JP3398130B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
し、さらに詳しくは反応空気中に微量に含まれる有害物
質を除去した反応空気を供給できる燃料電池装置に関す
る。
に示す。このシステムSでは、天然ガス、都市ガス、メ
タノール、LPG、ブタンなどの原燃料1が脱硫器2に
供給され、ここで原燃料から硫黄成分が除去される。こ
の脱硫器2を経た原燃料は、昇圧ポンプ10で昇圧され
て改質器3に供給されて、水素、二酸化炭素、および一
酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この改質器3を
経たガスは、CO変成器4に供給され、ここでは改質ガ
スに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。こ
のCO変成器4を経たガスは、CO除去器5に供給さ
れ、ここではCO変性器4を経たガス中の未変成の一酸
化炭素が除去される。
た後の水素リッチな改質ガスが燃料電池6に供給され
る。この燃料電池6は、燃料極6aと酸化剤極6bと冷
却部6cとを備え、上記水素は燃料極6aに供給され
る。この水素と、ファン11を経て水タンク21中に供
給されて加湿されて酸化剤極6bに供給された空気中に
含まれる酸素とが反応して、電力が発生する。例えば、
燃料電池6が固体高分子電解質膜を用いる場合は、加湿
されて酸化剤極6bに供給された空気に含まれる水分に
より固体高分子電解質膜を湿潤させて、イオン導電性を
向上させる。
パイプ13を介して原燃料が供給され、ファン14を介
して空気が供給され、パイプ15を介して、燃料極6a
を経た未反応水素が供給される。システム始動時には、
バーナ12にパイプ13を介して原燃料が供給されると
ともに、ファン14を介して空気が供給され、起動後、
システムが安定した場合には、原燃料の供給が断たれ
て、バーナ12に、パイプ15を介して燃料極6aを経
た未反応水素が供給される。
去器5、燃料電池6では所定の反応温度を有する化学反
応が行われる。改質器3における化学反応は吸熱反応で
あるので、バーナ12によって常時加熱しながら化学反
応を行う。
学反応は発熱反応であるので、例えばCO除去器5では
システム起動時のみ図示しないバーナを燃焼させて燃焼
ガスを発生させ、この時発生した燃焼ガスの熱でCO除
去器5の温度を反応温度まで昇温し、運転中は、発熱反
応の熱により反応温度以上に昇温しないように冷却が行
われる。
器4とCO除去器5間、CO除去器5と燃料電池6間に
はそれぞれ熱交換器18、19、20が接続されてい
る。そして各熱交換器18、19、20には水タンク2
1の水が、ポンプ23、24、25を介して循環し、こ
れらの水で改質器3、CO変成器4、CO除去器5を経
たガスがそれぞれ冷却される。
を介して水タンク21の水が循環し、この水で燃料電池
6が冷却される。26は燃料電池6の酸化剤極6bの排
気系である。
7が接続され、水タンク21の水がポンプ22を介して
供給されると、この熱交換器17で水蒸気化し、この水
蒸気が原燃料と混合して改質器3に供給される。
辺の空気(外気)がファン11を経て水タンク21中に
供給されて加湿されて酸化剤極6bに反応空気として供
給される。従って、空気(外気)中に微量に含まれるN
Ox、SOx、シアン化合物、硫黄化合物、芳香族化合
物、アンモニア、有機溶剤などの電池特性に悪影響を与
える不純物は、水タンク21中に貯えられた水により一
旦は除去される。しかしながら、運転時間が長時間にな
ると水中の不純物濃度が増加するために、水タンク21
を通る空気中の不純物はもはや除去されず、不純物を含
む空気が反応空気として酸化剤極6bに供給されること
になる。反応空気中に含まれる上記不純物は、空気中の
酸素とともに電極基材を透過して電極触媒層に到達し、
電解質と接触して化学反応を起こし、この化学反応によ
って電解質が変質して電解質としての機能が低下すると
ともに、電極触媒の酸素吸着機能が阻害されるため、こ
れらが原因で燃料電池のセル特性や寿命特性の低下を招
くという問題が発生する。また、かかる反応空気中に含
まれる不純物による悪影響の問題は、固体高分子膜を用
いた燃料電池に限らず、リン酸型燃料電池など他の燃料
電池においても同様に発生していた。
の問題を解決し、空気(外気)中に微量含まれる、無機
物や有機物などの塵埃などや、芳香剤、塗料の揮発成
分、CO、NOx、SOx、シアン化合物、硫黄化合
物、芳香族化合物、アンモニアなどの電池特性に悪影響
を与える有害物質を予め除去して、反応空気を燃料電池
6の酸化剤極6bに供給するように構成して、燃料電池
のセル特性や寿命特性の低下を防止し、信頼性が高く、
長寿命で耐久性の高い燃料電池装置を提供することであ
る。
請求項1の燃料電池装置は、燃料極に燃料ガスを、酸化
剤極に空気を供給することにより発電する燃料電池と、
前記空気の供給経路に設けられ、前記燃料電池より生成
する水以外の水である洗浄液が貯えられた洗浄液タンク
と、前記洗浄液タンク中に貯えられた前記洗浄液を定期
的に入れ替える手段と、を有することを特徴とするもの
である。空気の供給経路に設けられた、洗浄液タンク中
の洗浄液で空気を洗浄して酸化剤極に供給することによ
り、そして洗浄液を定期的に入れ替えることにより酸化
剤極に常に清浄な空気を供給することができる。
ガスを、酸化剤極に空気を供給することにより発電する
燃料電池と、前記空気の供給経路に設けられ、有機化合
物の洗浄液が貯えられた洗浄液タンクと、前記洗浄液タ
ンク中に貯えられた前記洗浄液を定期的に入れ替える手
段と、を有することを特徴とする。洗浄液として有機化
合物の洗浄液を用いることにより、空気中の不純物を除
去することができる。
いは請求項2記載の燃料電池装置において、前記洗浄液
タンクが前記空気の供給経路に複数個連続して設けら
れ、少なくとも上流側に配された洗浄液タンク中に貯え
られた洗浄液を定期的に入れ替える手段を有することを
特徴とする。複数段の洗浄液タンクを用いて空気を洗浄
することにより、空気のさらなる浄化を図ることができ
る。特に、水を用いた洗浄液タンクと、有機化合物の洗
浄液を用いた洗浄液タンクとを組み合わせることによ
り、多種類の不純物を除去できる。また、このように複
数段の洗浄液タンクを用いた場合は、洗浄液の入れ替え
は最低限上流側に配された洗浄液タンクに対して行うだ
けで効果がある。
の燃料電池装置において、同じ洗浄液が蓄えられた洗浄
液タンクを水位差を設けて複数個配し、水位差によって
上方の洗浄液タンクから下方の洗浄液タンクに洗浄液を
供給することを特徴とする。両タンクの水位差によって
上方の洗浄液タンクから下方の洗浄液タンクへ水を容易
に供給できる。
求項3、または、請求項4のいずれかに記載の燃料電池
装置において、洗浄液として水を用いた洗浄液タンクに
供給する水が、水処理された水であることを特徴とす
る。洗浄液タンクへ供給する水は、水処理して塵埃など
の不純物を除去した水が好ましく、さらには電池特性に
悪影響を与える有害物質を除去した水がより好ましく、
特に水処理して得られる純水が好ましい。
を用いて詳細に説明する。図1はこの発明の燃料電池装
置の第1の実施の形態を示す構成図であり、図2はこの
発明の燃料電池装置の第2の実施の形態を示す構成図で
あり、図3はこの発明の燃料電池装置の第3の実施の形
態を示す構成図であり、図4はこの発明の燃料電池装置
の第4の実施の形態を示す構成図であり、図5はこの発
明の燃料電池装置の第5の実施の形態を示す構成図であ
る。図1〜図5において図6に示した従来技術と同じ構
成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説
明を省略する。
において、燃料電池6は、反応空気中の有害物質を水で
洗浄して除去する反応空気洗浄手段27Aを備えてい
る。反応空気洗浄手段27Aは、洗浄用の水を収容した
洗浄液タンク27と、市水を水処理装置37で水処理し
た水を洗浄液タンク27へ供給する水供給経路28と、
フィルタ29を経てポンプ30により空気(外気)を取
り入れて洗浄液タンク27へ供給する空気の供給経路3
1と、洗浄液タンク27で空気を洗浄液の水で洗浄して
有害物質を除去した空気を加湿するために水タンク(洗
浄液として水を貯えた洗浄液タンク。以下、水タンクと
称す)21へ供給する洗浄空気供給経路32と、洗浄液
タンク27に収容した洗浄液の水を定期的に排出する手
段34と、を備えている。
35と、排出経路35に設置した排出用開閉弁36とを
備えている。38は、市水を水処理装置37で水処理し
た水を水タンク21へ供給する経路であり、そしてLC
/1は水タンク21に設置したレベルコントローラで、
水タンク21に収容した水のレベルを所定のレベルに維
持するように経路38に設置した開閉弁39を開閉す
る。
ルコントローラで、洗浄液タンク27に収容した洗浄用
の水のレベルを所定のレベルに維持するように水供給経
路28に設置した開閉弁33を開閉する。
を運転すると、水タンク21と洗浄液タンク27には、
市水を水処理装置37で水処理した水(例えば、純水)
が経路38、水供給経路28を経てそれぞれ所定量供給
され、所定のレベルに維持される。
ルタ29を経て塵埃などを除去され空気(外気)は空気
の供給経路31を経て洗浄液タンク27へ供給される。
そして洗浄液タンク27へ供給された空気は洗浄タンク
27に収容された洗浄用の水とよく接触、混合され、洗
浄されて有害物質が除去される。
Ox、SOx、シアン化合物、硫黄化合物、芳香族化合
物、アンモニアなどの電池特性に悪影響を与える有害物
質を除去した空気を洗浄空気供給経路32を経て水タン
ク21へ供給して加湿する。水タンク21で加湿された
空気を反応空気として燃料電池6の酸化剤極6bに供給
する。有害物質を含まない清浄な反応空気を燃料電池6
の酸化剤極6bに供給するようにしたので、有害物質と
電解質との化学反応に基づく電解質の変質、および電極
触媒の酸素吸着能の低下を防ぎ、これらが原因で発生す
るセル特性の低下を回避することができる。
用いた洗浄液タンク27に収容した水を水排出用開閉弁
36を自動的に、あるいは手動で開けて定期的に(例え
ば、暦日時間により、あるいは発電量が所定値になった
ら、あるいは発電時間が所定値になったら、あるいはシ
ステムの運転時間が所定値になったら)排出する。そし
て排出後は、新たな水が洗浄液タンク27へ供給される
ようにしたので、洗浄液タンク27において有害物質を
常に連続して容易に除去でき、有害物質を含む空気が水
タンク21を経て燃料電池6の酸化剤極6bに供給され
るのを抑制・防止できる。
実施の形態を示す構成図である。燃料電池装置のシステ
ムS2における燃料電池6は反応空気中の有害物質を水
で洗浄して除去する反応空気洗浄手段27Bを備えてい
る。反応空気洗浄手段27Bは洗浄液タンク27−1を
水タンク21より下方に設置し、両タンクの水位差Hに
よって水タンク21から洗浄液タンク27−1へ水を供
給するようにした以外は図1に示した燃料電池装置のシ
ステムS1の反応空気洗浄手段27Aと同様になってい
る。したがってこの反応空気洗浄手段27Bは図1に示
した燃料電池装置のシステムS1の反応空気洗浄手段2
7Aと同様の作用効果を奏するとともに、洗浄液タンク
27−1を水タンク21より下方に設置したので、両タ
ンクの水位差Hによって水タンク21から洗浄液タンク
27−1へ水を容易に供給できる。
施の形態を示す構成図である。燃料電池装置のシステム
S3における燃料電池6は反応空気中の有害物質を水以
外の洗浄液で洗浄して除去するための反応空気洗浄手段
27Cを備えている。
されないが、具体的には、例えば、炭化水素類、アルコ
ール類などの有機化合物を挙げることができ、また、N
Ox、SOxなどをよく洗浄して除去できる洗浄液とし
て、例えば、タングステン酸ソーダやモリブデン酸塩を
水や有機溶媒に溶解し、これに必要に応じて尿素アルデ
ヒドを添加した洗浄液などを挙げることができる。
27−2に有害物質を除去するための水以外の洗浄液を
収容し、この洗浄液タンク27−2に空気を導入して空
気中に含まれる微量の有害物質を除去するようにした以
外は図1に示した燃料電池装置のシステムS1の反応空
気洗浄手段27Aと同様になっている。したがってこの
反応空気洗浄手段27Bは図1に示した燃料電池装置の
システムS1の反応空気洗浄手段27Aと同様の作用効
果を奏するとともに、水以外の洗浄液を収容した洗浄液
タンク27−2で空気と水以外の洗浄液を接触、混合す
ることにより、水では洗浄できないような有害物質を除
去できる。
施の形態を示す構成図である。燃料電池装置のシステム
S4における燃料電池6は、図2に示した洗浄液タンク
27−1と図3に示した洗浄液タンク27−2を直列に
連結した構成の反応空気洗浄手段27Dを備えている以
外は図2および図3に示した燃料電池装置のシステムS
2、S3の反応空気洗浄手段27B、27Cと同様にな
っている。したがってこの反応空気洗浄手段27Dは図
2、図3に示した反応空気洗浄手段27B、27Cと同
様の作用効果を奏するとともに、先ず第1段で水以外の
洗浄液を収容した洗浄液タンク27−2で水では洗浄で
きないような空気(外気)中に微量に含まれる有害物質
を除去し、次いで第2段で、この空気を経路40を経て
水を収容した洗浄液タンク27−1へ供給し、この水で
再度洗浄して有害物質を充分に除去し、有害物質を充分
に除去した空気を水タンク21へ供給して加湿して、加
湿した空気を反応空気として燃料電池6の酸化剤極6b
に供給するようにしたので、有害物質と電解質との化学
反応に基づく電解質の変質、および電極触媒の酸素吸着
能の低下をより一層防ぐことができ、これらが原因で発
生するセル特性の低下を回避することができる。
施の形態を示す構成図である。燃料電池装置のシステム
S5は、市水を水処理装置37で水処理した水を経路3
8を経て水タンク21へ供給し、そして、フィルタ29
を経てポンプ30により空気(外気)を取り入れて空気
の供給経路31から水タンク21に直接供給し、そして
水タンク21に収容した洗浄液の水を定期的に排出する
手段34を設けた以外は、図1に示した燃料電池装置の
システムS1と同様になっている。水タンク21には、
市水を水処理装置37で水処理した水(例えば、純水)
が経路38を経て所定量供給され、所定のレベルに維持
される。一方、ポンプ30により取り入れられフィルタ
29を経て塵埃などを除去され空気(外気)は空気の供
給経路31を経て水タンク21へ供給される。そして水
タンク21へ供給された空気は水とよく接触、混合さ
れ、洗浄されて有害物質が除去される。
有害物質が除去され、かつ加湿された空気を反応空気と
して燃料電池6の酸化剤極6bに供給できる。そして、
空気の洗浄に用いた水タンク21に収容した水を水排出
用開閉弁36を自動的に、あるいは手動で開けて定期的
に排出する。そして排出後は、新たな水が水タンク21
へ供給されて所定のレベルに維持されるようにしたの
で、水タンク21において有害物質を常に連続して容易
に除去でき、有害物質を含む空気が水タンク21を経て
燃料電池6の酸化剤極6bに供給されるのを抑制・防止
できる。
水タンク21中の洗浄液を水としたが、洗浄液は水に限
定されず、他の洗浄液であってもよく、例えば有機化合
物であってもよい。
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明
の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例え
ば、本発明は、固体高分子型燃料電池あるいは直接メタ
ノール型燃料電池のように固体高分子膜を用いた燃料電
池を有する燃料電池装置に限らず、リン酸型など他の燃
料電池を用いた燃料電池装置についても用いることがで
きる。
気の供給経路に設けられ、燃料電池より生成する水以外
の水である洗浄液タンク中の洗浄液で空気を洗浄して酸
化剤極に供給することにより、そして洗浄液を定期的に
入れ替えることにより、酸化剤極にNOx、SOx、シ
アン化合物、硫黄化合物、芳香族化合物、アンモニアな
どの電池特性に悪影響を与える有害物質を含まない、清
浄な空気を常に供給することが可能となり、有害物質と
電解質との化学反応に基づく電解質の変質、および電極
触媒の酸素吸着能の低下を防ぎ、これらが原因で発生す
るセル特性の低下を防止できるので、信頼性が高く、長
寿命で耐久性が高くなるという顕著な効果を奏する。
の供給経路に設けられ、有機化合物の洗浄液タンク中の
洗浄液で空気を洗浄して酸化剤極に供給することによ
り、空気中の不純物を除去することができる。
段の洗浄液タンクを用いて空気を洗浄することにより、
空気のさらなる浄化を図ることができる上、特に、水を
用いた洗浄液タンクと、有機化合物の洗浄液を用いた洗
浄液タンクとを組み合わせることにより、多種類の不純
物を除去でき、また、このように複数段の洗浄液タンク
を用いた場合は、洗浄液の入れ替えは最低限上流側に配
された洗浄液タンクに対して行うだけで効果がある。
洗浄液が蓄えられた洗浄液タンクを水位差を設けて複数
個配し、水位差によって上方の洗浄液タンクから下方の
洗浄液タンクに洗浄液を供給するので、上方の洗浄液タ
ンクから下方の洗浄液タンクへ水を容易に供給できると
いう顕著な効果を奏する。
理して塵埃などの不純物を除去した水や有害物質を除去
した水あるいは水処理して得られる純水を洗浄液タンク
に供給するので、有害物質をよりよく除去できるという
顕著な効果を奏する。
す構成図である。
す構成図である。
す構成図である。
す構成図である。
す構成図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 燃料極に燃料ガスを、酸化剤極に空気を
供給することにより発電する燃料電池と、前記空気の供
給経路に設けられ、前記燃料電池より生成する水以外の
水である洗浄液が貯えられた洗浄液タンクと、前記洗浄
液タンク中に貯えられた前記洗浄液を定期的に入れ替え
る手段と、を有することを特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項2】 燃料極に燃料ガスを、酸化剤極に空気を
供給することにより発電する燃料電池と、前記空気の供
給経路に設けられ、有機化合物の洗浄液が貯えられた洗
浄液タンクと、前記洗浄液タンク中に貯えられた前記洗
浄液を定期的に入れ替える手段と、を有することを特徴
とする燃料電池装置。 - 【請求項3】 前記洗浄液タンクが前記空気の供給経路
に複数個連続して設けられ、少なくとも上流側に配され
た洗浄液タンク中に貯えられた洗浄液を定期的に入れ替
える手段を有することを特徴とする請求項1あるいは請
求項2記載の燃料電池装置。 - 【請求項4】 同じ洗浄液が蓄えられた洗浄液タンクを
水位差を設けて複数個配し、水位差によって上方の洗浄
液タンクから下方の洗浄液タンクに洗浄液を供給するこ
とを特徴とする請求項3記載の燃料電池装置。 - 【請求項5】 洗浄液として水を用いた洗浄液タンクに
供給する水が、水処理された水であることを特徴とする
請求項1、請求項3、または、請求項4のいずれかに記
載の燃料電池装置。
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