JPH07235322A - 固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法 - Google Patents
固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法Info
- Publication number
- JPH07235322A JPH07235322A JP6022419A JP2241994A JPH07235322A JP H07235322 A JPH07235322 A JP H07235322A JP 6022419 A JP6022419 A JP 6022419A JP 2241994 A JP2241994 A JP 2241994A JP H07235322 A JPH07235322 A JP H07235322A
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- JP
- Japan
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- hydrogen
- fuel cell
- ejector
- polymer electrolyte
- reformer
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル
システムを提供する。 【構成】 脱水素反応を行うメンブレン型リフォーマ１
１、固体高分子電解質燃料電池１２及び上記メンブレン
型リフォーマ１１に供給される水素スイープ用蒸気で駆
動されるエゼクタ１３から構成されてなり、上記固体高
分子電解質燃料電池１２の水素排気をリサイクル管１４
を介して上記エゼクタ１３によって吸引し、上記メンブ
レン型リフォーマ１１へ供給したのち、上記固体高分子
電解質燃料電池へ再び供給することにより、水素をリサ
イクルする。
システムを提供する。 【構成】 脱水素反応を行うメンブレン型リフォーマ１
１、固体高分子電解質燃料電池１２及び上記メンブレン
型リフォーマ１１に供給される水素スイープ用蒸気で駆
動されるエゼクタ１３から構成されてなり、上記固体高
分子電解質燃料電池１２の水素排気をリサイクル管１４
を介して上記エゼクタ１３によって吸引し、上記メンブ
レン型リフォーマ１１へ供給したのち、上記固体高分子
電解質燃料電池へ再び供給することにより、水素をリサ
イクルする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質燃料
電池から排気される水素を効率よく再利用する固体高分
子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法に関する。
電池から排気される水素を効率よく再利用する固体高分
子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料電
池システム、特に水素を燃料とするシステムでは、水素
用のポンプ（コンプレッサ）の選定が難しいことから、
有効なリサイクルシステムを構築することは困難であっ
た。
池システム、特に水素を燃料とするシステムでは、水素
用のポンプ（コンプレッサ）の選定が難しいことから、
有効なリサイクルシステムを構築することは困難であっ
た。
【０００３】また、メンブレン型リフォーマを用いた燃
料電池システムにてリサイクルを行うことは、従来知ら
れていなかった。
料電池システムにてリサイクルを行うことは、従来知ら
れていなかった。
【０００４】本発明は上記問題に鑑み、固体高分子電解
質燃料電池から排気される水素を簡便且つ確実に再利用
し、省資源化を図ることの出来る固体高分子電解質燃料
電池の燃料リサイクル方法を提供することを目的とす
る。
質燃料電池から排気される水素を簡便且つ確実に再利用
し、省資源化を図ることの出来る固体高分子電解質燃料
電池の燃料リサイクル方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方
法は、脱水素反応を行うメンブレン型リフォーマ、固体
高分子電解質燃料電池及び上記メンブレン型リフォーマ
に供給される水素スイープ用蒸気で駆動されるエゼクタ
から構成されてなり、上記固体高分子電解質燃料電池の
水素排気を上記エゼクタによって吸引し、上記メンブレ
ン型リフォーマまたは上記固体高分子電解質燃料電池へ
再び供給することにより、水素をリサイクルすることを
特徴とする。
明に係る固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方
法は、脱水素反応を行うメンブレン型リフォーマ、固体
高分子電解質燃料電池及び上記メンブレン型リフォーマ
に供給される水素スイープ用蒸気で駆動されるエゼクタ
から構成されてなり、上記固体高分子電解質燃料電池の
水素排気を上記エゼクタによって吸引し、上記メンブレ
ン型リフォーマまたは上記固体高分子電解質燃料電池へ
再び供給することにより、水素をリサイクルすることを
特徴とする。
【０００６】
【作用】メンブレン型リフォーマによる水素は、水素及
び蒸気しか含まないため、リサイクルによって水素利用
率１００％が達成できる。また、燃料電池とリフォーマ
のスイープ入口の間にエゼクタを設置する場合には、ポ
ンプの役割をも果たしており、圧力の低い電池の水素排
気をリフォーマのスイープ側へリサイクルするようにし
ている。
び蒸気しか含まないため、リサイクルによって水素利用
率１００％が達成できる。また、燃料電池とリフォーマ
のスイープ入口の間にエゼクタを設置する場合には、ポ
ンプの役割をも果たしており、圧力の低い電池の水素排
気をリフォーマのスイープ側へリサイクルするようにし
ている。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。
して説明する。
【０００８】（実施例１）図１を用いて本発明の第１の
実施例に係るリサイクルシステムを説明する。
実施例に係るリサイクルシステムを説明する。
【０００９】図１は第１の実施例に係るリサイクルシス
テムの系統図を示す。同図中、符号１１は脱水素反応を
行う分離膜型のメンブレン型リフォーマ、１２は固体高
分子電解質燃料電池（ＳＰＦＣ）、１３はエゼクタを図
示する。そして、上記固体高分子電解質燃料電池１２の
水素排気を、リサイクル管１４を介して、該燃料電池１
２とメンブレン型リフォーマ（以下「リフォーマ」とい
う）１１のスイープ入口との間に設置された上記エゼク
タ１３に送られ、ここで吸引された後に、上記メンブレ
ン型リフォーマ１１へ再び供給することにより、水素を
リサイクルするようにしている。
テムの系統図を示す。同図中、符号１１は脱水素反応を
行う分離膜型のメンブレン型リフォーマ、１２は固体高
分子電解質燃料電池（ＳＰＦＣ）、１３はエゼクタを図
示する。そして、上記固体高分子電解質燃料電池１２の
水素排気を、リサイクル管１４を介して、該燃料電池１
２とメンブレン型リフォーマ（以下「リフォーマ」とい
う）１１のスイープ入口との間に設置された上記エゼク
タ１３に送られ、ここで吸引された後に、上記メンブレ
ン型リフォーマ１１へ再び供給することにより、水素を
リサイクルするようにしている。
【００１０】上記リフォーマ１１は、図２に示すよう
に、メタン等を改質する触媒層２１と、改質反応により
発生した水素とその他のガス等を分離する分離膜２２
と、反応のための熱を供給するための燃焼層２３とを具
備するものである。
に、メタン等を改質する触媒層２１と、改質反応により
発生した水素とその他のガス等を分離する分離膜２２
と、反応のための熱を供給するための燃焼層２３とを具
備するものである。
【００１１】そして、分離膜２２を透過した水素ガス
（Ｈ 2）は、スイープ用蒸気によりスイープされリフォ
ーマ１１から取り出される。ここで、このスイープ用蒸
気及び水素ガスの流れる部分をスイープ系２４と称して
いる。
（Ｈ 2）は、スイープ用蒸気によりスイープされリフォ
ーマ１１から取り出される。ここで、このスイープ用蒸
気及び水素ガスの流れる部分をスイープ系２４と称して
いる。
【００１２】本実施例では、上記リフォーマ１１には燃
焼用の燃料、空気、改質用メタン等、蒸気、スイープ用
の蒸気が供給されており、その生成水素は燃料電池１２
の吸気部３２に供給している。このリフォーマ１１は種
々の公知のものを用いることが出来るが、例えば、本出
願人が先に出願した、特願平２−１２６４５号（特開平
３−２１７２２７号公報参照）に開示した、多孔質金属
体にＰｄを含有する薄膜を形成した水素分離膜を反応管
内に設置して低温で脱水素反応を行うようなものを用い
てもよい。
焼用の燃料、空気、改質用メタン等、蒸気、スイープ用
の蒸気が供給されており、その生成水素は燃料電池１２
の吸気部３２に供給している。このリフォーマ１１は種
々の公知のものを用いることが出来るが、例えば、本出
願人が先に出願した、特願平２−１２６４５号（特開平
３−２１７２２７号公報参照）に開示した、多孔質金属
体にＰｄを含有する薄膜を形成した水素分離膜を反応管
内に設置して低温で脱水素反応を行うようなものを用い
てもよい。
【００１３】ここで、上記メンブレン型リフォーマ１１
のスイープ系２４には、分離膜２２の存在により、水素
及び蒸気のみが存在するだけでその他の不活性ガスは存
在しないので、リサイクルを行う際に、水素利用率を１
００％とすることも可能である。
のスイープ系２４には、分離膜２２の存在により、水素
及び蒸気のみが存在するだけでその他の不活性ガスは存
在しないので、リサイクルを行う際に、水素利用率を１
００％とすることも可能である。
【００１４】また、上記エゼクタ１３は、図３に示すよ
うに、圧力ガスとしての蒸気をエゼクタ本体内に導入す
る圧力ガス入口部３１と、エゼクタ作用によってガスを
吸引する吸気部３２と、上記圧力ガスと共に吸引した水
素ガスを排気する排気部３３とを具備するものである。
そして、圧力ガス入口部３１から導入される圧力ガス
（蒸気）が、排気部３３へ流れる際、発生する吸引力に
よって、吸気部３２から水素ガスを吸引したのち再利用
に供するため、排出するようにしている。更に、該エゼ
クタ１３に供給された蒸気によって、燃料電池１２の加
湿が行われている。
うに、圧力ガスとしての蒸気をエゼクタ本体内に導入す
る圧力ガス入口部３１と、エゼクタ作用によってガスを
吸引する吸気部３２と、上記圧力ガスと共に吸引した水
素ガスを排気する排気部３３とを具備するものである。
そして、圧力ガス入口部３１から導入される圧力ガス
（蒸気）が、排気部３３へ流れる際、発生する吸引力に
よって、吸気部３２から水素ガスを吸引したのち再利用
に供するため、排出するようにしている。更に、該エゼ
クタ１３に供給された蒸気によって、燃料電池１２の加
湿が行われている。
【００１５】上記構成によるシステムによって、上記固
体高分子電解質燃料電池１２からの排気された水素排気
が、上記エゼクタ１３の吸気部３２によって吸引された
後に排気部３３から排気し、上記メンブレン型リフォー
マ１１のスイープ系２４に供給し、再び燃料電池（ＳＰ
ＦＣ）１２へ供給することにより、水素をリサイクルす
る。
体高分子電解質燃料電池１２からの排気された水素排気
が、上記エゼクタ１３の吸気部３２によって吸引された
後に排気部３３から排気し、上記メンブレン型リフォー
マ１１のスイープ系２４に供給し、再び燃料電池（ＳＰ
ＦＣ）１２へ供給することにより、水素をリサイクルす
る。
【００１６】このように、本実施例では、蒸気によって
上記燃料電池１２の高分子電解質の高分子を加湿するよ
うにしていると共に、該蒸気がエゼクタ１３を動作させ
ていることにより、リサイクルが効率よく且つ簡便に行
うことが出来る。
上記燃料電池１２の高分子電解質の高分子を加湿するよ
うにしていると共に、該蒸気がエゼクタ１３を動作させ
ていることにより、リサイクルが効率よく且つ簡便に行
うことが出来る。
【００１７】以上、説明したように、本システムによれ
ば、メンブレン型リフォーマ１１によって得られた水素
は、水素及び蒸気しか含まないため、リサイクルによっ
て水素利用率１００％が達成できる。
ば、メンブレン型リフォーマ１１によって得られた水素
は、水素及び蒸気しか含まないため、リサイクルによっ
て水素利用率１００％が達成できる。
【００１８】また、燃料電池（ＳＰＦＣ）１２とリフォ
ーマ１１のスイープ入口の間に設置されたエゼクタ１３
は、ポンプの役割をも果たしており、圧力の低い電池の
排気をリフォーマ１３のスイープ側へリサイクルするよ
うにしているので、専用のポンプの設備が不要となり、
電気動力が不要となる。
ーマ１１のスイープ入口の間に設置されたエゼクタ１３
は、ポンプの役割をも果たしており、圧力の低い電池の
排気をリフォーマ１３のスイープ側へリサイクルするよ
うにしているので、専用のポンプの設備が不要となり、
電気動力が不要となる。
【００１９】また、エゼクタ１３の作動点の選定によ
り、スイープ系２４の減圧を図ることによって、該スイ
ープ用の蒸気の量を減らし、全く該蒸気を送らずに運転
することが可能であった。
り、スイープ系２４の減圧を図ることによって、該スイ
ープ用の蒸気の量を減らし、全く該蒸気を送らずに運転
することが可能であった。
【００２０】（実施例２）図４は第２の実施例に係るリ
サイクルシステムの系統図を示す。
サイクルシステムの系統図を示す。
【００２１】本実施例は、前述した図１に示す第１の実
施例のシステムにおいて、燃料電池（ＳＰＦＣ）１２と
リフォーマ１１のスイープ入口の間に設置されたエゼク
タ１３を、上記燃料電池１２の水素側入口に設けるとと
もに、リフォーマ１１からの水素ガスを水素排気のリサ
イクル管１４と合流させた後に、上記エゼクタ１３の吸
気部３２へ導入するようにして、水素を効率よくリサイ
クルするようにしている。なお、上記エゼクタ１３の配
置は燃料電池の設計により、適宜選択すればよく、実施
例１と実施例２とではリサイクル効果の点では同様であ
る。
施例のシステムにおいて、燃料電池（ＳＰＦＣ）１２と
リフォーマ１１のスイープ入口の間に設置されたエゼク
タ１３を、上記燃料電池１２の水素側入口に設けるとと
もに、リフォーマ１１からの水素ガスを水素排気のリサ
イクル管１４と合流させた後に、上記エゼクタ１３の吸
気部３２へ導入するようにして、水素を効率よくリサイ
クルするようにしている。なお、上記エゼクタ１３の配
置は燃料電池の設計により、適宜選択すればよく、実施
例１と実施例２とではリサイクル効果の点では同様であ
る。
【００２２】（実施例３）図５は第３の実施例に係るリ
サイクルシステムの系統図を示す。
サイクルシステムの系統図を示す。
【００２３】本実施例は、前述した図４に示す第２の実
施例のシステムにおいて、上記燃料電池１２の水素側入
口に設けられたエゼクタ１３の数を、第１のエゼクタ１
３Ａと第２のエゼクタ１３Ｂとの２基にしている。そし
て、電池加湿用の蒸気は最初に第１のエゼクタ１３Ａを
駆動し、リフォーマ１１のスイープ系１４からの水素を
吸引する。該第１のエゼクタ１３Ａから排出される蒸気
及び水素は十分圧力を有することとなるので、この結
果、第２のエゼクタ１３Ｂに供給された際には、その圧
力により該第２のエゼクタ１３Ｂを駆動することで、燃
料電池１２からの排気水素を吸入することが出来、効率
のよいリサイクルが可能となる。
施例のシステムにおいて、上記燃料電池１２の水素側入
口に設けられたエゼクタ１３の数を、第１のエゼクタ１
３Ａと第２のエゼクタ１３Ｂとの２基にしている。そし
て、電池加湿用の蒸気は最初に第１のエゼクタ１３Ａを
駆動し、リフォーマ１１のスイープ系１４からの水素を
吸引する。該第１のエゼクタ１３Ａから排出される蒸気
及び水素は十分圧力を有することとなるので、この結
果、第２のエゼクタ１３Ｂに供給された際には、その圧
力により該第２のエゼクタ１３Ｂを駆動することで、燃
料電池１２からの排気水素を吸入することが出来、効率
のよいリサイクルが可能となる。
【００２４】ここで、リフォーマ１１のスイープ系２４
は出来るだけ減圧したほうが、リフォーマの触媒とスイ
ープ系を隔てている水素透過膜を透過する水素量が増え
るため、また一方、電池の水素系は加圧したほうが電気
化学反応であり起電力が向上するため、各々の反応原理
より性能がよく、本実施例のように、エゼクタを２基用
いることによって、リフォーマ１１のスイープ系２４と
電池１３の水素系（リサイクル系を含む）を圧力的に分
離することが可能となる。本実施例では、スイープ用の
蒸気を導入せずに運転し、且つ電池を加圧して運転する
ことが可能となった。
は出来るだけ減圧したほうが、リフォーマの触媒とスイ
ープ系を隔てている水素透過膜を透過する水素量が増え
るため、また一方、電池の水素系は加圧したほうが電気
化学反応であり起電力が向上するため、各々の反応原理
より性能がよく、本実施例のように、エゼクタを２基用
いることによって、リフォーマ１１のスイープ系２４と
電池１３の水素系（リサイクル系を含む）を圧力的に分
離することが可能となる。本実施例では、スイープ用の
蒸気を導入せずに運転し、且つ電池を加圧して運転する
ことが可能となった。
【００２５】以上説明したように、本発明によれば、リ
フォーマには燃焼用の燃料、空気、改質用メタン等、蒸
気、スイープ用の蒸気が供給すると共に、その生成水素
はエゼクタに供給し、また、該エゼクタ１３の圧力ガス
入口部３１には蒸気が供給されており、この蒸気によっ
てエゼクタが駆動され、且つ燃料電池１２の加湿が行わ
れている。
フォーマには燃焼用の燃料、空気、改質用メタン等、蒸
気、スイープ用の蒸気が供給すると共に、その生成水素
はエゼクタに供給し、また、該エゼクタ１３の圧力ガス
入口部３１には蒸気が供給されており、この蒸気によっ
てエゼクタが駆動され、且つ燃料電池１２の加湿が行わ
れている。
【００２６】また、リフォーマによって得られた水素
は、水素及び蒸気しか含まないため、リサイクルによっ
て水素利用率１００％が達成できる。
は、水素及び蒸気しか含まないため、リサイクルによっ
て水素利用率１００％が達成できる。
【００２７】また、燃料電池（ＳＰＦＣ）の水素側の排
気をエゼクタの吸気側に接続することによって、余剰に
供給された水素は再び該電池の水素側の入口に導入され
ることとなり、リサイクル系が形成される。よって、こ
のリサイクル系において上記エゼクタは、ポンプの役割
をも果たしており、圧力の低い電池の排気をリフォーマ
１３のスイープ側へリサイクルするようにしているの
で、専用のポンプの設備が不要となり、電気動力が不要
となる。
気をエゼクタの吸気側に接続することによって、余剰に
供給された水素は再び該電池の水素側の入口に導入され
ることとなり、リサイクル系が形成される。よって、こ
のリサイクル系において上記エゼクタは、ポンプの役割
をも果たしており、圧力の低い電池の排気をリフォーマ
１３のスイープ側へリサイクルするようにしているの
で、専用のポンプの設備が不要となり、電気動力が不要
となる。
【００２８】さらに、電池の性能を高めるために、電池
への過剰な水素を供給して該電池の水素利用率を下げて
も、電池より排出される水素は再び利用されることとな
り、リサイクルによってシステム全体における水素利用
率は高く、最高で１００％に保つことが可能となる。
への過剰な水素を供給して該電池の水素利用率を下げて
も、電池より排出される水素は再び利用されることとな
り、リサイクルによってシステム全体における水素利用
率は高く、最高で１００％に保つことが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように本発明のシステムによ
れば、固体高分子電解質燃料電池からの排気水素が、エ
ゼクタによって吸引された後に排気し、メンブレン型リ
フォーマのスイープ系に供給したり、または燃料電池の
水素供給側に供給することにより、水素を効率よく且つ
簡便にリサイクルすることが出来る。
れば、固体高分子電解質燃料電池からの排気水素が、エ
ゼクタによって吸引された後に排気し、メンブレン型リ
フォーマのスイープ系に供給したり、または燃料電池の
水素供給側に供給することにより、水素を効率よく且つ
簡便にリサイクルすることが出来る。
【００３０】また、エゼクタを２基用いることによっ
て、リフォーマのスイープ系と電池の水素系（リサイク
ル系を含む）を圧力的に分離することが可能となるの
で、スイープ用の蒸気を導入せずに運転でき、且つ電池
を加圧して運転することが可能となる。
て、リフォーマのスイープ系と電池の水素系（リサイク
ル系を含む）を圧力的に分離することが可能となるの
で、スイープ用の蒸気を導入せずに運転でき、且つ電池
を加圧して運転することが可能となる。
【図１】第１実施例に係る固体高分子電解質燃料電池の
燃料リサイクル方法のシステム系統図である。
燃料リサイクル方法のシステム系統図である。
【図２】メンブレン型リフォーマの概略図である。
【図３】エゼクタの概略図である。
【図４】第２実施例に固体高分子電解質燃料電池の燃料
リサイクル方法のシステム系統図である。
リサイクル方法のシステム系統図である。
【図５】第３実施例に固体高分子電解質燃料電池の燃料
リサイクル方法のシステム系統図である。
リサイクル方法のシステム系統図である。
１１ メンブレン型リフォーマ １２ 固体高分子電解質燃料電池 １３ エゼクタ １４ リサイクル管
Claims (1)
- 【請求項１】 脱水素反応を行うメンブレン型リフォー
マ、固体高分子電解質燃料電池及び上記メンブレン型リ
フォーマに供給される水素スイープ用蒸気で駆動される
エゼクタから構成されてなり、上記固体高分子電解質燃
料電池の水素排気を上記エゼクタによって吸引し、上記
メンブレン型リフォーマまたは上記固体高分子電解質燃
料電池へ再び供給することにより、水素をリサイクルす
ることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池の燃料リ
サイクル方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6022419A JPH07235322A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6022419A JPH07235322A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07235322A true JPH07235322A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=12082159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6022419A Withdrawn JPH07235322A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 固体高分子電解質燃料電池の燃料リサイクル方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07235322A (ja) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH11162490A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Toshiba Corp | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
| NL1013876C2 (nl) * | 1999-12-17 | 2001-07-03 | Stichting Energie | Lage-temperatuur-brandstofcel-samenstel alsmede werkwijze voor het bedrijven daarvan. |
| JP2005507542A (ja) * | 2001-02-26 | 2005-03-17 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池内の高い燃料利用率 |
| JP2006221850A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Japan Energy Corp | エネルギーステーション |
| JPWO2013145674A1 (ja) * | 2012-03-26 | 2015-12-10 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池モジュール及び燃料電池システム |
| IT201900008277A1 (it) * | 2019-06-06 | 2020-12-06 | Amec Foster Wheeler Italiana S R L | Processo di produzione di idrogeno |
-
1994
- 1994-02-21 JP JP6022419A patent/JPH07235322A/ja not_active Withdrawn
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