JP2004311451A - 燃料電池用水素製造装置および燃料電池用水素製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 加湿器2の密封容器21には、燃料電池8から排出される温水が滞留するので、その水温は燃料電池8の運転温度に近い温度に保たれる。エアポンプ23からの空気は、その温水と接触して加湿される。この加湿空気には、燃料電池8の運転温度(80℃程度)での飽和水蒸気量に近い水蒸気が含まれる。混合器3では、この加湿空気と燃料ガス供給源1からの燃料とを混合する。改質器4では、この混合ガスに対して改質管41内で部分酸化並びに水蒸気改質反応を行い、水素リッチなガスを生成する。
Description
燃料電池と熱交換した温水を用いて加湿するので、特に温水の温度制御をしなくても、燃料電池の運転温度に近い温水が得られる。従って、容易に、この運転温度での飽和水蒸気量の近くまで加湿を行うことができる。ここで、この燃料電池に、燃料電池を冷却するための冷却水用通路を設け、水透過性の板又は膜を介して冷却水用通路と隣接して通路を設け、その通路に酸化剤を供給して加湿するようにすることもできる。
本発明の燃料電池用水素製造装置及び運転方法は、特に固体高分子型燃料電池に対する水素供給装置及び水素供給方法として実用的価値が大きい。
[実施の形態1]
(燃料電池システムの全体構成の説明)図1は、本実施の形態にかかる固体高分子型燃料電池システムの構成図である。
(配管及び弁についての説明)図1に示すように、燃料ガス系の配管として、燃料ガス供給源1から混合器3に燃料ガスを送る配管101、燃料ガス供給源1から改質器4のバーナ42に燃料ガスを送る配管102、加湿器2から混合器3に加湿空気を送る配管103、混合器3から改質器4に燃料ガスと加湿空気との混合ガスを送る配管104、改質器4からCO変成器5に改質ガスを送る配管105、CO変成器5からCO除去器6に改質ガスを送る配管106、CO除去器6から燃料電池8のアノード8aに改質ガスを送る配管107、アノード8aからバーナ42に未反応ガスを送る配管108、CO除去器6からバーナ42に直接ガスを送るための配管109等が配設されている。
起動時:初期においては、開閉弁123a,123bを閉じ、開閉弁124を開いて、CO除去器6からのガスが燃料電池8を経ずに直接バーナ32に送られるようにしておく。水ポンプ9で循環水をゆっくり循環させながら、熱交換器10で循環水を加熱する。それに伴って、水タンク13内の水と燃料電池8が加温される。
これによって燃料電池8は発電を開始し、発電に伴う発熱により昇温する。そして、燃料電池8の温度が所定の運転温度(80℃程度)に到達すれば、通常運転に入る。
通常運転時:通常運転時には、燃料電池8から外部負荷(不図示)への電力供給を行い、熱交換器10では循環水を冷却する。燃料電池8は発電に伴って発熱するが、熱交換器10で冷却された循環水が水ポンプ9から冷却部8cに送られることによって、燃料電池8は所定の運転温度に保たれる。また、加湿器2の密封容器21には、燃料電池8から排出される温水が滞留するので、その水温は燃料電池8の運転温度に近い温度に保たれる。エアポンプ23からの空気は、その温水と接触して加湿されるので、混合器3に送られる加湿空気には、この運転温度(80℃程度)での飽和水蒸気量に近い水蒸気が含まれることになる。
[実施の形態2]
図2は、本実施の形態にかかる固体高分子型燃料電池システムの構成図である。
この固体高分子型燃料電池システムは、実施の形態1と同様であるが、燃料ガスと加湿空気を混合する混合器3の代わりに、加湿器2のエアポンプ23とバブラ22の間に燃料ガスと空気を混合する混合器24が設けられており、燃料ガスと空気の混合物が温水で加湿されて改質器4に送られるようになっている。本実施の形態のように燃料ガスと空気の混合物を温水で加湿する方が、実施の形態1のように空気を温水で加湿してから燃料ガスと混合するよりも、混合ガス中に多くの水蒸気を含ませることができ、スチーム・カーボン比S/Cを高くすることができる。
[実施の形態3]
図3は、本実施の形態にかかる固体高分子型燃料電池システムの構成図である。この固体高分子型燃料電池システムは、実施の形態1と同様であるが、加湿器2の代わりに、燃料電池8の中に空気を加湿する加湿部8dが組み込まれており、エアポンプ12から送り込まれる空気は、加湿部8dで加湿され、混合器3で燃料ガスと混合されて、改質器4に送られるようになっている。
(その他の事項)上記実施の形態では、改質器4において、改質管41に部分酸化と水蒸気改質の両方の働きを持つ触媒を充填し、改質管41内で部分酸化と水蒸気改質の両反応が生じるようにしたが、部分酸化用の触媒を充填した部分酸化触媒層と、水蒸気改質用の触媒を充填した水蒸気改質層とを別々に設け、混合ガスが部分酸化触媒層を通過した後に水蒸気改質層を通過するようにしてもよい。
なお、りん酸型などの燃料電池システムの場合は、CO除去器や加湿器を設ける必要はない。
2 加湿器
3 混合器
4 改質器
5 CO変成器
6 CO除去器
8 燃料電池
8a アノード
8b カソード
8c 冷却部
8d 加湿部
9 水ポンプ
10 熱交換器
12 エアポンプ
21 密封容器
22 バブラ
23 エアポンプ
24 混合器
41 改質管
42 バーナ
86,87 ハーフプレート
90 冷却加湿ユニット
91 冷却水プレート
92 空気プレート
93 水透過板
Claims (5)
- 燃料電池に供給する水素を製造する燃料電池用水素製造装置であって、
酸化剤を、前記燃料電池と熱交換した温水に接触させて加湿し、炭化水素系の燃料と混合することによって、炭化水素系の燃料と酸化剤と水蒸気とが混合された混合ガスを生成する混合ガス生成部と、前記混合ガスを部分酸化すると共に水蒸気改質する改質部とを備えることを特徴とする燃料電池用水素製造装置。 - 燃料電池に供給する水素を製造する燃料電池用水素製造装置であって、
炭化水素系の燃料と酸化剤との混合物を、前記燃料電池と熱交換した温水に接触させて加湿することによって、炭化水素系の燃料と酸化剤と水蒸気とが混合された混合ガスを生成する混合ガス生成部と、前記混合ガスを部分酸化すると共に水蒸気改質する改質部とを備えることを特徴とする燃料電池用水素製造装置。 - 前記燃料電池は、当該燃料電池を冷却するための冷却水用通路を備え、前記混合ガス生成部は、水透過性の板又は膜を介して前記冷却水用通路と隣接して設けられた通路を備え、当該通路に酸化剤を供給して加湿することを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池用水素製造装置。
- 燃料電池に供給する水素を製造する燃料電池用水素製造方法であって、
酸化剤を、前記燃料電池と熱交換した温水に接触させて加湿し、炭化水素系の燃料と混合することによって、炭化水素系の燃料と酸化剤と水蒸気とが混合された混合ガスを生成する混合ガス生成ステップと、前記混合ガスを部分酸化すると共に水蒸気改質する改質ステップとを備えることを特徴とする燃料電池用水素製造方法。 - 燃料電池に供給する水素を製造する燃料電池用水素製造方法であって、
炭化水素系の燃料と酸化剤との混合物を、前記燃料電池と熱交換した温水に接触させて加湿することによって、炭化水素系の燃料と酸化剤と水蒸気とが混合された混合ガスを生成する混合ガス生成ステップと、前記混合ガスを部分酸化すると共に水蒸気改質する改質ステップとを備えることを特徴とする燃料電池用水素製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004217925A JP2004311451A (ja) | 2004-07-26 | 2004-07-26 | 燃料電池用水素製造装置および燃料電池用水素製造方法 |
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JP9136264A Division JPH10330101A (ja) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | 水素製造装置及び水素製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014002345A1 (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-03 | パナソニック株式会社 | 固体酸化物形燃料電池システム |
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2004
- 2004-07-26 JP JP2004217925A patent/JP2004311451A/ja active Pending
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WO2014002345A1 (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-03 | パナソニック株式会社 | 固体酸化物形燃料電池システム |
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