JPS60207256A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPS60207256A JPS60207256A JP59060728A JP6072884A JPS60207256A JP S60207256 A JPS60207256 A JP S60207256A JP 59060728 A JP59060728 A JP 59060728A JP 6072884 A JP6072884 A JP 6072884A JP S60207256 A JPS60207256 A JP S60207256A
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- fuel cell
- hydrogen
- fuel
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- 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
- H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
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- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池発電システムの改良に係り、特に燃料
として水素を用いる燃料電池のその発電システムの改良
に関するものである。
として水素を用いる燃料電池のその発電システムの改良
に関するものである。
従来一般に採用されている燃料電池発電システムは、第
１図に示されているように燃料室１ａ及び酸化剤室１ｂ
を備えた燃料電池本体１があり、この燃料電池本体に燃
料及び酸化剤が供給されて発電するシステムになってい
るわけであるが、この燃料の供給系統側は、燃料の天然
ガスを貯蔵しておく燃料貯蔵装置２、天然ガスを水蒸気
改質反応によシ水素分の豊富なガスに変換すｉ改質装置
３、さらに−酸化炭素分を除去して水素濃度を上げる変
成器４、水分を除去する気水分離器５などから構成され
ている。一方酸化剤、すなわち空気の供給系統側は、空
気６を酸化剤室１ｂに送シ込むプロワ−あるいはエクス
パンダコンプレッサ７及び燃料電池反応での生成水を除
去する気水分離器８を有する構成となっている。燃料電
池本体１には冷却器９が設けられておシ、この冷却器に
水処理装置１０からの純水を電池温度制御装置１１によ
シミ池の温度を制御しつ＼流通させ燃料電池本体の温度
が所定値を保つようになっている。またこの電池温度制
御装置１１は、前記改質装置の水蒸気改質反応に必要な
スチームの発生、供給も行なっている。さらに燃料電池
本体１から排出された燃料及び空気は、前記改質装置３
に必要な熱源として改質装置の燃焼部へ供給される。ま
た、改質装置３からの排出ガスは、この例ではエクスパ
ンダコンプレッサ７のエクスパンダ側へ供給すれ、コン
プレッサの動力源として回収されるシステムとなってい
る。
１図に示されているように燃料室１ａ及び酸化剤室１ｂ
を備えた燃料電池本体１があり、この燃料電池本体に燃
料及び酸化剤が供給されて発電するシステムになってい
るわけであるが、この燃料の供給系統側は、燃料の天然
ガスを貯蔵しておく燃料貯蔵装置２、天然ガスを水蒸気
改質反応によシ水素分の豊富なガスに変換すｉ改質装置
３、さらに−酸化炭素分を除去して水素濃度を上げる変
成器４、水分を除去する気水分離器５などから構成され
ている。一方酸化剤、すなわち空気の供給系統側は、空
気６を酸化剤室１ｂに送シ込むプロワ−あるいはエクス
パンダコンプレッサ７及び燃料電池反応での生成水を除
去する気水分離器８を有する構成となっている。燃料電
池本体１には冷却器９が設けられておシ、この冷却器に
水処理装置１０からの純水を電池温度制御装置１１によ
シミ池の温度を制御しつ＼流通させ燃料電池本体の温度
が所定値を保つようになっている。またこの電池温度制
御装置１１は、前記改質装置の水蒸気改質反応に必要な
スチームの発生、供給も行なっている。さらに燃料電池
本体１から排出された燃料及び空気は、前記改質装置３
に必要な熱源として改質装置の燃焼部へ供給される。ま
た、改質装置３からの排出ガスは、この例ではエクスパ
ンダコンプレッサ７のエクスパンダ側へ供給すれ、コン
プレッサの動力源として回収されるシステムとなってい
る。
このようなシステムであると、燃料供給側には改質装置
や変成器また気水分離器などが配置されるため装置全体
が大形となってし１う嫌いがある。
や変成器また気水分離器などが配置されるため装置全体
が大形となってし１う嫌いがある。
尚、この対策の一つとして水素ボンベを用いることも考
えられるが、水素の貯蔵密度の問題から、やはシ大形の
燃料貯蔵設備が必要となシ装置全体としては大形となる
嫌いがおった。
えられるが、水素の貯蔵密度の問題から、やはシ大形の
燃料貯蔵設備が必要となシ装置全体としては大形となる
嫌いがおった。
本発明はこれにかんがみなされたもので１１）、したが
ってその目的とするところは、装置全体が小形化できる
ようになしたこの種の燃料電池発電システムを提供する
にある。
ってその目的とするところは、装置全体が小形化できる
ようになしたこの種の燃料電池発電システムを提供する
にある。
すなわち本発明は、燃料貯蔵装置における水素の貯蔵を
、水素吸蔵合金にて行うとともに、運転時はこの水素吸
蔵合金に所定の熱量を与え水素を発生させるようになし
所期の目的を達成するようにしたものである。
、水素吸蔵合金にて行うとともに、運転時はこの水素吸
蔵合金に所定の熱量を与え水素を発生させるようになし
所期の目的を達成するようにしたものである。
以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。第２図には燃料電池本体１．燃料貯蔵装置２．燃料供
給装置１２．酸化剤供給装置１３゜電池温度制御装置１
１を具備した燃料電池発電システムが示されている。燃
料電池本体１には従来同様燃料電池本体を冷却する冷却
器９が設けられており、この冷却器及び電池温度制御装
置１１により燃料電池本体１は所定の温度に保たれるよ
うになっている。
。第２図には燃料電池本体１．燃料貯蔵装置２．燃料供
給装置１２．酸化剤供給装置１３゜電池温度制御装置１
１を具備した燃料電池発電システムが示されている。燃
料電池本体１には従来同様燃料電池本体を冷却する冷却
器９が設けられており、この冷却器及び電池温度制御装
置１１により燃料電池本体１は所定の温度に保たれるよ
うになっている。
電池温度制御装置１１は冷却器９に冷却水を供給する給
水ポンプ１４と、燃料電池の起動時にこの冷却水を所定
の温度に温める起動用ヒータ１５などから構成されてい
る。
水ポンプ１４と、燃料電池の起動時にこの冷却水を所定
の温度に温める起動用ヒータ１５などから構成されてい
る。
一方燃料貯蔵装置２はガスタンク１６及びこのガスタン
ク内に配置された水素吸蔵合金１７などよシ構成され、
特にこの場合、この水素吸蔵合金１７の部分には前述し
た電池温度制御装置１１の一部、すなわち冷却器９の冷
却水排出側及び給水ポンプ１４の吸込側とバルブ１８を
介して結合されておυ、温まった冷却水が水素吸蔵合金
１７の温度を制御するように形成されている。
ク内に配置された水素吸蔵合金１７などよシ構成され、
特にこの場合、この水素吸蔵合金１７の部分には前述し
た電池温度制御装置１１の一部、すなわち冷却器９の冷
却水排出側及び給水ポンプ１４の吸込側とバルブ１８を
介して結合されておυ、温まった冷却水が水素吸蔵合金
１７の温度を制御するように形成されている。
また燃料貯蔵装置２と燃料電池本体１間に配置される燃
料供給装置１２は燃料供給路中に設けられたパルプ等の
制御装置１９〜２４から構成されている。
料供給装置１２は燃料供給路中に設けられたパルプ等の
制御装置１９〜２４から構成されている。
こ＼で燃料貯蔵源として用いられる水素吸蔵合金１７に
ついてのべると、水素吸蔵合金は一般に次式で表わされ
る。すなわち ２ＭＨ！／（）’ ”）＋Ｈｚ＝２ＭＨｙ１０’ ｌ
＋Ｑ・・・・・・・・・（１） 金属水素化物の生成反応（（１）式右方向の反応）は普
通発熱反応であシ、反応のエンタルピー変化は負の値と
なる。従って外部からエネルギーを与えると、（１）式
の平衡反応が左へ進み、水素が放出される。例えば水素
化マグネシウム（ＭｇＨ２）の場合は、１７．８ ｋｃ
ａｌ／ ｍｏｔの熱量が必要となる。
ついてのべると、水素吸蔵合金は一般に次式で表わされ
る。すなわち ２ＭＨ！／（）’ ”）＋Ｈｚ＝２ＭＨｙ１０’ ｌ
＋Ｑ・・・・・・・・・（１） 金属水素化物の生成反応（（１）式右方向の反応）は普
通発熱反応であシ、反応のエンタルピー変化は負の値と
なる。従って外部からエネルギーを与えると、（１）式
の平衡反応が左へ進み、水素が放出される。例えば水素
化マグネシウム（ＭｇＨ２）の場合は、１７．８ ｋｃ
ａｌ／ ｍｏｔの熱量が必要となる。
第３図は代表的な水素吸蔵合金の水素の吸着、放出の特
性を熱重量（ＴＧ）及び示差熱分析（ＤＴＡ）結果によ
シ示したものである。この図かられかるように温度を上
げていくと、重量減少が起こシ、水素が放出され、吸熱
反応が起っていることがわかシ、また逆に温度を下げて
ゆくと、重量増加が起とシ、水素が吸着され、発熱反応
が生じることがわかるであろう。
性を熱重量（ＴＧ）及び示差熱分析（ＤＴＡ）結果によ
シ示したものである。この図かられかるように温度を上
げていくと、重量減少が起こシ、水素が放出され、吸熱
反応が起っていることがわかシ、また逆に温度を下げて
ゆくと、重量増加が起とシ、水素が吸着され、発熱反応
が生じることがわかるであろう。
一般に水素吸蔵合金の挙動は、圧力・組成・温度の関係
によって説明出来る。第４図にはその代表的な水素吸蔵
合金の圧力・組成等混線図が示されている。今、水素吸
蔵合金を温度Ｔ１で水素圧Ｐ１の状態におくと、組成り
の水素化物が生成し、これをＴ２まで加熱すると、圧力
Ｐ２の水素を組成Ａになるまで放出する。すなわち、水
素を低温で吸蔵し高温で放出させることにニジ、組成り
。
によって説明出来る。第４図にはその代表的な水素吸蔵
合金の圧力・組成等混線図が示されている。今、水素吸
蔵合金を温度Ｔ１で水素圧Ｐ１の状態におくと、組成り
の水素化物が生成し、これをＴ２まで加熱すると、圧力
Ｐ２の水素を組成Ａになるまで放出する。すなわち、水
素を低温で吸蔵し高温で放出させることにニジ、組成り
。
Ａ間の水素が燃料電池用の燃料として利用出来ることに
なるわけである。
なるわけである。
尚本発明に適用できる水素吸蔵合金としては種種考えら
れるが、主なもの一物性値を示すと次のようになる。
れるが、主なもの一物性値を示すと次のようになる。
これらの水素吸蔵合金のうちいずれを選ぶかはそのシス
テムの温度レベル、圧力レベル、排熱レベル等を考慮し
て最適のものを選べばよいし、また種々組合わせて用い
ることも考えられるでおろう。
テムの温度レベル、圧力レベル、排熱レベル等を考慮し
て最適のものを選べばよいし、また種々組合わせて用い
ることも考えられるでおろう。
次に本発明のシステムにおける作用についてのべると、
起動時にはまず燃料電池本体１が所定の温度にまで昇温
されるわけであるが、との昇温はパルプ２５．１８が閉
じられ、パルプ２６が開いた状態で、起動用ヒータ１５
の投入及びポンプ１４の駆動である程度温まった冷却水
を電池本体１内の冷却器に循環して行われる。燃料電池
本体１が所定の温度になったことを電池本体温度検出器
２７が検出すると、温度制御装置よシバルプ２５．１８
が徐開となり、燃料貯蔵装置２の熱交換器部分に電池を
冷却している系統の出口から温水が導入される。この温
水の導入により水素吸蔵合金は温められて水素ガスを発
生する。発生した水素は、圧力制御装置２０及び流量制
御装置２３を経て電池本体１のアノード側に導入される
。この水素の導入と別に設けられた酸化剤供給装置１３
からの空気と合わせて発電が開始されるわけである。尚
発電が開始されると、電池反応が発熱反応であることか
ら、燃料電池本体を特に温める必要はなくな９、起動用
ヒータは不要となる。この場合むしろ逆に燃料電池本体
が温まりすぎるので冷却水の冷却が必要となってくる。
起動時にはまず燃料電池本体１が所定の温度にまで昇温
されるわけであるが、との昇温はパルプ２５．１８が閉
じられ、パルプ２６が開いた状態で、起動用ヒータ１５
の投入及びポンプ１４の駆動である程度温まった冷却水
を電池本体１内の冷却器に循環して行われる。燃料電池
本体１が所定の温度になったことを電池本体温度検出器
２７が検出すると、温度制御装置よシバルプ２５．１８
が徐開となり、燃料貯蔵装置２の熱交換器部分に電池を
冷却している系統の出口から温水が導入される。この温
水の導入により水素吸蔵合金は温められて水素ガスを発
生する。発生した水素は、圧力制御装置２０及び流量制
御装置２３を経て電池本体１のアノード側に導入される
。この水素の導入と別に設けられた酸化剤供給装置１３
からの空気と合わせて発電が開始されるわけである。尚
発電が開始されると、電池反応が発熱反応であることか
ら、燃料電池本体を特に温める必要はなくな９、起動用
ヒータは不要となる。この場合むしろ逆に燃料電池本体
が温まりすぎるので冷却水の冷却が必要となってくる。
冷却水の冷却は水素吸蔵合金の水素発生反応が吸熱反応
であることを利用し、燃料貯蔵装置２の熱交換器部分に
導入する冷却水量を、電池入口冷却水温度検出制御装置
２８によシ、すなわち燃料電池本体の温度が所定値を保
つようにパルプ２５．２６の開度を調節することによシ
行われる。
であることを利用し、燃料貯蔵装置２の熱交換器部分に
導入する冷却水量を、電池入口冷却水温度検出制御装置
２８によシ、すなわち燃料電池本体の温度が所定値を保
つようにパルプ２５．２６の開度を調節することによシ
行われる。
このようなシステムであると、燃料である水素の貯蔵が
水素吸蔵合金１７にて行われるので、燃料貯蔵装置２は
小形化、すなわち水素吸蔵合金は容積当シの水素貯蔵量
が圧縮水素の数倍で、液体水素以上もあシ、１０１００
ＯＮの貯蔵に３．５ ｍ ３の占有空間しか要さず、非
、常にコンパクトになる。
水素吸蔵合金１７にて行われるので、燃料貯蔵装置２は
小形化、すなわち水素吸蔵合金は容積当シの水素貯蔵量
が圧縮水素の数倍で、液体水素以上もあシ、１０１００
ＯＮの貯蔵に３．５ ｍ ３の占有空間しか要さず、非
、常にコンパクトになる。
また水素吸蔵合金であると、低圧で燃料を貯蔵すること
ができ高圧ガス取締法の適用は受けないし、さらに合金
自体安価なので燃料貯蔵装置を安価に製造することも可
能である。
ができ高圧ガス取締法の適用は受けないし、さらに合金
自体安価なので燃料貯蔵装置を安価に製造することも可
能である。
また水素吸蔵合金よシ水素を発生させるに必要な熱量を
燃料電池本体１の排熱から得るようにしているので、ｌ
Ｆ＆に水素発生用の熱源は不要でシステム自体非常に簡
素化される。さらにこの場合特に燃料電池本体１の排熱
を、燃料電池本体の冷却１用冷媒（冷却水）の一部を取
り出すようになし、かつその取り出し量をパルプ２５．
２６の開度調節により燃料電池本体の温度が所定の一定
値を保つようにしたので特に冷媒である冷却水を冷却す
る装置が不要となり、さらにシステム全体が簡素化され
るのである。
燃料電池本体１の排熱から得るようにしているので、ｌ
Ｆ＆に水素発生用の熱源は不要でシステム自体非常に簡
素化される。さらにこの場合特に燃料電池本体１の排熱
を、燃料電池本体の冷却１用冷媒（冷却水）の一部を取
り出すようになし、かつその取り出し量をパルプ２５．
２６の開度調節により燃料電池本体の温度が所定の一定
値を保つようにしたので特に冷媒である冷却水を冷却す
る装置が不要となり、さらにシステム全体が簡素化され
るのである。
以上述べてきたように、本発明の燃料電池発電システム
によれば、水素貯蔵装置における水素ガスの貯蔵を、水
素吸蔵合金にて行うとともに、運転時はこの水素吸蔵合
金に所定の熱量を与え水素を発生させるようにしたから
、従来採用されていた改質装置や変成器は不要となり、
かつ水素貯蔵装置自体が容積小さくして多量の水素を貯
蔵でき、したがって装置全体が小形の燃料電池発電シス
テムが得られる。
によれば、水素貯蔵装置における水素ガスの貯蔵を、水
素吸蔵合金にて行うとともに、運転時はこの水素吸蔵合
金に所定の熱量を与え水素を発生させるようにしたから
、従来採用されていた改質装置や変成器は不要となり、
かつ水素貯蔵装置自体が容積小さくして多量の水素を貯
蔵でき、したがって装置全体が小形の燃料電池発電シス
テムが得られる。
第１図は従来の燃料電池発電システムを示す系統図、第
２図は本発明の燃料電池発電システムを示す系統図、第
３図は水素吸蔵合金の水素吸着−放出特性図、第４図は
水素吸蔵合金の圧力−組成等温図である。 １・・・燃料電池本体、２・・・燃料貯蔵装置、１１・
・・温度制御装置、１２・・・燃料供給装置、１３・・
・酸化剤供給装置、１７・・・水素吸蔵合金。 代理人 弁理士 高橋明夫 高？口 ３０ 温度 （Ｃ） 儲水素化牧局粗人（原子比）
２図は本発明の燃料電池発電システムを示す系統図、第
３図は水素吸蔵合金の水素吸着−放出特性図、第４図は
水素吸蔵合金の圧力−組成等温図である。 １・・・燃料電池本体、２・・・燃料貯蔵装置、１１・
・・温度制御装置、１２・・・燃料供給装置、１３・・
・酸化剤供給装置、１７・・・水素吸蔵合金。 代理人 弁理士 高橋明夫 高？口 ３０ 温度 （Ｃ） 儲水素化牧局粗人（原子比）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、燃料として水素を用いる燃料電池本体と、該燃料電
池本体に燃料及び酸化剤を給排する給排装置と、前記燃
料電池本体の燃料を貯蔵する燃料貯蔵装置と、前記燃料
電池本体の温度を冷媒を介して制御する温度制御装置と
を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記燃料貯蔵
装置における水素の貯蔵を水素吸蔵合金にて行うととも
に、運転時はこの水素吸蔵合金に所定の熱量を与え水素
を発生させるようにしたことを特徴とする燃料電池発電
システム。 ２、前記水素吸蔵合金に与える熱量を、前記燃料電池本
体の排熱から得るようにしたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の燃料電池発電システム。 ３、前記燃料電池本体の排熱を、前記燃料電池本体の温
度制御装置系統内の冷媒を介して取出すようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項の燃料電池発電シス
テム。 ４、前記燃料電池本体の排熱を、前記燃料電池本体の温
度制御装置系統内の一部の冷媒を介して取出すとともに
、その冷媒量を燃料電池本体の温度が所定の一定値を保
つように調整可能にしたことを特徴とする燃料電池発電
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59060728A JPS60207256A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59060728A JPS60207256A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60207256A true JPS60207256A (ja) | 1985-10-18 |
Family
ID=13150626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59060728A Pending JPS60207256A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60207256A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03101062A (ja) * | 1989-09-13 | 1991-04-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池電源システム |
| JPH0682756U (ja) * | 1991-05-30 | 1994-11-25 | 川崎重工業株式会社 | 燃料電池発電装置 |
| WO2000063993A1 (de) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Zentrum Für Sonnenenergie- Und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Gemeinnützige Stiftung | Netzunabhängige, schadstoffemissionsfreie, portable stromversorgungseinrichtung sowie verfahren zur erzeugung von strom mittels dieser |
| EP1284515A2 (en) * | 2001-08-16 | 2003-02-19 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Generating system for a fuel cell, and heat waste recirculating and cooling system of said generating system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS514716A (ja) * | 1974-06-28 | 1976-01-16 | Nissan Motor | |
| JPS514717A (ja) * | 1974-06-28 | 1976-01-16 | Nissan Motor | |
| JPS5273345A (en) * | 1975-12-16 | 1977-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hydrogen fuel cell device |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59060728A patent/JPS60207256A/ja active Pending
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| WO2000063993A1 (de) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Zentrum Für Sonnenenergie- Und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Gemeinnützige Stiftung | Netzunabhängige, schadstoffemissionsfreie, portable stromversorgungseinrichtung sowie verfahren zur erzeugung von strom mittels dieser |
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| EP1284515A3 (en) * | 2001-08-16 | 2004-08-11 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Generating system for a fuel cell, and heat waste recirculating and cooling system of said generating system |
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