JP4899477B2 - 燃料電池システム、燃料電池の運転方法、およびガス処理装置 - Google Patents
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Description
さらに、この構成により、燃料が液体の場合、液体燃料が排出通路に流入するのを防ぐことができ、燃料の回収率を高めることができるとともに、ガスのみを排出通路に排出して触媒により酸化した後に大気中に排出することができる。
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池セルは、燃料極に液体燃料を供給する直接型燃料電池とすることができる。燃料としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。
また、本発明によれば、固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルと、
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、
前記触媒による前記ガスの酸化を促進する酸化促進手段と、を含み、
前記酸化促進手段は、前記ガスまたは前記触媒を加熱する加熱部を有することを特徴とする燃料電池システムが提供される。
本発明によれば、燃料電池から排出されるガスに、環境や人体に悪影響を及ぼすような有害な成分が含まれる場合であっても、触媒により酸化して無害化した後に大気中に排出することができる。これにより、環境上および人体に悪影響を及ぼすこともなく、燃料電池システムを安全に利用することができる。さらに、有害な成分による燃料電池の劣化や動作不良を防ぐこともでき、燃料電池システムの保全性および信頼性を向上させることができる。
また、このような構成によれば、容器から排気通路に導かれたガスを効率よく確実に酸化させることができる。また、燃料電池システムを長時間使用した後に、触媒により酸化しきれなかった成分や液状化した成分が触媒に付着した場合であっても、そのような成分を効率よく、より確実に酸化させて完全に除去することができ、性能を維持することができる。これにより、燃料電池システムの保全性および信頼性をさらに向上させることができる。
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、を含む燃料電池システムにおいて、
前記燃料極に供給された燃料を回収するための回収用通路が前記容器に連結され、
前記回収用通路の開口部に、前記排出通路の取り込み口が気液分離膜を介して連通され、前記回収用通路から前記気液分離膜を介して前記排出通路内に前記ガスが流れ込み、
前記排出通路は、前記回収用通路を通過する燃料に含まれる前記ガスを大気中に排出するよう構成されたことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
本発明によれば、燃料電池から排出されるガスに、環境や人体に悪影響を及ぼすような有害な成分が含まれる場合であっても、触媒により酸化して無害化した後に大気中に排出することができる。これにより、環境上および人体に悪影響を及ぼすこともなく、燃料電池システムを安全に利用することができる。さらに、有害な成分による燃料電池の劣化や動作不良を防ぐこともでき、燃料電池システムの保全性および信頼性を向上させることができる。本発明の燃料電池システムは、たとえば既存の燃料電池システムに設けられているガス抜き用の排出通路内に触媒を設ける簡単な構成で実現することもできる。
また、このようにすれば、回収される燃料中に含まれるガスを除去することができ、再利用する燃料の品質を高く保つことができる。さらに、この構成により、燃料が液体の場合、液体燃料が排出通路に流入するのを防ぐことができ、燃料の回収率を高めることができるとともに、ガスのみを排出通路に排出して触媒により酸化した後に大気中に排出することができる。
また、この構成により、燃料が液体の場合、液体燃料が排出通路に流入するのを防ぐことができ、燃料の回収率を高めることができるとともに、ガスのみを排出通路に排出して触媒により酸化した後に大気中に排出することができる。
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、を含み、
前記容器には前記容器から排出される前記ガスを取り込む取り込み口が形成され、
前記取り込み口は、前記排出通路と気液分離膜を介して連結され、
前記気液分離膜を介して排出され、前記排出通路内に捕集された前記ガスを、前記触媒により酸化した後に大気中に放出することを特徴とする燃料電池の運転方法が提供される。
さらに、これにより、燃料が液体の場合、液体燃料が排出通路に流入するのを防ぐことができ、燃料の回収率を高めることができるとともに、ガスのみを排出通路に排出して触媒により酸化した後に大気中に排出することができる。
前記触媒による酸化を促進させる工程をさらに含み、
前記酸化を促進させる工程が、前記ガスまたは前記触媒を加熱する工程を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法が提供される。
また、本発明の燃料電池の運転方法において、燃料電池セルは、燃料極に液体燃料を供給することにより駆動する直接型とすることができる。また、本発明の燃料電池の運転方法において、前記酸化を促進させる工程が、前記ガスに酸素を供給する工程を含むことができる。
本発明によれば、燃料電池から排出されるガスを酸化処理して無害化した後に大気中に排出することができるので、環境上および人体への悪影響を減らすことができる。
また、本発明によれば、容器から排気通路に導かれたガスを効率よく確実に酸化させることができる。また、燃料電池システムを長時間使用した後に、触媒により酸化しきれなかった成分や液状化した成分が触媒に付着した場合であっても、そのような成分を効率よく、より確実に酸化させて完全に除去することができ、性能を維持することができる。これにより、燃料電池システムの保全性および信頼性をさらに向上させることができる。
[図2]図1に示した燃料電池システムのガス処理部を模式的に示した図である。
[図3]本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
[図4]本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
[図5]本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
[図6]本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した図である。
[図7]本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した図である。
図1は本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
燃料電池システム800は、複数の燃料電池単位セル101と、これらの燃料電池単位セル101から排出されるガスを処理するガス処理部804とを含む。
燃料電池単位セル101の電気化学反応により、燃料極102では二酸化炭素が発生する。また、未反応の燃料124中に含まれる例えばメタノール等のアルコールの一部が蒸発し、気体となる。さらに、このとき、ギ酸(HCOOH)、ギ酸メチル(HCOOCH3)、ホルムアルデヒド(HCOH)などの副生成物も発生する。容器801には、これらの二酸化炭素、アルコール、ギ酸、ギ酸メチル、ホルムアルデヒド等が未処理ガス802として気液分離膜815を介して排出される。容器801内に捕集された未処理ガス802は、以下の式(4)〜(7)に示すように、触媒層805により酸化される。
図3は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
本実施の形態における燃料電池システム820は、一つの燃料電池単位セル101毎にガス処理部824がそれぞれ設けられた点で上記実施の形態における燃料電池システム800と異なる。
図4は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
本実施の形態における燃料電池システム830は、触媒の形状が第一および第二の実施の形態とは異なる。燃料電池システム830は、ワイヤーウール形状の触媒835を含む。触媒835は、排出通路831の上端に設けられた排気口807内に充填されている。
図5は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した断面図である。
本実施の形態における燃料電池システム840は、加熱部841を含む点で第一〜第三の実施の形態と異なる。ここでは、燃料電池システム840が第三の実施の形態で説明したのと同様のワイヤーウール形状の触媒835を含む構成を図示しているが、第一および第二の実施の形態で説明した触媒層805を含む構成とすることもでき、触媒の形状は特に限定されない。
図6は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した部分断面平面図および断面立面図である。図6(a)は、本実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した部分断面平面図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A断面図である。
図7は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した平面図および部分側断面図である。図7(a)は、本実施の形態における燃料電池システムの構造を模式的に示した平面図であり、図7(b)は、図7(a)の線C−Cについての部分側断面図である。
Claims (25)
- 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルと、
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、を含み、
前記容器には、当該容器から排出される前記ガスを取り込む取り込み口が形成され、
前記取り込み口は、前記排出通路と気液分離膜を介して連結されている、
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記触媒による前記ガスの酸化を促進する酸化促進手段をさらに含むことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記酸化促進手段は、前記ガスに酸素を供給する酸素供給部を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記酸化促進手段は、前記ガスまたは前記触媒を加熱する加熱部を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
複数の前記燃料電池セルを含み、
前記容器は、前記複数の燃料電池セルのそれぞれの前記燃料極に配して設けられたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池セルが、前記燃料極に液体燃料を供給する直接型燃料電池であることを特徴とする燃料電池システム。 - 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルと、
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、
前記触媒による前記ガスの酸化を促進する酸化促進手段と、を含み、
前記酸化促進手段は、前記ガスまたは前記触媒を加熱する加熱部を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記酸化促進手段は、前記ガスに酸素を供給する酸素供給部を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
複数の前記燃料電池セルを含み、
前記容器は、前記複数の燃料電池セルのそれぞれの前記燃料極に配して設けられたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料極に供給された燃料を回収するための回収用通路をさらに含み、
前記排出通路は、前記回収用通路を通過する燃料に含まれるガスを大気中に排出するよう構成されたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記容器と前記排出通路との間に設けられた気液分離膜をさらに含み、
前記触媒は、前記気液分離膜を介して前記排出通路に排出された前記ガスを酸化するよう構成されたことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池セルが、前記燃料極に液体燃料を供給する直接型燃料電池であることを特徴とする燃料電池システム。 - 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルと、
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、を含む燃料電池システムにおいて、
前記燃料極に供給された燃料を回収するための回収用通路が前記容器に連結され、
前記回収用通路の開口部に、前記排出通路の取り込み口が気液分離膜を介して連通され、前記回収用通路から前記気液分離膜を介して前記排出通路内に前記ガスが流れ込み、
前記排出通路は、前記回収用通路を通過する燃料に含まれる前記ガスを大気中に排出するよう構成されたことを特徴とする燃料電池システム。 - 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルと、前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、を含む燃料電池に取り付け可能に構成されたガス処理装置であって、
前記容器に含まれるガスを取り込む取り込み口および当該ガスを大気中に排出する排気口が設けられたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、当該ハウジングに取り込まれた前記ガスを酸化する触媒と、を含み、
前記取り込み口が気液分離膜を介して前記排気口に連結され、
前記触媒は、前記ハウジングの取り込み口から取り込まれた前記ガスが酸化された後に前記排気口から排出されるよう構成されたことを特徴とするガス処理装置。 - 請求項14に記載のガス処理装置において、
前記触媒による前記ガスの酸化を促進する酸化促進手段をさらに含むことを特徴とするガス処理装置。 - 請求項15に記載のガス処理装置において、
前記酸化促進手段は、前記ガスに酸素を供給する酸素供給部を有することを特徴とするガス処理装置。 - 請求項15に記載のガス処理装置において、
前記酸化促進手段は、前記ガスまたは前記触媒を加熱する加熱部を有することを特徴とするガス処理装置。 - 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルと、
前記燃料極に配して設けられ、燃料を収容する容器と、
前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路と、
前記排出通路に設けられ、前記ガスを酸化する触媒と、を含み、
前記容器には前記容器から排出される前記ガスを取り込む取り込み口が形成され、
前記取り込み口は、前記排出通路と気液分離膜を介して連結され、
前記気液分離膜を介して排出され、前記排出通路内に捕集された前記ガスを、前記触媒により酸化した後に大気中に放出することを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 請求項18に記載の燃料電池の運転方法において、
前記燃料電池セルは、前記燃料極に液体燃料を供給することにより駆動する直接型であることを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 請求項18に記載の燃料電池の運転方法において、
前記触媒による酸化を促進させる工程をさらに含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 請求項20に記載の燃料電池の運転方法において、
前記酸化を促進させる工程が、前記ガスに酸素を供給する工程を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 請求項20に記載の燃料電池の運転方法において、
前記酸化を促進させる工程が、前記ガスに酸素を加熱する工程を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜に配された燃料極および酸化剤極とを含む燃料電池セルから排出され、前記燃料極に配して設けられ燃料を収容する容器に捕集されたガスを、前記容器に含まれるガスを大気中に排出する排出通路に設けられた触媒により酸化した後に大気中に放出し、
前記触媒による酸化を促進させる工程をさらに含み、
前記酸化を促進させる工程が、前記ガスまたは前記触媒を加熱する工程を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 請求項23に記載の燃料電池の運転方法において、
前記燃料電池セルは、前記燃料極に液体燃料を供給することにより駆動する直接型であることを特徴とする燃料電池の運転方法。 - 請求項23に記載の燃料電池の運転方法において、
前記酸化を促進させる工程が、前記ガスに酸素を供給する工程を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
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