JPH01175174A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はメタノールを燃料とする燃料電池発電装置、
ことに起動、停止の頻度が高い発電装置における原料気
化器の改良に関する。

〔従来の技術〕

例えば自動車輌の駆動電源等に用いられる燃料電池発電
装置においてはその起動、停止の頻度が高いため屹、起
動停止に連名して燃料の気化や改質が制御されて燃料の
無駄な消費が排除されることが望まれる。

第２図は従来装置を示す要部のシステム７０−図である
。水タンク３およびメタノールタンク４よりそれぞれポ
ンプ６および７によって送液される水およびメタノール
は混合された後、気化器５で加熱されて混合ガスｎとな
り改質器２へ送られる。改質器２ではバーナ８の燃焼熱
により所定温度に加熱された銅拳亜鉛系のメタノール・
水改質触媒と混合ガス久との間で改質反応が行われ、水
素を主成分とする改質ガスＵに改質され、この改質ガス
冴は燃料電池１に送られる。燃料電池１では送風機９よ
り送られる空気δを酸化剤、改質ガス冴を溶料ｆスとす
る電気化学反応によって発電が行われ、発電によって水
素濃度が低下した使用済改質ガス謳は改質器２のバーナ
８に送られ、使用済改質ガスが中の水素を含む残余の可
燃ガス成分が燃焼し、この燃焼熱が吸熱反応である燃料
の改質反応の熱源として利用される。

また、燃料電池１は発電に伴なって生ずる発熱を除芸し
て電気化学反応に好適な運転温度を維持させる必要があ
り、このための冷媒として通常突気あるいは水等が使用
される。この発明の対象となる燃料電池発電装置におい
ては、冷媒供給器１０および配管１１Ａ、ＩＩＢ、ＩＩ
Ｃからなる冷媒循環系１１を備え、冷媒供給器１０で冷
却された冷媒３１が配管１】Ａにより燃料電池１に送ら
れ、燃料電池１の発生熱を奪って高温となった加熱冷媒
３２が配管１１Ｂを経て気化器５に送られてメタノール
と水の混合原料に気化熱を与え、配管１１Ｃを経て冷媒
供給器１０に戻されて冷却され、冷却された冷媒３１と
なって再び冷媒循環系１１を循環することにより、燃料
電池１の発熱を気化器５の熱源として利用するシステム
が構成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

改質器２におけるメタノールと水を原料とする改質反応
は、２００℃ないし３００”Ｃの温度下で銅ｅ亜鉛系触
媒の存在下で次に示す２段の反応で行われることが知ら
れている。

ＣＨ３０Ｈ−＋　　ＣＯ＋　２　Ｈ２曲・曲面・・・・
曲面・・曲・・（１）ＣＯ＋　Ｈ２Ｕ−４ＣＯ２＋　Ｈ
２”曲面・曲面・・・”曲・曲（２）全体として ＣＨ２０Ｈ＋Ｈ□０→ＣＯ２＋　３８２曲・曲面・・・
・・・・・曲・・（３）したがって、理論的には水とメ
タノールのモル比は１．０で反応が行われるが、実際に
は上記モル比では燃料電池の電極触媒に触媒毒となる一
酸化炭素（ＣＯ）の濃度が高くなるので、これを防ぐた
めに水の量を増しで例えば水とメタノールのモル比を１
．３ないし２．０の条件で行うのが普通である。一方水
の量が過剰であると改質ガス中の水蒸気量が相対的に増
加するので、これが原因で燃料電池の出力低下等の悪影
響が発生するという問題があり、水とメタノールのそル
比は上記範囲内に制御しなければならない。

ところで、燃料電池１と熱交換することにょって加熱さ
れた冷媒３２を気化気５の熱源として利用する溶料電池
発電装置においては、加熱冷媒３２によって気化器５に
供給される熱量および温度がポンプ６および７によって
上記モル比に制御されて気化器５に送られる水とメタノ
ールの混合液かを気化するに必要な熱量および温度を上
廻っている条件下では混合液加は直ちに気化されて気化
器５内に混合液が滞留することはない。しかし、加熱冷
媒３２によって気化器５に供給される熱量および温度が
不足すると、気化器内には混合液加が滞留することにな
る。

実際の蛤料電池発電装置においては、通常気化気５内に
一定量の混合液加が滞留した状態でも前記モル比の範囲
１．３ないし２．０を保持した混合・ガス四を発生でき
るよう気化器５の温度および熱量が設定されているが、
この状態で運転されている装置のポンプ６．７を止め発
電運転を停止すると、加熱冷媒３２の温度低下に伴なっ
て気化器５に供給される熱量が減り、混合ガス乙の発生
量が徐々に低下し、加熱冷媒３２の温度が水の沸点であ
る１００℃を下廻る状態になると気化器５内に滞留した
混合液加中に含まれるメタノールのみが蒸発するように
なり、混合ガスおのモル比が１，３以下に低下して改質
ガスム中の一酸化炭素濃度が増して燃料電池１の電極触
媒の被毒を促進するばかりでなく、使用済改質ガスに中
の水素濃度が増してバーナ８で無駄に消費されるという
不都合が発生する。

また、このような状態で装置を再起動すると、気化器５
内に滞留した水り、チな混合液加が蒸発して水蒸気を多
く含んだ混合ガスおが改質器２に送られることになり、
改質器２で十分な改質が行われず、かつ水蒸気り、チな
改質ガス２４が燃料電池１に送られてその発電性能が低
下するという問題が発生する。ことに自動皐輌のＷＫＹ
Ｊ！Ｊ電源としての燃料電池発電装置においては、上記
起動、停止が繰返し行われることによって触媒の劣化や
発電性能の低下が益々大きくなり、遂には発電が不能に
なることもあった。

この発明の目的は、起動、停止の頻度が高い燃料電池発
電装置においても混合ガスのモル比をはぼ一定範囲に保
持でき、発電性能の低下や触媒の劣化が少なく、燃料の
無駄な消費も少ない燃料電池発電装置を得ることにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、メタ
ノールと水を原料とし、この原料を気化する気化器と、
気化した原料ガスを改質して水素を主成分とする改質ガ
スを生成する改質器と、改質ガスを燃料として発電する
燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷媒供給器とを含
み、燃料電池・の発生熱により加熱された高温冷媒を前
記気化器の熱源とするものにおいて、底部が放液弁を有
する排液配管を介してメタノールタンクに連結したメタ
ノ−〃気化器と、底部が放液弁を有する排液配管に連結
された水気化器とを備え、発電運転の停止時に前記一対
の放液弁が開放されて両気化気内の滞留メタノールおよ
び滞留水が排出されることとする。

〔作用〕

上記手段において、燃料電池の発生熱と熱交換すること
によって加熱された冷媒を熱源とする気化器を水気化器
とメタノール気化器とに分離し、それぞれの底部に放液
弁を有する排液配管を接続し、この排液配管の他方端を
メタノールタンクまたは水タンクに連通させるとともに
、排液配管それぞれの放液弁を燃料電池発電装置の停止
時に閉放するよう構成したことにより、定常運時には水
気化器およびメタノール気化器でそれぞれ発生した水蒸
気およびメタノール蒸気が所定のモル比で混合されて改
質器に供給され、改質ガスが燃料電池に供給されて発電
に寄与するが、発電運転の停止に伴い気化器への水およ
びメタノールの供給が遮断されると同時に排液弁が開き
、両党化器内にそれぞれ滞留した水またはメタノールが
速やかに排出回収されるので、水気化器、メタノール気
化器は速やかに気化を停止し、これ正と伴なって改質器
、燃料電池およびバーナもその機能を停止する。

その結果、モル比が所定領域から外れた改質ガスが供給
されることによる燃料電池の性能低下や燃料の無駄な消
費が排除される。また、装置の再起動時には滞留液体を
加熱するに要する時間が排除されて所定のモル比を有す
る混合ガスを改質器に供給することが可能となり、水り
、チな改質ガスの発生が回避されるとともに、速やかに
発電運転を開始することができる。

〔実施例〕 以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例装置を示す要部のシステム７
０−図であり、従来装置と同じ部分には同一参照符号を
付すことにより詳細な説明を省略する。図において、１
２は水気化器、１３はメタノール気化器であり、ともに
冷媒循環系１１の加熱冷媒配管１１１−３を介して送ら
れる加熱冷媒３２により必要な気化熱が供給される。水
気化器１２はポンプ６により水タンク３から送られる水
と加熱冷媒３２とが熱交換して水蒸気２１を発生すると
ともに、その底部が放液弁１５を有する排液配管１４に
よって水タンク３に連結される。メタノール気化器１３
はポンプ７によってメタノールタンク４から送られるメ
タノールと加熱冷媒翌とが熱交換してメタノールガスｎ
を発生するとともに、その底部が放液弁１７を有する排
液配管１６によって水タンク３に連結される。

なお、水気化器１２とメタノール気化器１３との間の加
熱冷媒配管１１Ｄは図に示すように水気化器１２で熱交
換して温度が低下した加熱冷媒あをメタノール気化器１
３に通してメタノールを気化するよう構成してもよく、
また加熱冷媒支を水気化話しおよびメタノール気化器１
３に並列に流すよう構成してもよい。

上述のように構成された実施例装置において、装置の定
常運転時には、ポンプ６および７によって水およびメタ
ノールの供給量が所定のモル比範囲１．３ないし２．０
を保持するよう制御され、水気化器１２で発生した水蒸
気２１およびメタノール気化器１３で発生したメタノー
ル蒸気ｎとが混合されて混合ガスＺとなって改質器２に
供給することにより、その後は従来装置におけると同様
に改質器２における改質ガスの発生、燃料電池１の発電
運転が行オ）れる、装置の発電運転を停止する場合、ポ
ンプ６および７を停止して水およびメタノールの供給を
遮断するととも１こ、放液弁１５を開いて水気化器１２
内に滞留した水を水タンク３に戻し、放液弁１７を開い
てメタノール気化器１３内に滞留したメタノールをメタ
ノールタンク４に戻した後、放液弁１５および１７を閉
じる操作を実施する。この操作によって水気化器１２お
よびメタノール気化器１３それぞれの内壁に付着した水
およびメタノールは速やかに気化して一対の気化器し、
１３の機能は短時間のうちに停止状態となり、これにと
もなって改質器２゜燃料電池１．およびバーナ８もその
機能を停止するので、ブロワ９および冷媒供給器ｌＯを
停止することにより燃料電池発電装置を速やかに停止す
ることができる。また、メタノール改質器１３内に滞留
していたメタノールはメタノールタンク４に回収されて
燃料の無駄な消費が排除されるとともに、所定モル比範
囲から外れた混合ガスが改質器２に送られて触媒を劣化
させる不都合を排除することができる。

また、装置を再起動する場合、水気化器１２およびメタ
ノール気化器１３ともに熱容量の大きい液体が滞留して
いないので水蒸気２１およびメタノール蒸気ｎの立上り
が速やかになり、発電運転の起動を速やかに行うことが
可能になるとともに、一つの気化器５によって混合ガス
ｎを直接発生する従来装置で問題となった水蒸気り、チ
な改質ガスが燃料電池に供給されることによって燃料電
池の性能が低下するという問題が排除される。なお、水
気化器１２の排液配管】４は水タンク３に連結せずに開
放し、水気化器の滞留水を外部に放流するよう構成して
もよい。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、燃料電池を冷却することによ
り加熱された冷媒を気化熱の供給源とする気化器を水気
化器およびメタノール気化器に分割し、それぞれその底
部を放液弁を有する排液配管を介して原料タンクに連結
するとともに、燃料電池発電装置の運転停止時に一対の
放液弁を開いて両気化器内番こ滞留した液体原料を回収
または外部に排出するよう構成した。その結果、発電装
置の起動および停止時に気化器内に液体原料が滞留して
いる状態となる従来装置で問題となった停止時にはメタ
ノールリッチな混合ガスが発生して触媒の劣化を促進さ
せ、再起動時には水蒸気り、チな混合ガスが発生して燃
料電池の性能を低下させるという事態が排除されて起動
、停止の頻度の高い装置においても性能および長期信頼
性の優れた燃料電池発電装置を提供することができる。

また、起動、停止に際して気化器内に液体原料が滞留し
ていないので、停止後滞留原料中のメタノールが気化し
て無駄に燃料を消費することなく速やかに停止でき、起
動時には所定のモル比の混合ガスおよび改質ガスを速や
かに発生できるので、起動。

停止の繰返し頻度の高い例えば自動車輌駆動電源として
優れた連応性および経済性を有する燃料電池発電装置を
提供することができる６

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示すシステムフロー図
、第２図は従来装置を示すシステムフロー図である。 １・・・燃料電池、２・・・改質器、３・・・水タンク
、４・・・メタノールタンク、５・・・気化器、６．７
・・・ポンプ、８・・・バーナ、９・・・プロワ、１０
・・・冷媒供給器、１１・・・冷媒循還系、１２・・・
水気化器、１３・・・メタノール気化器、１４　、１６
・・・排液配管、１５　、１７・・・放液弁、久・・・
混合ガス、Ｕ・・・改質ガス、加・・・使用済改質ガス
、３１．３４・・・冷媒、糞・・・加熱冷媒。 、′、　　　・、＋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）メタノールと水を原料とし、この原料を気化する気
   化器と、気化した原料ガスを改質して水素を主成分とす
   る改質ガスを生成する改質器と、改質ガスを燃料として
   発電する燃料電池と、この燃料電池を冷却する冷媒供給
   器とを含み、燃料電池の発生熱により加熱された高温冷
   媒を前記気化器の熱源とするものにおいて、底部が放液
   弁を有する排液配管を介してメタノールタンクに連結し
   たメタノール気化器と、底部が放液弁を有する排液配管
   に連結された水気化器とを備え、発電運転の停止時に前
   記一対の放液弁が開放されて両気化気内の滞留メタノー
   ルおよび滞留水が排出されることを特徴とする燃料電池
   発電装置。