JPH02132771A - 燃料電池 - 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〕 本発明は燃料電池システムに関するものである。

〔従来の技術〕

燃料電池システムは例えばメタノールと水とを混合させ
た原料を水素ガスに改質する改質装置と、この改質装置
で発生した水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に反
応させて電気エネルギに変換する燃料電池本体などから
構成されている。

ところで、このような燃料電池システムにおいては、運
転停止後、改質装置をそのまま放置しておくと、改質装
置の温度が徐々に低下して改質装置中の気体状態にある
メタノールおよび水が凝縮して液体になり、それに伴っ
て改質装置系統内が負圧レベルが高い状態になる。その
ため、弁類の締りが不十分であったり、配管等のシール
状態が不十分であったりすると、外気を吸い込んでしま
い、外気中の酸素によって触媒が酸化され、改質能力が
低下するようになる。この触媒は一般に耐熱性が悪く、
高温時に酸化されるとその熱によって著しく劣化してし
まう。

このため、従来、燃料電池システムの停止時に、改質装
置系統内へ窒素ガスなどの不活性ガスを触媒温度が低下
するまでパージし続けることによって触媒が酸化するの
を防止しようとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このように触媒の温度が下がるまでパージし続
ける方法では、パージ中に大気中に排出される不活性ガ
スの量が多くなってしまい、停止時に使用する不活性ガ
スの消費量が多くなる。このため、大きな容量のボンベ
が必要になり、装置を小型、軽量化するのが困難であっ
た。本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、装
置を小型、軽量化することができる燃料電池システムを
提供するものである． 〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る燃料電池システムは、触媒に接続され、触
媒で生成された生成ガスを蓄積すると共に、蓄積した生
成ガスを触媒に供給する蓄積装置を設けたものである． 〔作用〕 本発明においては、燃料電池システム停止後に蓄積装置
に蓄積された生成ガスで触媒にパージが行えるようにな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。第
１図は本発明に係る燃料電池システムを示す構成図であ
る。同図において符号１で示すものは改質装置を示し、
中央部には後述する原料を化学反応させる改質用の触媒
が充填された触媒層２が設けられている。触媒としては
例えば銅系，銅一亜鉛系，銅−クロム系触媒などを用い
ることができる。改質装置１の下部には気化器３が配設
されており、気化器３０入口側は改質装置人口弁４およ
び供給ポンプ５を備えた原料供給管路６を経てメタノー
ルと水とを所定の比率で混合した原料を溜めた原料タン
ク７に接続され、出口側は前記触媒層２の入口側に接続
されている。前記気化器３の下方には水素バーナ８およ
びメタノールバーナ９が配設されている。メタノールバ
ーナ９はバーナ入口弁１１およびバーナポンプ１２を備
えた燃料供給管路１３を経てメタノールを溜めた燃料タ
ンク１４に接続されている。１５は改質装置１内に外気
を供給するバーナプロワである。

１６は燃料電池本体であり、陽極と陰極との間に電解賞
を介在させた電池セルを多数個積層して構成されており
、陽極の入口側は酸素人口弁１７、セルブロワ１８、四
方弁１９が備えられた酸素供給管路２０で改質装置１の
燃焼空気出口に接続されている。四方弁１９は第２図に
拡大して示すように、燃料電池本体１６を昇温させると
きは破線で示すようにセルブロワ１日に改質装置１で加
熱された加熱ガスを供給し、冷却時には外気をセルプロ
ワ１８に供給するように酸素供給管路２０を切り換える
ものである。一方、陰極の入口側は水素人口弁２１およ
びリザーブタンク２２が備えられた水素供給管路２３で
触媒層２の出口側に接続されている。２４は陽極の出口
側に接続された排気管路で、酸素出口弁２５を介して大
気中に開放されている。２６は陰極の出口側に接続され
た水素回収管路であり、燃料電池本体１６で反応しなか
った水素を熱源として利用するために前記改質装置１へ
戻すものであり、リン酸回収器２７および水素出口弁２
８を介して前記水素バーナ８に接続されている。２９は
バイパス弁３０を有するバイパス管路で、水素出目弁２
８の出口側と前記リザーブタンク２２との間を互いに連
通している。

前記燃料電池本体１６の出力側には、ダイオード３１を
介して負荷としてのモータ３２およびバソテリ３３が接
続されている。

３４は触媒で生成された生成ガスを蓄積する蓄積装置で
あり、本実施例においては、ボンブ３５と、このポンブ
３５の吐出側に接続管路３６で接続された蓄積用タンク
３７とで構成されている。

３８は前記蓄積装置３４の蓄積用タンク３７に生成ガス
を触媒Ｎ２の出口側から回収する住成ガス回収管路であ
り、一端は水素ガス供給管路２３のリザーブタンク２２
の上流側に接続され、他端は生成ガス出口弁３９を介し
てボンブ３５の吸込側に接続されている。

４１は蓄積用タンク３７に蓄積された生成ガスを触媒層
２に入口側から供給する生成ガス供給管路である。この
生成ガス供給管路４１の一端は生成ガス人口弁４２を介
して蓄積用タンク３７の出口側に接続され、他端は触媒
層２の人口側に接続されている。

このように構成された燃料電池システムにおいては、バ
ーナボンブ１２で加圧されたメタノールがメタノールバ
ーナ９に供給され、バーナプロワ１５で供給される外気
によって燃焼する。このため、この燃焼によって加熱ガ
スが発生し、加熱ガスは改質装置１内を気化器３および
触媒層２を加熱しながら流れて、燃料電池本体１６に供
給される。一方、原料タンク７内のメタノールと水とが
混合された原料は気化器３へ供給され、ここで気化され
て触媒層２に送られ、触媒によって化学反応して水素と
炭酸ガスを主成分とするガスに改質され生成ガスとなっ
た後に燃料電池本体１６へ供給される。そして、燃料電
池本体１６において、生成ガス中の水素ガスとセルブロ
ワｌ８で供給される空気中の酸素とが触媒によって電気
化学反応し、電気エネルギが発生する。

次にこのような燃料電池システムの停止する場合を第３
図に基づいて説明する。第３図は燃料電池システムの停
止時における触媒層２の温度Ｋと時間Ｔとの関係を示す
グラフであり、図中実線Ａは触媒の温度状態を示す。先
ず、燃料電池システムの停止操作開始時である第１の時
点ＴＩで生成ガス出目弁３９を開きポンブ３５を始動す
ると共に水素人目弁２１を閉じ、ポンプ３５で生成ガス
を蓄積用タンク３７に加圧した状態に蓄積する。

そして、生成ガスの蓄積が終了した第２の時点Ｔ２にお
いて、生成ガス出口弁３９を閉じボンプ３５を停止し、
供給ボンブ５およびバーナボンプ１２を停止する。この
とき、バイパス弁３０を開いて水素出目弁２８を閉じ、
生成ガスを水素バーナ８に供給するようにし、改質装置
１から水素ガスの発生がなくなり、触媒層２内の圧力が
上昇しなくなった時点においてバイパス弁３０を閉じる
。

一方、バーナブロワ１５は運転をし続けるようにし、バ
ーナブロワ１５で送られる外気によって、図中矢印Ｆで
強制空冷域を示すように触媒層２を強制空冷する。

そして、触媒層２が冷却されて温度が触媒の活性温度領
域以下（１１０〜１８０℃）まで低下し、触媒層２内の
生成ガスが収縮して触媒層２内が負圧になった第３の時
点Ｔ，において、生成ガス人口弁４２を開き蓄積用タン
ク３７内の生成ガスを触媒層２に供給する。このため、
触媒に生成ガスでパージを行うことができる。パージが
終了した第４の時点Ｔ４において、生成ガス人口弁４２
を閉じて触媒層２内に生成ガスが充填されている状態に
保持し、バーナプロワ１５を停止して停止操作を終了す
る。これ以降、触媒層２は図中矢印Ｎで自然空冷域を示
すように自然空冷される。なお、停止操作終了後の改質
装置１は、改質装置人口弁４．水素人口弁２１，バイパ
ス弁３０，生成ガス出目弁３９，生成ガス人口弁４２に
よって生成ガスが封入された状態に密閉されている。

したがって、触媒層２が生成ガスを生成している間に、
生成ガスを蓄積用タンク３７に蓄積し、燃料電池システ
ム停止後において、蓄積用タンク３７に蓄積された生成
ガスで触媒層２にパージを行うことができる。そして、
これにより触媒近辺に外気が侵入するのを抑え、触媒が
酸化するのを防止することができる。

このように本発明は、燃料電池システムで生成された生
成ガスを溜める蓄積装置３４を設けたことをその内容と
するものであるから、蓄積装置としては、上述した蓄積
用タンク３７とポンプ３５とを組合わせたものに限定さ
れるものではなく、適宜変更することができる。第４図
ないし第６図は燃料電池システムの他の実施例の要部を
示す構成図であり、これらの図において第１図に示すも
のと同一あるいは同等な部材には同一符号を付し、その
説明は省略する。第４図に示す第２の実施例においては
、生成ガスを溜める特別なタンクが設けられておらず、
ボンプ３５の吐出側に接続された生成ガス供給管路４１
のうちボンプ３５と生成ガス人口弁４２との間の部分４
１ａに生成ガスが加圧された状態に蓄積される。一方、
生成ガスを触媒層２に供給するときは、ボンプ３５によ
って、強制的に供給する。

また、第５図に示す第３の実施例においては、生成ガス
出口弁３９を有する生成ガス回収管路３８が直接蓄積用
タンク３７に接続されており、触媒層２から吐出された
生成ガスはその圧力によって蓄積用タンク３７内に供給
ポンブ５により加圧された状態で溜められる。そして、
生成ガスの触媒層２への供給は、触媒層２が冷却される
と触媒層２内が負圧になるのを利用して行われる．すな
わち、生成ガスは圧力差によって触媒Ｎ２内へ圧送され
充填される。

第６図に示す第４の実施例においては、蓄積用タンク３
７に生成ガス回収管路３８のみが接続されており、この
生成ガス回収管路３８が生成ガスを蓄積用タンク３７へ
蓄積するための管路、および蓄積用タンク３７に蓄積さ
れた生成ガスを触媒Ｎ２へ供給するための管路として使
用されている。

このため、蓄積用の管路と供給用の管路とを別々に設け
る構造に比較して構造を簡素化することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、触媒に接続され、
触媒で生成された生成ガスを蓄積すると共に、蓄積した
生成ガスを触媒に供給する蓄積装置を設けたから、燃料
電池システム停止後に蓄積装置に蓄積された生成ガスで
触媒にパージを行うことができる。

したがって、生成ガスを利用して触媒近辺に外気が侵入
するのを抑え、触媒が劣化するのを防止することができ
る。その結果、特別な不活性ガスをボンベ等に蓄えてお
く必要がなくなり、しかも、蓄積装置には停止する都度
生成ガスを蓄積すればよく、多量の生成ガスを蓄積する
必要がないから、装置を小型、軽量化することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料電池システムを示す構成図、
第２図は四方弁を示す構成図、第３図は停止時における
触媒温度と時間との関係を示すグラフ、第４図ないし第
６図は他の実施例の要部を示す構成図である。 １・・・・改質装置、２・・・・触媒層、３・・・・気
化器、９・・・・メタノールバーナ、１　５．．．バー
ナブロワ、３４・・・・蓄積装置、３５・・・・ポンプ
、３７・・・・蓄積用タンク。 特許出願人　ヤマハ発動機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料を触媒で化学反応させる改質装置を備えた燃料電池
   において、前記触媒に接続され、触媒で生成された生成
   ガスを蓄積すると共に、蓄積した生成ガスを触媒に供給
   する蓄積装置を設けてなる燃料電池システム。