JPH06275300A

JPH06275300A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JPH06275300A
Application number: JP5065598A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tajima; 収田島; Katsuyuki Makihara; 勝行槇原; Hiroshi Mukai; 広志向井; Hiroyuki Ito; 裕之伊藤; Kunihiro Nakato; 邦弘中藤; Nobuyoshi Nishizawa; 信好西沢
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼排ガスとして系外に排出されていた未反
応水素の有効利用を図ると共に、低コストな燃料電池シ
ステムを提供することを目的とする。【構成】純水素を燃料として発電を行う燃料電池本体
１と、前記燃料電池本体１に供給する純水素を貯蔵する
純水素貯蔵手段２と、前記燃料電池本体１での電池反応
に寄与しなかった未反応の純水素を、前記燃料電池本体
１にリサイクルするリサイクル手段５・６とを備えたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は純水素を燃料として用い
た燃料電池システムに関し、詳しくは電池反応に際に排
出される未反応水素の処理方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は天然ガス，メタノール，ナフ
サ，石炭等の燃料を改質して得られる水素と，空気中の
酸素とから電気エネルギーを発生させる装置であり、高
い発電効率を得ることができる。そのため、宇宙用から
自動車用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の
用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして
注目されている。

【０００３】特に近年では、天然ガス等の改質ガスを燃
料として用いる代わりに、純水素を燃料として用いたシ
ステムが提案されており、改質ガスに比べて水素分圧が
高い分だけ発電効率も高いという利点がある。このよう
なシステムでは、純水素は水素ボンベ等に充填されてお
り、この水素ボンベからアノードに純水素を供給するこ
とにより発電を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電池反応の
際の純水素の利用率は一般に９０〜９５％程度であるた
め、５〜１０％程度の純水素が未反応水素として排出さ
れる。従来、電池反応の際に生じる未反応水素は、触媒
燃焼器で燃焼処理した後、系外に排出していたが、触媒
燃焼するための触媒燃焼器や，排ガスバーナ等の特別の
装置が別途必要になるため、システムが大型化しコスト
も高くなるという課題を有していた。また、ボンベ内の
純水素を１００％電池反応に利用することができないた
め発電時間が短くなるという課題も有している。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、燃焼排ガスとして系外に排出されていた未反応水
素の有効利用を図ると共に、低コストな燃料電池システ
ムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、以下のことを特徴とする。純水素を燃料として発電を行う燃料電池本体と、前
記燃料電池本体に供給する純水素を貯蔵する純水素貯蔵
手段と、前記燃料電池本体での電池反応に寄与しなかっ
た未反応の純水素を、前記燃料電池本体にリサイクルす
るリサイクル手段とを備えたことを特徴とする。前記純水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金を充填したボ
ンベであることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成の如くリサイクル手段を備えていれ
ば、電池反応に寄与しなかった未反応の純水素（通常、
５〜１０％程度）を燃料電池本体にリサイクルすること
ができるため、純水素供給手段から供給される純水素を
略１００％電極反応に利用することができる。この場
合、純水素供給手段が上記のような水素吸蔵合金を充
填したボンベ等であれば、ボンベの発電時間が５〜１０
％程度延長するのでボンベ交換等の煩わしい作業を減ら
すことができる。

【０００８】また、純水素を略１００％電池反応に利用
することができ系外に排出する未反応水素がほとんどな
いので、触媒燃焼器等が不要になる。したがって、シス
テムの大型化を抑制することができ、且つ、コストの低
減を図ることもできる。

【０００９】

【実施例】

（第一実施例）〔実施例１〕図１は本発明の第一実施例に係る出力２５
０Ｗ級の燃料電池システムの概略構成図であり、純水素
と空気中の酸素とで発電を行う燃料電池本体１と，この
燃料電池本体１に供給する純水素を貯蔵するＭＨボンベ
２と，このＭＨボンベ２内の純水素を燃料電池本体１に
供給する純水素供給配管３と，この配管３内での純水素
の流量等を制御するレギュレータ４と，燃料電池本体１
から排出される未反応の純水素を純水素供給配管３を介
して燃料電池本体１にリサイクルする未反応水素リサイ
クル管５と，この未反応水素リサイクル管５内の未反応
水素が純水素供給配管３まで帰還されるよう未反応水素
を加圧（＞２００ｍｍＡｑ）して流すブロワ６とから主
に構成されている。また、純水素供給配管３であってレ
ギュレータ４よりも下流側の配管３には逆流防止用の逆
止弁８が設けられている。

【００１０】前記燃料電池本体１は、出力２５０Ｗ級の
リン酸型燃料電池が使用され、リン酸電解質（図示せ
ず）を介して、カソード１ａとアノード１ｂとが配置さ
れた構成である。前記ＭＨボンベ２内には、約４００リ
ットルの水素を吸蔵させた水素吸蔵合金（例えば、Ｍｍ
Ｎｉ_4.32Ｍｎ_0.18Ａｌ_0.1Ｆｅ_0.1Ｃｏ_0.3）が充填さ
れている。尚、ＭＨボンベ２を使用する代わりに、純水
素を充填した市販の水素ボンベ等を使用することも勿論
可能である。

【００１１】次に、上記の如く構成された燃料電池シス
テムの作動について具体的に説明する。先ず、レギュレ
ータ４を開弁して、ＭＨボンベ２内から水素供給配管３
を介して燃料電池本体１のアノード１ｂに純水素を供給
すると共に、燃料電池本体１のカソード１ａに空気（酸
素）を供給すると、やがて電池反応が開始される。

【００１２】しばらくして、電池反応が進行すると、燃
料電池本体１からは電池反応に寄与しなかった未反応の
純水素（通常、５〜１０％程度）が生じる。この未反応
の純水素は、ブロワ６によって未反応水素リサイクル管
５を純水素供給配管３側へと加圧（＞２００ｍｍＡｑ）
供給される。その後、未反応の純水素（圧力１００〜２
００ｍｍＡｑ）は、アノード１ｂ側にリサイクルされ、
再び電池反応に利用される。この場合、ＭＨボンベ２か
ら供給される純水素の圧力は４ｋｇ／ｃｍ²程度であ
り、レギュレータ４の下流側では１００〜２００ｍｍＡ
ｑになるよう制御されている。このように、本発明によ
れば、従来系外に排出するだけで全く利用されていなか
った未反応水素を有効に利用することができる。

【００１３】このように構成された燃料電池システム
を、以下（Ａ）システムと称する。〔比較例１〕図３に示すように、燃料電池本体１１から
排出される未反応の純水素を、燃料電池本体１１にリサ
イクルするのではなく、未反応水素排出管５２を介して
触媒燃焼供給３０で燃焼処理した後、系外に排出する構
成とする他は上記第一実施例の実施例１と略同様の燃料
電池システムを作製した。尚、図３において４０は触媒
燃焼器であり、３０は触媒燃焼器に燃焼ガスを供給する
ための排ガスバーナであり、２１は水素吸蔵合金を充填
したＭＨボンベである。

【００１４】このように構成された燃料電池システム
を、以下（Ｘ）システムと称する。〔実験１〕上記本発明の（Ａ）システムと，比較例の
（Ｘ）システムとを用いて、定格（２５０Ｗ）運転を行
った場合の発電時間を調べた。尚、実験はともに約４０
０リットルの水素を充填したＭＨボンベを使用した。

【００１５】その結果、本発明の（Ａ）システムでは運
転時間が１１０分であるのに対して、比較例の（Ｘ）シ
ステムでは１００分であった。したがって、本発明の
（Ａ）システムは、比較例の（Ｘ）システムに比べて明
らかに運転時間が延長していることが認められる。これ
は、本発明の（Ａ）システムでは、電池反応の際に生じ
る未反応水素を有効にリサイクルすることにより純水素
の利用率を略１００％にまで高めることができるのに対
して、比較例の（Ｘ）システムでは１０％程度の未反応
水素を系外に排出しているため純水素の利用率が９０％
程度と低いことに起因する。

【００１６】（第二実施例）図２は本発明の第二実施例
に係る燃料電池システムの概略構成図であり、ブロワ６
を用いる代わりにインジェクタ７を使用し、逆止弁８を
未反応水素リサイクル管５に設ける他は、上記第一実施
例と略同様の構成である。尚、上記第一実施例と同様の
機能を有する構成部分については第一実施例と同様の番
号を付して説明を省略する。

【００１７】先ず、レギュレータ４を開弁して、ＭＨボ
ンベ２内から水素供給配管３を介して燃料電池本体１の
アノード１ｂに純水素を供給すると共に、燃料電池本体
１のカソード１ａに空気（酸素）を供給すると、やがて
電池反応が開始される。しばらくして、電池反応が進行
すると、燃料電池本体１からは電池反応に寄与しなかっ
た未反応の純水素（通常、５〜１０％程度）が生じる。
この未反応の純水素は、未反応水素リサイクル管５を純
水素供給配管３側へと流れた後、インジェクタ７によっ
て１００〜２００ｍｍＡｑ程度に加圧される。そして、
レギュレータ４を介してアノード１ｂ側にリサイクルさ
れ、再び電池反応に利用される。この場合、ＭＨボンベ
２から供給される純水素の圧力は４ｋｇ／ｃｍ²程度で
あり、レギュレータ４の下流側では１００〜２００ｍｍ
Ａｑになるよう制御されている。このように、本発明に
よれば、従来系外に排出するだけで全く利用されていな
かった未反応水素を有効に利用することができる。

【００１８】尚、電池反応の際には燃料電池本体１から
は未反応水素の他に水が含まれるが、この水は未反応水
素リサイクル管５の途中に熱交換器等を設けることによ
って蒸発除去できるので、電池反応に寄与しなかった純
水素のみをリサイクルすることができる。〔その他の事項〕上記実施例においては、水素吸蔵合金
として希土類系のＭｍＮｉ_4.32Ｍｎ_0.18Ａｌ_0.1Ｆｅ
_0.1Ｃｏ_0.3を用いたが、本発明はこれに何ら限定され
るものではなく、例えばＴｉ−Ｍｎ系，Ｔｉ−Ｆｅ系，
Ｔｉ−Ｚｒ系，Ｍｇ−Ｎｉ系，Ｚｒ−Ｍｎ系等の水素吸
蔵合金を用いることも勿論可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上の本発明によれば、電池反応に寄与
しなかった未反応の純水素（通常、５〜１０％程度）を
燃料電池本体にリサイクルすることができるため、純水
素供給手段から供給される純水素を略１００％電極反応
に利用することができる。この場合、純水素供給手段が
ＭＨボンベ等であれば、ボンベの発電時間が５〜１０％
程度延長するのでボンベ交換等の煩わしい作業を減らす
ことができる。

【００２０】また、純水素を略１００％電池反応に利用
することができ系外に排出する未反応水素がほとんどな
いので、触媒燃焼器等が不要になる。したがって、シス
テムの大型化を抑制することができ、且つ、コストの低
減を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る燃料電池システムの
概略構成図である。

【図２】本発明の第二実施例に係る燃料電池システムの
概略構成図である。

【図３】従来の燃料電池システムの概略構成図である。

【符号の説明】

１燃料電池本体２ＭＨボンベ５未反応水素リサイクル管６ブロワ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤裕之守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者中藤邦弘守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者西沢信好守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純水素を燃料として発電を行う燃料電池
本体と、前記燃料電池本体に供給する純水素を貯蔵する純水素貯
蔵手段と、前記燃料電池本体での電池反応に寄与しなかった未反応
の純水素を、前記燃料電池本体にリサイクルするリサイ
クル手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】前記純水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金を
充填したボンベであることを特徴とする請求項１記載の
燃料電池システム。