JPS621447A

JPS621447A - 水に混和可能な燃料と水の前混合装置をもつ燃料電池システム

Info

Publication number: JPS621447A
Application number: JP61128417A
Authority: JP
Inventors: Ji Abensu Sandaasu; サンダース・ジ・アベンス; Keiru Uiriamu; ウイリアム・ケイル; Fuaruuku Mohamedo; モハメド・フアルーク
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1987-01-07
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: US4585708A; EP0205146A2; JP2594041B2; EP0205146A3; CA1276968C

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。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）　産業上の利用分野本発明は燃料電池システム特にリフオーマがシ　　　　
゛ステムの燃料電池用反応燃料ガスを生成するに用いら
れる燃料電池システムに関する。

（ロ）　従来の技術前記型式の多くのシステムにおいて、用いられるリフオ
ーマはスチームリフオーマであり、水と例えばメタノー
ルもしくはエタノールのような炭化水素燃料がリフオー
マ内もしくはリフオーマに到る通路内で直接混合される
。この型式のシステムは米国特許第３．５３９．３９５
号、第３．６０７．４１９号、第３、９８２．９６２号
、第３．９７６、５０７号、第４．００１．０４１号、
第４．１２８．７００号及び第４．２００．６８２号明
細書に開示されている。米国特許第３．６１５．８５０
号も又燃料と水がまず熱交換器内で混合され、その後リ
フオーマに送られる型式のシステムを開示している。

前記特許のシステムは必要な燃料と水をリフオーマに供
給するが、最適作動と効率を促進する方法で行うことが
できない、特に水と燃料の混合法により混合される各成
分の量が不正確となりやすい、これは−力発生する燃料
ガス量の不足をもたらす、これは又燃料電池に反応燃料
ガスとして導入される燃料にもおよぶ、これら両影響は
燃料電池作動の低下をもたらす。

更に炭化水素燃料と水との混合法は、システムが停止し
たときシステム内の全混合物のみならず残存水を生ずる
０、２つの成分を適正に混合できないと、これら両影響
に作動の付加的低下を伴う結果とすなる。他方システム
内の残存水は、燃料電池システトが寒冷地で用いられる
場合氷結問題を引きおこす。

（ハ）　発明の目的従って本発明の目的は、炭化水素燃料と水の混合が前記
不利益をもたらさない方法でパワープラントにおいて行
なわれる燃料電池システムを提供することである。

本発明の他の目的は、炭化水素と水が量的に正確な比率
で旦完全混合を促進する方法で混合される燃料電池シス
テムを提供することである。

更に本発明の目的は、炭化水素燃料と水が停止時水の氷
結する可能性を著しく減少するように混合される燃料電
池システムを提供することである。

（ニ）　発明の概要本発明の原理によれば前記の目的は、水に混合可能な炭
化水素燃料と水が正確な容積比率で先ず混合タンク内に
導入され、その後得られた燃料−水混合物が貯蔵タンク
の入口混合部分に送られる燃料システムで実現される。

第１の導管手段が燃料−水混合物を貯蔵タンクの出口部
分から燃料電池システムのリフオーマに導く、一方第２
の導管手段が第１導管内の燃料−水混合物の一部を、混
合物の完全混合を促進するよう、貯蔵タンクの入口部分
にもどす。

更に制御手段が、水と炭化水素燃料の混合タンクへの流
れ及び得られた燃料−水混合物のそれに続く貯蔵タンク
への流れを円筒状に制御するため設けられる。特に水に
混合可能な炭化水素燃料は、混合タンク内の燃料−水混
合物が第１の規定レベル以下になった直後、燃料源から
送り出される。ついで混合タンク内成分レベルにより予
めきめられた容量が加えられて、第２規定レベルに達す
るまで、燃料のみが混合タンクに入れられる。

後者のレベルに達して後燃料の供・袷が止り、水の供給
が始まるが、タンク内成分のレベルにより予めきめられ
た水量が加えられて第３規定レベルに達するまでである
。第３レベルに達したとき水の供給は停止する。

一旦混合タンク（２１）内の燃料−水混合物が第３の規
定レベルにあると、貯蔵タンク（２４）へ送り出し可能
となる。これは貯蔵タンｊ＜ｚａ＞内の燃料−水混合レ
ベルが、第１の規定位置以下に低下したときのみ起こり
、この規定位置で貯蔵タンクは混合タンク（２１）内の
第１・第３規定レベル間の全燃料−水混合物を収容でき
る。このとき燃料−水混合物が貯蔵タンク（２４）に送
り出きれる。混合タンク（２１）内の燃料−水混合物が
第１規定レベル以下に低下したとき、貯蔵タンクへの供
給は止まり、燃料と水の混合タンク（２１）への導入及
び得られた燃料−水混合物の貯蔵タンク（２４）への供
給のナイタルが繰返される。

本発明の他の特徴において、水の混合タンクへ　　　　
゛の供給は、運転停止に際しシステムから水が排出され
るよう、重力にもとづく。

（ホ）　実施例本発明の実施例を以下図について説明する。

第１図はシステムのスチームリフオーマ（３）用の炭化
水素燃料−水混合物を作る装ｆｉ！（２）を用いた燃料
電池システムを示す、一方リフオーマ（３）は燃料−水
混合物を反応燃料ガスに変換し、これが燃料電池（４）
の負極に供給される。燃料電池（４）は又、反応酸化剤
ガスを反応燃料ガスとの電気化学的変換のためその正極
で受入れ、電気エネルギーを発生する０反応ガス流から
分離したガス流は、電池冷却のため電池へ送られる空気
である。

電池く４）の正極及び負極から排出されたガスはバーナ
（５）に送られ、これらガスを装置（２）がらの混合物
と共に（始動中）もしくは混合物なしで（運転中）燃焼
し、す７オーマ（３）用の熱を発生ずる。ついでバーナ
ー排ガスは冷却空気流の供給される凝縮器く６）を通過
する。この凝縮器（６）は排出流中の水分の一部を除去
し、この水が燃料源（７）からの水に混合可能な炭化水
素燃料と混合するため、混合装置（２）に供給される。

第２図は第１図の混合装置（２）の拡大詳細図を示す、
前混合タンク（２１）は、凝縮器（６）の水出口（６ａ
）の下に、その水入口（Ｚｔａ）をもって配置されてい
る。前記口（２１ａ）と（６ａ）を結ぶ導管（２２）の
水バルブ（ｖ６）は、凝縮器（６）から混合タンク（２
１）への水の流れを制御する。又タンク（２１）は、燃
料源（７）から、ポンプ（ＥＰ２）及び導管（２３）を
通り燃料が供給される入口（ｚｔｂ）を経て、水に混和
可能な炭化水素燃料を受入れる。

貯蔵タンク（２４）は混合タンク（２１）の出口（２１
ｃ）の下方に位置している。このタンク（２４）は、タ
ンク（２１）内に溜められた炭化水素燃料−水混合物を
、その上部もしくは混合部（２４つの入口（２４ａ）を
経て受入れる。この混合物は口（２１ｅ）と（２４ａ）
を結ぶ導管（２５）を経て供給される。この導管〈２５
）は、両タンク間の混合物通路を制御するバルブ（ｖ５
）を含んでいる。導管（２６）のポンプ（ＦＰＩ）は、
貯蔵タンク（２４）内の混合物をタンク出口（２４ｂ）
からリフオーマ（３）に送り出す、導管（２６）のポン
プ（ＦＰ　１）から下流に、圧力調節器（２７）が設け
られ、導管（２６〉内の混合物の一部を、導管（２８〉
とタンク入口（２４ａ）を経て、タンク（２４）の混合
部分（２４’）にもどす。

タンク（２１）と（２４）は１．更に水と燃料の容積的
に正確な比率の完全な混合を得るよう、コントローラ（
２９）を介してバルブ（ｖ５）と（ｖ６）の開閉及びポ
ンプ（ＦＰ２）の作動を制御するスイッチを備えている
。特番こ混合タンク（２１）は、このタンク内成分の第
１・第２及び第３の各規定レベルに対応する第１・第２
及び第３の各スイッチ（Ｍｌ）（■２）及び（Ｍ３）を
含んでいる。一方貯蔵タンク（２４）は、このタンク内
の燃料−水混合物の第１規定位置に対応する第１スイッ
チ（Ｆ３）を含んでいる。

スイッチ（Ｍｌ）〜（Ｍ３）と（Ｆ３）及びコントロー
ラ（２９）により行なわれる制御は、先ず燃料のみが外
部から混合タンク（２１）に供給されてタンクを第２規
定レベルに上昇させることである。この時燃料の供給は
止まや、水のみが供給されてタンクを第３規定レベルに
上昇させる。ついでこの時点で水供給は止まる。この動
作により水と燃料の正確にきめられた容量がタンク内で
混合される。

混合タンク内レベルが第３規定レベルになると、タンク
は燃料−水混合物を貯蔵タンクに供給できる状態にある
。この供給は貯蔵タンク内レベルが第１規定位置以下に
低下した時のみ行なわれる。この時点において、貯蔵タ
ンク（２４）は、混合タンク（２１）内のすべての混合
物を収容でき、混合物が貯蔵タンクに供給きれる。貯蔵
タンクへの供給が混合タンク内レベルの第１規定レベル
以下への低下をもたらしたとき、供給は止まる。

混合タンク内レベルの第１規定レベル以下への低下は、
又再び混合タンクへの燃料の供給を始める。ついで、水
の供給及び燃料−水混合物の貯蔵タンクへの送出の前記
サイクルが繰返えきれる。

前述動作を調和させるために、コントローラ（２９）は
、スイッチ（Ｍｌ）〜（Ｍ３）と（Ｆ３）が規定条件下
にあるときのみ、バルブ（Ｖ５）（ＶＢ）及びポンプ（
ＦＰ２）の状態を変える。特にスイッチ（Ｈｌ）が閉状
態で混合タンク内レベルが第１規定レベル以下であるこ
とを示しているとき、コントローラは、バルブ（ｖ５）
を閉じポンプ（ＦＰ２）を駆動する。これは燃料の混合
タンク（２１）への供給をもたらし、混合タンク内容物
の貯蔵タンクへの送出を防止する。タンク（２１）内レ
ベルが第２規定レベルに達したとき、スイッチ（Ｍ２）
の状態は閉に変わる。この状態の変化はコントローラ（
２９）により検知され、それによリボンブ（ＦＰ２）は
停止し、バルブ（ｖ６）を開くよう働く。

かくて燃料供給は止まりついで水の供給が始まる。水の
供給がタンク（２１）内レベルを第３規定レベルに上昇
させたとき、スイッチ（Ｍ３）の状態は閉に変化する。

コントローラ（２９）はこの状態変化を検知し、バルブ
（ｖ６）を閉じて水の供給を停止する。

スイッチ（Ｍ３）の状態が閉で、タンク（２０内レベル
が第１規定位置以下であることを示す（Ｆ３）の状態ノ
閉への変化は、コントローラ（２９）により検知されて
バルブ（ｖ５）を開とする。これはタンク（２１）内温
合物のタンク（２４）への供給を′もたらす、この供給
はタンク（２１）内レベルが第１規定レベル以下に低下
するまで読く、このときスイッチ（Ｍｌ）は再び閉とな
る。これに応動してコントローラ（２９）はバルブ（ｖ
５）を閉じ、タンク（２１）への燃料の供給を再び始め
るためポンプ（ＦＰ２）を駆動し、これによりサイクル
が繰返される。

バルブ（Ｖ５）（ＶＢ）及びポンプ（ＦＰ２）の前記動
作は、第３図の表にまとめられている。これら表はコン
トローラ（２９）が作動する各スイッチの状態を示す、
これは又バルブ及びポンプの正常位置く動力ＯＦＦに対
応する）と、これら要素の動力ＯＮ及びＯＦＦ条件と関
連したスイッチの状態を示す。

第２１５０の混合装置は凝縮器（６）からタンク（２１
）への水の供給が重力で行なわれる重力型式システムで
あることがわかる。これはシステム停止中、バルブ（ｖ
６）の下に位置するバルブ（ｖ７）を経て凝縮器（６）
の排水を可能とするため、有利である。かかる排水は燃
料電池システムが氷結条件にさらされたとき水の氷結を
防止する。またタンク・（２１）内での燃料と水の混合
法は、水より低い氷結点をもつメタノールの如き燃料が
タンク内に存在して後のみ水が加えられるので、氷結を
防止する。

タンク（２１）内での水と燃料の混合は、更に水がタン
ク（２１）内の燃料に滴下可能の場合のみバルブ（ｖ６
）を開にすることにより促進される。従って水と燃料は
完全に混合される。更に混合は又タンク（２４）から調
節器（２７）と導管（２８）を経て吸引される混合物の
一部再循環により行なわれる。

かくて本発明装置は燃料と水の正確な比率の完全混合を
与える。これは又氷結を阻止するような方法での混合を
与える。す７オーマ（３）に供給される燃料−水混合物
はかくて最大限に改質可能となり、それにより全燃料電
池システム（１〉の効率的な作動を促進する。

混合装置のバルブ（Ｖ５）（Ｖ６）及び（ｖ７）は、汎
用ンレノイド作動パルプでよいことに注目されたい。

一方コントローラ（２９）は、汎用スイッチ作動型リレ
ーコントローラもしくは汎用マイクプロセッサーでよい
。

すべての場合において、前述の構成は、本発明の適用を
示す多くの可能な特別の実施例の単なる説明であること
が理解される。多くの他の異った構成は、本発明の意図
と範囲を逸脱することなしに容易に考えられる４例えば
装置（２〉に供給されろ水は、直接正極排ガスから、も
しくは負極排ガスを空気と共に燃焼することにより発生
するガスから直接、もしくはこれらガスの混合物から回
収可能である０回収の代りに水は分離水源から得ること
も可能である。

４、　　ＶＩＪ面のｉ＊＊な説明第１図は本発明に関連する燃料電池システトの概略図、
第２図くイ）は第１図に示された本発明装置の拡大詳細
図、（ロ）は同上装置と関連するフントローラの入出力
信号を示す図である。第３図の（イ）及び（ロ）は第２
＠装置のスイッチ群、バルブとポンプに対するスイッチ
及び各要素（バルブ・ポンプ）の作動条件を示す図であ
る。

２・・・混合装置、３・・・す７オーマ、４・・・燃料
電　　　池、５・・・バーナー、６・・・凝縮器、７・
・・燃料源、２１・二混合タンク、２４・・・貯蔵タン
ク、２９・・・コントローラ、Ｖ５．Ｖ６．Ｖ７−・・
バルブ、ＦＰｌ、ＦＰ２−・・ポンプ、Ｍｌ。

Ｍ２．　Ｍ３．　Ｆ３・・・スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料ガスを受入れる負極と酸化剤ガスを受入れる
正極を含む燃料電池、水と水に混和可能な炭化水素燃料
の混合物を受入れて前記混合物から前記燃料ガスを生成
するリフオーマ、入口部分と出口を有し前記混合物の供
給を受入れる貯蔵タンク、前記貯蔵タンクからの前記混
合物を前記リフオーマに供給するため前記出口に結合さ
れた第１手段、水に混和可能な炭化水素燃料源から燃料
を受入れ且予め規定された容量で水源から水を受入れて
前記混合物を作る混合タンク、前記混合タンク内の前記
混合物を前記貯蔵タンクの前記入口部分に送り出す第２
手段を含むことを特徴とする水に混和可能な燃料と水の
前混合装置をもつ燃料電池システム。
（２）特許請求の範囲第１項において、更に前記第１手
段より供給された前記混合物の一部を前記貯蔵タンクの
前記入口部分に送出する第３手段を含むことを特徴とす
る水に混和可能な燃料と水の前混合装置をもつ燃料電池
システム。
（３）特許請求の範囲第２項において、前記燃料源から
の燃料を前記混合タンクに送出する第４手段、前記水源
からの水を前記混合タンクに送出する第５手段、前記第
２、第４及び第５各手段を、前記混合タンク内容物のレ
ベルが第１の規定レベル以下に低下したとき混合物の前
記貯蔵タンクへの送出を阻止して燃料のみが前記混合タ
ンクへ送出され、前記混合タンク内のレベルが第２の規
定レベルに上昇したとき燃料の前記混合タンクへの供給
を停止して水のみが前記混合タンクに供給され、前記混
合タンク内のレベルが第３の規定ルベルに上昇したとき
前記混合タンクへの水の供給を停止し、前記混合タンク
が前記第３のレベルになって後前記貯蔵タンク内混合物
のレベルが第１の規定位置以下に低下したとき、混合物
の前記混合タンクから前記貯蔵タンクへの送出を可能と
するよう、制御する手段を含むことを特徴とする水に混
和可能な燃料と水の前混合装置をもつ燃料電池システム
。
（４）特許請求の範囲第３項において、前記制御手段は
、前記混合タンク内の前記第１・第２及び第３の各規定
レベルに配置された第１・第２及び第３スイッチ並びに
前記貯蔵タンク内の前記第１規定位置に配置された第４
スイッチを含み、前記第２手段は前記制御手段に応動す
るバルブを含み、前記第４手段は前記制御手段に応動す
るポンプを含み、且前記第５手段は前記制御手段に応動
するバルブを含むことを特徴とする水に混和可能な燃料
と水の前混合装置をもつ燃料電池システム。
（５）特許請求の範囲第４項において、前記混合タンク
は、水が前記第５手段により混合タンクに重力で供給さ
れるよう、前記水源の下方に配置されていることを特徴
とする水に混和可能な燃料と水の前混合装置をもつ燃料
電池システム。
（６）特許請求の範囲第５項において、前記第５手段の
前記バルブが開いたとき前記混合タンク内に水が滴下さ
れることを特徴とする水に混和可能な燃料と水の前混合
装置をもつ燃料電池システム。
（７）特許請求の範囲第６項において、前記第５手段は
前記供給源から水を排出するため前記第５手段の前記バ
ルブ下流にもう１つのバルブを含むことを特徴とする水
に混和可能な燃料と水の前混合装置をもつ燃料電池シス
テム。
（８）特許請求の範囲第１項において、前記水供給源は
、前記システムのガス中に含有する水を凝縮するための
凝縮器を含むことを特徴とする水に混和可能な燃料と水
の前混合装置をもつ燃料電池システム。