JPH05275101A - 固体高分子電解質型燃料電池システム - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池システムInfo
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- JPH05275101A JPH05275101A JP4068883A JP6888392A JPH05275101A JP H05275101 A JPH05275101 A JP H05275101A JP 4068883 A JP4068883 A JP 4068883A JP 6888392 A JP6888392 A JP 6888392A JP H05275101 A JPH05275101 A JP H05275101A
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- heat exchanger
- gas
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】燃料電池の排熱を利用して改質器用の水蒸気を
発生させエネルギ効率に優れる固体高分子電解質型燃料
電池システムを得る。 【構成】減圧弁６により減圧した原料水を熱交換器３に
より蒸発させ、得られた水蒸気をコンプレッサ５により
加圧して改質器２に送り、得られた改質ガスを燃料電池
１のアノードに供給する。燃料電池１は１１０℃で運転
され、熱交換器における冷却水温度は１００℃に設定さ
れる。
発生させエネルギ効率に優れる固体高分子電解質型燃料
電池システムを得る。 【構成】減圧弁６により減圧した原料水を熱交換器３に
より蒸発させ、得られた水蒸気をコンプレッサ５により
加圧して改質器２に送り、得られた改質ガスを燃料電池
１のアノードに供給する。燃料電池１は１１０℃で運転
され、熱交換器における冷却水温度は１００℃に設定さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体高分子電解質型燃
料電池の発電システムに係り、特に燃料電池の排熱を利
用してエネルギ効率を高めた固体高分子電解質型燃料電
池システムに関する。
料電池の発電システムに係り、特に燃料電池の排熱を利
用してエネルギ効率を高めた固体高分子電解質型燃料電
池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は固体高分
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードまたはカソ
ードおよび電極基材を配して形成される。固体高分子電
解質膜はスルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン
交換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロ
カーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、あるいはフロロカーボンマトリックスにトリフロロ
エチレンをグラフト化したものなどが知られているが最
近ではパーフロロカーボンスルホン酸膜を用いて燃料電
池の長寿命化を図ったものが知られるに至った。
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードまたはカソ
ードおよび電極基材を配して形成される。固体高分子電
解質膜はスルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン
交換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロ
カーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、あるいはフロロカーボンマトリックスにトリフロロ
エチレンをグラフト化したものなどが知られているが最
近ではパーフロロカーボンスルホン酸膜を用いて燃料電
池の長寿命化を図ったものが知られるに至った。
【０００３】固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され次に述べる電気化学反応が起こ
る。
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され次に述べる電気化学反応が起こ
る。
【０００４】アノードでは（１）式の反応が起きる。 Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ （１） カソードでは（２）式の反応が起こる。 １／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ＝Ｈ2 Ｏ （２） つまりアノードにおいては系の外部より供給された水素
がプロトンと電子を生成する。生成したプロトンはイオ
ン交換膜中をカソードにむかって移動し電子は外部回路
を通ってカソードに移動する。一方カソードにおいては
系の外部より供給された酸素とイオン交換膜中をアノー
ドより移動してきたプロトンと外部回路より移動してき
た電子が反応し、水を生成する。
がプロトンと電子を生成する。生成したプロトンはイオ
ン交換膜中をカソードにむかって移動し電子は外部回路
を通ってカソードに移動する。一方カソードにおいては
系の外部より供給された酸素とイオン交換膜中をアノー
ドより移動してきたプロトンと外部回路より移動してき
た電子が反応し、水を生成する。
【０００５】アノードまたはカソードの両電極は一般に
微小な粒子状の白金触媒と水に対する撥水性のあるフッ
素樹脂から形成されており反応ガスの効率的な拡散を維
持するための細孔を形成するとともに三相界面の十分な
形成がなされる必要がある。固体高分子電解質型燃料電
池の単電池の発生する電圧は１Ｖ以下であるので実用上
は電圧を高めるために単電池を数個直列に配列してスタ
ックとして使用される。
微小な粒子状の白金触媒と水に対する撥水性のあるフッ
素樹脂から形成されており反応ガスの効率的な拡散を維
持するための細孔を形成するとともに三相界面の十分な
形成がなされる必要がある。固体高分子電解質型燃料電
池の単電池の発生する電圧は１Ｖ以下であるので実用上
は電圧を高めるために単電池を数個直列に配列してスタ
ックとして使用される。
【０００６】改質器は原燃料ガスと水蒸気とから燃料電
池のアノードに供給する水素を発生する装置である。原
燃料として天然ガス，メタノール，ナフサ等が使用され
る。改質器での温度は原燃料の種類や運転圧力により異
なり天然ガスの場合は６００ないし７００℃、メタノー
ルの場合は２００ないし３００℃である。改質器内部に
おける反応は天然ガスとメタノールの場合それぞれ次の
通りである。
池のアノードに供給する水素を発生する装置である。原
燃料として天然ガス，メタノール，ナフサ等が使用され
る。改質器での温度は原燃料の種類や運転圧力により異
なり天然ガスの場合は６００ないし７００℃、メタノー
ルの場合は２００ないし３００℃である。改質器内部に
おける反応は天然ガスとメタノールの場合それぞれ次の
通りである。
【０００７】天然ガス ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ＝３Ｈ2 ＋ＣＯ ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ＝Ｈ2 ＋ＣＯ2 メタノール ＣＨ3 ＯＨ＝２Ｈ2 ＋ＣＯ ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ＝Ｈ2 ＋ＣＯ2 改質器のパラメータの一つにスチーム／カーボン比（Ｓ
／Ｃ）がある。これは改質器に導入する原燃料ガス中に
含まれる炭素１モル当たりの水蒸気のモル数を表す。理
論上は天然ガスの場合は２．０、メタノールの場合は
１．０である。実際は化学反応の平衡を考慮して天然ガ
スで２．５ないし３．５、メタノールの場合１．５ない
し２．５である。
／Ｃ）がある。これは改質器に導入する原燃料ガス中に
含まれる炭素１モル当たりの水蒸気のモル数を表す。理
論上は天然ガスの場合は２．０、メタノールの場合は
１．０である。実際は化学反応の平衡を考慮して天然ガ
スで２．５ないし３．５、メタノールの場合１．５ない
し２．５である。
【０００８】図４は従来の固体高分子電解質型燃料電池
システムを示す構成図である。原料水がポンプ５により
加圧されて熱交換器３を経由して改質器２に供給され
る。熱交換器３では熱交換により水は水蒸気となる。こ
の水蒸気は天然ガスとともに改質器２で改質される。改
質器２は空気と補助燃料により前述の温度に維持され
る。得られた改質ガスは熱交換器３を経由して燃料電池
１のアノードに供給される。燃料電池１のカソードには
空気が供給される。燃料電池は固体高分子電解質膜の比
抵抗を小さくして発電効率を高めるために例えば５０な
いし１００℃の温度で運転される。燃料電池は冷却系４
により所定温度に冷却される。冷却系の水温は４０ない
し９０℃であるがそのまま廃棄される。
システムを示す構成図である。原料水がポンプ５により
加圧されて熱交換器３を経由して改質器２に供給され
る。熱交換器３では熱交換により水は水蒸気となる。こ
の水蒸気は天然ガスとともに改質器２で改質される。改
質器２は空気と補助燃料により前述の温度に維持され
る。得られた改質ガスは熱交換器３を経由して燃料電池
１のアノードに供給される。燃料電池１のカソードには
空気が供給される。燃料電池は固体高分子電解質膜の比
抵抗を小さくして発電効率を高めるために例えば５０な
いし１００℃の温度で運転される。燃料電池は冷却系４
により所定温度に冷却される。冷却系の水温は４０ない
し９０℃であるがそのまま廃棄される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来の固体高分子電解質型燃料電池システムにあっ
ては燃料電池の排熱は冷却系を介してそのまま捨てられ
るためにそのエネルギ効率を上げられないという問題が
あった。改質器の必要とする水蒸気を燃料電池の排熱を
利用して発生させることも試みられたが冷却水の温度が
４０ないし９０℃であることと、原料である水が加圧さ
れているために効率良く水蒸気を発生させることはでき
なかった。そのために改質器の必要とする水蒸気は、図
示していないが、改質器の前に補助燃料の燃焼器を設
け、そこで発生した水蒸気を改質器用の水蒸気としてい
た。このようにして従来の固体高分子電解質型燃料電池
は燃料電池の排熱の利用をしない上に補助燃料を要し、
エネルギ効率の点で不利なものであった。
うな従来の固体高分子電解質型燃料電池システムにあっ
ては燃料電池の排熱は冷却系を介してそのまま捨てられ
るためにそのエネルギ効率を上げられないという問題が
あった。改質器の必要とする水蒸気を燃料電池の排熱を
利用して発生させることも試みられたが冷却水の温度が
４０ないし９０℃であることと、原料である水が加圧さ
れているために効率良く水蒸気を発生させることはでき
なかった。そのために改質器の必要とする水蒸気は、図
示していないが、改質器の前に補助燃料の燃焼器を設
け、そこで発生した水蒸気を改質器用の水蒸気としてい
た。このようにして従来の固体高分子電解質型燃料電池
は燃料電池の排熱の利用をしない上に補助燃料を要し、
エネルギ効率の点で不利なものであった。
【００１０】上述の従来の燃料電池は常圧型の燃料電池
の場合であるが、加圧状態のガスを供給して燃料電池を
１００℃を若干上回る温度で運転する加圧型の場合にお
いても事情は同じであった。この発明は上述の点に鑑み
てなされその目的は、燃料電池の排熱を利用して水蒸気
を発生させ補助燃料の使用量を減らすことが可能なエネ
ルギ効率に優れる固体高分子電解質型燃料電池システム
を提供することにある。
の場合であるが、加圧状態のガスを供給して燃料電池を
１００℃を若干上回る温度で運転する加圧型の場合にお
いても事情は同じであった。この発明は上述の点に鑑み
てなされその目的は、燃料電池の排熱を利用して水蒸気
を発生させ補助燃料の使用量を減らすことが可能なエネ
ルギ効率に優れる固体高分子電解質型燃料電池システム
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば、燃料電池と、冷却系と、熱交換器と、減圧弁
と、ガス輸送手段と、改質器とを有し、燃料電池は固体
高分子電解質膜にカソードとアノードを配してなり、カ
ソードには酸化剤ガスが、アノードには改質器で生成し
た改質ガスが供給され、冷却系は、燃料電池と熱交換器
との間を循環して燃料電池で発生した熱を熱交換器に伝
え、減圧弁は原料水の圧力を大気圧よりも低くするもの
であり、熱交換器は熱交換により減圧下の原料水を蒸発
させ、ガス輸送手段は熱交換器で発生した水蒸気を改質
器に送り、改質器は燃料ガスとガス輸送手段から送られ
てくる水蒸気とから水素に富んだ改質ガスを発生させる
ものであるとすること、また第二の発明によれば、燃料
電池と、冷却系と、熱交換器と、コンプレッサと、改質
器とを有し、燃料電池は固体高分子電解質膜にカソード
とアノードを配してなり、カソードには酸化剤ガスが、
アノードには改質器で生成した改質ガスが供給され、冷
却系は、燃料電池と熱交換器との間を循環して燃料電池
で発生した熱を熱交換器に伝え、熱交換器は大気圧以上
の圧力に加圧された原料水を熱交換により蒸発させ、コ
ンプレッサは熱交換器で発生した水蒸気を所定の圧力に
加圧して改質器に送り、改質器は原燃料ガスとコンプレ
ッサから送られてくる水蒸気とから水素に富んだ改質ガ
スを発生させるものであるとすることにより達成され
る。
によれば、燃料電池と、冷却系と、熱交換器と、減圧弁
と、ガス輸送手段と、改質器とを有し、燃料電池は固体
高分子電解質膜にカソードとアノードを配してなり、カ
ソードには酸化剤ガスが、アノードには改質器で生成し
た改質ガスが供給され、冷却系は、燃料電池と熱交換器
との間を循環して燃料電池で発生した熱を熱交換器に伝
え、減圧弁は原料水の圧力を大気圧よりも低くするもの
であり、熱交換器は熱交換により減圧下の原料水を蒸発
させ、ガス輸送手段は熱交換器で発生した水蒸気を改質
器に送り、改質器は燃料ガスとガス輸送手段から送られ
てくる水蒸気とから水素に富んだ改質ガスを発生させる
ものであるとすること、また第二の発明によれば、燃料
電池と、冷却系と、熱交換器と、コンプレッサと、改質
器とを有し、燃料電池は固体高分子電解質膜にカソード
とアノードを配してなり、カソードには酸化剤ガスが、
アノードには改質器で生成した改質ガスが供給され、冷
却系は、燃料電池と熱交換器との間を循環して燃料電池
で発生した熱を熱交換器に伝え、熱交換器は大気圧以上
の圧力に加圧された原料水を熱交換により蒸発させ、コ
ンプレッサは熱交換器で発生した水蒸気を所定の圧力に
加圧して改質器に送り、改質器は原燃料ガスとコンプレ
ッサから送られてくる水蒸気とから水素に富んだ改質ガ
スを発生させるものであるとすることにより達成され
る。
【００１２】
【作用】減圧弁を用いて原料水の圧力を減圧すると冷却
水の温度が低くても容易に水蒸気を発生させることがで
きる。減圧弁を使用するときは、コンプレッサを使用し
て燃料電池を加圧型で運転してもよいし、ブロアを用い
て燃料電池を常圧型で運転することもできる。
水の温度が低くても容易に水蒸気を発生させることがで
きる。減圧弁を使用するときは、コンプレッサを使用し
て燃料電池を加圧型で運転してもよいし、ブロアを用い
て燃料電池を常圧型で運転することもできる。
【００１３】燃料電池を加圧型で運転するときは冷却水
温度を１００℃を少し上回る温度に設定することがで
き、１気圧の原料水を熱交換器で効率良く蒸発させるこ
とができる。この場合は熱交換器で発生した水蒸気はコ
ンプレッサにより加圧される。
温度を１００℃を少し上回る温度に設定することがで
き、１気圧の原料水を熱交換器で効率良く蒸発させるこ
とができる。この場合は熱交換器で発生した水蒸気はコ
ンプレッサにより加圧される。
【００１４】
【実施例】次に第一の発明および第二の発明に係る実施
例を図面を用いて説明する。 実施例１ 図１は第一の発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池システムを示す配置図である。原料水は減圧弁６
により０．８気圧に減圧される。減圧された原料水は熱
交換器３において水蒸気となる。発生した水蒸気はコン
プレッサ５により４ないし８気圧に加圧される。加圧さ
れた水蒸気は同じ気圧の天然ガスと混合され、改質器２
に送られる。改質器２は空気と補助燃料とにより６００
ないし７００℃の温度に設定され改質反応により水素ガ
スが発生する。水素ガスは次いで燃料電池のアノードに
送られ、カソードには空気が送られて、電池反応が行わ
れる。固体高分子電解質型燃料電池は１１０℃の温度で
運転される。冷却系の冷却水温度は１００ないし１０５
℃である。熱交換器の出口温度は９５ないし１００℃と
なる。
例を図面を用いて説明する。 実施例１ 図１は第一の発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池システムを示す配置図である。原料水は減圧弁６
により０．８気圧に減圧される。減圧された原料水は熱
交換器３において水蒸気となる。発生した水蒸気はコン
プレッサ５により４ないし８気圧に加圧される。加圧さ
れた水蒸気は同じ気圧の天然ガスと混合され、改質器２
に送られる。改質器２は空気と補助燃料とにより６００
ないし７００℃の温度に設定され改質反応により水素ガ
スが発生する。水素ガスは次いで燃料電池のアノードに
送られ、カソードには空気が送られて、電池反応が行わ
れる。固体高分子電解質型燃料電池は１１０℃の温度で
運転される。冷却系の冷却水温度は１００ないし１０５
℃である。熱交換器の出口温度は９５ないし１００℃と
なる。
【００１５】また図示しないがコンプレッサを用いるこ
となくブロワで水蒸気を改質器に送り、燃料電池を常圧
型で運転することもできる。原料水は減圧されているの
で熱交換器において効率良く蒸発し、改質器の必要とす
る水蒸気を発生させる。 実施例２ 図２は第二の発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池システムを示す配置図である。１気圧の原料水は
熱交換器３において水蒸気となる。発生した水蒸気はコ
ンプレッサ５により６気圧に加圧される。加圧された水
蒸気は同じ６気圧の天然ガスと混合され、改質器２に送
られる。改質器２は空気と補助燃料とにより６００ない
し７００℃の温度に設定され改質反応により水素ガスが
発生する。水素ガスは次いで燃料電池のアノードに送ら
れ、カソードには空気が送られて、電池反応が行われ
る。固体高分子電解質型燃料電池は１１０℃の温度で運
転される。冷却系の冷却水温度は１０５℃である。熱交
換器の出口温度は１００℃となる。この実施例の場合は
加圧型でのみ運転される。熱交換器における有効温度が
１００℃であるので原料水は熱交換器で効率良く蒸発す
る。 実施例３ 図３は第二の発明の異なる実施例に係る固体高分子電解
質型燃料電池システムを示す配置図である。この実施例
においては天然ガスは原料水とともに熱交換器に送られ
る。全圧は１気圧である。熱交換器で蒸発した水蒸気は
天然ガスとともに熱交換器６を通り、コンプレッサ５に
より６気圧に加圧される。この実施例は天然ガスが原料
水とともに熱交換器に送られる点が実施例２と異なる。
熱交換器６は熱交換器３で蒸発しなかった原料水を完全
に蒸発させる。
となくブロワで水蒸気を改質器に送り、燃料電池を常圧
型で運転することもできる。原料水は減圧されているの
で熱交換器において効率良く蒸発し、改質器の必要とす
る水蒸気を発生させる。 実施例２ 図２は第二の発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池システムを示す配置図である。１気圧の原料水は
熱交換器３において水蒸気となる。発生した水蒸気はコ
ンプレッサ５により６気圧に加圧される。加圧された水
蒸気は同じ６気圧の天然ガスと混合され、改質器２に送
られる。改質器２は空気と補助燃料とにより６００ない
し７００℃の温度に設定され改質反応により水素ガスが
発生する。水素ガスは次いで燃料電池のアノードに送ら
れ、カソードには空気が送られて、電池反応が行われ
る。固体高分子電解質型燃料電池は１１０℃の温度で運
転される。冷却系の冷却水温度は１０５℃である。熱交
換器の出口温度は１００℃となる。この実施例の場合は
加圧型でのみ運転される。熱交換器における有効温度が
１００℃であるので原料水は熱交換器で効率良く蒸発す
る。 実施例３ 図３は第二の発明の異なる実施例に係る固体高分子電解
質型燃料電池システムを示す配置図である。この実施例
においては天然ガスは原料水とともに熱交換器に送られ
る。全圧は１気圧である。熱交換器で蒸発した水蒸気は
天然ガスとともに熱交換器６を通り、コンプレッサ５に
より６気圧に加圧される。この実施例は天然ガスが原料
水とともに熱交換器に送られる点が実施例２と異なる。
熱交換器６は熱交換器３で蒸発しなかった原料水を完全
に蒸発させる。
【００１６】
【発明の効果】第一の発明によれば燃料電池と、冷却系
と、熱交換器と、減圧弁と、ガス輸送手段と、改質器と
を有し、燃料電池は固体高分子電解質膜にカソードとア
ノードを配してなり、カソードには酸化剤ガスが、アノ
ードには改質器で生成した改質ガスが供給され、冷却系
は、燃料電池と熱交換器との間を循環して燃料電池で発
生した熱を熱交換器に伝え、減圧弁は原料水の圧力を大
気圧よりも低くするものであり、熱交換器は熱交換によ
り減圧下の原料水を蒸発させ、ガス輸送手段は熱交換器
で発生した水蒸気を改質器に送り、改質器は燃料ガスと
ガス輸送手段から送られてくる水蒸気とから水素に富ん
だ改質ガスを発生させるものであるとすること、また第
二の発明によれば燃料電池と、冷却系と、熱交換器と、
コンプレッサと、改質器とを有し、燃料電池は固体高分
子電解質膜にカソードとアノードを配してなり、カソー
ドには酸化剤ガスが、アノードには改質器で生成した改
質ガスが供給され、冷却系は、燃料電池と熱交換器との
間を循環して燃料電池で発生した熱を熱交換器に伝え、
熱交換器は大気圧以上の圧力に加圧された原料水を熱交
換により蒸発させ、コンプレッサは熱交換器で発生した
水蒸気を所定の圧力に加圧して改質器に送り、改質器は
原燃料ガスとコンプレッサから送られてくる水蒸気とか
ら水素に富んだ改質ガスを発生させるものであるので、
第一の発明においては原料水の減圧効果により、また第
二の発明においては加圧型固体高分子電解質型燃料電池
における冷却水の温度上昇効果により熱交換器における
水蒸気発生が容易となり、改質器が必要とする水蒸気量
を補うための補助燃料使用量が減少し、コンプレッサ等
の使用による補機損失を考慮してもエネルギ効率が約３
％向上した固体高分子電解質型燃料電池システムが得ら
れる。
と、熱交換器と、減圧弁と、ガス輸送手段と、改質器と
を有し、燃料電池は固体高分子電解質膜にカソードとア
ノードを配してなり、カソードには酸化剤ガスが、アノ
ードには改質器で生成した改質ガスが供給され、冷却系
は、燃料電池と熱交換器との間を循環して燃料電池で発
生した熱を熱交換器に伝え、減圧弁は原料水の圧力を大
気圧よりも低くするものであり、熱交換器は熱交換によ
り減圧下の原料水を蒸発させ、ガス輸送手段は熱交換器
で発生した水蒸気を改質器に送り、改質器は燃料ガスと
ガス輸送手段から送られてくる水蒸気とから水素に富ん
だ改質ガスを発生させるものであるとすること、また第
二の発明によれば燃料電池と、冷却系と、熱交換器と、
コンプレッサと、改質器とを有し、燃料電池は固体高分
子電解質膜にカソードとアノードを配してなり、カソー
ドには酸化剤ガスが、アノードには改質器で生成した改
質ガスが供給され、冷却系は、燃料電池と熱交換器との
間を循環して燃料電池で発生した熱を熱交換器に伝え、
熱交換器は大気圧以上の圧力に加圧された原料水を熱交
換により蒸発させ、コンプレッサは熱交換器で発生した
水蒸気を所定の圧力に加圧して改質器に送り、改質器は
原燃料ガスとコンプレッサから送られてくる水蒸気とか
ら水素に富んだ改質ガスを発生させるものであるので、
第一の発明においては原料水の減圧効果により、また第
二の発明においては加圧型固体高分子電解質型燃料電池
における冷却水の温度上昇効果により熱交換器における
水蒸気発生が容易となり、改質器が必要とする水蒸気量
を補うための補助燃料使用量が減少し、コンプレッサ等
の使用による補機損失を考慮してもエネルギ効率が約３
％向上した固体高分子電解質型燃料電池システムが得ら
れる。
【図１】第一の発明の実施例に係る固体高分子電解質型
燃料電池システムを示す配置図
燃料電池システムを示す配置図
【図２】第二の発明の実施例に係る固体高分子電解質型
燃料電池システムを示す配置図
燃料電池システムを示す配置図
【図３】第二の発明の異なる実施例に係る固体高分子電
解質型燃料電池システムを示す配置図
解質型燃料電池システムを示す配置図
【図４】従来の固体高分子電解質型燃料電池システムを
示す配置図
示す配置図
１ 燃料電池 ２ 改質器 ３ 熱交換器 ４ 冷却系 ５ コンプレッサ ６ 減圧弁
Claims (8)
- 【請求項１】燃料電池と、冷却系と、熱交換器と、減圧
弁と、ガス輸送手段と、改質器とを有し、 燃料電池は固体高分子電解質膜にカソードとアノードを
配してなり、カソードには酸化剤ガスが、アノードには
改質器で生成した改質ガスが供給され、 冷却系は、燃料電池と熱交換器との間を循環して燃料電
池で発生した熱を熱交換器に伝え、 減圧弁は原料水の圧力を大気圧よりも低くするものであ
り、 熱交換器は熱交換により減圧下の原料水を蒸発させ、 ガス輸送手段は熱交換器で発生した水蒸気を改質器に送
り、 改質器は燃料ガスとガス輸送手段から送られてくる水蒸
気とから水素に富んだ改質ガスを発生させるものである
ことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池システ
ム。 - 【請求項２】請求項１記載のシステムにおいて、ガス輸
送手段はコンプレッサであり燃料電池は４ないし８気圧
の加圧下で運転されるものであることを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池システム。 - 【請求項３】請求項１記載のシステムにおいて、ガス輸
送手段はブロアであり、燃料電池は常圧下で運転される
ものであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池システム。 - 【請求項４】燃料電池と、冷却系と、熱交換器と、コン
プレッサと、改質器とを有し、 燃料電池は固体高分子電解質膜にカソードとアノードを
配してなり、カソードには酸化剤ガスが、アノードには
改質器で生成した改質ガスが供給され、 冷却系は、燃料電池と熱交換器との間を循環して燃料電
池で発生した熱を熱交換器に伝え、 熱交換器は大気圧以上の圧力に加圧された原料水を熱交
換により蒸発させ、 コンプレッサは熱交換器で発生した水蒸気を所定の圧力
に加圧して改質器に送り、 改質器は原燃料ガスとコンプレッサから送られてくる水
蒸気とから水素に富んだ改質ガスを発生させるものであ
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池システ
ム。 - 【請求項５】請求項４記載のシステムにおいて、原料水
はキャリアガスとともに熱交換器を経由することを特徴
とする固体高分子電解質型燃料電池システム。 - 【請求項６】請求項５記載のシステムにおいて、キャリ
アガスは原燃料ガスであることを特徴とする固体高分子
電解質型燃料電池システム。 - 【請求項７】請求項４記載のシステムにおいて、冷却系
中の冷却水は燃料電池の出口において温度が１００ない
し１０５℃の範囲にあることを特徴とする固体高分子電
解質型燃料電池システム。 - 【請求項８】請求項４記載のシステムにおいて、コンプ
レッサは熱交換器で発生した水蒸気を４ないし８気圧に
加圧するものであることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4068883A JPH05275101A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4068883A JPH05275101A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275101A true JPH05275101A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=13386503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4068883A Pending JPH05275101A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05275101A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5616430A (en) * | 1994-08-30 | 1997-04-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Reformer and fuel cell system using the same |
| WO1999016139A3 (de) * | 1997-09-19 | 1999-07-01 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum kühlen bei brennstoffzellen |
| US6120923A (en) * | 1998-12-23 | 2000-09-19 | International Fuel Cells, Llc | Steam producing hydrocarbon fueled power plant employing a PEM fuel cell |
| US6804507B2 (en) | 1997-02-28 | 2004-10-12 | Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. | Mobile paging telephone with an automatic call back function |
| WO2010090404A3 (ko) * | 2009-02-09 | 2010-10-28 | (주)퓨얼셀 파워 | 연료전지 시스템 및 그 제어방법 |
-
1992
- 1992-03-27 JP JP4068883A patent/JPH05275101A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5616430A (en) * | 1994-08-30 | 1997-04-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Reformer and fuel cell system using the same |
| US6804507B2 (en) | 1997-02-28 | 2004-10-12 | Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. | Mobile paging telephone with an automatic call back function |
| WO1999016139A3 (de) * | 1997-09-19 | 1999-07-01 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum kühlen bei brennstoffzellen |
| US6120923A (en) * | 1998-12-23 | 2000-09-19 | International Fuel Cells, Llc | Steam producing hydrocarbon fueled power plant employing a PEM fuel cell |
| WO2010090404A3 (ko) * | 2009-02-09 | 2010-10-28 | (주)퓨얼셀 파워 | 연료전지 시스템 및 그 제어방법 |
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