JPH0935734A - Fuel cell starting device - Google Patents

Fuel cell starting device

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JPH0935734A
JPH0935734A JP7189051A JP18905195A JPH0935734A JP H0935734 A JPH0935734 A JP H0935734A JP 7189051 A JP7189051 A JP 7189051A JP 18905195 A JP18905195 A JP 18905195A JP H0935734 A JPH0935734 A JP H0935734A
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methanol
fuel cell
catalyst burner
ignition
turbocharger
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Tokuichi Mineo
徳一 峰尾
Tatsuyuki Amamiya
達之 雨宮
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell starting device which does not need hydrogen in starting, does not need making a system large, and reduces power consumption in starting so as to be capable of using a small capacity battery. SOLUTION: A bypass 23 is formed by branching a path 22 for supplying the air to a driving catalyst burner which holds a fuel cell in self-operating state. An ignition device 30 comprising a methanol supply line 25 for supplying methanol which is fuel of the driving catalyst burner, a glow plug 24 for igniting methanol supplied to the methanol supply line 25, and an ignition catalyst burner 27 for completely burning methanol ignited with the glow plug 24 is installed in the bypass 23. The inlet temperature of the driving catalyst burner is raised to methanol ignition temperature with combustion gas generated in the ignition device 30 to start the fuel cell.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池を使用した発電システムの始動装置、特にメタノー
ルを用いた駆動触媒バーナを着火させて、燃料電池の始
動を行うようにした燃料電池始動装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a starting device for a power generation system using a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a fuel cell for starting a fuel cell by igniting a drive catalyst burner using methanol. The present invention relates to a starting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】低温で作動し、燃料電池本体の起動時間
が非常に短い、固体高分子型燃料電池(以下、単に燃料
電池という。)の特性を利用して、近年、車載用の内燃
機関に代えて作動するモータの電源として利用し、この
モータにより車両等を駆動することが考えられている。
この場合、重要なことは、商用電源を使用しないことは
当然のこととして、車載用であることから、バッテリ容
量に限界があるため、可能な限り起動時間を短縮し、起
動時の消費電力を低減させる必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, by utilizing the characteristics of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) which operates at a low temperature and has a very short start-up time of a fuel cell main body, an internal combustion engine mounted on a vehicle has recently been utilized. It is considered that the motor is used as a power source for operating instead of the above, and a vehicle or the like is driven by this motor.
In this case, it is important not to use a commercial power source, and since it is for in-vehicle use, there is a limit to the battery capacity, so the startup time is shortened as much as possible and the power consumption at startup is reduced. It is necessary to reduce it.

【0003】このような、車両等を駆動する車載用とし
ての開発が進められている燃料電池の発電システムの系
統図を図3に示す。
FIG. 3 shows a system diagram of such a fuel cell power generation system which is being developed as an on-vehicle device for driving a vehicle or the like.

【0004】図において、1は固体高分子型燃料電池の
燃料電池本体、2はターボチャージャ、2aはターボチ
ャージャ2のタービン、2bは同様にターボチャージャ
2に付設されたコンプレッサ、3は原料ガスFを燃料電
池本体1の発電に使用される水素に改質する燃料改質
器、4は始動用触媒バーナ、5は流量調整弁、6は水素
タンク、小型水素ボンベ、あるいは水素吸蔵合金等から
なる水素供給装置、8は駆動触媒バーナ、9はメタノー
ルタンク、10はポンプ、12はオイルタンク、13は
潤滑油冷却器、14は潤滑油ポンプ、15はオイルフィ
ルタ、16は空気圧縮機、17は直流モータ、18はバ
ッテリ、19はエアーフィルタ、20はエアーフィル
タ、21は自動開閉弁(バタフライ弁)である。
In the figure, 1 is a fuel cell body of a polymer electrolyte fuel cell, 2 is a turbocharger, 2a is a turbine of a turbocharger 2, 2b is a compressor attached to the turbocharger 2 in the same manner, and 3 is a raw material gas F. Is a fuel reformer for reforming hydrogen into hydrogen used for power generation of the fuel cell body 1, 4 is a catalyst burner for starting, 5 is a flow rate adjusting valve, 6 is a hydrogen tank, small hydrogen cylinder, or hydrogen storage alloy Hydrogen supply device, 8 is a drive catalyst burner, 9 is a methanol tank, 10 is a pump, 12 is an oil tank, 13 is a lubricating oil cooler, 14 is a lubricating oil pump, 15 is an oil filter, 16 is an air compressor, and 17 is A DC motor, 18 is a battery, 19 is an air filter, 20 is an air filter, and 21 is an automatic opening / closing valve (butterfly valve).

【0005】このように構成された発電システムでは、
ターボチャージャ2におけるカートリッジの潤滑油圧
を、ポンプ14への印加電圧制御によりコントロールし
た後、バッテリ18からの供給電力により直流モータ1
7を起動させ、空気圧縮機16を作動させ、エアーフィ
ルタ19を通して、コンプレッサ2bを経由して始動用
触媒バーナ4に空気Aを供給する。
In the power generation system configured as described above,
After controlling the lubricating oil pressure of the cartridge in the turbocharger 2 by controlling the voltage applied to the pump 14, the DC motor 1 is supplied by the power supplied from the battery 18.
7 is started, the air compressor 16 is operated, and the air A is supplied to the starting catalyst burner 4 through the air filter 19 and the compressor 2b.

【0006】同時に、水素を水素供給装置6から流量調
整弁5を通して、始動用触媒バーナ4に送り、空気中の
酸素と反応させ燃焼を開始させる。この始動用触媒バー
ナ4からの燃焼ガスの供給により、駆動触媒バーナ8の
入口温度が上昇し、メタノール着火温度(約120℃)
になった時、ポンプ10によりメタノールタンク9から
駆動触媒バーナ8にメタノールを供給し、着火用触媒バ
ーナ4を経由して供給された空気Aと混合して燃焼を開
始させる。
At the same time, hydrogen is sent from the hydrogen supply device 6 through the flow rate adjusting valve 5 to the starting catalyst burner 4 to react with oxygen in the air to start combustion. By supplying the combustion gas from the starting catalyst burner 4, the inlet temperature of the driving catalyst burner 8 rises, and the methanol ignition temperature (about 120 ° C.)
Then, methanol is supplied from the methanol tank 9 to the drive catalyst burner 8 by the pump 10, and mixed with the air A supplied through the ignition catalyst burner 4 to start combustion.

【0007】この駆動触媒バーナ8のメタノール燃焼に
よる燃焼ガスの温度上昇とともに、駆動触媒バーナ8か
ら燃焼ガスが供給されるターボチャージャ2のタービン
2aに於ける回収(駆動)量が増加し、空気圧縮機16
からの圧縮空気のコンプレッサ2bを通過するときの空
気力によって、低速回転しているターボチャージャ2
は、相乗的に回転数が上昇する。ターボチャージャ2が
規定回転数に達したところで、直流モータ17へのバッ
テリ18からの供給電力を切ることにより、空気圧縮機
16を停止させると、ターボチャージャ2の規定回転数
で駆動されているコンプレッサ2bの吸引力によって、
自動開閉弁21が瞬時に開き、エアーフィルタ20を通
して、空気Aがコンプレッサ2bに供給されるようにな
り、ターボチャージャ2は、自立運転を開始する。
As the temperature of the combustion gas rises due to the combustion of methanol by the drive catalyst burner 8, the amount of recovery (drive) in the turbine 2a of the turbocharger 2 to which the combustion gas is supplied from the drive catalyst burner 8 increases, resulting in air compression. Machine 16
The turbocharger 2 rotating at a low speed due to the aerodynamic force of the compressed air from passing through the compressor 2b.
, The number of revolutions increases synergistically. When the air compressor 16 is stopped by cutting off the electric power supplied from the battery 18 to the DC motor 17 when the turbocharger 2 reaches the specified rotation speed, the compressor driven at the specified rotation speed of the turbocharger 2. By the suction force of 2b,
The automatic opening / closing valve 21 is instantly opened, the air A is supplied to the compressor 2b through the air filter 20, and the turbocharger 2 starts the self-sustained operation.

【0008】この時点では、すでに空気圧縮機16から
の空気Aの供給に代って、ターボチャージャ2のコンプ
レッサ2bは、燃料電池本体1へ圧縮空気を供給してお
り、またタービン2aからの排気ガスは、燃料改質器3
に連続的に供給されており、原料ガスの改質に必要な熱
源になり、燃料改質器3で原料ガスを改質した水素が燃
料電池本体1に供給されると同時に、図示しない反応ガ
ス用加湿器を通すことによって燃料電池本体1の加湿用
熱源にもなっており、燃料電池本体1の始動運転が開始
されている状態になっている。
At this point, the compressor 2b of the turbocharger 2 has already supplied compressed air to the fuel cell body 1 instead of supplying the air A from the air compressor 16, and the exhaust gas from the turbine 2a has been exhausted. Gas is the fuel reformer 3
Is continuously supplied to the fuel cell main body 1 and becomes a heat source necessary for reforming the raw material gas. It also serves as a heat source for humidifying the fuel cell main body 1 by passing through the humidifier for use, and the starting operation of the fuel cell main body 1 is started.

【0009】このように、従来の燃料電池の発電システ
ムでは、燃料電池本体1の始動時、まず始動用触媒バー
ナ4で水素が常温で触媒燃焼を開始し、その燃焼ガスで
メタノールを燃料とする駆動触媒バーナ8を始動させ、
さらに駆動触媒バーナ8の燃焼ガスでターボチャージャ
2の回転数を上昇させ、このターボチャージャ2の作動
により、空気と水素の供給が行われた燃料電池本体1
は、始動運転を行うようにしているため、始動用触媒バ
ーナ4から駆動触媒バーナ8に供給される燃焼ガスがク
リーンであり、これ等のバーナ4,8を直列に配置して
作動させるようにしても、何等支障が生じない特徴があ
る反面、水素タンク、あるいは小型水素ボンベからなる
水素供給装置6を用いた発電システムでは、水素貯蔵容
量が少量であり、燃料電池の頻繁な始動を必要とする車
載用としては、大型の水素タンク又は水素ボンベを必要
とし、システムが大型化する不具合があった。
As described above, in the conventional fuel cell power generation system, when the fuel cell body 1 is started, hydrogen is first catalytically burned by the starting catalyst burner 4 at room temperature, and methanol is used as a fuel for the combustion gas. Start the drive catalyst burner 8,
Further, the combustion gas of the drive catalyst burner 8 increases the rotational speed of the turbocharger 2, and the operation of the turbocharger 2 supplies air and hydrogen to the fuel cell body 1
Since the starting operation is performed, the combustion gas supplied from the starting catalyst burner 4 to the driving catalyst burner 8 is clean, and the burners 4 and 8 are arranged in series to operate. However, on the other hand, the power generation system using the hydrogen supply device 6 composed of a hydrogen tank or a small hydrogen cylinder has a small hydrogen storage capacity and requires frequent start-up of the fuel cell, although it has a characteristic that no trouble occurs. For a vehicle, a large hydrogen tank or hydrogen cylinder is required, and there is a problem that the system becomes large.

【0010】また、水素吸蔵合金を用いたシステムでは
水素貯蔵容量が前述の水素供給装置より増大し、上記不
具合は若干解消されるものの、吸蔵水素の放出過程の際
に、ヒータ等による熱供給が必要になるため、起動用バ
ッテリの大容量化や、水素貯蔵の面から前述と同様に、
システムが大型化するという不具合が生じていた。
Further, in the system using the hydrogen storage alloy, the hydrogen storage capacity is larger than that of the hydrogen supply device described above, and although the above-mentioned problems are slightly solved, heat is supplied by a heater or the like during the process of releasing the stored hydrogen. Since it becomes necessary, from the aspect of increasing the capacity of the start-up battery and hydrogen storage, similar to the above,
There was a problem that the system became large.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の燃料
電池の上述した不具合を解消するため、燃料電池の始動
のために、貯蔵容量に制約があり、また、吸蔵合金から
の放出の過程において消費電力を多く必要とする水素を
必要とすることなく、メタノールの発火で始動でき、ま
た少い消費電力で起動でき、システムの大型化や起動用
バッテリの大容量化を必要とせず、システム全体を小型
化できるとともに、車両等を駆動する車載用として必要
な起動時間を短くできる燃料電池始動装置を提供するこ
とを課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional fuel cell, has a limited storage capacity for starting the fuel cell, and has a process of releasing from the storage alloy. It does not require hydrogen, which requires a lot of power consumption, can be started by ignition of methanol, and can be started with a small amount of power consumption, which does not require a large system or a large capacity of start-up battery. An object of the present invention is to provide a fuel cell starter that can be downsized as a whole and that can shorten the start-up time required for vehicle-mounted use such as driving a vehicle.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃料
電池始動装置は次の手段とした。ターボチャージャのコ
ンプレッサから吐出された空気が、全量供給される燃料
電池本体から排出される空気を駆動触媒バーナに供給す
る空気通路を分岐して設けた迂回路内に、(1)駆動触
媒バーナにメタノールを供給するメタノールタンクか
ら、グロープラグの着火部である先端部に、メタノール
を供給するメタノール供給ライン、(2)メタノール供
給ラインで供給されたメタノールを着火(炎燃焼)させ
るグロープラグ、(3)グロープラグの発火部直後に設
けられ、グロープラグで発火したメタノールの燃焼ガス
を完全燃焼させる着火触媒バーナ、からなり、駆動触媒
バーナに流入する空気の入口温度を、駆動触媒バーナに
メタノールタンクから供給されるメタノールの着火温度
に加熱する着火装置を設けた。
Therefore, the fuel cell starter of the present invention has the following means. The air discharged from the compressor of the turbocharger is provided in a detour provided by branching the air passage that supplies the exhaust air from the fuel cell main body, which is completely supplied to the drive catalyst burner, to (1) the drive catalyst burner. A methanol supply line that supplies methanol from a methanol tank that supplies methanol to a tip portion that is an ignition part of a glow plug, (2) a glow plug that ignites (flame-burns) the methanol supplied through the methanol supply line, (3) ) It consists of an ignition catalyst burner, which is installed immediately after the ignition part of the glow plug and completely burns the combustion gas of methanol ignited by the glow plug.The inlet temperature of the air flowing into the driving catalyst burner is controlled from the methanol tank to the driving catalyst burner. An ignition device for heating to the ignition temperature of the supplied methanol was provided.

【0013】本発明の燃焼電池始動装置は、上述の手段
により、メタノール供給ラインでメタノールタンクから
通電式セラミック製のグロープラグの着火部である先端
部に供給したメタノールをグロープラグで発火(炎燃
焼)させ、その直後に設置した着火触媒バーナで完全燃
焼させ、この燃焼ガスにより、これらの着火装置が配設
された迂回路を分岐して設けられ、さらに駆動触媒バー
ナの入口前でこの迂回路と合流して、燃料電池本体から
駆動触媒バーナに空気を供給する空気通路を通って、駆
動触媒バーナに供給される空気の駆動触媒バーナの入口
温度は、メタノールタンクから駆動触媒バーナに供給さ
れるメタノールの着火温度にまで加熱され、駆動触媒バ
ーナを始動させ、さらに駆動触媒バーナの燃焼ガスでタ
ーボチャージャを始動させて燃料電池を起動することが
できる。
According to the combustion cell starter of the present invention, by the above-mentioned means, the methanol supplied from the methanol tank to the tip of the glow plug made of the electrically conductive ceramic in the methanol supply line is ignited by the glow plug (flame combustion). ), And complete combustion by the ignition catalyst burner installed immediately after that, and by this combustion gas, the bypass circuit provided with these ignition devices is branched and provided, and this bypass circuit is further provided in front of the inlet of the drive catalyst burner. The inlet temperature of the drive catalyst burner of the air supplied to the drive catalyst burner through the air passage for supplying air to the drive catalyst burner from the fuel cell main body is supplied to the drive catalyst burner from the methanol tank. It is heated to the ignition temperature of methanol, the drive catalyst burner is started, and the turbocharger is started by the combustion gas of the drive catalyst burner. It is not able to start the fuel cell.

【0014】これにより、本発明の燃料電池始動装置で
は、発火までの所要時間は十数秒程度であり車載用とし
て充分使用でき、従来の水素吸蔵合金を用いた発電シス
テムでの水素の放出過程の際に、ヒータ等による熱供給
をしている所要時間より非常に短く、消費電力も少ない
ため、起動行程での消費電力を大幅に減少させることが
できる。
As a result, in the fuel cell starter of the present invention, the time required for ignition is about ten and several seconds, which can be sufficiently used for vehicle installation, and the process of hydrogen release in the conventional power generation system using the hydrogen storage alloy can be performed. At this time, the power consumption is much shorter than the time required to supply heat by the heater and the power consumption is low, so that the power consumption in the startup process can be significantly reduced.

【0015】また、水素タンク、小型水素ボンベ及び水
素吸合金を用いたシステムに比べ、本発明の燃料電池始
動装置を構成する着火装置の、発電システム全体に占め
る容積の割合がわずかであるので、システム全体の小型
化を可能にできる。
Further, as compared with a system using a hydrogen tank, a small hydrogen cylinder and a hydrogen absorbing alloy, the volume ratio of the ignition device constituting the fuel cell starter of the present invention to the entire power generation system is small, The entire system can be downsized.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料電池始動装置
の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図1は、本
発明の燃料電池始動装置の実施の第1形態を具えた発電
システムの系統図、図2は図1に示す実施の第1形態の
詳細を示す図である。なお、本形態を示す図面におい
て、図3に示した符番と同一符番のものは、図3で説明
したものと同一、若しくは類似のものであり、説明は省
略する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a fuel cell starting device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of a power generation system including a first embodiment of a fuel cell starter of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing details of the first embodiment of the embodiment shown in FIG. In the drawings showing the present embodiment, the same reference numerals as those shown in FIG. 3 are the same as or similar to those described in FIG. 3, and the description thereof will be omitted.

【0017】図1において、23は、燃料電池本体1か
ら排出され、駆動触媒バーナ8のメタノール燃焼に使用
される空気を供給するために設けられた、空気通路22
の途中から分岐して設けられ駆動触媒バーナ8の入口の
手前で空気通路22と再び1つにまとめられる迂回路、
30は、この迂回路23に設置された着火装置である。
In FIG. 1, reference numeral 23 denotes an air passage 22 provided for supplying the air discharged from the fuel cell main body 1 and used for the combustion of methanol in the drive catalyst burner 8.
A detour which is provided by branching from the middle of the path and is reunited with the air passage 22 before the inlet of the drive catalyst burner 8.
Reference numeral 30 is an ignition device installed in the detour 23.

【0018】また、図2において、24は、バッテリ1
8、若しくは別途設けられた図示しないバッテリから電
力を供給されて、先端部を高温加熱して、周辺に供給さ
れるメタノールの着火を行うセラミック製のグロープラ
グ、25は、図1に示すメタノールタンク9内のメタノ
ールをポンプ26でグロープラグ24の先端部に供給す
るメタノール供給ライン、27はグロープラグ24の後
流側、すなわち空気通路22から分岐して設けられた迂
回路23が、再び空気通路22に合流する手前に設置さ
れ、グロープラグ24で着火した燃焼ガスを完全燃焼さ
せるための着火触媒バーナである。
Further, in FIG. 2, reference numeral 24 is a battery 1.
8 or a ceramic glow plug that is supplied with electric power from a battery (not shown) provided separately and heats the tip portion to a high temperature to ignite the methanol supplied to the periphery, and 25 is a methanol tank shown in FIG. The methanol supply line for supplying the methanol in 9 to the tip portion of the glow plug 24 by the pump 26 is a downstream side of the glow plug 24, that is, the bypass 23 provided by branching from the air passage 22 is the air passage again. This is an ignition catalyst burner that is installed in front of joining the fuel cell 22 and that completely burns the combustion gas ignited by the glow plug 24.

【0019】このように、本形態の燃料電池始動装置
は、図3に示す水素タンク6内の水素を流量調整弁5
で、燃料電池本体1から駆動触媒バーナ8に供給される
空気に混入して、常温で着火させる始動触媒バーナ4に
代えて、駆動触媒バーナ8で燃焼させるメタノールの一
部を供給するメタノール供給ライン25、供給されたメ
タノールの着火を行うグロープラグ24、およびグロー
プラグ24によって着火し、燃焼するメタノールの燃焼
ガスを完全燃焼させる着火用触媒バーナとからなる着火
装置30を設けた。
As described above, in the fuel cell starting system of this embodiment, the hydrogen in the hydrogen tank 6 shown in FIG.
A methanol supply line for supplying a part of the methanol burned by the driving catalyst burner 8 in place of the starting catalyst burner 4 which is mixed with the air supplied from the fuel cell main body 1 to the driving catalyst burner 8 and ignites at room temperature. An ignition device 30 including a glow plug 24 for igniting the supplied methanol, and an ignition catalyst burner for completely combusting the combustion gas of methanol that is ignited by the glow plug 24 and burned was provided.

【0020】本形態の燃料電池始動装置は、上述の構成
により、ターボチャージャ2におけるカートリッジへの
潤滑油圧を、オイルポンプ14への印加電圧制御により
コントロールした後、直流モータ17の電源を入れるこ
とにより、空気圧縮機16を起動させ、エアーフィルタ
19を通してコンプレッサ2bに空気を供給する。この
時ターボチャージャ2の自立運転後の空気供給ラインと
なるエアーフィルタ20に取り付けた自動開閉弁(バタ
フライ弁)21は、閉じられている。
The fuel cell starter of this embodiment has the above-mentioned structure, and controls the lubricating oil pressure to the cartridge in the turbocharger 2 by controlling the voltage applied to the oil pump 14, and then turns on the DC motor 17. The air compressor 16 is activated, and air is supplied to the compressor 2b through the air filter 19. At this time, the automatic opening / closing valve (butterfly valve) 21 attached to the air filter 20, which serves as an air supply line after the turbocharger 2 operates independently, is closed.

【0021】空気圧縮機16の起動と同時に、着火装置
30におけるセラミック製のグロープラグ24に通電を
開始し、十数秒後に、この着火装置30にメタノールタ
ンク9内のメタノールをポンプ26を用いて、メタノー
ル供給ライン25を経由してグロープラグ24の周辺に
供給する。すると、加熱されたグロープラグ24の先端
部周辺において、メタノールの火炎燃焼が発生し、その
後方に設置した点火用触媒バーナ27が直接加熱され、
未燃焼のメタノールが、ここで燃焼を開始する。
Simultaneously with the activation of the air compressor 16, the ceramic glow plug 24 in the igniter 30 is energized, and after several tens of seconds, the methanol in the methanol tank 9 is pumped into the igniter 30 by the pump 26. It is supplied to the periphery of the glow plug 24 via the methanol supply line 25. Then, flame combustion of methanol occurs around the tip of the heated glow plug 24, and the ignition catalyst burner 27 installed behind it is directly heated,
The unburned methanol now begins to burn.

【0022】この点火用触媒バーナ27からの高温燃焼
ガスの流入により、駆動触媒バーナ8が暖められ、駆動
触媒バーナ8入口温度をメタノール着火温度(約120
℃)まで昇温させる。そして、駆動触媒バーナ8の入口
温度が着火温度に達したら、触媒バーナ8に新たにメタ
ノールをポンプ10を用いてメタノールタンク9から供
給し、全供給空気の燃焼を開始させる。
The driving catalyst burner 8 is warmed by the inflow of the high temperature combustion gas from the ignition catalyst burner 27, and the driving catalyst burner 8 inlet temperature is set to the methanol ignition temperature (about 120 ° C.).
(° C). Then, when the inlet temperature of the drive catalyst burner 8 reaches the ignition temperature, new methanol is supplied to the catalyst burner 8 from the methanol tank 9 by using the pump 10, and the combustion of all the supply air is started.

【0023】また、着火装置30は、触媒バーナ8での
燃焼温度が安定に上昇し始めたとみなせる時点、例え
ば、触媒バーナ8からの燃焼ガス温度が200℃に到達
した時点、で電源が切れるとともに、ポンプ26による
メタノール供給ライン25から着火装置30への、メタ
ノールの供給を止められ、燃焼が停止されるようになっ
ている。
Further, the ignition device 30 is turned off at the time when it can be considered that the combustion temperature in the catalyst burner 8 has started to rise stably, for example, when the combustion gas temperature from the catalyst burner 8 reaches 200 ° C. The supply of methanol from the methanol supply line 25 by the pump 26 to the ignition device 30 is stopped, and the combustion is stopped.

【0024】その後、触媒バーナ8での燃焼ガスの温度
上昇とともに、この燃焼ガスが流入するタービン2aで
のエネルギー回収(駆動)量が増加し回転数が増大し
て、それにより、コンプレッサ2bからの吐出空気量も
増加することによって、ターボチャージャ2の回転数が
相乗的に上昇する。ターボチャージャ2が規定回転数に
達したところで直流モータ17の電源が切れ、空気圧縮
機16は停止する。この時、すでに、タービン2aの駆
動仕事がコンプレッサ2bの圧縮仕事と同等、もしくは
上回る状態なので、コンプレッサ2bは空気を吸い込も
うとし、自動開閉弁(バタフライ弁)21が瞬時に開
き、空気はエアーフィルタ20を通ってコンプレッサ2
bの入口側に供給され、ターボチャージャ2が自立運転
を開始する。
After that, as the temperature of the combustion gas in the catalyst burner 8 rises, the amount of energy recovery (driving) in the turbine 2a into which this combustion gas flows increases and the rotation speed increases, whereby the compressor 2b discharges. As the amount of discharged air also increases, the rotational speed of the turbocharger 2 increases synergistically. When the turbocharger 2 reaches the specified rotation speed, the DC motor 17 is turned off and the air compressor 16 is stopped. At this time, since the driving work of the turbine 2a is already equal to or higher than the compressing work of the compressor 2b, the compressor 2b tries to suck in air, the automatic opening / closing valve (butterfly valve) 21 instantly opens, and the air flows into the air filter 20. Through compressor 2
It is supplied to the inlet side of b, and the turbocharger 2 starts an independent operation.

【0025】この時点で、すでにターボチャージャ2の
コンプレッサ2bは、前述したように、燃料電池本体1
へ圧縮空気を供給し、またタービン2bからの排気ガス
を燃料改質器3に連続的に供給されており、改質用必要
熱源になっており、燃料改質器3では原料ガスFを水素
に改質して、燃料電池本体1を供給しており、さらにタ
ービン2bからの排気ガスは、反応ガス用加湿器に供給
され、燃料電池本体1の加湿用熱源として使用される状
態になっており、燃料電池本体1の始動運転が開始され
ている状態になっている。
At this point, the compressor 2b of the turbocharger 2 is already in the fuel cell body 1 as described above.
The exhaust gas from the turbine 2b is continuously supplied to the fuel reformer 3 and is a necessary heat source for reforming. And is supplied to the fuel cell main body 1. Further, the exhaust gas from the turbine 2b is supplied to the reaction gas humidifier and is used as a heat source for humidification of the fuel cell main body 1. Thus, the starting operation of the fuel cell main body 1 is started.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
始動装置によれば、特許請求の範囲に示す構成により、
次の効果が得られる。
As described above, according to the fuel cell starter of the present invention, the fuel cell starter according to the claims has the following structure.
The following effects are obtained.

【0027】(1)固体高分子型燃料電池の始動に水素
を使用しないので、従来の水素タンク、小型水素ボンベ
又は水素吸蔵合金を用いた始動装置に比べ、始動装置の
発電システム全体に占める容積の割合を小さくでき、燃
料電池を車載用として好適な小型化できる駆動装置とす
ることができる。
(1) Since hydrogen is not used for starting the polymer electrolyte fuel cell, the volume occupied by the entire power generation system of the starting device is larger than that of a starting device using a conventional hydrogen tank, small hydrogen cylinder or hydrogen storage alloy. The ratio can be reduced, and the fuel cell can be downsized, which is suitable for mounting on a vehicle.

【0028】(2)従来の、比較的水素貯蔵効率が良
く、大型化を若干緩和できる水素吸蔵合金を用いた着火
装置では、水素の放出過程の際のヒータ等による熱供給
をしている所要時間を必要とし、短時間での始動が困難
であるのに対して、通電式セラミック製のグロープラグ
を用い、メタノールを発火(炎燃焼)させ、その直後に
設置した小型の着火用触媒バーナで完全燃焼させ、駆動
触媒バーナを起動させる、本発明の装置では、発火まで
の所要時間は、十数秒程度で済み、燃料電池を短時間で
の始動を必要とする車載用として好適な駆動装置とする
ことができる。
(2) In the conventional ignition device using a hydrogen storage alloy, which has a relatively high hydrogen storage efficiency and can moderate the size increase, it is necessary to supply heat by a heater or the like during the hydrogen release process. It takes time and it is difficult to start it in a short time. On the other hand, a small ignition catalyst burner installed immediately after the ignition (flame combustion) of methanol using a glow plug made of an electric ceramic In the device of the present invention that completely burns and starts the drive catalyst burner, the time required until ignition is about ten and several seconds, and a drive device suitable for vehicle installation that requires a short time start of the fuel cell and can do.

【0029】(3)また、起動行程での消費電力を減少
させることができ、始動装置に必要とするバッテリ容量
を少なくすることができ、燃料電池を車載化、可搬式化
にきわめて有効な駆動装置とすることができる。
(3) Further, the power consumption in the starting process can be reduced, the battery capacity required for the starting device can be reduced, and the fuel cell can be installed in a vehicle or can be made portable. It can be a device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の燃料電池始動装置の実施の1形態を具
える発電システム系統図、
FIG. 1 is a power generation system system diagram including one embodiment of a fuel cell starter of the present invention,

【図2】図1に示す発電システム系統図における着火装
置の詳細を示す模式図、
FIG. 2 is a schematic diagram showing details of an ignition device in the power generation system system diagram shown in FIG.

【図3】従来の燃料電池始動装置の1例を具える発電シ
ステム系統図である。
FIG. 3 is a power generation system system diagram including an example of a conventional fuel cell starter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池本体 2 ターボチャージャ 2a ターボチャージャのタービン 2b ターボチャージャのコンプレッサ 3 燃料改質器 4 始動用触媒バーナ 5 (水素)流量調整弁 6 水素供給装置 8 駆動触媒バーナ 9 メタノールタンク 10 (メタノール用)ポンプ 12 (潤滑)オイルタンク 13 冷却器 14 (潤滑)ポンプ 15 オイルフィルタ 16 空気圧縮機 17 直流モータ 18 バッテリ 19,20 エアフィルタ 21 自動開閉弁(バタフライ弁) 22 空気通路 23 迂回路 24 グロープラグ 25 メタノール供給ライン 26 ポンプ 27 着火用触媒バーナ 30 着火装置 1 Fuel Cell Main Body 2 Turbocharger 2a Turbocharger Turbine 2b Turbocharger Compressor 3 Fuel Reformer 4 Start Catalyst Burner 5 (Hydrogen) Flow Control Valve 6 Hydrogen Supply Device 8 Drive Catalyst Burner 9 Methanol Tank 10 (For Methanol) Pump 12 (lubrication) oil tank 13 Cooler 14 (lubrication) pump 15 Oil filter 16 Air compressor 17 DC motor 18 Battery 19, 20 Air filter 21 Automatic opening / closing valve (butterfly valve) 22 Air passage 23 Detour 24 Glow plug 25 Methanol supply line 26 Pump 27 Ignition catalyst burner 30 Ignition device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターボチャージャのタービン排気で原料
ガスを改質する燃料改質器から供給される水素、および
前記ターボチャージャのコンプレッサから供給される空
気との電気化学的反応で発電を行う燃料電池本体、前記
燃料電池本体から排出される空気に、メタノールタンク
から供給されるメタノールを混入して、燃焼させた燃焼
ガスで前記ターボチャージャを作動させて、自立運転状
態にする駆動触媒バーナを設けた固体高分子型の燃料電
池の始動を行うための燃料電池始動装置において、前記
燃料電池本体から前記駆動触媒バーナに供給される空気
の通路を分岐して設けた迂回路に配設されたグロープラ
グと、前記メタノールタンクから前記グロープラグの先
端部にメタノールを供給するメタノール供給ラインと、
前記グロープラグの後流側に設置された着火触媒バーナ
とからなり、前記駆動触媒バーナの入口温度をメタノー
ル着火温度にする着火装置を設けたことを特徴とする燃
料電池始動装置。
1. A fuel cell for generating electricity by an electrochemical reaction between hydrogen supplied from a fuel reformer for reforming a raw material gas from a turbine exhaust of a turbocharger and air supplied from a compressor of the turbocharger. A drive catalyst burner was provided in which air supplied from the main body and the fuel cell main body was mixed with methanol supplied from a methanol tank, and the turbocharger was operated by burning combustion gas to bring the turbocharger into an independent operation state. In a fuel cell starter for starting a polymer electrolyte fuel cell, a glow plug arranged in a bypass provided by branching a passage of air supplied from the fuel cell body to the drive catalyst burner. And a methanol supply line for supplying methanol from the methanol tank to the tip of the glow plug,
A fuel cell starter comprising: an ignition catalyst burner installed on the downstream side of the glow plug; and an ignition device for adjusting the inlet temperature of the drive catalyst burner to a methanol ignition temperature.
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