JP5120075B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは、化学反応で水素ガスを生成しうる水素ガス以外の燃料ガスで運転が可能な燃料電池のシステムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that can be operated with a fuel gas other than hydrogen gas that can generate hydrogen gas by a chemical reaction.
従来、例えば特許文献1に記載されているように、水素、ヒドラジン、アンモニア、化石燃料、化石燃料の分離成分、またはこれらの混合物を燃料として用いる燃料電池が知られている。 Conventionally, as described in Patent Document 1, for example, a fuel cell using hydrogen, hydrazine, ammonia, fossil fuel, a fossil fuel separation component, or a mixture thereof as a fuel is known.
ところで、燃料電池に供給された燃料は、電極触媒上で活性化されて反応する。この結果、燃料電池が発電し出力を得ることができる。したがって、燃料電池から出力を得るためには、電極触媒の機能を維持させることが重要である。しかし、例えば非運転状態の場合といった、燃料電池に燃料が供給されない場合には、大気中の酸素によって電極触媒が酸化されてしまうおそれがある。電極触媒が酸化されてしまうと触媒機能が低下し、燃料電池から十分な出力を得ることができなくなってしまう。 By the way, the fuel supplied to the fuel cell is activated and reacts on the electrode catalyst. As a result, the fuel cell can generate power and obtain an output. Therefore, in order to obtain output from the fuel cell, it is important to maintain the function of the electrode catalyst. However, when fuel is not supplied to the fuel cell, for example, in a non-operating state, the electrode catalyst may be oxidized by oxygen in the atmosphere. If the electrode catalyst is oxidized, the catalytic function is lowered, and a sufficient output cannot be obtained from the fuel cell.
電極触媒が酸化された場合には、燃料水素ガスで還元することが有効である。特許文献1では、燃料水素ガスを単独で用いる場合と、燃料水素ガスと他の燃料との混合物を用いる場合が開示されている。このため、いずれの場合も、水素ガスを還元剤として用いて電極触媒を還元することができる。一方、特許文献1で開示されている水素ガス以外の燃料を用いた場合には、水素ガスによる触媒機能の回復が期待できない。このため、水素ガス以外の燃料を用いた場合には、燃料電池から十分な出力を得ることができるとは必ずしもいえなかった。 When the electrode catalyst is oxidized, it is effective to reduce it with fuel hydrogen gas. Patent Document 1 discloses a case where fuel hydrogen gas is used alone and a case where a mixture of fuel hydrogen gas and another fuel is used. For this reason, in any case, the electrode catalyst can be reduced using hydrogen gas as a reducing agent. On the other hand, when a fuel other than the hydrogen gas disclosed in Patent Document 1 is used, recovery of the catalytic function by the hydrogen gas cannot be expected. For this reason, when a fuel other than hydrogen gas is used, it cannot always be said that a sufficient output can be obtained from the fuel cell.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水素ガス以外の燃料ガスを用いた場合でも、燃料電池から十分な出力を得ることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel cell system capable of obtaining sufficient output from a fuel cell even when a fuel gas other than hydrogen gas is used. Objective.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
化学反応で水素ガスを生成しうる水素ガス以外の燃料ガスで運転可能な燃料電池と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給路と、
前記燃料ガスから化学反応によって水素ガスを生成させる変換装置と、
前記燃料ガスを前記変換装置を介して前記燃料電池に供給する変換装置経由供給路と、
を備え、
前記燃料電池の起動時に、前記供給路からの前記燃料ガスに先立って、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスを前記燃料電池に流入させる流入順序制御手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
A fuel cell operable with a fuel gas other than hydrogen gas capable of generating hydrogen gas by a chemical reaction; and
A supply path for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A converter for generating hydrogen gas from the fuel gas by a chemical reaction;
A supply passage via a converter for supplying the fuel gas to the fuel cell via the converter;
Equipped with a,
At the start of the fuel cell, prior to the fuel gas from the supply passage, and wherein the Rukoto with inflow order control means for flowing gas to the fuel cell comprising a hydrogen gas generated by the converter .
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記供給路を流れる燃料ガスの流量と、前記変換装置経由供給路を流れる燃料ガスの流量との比率を調整する流量調整手段を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
A flow rate adjusting means is provided for adjusting a ratio between a flow rate of the fuel gas flowing through the supply path and a flow rate of the fuel gas flowing through the supply path via the converter.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記供給路と前記変換装置経由供給路とに前記燃料ガスを同時に流入させた場合に、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスが前記燃料電池に流入し始めるタイミングより遅れて、前記供給路を経由した前記燃料ガスが前記燃料電池に流入し始めるように、前記供給路の長さが設定されていることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
When the fuel gas is caused to flow simultaneously into the supply path and the supply path via the converter, the supply including the hydrogen gas generated by the converter is delayed from the timing at which the gas starts to flow into the fuel cell. The length of the supply path is set so that the fuel gas passing through the path starts to flow into the fuel cell.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明において、
前記燃料電池の起動時に、前記供給路に前記燃料ガスが流通することを禁止する禁止手段を備えることを特徴とする。
The fourth invention is the first to third invention,
The fuel cell is characterized by comprising prohibiting means for prohibiting the fuel gas from flowing through the supply path when the fuel cell is started.
また、第5の発明は、第4の発明において、
前記禁止手段は、前記流量調整手段を制御するための制御手段を備えることを特徴とする。
The fifth invention is the fourth invention, wherein
The prohibiting means includes control means for controlling the flow rate adjusting means.
また、第6の発明は、第1乃至第5の発明において、
前記燃料ガスが、メタノール、エタノール、ブタノール、ジメチルエーテル、アンモニア、ヒドラジンからなる群から選ばれる少なくとも1種の燃料ガスであることを特徴とする。
The sixth invention is the first to fifth invention, wherein
The fuel gas is at least one fuel gas selected from the group consisting of methanol, ethanol, butanol, dimethyl ether, ammonia, and hydrazine.
第1の発明によれば、水素ガス以外の燃料ガスを用いた場合であっても、変換装置で生成した水素ガスを燃料電池に供給することができる。なお、水素ガス以外の燃料ガスは、化学反応で水素ガスを発生しうる燃料ガスである。水素ガス以外の燃料ガスを用いた場合には、水素ガスを燃料ガスに用いた場合に比べて触媒機能の回復が期待できない。しかし、変換装置で生成した水素ガスを燃料電池に供給することで、電極触媒の還元をすることができる。電極触媒の還元をすることができれば、電極触媒の機能回復ができる。このため、燃料電池から十分な出力を得ることができる。したがって、第1の発明によれば、水素以外の燃料を用いた場合でも、燃料電池から十分な出力を得ることができる。
ところで、例えば非運転状態の場合といった、燃料電池に燃料ガスが供給されない場合には、大気中の酸素によって電極触媒が酸化されるおそれがある。第1の発明によれば、燃料電池の起動時に、水素以外の燃料ガスに先立って、変換装置によって生成された水素ガスを燃料電池に供給することができる。水素ガスを先に燃料電池に供給できれば、電極触媒を効率的に還元することができる。したがって、第1の発明によれば、燃料電池の起動時に、電極触媒を効率的に還元することができる。
According to the first invention, even when a fuel gas other than hydrogen gas is used, the hydrogen gas generated by the converter can be supplied to the fuel cell. The fuel gas other than hydrogen gas is a fuel gas that can generate hydrogen gas by a chemical reaction. When a fuel gas other than hydrogen gas is used, recovery of the catalyst function cannot be expected as compared with the case where hydrogen gas is used as the fuel gas. However, the electrode catalyst can be reduced by supplying hydrogen gas generated by the converter to the fuel cell. If the electrode catalyst can be reduced, the function of the electrode catalyst can be recovered. For this reason, sufficient output can be obtained from the fuel cell. Therefore, according to the first invention, a sufficient output can be obtained from the fuel cell even when a fuel other than hydrogen is used.
By the way, when the fuel gas is not supplied to the fuel cell, for example, in a non-operating state, the electrode catalyst may be oxidized by oxygen in the atmosphere. According to the first invention, when the fuel cell is started, the hydrogen gas generated by the converter can be supplied to the fuel cell prior to the fuel gas other than hydrogen. If hydrogen gas can be supplied to the fuel cell first, the electrode catalyst can be efficiently reduced. Therefore, according to the first invention, the electrode catalyst can be efficiently reduced when the fuel cell is started.
第2の発明によれば、流量調整手段によって、供給路を流れる燃料ガスの流量と、変換装置経由供給路を流れる燃料ガスの流量との比率を調整することができる。これらの燃料ガスの流量の調整をすることができれば、燃料電池に供給される水素ガスの流量を調整できる。 According to the second aspect of the present invention, the ratio between the flow rate of the fuel gas flowing through the supply path and the flow rate of the fuel gas flowing through the converter-connected supply path can be adjusted by the flow rate adjusting means. If the flow rate of these fuel gases can be adjusted, the flow rate of hydrogen gas supplied to the fuel cell can be adjusted.
供給路および変換装置経由供給路に燃料ガスを同時に流入させた場合には、燃料ガスは、それぞれの供給路を同時に流通する。第3の発明によれば、供給路の長さが、変換装置によって生成された水素ガスを含むガスが前記燃料電池に流入し始めるタイミングより遅れて、供給路を経由した燃料ガスが流入し始める長さに設定されている。このため、供給路および変換装置経由供給路に燃料ガスを同時に流入させた場合であっても、電極触媒を効率的に還元することができる。 When fuel gas is caused to flow simultaneously into the supply path and the supply path via the converter, the fuel gas flows through each supply path simultaneously. According to the third aspect of the invention, the length of the supply path is delayed from the timing at which the gas containing hydrogen gas generated by the converter starts to flow into the fuel cell, and the fuel gas via the supply path starts to flow in. It is set to length. For this reason, even if it is a case where fuel gas is simultaneously flowed into a supply path and a supply path via a converter, an electrode catalyst can be reduced efficiently.
第4の発明によれば、燃料電池の起動時に、供給路に燃料ガスが流れることを禁止することができる。供給路に燃料ガスが流れなければ、燃料ガスは変換装置経由供給路に流入する。このため、燃料電池には水素ガスを含むガスが供給される。したがって、第4の発明によれば、電極触媒を更に効率的に還元することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to inhibit the fuel gas from flowing through the supply path when starting the fuel cell. If the fuel gas does not flow into the supply path, the fuel gas flows into the supply path via the converter. For this reason, the gas containing hydrogen gas is supplied to the fuel cell. Therefore, according to the fourth invention, the electrode catalyst can be reduced more efficiently.
第5の発明によれば、流量調整手段を制御して、供給路に燃料ガスが流れることを禁止することができる。 According to the fifth aspect , the flow rate adjusting means can be controlled to prohibit the fuel gas from flowing through the supply path.
第6の発明によれば、メタノール、エタノール、ブタノール、ジメチルエーテル、アンモニア、ヒドラジンおよびその混合物を燃料ガスとして用いることができる。 According to the sixth invention, methanol, ethanol, butanol, dimethyl ether, ammonia, hydrazine and a mixture thereof can be used as fuel gas.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、この発明の実施の形態の燃料電池システムについて説明するための模式図である。図1に示す燃料電池システムは、陰イオンを伝導体とするアルカリ型の燃料電池2を有している。燃料電池2は固体高分子電解質膜であるアニオン交換膜10(電解質膜)を有している。アニオン交換膜10の両側にはそれぞれ、アノード極12とカソード極14とが形成されている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system shown in FIG. 1 has an
アニオン交換膜10は、カソード極14の電極触媒で生成される水酸化物イオンをアノード極12側に移動させることができる媒体である。アニオン交換膜10としては、例えば、1〜3級アミノ基、4級アンモニウム基、ピリジル基、イミダゾール基、4級ビリジウム基、4級イミダゾリウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜を用いることができる。また、固体高分子の膜としては、例えば、炭化水素系およびフッ素系樹脂などが挙げられる。
The
アノード極12およびカソード極14のそれぞれは、触媒粒子を電解質溶液(あるいはアイオノマー)に混合してアニオン交換膜10に塗布することで構成された電極触媒層を有している。アノード極12およびカソード極14の触媒粒子は、後述する各電極での反応を触媒する機能を有するものである。具体的な触媒粒子としては、例えば、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)により形成されたもの、あるいは、これらの金属のいずれかをカーボン等の担体に担持させたもの、あるいはこれらの金属原子を中心金属とする有機金属錯体、あるいは、このような有機金属錯体を担体に担持させたもの等が挙げられる。
Each of the
アノード極12を挟んでアニオン交換膜10の反対側には、セパレータが設けられている。このセパレータには、燃料が流通する燃料流路16が形成され、燃料流路16の上流および下流には、それぞれ燃料流入孔18および燃料排出孔20が連通して形成されている。また、カソード極14を挟んでアニオン交換膜10の反対側にもセパレータが設けられている。このセパレータには、空気が流通する酸素流路22が形成され、酸素流路22の上流および下流には、それぞれ酸素流入孔24および酸素排出孔26が連通して形成されている。
A separator is provided on the opposite side of the
図1においては、上記のように構成されたアニオン交換膜10およびアノード極12、カソード極14からなる発電部と、その両側に配置された一対のセパレータを1組のみ図示したが、実際には、燃料電池2は、この発電部がセパレータを介して複数積層されたスタック構造を有している。
In FIG. 1, only one set of the power generation unit including the
燃料流入孔18には、供給路32が接続されている。供給路32の上流には、供給路32と連通して接続口28が形成されている。接続口28は、燃料供給源(図示せず)に接続されている。このため、供給路32は、燃料供給源から接続口28と燃料流入孔18とを介して、燃料を燃料電池2に直接供給することができる。
A
また、燃料流入孔18には、変換装置経由供給路34が更に接続されている。変換装置経由供給路34の上流は、上述した接続口28に連通している。上述したように、接続口28は、燃料供給源に接続されている。このため、変換装置経由供給路34は、燃料供給源から接続口28と燃料流入孔18とを介して、燃料を供給することができる。燃料供給に際しては、供給路32および変換装置経由供給路34に、燃料が所定の比率で流通する。
Further, the
変換装置経由供給路34には、燃料クラッキング装置30が配置されている。燃料クラッキング装置30は、燃料ガスをクラッキングして水素ガスを生成することができる小型の変換(改質)装置である。接続口28から変換装置経由供給路34に流入した燃料ガスは、燃料クラッキング装置30を流通する間に、水素ガスを含むガスに変換される。変換後のガスは、燃料流入孔18を介して燃料電池2に供給される。なお、燃料クラッキング装置30は、ON/OFF作動を切り換えるための切り換えスイッチを備えていてもよい。
A
ところで、燃料供給源は、燃料としてのアンモニア(NH3)を貯蔵している。アンモニアは、燃料供給源からガス状態で接続口28に供給される。供給に際しては、燃料供給源に取り付けられたレギュレータ(図示せず)により、アンモニアの供給圧が所定の供給圧に調整されて供給される。所定の供給圧は、燃料クラッキング装置30の下流を流れる水素ガスを含むガスが水素リッチなガスとなるような供給圧とすることができる。
By the way, the fuel supply source stores ammonia (NH 3 ) as a fuel. Ammonia is supplied to the
[実施の形態1の特徴]
このシステムにおいて、アノード極12に供給されたアンモニアガスは、アノード極12の電極触媒の機能により、アニオン交換膜10を通過した水酸化物イオン(OH−)と反応する。反応の結果、水(H2O)と窒素(N2)とが生成される。このとき放出される電子はアノード極12側のセパレータから外部回路を通過してカソード極14側に移動する。
[Features of Embodiment 1]
In this system, ammonia gas supplied to the
一方、カソード極14に空気が供給されると、カソード極14の電極触媒の機能により、いくつかの段階を経て、酸素(O2)と水とから水酸化物イオンが生成される。水酸化物イオンはアニオン交換膜10を通過してアノード極12側に移動する。
On the other hand, when air is supplied to the
以上まとめると、燃料電池2全体では水の生成反応が起きており、電子はアノード極12とカソード極14との間を、外部回路を介して移動する過程で回路の負荷に対して仕事を行う。これにより燃料電池2からエネルギーが取り出され、出力を得ることができる。
In summary, the
ここで、アノード極12の電極触媒は、水酸化物イオンを水に酸化する酸化剤として機能する。しかし、この電極触媒は、例えば、燃料電池2の燃料を再補充する際や交換する際に、大気中に存在する酸素によって酸化されるおそれがある。また、例えば、燃料電池2が非運転状態の際に、酸素流路22に存在する酸素によっても酸化されるおそれがある。電極触媒が酸化されると、電極触媒が水酸化物イオンを水に酸化する機能が低下してしまう。したがって、この状態で燃料電池2を運転すると、燃料電池2から十分な出力を得ることができない。
Here, the electrode catalyst of the
そこで、本実施の形態では、変換装置経由供給路34にアンモニアガスを流入させ、得られた水素でアノード極12の電極触媒を還元する。また、本実施の形態では、変換装置経由供給路34と同時にアンモニアガスを流通させる供給路32の長さを、特徴的な長さに設定する。具体的には、燃料クラッキング装置30によって生成された水素ガスを含むガスが燃料電池2に流入し始めるタイミングより遅れて、供給路32を経由した燃料ガスが燃料電池2に流入し始めるように、供給路32の長さを設定する。
Therefore, in the present embodiment, ammonia gas is caused to flow into the
つまり、燃料電池2を起動すると、アンモニアガスは、接続口28から供給路32および変換装置経由供給路34にそれぞれ流入する。この時、アンモニアガスは、供給路32を経由して燃料電池2に直接供給される。一方、変換装置経由供給路34に流入したアンモニアガスは、水素ガスを含むガスに変換された上で、燃料電池2に供給される。しかし、供給路32の長さが、図1に示す特徴的な長さに設定されている。このため、燃料クラッキング装置30によって生成された水素ガスを含むガスを、供給路32を経由したアンモニアガスに先立って燃料電池2に流入させることができる。
That is, when the
[実施の形態1の効果]
以上、本実施の形態によれば、アンモニアガスを用いた場合であっても、燃料クラッキング装置30で生成した水素ガスを燃料電池2に供給することができる。燃料クラッキング装置30で生成した水素ガスを燃料電池2に供給することで、アノード極12の電極触媒の還元をすることができる。このため、アノード極12の電極触媒の機能回復ができ、燃料電池2から十分な出力を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、アンモニアガスを燃料に用いた場合でも、燃料電池2から十分な出力を得ることができる。
[Effect of Embodiment 1]
As described above, according to the present embodiment, even when ammonia gas is used, the hydrogen gas generated by the
また、本実施の形態によれば、供給路32の長さが、燃料クラッキング装置30によって生成された水素ガスを含むガスが燃料電池2に流入し始めるタイミングより遅れて、供給路32を経由したアンモニアガスが流入し始める長さに設定されている。したがって、本実施の形態によれば、燃料電池2の起動時に、アンモニアガスに先立って、燃料クラッキング装置30で生成した水素ガスを燃料電池2に供給することができる。したがって、本実施の形態によれば、燃料電池2の起動時に、アノード極12の電極触媒の機能回復を効率的にできる。
In addition, according to the present embodiment, the length of the
なお、上述した実施の形態1においては、上述したような長さに設定された供給路32が第1の発明における「流入順序制御手段」に相当する。
In the first embodiment described above, the
[実施の形態1の変形例]
本実施の形態では、燃料としてアンモニアガスを使用したが、本発明では、アンモニアガス以外の燃料ガスであっても、水素ガスを除くアルカリ型燃料電池の燃料ガスとして好適に使用でき、かつ、クラッキング装置で水素ガスを生成できるものであれば、アンモニアガスの代わりに用いることもできる。このため、燃料ガスとしては、アンモニアが最も適当とするが、ヒドラジンも燃料として好適に使用できる。ヒドラジンは、アンモニアと同様、燃料ガスとして用いることで、大気中の二酸化炭素に起因するアニオン交換膜10のアルカリ度低下を抑制できるという効果をも有する。このためヒドラジンも燃料ガスとして好適に使用できる。また、メタノール、エタノール、ブタノール、ジメチルエーテルといったアルカリ型燃料電池の燃料も、燃料ガスとして好適に使用できる。また、これらの燃料は組み合わせて使用することもできる。なお、本変形例は、実施の形態2でも同様である。
[Modification of Embodiment 1]
In the present embodiment, ammonia gas is used as the fuel. However, in the present invention, even a fuel gas other than ammonia gas can be suitably used as a fuel gas for an alkaline fuel cell excluding hydrogen gas, and cracking is possible. Any device capable of generating hydrogen gas can be used instead of ammonia gas. For this reason, ammonia is most suitable as the fuel gas, but hydrazine can also be suitably used as the fuel. Similar to ammonia, hydrazine also has an effect that it can suppress a decrease in alkalinity of the
また、本実施の形態では、燃料クラッキング装置30を用いてアンモニアガスから水素ガスを生成したが、アンモニアガスから水素ガスを生成できる装置であれば、燃料クラッキング装置30の代わりに用いることが可能である。燃料クラッキング装置30の代わりとしては、電気によってアンモニアガスを分解する電気分解装置が挙げられる。なお、本変形例は、実施の形態2でも同様である。
Further, in the present embodiment, hydrogen gas is generated from ammonia gas using the
実施の形態2.
[実施の形態2の構成]
実施の形態2の燃料電池システムは、流量制御弁36が新たに備えられた点、供給路32の長さに限定がない点を除いて、実施の形態1の燃料電池システムと同様の構成である。また、実施の形態2の燃料電池システムは、燃料電池2の起動時に、流量制御弁36の開度の制御を行う点で実施の形態1と異なる。このため、実施の形態2において実施の形態1と同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。
[Configuration of Embodiment 2]
The fuel cell system of the second embodiment has the same configuration as that of the fuel cell system of the first embodiment except that a
図2は、この発明の実施の形態2の燃料電池システムについて説明するための模式図である。本実施の形態の燃料電池システムでは、供給路32に、流量制御弁36が配置されている。流量制御弁36は、その開度を調整することによって、供給路32と、変換装置経由供給路34とを流れるアンモニアガスの流量を任意の量に分配することができる。言い換えれば、流量制御弁36は、開閉することによって、供給路32および変換装置経由供給路34を流通するアンモニアガスの流量比を調整することができる。また、本実施の形態の燃料電池システムは、ECU50を備える。ECUは、流量制御弁36と接続される。流量制御弁36は、ECU50の信号に従い、開閉することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a fuel cell system according to
[実施の形態2の特徴]
実施の形態1で述べたように、燃料電池2の電極触媒が酸化されると、電極触媒が水酸化物イオンを水に酸化する機能が低下してしまい、この状態で燃料電池2を運転すると、燃料電池2から十分な出力を得ることができない。このため、実施の形態2においては、燃料電池2の起動時に、燃料クラッキング装置30によって生成された水素ガスを含むガスが燃料電池2に流入し始めるタイミングより遅れて、供給路32を経由した燃料ガスが燃料電池2に流入し始めるように、流量制御弁36の開度を調整する。
[Features of Embodiment 2]
As described in the first embodiment, when the electrode catalyst of the
具体的には、流量制御弁36は、燃料電池2の起動時において、供給路32にアンモニアガスが流通しないように開度が制御される。言い換えれば、流量制御弁36の開度を制御することで、アンモニアガスは、供給路32に流入が禁止される。供給路32に流入が禁止されたアンモニアガスは、燃料クラッキング装置30に流入し、燃料クラッキング装置30を流通する間に水素ガスが生成される。こうして生成された水素ガスを燃料電池2に供給することで、アノード極12の電極触媒の還元をすることができる。
Specifically, the opening degree of the
流量制御弁36は、所定時間Tの経過後に再び開度が制御される。所定時間Tの経過後に、流量制御弁36は、供給路32にアンモニアガスが流通するよう開度が制御される。ここで、所定時間Tは、燃料クラッキング装置30によって生成された水素ガスを含むガスが燃料電池2に流入し始めるために必要な時間(TH2)と、供給路32を経由した燃料ガスが燃料電池2に流入し始めるために必要な時間(TNH3)との差から求めることができる。すなわち、所定時間Tは、T>(TH2−TNH3)を満足するように設定できる。こうすることで、燃料電池2の起動時に、アンモニアガスに先立って、燃料クラッキング装置30で生成した水素ガスを燃料電池2に供給することができる。
The opening degree of the
所定時間T経過した後は、供給路32を介して流入されるアンモニアガス、および変換装置経由供給路34を介して流入される水素ガスを含むガスによって、燃料電池2が運転される。
After the predetermined time T has elapsed, the
[実施の形態2の具体的処理]
図3は、本実施の形態のECU50での具体的処理を表すフローチャートである。図3に示すように、まず、ステップ100では、燃料電池2の起動要求があるか否かを判定する。そして、起動要求があった場合には、ステップ110へ進む。起動要求がない場合には、以下を処理することなくこのルーチンを終了する。
[Specific Processing of Embodiment 2]
FIG. 3 is a flowchart showing a specific process in
続いて、ステップ110では、流量制御弁36を閉じる。上述のとおり、燃料電池2の起動要求があった場合には、流量制御弁36を閉じる。続いて、ステップ120では、所定時間Tが経過したか否かを判定する。そして、所定時間Tが経過した場合には、ステップ130へ進む。所定時間Tが経過していない場合には、再度、ステップ110に戻る。
Subsequently, in
続いて、ステップ130では、流量制御弁36を開く。上述のとおり、所定時間Tが経過した場合には、流量制御弁36を開く。こうすることで、燃料電池2は、供給路32を介して流入されるアンモニアガス、および変換装置経由供給路34を介して流入される水素ガスを含むガスによって運転される。
Subsequently, in
[実施の形態2の効果]
以上、本実施の形態によれば、燃料電池2の起動時に、流量制御弁36を制御することにより、供給路32にアンモニアガスが流入することを禁止できる。すなわち、起動時には、アンモニアガスは、変換装置経由供給路34にのみ流入する。このため、起動直後には、変換装置経由供給路34から供給される、水素ガスを含むガスのみが、燃料電池2に流入する。したがって、本実施の形態によれば、アノード極12の電極触媒をより効率的に還元することができる。
[Effect of Embodiment 2]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to inhibit the ammonia gas from flowing into the
なお、上述した実施の形態2においては、流量制御弁36が第2の発明における「流量調整手段」に相当する。また、上述した実施の形態2においては、ECU50がステップ100、110、120、130の処理を実行することにより第1の発明における「流入順序制御手段」が、ステップ100、110の処理を実行することにより第4の発明における「禁止手段」が、ステップ110、130の処理を実行することにより第5の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the flow
[実施の形態2の変形例]
本実施の形態では、流量制御弁36を供給路32に設けたが、流量制御弁36とは別の制御弁を、燃料流路16の燃料流入孔18および燃料排出孔20、並びに、酸素流路22の酸素流入孔24および酸素排出孔26に設けてもよい。具体的には、図4に示すように、燃料流入孔18の上流に制御弁38、燃料排出孔20の下流に制御弁40、酸素流入孔24の上流に制御弁42、酸素排出孔26の下流に制御弁44を配置する。これら制御弁38、40、42、44は、ECU50に接続され、ECU50の信号に従い、開閉することができる。
[Modification of Embodiment 2]
In the present embodiment, the flow
上述したように、燃料電池2の電極触媒の酸化は、燃料電池2の燃料を再補充する際や交換する際に、大気中に存在する酸素によって引き起こされる。そこで、ECU50によって制御弁38、40、42、44を開閉制御する。具体的には、燃料電池2が停止している期間は、制御弁38、40、42、44を閉じ、燃料電池2の起動要求があった場合に開くような制御を行う。こうすることで、燃料電池2のアノード極12の電極触媒が酸化されることを効果的に防止できる。電極触媒が酸化されることを効果的に防止できれば、電極触媒の還元をより短時間で効率的に行うことができる。さらに、制御弁38、40、42、44を開閉制御することで、大気中の二酸化炭素に起因する、アニオン交換膜10のアルカリ度低下を抑制できるという効果も期待できる。なお、これら制御弁38、40、42、44は、必要に応じて配置個数や配置箇所を変更することが可能である。
As described above, the oxidation of the electrode catalyst of the
なお、燃料電池2の起動時に使用する水素を蓄えた水素ボンベを設ける形態も考えられる。こうすることで、燃料電池2の起動時に、水素ボンベから水素ガスを供給してアノード極の電極触媒を効率的に還元することが可能である。
In addition, a form in which a hydrogen cylinder storing hydrogen used at the time of starting the
2 燃料電池
30 燃料クラッキング装置(変換装置)
32 供給路
34 変換装置経由供給路
36 流量制御弁
50 ECU
2
32
Claims (6)
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する供給路と、
前記燃料ガスから化学反応によって水素ガスを生成させる変換装置と、
前記燃料ガスを前記変換装置を介して前記燃料電池に供給する変換装置経由供給路と、
を備え、
前記燃料電池の起動時に、前記供給路からの前記燃料ガスに先立って、前記変換装置によって生成された水素ガスを含むガスを前記燃料電池に流入させる流入順序制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell operable with a fuel gas other than hydrogen gas capable of generating hydrogen gas by a chemical reaction; and
A supply path for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A converter for generating hydrogen gas from the fuel gas by a chemical reaction;
A supply passage via a converter for supplying the fuel gas to the fuel cell via the converter;
Equipped with a,
At the start of the fuel cell, prior to the fuel gas from the supply passage, and wherein the Rukoto with inflow order control means for flowing gas to the fuel cell comprising a hydrogen gas generated by the converter Fuel cell system.
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