JPH11339820A - ハイブリッド型燃料電池システム - Google Patents
ハイブリッド型燃料電池システムInfo
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- Electrochemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】リン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池との
両燃料電池の長所を生かすとともに、両燃料電池におけ
る特性や操作上等の短所を相補うことができる高効率の
ハイブリッド型燃料電池システムを得る。 【解決手段】水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高
分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度
１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給す
るようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置
からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下
にして固体高分子型燃料電池へ供給するようにしてなる
ことを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。
両燃料電池の長所を生かすとともに、両燃料電池におけ
る特性や操作上等の短所を相補うことができる高効率の
ハイブリッド型燃料電池システムを得る。 【解決手段】水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高
分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度
１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給す
るようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置
からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下
にして固体高分子型燃料電池へ供給するようにしてなる
ことを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リン酸型燃料電池
と固体高分子型燃料電池を水素供給装置を介して組み合
わせてなるハイブリッド型燃料電池システムに関する。
と固体高分子型燃料電池を水素供給装置を介して組み合
わせてなるハイブリッド型燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池はイオン伝導体すなわち電解質
に利用される物質の違いによりリン酸型、固体高分子
型、溶融炭酸塩型、固体電解質型などに分類されるが、
これら燃料電池はそれぞれ独自の電池システムとして構
成される。このうちリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）は電
解質がリン酸である点に特徴を有するもので、電解質は
例えば多孔質基材に濃厚リン酸水溶液を含浸させて構成
される。濃厚リン酸水溶液を含浸させた多孔質基材を挟
んで負極（アノード＝燃料極）及び正極（カソード＝酸
素極又は空気極）の両電極を配置し、負極側に燃料とし
ての水素ガスを供給し、正極側に空気又は酸素を供給し
て電気化学反応を起こさせることにより電力を取り出す
ことができる。
に利用される物質の違いによりリン酸型、固体高分子
型、溶融炭酸塩型、固体電解質型などに分類されるが、
これら燃料電池はそれぞれ独自の電池システムとして構
成される。このうちリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）は電
解質がリン酸である点に特徴を有するもので、電解質は
例えば多孔質基材に濃厚リン酸水溶液を含浸させて構成
される。濃厚リン酸水溶液を含浸させた多孔質基材を挟
んで負極（アノード＝燃料極）及び正極（カソード＝酸
素極又は空気極）の両電極を配置し、負極側に燃料とし
ての水素ガスを供給し、正極側に空気又は酸素を供給し
て電気化学反応を起こさせることにより電力を取り出す
ことができる。
【０００３】図１はリン酸型燃料電池の一態様例を原理
的に説明する図である。リン酸を含浸させた電解質を挟
んで燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる
場合は酸素極）が配置され、これらを挟んでセパレータ
が配置される。電池としての作動時には熱を発生する
が、電池を約１９０〜２１０℃というような一定作動温
度に保持するために冷却管が配置される。電解質が１個
の場合（単電池）の電圧は例えば０．６５〜０．７５Ｖ
程度と云うように低いため、通常、単電池を直列に複数
層積層して構成される。
的に説明する図である。リン酸を含浸させた電解質を挟
んで燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる
場合は酸素極）が配置され、これらを挟んでセパレータ
が配置される。電池としての作動時には熱を発生する
が、電池を約１９０〜２１０℃というような一定作動温
度に保持するために冷却管が配置される。電解質が１個
の場合（単電池）の電圧は例えば０．６５〜０．７５Ｖ
程度と云うように低いため、通常、単電池を直列に複数
層積層して構成される。
【０００４】これらの点は、電解質の種類が違う点を除
けば、原理的には固体高分子型燃料電池の場合も同様で
ある。図２は従来における固体高分子型燃料電池の操作
態様例を模式的に示す図である。都市ガス等の炭化水素
系の原料ガスが水蒸気改質器で水素を主成分とする改質
ガスへ分解される。さらに低温ＣＯ変成器で改質ガス中
のＣＯ（一酸化炭素）濃度が１ｖｏｌ％以下になるが、
１００ｐｐｍを上回っているため、ＣＯを１００ｐｐｍ
以下にした後、固体高分子型燃料電池へ供給される。固
体高分子型燃料電池の動作温度は約５０〜１００℃（固
体高分子がＮａｆｉｏｎ系の場合は約８０〜１００℃）
であるので、冷却水によりその温度範囲内となるように
操作される。
けば、原理的には固体高分子型燃料電池の場合も同様で
ある。図２は従来における固体高分子型燃料電池の操作
態様例を模式的に示す図である。都市ガス等の炭化水素
系の原料ガスが水蒸気改質器で水素を主成分とする改質
ガスへ分解される。さらに低温ＣＯ変成器で改質ガス中
のＣＯ（一酸化炭素）濃度が１ｖｏｌ％以下になるが、
１００ｐｐｍを上回っているため、ＣＯを１００ｐｐｍ
以下にした後、固体高分子型燃料電池へ供給される。固
体高分子型燃料電池の動作温度は約５０〜１００℃（固
体高分子がＮａｆｉｏｎ系の場合は約８０〜１００℃）
であるので、冷却水によりその温度範囲内となるように
操作される。
【０００５】リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）と固体高分
子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、その特性上、それぞれ長
所、短所を有している。両者を対比して要点部分を述べ
ると以下（１）〜（３）のとおりである。 （１）ＰＡＦＣの場合、電池に供給する燃料水素ガス中
のＣＯ許容濃度は１ｖｏｌ％である。これに対して、Ｐ
ＥＦＣの場合はＣＯを１００ｐｐｍ以下とする必要があ
る。このため、ＰＥＦＣの場合はＰＡＦＣへの水素供給
装置（水素供給プロセス）より複雑となり、水素供給装
置に加えて水素精製装置が連結される。水素精製装置に
は例えばＰＳＡ塔（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａ
ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｔｏｗｅｒ）があるが、連続的に
精製を行う場合には３塔以上（複数塔）のＰＳＡ塔が連
結され、ＣＯを除去した精製水素が供給される。
子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、その特性上、それぞれ長
所、短所を有している。両者を対比して要点部分を述べ
ると以下（１）〜（３）のとおりである。 （１）ＰＡＦＣの場合、電池に供給する燃料水素ガス中
のＣＯ許容濃度は１ｖｏｌ％である。これに対して、Ｐ
ＥＦＣの場合はＣＯを１００ｐｐｍ以下とする必要があ
る。このため、ＰＥＦＣの場合はＰＡＦＣへの水素供給
装置（水素供給プロセス）より複雑となり、水素供給装
置に加えて水素精製装置が連結される。水素精製装置に
は例えばＰＳＡ塔（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａ
ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｔｏｗｅｒ）があるが、連続的に
精製を行う場合には３塔以上（複数塔）のＰＳＡ塔が連
結され、ＣＯを除去した精製水素が供給される。
【０００６】（２）ＰＡＦＣの場合は電池の動作温度が
高いので、起動・停止には時間がかかるが、ＰＥＦＣの
場合は動作温度が低いので、起動・停止が容易にでき
る。また、両方とも水素供給プロセスの起動・停止には
時間がかかる。（３）ＰＡＦＣの場合は、電池の動作温
度は約１９０〜２１０℃であるので、比較的高温の排熱
を回収でき、例えば水蒸気としても回収できる。一方、
ＰＥＦＣの場合は、電池の動作温度が約５０〜１００℃
であるので回収される排熱の温度レベルは低く、例えば
温水でしか回収できない。
高いので、起動・停止には時間がかかるが、ＰＥＦＣの
場合は動作温度が低いので、起動・停止が容易にでき
る。また、両方とも水素供給プロセスの起動・停止には
時間がかかる。（３）ＰＡＦＣの場合は、電池の動作温
度は約１９０〜２１０℃であるので、比較的高温の排熱
を回収でき、例えば水蒸気としても回収できる。一方、
ＰＥＦＣの場合は、電池の動作温度が約５０〜１００℃
であるので回収される排熱の温度レベルは低く、例えば
温水でしか回収できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明においては、リ
ン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを、上記特性
を利用して水素供給装置に共有化させることにより、両
燃料電池の長所を生かすとともに、両電池における特性
及び操作上の短所を相補うように組み合わせてなるハイ
ブリッド型燃料電池システムを提供することを目的とす
る。
ン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを、上記特性
を利用して水素供給装置に共有化させることにより、両
燃料電池の長所を生かすとともに、両電池における特性
及び操作上の短所を相補うように組み合わせてなるハイ
ブリッド型燃料電池システムを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）水素供
給装置にリン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを
併置し、水素供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水
素をリン酸型燃料電池に常時供給するようにするととも
に、高負荷運転時に、水素供給装置からの水素をＰＳＡ
塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型
燃料電池へ供給するようにしてなることを特徴とするハ
イブリッド型燃料電池システムを提供する。
給装置にリン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを
併置し、水素供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水
素をリン酸型燃料電池に常時供給するようにするととも
に、高負荷運転時に、水素供給装置からの水素をＰＳＡ
塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型
燃料電池へ供給するようにしてなることを特徴とするハ
イブリッド型燃料電池システムを提供する。
【０００９】また、本発明は（２）水素供給装置にリン
酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水素
供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型
燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷運
転時に、水素供給装置からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ
濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料電池へ供
給するようにし、且つ、リン酸型燃料電池の電池冷却系
の２次冷却系を固体高分子型燃料電池の電池冷却系とし
てなることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システ
ムを提供する。
酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水素
供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型
燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷運
転時に、水素供給装置からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ
濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料電池へ供
給するようにし、且つ、リン酸型燃料電池の電池冷却系
の２次冷却系を固体高分子型燃料電池の電池冷却系とし
てなることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システ
ムを提供する。
【００１０】また、本発明は（３）水素供給装置にリン
酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水素
供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型
燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷運
転時に、水素供給装置からの水素を水素吸蔵合金塔によ
りＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料電
池へ供給するようにしてなることを特徴とするハイブリ
ッド型燃料電池システムを提供する。
酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水素
供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型
燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷運
転時に、水素供給装置からの水素を水素吸蔵合金塔によ
りＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料電
池へ供給するようにしてなることを特徴とするハイブリ
ッド型燃料電池システムを提供する。
【００１１】さらに、本発明は（４）水素供給装置にリ
ン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水
素供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸
型燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷
運転時に、水素供給装置からの水素を水素吸蔵合金塔に
よりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料
電池へ供給するようにし、且つ、リン酸型燃料電池の電
池冷却系の２次冷却系を固体高分子型燃料電池の電池冷
却系としてなることを特徴とするハイブリッド型燃料電
池システムを提供する。
ン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水
素供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸
型燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷
運転時に、水素供給装置からの水素を水素吸蔵合金塔に
よりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料
電池へ供給するようにし、且つ、リン酸型燃料電池の電
池冷却系の２次冷却系を固体高分子型燃料電池の電池冷
却系としてなることを特徴とするハイブリッド型燃料電
池システムを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明においては、リン酸型燃料
電池（ＰＡＦＣ）と固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）
とを用い、これらが水素供給装置を介して併置される。
本発明によれば、起動・停止に不向きなＰＡＦＣをベー
スロード（低負荷又は最低負荷）発電用として用いると
ともに、起動・停止が容易なＰＥＦＣをＤＳＳ（Ｄａｉ
ｌｙＳｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）発電用として用いる。
電池（ＰＡＦＣ）と固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）
とを用い、これらが水素供給装置を介して併置される。
本発明によれば、起動・停止に不向きなＰＡＦＣをベー
スロード（低負荷又は最低負荷）発電用として用いると
ともに、起動・停止が容易なＰＥＦＣをＤＳＳ（Ｄａｉ
ｌｙＳｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）発電用として用いる。
【００１３】水素ガスは各種の方法で得られるが、本発
明の水素としては各種方法で得られた水素が使用され
る。そのうちメタンを主成分とする天然ガスや都市ガス
等を原料とする水蒸気改質法は、比較的豊富でクリーン
なガスを原料とするため特に好ましく適用される。水蒸
気改質法において、原料ガスがメルカプタンその他の形
で硫黄（Ｓ）分を含む都市ガス等の場合には、原料ガス
は脱硫器へ導入され、その原料ガス中に含まれる硫黄分
を除去する。原料ガスが硫黄分を含まないか、既に除去
されている場合には脱硫器は必要としない。次いで、原
料ガスは改質器へ導入され、水蒸気が添加、混合されて
水素を主成分とするガスへ改質される。
明の水素としては各種方法で得られた水素が使用され
る。そのうちメタンを主成分とする天然ガスや都市ガス
等を原料とする水蒸気改質法は、比較的豊富でクリーン
なガスを原料とするため特に好ましく適用される。水蒸
気改質法において、原料ガスがメルカプタンその他の形
で硫黄（Ｓ）分を含む都市ガス等の場合には、原料ガス
は脱硫器へ導入され、その原料ガス中に含まれる硫黄分
を除去する。原料ガスが硫黄分を含まないか、既に除去
されている場合には脱硫器は必要としない。次いで、原
料ガスは改質器へ導入され、水蒸気が添加、混合されて
水素を主成分とするガスへ改質される。
【００１４】図３は改質器を模式的に示した図で、基本
的には燃焼部と改質部とから構成される。図３中、Ｆは
燃料供給管、Ｋは空気供給管である。改質部ではＮｉ
系、Ｒｕ系等の適当な触媒が使用され、原料ガスは燃焼
部からの熱ΔＨ及び水蒸気により水素を主成分とする改
質ガスに変換される。改質ガス中には未反応原料ガス、
未反応水蒸気、ＣＯ2 のほかに幾分のＣＯガスが副生し
随伴して含まれており、この副生ＣＯガスをＣＯ2 へ変
えて除去するために必要に応じてＣＯ変成器にかけられ
る。
的には燃焼部と改質部とから構成される。図３中、Ｆは
燃料供給管、Ｋは空気供給管である。改質部ではＮｉ
系、Ｒｕ系等の適当な触媒が使用され、原料ガスは燃焼
部からの熱ΔＨ及び水蒸気により水素を主成分とする改
質ガスに変換される。改質ガス中には未反応原料ガス、
未反応水蒸気、ＣＯ2 のほかに幾分のＣＯガスが副生し
随伴して含まれており、この副生ＣＯガスをＣＯ2 へ変
えて除去するために必要に応じてＣＯ変成器にかけられ
る。
【００１５】ＣＯ変成器中での反応は下記（１）式で示
される。この反応におけるＨ2Ｏ としては改質器におい
て未反応の残留水蒸気が利用される。ＣＯ変成器から出
るガスは余剰水蒸気を除けば、水素（Ｈ2）と炭酸ガス
（ＣＯ2）と未反応原料ガスとからなっており、ＣＯ量
は１ｖｏｌ％以下とされる。本発明においてはＣＯ量１
ｖｏｌ％以下の生成改質ガスをＰＡＦＣの燃料極（水素
極）に供給される。
される。この反応におけるＨ2Ｏ としては改質器におい
て未反応の残留水蒸気が利用される。ＣＯ変成器から出
るガスは余剰水蒸気を除けば、水素（Ｈ2）と炭酸ガス
（ＣＯ2）と未反応原料ガスとからなっており、ＣＯ量
は１ｖｏｌ％以下とされる。本発明においてはＣＯ量１
ｖｏｌ％以下の生成改質ガスをＰＡＦＣの燃料極（水素
極）に供給される。
【化 １】 ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ ＝ ＣＯ2 ＋ Ｈ2 （１）
【００１６】一方、ＰＥＦＣの燃料極へ供給する水素は
該改質ガスをさらに精製してＣＯ量を１００ｐｐｍ以下
にして供給される。その精製には該改質ガスからＣＯを
除去できる手法であれば何れも適用できるが、その好ま
しい例としてはＰＳＡ法や水素吸蔵合金による方法が挙
げられる。ＰＳＡ法によれば活性炭等の吸着剤に水素以
外のガスが吸着され、結果として水素の純度が上がるこ
とで精製される。
該改質ガスをさらに精製してＣＯ量を１００ｐｐｍ以下
にして供給される。その精製には該改質ガスからＣＯを
除去できる手法であれば何れも適用できるが、その好ま
しい例としてはＰＳＡ法や水素吸蔵合金による方法が挙
げられる。ＰＳＡ法によれば活性炭等の吸着剤に水素以
外のガスが吸着され、結果として水素の純度が上がるこ
とで精製される。
【００１７】水素吸蔵合金による方法では、これが水素
の吸蔵機能のみでなく、水素精製機能を有する点を利用
する。水素吸蔵合金は水素のみを選択的に吸蔵し、他の
成分は吸蔵しないので、水素含有ガスを水素吸蔵合金塔
に通して水素を精製・吸蔵させた後、貯蔵された高純度
水素を放出して使用する。放出は加熱によって行われ
る。水素吸蔵合金としてはその特性を有するものであれ
ば特に限定はなく、その例としてはＴｉＦｅ0.9Ｍ
ｎ0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮｉＳ、ＬａＮｉ5、ＬａＮｉ
4.7Ａｌ0.3、ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5（Ｍｍ＝ミッシュメタ
ル）、ＭｍＮｉ4.15Ｆｅ 0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）
等を挙げることができる。
の吸蔵機能のみでなく、水素精製機能を有する点を利用
する。水素吸蔵合金は水素のみを選択的に吸蔵し、他の
成分は吸蔵しないので、水素含有ガスを水素吸蔵合金塔
に通して水素を精製・吸蔵させた後、貯蔵された高純度
水素を放出して使用する。放出は加熱によって行われ
る。水素吸蔵合金としてはその特性を有するものであれ
ば特に限定はなく、その例としてはＴｉＦｅ0.9Ｍ
ｎ0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮｉＳ、ＬａＮｉ5、ＬａＮｉ
4.7Ａｌ0.3、ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5（Ｍｍ＝ミッシュメタ
ル）、ＭｍＮｉ4.15Ｆｅ 0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）
等を挙げることができる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。なお、以下で関連する図において、
各流体の配管には適宜切換弁が配置されるが、図中記載
は省略している。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。なお、以下で関連する図において、
各流体の配管には適宜切換弁が配置されるが、図中記載
は省略している。
【００１９】《実施例１》図４は、ＰＡＦＣとＰＥＦＣ
を水素供給装置に共有化させ、ＰＥＦＣへ供給する水素
中のＣＯを１塔のＰＳＡ塔により１００ｐｐｍ以下とす
る例を示す図である。都市ガスや天然ガス等の原料ガス
は水素供給装置中の改質器で改質され、必要に応じてＣ
Ｏ変成器でＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素ガスに改質さ
れ、得られた改質ガスはＰＡＦＣへ供給され作動温度約
２００℃で発電される。
を水素供給装置に共有化させ、ＰＥＦＣへ供給する水素
中のＣＯを１塔のＰＳＡ塔により１００ｐｐｍ以下とす
る例を示す図である。都市ガスや天然ガス等の原料ガス
は水素供給装置中の改質器で改質され、必要に応じてＣ
Ｏ変成器でＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素ガスに改質さ
れ、得られた改質ガスはＰＡＦＣへ供給され作動温度約
２００℃で発電される。
【００２０】本実施例においてはＰＡＦＣは常時運転さ
れる。ＰＡＦＣは起動・停止に不向きであるので、常時
運転用として用いることによりその欠点をなくすること
ができる。一方、ＰＥＦＣは高負荷時（昼間）に運転さ
れ、低負荷時（夜間）には停止される。ＰＥＦＣは起動
・停止が容易であるので、本実施例においてはこの利点
を利用する。この場合、ＰＥＦＣへ供給する水素はＣＯ
濃度１００ｐｐｍ以下として供給する必要があるため本
実施例では１塔のＰＳＡ塔にかけられる。
れる。ＰＡＦＣは起動・停止に不向きであるので、常時
運転用として用いることによりその欠点をなくすること
ができる。一方、ＰＥＦＣは高負荷時（昼間）に運転さ
れ、低負荷時（夜間）には停止される。ＰＥＦＣは起動
・停止が容易であるので、本実施例においてはこの利点
を利用する。この場合、ＰＥＦＣへ供給する水素はＣＯ
濃度１００ｐｐｍ以下として供給する必要があるため本
実施例では１塔のＰＳＡ塔にかけられる。
【００２１】ところで、通常のＰＥＦＣ発電システムに
おいては、精製水素を連続的にＰＥＦＣに供給するため
には複数のＰＳＡ塔が必要である。ＰＳＡ塔の操作は
（１）不純物の吸着と（２）不純物の脱着を同時にはで
きないので、少なくとも２つの工程が必要であるからで
ある。図５（ａ）のようにＰＳＡ塔ー１で不純物を吸着
除去した精製水素をＰＥＦＣへ供給する一方、ＰＳＡ塔
ー２では吸着不純物の脱着を行い、これら操作を交互に
行う必要がある。これに対して、本発明においてはＰＡ
ＦＣを常時運転用として用いるので、高負荷時（昼間）
に運転されるＰＥＦＣへ供給する水素ガスの精製は１塔
のＰＳＡ塔のみで足りる（図６参照）。この点は本発明
のハイブリッド型燃料電池システムによる特有な利点で
ある。
おいては、精製水素を連続的にＰＥＦＣに供給するため
には複数のＰＳＡ塔が必要である。ＰＳＡ塔の操作は
（１）不純物の吸着と（２）不純物の脱着を同時にはで
きないので、少なくとも２つの工程が必要であるからで
ある。図５（ａ）のようにＰＳＡ塔ー１で不純物を吸着
除去した精製水素をＰＥＦＣへ供給する一方、ＰＳＡ塔
ー２では吸着不純物の脱着を行い、これら操作を交互に
行う必要がある。これに対して、本発明においてはＰＡ
ＦＣを常時運転用として用いるので、高負荷時（昼間）
に運転されるＰＥＦＣへ供給する水素ガスの精製は１塔
のＰＳＡ塔のみで足りる（図６参照）。この点は本発明
のハイブリッド型燃料電池システムによる特有な利点で
ある。
【００２２】また、両燃料電池は冷却系により各作動温
度となるよう維持される。ＰＡＦＣの冷却系には冷却媒
体の種類により水冷式、空冷式、油冷式等が適用できる
が、ここではその電池冷却系の媒体として冷却水を用い
る例を示している。ＰＡＦＣの電池冷却水は熱交換器１
で冷却されるが、本発明においては熱交換器１における
その冷却用媒体としてＰＥＦＣの電池冷却水を利用す
る。ＰＡＦＣの電池冷却水系とＰＥＦＣの電池冷却水系
とは熱交換器１を介してそれぞれ閉回路を形成するよう
構成され、ＰＡＦＣの電池冷却水の温度及び循環量がＰ
ＡＦＣの作動中、その温度が約２００℃となるよう制御
される。
度となるよう維持される。ＰＡＦＣの冷却系には冷却媒
体の種類により水冷式、空冷式、油冷式等が適用できる
が、ここではその電池冷却系の媒体として冷却水を用い
る例を示している。ＰＡＦＣの電池冷却水は熱交換器１
で冷却されるが、本発明においては熱交換器１における
その冷却用媒体としてＰＥＦＣの電池冷却水を利用す
る。ＰＡＦＣの電池冷却水系とＰＥＦＣの電池冷却水系
とは熱交換器１を介してそれぞれ閉回路を形成するよう
構成され、ＰＡＦＣの電池冷却水の温度及び循環量がＰ
ＡＦＣの作動中、その温度が約２００℃となるよう制御
される。
【００２３】一方、ＰＥＦＣの作動温度は約９０℃であ
るため、ＰＥＦＣはその作動温度となるよう維持され
る。このための冷却水系はＰＥＦＣ、熱交換器１、熱交
換器２を循環する閉回路として構成される。ＰＥＦＣか
ら出る冷却水は約９０℃で熱交換器１に至り、ここでＰ
ＡＦＣの電池冷却水を冷却し、自らは加熱されて昇温す
る。次いでＰＥＦＣの電池冷却水は熱交換器２でＰＥＦ
Ｃの作動温度約９０℃に維持し得る温度及び循環量とさ
れてＰＥＦＣの電池冷却用に供される。熱交換器２でＰ
ＥＦＣ電池冷却系用には冷水等の媒体が供給されるが、
温水又は高温水として取り出され、給湯その他の温水と
して利用することができる。
るため、ＰＥＦＣはその作動温度となるよう維持され
る。このための冷却水系はＰＥＦＣ、熱交換器１、熱交
換器２を循環する閉回路として構成される。ＰＥＦＣか
ら出る冷却水は約９０℃で熱交換器１に至り、ここでＰ
ＡＦＣの電池冷却水を冷却し、自らは加熱されて昇温す
る。次いでＰＥＦＣの電池冷却水は熱交換器２でＰＥＦ
Ｃの作動温度約９０℃に維持し得る温度及び循環量とさ
れてＰＥＦＣの電池冷却用に供される。熱交換器２でＰ
ＥＦＣ電池冷却系用には冷水等の媒体が供給されるが、
温水又は高温水として取り出され、給湯その他の温水と
して利用することができる。
【００２４】ＰＥＦＣの電池冷却系は、当該ＰＥＦＣに
関しては一次冷却水系であるが、ＰＡＦＣの側からすれ
ば熱交換器１を介して当該ＰＡＦＣの二次冷却水系を構
成している。このようにＰＡＦＣの電池冷却系とＰＥＦ
Ｃの電池冷却系を同一ループとすることで、電池システ
ムが単純化でき、イニシャルコストが削減できる。ま
た、補機動力を低下させることができるため、ランニン
グコストを下げることができる。さらに排熱回収が容易
となり、特にＰＥＦＣの排熱も有効に利用することがで
きる。
関しては一次冷却水系であるが、ＰＡＦＣの側からすれ
ば熱交換器１を介して当該ＰＡＦＣの二次冷却水系を構
成している。このようにＰＡＦＣの電池冷却系とＰＥＦ
Ｃの電池冷却系を同一ループとすることで、電池システ
ムが単純化でき、イニシャルコストが削減できる。ま
た、補機動力を低下させることができるため、ランニン
グコストを下げることができる。さらに排熱回収が容易
となり、特にＰＥＦＣの排熱も有効に利用することがで
きる。
【００２５】ところで、燃料電池の電気出力は、負荷パ
ターンに合わせて変動するため、夜間においては低負荷
出力運転となるが、低負荷運転では発電効率は低下して
しまう。高効率で発電するためにはなるべく定格運転す
ることが望ましい。本発明によれば、例えば、ＰＡＦＣ
の定格出力を電池設置サイトの最低使用電力に合わせる
ことによりＰＡＦＣはずっと定格運転となる。一方、Ｐ
ＥＦＣを負荷変動させて運転し（夜間は停止させる）全
体の出力を調整する。これにより１つの電池で負荷変動
させるよりは、常に高効率で運転することができる。
ターンに合わせて変動するため、夜間においては低負荷
出力運転となるが、低負荷運転では発電効率は低下して
しまう。高効率で発電するためにはなるべく定格運転す
ることが望ましい。本発明によれば、例えば、ＰＡＦＣ
の定格出力を電池設置サイトの最低使用電力に合わせる
ことによりＰＡＦＣはずっと定格運転となる。一方、Ｐ
ＥＦＣを負荷変動させて運転し（夜間は停止させる）全
体の出力を調整する。これにより１つの電池で負荷変動
させるよりは、常に高効率で運転することができる。
【００２６】《実施例２》図７はＣＯ除去用としてＰＳ
Ａ塔に代えて水素吸蔵合金塔（水素吸蔵合金を充填した
塔）を用いる例であり、この点以外は図４の場合と同様
である。ここでは水素吸蔵合金が水素のみを選択的に吸
蔵し、そして放出する特性を利用する。改質ガスの水素
は水素吸蔵合金によりＣＯを１００ｐｐｍ以下としてＰ
ＥＦＣへ供給される。ところで、通常のＰＥＦＣ発電シ
ステムにおいては、水素吸蔵合金塔で精製水素を連続的
にＰＥＦＣに供給するためには、ＰＳＡ塔を用いる時と
同様に複数の水素吸蔵合金塔が必要である。水素吸蔵合
金塔の操作には（１）水素の吸蔵と（２）水素の放出と
を同時にはできないため、少なくとも２つの工程が必要
であるからである〔図５（ｂ）参照〕。
Ａ塔に代えて水素吸蔵合金塔（水素吸蔵合金を充填した
塔）を用いる例であり、この点以外は図４の場合と同様
である。ここでは水素吸蔵合金が水素のみを選択的に吸
蔵し、そして放出する特性を利用する。改質ガスの水素
は水素吸蔵合金によりＣＯを１００ｐｐｍ以下としてＰ
ＥＦＣへ供給される。ところで、通常のＰＥＦＣ発電シ
ステムにおいては、水素吸蔵合金塔で精製水素を連続的
にＰＥＦＣに供給するためには、ＰＳＡ塔を用いる時と
同様に複数の水素吸蔵合金塔が必要である。水素吸蔵合
金塔の操作には（１）水素の吸蔵と（２）水素の放出と
を同時にはできないため、少なくとも２つの工程が必要
であるからである〔図５（ｂ）参照〕。
【００２７】本実施例においてもＰＡＦＣは常時運転さ
れる。ＰＥＦＣは高負荷時（昼間）に運転され、低負荷
時（夜間）には停止されるので水素吸蔵合金塔は１塔の
みで足りる。この点は本発明のハイブリッド型燃料電池
システムによる特有な利点である。高負荷運転時に水素
吸蔵合金塔から高純度水素をＰＥＦＣへ供給し〔図８
（ａ）参照〕、低負荷運転時に水素吸蔵合金塔へ水素を
供給して吸蔵させる〔図８（ｂ）参照〕。これにより両
者の長所を利用し、短所を補うことができる。
れる。ＰＥＦＣは高負荷時（昼間）に運転され、低負荷
時（夜間）には停止されるので水素吸蔵合金塔は１塔の
みで足りる。この点は本発明のハイブリッド型燃料電池
システムによる特有な利点である。高負荷運転時に水素
吸蔵合金塔から高純度水素をＰＥＦＣへ供給し〔図８
（ａ）参照〕、低負荷運転時に水素吸蔵合金塔へ水素を
供給して吸蔵させる〔図８（ｂ）参照〕。これにより両
者の長所を利用し、短所を補うことができる。
【００２８】図９は水素吸蔵合金塔の操作態様例を示す
図である。符号１で示す部分が水素吸蔵合金であり、改
質ガスは導入管４を経て水素吸蔵合金塔へ導入される。
同時に冷却用熱媒体（例えば冷却水）が管２から導入さ
れて水素吸蔵合金による水素の吸蔵時の発生熱を除去
し、水素の分離精製・吸蔵に最適な温度に保ちながら導
出管３から排出される。こうして水素吸蔵合金により水
素のみが選択的に吸蔵されて精製され、ＣＯ濃度１００
ｐｐｍ以下の純粋な水素又はほぼ純粋な水素として吸蔵
される。
図である。符号１で示す部分が水素吸蔵合金であり、改
質ガスは導入管４を経て水素吸蔵合金塔へ導入される。
同時に冷却用熱媒体（例えば冷却水）が管２から導入さ
れて水素吸蔵合金による水素の吸蔵時の発生熱を除去
し、水素の分離精製・吸蔵に最適な温度に保ちながら導
出管３から排出される。こうして水素吸蔵合金により水
素のみが選択的に吸蔵されて精製され、ＣＯ濃度１００
ｐｐｍ以下の純粋な水素又はほぼ純粋な水素として吸蔵
される。
【００２９】この時、水素以外の成分は水素吸蔵合金に
吸蔵されずにオフガスとして導管７から排出される。該
オフガスは改質器の燃焼部へ送られ燃料として利用され
る。図９中６は切換弁、７はその循環用導管であり、こ
れを経て燃料導管Ｆ又は空気導管Ｋに導入される。吸蔵
水素をＰＥＦＣ運転時の燃料として使用する時には、導
入管２から加熱用熱媒体を導入して水素を放出させ、導
管５、８を経てＰＥＦＣの燃料極に導入される。
吸蔵されずにオフガスとして導管７から排出される。該
オフガスは改質器の燃焼部へ送られ燃料として利用され
る。図９中６は切換弁、７はその循環用導管であり、こ
れを経て燃料導管Ｆ又は空気導管Ｋに導入される。吸蔵
水素をＰＥＦＣ運転時の燃料として使用する時には、導
入管２から加熱用熱媒体を導入して水素を放出させ、導
管５、８を経てＰＥＦＣの燃料極に導入される。
【００３０】その切り換えは切換弁６を介して行われる
が、該加熱用熱媒体導入後、初期の段階ではオフガスが
排出されるので、弁６の切り換えは該オフガス排出後に
行われる。本発明における水素吸蔵合金塔としては、図
９に示すような態様のほか、各種態様で構成することが
できる。また、本実施例におけるＰＡＦＣの電池冷却系
の２次冷却系をＰＥＦＣの電池冷却系として利用する点
については実施例１の場合と同様である。
が、該加熱用熱媒体導入後、初期の段階ではオフガスが
排出されるので、弁６の切り換えは該オフガス排出後に
行われる。本発明における水素吸蔵合金塔としては、図
９に示すような態様のほか、各種態様で構成することが
できる。また、本実施例におけるＰＡＦＣの電池冷却系
の２次冷却系をＰＥＦＣの電池冷却系として利用する点
については実施例１の場合と同様である。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、起動・停止に不向きな
ＰＡＦＣをベースロード（低負荷又は最低負荷）発電用
として用いるとともに、起動・停止が容易なＰＥＦＣを
ＤＳＳ発電用として用いることにより、両電池における
特性及び操作上の短所を相補うことができる。またこれ
ら両燃料電池の負荷を電池設置サイトの電力負荷パター
ンに合うように選定することにより、常に高効率で負荷
変動可能な発電システムとすることができる。
ＰＡＦＣをベースロード（低負荷又は最低負荷）発電用
として用いるとともに、起動・停止が容易なＰＥＦＣを
ＤＳＳ発電用として用いることにより、両電池における
特性及び操作上の短所を相補うことができる。またこれ
ら両燃料電池の負荷を電池設置サイトの電力負荷パター
ンに合うように選定することにより、常に高効率で負荷
変動可能な発電システムとすることができる。
【００３２】また本発明によれば、動作温度が高いＰＡ
ＦＣの電池冷却系と動作温度が低いＰＥＦＣの電池冷却
系を同一ループとすることにより、電池システムを単純
化でき、イニシャルコストが削減でき、さらには補機動
力を低下させることができ、ランニングコストを全体と
して下げることができる。
ＦＣの電池冷却系と動作温度が低いＰＥＦＣの電池冷却
系を同一ループとすることにより、電池システムを単純
化でき、イニシャルコストが削減でき、さらには補機動
力を低下させることができ、ランニングコストを全体と
して下げることができる。
【図１】ＰＡＦＣの態様例を原理的に示す図。
【図２】ＰＥＦＣの操作態様例を模式的に示す図。
【図３】水素供給装置の態様例を模式的に示す図。
【図４】ＰＡＦＣとＰＥＦＣを水素供給装置に共有化さ
せ、ＰＥＦＣへ供給する水素中のＣＯをＰＳＡ法により
１００ｐｐｍ以下とする例を示す図。
せ、ＰＥＦＣへ供給する水素中のＣＯをＰＳＡ法により
１００ｐｐｍ以下とする例を示す図。
【図５】ＰＳＡ塔を用いる従来例（複数塔が必要）を示
す図。
す図。
【図６】ＰＳＡ塔を用いる本発明の例（１塔のみでよ
い）を示す図。
い）を示す図。
【図７】水素吸蔵合金塔を用いる従来例（複数塔が必
要）を示す図。
要）を示す図。
【図８】水素吸蔵合金塔を用いる本発明の例（１塔のみ
でよい）を示す図。
でよい）を示す図。
【図９】水素吸蔵合金塔の操作態様例を示す図。
Ｆ 燃料導管 Ｋ 空気導管 １ 水素吸蔵合金 ２ 冷却用又は加熱用熱媒体の導入管 ３ 冷却用又は加熱用熱媒体の導出管 ４、５ ガス導管 ６ 切換弁 ７ オフガス導管 ８ 高純度水素ガス導管
Claims (7)
- 【請求項１】水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高
分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度
１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給す
るようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置
からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下
にして固体高分子型燃料電池へ供給するようにしてなる
ことを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。 - 【請求項２】水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高
分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度
１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給す
るようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置
からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下
にして固体高分子型燃料電池へ供給するようにし、且
つ、リン酸型燃料電池の電池冷却系の２次冷却系を固体
高分子型燃料電池の電池冷却系としてなることを特徴と
するハイブリッド型燃料電池システム。 - 【請求項３】上記ＰＳＡ塔が１塔のＰＳＡ塔である請求
項１又は２記載のハイブリッド型燃料電池システム。 - 【請求項４】水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高
分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度
１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給す
るようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置
からの水素を水素吸蔵合金塔によりＣＯ濃度１００ｐｐ
ｍ以下にして固体高分子型燃料電池へ供給するようにし
てなることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システ
ム。 - 【請求項５】水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高
分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度
１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給す
るようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置
からの水素を水素吸蔵合金塔によりＣＯ濃度１００ｐｐ
ｍ以下にして固体高分子型燃料電池へ供給するように
し、且つ、リン酸型燃料電池の電池冷却系の２次冷却系
を固体高分子型燃料電池の電池冷却系としてなることを
特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。 - 【請求項６】上記水素吸蔵合金塔が１塔の水素吸蔵合金
塔である請求項４又は５記載のハイブリッド型燃料電池
システム。 - 【請求項７】上記水素供給装置が都市ガス又は天然ガス
の水蒸気改質器を含む水素供給装置である請求項１乃至
６の何れかに記載のハイブリッド型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10161328A JPH11339820A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | ハイブリッド型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10161328A JPH11339820A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | ハイブリッド型燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11339820A true JPH11339820A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15733005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10161328A Pending JPH11339820A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | ハイブリッド型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11339820A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001241599A (ja) * | 2000-02-25 | 2001-09-07 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 水素回収・貯蔵容器 |
| FR2829296A1 (fr) * | 2001-09-05 | 2003-03-07 | Renault | Dispositif et procede d'alimentation en hydrogene d'une pile a combustible et utilisation pour la traction electrique d'un vehicule |
| WO2003021703A1 (fr) * | 2001-09-03 | 2003-03-13 | Sony Corporation | Dispositif d'alimentation en energie et procede de fonctionnement associe |
| JP2006302746A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2007060748A1 (ja) * | 2005-11-22 | 2007-05-31 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | プロトン導電材料、その製造方法、水素濃淡電池、水素センサ、燃料電池 |
| JP2009048853A (ja) * | 2007-08-20 | 2009-03-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
-
1998
- 1998-05-26 JP JP10161328A patent/JPH11339820A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001241599A (ja) * | 2000-02-25 | 2001-09-07 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 水素回収・貯蔵容器 |
| JP4663839B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2011-04-06 | 日本重化学工業株式会社 | 水素回収・貯蔵容器 |
| WO2003021703A1 (fr) * | 2001-09-03 | 2003-03-13 | Sony Corporation | Dispositif d'alimentation en energie et procede de fonctionnement associe |
| US7150930B2 (en) | 2001-09-03 | 2006-12-19 | Sony Corporation | Power supply system and operating method thereof |
| KR100931975B1 (ko) * | 2001-09-03 | 2009-12-15 | 소니 가부시끼 가이샤 | 전원장치 및 그 동작방법 |
| FR2829296A1 (fr) * | 2001-09-05 | 2003-03-07 | Renault | Dispositif et procede d'alimentation en hydrogene d'une pile a combustible et utilisation pour la traction electrique d'un vehicule |
| WO2003021704A2 (fr) * | 2001-09-05 | 2003-03-13 | Renault S.A.S. | Dispositif et procede d'alimentation en hydrogene d'une pile a combustible et utilisation pour la traction electrique d'un vehicule |
| WO2003021704A3 (fr) * | 2001-09-05 | 2004-02-12 | Renault Sa | Dispositif et procede d'alimentation en hydrogene d'une pile a combustible et utilisation pour la traction electrique d'un vehicule |
| US7311985B2 (en) | 2001-09-05 | 2007-12-25 | Renault S.A.S. | Device and method for supplying hydrogen to a fuel cell, and the use thereof for electric vehicle traction |
| JP2006302746A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2007060748A1 (ja) * | 2005-11-22 | 2007-05-31 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | プロトン導電材料、その製造方法、水素濃淡電池、水素センサ、燃料電池 |
| JP2009048853A (ja) * | 2007-08-20 | 2009-03-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
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