JP5233166B2 - 燃料電池システム及びその運転方法 - Google Patents
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Description
アニオン交換膜と、前記アニオン交換膜の両側にそれぞれ配置されたアノード極とカソード極とを備えるアルカリ型の燃料電池と、
前記燃料電池の排出口に接続され、前記燃料電池から未反応の燃料等を含む排燃料を排出する排出経路と、
前記燃料電池に燃料を導入する導入口に接続され、前記排燃料を循環して燃料電池に供給する循環経路と、
前記排出経路と前記循環経路とに連結して両経路の間に設置され、前記排出経路から流入する前記排燃料から水を分離して除去し、水が分離除去された後の濃縮燃料を、前記循環経路に流入させる燃料/水分離手段と、
を備えることを特徴とする。
前記排出経路に接続する再循環部と、
前記再循環部に接し、前記再循環部との境界が、前記排燃料中の燃料を選択的に透過させるパーベーパレーション膜によって区画され、かつ、前記排燃料中の、前記パーベーパレーション膜を透過した濃縮燃料が導入され、前記循環経路に接続されて、前記循環経路に濃縮燃料を供給するための燃料凝集部と、
を備えることを特徴とする。
前記パーベーパレーション膜は、ハイシリカゼオライト、シリコンゴム、ハイシリカゼオライト混入シリコンゴム、及び、トリメチルシリルプロピンからなる群のうち、いずれかを含む膜であることを特徴とする。
アニオン交換膜と、前記アニオン交換膜の両側にそれぞれ配置されたアノード極とカソード極とを備えるアルカリ型の燃料電池と、
前記燃料電池の排出口に接続され、前記燃料電池から未反応の燃料等を含む排燃料を排出する排出経路と、
前記燃料電池に燃料を導入する導入口に接続され、前記排燃料を循環して燃料電池に供給する循環経路と、
前記排出経路と前記循環経路とに連結して両経路の間に設置され、前記排出経路から流入する前記排燃料から水を分離して除去し、水が分離除去された後の濃縮燃料を、前記循環経路に流入させる燃料/水分離手段と、
を備え
前記燃料/水分離手段は、
前記排出経路と、前記循環経路と、に連通する燃料凝集部と、
前記燃料凝集部に接し、前記燃料凝集部との境界が、前記排燃料中の水を選択的に透過させるパーベーパレーション膜によって区画され、かつ、前記排燃料中の、前記パーベーパレーション膜を透過した水が導入される水導入部と、
を備えることを特徴とする。
アニオン交換膜と、前記アニオン交換膜の両側にそれぞれ配置されたアノード極とカソード極とを備えるアルカリ型の燃料電池と、
前記燃料電池の排出口に接続され、前記燃料電池から未反応の燃料等を含む排燃料を排出する排出経路と、
前記燃料電池に燃料を導入する導入口に接続され、前記排燃料を循環して燃料電池に供給する循環経路と、
前記排出経路と前記循環経路とに連結して両経路の間に設置され、前記排出経路から流入する前記排燃料から水を分離して除去し、水が分離除去された後の濃縮燃料を、前記循環経路に流入させる燃料/水分離手段と、
を備え、
前記燃料/水分離手段は、
前記排出経路に接続され、排燃料が流入する再循環部と、
前記再循環部内の排燃料中の燃料を選択的に蒸発させる加熱手段と、
前記再循環部と、前記循環経路との間に接続され、前記再循環部において蒸発した燃料が導入されて、前記循環経路に燃料を供給するための燃料凝集部と、
を備えることを特徴とする。
[実施の形態1の燃料電池システムの全体構成について]
図1は、この発明の実施の形態の燃料電池システムの構成について説明するための模式図である。図1に示すシステムは、アルカリ型の燃料電池2を備えている。燃料電池2はアニオン交換膜10(電解質)を有している。アニオン交換膜10の両側にはアノード極12及びカソード極14が配置されている。アノード極12及びカソード極14の両外側には集電板16が配置されている。
燃料電池2の運転に際しては、アノード極12には燃料として、アルコール等の水素を含む液体燃料が供給される。具体的に実施の形態1の燃料電池システムでは、燃料としてエタノールを用いる。アノード極12に燃料が供給されると、アノード極12の触媒作用によりエタノール中の水素原子が取り出され、この水素原子とアニオン交換膜10を通過した水酸化物イオンとが反応して水が生成されると共に、電子が放出される。アノード極12での反応は、純水素を燃料とする場合には、次式(1)のようになり、エタノールを燃料とする場合には次式(2)のようになる。
H2+2OH− → 2H2O+2e− ・・・(1)
CH3CH2OH+12OH− → 2CO2+9H2O+12e− ・・(2)
1/2O2+H2O+2e− → 2OH− ・・・・(3)
H2+1/2O2 → H2O ・・・・(4)
図4は、この発明の実施の形態2の燃料電池システムの構成について説明するための模式図である。図4の燃料電池システムは、エタノールと水との分離のシステムが異なる点を除いて、図1のシステムと同様の構成を有している。
12 アノード極
14 カソード極
16 集電板
18 燃料経路
20 酸素経路
22 燃料供給管
30 分離器
40 配管
42 燃料排出管
44 再循環管
46 バルブ
48 排出管
60 再循環部
62 燃料凝集部
64 冷却部
70 分離装置
72 分離部
74 加熱装置
76 燃料凝集部
78 再循環部
80 冷却部
82 バルブ
84 排出管
Claims (6)
- アニオン交換膜と、前記アニオン交換膜の両側にそれぞれ配置されたアノード極とカソード極とを備えるアルカリ型の燃料電池と、
前記燃料電池の排出口に接続され、前記燃料電池から未反応の燃料等を含む排燃料を排出する排出経路と、
前記燃料電池に燃料を導入する導入口に接続され、前記排燃料を循環して燃料電池に供給する循環経路と、
前記排出経路と前記循環経路とに連結して両経路の間に設置され、前記排出経路から流入する前記排燃料から水を分離して除去し、水が分離除去された後の濃縮燃料を、前記循環経路に流入させる燃料/水分離手段と、
を備え、
前記燃料/水分離手段は、
前記排出経路に接続する再循環部と、
前記再循環部に接し、前記再循環部との境界が、前記排燃料中の燃料を選択的に透過させるパーベーパレーション膜によって区画され、かつ、前記排燃料中の、前記パーベーパレーション膜を透過した濃縮燃料が導入され、前記循環経路に接続されて、前記循環経路に濃縮燃料を供給するための燃料凝集部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料は、アルコールであって、
前記パーベーパレーション膜は、ハイシリカゼオライト、シリコンゴム、ハイシリカゼオライト混入シリコンゴム、及び、トリメチルシリルプロピンからなる群のうち、いずれかを含む膜であ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。 - 前記再循環部の入口及び出口に接続し、前記再循環部の出口から排出される排燃料を、前記再循環部の入口側に再循環させる再循環管を、更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- アニオン交換膜と、前記アニオン交換膜の両側にそれぞれ配置されたアノード極とカソード極とを備えるアルカリ型の燃料電池と、
前記燃料電池の排出口に接続され、前記燃料電池から未反応の燃料等を含む排燃料を排出する排出経路と、
前記燃料電池に燃料を導入する導入口に接続され、前記排燃料を循環して燃料電池に供給する循環経路と、
前記排出経路と前記循環経路とに連結して両経路の間に設置され、前記排出経路から流入する前記排燃料から水を分離して除去し、水が分離除去された後の濃縮燃料を、前記循環経路に流入させる燃料/水分離手段と、
を備え、
前記燃料/水分離手段は、
前記排出経路と、前記循環経路と、に連通する燃料凝集部と、
前記燃料凝集部に接し、前記燃料凝集部との境界が、前記排燃料中の水を選択的に透過させるパーベーパレーション膜によって区画され、かつ、前記排燃料中の、前記パーベーパレーション膜を透過した水が導入される水導入部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - アニオン交換膜と、前記アニオン交換膜の両側にそれぞれ配置されたアノード極とカソード極とを備えるアルカリ型の燃料電池と、
前記燃料電池の排出口に接続され、前記燃料電池から未反応の燃料等を含む排燃料を排出する排出経路と、
前記燃料電池に燃料を導入する導入口に接続され、前記排燃料を循環して燃料電池に供給する循環経路と、
前記排出経路と前記循環経路とに連結して両経路の間に設置され、前記排出経路から流入する前記排燃料から水を分離して除去し、水が分離除去された後の濃縮燃料を、前記循環経路に流入させる燃料/水分離手段と、
を備え、
前記燃料/水分離手段は、
前記排出経路に接続され、排燃料が流入する再循環部と、
前記再循環部内の排燃料中の燃料を選択的に蒸発させる加熱手段と、
前記再循環部と、前記循環経路との間に接続され、前記再循環部において蒸発した燃料が導入されて、前記循環経路に燃料を供給するための燃料凝集部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池システムを運転する際に、前記燃料/水分離手段を通過した排燃料を循環させて前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
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