JPH07263007A - Heating device of reformer for fuel cell - Google Patents
Heating device of reformer for fuel cellInfo
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- JPH07263007A JPH07263007A JP6055669A JP5566994A JPH07263007A JP H07263007 A JPH07263007 A JP H07263007A JP 6055669 A JP6055669 A JP 6055669A JP 5566994 A JP5566994 A JP 5566994A JP H07263007 A JPH07263007 A JP H07263007A
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用改質器の加熱
装置、特に排ガス中の未反応水素ガスを改質器の加熱保
温に利用する燃料電池用改質器の加熱装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating device for a reformer for a fuel cell, and more particularly to a heating device for a reformer for a fuel cell, which utilizes unreacted hydrogen gas in exhaust gas to heat and heat the reformer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気化学反応による発電方式を用いた燃
料電池は、高効率と優れた環境特性を有することから、
小出力電池として近年脚光を浴びている。燃料電池の原
理は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結
びついて水を生成する際の発生する電気エネルギーを利
用している。実際の燃料電池発電システムは、発電させ
る燃料電池本体を中心とし、燃料電池本体へ水素リッチ
ガスを供給するための改質器と、該水素リッチガスに水
分を添加する加湿装置等の周辺装置で構成されている。2. Description of the Related Art A fuel cell using a power generation system based on an electrochemical reaction has high efficiency and excellent environmental characteristics.
Recently, it has been spotlighted as a small output battery. The principle of the fuel cell utilizes the reverse reaction of the electrolysis of water, that is, the electrical energy generated when hydrogen and oxygen combine to produce water. An actual fuel cell power generation system is mainly composed of a fuel cell main body for power generation, and includes a reformer for supplying hydrogen-rich gas to the fuel cell main body and peripheral devices such as a humidifier for adding water to the hydrogen-rich gas. ing.
【０００３】この燃料電池に用いるアノード側の燃料水
素源としては、一般にメタノールまたはメタン等の炭化
水素を原料として水蒸気改質によって得られた水素が利
用されている。改質反応の効率の点では、水素１モルを
発生させるのに必要とするエネルギーが少ないメタノー
ルの方が有利であり、原材料コストの点ではメタンの方
が有利である。このため、可搬用途にはメタノール改質
器が、据置用途にはメタン改質器が用いられる。As a fuel hydrogen source on the anode side used in this fuel cell, hydrogen obtained by steam reforming using a hydrocarbon such as methanol or methane as a raw material is generally used. From the viewpoint of the efficiency of the reforming reaction, methanol is advantageous because it requires less energy to generate 1 mol of hydrogen, and methane is advantageous from the viewpoint of raw material cost. Therefore, the methanol reformer is used for portable use, and the methane reformer is used for stationary use.
【０００４】また、改質器における改質反応は、メタノ
ールまたはメタンを水蒸気の存在下で改質触媒と接触反
応させてメタノールまたはメタンを分解して水素ガスの
リッチな改質ガスに改質する反応であって吸熱反応であ
る。そして、改質反応温度はメタノール改質で２００℃
以上、メタン改質で６００℃以上必要である。従って、
改質器の改質反応によって得られた改質ガスを用いて燃
料電池を動かす場合、改質器を上記の反応温度まで加
熱、保温して、改質反応を起こさせる必要がある。In the reforming reaction in the reformer, methanol or methane is contact-reacted with a reforming catalyst in the presence of steam to decompose methanol or methane and reform it into a hydrogen-rich reformed gas. It is a reaction and an endothermic reaction. And, the reforming reaction temperature is 200 ° C for methanol reforming.
As described above, 600 ° C. or higher is required for methane reforming. Therefore,
When the fuel cell is operated using the reformed gas obtained by the reforming reaction of the reformer, it is necessary to heat and keep the temperature of the reformer to the above reaction temperature to cause the reforming reaction.
【０００５】一方、燃料電池の運転において、燃料電池
のアノード側には、予め電気化学反応の計算式から求め
られる理論上必要な量より水素過剰な改質ガスが供給さ
れている。このため、燃料電池より排出される排ガス中
には、未反応の改質ガス、すなわち水素ガスが残存して
いる。On the other hand, in the operation of the fuel cell, a reformed gas in excess of the theoretically required amount of hydrogen, which is obtained in advance from the calculation formula of the electrochemical reaction, is supplied to the anode side of the fuel cell. Therefore, unreacted reformed gas, that is, hydrogen gas remains in the exhaust gas discharged from the fuel cell.
【０００６】そこで、燃料電池の定常運転中では、通常
この未反応の改質ガスを燃焼させて得られたエネルギー
を用いて、改質器内の改質触媒を所定温度に加熱した
り、また改質器容器の保温に利用している。特開平２−
１６０６０２号公報の「燃料電池用燃料改質方法」に
は、排ガスを改質器に供給し、バーナーの燃料として燃
焼させることにより改質触媒の加熱に利用することが記
載されている。Therefore, during the steady operation of the fuel cell, the energy obtained by burning the unreacted reformed gas is usually used to heat the reforming catalyst in the reformer to a predetermined temperature, or It is used to keep the reformer container warm. JP-A-2-
In "Fuel reforming method for fuel cell" of Japanese Patent No. 160602, it is described that exhaust gas is supplied to a reformer and burned as fuel for a burner to be used for heating a reforming catalyst.
【０００７】しかしながら、燃料電池システムの起動時
等のように燃焼に用いる排ガス自体がない場合には、改
質器を所定温度に加熱保温するために何らかの別のエネ
ルギー源が必要である。However, when there is no exhaust gas used for combustion such as when the fuel cell system is started, some other energy source is required to heat and retain the reformer at a predetermined temperature.
【０００８】そこで、特開昭６１−１９０８６５号公報
「燃料電池の起動方法及びその装置」には、燃料電池シ
ステムの起動時に改質反応の原料であるメタノールなど
の低級炭化水素化合物またはメタン等の低級炭化水素原
料と空気とを混合し、この混合ガスを改質器に供給し燃
焼させ、改質器を加熱することが記載されている。In view of this, Japanese Patent Laid-Open No. 61-190865 discloses a method for starting a fuel cell and an apparatus therefor, which includes a lower hydrocarbon compound such as methanol or methane which is a raw material for a reforming reaction when the fuel cell system is started. It is described that a lower hydrocarbon raw material is mixed with air, and the mixed gas is supplied to a reformer and burned to heat the reformer.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】一方、燃料電池を自動
車に搭載する場合、燃料電池は自動車の運転、停止に応
じて、間欠運転（すなわち運転、停止）を頻繁に行な
う。従って、燃料電池停止後、再起動する際に余分なエ
ネルギーを消費しないことが、燃料電池システムのエネ
ルギー効率の点で肝要である。On the other hand, when a fuel cell is mounted on a vehicle, the fuel cell frequently performs intermittent operation (that is, operation and stop) according to the operation and stop of the vehicle. Therefore, it is important in terms of energy efficiency of the fuel cell system not to consume extra energy when restarting after stopping the fuel cell.
【００１０】しかしながら、上記特開平２−１６０６０
２号公報の構成では、起動時及び再起動時（すなわち、
始動時）の度に、改質反応の原料であるメタノール等を
燃焼させるために経済的でない。However, the above-mentioned JP-A-2-16060.
In the configuration of Japanese Patent No. 2 publication, at the time of starting and restarting (that is,
It is not economical because it burns methanol, which is a raw material of the reforming reaction, each time (at the time of starting).
【００１１】更に、車両の走行状態によって燃料電池シ
ステムの負荷電流は変動する。これに伴って燃料電池か
ら排出される未反応の水素ガス量も変動し、この容量の
変動する未反応水素ガスを全て改質器に供給し燃焼させ
ると、改質器の加熱及び保温は制御できなくなる。一
方、燃焼時に過剰となった未反応水素ガスをそのまま状
態で外部に排出するのは環境の点で好ましくないので、
通常燃焼させて排出していた。しかし、燃焼させるので
は燃料電池システムのエネルギー効率が低下することと
なり問題であった。Furthermore, the load current of the fuel cell system varies depending on the running state of the vehicle. Along with this, the amount of unreacted hydrogen gas discharged from the fuel cell also fluctuates, and if all unreacted hydrogen gas with a variable capacity is supplied to the reformer and burned, heating and heat retention of the reformer are controlled. become unable. On the other hand, it is not preferable from the environmental point of view to discharge the excess unreacted hydrogen gas as it is during combustion to the outside,
It was normally burned and discharged. However, burning has been a problem because it reduces the energy efficiency of the fuel cell system.
【００１２】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、改質器の加熱保温を制御し
つつ、排ガス中の未反応水素ガスを廃棄することなく改
質器の加熱保温に利用する料電池用改質器の加熱装置を
提供することである。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to control the heating and heat retention of the reformer and without discarding unreacted hydrogen gas in the exhaust gas. It is intended to provide a heating device for a reformer for a charge cell, which is used for heating and keeping heat.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る料電池用改質器の加熱装置は、以下の
ことを特徴とする。In order to achieve the above object, a heating device for a reformer for a fuel cell according to the present invention is characterized by the following.
【００１４】（１）炭化水素を原料とする改質原料ガス
と水とから水素リッチな改質ガスを生成させる改質器
と、前記改質器より供給された前記改質ガスと酸素との
電気化学的反応によって発電する燃料電池と、を備え、
前記燃料電池の排ガスを燃焼させて前記改質器を加熱保
温する燃料電池システムにおいて、前記改質器内の改質
反応状態が所望の状態となるように前記排ガス中の未反
応水素ガスを貯蔵放出する水素貯蔵放出手段を有する。(1) A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas from a reforming raw material gas using hydrocarbon as a raw material and water, and the reformed gas and oxygen supplied from the reformer. A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction,
In a fuel cell system in which exhaust gas of the fuel cell is burned to heat and retain the reformer, the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas is stored so that the reforming reaction state in the reformer becomes a desired state. It has a hydrogen storage release means for releasing.
【００１５】（２）上記（１）記載の燃料電池用改質器
の加熱装置において、前記水素貯蔵放出手段は、前記改
質反応温度、前記燃料電池の負荷電流の変動量又は排ガ
ス中の水素量に応じて、前記排ガス中の未反応水素ガス
を貯蔵放出する。(2) In the heating device for a reformer for a fuel cell according to the above (1), the hydrogen storage / release means is the hydrogenation reaction temperature, a variation in the load current of the fuel cell, or hydrogen in exhaust gas. The unreacted hydrogen gas in the exhaust gas is stored and released according to the amount.
【００１６】（３）上記（１）記載の燃料電池用改質器
の加熱装置において、少なくとも前記燃料電池システム
の始動時に、前記水素貯蔵手段より放出する。(3) In the heating device for a fuel cell reformer according to the above (1), the hydrogen is discharged from the hydrogen storage means at least when the fuel cell system is started.
【００１７】（４）上記（１）、（２）、（３）のいず
れかに記載の燃料電池用改質器の加熱装置において、前
記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金である。(4) In the heating device for a reformer for a fuel cell according to any one of (1), (2) and (3) above, the hydrogen storage means is a hydrogen storage alloy.
【００１８】[0018]
【作用】上記燃料電池用改質器の加熱装置の構成によれ
ば、負荷電流の変動に伴い発生した未反応水素ガスの
内、燃焼に使用しなかった過剰の未反応水素ガスを水素
貯蔵手段、例えば水素吸蔵合金に蓄えることができる。
一方、燃料電池システムの起動時及び負荷電流の増加時
には、この蓄えた水素ガスを用いることができる。この
ため、燃料電池システム全体の総合エネルギー利用効率
を向上させることができ、また燃料電池システムからの
排ガス量を低減することができる。According to the structure of the heating device of the fuel cell reformer, the unreacted hydrogen gas generated due to the fluctuation of the load current is used as the hydrogen storage means for the excess unreacted hydrogen gas not used for combustion. , Can be stored in, for example, hydrogen storage alloys.
On the other hand, the stored hydrogen gas can be used when the fuel cell system is started and when the load current is increased. Therefore, it is possible to improve the total energy utilization efficiency of the entire fuel cell system and reduce the amount of exhaust gas from the fuel cell system.
【００１９】また、水素貯蔵放出手段は、改質反応温
度、燃料電池の負荷電流又は排ガス中の未反応水素ガス
量に応じて、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する
こととしたので、負荷電流の変動時及び起動時等に速や
かに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することができ
る。従って、更に燃料電池システム全体の総合エネルギ
ー利用効率を向上させることができる。Since the hydrogen storage / release means stores and releases the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas according to the reforming reaction temperature, the load current of the fuel cell or the amount of unreacted hydrogen gas in the exhaust gas, The unreacted hydrogen gas can be quickly and efficiently stored and released when the load current fluctuates and when the engine is started. Therefore, the overall energy utilization efficiency of the entire fuel cell system can be further improved.
【００２０】[0020]
【実施例】以下図面に基づいて、自動車に搭載する場合
の本発明の好適な実施例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention when mounted on an automobile will be described below with reference to the drawings.
【００２１】第１実施例 図１は、本発明に係る燃料電池用改質器の加熱装置の構
成を示すブロック構成図である。また、図２は、本発明
に係る燃料電池用改質器の加熱装置の動作の概要を示す
フローチャートである。 First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing the construction of a heating device for a reformer for a fuel cell according to the present invention. Further, FIG. 2 is a flow chart showing an outline of the operation of the heating device of the fuel cell reformer according to the present invention.
【００２２】まず、図１を用いて、本発明に係る燃料電
池用改質器の加熱装置の構成について説明する。First, the structure of a heating device for a reformer for a fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００２３】改質器６の内部には、例えば亜鉛−クロム
（Ｚｎ−Ｃｒ）系触媒等からなる改質触媒が充填された
改質器反応部７と、改質器反応部７を改質反応温度に加
熱及び保温する燃焼バーナー８と、改質器反応部７に設
けられ改質器反応部７の反応温度を測定する熱電対９と
が設けられている。また、改質反応の原料であるメタノ
ールと水は、それぞれメタノールタンク１０と水タンク
１１とに貯蔵されており、このメタノールタンク１０と
水タンク１１とからメタノールと水が改質器反応部７に
供給される。改質部６では、改質反応によって水素ガス
リッチな改質ガスが生成される。そして、以下に示す電
気化学反応の計算式から求められる理論上必要な量より
過剰な水素量を有する改質ガスが、アノード側ガス入口
２を介して燃料電池１に供給される。一方、カソード側
ガス入口４からは酸素ガスを含む空気が燃料電池１に供
給される。そして、アノード側ガス入口２とカソード側
ガス入口４から供給された水素ガスと酸素ガスとは燃料
電池１内で次式のような電気化学反応を生じ、燃料電池
１が発電する。Inside the reformer 6, a reformer reaction section 7 filled with a reforming catalyst composed of, for example, a zinc-chromium (Zn-Cr) type catalyst, and the reformer reaction section 7 are reformed. A combustion burner 8 that heats and keeps the reaction temperature, and a thermocouple 9 that is provided in the reformer reaction section 7 and measures the reaction temperature of the reformer reaction section 7 are provided. Further, methanol and water, which are raw materials for the reforming reaction, are stored in a methanol tank 10 and a water tank 11, respectively. From the methanol tank 10 and the water tank 11, methanol and water are supplied to the reformer reaction section 7. Supplied. In the reforming unit 6, hydrogen gas-rich reformed gas is generated by the reforming reaction. Then, a reformed gas having an amount of hydrogen that is in excess of the theoretically required amount obtained from the calculation formula of the electrochemical reaction shown below is supplied to the fuel cell 1 through the anode side gas inlet 2. On the other hand, air containing oxygen gas is supplied to the fuel cell 1 from the cathode side gas inlet 4. Then, the hydrogen gas and the oxygen gas supplied from the anode-side gas inlet 2 and the cathode-side gas inlet 4 cause an electrochemical reaction in the fuel cell 1 as shown in the following formula, and the fuel cell 1 generates electricity.
【００２４】 アノード側： Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ 燃料電池全体 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ そして、燃料電池１のカソード側出口５から水が排出さ
れ、一方アノード側出口３からは電気化学反応に用いら
れなかった未反応の改質ガスを含む排ガスが排出され
る。Anode side: H 2 → 2H + + 2e − Cathode side: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O Entire fuel cell H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O And the cathode side outlet of the fuel cell 1 Water is discharged from the anode 5, while exhaust gas containing unreacted reformed gas not used in the electrochemical reaction is discharged from the anode outlet 3.
【００２５】本発明に係る改質器の加熱装置は、前述の
燃焼バーナー８と、燃焼バーナー８に空気を供給する空
気加圧コンプレッサー１２と、燃料電池１のアノード側
出口３から排ガスを燃焼バーナー８に供給する第１排ガ
ス供給路２０ａと、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵す
る水素貯蔵手段である水素吸蔵合金タンク１３と、第１
排ガス供給路２０ａから分岐して水素吸蔵合金タンク１
３に排ガスを供給する第２排ガス供給路２０ｂと、水素
吸蔵合金タンク１３から放出された水素ガスを燃焼バー
ナー８に供給するために第１排ガス供給路２０ａへ合流
する水素ガス供給路２０ｃと、を有する。更に、第１排
ガス供給路２０ａは、その上流側に燃焼バーナー８への
排ガス供給流量を調整する流量調節バルブ１５と、下流
側にバルブ１４とが設けられている。また、第２排ガス
供給路２０ｂには、バルブ１７が設けられ、更に水素ガ
ス供給路２０ｃには、バルブ１６が設けられている。そ
して、この流量調整バルブ１５、バルブ１４、１６、１
７及び熱電対９は、制御部１８に接続され、制御され
る。なお、本実施例においては、バルブ１４、１６、１
７は電磁バルブであり、流量調整バルブと共に電気信号
によってラッチされ駆動する。The heating device of the reformer according to the present invention comprises the above-mentioned combustion burner 8, an air pressurizing compressor 12 for supplying air to the combustion burner 8, and an exhaust gas for burning exhaust gas from the anode side outlet 3 of the fuel cell 1. 8, a first exhaust gas supply passage 20a, a hydrogen storage alloy tank 13 which is a hydrogen storage means for storing unreacted hydrogen gas in the exhaust gas, and a first
Hydrogen storage alloy tank 1 branched from the exhaust gas supply path 20a
A second exhaust gas supply passage 20b for supplying exhaust gas to the fuel cell 3, a hydrogen gas supply passage 20c for joining the hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy tank 13 to the combustion burner 8 to the first exhaust gas supply passage 20a, Have. Further, the first exhaust gas supply passage 20a is provided with a flow rate adjusting valve 15 for adjusting the exhaust gas supply flow rate to the combustion burner 8 on the upstream side and a valve 14 on the downstream side. A valve 17 is provided in the second exhaust gas supply passage 20b, and a valve 16 is provided in the hydrogen gas supply passage 20c. Then, the flow rate adjusting valve 15, valves 14, 16 and 1
The thermocouple 7 and the thermocouple 9 are connected to and controlled by the controller 18. In this embodiment, the valves 14, 16, 1
Reference numeral 7 is an electromagnetic valve, which is latched and driven by an electric signal together with the flow rate adjusting valve.
【００２６】次に、図１を参照しながら図２を用いて、
本発明に係る改質器の加熱装置の動作について説明す
る。以下、燃料電池の負荷電流の急激な変動、起動時、
停止時における加熱装置の動作について場合分けして説
明する。Next, referring to FIG. 1 and using FIG. 2,
The operation of the heating device of the reformer according to the present invention will be described. In the following, sudden changes in the load current of the fuel cell, at startup,
The operation of the heating device when stopped will be described separately for different cases.
【００２７】定常時は、通常の運転状態である。従っ
て、加熱装置の動作は、まず熱電対９の温度検出により
燃料電池１が定常運転時と判定され（Ｓ３４）、第１排
ガス供給路２０ａによってアノード側出口３から排ガス
が流量調整バルブ１５、バルブ１４を介して排ガスを燃
焼バーナー８に供給する。そして、空気加圧コンプレッ
サー１２から導入された空気と共に燃焼させ、改質器６
の改質器反応部７における改質反応が安定継続されるよ
うに、加熱保温する。In the steady state, it is a normal operating state. Therefore, in the operation of the heating device, first, the temperature of the thermocouple 9 is detected to determine that the fuel cell 1 is in steady operation (S34), and the first exhaust gas supply passage 20a causes the exhaust gas to flow from the anode side outlet 3 to the flow rate adjusting valve 15 and the valve Exhaust gas is supplied to the combustion burner 8 via 14. Then, the reformer 6 is made to burn with the air introduced from the air pressure compressor 12.
The heating temperature is kept so that the reforming reaction in the reformer reaction section 7 of 1 is stably continued.
【００２８】燃料電池の負荷電流が急に小さくなった時 自動車の停止間際または減速時には、燃料電池１の負荷
電流は小さくなる。これに伴って、燃料電池１における
改質ガスの消費量は減少する。従って、改質器反応部７
に供給するメタノール及び水の量も少なくする必要があ
るが、メタノールと水の供給量を急に少なくすると、改
質器反応部７の熱バランスが急激に変わり、改質反応で
副生成物（例えば一酸化炭素）が増えたり、未反応物質
（メタノール改質器であればメタノール）が増えたり
し、燃料電池１の電池反応に影響を与えることとなる。
このため、負荷電流が急に減っても、改質器へのメタノ
ールと水の供給量は徐々にしか変化させることができな
い。この間、改質器反応部７において余分な改質ガスが
生成し、燃料電池１に供給されるため、燃料電池１のア
ノード側ガス出口３から排出される未反応水素ガスの増
大を招く。この未反応水素ガスが全て燃焼バーナー８に
供給されると加熱量が増して、改質器反応部７の温度が
上昇する。When the load current of the fuel cell suddenly decreases The load current of the fuel cell 1 decreases when the vehicle is about to stop or during deceleration. Along with this, the amount of reformed gas consumed in the fuel cell 1 decreases. Therefore, the reformer reaction section 7
It is also necessary to reduce the amount of methanol and water to be supplied to the reactor. However, if the supply amounts of methanol and water are suddenly reduced, the heat balance of the reformer reaction section 7 will change rapidly, and by-products of the reforming reaction ( For example, carbon monoxide) increases, and unreacted substances (methanol in the case of a methanol reformer) increase, which affects the cell reaction of the fuel cell 1.
Therefore, even if the load current suddenly decreases, the supply amounts of methanol and water to the reformer can only be gradually changed. During this period, excess reformed gas is generated in the reformer reaction section 7 and supplied to the fuel cell 1, which causes an increase in unreacted hydrogen gas discharged from the anode side gas outlet 3 of the fuel cell 1. When all the unreacted hydrogen gas is supplied to the combustion burner 8, the heating amount increases, and the temperature of the reformer reaction section 7 rises.
【００２９】そこで、まず、バルブ１６、１７を「閉」
にし、バルブ１４及び流量調整バルブ１５を「開」にし
て（Ｓ３０）、燃料バーナー８へのガス供給路を第１排
ガス供給路２０ａとする。次に、燃料電池システム駆動
時であるか否かを判定し（Ｓ３２）、更に燃料電池の負
荷電流が定常か否か判定し（Ｓ３４）、更に負荷電流の
変動が大きくなったか否かを判定する（Ｓ３５）。すな
わち、負荷電流の実際又は指令値の変動量Δ１（｜ＩN
−ＩN-1 ｜）が、予め改質反応に影響を及ぼすと考えら
れる基準変動量Δ｜* より大きいか否かを判定する。そ
して、基準変動量Δ｜* よりも大きい場合は、更に負荷
電流が大きくなったか否か（ＩN −ＩN- 1 ＞０？）を判
定する（Ｓ３６）。そして、熱電対９において改質反応
温度が上昇したことを検出した場合には、負荷電流が小
さくなったと判定し、バルブ１７を「開」にし（Ｓ３
８）、流量調整バルブ１５により排ガスの流量を絞り
（Ｓ４０）、第２排ガス供給路２０ｂに排ガスの一部を
流通させる。第２排ガス供給路２０ｂに流入した排ガス
は水素吸蔵合金タンク１３に供給されて、排ガス中の未
反応の水素ガスが吸蔵される（Ｓ４２）。また、空気加
圧コンプレッサー１２からの空気供給量も減少させる。
そして、熱電対９により改質器反応部７の反応温度を測
定し所定温度か否かを判定する（Ｓ４４）。そして、改
質反応温度が所定温度を越える場合は、更に流量調整バ
ルブ１５により排ガスの流量を絞り（Ｓ４０）、水素吸
蔵合金タンク１３に排ガス中の未反応水素ガスを吸蔵す
る（Ｓ４２）。一方、所定温度になった場合には、上述
のステップＳ３２に戻る。なお、｜ＩN −ＩN-1 ｜がΔ
｜* 以下の場合も上述のステップＳ３２に戻る。水素吸
蔵合金タンク１３に未反応水素ガスを吸収させる場合に
は、この水素吸蔵合金タンク１３を冷却すれば、効率よ
く吸蔵させることができる。Therefore, first, the valves 16 and 17 are closed.
Then, the valve 14 and the flow rate adjusting valve 15 are opened (S30), and the gas supply path to the fuel burner 8 is set to the first exhaust gas supply path 20a. Next, it is determined whether or not the fuel cell system is being driven (S32), it is further determined whether or not the load current of the fuel cell is steady (S34), and it is further determined whether or not the fluctuation of the load current is large. (S35). In other words, the variation amount of the actual or commanded value of the load current Δ1 (| I N
-IN -1 |) is determined in advance whether it is larger than the reference fluctuation amount Δ | * which is considered to affect the reforming reaction. The reference variation amount Δ | (? I N -I N- 1> 0) is greater * than further determines whether the load current is increased (S36). When the thermocouple 9 detects that the reforming reaction temperature has risen, it is determined that the load current has decreased, and the valve 17 is opened (S3).
8), the flow rate adjusting valve 15 reduces the flow rate of the exhaust gas (S40), and a part of the exhaust gas is circulated in the second exhaust gas supply passage 20b. The exhaust gas flowing into the second exhaust gas supply passage 20b is supplied to the hydrogen storage alloy tank 13 and the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas is stored (S42). Further, the air supply amount from the air pressurizing compressor 12 is also reduced.
Then, the reaction temperature of the reformer reaction section 7 is measured by the thermocouple 9 to determine whether or not it is the predetermined temperature (S44). When the reforming reaction temperature exceeds the predetermined temperature, the flow rate adjusting valve 15 further reduces the flow rate of the exhaust gas (S40) to store the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas in the hydrogen storage alloy tank 13 (S42). On the other hand, when the temperature reaches the predetermined temperature, the process returns to step S32. Incidentally, | I N -I N-1 | is Δ
In the case of | * or less, the process also returns to step S32. When the unreacted hydrogen gas is absorbed in the hydrogen storage alloy tank 13, the hydrogen storage alloy tank 13 can be cooled to efficiently store the hydrogen gas.
【００３０】燃料電池の負荷電流が大きくなった時 自動車の加速時等により燃料電池１の負荷電流が大きく
なると、燃料電池１で消費される水素の量は増加するの
で、燃料電池１のアノード側ガス出口３から排出される
未反応水素ガスは減少する。このため、燃料バーナー８
の加熱量が減少し、改質反応温度が所望の温度より低下
する。また負荷電流の増加に応じて必要とする水素の量
が増え、改質器側では原料及び水を増やす方向に制御さ
れるため、より温度低下が顕著となる。このため、燃焼
バーナー８の加熱量が減少し、改質器反応部７の改質反
応温度が低下する。When the load current of the fuel cell becomes large When the load current of the fuel cell 1 becomes large due to acceleration of the vehicle, the amount of hydrogen consumed in the fuel cell 1 increases, so the anode side of the fuel cell 1 The amount of unreacted hydrogen gas discharged from the gas outlet 3 decreases. Therefore, the fuel burner 8
And the reforming reaction temperature becomes lower than the desired temperature. In addition, the amount of hydrogen required increases as the load current increases, and the reformer is controlled to increase the amount of raw material and water. Therefore, the heating amount of the combustion burner 8 is reduced, and the reforming reaction temperature of the reformer reaction section 7 is lowered.
【００３１】そこで、熱電対９において改質反応温度が
低下したことを検出し、負荷電流が大きくなったと判定
された場合には（Ｓ３６）、流量調整バルブ１５を更に
開けて第２排ガス供給路２０ｂへの排ガス流量を増加さ
せる（Ｓ４６）。次に、バルブ１６を「開」にして（Ｓ
４８）、水素吸蔵合金タンク１３より蓄えられた水素ガ
スを燃焼バーナー８に供給する（Ｓ５０）。なお、水素
吸蔵合金より水素ガスを放出させる場合には、加熱する
と効率よく未反応水素ガスが放出される。その際、空気
加圧コンプレッサー１２からの空気供給量を増加させ
る。次に、熱電対９により改質器反応部７の反応温度を
測定し所定温度か否かを判定する（Ｓ４４）。そして、
改質反応温度が所定温度未満の場合は、更に水素吸蔵合
金タンク１３より水素ガスを燃焼バーナー８に供給する
（Ｓ５０）。一方、所定温度になった場合には、上述の
ステップＳ３２に戻る。Therefore, when it is determined that the reforming reaction temperature has dropped in the thermocouple 9 and it is determined that the load current has increased (S36), the flow rate adjusting valve 15 is further opened to open the second exhaust gas supply passage. The flow rate of exhaust gas to 20b is increased (S46). Then, open the valve 16 (S)
48), the hydrogen gas stored in the hydrogen storage alloy tank 13 is supplied to the combustion burner 8 (S50). When releasing hydrogen gas from the hydrogen storage alloy, unreacted hydrogen gas is efficiently released by heating. At that time, the air supply amount from the air pressurizing compressor 12 is increased. Next, the reaction temperature of the reformer reaction section 7 is measured by the thermocouple 9 to determine whether or not it is the predetermined temperature (S44). And
When the reforming reaction temperature is lower than the predetermined temperature, hydrogen gas is further supplied from the hydrogen storage alloy tank 13 to the combustion burner 8 (S50). On the other hand, when the temperature reaches the predetermined temperature, the process returns to step S32.
【００３２】燃料電池システム起動時 燃料電池システム起動時であるか否かを判定し（Ｓ３
２）、起動時と判断した場合は、バルブ１４を「閉」に
しバルブ１６を「開」にして（Ｓ４８）、燃料バーナー
８へのガス供給路を第１排ガス供給路２０ａから水素ガ
ス供給路２０ｃに切り換える。次に、バルブ１６を
「開」にして（Ｓ４８）、水素吸蔵合金タンク１３に蓄
えられている水素ガスを燃焼バーナー８に供給し（Ｓ５
０）、空気加圧コンプレッサー１２より導入された空気
と共に燃焼させて、改質器６の改質器反応部７を加熱す
る。次に、熱電対９により改質器反応部７の反応温度を
測定し所定温度か否かを判定する（Ｓ４４）。そして、
改質反応温度が所定温度未満の場合は、引き続き水素吸
蔵合金タンク１３より水素ガスを燃焼バーナー８に供給
する（Ｓ５０）。一方、所定温度になった場合には、上
述のステップＳ３２の手前に戻り、メタノールタンク１
０と水タンク１１から、メタノール改質用の原料を改質
器反応部７へ供給開始する。改質器反応部７が所定温度
になり、改質反応が始まって、安定して改質ガスを生成
できるようになったら、燃料電池１のアノード側出口３
から排出される未反応水素ガスを燃焼させて、改質器反
応部７の加熱を行う。[0032] determines whether the startup fuel cell system is started when the fuel cell system (S3
2) When it is determined that the engine is started, the valve 14 is closed and the valve 16 is opened (S48), and the gas supply path to the fuel burner 8 is changed from the first exhaust gas supply path 20a to the hydrogen gas supply path. Switch to 20c. Next, the valve 16 is opened (S48), and the hydrogen gas stored in the hydrogen storage alloy tank 13 is supplied to the combustion burner 8 (S5).
0), the reformer reaction part 7 of the reformer 6 is heated by burning it together with the air introduced from the air pressure compressor 12. Next, the reaction temperature of the reformer reaction section 7 is measured by the thermocouple 9 to determine whether or not it is the predetermined temperature (S44). And
When the reforming reaction temperature is lower than the predetermined temperature, hydrogen gas is continuously supplied from the hydrogen storage alloy tank 13 to the combustion burner 8 (S50). On the other hand, when the temperature reaches the predetermined temperature, the process returns to the step before the above step S32, and the methanol tank 1
0 and the water tank 11 to start supplying the raw material for reforming methanol to the reformer reaction section 7. When the reformer reaction section 7 reaches a predetermined temperature and the reforming reaction starts and stable reformed gas can be generated, the anode side outlet 3 of the fuel cell 1
The unreacted hydrogen gas discharged from the reactor is burned to heat the reformer reaction section 7.
【００３３】燃料電池システム停止時 燃料電池システムを停止する場合、燃料電池１と負荷を
切離して負荷電流をなくすと、燃料電池１内の反応が起
こらなくなるため、改質ガス中の水素が消費されなくな
る。この時点で、改質器反応部７へのメタノール及び水
の供給も停止されるが、既に改質器反応部７の内部に存
在するメタノールや水、及び改質反応が終了して改質器
６と燃料電池１との間の配管の途中に存在する改質ガス
は、引続き燃料電池１へ供給される。従って、燃料電池
１は運転を停止してからも、供給された改質ガスをその
まま未反応水素ガスとして燃料電池１のアノード側出口
３から排出する。 When the fuel cell system is stopped When the fuel cell system is stopped, if the load current is removed by disconnecting the load from the fuel cell 1, no reaction occurs in the fuel cell 1, so that hydrogen in the reformed gas is consumed. Disappear. At this point, the supply of methanol and water to the reformer reaction section 7 is also stopped, but the methanol and water already inside the reformer reaction section 7 and the reforming reaction are completed and the reformer is completed. The reformed gas existing in the middle of the pipe between the fuel cell 1 and the fuel cell 1 is continuously supplied to the fuel cell 1. Therefore, even after the operation of the fuel cell 1 is stopped, the supplied reformed gas is directly discharged from the anode side outlet 3 of the fuel cell 1 as unreacted hydrogen gas.
【００３４】そこで、燃料電池システムを停止させる場
合（Ｓ５２）には、バルブ１４、１６を「閉」とし、バ
ルブ１７を「開」にする（Ｓ５４）。そして、第２排ガ
ス供給路２０ｂに排ガスを流入させ、水素吸蔵合金タン
ク１３に排ガス中の未反応水素ガスを吸収させる（Ｓ５
６）。これにより、再起動時に、この水素吸蔵合金タン
ク１３に蓄えられた水素ガスを改質器反応部７の加熱に
用いることができる。Therefore, when the fuel cell system is stopped (S52), the valves 14 and 16 are closed and the valve 17 is opened (S54). Then, the exhaust gas is caused to flow into the second exhaust gas supply passage 20b so that the hydrogen storage alloy tank 13 absorbs the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas (S5).
6). Thereby, at the time of restart, the hydrogen gas stored in the hydrogen storage alloy tank 13 can be used for heating the reformer reaction section 7.
【００３５】なお、燃料電池システム起動時は、先にも
述べたように水素吸蔵合金タンク１３に蓄えられた水素
ガスを改質器６に供給して改質器６を加熱させるため、
例えば上述の燃料電池システム停止時に、燃料電池１の
停止に伴って直ちに改質器反応部７へメタノールと水と
の供給を停止するのではなく、水素吸蔵合金タンク１３
内に一定量の水素ガスが吸蔵されるまで、引続き改質器
６の運転を継続する方法も、燃料電池システム全体のエ
ネルギー効率を確保する点からは優れている。When the fuel cell system is started, the hydrogen gas stored in the hydrogen storage alloy tank 13 is supplied to the reformer 6 to heat the reformer 6 as described above.
For example, when the fuel cell system is stopped as described above, the supply of methanol and water to the reformer reaction section 7 is not stopped immediately with the stop of the fuel cell 1, but the hydrogen storage alloy tank 13
The method of continuing the operation of the reformer 6 until a certain amount of hydrogen gas is stored therein is also excellent in terms of ensuring the energy efficiency of the entire fuel cell system.
【００３６】第２実施例 図１の構成において、燃料電池１に負荷電流を測定する
負荷電流測定部を設け、燃料電池１の負荷電流の急激な
変動を負荷電流測定部によりを検出する。そして、第１
実施例における熱電対９の温度検出の代りに、この負荷
電流の変動値に基づいて、水素吸蔵合金タンク１３の排
ガス中の水素ガスの貯蔵放出を行う。これにより、電熱
対９の温度変化より先に変動する負荷電流値に基づいて
負荷電流の変動時及び起動時等に速やかに効率よく未反
応水素ガスを貯蔵放出することができる。本実施例にお
いて改質器の温度は、負荷電流値に基づいて、所望の温
度になるように制御されている。 Second Embodiment In the configuration of FIG. 1, the fuel cell 1 is provided with a load current measuring section for measuring the load current, and a rapid change in the load current of the fuel cell 1 is detected by the load current measuring section. And the first
Instead of detecting the temperature of the thermocouple 9 in the embodiment, the hydrogen gas in the exhaust gas of the hydrogen storage alloy tank 13 is stored and released based on the variation value of the load current. As a result, the unreacted hydrogen gas can be stored and released quickly and efficiently based on the load current value that fluctuates before the temperature change of the thermocouple 9 when the load current fluctuates or at the time of starting. In the present embodiment, the temperature of the reformer is controlled to a desired temperature based on the load current value.
【００３７】第３実施例 図１の構成において、排出ガス中の水素ガス濃度を検出
する水素ガス検出器を設けてもよい。そして、第１実施
例における熱電対９の温度検出の代りに、水素ガス検出
器で検出された未反応水素量に基づいて水素吸蔵合金タ
ンク１３の排ガス中の水素ガスの貯蔵放出を行う。これ
により、熱電対９の温度変化より先に変動する排ガス中
の水素量に基づいて負荷電流の変動時及び起動時等に速
やかに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することがで
きる。本実施例において、改質器の温度は、排ガス中の
水素量に基づいて、所望の温度になるように制御されて
いる。 Third Embodiment In the configuration of FIG. 1, a hydrogen gas detector for detecting the hydrogen gas concentration in the exhaust gas may be provided. Then, instead of detecting the temperature of the thermocouple 9 in the first embodiment, the hydrogen gas in the exhaust gas of the hydrogen storage alloy tank 13 is stored and released based on the amount of unreacted hydrogen detected by the hydrogen gas detector. As a result, the unreacted hydrogen gas can be stored and released promptly and efficiently when the load current changes and when the load current changes, based on the amount of hydrogen in the exhaust gas that changes before the temperature change of the thermocouple 9. In this embodiment, the temperature of the reformer is controlled to a desired temperature based on the amount of hydrogen in the exhaust gas.
【００３８】以上、本発明の燃料電池用改質器の加熱装
置によれば、特開昭６１−１９０８６５号公報のように
排ガスを燃焼させるバーナーと、起動時にメタノール等
の原料を燃焼させるバーナーとの熱容量の異なる２種類
のバーナーを要しない。更に、メタノールを燃焼させる
ことがないのでハイドロカーボンを発生させることもな
い。従って、本発明は経済性及び環境の点で優れる。As described above, according to the heating device for a reformer for a fuel cell of the present invention, a burner for burning exhaust gas as disclosed in JP-A-61-190865 and a burner for burning a raw material such as methanol at the time of startup. It does not require two types of burners with different heat capacities. Furthermore, since methanol is not burned, hydrocarbon is not generated. Therefore, the present invention is excellent in economical efficiency and environment.
【００３９】なお、本発明の改質器の加熱装置は自動車
に搭載するものに限らず、起動停止の少ない定常運転を
行う用途に用いてもよく、小型、安価な改質器を実現す
ることができる。また、自動車に搭載する場合、リン酸
型燃料電池より固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Poly
mer Electroltyte Fuel Cells ）の方が好ましい。The heating device of the reformer according to the present invention is not limited to one mounted on an automobile, but may be used for the purpose of performing a steady operation with less start and stop, and it is possible to realize a compact and inexpensive reformer. You can In addition, when it is installed in automobiles, polymer electrolyte fuel cells (PEFC: Poly
mer Electroltyte Fuel Cells) is preferred.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃料
電池用改質器の加熱装置によれば、負荷電流の変動に伴
い発生した未反応水素ガスの内、燃焼に使用しなかった
過剰の未反応水素ガスを水素貯蔵手段、例えば水素吸蔵
合金に蓄えることができる。一方、燃料電池システムの
始動時及び負荷電流の増加時には、この蓄えた水素ガス
を用いて改質器を加熱することができる。従って、燃料
電池システム全体の総合エネルギー利用効率を向上させ
ることができる。更に、水素貯蔵手段によって排ガス中
の水素ガスを吸収するので、外部に排出される燃料電池
システムからの排ガス量を低減することができる。As described above, according to the heating device of the reformer for a fuel cell according to the present invention, of the unreacted hydrogen gas generated due to the fluctuation of the load current, the excess amount not used for combustion. The unreacted hydrogen gas can be stored in a hydrogen storage means, for example, a hydrogen storage alloy. On the other hand, at the time of starting the fuel cell system and increasing the load current, the stored hydrogen gas can be used to heat the reformer. Therefore, the overall energy utilization efficiency of the entire fuel cell system can be improved. Further, since the hydrogen storage means absorbs hydrogen gas in the exhaust gas, the amount of exhaust gas discharged from the fuel cell system to the outside can be reduced.
【００４１】また、水素貯蔵放出手段は、改質反応温
度、燃料電池の負荷電流又は排ガス中の未反応水素ガス
量に応じて、排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する
こととしたので、負荷電流の変動時及び起動時等に速や
かに効率よく未反応水素ガスを貯蔵放出することができ
る。従って、更に燃料電池システム全体の総合エネルギ
ー利用効率を向上させることができる。Since the hydrogen storage / release means stores and releases the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas according to the reforming reaction temperature, the load current of the fuel cell or the amount of unreacted hydrogen gas in the exhaust gas, The unreacted hydrogen gas can be quickly and efficiently stored and released when the load current fluctuates and when the engine is started. Therefore, the overall energy utilization efficiency of the entire fuel cell system can be further improved.
【００４２】更に、起動時と運転時に燃焼させる燃料が
どちらも水素ガスであるので、バーナーは一種でよく経
済性に優れる。また、原料のメタノールを燃焼させない
ので、ハイドロカーボンも発生せず、環境の点でも優れ
る。Further, since both the fuel burned at the time of starting and at the time of operation are hydrogen gas, only one burner is required and the economy is excellent. Further, since the raw material methanol is not burned, no hydrocarbon is generated, which is excellent in terms of environment.
【図１】本発明に係る燃料電池用改質器の加熱装置の構
成を示すブロック構成図である。FIG. 1 is a block configuration diagram showing a configuration of a heating device of a reformer for a fuel cell according to the present invention.
【図２】本発明に係る燃料電池用改質器の加熱装置の動
作の概要を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an outline of the operation of the heating device for a fuel cell reformer according to the present invention.
１ 燃料電池 ２ アノード側ガス入口 ３ アノード側ガス出口 ４ カソード側ガス入口 ５ カソード側ガス出口 ６ 改質器 ７ 改質器反応部 ８ 燃焼バーナー ９ 熱電対 １０ メタノールタンク １１ 水タンク １２ 空気加圧コンプレッサー １３ 水素吸蔵合金タンク １４、１６、１７ バルブ １５ 流量調整バルブ １８ 制御部 ２０ａ 第１排ガス供給路 ２０ｂ 第２排ガス供給路 ２０ｃ 水素ガス供給路 1 Fuel Cell 2 Anode-side Gas Inlet 3 Anode-side Gas Outlet 4 Cathode-side Gas Inlet 5 Cathode-side Gas Outlet 6 Reformer 7 Reformer Reactor 8 Combustion Burner 9 Thermocouple 10 Methanol Tank 11 Water Tank 12 Air Pressurized Compressor 13 Hydrogen Storage Alloy Tank 14, 16, 17 Valve 15 Flow Rate Control Valve 18 Control Section 20a First Exhaust Gas Supply Channel 20b Second Exhaust Gas Supply Channel 20c Hydrogen Gas Supply Channel
Claims (4)
とから水素リッチな改質ガスを生成させる改質器と、前
記改質器より供給された前記改質ガスと酸素との電気化
学的反応によって発電する燃料電池と、を備え、前記燃
料電池の排ガスを燃焼させて前記改質器を加熱保温する
燃料電池システムにおいて、 前記改質器内の改質反応状態が所望の状態となるように
前記排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出する水素貯蔵
放出手段を有することを特徴とする燃料電池用改質器の
加熱装置。1. A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas from a reforming raw material gas using hydrocarbon as a raw material and water, and electricity for the reformed gas and oxygen supplied from the reformer. In a fuel cell system that includes a fuel cell that generates power by a chemical reaction, and that heats and heats the reformer by burning exhaust gas of the fuel cell, a reforming reaction state in the reformer is a desired state. A heating device for a reformer for a fuel cell, comprising a hydrogen storage / release means for storing / releasing unreacted hydrogen gas in the exhaust gas.
装置において、 前記水素貯蔵放出手段は、前記改質反応温度、前記燃料
電池の負荷電流の変動量又は排ガス中の水素量に応じ
て、前記排ガス中の未反応水素ガスを貯蔵放出すること
を特徴とする燃料電池用改質器の加熱装置。2. The heating device for a reformer for a fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen storage / release means adjusts the reforming reaction temperature, the variation of the load current of the fuel cell or the amount of hydrogen in the exhaust gas. Accordingly, a heating device for a reformer for a fuel cell, which stores and releases unreacted hydrogen gas in the exhaust gas.
装置において、 少なくとも前記燃料電池システムの始動時に、前記水素
貯蔵手段より放出することを特徴とする燃料電池用改質
器の加熱装置。3. The heating device for a reformer for a fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen is discharged from the hydrogen storage means at least when the fuel cell system is started up. apparatus.
の燃料電池用改質器の加熱装置において、 前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金であることを特徴と
する燃料電池用改質器の加熱装置。4. The fuel cell reformer heating device according to claim 1, wherein the hydrogen storage means is a hydrogen storage alloy. Pawn heating device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6055669A JPH07263007A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Heating device of reformer for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6055669A JPH07263007A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Heating device of reformer for fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263007A true JPH07263007A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=13005281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6055669A Pending JPH07263007A (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Heating device of reformer for fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263007A (en) |
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