JP2009272214A

JP2009272214A - Fuel cell system and vehicle

Info

Publication number: JP2009272214A
Application number: JP2008123286A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Ikeda; 晃一郎池田; Toshihiko Yoshida; 利彦吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for miniaturizing a fuel cell system. <P>SOLUTION: The fuel cell system equipped with fuel cells includes: a hydrogen generation part in which an amino compound having an amino group is radicalized and is decomposed by a catalytic reaction to generate hydrogen that is supplied to the fuel cells; and an amino compound storage part for supplying the amino compound to the hydrogen generation part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell.

水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、アミノ基（−ＮＨ₂）を有する、アンモニア等のアミノ化合物を分解して、水素を生成し、燃料電池に供給する方法が検討されている（例えば、特許文献１参照。） In the fuel cell system including a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, having an amino group (-NH _2), to decompose the amino compound such as ammonia to produce hydrogen, a method for supplying to the fuel cell (For example, refer to Patent Document 1)

特開２００３−４０６０２号公報JP 2003-40602 A

例えば、特許文献１に記載の分解器では、以下に示す（式１）の反応により、アンモニアを水素と窒素に分解して、燃料電池に供給している。 For example, in the cracker described in Patent Document 1, ammonia is decomposed into hydrogen and nitrogen by the reaction of (Equation 1) shown below and supplied to the fuel cell.

２ＮＨ₃→３Ｈ₂＋Ｎ₂ ・・・(式１) 2NH ₃ → 3H ₂ + N ₂ (Formula 1)

この分解反応は、平衡反応であり、低圧であるほど、また高温であるほど、右辺側へ進行する。アンモニアの分解反応は、吸熱反応であるため、触媒を用いない場合には１０００℃以上、好ましくは１２００℃以上に加熱する必要がある。そこで、特許文献１に記載の分解器では、触媒を利用して、アンモニアの分解反応を、低温化している。 This decomposition reaction is an equilibrium reaction, and proceeds to the right side as the pressure is lower and the temperature is higher. Since the decomposition reaction of ammonia is an endothermic reaction, it is necessary to heat to 1000 ° C. or higher, preferably 1200 ° C. or higher when no catalyst is used. Therefore, in the cracker described in Patent Document 1, the temperature of the ammonia decomposition reaction is lowered using a catalyst.

しかしながら、触媒を利用しても、アンモニアを分解するためには、通常、４００〜８００℃に加熱する必要がある。このように高温にするためには、ヒーターを必要とし、また、断熱材も厚くする（例えば、厚さ２０ｃｍ程度）必要がある。そのため、燃料電池システムが、大きくなってしまう。しかしながら、燃料電池システムを、車両に搭載する場合には、車両の小型化のために、燃料電池システムを小型化することが要望されている。 However, even if a catalyst is used, in order to decompose ammonia, it is usually necessary to heat to 400 to 800 ° C. In order to achieve such a high temperature, a heater is required, and the heat insulating material needs to be thick (for example, about 20 cm in thickness). Therefore, the fuel cell system becomes large. However, when the fuel cell system is mounted on a vehicle, it is desired to reduce the size of the fuel cell system in order to reduce the size of the vehicle.

そこで、本発明は、上記の従来技術の課題に鑑みて、燃料電池システムを小型化する技術を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a technique for reducing the size of a fuel cell system.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
アミノ基を有するアミノ化合物をラジカル化して、触媒反応により前記アミノ化合物を分解して水素を生成し、前記燃料電池に供給する水素生成部と、
前記水素生成部に、前記アミノ化合物を供給する、アミノ化合物貯留部と、
を備える、燃料電池システム。 Application Example 1 A fuel cell system including a fuel cell,
A hydrogen generation unit that radicalizes an amino compound having an amino group, decomposes the amino compound by a catalytic reaction to generate hydrogen, and supplies the hydrogen to the fuel cell;
An amino compound reservoir for supplying the amino compound to the hydrogen generator;
A fuel cell system comprising:

本明細書中において、「アミノ基」とは、１価の基（−ＮＨ₂）をいう。 In the present specification, the “amino group” refers to a monovalent group (—NH ₂ ).

この燃料電池システムによれば、アミノ基を有するアミノ化合物から水素を生成する場合に、アミノ化合物をラジカル化している。ラジカル化されたアミノ化合物は、反応性が高いため、ラジカル化しない場合に比べて、低温で、アミノ化合物を触媒反応により分解して、水素を生成することができる。したがって、水素生成部を加熱するためのヒーターを小型化したり、水素生成部を外気と断熱する断熱材を薄肉化したりして、燃料電池システムを小型化することができる。 According to this fuel cell system, when hydrogen is generated from an amino compound having an amino group, the amino compound is radicalized. Since the radicalized amino compound has high reactivity, hydrogen can be generated by decomposing the amino compound by a catalytic reaction at a lower temperature than in the case where the radicalization is not performed. Therefore, it is possible to reduce the size of the fuel cell system by reducing the size of the heater for heating the hydrogen generation unit, or by reducing the thickness of the heat insulating material that insulates the hydrogen generation unit from the outside air.

［適用例２］適用例１記載の燃料電池システムにおいて、 [Application Example 2] In the fuel cell system according to Application Example 1,

アンモニアは、常温で、圧縮により容易に液化するため、水素を生成するための水素源として用いると、例えば、ＬＰＧ用ボンベのような簡易な耐圧容器で貯蔵することができ、車載が容易になる。また、アンモニア１モルの分解により、１．５モルの水素が生成されるため、水素の回収効率が高い。さらに、アンモニアは安価であるため、燃料電池システムのコストを低減することができる。 Ammonia is easily liquefied by compression at room temperature, so when used as a hydrogen source for generating hydrogen, for example, it can be stored in a simple pressure vessel such as an LPG cylinder, making vehicle mounting easy. . Moreover, since 1.5 mol of hydrogen is generated by the decomposition of 1 mol of ammonia, the hydrogen recovery efficiency is high. Furthermore, since ammonia is inexpensive, the cost of the fuel cell system can be reduced.

［適用例３］適用例１記載の燃料電池システムにおいて、前記アミノ化合物はヒドラジンである、燃料電池システム。 Application Example 3 The fuel cell system according to Application Example 1, wherein the amino compound is hydrazine.

ヒドラジンは常温で液体であるため、例えば、断熱圧力容器を用いず、貯蔵することができ、車載がさらに容易になる。また、ヒドラジン１モルの分解により２モルの水素が生成されるため、水素の回収効率が高い。 Since hydrazine is a liquid at room temperature, it can be stored without using an adiabatic pressure vessel, for example. Moreover, since 2 mol of hydrogen is produced | generated by decomposition | disassembly of 1 mol of hydrazine, the recovery efficiency of hydrogen is high.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムを備える車両などの形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of a vehicle including a fuel cell system.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池車の構成：
Ａ２．燃料電池システムの構成：
Ａ２−１．燃料電池システムの全体構成：
Ａ２−２．水素製造器の構成：
Ａ３．実施例の効果：
Ｂ．変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Example:
A1. Fuel cell vehicle configuration:
A2. Configuration of fuel cell system:
A2-1. Overall configuration of the fuel cell system:
A2-2. Hydrogen generator configuration:
A3. Effects of the embodiment:
B. Variations:

Ａ．実施例の構成：
Ａ１．燃料電池車の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム１００が搭載された燃料電池車１０００の構成を概略的に示す説明図である。燃料電池車１０００は、燃料電池システム１００と、ＥＣＵ４０と、２次電池５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、インバータ５４と、モータ５６と、を主に備える。燃料電池車１０００は、燃料電池２０を主電源、２次電池５０を補助電源として、モータ５６を駆動し、モータ５６の駆動力によって走行する車両である。本実施例における燃料電池車１０００が、請求項における車両に相当し、燃料電池システム１００が、請求項における燃料電池システムに相当する。 A. Example configuration:
A1. Fuel cell vehicle configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel cell vehicle 1000 equipped with a fuel cell system 100 as an embodiment of the present invention. The fuel cell vehicle 1000 mainly includes a fuel cell system 100, an ECU 40, a secondary battery 50, a DC / DC converter 52, an inverter 54, and a motor 56. The fuel cell vehicle 1000 is a vehicle that uses the fuel cell 20 as a main power source and the secondary battery 50 as an auxiliary power source to drive the motor 56 and travel by the driving force of the motor 56. The fuel cell vehicle 1000 in this embodiment corresponds to the vehicle in the claims, and the fuel cell system 100 corresponds to the fuel cell system in the claims.

ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、燃料電池車１０００の各部の動きを制御している。ＥＣＵ４０は、燃料電池車１０００に設けられた種々のセンサやスイッチから信号を受信すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２やインバータ５４に制御信号を出力して、モータ５６の運転を制御すると共に、後述するように、燃料電池システム１００の運転を制御する。 The ECU 40 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and controls the movement of each part of the fuel cell vehicle 1000. The ECU 40 receives signals from various sensors and switches provided in the fuel cell vehicle 1000 and outputs a control signal to the DC / DC converter 52 and the inverter 54 to control the operation of the motor 56 and will be described later. Thus, the operation of the fuel cell system 100 is controlled.

２次電池５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を介して燃料電池２０と並列に接続されている。インバータ５４は、これらの直流電源から三相交流電源を生成して、モータ５６に供給し、モータ５６の回転数とトルクとを制御する。モータ５６は、その回転軸がギヤ、シャフトなど（図示せず）を介して車輪（図示せず）に結合されており、モータ５６の駆動によって、燃料電池車１０００に推進力を与える。 The secondary battery 50 is connected in parallel with the fuel cell 20 via the DC / DC converter 52. The inverter 54 generates a three-phase AC power source from these DC power sources, supplies it to the motor 56, and controls the rotation speed and torque of the motor 56. The rotation axis of the motor 56 is coupled to a wheel (not shown) via a gear, a shaft, etc. (not shown), and a driving force is applied to the fuel cell vehicle 1000 by driving the motor 56.

Ａ２．燃料電池システムの構成：
Ａ２−１．燃料電池システムの全体構成：
燃料電池システム１００は、燃料電池２０と、アンモニアボンベ２２と、アンモニア供給ポンプ２４と、水素製造器２６と、空気供給ポンプ２８と、を主に備える。燃料電池２０としては種々の種類のものを適用可能であるが、本実施例では、固体高分子型燃料電池を用いている。燃料電池２０は、膜電極接合体をセパレータを介在させて複数積層するスタック構造を有する。本実施例における燃料電池２０が、請求項における燃料電池に、アンモニアボンベ２２が請求項におけるアミノ化合物貯留部に、水素製造器２６が請求項における水素生成部に、それぞれ、相当する。 A2. Configuration of fuel cell system:
A2-1. Overall configuration of the fuel cell system:
The fuel cell system 100 mainly includes a fuel cell 20, an ammonia cylinder 22, an ammonia supply pump 24, a hydrogen generator 26, and an air supply pump 28. Various types of fuel cells 20 can be applied. In this embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used. The fuel cell 20 has a stack structure in which a plurality of membrane electrode assemblies are stacked with a separator interposed therebetween. The fuel cell 20 in this embodiment corresponds to the fuel cell in the claims, the ammonia cylinder 22 corresponds to the amino compound reservoir in the claims, and the hydrogen generator 26 corresponds to the hydrogen generator in the claims.

アンモニアボンベ２２は、耐圧容器であり、圧縮された液状のアンモニアが貯蔵されている。アンモニアボンベに貯蔵されたアンモニアは、アンモニアボンベ２２の出口に設けられたシャットバルブ（図示しない）、アンモニア供給ポンプ２４によって、圧力、および、供給量が調整されて、気化状態で、水素製造器２６に供給される。水素製造器２６は、後述するように、供給されたアンモニアを分解して水素と窒素を生成して、燃料電池２０のアノードに、燃料ガスとして供給する。本実施例において、燃料電池２０に供給された燃料ガスは、電気化学反応に供された後、配管を介して、外部に、アノード排ガスとして排出される。なお、アノード排ガスを、水素製造器２６と燃料電池２０とを接続する流路に導いて、再び電気化学反応に供する構成にしてもよい。本実施例におけるアンモニアが、請求項におけるアミノ化合物に、相当する。 The ammonia cylinder 22 is a pressure vessel and stores compressed liquid ammonia. The ammonia stored in the ammonia cylinder is adjusted in pressure and supply amount by a shut valve (not shown) provided at the outlet of the ammonia cylinder 22 and an ammonia supply pump 24, and is vaporized in a hydrogen generator 26. To be supplied. As will be described later, the hydrogen generator 26 decomposes the supplied ammonia to generate hydrogen and nitrogen, and supplies them to the anode of the fuel cell 20 as fuel gas. In the present embodiment, the fuel gas supplied to the fuel cell 20 is subjected to an electrochemical reaction and then discharged to the outside as an anode exhaust gas via a pipe. Note that the anode exhaust gas may be guided to a flow path connecting the hydrogen generator 26 and the fuel cell 20 to be subjected to an electrochemical reaction again. The ammonia in this example corresponds to the amino compound in the claims.

一方、空気供給ポンプ２８は、大気中から取り込んだ空気を、燃料電池２０のカソードに、酸化ガスとして供給する。酸化ガスは、燃料電池２０において、電気化学反応に供された後、カソードから配管を介して外部に、カソード排ガスとして排出される。燃料電池２０のカソードで、水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水も、カソード排ガスとともに排出される。 On the other hand, the air supply pump 28 supplies air taken from the atmosphere as an oxidizing gas to the cathode of the fuel cell 20. The oxidizing gas is subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell 20 and then discharged as cathode exhaust gas from the cathode to the outside through a pipe. The water produced by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen at the cathode of the fuel cell 20 is also discharged together with the cathode exhaust gas.

なお、燃料電池システム１００は、図示せざる冷却装置を備える。冷却装置は、燃料電池２０内部を通過するように形成された冷却水流路(図示しない)と、ラジエータ(図示しない)と、ポンプ（図示しない)とを備えている。ポンプを駆動することで、冷却水流路内で冷却水を循環させることができる。燃料電池２０では、電気化学反応の進行と共に熱が生じるため、発電中は、燃料電池２０内に冷却水を循環させ、この冷却水をラジエータで冷却することによって、燃料電池２０の内部温度を所定の範囲内に保つ。 The fuel cell system 100 includes a cooling device (not shown). The cooling device includes a cooling water passage (not shown) formed so as to pass through the inside of the fuel cell 20, a radiator (not shown), and a pump (not shown). By driving the pump, the cooling water can be circulated in the cooling water flow path. In the fuel cell 20, heat is generated as the electrochemical reaction progresses. Therefore, during power generation, cooling water is circulated in the fuel cell 20, and this cooling water is cooled by a radiator, thereby setting the internal temperature of the fuel cell 20 to a predetermined value. Keep within the range.

ＥＣＵ４０は、機能的には、燃料電池２０の運転を制御する運転制御部４２を備える。例えば、運転者が、車室内前部に設けられたインストルメントパネル（図示しない）上に設けられている始動スイッチ（図示しない）を操作すると、運転制御部４２は、始動スイッチからの信号に基づいて、アンモニアボンベ２２、アンモニア供給ポンプ２４、水素製造器２６、空気供給ポンプ２８等を制御して、燃料電池システム１００の運転を開始させる。また、運転制御部４２は、運転者の指示する運転状況に対応する負荷要求に応じて、燃料電池システム１００の運転を制御する。 The ECU 40 functionally includes an operation control unit 42 that controls the operation of the fuel cell 20. For example, when the driver operates a start switch (not shown) provided on an instrument panel (not shown) provided in the front part of the vehicle interior, the operation control unit 42 is based on a signal from the start switch. Then, the operation of the fuel cell system 100 is started by controlling the ammonia cylinder 22, the ammonia supply pump 24, the hydrogen generator 26, the air supply pump 28, and the like. In addition, the operation control unit 42 controls the operation of the fuel cell system 100 in response to a load request corresponding to an operation situation designated by the driver.

Ａ２−２．水素製造器の構成：
図２は、水素製造器２６の構成を、概略的に示す説明図である。図２では、水素製造器２６の構成を明瞭に示すために、水素製造器２６を分解して概略的に示している。水素製造器２６は、図示するように、ガス入口２６１と、電流コネクタ２６２と、第１の電極２６３と、断熱カバー２６４と、第２の電極２６５と、絶縁シート２６６と、電流コネクタ２６７と、ガス出口２６８と、ペレット触媒２６９と、を備える。 A2-2. Hydrogen generator configuration:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the hydrogen generator 26. In FIG. 2, in order to clearly show the configuration of the hydrogen producer 26, the hydrogen producer 26 is schematically shown in an exploded manner. As shown in the figure, the hydrogen generator 26 includes a gas inlet 261, a current connector 262, a first electrode 263, a heat insulating cover 264, a second electrode 265, an insulating sheet 266, a current connector 267, A gas outlet 268 and a pellet catalyst 269 are provided.

第１の電極２６３は、円筒状を成し、第２の電極２６５は、棒状を成す。電流コネクタ２６２は、第１の電極２６３と同径のＯリング状を成し、電流コネクタ２６７は、第１の電極２６３と同径の円板状を成す。電流コネクタ２６７の中心には、第２の電極２６５が貫通される貫通孔２６７ｈが形成され、その周囲には、複数のガス孔２６７ｇが形成されている。また、絶縁シート２６６は、電流コネクタ２６７と同一形状を成す、絶縁性のシートである。断熱カバー２６４は、絶縁性を有する断熱材と、ヒーターとから成る。断熱カバー２６４は、第１の電極２６３の外周を覆うことによって、第１の電極２６３内の空間を通過する流体を、加熱すると共に、外気と断熱する。 The first electrode 263 has a cylindrical shape, and the second electrode 265 has a rod shape. The current connector 262 has an O-ring shape with the same diameter as the first electrode 263, and the current connector 267 has a disk shape with the same diameter as the first electrode 263. A through hole 267h through which the second electrode 265 passes is formed at the center of the current connector 267, and a plurality of gas holes 267g are formed around it. The insulating sheet 266 is an insulating sheet having the same shape as the current connector 267. The heat insulating cover 264 includes a heat insulating material having an insulating property and a heater. The heat insulating cover 264 covers the outer periphery of the first electrode 263 to heat the fluid passing through the space in the first electrode 263 and to insulate it from the outside air.

本実施例において、ペレット触媒２６９は、触媒担体としてのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）に、触媒としてのニッケル（Ｎｉ）を担持させたものである。本実施例において、触媒担体として、ペレット状を成す多孔質体を用いているが、その他、ハニカム形状を成す触媒担体を用いてもよい。なお、触媒担体としては、その他、シリカ（ＳｉＯ₂）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の種々の誘電体を用いることができる。また、触媒としては、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等の遷移金属や、その酸化物、または、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ），ルテニウム（Ｒｕ）等の貴金属等を用いてもよい。 In this embodiment, the pellet catalyst 269 is obtained by supporting nickel (Ni) as a catalyst on alumina (Al ₂ O ₃ ) as a catalyst carrier. In this embodiment, a porous body having a pellet shape is used as the catalyst carrier, but a catalyst carrier having a honeycomb shape may also be used. In addition, various dielectrics such as silica (SiO ₂ ), barium titanate (BaTiO ₃ ), and zinc oxide (ZnO) can be used as the catalyst carrier. As the catalyst, transition metals such as cobalt (Co) and iron (Fe), oxides thereof, or noble metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and ruthenium (Ru) may be used. .

水素製造器２６において、第２の電極２６５が第１の電極２６３の内部空間の中心軸に一致するように配置されている。第１の電極２６３の一端には、電流コネクタ２６２を介してガス入口２６１が接続され、第１の電極２６３の他端には、絶縁シート２６６および電流コネクタ２６７を介してガス出口２６８が接続されている。絶縁シート２６６と電流コネクタ２６７とは重ね合わされた状態で、絶縁シート２６６の貫通孔２６６ｈおよび電流コネクタ２６７の貫通孔２６７ｈを、第２の電極２６５が貫通している。第１の電極２６３と第２の電極２６５との間の空間には、ペレット触媒２６９が充填されている。そして、第１の電極２６３の周囲を断熱カバー２６４で覆われている。 In the hydrogen generator 26, the second electrode 265 is disposed so as to coincide with the central axis of the internal space of the first electrode 263. A gas inlet 261 is connected to one end of the first electrode 263 via a current connector 262, and a gas outlet 268 is connected to the other end of the first electrode 263 via an insulating sheet 266 and a current connector 267. ing. In a state where the insulating sheet 266 and the current connector 267 are overlapped, the second electrode 265 passes through the through hole 266h of the insulating sheet 266 and the through hole 267h of the current connector 267. A space between the first electrode 263 and the second electrode 265 is filled with a pellet catalyst 269. The periphery of the first electrode 263 is covered with a heat insulating cover 264.

上記したように、電流コネクタ２６２と第１の電極２６３とが接触すると共に、電流コネクタ２６７と第２の電極２６５とが接触しているため、電流コネクタ２６２と電流コネクタ２６７に電源（図示しない）を接続すると、第１の電極２６３と第２の電極２６５間に電圧を印加することができる。 As described above, since the current connector 262 and the first electrode 263 are in contact with each other and the current connector 267 and the second electrode 265 are in contact with each other, a power source (not shown) is supplied to the current connector 262 and the current connector 267. Is connected, a voltage can be applied between the first electrode 263 and the second electrode 265.

図３は、水素製造器２６におけるアンモニアの分解を説明するための模式図である。図示するように、水素製造器２６の第１の電極２６３と第２の電極２６５に電源３０を接続し（具体的には、図２に示す電流コネクタ２６２と、電流コネクタ２６７と、に電源３０を接続し）、第１の電極２６３と第２の電極２６５との間に、１〜１０ｋＶの電圧を印加する。そして、ガス入口２６１(図２)を介して、アンモニアガスを、第１の電極２６３の内部空間に供給する。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the decomposition of ammonia in the hydrogen generator 26. As shown in the drawing, a power source 30 is connected to the first electrode 263 and the second electrode 265 of the hydrogen generator 26 (specifically, the power source 30 is connected to the current connector 262 and the current connector 267 shown in FIG. 2). And a voltage of 1 to 10 kV is applied between the first electrode 263 and the second electrode 265. Then, ammonia gas is supplied to the internal space of the first electrode 263 via the gas inlet 261 (FIG. 2).

第１の電極２６３と第２の電極２６５との間には、直流電源が接続され、直流電圧が印加されている。そのため、第１の電極２６３と第２の電極２６５との間に供給されるアンモニアガスは、グロー放電により、ラジカル化される。ラジカル化されたアンモニア（以下、「アンモニアラジカル」ともいう。）は、以下に示す（式２）の反応により、水素と窒素に分解される。 A DC power source is connected between the first electrode 263 and the second electrode 265, and a DC voltage is applied. Therefore, the ammonia gas supplied between the first electrode 263 and the second electrode 265 is radicalized by glow discharge. Radicalized ammonia (hereinafter also referred to as “ammonia radical”) is decomposed into hydrogen and nitrogen by the following reaction of (Formula 2).

２ＮＨ^・ ₃→３Ｈ₂＋Ｎ₂ ・・・(式２) 2NH ^· ₃ → 3H ₂ + N ₂ (Formula 2)

アンモニアラジカルは、不安定な状態なので、反応性が高いため、低温で、分解反応が進行する。また、アンモニアの分解反応は、平衡反応であるが、アンモニアラジカルの分解反応は、非平衡反応である。 Since ammonia radicals are unstable, the reactivity is high, so the decomposition reaction proceeds at low temperatures. In addition, ammonia decomposition reaction is an equilibrium reaction, but ammonia radical decomposition reaction is a non-equilibrium reaction.

第１の電極２６３内で、生成された水素ガス及び窒素ガスは、図２に示す絶縁シート２６６のガス孔２６６ｇおよび電流コネクタ２６７のガス孔２６７ｇを通過して、ガス出口２６８を介して、燃料電池２０に供給される。本実施例において、水素製造器２６に供給されたアンモニアガスは、全て、ラジカル化されており、アンモニアラジカルは反応性が高いため、大部分のアンモニアガスが分解されて、水素ガスと窒素ガスが生成され、燃料電池２０に供給される。なお、分解されなかったアンモニアラジカルは、水素製造器２６と燃料電池２０との間に設けられたトラップ（図示しない）により、回収される。 The generated hydrogen gas and nitrogen gas in the first electrode 263 pass through the gas hole 266g of the insulating sheet 266 and the gas hole 267g of the current connector 267 shown in FIG. The battery 20 is supplied. In this embodiment, the ammonia gas supplied to the hydrogen generator 26 is all radicalized, and the ammonia radical is highly reactive, so most of the ammonia gas is decomposed, and hydrogen gas and nitrogen gas are It is generated and supplied to the fuel cell 20. The ammonia radicals that have not been decomposed are recovered by a trap (not shown) provided between the hydrogen generator 26 and the fuel cell 20.

Ａ３．実施例の効果：
上記したように、アンモニアの分解反応は、平衡反応であり、高温であるほど分解反応が促進される。アンモニアの分解反応は、吸熱反応であるため、アンモニアの分解反応を促進するためには、触媒を用いても、４００〜８００℃に加熱する必要がある。それに対して、本実施例の燃料電池システム１００によれば、水素を製造する水素製造器２６において、アンモニアをラジカル化して、触媒反応により、分解させている。アンモニアラジカルの分解反応は、非平衡反応であり、アンモニアラジカルは、反応性が高いため、低温にて、分解反応が進む。 A3. Effects of the embodiment:
As described above, the decomposition reaction of ammonia is an equilibrium reaction, and the decomposition reaction is accelerated as the temperature increases. Since the decomposition reaction of ammonia is an endothermic reaction, it is necessary to heat to 400 to 800 ° C. even if a catalyst is used in order to promote the decomposition reaction of ammonia. On the other hand, according to the fuel cell system 100 of the present embodiment, ammonia is radicalized and decomposed by a catalytic reaction in the hydrogen generator 26 that produces hydrogen. The decomposition reaction of the ammonia radical is a non-equilibrium reaction, and the ammonia radical is highly reactive, so the decomposition reaction proceeds at a low temperature.

従って、アンモニアを用いて水素を生成する場合に、従来のように、４００〜８００℃に加熱して、分解反応を促進させる必要がない。そのため、ヒーターを、従来よりも小型化することができ、また、断熱材も薄肉化することができる。従って、燃料電池システムのサイズを小型化することが可能となり、燃料電池車１０００の小型化に資することができる。また、水素製造器２６を加熱するために用いられるヒーターを小型化することにより、アンモニアの分解に用いられる電力を抑制することができる。 Therefore, when hydrogen is generated using ammonia, it is not necessary to accelerate the decomposition reaction by heating to 400 to 800 ° C. as in the conventional case. Therefore, the heater can be made smaller than before, and the heat insulating material can also be made thinner. Therefore, the size of the fuel cell system can be reduced, and the fuel cell vehicle 1000 can be reduced in size. Moreover, the electric power used for decomposition | disassembly of ammonia can be suppressed by reducing in size the heater used in order to heat the hydrogen production device 26. FIG.

また、本実施例において、水素源となるアミノ化合物としてアンモニアを用いている。アンモニアは、常温で、圧縮により容易に液化するため、簡易な耐圧容器で貯蔵することができ、車載が容易になる。また、アンモニア１モルの分解により、１．５モルの水素が生成されるため、水素の回収効率が高い。さらに、アンモニアは安価であるため、燃料電池システム１００のコストを低減することができる。 In this embodiment, ammonia is used as an amino compound that serves as a hydrogen source. Ammonia is easily liquefied by compression at room temperature, so that it can be stored in a simple pressure-resistant container and can be easily mounted on the vehicle. Moreover, since 1.5 mol of hydrogen is generated by the decomposition of 1 mol of ammonia, the hydrogen recovery efficiency is high. Furthermore, since ammonia is inexpensive, the cost of the fuel cell system 100 can be reduced.

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 B. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

（１）上記した実施例では、水素を生成するための水素源としてのアミノ化合物として、アンモニアを例に挙げて説明したが、アンモニアに限定されない。例えば、アニリン等の芳香族アミンや、メチルアミン、エチルアミン等の脂肪族アミンや、ヒドラジン、ポリアミドアミンデンドリマー等の種々の（−ＮＨ₂）基を有するアミノ化合物を用いて水素を生成することができる。（−ＮＨ₂）基を有するアミノ化合物の分解反応は、吸熱反応であるため、分解するためには、加熱する必要がある。そのため、アミノ化合物を水素源として、水素を生成する場合に、本発明を適用すると、上記した実施例と同様に、燃料電池システムを小型化することができる。また、例えば、ヒドラジンは常温で液体であるため、例えば、断熱圧力容器を用いず、貯蔵することができ、ヒドラジンを用いると、車載がさらに容易になる。 (1) In the above-described embodiments, ammonia was described as an example of an amino compound as a hydrogen source for generating hydrogen, but is not limited to ammonia. For example, hydrogen can be generated using aromatic amines such as aniline, aliphatic amines such as methylamine and ethylamine, and amino compounds having various (—NH ₂ ) groups such as hydrazine and polyamideamine dendrimers. . Since the decomposition reaction of an amino compound having a (—NH ₂ ) group is an endothermic reaction, it is necessary to heat it in order to decompose it. Therefore, when the present invention is applied when generating hydrogen using an amino compound as a hydrogen source, the fuel cell system can be miniaturized as in the above-described embodiment. Further, for example, since hydrazine is a liquid at room temperature, it can be stored without using, for example, an adiabatic pressure vessel. If hydrazine is used, vehicle mounting becomes easier.

（２）上記した実施例では、水素製造器２６において、第１の電極２６３と第２の電極２６５間に電圧を印加することによって、アンモニアをラジカル化しているが、アンモニアをラジカル化する方法は、上記した実施例に限定されず、種々の公知の方法を適用可能である。例えば、水素製造器において、アンモニアに強い磁場をかけることによってラジカル化するようにしてもよい。また、水素製造器の構成は、上記した実施例に限定されず、例えば、パルスコロナ型、無声放電型等、種々の公知の低温プラズマ反応装置を用いることができる。 (2) In the above-described embodiment, ammonia is radicalized by applying a voltage between the first electrode 263 and the second electrode 265 in the hydrogen generator 26. However, a method for radicalizing ammonia is described below. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various known methods can be applied. For example, in a hydrogen generator, radicalization may be performed by applying a strong magnetic field to ammonia. The configuration of the hydrogen generator is not limited to the above-described embodiment, and various known low-temperature plasma reactors such as a pulse corona type and a silent discharge type can be used.

（３）上記した実施例では、断熱カバー２６４として、ヒーター機能を有するものを例示したが、例えば、燃料電池２０の運転に伴う発熱を利用して、水素製造器２６に供給されるアンモニアを加熱することも可能である。燃料電池２０の運転に伴う発熱を利用すれば、さらに、アンモニアの分解に用いられる電力を抑制することができる。 (3) In the above-described embodiment, the heat insulating cover 264 is exemplified as having a heater function. For example, the ammonia supplied to the hydrogen generator 26 is heated using heat generated by the operation of the fuel cell 20. It is also possible to do. If the heat generated by the operation of the fuel cell 20 is used, the power used for the decomposition of ammonia can be further suppressed.

本発明の一実施例としての燃料電池システム１００が搭載された燃料電池車１０００の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the structure of the fuel cell vehicle 1000 by which the fuel cell system 100 as one Example of this invention is mounted. 水素製造器２６の構成を概略的に示す説明図である。3 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a hydrogen production device 26. FIG. 水素製造器２６におけるアンモニアの分解を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining decomposition of ammonia in the hydrogen generator 26.

Explanation of symbols

２０…燃料電池
２２…アンモニアボンベ
２４…アンモニア供給ポンプ
２６…水素製造器
２８…空気供給ポンプ
３０…電源
４０…ＥＣＵ
４２…運転制御部
５４…インバータ
５６…モータ
１００…燃料電池システム
２６１…ガス入口
２６２…電流コネクタ
２６３…第１の電極
２６４…断熱カバー
２６５…第２の電極
２６６…絶縁シート
２６６ｇ、２６７ｇ…ガス孔
２６６ｈ、２６７ｈ…貫通孔
２６７…電流コネクタ
２６８…ガス出口
２６９…ペレット触媒
１０００…燃料電池車 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel cell 22 ... Ammonia cylinder 24 ... Ammonia supply pump 26 ... Hydrogen production device 28 ... Air supply pump 30 ... Power supply 40 ... ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Operation control part 54 ... Inverter 56 ... Motor 100 ... Fuel cell system 261 ... Gas inlet 262 ... Current connector 263 ... 1st electrode 264 ... Thermal insulation cover 265 ... 2nd electrode 266 ... Insulating sheet 266g, 267g ... Gas hole 266h, 267h ... through hole 267 ... current connector 268 ... gas outlet 269 ... pellet catalyst 1000 ... fuel cell vehicle

Claims

A fuel cell system including a fuel cell,
A hydrogen generation unit that radicalizes an amino compound having an amino group, decomposes the amino compound by a catalytic reaction to generate hydrogen, and supplies the hydrogen to the fuel cell;
An amino compound reservoir for supplying the amino compound to the hydrogen generator;
A fuel cell system comprising:

The fuel cell system according to claim 1,
The fuel cell system, wherein the amino compound is ammonia.

The fuel cell system according to claim 1,
The fuel cell system, wherein the amino compound is hydrazine.

A vehicle comprising a fuel cell system and traveling using electric power generated in the fuel cell system,
The vehicle is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.