JP2005203108A - 燃料電池および燃料電池用燃料ガス付臭剤の消臭方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、燃料電池で水素を消費した後に残る付臭剤をそのまま放出すると、水素ガスの漏洩と誤認するため、これを防ぐための方法を提供する。
【解決手段】燃料電池で水素を消費した後に残る付臭剤を消臭することにより、水素ガスの漏洩と誤認することを回避できる。本発明によれば、燃料電池の付臭剤が排出される排出口に消臭装置を設けることで課題を解決することができる。本発明の消臭装置における消臭方法としては、吸着剤による付臭剤の吸着処理による方法、水素と付臭剤の混合物を燃焼させる方法、水素あるいは金属還元による付臭剤の臭気改質による方法のいずれかが、好ましい方法として選択される。

Description

本発明は、燃料電池の燃料である水素が外部に漏洩した際に警戒臭として添加している付臭剤の消臭方法に関する。さらに詳しくは、燃料電池で大部分の水素が消費された後に残存する、水を含む付臭剤の処理方法に関する。

燃料電池は、次世代のクリーンな発電システムであり、水素ガスを燃料に使用する。水素ガスとしては、別途取り出した水素ガスをそのまま使用する他、天然ガス、メタノール等を原料にして水素ガスを取り出す方法が提案されている。いずれの場合でも水素ガスが漏洩した際には、安全対策上何らかの検知システムが必要である。その一つの方法として、水素あるいは、その原料となる天然ガスなどに付臭剤を混入して、水素ガスが漏洩した際、付臭剤の警戒臭により周囲に危険性を知らしめる方法が提案されている。（非特許文献１、２）

また、具体的に燃料電池用付臭剤として適切な成分に関する特許も出願されている。（特許文献１、２、３）

水素に付臭剤を添加した場合、水素は燃料として消費されて水になるが、付臭剤は消費されないため、不要になった付臭剤の処理が課題として残る。大部分の水素を消費した段階で付臭剤を外部に排出した場合には、排出した付臭剤の臭気により水素の漏洩と判断されてしまう恐れがある。

水に溶解して臭いがなくなる付臭剤として酢酸や酪酸等の脂肪酸を提案している特許が出願されている。（特許文献４）燃料電池で消費された水素が水となって生成するため、それに不要になった付臭剤を溶解させる方法であるが、排出される水を密閉系容器に収容しない限り、水と共に付臭剤が揮散するおそれがある。また、蓄積される排出水を廃棄するときに溶解した付臭剤の処理が必要になってくる。さらには、水に溶解し難い付臭剤の場合はこの方法が使用できない。
自動車研究；佐藤邦章、前田啓；第２４巻 第１０号 ４５１ｐ（２００２年） 自動車研究；佐藤邦章、前田啓；第２５巻 第５号 １５７ｐ（２００３年） 特開２００２−６０７６６ ＷＯ０３／０４４１３５ 特開２００３−１３８２８０ 特開２００３−２０１４８７

本発明は、燃料電池で水素を消費した後に残る付臭剤により水素ガスの漏洩と誤った判断を起こさせないための方法を提供する。

本発明は、水素を消費して不要になる付臭剤を消臭する事により、水素ガスの漏洩と誤認されることを回避することを特徴とする燃料電池に関する。具体的には、吸着剤による付臭剤の吸着処理による方法、水素と付臭剤の混合物を燃焼させる方法、水素あるいは金属よる還元による付臭剤の臭気、改質による方法のいずれかが選択される。

本発明により不要になった水素ガス用付臭剤が直接外部に出なくなり、水素ガスの漏洩と誤認されることを防止することが可能となる。

本発明は、付臭剤を含有する燃料電池用の水素ガスを燃料として消費した後、不要になる付臭剤を少なくとも臭気の改質をせずに、外部に排出しない方法を提供する。

本発明の燃料電池は、電池内から排出される水およびガスに伴う、付臭剤を処理する消臭装置を設置したものである。本発明の燃料電池における消臭装置は、消臭方法によってその形態が異なるが、電池内で生成した水などと共に付臭剤が排出される排出口に、消臭装置の導入口を結合して使用される。

付臭剤を外部に出さないようにして消臭する方法は、一般的な消臭方法である吸着等の物理的処理、次亜塩素酸などの酸化剤を用いた酸化的処理、あるいは水素を用いて還元的に処理する化学的処理、さらには、燃焼による方法などが採用可能である。しかしながら、付臭剤の消臭のための装置を大型化せず、容易に交換できる簡便性を考慮すると、吸着剤による方法、燃焼による方法、さらには水素を使用した還元的な方法が有利である。

吸着剤としては、ポリマー系吸着剤として、スチレン−ジビニル共重合体など合成吸着樹脂などが挙げられる。また、非ポリマー系吸着剤として、ODSなどの化学修飾型シリカゲル、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナなどが挙げられる。これら吸着剤は単独あるいは、複数の組み合わせで使用可能である。これらの吸着剤のうち、耐熱性に優れていることから、非ポリマー系吸着剤、特に活性炭、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナなど、化学修飾のされていない非ポリマー系の吸着剤、およびこれらの混合物がより好ましく用いられる。これら非ポリマー系の吸着剤は、さらに使用後の吸着剤を処理するに当たり、加熱再生することも可能である。その他フタロシアニン、脂肪属金属塩、無機金属塩、ジルコニウムなどの鉱物、両性界面活性剤、植物抽出物、酸−アルカリによる反応型吸着剤なども用いる事ができる。これら吸着剤を使用する方法の対象としての付臭剤は、カルボン酸、エステル、ケトンなどの極性官能基を持った化合物が有利に吸着されるが、パラフィン系でも使用可能である。

吸着剤による消臭方法で選択される消臭装置の好ましい形態は、吸着剤を充填した吸着筒と燃料電池の排出口との結合部および、処理後の水などを排出する排出口からなるものが一般的に提示される。燃料電池の排出口と吸着筒の結合部には、逆流防止弁を設置することができ、水および付臭剤が燃料電池内に逆流することを防止することができる。吸着剤を充填した吸着筒の形状は特に限定されないが、筒状容器に吸着剤を詰めたカートリッジとすることが、吸着剤の交換などの操作が簡便にできることから優れている。本発明の吸着剤による消臭装置において、固体高分子型燃料電池など作動温度の低い燃料電池に適用する場合は、吸着筒に保温層を付加するか、もしくは外面にヒーターを設置することもできる。これにより、寒冷地で使用する場合に吸着筒内で水が凍結することによる吸着筒の閉塞を防止することができる。

燃焼による方法は、一部残存する水素と共に付臭剤を燃焼させて消臭させるが、燃料系に存在する水素への引火を防ぐために、燃料系と消臭系を隔絶させなければならない。燃焼法による消臭装置は、一般に内燃機関で採用されている機構と同様のものを使用することもできる。内燃機関の機構を利用した場合においても、動力発生の必要がないため、ピストン、クランクなどの構造は必要なく、全体の形状を小型にすることができる。前記の機構を利用した消臭装置は、例えば、燃焼室、付臭剤を含む未反応の残留水素の供給弁、空気の供給弁、点火プラグ、水および燃焼後の残留気体の排出弁からなるものが挙げられる。具体的な装置の１サイクルの動作は以下の通りとなる。まず、残留水素および空気の供給弁が、開放され付臭剤、水素、空気が燃焼室に供給される。次いで、残留水素および空気の供給弁が閉鎖され、点火プラグにより点火、燃焼が行われる。燃焼後に排出弁および空気の供給弁が開放され、燃焼室内の残留気体および燃焼により生成した水が排出される。

水素を使用した還元的な方法は、付臭剤が容易に水素添加され、それにより警戒臭的な働きを無くすことが可能な場合に使用可能である。好ましくは、オレフィンやアセチレンなどの官能基が存在する付臭剤に効果的である。水素添加の触媒としてはパラジウム−炭素、白金−炭素などの水素添加で使用する触媒を使用して水素添加により付臭剤を消臭することが可能である。触媒は固定化してそこを通過させながら還元する方法が有利である。触媒を固定化する方法は、公知のものを使用することができる。

水素還元による消臭方法を利用する場合の消臭装置は、基本的に吸着処理を行う場合と同様の装置が使用される。消臭を行う処理部には固定化触媒が充填もしくは設置され、触媒層が形成される。この処理部はカートリッジとして着脱可能とすることもできる。鉄などの金属による還元剤を用いることもできる。

消臭の終点の判断基準は、消臭方法により多少異なるが、好ましくは消臭装置からの排出時に、使用した付臭剤の認知閾値以下の濃度にまで到達した段階か、もしくは使用した付臭剤の元の臭気強度が認識できない程度に減衰した段階である。これを基準として吸着剤や固定化触媒の充填量を決定することができる。

５−エチル−３−ヒドロキシ−４−メチル−２（５Ｈ）−フラノンを２μｇ／ｍ３の濃度に調整した湿度５０％の空気１００Ｌを１００ｇの粒状活性炭を詰めた筒の中に１０分間通過させ、通過の前後を５人のパネラーで官能評価した。その結果、全員が通過させた空気は、該化合物の特徴的な臭気が消えていたと判定した。

１−ブチンを２ｇ／ｍ３の濃度に調整した水素１０Ｌを湿式の５％パラジウム−炭素を詰めた筒（直径１０ｍｍｘ長さ５０ｍｍ）の中に０．１Ｌ／分の速度で通過させ、通過の前後を空気で希釈して５人のパネラーで官能評価した。その結果、全員が通過後はガス臭がかなり抑制されていると判定した。

５−エチリデン−２−ノルボルネン／２−メトキシ−３−イソブチルピラジン＝５０００／１（重量）を１ｇ／ｍ３の濃度に調整した水素をボンベに加圧状態にして詰めた。このボンベから圧力調整器を通して少しずつ付臭された水素を抜きながら、水素を燃料にして着火させたところ、付臭剤を燃焼、消臭する事が出来た。

本発明により、燃料電池の水素ガスが消費されて不要になった付臭剤の臭気対策が可能となる。これにより、水素の漏洩を警戒臭により知らしめる手段の精度が向上し、実用性が高まる。特に車載用、家庭用などに開発されている、固体高分子型燃料電池など作動温度の比較的低い燃料電池において有効である。

Claims (6)

1. 燃料電池用の燃料ガス付臭剤について、発電後に残存する付臭剤を消臭することを特徴とする燃料電池。
2. 吸着剤を使用して付臭剤を消臭することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料ガス付臭剤の消臭方法
3. 吸着剤がポリマー系吸着剤あるいは非ポリマー系吸着剤であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用ガス付臭剤の消臭方法。
4. 酸化還元反応により付臭剤を消臭することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料ガス付臭剤の消臭方法
5. 燃焼により付臭剤を消臭することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用燃料ガス付臭剤の消臭方法
6. 付臭剤を水素または金属で還元することにより消臭することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用燃料ガス付臭剤の消臭方法