JP3915139B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素を含有する反応ガスの生成装置と、その生成装置から反応ガスの供給を受ける燃料電池とを備えた燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料の有しているエネルギを直接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知られている。燃料電池は、通常、電解質膜を挟んで一対の電極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素の燃料ガスを接触させ、また他方の電極の表面に酸素を含有する酸素含有ガスを接触させ、このとき起こる電気化学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り出すようにしている。
【０００３】
燃料電池に供給される燃料ガスの生成装置として、メタノールを水蒸気改質する改質器が知られている（例えば、特開平５−２１０７９号で示すもの）。この改質器におけるメタノールの水蒸気改質は、次のような化学反応により成り立っている。
【０００４】
ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2−２１．７kcal／mol …（１）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2＋９．８kcal／mol …（２）
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2−１１．９kcal／mol …（３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
改質反応自体を示す式（３）からわかるように、水蒸気改質による反応生成物のモル比率は、理論的には水素３に対して二酸化炭素１で、それ以外の反応生成物は生成しないはずである。しかし、現実には反応が１００％理想的に行なわれないために、反応の副生成物として一酸化炭素や、反応しなかった未反応メタノールが発生する。
【０００６】
この一酸化炭素は、燃料ガスを供給する電極側の電極触媒である白金または白金を含む合金に吸着して、白金の触媒としての機能を停止させる、いわゆる触媒の被毒状態を発生させる。一方、メタノールは、電解質膜を透過して他方側の電極に達し、ここで酸素含有ガス中の酸素と反応して、その酸素電極側の電位を低下させる。また、メタノールは、燃料ガスの流路を構成する金属製の配管を腐食したり、あるいは、燃料ガスの流路を構成するプラスチック製の配管を溶解する。
【０００７】
なお、現状の燃料電池のシステムにおいては、前記一酸化炭素やメタノールに起因する問題を最小限に抑えようと、燃料ガスの利用率を６０〜８０［％］といった低い利用率で運転を行なうことが一般的である。このため、燃料電池発電装置は、エネルギ効率が悪いといった問題も招いていた。
【０００８】
この発明の燃料電池発電装置は、これら問題に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒被毒、酸素電極の電位低下等を解消するとともに、エネルギ効率を向上させることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１０】
即ち、この発明の燃料電池発電装置（以下、基本構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）は、
水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備えることを特徴としている。
【００１１】
この基本構成の燃料電池発電装置によれば、発熱手段により反応槽が加熱されると、ハロゲン化水素酸分解促進触媒を用いた熱分解反応が引き起こされることになり、ハロゲン化水素酸から酸素と水素とが生成される。この水素は反応ガスとして燃料電池に供給される。熱分解反応によれば原理的に水素と酸素のみが発生して、一酸化炭素やメタノールといった電池機能低下の一因となる副生成物を生成しないので、燃料電池の触媒被毒、酸素電極の電位低下等の問題を解消することができる。また、上述したように副生成物を生成しないので、燃料電池での水素ガスの利用率を１００［％］とすることができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００１２】
上記基本構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池にて発生する熱を前記発熱手段に伝達する熱伝達手段を備える構成とすることが好ましい。
【００１３】
この構成（以下、第２の構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）によれば、燃料電池にて発生する熱を用いて発熱手段を発熱させることで、反応槽は加熱されることから、反応槽を加熱するための電気ヒータ等の特別な加熱手段を必要としない。従って、部品点数を低減して装置の簡略化を図ることができ、また、エネルギ効率の点でも優れている。さらには、燃料電池の発電量に応じて燃料電池の発生熱量が変化することから、燃料電池の発電量に応じてガス生成手段のガス発生量を自律的にフィードバック制御することができる。
【００１４】
また、上記構成の燃料電池発電装置において、燃料電池は、前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも高い温度で運転されるように構成され、さらに、前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路を備えるとともに、前記熱伝達手段は、前記冷却水流路に接続されて、前記冷却水を前記冷却水流路と前記発熱手段との間で循環させる循環手段を備える構成とすることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は反応槽における熱分解反応の発生温度よりも高い温度となり、燃料電池の周囲に配設された冷却水流路を流れる冷却水が発熱手段に送られるので、燃料電池の排熱により反応槽を十分に加熱することができる。このため、燃料電池に通常備えられる冷却水流路といった既存の構成をそのまま使用することができ、より一層の装置の簡略化を図ることができる。
【００１６】
また、上記第２の構成において、前記燃料電池は、前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも低い温度で運転されるように構成され、前記熱伝達手段は、前記燃料電池からの熱を前記熱分解反応の発生温度より高い温度に昇温させる熱量増大手段を備える構成としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は熱分解反応の発生温度よりも低い温度ではあるが、燃料電池からの熱が熱量増大手段により、熱分解反応の発生温度より高い温度に昇温されて発熱手段に伝達されるから、燃料電池からの熱を利用して反応槽の加熱が可能となる。従って、燃料電池で発生した熱を利用することができ、エネルギ効率の点で優れている。
【００１８】
上記の構成において、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路
を備えるとともに、
前記熱伝達手段は、
該冷却水流路に接続されて、前記冷却水を前記熱量増大手段を介して前記発熱手段に送る第１流路と、
前記熱量増大手段を迂回して、前記冷却水を前記冷却水流路から前記発熱手段に送る第２流路と、
前記燃料電池の運転時と停止時とを判別する判別手段と、
該判別手段により前記燃料電池の運転時が判別されたとき、前記第１流路を開き、前記燃料電池の停止時が判別されたとき、前記第２流路を開く制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、判別手段により燃料電池の運転時であると判別されると、制御手段により第１流路が開けられて、冷却水は加熱手段により加熱されて第１流路から発熱手段に送られる。一方、判別手段により燃料電池の停止時であると判別されると、制御手段により第２流路が開けられて、冷却水はそのまま第２流路から発熱手段に送られる。このため、燃料電池の停止時には、燃料電池の冷却水が加熱手段を経ることなく発熱手段に直接供給されるが、この冷却水は反応槽での熱分解反応の発生温度よりも低い温度であることから反応槽が冷却され、ガス生成手段での反応ガスの生成が速やかに停止される。従って、燃料電池からの熱を利用した反応槽の加熱を可能とした上で、燃料電池の停止時に反応ガスの発生を速やかに停止することができる。
【００２０】
第２の構成の燃料電池発電装置において、
前記燃料電池は、
前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも低い温度で運転されるように構成され、
さらに、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路と、
前記燃料電池の停止時を判別する判別手段と、
該判別手段により前記燃料電池の停止時が判別されたとき、前記冷却水流路の冷却水を前記発熱手段に送る配送手段と
を備える構成とすることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は熱分解反応の発生温度よりも低い温度となり、その上で、燃料電池燃料電池の停止時には、燃料電池の冷却水が、配送手段により発熱手段に配送されることから、反応槽が冷却され、ガス生成手段で反応のガスの発生が速やかに停止される。従って、燃料電池の停止時にガス発生を速やかに停止することができる。
【００２２】
上記構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池の停止時に、前記冷却水流路の冷却水を、前記反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料を貯える槽の周辺に送る手段を備える構成としてもよい。
【００２３】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は熱分解反応の発生温度よりも低い温度となり、その上で、燃料電池の停止時に、燃料電池の冷却水が発熱手段に加えて、反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料を貯える槽の周辺に送られる。このため、反応槽に加えて反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料が冷却され、ガス生成手段で反応のガスの発生がより一層速やかに停止される。従って、燃料電池の停止時にガス発生をより一層速やかに停止することができる。
【００２４】
また、上記基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池の電極に供給された反応ガスを前記燃料電池から排出する反応ガス排出路と、該反応ガス排出路を閉じる閉塞手段とを備える構成とすることが好ましい。
【００２５】
基本構成の燃料電池発電装置では、原理的に水素と酸素のみが発生して、副生成物は発生しないことから、燃料電池でのガス利用率を１００［％］にして運転することが可能である。このため、上記構成に示すように、燃料電池の反応ガス排出路を閉塞手段により閉塞した状態で運転することができる。負荷が増大し、燃料電池の出力が増大した場合を考えてみると、この場合、燃料電池には発電のためにより多くの反応ガスが必要となる。燃料電池の燃料ガス出口は閉塞手段により閉じられているから、ガス生成手段から燃料電池に至る反応ガス供給路内の水素ガスが消費されて、ガス圧力が低下する。ガス生成手段の圧力が低くなるので、ガス発生手段から発生するガス量も増大する。このように燃料電池の出力増加に対応して、ガス発生量も増大する。
【００２６】
一方、負荷が減少し、燃料電池の出力が減少する場合には、燃料電池には発電のために必要な反応ガスが減少する。燃料電池の反応ガス出口は閉塞手段により閉じられているから、ガス生成手段から燃料電池に至る反応ガス供給路内の水素ガスは消費されず、ガス圧力が上昇する。ガス生成手段の圧力が高くなるので、ガス生成手段から発生するガス量も低下する。このように燃料電池の出力減少に対応して、ガス発生量も減少する。従って、ガス生成手段と燃料電池とは連携制御することなしに、相互の熱の収支により、自律的に連携運転を実現することができる。
【００２７】
基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池から電気化学反応に伴って発生する水蒸気を凝縮して水を回収する水回収手段と、該水回収手段に回収された水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として用いる水利用手段とを備える構成としてもよい。
【００２８】
燃料電池は、一般に、発電に伴いカソード側電極で水蒸気を発生することから、上記構成の燃料電池発電装置では、水回収手段により、その水蒸気を凝縮して水を回収し、その水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として水利用手段により用いる。このため、反応槽側からみれば、材料が燃料電池の運転に伴って順次補給されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくてすむ。燃料電池からみれば、カソード側残ガスをそのまま排出すると、大気に放出された残ガスが白煙を上げることになるが、そうした現象を防止することができる。
【００２９】
基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、
ハロゲンを貯えるハロゲン槽と、
水を貯える水槽と、
前記ハロゲン槽と水槽からハロゲンと水をそれぞれ前記反応槽に送る送付手段と、
を備え、
前記発熱手段は、
前記反応槽の付近に配設され、
さらに、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから水素を精製する水素精製手段
を備える構成とすることが好ましい。
【００３０】
この構成の燃料電池発電装置（以下、第３の構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）によれば、送付手段によりハロゲン槽からハロゲンが、水槽から水がそれぞれ反応槽に供給されて、反応槽にはハロゲンと水とを反応させて得られるハロゲン化水素酸が収容される。この反応槽が発熱手段により加熱されると、そのハロゲン化水素酸がハロゲン化水素酸分解促進触媒を用いて熱分解して、水素とハロゲンガスの混合ガスが発生する。この混合ガスは、水素精製手段により精製され、水素だけが生成される。このため、上記燃料電池発電装置では、ハロゲンと水とを原料とする熱分解反応を容易に行なうことができる。
【００３１】
上記構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池にて発生する熱を、前記ハロゲン槽および／または水槽に伝達する手段を備える構成とすることもできる。
【００３２】
この構成によれば、燃料電池にて発生する熱にてハロゲン槽および／または水槽が加熱されることから、ハロゲン化水素酸を生成する材料であるハロゲンや水を貯えるハロゲン槽および／または水槽を予備加熱するための電気ヒータ等の特別な加熱手段を必要としない。熱分解反応では加熱する必要があるが、反応槽に常温の水をそのまま供給すると、反応槽の温度が低下したり、温度が安定しないために、予め水槽やハロゲン槽を加熱しておき、昇温済みの水やハロゲンを反応槽に供給する手法が適当である。このため、電気ヒータ等の特別な加熱手段を必要とするが、上記構成によれば、加熱手段が不要となり、装置の構成を簡略化することができ、さらには、加熱手段用のエネルギが不要であることから、エネルギー効率を高めることをできる。
【００３３】
上記第３の構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから酸素を精製する酸素精製手段
を備え、
さらに、
前記酸素精製手段で精製された酸素を前記燃料電池に送る酸素ガス供給路
を備える構成としてもよい。
【００３４】
この構成の燃料電池発電装置（以下、第４の構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）では、反応槽により得られる水素に加えて酸素も燃料電池に供給されることから、装置全体のエネルギ効率の点で優れている。
【００３５】
上記構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記ガス生成手段から前記酸素ガス供給路を介して酸素ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された酸素ガスの残り分を排出する酸素ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第１弁体と、
前記酸素ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第２弁体と、
前記反応ガス排出路中のガス圧を検出する第１圧力センサと、
前記酸素ガス排出路中のガス圧を検出する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサで検出されたガス圧と前記第２圧力センサで検出されたガス圧との圧力差を求める算出手段と、
前記第１弁体および第２弁体の開度を調整することにより、前記算出手段により求められる圧力差を予め定められた所定値に制御する制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００３６】
この構成の燃料電池発電装置によれば、制御手段により第１弁体と第２弁体の開度を調整することにより、算出手段により求められる反応ガス排出路中のガス圧と酸素ガス排出路中のガス圧との圧力差が所定値に制御される。
【００３７】
燃料電池では発電にともないアノードでは水素を消費し、カソードでは酸素を消費する。その時の消費する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。これに対して、反応槽における熱分解反応により発生する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。従って、理論通りであれば、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ接続すれば、ガスが過不足なく消費される。しかしながら、現実には、燃料電池、ガス生成手段とも、各々の部位における水素、酸素のガス圧力が違ったり、水素供給路と酸素供給路との配管内部の容積が違ったりして、必ずしも上述のように、単純に、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ供給すれば、ガスが過不足なく消費されるというものではない。
【００３８】
この構成の燃料電池発電装置は上記点に鑑みてなされたもので、上述したように反応ガス排出路中のガス圧と酸素ガス排出路中のガス圧との圧力差を所定値に制御することにより、反応ガス、酸素ガスの両方の系統のガス流量を制御することにより、ガス生成手段から生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池で消費させることができる。従って、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、装置の安全性を向上できる。
【００３９】
第３の構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する弁体と
を備えるとともに、
前記水素精製手段は、
水素を選択的に透過するろ過膜
を備え、
さらに、
前記ろ過膜の前後の圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記弁体の開度を調整することにより、前記圧力差検出手段により検出される圧力差を予め定められた所定範囲内に収める制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００４０】
この構成の燃料電池発電装置によれば、制御手段により弁体の開度を調整することにより、圧力差検出手段により検出される圧力差、即ち、水素精製手段のろ過膜の前後の圧力差を、制御手段により、予め定められた所定範囲内に収める。一般に、ろ過膜による水素精製手段の水素精製量は、ろ過膜の両側の圧力差に依存しており、上記構成のようにその圧力差を所定範囲内に収めることにより、水素精製量を一定にすることができる。従って、ガス生成手段において、配管内部の圧力が変動したり、燃料電池側の配管内部の圧力が変動したりしても、常に、所望の量の水素を連続かつ安定して生成することができる。
【００４１】
第４の構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記ガス生成手段から前記酸素ガス供給路を介して酸素ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された酸素ガスの残り分を排出する酸素ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第１弁体と、
前記酸素ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第２弁体と、
前記水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量を検出する第１センサと、
前記酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量を検出する第２センサと、
前記第１弁体および第２弁体の開度をそれぞれ調整することにより、前記第１センサで検出される流量と前記第２センサで検出される流量との比率を、前記燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致させる制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００４２】
この構成の燃料電池発電装置によれば、制御手段により第１弁体と第２弁体の開度を調整することにより、水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量と酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量との比率が、燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致するように制御される。
【００４３】
燃料電池では発電にともないアノードでは水素を消費し、カソードでは酸素を消費する。その時の消費する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。これに対して、反応槽での熱分解反応で発生する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。従って、理論通りであれば、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ接続すれば、ガスが過不足なく消費される。しかしながら、現実には、燃料電池、ガス生成手段とも、各々の部位における水素、酸素のガス圧力が違ったり、水素供給路と酸素供給路との配管内部の容積が違ったりして、必ずしも上述のように、単純に、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ供給すれば、ガスが過不足なく消費されるというものではない。
【００４４】
さらには、水素ガス精製手段、酸素ガス精製手段とも、厳密には、所望のガスが１００％完全に分離されるわけではなく、一部は不要なガス成分と一緒に分離されないままにオフガスとして排出されてしまうことがある。この分離される割合は、水素ガス精製手段と酸素ガス精製手段とで、装置の原理的な違いや運転条件の違いが相違することから、水素ガスと酸素ガスとの生成される割合は、上記２：１の割合からズレが生じる。このためにも、ガスが過不足なく消費されるように積極的に制御する必要がある。
【００４５】
この構成の燃料電池発電装置は上記点に鑑みてなされたもので、上述したように、水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量と酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量との比率が、燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致するように制御することにより、ガス生成手段から生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池で消費させることができる。従って、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、装置の安全性を向上できる。
【００４６】
基本構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残余分を排出する反応ガス排出路
を備えるとともに、
前記発熱手段は、
前記反応ガス排出路からの反応ガスを燃焼させて熱を発するもの
である構成としてもよい。
【００４７】
この構成によれば、燃料電池から排出される反応ガスの残余分を燃焼させて発生する熱にて反応槽が加熱されることから、反応槽を加熱するための燃料を新たに必要としない。従って、エネルギ効率を高めることができる。さらには、燃料電池から排出される反応ガスの残余分は当然水素が含まれることから、装置外への排出は難しく、その処分のために特別な装置が必要であったが、上記構成によりその処分のための装置が不要となり装置の簡略化を図ることもできる。
【００４８】
また、基本構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを貯える貯留手段
を備えるとともに、
前記発熱手段は、
前記貯留手段に貯えられた反応ガスを燃焼させて熱を発するもの
である構成としてもよい。
【００４９】
この構成によれば、ガス生成手段により生成される反応ガスを利用して反応槽の加熱が可能であることから、反応槽の加熱用の燃料を特別に必要としない。従って、装置のエネルギ効率を高めることができる。
【００５０】
第１または第２の構成（または請求項１６または１７記載の構成）の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを貯える貯留手段と、
前記燃料電池の起動時に、前記貯留手段に貯えられた反応ガスを前記反応ガス供給路から前記燃料電池に送る起動時反応ガス供給手段と
を備える構成としてもよい。
【００５１】
一般に、燃料電池発電装置の起動時においては、ガス生成手段が十分に働くまでタイムラグがあるが、この構成によれば、起動後、燃料電池に直ちに燃料を供給することができる。
【００５２】
また、通常、燃料電池発電装置の起動時においては、燃料電池が未だ運転されていないことから、その燃料電池の排熱を利用して反応槽を加熱すること（第２の構成のもの）も、あるいは燃料電池からの反応ガスの残余分を燃焼させて反応槽を加熱すること（請求項１６記載のもの）も不可能である。このため、起動時専用の電気ヒータを設ける必要があった。これに対して、上記構成の燃料電池発電装置では、起動時においては、貯留手段に貯えた反応ガスが燃料電池に供給されることから、起動時にはガス生成手段の運転が不要となり、前述した起動時専用の電気ヒータを設ける必要がない。この結果、装置構成の簡略化を図ることができる。なお、起動後においては、燃料電池が運転を開始することから、その燃料電池の排熱を利用したり、燃料電池からの反応ガスの残余分を燃焼させて反応槽を加熱するようにすればよい。
【００５３】
基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、
前記燃料電池から排出される残余分の反応ガスと外部から供給される酸素含有ガスとから水を生成する水生成手段と、
該水生成手段により生成された水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として用いる水利用手段と
を備える構成としてもよい。
【００５４】
この構成によれば、反応槽で収容されるハロゲン化水素酸を生成する材料としての水が、燃料電池の運転に伴って水生成手段により順次生成されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくて済む。また、燃料電池からみれば、水素ガスを含むアノード側残ガスをそのまま大気中に放出する訳には行かないので、この構成によりその残ガスを有効利用することができ、装置全体としてのエネルギ効率を高めることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。
【００５６】
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池発電システム１の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１は、電気を発生するりん酸型の燃料電池スタックＦＣと、熱分解反応により水から水素ガスを製造するガス生成装置Ｇと、ガス生成装置Ｇで製造された水素ガスを燃料ガスとして燃料電池スタックＦＣに送る燃料ガス供給通路３を備える。さらに、この燃料電池発電システム１には、燃料電池スタックＦＣ内の冷却プレート（後述する）に流れる冷却水をガス生成装置Ｇに循環させる冷却水循環路５を備える。
【００５７】
燃料電池スタックＦＣの構成について次に説明する。
燃料電池スタックＦＣは、前述したようにりん酸型の燃料電池であり、その単一セル構造として、図２の構造図および図３の分解斜視図に示す構造を備える。即ち、これら図に示すように、そのセルは、電解質１１と、この電解質１１を両側から挟んでサンドイッチ構造とするガス拡散電極としてのアノード１２およびカソード１３と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード１２およびカソード１３とで燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成するセパレータ１４，１５と、セパレータ１４，１５の外側に配置されアノード１２およびカソード１３の集電極となる集電板１６，１７とにより構成されている。
【００５８】
電解質１１は、液体状の濃厚りん酸を含浸させた炭化ケイ素のマトリックス（りん酸を含浸保持させる基材）からなる。アノード１２およびカソード１３は、炭素質の多孔板の基体からなり、この基体の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金等を担持したカーボン粉が塗布されている。
【００５９】
白金を担持したカーボン粉は次のような方法で作成されている。塩化白金酸水溶液とチオ硫酸ナトリウムを混合して、亜硫酸白金錯体の水溶液を得る。この水溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を摘下して、水溶液中にコロイド状の白金粒子を析出させる。次に担体となるカーボンブラック（例えば Vulcan XC-72 （米国の CABOT社の商標）やデンカブラック（電気化学工業株式会社の商標））を添加しながら、攪拌し、カーボンブラックの表面にコロイド状の白金粒子を付着させる。次に溶液を吸引ろ過または加圧ろ過して白金粒子が付着したカーボンブラックを分離した後、脱イオン水（純水）で繰り返し洗浄した後、室温で完全に乾燥させる。次に、凝集したカーボンブラックを粉砕器で粉砕した後、水素還元雰囲気中で、２５０〜３５０［℃］で２時間程度加熱することにより、カーボンブラック上の白金を還元するとともに、残留していた塩素を完全に除去して、白金を担持したカーボン粉が完成する。
【００６０】
セパレータ１４，１５は、ち密質のカーボンプレートにより形成されている。アノード１２側のセパレータ１４は、アノード１２の表面とで燃料ガスである水素ガスの流路をなすと共にアノード１２で生成する水の集水路をなす水素ガス流路１４Ｐを形成する。また、カソード１３側のセパレータ１５は、カソード１３の表面とで材料ガスである酸素ガスの流路をなす酸素ガス流路１５Ｐを形成する。集電板１６，１７は、銅（Ｃｕ）により形成されている。
【００６１】
以上説明したのがりん酸型燃料電池の単一セルの構成であり、こうしたセルを複数積層したものが燃料電池スタックＦＣである。図４は、燃料電池スタックＦＣの全体構造を示す構造図である。なお、図４中、図２，図３と同じ構成の部品に対しては同一の符号を付した。
【００６２】
図４に示すように、燃料電池スタックＦＣは、図２，図３で示した電解質１１、アノード１２およびカソード１３からなるサンドイッチ構造２０をセパレータ２１で挟んで複数積層したものである。このセパレータ２１は、図１，図２で示した単電池のセパレータ１４，１５と同じ材料からなり、アノード１２と接する側面に水素ガス流路１４Ｐを形成し、カソード１３と接する側面に酸素ガス流路１５Ｐを形成する。なお、図中、最も右側に位置するサンドイッチ構造２０Ｒの外側には、水素ガス流路１４Ｐだけを形成するセパレータ１４（図２，図３と同じもの）が配置され、最も左側に位置するサンドイッチ構造２０Ｌの外側には、酸素ガス流路１５Ｐだけを形成するセパレータ１５が配置されている。
【００６３】
さらに、燃料電池スタックＦＣは、これらセパレータ１４，１５の外側に配置される冷却プレート２２，２３と、冷却プレート２２，２３のさらに外側に配置される集電板１６，１７と、これら全体を両側から絶縁板２４，２５を介して挟むエンドプレート２６，２７とを備え、さらにエンドプレート２６，２７を外側から締め付ける締め付けボルト２８とを備える。
【００６４】
冷却プレート２２，２３は、内部に冷却水流路を備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成となっている。なお、冷却プレート２２，２３に接続される流路の集合部付近のＡ点，Ｂ点と冷却水循環路５とが接続されることで、冷却プレート２２，２３に流れる冷却水は、冷却水循環路５を介してガス生成装置Ｇに送られる。
【００６５】
なお、図４において、この燃料電池スタックＦＣは、セルを３つ備える構成としたが、必ずしもこの数に限る必要はなく幾つでもよい。また、この燃料電池スタックＦＣは、冷却プレートをスタックの両端に２つ備える構成としたが、さらに、単セルと単セルとの間にも冷却プレートを配置する構成としてもよい。
【００６６】
ガス生成装置Ｇの構成について次に説明する。図５は、ガス生成装置Ｇの概略構成図である。この図に示すように、ガス生成装置Ｇは、熱分解反応を段階的に行なう２つの反応槽３０，５０を備える。なお、これ以後、初段の反応槽３０を予備反応槽と呼ぶことにより、後段の反応槽５０と区別する。
【００６７】
図６は、予備反応槽３０の内部を示す概略構成図である。この図６と図５に示すように、予備反応槽３０は、蓋３１を有する容器３２を備えており、この蓋３１には、その差し込み位置が容器３２内の液面より上方に位置する第１ないし第３の管路３３，３４，３５と、差し込み位置が容器３２内の液面より下方に位置する第４および第５の管路３６，３７とがそれぞれ接続されている。
【００６８】
第１の管路３３には、ガス生成装置Ｇの外部に設けられてハロゲンであるヨウ素（Ｉ2 ）を貯えるハロゲン槽４１が接続されており、ポンプ４２によりＩ2 がこの第１の管路３３を介して予備反応槽３０に送られる。また、第２の管路３４には、ガス生成装置Ｇの外部に設けられて水（Ｈ2Ｏ ）を貯える水槽４３が接続されており、ポンプ４４によりＨ2Ｏ がこの第２の管路３４を介して予備反応槽３０に送られる。第３の管路３５は、外部に接続されており、予備反応槽３０で発生したガス（ここでは、Ｏ2ガス ）をポンプ４６により外部に排出する。
【００６９】
第４の管路３６および第５の管路３７は、反応槽５０に接続されており、両管３６，３７にそれぞれ設けられたポンプ４８，４９により予備反応槽３０中の溶液（ＨＩの溶解したＨ2Ｏ ）を反応槽５０との間で循環させる。
【００７０】
また、予備反応槽３０の容器３２には、羽根車３８（図６）が設けられており、この羽根車３８により容器３２内の溶液を攪拌している。容器３２の外周には、発熱手段としての冷却プレート３９ａ，３９ｂが配設されている。冷却プレート３９ａ，３９ｂは、内部に冷却水流路を備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成となっている。
【００７１】
図７は、反応槽５０の内部を示す概略構成図である。この図７と図５に示すように、反応槽５０は、予備反応槽３０と同様に蓋５１を有する容器５２を備えたものであり、この蓋５１には、予備反応槽３０に接続される第４の管路３６が容器５２内の液面より上方まで差し込まれている。また、蓋５１には、その差し込み位置が容器５２内の液面より上方に位置する第６の管路５４が接続されている。さらに、容器５２の下方には予備反応槽３０に接続される上記第５の管路３７が接続されている。
【００７２】
上記第６の管路５４は、水素ガス精製器６０に接続されており、反応槽５０で発生したガス（ここでは、Ｈ2とＩ2の混合ガス）をポンプ６２により水素ガス精製器６０に送る。
【００７３】
また、反応槽５０には、活性炭、特に活性炭の表面をアルカリ、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）やＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）などのアルカリ溶液で処理し、活性炭表面に塩基性表面官能基を付与したものを用いることが望ましい。この活性炭は、反応槽５０内に供給されたハロゲン化水素酸の熱分解を促進する触媒の働きをするものである。なお、この活性炭に加え、還元剤の役目を果たす、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ2 ）、酸化鉛（Ｐｂ2Ｏ3）、酸化白金（ＰｔＯ）、チタン等を加えるのも好適である。
【００７４】
また、反応槽５０の容器５２には、羽根車５８（図７）が設けられており、この羽根車５８により容器５２内の溶液を攪拌している。容器５２の外周には、冷却プレート５９ａ，５９ｂが配設されている。冷却プレート５９ａ，５９ｂは、内部に冷却水流路を備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成となっている。なお、この冷却プレート５９ａ，５９ｂと前述した予備反応槽３０側の冷却プレート３９ａ、３９ｂとは連結されており、その上で、冷却水循環路５を介して燃料電池スタックＦＣ内の冷却プレート２２，２３に接続されている。燃料電池スタックＦＣの運転に伴い発生する熱は、りん酸型のものでは１７０〜２２０℃近くになるが、上記構成により、この熱は冷却水循環路５を介して予備反応槽３０に伝達されることになる。
【００７５】
冷却水循環路５を流れる冷却水は、一般的な水ではあるが、りん酸型燃料電池の運転温度は前述したように１００℃以上となることから、沸騰しないように循環ポンプ９０により加圧されつつ循環される。冷却水としては、燃料電池スタックＦＣの運転温度よりも沸点の高い液体状の熱媒体、例えばシリコンオイルを用いる構成としてもよい。
【００７６】
水素ガス精製器６０は、反応槽５０から送られてきたＨ2とＩ2の混合ガスからＨ2 ガスを精製するもので、具体的には、水素を選択的に透過するろ過膜を備える水素ろ過器から構成される。ここで上記ろ過膜は、多孔質性のセラミックスまたは金属の表面に、緻密なパラジウムの膜をメッキや蒸着、スパッタリングなどの物理的または化学的な方法で形成したもので、このパラジウム膜の両側の圧力差を一定以上に保つことにより、パラジウム膜の内部を水素のみが選択的に透過するようにしたものである。
【００７７】
なお、図６および図７に示すように、第１ないし第６の管路３３〜３７，５４には、各反応槽３０，５０への接続口付近に設けられるバルブ７１〜７８を備えており、任意の時期に各管路３３〜３７，５４の開閉が可能である。
【００７８】
以上のように構成されたガス生成装置Ｇの作用について次に説明する。ハロゲン槽４１から第１の管路３３を介してＩ2 が、水槽４３から第２の管路３４を介してＨ2Ｏ がそれぞれ予備反応槽３０に供給され、その上で、燃料電池スタックＦＣからの熱で予備反応槽３０が６０℃以上好ましくは８０℃以上に加熱されると、予備反応槽３０では次式（４）で示す反応が発生する。
Ｈ2Ｏ ＋ Ｉ2 → ２ＨＩ ＋ （１／２）Ｏ2 …（４）
【００７９】
（４）式の反応で発生したＯ2 ガスは第３の管路３５を介して外部に排出される。一方、（４）式の反応で発生する２ＨＩは過剰のＨ2Ｏの存在下でＨ2Ｏに溶けた状態で、第４の管路３６を介して反応槽５０に送られる。そして、燃料電池スタックＦＣからの熱で反応槽５０が加熱されると、次式（５）で示す反応が発生する。
２ＨＩ → Ｈ2 ＋ Ｉ2 …（５）
【００８０】
（５）式で示す反応は、活性炭を用いた熱分解反応であり、８０℃以上好ましくは１４０℃以上程度の低温で熱分解が可能となる。（５）式の反応で発生するＨ2 とＩ2 の混合ガスは管路５４を介して水素ガス精製器６０に送られ、ここでＨ2 ガスに精製される。なお、第４の管路３６から供給されたＨＩの溶液は（５）式の反応で薄くなることから、この薄くなった溶液を第５の管路３７から予備反応槽３０に送ることにより、ＨＩの溶液を予備反応槽３０と反応槽５０との間で循環させて反応槽５０中のＨＩの濃度を濃い状態に保っている。
【００８１】
燃料ガス供給通路３は、ガス生成装置Ｇの排出側と燃料電池スタックＦＣの水素ガス流路１４Ｐとを接続する管路である。詳細には、燃料電池スタックＦＣに備えられる複数の水素ガス流路１４Ｐの流入側は図示しないマニホールドでまとめられており、このマニホールドとガス生成装置Ｇの水素ガス精製器６０の排出口との間に燃料ガス供給通路３は接続されている。
【００８２】
以上詳述したように、この第１実施例の燃料電池発電システム１では、ガス生成装置Ｇで熱分解反応により水から水素ガスを生成し、この水素ガスを燃料ガスとして燃料電池スタックＦＣに供給するように構成されている。熱分解反応によれば原理的に水素と酸素のみが発生して、一酸化炭素やメタノールといった電池機能低下の一因となる副生成物を生成しないので、燃料電池の触媒被毒、酸素電極の電位低下等の問題を解消することができる。また、副生成物を生成しないので、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの利用率を１００［％］とすることができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００８３】
また、この第１実施例によれば、冷却水を冷却水循環路５を介して燃料電池スタックＦＣとガス生成装置Ｇとの間で循環させていることから、りん酸型燃料電池の高熱の排熱によりガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱することができる。このため、両反応槽３０，５０を加熱するためのヒータ等の加熱手段を別途設ける必要がないことから、ガス生成装置Ｇの構成を簡略化することができる。また、燃料電池スタックＦＣの排熱をガス生成装置Ｇで利用することができることから、燃料電池発電システム１の全体のエネルギ効率を高めることもできる。さらには、燃料電池の発電量に応じて燃料電池の発生熱量が変化することから、燃料電池の発電量に応じてガス生成装置Ｇのガス生成量を自律的にフィードバック制御することができ、制御が容易である。
【００８４】
なお、第１実施例の燃料電池発電システム１において、冷却水循環路５の途中には、図示はしないがラジエータを設ける構成としてもよい。この構成によれば、冷却水の温度を調整することができることから、燃料電池スタックＦＣ内の温度を容易に制御することが可能となる。
【００８５】
また、上記燃料電池発電システム１において、りん酸型の燃料電池に換えて、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、直接メタノール型燃料電池等を用いる構成としてもよい。要は、この燃料電池発電システム１では、運転温度がガス生成装置Ｇの加熱温度よりも高くなるような上述した燃料電池を使用することができる
【００８６】
なお、上記第１実施例では、燃料電池スタックＦＣの冷却水を、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０の周囲に配送するように構成されていたが、これに加えて、図８に示すように、ハロゲン槽４１および水槽４３の周囲にも冷却水系統に接続される冷却プレート９２を設けて、ハロゲン槽４１および水槽４３の周囲に冷却水を配送する構成としてもよい。この構成によれば、燃料電池にて発生する熱にてガス生成装置の予備反応槽３０および反応槽５０に加えてハロゲン槽４１および水槽４３も加熱されることから、熱分解反応の材料の加熱がなされる。この結果、ハロゲン槽４１、水槽４３を予備加熱するための電気ヒータ等の特別な加熱手段を設けることなしに、熱分解反応の促進を図ることができる。従って、システム全体の構成を簡略化することができるとともに、加熱手段用のエネルギが不要であることから、エネルギー効率を高めることもできる。
【００８７】
また、上記構成では、ガス生成装置Ｇ、ハロゲン槽４１および水槽４３の全てを冷却水の熱にて加熱していたが、ガス生成装置Ｇに加えて、ハロゲン槽４１または水槽４３のいずれか一方を加熱する構成としてもよい。あるいは、ガス生成装置Ｇを除いたハロゲン槽４１または水槽４３のいずれか一方を加熱する構成としてもよい。
【００８８】
なお、上記第１実施例では、燃料電池スタックＦＣの冷却水をガス生成装置Ｇに送ることで、燃料電池の高熱の排熱によりガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱していたが、これに換えて、ガス生成装置Ｇをバーナ等の他の加熱手段で加熱するように構成してもよい。この構成によれば、第１実施例に比べて加熱手段が別途必要ではあるが、第１実施例と同様に、熱分解反応にて水から水素を生成していることから、水素と酸素以外の副生成物を生成することがない。このため、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの利用率を１００［％］とすることができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００８９】
本発明の第２実施例について次に説明する。図９は、本発明の第２実施例としての燃料電池発電システム１２０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１２０は、第１実施例の燃料電池発電システム１と比較して、燃料電池スタックＦＣ２と冷却水循環路１２５との構成が相違し、その他の構成、即ち、ガス生成装置Ｇの構成と燃料ガス供給通路３の構成とが同一の構成である。
【００９０】
この第２実施例の燃料電池スタックＦＣ２は、固体高分子型の燃料電池スタックである。固体高分子型の燃料電池スタックＦＣ２は、電解質として高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたイオン交換膜を使用しており、その他の構成は第１実施例で示したりん酸型のものとほぼ同じである。なお、固体高分子型の燃料電池は、約８０℃の運転温度で運転される。
【００９１】
冷却水循環路１２５は、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水流路に接続される第１の循環路１２５ａと、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０周辺に配設された冷却プレート３９ａ，３９ｂ，５９ａ，５９ｂに接続される第２の循環路１２５ｂとから構成され、第１の循環路１２５ａと第２の循環路１２５ｂとの間に、ヒートポンプ１２９が配設されている。ヒートポンプ１２９は、低温側から高温側への熱の伝達を可能とする周知のものであり、燃料電池スタックＦＣ２の運転に伴い発生する熱を、ガス生成装置Ｇの運転温度よりも高い温度に昇温している。
【００９２】
即ち、この第２実施例の燃料電池発電システム１２０では、燃料電池スタックＦＣ２が固体高分子型のもので、運転温度が低いことから、冷却水の熱をヒートポンプ１２９により一旦昇温させてから、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０に送っている。従って、この第２実施例の燃料電池発電システム１２０では、第１実施例と同様に、燃料電池スタックＦＣ２の排熱をガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０の加熱に利用することができることから、燃料電池発電システム１２０の全体のエネルギ効率を高めることができる。なお、この実施例では、ガス生成装置Ｇの反応槽３０、５０の加熱のためにヒートポンプ１２９を設けているが、これは、冷却水を補助的に加熱するものであることから、ヒートポンプ１２９の加熱能力はそれほど高くする必要がなく、コンパクトなもので十分である。従って、第１実施例と同様に、ガス生成装置の構成の簡略化を図る効果も奏する。
【００９３】
こうした構成の燃料電池発電システム１２０は、運転温度がガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０の加熱温度よりも低い燃料電池を用いた構成に適用することができる。即ち、固体高分子型の燃料電池に換えて、アルカリ型燃料電池やフッ素系イオン交換膜を用いた再生式燃料電池等を用いる構成としてもよい。
【００９４】
本発明の第３実施例について次に説明する。図１０は、本発明の第３実施例としての燃料電池発電システム１３０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１３０は、第１実施例の燃料電池発電システム１と比較して、冷却水循環路１０５の周辺の構成が相違するだけで、その他の構成については同一のものである。
【００９５】
冷却水循環路１０５には、循環する冷却水を分配する分配器１３２と、分配器１３２で分配された冷却水を冷却水循環路１０５に戻す管路１３４と、該管路１３４に配設されるラジエータ１３６とを備える。分配器１３２による冷却水の分配量は、燃料電池スタックＦＣの発熱量のうちのどれだけの割合をガス生成装置Ｇへ供給すれば、ガス生成装置Ｇの加熱を適正に行なうことができるかを予め調べて、その割合に応じて一定の値に定められている。
【００９６】
かかる構成の燃料電池発電システム１３０では、ガス生成装置Ｇに与えられる熱量は、分配器１３２により適正に調整される。このため、燃料電池スタックＦＣの必要とする水素ガスを、ガス生成装置Ｇにより適量だけ発生させることができる。
【００９７】
本発明の第４実施例について次に説明する。図１１は、本発明の第４実施例としての燃料電池発電システム１４０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１４０は、ガス生成装置Ｇと、燃料電池スタックＦＣと、両者を結ぶ燃料ガス供給通路３とを備える。ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣおよび燃料ガス供給通路３は、第１実施例と同一のものであり、第１実施例と同じ番号を付けた。なお、第１実施例にあった冷却水循環路５はこの実施例にはない。図１１中、燃料電池スタックＦＣの冷却水経路については省略してあるが、実際は、燃料電池スタックＦＣの冷却水流路に接続される循環路を備えており、この循環路途中に設けたラジエータで冷却水を冷やしつつその冷却水を燃料電池スタックＦＣの周辺に循環させている。
【００９８】
なお、燃料電池スタックＦＣに備えられる複数の水素ガス流路１４Ｐの排出側は図示しないマニホールドでまとめられており、このマニホールドは燃料ガス排出通路１４２に接続されているが、この第４実施例では、この燃料ガス排出通路の途中（できるだけ上流側）に背圧調整バルブ１４４が設けられている。
【００９９】
背圧調整バルブ１４４は、通常、閉状態にあり、燃料ガス排出通路１４２を閉塞している。燃料ガス排出通路１４２の配管内部の圧力が所定値以上の値になると、開状態となり、燃料ガスが放出されて、配管内部の圧力を前記所定値に戻す。この背圧調整バルブ１４４を用いることにより、燃料電池スタックＦＣの出力の停止に伴って燃料ガス排出通路内の圧力が急激に上昇することを防止することができる。
【０１００】
通常、負荷が増大し、燃料電池スタックＦＣの出力が増大すると、この時、燃料電池スタックＦＣでは発電のためにより多くの水素ガスが必要となる。これに対して、この第４実施例の燃料電池発電システム１４０では、燃料電池スタックＦＣの燃料ガス排出通路１４２は背圧調整バルブ１４４で閉じられていることから、出力が増大すると、ガス生成装置Ｇから水素ガス流路１４Ｐの排出口までの間の通路内の水素ガスが消費されて、そのガス圧力が低下し、この結果、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０から発生するガス量は増大する。従って、負荷増大時に、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの消費量が増大すると、その増大分だけ、ガス生成装置Ｇでは自律的にガス発生量をフィードバック制御する。
【０１０１】
一方、負荷が減少し、燃料電池スタックＦＣの出力が減少すると、この時、燃料電池スタックＦＣでは必要な水素ガス量が減少する。これに対して、燃料電池スタックＦＣの燃料ガス排出通路１４２は背圧調整バルブ１４４で閉じられていることから、出力が低下すると、ガス生成装置Ｇから水素ガス流路１４Ｐの排出口までの間の通路内の水素ガスは十分に消費されず、そのガス圧力が上昇し、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０から発生するガス量は減少する。従って、負荷減少時に、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの消費量が減少すると、その減少分、ガス生成装置Ｇでは自律的にガス発生量をフィードバック制御する。
【０１０２】
従って、この燃料電池発電システム１４０では、燃料電池スタックＦＣにおけるガスの使用量に応じてガス生成装置Ｇのガス発生量が自律的に調整される。このため、燃料電池スタックＦＣの運転状態に応じた適正な量の燃料ガスをガス生成装置Ｇにおいて生成することができる。しかも、この燃料電池発電システム１４０は、電子技術を使った強制的なガス発生量の調整装置を備えるものではないことから、簡略化された構成で燃料電池発電システムを実現することができる。
【０１０３】
なお、この第４実施例において、背圧調整バルブ１４４に換えて、単なる開閉バルブを用いる構成としてもよい。燃料電池スタックＦＣの運転時には、この開閉バルブを閉状態とすることで、ガス生成装置Ｇから水素ガス流路１４Ｐの排出口までの間の配管内の圧力を一定とする。かかる構成によっても、第４実施例と同様の効果を奏することができる。
【０１０４】
また、第４実施例において、第１実施例と同じ冷却水循環路を設ける構成としてもよい。この構成によれば、燃料電池の排熱によりガス生成装置Ｇの予備反応槽および反応槽を加熱することができ、第１実施例と同様にエネルギ効率を高めることができる。
【０１０５】
本発明の第５実施例について次に説明する。図１２は、本発明の第５実施例としての燃料電池発電システム１５０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１５０は、第２実施例の燃料電池発電システム１２０と同様に、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣ２、燃料ガス供給通路３、冷却水循環路１２５およびヒートポンプ１２９を備える。さらに、燃料電池発電システム１５０は、冷却水循環路１２５に接続されてヒートポンプ１２９を迂回する迂回路１５６を備え、この迂回路１５６と冷却水循環路１２５との交点にそれぞれ流路切換バルブ１５１ないし１５４を備える。なお、迂回路１５６の途中には循環ポンプ１５７が設けられている。
【０１０６】
流路切換バルブ１５１ないし１５４は、冷却水の流路をヒートポンプ１２９を通過する冷却水循環路１２５と迂回路１５６との間で切り換えるもので、電子制御ユニット１５８からの制御信号を受けて、冷却水を冷却水循環路１２５側に流す第１ポジションと迂回路１５６側に流す第２ポジションとに切り換わる。
【０１０７】
電子制御ユニット１５８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット１５８によれば、燃料電池スタックＦＣ２が運転状態にあるか停止状態にあるかの違いにより、各流路切換バルブ１５１ないし１５４の切換ポジションを変更することで、冷却水の流路をヒートポンプ１２９を流れる方向かヒートポンプ１２９を迂回する方向かを切り換えている。
【０１０８】
上記電子制御ユニット１５８のＣＰＵで実行される冷却水流路切換の制御処理について図１３のフローチャートを用いて以下詳細に説明する。
【０１０９】
図１３に示すように、電子制御ユニット１５８のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、燃料電池スタックＦＣ２が運転状態にあるか停止状態にあるかの判別を行なう（ステップＳ１５１）。この判別は、例えば、図示しない燃料電池起動スイッチからの信号に基づいてなされる。ステップＳ１５１で燃料電池スタックＦＣが運転状態にあると判別されると、各流路切換バルブ１５１ないし１５４を第１ポジションにそれぞれ切り換えることで、冷却水をヒートポンプ１２９側に流す（ステップＳ１５２）。一方、ステップＳ１５１で燃料電池スタックＦＣが停止状態にあると判別されると、各流路切換バルブ１５１ないし１５４を第２ポジションにそれぞれ切り換えることで、冷却水を迂回路１５６側に流す（ステップＳ１５３）。
【０１１０】
ステップＳ１５２またはＳ１５３の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１１１】
かかる構成の第５実施例の燃料電池発電システム１５０によれば、燃料電池スタックＦＣ２の運転時に、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をヒートポンプ１２９で一旦昇温させてからガス生成装置Ｇに伝え、一方、燃料電池スタックＦＣ２の停止時には、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をヒートポンプ１２９で昇温させることなしにそのまま伝える。このため、燃料電池スタックＦＣ２の停止時には、ヒートポンプ１２９で昇温されていない低温の冷却水がガス生成装置Ｇに直接供給されることから、ガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０が冷却され、反応槽３０，５０での反応ガスの生成が速やかに停止される。従って、燃料電池スタックＦＣ２の停止時にガス発生を速やかに停止することができる。
【０１１２】
なお、上記第５実施例では、燃料電池スタックＦＣの停止状態のときの冷却水の流路を、燃料電池スタックＦＣ２から迂回路１５６を介してガス生成装置Ｇに循環させる構成としたが、これに換えて、図１４に示すように、迂回路１５６をガス生成装置Ｇに加えてハロゲン槽４１および水槽４３内に設けた管路４１ａ，４３ａに接続して、冷却水をハロゲン槽４１および水槽４３周辺にも循環させる構成としてもよい。なお、図１４においては、第５実施例と同一の部分には同一の番号をつけており、図中、黒丸で示す流路切換バルブ１５１ないし１５４は、第５実施例と同様に、冷却水の流路をヒートポンプ１２９を通過する冷却水循環路１２５と迂回路１５６との間で切り換えるものである。
【０１１３】
この構成によれば、燃料電池スタックＦＣ２の停止時には、ヒートポンプ１２９で昇温されていない低温の冷却水が、ガス生成装置Ｇに加えてハロゲン槽４１および水槽４３にも送られることから、熱分解反応の材料である水およびハロゲンが冷却され、反応槽３０，５０での発生がより一層速やかに停止される。従って、燃料電池スタックＦＣ２の停止時にガス発生をより一層速やかに停止することができる。
【０１１４】
なお、上記構成では、ガス生成装置Ｇ、ハロゲン槽４１および水槽４３の全てに冷却水を送る構成としたが、ガス生成装置Ｇに加えて、ハロゲン槽４１および水槽４３のいずれか一方に冷却水を送る構成としてもよい。
【０１１５】
また、上記第５実施例では、燃料電池スタックＦＣ２の運転時に、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をヒートポンプ１２９で昇温させてからガス生成装置Ｇに伝える構成としていたが、必ずしも燃料電池スタックＦＣ２の排熱を利用してガス生成装置Ｇを加熱する構成とする必要はない。即ち、ガス生成装置Ｇは、燃料電池スタックの排熱ではなく電気ヒータ等の別の加熱手段で加熱される構成とし、燃料電池スタックＦＣ２の停止時に限って、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をガス生成装置Ｇに送る構成としてもよい。この構成によっても、燃料電池スタックＦＣ２の停止時に加熱手段を速やかに停止することができる。なお、このときも、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水はガス生成装置Ｇだけではなく、ハロゲン槽４１や水槽４３に送る構成としてもよい。
【０１１６】
本発明の第６実施例について次に説明する。図１５は、本発明の第６実施例としての燃料電池発電システム１６０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１６０は、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、冷却水循環路５および酸素ガス供給通路１６４を備える。燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３および冷却水循環路５については、第１実施例と同一のものであり、第１実施例と同じ番号を付けた。第１実施例と相違する点は、ガス生成装置Ｇ２に第１実施例のガス生成装置Ｇと比べて多少の構成の追加があったことと、ガス生成装置Ｇ２で製造された酸素ガスを燃料電池スタックＦＣに送る酸素ガス供給通路１６４を備える点にある。
【０１１７】
図１６は、この第６実施例のガス生成装置Ｇ２の概略構成図である。この図に示すように、ガス生成装置Ｇ２は、第１実施例のガス生成装置Ｇと同一の構成を備え（同一の部分には第１実施例と同じ番号を付けた）、さらに、第３の管路３５の出口付近に酸素ガス精製器１６９を備える。
【０１１８】
酸素ガス精製器１６９は、第３の管路３５を介して反応槽５０から送られてきたガスからＯ2 ガスを精製するもので、具体的には、酸素を選択的に透過するろ過膜を備える酸素ろ過器から構成される。なお、第３の管路３５を介して予備反応槽３０から送られてくるガスは、原理的には、Ｏ2 に限られるが、実際は、ハロゲンあるいはハロゲン化水素酸等の混入があり、酸素ガス精製器１６９は０2 だけを厳密に選択する。
【０１１９】
従って、この構成の燃料電池発電システム１６０では、ガス生成装置Ｇ２で得られる水素に加えて、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０で得られる酸素も燃料電池スタックＦＣに供給されることから、システム全体のエネルギ効率をより一層高めることができる。
【０１２０】
本発明の第７実施例について次に説明する。図１７は、本発明の第７実施例としての燃料電池発電システム１７０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１７０は、第６実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、酸素ガス供給通路１６４および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのカソード１３側のセパレータ１５に形成される酸素ガス流路１５Ｐの出口側には、凝縮器１７２が設けられている。
【０１２１】
凝縮器１７２は、水蒸気を凝縮して水を生成するもので、発電に伴い燃料電池のカソードで発生する水蒸気が水として回収される。凝縮器１７２の出力側は、ガス生成装置Ｇ２に水を供給する水槽４３（第１実施例と同じもの）と送水通路１７４を介して接続されており、凝縮器１７２で生成された水が水槽４３に送られる。このため、ガス生成装置Ｇ２側からみれば、熱分解反応に使用される材料が燃料電池の運転に伴って順次補給されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくて済む。また、燃料電池スタックＦＣからみれば、カソード側残ガスをそのまま排出すると、大気に放出された残ガスが白煙を上げることになるが、そうした現象を防止することができる。
【０１２２】
本発明の第８実施例について次に説明する。図１８は、本発明の第８実施例としての燃料電池発電システム１８０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１８０は、第６実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、酸素ガス供給通路１６４および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路１８２が設けられ、カソード１３の酸素ガス流路１５Ｐの出口側には酸素ガス排出路１８４が設けられ、両排出路１８２，１８４から燃料電池での残余分のガスを排出している。各水素ガス排出路１８２および酸素ガス排出路１８４には、第１および第２圧力センサ１８２ａ，１８４ａと、第１および第２背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂとがそれぞれ設けられている。
【０１２３】
第１および第２圧力センサ１８２ａ，１８４ａは、アノード１２側およびカソード１３側のガス出口付近に設けられ、電子制御ユニット１８６と電気的に接続されている。第１および第２背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂは、管路の開度を調整するもので、同じく電子制御ユニット１８６と電気的に接続され、電子制御ユニット１８６からの制御信号を受けてその開度を変える。電子制御ユニット１８６は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット１８６によれば、背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂの開度を制御することにより、水素ガス排出路１８２中のガス圧と酸素ガス排出路１８４中のガス圧との圧力差を、常に一定の範囲に収めている。
【０１２４】
上記電子制御ユニット１８６のＣＰＵで実行される背圧調整弁の制御処理について図１９のフローチャートを用いて以下詳細に説明する。この背圧調整弁制御処理ルーチンは、電子制御ユニット１８６のＣＰＵにより所定時間毎に繰り返し実行されるものである。
【０１２５】
図１９に示すように、電子制御ユニット１８６のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、第１圧力センサ１８２ａおよび第２圧力センサ１８４ａから検出値Ｐ１，Ｐ２を読み込む処理を行なう（ステップＳ１９０）。次いで、第１圧力センサ１８２ａの検出値Ｐ１から第２圧力センサ１８４ａの検出値Ｐ２を減算して、その減算結果を圧力差△Ｐとして記憶する（ステップＳ１９１）。続いて、その圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰに微小値αを加えた値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１９２）。
【０１２６】
ステップＳ１９２で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ＋αより大きいと判定されたときには、水素ガス排出路１８２のガス圧が酸素ガス排出路１８４のガス圧に比べて大きくなり過ぎていることから、第１背圧調整弁１８２ｂの開度Ｖ１を所定値ｖ０だけ増大側に調整して（ステップＳ１９３）、水素ガス供給系統の圧力を下げるとともに、第２背圧調整弁１８４ｂの開度Ｖ２を所定値ｖ０だけ縮小側に調整して（ステップＳ１９４）、水素ガス供給系統の圧力を上げる。
【０１２７】
一方、ステップＳ１９２で否定判定されたときには、ステップＳ１９５に進む。ステップＳ１９５では、ステップＳ１９１で求めた圧力差△Ｐが所定値ｄＰから微小値αを減算した値より小さいか否かを判定する。
【０１２８】
ステップＳ１９５で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ−αより小さいと判定されたときには、酸素ガス排出路１８４のガス圧が水素ガス排出路１８２のガス圧に比べて大きくなり過ぎていることから、第１背圧調整弁１８２ｂの開度Ｖ１を所定値ｖ０だけ縮小側に調整して（ステップＳ１９６）、水素ガス供給系統の圧力を上げるとともに、第２背圧調整弁１８４ｂの開度Ｖ２を所定値ｖ０だけ増大側に調整して（ステップＳ１９７）、水素ガス供給系統の圧力を下げる。
【０１２９】
ステップＳ１９４またはステップＳ１９７の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１９５で否定判定されたときには、圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰを中心とした所定の範囲の中に収まることから、第１および第２背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂの開度変更は不要であるあるとして、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１３０】
こうした構成の電子制御ユニット１８６により実行される背圧調整弁の制御により、酸素ガス排出路１８４のガス圧Ｐ１と水素ガス排出路１８２のガス圧Ｐ２との圧力差△Ｐは常に一定の範囲（ｄＰ−α）〜（ｄＰ＋α）に収まるように制御される。なお、この実施例では、この一定の範囲（ｄＰ−α）〜（ｄＰ＋α）は、ガス生成装置Ｇ２から燃料電池スタックＦＣまでの水素ガス系統と酸素ガス系統とにおいてガスの流量の両者の比率が、燃料電池スタックＦＣで消費する水素と酸素との比率に一致するように定めた値で、予め実験的に求めた値である。
【０１３１】
従って、この第８実施例の燃料電池発電システム１８０では、上述したように酸素ガス排出路１８４のガス圧Ｐ１と水素ガス排出路１８２のガス圧Ｐ２との圧力差△Ｐは常に上記一定の範囲に収められることから、燃料ガス、酸素ガスの両方の系統のガス流量が調整されて、ガス生成装置Ｇから生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池スタックＦＣで消費させることができる。従って、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、燃料電池発電システムの安全性を高めることができる。
【０１３２】
本発明の第９実施例について次に説明する。図２０は、本発明の第９実施例としての燃料電池発電システム２００の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム２００は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路２０２が設けられ、この水素ガス排出路２０２から燃料電池での残余分の水素ガスを排出している。水素ガス排出路２０２には、背圧調整弁２０４が設けられている。
【０１３３】
また、ガス生成装置Ｇの水素ガス精製器６０の上流には第１圧力センサ２０６ａが、水素ガス精製器６０の下流には第２圧力センサ２０６ｂが設けられている。両圧力センサ２０６ａ，２０６ｂは、電子制御ユニット２０８と電気的に接続されている。背圧調整弁２０４は、管路の開度を調整するもので、同じく電子制御ユニット２０８と電気的に接続され、電子制御ユニット２０８からの制御信号を受けてその開度を変える。電子制御ユニット２０８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット２０８によれば、背圧調整弁２０４の開度を制御することにより、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めている。
【０１３４】
上記電子制御ユニット２０８のＣＰＵで実行される背圧調整弁の制御処理について図２１のフローチャートを用いて以下詳細に説明する。この背圧調整弁制御処理ルーチンは、電子制御ユニット２０８のＣＰＵにより所定時間毎に繰り返し実行されるものである。
【０１３５】
図２１に示すように、電子制御ユニット２０８のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、第１圧力センサ２０６ａおよび第２圧力センサ２０６ｂから検出値Ｐ１，Ｐ２を読み込む処理を行なう（ステップＳ２１０）。次いで、第１圧力センサ２０６ａの検出値Ｐ１から第２圧力センサ２０６ｂの検出値Ｐ２を減算して、その減算結果を圧力差△Ｐとして記憶する（ステップＳ２１１）。続いて、その圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰ２に微小値βを加えた値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２１２）。
【０１３６】
ステップＳ２１２で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ２＋βより大きいと判定されたときには、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力が水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力に比べて大きくなり過ぎていることから、背圧調整弁２０４の開度Ｖを所定値ｖ１だけ縮小側に調整して（ステップＳ２１３）、水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力を上げる。
【０１３７】
一方、ステップＳ２１２で否定判定されたときには、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、ステップＳ２１１で求めた圧力差△Ｐが所定値ｄＰ２から微小値βを減算した値より小さいか否かを判定する。
【０１３８】
ステップＳ２１４で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ２−βより小さいと判定されたときには、水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力が水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力に比べて大きくなり過ぎていることから、背圧調整弁２０４の開度Ｖを所定値ｖ１だけ増大側に調整して（ステップＳ２１３）、水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力を下げる。
【０１３９】
ステップＳ２１３またはステップＳ２１５の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。一方、ステップＳ２１４で否定判定されたときには、圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰ２を中心とした所定の範囲の中に収まることから、背圧調整弁２０４の開度変更は不要であるあるとして、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１４０】
こうした構成の電子制御ユニット２０８により実行される背圧調整弁の制御により、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力Ｐ１とガス出口側の圧力Ｐ１との圧力差△Ｐは常に一定の範囲（ｄＰ２−β）〜（ｄＰ２＋β）に収まるように制御される。なお、この実施例では、この一定の範囲（ｄＰ２−β）〜（ｄＰ２＋β）は、水素ガス精製器６０を構成する水素ろ過膜が安定した水素生成量を保つために必要な圧力差で、予め実験的に求めた値である。
【０１４１】
従って、この第９実施例の燃料電池発電システム２００では、上述したように水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力Ｐ１とガス出口側の圧力Ｐ１との圧力差△Ｐが常に上記一定の範囲に収められることから、水素ガス精製器６０から常に、所望の量の水素を連続かつ安定して精製することができる。
【０１４２】
本発明の第１０実施例について次に説明する。図２２は、本発明の第１０実施例としての燃料電池発電システム２２０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム２２０は、第９実施例の水素ガス系統に関連する構成を、酸素ガス系統にも設けたものである。図示するように、この燃料電池発電システム２２０は、第６実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、酸素ガス供給通路１６４および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路２２２が設けられ、カソード１３の酸素ガス流路１５Ｐの出口側には酸素ガス排出路２２３が設けられ、両排出路１８２，１８４から燃料電池での残余分のガスを排出している。各水素ガス排出路２２２および酸素ガス排出路２２３には、第１および第２背圧調整弁２２４，２２５が設けられている。
【０１４３】
また、ガス生成装置Ｇ２の水素ガス精製器６０の上流には第１圧力センサ２２７ａが、水素ガス精製器６０の下流には第２圧力センサ２２７ｂが設けられている。一方、ガス生成装置Ｇ２の酸素ガス精製器１６９の上流には第３圧力センサ２２８ａが、酸素ガス精製器１６９の下流には第４圧力センサ２２８ｂが設けられている。これら第１ないし第４圧力センサ２２７ａ，２２７ｂ，２２８ａ，２２８ｂは、電子制御ユニット２２９と電気的に接続されている。
【０１４４】
第１および第２背圧調整弁２２４，２２５は、管路の開度を調整するもので、同じく電子制御ユニット２２９と電気的に接続され、電子制御ユニット２２９からの制御信号を受けてその開度を変える。電子制御ユニット２２９は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット２２９によれば、第９実施例と同様の制御により、第１背圧調整弁２２４の開度を制御することにより、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めている。また、第９実施例で示した同様な制御により、第２背圧調整弁２２５の開度を制御することにより、酸素ガス精製器１６９のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めている。
【０１４５】
即ち、この第１０実施例では、水素ガス系統と酸素ガス系統とをそれぞれ独立に、ガス精製器６０，１６９のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めることができる。従って、水素ガス精製器６０から常に、所望の量の水素を連続かつ安定して精製することができ、また、酸素ガス精製器１６９から常に、所望の量の酸素を連続かつ安定して精製することができる。
【０１４６】
なお、この第１０実施例では、電子制御ユニット２２９で実行される制御処理を次のように変更することもできる。まず、第１圧力センサ２２７ａと第２圧力センサ２２７ｂとの検出値から水素ガス精製器６０の前後の圧力差△Ｐ１を求め、第３圧力センサ２２８ａと第４圧力センサ２２８ｂとの検出値から酸素ガス精製器１６９の前後の圧力差△Ｐ２を求める。次いで、圧力差△Ｐ１と圧力差△Ｐ２との差を△Ｐとして求める。その後、この△Ｐの値に基づき、第１および第２背圧調整弁２２４，２２５の開度を制御する。この制御の仕方は、第８実施例の図１９におけるステップＳ１９２以後の制御と同一なものである。
【０１４７】
かかる構成によれば、第８実施例と同様に、燃料ガス、酸素ガスの両方の系統のガス流量の比率を適切に調整することができ、ガス生成装置Ｇから生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池スタックＦＣで消費させることができる。
【０１４８】
本発明の第１１実施例について次に説明する。図２３は、本発明の第１１実施例としての燃料電池発電システム２３０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム２３０は、第８実施例（図１８参照）と比較して、第１および第２圧力センサ１８２ａ，１８４ａを除いて、その代わりに、燃料ガス供給通路３の途中に第１流量センサ２３２ａを、酸素ガス供給通路１６４の途中に第２流量センサ２３２ｂをそれぞれ設けた点が相違し、その他のハードウェア構成については同一である。なお、図２３中、第８実施例と同一の部分には同一の番号を付した。
【０１４９】
第１および第２流量センサ２３２ａ，２３２ｂは、電子制御ユニット１８６と電気的に接続されている。この電子制御ユニット１８６によれば、第１および第２流量センサ２３２ａ，２３２ｂの検出値に応じて背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂの開度を調節することにより、水素ガス排出路１８２を通過する水素ガスの流量と酸素ガス排出路１８４を通過する酸素ガスの流量との流量差を、常に一定の範囲に収めている。
【０１５０】
電子制御ユニット１８６のＣＰＵで実行される上記背圧調整弁の制御処理についての詳しい説明はここでは省略するが、要は、第８実施例の図１９のフローチャートにおける圧力センサの検出値Ｐ１，Ｐ２を両流量センサ２３２ａ，２３２ｂの検出値に置き換えて、両流量センサ２３２ａ，２３２ｂの検出値の差分を所定値に収める制御を行なう。
【０１５１】
かかる構成によって、水素ガス精製器６０の出口側の流路を通過する水素ガスの流量と酸素ガス精製器１６９の出口側の流路を通過する酸素ガスの流量との比率を、燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致させることができる。従って、ガス生成装置Ｇ２で生成される水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池で消費させることができる。従って、燃料電池発電システム全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、燃料電池発電システムの安全性を高めることができる。
【０１５２】
本発明の第１２実施例について次に説明する。図２４は、本発明の第１２実施例としての燃料電池発電システム３００の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３００は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣおよび燃料ガス供給通路３を備える。さらに、この燃料電池発電システム３００は、ガス生成装置Ｇを加熱するガスバーナ３０２を備える。
【０１５３】
ガスバーナ３０２は、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側に設けられる水素ガス排出路３０４と管路３０６を介して接続されており、水素ガス排出路３０４から排出される燃料電池での残余分の水素ガスを燃焼する。このガスバーナ３０２は、詳しくは、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱する。
【０１５４】
かかる構成の第１２実施例の燃料電池発電システム３００では、燃料電池スタックＦＣからの残余分の水素ガスでガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱することができることから、ガスバーナ３０２の燃料を新たに必要とせず、システム全体のエネルギ効率を高めることができる。さらには、燃料電池スタックＦＣから排出される残余分の水素ガスは、装置外への排出が難しく、その処分のために特別な装置が必要であったが、この構成によりその処分のための装置が不要となりシステム全体の構成の簡略化を図ることもできる。
【０１５５】
本発明の第１３実施例について次に説明する。図２５は、本発明の第１３実施例としての燃料電池発電システム３１０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３１０は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣおよび燃料ガス供給通路３を備える。さらに、燃料ガス供給通路３の途中には切替器３１２が設けられ、この切替器３１２には管路３１４を介して水素貯留タンク３１５が接続されている。
【０１５６】
切替器３１２は、ガスの流路を、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに向かうＡ方向、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に向かうＢ方向、水素貯留タンク３１５から燃料電池スタックＦＣに向かうＣ方向に変えるもので、電子制御ユニット３１９からの制御信号を受けてその切替えを行なう。なお、図中には、ポンプの記載を省略しているが、上記ＡないしＣ方向のガスの流れを可能とするように適宜の位置にポンプが配設されているものとする。
【０１５７】
電子制御ユニット３１９のＣＰＵで実行される切替器３１２の切替処理について、図２６に沿って説明する。図２６に示す処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるものである。図示するように、電子制御ユニット３１９のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、燃料電池スタックＦＣは、起動、運転あるいは停止のいずれの状態にあるかを外部からのスイッチ等から判別する（ステップＳ３２１）。次いで、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあると判別されると、切替器３１２をＡ方向のポジションに切り替え（ステップＳ３２２）、燃料電池スタックＦＣが停止状態にあると判別されると、切替器３１２をＢ方向のポジションに切り替え（ステップＳ３２３）、また、燃料電池スタックＦＣが起動状態にあると判別されると、切替器３１２をＣ方向のポジションに切り替える（ステップＳ３２４）。ステップＳ３２２、Ｓ３２３またはＳ３２４の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１５８】
この構成によれば、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあるときには、切替器３１２がＡ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに燃料ガスが供給されることになる。そして、燃料電池スタックＦＣが停止時となると、切替器３１２がＢ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に燃料ガス、即ち水素ガスが供給される。
【０１５９】
一般に、システム停止時には、燃料電池スタックＦＣは直ちに動作を停止できるものの、ガス生成装置Ｇは直ちに停止できず、しばらくの間、水素ガスを発生し続ける。このため、前述したようにガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に水素ガスを送るよう切り替えることにより、システム停止後、ガス生成装置Ｇから発生する水素ガスを有効利用することができる。なお、この実施例の構成に換えて、システム停止時に、燃料電池は直ちに停止させた後も、水素貯留タンク３１５が満杯になるまでは、ガス生成装置Ｇを運転し続けるという制御を行なう構成としてもよい。
【０１６０】
また、この実施例の燃料電池発電システム３１０では、燃料電池スタックＦＣが起動時となったときに、切替器３１２がＣ方向のポジションに切り替えられて、水素貯留タンク３１５から燃料電池スタックＦＣに水素が送られことから、次のような効果を奏する。
【０１６１】
一般に、燃料電池発電システムの起動時においては、ガス生成装置Ｇが十分に働くまでタイムラグがあるが、この構成によれば、起動後、燃料電池スタックＦＣに直ちに燃料を供給することができる。また、通常、燃料電池発電システムの起動時においては、燃料電池が未だ運転されていないことから、その燃料電池の排熱を利用してガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱することが不可能である。このため、起動時専用の電気ヒータを設ける必要があるが、これに対して、上記構成の燃料電池発電装置では、起動時においては、水素貯留タンク３１５から燃料電池スタックＦＣに水素が送られことから、起動時にはガス生成装置Ｇの運転が不要となり、前述した起動時専用の電気ヒータを設ける必要がない。この結果、システム全体の構成の簡略化を図ることもできる。
【０１６２】
なお、通常運転時には、燃料電池スタックＦＣが運転を開始することから、燃料電池スタックＦＣの排熱を利用したり（第１実施例の構成）、燃料電池スタックＦＣからの燃料ガスの残余分を燃焼させて（第１２実施例の構成）ガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱する構成としてすることもできる。
【０１６３】
本発明の第１４実施例について次に説明する。図２７は、本発明の第１４実施例としての燃料電池発電システム３３０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３３０は、第１３実施例の燃料電池発電システム３１０と比較して、ガス生成装置Ｇを加熱するガスバーナ３３２と、水素貯留タンク３１５とガスバーナ３３２を接続する管路３３４と、管路３３４を開閉する電磁バルブ３３６とを備える点が相違し、その他のハードウェア構成は同一である。なお、図中、第１３実施例と同一のパーツには同一の番号を付した。
【０１６４】
ガスバーナ３１７は、第１２実施例と同様に、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱する。切替器３１２は、ガスの流路を、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに向かうＡ方向と、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に向かうＢ方向と変えるもので、電子制御ユニット３１９からの制御信号を受けてその切替えを行なう。さらに、電子制御ユニット３１９には、電磁バルブ３３６が電気的に接続されており、電子制御ユニット３１９からの制御信号を受けて管路３３４を開閉制御する。
【０１６５】
電子制御ユニット３１９のＣＰＵで実行される切替器３１２の切替処理について、図２８に沿って説明する。図２８に示す処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるものである。図示するように、電子制御ユニット３１９のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、燃料電池スタックＦＣは、起動、運転あるいは停止のいずれの状態にあるかを外部からのスイッチ等から判別する（ステップＳ３４１）。次いで、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあると判別されると、切替器３１２をＡ方向のポジションに切り替える（ステップＳ３４２）とともに電磁バルブ３３６を閉状態とする（ステップＳ３４３）。一方、ステップＳ３４１で燃料電池スタックＦＣが停止状態にあると判別されると、切替器３１２をＢ方向のポジションに切り替える（ステップＳ３４４）とともに電磁バルブ３３６を開状態とする（ステップＳ３４５）。他方、ステップＳ３４１で燃料電池スタックＦＣが起動状態にあると判別されると、電磁バルブ３３６を開状態とする（ステップＳ３４６）。ステップＳ３４３、Ｓ３４５またはＳ３４６の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１６６】
即ち、この構成によれば、第１３実施例と同様に、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあるときには、切替器３１２がＡ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに燃料ガスが供給されることになり、燃料電池スタックＦＣが停止時となると、切替器３１２がＢ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に水素ガスが供給される。他方、燃料電池スタックＦＣの起動時には、電磁バルブ３３６が開けられて、水素貯留タンク３１５の水素ガスを利用してガスバーナ３１７が着火される。
【０１６７】
一般に、燃料電池発電システムの起動時においては、燃料電池スタックＦＣの排熱を利用してガス生成装置Ｇが十分に働くまでタイムラグがあることから、燃料電池スタックＦＣに直ちに燃料を供給することができないが、この構成によれば、ガスバーナ３３２で加熱することにより、起動時に直ちにガス生成装置Ｇの運転を行なうことができる。このため、起動時専用の電気ヒータを設ける必要がなく、システム全体の構成の簡略化を図ることもできる。
【０１６８】
なお、通常運転時には、燃料電池スタックＦＣが運転を開始することから、この実施例のように水素貯留タンク３１５の水素ガスを利用してガスバーナ３１７を着火させる構成に換えて、燃料電池スタックＦＣの排熱を利用したり（第１実施例の構成）、燃料電池スタックＦＣからの燃料ガスの残余分を燃焼させて（第１２実施例の構成）ガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱する構成としてすることもできる。
【０１６９】
本発明の第１５実施例について次に説明する。図２９は、本発明の第１５実施例としての燃料電池発電システム３５０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３５０は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノード側のセパレータに形成される水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路３５２が設けられ、その水素ガス排出路３５２には触媒反応容器３５４が接続されている。
【０１７０】
触媒反応容器３５４は、内部に白金触媒を充填した容器で、水素ガス排出路３５２からの水素ガスと外気中の空気と取り込んで、その白金触媒の表面上で両者を反応させて水を生成する働きをする。なお、触媒としては白金が望ましいが、低コスト化、長寿命化のために、白金と第２成分元素からなる合金触媒、さらには、白金と第２成分元素、第３成分元素からなる合金触媒を用いる構成としてもよい。具体的には、第２成分元素、第３成分元素としては、ルテニウム、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、イリジウム、鉄、クロム、バナジウムなどがある。また、白金は、それ自身を反応容器内に充填する方法の他にも、セラミックスや、鉄、アルミニウムなどの金属で出来た担体の上に担持する構成としてもよい。さらに、この担体も、ビーズ状、ペレット状、ディスク状、ボール状などのほかにモノリス状のものを用いる構成としてもよい。
【０１７１】
触媒反応容器３５４の出力側は、ガス生成装置Ｇに水を供給する水槽４３（第１実施例と同じもの）と送水通路３５６を介して接続されており、送水通路３５６に設けられたポンプ３５８により触媒反応容器３５４で生成された水が水槽４３に送られる。このため、ガス生成装置Ｇ側からみれば、熱分解反応に使用される材料が燃料電池の運転に伴って順次補給されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくて済む。また、燃料電池スタックＦＣからみれば、水素ガスを含むアノード側残ガスをそのまま大気中に放出する訳には行かないので、この構成によりその残ガスを有効利用することができ、システム全体としてのエネルギ効率を高めることができる。
【０１７２】
なお、この実施例では、水素ガス排出路３５２の途中にバルブを設け、燃料電池スタックＦＣの停止時に限りこのバルブを開状態とする構成とすることもできる。通常、燃料電池スタックＦＣの停止時には、負荷を切り放し、反応ガスの供給を停止することにより、速やかに燃料電池スタックＦＣの運転を停止させることができるが、熱分解反応による処理を行なうこのガス生成装置Ｇは、速やかに運転を停止させることはできない。このため、燃料電池スタックＦＣの停止後もガス生成装置Ｇから水素ガスが発生し続け、燃料電池発電システムのエネルギ効率を低下させることになる。これに対して、上記のように、燃料電池スタックＦＣの停止時に残ガスが触媒反応容器３５４に送られる構成とすることで、燃料電池スタックＦＣの停止後も発生するガス生成装置Ｇからの水素ガスを有効利用することができ、エネルギ効率を高めることができる。
【０１７３】
以上本発明のいくつかの実施例について説明してきたが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池スタックＦＣのセル構造を示す構造図である。
【図３】燃料電池スタックＦＣのセル構造を示す分解斜視図である。
【図４】燃料電池スタックＦＣの全体構造を示す構造図である。
【図５】ガス生成装置Ｇの概略構成図である。
【図６】予備反応槽３０の内部を示す概略構成図である。
【図７】反応槽５０の内部を示す概略構成図である。
【図８】第１実施例とは別の実施の形態のガス生成装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第２実施例としての燃料電池発電システム１２０の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施例としての燃料電池発電システム１３０の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施例としての燃料電池発電システム１３０の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施例としての燃料電池発電システム１５０の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】電子制御ユニット１５８のＣＰＵにより実行される冷却水流路切換の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第５実施例とは別の実施の形態の燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６実施例としての燃料電池発電システム１６０の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】第６実施例のガス生成装置Ｇ２の概略構成図である。
【図１７】本発明の第７実施例としての燃料電池発電システム１７０の概略構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第８実施例としての燃料電池発電システム１８０の概略構成を示すブロック図である。
【図１９】電子制御ユニット１８６のＣＰＵにより実行される背圧調整弁制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第９実施例としての燃料電池発電システム２００の概略構成を示すブロック図である。
【図２１】電子制御ユニット２０８のＣＰＵにより実行される背圧調整弁制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第１０実施例としての燃料電池発電システム２２０の概略構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第１１実施例としての燃料電池発電システム２３０の概略構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第１２実施例としての燃料電池発電システム３００の概略構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第１３実施例としての燃料電池発電システム３１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２６】電子制御ユニット３１９のＣＰＵにより実行される切替ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】本発明の第１４実施例としての燃料電池発電システム３３０の概略構成を示すブロック図である。
【図２８】電子制御ユニット３１９のＣＰＵにより実行される切替ルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】本発明の第１５実施例としての燃料電池発電システム３５０の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…燃料電池発電システム
３…燃料ガス供給通路
５…冷却水循環路
１１…電解質
１２…アノード
１３…カソード
１４…セパレータ
１４Ｐ…水素ガス流路
１５…セパレータ
１５Ｐ…酸素ガス流路
１６，１７…集電板
２０…サンドイッチ構造
２１…セパレータ
２２，２３…冷却プレート
２４，２５…絶縁板
２６，２７…エンドプレート
２８…ボルト
３０…予備反応槽
３１…蓋
３２…容器
３３…第１の管路
３４…第２の管路
３５…第３の管路
３６…第４の管路
３７…第５の管路
３８…羽根車
３９ａ，３９ｂ，５９ａ，５９ｂ…冷却プレート
４１…ハロゲン槽
４１ａ，４３ａ…管路
４２…ポンプ
４３…水槽
４４…ポンプ
４６…ポンプ
４８，４９…ポンプ
５０…反応槽
５１…蓋
５２…容器
５４…管路
５８…羽根車
５９ａ，５９ｂ…冷却プレート
６０，１６９…ガス精製器
６０…水素ガス精製器
６２…ポンプ
７１〜７８…バルブ
９０…循環ポンプ
９２…冷却プレート
１０５…冷却水循環路
１２０…燃料電池発電システム
１２５…冷却水循環路
１２５ａ…第１の循環路
１２５ｂ…第２の循環路
１２９…ヒートポンプ
１３０…燃料電池発電システム
１３２…分配器
１３４…管路
１３６…ラジエータ
１４０…燃料電池発電システム
１４２…燃料ガス排出通路
１４４…背圧調整バルブ
１５０…燃料電池発電システム
１５１…流路切換バルブ
１５６…迂回路
１５７…循環ポンプ
１５８…電子制御ユニット
１６０…燃料電池発電システム
１６４…酸素ガス供給通路
１６９…酸素ガス精製器
１７０…燃料電池発電システム
１７２…凝縮器
１７４…送水通路
１８０…燃料電池発電システム
１８２…水素ガス排出路
１８２ａ…第１圧力センサ
１８２ｂ…第１背圧調整弁
１８４…酸素ガス排出路
１８４ａ…第２圧力センサ
１８４ｂ…第２背圧調整弁
１８６…電子制御ユニット
２００…燃料電池発電システム
２０２…水素ガス排出路
２０４…背圧調整弁
２０６ａ…第１圧力センサ
２０６ｂ…第２圧力センサ
２０８…電子制御ユニット
２２０…燃料電池発電システム
２２２…水素ガス排出路
２２３…酸素ガス排出路
２２４…第１背圧調整弁
２２５…第２背圧調整弁
２２７ａ…第１圧力センサ
２２７ｂ…第２圧力センサ
２２８ａ…第３圧力センサ
２２８ｂ…第４圧力センサ
２２９…電子制御ユニット
２３０…燃料電池発電システム
２３２ａ…第１流量センサ
２３２ｂ…第２流路センサ
３００…燃料電池発電システム
３０２…ガスバーナ
３０４…水素ガス排出路
３０６…管路
３１０…燃料電池発電システム
３１２…切替器
３１４…管路
３１５…水素貯留タンク
３１７…ガスバーナ
３１９…電子制御ユニット
３３０…燃料電池発電システム
３３２…ガスバーナ
３３４…管路
３３６…電磁バルブ
３５０…燃料電池発電システム
３５２…水素ガス排出路
３５４…触媒反応容器
３５６…送水通路
３５８…ポンプ
ＦＣ，ＦＣ２…燃料電池スタック
Ｇ、Ｇ２…ガス生成装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素を含有する反応ガスの生成装置と、その生成装置から反応ガスの供給を受ける燃料電池とを備えた燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料の有しているエネルギを直接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知られている。燃料電池は、通常、電解質膜を挟んで一対の電極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素の燃料ガスを接触させ、また他方の電極の表面に酸素を含有する酸素含有ガスを接触させ、このとき起こる電気化学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り出すようにしている。
【０００３】
燃料電池に供給される燃料ガスの生成装置として、メタノールを水蒸気改質する改質器が知られている（例えば、特開平５−２１０７９号で示すもの）。この改質器におけるメタノールの水蒸気改質は、次のような化学反応により成り立っている。
【０００４】
ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2−２１．７kcal／mol …（１）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2＋９．８kcal／mol …（２）
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2−１１．９kcal／mol …（３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
改質反応自体を示す式（３）からわかるように、水蒸気改質による反応生成物のモル比率は、理論的には水素３に対して二酸化炭素１で、それ以外の反応生成物は生成しないはずである。しかし、現実には反応が１００％理想的に行なわれないために、反応の副生成物として一酸化炭素や、反応しなかった未反応メタノールが発生する。
【０００６】
この一酸化炭素は、燃料ガスを供給する電極側の電極触媒である白金または白金を含む合金に吸着して、白金の触媒としての機能を停止させる、いわゆる触媒の被毒状態を発生させる。一方、メタノールは、電解質膜を透過して他方側の電極に達し、ここで酸素含有ガス中の酸素と反応して、その酸素電極側の電位を低下させる。また、メタノールは、燃料ガスの流路を構成する金属製の配管を腐食したり、あるいは、燃料ガスの流路を構成するプラスチック製の配管を溶解する。
【０００７】
なお、現状の燃料電池のシステムにおいては、前記一酸化炭素やメタノールに起因する問題を最小限に抑えようと、燃料ガスの利用率を６０〜８０［％］といった低い利用率で運転を行なうことが一般的である。このため、燃料電池発電装置は、エネルギ効率が悪いといった問題も招いていた。
【０００８】
この発明の燃料電池発電装置は、これら問題に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒被毒、酸素電極の電位低下等を解消するとともに、エネルギ効率を向上させることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
前述した課題を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１０】
即ち、この発明の燃料電池発電装置（以下、基本構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）は、
水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備えることを特徴としている。
【００１１】
この基本構成の燃料電池発電装置によれば、発熱手段により反応槽が加熱されると、ハロゲン化水素酸分解促進触媒を用いた熱分解反応が引き起こされることになり、ハロゲン化水素酸から酸素と水素とが生成される。この水素は反応ガスとして燃料電池に供給される。熱分解反応によれば原理的に水素と酸素のみが発生して、一酸化炭素やメタノールといった電池機能低下の一因となる副生成物を生成しないので、燃料電池の触媒被毒、酸素電極の電位低下等の問題を解消することができる。また、上述したように副生成物を生成しないので、燃料電池での水素ガスの利用率を１００［％］とすることができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００１２】
上記基本構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池にて発生する熱を前記発熱手段に伝達する熱伝達手段を備える構成とすることが好ましい。
【００１３】
この構成（以下、第２の構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）によれば、燃料電池にて発生する熱を用いて発熱手段を発熱させることで、反応槽は加熱されることから、反応槽を加熱するための電気ヒータ等の特別な加熱手段を必要としない。従って、部品点数を低減して装置の簡略化を図ることができ、また、エネルギ効率の点でも優れている。さらには、燃料電池の発電量に応じて燃料電池の発生熱量が変化することから、燃料電池の発電量に応じてガス生成手段のガス発生量を自律的にフィードバック制御することができる。
【００１４】
また、上記構成の燃料電池発電装置において、燃料電池は、前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも高い温度で運転されるように構成され、さらに、前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路を備えるとともに、前記熱伝達手段は、前記冷却水流路に接続されて、前記冷却水を前記冷却水流路と前記発熱手段との間で循環させる循環手段を備える構成とすることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は反応槽における熱分解反応の発生温度よりも高い温度となり、燃料電池の周囲に配設された冷却水流路を流れる冷却水が発熱手段に送られるので、燃料電池の排熱により反応槽を十分に加熱することができる。このため、燃料電池に通常備えられる冷却水流路といった既存の構成をそのまま使用することができ、より一層の装置の簡略化を図ることができる。
【００１６】
また、上記第２の構成において、前記燃料電池は、前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも低い温度で運転されるように構成され、前記熱伝達手段は、前記燃料電池からの熱を前記熱分解反応の発生温度より高い温度に昇温させる熱量増大手段を備える構成としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は熱分解反応の発生温度よりも低い温度ではあるが、燃料電池からの熱が熱量増大手段により、熱分解反応の発生温度より高い温度に昇温されて発熱手段に伝達されるから、燃料電池からの熱を利用して反応槽の加熱が可能となる。従って、燃料電池で発生した熱を利用することができ、エネルギ効率の点で優れている。
【００１８】
上記の構成において、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路
を備えるとともに、
前記熱伝達手段は、
該冷却水流路に接続されて、前記冷却水を前記熱量増大手段を介して前記発熱手段に送る第１流路と、
前記熱量増大手段を迂回して、前記冷却水を前記冷却水流路から前記発熱手段に送る第２流路と、
前記燃料電池の運転時と停止時とを判別する判別手段と、
該判別手段により前記燃料電池の運転時が判別されたとき、前記第１流路を開き、前記燃料電池の停止時が判別されたとき、前記第２流路を開く制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、判別手段により燃料電池の運転時であると判別されると、制御手段により第１流路が開けられて、冷却水は加熱手段により加熱されて第１流路から発熱手段に送られる。一方、判別手段により燃料電池の停止時であると判別されると、制御手段により第２流路が開けられて、冷却水はそのまま第２流路から発熱手段に送られる。このため、燃料電池の停止時には、燃料電池の冷却水が加熱手段を経ることなく発熱手段に直接供給されるが、この冷却水は反応槽での熱分解反応の発生温度よりも低い温度であることから反応槽が冷却され、ガス生成手段での反応ガスの生成が速やかに停止される。従って、燃料電池からの熱を利用した反応槽の加熱を可能とした上で、燃料電池の停止時に反応ガスの発生を速やかに停止することができる。
【００２０】
第２の構成の燃料電池発電装置において、
前記燃料電池は、
前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも低い温度で運転されるように構成され、
さらに、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路と、
前記燃料電池の停止時を判別する判別手段と、
該判別手段により前記燃料電池の停止時が判別されたとき、前記冷却水流路の冷却水を前記発熱手段に送る配送手段と
を備える構成とすることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は熱分解反応の発生温度よりも低い温度となり、その上で、燃料電池燃料電池の停止時には、燃料電池の冷却水が、配送手段により発熱手段に配送されることから、反応槽が冷却され、ガス生成手段で反応のガスの発生が速やかに停止される。従って、燃料電池の停止時にガス発生を速やかに停止することができる。
【００２２】
上記構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池の停止時に、前記冷却水流路の冷却水を、前記反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料を貯える槽の周辺に送る手段を備える構成としてもよい。
【００２３】
この構成によれば、燃料電池の運転温度は熱分解反応の発生温度よりも低い温度となり、その上で、燃料電池の停止時に、燃料電池の冷却水が発熱手段に加えて、反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料を貯える槽の周辺に送られる。このため、反応槽に加えて反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料が冷却され、ガス生成手段で反応のガスの発生がより一層速やかに停止される。従って、燃料電池の停止時にガス発生をより一層速やかに停止することができる。
【００２４】
また、上記基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池の電極に供給された反応ガスを前記燃料電池から排出する反応ガス排出路と、該反応ガス排出路を閉じる閉塞手段とを備える構成とすることが好ましい。
【００２５】
基本構成の燃料電池発電装置では、原理的に水素と酸素のみが発生して、副生成物は発生しないことから、燃料電池でのガス利用率を１００［％］にして運転することが可能である。このため、上記構成に示すように、燃料電池の反応ガス排出路を閉塞手段により閉塞した状態で運転することができる。負荷が増大し、燃料電池の出力が増大した場合を考えてみると、この場合、燃料電池には発電のためにより多くの反応ガスが必要となる。燃料電池の燃料ガス出口は閉塞手段により閉じられているから、ガス生成手段から燃料電池に至る反応ガス供給路内の水素ガスが消費されて、ガス圧力が低下する。ガス生成手段の圧力が低くなるので、ガス発生手段から発生するガス量も増大する。このように燃料電池の出力増加に対応して、ガス発生量も増大する。
【００２６】
一方、負荷が減少し、燃料電池の出力が減少する場合には、燃料電池には発電のために必要な反応ガスが減少する。燃料電池の反応ガス出口は閉塞手段により閉じられているから、ガス生成手段から燃料電池に至る反応ガス供給路内の水素ガスは消費されず、ガス圧力が上昇する。ガス生成手段の圧力が高くなるので、ガス生成手段から発生するガス量も低下する。このように燃料電池の出力減少に対応して、ガス発生量も減少する。従って、ガス生成手段と燃料電池とは連携制御することなしに、相互の熱の収支により、自律的に連携運転を実現することができる。
【００２７】
基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池から電気化学反応に伴って発生する水蒸気を凝縮して水を回収する水回収手段と、該水回収手段に回収された水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として用いる水利用手段とを備える構成としてもよい。
【００２８】
燃料電池は、一般に、発電に伴いカソード側電極で水蒸気を発生することから、上記構成の燃料電池発電装置では、水回収手段により、その水蒸気を凝縮して水を回収し、その水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として水利用手段により用いる。このため、反応槽側からみれば、材料が燃料電池の運転に伴って順次補給されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくてすむ。燃料電池からみれば、カソード側残ガスをそのまま排出すると、大気に放出された残ガスが白煙を上げることになるが、そうした現象を防止することができる。
【００２９】
基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、
ハロゲンを貯えるハロゲン槽と、
水を貯える水槽と、
前記ハロゲン槽と水槽からハロゲンと水をそれぞれ前記反応槽に送る送付手段と、
を備え、
前記発熱手段は、
前記反応槽の付近に配設され、
さらに、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから水素を精製する水素精製手段
を備える構成とすることが好ましい。
【００３０】
この構成の燃料電池発電装置（以下、第３の構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）によれば、送付手段によりハロゲン槽からハロゲンが、水槽から水がそれぞれ反応槽に供給されて、反応槽にはハロゲンと水とを反応させて得られるハロゲン化水素酸が収容される。この反応槽が発熱手段により加熱されると、そのハロゲン化水素酸がハロゲン化水素酸分解促進触媒を用いて熱分解して、水素とハロゲンガスの混合ガスが発生する。この混合ガスは、水素精製手段により精製され、水素だけが生成される。このため、上記燃料電池発電装置では、ハロゲンと水とを原料とする熱分解反応を容易に行なうことができる。
【００３１】
上記構成の燃料電池発電装置において、前記燃料電池にて発生する熱を、前記ハロゲン槽および／または水槽に伝達する手段を備える構成とすることもできる。
【００３２】
この構成によれば、燃料電池にて発生する熱にてハロゲン槽および／または水槽が加熱されることから、ハロゲン化水素酸を生成する材料であるハロゲンや水を貯えるハロゲン槽および／または水槽を予備加熱するための電気ヒータ等の特別な加熱手段を必要としない。熱分解反応では加熱する必要があるが、反応槽に常温の水をそのまま供給すると、反応槽の温度が低下したり、温度が安定しないために、予め水槽やハロゲン槽を加熱しておき、昇温済みの水やハロゲンを反応槽に供給する手法が適当である。このため、電気ヒータ等の特別な加熱手段を必要とするが、上記構成によれば、加熱手段が不要となり、装置の構成を簡略化することができ、さらには、加熱手段用のエネルギが不要であることから、エネルギー効率を高めることをできる。
【００３３】
上記第３の構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから酸素を精製する酸素精製手段
を備え、
さらに、
前記酸素精製手段で精製された酸素を前記燃料電池に送る酸素ガス供給路
を備える構成としてもよい。
【００３４】
この構成の燃料電池発電装置（以下、第４の構成の燃料電池発電装置と呼ぶ）では、反応槽により得られる水素に加えて酸素も燃料電池に供給されることから、装置全体のエネルギ効率の点で優れている。
【００３５】
上記構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記ガス生成手段から前記酸素ガス供給路を介して酸素ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された酸素ガスの残り分を排出する酸素ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第１弁体と、
前記酸素ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第２弁体と、
前記反応ガス排出路中のガス圧を検出する第１圧力センサと、
前記酸素ガス排出路中のガス圧を検出する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサで検出されたガス圧と前記第２圧力センサで検出されたガス圧との圧力差を求める算出手段と、
前記第１弁体および第２弁体の開度を調整することにより、前記算出手段により求められる圧力差を予め定められた所定値に制御する制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００３６】
この構成の燃料電池発電装置によれば、制御手段により第１弁体と第２弁体の開度を調整することにより、算出手段により求められる反応ガス排出路中のガス圧と酸素ガス排出路中のガス圧との圧力差が所定値に制御される。
【００３７】
燃料電池では発電にともないアノードでは水素を消費し、カソードでは酸素を消費する。その時の消費する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。これに対して、反応槽における熱分解反応により発生する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。従って、理論通りであれば、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ接続すれば、ガスが過不足なく消費される。しかしながら、現実には、燃料電池、ガス生成手段とも、各々の部位における水素、酸素のガス圧力が違ったり、水素供給路と酸素供給路との配管内部の容積が違ったりして、必ずしも上述のように、単純に、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ供給すれば、ガスが過不足なく消費されるというものではない。
【００３８】
この構成の燃料電池発電装置は上記点に鑑みてなされたもので、上述したように反応ガス排出路中のガス圧と酸素ガス排出路中のガス圧との圧力差を所定値に制御することにより、反応ガス、酸素ガスの両方の系統のガス流量を制御することにより、ガス生成手段から生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池で消費させることができる。従って、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、装置の安全性を向上できる。
【００３９】
第３の構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する弁体と
を備えるとともに、
前記水素精製手段は、
水素を選択的に透過するろ過膜
を備え、
さらに、
前記ろ過膜の前後の圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記弁体の開度を調整することにより、前記圧力差検出手段により検出される圧力差を予め定められた所定範囲内に収める制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００４０】
この構成の燃料電池発電装置によれば、制御手段により弁体の開度を調整することにより、圧力差検出手段により検出される圧力差、即ち、水素精製手段のろ過膜の前後の圧力差を、制御手段により、予め定められた所定範囲内に収める。一般に、ろ過膜による水素精製手段の水素精製量は、ろ過膜の両側の圧力差に依存しており、上記構成のようにその圧力差を所定範囲内に収めることにより、水素精製量を一定にすることができる。従って、ガス生成手段において、配管内部の圧力が変動したり、燃料電池側の配管内部の圧力が変動したりしても、常に、所望の量の水素を連続かつ安定して生成することができる。
【００４１】
第４の構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記ガス生成手段から前記酸素ガス供給路を介して酸素ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された酸素ガスの残り分を排出する酸素ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第１弁体と、
前記酸素ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第２弁体と、
前記水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量を検出する第１センサと、
前記酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量を検出する第２センサと、
前記第１弁体および第２弁体の開度をそれぞれ調整することにより、前記第１センサで検出される流量と前記第２センサで検出される流量との比率を、前記燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致させる制御手段と
を備える構成としてもよい。
【００４２】
この構成の燃料電池発電装置によれば、制御手段により第１弁体と第２弁体の開度を調整することにより、水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量と酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量との比率が、燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致するように制御される。
【００４３】
燃料電池では発電にともないアノードでは水素を消費し、カソードでは酸素を消費する。その時の消費する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。これに対して、反応槽での熱分解反応で発生する水素と酸素の割合はモル比で２：１である。従って、理論通りであれば、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ接続すれば、ガスが過不足なく消費される。しかしながら、現実には、燃料電池、ガス生成手段とも、各々の部位における水素、酸素のガス圧力が違ったり、水素供給路と酸素供給路との配管内部の容積が違ったりして、必ずしも上述のように、単純に、ガス生成手段から生成した水素、酸素をそのまま燃料電池へ供給すれば、ガスが過不足なく消費されるというものではない。
【００４４】
さらには、水素ガス精製手段、酸素ガス精製手段とも、厳密には、所望のガスが１００％完全に分離されるわけではなく、一部は不要なガス成分と一緒に分離されないままにオフガスとして排出されてしまうことがある。この分離される割合は、水素ガス精製手段と酸素ガス精製手段とで、装置の原理的な違いや運転条件の違いが相違することから、水素ガスと酸素ガスとの生成される割合は、上記２：１の割合からズレが生じる。このためにも、ガスが過不足なく消費されるように積極的に制御する必要がある。
【００４５】
この構成の燃料電池発電装置は上記点に鑑みてなされたもので、上述したように、水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量と酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量との比率が、燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致するように制御することにより、ガス生成手段から生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池で消費させることができる。従って、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、装置の安全性を向上できる。
【００４６】
基本構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残余分を排出する反応ガス排出路
を備えるとともに、
前記発熱手段は、
前記反応ガス排出路からの反応ガスを燃焼させて熱を発するもの
である構成としてもよい。
【００４７】
この構成によれば、燃料電池から排出される反応ガスの残余分を燃焼させて発生する熱にて反応槽が加熱されることから、反応槽を加熱するための燃料を新たに必要としない。従って、エネルギ効率を高めることができる。さらには、燃料電池から排出される反応ガスの残余分は当然水素が含まれることから、装置外への排出は難しく、その処分のために特別な装置が必要であったが、上記構成によりその処分のための装置が不要となり装置の簡略化を図ることもできる。
【００４８】
また、基本構成の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを貯える貯留手段
を備えるとともに、
前記発熱手段は、
前記貯留手段に貯えられた反応ガスを燃焼させて熱を発するもの
である構成としてもよい。
【００４９】
この構成によれば、ガス生成手段により生成される反応ガスを利用して反応槽の加熱が可能であることから、反応槽の加熱用の燃料を特別に必要としない。従って、装置のエネルギ効率を高めることができる。
【００５０】
第１または第２の構成（または請求項１６または１７記載の構成）の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを貯える貯留手段と、
前記燃料電池の起動時に、前記貯留手段に貯えられた反応ガスを前記反応ガス供給路から前記燃料電池に送る起動時反応ガス供給手段と
を備える構成としてもよい。
【００５１】
一般に、燃料電池発電装置の起動時においては、ガス生成手段が十分に働くまでタイムラグがあるが、この構成によれば、起動後、燃料電池に直ちに燃料を供給することができる。
【００５２】
また、通常、燃料電池発電装置の起動時においては、燃料電池が未だ運転されていないことから、その燃料電池の排熱を利用して反応槽を加熱すること（第２の構成のもの）も、あるいは燃料電池からの反応ガスの残余分を燃焼させて反応槽を加熱すること（請求項１６記載のもの）も不可能である。このため、起動時専用の電気ヒータを設ける必要があった。これに対して、上記構成の燃料電池発電装置では、起動時においては、貯留手段に貯えた反応ガスが燃料電池に供給されることから、起動時にはガス生成手段の運転が不要となり、前述した起動時専用の電気ヒータを設ける必要がない。この結果、装置構成の簡略化を図ることができる。なお、起動後においては、燃料電池が運転を開始することから、その燃料電池の排熱を利用したり、燃料電池からの反応ガスの残余分を燃焼させて反応槽を加熱するようにすればよい。
【００５３】
基本構成または第２の構成の燃料電池発電装置において、
前記燃料電池から排出される残余分の反応ガスと外部から供給される酸素含有ガスとから水を生成する水生成手段と、
該水生成手段により生成された水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として用いる水利用手段と
を備える構成としてもよい。
【００５４】
この構成によれば、反応槽で収容されるハロゲン化水素酸を生成する材料としての水が、燃料電池の運転に伴って水生成手段により順次生成されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくて済む。また、燃料電池からみれば、水素ガスを含むアノード側残ガスをそのまま大気中に放出する訳には行かないので、この構成によりその残ガスを有効利用することができ、装置全体としてのエネルギ効率を高めることができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。
【００５６】
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池発電システム１の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１は、電気を発生するりん酸型の燃料電池スタックＦＣと、熱分解反応により水から水素ガスを製造するガス生成装置Ｇと、ガス生成装置Ｇで製造された水素ガスを燃料ガスとして燃料電池スタックＦＣに送る燃料ガス供給通路３を備える。さらに、この燃料電池発電システム１には、燃料電池スタックＦＣ内の冷却プレート（後述する）に流れる冷却水をガス生成装置Ｇに循環させる冷却水循環路５を備える。
【００５７】
燃料電池スタックＦＣの構成について次に説明する。
燃料電池スタックＦＣは、前述したようにりん酸型の燃料電池であり、その単一セル構造として、図２の構造図および図３の分解斜視図に示す構造を備える。即ち、これら図に示すように、そのセルは、電解質１１と、この電解質１１を両側から挟んでサンドイッチ構造とするガス拡散電極としてのアノード１２およびカソード１３と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード１２およびカソード１３とで燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成するセパレータ１４，１５と、セパレータ１４，１５の外側に配置されアノード１２およびカソード１３の集電極となる集電板１６，１７とにより構成されている。
【００５８】
電解質１１は、液体状の濃厚りん酸を含浸させた炭化ケイ素のマトリックス（りん酸を含浸保持させる基材）からなる。アノード１２およびカソード１３は、炭素質の多孔板の基体からなり、この基体の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金等を担持したカーボン粉が塗布されている。
【００５９】
白金を担持したカーボン粉は次のような方法で作成されている。塩化白金酸水溶液とチオ硫酸ナトリウムを混合して、亜硫酸白金錯体の水溶液を得る。この水溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を摘下して、水溶液中にコロイド状の白金粒子を析出させる。次に担体となるカーボンブラック（例えば Vulcan XC-72 （米国の CABOT社の商標）やデンカブラック（電気化学工業株式会社の商標））を添加しながら、攪拌し、カーボンブラックの表面にコロイド状の白金粒子を付着させる。次に溶液を吸引ろ過または加圧ろ過して白金粒子が付着したカーボンブラックを分離した後、脱イオン水（純水）で繰り返し洗浄した後、室温で完全に乾燥させる。次に、凝集したカーボンブラックを粉砕器で粉砕した後、水素還元雰囲気中で、２５０〜３５０［℃］で２時間程度加熱することにより、カーボンブラック上の白金を還元するとともに、残留していた塩素を完全に除去して、白金を担持したカーボン粉が完成する。
【００６０】
セパレータ１４，１５は、ち密質のカーボンプレートにより形成されている。アノード１２側のセパレータ１４は、アノード１２の表面とで燃料ガスである水素ガスの流路をなすと共にアノード１２で生成する水の集水路をなす水素ガス流路１４Ｐを形成する。また、カソード１３側のセパレータ１５は、カソード１３の表面とで材料ガスである酸素ガスの流路をなす酸素ガス流路１５Ｐを形成する。集電板１６，１７は、銅（Ｃｕ）により形成されている。
【００６１】
以上説明したのがりん酸型燃料電池の単一セルの構成であり、こうしたセルを複数積層したものが燃料電池スタックＦＣである。図４は、燃料電池スタックＦＣの全体構造を示す構造図である。なお、図４中、図２，図３と同じ構成の部品に対しては同一の符号を付した。
【００６２】
図４に示すように、燃料電池スタックＦＣは、図２，図３で示した電解質１１、アノード１２およびカソード１３からなるサンドイッチ構造２０をセパレータ２１で挟んで複数積層したものである。このセパレータ２１は、図１，図２で示した単電池のセパレータ１４，１５と同じ材料からなり、アノード１２と接する側面に水素ガス流路１４Ｐを形成し、カソード１３と接する側面に酸素ガス流路１５Ｐを形成する。なお、図中、最も右側に位置するサンドイッチ構造２０Ｒの外側には、水素ガス流路１４Ｐだけを形成するセパレータ１４（図２，図３と同じもの）が配置され、最も左側に位置するサンドイッチ構造２０Ｌの外側には、酸素ガス流路１５Ｐだけを形成するセパレータ１５が配置されている。
【００６３】
さらに、燃料電池スタックＦＣは、これらセパレータ１４，１５の外側に配置される冷却プレート２２，２３と、冷却プレート２２，２３のさらに外側に配置される集電板１６，１７と、これら全体を両側から絶縁板２４，２５を介して挟むエンドプレート２６，２７とを備え、さらにエンドプレート２６，２７を外側から締め付ける締め付けボルト２８とを備える。
【００６４】
冷却プレート２２，２３は、内部に冷却水流路を備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成となっている。なお、冷却プレート２２，２３に接続される流路の集合部付近のＡ点，Ｂ点と冷却水循環路５とが接続されることで、冷却プレート２２，２３に流れる冷却水は、冷却水循環路５を介してガス生成装置Ｇに送られる。
【００６５】
なお、図４において、この燃料電池スタックＦＣは、セルを３つ備える構成としたが、必ずしもこの数に限る必要はなく幾つでもよい。また、この燃料電池スタックＦＣは、冷却プレートをスタックの両端に２つ備える構成としたが、さらに、単セルと単セルとの間にも冷却プレートを配置する構成としてもよい。
【００６６】
ガス生成装置Ｇの構成について次に説明する。図５は、ガス生成装置Ｇの概略構成図である。この図に示すように、ガス生成装置Ｇは、熱分解反応を段階的に行なう２つの反応槽３０，５０を備える。なお、これ以後、初段の反応槽３０を予備反応槽と呼ぶことにより、後段の反応槽５０と区別する。
【００６７】
図６は、予備反応槽３０の内部を示す概略構成図である。この図６と図５に示すように、予備反応槽３０は、蓋３１を有する容器３２を備えており、この蓋３１には、その差し込み位置が容器３２内の液面より上方に位置する第１ないし第３の管路３３，３４，３５と、差し込み位置が容器３２内の液面より下方に位置する第４および第５の管路３６，３７とがそれぞれ接続されている。
【００６８】
第１の管路３３には、ガス生成装置Ｇの外部に設けられてハロゲンであるヨウ素（Ｉ2 ）を貯えるハロゲン槽４１が接続されており、ポンプ４２によりＩ2 がこの第１の管路３３を介して予備反応槽３０に送られる。また、第２の管路３４には、ガス生成装置Ｇの外部に設けられて水（Ｈ2Ｏ ）を貯える水槽４３が接続されており、ポンプ４４によりＨ2Ｏ がこの第２の管路３４を介して予備反応槽３０に送られる。第３の管路３５は、外部に接続されており、予備反応槽３０で発生したガス（ここでは、Ｏ2ガス ）をポンプ４６により外部に排出する。
【００６９】
第４の管路３６および第５の管路３７は、反応槽５０に接続されており、両管３６，３７にそれぞれ設けられたポンプ４８，４９により予備反応槽３０中の溶液（ＨＩの溶解したＨ2Ｏ ）を反応槽５０との間で循環させる。
【００７０】
また、予備反応槽３０の容器３２には、羽根車３８（図６）が設けられており、この羽根車３８により容器３２内の溶液を攪拌している。容器３２の外周には、発熱手段としての冷却プレート３９ａ，３９ｂが配設されている。冷却プレート３９ａ，３９ｂは、内部に冷却水流路を備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成となっている。
【００７１】
図７は、反応槽５０の内部を示す概略構成図である。この図７と図５に示すように、反応槽５０は、予備反応槽３０と同様に蓋５１を有する容器５２を備えたものであり、この蓋５１には、予備反応槽３０に接続される第４の管路３６が容器５２内の液面より上方まで差し込まれている。また、蓋５１には、その差し込み位置が容器５２内の液面より上方に位置する第６の管路５４が接続されている。さらに、容器５２の下方には予備反応槽３０に接続される上記第５の管路３７が接続されている。
【００７２】
上記第６の管路５４は、水素ガス精製器６０に接続されており、反応槽５０で発生したガス（ここでは、Ｈ2とＩ2の混合ガス）をポンプ６２により水素ガス精製器６０に送る。
【００７３】
また、反応槽５０には、活性炭、特に活性炭の表面をアルカリ、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）やＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）などのアルカリ溶液で処理し、活性炭表面に塩基性表面官能基を付与したものを用いることが望ましい。この活性炭は、反応槽５０内に供給されたハロゲン化水素酸の熱分解を促進する触媒の働きをするものである。なお、この活性炭に加え、還元剤の役目を果たす、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ2 ）、酸化鉛（Ｐｂ2Ｏ3）、酸化白金（ＰｔＯ）、チタン等を加えるのも好適である。
【００７４】
また、反応槽５０の容器５２には、羽根車５８（図７）が設けられており、この羽根車５８により容器５２内の溶液を攪拌している。容器５２の外周には、冷却プレート５９ａ，５９ｂが配設されている。冷却プレート５９ａ，５９ｂは、内部に冷却水流路を備えており、外部から供給される冷却水が循環する構成となっている。なお、この冷却プレート５９ａ，５９ｂと前述した予備反応槽３０側の冷却プレート３９ａ、３９ｂとは連結されており、その上で、冷却水循環路５を介して燃料電池スタックＦＣ内の冷却プレート２２，２３に接続されている。燃料電池スタックＦＣの運転に伴い発生する熱は、りん酸型のものでは１７０〜２２０℃近くになるが、上記構成により、この熱は冷却水循環路５を介して予備反応槽３０に伝達されることになる。
【００７５】
冷却水循環路５を流れる冷却水は、一般的な水ではあるが、りん酸型燃料電池の運転温度は前述したように１００℃以上となることから、沸騰しないように循環ポンプ９０により加圧されつつ循環される。冷却水としては、燃料電池スタックＦＣの運転温度よりも沸点の高い液体状の熱媒体、例えばシリコンオイルを用いる構成としてもよい。
【００７６】
水素ガス精製器６０は、反応槽５０から送られてきたＨ2とＩ2の混合ガスからＨ2 ガスを精製するもので、具体的には、水素を選択的に透過するろ過膜を備える水素ろ過器から構成される。ここで上記ろ過膜は、多孔質性のセラミックスまたは金属の表面に、緻密なパラジウムの膜をメッキや蒸着、スパッタリングなどの物理的または化学的な方法で形成したもので、このパラジウム膜の両側の圧力差を一定以上に保つことにより、パラジウム膜の内部を水素のみが選択的に透過するようにしたものである。
【００７７】
なお、図６および図７に示すように、第１ないし第６の管路３３〜３７，５４には、各反応槽３０，５０への接続口付近に設けられるバルブ７１〜７８を備えており、任意の時期に各管路３３〜３７，５４の開閉が可能である。
【００７８】
以上のように構成されたガス生成装置Ｇの作用について次に説明する。ハロゲン槽４１から第１の管路３３を介してＩ2 が、水槽４３から第２の管路３４を介してＨ2Ｏ がそれぞれ予備反応槽３０に供給され、その上で、燃料電池スタックＦＣからの熱で予備反応槽３０が６０℃以上好ましくは８０℃以上に加熱されると、予備反応槽３０では次式（４）で示す反応が発生する。
Ｈ2Ｏ ＋ Ｉ2 → ２ＨＩ ＋ （１／２）Ｏ2 …（４）
【００７９】
（４）式の反応で発生したＯ2 ガスは第３の管路３５を介して外部に排出される。一方、（４）式の反応で発生する２ＨＩは過剰のＨ2Ｏの存在下でＨ2Ｏに溶けた状態で、第４の管路３６を介して反応槽５０に送られる。そして、燃料電池スタックＦＣからの熱で反応槽５０が加熱されると、次式（５）で示す反応が発生する。
２ＨＩ → Ｈ2 ＋ Ｉ2 …（５）
【００８０】
（５）式で示す反応は、活性炭を用いた熱分解反応であり、８０℃以上好ましくは１４０℃以上程度の低温で熱分解が可能となる。（５）式の反応で発生するＨ2 とＩ2 の混合ガスは管路５４を介して水素ガス精製器６０に送られ、ここでＨ2 ガスに精製される。なお、第４の管路３６から供給されたＨＩの溶液は（５）式の反応で薄くなることから、この薄くなった溶液を第５の管路３７から予備反応槽３０に送ることにより、ＨＩの溶液を予備反応槽３０と反応槽５０との間で循環させて反応槽５０中のＨＩの濃度を濃い状態に保っている。
【００８１】
燃料ガス供給通路３は、ガス生成装置Ｇの排出側と燃料電池スタックＦＣの水素ガス流路１４Ｐとを接続する管路である。詳細には、燃料電池スタックＦＣに備えられる複数の水素ガス流路１４Ｐの流入側は図示しないマニホールドでまとめられており、このマニホールドとガス生成装置Ｇの水素ガス精製器６０の排出口との間に燃料ガス供給通路３は接続されている。
【００８２】
以上詳述したように、この第１実施例の燃料電池発電システム１では、ガス生成装置Ｇで熱分解反応により水から水素ガスを生成し、この水素ガスを燃料ガスとして燃料電池スタックＦＣに供給するように構成されている。熱分解反応によれば原理的に水素と酸素のみが発生して、一酸化炭素やメタノールといった電池機能低下の一因となる副生成物を生成しないので、燃料電池の触媒被毒、酸素電極の電位低下等の問題を解消することができる。また、副生成物を生成しないので、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの利用率を１００［％］とすることができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００８３】
また、この第１実施例によれば、冷却水を冷却水循環路５を介して燃料電池スタックＦＣとガス生成装置Ｇとの間で循環させていることから、りん酸型燃料電池の高熱の排熱によりガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱することができる。このため、両反応槽３０，５０を加熱するためのヒータ等の加熱手段を別途設ける必要がないことから、ガス生成装置Ｇの構成を簡略化することができる。また、燃料電池スタックＦＣの排熱をガス生成装置Ｇで利用することができることから、燃料電池発電システム１の全体のエネルギ効率を高めることもできる。さらには、燃料電池の発電量に応じて燃料電池の発生熱量が変化することから、燃料電池の発電量に応じてガス生成装置Ｇのガス生成量を自律的にフィードバック制御することができ、制御が容易である。
【００８４】
なお、第１実施例の燃料電池発電システム１において、冷却水循環路５の途中には、図示はしないがラジエータを設ける構成としてもよい。この構成によれば、冷却水の温度を調整することができることから、燃料電池スタックＦＣ内の温度を容易に制御することが可能となる。
【００８５】
また、上記燃料電池発電システム１において、りん酸型の燃料電池に換えて、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、直接メタノール型燃料電池等を用いる構成としてもよい。要は、この燃料電池発電システム１では、運転温度がガス生成装置Ｇの加熱温度よりも高くなるような上述した燃料電池を使用することができる
【００８６】
なお、上記第１実施例では、燃料電池スタックＦＣの冷却水を、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０の周囲に配送するように構成されていたが、これに加えて、図８に示すように、ハロゲン槽４１および水槽４３の周囲にも冷却水系統に接続される冷却プレート９２を設けて、ハロゲン槽４１および水槽４３の周囲に冷却水を配送する構成としてもよい。この構成によれば、燃料電池にて発生する熱にてガス生成装置の予備反応槽３０および反応槽５０に加えてハロゲン槽４１および水槽４３も加熱されることから、熱分解反応の材料の加熱がなされる。この結果、ハロゲン槽４１、水槽４３を予備加熱するための電気ヒータ等の特別な加熱手段を設けることなしに、熱分解反応の促進を図ることができる。従って、システム全体の構成を簡略化することができるとともに、加熱手段用のエネルギが不要であることから、エネルギー効率を高めることもできる。
【００８７】
また、上記構成では、ガス生成装置Ｇ、ハロゲン槽４１および水槽４３の全てを冷却水の熱にて加熱していたが、ガス生成装置Ｇに加えて、ハロゲン槽４１または水槽４３のいずれか一方を加熱する構成としてもよい。あるいは、ガス生成装置Ｇを除いたハロゲン槽４１または水槽４３のいずれか一方を加熱する構成としてもよい。
【００８８】
なお、上記第１実施例では、燃料電池スタックＦＣの冷却水をガス生成装置Ｇに送ることで、燃料電池の高熱の排熱によりガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱していたが、これに換えて、ガス生成装置Ｇをバーナ等の他の加熱手段で加熱するように構成してもよい。この構成によれば、第１実施例に比べて加熱手段が別途必要ではあるが、第１実施例と同様に、熱分解反応にて水から水素を生成していることから、水素と酸素以外の副生成物を生成することがない。このため、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの利用率を１００［％］とすることができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００８９】
本発明の第２実施例について次に説明する。図９は、本発明の第２実施例としての燃料電池発電システム１２０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１２０は、第１実施例の燃料電池発電システム１と比較して、燃料電池スタックＦＣ２と冷却水循環路１２５との構成が相違し、その他の構成、即ち、ガス生成装置Ｇの構成と燃料ガス供給通路３の構成とが同一の構成である。
【００９０】
この第２実施例の燃料電池スタックＦＣ２は、固体高分子型の燃料電池スタックである。固体高分子型の燃料電池スタックＦＣ２は、電解質として高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたイオン交換膜を使用しており、その他の構成は第１実施例で示したりん酸型のものとほぼ同じである。なお、固体高分子型の燃料電池は、約８０℃の運転温度で運転される。
【００９１】
冷却水循環路１２５は、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水流路に接続される第１の循環路１２５ａと、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０周辺に配設された冷却プレート３９ａ，３９ｂ，５９ａ，５９ｂに接続される第２の循環路１２５ｂとから構成され、第１の循環路１２５ａと第２の循環路１２５ｂとの間に、ヒートポンプ１２９が配設されている。ヒートポンプ１２９は、低温側から高温側への熱の伝達を可能とする周知のものであり、燃料電池スタックＦＣ２の運転に伴い発生する熱を、ガス生成装置Ｇの運転温度よりも高い温度に昇温している。
【００９２】
即ち、この第２実施例の燃料電池発電システム１２０では、燃料電池スタックＦＣ２が固体高分子型のもので、運転温度が低いことから、冷却水の熱をヒートポンプ１２９により一旦昇温させてから、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０に送っている。従って、この第２実施例の燃料電池発電システム１２０では、第１実施例と同様に、燃料電池スタックＦＣ２の排熱をガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０の加熱に利用することができることから、燃料電池発電システム１２０の全体のエネルギ効率を高めることができる。なお、この実施例では、ガス生成装置Ｇの反応槽３０、５０の加熱のためにヒートポンプ１２９を設けているが、これは、冷却水を補助的に加熱するものであることから、ヒートポンプ１２９の加熱能力はそれほど高くする必要がなく、コンパクトなもので十分である。従って、第１実施例と同様に、ガス生成装置の構成の簡略化を図る効果も奏する。
【００９３】
こうした構成の燃料電池発電システム１２０は、運転温度がガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０の加熱温度よりも低い燃料電池を用いた構成に適用することができる。即ち、固体高分子型の燃料電池に換えて、アルカリ型燃料電池やフッ素系イオン交換膜を用いた再生式燃料電池等を用いる構成としてもよい。
【００９４】
本発明の第３実施例について次に説明する。図１０は、本発明の第３実施例としての燃料電池発電システム１３０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１３０は、第１実施例の燃料電池発電システム１と比較して、冷却水循環路１０５の周辺の構成が相違するだけで、その他の構成については同一のものである。
【００９５】
冷却水循環路１０５には、循環する冷却水を分配する分配器１３２と、分配器１３２で分配された冷却水を冷却水循環路１０５に戻す管路１３４と、該管路１３４に配設されるラジエータ１３６とを備える。分配器１３２による冷却水の分配量は、燃料電池スタックＦＣの発熱量のうちのどれだけの割合をガス生成装置Ｇへ供給すれば、ガス生成装置Ｇの加熱を適正に行なうことができるかを予め調べて、その割合に応じて一定の値に定められている。
【００９６】
かかる構成の燃料電池発電システム１３０では、ガス生成装置Ｇに与えられる熱量は、分配器１３２により適正に調整される。このため、燃料電池スタックＦＣの必要とする水素ガスを、ガス生成装置Ｇにより適量だけ発生させることができる。
【００９７】
本発明の第４実施例について次に説明する。図１１は、本発明の第４実施例としての燃料電池発電システム１４０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１４０は、ガス生成装置Ｇと、燃料電池スタックＦＣと、両者を結ぶ燃料ガス供給通路３とを備える。ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣおよび燃料ガス供給通路３は、第１実施例と同一のものであり、第１実施例と同じ番号を付けた。なお、第１実施例にあった冷却水循環路５はこの実施例にはない。図１１中、燃料電池スタックＦＣの冷却水経路については省略してあるが、実際は、燃料電池スタックＦＣの冷却水流路に接続される循環路を備えており、この循環路途中に設けたラジエータで冷却水を冷やしつつその冷却水を燃料電池スタックＦＣの周辺に循環させている。
【００９８】
なお、燃料電池スタックＦＣに備えられる複数の水素ガス流路１４Ｐの排出側は図示しないマニホールドでまとめられており、このマニホールドは燃料ガス排出通路１４２に接続されているが、この第４実施例では、この燃料ガス排出通路の途中（できるだけ上流側）に背圧調整バルブ１４４が設けられている。
【００９９】
背圧調整バルブ１４４は、通常、閉状態にあり、燃料ガス排出通路１４２を閉塞している。燃料ガス排出通路１４２の配管内部の圧力が所定値以上の値になると、開状態となり、燃料ガスが放出されて、配管内部の圧力を前記所定値に戻す。この背圧調整バルブ１４４を用いることにより、燃料電池スタックＦＣの出力の停止に伴って燃料ガス排出通路内の圧力が急激に上昇することを防止することができる。
【０１００】
通常、負荷が増大し、燃料電池スタックＦＣの出力が増大すると、この時、燃料電池スタックＦＣでは発電のためにより多くの水素ガスが必要となる。これに対して、この第４実施例の燃料電池発電システム１４０では、燃料電池スタックＦＣの燃料ガス排出通路１４２は背圧調整バルブ１４４で閉じられていることから、出力が増大すると、ガス生成装置Ｇから水素ガス流路１４Ｐの排出口までの間の通路内の水素ガスが消費されて、そのガス圧力が低下し、この結果、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０から発生するガス量は増大する。従って、負荷増大時に、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの消費量が増大すると、その増大分だけ、ガス生成装置Ｇでは自律的にガス発生量をフィードバック制御する。
【０１０１】
一方、負荷が減少し、燃料電池スタックＦＣの出力が減少すると、この時、燃料電池スタックＦＣでは必要な水素ガス量が減少する。これに対して、燃料電池スタックＦＣの燃料ガス排出通路１４２は背圧調整バルブ１４４で閉じられていることから、出力が低下すると、ガス生成装置Ｇから水素ガス流路１４Ｐの排出口までの間の通路内の水素ガスは十分に消費されず、そのガス圧力が上昇し、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０から発生するガス量は減少する。従って、負荷減少時に、燃料電池スタックＦＣでの水素ガスの消費量が減少すると、その減少分、ガス生成装置Ｇでは自律的にガス発生量をフィードバック制御する。
【０１０２】
従って、この燃料電池発電システム１４０では、燃料電池スタックＦＣにおけるガスの使用量に応じてガス生成装置Ｇのガス発生量が自律的に調整される。このため、燃料電池スタックＦＣの運転状態に応じた適正な量の燃料ガスをガス生成装置Ｇにおいて生成することができる。しかも、この燃料電池発電システム１４０は、電子技術を使った強制的なガス発生量の調整装置を備えるものではないことから、簡略化された構成で燃料電池発電システムを実現することができる。
【０１０３】
なお、この第４実施例において、背圧調整バルブ１４４に換えて、単なる開閉バルブを用いる構成としてもよい。燃料電池スタックＦＣの運転時には、この開閉バルブを閉状態とすることで、ガス生成装置Ｇから水素ガス流路１４Ｐの排出口までの間の配管内の圧力を一定とする。かかる構成によっても、第４実施例と同様の効果を奏することができる。
【０１０４】
また、第４実施例において、第１実施例と同じ冷却水循環路を設ける構成としてもよい。この構成によれば、燃料電池の排熱によりガス生成装置Ｇの予備反応槽および反応槽を加熱することができ、第１実施例と同様にエネルギ効率を高めることができる。
【０１０５】
本発明の第５実施例について次に説明する。図１２は、本発明の第５実施例としての燃料電池発電システム１５０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１５０は、第２実施例の燃料電池発電システム１２０と同様に、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣ２、燃料ガス供給通路３、冷却水循環路１２５およびヒートポンプ１２９を備える。さらに、燃料電池発電システム１５０は、冷却水循環路１２５に接続されてヒートポンプ１２９を迂回する迂回路１５６を備え、この迂回路１５６と冷却水循環路１２５との交点にそれぞれ流路切換バルブ１５１ないし１５４を備える。なお、迂回路１５６の途中には循環ポンプ１５７が設けられている。
【０１０６】
流路切換バルブ１５１ないし１５４は、冷却水の流路をヒートポンプ１２９を通過する冷却水循環路１２５と迂回路１５６との間で切り換えるもので、電子制御ユニット１５８からの制御信号を受けて、冷却水を冷却水循環路１２５側に流す第１ポジションと迂回路１５６側に流す第２ポジションとに切り換わる。
【０１０７】
電子制御ユニット１５８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット１５８によれば、燃料電池スタックＦＣ２が運転状態にあるか停止状態にあるかの違いにより、各流路切換バルブ１５１ないし１５４の切換ポジションを変更することで、冷却水の流路をヒートポンプ１２９を流れる方向かヒートポンプ１２９を迂回する方向かを切り換えている。
【０１０８】
上記電子制御ユニット１５８のＣＰＵで実行される冷却水流路切換の制御処理について図１３のフローチャートを用いて以下詳細に説明する。
【０１０９】
図１３に示すように、電子制御ユニット１５８のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、燃料電池スタックＦＣ２が運転状態にあるか停止状態にあるかの判別を行なう（ステップＳ１５１）。この判別は、例えば、図示しない燃料電池起動スイッチからの信号に基づいてなされる。ステップＳ１５１で燃料電池スタックＦＣが運転状態にあると判別されると、各流路切換バルブ１５１ないし１５４を第１ポジションにそれぞれ切り換えることで、冷却水をヒートポンプ１２９側に流す（ステップＳ１５２）。一方、ステップＳ１５１で燃料電池スタックＦＣが停止状態にあると判別されると、各流路切換バルブ１５１ないし１５４を第２ポジションにそれぞれ切り換えることで、冷却水を迂回路１５６側に流す（ステップＳ１５３）。
【０１１０】
ステップＳ１５２またはＳ１５３の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１１１】
かかる構成の第５実施例の燃料電池発電システム１５０によれば、燃料電池スタックＦＣ２の運転時に、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をヒートポンプ１２９で一旦昇温させてからガス生成装置Ｇに伝え、一方、燃料電池スタックＦＣ２の停止時には、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をヒートポンプ１２９で昇温させることなしにそのまま伝える。このため、燃料電池スタックＦＣ２の停止時には、ヒートポンプ１２９で昇温されていない低温の冷却水がガス生成装置Ｇに直接供給されることから、ガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０が冷却され、反応槽３０，５０での反応ガスの生成が速やかに停止される。従って、燃料電池スタックＦＣ２の停止時にガス発生を速やかに停止することができる。
【０１１２】
なお、上記第５実施例では、燃料電池スタックＦＣの停止状態のときの冷却水の流路を、燃料電池スタックＦＣ２から迂回路１５６を介してガス生成装置Ｇに循環させる構成としたが、これに換えて、図１４に示すように、迂回路１５６をガス生成装置Ｇに加えてハロゲン槽４１および水槽４３内に設けた管路４１ａ，４３ａに接続して、冷却水をハロゲン槽４１および水槽４３周辺にも循環させる構成としてもよい。なお、図１４においては、第５実施例と同一の部分には同一の番号をつけており、図中、黒丸で示す流路切換バルブ１５１ないし１５４は、第５実施例と同様に、冷却水の流路をヒートポンプ１２９を通過する冷却水循環路１２５と迂回路１５６との間で切り換えるものである。
【０１１３】
この構成によれば、燃料電池スタックＦＣ２の停止時には、ヒートポンプ１２９で昇温されていない低温の冷却水が、ガス生成装置Ｇに加えてハロゲン槽４１および水槽４３にも送られることから、熱分解反応の材料である水およびハロゲンが冷却され、反応槽３０，５０での発生がより一層速やかに停止される。従って、燃料電池スタックＦＣ２の停止時にガス発生をより一層速やかに停止することができる。
【０１１４】
なお、上記構成では、ガス生成装置Ｇ、ハロゲン槽４１および水槽４３の全てに冷却水を送る構成としたが、ガス生成装置Ｇに加えて、ハロゲン槽４１および水槽４３のいずれか一方に冷却水を送る構成としてもよい。
【０１１５】
また、上記第５実施例では、燃料電池スタックＦＣ２の運転時に、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をヒートポンプ１２９で昇温させてからガス生成装置Ｇに伝える構成としていたが、必ずしも燃料電池スタックＦＣ２の排熱を利用してガス生成装置Ｇを加熱する構成とする必要はない。即ち、ガス生成装置Ｇは、燃料電池スタックの排熱ではなく電気ヒータ等の別の加熱手段で加熱される構成とし、燃料電池スタックＦＣ２の停止時に限って、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水をガス生成装置Ｇに送る構成としてもよい。この構成によっても、燃料電池スタックＦＣ２の停止時に加熱手段を速やかに停止することができる。なお、このときも、燃料電池スタックＦＣ２の冷却水はガス生成装置Ｇだけではなく、ハロゲン槽４１や水槽４３に送る構成としてもよい。
【０１１６】
本発明の第６実施例について次に説明する。図１５は、本発明の第６実施例としての燃料電池発電システム１６０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１６０は、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、冷却水循環路５および酸素ガス供給通路１６４を備える。燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３および冷却水循環路５については、第１実施例と同一のものであり、第１実施例と同じ番号を付けた。第１実施例と相違する点は、ガス生成装置Ｇ２に第１実施例のガス生成装置Ｇと比べて多少の構成の追加があったことと、ガス生成装置Ｇ２で製造された酸素ガスを燃料電池スタックＦＣに送る酸素ガス供給通路１６４を備える点にある。
【０１１７】
図１６は、この第６実施例のガス生成装置Ｇ２の概略構成図である。この図に示すように、ガス生成装置Ｇ２は、第１実施例のガス生成装置Ｇと同一の構成を備え（同一の部分には第１実施例と同じ番号を付けた）、さらに、第３の管路３５の出口付近に酸素ガス精製器１６９を備える。
【０１１８】
酸素ガス精製器１６９は、第３の管路３５を介して反応槽５０から送られてきたガスからＯ2 ガスを精製するもので、具体的には、酸素を選択的に透過するろ過膜を備える酸素ろ過器から構成される。なお、第３の管路３５を介して予備反応槽３０から送られてくるガスは、原理的には、Ｏ2 に限られるが、実際は、ハロゲンあるいはハロゲン化水素酸等の混入があり、酸素ガス精製器１６９は０2 だけを厳密に選択する。
【０１１９】
従って、この構成の燃料電池発電システム１６０では、ガス生成装置Ｇ２で得られる水素に加えて、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０で得られる酸素も燃料電池スタックＦＣに供給されることから、システム全体のエネルギ効率をより一層高めることができる。
【０１２０】
本発明の第７実施例について次に説明する。図１７は、本発明の第７実施例としての燃料電池発電システム１７０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１７０は、第６実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、酸素ガス供給通路１６４および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのカソード１３側のセパレータ１５に形成される酸素ガス流路１５Ｐの出口側には、凝縮器１７２が設けられている。
【０１２１】
凝縮器１７２は、水蒸気を凝縮して水を生成するもので、発電に伴い燃料電池のカソードで発生する水蒸気が水として回収される。凝縮器１７２の出力側は、ガス生成装置Ｇ２に水を供給する水槽４３（第１実施例と同じもの）と送水通路１７４を介して接続されており、凝縮器１７２で生成された水が水槽４３に送られる。このため、ガス生成装置Ｇ２側からみれば、熱分解反応に使用される材料が燃料電池の運転に伴って順次補給されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくて済む。また、燃料電池スタックＦＣからみれば、カソード側残ガスをそのまま排出すると、大気に放出された残ガスが白煙を上げることになるが、そうした現象を防止することができる。
【０１２２】
本発明の第８実施例について次に説明する。図１８は、本発明の第８実施例としての燃料電池発電システム１８０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム１８０は、第６実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、酸素ガス供給通路１６４および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路１８２が設けられ、カソード１３の酸素ガス流路１５Ｐの出口側には酸素ガス排出路１８４が設けられ、両排出路１８２，１８４から燃料電池での残余分のガスを排出している。各水素ガス排出路１８２および酸素ガス排出路１８４には、第１および第２圧力センサ１８２ａ，１８４ａと、第１および第２背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂとがそれぞれ設けられている。
【０１２３】
第１および第２圧力センサ１８２ａ，１８４ａは、アノード１２側およびカソード１３側のガス出口付近に設けられ、電子制御ユニット１８６と電気的に接続されている。第１および第２背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂは、管路の開度を調整するもので、同じく電子制御ユニット１８６と電気的に接続され、電子制御ユニット１８６からの制御信号を受けてその開度を変える。電子制御ユニット１８６は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット１８６によれば、背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂの開度を制御することにより、水素ガス排出路１８２中のガス圧と酸素ガス排出路１８４中のガス圧との圧力差を、常に一定の範囲に収めている。
【０１２４】
上記電子制御ユニット１８６のＣＰＵで実行される背圧調整弁の制御処理について図１９のフローチャートを用いて以下詳細に説明する。この背圧調整弁制御処理ルーチンは、電子制御ユニット１８６のＣＰＵにより所定時間毎に繰り返し実行されるものである。
【０１２５】
図１９に示すように、電子制御ユニット１８６のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、第１圧力センサ１８２ａおよび第２圧力センサ１８４ａから検出値Ｐ１，Ｐ２を読み込む処理を行なう（ステップＳ１９０）。次いで、第１圧力センサ１８２ａの検出値Ｐ１から第２圧力センサ１８４ａの検出値Ｐ２を減算して、その減算結果を圧力差△Ｐとして記憶する（ステップＳ１９１）。続いて、その圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰに微小値αを加えた値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１９２）。
【０１２６】
ステップＳ１９２で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ＋αより大きいと判定されたときには、水素ガス排出路１８２のガス圧が酸素ガス排出路１８４のガス圧に比べて大きくなり過ぎていることから、第１背圧調整弁１８２ｂの開度Ｖ１を所定値ｖ０だけ増大側に調整して（ステップＳ１９３）、水素ガス供給系統の圧力を下げるとともに、第２背圧調整弁１８４ｂの開度Ｖ２を所定値ｖ０だけ縮小側に調整して（ステップＳ１９４）、水素ガス供給系統の圧力を上げる。
【０１２７】
一方、ステップＳ１９２で否定判定されたときには、ステップＳ１９５に進む。ステップＳ１９５では、ステップＳ１９１で求めた圧力差△Ｐが所定値ｄＰから微小値αを減算した値より小さいか否かを判定する。
【０１２８】
ステップＳ１９５で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ−αより小さいと判定されたときには、酸素ガス排出路１８４のガス圧が水素ガス排出路１８２のガス圧に比べて大きくなり過ぎていることから、第１背圧調整弁１８２ｂの開度Ｖ１を所定値ｖ０だけ縮小側に調整して（ステップＳ１９６）、水素ガス供給系統の圧力を上げるとともに、第２背圧調整弁１８４ｂの開度Ｖ２を所定値ｖ０だけ増大側に調整して（ステップＳ１９７）、水素ガス供給系統の圧力を下げる。
【０１２９】
ステップＳ１９４またはステップＳ１９７の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１９５で否定判定されたときには、圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰを中心とした所定の範囲の中に収まることから、第１および第２背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂの開度変更は不要であるあるとして、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１３０】
こうした構成の電子制御ユニット１８６により実行される背圧調整弁の制御により、酸素ガス排出路１８４のガス圧Ｐ１と水素ガス排出路１８２のガス圧Ｐ２との圧力差△Ｐは常に一定の範囲（ｄＰ−α）〜（ｄＰ＋α）に収まるように制御される。なお、この実施例では、この一定の範囲（ｄＰ−α）〜（ｄＰ＋α）は、ガス生成装置Ｇ２から燃料電池スタックＦＣまでの水素ガス系統と酸素ガス系統とにおいてガスの流量の両者の比率が、燃料電池スタックＦＣで消費する水素と酸素との比率に一致するように定めた値で、予め実験的に求めた値である。
【０１３１】
従って、この第８実施例の燃料電池発電システム１８０では、上述したように酸素ガス排出路１８４のガス圧Ｐ１と水素ガス排出路１８２のガス圧Ｐ２との圧力差△Ｐは常に上記一定の範囲に収められることから、燃料ガス、酸素ガスの両方の系統のガス流量が調整されて、ガス生成装置Ｇから生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池スタックＦＣで消費させることができる。従って、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、燃料電池発電システムの安全性を高めることができる。
【０１３２】
本発明の第９実施例について次に説明する。図２０は、本発明の第９実施例としての燃料電池発電システム２００の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム２００は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路２０２が設けられ、この水素ガス排出路２０２から燃料電池での残余分の水素ガスを排出している。水素ガス排出路２０２には、背圧調整弁２０４が設けられている。
【０１３３】
また、ガス生成装置Ｇの水素ガス精製器６０の上流には第１圧力センサ２０６ａが、水素ガス精製器６０の下流には第２圧力センサ２０６ｂが設けられている。両圧力センサ２０６ａ，２０６ｂは、電子制御ユニット２０８と電気的に接続されている。背圧調整弁２０４は、管路の開度を調整するもので、同じく電子制御ユニット２０８と電気的に接続され、電子制御ユニット２０８からの制御信号を受けてその開度を変える。電子制御ユニット２０８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット２０８によれば、背圧調整弁２０４の開度を制御することにより、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めている。
【０１３４】
上記電子制御ユニット２０８のＣＰＵで実行される背圧調整弁の制御処理について図２１のフローチャートを用いて以下詳細に説明する。この背圧調整弁制御処理ルーチンは、電子制御ユニット２０８のＣＰＵにより所定時間毎に繰り返し実行されるものである。
【０１３５】
図２１に示すように、電子制御ユニット２０８のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、第１圧力センサ２０６ａおよび第２圧力センサ２０６ｂから検出値Ｐ１，Ｐ２を読み込む処理を行なう（ステップＳ２１０）。次いで、第１圧力センサ２０６ａの検出値Ｐ１から第２圧力センサ２０６ｂの検出値Ｐ２を減算して、その減算結果を圧力差△Ｐとして記憶する（ステップＳ２１１）。続いて、その圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰ２に微小値βを加えた値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２１２）。
【０１３６】
ステップＳ２１２で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ２＋βより大きいと判定されたときには、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力が水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力に比べて大きくなり過ぎていることから、背圧調整弁２０４の開度Ｖを所定値ｖ１だけ縮小側に調整して（ステップＳ２１３）、水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力を上げる。
【０１３７】
一方、ステップＳ２１２で否定判定されたときには、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、ステップＳ２１１で求めた圧力差△Ｐが所定値ｄＰ２から微小値βを減算した値より小さいか否かを判定する。
【０１３８】
ステップＳ２１４で、肯定判定、即ち、△ＰがｄＰ２−βより小さいと判定されたときには、水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力が水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力に比べて大きくなり過ぎていることから、背圧調整弁２０４の開度Ｖを所定値ｖ１だけ増大側に調整して（ステップＳ２１３）、水素ガス精製器６０のガス出口側の圧力を下げる。
【０１３９】
ステップＳ２１３またはステップＳ２１５の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。一方、ステップＳ２１４で否定判定されたときには、圧力差△Ｐが予め定めた所定値ｄＰ２を中心とした所定の範囲の中に収まることから、背圧調整弁２０４の開度変更は不要であるあるとして、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１４０】
こうした構成の電子制御ユニット２０８により実行される背圧調整弁の制御により、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力Ｐ１とガス出口側の圧力Ｐ１との圧力差△Ｐは常に一定の範囲（ｄＰ２−β）〜（ｄＰ２＋β）に収まるように制御される。なお、この実施例では、この一定の範囲（ｄＰ２−β）〜（ｄＰ２＋β）は、水素ガス精製器６０を構成する水素ろ過膜が安定した水素生成量を保つために必要な圧力差で、予め実験的に求めた値である。
【０１４１】
従って、この第９実施例の燃料電池発電システム２００では、上述したように水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力Ｐ１とガス出口側の圧力Ｐ１との圧力差△Ｐが常に上記一定の範囲に収められることから、水素ガス精製器６０から常に、所望の量の水素を連続かつ安定して精製することができる。
【０１４２】
本発明の第１０実施例について次に説明する。図２２は、本発明の第１０実施例としての燃料電池発電システム２２０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム２２０は、第９実施例の水素ガス系統に関連する構成を、酸素ガス系統にも設けたものである。図示するように、この燃料電池発電システム２２０は、第６実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ２、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３、酸素ガス供給通路１６４および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路２２２が設けられ、カソード１３の酸素ガス流路１５Ｐの出口側には酸素ガス排出路２２３が設けられ、両排出路１８２，１８４から燃料電池での残余分のガスを排出している。各水素ガス排出路２２２および酸素ガス排出路２２３には、第１および第２背圧調整弁２２４，２２５が設けられている。
【０１４３】
また、ガス生成装置Ｇ２の水素ガス精製器６０の上流には第１圧力センサ２２７ａが、水素ガス精製器６０の下流には第２圧力センサ２２７ｂが設けられている。一方、ガス生成装置Ｇ２の酸素ガス精製器１６９の上流には第３圧力センサ２２８ａが、酸素ガス精製器１６９の下流には第４圧力センサ２２８ｂが設けられている。これら第１ないし第４圧力センサ２２７ａ，２２７ｂ，２２８ａ，２２８ｂは、電子制御ユニット２２９と電気的に接続されている。
【０１４４】
第１および第２背圧調整弁２２４，２２５は、管路の開度を調整するもので、同じく電子制御ユニット２２９と電気的に接続され、電子制御ユニット２２９からの制御信号を受けてその開度を変える。電子制御ユニット２２９は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等を備える。この電子制御ユニット２２９によれば、第９実施例と同様の制御により、第１背圧調整弁２２４の開度を制御することにより、水素ガス精製器６０のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めている。また、第９実施例で示した同様な制御により、第２背圧調整弁２２５の開度を制御することにより、酸素ガス精製器１６９のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めている。
【０１４５】
即ち、この第１０実施例では、水素ガス系統と酸素ガス系統とをそれぞれ独立に、ガス精製器６０，１６９のガス入口側の圧力とガス出口側の圧力との圧力差を、常に所定の範囲内に収めることができる。従って、水素ガス精製器６０から常に、所望の量の水素を連続かつ安定して精製することができ、また、酸素ガス精製器１６９から常に、所望の量の酸素を連続かつ安定して精製することができる。
【０１４６】
なお、この第１０実施例では、電子制御ユニット２２９で実行される制御処理を次のように変更することもできる。まず、第１圧力センサ２２７ａと第２圧力センサ２２７ｂとの検出値から水素ガス精製器６０の前後の圧力差△Ｐ１を求め、第３圧力センサ２２８ａと第４圧力センサ２２８ｂとの検出値から酸素ガス精製器１６９の前後の圧力差△Ｐ２を求める。次いで、圧力差△Ｐ１と圧力差△Ｐ２との差を△Ｐとして求める。その後、この△Ｐの値に基づき、第１および第２背圧調整弁２２４，２２５の開度を制御する。この制御の仕方は、第８実施例の図１９におけるステップＳ１９２以後の制御と同一なものである。
【０１４７】
かかる構成によれば、第８実施例と同様に、燃料ガス、酸素ガスの両方の系統のガス流量の比率を適切に調整することができ、ガス生成装置Ｇから生成した水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池スタックＦＣで消費させることができる。
【０１４８】
本発明の第１１実施例について次に説明する。図２３は、本発明の第１１実施例としての燃料電池発電システム２３０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム２３０は、第８実施例（図１８参照）と比較して、第１および第２圧力センサ１８２ａ，１８４ａを除いて、その代わりに、燃料ガス供給通路３の途中に第１流量センサ２３２ａを、酸素ガス供給通路１６４の途中に第２流量センサ２３２ｂをそれぞれ設けた点が相違し、その他のハードウェア構成については同一である。なお、図２３中、第８実施例と同一の部分には同一の番号を付した。
【０１４９】
第１および第２流量センサ２３２ａ，２３２ｂは、電子制御ユニット１８６と電気的に接続されている。この電子制御ユニット１８６によれば、第１および第２流量センサ２３２ａ，２３２ｂの検出値に応じて背圧調整弁１８２ｂ，１８４ｂの開度を調節することにより、水素ガス排出路１８２を通過する水素ガスの流量と酸素ガス排出路１８４を通過する酸素ガスの流量との流量差を、常に一定の範囲に収めている。
【０１５０】
電子制御ユニット１８６のＣＰＵで実行される上記背圧調整弁の制御処理についての詳しい説明はここでは省略するが、要は、第８実施例の図１９のフローチャートにおける圧力センサの検出値Ｐ１，Ｐ２を両流量センサ２３２ａ，２３２ｂの検出値に置き換えて、両流量センサ２３２ａ，２３２ｂの検出値の差分を所定値に収める制御を行なう。
【０１５１】
かかる構成によって、水素ガス精製器６０の出口側の流路を通過する水素ガスの流量と酸素ガス精製器１６９の出口側の流路を通過する酸素ガスの流量との比率を、燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致させることができる。従って、ガス生成装置Ｇ２で生成される水素、酸素の各々を過不足なく燃料電池で消費させることができる。従って、燃料電池発電システム全体のエネルギー効率を高めることができる。また、水素と酸素のガス系統間に一定以上の圧力差が生じないので、燃料電池発電システムの安全性を高めることができる。
【０１５２】
本発明の第１２実施例について次に説明する。図２４は、本発明の第１２実施例としての燃料電池発電システム３００の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３００は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣおよび燃料ガス供給通路３を備える。さらに、この燃料電池発電システム３００は、ガス生成装置Ｇを加熱するガスバーナ３０２を備える。
【０１５３】
ガスバーナ３０２は、燃料電池スタックＦＣのアノードの水素ガス流路の出口側に設けられる水素ガス排出路３０４と管路３０６を介して接続されており、水素ガス排出路３０４から排出される燃料電池での残余分の水素ガスを燃焼する。このガスバーナ３０２は、詳しくは、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱する。
【０１５４】
かかる構成の第１２実施例の燃料電池発電システム３００では、燃料電池スタックＦＣからの残余分の水素ガスでガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱することができることから、ガスバーナ３０２の燃料を新たに必要とせず、システム全体のエネルギ効率を高めることができる。さらには、燃料電池スタックＦＣから排出される残余分の水素ガスは、装置外への排出が難しく、その処分のために特別な装置が必要であったが、この構成によりその処分のための装置が不要となりシステム全体の構成の簡略化を図ることもできる。
【０１５５】
本発明の第１３実施例について次に説明する。図２５は、本発明の第１３実施例としての燃料電池発電システム３１０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３１０は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣおよび燃料ガス供給通路３を備える。さらに、燃料ガス供給通路３の途中には切替器３１２が設けられ、この切替器３１２には管路３１４を介して水素貯留タンク３１５が接続されている。
【０１５６】
切替器３１２は、ガスの流路を、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに向かうＡ方向、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に向かうＢ方向、水素貯留タンク３１５から燃料電池スタックＦＣに向かうＣ方向に変えるもので、電子制御ユニット３１９からの制御信号を受けてその切替えを行なう。なお、図中には、ポンプの記載を省略しているが、上記ＡないしＣ方向のガスの流れを可能とするように適宜の位置にポンプが配設されているものとする。
【０１５７】
電子制御ユニット３１９のＣＰＵで実行される切替器３１２の切替処理について、図２６に沿って説明する。図２６に示す処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるものである。図示するように、電子制御ユニット３１９のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、燃料電池スタックＦＣは、起動、運転あるいは停止のいずれの状態にあるかを外部からのスイッチ等から判別する（ステップＳ３２１）。次いで、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあると判別されると、切替器３１２をＡ方向のポジションに切り替え（ステップＳ３２２）、燃料電池スタックＦＣが停止状態にあると判別されると、切替器３１２をＢ方向のポジションに切り替え（ステップＳ３２３）、また、燃料電池スタックＦＣが起動状態にあると判別されると、切替器３１２をＣ方向のポジションに切り替える（ステップＳ３２４）。ステップＳ３２２、Ｓ３２３またはＳ３２４の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１５８】
この構成によれば、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあるときには、切替器３１２がＡ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに燃料ガスが供給されることになる。そして、燃料電池スタックＦＣが停止時となると、切替器３１２がＢ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に燃料ガス、即ち水素ガスが供給される。
【０１５９】
一般に、システム停止時には、燃料電池スタックＦＣは直ちに動作を停止できるものの、ガス生成装置Ｇは直ちに停止できず、しばらくの間、水素ガスを発生し続ける。このため、前述したようにガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に水素ガスを送るよう切り替えることにより、システム停止後、ガス生成装置Ｇから発生する水素ガスを有効利用することができる。なお、この実施例の構成に換えて、システム停止時に、燃料電池は直ちに停止させた後も、水素貯留タンク３１５が満杯になるまでは、ガス生成装置Ｇを運転し続けるという制御を行なう構成としてもよい。
【０１６０】
また、この実施例の燃料電池発電システム３１０では、燃料電池スタックＦＣが起動時となったときに、切替器３１２がＣ方向のポジションに切り替えられて、水素貯留タンク３１５から燃料電池スタックＦＣに水素が送られことから、次のような効果を奏する。
【０１６１】
一般に、燃料電池発電システムの起動時においては、ガス生成装置Ｇが十分に働くまでタイムラグがあるが、この構成によれば、起動後、燃料電池スタックＦＣに直ちに燃料を供給することができる。また、通常、燃料電池発電システムの起動時においては、燃料電池が未だ運転されていないことから、その燃料電池の排熱を利用してガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱することが不可能である。このため、起動時専用の電気ヒータを設ける必要があるが、これに対して、上記構成の燃料電池発電装置では、起動時においては、水素貯留タンク３１５から燃料電池スタックＦＣに水素が送られことから、起動時にはガス生成装置Ｇの運転が不要となり、前述した起動時専用の電気ヒータを設ける必要がない。この結果、システム全体の構成の簡略化を図ることもできる。
【０１６２】
なお、通常運転時には、燃料電池スタックＦＣが運転を開始することから、燃料電池スタックＦＣの排熱を利用したり（第１実施例の構成）、燃料電池スタックＦＣからの燃料ガスの残余分を燃焼させて（第１２実施例の構成）ガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱する構成としてすることもできる。
【０１６３】
本発明の第１４実施例について次に説明する。図２７は、本発明の第１４実施例としての燃料電池発電システム３３０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３３０は、第１３実施例の燃料電池発電システム３１０と比較して、ガス生成装置Ｇを加熱するガスバーナ３３２と、水素貯留タンク３１５とガスバーナ３３２を接続する管路３３４と、管路３３４を開閉する電磁バルブ３３６とを備える点が相違し、その他のハードウェア構成は同一である。なお、図中、第１３実施例と同一のパーツには同一の番号を付した。
【０１６４】
ガスバーナ３１７は、第１２実施例と同様に、ガス生成装置Ｇの予備反応槽３０および反応槽５０を加熱する。切替器３１２は、ガスの流路を、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに向かうＡ方向と、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に向かうＢ方向と変えるもので、電子制御ユニット３１９からの制御信号を受けてその切替えを行なう。さらに、電子制御ユニット３１９には、電磁バルブ３３６が電気的に接続されており、電子制御ユニット３１９からの制御信号を受けて管路３３４を開閉制御する。
【０１６５】
電子制御ユニット３１９のＣＰＵで実行される切替器３１２の切替処理について、図２８に沿って説明する。図２８に示す処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるものである。図示するように、電子制御ユニット３１９のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、燃料電池スタックＦＣは、起動、運転あるいは停止のいずれの状態にあるかを外部からのスイッチ等から判別する（ステップＳ３４１）。次いで、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあると判別されると、切替器３１２をＡ方向のポジションに切り替える（ステップＳ３４２）とともに電磁バルブ３３６を閉状態とする（ステップＳ３４３）。一方、ステップＳ３４１で燃料電池スタックＦＣが停止状態にあると判別されると、切替器３１２をＢ方向のポジションに切り替える（ステップＳ３４４）とともに電磁バルブ３３６を開状態とする（ステップＳ３４５）。他方、ステップＳ３４１で燃料電池スタックＦＣが起動状態にあると判別されると、電磁バルブ３３６を開状態とする（ステップＳ３４６）。ステップＳ３４３、Ｓ３４５またはＳ３４６の実行後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【０１６６】
即ち、この構成によれば、第１３実施例と同様に、燃料電池スタックＦＣが運転状態にあるときには、切替器３１２がＡ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから燃料電池スタックＦＣに燃料ガスが供給されることになり、燃料電池スタックＦＣが停止時となると、切替器３１２がＢ方向のポジションに切り替えられて、ガス生成装置Ｇから水素貯留タンク３１５に水素ガスが供給される。他方、燃料電池スタックＦＣの起動時には、電磁バルブ３３６が開けられて、水素貯留タンク３１５の水素ガスを利用してガスバーナ３１７が着火される。
【０１６７】
一般に、燃料電池発電システムの起動時においては、燃料電池スタックＦＣの排熱を利用してガス生成装置Ｇが十分に働くまでタイムラグがあることから、燃料電池スタックＦＣに直ちに燃料を供給することができないが、この構成によれば、ガスバーナ３３２で加熱することにより、起動時に直ちにガス生成装置Ｇの運転を行なうことができる。このため、起動時専用の電気ヒータを設ける必要がなく、システム全体の構成の簡略化を図ることもできる。
【０１６８】
なお、通常運転時には、燃料電池スタックＦＣが運転を開始することから、この実施例のように水素貯留タンク３１５の水素ガスを利用してガスバーナ３１７を着火させる構成に換えて、燃料電池スタックＦＣの排熱を利用したり（第１実施例の構成）、燃料電池スタックＦＣからの燃料ガスの残余分を燃焼させて（第１２実施例の構成）ガス生成装置Ｇの反応槽３０，５０を加熱する構成としてすることもできる。
【０１６９】
本発明の第１５実施例について次に説明する。図２９は、本発明の第１５実施例としての燃料電池発電システム３５０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、この燃料電池発電システム３５０は、第１実施例と同一の、ガス生成装置Ｇ、燃料電池スタックＦＣ、燃料ガス供給通路３および冷却水循環路（図示せず）を備える。さらに、燃料電池スタックＦＣのアノード側のセパレータに形成される水素ガス流路の出口側には水素ガス排出路３５２が設けられ、その水素ガス排出路３５２には触媒反応容器３５４が接続されている。
【０１７０】
触媒反応容器３５４は、内部に白金触媒を充填した容器で、水素ガス排出路３５２からの水素ガスと外気中の空気と取り込んで、その白金触媒の表面上で両者を反応させて水を生成する働きをする。なお、触媒としては白金が望ましいが、低コスト化、長寿命化のために、白金と第２成分元素からなる合金触媒、さらには、白金と第２成分元素、第３成分元素からなる合金触媒を用いる構成としてもよい。具体的には、第２成分元素、第３成分元素としては、ルテニウム、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、イリジウム、鉄、クロム、バナジウムなどがある。また、白金は、それ自身を反応容器内に充填する方法の他にも、セラミックスや、鉄、アルミニウムなどの金属で出来た担体の上に担持する構成としてもよい。さらに、この担体も、ビーズ状、ペレット状、ディスク状、ボール状などのほかにモノリス状のものを用いる構成としてもよい。
【０１７１】
触媒反応容器３５４の出力側は、ガス生成装置Ｇに水を供給する水槽４３（第１実施例と同じもの）と送水通路３５６を介して接続されており、送水通路３５６に設けられたポンプ３５８により触媒反応容器３５４で生成された水が水槽４３に送られる。このため、ガス生成装置Ｇ側からみれば、熱分解反応に使用される材料が燃料電池の運転に伴って順次補給されることから、水を貯える水槽が小型で済み、また、水の貯留量も少なくて済む。また、燃料電池スタックＦＣからみれば、水素ガスを含むアノード側残ガスをそのまま大気中に放出する訳には行かないので、この構成によりその残ガスを有効利用することができ、システム全体としてのエネルギ効率を高めることができる。
【０１７２】
なお、この実施例では、水素ガス排出路３５２の途中にバルブを設け、燃料電池スタックＦＣの停止時に限りこのバルブを開状態とする構成とすることもできる。通常、燃料電池スタックＦＣの停止時には、負荷を切り放し、反応ガスの供給を停止することにより、速やかに燃料電池スタックＦＣの運転を停止させることができるが、熱分解反応による処理を行なうこのガス生成装置Ｇは、速やかに運転を停止させることはできない。このため、燃料電池スタックＦＣの停止後もガス生成装置Ｇから水素ガスが発生し続け、燃料電池発電システムのエネルギ効率を低下させることになる。これに対して、上記のように、燃料電池スタックＦＣの停止時に残ガスが触媒反応容器３５４に送られる構成とすることで、燃料電池スタックＦＣの停止後も発生するガス生成装置Ｇからの水素ガスを有効利用することができ、エネルギ効率を高めることができる。
【０１７３】
以上本発明のいくつかの実施例について説明してきたが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池スタックＦＣのセル構造を示す構造図である。
【図３】燃料電池スタックＦＣのセル構造を示す分解斜視図である。
【図４】燃料電池スタックＦＣの全体構造を示す構造図である。
【図５】ガス生成装置Ｇの概略構成図である。
【図６】予備反応槽３０の内部を示す概略構成図である。
【図７】反応槽５０の内部を示す概略構成図である。
【図８】第１実施例とは別の実施の形態のガス生成装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第２実施例としての燃料電池発電システム１２０の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施例としての燃料電池発電システム１３０の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施例としての燃料電池発電システム１３０の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施例としての燃料電池発電システム１５０の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】電子制御ユニット１５８のＣＰＵにより実行される冷却水流路切換の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第５実施例とは別の実施の形態の燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６実施例としての燃料電池発電システム１６０の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】第６実施例のガス生成装置Ｇ２の概略構成図である。
【図１７】本発明の第７実施例としての燃料電池発電システム１７０の概略構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第８実施例としての燃料電池発電システム１８０の概略構成を示すブロック図である。
【図１９】電子制御ユニット１８６のＣＰＵにより実行される背圧調整弁制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】本発明の第９実施例としての燃料電池発電システム２００の概略構成を示すブロック図である。
【図２１】電子制御ユニット２０８のＣＰＵにより実行される背圧調整弁制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第１０実施例としての燃料電池発電システム２２０の概略構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第１１実施例としての燃料電池発電システム２３０の概略構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第１２実施例としての燃料電池発電システム３００の概略構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第１３実施例としての燃料電池発電システム３１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２６】電子制御ユニット３１９のＣＰＵにより実行される切替ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】本発明の第１４実施例としての燃料電池発電システム３３０の概略構成を示すブロック図である。
【図２８】電子制御ユニット３１９のＣＰＵにより実行される切替ルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】本発明の第１５実施例としての燃料電池発電システム３５０の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…燃料電池発電システム
３…燃料ガス供給通路
５…冷却水循環路
１１…電解質
１２…アノード
１３…カソード
１４…セパレータ
１４Ｐ…水素ガス流路
１５…セパレータ
１５Ｐ…酸素ガス流路
１６，１７…集電板
２０…サンドイッチ構造
２１…セパレータ
２２，２３…冷却プレート
２４，２５…絶縁板
２６，２７…エンドプレート
２８…ボルト
３０…予備反応槽
３１…蓋
３２…容器
３３…第１の管路
３４…第２の管路
３５…第３の管路
３６…第４の管路
３７…第５の管路
３８…羽根車
３９ａ，３９ｂ，５９ａ，５９ｂ…冷却プレート
４１…ハロゲン槽
４１ａ，４３ａ…管路
４２…ポンプ
４３…水槽
４４…ポンプ
４６…ポンプ
４８，４９…ポンプ
５０…反応槽
５１…蓋
５２…容器
５４…管路
５８…羽根車
５９ａ，５９ｂ…冷却プレート
６０，１６９…ガス精製器
６０…水素ガス精製器
６２…ポンプ
７１〜７８…バルブ
９０…循環ポンプ
９２…冷却プレート
１０５…冷却水循環路
１２０…燃料電池発電システム
１２５…冷却水循環路
１２５ａ…第１の循環路
１２５ｂ…第２の循環路
１２９…ヒートポンプ
１３０…燃料電池発電システム
１３２…分配器
１３４…管路
１３６…ラジエータ
１４０…燃料電池発電システム
１４２…燃料ガス排出通路
１４４…背圧調整バルブ
１５０…燃料電池発電システム
１５１…流路切換バルブ
１５６…迂回路
１５７…循環ポンプ
１５８…電子制御ユニット
１６０…燃料電池発電システム
１６４…酸素ガス供給通路
１６９…酸素ガス精製器
１７０…燃料電池発電システム
１７２…凝縮器
１７４…送水通路
１８０…燃料電池発電システム
１８２…水素ガス排出路
１８２ａ…第１圧力センサ
１８２ｂ…第１背圧調整弁
１８４…酸素ガス排出路
１８４ａ…第２圧力センサ
１８４ｂ…第２背圧調整弁
１８６…電子制御ユニット
２００…燃料電池発電システム
２０２…水素ガス排出路
２０４…背圧調整弁
２０６ａ…第１圧力センサ
２０６ｂ…第２圧力センサ
２０８…電子制御ユニット
２２０…燃料電池発電システム
２２２…水素ガス排出路
２２３…酸素ガス排出路
２２４…第１背圧調整弁
２２５…第２背圧調整弁
２２７ａ…第１圧力センサ
２２７ｂ…第２圧力センサ
２２８ａ…第３圧力センサ
２２８ｂ…第４圧力センサ
２２９…電子制御ユニット
２３０…燃料電池発電システム
２３２ａ…第１流量センサ
２３２ｂ…第２流路センサ
３００…燃料電池発電システム
３０２…ガスバーナ
３０４…水素ガス排出路
３０６…管路
３１０…燃料電池発電システム
３１２…切替器
３１４…管路
３１５…水素貯留タンク
３１７…ガスバーナ
３１９…電子制御ユニット
３３０…燃料電池発電システム
３３２…ガスバーナ
３３４…管路
３３６…電磁バルブ
３５０…燃料電池発電システム
３５２…水素ガス排出路
３５４…触媒反応容器
３５６…送水通路
３５８…ポンプ
ＦＣ，ＦＣ２…燃料電池スタック
Ｇ、Ｇ２…ガス生成装置
Claims (21)
- 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを前記発熱手段からの熱を受けて反応させることにより、酸素とハロゲン化水素酸を生成する予備反応槽と、
前記予備反応槽で生成されたハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて反応させることにより前記反応ガスを生成する反応糟と、
を備え、
さらに、
前記予備反応糟により生成される酸素ガスを前記燃料電池に供給する酸素ガス供給路
を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 請求項１記載の燃料電池発電装置であって、
前記燃料電池にて発生する熱を前記発熱手段に伝達する熱伝達手段
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記燃料電池は、
前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも高い温度で運転されるように構成され、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え
さらに、
前記冷却水流路に接続されて、前記冷却水を前記冷却水流路と前記発熱手段との間で循環させることにより、前記燃料電池にて発生する熱を前記発熱手段の熱源とする冷却水循環手段
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記燃料電池は、
前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも低い温度で運転されるように構成され、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進 触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記燃料電池にて発生する熱を前記発熱手段に伝達する熱伝達手段と、
前記熱伝達手段に設けられ、前記燃料電池からの熱を前記熱分解反応の発生温度より高い温度に昇温させる熱量増大手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項４記載の燃料電池発電装置であって、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路
を備えるとともに、
前記熱伝達手段は、
該冷却水流路に接続されて、前記冷却水を前記熱量増大手段を介して前記発熱手段に送る第１流路と、
前記熱量増大手段を迂回して、前記冷却水を前記冷却水流路から前記発熱手段に送る第２流路と、
前記燃料電池の運転時と停止時とを判別する判別手段と、
該判別手段により前記燃料電池の運転時が判別されたとき、前記第１流路を開き、前記燃料電池の停止時が判別されたとき、前記第２流路を開く制御手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記燃料電池は、
前記反応槽における熱分解反応の発生温度よりも低い温度で運転されるように構成され、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記燃料電池の周囲に配設されて冷却水を流す冷却水流路と、
前記燃料電池の停止時を判別する判別手段と、
該判別手段により前記燃料電池の停止時が判別されたとき、前記冷却水流路の冷却水を前記発熱手段に送る配送手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項５または６記載の燃料電池発電装置であって、
前記燃料電池の停止時に、前記冷却水流路の冷却水を、前記反応槽に収容するハロゲン化水素酸を生成する材料を貯える槽の周辺に送る手段
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進 触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記燃料電池の電極に供給された反応ガスを前記燃料電池から排出する反応ガス排出路と、
前記燃料電池の運転時に、前記反応ガス排出路を閉じる閉塞手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記燃料電池から電気化学反応に伴って発生する水蒸気を凝縮して水を回収する水回収手段と、
該水回収手段に回収された水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として用いる水利用手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
ハロゲンを貯えるハロゲン槽と、
水を貯える水槽と、
熱を発する発熱手段と、
前記ハロゲン槽と水槽とから供給されたハロゲンと水とを前記発熱手段からの熱を受けて反応させることにより、酸素とハロゲン化水素酸を生成する予備反応槽と、
前記予備反応槽で生成されたハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて反応させることにより前記反応ガスを生成する反応槽と
を備え、
さらに、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから水素を精製する水素精製手段
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項１０記載の燃料電池発電装置であって、
前記燃料電池にて発生する熱を、前記ハロゲン槽および／または水槽に伝達する手段
を備える燃料電池発電装置。 - 熱分解反応により水から水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて前記反応ガスを発生する反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
ハロゲンを貯えるハロゲン槽と、
水を貯える水槽と、
前記ハロゲン槽と水槽からハロゲンと水をそれぞれ前記ガス生成手段に送る送付手段と、
を備え、
前記発熱手段は、
前記反応槽の付近に配設され、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから水素を精製する水素精製手段と、
前記熱分解反応により発生する酸素を含有するガスから酸素を精製する酸素精製手段と
を備え、
さらに、
前記酸素精製手段で精製された酸素を前記燃料電池に送る酸素ガス供給路
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項１２記載の燃料電池発電装置であって、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記ガス生成手段から前記酸素ガス供給路を介して酸素ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された酸素ガスの残り分を排出する酸素ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第１弁体と、
前記酸素ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第２弁体と、
前記反応ガス排出路中のガス圧を検出する第１圧力センサと、
前記酸素ガス排出路中のガス圧を検出する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサで検出されたガス圧と前記第２圧力センサで検出されたガス圧との圧力差を求める算出手段と、
前記第１弁体および第２弁体の開度を調整することにより、前記算出手段により求められる圧力差を予め定められた所定値に制御する制御手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
ハロゲンを貯えるハロゲン槽と、
水を貯える水槽と、
前記ハロゲン槽と水槽からハロゲンと水をそれぞれ前記ガス生成手段に送る送付手段と 、
を備え、
前記発熱手段は、
前記反応槽の付近に配設され、
前記ガス生成手段は、
前記反応槽から発生するガスから水素を精製する水素精製手段
を備え、
さらに、
前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する弁体と
を備えるとともに、
前記水素精製手段は、
水素を選択的に透過するろ過膜
を備え、
さらに、
前記ろ過膜の前後の圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記弁体の開度を調整することにより、前記圧力差検出手段により検出される圧力差を予め定められた所定範囲内に収める制御手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項１２記載の燃料電池発電装置であって、
前記ガス生成手段から前記反応ガス供給路を介して反応ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された反応ガスの残り分を排出する反応ガス排出路と、
前記ガス生成手段から前記酸素ガス供給路を介して酸素ガスの供給を受ける前記燃料電池に接続され、該燃料電池で消費された酸素ガスの残り分を排出する酸素ガス排出路と、
前記反応ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第１弁体と、
前記酸素ガス排出路を通過するガスの流量を調整する第２弁体と、
前記水素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量を検出する第１センサと、
前記酸素ガス精製手段の出口側の流路中のガスの流量を検出する第２センサと、
前記第１弁体および第２弁体の開度をそれぞれ調整することにより、前記第１センサで検出される流量と前記第２センサで検出される流量との比率を、前記燃料電池で消費する水素と酸素との比率に一致させる制御手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを貯える貯留手段
を備えるとともに、
前記発熱手段は、
前記貯留手段に貯えられた反応ガスを燃焼させて熱を発するもの
である燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを貯える貯留手段と、
前記燃料電池の起動時に、前記貯留手段に貯えられた反応ガスを前記反応ガス供給路から前記燃料電池に送る起動時反応ガス供給手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項１７記載の燃料電池発電装置であって、
前記起動時反応ガス供給手段は、
前記反応ガス供給路の途中に接続され、前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記貯溜手段に送る管路と、
前記反応ガス供給路と前記管路との接続部分に設けられ、ガスの流路を、前記ガス生成手段から前記燃料電池に向かう第１の方向と、前記ガス生成手段から前記貯溜手段に向かう第２の方向と、前記貯溜手段から前記燃料電池に向かう第３の方向とのいずれかに切り替える切替器と、
前記燃料電池の運転時に前記切替器を前記第１の方向のポジションに、前記燃料電池の停止時に前記切替器を前記第２の方向のポジションに、前記燃料電池の起動時に前記切替器を前記第３の方向のポジションに切り替える制御手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 水素を含有する反応ガスを生成するガス生成手段と、
触媒を担持した電極に反応ガスの供給を受けて、その反応ガスの電気化学反応により起電力を得る燃料電池と、
前記ガス生成手段により生成される反応ガスを前記燃料電池に送る反応ガス供給路と
を備える燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、
熱を発する発熱手段と、
ハロゲンと水とを反応させて生成されるハロゲン化水素酸をハロゲン化水素酸分解促進触媒とともに収容し、前記発熱手段からの熱を受けて熱分解反応を引き起こす反応槽と
を備え、
さらに、
前記燃料電池から排出される残余分の反応ガスと外部から供給される酸素含有ガスとから水を生成する水生成手段と、
該水生成手段により生成された水を、前記ハロゲン化水素酸を生成する材料として用いる水利用手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項１４に記載の燃料電池発電装置において、
前記ガス生成手段は、熱分解反応により水から水素を含有する反応ガスを生成するものであり、
さらに、
前記熱分解反応により発生する酸素を含有するガスから酸素を精製する酸素精製手段と、
前記酸素精製手段で精製された酸素を前記燃料電池に送る酸素ガス供給路と
を備えるとともに、
前記酸素精製手段は、
酸素を選択的に透過するろ過膜
を備え、
さらに、
前記酸素精製手段のろ過膜の前後の圧力差を検出する酸素側圧力差検出手段と、
前記弁体の開度を調整することにより、前記酸素側圧力差検出手段により検出される圧力差を予め定められた所定範囲内に収める酸素側制御手段と
を備える燃料電池発電装置。 - 請求項１ないし２０のいずれかに記載の燃料電池発電装置において、
前記ハロゲンは、ヨウ素である
燃料電池発電装置。
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| US6815106B1 (en) * | 2000-05-31 | 2004-11-09 | General Motors Corporation | Fuel cell having dynamically regulated backpressure |
| US7125540B1 (en) * | 2000-06-06 | 2006-10-24 | Battelle Memorial Institute | Microsystem process networks |
| US6522955B1 (en) * | 2000-07-28 | 2003-02-18 | Metallic Power, Inc. | System and method for power management |
| JP2002093450A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Corona Corp | 燃料電池システムに用いる非水溶性液体燃料の気化方法 |
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| US6569549B1 (en) * | 2000-11-02 | 2003-05-27 | Utc Fuel Cells, Llc | Method for increasing the operational efficiency of a fuel cell power plant |
| JP3607608B2 (ja) * | 2000-12-19 | 2005-01-05 | 株式会社日立製作所 | ノート型パソコンの液冷システム |
| KR100625695B1 (ko) * | 2000-12-29 | 2006-09-20 | 주식회사 엘지이아이 | 연료전지의 연료 공급 장치 |
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| US7294421B2 (en) * | 2001-02-07 | 2007-11-13 | Delphi Technologies, Inc. | Solid oxide auxiliary power unit reformate control |
| US6635370B2 (en) * | 2001-06-01 | 2003-10-21 | Utc Fuel Cells, Llc | Shut-down procedure for hydrogen-air fuel cell system |
| US20030035984A1 (en) | 2001-08-15 | 2003-02-20 | Colborn Jeffrey A. | Metal fuel cell system for providing backup power to one or more loads |
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| US6811912B2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-02 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Solid state fuel cell made from porous and partially porous semiconductor structures |
| US20050180845A1 (en) * | 2002-04-04 | 2005-08-18 | Vreeke Mark S. | Miniature/micro-scale power generation system |
| US6873157B2 (en) | 2002-04-04 | 2005-03-29 | Metallic Power, Inc. | Method of and system for determining the remaining energy in a metal fuel cell |
| US6764588B2 (en) * | 2002-05-17 | 2004-07-20 | Metallic Power, Inc. | Method of and system for flushing one or more cells in a particle-based electrochemical power source in standby mode |
| DE10230283A1 (de) * | 2002-07-05 | 2004-01-29 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren und Anordnung zum Reinigen der einer Brennstoffzelle für den Betrieb zuzuführenden Gase von Bestandteilen, die für den Brennstoffzellenbetrieb ungünstig sind |
| US6787260B2 (en) * | 2002-09-12 | 2004-09-07 | Metallic Power, Inc. | Electrolyte-particulate fuel cell anode |
| US20040086774A1 (en) * | 2002-11-05 | 2004-05-06 | Munoz Beth C. | Gas diffusion electrodes |
| US20040157101A1 (en) * | 2003-02-11 | 2004-08-12 | Smedley Stuart I. | Fuel cell electrode assembly |
| US20040180246A1 (en) * | 2003-03-10 | 2004-09-16 | Smedley Stuart I. | Self-contained fuel cell |
| US20040229107A1 (en) * | 2003-05-14 | 2004-11-18 | Smedley Stuart I. | Combined fuel cell and battery |
| JP3858016B2 (ja) * | 2003-10-29 | 2006-12-13 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池および燃料電池用セパレータ |
| US7241521B2 (en) | 2003-11-18 | 2007-07-10 | Npl Associates, Inc. | Hydrogen/hydrogen peroxide fuel cell |
| US7410714B1 (en) | 2004-07-15 | 2008-08-12 | The United States Of America As Represented By The Administration Of Nasa | Unitized regenerative fuel cell system |
| KR100658743B1 (ko) * | 2004-11-16 | 2006-12-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| DE102008019099A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Daimler Ag | Unterdrückung von Vereisung eines Bauteils, insbesondere in einem Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems |
| US9979038B2 (en) * | 2010-05-24 | 2018-05-22 | Trustees Of Boston University | System and method for energy storage and recovery |
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| CN114765268B (zh) * | 2021-01-15 | 2023-08-01 | 宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池系统的效率优化控制方法 |
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Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4127644A (en) * | 1977-04-29 | 1978-11-28 | General Atomic Company | Process for hydrogen production from water |
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