JP3377523B2 - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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、燃料電池システムに関する。
［従来の技術］
従来、プロトン導電型燃料電池システムは、第４図に
示すようになっている。
示すようになっている。
即ち、まず、800〜900℃で作動する改質器１の反応管
２を通ってメタン等のガスがCO,CO2,H2O,H2に転換し、
ガスを200℃程度に冷却してCOシフトコンバータ３を通
す。ガスはCO2,H2O,H2に転換され、H2PSA4を通す事によ
り純H2として熱交換器５を通って昇温され、FC6に供給
される。改質用の蒸気は、改質器１及びFC6の廃熱の回
収により供給する。不足分は、改質器後流に追い焚きす
る場合と、改質器１に燃料を過投入する場合が考えられ
る。
２を通ってメタン等のガスがCO,CO2,H2O,H2に転換し、
ガスを200℃程度に冷却してCOシフトコンバータ３を通
す。ガスはCO2,H2O,H2に転換され、H2PSA4を通す事によ
り純H2として熱交換器５を通って昇温され、FC6に供給
される。改質用の蒸気は、改質器１及びFC6の廃熱の回
収により供給する。不足分は、改質器後流に追い焚きす
る場合と、改質器１に燃料を過投入する場合が考えられ
る。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、従来技術によれば、以下の問題点を有する。
（１）天然ガス等の改質温度は800〜900℃と高く、低温
の燃料電池と組み合わせた際にはせっかく燃料電池が低
温作動にかかわらず、システムとしての最高作動温度が
改質器側で決定されてしまうため、運転操作性、起動時
間、起動速度を上げられない。
の燃料電池と組み合わせた際にはせっかく燃料電池が低
温作動にかかわらず、システムとしての最高作動温度が
改質器側で決定されてしまうため、運転操作性、起動時
間、起動速度を上げられない。
（２）燃料電池に純水素に近い燃料を供給しようとする
と、PSAシステム等の動力のかかるシステムを追加しな
ければならない。
と、PSAシステム等の動力のかかるシステムを追加しな
ければならない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、改質反応
管の内部に水素分離膜を使用することにより、メタン等
の燃料から燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電
型燃料電池へ供給できる改質器を提供し、更にこうした
改質器を燃料入口上流側に配置することにより500℃程
度の低温での運転を可能として最高作動温度の低減、起
動時間の低減をなし得るプロトン導電型燃料電池を提供
することを目的とする。
管の内部に水素分離膜を使用することにより、メタン等
の燃料から燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電
型燃料電池へ供給できる改質器を提供し、更にこうした
改質器を燃料入口上流側に配置することにより500℃程
度の低温での運転を可能として最高作動温度の低減、起
動時間の低減をなし得るプロトン導電型燃料電池を提供
することを目的とする。
［課題を解決するための手段と作用］
本発明は、燃料電池と、この燃料電池の燃料入口上流
側に設けられ、水素分離管を有する改質器と、熱交換器
とを具備した燃料電池システムであり、前記熱交換器の
過熱媒体として、前記改質器から排出されたH2以外の排
ガスを用いたことを特徴とする燃料電池システムであ
る。
側に設けられ、水素分離管を有する改質器と、熱交換器
とを具備した燃料電池システムであり、前記熱交換器の
過熱媒体として、前記改質器から排出されたH2以外の排
ガスを用いたことを特徴とする燃料電池システムであ
る。
本発明においては、上記燃料電池システムにおいて、
燃料電池の燃料入口上流側に、燃料電池からの廃熱を利
用する温水タンクを備えた水素吸蔵合金システムと該水
素吸蔵合金システムをバイパスするバイパスラインを設
けることが好ましい。
燃料電池の燃料入口上流側に、燃料電池からの廃熱を利
用する温水タンクを備えた水素吸蔵合金システムと該水
素吸蔵合金システムをバイパスするバイパスラインを設
けることが好ましい。
本発明において、プロトン導電型燃料電池の原理図
は、第５図に示す通りである。即ち、燃料としてH2と空
気（O2）の導入によって、下記反応を起こし、（＋）極
側より残空気とH2Oを、（−）極側よりH2残分を排出し
て電流を発生させるもので、その構造はSOFCと略同じで
ある。
は、第５図に示す通りである。即ち、燃料としてH2と空
気（O2）の導入によって、下記反応を起こし、（＋）極
側より残空気とH2Oを、（−）極側よりH2残分を排出し
て電流を発生させるもので、その構造はSOFCと略同じで
ある。
＋極;2H+＋2e-＋1/2 O2→H2O
−極;H2→2H+＋2e-
本発明に係る改質器によれば、改質反応管の内部に水
素分離膜を配設した構成になっているため、低温プロト
ン導電型燃料電池にCH4,C2H6,C3H8,CH3OH等の燃料から
燃料改質を行って純水素（H2）を供給でき、効率的な発
電を行う事ができる。
素分離膜を配設した構成になっているため、低温プロト
ン導電型燃料電池にCH4,C2H6,C3H8,CH3OH等の燃料から
燃料改質を行って純水素（H2）を供給でき、効率的な発
電を行う事ができる。
また、上述した改質器を燃料入口上流側に備えること
により、500℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜100℃〜200℃程度で作動する燃料
電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を低減す
る等の運用上の改善を図る事ができる。
により、500℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜100℃〜200℃程度で作動する燃料
電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を低減す
る等の運用上の改善を図る事ができる。
［実施例］
以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して
説明する。
説明する。
第１図において、11は燃料改質器である。この燃料改
質器11は、改質容器12と、この改質容器12内に配設され
た改質反応管13と、この改質反応管13の内部に配設され
た水素分離管14とから構成されている。前記改質反応管
13及び水素分離管14は、第２図に示す如く、反応場より
H2を排出し、水素生成反応を促進するようになってい
る。前記水素分離管14は、ポーラスな金属管にパラジウ
ム薄膜１〜50μｍを形成した管である。前記水素分離管
14と改質反応管13間の一部には、Ni等の改質触媒15が詰
められている。前記改質反応管13内では、CH4＋H2O→CO
＋CO2＋H2O＋H2の反応が起こる。前記改質反応器12に
は、メタン又はプロパン等（CH4,C2H6,C3H8,CH3OH等）
に投入され、純水素（H2）と水分，二酸化炭素（CO2）
等に分離し、別々に熱交換器16にて冷却し、水分，二酸
化炭素等は煙突17を通して大気へ放出されるようになっ
ている。
質器11は、改質容器12と、この改質容器12内に配設され
た改質反応管13と、この改質反応管13の内部に配設され
た水素分離管14とから構成されている。前記改質反応管
13及び水素分離管14は、第２図に示す如く、反応場より
H2を排出し、水素生成反応を促進するようになってい
る。前記水素分離管14は、ポーラスな金属管にパラジウ
ム薄膜１〜50μｍを形成した管である。前記水素分離管
14と改質反応管13間の一部には、Ni等の改質触媒15が詰
められている。前記改質反応管13内では、CH4＋H2O→CO
＋CO2＋H2O＋H2の反応が起こる。前記改質反応器12に
は、メタン又はプロパン等（CH4,C2H6,C3H8,CH3OH等）
に投入され、純水素（H2）と水分，二酸化炭素（CO2）
等に分離し、別々に熱交換器16にて冷却し、水分，二酸
化炭素等は煙突17を通して大気へ放出されるようになっ
ている。
一方、純水素は、まず制御弁を備えた貯蔵システムバ
イパスライン18を設けた水素吸蔵合金システム19へ通さ
れる。ここで、水素吸蔵合金システム19は第３図に示す
ようになっている。このシステムは、起動時の燃料を確
保するために本システムに追加してもよい。つまり、燃
料電池の廃熱を温水として始動用温水タンク20に貯めて
おき、起動時に吸蔵合金を暖めて水素を放出させ、燃料
として利用する。なお、前記タンク20内には、電池発熱
で作った50〜90℃の温水をためておく。通常運転時は本
システムは水素吸蔵完了後バイパスされる。なお、図中
の21はFeTi系水素吸蔵合金等を充填した主水素タンク、
22は燃料電池（FC）、23はH2レギュレータ、24は始動用
温水ポンプ（バッテリー駆動又はAC駆動温水ポンプ）で
ある。また、燃料電池22の直前に前記システム19を設置
することは、起動速度を最大限に改善する目的において
より効果的である。
イパスライン18を設けた水素吸蔵合金システム19へ通さ
れる。ここで、水素吸蔵合金システム19は第３図に示す
ようになっている。このシステムは、起動時の燃料を確
保するために本システムに追加してもよい。つまり、燃
料電池の廃熱を温水として始動用温水タンク20に貯めて
おき、起動時に吸蔵合金を暖めて水素を放出させ、燃料
として利用する。なお、前記タンク20内には、電池発熱
で作った50〜90℃の温水をためておく。通常運転時は本
システムは水素吸蔵完了後バイパスされる。なお、図中
の21はFeTi系水素吸蔵合金等を充填した主水素タンク、
22は燃料電池（FC）、23はH2レギュレータ、24は始動用
温水ポンプ（バッテリー駆動又はAC駆動温水ポンプ）で
ある。また、燃料電池22の直前に前記システム19を設置
することは、起動速度を最大限に改善する目的において
より効果的である。
上記水素吸蔵合金システム19を通った純水素は、燃料
電池（FC）22へ燃料として発電に寄与した後、水分は熱
交換器16へ送られ昇温され蒸気となり、改質器11へ投入
され、他系統より投入された空気及び燃料と共に改質器
11内を500℃程度へ上昇する。ここで、改質器11に供給
する改質用水蒸気は改質器出口の廃熱及び燃料電池廃熱
の回収により最大限に供給し、不足分は燃料の燃焼にて
賄うものとする。また、改質器の運転圧力は５〜10atg
程度となり、後流の燃料電池については常圧から10atg
程度までシステムの要求次第で選定可能である。
電池（FC）22へ燃料として発電に寄与した後、水分は熱
交換器16へ送られ昇温され蒸気となり、改質器11へ投入
され、他系統より投入された空気及び燃料と共に改質器
11内を500℃程度へ上昇する。ここで、改質器11に供給
する改質用水蒸気は改質器出口の廃熱及び燃料電池廃熱
の回収により最大限に供給し、不足分は燃料の燃焼にて
賄うものとする。また、改質器の運転圧力は５〜10atg
程度となり、後流の燃料電池については常圧から10atg
程度までシステムの要求次第で選定可能である。
しかして、本発明に係る改質器によれば、改質反応管
13の内部に、水素分離管14つまりポーラスな金属管にパ
ラジウム薄膜（水素分離膜）１〜50μｍを形成した管を
配設した構成になっているため、低温プロトン導電型燃
料電池にCH4,C2H6,C3H8,CH3OH等の燃料から燃料改質を
行って純水素（H2）を供給でき、効率的な発電を行う事
ができる。
13の内部に、水素分離管14つまりポーラスな金属管にパ
ラジウム薄膜（水素分離膜）１〜50μｍを形成した管を
配設した構成になっているため、低温プロトン導電型燃
料電池にCH4,C2H6,C3H8,CH3OH等の燃料から燃料改質を
行って純水素（H2）を供給でき、効率的な発電を行う事
ができる。
また、上述した改質器を燃料入口上流側に備えること
により、500℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜100℃〜200℃程度で作動する燃料
電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を低減す
る等の運用上の改善を図る事ができる。
により、500℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜100℃〜200℃程度で作動する燃料
電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を低減す
る等の運用上の改善を図る事ができる。
［発明の効果］
以上詳述した如く本発明によれば、改質反応管の内部
に水素分離膜を使用することにより、メタン等の燃料か
ら燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電型燃料電
池へ供給できる改質器を提供し、更にこうした改質器を
燃料入口上流側に配置することにより500℃程度の低温
での運転を可能として最高作動温度の低減、起動時間の
低減をなし得るプロトン導電体燃料電池を提供できる。
に水素分離膜を使用することにより、メタン等の燃料か
ら燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電型燃料電
池へ供給できる改質器を提供し、更にこうした改質器を
燃料入口上流側に配置することにより500℃程度の低温
での運転を可能として最高作動温度の低減、起動時間の
低減をなし得るプロトン導電体燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る低温プロトン導電体燃料電池発電
システムの説明図、第２図は同発電システムに用いられ
る改質反応器の要部の説明図、第３図は同発電システム
の水素吸蔵合金システムの説明図、第４図は従来の低温
プロトン導電体燃料電池発電システムの説明図、第５図
はプロトン導電型燃料電池の原理図である。 11……燃料改質器、12……改質容器、13……改質反応
管、14……水素分離管、15……改質触媒、16……熱交換
器、18……貯蔵システムバイパスライン、19……水素吸
蔵合金システム。
システムの説明図、第２図は同発電システムに用いられ
る改質反応器の要部の説明図、第３図は同発電システム
の水素吸蔵合金システムの説明図、第４図は従来の低温
プロトン導電体燃料電池発電システムの説明図、第５図
はプロトン導電型燃料電池の原理図である。 11……燃料改質器、12……改質容器、13……改質反応
管、14……水素分離管、15……改質触媒、16……熱交換
器、18……貯蔵システムバイパスライン、19……水素吸
蔵合金システム。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ０１Ｂ 3/56 Ｃ０１Ｂ 3/56 Ｚ
Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｘ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/06
H01M 8/04
C01B 3/00
C01B 3/38
C01B 3/48
C01B 3/56
Claims (2)
- 【請求項１】燃料電池と、この燃料電池の燃料入口上流
側に設けられ、水素分離管を有する改質器と、熱交換器
とを具備した燃料電池システムであり、前記熱交換器の
過熱媒体として、前記改質器から排出されたH2以外の排
ガスを用いたことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池システムにおい
て、燃料電池の燃料入口上流側に、燃料電池からの廃熱
を利用する温水タンクを備えた水素吸蔵合金システムと
該水素吸蔵合金システムをバイパスするバイパスライン
を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23889690A JP3377523B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23889690A JP3377523B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04121973A JPH04121973A (ja) | 1992-04-22 |
| JP3377523B2 true JP3377523B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=17036881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23889690A Expired - Lifetime JP3377523B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377523B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200060142A (ko) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 대우조선해양 주식회사 | 연료전지의 폐열 활용이 가능한 수중운동체의 연료전지시스템 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
| JP2002037605A (ja) * | 2000-05-19 | 2002-02-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素製造装置 |
| JP2002338204A (ja) * | 2001-05-22 | 2002-11-27 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 高純度水素製造設備 |
| JP2009179553A (ja) * | 2009-04-24 | 2009-08-13 | Toshiba Corp | マルチ燃料供給システム |
-
1990
- 1990-09-11 JP JP23889690A patent/JP3377523B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200060142A (ko) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 대우조선해양 주식회사 | 연료전지의 폐열 활용이 가능한 수중운동체의 연료전지시스템 |
| KR102655873B1 (ko) * | 2018-11-22 | 2024-04-05 | 한화오션 주식회사 | 연료전지의 폐열 활용이 가능한 수중운동체의 연료전지시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04121973A (ja) | 1992-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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