JP2009295332A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】化学反応で水素ガスを生成しうる水素ガス以外の燃料ガスで運転可能な燃料電池と、前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給路と、前記燃料ガスから化学反応によって水素ガスを生成させる変換装置と、前記燃料ガスを前記変換装置を介して前記燃料電池に供給する変換装置経由供給路と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【選択図】図1
Description
化学反応で水素ガスを生成しうる水素ガス以外の燃料ガスで運転可能な燃料電池と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給路と、
前記燃料ガスから化学反応によって水素ガスを生成させる変換装置と、
前記燃料ガスを前記変換装置を介して前記燃料電池に供給する変換装置経由供給路と、
を備えることを特徴とする。
前記供給路を流れる燃料ガスの流量と、前記変換装置経由供給路を流れる燃料ガスの流量との比率を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする。
前記燃料電池の起動時に、前記供給路からの前記燃料ガスに先立って、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスを前記燃料電池に流入させる流入順序制御手段を備えることを備えることを特徴とする。
前記供給路と前記変換装置経由供給路とに前記燃料ガスを同時に流入させた場合に、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスが前記燃料電池に流入し始めるタイミングより遅れて、前記供給路を経由した前記燃料ガスが前記燃料電池に流入し始めるように、前記供給路の長さが設定されていることを特徴とする。
前記燃料電池の起動時に、前記供給路に前記燃料ガスが流通することを禁止する禁止手段を備えることを特徴とする。
前記禁止手段は、前記流量調整手段を制御するための制御手段を備えることを特徴とする。
前記燃料ガスが、メタノール、エタノール、ブタノール、ジメチルエーテル、アンモニア、ヒドラジンからなる群から選ばれる少なくとも1種の燃料ガスであることを特徴とする。
[実施の形態1の構成]
図1は、この発明の実施の形態の燃料電池システムについて説明するための模式図である。図1に示す燃料電池システムは、陰イオンを伝導体とするアルカリ型の燃料電池2を有している。燃料電池2は固体高分子電解質膜であるアニオン交換膜10(電解質膜)を有している。アニオン交換膜10の両側にはそれぞれ、アノード極12とカソード極14とが形成されている。
このシステムにおいて、アノード極12に供給されたアンモニアガスは、アノード極12の電極触媒の機能により、アニオン交換膜10を通過した水酸化物イオン(OH−)と反応する。反応の結果、水(H2O)と窒素(N2)とが生成される。このとき放出される電子はアノード極12側のセパレータから外部回路を通過してカソード極14側に移動する。
以上、本実施の形態によれば、アンモニアガスを用いた場合であっても、燃料クラッキング装置30で生成した水素ガスを燃料電池2に供給することができる。燃料クラッキング装置30で生成した水素ガスを燃料電池2に供給することで、アノード極12の電極触媒の還元をすることができる。このため、アノード極12の電極触媒の機能回復ができ、燃料電池2から十分な出力を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、アンモニアガスを燃料に用いた場合でも、燃料電池2から十分な出力を得ることができる。
本実施の形態では、燃料としてアンモニアガスを使用したが、本発明では、アンモニアガス以外の燃料ガスであっても、水素ガスを除くアルカリ型燃料電池の燃料ガスとして好適に使用でき、かつ、クラッキング装置で水素ガスを生成できるものであれば、アンモニアガスの代わりに用いることもできる。このため、燃料ガスとしては、アンモニアが最も適当とするが、ヒドラジンも燃料として好適に使用できる。ヒドラジンは、アンモニアと同様、燃料ガスとして用いることで、大気中の二酸化炭素に起因するアニオン交換膜10のアルカリ度低下を抑制できるという効果をも有する。このためヒドラジンも燃料ガスとして好適に使用できる。また、メタノール、エタノール、ブタノール、ジメチルエーテルといったアルカリ型燃料電池の燃料も、燃料ガスとして好適に使用できる。また、これらの燃料は組み合わせて使用することもできる。なお、本変形例は、実施の形態2でも同様である。
[実施の形態2の構成]
実施の形態2の燃料電池システムは、流量制御弁36が新たに備えられた点、供給路32の長さに限定がない点を除いて、実施の形態1の燃料電池システムと同様の構成である。また、実施の形態2の燃料電池システムは、燃料電池2の起動時に、流量制御弁36の開度の制御を行う点で実施の形態1と異なる。このため、実施の形態2において実施の形態1と同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
実施の形態1で述べたように、燃料電池2の電極触媒が酸化されると、電極触媒が水酸化物イオンを水に酸化する機能が低下してしまい、この状態で燃料電池2を運転すると、燃料電池2から十分な出力を得ることができない。このため、実施の形態2においては、燃料電池2の起動時に、燃料クラッキング装置30によって生成された水素ガスを含むガスが燃料電池2に流入し始めるタイミングより遅れて、供給路32を経由した燃料ガスが燃料電池2に流入し始めるように、流量制御弁36の開度を調整する。
図3は、本実施の形態のECU50での具体的処理を表すフローチャートである。図3に示すように、まず、ステップ100では、燃料電池2の起動要求があるか否かを判定する。そして、起動要求があった場合には、ステップ110へ進む。起動要求がない場合には、以下を処理することなくこのルーチンを終了する。
以上、本実施の形態によれば、燃料電池2の起動時に、流量制御弁36を制御することにより、供給路32にアンモニアガスが流入することを禁止できる。すなわち、起動時には、アンモニアガスは、変換装置経由供給路34にのみ流入する。このため、起動直後には、変換装置経由供給路34から供給される、水素ガスを含むガスのみが、燃料電池2に流入する。したがって、本実施の形態によれば、アノード極12の電極触媒をより効率的に還元することができる。
本実施の形態では、流量制御弁36を供給路32に設けたが、流量制御弁36とは別の制御弁を、燃料流路16の燃料流入孔18および燃料排出孔20、並びに、酸素流路22の酸素流入孔24および酸素排出孔26に設けてもよい。具体的には、図4に示すように、燃料流入孔18の上流に制御弁38、燃料排出孔20の下流に制御弁40、酸素流入孔24の上流に制御弁42、酸素排出孔26の下流に制御弁44を配置する。これら制御弁38、40、42、44は、ECU50に接続され、ECU50の信号に従い、開閉することができる。
30 燃料クラッキング装置(変換装置)
32 供給路
34 変換装置経由供給路
36 流量制御弁
50 ECU
Claims (7)
- 化学反応で水素ガスを生成しうる水素ガス以外の燃料ガスで運転可能な燃料電池と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給路と、
前記燃料ガスから化学反応によって水素ガスを生成させる変換装置と、
前記燃料ガスを前記変換装置を介して前記燃料電池に供給する変換装置経由供給路と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記供給路を流れる燃料ガスの流量と、前記変換装置経由供給路を流れる燃料ガスの流量との比率を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の起動時に、前記供給路からの前記燃料ガスに先立って、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスを前記燃料電池に流入させる流入順序制御手段を備えることを備えることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池システム。
- 前記供給路と前記変換装置経由供給路とに前記燃料ガスを同時に流入させた場合に、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスが前記燃料電池に流入し始めるタイミングより遅れて、前記供給路を経由した前記燃料ガスが前記燃料電池に流入し始めるように、前記供給路の長さが設定されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガスが前記供給路に流れることを禁止する禁止手段を備えることを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載の燃料電池システム。
- 前記禁止手段は、前記流量調整手段を制御するための制御手段を備えることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料ガスが、メタノール、エタノール、ブタノール、ジメチルエーテル、アンモニア、ヒドラジンからなる群から選ばれる少なくとも1種の燃料ガスであることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の燃料電池システム。
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