into a hydrogen-rich gas, and the reformer For example, a pump or the like for supplying fuel to the fuel cell is required (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-226102
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration as described above, an air supply pump (compressor) for supplying air to the fuel cell body is required. This type of air pump has a large capacity, and further improvement is required in order to simplify and reduce the overall configuration of the fuel cell system. In addition, there is a problem that the noise of the motor used in the air pump is large. is there.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and the invention according to claim 1 has a reformer for reforming a fuel into a hydrogen-rich gas, and a hydrogen-rich gas supplied from the reformer. A fuel cell system comprising: a fuel cell main body that generates electric power with oxygen supplied from oxygen supply means; wherein the fuel is a fuel whose saturated vapor pressure is higher than atmospheric pressure and is contained in a fuel tank. The fuel cell system is provided with oxygen supply driving means for driving the oxygen supply means by utilizing the volume expansion of the fuel.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first aspect, the supply of the fuel to the reformer is performed by a saturated vapor pressure in the fuel tank.
[0007]
The invention according to
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect, the fuel is a hydrocarbon.
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first, second, third or fourth aspect, heat exchange is performed between the fuel and the fuel cell body.
[0010]
The invention according to claim 6 is the fuel cell system according to
[0011]
According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects, the oxygen supply unit includes a pressure receiving unit that receives a pressure of the volume expansion of the fuel, and And an air pressurizing unit that pressurizes and feeds the air, and the pressurizing area of the air pressurizing unit is larger than the pressure receiving area of the pressure receiving unit.
[0012]
According to an eighth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the seventh aspect, between the fuel supply side circuit and the fuel cell main body, or between an air pressurizing portion of the oxygen supply means and the fuel cell main body. And a buffer tank is provided in at least one of them.
[0013]
According to a ninth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to eighth aspects, a check valve is provided at at least one of an inlet and an outlet of air with respect to the oxygen supply means.
[0014]
The invention according to claim 10 is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a circulation pump for circulating exhaust gas discharged from the fuel cell main body, to reduce a volume expansion of the fuel. A circulation pump driving means for driving the circulation pump by utilizing the structure.
[0015]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to tenth aspects, the oxygen supply unit is driven by utilizing a volume expansion of the hydrogen-rich gas reformed by the reformer. It is.
[0016]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to eleventh aspects, the fuel cell body has a configuration in which a polymer proton conducting film is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Referring to FIG. 1, a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention includes a polymer proton conducting membrane (ion exchange membrane) 3 having hydrogen ion conductivity as an example of a fuel cell. The fuel cell system has a
[0018]
In order to supply hydrogen to the
[0019]
In order to take out the fuel in the
[0020]
Therefore, when the on-off
[0021]
As already understood, when the fuel in the
[0022]
In the
[0023]
As the CO removing means, for example, a Cu-based catalyst is employed, and CO is removed to CO2 or the like by a reaction of CO + H2O → CO2 + H2] or [CO + H2 → CH4 + H2O] to remove CO. The hydrogen-rich gas from which the CO has been removed is supplied to the
[0024]
As described above, when the hydrogen-rich gas reformed by the
[0025]
More specifically, an
[0026]
In order to supply the air to the
[0027]
Further, in order to suck the outside air into the
[0028]
With the above configuration, when the on-off
[0029]
When the vaporized fuel is supplied into the
[0030]
Thereafter, when the on-off
[0031]
Next, when the on-off
[0032]
That is, the supply of the hydrogen-rich gas to the
[0033]
As already understood, as described above, by repeating the intake and compression (pressurization) of the outside air into the
[0034]
In the fuel cell system 1, a
[0035]
As already understood, as described above, by repeating the intake and compression of the outside air into the
[0036]
The fuel may be a hydrocarbon such as propane or butane instead of dimethyl ether. Further, the fuel and the water, instead of the liquid mixture with the water, may be separately supplied to the reformer. Further, a plurality of air tanks may be used.
[0037]
FIG. 2 shows a second embodiment, in which components having the same functions as the components of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0038]
In the second embodiment, the on-off
[0039]
More specifically, a small-diameter
[0040]
Then, the pressure receiving area of the pressure receiving portion of the
[0041]
According to the above configuration, the volume of the
[0042]
FIG. 3 shows a third embodiment. In the third embodiment, the
[0043]
According to the above configuration, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, and the reformed gas after reforming by the
[0044]
Therefore, even when the
[0045]
FIG. 4 shows a fourth embodiment. In the fourth embodiment, the on-off
[0046]
Therefore, only the opening and closing operation of the on-off
[0047]
FIG. 5 shows a fifth embodiment, in which components having the same functions as those of the above-described first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. .
[0048]
In the fifth embodiment, a
[0049]
In the fifth embodiment, a
[0050]
A Pt-based catalyst is provided in the
[0051]
In order to supply air to the
[0052]
Therefore, the hydrogen supplied to the
[0053]
The
[0054]
With the above configuration, when the on-off
[0055]
Next, when the on-off
[0056]
That is, the
[0057]
Therefore, according to the fifth embodiment, fuel can be easily supplied to the
[0058]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the present invention, since the air is supplied to the fuel cell main body using the pressure due to the volume expansion of the fuel, the air pump for supplying the air is used. Can be omitted, the overall configuration of the fuel cell system can be simplified, and the size can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
39
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