JPS63228572A - 燃料電池発電システムの燃料ガス供給方式 - Google Patents

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 本発明はメタノールリフオーマを用いたりん酸燃料電池
発電システム、特に可撤用に適する小型発電システムの
燃料ガス供給方式に関するものである。

（ＣＩ＞　　従来の技術 一般に燃料電池の燃料極に供給される燃料ガスは、炭化
水素Ｐｉ料を燃料処理装置で改質した水素リッチガスを
用いるが、原燃料として天然ガスを用いる場合、リフオ
ーマで改質したガス中には多量（約４％）のＣｏを含ん
でおり、これが電極触媒の白金を被毒するため、とのＣ
ｏをシフトコンバータでＣＯ２に転化してＣＯ含量を約
０．５％迄低減する必要がある。そのため燃料処理装置
が大型化して小型発電システムには適しない。

これに対し原燃料にメタノールを用いる場合、これを改
質して得られる水素リッチガス中のＣＯ含量は０．５％
程度であるから、シフトコンバータを通すことなく、燃
料ガスとして用いることができ、燃料処理装置が簡素化
されて小型発電システムに適している。

一方ＣＯによる白金触媒の被毒は、電池温度が低い程著
しく、従って従来は始動時電池温度を約１２５℃程度に
昇温して後各反応ガスを供給し、電池反応熱により電池
の規定作動温度（約１８０〜１９０°Ｃ）まで昇温く負
荷昇温）する方法が採用されていた。しかしこの方法で
は電池の立上り時間が長くなるという問題があった。

又燃料ガス中には多量（約１０％）の水分を含んでおり
、通常凝縮器で水分を除去し〔後電池に供給する方法が
とられているが、これ又装置を複雑化することになる。

もし水分を除去することなしに低温（約４０℃）から負
荷昇温を開始すれば、電池温度が約４０℃から約１００
℃に達するまでの間、供給燃料ガス（温度約１６０°Ｃ
）が電池で冷却される。そのため燃料ガス中のスチーム
が水となり、これがマトリックス中のりん酸電解液に吸
収されて液量が増大するという問題があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 この発明は低温（約４０℃）からの負荷昇温を可能とし
て電池の起動時間を短縮し、しかも改質ガス中のＣＯに
よる触媒被毒及び改質ガス中の水分によるりん酸電解液
増量の問題を解消して電池特性及び寿命に支障をきすこ
とがないようにしたものである。

（ニ）問題点を解決するだめの手段 この発明はメタノールをリフオーマで水素リッグガスに
改質した燃料ガスを電池燃料極に供給する入口側マニホ
ルド内に、水分及び一酸化炭素の各吸着剤を層状に収納
し、電池の低温起動待燃料ガス中の前記水分及び一酸化
炭素を夫々吸着除去し、ついで電池の所定温度以上ヒで
前記吸着水分及び前記吸着一酸化炭素を離脱せしめて同
役着剤を再生させるものである。

（ホ）作用 この発明では燃料ガスの入口側マニホルド内に水分及び
一酸化炭素の各吸着剤が収納されているため、燃料極触
媒の一酸化炭素による被毒やりん酸電解液の水分による
増量を起すことなく電池温度が低い段階（約４０℃）か
ら電池反応熱による昇温か可能となって電池の立上り時
間を著しく短縮できる。また電池が所定温度以上になる
と吸着水分及び吸着一酸化炭素が離脱して各吸着剤を再
生することができる。

くべ）実施例 本発明燃料電池発電システムの実施例を図について説明
する。

メタノールリフオーマ（１）は周知のようにメタノール
と水の混合液を気化したガスが改質触媒層を通る間に燃
料ガスに改質きれる。尚出力５ｋｗの燃料電池に対応す
る小型リフオーマの立上り時間は約５〜６分間である。

電池（２）は燃料ガスの入口及び出口各マニホルド（３
）（３′）と反応空気の入口及び出口各マニホルド（４
）（４’）［第１図の場合］もしくは空気（反応空気と
冷却空気）の入口及び出口各マニホルド＜４　ｏ）（４
ｏ’）［第２図の場合］とを有し、更に第１図の場合は
冷却ガスの入口及び出口釜゛７ニボルド（５）（５’）
を有する。

電池（２）の始動に際し、第１図実施例のようにブロワ
（ＢＷ）でリフオーマ（１）の煙道ガス（６）をマニホ
ルド（５）を経て冷却ガス通路に送り込むか、又は第２
図実施例のようにバーナー（７）で加熱された空気をマ
ニホルド（４０）を経て電池に送り込み、電池温度を約
５〜６分で４０°Ｃに昇温する。

改質燃料ガス中には約０５〜０３％の一酸化炭素（ＣＯ
）と約１０％の水分くスチーム）が含まれている。

本発明では電池（２）の燃料ガス入口側マニホルド（３
）内に、第３図に示すよう水分吸着剤（８）と一酸化炭
素吸着剤（９）が層状に収納されている。

水分吸着剤（８〉は例えばシリカゲルや活性アルミナを
径約２〜３ｍｍ、長さ約５ｍのベレット状とした成型体
を隙間ができるようステンレス製金網（１０）で包み、
ガス入口側に配置されている。

一酸化炭素吸着剤（９）は、白金黒もしくはパラジウム
黒を担持したカーボンベーパーやモリブテンを添加した
アルミナ（Ｍｏ／Ａｊ２２０３　）などであり、−例と
して白金触媒を担持した燃料電池のガス極を用い、これ
を巾約５ａ〜１０１’Ｉｎに裁断して前記と同様ステン
レス製金網（１０）で包み、水分吸着剤（８）に隣接配
置される。尚マニホルド（３）内は、スタック積重方向
のステンレス製ガイド板（１１〉により区分してもよい
。

このような燃料ガス入口側マニホルド（３）を電池（２
）に取付けたとき電池スタック面とステンレス製金網（
１０）との間に拡散間隔（１２）が形成される。

次に本発明発電システムの作動を説明する。

電池始動に際し前記の如く電池温度を約４０°Ｃに昇温
しで後、各反応ガスを供給して電池反応熱により昇温を
開始する。このときリフオーマ（１）で生成した燃料ガ
スは入口マニホルド（３）を経て電池（２）の燃料極に
供給されるが、供給初期マニホルド（３）内の各吸着剤
（８）（９）の温度が低いので、燃料ガス中のスチーム
は水として吸着剤（８）に吸着し、ついで燃料ガス中の
一酸化炭素は吸着剤（９）に吸着し、水分及び一酸化炭
素の大部分が除かれた燃料ガスが電池（２）に送られる
。

電池温度は反応熱により短時間で約１００°Ｃ以上に昇
温しているので、その後燃料ガス中の水分くスチーム）
は、電池電解液に吸収されることなく又一酸化炭素は燃
料極の触媒を殆ど被毒することなく、規定作動温度（約
１８０〜２００°Ｃ）に達して定格運転に入る。

この定格運転に入ると、吸着剤（８）に吸着されている
水分はスチームとして離脱すると共に吸着剤（９〉に吸
着されている一酸化炭素も離脱し、両眼着剤（８）（９
）が再生されて次の始動に備えることができる。

（ト）発明の効果 本発明によれば燃料ガスの入口マニホルド内に、水分及
び一酸化炭素の各吸着剤が収納されてリフオー−２で生
成した燃料ガス中の水分及び一酸化炭素を夫々吸着する
ので、電池温度が低い段階（約４０℃）から反応熱によ
る昇温を開始してもりん酸電解液の水分による増量や燃
料極触媒の被毒を起すことがなく、低温から効率のよい
反応熱による昇温か可能となって電池の立上り時間記著
しく短縮できる。又電池が所定温度以上になると吸着水
分及び吸着一酸化炭素が離脱して各吸着剤を再生するこ
とができるなどの利点を有し、発電システムの構成も従
来方式に比しコンパクト化され持に小容量の燃料電池に
好適するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料電池発電システムのブロック
図、第２図は同上の他実施例を示すブロック図、第３図
は本発明による燃料ガス入口マニホルドを示し、（イ）
は横断側面図、（ロ）は縦断正面図、（ハ）は横断平面
図である。 １：リフオーマ、２：電池、３：燃料ガス入口マニホル
ド、６：リフオーマ煙道ガス、７：バーナー、８：水分
吸着剤、９ニ一酸化炭素吸着剤、１０ニステンレス金網
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタノールをリフオーマで改質した燃料ガスを電
   池に供給する入口側マニホルド内に、水分及び一酸化炭
   素の各吸着剤を層状に収納し、電池の低温起動時前記各
   吸着剤により前記燃料ガス中の水分及び一酸化炭素を夫
   々吸着し、電池の所定温度以上で前記吸着水分及び吸着
   一酸化炭素を離脱させて前記各吸着剤を再生せしめるこ
   とを特徴とする燃料電池発電システムの燃料ガス供給方
   式。