JP4042349B2 - 移動体用燃料電池システム - Google Patents
移動体用燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4042349B2 JP4042349B2 JP2001162143A JP2001162143A JP4042349B2 JP 4042349 B2 JP4042349 B2 JP 4042349B2 JP 2001162143 A JP2001162143 A JP 2001162143A JP 2001162143 A JP2001162143 A JP 2001162143A JP 4042349 B2 JP4042349 B2 JP 4042349B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- gas
- unit
- fuel cell
- cell system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【産業上の利用分野】
本発明は自動車等の移動体に搭載される燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平11-92102号には、メタノールや水などを蒸発させて燃料ガスを生成する蒸発部と、蒸発部で生成された燃料ガスを改質して水素リッチなガスを生成する燃料改質部と、燃料改質部で生成された水素リッチなガスと別途空気供給装置から供給される酸素を含むガスとを反応させて発電する燃料電池部により構成される移動体用燃料電池システムが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記構成の燃料電池システムにおいては、システム起動直後は、蒸発部と燃料改質部を結ぶ配管がほぼ常温となっているため、蒸発部で生成された燃料ガスが配管において冷却されて凝縮し、液相となった燃料(凝縮燃料)が燃料改質部に流入して燃料改質部の触媒に付着する可能性がある。
【0004】
凝縮燃料が触媒に付着すると、触媒を昇温するためにはこの付着した凝縮燃料も昇温させる必要があり、多くの熱量が必要となる。また、触媒表面に吸着された凝縮燃料によって触媒反応の開始も遅れてしまう。このように、凝縮した燃料は、触媒の昇温、反応開始を妨げ、燃料改質部の暖機が長時間化する原因になり、ひいては燃料電池システムの暖機時間が長くなる原因にもなる。
【0005】
本発明は、上記技術的課題を鑑みなされたもので、蒸発部で生成された燃料ガスが配管部によって冷却されて凝縮され、液相となって燃料改質部に流入し燃料改質部の触媒に付着するのを防止し、燃料改質部及び燃料電池システムの暖機時間の遅延を防ぐことを目的とする。
【0006】
【問題点を解決するための手段】
第1の発明は、燃料を蒸発させて燃料ガスを生成する蒸発部と、前記蒸発部で生成された燃料ガスを改質して水素を含んだ改質ガスを生成する燃料改質部と、前記燃料改質部で生成された改質ガスと空気供給装置から供給される酸素を含むガスとを反応させて発電する燃料電池部とを備えた燃料電池システムにおいて、前記蒸発部と前記燃料改質部とを結ぶ配管の内壁に吸湿性薬剤を塗布することで、前記燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料が前記燃料改質部に流入するのを防止するように構成したことを特徴とするものである。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
第2の発明は、第1の発明において、前記吸湿性薬剤は前記凝縮燃料を吸着するときに発熱する特性を有することを特徴とするものである。
【0012】
【0013】
【作用及び効果】
本発明に係る燃料電池システムにおいては、蒸発部で生成された燃料ガスが空気とともに燃料改質部に供給され、水素ガスが生成されるが、システム起動直後は燃料ガスの供給経路(蒸発部と燃料改質部を結ぶ配管)がほぼ常温となっているため燃料ガスの一部が凝縮される。
【0014】
この燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料(以下、「凝縮燃料」という。)が燃料改質部に流入し燃料改質部の触媒に付着すると、燃料改質部の触媒の昇温が遅れ触媒反応の開始が遅れる原因となるが、蒸発部と燃料改質部とを結ぶ配管の内壁に吸湿性薬剤を塗布し、燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料が燃料改質部に流入するのを防止するようにしたことにより、凝縮燃料が燃料改質部に流入する前に取り除かれ、気相の燃料のみを燃料改質部に供給することができる。
【0015】
これにより、凝縮燃料が燃料改質部に流入して触媒に付着するのを防止でき、凝縮燃料が触媒に付着することによる燃料改質部および燃料電池システムの暖機時間の遅延を防止できる。
【0016】
【0017】
【0018】
さらに、このような薬剤としてさらに吸着時に発熱する特性を有するものを用いれば、その熱を利用して燃料ガスをさらに昇温させることができるので、燃料改質部の暖機時間をより一層短縮することができる(第2の発明)。あるいは薬剤の発熱量を考慮し、蒸発部で燃料に与える燃料を調整すれば、凝縮燃料を発生させず、効率よく熱を利用することが可能となる。
【0019】
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の参考例及び本発明の実施の形態について説明する。
【0021】
図1は本発明の第1の参考例を示す。燃料電池車両(FCV)等の移動体に搭載される燃料電池システムは、図1に示されるように、蒸発部1と、燃料改質部2と、空気供給装置3と、燃料電池部4とを備える。各構成要素は配管により接続されており、さらに、燃料改質部2には化学反応により燃料改質を行うための触媒が担持されている。
【0022】
蒸発部1は熱交換器5を有し、蒸発部1に供給される燃料と加熱ガスがそれぞれの流路を流れて熱交換を行う。燃料は加熱ガスから供給される熱によって蒸発し、燃料ガスとなって燃料改質部2に供給される。
【0023】
燃料ガスは燃料改質部2において、空気供給装置3から供給される空気に含まれる酸素と反応し、水素リッチな改質ガスとなって燃料電池部4に供給される。さらに燃料電池部4において、改質ガス中の水素と、別途空気供給装置3から供給される空気中の酸素とを反応させて電力を取り出し、その電力を用いて移動体を動かす。なお、燃料電池部4から排出された排ガスは、完全燃焼等の処置を施した後にシステム外に放出される。
【0024】
ところで、このような燃料電池システムを起動する場合、水素リッチなガスが燃料電池に供給できる状態となるまで蒸発部1及び燃料改質部2を暖機する必要がある。
【0025】
そのため、起動直後は、まず蒸発部1に加熱ガスのみを供給して蒸発部1の暖機を行う。蒸発部1が暖機されたら燃料の供給を開始し、加熱ガスにより燃料を蒸発させて燃料ガスを生成する。そして、この燃料ガスを燃料改質部2に供給して、燃料ガスの熱を利用して燃料改質部2を暖機し、燃料改質部2から出てくる改質ガスが所定の水素濃度以上となったところで暖機完了と判断する。このように、燃料電池システムを起動してから、燃料電池システムを正常に運転させるまでには所定の暖機時間が必要である。
【0026】
しかし、システム起動直後は、蒸発部1と燃料改質部2を結ぶ配管がほぼ常温であることから、蒸発部1で生成された燃料ガスの一部が蒸発部1と燃料改質部2を結ぶ配管部において冷却されて凝縮される。そして、この燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料(以下、「凝縮燃料」という。)が燃料改質部2に流入し、燃料改質部2の触媒に吸着すると、触媒の昇温が遅れたり、触媒反応の開始が遅れたりする原因となる。
【0027】
そこで、本システムでは、図2に示すように、蒸発部1と燃料改質部2とを接続する配管11の途中に気相と液相を分離する汽水分離器6を介装し、凝縮燃料が燃料電池部2に流入するのを防止する。燃料ガスの凝縮は配管11の全域で起こることから汽水分離器6は好ましくは配管11の最も燃料改質部2に近い位置、あるいは配管11と燃料改質器2の間に介装される。
【0028】
次に作用について説明する。
【0029】
上述の通り、燃料電池システム起動時は、まず蒸発部1に加熱ガスのみが供給され、その熱を利用して蒸発部1の暖機が行われる。そして、蒸発部1が所定温度以上に暖機されたところで蒸発器1への燃料の供給が開始され、燃料ガスの生成が開始される。生成された燃料ガスは汽水分離器6を経て燃料改質部2に供給される。
【0030】
このとき蒸発部1から燃料改質部2の間の配管11及び汽水分離器6はまだ常温に近い温度であり、これらを通過する燃料ガスの一部は再び凝縮することになるが、配管11の途中に介装された汽水分離器6によって凝縮燃料は除去され、気相部分のみが燃料改質部2に供給される。燃料改質部2では燃料改質が行われ、生成された水素リッチな改質ガスが燃料電池部4に供給される。
【0031】
その後、燃料ガスの熱によって配管11及び汽水分離器6が昇温すると、燃料ガスの配管内での凝縮がなくなるので、蒸発部1から出てくる燃料ガスと燃料改質器2に供給される燃料ガスはほぼ同じ量(他成分燃料の場合には同じ組成)のガスとなる。
【0032】
このように、本発明の第1の参考例によれば、常に気相成分のみを燃料改質部2に供給することができるので、燃料改質部2に塗布された触媒を凝縮した燃料によって湿潤させることがなく、触媒の昇温を早めて暖機時間を短縮することができる。
【0033】
また、汽水分離器6で回収された液相の燃料は、配管12を介して燃料タンク13に戻され、再び蒸発部1に供給されるので、燃料を再利用して効率よく用いることができる。なお、汽水分離器6で回収した燃料は汽水分離器6に順次供給される燃料ガスの熱を利用して蒸発させるようにしてもよい。
【0034】
次に本発明の実施形態について説明する。
【0035】
図3は本発明の実施形態を示したものである。第1の参考例と異なる部分のみ説明し、共通の部分には同一の引用符号を付して説明を省略する。
【0036】
この実施形態では、第1の参考例の汽水分離器6に代えて、蒸発部1と燃料改質部2とを接続する配管11の内側に凝縮燃料を吸着する薬剤21が塗布されている。燃料ガスの凝縮が配管11の全域で起こることから、薬剤21は好ましくは配管11の全面に塗布され、全面に塗布されない場合は少なくとも最も燃料改質部2に近い位置(燃料改質部2の直前)に吸着に必要な量が塗布される。この様な構成により、燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料を薬剤21で吸着し、それが燃料改質部に流入するのを防止することができる。
【0037】
薬剤21としては例えばシリカゲルが用いられる。シリカゲルには吸湿作用に加え、液相を吸着すると発熱するという特性があるので、液相の燃料の吸着時に発熱して燃料ガスを昇温させることができる。この昇温作用により、より高温のガスを燃料改質部2に供給することができ、燃料改質部2の暖機を早めることができる。また、吸着時の発熱及び蒸発部1から順次供給される燃料ガスの熱により吸着された燃料は蒸発、放出されるので、再生手段を設けることなく繰り返し使用することができる。
【0038】
なお、ここでは薬剤21としてシリカゲルを用いたが、吸湿性を有し、吸湿時に発熱する作用を有する他の薬品を用いてもよい。また、吸湿性を有する薬品であれば吸湿時に発熱反応を生じないものであってもよい。これは、自己発熱をしなくても、蒸発部1から順次送られてくる高温の燃料ガスによって吸着されている燃料を気化蒸発させることができるからである。よって、自己発熱しない薬品を用いた場合であっても、シリカゲルを用いた場合と同様に再生手段を有することなく薬品を乾燥させ繰り返し用いることができる。なお、他の薬品としてはゼオライト、活性炭等を用いることができる。
【0039】
また、ここでは配管11の内壁に薬剤を直接塗布しているが、ほかの担体表面にこの吸湿性を有する薬剤を塗布しておき、その担体を配管11内に配置するようにしても良い。さらに、薬剤21の塗布する位置は上記位置に限定されるものではなく、例えば、配管11の全域にわたって塗布するようにしてもよく、あるいは、燃料改質部2の入り口に塗布するようにしても良い。
【0040】
続いて本発明の第2の参考例について説明する。
【0041】
図4は第2の参考例を示したものである。ここでも第2の参考例と異なる部分のみ説明し、共通の部分は同一の引用符号を付し説明を省略する。
【0042】
この第2の参考例では、第1の参考例の汽水分離器6に代えて吸湿性材料31が蒸発部1と燃料改質部2を結ぶ配管11の途中に配置される。燃料ガスの凝縮が配管11の全域で起こることから吸湿性材料31は好ましくは配管11の最も燃料改質部2に近い位置(燃料改質部2の直前)に配置される。
【0043】
吸湿性材料31としては例えばグラスウールなどの多孔質材料を用いることができる。多孔質材料は熱容量が小さいので多孔質部における燃料ガスの凝縮を最小限に抑えると同時に、燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料を多孔質部に吸着することができる。
【0044】
また、多孔質に吸着された液相の燃料は蒸発部1から順次供給される高温の燃料ガスによって蒸発させられるので、吸着された液相の燃料が燃料改質部2へ流入するのは確実に防止され、また、多孔質部に燃料が蓄積したままとなることもないので繰り返し使用することができる。
【0045】
また、吸湿性材料の種類を変更あるいは吸湿性材料の量を調節することにより吸着可能な凝縮燃料量を容易に調節することができる。さらに、多孔質材の穴を利用して燃料を吸着するので上記薬剤を塗布する場合に比べ、より効率よく凝縮燃料を回収できる。
【0046】
以上、本発明の参考例及び本発明の実施の形態について説明したが、上記参考例及び実施形態の構成は本発明を説明するためのものであり、本発明の技術的範囲を当該構成に限定するものではない。また、上記参考例及び実施形態では、蒸発部と燃料改質部との間の配管における凝縮燃料の除去方法について説明したが、その他の部分における液相の除去において上記除去方法を用いることも可能である。
【0047】
また、燃料電池システムにおける液相の除去方法として説明したが、その他のシステムにおける液相の除去に適用することも可能である。さらに、燃料電池システムにおいても、メタノールに限らず、他の液体燃料(ガソリン等)を用いる場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の参考例に係る移動体用燃料電池システムの構成図である。
【図2】本発明の第1の参考例を示した図である。
【図3】本発明の実施形態を示した図である。
【図4】本発明の第2の参考例を示した図である。
【符号の説明】
1 蒸発部
2 燃料改質部
3 空気供給装置
4 燃料電池部
6 汽水分離器
11 配管
21 吸湿性薬剤
31 吸湿性材料
Claims (2)
- 燃料を蒸発させて燃料ガスを生成する蒸発部と、
前記蒸発部で生成された燃料ガスを改質して水素を含んだ改質ガスを生成する燃料改質部と、
前記燃料改質部で生成された改質ガスと空気供給装置から供給される酸素を含むガスとを反応させて発電する燃料電池部と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記蒸発部と前記燃料改質部とを結ぶ配管の内壁に吸湿性薬剤を塗布することで、前記燃料ガスの凝縮によって生じた液相の燃料が前記燃料改質部に流入するのを防止するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記吸湿性薬剤は前記凝縮燃料を吸着するときに発熱する特性を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001162143A JP4042349B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 移動体用燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001162143A JP4042349B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 移動体用燃料電池システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002352838A JP2002352838A (ja) | 2002-12-06 |
JP4042349B2 true JP4042349B2 (ja) | 2008-02-06 |
Family
ID=19005315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001162143A Expired - Fee Related JP4042349B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 移動体用燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4042349B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10351756A1 (de) * | 2003-11-06 | 2005-06-23 | Daimlerchrysler Ag | Brennstoffzellensystem für den mobilen Einsatz mit einem Adsorptionsspeicher |
US7981559B2 (en) | 2004-03-17 | 2011-07-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system supply having a measuring device and a control device |
-
2001
- 2001-05-30 JP JP2001162143A patent/JP4042349B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002352838A (ja) | 2002-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6996181B2 (ja) | 燃料電池システム | |
US7572531B2 (en) | Fuel reformer system with improved water transfer | |
JP3890020B2 (ja) | 水吸着を用いる燃料プロセッサの迅速な始動 | |
JP5724302B2 (ja) | 化学蓄熱器および化学蓄熱装置 | |
JP2002321905A (ja) | 一酸化炭素一掃のため一酸化炭素吸着手段を備えた燃料電池システム | |
JP7176476B2 (ja) | 改質システム | |
JPH11311117A (ja) | 触媒加熱装置 | |
WO2019054249A1 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008078140A (ja) | スタック停止時の追い出し(パージ)方法 | |
US6893754B2 (en) | Fuel cell system with device for water recovery and method of operating such a system | |
JPH1181999A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2013094722A (ja) | 反応器 | |
JP4042349B2 (ja) | 移動体用燃料電池システム | |
US10309694B2 (en) | Heat pump and cooling power generation method | |
US6536546B2 (en) | Method for shortening the starting time of CO oxidation catalytic converters in mobile fuel cell systems | |
JP4100085B2 (ja) | 水素貯蔵供給システム | |
JP2005050788A (ja) | 燃料加工システム用の改質燃料精製システム | |
JPH1029802A (ja) | 燃料電池用水素の精製方法 | |
US6670059B2 (en) | Fuel cell system having flow-diverting element | |
JP2004031025A (ja) | 燃料電池発電装置用脱硫器の運転方法 | |
JPS63228572A (ja) | 燃料電池発電システムの燃料ガス供給方式 | |
JP2004292293A (ja) | 水素発生装置および水素発生装置の運転方法 | |
US6660415B2 (en) | Method for improving the light-off performance of mobile fuel cell systems | |
JP2001017835A (ja) | 燃料電池システムの排気浄化方法及び排気浄化装置 | |
JP2004125329A (ja) | ガス浄化装置、およびガス浄化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040413 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041221 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061114 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070115 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |