JPH02170367A - Fuel battery with methanol modifier - Google Patents

Fuel battery with methanol modifier

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JPH02170367A
JPH02170367A JP63325465A JP32546588A JPH02170367A JP H02170367 A JPH02170367 A JP H02170367A JP 63325465 A JP63325465 A JP 63325465A JP 32546588 A JP32546588 A JP 32546588A JP H02170367 A JPH02170367 A JP H02170367A
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fuel cell
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hydrogen
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研二 坂本
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Abstract

PURPOSE:To prevent collapse of thermal balance at a methanol modifier and providestable operation by actuating a heat emitting body installed on a catalyst layer of the methanol modifier when the temp. of the catalyst layer has sunk below the specified control temp. range, and by heating the catalyst layer. CONSTITUTION:A NiCr wire 44 to heat catalyst 14 is wound round a catalyst layer 13 of a methanol modifier 1, and current is supplied to this NiCr wire 44 to actuate is heat emission when the sensing value from a temp. sensor for the catalyst layer 13 has sunk below the specified control temp. Accordingly the heat emitted from the NiCr wire 44 heats the catalyst layer 13 even though the temp. of the modifying catalyst 14 in the catalyst layer 13 of the methanol modifying device 1 is going to sink, so that drop of the rate of methanol modification is suppressed and the specified amount of hydrogen production is kept. This prevents collapse of the thermal balance in the methanol modifying device 1 to achieve stabilized operation.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] °この発明は、メタノール改質装置を備えた燃料電池に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a fuel cell equipped with a methanol reformer.

[従来技術] 従来から水素と酸素により電気を発生させる燃料電池が
あり、この水素をメタノール改質反応により得る方法が
ある。そして、このメタノール改質装置においては、メ
タノールと水とを原料として高温触媒下で水素を生成し
燃料電池に水素を供給するとともに、燃料電池での未反
応水素を還流してその未反応水素をバーナで燃焼させメ
タノール改質反応に必要な熱を得るようになっている。
[Prior Art] Conventionally, there have been fuel cells that generate electricity using hydrogen and oxygen, and there is a method of obtaining this hydrogen through a methanol reforming reaction. In this methanol reformer, hydrogen is produced using methanol and water as raw materials under a high-temperature catalyst, and hydrogen is supplied to the fuel cell. At the same time, unreacted hydrogen in the fuel cell is refluxed to remove the unreacted hydrogen. It is burned in a burner to obtain the heat necessary for the methanol reforming reaction.

そして、燃料電池の出力はメタノール改質装置への改質
原料(メタノール、°水)供給♀と相関を持たせで制御
している。
The output of the fuel cell is controlled in correlation with the supply of reforming raw materials (methanol, water) to the methanol reformer.

即ち、燃料電池の未反応水素をメタノール改質装置のバ
ーナで燃焼ざじメタノール改質装置の触煤層に最適な熱
量を供給して触媒層が常に320℃前後になるように燃
料電池の出力に合せてメタノール改質装置への改質原料
(メタノール、水)供給量を制御している。
In other words, the unreacted hydrogen in the fuel cell is combusted by the burner of the methanol reformer, and the optimal amount of heat is supplied to the catalyst layer of the methanol reformer so that the temperature of the catalyst layer is always around 320°C, matching the output of the fuel cell. This controls the amount of reforming raw materials (methanol, water) supplied to the methanol reformer.

[発明が解決しようとする課題] ところが、この熱バランスが保持された状態から、−旦
メタノール改質装置の触媒層の温度が下がり始めるとメ
タノール改質率が低下するため生成する水素量が低下す
る。このとき、燃料電池の発電(水素利用率)は一定の
ためメタノール改質装置のバーナに還流する未反応水素
量は減少しメタノール改質装置の触tR層の温度はさら
に下がり以後同様の悪循環により最終的にメタノール改
質装置のバーナの水素炎は消えてしまうという問題があ
った。これは、特に、燃料電池の出力を変化させるよう
な過渡的な状態で発生した。
[Problem to be solved by the invention] However, once the temperature of the catalyst layer of the methanol reformer starts to drop from the state where this heat balance is maintained, the methanol reforming rate decreases and the amount of hydrogen produced decreases. do. At this time, since the power generation (hydrogen utilization rate) of the fuel cell is constant, the amount of unreacted hydrogen flowing back to the burner of the methanol reformer decreases, and the temperature of the tR layer of the methanol reformer further decreases. There was a problem in that the hydrogen flame in the burner of the methanol reformer eventually went out. This occurred especially during transient conditions such as changing the output of the fuel cell.

この発明の目的は、燃料電池の出力の変化に起因するメ
タノール改質装置での熱バランスの崩れを防止して安定
した運転を行なうことができるメタノール改質装置を備
えた燃料電池を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a fuel cell equipped with a methanol reformer that can perform stable operation by preventing the heat balance in the methanol reformer from collapsing due to changes in the output of the fuel cell. It is in.

[課題を解決するための手段] この発明は、水素と酸素により電気を発生させる燃料電
池と、メタノール又は水素を燃焼させメタノール改質反
応に必要な熱を供給するバーナを備え、水とメタノール
を原料として触媒下でメタノール改質反応を行い、水素
と二酸化炭素を生成するメタノール改質装置とを具備し
たメタノール改質装置を備えた燃料電池において、 前記メタノール改質装置の触媒層に設Gノられた発熱体
と、前記メタノール改質装置の触媒層の温度を検出する
温度検出手段と、前記温度検出手段による触媒層温度が
規定の制tilIl温度範囲以下に下がったとき前記発
熱体を動作させ触媒層温度を上げる制御手段とを具備し
てなるメタノール改質装置を備えた燃料電池をその要旨
とりるものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention is equipped with a fuel cell that generates electricity using hydrogen and oxygen, and a burner that burns methanol or hydrogen and supplies the heat necessary for the methanol reforming reaction. In a fuel cell equipped with a methanol reformer that performs a methanol reforming reaction under a catalyst as a raw material to generate hydrogen and carbon dioxide, temperature detecting means for detecting the temperature of the catalyst layer of the methanol reformer; and operating the heating element when the temperature of the catalyst layer detected by the temperature detecting means falls below a specified temperature range. The gist of the present invention is a fuel cell equipped with a methanol reformer comprising a control means for increasing the temperature of the catalyst layer.

[作用] 制御手段は温度検出手段によりメタノール改質装置の触
媒層温度が規定の制御温度範囲以下に下がったとき、触
媒層に設けた発熱体を動作させ触媒層を加熱する。その
結果、メタノール改質装置の触媒層温度が上がり、熱バ
ランスの崩れが防止される。
[Operation] When the temperature detection means indicates that the temperature of the catalyst layer of the methanol reformer falls below a prescribed control temperature range, the control means operates a heating element provided in the catalyst layer to heat the catalyst layer. As a result, the temperature of the catalyst layer of the methanol reformer increases, and the collapse of the heat balance is prevented.

[実施例] 以下、この発明を車両に搭載される燃料電池に具体化し
た一実施例を図面に従って説明する。
[Embodiment] An embodiment in which the present invention is embodied in a fuel cell mounted on a vehicle will be described below with reference to the drawings.

第1図は本実施例の走行モータの電源供給系を示し、全
体としてメタノール改質装置1と燃料電池2とDC/D
Cコンバータ3と鉛N電池4と走行用直流モータ5とか
ら構成されている。
FIG. 1 shows the power supply system of the traveling motor of this embodiment, which includes a methanol reformer 1, a fuel cell 2, and a DC/D
It is composed of a C converter 3, a lead-N battery 4, and a running DC motor 5.

水タンク6の水は水ポンプ7の駆動により混合器8に供
給されるとともに、メタノールタンク9のメタノールは
メタノールポンプ10の駆動により混合器8に供給され
、この混合器8にて水とメタノールが混合され改質原料
となり、メタノール改質装置1に供給される。
The water in the water tank 6 is supplied to the mixer 8 by driving the water pump 7, and the methanol in the methanol tank 9 is supplied to the mixer 8 by driving the methanol pump 10. In this mixer 8, water and methanol are mixed. The raw materials are mixed to become a reforming raw material, and are supplied to the methanol reformer 1.

メタノール改質装置1は第2図及び第2図の八−A断面
を示す第3図に示すように、円筒形をなすフレーム11
には断熱材12が配置されている。
The methanol reforming apparatus 1 has a cylindrical frame 11, as shown in FIG. 2 and FIG.
A heat insulating material 12 is arranged.

そのフレーム11内には触媒層13が同心円上に複数立
設され、触媒層13の中には改質触媒14が充填されて
いる。この改質触媒14としてはCuo、zno系触媒
を使用している。
A plurality of catalyst layers 13 are arranged concentrically in the frame 11, and a reforming catalyst 14 is filled in the catalyst layers 13. As the reforming catalyst 14, a Cuo or ZNO type catalyst is used.

この各触媒層13は、第4図に示すように、円柱状に形
成され、その外周部には発熱体としてのニクロム線44
が螺旋状に巻装されている。そのニクロム線44の巻装
のピッチは下方はど狭くなっている。即ち、下方はどニ
クロム線44の発熱量が多くなるようになっている。
Each catalyst layer 13 is formed into a columnar shape as shown in FIG.
is wrapped in a spiral. The winding pitch of the nichrome wire 44 is narrower at the bottom. That is, the amount of heat generated by the nichrome wire 44 increases in the lower part.

又、前記混合器8にて混合されたメタノール/水の改質
原料は改質原料供給管15を介してメタノール改質装置
1のフレーム11内に供給されるとともに、その改質原
料供給管15はフレーム11内の中心部に螺旋状に延設
され、さらに、分岐部16から各触媒層13の底部に接
続されている。各触媒層13の上端部は集合されて水素
排出管17にて外部に連通しでいる。
Further, the reforming raw material of methanol/water mixed in the mixer 8 is supplied into the frame 11 of the methanol reformer 1 via the reforming raw material supply pipe 15, and the reforming raw material supply pipe 15 extends spirally in the center of the frame 11, and is further connected to the bottom of each catalyst layer 13 from the branch portion 16. The upper end of each catalyst layer 13 is assembled and communicated with the outside through a hydrogen discharge pipe 17.

フレーム11の内筒上部にはパーツ18が設【ノられ、
そのバーナ18にはプロワ19にて空気(酸素)が供給
されるとともメタノールポンプ20にて前記メタノール
タンク9からメタノールが供給される。そして、メタノ
ール改質装置1の起動時の昇温の際にはバーナ18によ
りメタノールが空気中の酸素にて燃焼してその高温の燃
焼ガスは内筒を通過し前記改質原料供給管15内のメタ
ノール/水の改質原料を加熱するとともに、外筒を通過
し各触媒層13を加熱して排気通路21から外部に排出
される。
A part 18 is installed at the top of the inner cylinder of the frame 11.
Air (oxygen) is supplied to the burner 18 by a blower 19, and methanol is supplied from the methanol tank 9 by a methanol pump 20. When the temperature rises at the time of startup of the methanol reformer 1, methanol is combusted with oxygen in the air by the burner 18, and the high temperature combustion gas passes through the inner cylinder and enters the reforming raw material supply pipe 15. The methanol/water reforming raw material is heated, passes through the outer cylinder, heats each catalyst layer 13, and is discharged to the outside from the exhaust passage 21.

ざらに、バーナ18には燃料電池2の未反応水素が供給
され、メタノール改質装置1の昇温が終了した後におい
てはこの水素が前記ブロワ19により供給される空気中
の酸素にて燃焼してその高温の燃焼ガスは前記改質原料
供給管15を加熱丈るとともに、各触媒層13を加熱す
る。即ち、メタノール改質装@1の昇温時はメタノール
炎にて触媒層を加熱し、−旦反応温度の約320℃に達
し、メタノール改質反応が行なわれた後は、メタノール
炎を停止し、燃料電池2からの未反応水素による水素炎
に切換え、改質反応に必要な熱を供給する。そして、燃
焼ガスはメタノール改質装置1の内筒から外筒を通過し
、排気通路21から外部に排出される。
Roughly speaking, unreacted hydrogen from the fuel cell 2 is supplied to the burner 18, and after the temperature of the methanol reformer 1 has finished rising, this hydrogen is combusted by the oxygen in the air supplied by the blower 19. The high temperature combustion gas heats the reforming material supply pipe 15 and also heats each catalyst layer 13. That is, when raising the temperature of the methanol reformer @1, the catalyst layer is heated with a methanol flame, and once the reaction temperature of about 320°C is reached and the methanol reforming reaction is performed, the methanol flame is stopped. Then, the fuel cell 2 switches to a hydrogen flame using unreacted hydrogen to supply the heat necessary for the reforming reaction. Then, the combustion gas passes from the inner cylinder of the methanol reformer 1 to the outer cylinder, and is discharged to the outside from the exhaust passage 21.

又、触媒層13においては、上述したバーナ18′cの
燃焼による高温雰囲気下においてメタノ−ルと水とを原
料として改質触ts14にて水素を生成する(CH30
H十ト120→3H2+CO2−ΔQ)。この水素生成
反応は吸熱反応であるために加熱が必要となっている。
Further, in the catalyst layer 13, hydrogen is generated in a reforming process ts14 using methanol and water as raw materials in a high temperature atmosphere caused by combustion in the burner 18'c described above (CH30
H120 → 3H2 + CO2 - ΔQ). This hydrogen production reaction is an endothermic reaction and therefore requires heating.

燃料電池2は、リン酸電解質22を介して水素極23と
酸素極24が対向配置され、水素極23側に前記メタノ
ール改質装置1により生成された水素が前記水素排出管
17からフィルタ25を介して供給される。又、酸素極
24側にプロ926により空気(酸素)が供給される。
In the fuel cell 2, a hydrogen electrode 23 and an oxygen electrode 24 are disposed facing each other with a phosphoric acid electrolyte 22 in between, and hydrogen generated by the methanol reformer 1 is passed from the hydrogen discharge pipe 17 to the filter 25 on the hydrogen electrode 23 side. Supplied via Further, air (oxygen) is supplied to the oxygen electrode 24 side by a professional 926.

さらに、この燃料電池2には該燃料電池2を加熱及び冷
却するための熱交換器(′、Aイル管)27が配置され
、この管内にばオイルポンプ28の駆動により熱交換器
29及びオイルタンク30を介してオイルが循環される
。熱交換器29には起動用バーナ31が設けられ、メタ
ノールポンプ32により前記メタノールタンク9からメ
タノールが供給されるとともにブロワ33により空気が
供給される。そして、燃料電池2の起動時には起動用バ
ーナ31にてメタノールが燃焼してオイルが加熱され、
オイルが循環され燃料電池2が約100℃付近まで昇温
される。
Furthermore, a heat exchanger (', A-il pipe) 27 for heating and cooling the fuel cell 2 is arranged in this fuel cell 2, and a heat exchanger 29 and an oil Oil is circulated through tank 30. The heat exchanger 29 is provided with a starting burner 31, to which methanol is supplied from the methanol tank 9 by a methanol pump 32 and air is supplied by a blower 33. Then, when starting up the fuel cell 2, methanol is burned in the starting burner 31 and the oil is heated.
The oil is circulated and the temperature of the fuel cell 2 is raised to approximately 100°C.

燃料電池2の温度が約100℃に達すると発電が開始さ
れる。燃料電池2は発電を開始すると発熱反応により温
度が上昇するが反応に適正な温度は190℃±20℃付
近であり、その温度範囲内に温度制御する必要がある。
When the temperature of the fuel cell 2 reaches approximately 100° C., power generation begins. When the fuel cell 2 starts generating electricity, the temperature rises due to an exothermic reaction, but the appropriate temperature for the reaction is around 190° C.±20° C., and it is necessary to control the temperature within that temperature range.

燃料電池2の冷却はブロワ33を駆動し、熱交換器29
にて循環するオイルルが冷却することにより行なわれ、
燃料電池2の昇温はメタノールポンプ32とブロワ33
を駆動するとともに、起動用バーナ31によりメタノー
ル炎を看火し、熱交換器29にて循環するオイルを加熱
することにより行なわれる。
The fuel cell 2 is cooled by driving the blower 33 and the heat exchanger 29.
This is done by cooling the oil circulating in the
The temperature of the fuel cell 2 is raised by the methanol pump 32 and the blower 33.
At the same time, the starting burner 31 is used to ignite the methanol flame, and the heat exchanger 29 heats the circulating oil.

又、燃料電池2においては、メタノール改質装置1から
供給される水素とブロワ26により供給される空気<′
MX>により水素極23とM糸種24との間に起電力が
発生する。又、水素の未反応物は逆火防止器34を介し
て前記メタノール改質装置1のバーナ18に戻される。
In addition, in the fuel cell 2, hydrogen supplied from the methanol reformer 1 and air supplied by the blower 26 <'
MX>, an electromotive force is generated between the hydrogen electrode 23 and the M yarn type 24. Further, unreacted hydrogen is returned to the burner 18 of the methanol reformer 1 via the flashback preventer 34.

燃料電池2の画電極はDC/D、Cコンバータ3に接続
されている。又、DC/DCコンバータ3の出力端子間
には鉛蓄電池4を介して車両の走行モータ5が接続され
ている。走行モータ5は切替コンタクタ(前進用、後進
用)35a、35bが並列に接続されるとともに、走行
モータ5に対しトランジスタTrが直列に接続されてい
る。又、接続点a、bにはフライホイールダイオードD
1゜D2が接続されている。そして、いずれかの切替コ
ンタクタ35a、35bを閉路した状態で1〜ランジス
タTrがチョッパ制御されることにより走行モータ5の
回転速度が制御されるようになっている。
The picture electrode of the fuel cell 2 is connected to a DC/D, C converter 3. Further, a vehicle travel motor 5 is connected between the output terminals of the DC/DC converter 3 via a lead acid battery 4 . The travel motor 5 has switching contactors (for forward and reverse) 35a and 35b connected in parallel, and a transistor Tr connected in series to the travel motor 5. In addition, a flywheel diode D is connected to connection points a and b.
1°D2 is connected. The rotational speed of the travel motor 5 is controlled by chopper controlling the transistors 1 to Tr with one of the switching contactors 35a and 35b closed.

システム全体を制御する・制御手段としCのコントロー
ラ36は前記各ブロワ19.26,33、ポンプ7.1
0,20.28.32を駆動制御するとともに、メタノ
ール改質装置1の触媒温度を検出する温度検出手段とし
ての温度センサ°37からの信号と燃料電池2の温度を
検出する温度センサ38からの信号を入力して各温度を
検知する。
The controller 36 of C, which controls the entire system, serves as a control means for each of the blowers 19.26, 33 and the pump 7.1.
0, 20, 28, and 32, as well as a signal from a temperature sensor 37 as a temperature detection means for detecting the catalyst temperature of the methanol reformer 1 and a signal from a temperature sensor 38 that detects the temperature of the fuel cell 2. Input a signal and detect each temperature.

又、コントローラ36は電圧検出部39による燃料電池
2の出力電圧Vl”Cを検知するとともに、電圧検出部
40による鉛蓄電池の端子電圧VBを検知する。又、コ
ントローラ36は電流センサ42による鉛蓄電池4の充
放電電流IBを検知するとともに、温度センナ43によ
る鉛蓄電池4の温度を検知する。さらに、コン1〜ロー
ラ36はDC/DCコンバータ3に燃料電池2からの出
力電流指令値を出力するとともに、DC/DCコンバー
タ3とtla蓄電池4との間に設けられた負荷コンタク
タ41を開閉制御する。又、コン1〜ローラ36はメタ
ノール改質装置1の改質触媒14に装着されたニクロム
線44への通電を制御するようになっている。
Further, the controller 36 detects the output voltage Vl''C of the fuel cell 2 by the voltage detection section 39, and detects the terminal voltage VB of the lead-acid battery by the voltage detection section 40. 4 is detected, and the temperature of the lead acid battery 4 is detected by the temperature sensor 43.Furthermore, the controller 1 to the roller 36 output the output current command value from the fuel cell 2 to the DC/DC converter 3. At the same time, the load contactor 41 installed between the DC/DC converter 3 and the TLA storage battery 4 is opened and closed.The controller 1 to the roller 36 are connected to the nichrome wire attached to the reforming catalyst 14 of the methanol reformer 1. 44 is controlled.

次に、このシステムの起動制御を説明する。Next, the startup control of this system will be explained.

まず、コン1〜ローラ36はメタノール改質装置1の触
tS温度が改質反応可能な最低温度(約25O℃)に達
するまでの間、メタノールポンプ20とブロワ19を駆
動してメタノールをバーナ18で燃焼させ触媒層13を
昇温する。同時に、コン1〜ローラ36は燃料電池2が
発電可能な最低温度(約100’C)に達するまでの間
、メタノールポンプ32とブロワ33を駆動して起動用
パーツ31でメタノールを燃焼さけ、オイルポンプ28
によりオイルを循環さけ燃料電池2を昇温させる。
First, the controller 1 to the roller 36 drive the methanol pump 20 and the blower 19 to transfer methanol to the burner 18 until the temperature of the methanol reformer 1 reaches the lowest temperature at which a reforming reaction is possible (approximately 250°C). The temperature of the catalyst layer 13 is increased by combustion. At the same time, the controller 1 to the roller 36 drive the methanol pump 32 and the blower 33 until the fuel cell 2 reaches the minimum temperature (approximately 100'C) at which it can generate electricity, so that the starting part 31 burns methanol and prevents the oil from burning. pump 28
This prevents oil from circulating and raises the temperature of the fuel cell 2.

そして、コントローラ36はメタノール改質装置1で改
質反応可能な最低温度(約250℃)に達するとともに
燃料電池2で発電可能な最低温度(約100℃)に達す
ると、水ポンプ7とメタノールポンプ10を駆動し、メ
タノール改質装置1に改質原料の供給を開始する。する
と、メタノール改質装置1の改質触媒14で改質された
水素はフィルタ25を経由して燃料電池2に供給される
Then, when the controller 36 reaches the lowest temperature (approximately 250°C) at which the methanol reformer 1 can undergo a reforming reaction and the lowest temperature at which the fuel cell 2 can generate electricity (approximately 100°C), the water pump 7 and the methanol pump 10 to start supplying the reforming raw material to the methanol reformer 1. Then, hydrogen reformed by the reforming catalyst 14 of the methanol reformer 1 is supplied to the fuel cell 2 via the filter 25.

この時、燃料電池からの未゛反応水素は逆火防止器34
を介してメタノール改質装置1のバーナ1Bで燃焼させ
る。
At this time, unreacted hydrogen from the fuel cell enters the flashback preventer 34.
It is burned in the burner 1B of the methanol reformer 1.

それ以後、コントローラ36はメタノール改質装置1の
メタノールポンプ20を停止しメタノール改質装置1で
のパーツ゛18の燃焼を未反応水素主体で行なわせる。
Thereafter, the controller 36 stops the methanol pump 20 of the methanol reformer 1 and causes the methanol reformer 1 to burn the part 18 mainly with unreacted hydrogen.

コントローラ36は燃料電池2への水素供給が始まると
同時にブ[1ワ26を駆動し空気(酸素)を供給する。
The controller 36 drives the blower 26 to supply air (oxygen) at the same time as hydrogen supply to the fuel cell 2 begins.

水素と酸素の供給が始まると燃料電池2の両電極間にオ
ーブン電圧が発生する。コントローラ36はオーブン電
圧が規定の電圧に達した後、負荷コンタクタ41を閉じ
て外部への電力供給を開始する。この時、コン1−ロー
ラ36はDC/DCコンバータ3に燃料電池2からの出
力電流指令値を出力し、DC/DCコンバータ3はその
値に従って多階段に定電流出力制御を行なっている。さ
らに、コントローラ36は鉛蓄電池4の端子電圧VBと
充放電電流I8と温度を常時検出することにより鉛蓄電
池4の充電状態を算出している。DC/DCコンバータ
3への出力電流指令値は鉛蓄電池4の充電状態に相関し
て出力するようにしている。即ち、鉛蓄電池4の放電が
進んでいる場合には燃料電池2の出力を最大側に設定し
、鉛蓄電池4が充分に充電されている場合には低出力側
に設定している。コントローラ36は燃料電池2の発電
が開始されると同時に起動用バーJ31へのメタノール
供給を停止しブロワ33により燃料電池2を冷却する。
When the supply of hydrogen and oxygen begins, an oven voltage is generated between both electrodes of the fuel cell 2. After the oven voltage reaches a specified voltage, the controller 36 closes the load contactor 41 and starts supplying power to the outside. At this time, the controller 1-roller 36 outputs the output current command value from the fuel cell 2 to the DC/DC converter 3, and the DC/DC converter 3 performs constant current output control in multiple steps according to the value. Furthermore, the controller 36 calculates the state of charge of the lead acid battery 4 by constantly detecting the terminal voltage VB, charging/discharging current I8, and temperature of the lead acid battery 4. The output current command value to the DC/DC converter 3 is output in correlation with the state of charge of the lead acid battery 4. That is, when the lead-acid battery 4 is being discharged, the output of the fuel cell 2 is set to the maximum side, and when the lead-acid battery 4 is sufficiently charged, the output is set to the low output side. The controller 36 stops the supply of methanol to the starting bar J31 at the same time as the fuel cell 2 starts generating electricity, and cools the fuel cell 2 with the blower 33.

次に、この燃料電池2と鉛蓄電池4の運転方法を説明す
る。
Next, a method of operating the fuel cell 2 and lead acid battery 4 will be explained.

燃料電池2の出力電力はDC/DCコンバータ3を経由
して走行モータ5等の負荷、又は、補助バッテリーとし
ての鉛蓄電池4に供給されるねりであるが、DC/DC
コンバータ3はその出力を常に!8蓄電池4の充電電圧
VBになるように制御し、燃料電池2と鉛蓄電池4によ
るハイブリッド運転が行なわせる。又、メタノール改質
装置1、燃料電池2、DC/DCコンバータ3の出力は
ε;)蓄電池4の放電が進んでいる状態では出力量入側
にし、満充電状態になるに゛つれて低い出力になるよう
に制御する。即ら、鉛蓄電池4の充電量に相関してコン
トローラ36から燃料電池2の出力制御が行なわれる。
The output power of the fuel cell 2 is supplied via the DC/DC converter 3 to a load such as the travel motor 5 or to the lead acid battery 4 as an auxiliary battery.
Converter 3 always outputs its output! 8, the charging voltage of the storage battery 4 is controlled to be VB, and a hybrid operation using the fuel cell 2 and the lead storage battery 4 is performed. Also, the outputs of the methanol reformer 1, fuel cell 2, and DC/DC converter 3 are set to the input side when the storage battery 4 is discharging, and lowered as the battery 4 becomes fully charged. control so that That is, the controller 36 controls the output of the fuel cell 2 in correlation to the amount of charge of the lead acid battery 4.

この時のメタノールポンプ10と水ポンプ7からの改質
原料供給♀は、燃料電池2の発電伝に必要な水素と、そ
の水素を生成するためのメタノール改質反応に必要な熱
量を燃料電池2の未反応水素から得ることができ、メタ
ノール改質装置1の触媒層温度が常に320℃前後にな
るように予め設定された値となっている。
At this time, the reforming raw material supply ♀ from the methanol pump 10 and the water pump 7 supplies the hydrogen necessary for power generation in the fuel cell 2 and the amount of heat necessary for the methanol reforming reaction to generate the hydrogen to the fuel cell 2. The temperature of the catalyst layer of the methanol reformer 1 is set in advance to be around 320° C. at all times.

しかしながら、燃料電池2の出力を変化ざUる過渡的状
態において、メタノール改質装置1の触媒層温度は著し
く変動する。コン1ヘローラ36は常に触媒層温度を検
出し、触媒層温度が規定されたi+制御温度以下に下が
った時に、前記ニクロム線44を通電し発熱動作さぼる
。このニクロム線44の発熱によりメタノール改質装置
1の改質触媒14が加熱される。従って、メタノール改
質装置1の触媒層13の熱バランスが崩れ改質触媒14
の温度が下がろうとしても、ニクロム線44の発熱によ
り触媒層13が加熱されるためにメタノール改質率の低
下が抑制され規定の水素生成口が維持される。このとき
、燃料電池2からメタノール改質装置1のバーナ18に
戻る水素口は変化せずバーナ18の水素炎が消えること
はない。
However, in a transient state where the output of the fuel cell 2 is changed, the temperature of the catalyst layer of the methanol reformer 1 fluctuates significantly. The controller roller 36 constantly detects the temperature of the catalyst layer, and when the temperature of the catalyst layer falls below the specified i+ control temperature, the nichrome wire 44 is energized and the heating operation is stopped. The heat generated by the nichrome wire 44 heats the reforming catalyst 14 of the methanol reformer 1. Therefore, the heat balance of the catalyst layer 13 of the methanol reformer 1 collapses and the reforming catalyst 14
Even if the temperature is about to drop, the catalyst layer 13 is heated by the heat generated by the nichrome wire 44, so the reduction in the methanol reforming rate is suppressed and the specified hydrogen generation port is maintained. At this time, the hydrogen port that returns from the fuel cell 2 to the burner 18 of the methanol reformer 1 does not change, and the hydrogen flame of the burner 18 does not go out.

又、このニクロム線44の発熱時には、ニクロム線44
の巻装のピッチは下方はど狭く(下方はどニクロム線4
4の発熱最が多く)なっているので、触媒層13の下方
から導入されるメタノール/水の改質原料は出口側に対
し入口側で活発な反応が行なわれる。従って、触媒層1
3の入口側の方が反応により奪われる熱が大きいために
ニクロム線44の巻線密度を出口側に対し入口側を密に
している。
Also, when the nichrome wire 44 generates heat, the nichrome wire 44
The winding pitch is narrower in the lower part (the lower part is nichrome wire 4).
4), the methanol/water reforming raw material introduced from below the catalyst layer 13 undergoes an active reaction on the inlet side compared to the outlet side. Therefore, catalyst layer 1
Since more heat is taken away by the reaction on the inlet side of 3, the winding density of the nichrome wire 44 is made denser on the inlet side than on the outlet side.

このように本実施例によれば、メタノール改質装置1の
触媒層13に当該触媒を加熱するニクロム線44を巻装
し、触媒層13の温度セン9”37の検出値が規定制御
温度以下になったときニクロム線44を通電し発熱動作
させるようにした。従って、メタノール改質装置1の触
媒層13の熱バランスの崩れをニクロム線゛44の発熱
により回避して水素生成量が維持され燃料電池2からメ
タノール改質装置1のバーナ18に戻る水素量は変化せ
ずバーナ18の水素炎が消えることはなく、燃料電池2
の出力の変化に起因するメタノール改質装置1での熱バ
ランスの崩れを防止して安定した運転を行なうことがで
きる。
As described above, according to this embodiment, the catalyst layer 13 of the methanol reformer 1 is wrapped with the nichrome wire 44 that heats the catalyst, and the detected value of the temperature sensor 9'' 37 of the catalyst layer 13 is below the specified control temperature. When this occurs, the nichrome wire 44 is energized to generate heat.Therefore, the loss of thermal balance in the catalyst layer 13 of the methanol reformer 1 is avoided by the heat generated by the nichrome wire 44, and the amount of hydrogen produced is maintained. The amount of hydrogen that returns from the fuel cell 2 to the burner 18 of the methanol reformer 1 does not change and the hydrogen flame in the burner 18 does not go out.
It is possible to prevent the heat balance in the methanol reformer 1 from being lost due to changes in the output of the methanol reformer 1, and to perform stable operation.

又、メタノール改質装置1の触媒層13の温度が下がる
とメタノール改質率が低下し未改質メタノールが燃料電
池2の水素極23に入り電極の劣化等の悪影響を及ぼす
虞があるが、本実施例ではニクロム1iQ44の発熱動
作により改質触媒14の温度低下が抑制され未改質メタ
ノールによる燃料電池2の水素極23の劣化等を未然に
回避することができる。
Furthermore, when the temperature of the catalyst layer 13 of the methanol reformer 1 decreases, the methanol reforming rate decreases, and there is a risk that unreformed methanol may enter the hydrogen electrode 23 of the fuel cell 2 and cause adverse effects such as deterioration of the electrode. In this embodiment, the temperature drop of the reforming catalyst 14 is suppressed by the exothermic action of the nichrome 1iQ44, and deterioration of the hydrogen electrode 23 of the fuel cell 2 due to unreformed methanol can be avoided.

さらに、本実施例ではニクロム線44の巻装のピッチは
メタノール/水の改質原料の入口側はど狭くしたので、
反応が活発となる触媒層入口部で多くの熱量が供給でき
るとともに反応が活発でない出口部では余り熱を必要と
しないため、改質触媒14全体として温度分布を均一と
することができる。
Furthermore, in this embodiment, the winding pitch of the nichrome wire 44 was narrowed on the inlet side of the reforming raw material of methanol/water.
Since a large amount of heat can be supplied at the inlet of the catalyst layer where the reaction is active, and not so much heat is required at the outlet where the reaction is not active, the temperature distribution of the reforming catalyst 14 as a whole can be made uniform.

[発明の効果] 以上詳述したようにこの発明によれば、燃料電池の出力
の変化に起因するメタノール改質装置での熱バランスの
崩れを防止して安定した運転を行なうことができる優れ
た効果を発揮する。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, there is an excellent feature that can prevent the heat balance in the methanol reformer from collapsing due to changes in the output of the fuel cell and perform stable operation. be effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例の燃料電池の概略構成図、第2図はメタ
ノール改質装置の断面図、第3図は第2図のA−A断面
図、第4図は改質触媒を示す斜視図である。 1はメタノール改質装置、2は燃料電池、13は触媒層
、36は制御手段としてのコントローラ、37は温度検
出手段としての温度レン番す、44は発熱体としてのニ
クロム線。 特許出願人  株式会社 豊田自動織機製作所代 理 
人     弁理士  恩1)傅實メタノール 第3図 第4図
Figure 1 is a schematic configuration diagram of the fuel cell of the example, Figure 2 is a sectional view of the methanol reformer, Figure 3 is a sectional view taken along line AA in Figure 2, and Figure 4 is a perspective view showing the reforming catalyst. It is a diagram. 1 is a methanol reformer, 2 is a fuel cell, 13 is a catalyst layer, 36 is a controller as a control means, 37 is a temperature sensor as a temperature detection means, and 44 is a nichrome wire as a heating element. Patent applicant Toyoda Automatic Loom Works Co., Ltd. Representative
Person Patent Attorney On 1) Fu Mi Methanol Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、水素と酸素により電気を発生させる燃料電池と、 メタノール又は水素を燃焼させメタノール改質反応に必
要な熱を供給するバーナを備え、水とメタノールを原料
として触媒下でメタノール改質反応を行い、水素と二酸
化炭素を生成するメタノール改質装置と を具備したメタノール改質装置を備えた燃料電池におい
て、 前記メタノール改質装置の触媒底に設けられた発熱体と
、 前記メタノール改質装置の触媒層の温度を検出する温度
検出手段と、 前記温度検出手段による触媒層温度が規定の制御温度範
囲以下に下がつたとき前記発熱体を動作させ触媒層温度
を上げる制御手段と を具備してなるメタノール改質装置を備えた燃料電池。
[Claims] 1. A fuel cell that generates electricity using hydrogen and oxygen, and a burner that burns methanol or hydrogen and supplies the heat necessary for the methanol reforming reaction, and uses water and methanol as raw materials under a catalyst. A fuel cell equipped with a methanol reformer that performs a methanol reforming reaction and generates hydrogen and carbon dioxide, comprising: a heating element provided at the bottom of the catalyst of the methanol reformer; Temperature detection means for detecting the temperature of a catalyst layer of a methanol reformer; and control means for operating the heating element to raise the temperature of the catalyst layer when the temperature of the catalyst layer detected by the temperature detection means falls below a prescribed control temperature range. A fuel cell equipped with a methanol reformer comprising:
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