JP2893344B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバッテリを備えた燃料電池システムに関する
ものである。
ものである。
燃料電池システムは例えばメタノールと水とを混合さ
せた原料を水素ガスに改質する改質装置と、この改質装
置で発生した水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に
反応させて電気エネルギに変換する燃料電池本体などか
ら構成されており、電気自動車の駆動などに用いる場合
は、バッテリと繰り合わせることが考えられる。
せた原料を水素ガスに改質する改質装置と、この改質装
置で発生した水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に
反応させて電気エネルギに変換する燃料電池本体などか
ら構成されており、電気自動車の駆動などに用いる場合
は、バッテリと繰り合わせることが考えられる。
しかし、このように燃料電池システムをバッテリと組
み合わせると、バッテリの性能を維持するために、バッ
テリ用の水を定期的に補充する必要が生じ、保守管理が
煩雑になる問題が起きる。すなわち、バッテリ用の水を
容器に入れて保管しておき、この水をビーカー等を使用
してバッテリに注入しなければならないからである。ま
た、バッテリと燃料電池とのハイブリットシステムとし
た場合、バッテリは充放電を繰返すために、一日当たり
のバッテリに対する充放電流量の合計値がバッテリのみ
の場合よりも大きくなり、それに伴い水の消費量も多く
なるからである。特にハイブリットシステムを電気自動
車に用いる場合は、バッテリ容量を大きくする必要上、
その傾向が著しい。本発明はこのような事情に鑑みなさ
れたもので、保守管理を容易にすることができる燃料電
池システムを提供するものである。
み合わせると、バッテリの性能を維持するために、バッ
テリ用の水を定期的に補充する必要が生じ、保守管理が
煩雑になる問題が起きる。すなわち、バッテリ用の水を
容器に入れて保管しておき、この水をビーカー等を使用
してバッテリに注入しなければならないからである。ま
た、バッテリと燃料電池とのハイブリットシステムとし
た場合、バッテリは充放電を繰返すために、一日当たり
のバッテリに対する充放電流量の合計値がバッテリのみ
の場合よりも大きくなり、それに伴い水の消費量も多く
なるからである。特にハイブリットシステムを電気自動
車に用いる場合は、バッテリ容量を大きくする必要上、
その傾向が著しい。本発明はこのような事情に鑑みなさ
れたもので、保守管理を容易にすることができる燃料電
池システムを提供するものである。
本発明に係る燃料電子システムは、水とメタノールか
らなる原料が供給される気化器と、燃料を燃焼させて前
記気化器を加熱する加熱手段と、前記気化器によって気
化された原料を水素ガスに改質する触媒とを有する改質
装置を備え、この改質装置の燃焼空気出口に、切換装置
を介装した酸素供給管路を介して燃料電池本体の陽極入
口を接続するとともに前記改質装置の改質ガス出口に水
素供給管路を介して燃料電池本体の陰極入口を接続し、
前記燃料電池本体の陰極出口に水素回収管路を介して前
記加熱手段を接続するとともに燃料電池本体の陽極出口
に排気管路を介して大気開放口を接続し、前記燃料電池
本体にバッテリを接続した燃料電池システムであって、
前記切換装置を、この切換装置に設けた燃焼排気用排出
口に前記燃焼空気出口が連通しかつ前記陽極入口が前記
切換装置に設けられた外気取入口と連通する第１の切換
状態と、少なくとも前記燃焼空気出口が前記陽極入口に
連通する第２の切換状態とに切り換えられる構造とし、
一端が大気開放とされ他端が前記切換装置の燃焼排気用
排出口に接続した管路と、前記水素供給管路と、前記排
気管路と、前記水素回収管路とに、凝縮器および水回収
タンクからなる水回収手段をそれぞれ介装し、前記水素
供給管路の水回収手段より下流側と、前記水素回収管路
の水回収手段より下流側とを、燃料電池本体の水素系を
バイパスするバイパス管路によって接続し、前記各水回
収手段で回収された水を前記バッテリに供給する供給手
段を設けたものである。
らなる原料が供給される気化器と、燃料を燃焼させて前
記気化器を加熱する加熱手段と、前記気化器によって気
化された原料を水素ガスに改質する触媒とを有する改質
装置を備え、この改質装置の燃焼空気出口に、切換装置
を介装した酸素供給管路を介して燃料電池本体の陽極入
口を接続するとともに前記改質装置の改質ガス出口に水
素供給管路を介して燃料電池本体の陰極入口を接続し、
前記燃料電池本体の陰極出口に水素回収管路を介して前
記加熱手段を接続するとともに燃料電池本体の陽極出口
に排気管路を介して大気開放口を接続し、前記燃料電池
本体にバッテリを接続した燃料電池システムであって、
前記切換装置を、この切換装置に設けた燃焼排気用排出
口に前記燃焼空気出口が連通しかつ前記陽極入口が前記
切換装置に設けられた外気取入口と連通する第１の切換
状態と、少なくとも前記燃焼空気出口が前記陽極入口に
連通する第２の切換状態とに切り換えられる構造とし、
一端が大気開放とされ他端が前記切換装置の燃焼排気用
排出口に接続した管路と、前記水素供給管路と、前記排
気管路と、前記水素回収管路とに、凝縮器および水回収
タンクからなる水回収手段をそれぞれ介装し、前記水素
供給管路の水回収手段より下流側と、前記水素回収管路
の水回収手段より下流側とを、燃料電池本体の水素系を
バイパスするバイパス管路によって接続し、前記各水回
収手段で回収された水を前記バッテリに供給する供給手
段を設けたものである。
本発明においては、燃料電池本体の起動から停止まで
の全ての運転状態において発生する水を全てのガスから
回収することができ、この水をバッテリに補給すること
ができる。
の全ての運転状態において発生する水を全てのガスから
回収することができ、この水をバッテリに補給すること
ができる。
以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。
第１図は本発明に係る燃料電池システムを示す構成図
であり、同図において符号１で示すものは改質装置を示
し、中央部には後述する原料を化学反応させる改質用の
触媒が充填された触媒層２が設けられている。触媒とし
ては例えば銅系，銅−亜鉛系，銅−クロム系触媒などを
用いることができる。改質装置１の下部には気化器３が
配設されており、気化器３の入口側は改質装置入口弁４
および供給ポンプ５を備えた原料供給管路６を経てメタ
ノールと水とを所定の比率で混合した原料を溜めた原料
タンク７に接続され、出口側は前記触媒層２の入口側に
接続されている。前記気化器３の下方には加熱手段を構
成する水素バーナ８およびメタノールバーナ９が配設さ
れている。メタノールバーナ９はバーナ入口弁11および
バーナポンプ12を備えた燃料供給管路13を経てメタノー
ルを溜めた燃料タンク14に接続されている。15は改質装
置１内に燃焼空気を供給するバーナブロワである。
であり、同図において符号１で示すものは改質装置を示
し、中央部には後述する原料を化学反応させる改質用の
触媒が充填された触媒層２が設けられている。触媒とし
ては例えば銅系，銅−亜鉛系，銅−クロム系触媒などを
用いることができる。改質装置１の下部には気化器３が
配設されており、気化器３の入口側は改質装置入口弁４
および供給ポンプ５を備えた原料供給管路６を経てメタ
ノールと水とを所定の比率で混合した原料を溜めた原料
タンク７に接続され、出口側は前記触媒層２の入口側に
接続されている。前記気化器３の下方には加熱手段を構
成する水素バーナ８およびメタノールバーナ９が配設さ
れている。メタノールバーナ９はバーナ入口弁11および
バーナポンプ12を備えた燃料供給管路13を経てメタノー
ルを溜めた燃料タンク14に接続されている。15は改質装
置１内に燃焼空気を供給するバーナブロワである。
16は燃料電池本体であり、陽極と陰極との間に電解質
を介在させた電池セルを多数個積層して構成されてお
り、陽極入口16aは、酸素入口弁17、セルブロワ18、四
方弁19が備えられた酸素供給管路20で改質装置１の燃焼
空気出口1aに接続されている。四方弁19は第２図に拡大
して示すように、燃料電池本体16を昇温させるときは破
線で示すようにセルブロワ18に改質装置１から排出され
る燃焼排気を供給し、冷却時には外気取入口19aから外
気をセルブロワ18に供給するように酸素供給管路20を切
り換えるものである。この四方弁が本発明に係る切換装
置を構成している。すなわち、この四方弁19は、前記燃
焼空気出口1aがこの四方弁19の燃焼排気用出口19bに連
通するとともに前記陽極入口16aが前記外気取入口19aに
連通する第１の切換状態と、前記燃焼空気出口1aが前記
陽極入口16aに連通するとともに前記外気取入口19aが前
記燃焼排気用排出口19bに連通する第２の切換状態とに
切換えられる構造を採っている。
を介在させた電池セルを多数個積層して構成されてお
り、陽極入口16aは、酸素入口弁17、セルブロワ18、四
方弁19が備えられた酸素供給管路20で改質装置１の燃焼
空気出口1aに接続されている。四方弁19は第２図に拡大
して示すように、燃料電池本体16を昇温させるときは破
線で示すようにセルブロワ18に改質装置１から排出され
る燃焼排気を供給し、冷却時には外気取入口19aから外
気をセルブロワ18に供給するように酸素供給管路20を切
り換えるものである。この四方弁が本発明に係る切換装
置を構成している。すなわち、この四方弁19は、前記燃
焼空気出口1aがこの四方弁19の燃焼排気用出口19bに連
通するとともに前記陽極入口16aが前記外気取入口19aに
連通する第１の切換状態と、前記燃焼空気出口1aが前記
陽極入口16aに連通するとともに前記外気取入口19aが前
記燃焼排気用排出口19bに連通する第２の切換状態とに
切換えられる構造を採っている。
一方、燃料電池本体16の陰極入口16bは、水素入口弁2
1およびリザーブタンク22が備えられた水素供給管路23
で触媒層２の改質ガス出口1bに接続されている。24は燃
料電池本体16の陽極出口16cに接続された排気管路で、
酸素出口弁25の大気開放口25aを介して大気中に開放さ
れている。26は燃料電池本体16の陰極出口16dに接続さ
れた水素回収幹部であり、燃料電池本体16で反応しなか
った水素を熱源として利用するために前記改質装置１へ
戻すものであり、水素出口弁27を介して前記水素バーナ
８に接続されている。28はバイパス弁29を有し燃料電池
本体16の水素系をバイパスするバイパス管路で、水素出
口弁27の出口側と前記リザーブタンク22との間を互いに
連通している。このバイパス管路28には、バイパス弁29
と並列にリリーフ弁81が接続されている。
1およびリザーブタンク22が備えられた水素供給管路23
で触媒層２の改質ガス出口1bに接続されている。24は燃
料電池本体16の陽極出口16cに接続された排気管路で、
酸素出口弁25の大気開放口25aを介して大気中に開放さ
れている。26は燃料電池本体16の陰極出口16dに接続さ
れた水素回収幹部であり、燃料電池本体16で反応しなか
った水素を熱源として利用するために前記改質装置１へ
戻すものであり、水素出口弁27を介して前記水素バーナ
８に接続されている。28はバイパス弁29を有し燃料電池
本体16の水素系をバイパスするバイパス管路で、水素出
口弁27の出口側と前記リザーブタンク22との間を互いに
連通している。このバイパス管路28には、バイパス弁29
と並列にリリーフ弁81が接続されている。
31は燃料電池本体16の出力側にダイオード32を介して
接続された負荷としてのモータ、33はモータ31と同様に
接続されたバッテリである。このバッテリ33は鉛蓄電池
であり、正極板，負極板，電解液などから構成されてい
る。
接続された負荷としてのモータ、33はモータ31と同様に
接続されたバッテリである。このバッテリ33は鉛蓄電池
であり、正極板，負極板，電解液などから構成されてい
る。
41は改質装置１の燃焼排気中に含まれる水蒸気を回収
する第１水回収タンクであり、前記四方弁19がセルブロ
ワ18に外気を供給するように操作されているときに、改
質装置１からの燃焼排気を排出する燃焼排気用排出口19
bに接続された水回収管路42に設けられている。43は水
回収管路42に接続され水回収管路42内の燃焼排気を冷却
し排気中の水蒸気を凝縮させる第１放熱器、44はこの第
１放熱器43に冷却風を送風する第１冷却ファンである。
する第１水回収タンクであり、前記四方弁19がセルブロ
ワ18に外気を供給するように操作されているときに、改
質装置１からの燃焼排気を排出する燃焼排気用排出口19
bに接続された水回収管路42に設けられている。43は水
回収管路42に接続され水回収管路42内の燃焼排気を冷却
し排気中の水蒸気を凝縮させる第１放熱器、44はこの第
１放熱器43に冷却風を送風する第１冷却ファンである。
45は改質装置１で生成された改質ガス中に含まれる水
蒸気を回収する第２水回収タンクで、改質ガスを燃料電
池本体16に供給する水素供給管路23の途中であってリザ
ーブタンク22の上流側に配設されている。46はこの第２
水回収タンク45の上流側に配設された第２放熱器46で、
前記第１冷却ファン44から送風され第１放熱器43を冷却
した冷却風で冷却される。前記第１水回収タンク41およ
び第１放熱器43と、前記第２水回収タンク45および第２
放熱器46と、第１冷却ファン44とによって、凝縮器およ
び水回収タンクからなる第１の水回収手段および第２の
水回収手段が構成されている。
蒸気を回収する第２水回収タンクで、改質ガスを燃料電
池本体16に供給する水素供給管路23の途中であってリザ
ーブタンク22の上流側に配設されている。46はこの第２
水回収タンク45の上流側に配設された第２放熱器46で、
前記第１冷却ファン44から送風され第１放熱器43を冷却
した冷却風で冷却される。前記第１水回収タンク41およ
び第１放熱器43と、前記第２水回収タンク45および第２
放熱器46と、第１冷却ファン44とによって、凝縮器およ
び水回収タンクからなる第１の水回収手段および第２の
水回収手段が構成されている。
47および48は燃料電池本体16で行われる電気化学反応
によって生成される水蒸気を回収する第３水回収タンク
および第４水回収タンクである。第３水回収タンク47は
水素回収管路26の途中に配設され、第４水回収タンク48
は排気管路24の途中に配設されている。49は第３水回収
タンク47の上流側に配設された第３放熱器、50は第４水
回収タンク48の上流側に配設された第４放熱器、51はこ
れら放熱器に冷却風を送風する第２冷却ファンである。
前記第３水回収タンク47および第３放熱器49と、第４水
回収タンク48および第４放熱器50と、第２冷却ファン51
とによって、凝縮器および水回収タンクからなる第３の
水回収手段および第４の水回収手段が構成されている。
によって生成される水蒸気を回収する第３水回収タンク
および第４水回収タンクである。第３水回収タンク47は
水素回収管路26の途中に配設され、第４水回収タンク48
は排気管路24の途中に配設されている。49は第３水回収
タンク47の上流側に配設された第３放熱器、50は第４水
回収タンク48の上流側に配設された第４放熱器、51はこ
れら放熱器に冷却風を送風する第２冷却ファンである。
前記第３水回収タンク47および第３放熱器49と、第４水
回収タンク48および第４放熱器50と、第２冷却ファン51
とによって、凝縮器および水回収タンクからなる第３の
水回収手段および第４の水回収手段が構成されている。
52は第１水回収タンク41に回収された水を水処理装置
53に移送する第１移送管理、54は第２水回収タンク45に
回収された水を水処理装置53に移送する第２移送管路、
55,56は第３水回収タンク47,第４水回収タンク48の回収
水を水処理装置53に移送する第3,第４移送管路である。
水処理装置53は例えば水が通過する流通路の途中にイオ
ン交換樹脂材57や活性炭58を直列に並べて構成されてい
る。第１図に示す実施例においては、上流側にイオン交
換樹脂材57を配設し、下流側に活性炭58を配設している
が、活性炭58を上流側にしイオン交換樹脂材57を下流側
にすることもできる。
53に移送する第１移送管理、54は第２水回収タンク45に
回収された水を水処理装置53に移送する第２移送管路、
55,56は第３水回収タンク47,第４水回収タンク48の回収
水を水処理装置53に移送する第3,第４移送管路である。
水処理装置53は例えば水が通過する流通路の途中にイオ
ン交換樹脂材57や活性炭58を直列に並べて構成されてい
る。第１図に示す実施例においては、上流側にイオン交
換樹脂材57を配設し、下流側に活性炭58を配設している
が、活性炭58を上流側にしイオン交換樹脂材57を下流側
にすることもできる。
61は水処理装置53の出口とバッテリ33とを接続する水
供給管路で、この途中には水供給ポンプ62が配設されて
おり、これらは水をバッテリ33に供給する供給手段を構
成している。63は水供給ポンプ62を制御する制御装置
で、バッテリ33に設けられた液面センサ64から出力され
る信号に応じ、電解液の液面レベルが予め設定された所
定レベルよりも低くなったら水供給ポンプ62を駆動して
バッテリ33内に水を供給し、所定レベルに達したら水供
給ポンプ62を停止させるように制御する。
供給管路で、この途中には水供給ポンプ62が配設されて
おり、これらは水をバッテリ33に供給する供給手段を構
成している。63は水供給ポンプ62を制御する制御装置
で、バッテリ33に設けられた液面センサ64から出力され
る信号に応じ、電解液の液面レベルが予め設定された所
定レベルよりも低くなったら水供給ポンプ62を駆動して
バッテリ33内に水を供給し、所定レベルに達したら水供
給ポンプ62を停止させるように制御する。
このような燃料電池システムにおいては、先ずメタノ
ールバーナ９で触媒層９を触媒が活性化する温度にまで
加熱した後に、原料を原料タンク７から気化器３へ供給
する。気化器３に供給された原料は気化されて触媒層２
に送られ、触媒によって化学反応して水素と炭酸ガスを
主成分とするガスに改質され改質ガスとなる。起動時に
おいては、燃料電池本体16が発電可能温度に到達するま
での間は、バイパス弁29を開いて水素バーナ８に供給
し、前記四方弁19を第２の切換状態に切換え、改質装置
１内を上昇した燃焼排気を燃料電池本体16に供給する。
ールバーナ９で触媒層９を触媒が活性化する温度にまで
加熱した後に、原料を原料タンク７から気化器３へ供給
する。気化器３に供給された原料は気化されて触媒層２
に送られ、触媒によって化学反応して水素と炭酸ガスを
主成分とするガスに改質され改質ガスとなる。起動時に
おいては、燃料電池本体16が発電可能温度に到達するま
での間は、バイパス弁29を開いて水素バーナ８に供給
し、前記四方弁19を第２の切換状態に切換え、改質装置
１内を上昇した燃焼排気を燃料電池本体16に供給する。
すなわち、四方弁16を第２の切換状態に切換えて改質
装置１の燃焼排気を燃料電池本体16の陽極入口16aに導
くとともに、水素供給管路23の途中をバイパス管路28と
水素回収管路26とを介して水素バーナ８に連通させるこ
とによって、改質装置１で生成された改質ガスを水素バ
ーナ８で燃焼させて改質装置１を加熱しながら、改質装
置１の燃焼排気によって燃料電池本体16を昇温させるこ
とができる。
装置１の燃焼排気を燃料電池本体16の陽極入口16aに導
くとともに、水素供給管路23の途中をバイパス管路28と
水素回収管路26とを介して水素バーナ８に連通させるこ
とによって、改質装置１で生成された改質ガスを水素バ
ーナ８で燃焼させて改質装置１を加熱しながら、改質装
置１の燃焼排気によって燃料電池本体16を昇温させるこ
とができる。
そして、触媒層２および燃料電池本体16が所定の温度
にまで上昇した時点において、バイパス弁29を閉じて水
素入口弁21を開き、改質ガスを燃料電池本体16に供給す
る。燃料電池本体16では、改質ガス中の水素と空気中の
酸素とが電気化学反応して電気エネルギを発生する。こ
の電気エネルギはモータ31の駆動やバッテリ33の充電に
使用される。この電気化学反応に供されなかった改質ガ
スは水素回収管路26で改質装置１を加熱する熱源として
利用される。
にまで上昇した時点において、バイパス弁29を閉じて水
素入口弁21を開き、改質ガスを燃料電池本体16に供給す
る。燃料電池本体16では、改質ガス中の水素と空気中の
酸素とが電気化学反応して電気エネルギを発生する。こ
の電気エネルギはモータ31の駆動やバッテリ33の充電に
使用される。この電気化学反応に供されなかった改質ガ
スは水素回収管路26で改質装置１を加熱する熱源として
利用される。
一方、第１冷却ファン44を駆動すると第１放熱器43お
よび第２放熱器46が冷却される。そのため、四方弁19を
第１の切換状態に切換えて水回収管路42に燃焼排気が導
入されている状態では、水回収管路42内の燃焼排気中の
水蒸気が凝縮して第１水回収タンク41に溜められる。こ
れとともに、水素供給管路23内の改質ガス中の水蒸気が
凝縮して第２水回収タンク45に溜められる。また、第２
冷却ファン51を駆動すると第３放熱器49および第４放熱
器50が冷却されるため、燃料電池本体16において電力を
発生するときに生成された水蒸気が凝縮され、第３水回
収タンク47および第４水回収タンク48に溜められる。こ
れらタンクに溜められた水は第１〜第４移送管路52,54
〜56を経て水処理装置53で処理された後に水供給ポンプ
62でバッテリ33に供給される。
よび第２放熱器46が冷却される。そのため、四方弁19を
第１の切換状態に切換えて水回収管路42に燃焼排気が導
入されている状態では、水回収管路42内の燃焼排気中の
水蒸気が凝縮して第１水回収タンク41に溜められる。こ
れとともに、水素供給管路23内の改質ガス中の水蒸気が
凝縮して第２水回収タンク45に溜められる。また、第２
冷却ファン51を駆動すると第３放熱器49および第４放熱
器50が冷却されるため、燃料電池本体16において電力を
発生するときに生成された水蒸気が凝縮され、第３水回
収タンク47および第４水回収タンク48に溜められる。こ
れらタンクに溜められた水は第１〜第４移送管路52,54
〜56を経て水処理装置53で処理された後に水供給ポンプ
62でバッテリ33に供給される。
したがって、バッテリ33は充電や放電を繰り返すうち
に電解液の水が消費するが、この消費分を燃料電池シス
テム内で生成された水を利用して補充することができ
る。
に電解液の水が消費するが、この消費分を燃料電池シス
テム内で生成された水を利用して補充することができ
る。
この燃料電池システムを起動するときには、改質装置
１から排出された燃焼排気は、燃料電池本体16の陽極出
口16cから導出された後に、排気管路24に介装した第４
の水回収手段によって水が回収され、改質装置１で生成
された改質ガスは、水素供給管路23の途中に設けた第２
の水回収手段によって水が回収される。このため、起動
時に発生する全てのガスから水を回収することができる
から、起動時にもバッテリ33に水を補給することができ
る。
１から排出された燃焼排気は、燃料電池本体16の陽極出
口16cから導出された後に、排気管路24に介装した第４
の水回収手段によって水が回収され、改質装置１で生成
された改質ガスは、水素供給管路23の途中に設けた第２
の水回収手段によって水が回収される。このため、起動
時に発生する全てのガスから水を回収することができる
から、起動時にもバッテリ33に水を補給することができ
る。
しかも、改質装置１で改質に利用されずに排出された
原料（メタノールと水の混合液）中の水成分をも回収す
ることができるばかりか、水素バーナ８に水分が除去さ
れた水素ガスが供給されて水素バーナ８での熱効率を向
上させることができる。
原料（メタノールと水の混合液）中の水成分をも回収す
ることができるばかりか、水素バーナ８に水分が除去さ
れた水素ガスが供給されて水素バーナ８での熱効率を向
上させることができる。
また、燃料電池本体16を冷却するときには、四方弁19
を第１の切換状態に切換えることによって、改質装置１
から排出された燃焼排気に含まれる水を水回収管路42の
第１の回収手段で回収することができる。
を第１の切換状態に切換えることによって、改質装置１
から排出された燃焼排気に含まれる水を水回収管路42の
第１の回収手段で回収することができる。
したがって、本願発明に係る燃料電池システムによれ
ば、燃料電池本体16の起動から停止までの全ての運転状
態において発生する水を全てのガスから回収することが
できるから、バッテリ33への水の補給を確実に行うこと
ができる。
ば、燃料電池本体16の起動から停止までの全ての運転状
態において発生する水を全てのガスから回収することが
できるから、バッテリ33への水の補給を確実に行うこと
ができる。
なお、実施例においては、水供給ポンプ62を液面セン
サ64で制御しているので、水の補充量を自動的に制御す
ることができる。
サ64で制御しているので、水の補充量を自動的に制御す
ることができる。
第３図は他の実施例を示す要部の構成図で、同図にお
いて第１図に示すものと同一あるいは同等な部材には同
一符号を付し、その説明は省略する。この実施例におい
ては、バッテリ33の側方に水供給ポンプ62から水が供給
される補助タンク71が設けられている。この補助タンク
71には、バッテリ33の液面が所定レベルに達するまで補
助タンク71内の水をバッテリ33に供給する連通路72と、
バッテリ33の液面が前記所定レベルに達したときに水供
給ポンプ62から供給される水を外部にオーバーフローさ
せる排出口73が設けられている。
いて第１図に示すものと同一あるいは同等な部材には同
一符号を付し、その説明は省略する。この実施例におい
ては、バッテリ33の側方に水供給ポンプ62から水が供給
される補助タンク71が設けられている。この補助タンク
71には、バッテリ33の液面が所定レベルに達するまで補
助タンク71内の水をバッテリ33に供給する連通路72と、
バッテリ33の液面が前記所定レベルに達したときに水供
給ポンプ62から供給される水を外部にオーバーフローさ
せる排出口73が設けられている。
このような構造においては、水供給ポンプ62を複雑に
制御することなく、バッテリ33の液面の所定レベルに保
つことができる。
制御することなく、バッテリ33の液面の所定レベルに保
つことができる。
なお、バッテリ33の液面を管理する手段としては、上
述した液面センサ64を利用したり、補助タンク71を利用
して水をオーバーフローさせるほか、バッテリ33の水の
消費量と相関関係になる電流量を利用して水供給ポンプ
62を制御することもできる。また、第1,第２冷却ファン
44,51は燃料電池本体16から出力される電力を利用して
駆動することができる。
述した液面センサ64を利用したり、補助タンク71を利用
して水をオーバーフローさせるほか、バッテリ33の水の
消費量と相関関係になる電流量を利用して水供給ポンプ
62を制御することもできる。また、第1,第２冷却ファン
44,51は燃料電池本体16から出力される電力を利用して
駆動することができる。
以上説明したように本発明に係る燃料電池システム
は、水とメタノールからなる原料が供給される気化器
と、燃料を燃焼させて前記気化器を加熱する加熱手段
と、前記気化器によって気化された原料を水素ガスに改
質する触媒とを有する改質装置を備え、この改質装置の
燃焼空気出口に、切換装置を介装した酸素供給管路を介
して燃料電池本体の陽極入口を接続するとともに前記改
質装置の改質ガス出口に水素供給管路を介して燃料電池
本体の陰極入口を接続し、前記燃料電池本体の陰極出口
に水素回収管路を介して前記加熱手段を接続するととも
に燃料電池本体の陽極出口に排気管路を介して大気開放
口を接続し、前記燃料電池本体にバッテリを接続した燃
料電池システムであって、前記切換装置を、この切換装
置に設けた燃焼排気用排出口に前記燃焼空気出口が連通
しかつ前記陽極入口が前記切換装置に設けられた外気取
入口と連通する第１の切換状態と、少なくとも前記燃焼
空気出口が前記陽極入口に連通する第２の切換状態とに
切り換えられる構造とし、一端が大気開放とされ他端が
前記切換装置の燃焼排気用排出口に接続した管路と、前
記水素供給管路と、前記排気管路と、前記水素回収管路
とに、凝縮器および水回収タンクからなる水回収手段を
それぞれ介装し、前記水素供給管路の水回収手段より下
流側と、前記水素回収管路の水回収手段より下流側と
を、燃料電池本体の水素系をバイパスするバイパス管路
によって接続し、前記各水回収手段で回収された水を前
記バッテリに供給する供給手段を設けたため、燃料電池
システム内で生成された水を回収し、この水をバッテリ
に供給することができる。
は、水とメタノールからなる原料が供給される気化器
と、燃料を燃焼させて前記気化器を加熱する加熱手段
と、前記気化器によって気化された原料を水素ガスに改
質する触媒とを有する改質装置を備え、この改質装置の
燃焼空気出口に、切換装置を介装した酸素供給管路を介
して燃料電池本体の陽極入口を接続するとともに前記改
質装置の改質ガス出口に水素供給管路を介して燃料電池
本体の陰極入口を接続し、前記燃料電池本体の陰極出口
に水素回収管路を介して前記加熱手段を接続するととも
に燃料電池本体の陽極出口に排気管路を介して大気開放
口を接続し、前記燃料電池本体にバッテリを接続した燃
料電池システムであって、前記切換装置を、この切換装
置に設けた燃焼排気用排出口に前記燃焼空気出口が連通
しかつ前記陽極入口が前記切換装置に設けられた外気取
入口と連通する第１の切換状態と、少なくとも前記燃焼
空気出口が前記陽極入口に連通する第２の切換状態とに
切り換えられる構造とし、一端が大気開放とされ他端が
前記切換装置の燃焼排気用排出口に接続した管路と、前
記水素供給管路と、前記排気管路と、前記水素回収管路
とに、凝縮器および水回収タンクからなる水回収手段を
それぞれ介装し、前記水素供給管路の水回収手段より下
流側と、前記水素回収管路の水回収手段より下流側と
を、燃料電池本体の水素系をバイパスするバイパス管路
によって接続し、前記各水回収手段で回収された水を前
記バッテリに供給する供給手段を設けたため、燃料電池
システム内で生成された水を回収し、この水をバッテリ
に供給することができる。
また、本発明に係る燃料電池システムによれば、四方
弁を第２の切換状態に切換えて改質装置の燃焼排気を燃
料電池本体の陽極入口に導くとともに、水素供給管路の
途中をバイパス管路と水素回収管路とを介して水素バー
ナに連通させることによって、改質装置で生成された改
質ガスを水素バーナで燃焼させて改質装置を加熱しなが
ら、改質装置の燃焼排気によって燃料電池本体を昇温さ
せることができる。すなわち、起動時に原料を無駄に消
費することなく、燃料電池本体の温度を発電可能温度に
速く到達させることができる。
弁を第２の切換状態に切換えて改質装置の燃焼排気を燃
料電池本体の陽極入口に導くとともに、水素供給管路の
途中をバイパス管路と水素回収管路とを介して水素バー
ナに連通させることによって、改質装置で生成された改
質ガスを水素バーナで燃焼させて改質装置を加熱しなが
ら、改質装置の燃焼排気によって燃料電池本体を昇温さ
せることができる。すなわち、起動時に原料を無駄に消
費することなく、燃料電池本体の温度を発電可能温度に
速く到達させることができる。
このとき、前記燃焼排気は、燃料電池本体の陽極出口
から導出された後に、排気管路に介装した水回収手段に
よって水が回収され、改質装置で生成された改質ガス
は、水素供給管路の途中に設けた水回収手段によって水
が回収される。このため、起動時に発生する全てのガス
から水を回収することができるから、起動時にもバッテ
リに水を補給することができる。
から導出された後に、排気管路に介装した水回収手段に
よって水が回収され、改質装置で生成された改質ガス
は、水素供給管路の途中に設けた水回収手段によって水
が回収される。このため、起動時に発生する全てのガス
から水を回収することができるから、起動時にもバッテ
リに水を補給することができる。
しかも、改質装置で改質に利用されずに排出された原
料（メタノールと水の混合液）中の水成分をも回収する
ことができるばかりか、水素バーナに水分が除去された
水素ガスが供給されて水素バーナでの熱効率を向上させ
ることができる。
料（メタノールと水の混合液）中の水成分をも回収する
ことができるばかりか、水素バーナに水分が除去された
水素ガスが供給されて水素バーナでの熱効率を向上させ
ることができる。
この燃料電池本体が発電している状態では、燃料電池
本体の電気化学反応によって生成される水を排気管路お
よび水素回収管路に設けた水回収手段によって回収する
ことができる。また、この燃料電池本体を冷却するとき
には、四方弁を第１の切換状態に切換えることによっ
て、改質装置から排出された燃焼排気に含まれる水を水
回収管路の水回収手段で回収することができる。
本体の電気化学反応によって生成される水を排気管路お
よび水素回収管路に設けた水回収手段によって回収する
ことができる。また、この燃料電池本体を冷却するとき
には、四方弁を第１の切換状態に切換えることによっ
て、改質装置から排出された燃焼排気に含まれる水を水
回収管路の水回収手段で回収することができる。
このため、この燃料電池システムによれば、燃料電池
本体の起動から停止までの全ての運転状態において発生
する水を全てのガスから回収することができるから、バ
ッテリへの水の補給を確実に行うことができる。
本体の起動から停止までの全ての運転状態において発生
する水を全てのガスから回収することができるから、バ
ッテリへの水の補給を確実に行うことができる。
したがって、システム内の水を利用してバッテリ用の
水の補充が行え、従来のようにバッテリ用の水を容器に
保管しておいたり、容器からバッテリに補給する手間が
省けるから、バッテリの管理を容易にすることができ
る。
水の補充が行え、従来のようにバッテリ用の水を容器に
保管しておいたり、容器からバッテリに補給する手間が
省けるから、バッテリの管理を容易にすることができ
る。
第１図は本発明に係る燃料電池システムを示す構成図、
第２図は四方弁を示す構成図、第３図は他の実施例を示
す要部の構成図である。 １……改質装置、1a……燃焼空気出口、1b……改質ガス
出口、２……触媒層、３……気化器、８……水素バー
ナ、16……燃料電池本体、16a……陽極入口、16b……陰
極入口、16c……陽極出口、16d……陰極出口、19……四
方弁、19a……外気取入口、19b……燃焼排気用排出口、
20……酸素供給管路、23……水素供給管路、24……排気
管路、26……水素回収管路、28……バイパス管路、33…
…バッテリ、41……第１水回収タンク、42……水回収管
路、43……第１放熱器、44……第１冷却ファン、45……
第２水回収タンク、46……第２放熱器、47……第３水回
収タンク、48……第４水回収タンク、49……第３放熱
器、50……第４放熱器、51……第２冷却ファン、61……
水供給管路、62……水供給ポンプ。
第２図は四方弁を示す構成図、第３図は他の実施例を示
す要部の構成図である。 １……改質装置、1a……燃焼空気出口、1b……改質ガス
出口、２……触媒層、３……気化器、８……水素バー
ナ、16……燃料電池本体、16a……陽極入口、16b……陰
極入口、16c……陽極出口、16d……陰極出口、19……四
方弁、19a……外気取入口、19b……燃焼排気用排出口、
20……酸素供給管路、23……水素供給管路、24……排気
管路、26……水素回収管路、28……バイパス管路、33…
…バッテリ、41……第１水回収タンク、42……水回収管
路、43……第１放熱器、44……第１冷却ファン、45……
第２水回収タンク、46……第２放熱器、47……第３水回
収タンク、48……第４水回収タンク、49……第３放熱
器、50……第４放熱器、51……第２冷却ファン、61……
水供給管路、62……水供給ポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−45765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−121937（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39371（ＪＰ，Ａ) 「ユーザーのための電池読本」昭和63 年６月25日初版発行 発行所 社団法人 電子情報通信学会 第112頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】水とメタノールからなる原料が供給される
気化器と、燃料を燃焼させて前記気化器を加熱する加熱
手段と、前記気化器によって気化された原料を水素ガス
に改質する触媒とを有する改質装置を備え、この改質装
置の燃焼空気出口に、切換装置を介装した酸素供給管路
を介して燃料電池本体の陽極入口を接続するとともに前
記改質装置の改質ガス出口に水素供給管路を介して燃料
電池本体の陰極入口を接続し、前記燃料電池本体の陰極
出口に水素回収管路を介して前記加熱手段を接続すると
ともに燃料電池本体の陽極出口に排気管路を介して大気
開放口を接続し、前記燃料電池本体にバッテリを接続し
た燃料電池システムであって、前記切換装置を、この切
換装置に設けた燃焼排気用排出口に前記燃焼空気出口が
連通しかつ前記陽極入口が前記切換装置に設けられた外
気取入口と連通する第１の切換状態と、少なくとも前記
燃焼空気出口が前記陽極入口に連通する第２の切換状態
とに切り換えられる構造とし、一端が大気開放とされ他
端が前記切換装置の燃焼排気用排出口に接続した管路
と、前記水素供給管路と、前記排気管路と、前記水素回
収管路とに、凝縮器および水回収タンクからなる水回収
手段をそれぞれ介装し、前記水素供給管路の水回収手段
より下流側と、前記水素回収管路の水回収手段より下流
側とを、燃料電池本体の水素系をバイパスするバイパス
管路によって接続し、前記各水回収手段で回収された水
を前記バッテリに供給する供給手段を設けたことを特徴
とする燃料電池システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1112252A JP2893344B2 (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | 燃料電池システム |
| US07/517,871 US5139894A (en) | 1989-05-02 | 1990-05-02 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1112252A JP2893344B2 (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02291667A JPH02291667A (ja) | 1990-12-03 |
| JP2893344B2 true JP2893344B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=14582055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1112252A Expired - Fee Related JP2893344B2 (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | 燃料電池システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5139894A (ja) |
| JP (1) | JP2893344B2 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2989353B2 (ja) * | 1991-11-29 | 1999-12-13 | 三洋電機株式会社 | ハイブリッド燃料電池システム |
| US5409784A (en) * | 1993-07-09 | 1995-04-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Plasmatron-fuel cell system for generating electricity |
| KR0139244B1 (ko) * | 1995-06-02 | 1998-06-15 | 신재인 | 축전지 전해액 높이 감지 방법과 축전지 증류수 자동주입방법과 그 장치 |
| WO1998056058A1 (de) * | 1997-06-06 | 1998-12-10 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Brennstoffzelle-methanolreformer mit einem energiespeicher und verfahren zur steuerung des energieflusses des systems |
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| JP4543440B2 (ja) | 1997-12-22 | 2010-09-15 | 株式会社エクォス・リサーチ | 水直噴型燃料電池システム |
| US7029775B2 (en) * | 1997-12-22 | 2006-04-18 | Kabushikikaisha Equos Research | Fuel cell system |
| JPH11317236A (ja) | 1997-12-22 | 1999-11-16 | Aqueous Reserch:Kk | 燃料電池システム |
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| US6307350B1 (en) | 1999-07-30 | 2001-10-23 | Ja Effect, Llc | Rechargeable direct current power source |
| US6383670B1 (en) * | 1999-10-06 | 2002-05-07 | Idatech, Llc | System and method for controlling the operation of a fuel processing system |
| JP4686814B2 (ja) | 1999-11-17 | 2011-05-25 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池装置 |
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| US6835481B2 (en) * | 2000-03-29 | 2004-12-28 | Idatech, Llc | Fuel cell system with load management |
| DE10064251A1 (de) * | 2000-12-22 | 2002-07-04 | Volkswagen Ag | Brennstoffzellensystem mit Zwischenspeicher und Steuerungsverfahren |
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| US6559621B2 (en) | 2001-05-21 | 2003-05-06 | Cellex Power Products, Inc. | Hybrid energy storage device charge equalization system and method |
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| US6953630B2 (en) | 2001-07-25 | 2005-10-11 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell anomaly detection method and apparatus |
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| US7842428B2 (en) * | 2004-05-28 | 2010-11-30 | Idatech, Llc | Consumption-based fuel cell monitoring and control |
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