JPH1186893A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- JPH1186893A JPH1186893A JP9257902A JP25790297A JPH1186893A JP H1186893 A JPH1186893 A JP H1186893A JP 9257902 A JP9257902 A JP 9257902A JP 25790297 A JP25790297 A JP 25790297A JP H1186893 A JPH1186893 A JP H1186893A
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- reformer
- cell system
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 起動時または過渡応答時に水素リッチガスを
早期に生成して、起動から発電までの時間短縮を可能に
すること。 【解決手段】 燃料源となる水素リッチガスを生成する
改質装置７を備えた燃料電池システムにおいて、起動時
または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒層１２を加
熱して昇温する加熱装置を前記改質装置に供給する改質
原料を蒸発させる装置であって、起動時または過渡応答
時において改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスを
前記改質装置の燃焼ガス加熱部に供給する蒸発装置５に
よって構成される燃料電池システム。
早期に生成して、起動から発電までの時間短縮を可能に
すること。 【解決手段】 燃料源となる水素リッチガスを生成する
改質装置７を備えた燃料電池システムにおいて、起動時
または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒層１２を加
熱して昇温する加熱装置を前記改質装置に供給する改質
原料を蒸発させる装置であって、起動時または過渡応答
時において改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスを
前記改質装置の燃焼ガス加熱部に供給する蒸発装置５に
よって構成される燃料電池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体に適用可能
なものであって、燃料源となる水素リッチガスを生成す
る改質装置を備えた燃料電池システムにおいて、起動時
または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒層を加熱し
て昇温する加熱装置を備え、起動時または過渡応答時に
水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮を可能にする燃料電池システムに関する。
なものであって、燃料源となる水素リッチガスを生成す
る改質装置を備えた燃料電池システムにおいて、起動時
または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒層を加熱し
て昇温する加熱装置を備え、起動時または過渡応答時に
水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮を可能にする燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の第１の燃料電池システム（特開平
８−２９３３１２）においては、図６に示されるように
水素源として改質装置Ｋを用い、ＣＯ変成器Ｈを介して
燃料電池Ｖに供給するものが多いが、改質原料として液
体燃料を用いる場合や、ガス燃料に水を加える場合、起
動時において、炭化水素化合物に水を加えた改質原料ガ
スを前記改質装置Ｋ内の改質触媒層に到達するまでに、
該改質装置Ｋが常温であるのでガス化された原料が凝縮
し、所望の水素量が発生するまでに数１０分オーダーの
時間を要していた。そこで起動時に水素リッチガスを早
期に生成することを意図した従来システムについて以下
に述べる。
８−２９３３１２）においては、図６に示されるように
水素源として改質装置Ｋを用い、ＣＯ変成器Ｈを介して
燃料電池Ｖに供給するものが多いが、改質原料として液
体燃料を用いる場合や、ガス燃料に水を加える場合、起
動時において、炭化水素化合物に水を加えた改質原料ガ
スを前記改質装置Ｋ内の改質触媒層に到達するまでに、
該改質装置Ｋが常温であるのでガス化された原料が凝縮
し、所望の水素量が発生するまでに数１０分オーダーの
時間を要していた。そこで起動時に水素リッチガスを早
期に生成することを意図した従来システムについて以下
に述べる。
【０００３】従来の第２の燃料電池発電システム（特開
平５−９４８３３）は、図７に示されるように不活性ガ
スを昇温して系内を循環させる例示が示されている。す
なわち、起動昇温時においては、原料ガスと水蒸気の供
給弁Ｇ、Ｓを閉じたまま窒素ガス等の不活性ガスをその
供給ラインＬから燃料改質系に供給して封入し、ガス循
環ブロアＢを駆動しながら改質器ＫのバーナーＮを燃焼
させ、この燃焼熱を上記不活性ガス循環ガスに与えるこ
とにより、一連の燃料改質系の機器を次第に昇温させる
ものであった。
平５−９４８３３）は、図７に示されるように不活性ガ
スを昇温して系内を循環させる例示が示されている。す
なわち、起動昇温時においては、原料ガスと水蒸気の供
給弁Ｇ、Ｓを閉じたまま窒素ガス等の不活性ガスをその
供給ラインＬから燃料改質系に供給して封入し、ガス循
環ブロアＢを駆動しながら改質器ＫのバーナーＮを燃焼
させ、この燃焼熱を上記不活性ガス循環ガスに与えるこ
とにより、一連の燃料改質系の機器を次第に昇温させる
ものであった。
【０００４】また従来の第３の燃料電池システム（特開
平８−１６２１３７）は、図８に示されるように起動用
バーナーＳＢおよびスチーム発生器ＳＦを持ち、生成し
た水蒸気を熱媒体として、上述した従来システムと同様
に加熱するものであった。
平８−１６２１３７）は、図８に示されるように起動用
バーナーＳＢおよびスチーム発生器ＳＦを持ち、生成し
た水蒸気を熱媒体として、上述した従来システムと同様
に加熱するものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の第２の燃料
電池発電システムは、不活性ガスを昇温して系内を循環
させるものであるため、定置用では使えるが、移動体に
おける使用には適さないとともに、別の媒体を加熱し、
熱容量の小さいもので熱容量の大きいものを加熱するの
は時間を要するという問題があった。
電池発電システムは、不活性ガスを昇温して系内を循環
させるものであるため、定置用では使えるが、移動体に
おける使用には適さないとともに、別の媒体を加熱し、
熱容量の小さいもので熱容量の大きいものを加熱するの
は時間を要するという問題があった。
【０００６】また従来の第３の燃料電池システムは、起
動用バーナーＳＢおよびスチーム発生器ＳＦを備えるも
のであるため、装置が複雑であり移動体における使用に
は適さないとともに、時間を要するという問題があっ
た。
動用バーナーＳＢおよびスチーム発生器ＳＦを備えるも
のであるため、装置が複雑であり移動体における使用に
は適さないとともに、時間を要するという問題があっ
た。
【０００７】本発明者は、燃料源となる水素リッチガス
を生成する改質装置を備えた燃料電池システムにおい
て、起動時または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒
層を加熱して昇温するという本発明の技術的思想に着眼
し、研究開発を重ねた結果、起動時または過渡応答時に
水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮を可能にするという目的を達成する本発明に到
達した。
を生成する改質装置を備えた燃料電池システムにおい
て、起動時または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒
層を加熱して昇温するという本発明の技術的思想に着眼
し、研究開発を重ねた結果、起動時または過渡応答時に
水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮を可能にするという目的を達成する本発明に到
達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の燃料電池システムは、燃料源となる水素
リッチガスを生成する改質装置を備えた燃料電池システ
ムにおいて、起動時または過渡応答時に前記改質装置の
改質触媒層を加熱して昇温する加熱装置を備えているも
のである。
の第１発明）の燃料電池システムは、燃料源となる水素
リッチガスを生成する改質装置を備えた燃料電池システ
ムにおいて、起動時または過渡応答時に前記改質装置の
改質触媒層を加熱して昇温する加熱装置を備えているも
のである。
【０００９】本発明（請求項２に記載の第２発明）の燃
料電池システムは、前記第１発明において、前記加熱装
置が、前記改質装置に供給する改質原料を蒸発させる装
置であって、起動時または過渡応答時において改質原料
を蒸発させるための高温燃焼ガスを前記改質装置の燃焼
ガス加熱部に供給する蒸発装置によって構成されるもの
である。
料電池システムは、前記第１発明において、前記加熱装
置が、前記改質装置に供給する改質原料を蒸発させる装
置であって、起動時または過渡応答時において改質原料
を蒸発させるための高温燃焼ガスを前記改質装置の燃焼
ガス加熱部に供給する蒸発装置によって構成されるもの
である。
【００１０】本発明（請求項３に記載の第３発明）の燃
料電池システムは、前記第１発明において、前記加熱装
置が、前記改質装置内に燃料を噴霧する噴霧ノズルと、
噴霧された燃料を触媒燃焼反応により発熱させ前記改質
触媒層を加熱する改質原料加熱部とから成るものであ
る。
料電池システムは、前記第１発明において、前記加熱装
置が、前記改質装置内に燃料を噴霧する噴霧ノズルと、
噴霧された燃料を触媒燃焼反応により発熱させ前記改質
触媒層を加熱する改質原料加熱部とから成るものであ
る。
【００１１】本発明（請求項４に記載の第４発明）の燃
料電池システムは、前記第１発明において、前記加熱装
置が、前記改質装置内に配設され電源から供給された電
力により前記改質触媒層を加熱するヒーターとから成る
ものである。
料電池システムは、前記第１発明において、前記加熱装
置が、前記改質装置内に配設され電源から供給された電
力により前記改質触媒層を加熱するヒーターとから成る
ものである。
【００１２】本発明（請求項５に記載の第５発明）の燃
料電池システムは、前記第２発明において、前記蒸発装
置が、前記改質装置内に配設されているものである。
料電池システムは、前記第２発明において、前記蒸発装
置が、前記改質装置内に配設されているものである。
【００１３】本発明（請求項６に記載の第６発明）の燃
料電池システムは、前記第１発明において、前記改質装
置が、前記改質触媒層に接して配設されたガス拡散層
と、加熱部から改質触媒層に延在するとともに一定間隔
で多数並設された熱伝導体とを備えているものである。
料電池システムは、前記第１発明において、前記改質装
置が、前記改質触媒層に接して配設されたガス拡散層
と、加熱部から改質触媒層に延在するとともに一定間隔
で多数並設された熱伝導体とを備えているものである。
【００１４】本発明（請求項７に記載の第７発明）の燃
料電池システムは、前記第２発明または第５発明におい
て、前記蒸発装置が、ポンプによって供給されたタンク
内の燃料を燃焼させるバーナーと、燃料の燃焼により通
過供給される改質原料を昇温する熱交換器とから成るも
のである。
料電池システムは、前記第２発明または第５発明におい
て、前記蒸発装置が、ポンプによって供給されたタンク
内の燃料を燃焼させるバーナーと、燃料の燃焼により通
過供給される改質原料を昇温する熱交換器とから成るも
のである。
【００１５】
【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
燃料電池システムは、燃料源となる水素リッチガスを生
成する改質装置を備えた燃料電池システムにおいて、前
記加熱装置が、起動時または過渡応答時に前記改質装置
の改質触媒層を加熱して昇温するので、起動時または過
渡応答時に水素リッチガスを早期に生成して、起動から
発電までの時間短縮および過渡応答性を向上させるとい
う効果を奏する。
燃料電池システムは、燃料源となる水素リッチガスを生
成する改質装置を備えた燃料電池システムにおいて、前
記加熱装置が、起動時または過渡応答時に前記改質装置
の改質触媒層を加熱して昇温するので、起動時または過
渡応答時に水素リッチガスを早期に生成して、起動から
発電までの時間短縮および過渡応答性を向上させるとい
う効果を奏する。
【００１６】上記構成より成る第２発明の燃料電池シス
テムは、前記第１発明において、前記加熱装置を構成す
る前記改質装置に供給する改質原料を蒸発させる蒸発装
置が、起動時または過渡応答時において改質原料を蒸発
させるための高温燃焼ガスを前記改質装置の燃焼ガス加
熱部に供給するので、新たな装置を追加することなく、
起動時または過渡応答時に水素リッチガスを早期に生成
して、起動から発電までの時間短縮および過渡応答性を
向上させるという効果を奏する。
テムは、前記第１発明において、前記加熱装置を構成す
る前記改質装置に供給する改質原料を蒸発させる蒸発装
置が、起動時または過渡応答時において改質原料を蒸発
させるための高温燃焼ガスを前記改質装置の燃焼ガス加
熱部に供給するので、新たな装置を追加することなく、
起動時または過渡応答時に水素リッチガスを早期に生成
して、起動から発電までの時間短縮および過渡応答性を
向上させるという効果を奏する。
【００１７】上記構成より成る第３発明の燃料電池シス
テムは、前記第１発明において、前記加熱装置を構成す
る前記噴霧ノズルが、前記改質装置内に燃料を噴霧し
て、前記改質原料加熱部が、噴霧された燃料を触媒燃焼
反応により発熱させ前記改質触媒層を加熱するので、起
動時または過渡応答時に水素リッチガスを一層早期に生
成して、起動から発電までの時間短縮および過渡応答性
を向上させるという効果を奏する。
テムは、前記第１発明において、前記加熱装置を構成す
る前記噴霧ノズルが、前記改質装置内に燃料を噴霧し
て、前記改質原料加熱部が、噴霧された燃料を触媒燃焼
反応により発熱させ前記改質触媒層を加熱するので、起
動時または過渡応答時に水素リッチガスを一層早期に生
成して、起動から発電までの時間短縮および過渡応答性
を向上させるという効果を奏する。
【００１８】上記構成より成る第４発明の燃料電池シス
テムは、前記第１発明において、前記加熱装置を構成す
る前記改質装置内に配設された前記ヒーターが、前記電
源から供給された電力により前記改質触媒層を加熱する
ので、起動時または過渡応答時における電力制御によ
り、水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電ま
での時間短縮および過渡応答性を向上させるという効果
を奏する。
テムは、前記第１発明において、前記加熱装置を構成す
る前記改質装置内に配設された前記ヒーターが、前記電
源から供給された電力により前記改質触媒層を加熱する
ので、起動時または過渡応答時における電力制御によ
り、水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電ま
での時間短縮および過渡応答性を向上させるという効果
を奏する。
【００１９】上記構成より成る第５発明の燃料電池シス
テムは、前記第２発明において、前記蒸発装置が、前記
改質装置内に配設されているので、起動時または過渡応
答時において改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガス
の熱を改質触媒層に直接作用させるので、起動時または
過渡応答時に水素リッチガスを一層早期に生成して、起
動から発電までの時間を一層短縮するとともに、過渡応
答性を向上させるという効果を奏する。
テムは、前記第２発明において、前記蒸発装置が、前記
改質装置内に配設されているので、起動時または過渡応
答時において改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガス
の熱を改質触媒層に直接作用させるので、起動時または
過渡応答時に水素リッチガスを一層早期に生成して、起
動から発電までの時間を一層短縮するとともに、過渡応
答性を向上させるという効果を奏する。
【００２０】上記構成より成る第６発明の燃料電池シス
テムは、前記第１発明において、前記改質装置が、前記
改質触媒層に接して配設されたガス拡散層と、加熱部か
ら改質触媒層に延在するとともに一定間隔で多数並設さ
れた前記熱伝導体とを備えているので、各熱伝導体が前
記加熱部から前記改質触媒層全体に熱を一様に伝達し
て、該改質触媒層全体を一様に昇温することが出来ると
いう効果を奏する。
テムは、前記第１発明において、前記改質装置が、前記
改質触媒層に接して配設されたガス拡散層と、加熱部か
ら改質触媒層に延在するとともに一定間隔で多数並設さ
れた前記熱伝導体とを備えているので、各熱伝導体が前
記加熱部から前記改質触媒層全体に熱を一様に伝達し
て、該改質触媒層全体を一様に昇温することが出来ると
いう効果を奏する。
【００２１】上記構成より成る第７発明の燃料電池シス
テムは、前記第２発明または第５発明において、前記蒸
発装置を構成する前記バーナーが前記ポンプによって供
給された前記タンク内の燃料を燃焼させ、前記熱交換器
が燃料の燃焼により通過供給される改質原料を蒸発させ
るので、前記ポンプにより供給される燃料の燃焼制御に
よって、起動時または過渡応答時における水素リッチガ
スの早期生成を可能にするという効果を奏する。
テムは、前記第２発明または第５発明において、前記蒸
発装置を構成する前記バーナーが前記ポンプによって供
給された前記タンク内の燃料を燃焼させ、前記熱交換器
が燃料の燃焼により通過供給される改質原料を蒸発させ
るので、前記ポンプにより供給される燃料の燃焼制御に
よって、起動時または過渡応答時における水素リッチガ
スの早期生成を可能にするという効果を奏する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００２３】（第１実施形態）本第１実施形態の燃料電
池システムは、図１に示されるように燃料源となる水素
リッチガスを生成する改質装置７を備えた燃料電池シス
テムにおいて、起動時または過渡応答時に前記改質装置
の改質触媒層１２を加熱して昇温する加熱装置を前記改
質装置に供給する改質原料を蒸発させる装置であって、
起動時または過渡応答時において改質原料を蒸発させる
ための高温燃焼ガスを前記改質装置の燃焼ガス加熱部に
供給する蒸発装置５によって構成されるものである。
池システムは、図１に示されるように燃料源となる水素
リッチガスを生成する改質装置７を備えた燃料電池シス
テムにおいて、起動時または過渡応答時に前記改質装置
の改質触媒層１２を加熱して昇温する加熱装置を前記改
質装置に供給する改質原料を蒸発させる装置であって、
起動時または過渡応答時において改質原料を蒸発させる
ための高温燃焼ガスを前記改質装置の燃焼ガス加熱部に
供給する蒸発装置５によって構成されるものである。
【００２４】前記蒸発装置５が、メタノールタンク３に
貯留されたメタノールをメタノールポンプ２によって供
給して、該供給されたメタノールを燃焼させるバーナー
１と、メタノールの燃焼により通過供給される例えばメ
タノールと水に対して時には空気が加えられた改質原料
を蒸発させる熱交換器６とから成るものである。バーナ
ーでの温度制御その他は、図示しない空気によって行わ
れる。図１中４は、燃料電池オフガス供給ラインであ
る。
貯留されたメタノールをメタノールポンプ２によって供
給して、該供給されたメタノールを燃焼させるバーナー
１と、メタノールの燃焼により通過供給される例えばメ
タノールと水に対して時には空気が加えられた改質原料
を蒸発させる熱交換器６とから成るものである。バーナ
ーでの温度制御その他は、図示しない空気によって行わ
れる。図１中４は、燃料電池オフガス供給ラインであ
る。
【００２５】前記改質装置７は、中空円筒容器によって
構成され、中心部の空洞部によって構成される燃焼ガス
加熱部１０と、該燃焼ガス加熱部１０の外側に形成され
前記熱交換器６から供給され導入管８を介して導入され
た蒸発した改質原料を拡散するガス拡散層９と、該ガス
拡散層９の外側に形成された環状の改質触媒層１２と、
前記燃焼ガス加熱部１０から前記改質触媒層１２に至り
延在するとともに軸方向に一定間隔で多数並設された熱
伝導体１１とを備えているものである。
構成され、中心部の空洞部によって構成される燃焼ガス
加熱部１０と、該燃焼ガス加熱部１０の外側に形成され
前記熱交換器６から供給され導入管８を介して導入され
た蒸発した改質原料を拡散するガス拡散層９と、該ガス
拡散層９の外側に形成された環状の改質触媒層１２と、
前記燃焼ガス加熱部１０から前記改質触媒層１２に至り
延在するとともに軸方向に一定間隔で多数並設された熱
伝導体１１とを備えているものである。
【００２６】上記構成より成る第１実施形態の燃料電池
システムは、前記熱交換器６と前記バーナー１を内包し
ている前記蒸発装置５が、前記改質原料を２５０℃付近
の所定の温度まで昇温されガス化される。
システムは、前記熱交換器６と前記バーナー１を内包し
ている前記蒸発装置５が、前記改質原料を２５０℃付近
の所定の温度まで昇温されガス化される。
【００２７】従来における起動時においては、前記改質
装置７全体が常温になっており、前記蒸発装置５で昇温
された改質原料が導入管８からガス拡散層９および改質
触媒層１２に到達する過程でガス化された原料が凝縮す
る。
装置７全体が常温になっており、前記蒸発装置５で昇温
された改質原料が導入管８からガス拡散層９および改質
触媒層１２に到達する過程でガス化された原料が凝縮す
る。
【００２８】そこで熱源となる前記バーナー１で改質原
料を昇温する以上に熱量を発生させ高温燃焼ガスを前記
燃焼ガス加熱部１０に接触させ、前記改質原料導入管
８、前記ガス拡散層９、改質触媒層１２に熱を伝え易く
する前記熱伝導体１１、前記改質触媒層１２を早期に加
熱して、水素リッチガスを早期に生成する。改質ガス出
口管１３から送出したガスは、図示しないＣＯ低減部
（ＣＯ変成器）を経て燃料電池へ到達する。
料を昇温する以上に熱量を発生させ高温燃焼ガスを前記
燃焼ガス加熱部１０に接触させ、前記改質原料導入管
８、前記ガス拡散層９、改質触媒層１２に熱を伝え易く
する前記熱伝導体１１、前記改質触媒層１２を早期に加
熱して、水素リッチガスを早期に生成する。改質ガス出
口管１３から送出したガスは、図示しないＣＯ低減部
（ＣＯ変成器）を経て燃料電池へ到達する。
【００２９】上記作用を奏する第１実施形態の燃料電池
システムは、前記蒸発装置５が、起動時または過渡応答
時において改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスを
前記改質装置７の燃焼ガス加熱部１０に供給するので、
新たな装置を追加することなく、前記蒸発装置５におけ
る制御の変更によって、起動時または過渡応答時（特に
改質原料増量時）に水素リッチガスを早期に生成して、
起動から発電までの時間短縮および過渡応答性を向上さ
せるという効果を奏する。
システムは、前記蒸発装置５が、起動時または過渡応答
時において改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスを
前記改質装置７の燃焼ガス加熱部１０に供給するので、
新たな装置を追加することなく、前記蒸発装置５におけ
る制御の変更によって、起動時または過渡応答時（特に
改質原料増量時）に水素リッチガスを早期に生成して、
起動から発電までの時間短縮および過渡応答性を向上さ
せるという効果を奏する。
【００３０】また第１実施形態の燃料電池システムは、
起動時間の短縮および過渡応答性の向上により、システ
ム全体の応答性が向上するので、車両等の移動体用シス
テムの場合システムにおいてバッテリの依存度が小さく
なるため、採用するバッテリの容量を小さくかつ小型
化、低コスト化することができるという効果を奏する。
起動時間の短縮および過渡応答性の向上により、システ
ム全体の応答性が向上するので、車両等の移動体用シス
テムの場合システムにおいてバッテリの依存度が小さく
なるため、採用するバッテリの容量を小さくかつ小型
化、低コスト化することができるという効果を奏する。
【００３１】すなわち、燃料電池システムを車両等の移
動体や可搬型に適用する場合、立ち上げ時や負荷変動に
追従できる応答性や小型化が要求される。燃料源となる
水素リッチガスを生成する改質装置において、システム
立ち上げ時に瞬時に水素を生成し、燃料電池に送出でき
れば、起動から発電までの時間が短縮できる。
動体や可搬型に適用する場合、立ち上げ時や負荷変動に
追従できる応答性や小型化が要求される。燃料源となる
水素リッチガスを生成する改質装置において、システム
立ち上げ時に瞬時に水素を生成し、燃料電池に送出でき
れば、起動から発電までの時間が短縮できる。
【００３２】改質装置の改質原料（通常は、炭化水素化
合物＋水、場合によっては空気も含む）を水素リッチガ
スに改質する改質触媒層を、起動時または過渡応答時に
おいて早期に昇温する必要がある。改質触媒の活性温度
は一般に２５０〜３５０℃と言われている。
合物＋水、場合によっては空気も含む）を水素リッチガ
スに改質する改質触媒層を、起動時または過渡応答時に
おいて早期に昇温する必要がある。改質触媒の活性温度
は一般に２５０〜３５０℃と言われている。
【００３３】改質原料を前記改質触媒層１２の前段でガ
ス化して改質反応を行うが、従来のシステムにおいては
起動時に該改質触媒層１２は常温になっているので、改
質原料ガスが触媒層で凝縮する割合が多い。
ス化して改質反応を行うが、従来のシステムにおいては
起動時に該改質触媒層１２は常温になっているので、改
質原料ガスが触媒層で凝縮する割合が多い。
【００３４】本第１実施形態においては、水素リッチガ
ス（以下、改質ガス）を早期に燃料電池に送出する手段
として、起動時または過渡応答時において前記蒸発装置
５の制御により熱源となる前記バーナー１で改質原料を
昇温する以上に熱量を発生させ、かかる高温燃焼ガスを
前記燃焼ガス加熱部１０に接触させ起動時に改質触媒層
を加熱するので、上記従来のシステムにおける前記凝縮
が阻止される。
ス（以下、改質ガス）を早期に燃料電池に送出する手段
として、起動時または過渡応答時において前記蒸発装置
５の制御により熱源となる前記バーナー１で改質原料を
昇温する以上に熱量を発生させ、かかる高温燃焼ガスを
前記燃焼ガス加熱部１０に接触させ起動時に改質触媒層
を加熱するので、上記従来のシステムにおける前記凝縮
が阻止される。
【００３５】また第１実施形態の燃料電池システムは、
前記改質装置７が、前記改質触媒層１２に接して配設さ
れたガス拡散層９と、前記加熱部１０から改質触媒層１
２に延在するとともに一定間隔で多数並設された前記熱
伝導体１１とを備えているので、各熱伝導体１１が前記
加熱部１０から前記改質触媒層１２全体に熱を一様に伝
達して、該改質触媒層１２全体を一様に昇温することが
出来るという効果を奏する。
前記改質装置７が、前記改質触媒層１２に接して配設さ
れたガス拡散層９と、前記加熱部１０から改質触媒層１
２に延在するとともに一定間隔で多数並設された前記熱
伝導体１１とを備えているので、各熱伝導体１１が前記
加熱部１０から前記改質触媒層１２全体に熱を一様に伝
達して、該改質触媒層１２全体を一様に昇温することが
出来るという効果を奏する。
【００３６】さらに第１実施形態の燃料電池システム
は、前記蒸発装置５を構成する前記バーナー１が前記ポ
ンプ２によって供給された前記タンク３内の燃料を燃焼
させ、前記熱交換器６が燃料の燃焼により通過供給され
る改質原料を蒸発させるので、前記ポンプ２により供給
される燃料および空気の流量制御ならびに燃焼制御によ
って、起動時または過渡応答時の状態における水素リッ
チガスの早期生成を可能にするという効果を奏する。
は、前記蒸発装置５を構成する前記バーナー１が前記ポ
ンプ２によって供給された前記タンク３内の燃料を燃焼
させ、前記熱交換器６が燃料の燃焼により通過供給され
る改質原料を蒸発させるので、前記ポンプ２により供給
される燃料および空気の流量制御ならびに燃焼制御によ
って、起動時または過渡応答時の状態における水素リッ
チガスの早期生成を可能にするという効果を奏する。
【００３７】（第２実施形態）本第２実施形態の燃料電
池システムは、図２および図３に示されるように前記第
１実施形態における起動時または過渡応答時（特に改質
原料増量時）に水素リッチガスを早期に生成するために
高温燃焼ガスを供給する前記蒸発装置における制御の代
わりに前記加熱装置を、改質装置２８内に燃料を噴霧す
る噴霧ノズル３５と、噴霧された燃料を触媒燃焼反応に
より発熱させ前記改質触媒層３３を加熱する改質原料加
熱部３１とによって構成する点が相違点であり、以下相
違点を中心に説明する。
池システムは、図２および図３に示されるように前記第
１実施形態における起動時または過渡応答時（特に改質
原料増量時）に水素リッチガスを早期に生成するために
高温燃焼ガスを供給する前記蒸発装置における制御の代
わりに前記加熱装置を、改質装置２８内に燃料を噴霧す
る噴霧ノズル３５と、噴霧された燃料を触媒燃焼反応に
より発熱させ前記改質触媒層３３を加熱する改質原料加
熱部３１とによって構成する点が相違点であり、以下相
違点を中心に説明する。
【００３８】本第２実施形態においては、前記第１実施
形態における蒸発装置５の高温燃焼ガスの熱を利用する
のではなく、起動時にはバーナー２１での燃焼用の例え
ばメタノールを前記バーナー２１だけでなくバルブ２４
を開にすることで、前記噴霧ノズル３５を介して改質原
料加熱部３１に噴霧する。改質原料加熱部３１の表面に
は例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ等の貴金属が担持されてお
り、噴霧されたメタノールが触媒燃焼反応で発熱する。
形態における蒸発装置５の高温燃焼ガスの熱を利用する
のではなく、起動時にはバーナー２１での燃焼用の例え
ばメタノールを前記バーナー２１だけでなくバルブ２４
を開にすることで、前記噴霧ノズル３５を介して改質原
料加熱部３１に噴霧する。改質原料加熱部３１の表面に
は例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｄ等の貴金属が担持されてお
り、噴霧されたメタノールが触媒燃焼反応で発熱する。
【００３９】また、バルブ２４は、流量調節機能も付加
されている。定常時は、バーナー２１にて燃料電池水素
極側から排出される未反応水素改質ガスを燃焼させ改質
原料の昇温に使用される。改質原料の過渡的な増量時
に、バーナー２１にてメタノール燃焼も付加するが一時
的に改質原料の温度、ひいては改質触媒層の温度も低下
する。
されている。定常時は、バーナー２１にて燃料電池水素
極側から排出される未反応水素改質ガスを燃焼させ改質
原料の昇温に使用される。改質原料の過渡的な増量時
に、バーナー２１にてメタノール燃焼も付加するが一時
的に改質原料の温度、ひいては改質触媒層の温度も低下
する。
【００４０】そこでバーナー２１での燃焼だけでなく、
改質部の温度を昇温させる手段として前記方法が適用で
きる。つまり、改質原料昇温分かつ改質部昇温分を足し
た熱量を得るだけの燃焼メタノール量γ２および空気量
α２を加えれば良い。また、α３は燃料電池オフガスの
燃焼空気量を示す。
改質部の温度を昇温させる手段として前記方法が適用で
きる。つまり、改質原料昇温分かつ改質部昇温分を足し
た熱量を得るだけの燃焼メタノール量γ２および空気量
α２を加えれば良い。また、α３は燃料電池オフガスの
燃焼空気量を示す。
【００４１】図２中２２はメタノールポンプ、２３はメ
タノールタンク、２５は燃料電池オフガス供給ライン、
２６は蒸発装置、２７は熱交換器、２９は導入管、３０
はガス拡散器、３２は熱伝導体３４は改質ガス出口管で
ある。
タノールタンク、２５は燃料電池オフガス供給ライン、
２６は蒸発装置、２７は熱交換器、２９は導入管、３０
はガス拡散器、３２は熱伝導体３４は改質ガス出口管で
ある。
【００４２】本第２実施形態の燃料電池システムにおけ
る制御フローについて、図３を用いて以下に述べる。始
動時では、ステップ１０１において、改質触媒層３３に
設置されている温度センサ（図示せず）が前記改質触媒
層３３の温度を検出する。
る制御フローについて、図３を用いて以下に述べる。始
動時では、ステップ１０１において、改質触媒層３３に
設置されている温度センサ（図示せず）が前記改質触媒
層３３の温度を検出する。
【００４３】ステップ１０２において、始動時および過
渡応答時かまたは定常時かが判定される。上記構成より
成る第２実施形態の燃料電池システムは、前記熱交換器
６と前記バーナー１を内包している前記蒸発装置５が、
前記改質原料を２５０℃付近の所定の温度まで昇温され
ガス化される。
渡応答時かまたは定常時かが判定される。上記構成より
成る第２実施形態の燃料電池システムは、前記熱交換器
６と前記バーナー１を内包している前記蒸発装置５が、
前記改質原料を２５０℃付近の所定の温度まで昇温され
ガス化される。
【００４４】従来における起動時においては、前記改質
装置７全体が常温になっており、前記蒸発装置５で昇温
された改質原料が導入管８からガス拡散層９および改質
触媒層１２に到達する過程でガス化された原料が凝縮す
る。
装置７全体が常温になっており、前記蒸発装置５で昇温
された改質原料が導入管８からガス拡散層９および改質
触媒層１２に到達する過程でガス化された原料が凝縮す
る。
【００４５】そこで熱源となる前記バーナー１で改質原
料を昇温する以上に熱量を発生させ高温燃焼ガスを前記
燃焼ガス加熱部１０に接触させ、前記改質原料導入管
８、前記ガス拡散層９、改質触媒層１２に熱を伝え易く
する前記熱伝導体１１、前記改質触媒層１２を早期に加
熱して、水素リッチガスを早期に生成する。改質ガス出
口管１３から送出したガスは、図示しないＣＯ低減部
（ＣＯ変成器）を経て燃料電池へ到達する。ステップ１
０３において、触媒活性温度域αｔが、αｏ（≒２５０
℃）からαＴ（≒３５０℃）の温度範囲に入っているか
どうか判定される。
料を昇温する以上に熱量を発生させ高温燃焼ガスを前記
燃焼ガス加熱部１０に接触させ、前記改質原料導入管
８、前記ガス拡散層９、改質触媒層１２に熱を伝え易く
する前記熱伝導体１１、前記改質触媒層１２を早期に加
熱して、水素リッチガスを早期に生成する。改質ガス出
口管１３から送出したガスは、図示しないＣＯ低減部
（ＣＯ変成器）を経て燃料電池へ到達する。ステップ１
０３において、触媒活性温度域αｔが、αｏ（≒２５０
℃）からαＴ（≒３５０℃）の温度範囲に入っているか
どうか判定される。
【００４６】前記温度範囲に入っていないと、ステップ
１０４において、バルブ２４をオープンして、改質原料
を昇温させるべく燃焼メタノール量γｏと空気量βｏに
加え、改質原料加熱部３１にて燃焼させるべくメタノー
ル量γ１と空気量β１を増量される。αｔがαｏ＜αｔ
＜αＴに入るまで繰り返される。
１０４において、バルブ２４をオープンして、改質原料
を昇温させるべく燃焼メタノール量γｏと空気量βｏに
加え、改質原料加熱部３１にて燃焼させるべくメタノー
ル量γ１と空気量β１を増量される。αｔがαｏ＜αｔ
＜αＴに入るまで繰り返される。
【００４７】すなわちステップ１０５において、メタノ
ール量γ１と空気量β１が増量された結果、前記温度範
囲（αｏ＜αｔ＜αＴ）に入っているかどうか判定さ
れ、前記温度範囲に入っていない場合には、ステップ１
０６において、メタノール量γ２と空気量β２に増量さ
れる。
ール量γ１と空気量β１が増量された結果、前記温度範
囲（αｏ＜αｔ＜αＴ）に入っているかどうか判定さ
れ、前記温度範囲に入っていない場合には、ステップ１
０６において、メタノール量γ２と空気量β２に増量さ
れる。
【００４８】定常時の前記温度範囲（αｏ＜αｔ＜α
Ｔ）に入っている場合は、ステップ１０７において、バ
ルブ２４を閉じて増量分がカットされ定常時の燃焼メタ
ノール量γｏと空気量βｏに設定される。
Ｔ）に入っている場合は、ステップ１０７において、バ
ルブ２４を閉じて増量分がカットされ定常時の燃焼メタ
ノール量γｏと空気量βｏに設定される。
【００４９】上記構成より成る第２実施形態の燃料電池
システムは、前記噴霧ノズル３５が、前記改質装置２８
内に燃料を噴霧して、前記改質原料加熱部３１が、噴霧
された燃料を触媒燃焼反応により発熱させ前記改質触媒
層３３を加熱するので、起動時または過渡応答時に水素
リッチガスを一層早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮および過渡応答性を向上させるという効果を奏
する。
システムは、前記噴霧ノズル３５が、前記改質装置２８
内に燃料を噴霧して、前記改質原料加熱部３１が、噴霧
された燃料を触媒燃焼反応により発熱させ前記改質触媒
層３３を加熱するので、起動時または過渡応答時に水素
リッチガスを一層早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮および過渡応答性を向上させるという効果を奏
する。
【００５０】（第３実施形態）本第３実施形態の燃料電
池システムは、図４に示されるように前記第１実施形態
における起動時または過渡応答時（特に改質原料増量
時）に水素リッチガスを早期に生成するために高温燃焼
ガスを供給する前記蒸発装置における制御の代わりに前
記加熱装置を、前記改質装置内に配設され改質触媒層５
３を加熱するヒーター５１によって構成する点が相違点
であり、以下相違点を中心に説明する。
池システムは、図４に示されるように前記第１実施形態
における起動時または過渡応答時（特に改質原料増量
時）に水素リッチガスを早期に生成するために高温燃焼
ガスを供給する前記蒸発装置における制御の代わりに前
記加熱装置を、前記改質装置内に配設され改質触媒層５
３を加熱するヒーター５１によって構成する点が相違点
であり、以下相違点を中心に説明する。
【００５１】本第３実施形態においては、前記第１実施
形態および第２実施形態における例えばメタノールその
他の液体燃料による燃焼熱を電気ヒーター５１に置き換
えたものである。起動時または過渡応答時に電源装置５
５から供給された電力により電気ヒーター５１が発熱し
て、熱伝導板５２を介して前記改質触媒層５３を早期に
加熱して、早期にリッチガスを生成するものである。
形態および第２実施形態における例えばメタノールその
他の液体燃料による燃焼熱を電気ヒーター５１に置き換
えたものである。起動時または過渡応答時に電源装置５
５から供給された電力により電気ヒーター５１が発熱し
て、熱伝導板５２を介して前記改質触媒層５３を早期に
加熱して、早期にリッチガスを生成するものである。
【００５２】図４中４１はバーナー、４２はメタノール
ポンプ、４３はメタノールタンク、４４は燃料電池オフ
ガス供給ライン、４５は蒸発装置、４６は熱交換器、４
７は改質装置、４８は導入管、４９はガス拡散器、５０
は加熱部、５４は改質ガス出口管である。
ポンプ、４３はメタノールタンク、４４は燃料電池オフ
ガス供給ライン、４５は蒸発装置、４６は熱交換器、４
７は改質装置、４８は導入管、４９はガス拡散器、５０
は加熱部、５４は改質ガス出口管である。
【００５３】上記構成より成る第３実施形態の燃料電池
システムは、前記加熱装置を構成する前記改質装置４７
内に配設された前記ヒーター５１が、前記電源５５から
供給された電力により前記改質触媒層５３を加熱するの
で、起動時または過渡応答時における電力制御により、
水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮および過渡応答性を向上させるという効果を奏
する。
システムは、前記加熱装置を構成する前記改質装置４７
内に配設された前記ヒーター５１が、前記電源５５から
供給された電力により前記改質触媒層５３を加熱するの
で、起動時または過渡応答時における電力制御により、
水素リッチガスを早期に生成して、起動から発電までの
時間短縮および過渡応答性を向上させるという効果を奏
する。
【００５４】（第４実施形態）本第４実施形態の燃料電
池システムは、図５に示されるように前記第１実施形態
における起動時または過渡応答時に水素リッチガスを早
期に生成するために高温燃焼ガスを供給する改質装置外
に配設された前記蒸発装置の代わりに蒸発装置５を、改
質装置７内に配設する点が相違点であり、以下相違点を
中心に説明する。
池システムは、図５に示されるように前記第１実施形態
における起動時または過渡応答時に水素リッチガスを早
期に生成するために高温燃焼ガスを供給する改質装置外
に配設された前記蒸発装置の代わりに蒸発装置５を、改
質装置７内に配設する点が相違点であり、以下相違点を
中心に説明する。
【００５５】本第４実施形態においては、前記改質装置
７を構成する中空円筒体の外径を大きく形成することに
より、中央に大きな空洞を形成して、かかる空洞部内に
前記蒸発装置５を配置するものである。
７を構成する中空円筒体の外径を大きく形成することに
より、中央に大きな空洞を形成して、かかる空洞部内に
前記蒸発装置５を配置するものである。
【００５６】前記蒸発装置５内のバーナー１によって燃
焼され、熱交換器６におけるメタノールおよび水を昇温
蒸発させた高温燃焼ガスを供給する燃焼ガス通路１４
が、前記内部空洞内の外周側に配置され、燃焼ガス出口
１５を介して排出される。
焼され、熱交換器６におけるメタノールおよび水を昇温
蒸発させた高温燃焼ガスを供給する燃焼ガス通路１４
が、前記内部空洞内の外周側に配置され、燃焼ガス出口
１５を介して排出される。
【００５７】上記構成より成る第４実施形態の燃料電池
システムは、前記蒸発装置５が、前記改質装置７内に配
設されているので、起動時または過渡応答時において改
質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスの熱を改質触媒
層１２に直接作用させるので、起動時または過渡応答時
に水素リッチガスを一層早期に生成して、起動から発電
までの時間を一層短縮するとともに、過渡応答性を向上
させるという効果を奏する。
システムは、前記蒸発装置５が、前記改質装置７内に配
設されているので、起動時または過渡応答時において改
質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスの熱を改質触媒
層１２に直接作用させるので、起動時または過渡応答時
に水素リッチガスを一層早期に生成して、起動から発電
までの時間を一層短縮するとともに、過渡応答性を向上
させるという効果を奏する。
【００５８】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００５９】上述の実施形態は、一例として改質装置に
おいて改質触媒層を加熱する例について説明したが、本
発明としてはそれらに限定されるものでは無く、改質装
置から改質された燃料が供給されるＣＯ低減部（変成
器）において加熱する態様を採用することが出来る。
おいて改質触媒層を加熱する例について説明したが、本
発明としてはそれらに限定されるものでは無く、改質装
置から改質された燃料が供給されるＣＯ低減部（変成
器）において加熱する態様を採用することが出来る。
【図１】本発明の第１実施形態の燃料電池システムを示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の燃料電池システムを示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】本第２実施形態装置における制御フローを示す
チャート図である。
チャート図である。
【図４】本発明の第３実施形態の燃料電池システムを示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態の燃料電池システムを示
す断面図である。
す断面図である。
【図６】従来の第１の燃料電池システムを示すブロック
図である。
図である。
【図７】従来の第２の燃料電池発電システムを示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図８】従来の第３の燃料電池システムを示すブロック
図である。
図である。
５ 蒸発装置 ７ 改質装置 １２ 改質触媒層
Claims (7)
- 【請求項１】 燃料源となる水素リッチガスを生成する
改質装置を備えた燃料電池システムにおいて、 起動時または過渡応答時に前記改質装置の改質触媒層を
加熱して昇温する加熱装置を備えていることを特徴とす
る燃料電池システム。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記加熱装置が、前記改質装置に供給する改質原料を蒸
発させる装置であって、起動時または過渡応答時におい
て改質原料を蒸発させるための高温燃焼ガスを前記改質
装置の燃焼ガス加熱部に供給する蒸発装置によって構成
されることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記加熱装置が、前記改質装置内に燃料を噴霧する噴霧
ノズルと、噴霧された燃料を触媒燃焼反応により発熱さ
せ前記改質触媒層を加熱する改質原料加熱部とから成る
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項４】 請求項１において、 前記加熱装置が、前記改質装置内に配設され電源から供
給された電力により前記改質触媒層を加熱するヒーター
とから成ることを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項５】 請求項２において、 前記蒸発装置が、前記改質装置内に配設されていること
を特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項６】 請求項１において、 前記改質装置が、前記改質触媒層に接して配設されたガ
ス拡散層と、加熱部から改質触媒層に延在するとともに
一定間隔で多数並設された熱伝導体とを備えていること
を特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項７】 請求項２または請求項５において、 前記蒸発装置が、ポンプによって供給されたタンク内の
燃料を燃焼させるバーナーと、燃料の燃焼により通過供
給される改質原料を昇温する熱交換器とから成ることを
特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9257902A JPH1186893A (ja) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9257902A JPH1186893A (ja) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1186893A true JPH1186893A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=17312784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9257902A Pending JPH1186893A (ja) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1186893A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002068706A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-08 | Denso Corp | 水素生成装置 |
| JP2002083620A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池用の改質装置 |
| WO2001020702A3 (en) * | 1999-09-13 | 2002-07-18 | Ballard Generation Systems Inc | Fuel cell electric power generation system |
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-
1997
- 1997-09-04 JP JP9257902A patent/JPH1186893A/ja active Pending
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