JPH103936A - 固体高分子型燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 天然ガス，ナフサ，メタノール等の原料を改
質器で改質し、その改質ガスを用いて固体高分子型の燃
料電池で発電する燃料電池発電システムにおいて、加湿
器を設けなくても運転することができるシステム構成の
簡素なものを提供する。 【解決手段】 改質器２は原料を水蒸気改質して水素リ
ッチな改質ガスを生成する。固体高分子型の燃料電池６
は、改質器２で生成された改質ガスを用いて発電する。
発電時において、第一制御部８が第一調整バルブ３の開
口量を調整することによって、改質器２に対して過剰量
の水蒸気が供給され、燃料電池６に供給される改質ガス
には電池の運転温度において飽和する量の水蒸気が含ま
れるよう調整されるので、加湿器を設けなくても固体高
分子膜の保湿がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関し、特
に、天然ガス，ナフサ等の原料を水蒸気改質する改質器
と、それを用いて発電する固体高分子型燃料電池を備え
た発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜
にアノード及びカソードを配してなるセルを備え、アノ
−ドに水素ガス，カソ−ドに酸素ガスを供給して下記化
１式及び化２式に示される電気化学反応を起こすことに
よって発電を行うようになっている。

【０００３】

【化１】

【０００４】

【化２】 この電気化学反応を行わせるためには、固体高分子膜の
イオン伝導性を確保する必要があるので、発電時には、
供給される水素ガスまたは酸素ガスを加湿して固体高分
子膜を保湿しながら運転している。ところで、一般的に
燃料電池の分野において、天然ガスやメタノール等の原
料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改
質器とこれを用いて発電する燃料電池とを組み合わせた
発電システムが開発されているが、この改質ガスの中に
は副生成物の一酸化炭素がいくらか含有されるので、燃
料電池の中でもアノード触媒が一酸化炭素に対して劣化
しやすい固体高分子型燃料電池の場合、改質器と組み合
わせて発電システムを構成することは従来あまりなされ
なかった。しかし、優れた一酸化炭素除去装置が開発さ
れるのに伴って、特開平３−２０３１６５号公報や特開
平７−１９６３０２号公報に開示されているように、メ
タノール改質器と固体高分子型燃料電池とを組み合わせ
且つアノード触媒が劣化しにくい発電システムが開発さ
れている。

【０００５】図６は、特開平７−１９６３０２号公報に
記載されている燃料電池発電システムの処理フローであ
る。このシステムでは、燃焼部１０１，気化部１０２で
メタノールと水の混合物を気化させ、改質部１０３で水
素リッチな改質ガスに改質し、変成部１０４で変成反応
することによりＣＯ濃度を１０００ｐｐｍ程度に低減
し、更にＣＯ選択酸化触媒を備えた酸化除去部１０５で
改質ガス中のＣＯ濃度を１００ｐｐｍ未満に低減し、こ
れを加湿器１０６で加湿して燃料電池セルスタック１０
７に供給して発電を行うようになっている。

【０００６】また、この発電システムは、メタノール以
外の天然ガス等を燃料とする固体高分子型燃料電池シス
テムにも適用することが可能であって、気体燃料を原料
として用いる場合には、気化部１０２は設ける必要な
く、気体燃料を水蒸気と共に改質部１０３に供給すれば
よいと考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな発電システムは、気化器または水蒸気を供給する手
段の他に改質ガスを加湿する手段を設けることが必要で
あって、その点でシステム構成が複雑になるという問題
がある。即ち、図６の燃料電池発電システムにおいて
は、メタノールと水の混合物を気化するための気化部１
０２と、燃料電池セルスタック１０７に流れる改質ガス
を加湿するための加湿器１０６とが設けられている点で
複雑であり、気体燃料を原料として用いる場合には、水
蒸気供給源と加湿部とを設けることになる点で、同様に
複雑になるという課題が生じる。

【０００８】また改質ガスを加湿するために用いられる
加湿器は、一般的にスペースをとるのでそれだけシステ
ム全体が大型化しやすい。本発明はこのような課題に鑑
み、天然ガス，ナフサ，メタノール等の原料を改質器で
改質し、その改質ガスを用いて固体高分子型の燃料電池
で発電する燃料電池発電システムにおいて、加湿器を設
けなくても運転することができるシステム構成の簡素な
ものを提供することを主な目的とする。

【０００９】また、燃料電池は、起動時に所定の運転温
度（固体高分子型燃料電池では通常７０〜１３０℃程
度）まで昇温させる必要があるため、このようなシステ
ムにおいても起動時に燃料電池を昇温する手段を設ける
必要がある。従来より昇温手段として昇温ヒ−タや昇温
用プレ−ト等が多く用いられているが、本発明は、昇温
ヒ−タや昇温用プレ−ト等を設けなくても、起動時に燃
料電池を昇温することのできる固体高分子型燃料電池発
電システムを提供することも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の主な目
的を達成するため、固体高分子型燃料電池発電システム
を、原料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成
する改質器と、改質器で生成された改質ガスを用いて発
電する固体高分子型の燃料電池と、発電時において水蒸
気が改質器を経由して改質ガスと共に燃料電池に流れ込
んで固体高分子膜を保湿するよう改質器に対して過剰量
の水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備える構成とし
た。

【００１１】本発明で、改質器に対してこのように過剰
量の水蒸気を供給する理由は次の通りである。従来、天
然ガス等の原料を水蒸気改質する場合、供給される原料
中の炭化水素を効率よく（即ち少ないエネルギー消費
で）改質するのに適した量だけ水蒸気を供給するのが通
常であって、水蒸気をそれより過剰に供給することはな
されなかった。即ち、水蒸気改質に供給される原料中の
炭化水素に対する水蒸気のモル比（以下この比をＳ／Ｃ
比と記載する）は、通常２．５程度で供給されていた。

【００１２】これは、水蒸気を過剰に供給すると（即ち
Ｓ／Ｃ比を２．５より大きくすると）、改質器の容量を
それだけ大きく設定することが必要となり、それに伴っ
て改質器を加熱する燃料も多く必要になり、効率が悪く
なるためである。これに対して本発明者等は、改質器に
水蒸気を過剰に送り込むことにより、改質器にとっては
大型化と効率の低下が生じるものの、余剰の水蒸気を燃
料電池に送り込んで固体高分子膜を保湿することができ
るので、別個に加湿器を設ける必要がなく、その結果、
システム全体としては効率の低下とはならず、且つシス
テム全体の構成を簡素に小型化できることを見いだし
た。

【００１３】更に、過剰量の水蒸気を供給することによ
ってＳ／Ｃ比が従来より大きくなるので、改質器内にお
けるカーボンの析出が抑制されるという効果も奏する。
また、この固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、改質器で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素
を選択酸化することによって一酸化炭素を除去する一酸
化炭素除去器を備えた構成にすることもでき、これによ
ってアノード触媒の劣化を抑制することができる。

【００１４】また、水蒸気供給手段が燃料電池に改質ガ
スと共に送り込まれる水蒸気が燃料電池の発電温度にお
いて結露しない割合で水蒸気を供給するようにすれば、
固体高分子膜の水素イオン伝導性が確保され且つ燃料電
池内で水蒸気が結露しないため長時間運転しても電圧は
低下しにくい。また、水蒸気供給手段は、Ｓ／Ｃ比が
３．０〜６となるよう水蒸気量をコントロールすること
が好ましい。これは、Ｓ／Ｃ比が３．０以上ではカーボ
ンの析出防止効果が良好であり、Ｓ／Ｃ比が６を越える
ことはシステムの効率面から好ましくないからである。

【００１５】更に、この固体高分子型燃料電池発電シス
テムにおいて、水蒸気供給手段が、起動時においても、
改質器を経由して燃料電池に水蒸気を送り込み、その水
蒸気で燃料電池を加熱するようにすることもできる。こ
の場合、昇温プレ−トなどの昇温装置を設けなくても、
起動時における燃料電池の昇温が行われる。また、水蒸
気供給手段は、燃料電池に流れる水蒸気量を検出する水
蒸気検出センサと、燃料電池の温度を検出する温度検出
センサと、改質器に水蒸気を供給する配管に設けられた
バルブと、発電時において水蒸気検出センサと温度検出
センサの検出結果に基づいてバルブを制御する制御部と
を備えた構成とすることによって容易に実現できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体高分子型燃料
電池発電システムについて、図面を参照しながら具体的
に説明する。 （システム構成についての説明）図１は、本発明の一実
施の形態に係る固体高分子型燃料電池発電システムの概
略構成図である。

【００１７】図に示されるように、本システムは、バー
ナ１の燃焼熱を用いて原料としての天然ガスを水蒸気改
質する改質器２、改質器２で生成された改質ガス中の一
酸化炭素ガスを除去するＣＯ除去器４、改質ガスを冷却
する水冷式の冷却器５、固体高分子型の燃料電池６、原
料を水蒸気と混合して改質器２に供給するエゼクタ１３
等が、配管（ＡからＧ）によって連結されて構成されて
おり、更に、システムの運転制御を行うための制御装置
７が設けられている。

【００１８】配管Ａは、ボイラー１７から供給される水
蒸気をエゼクタ１３に送り込むものであって、その途中
に水蒸気量を調節するための第一調整バルブ３が介挿さ
れている。また、配管Ｆは、コンプレッサ１８から供給
される天然ガスをエゼクタ１３に送り込むものであっ
て、その途中に天然ガス量を調整する第二調整バルブ１
４が介挿されている。

【００１９】エゼクタ１３は、配管Ｆから送り込まれる
天然ガスと、配管Ａから送り込まれる水蒸気とを混合し
て、配管Ｂを経由して改質器２に供給する。バーナ１
は、バーナ用の燃料源（不図示）からの燃料や燃料電池
６からの未反応ガスを燃焼させて改質器２を加熱する。
改質器２には、図示はしないが改質反応用の触媒層及び
ＣＯ変成用の触媒層が内設されている。バーナ１によっ
て、改質反応用の触媒層は７００℃前後、ＣＯ変成用の
触媒層は２００℃程度にそれぞれ加熱されるようになっ
ており、配管Ｂから送り込まれる天然ガスと水蒸気との
混合ガスは、これらの触媒層を通過することによって水
素リッチな改質ガスに改質される。

【００２０】天然ガスの主成分であるメタンについて見
ると、改質反応用の触媒層では下記化３式で示されるよ
うな改質反応、ＣＯ変成用の触媒層では下記化４式で示
されるようなシフト反応が主として行われる。

【００２１】

【化３】

【００２２】

【化４】 化３式は吸熱反応、化４式の反応は発熱反応であって、
ＣＯ変成用の触媒層が比較的低温（２００℃程度）に保
たれるのは、化４式の平衡を右にずらすことによってで
きるだけ一酸化炭素濃度を低下させるためである。ま
た、発電時において後述するように改質器２に対して天
然ガスの改質に必要な水蒸気量よりも過剰の水蒸気が供
給されるが、水蒸気量が多いほど化４式の平衡は右側に
ずれるので一酸化炭素濃度の低下に有利である。

【００２３】改質器２からの改質ガスには余剰の水蒸気
が混合されている。この改質ガス及び水蒸気が混合した
混合ガスは、配管Ｃ，ＣＯ除去器４，配管Ｄ，冷却器
５，配管Ｅを順に経由して燃料電池６に送り込まれる。
ＣＯ除去器４の中には、酸素存在下で一酸化炭素ガスを
選択的に酸化する選択酸化触媒層（不図示）が設けられ
ており、改質器２からの改質ガスは、ＣＯ除去器４にお
いて若干の空気と混合されて該選択酸化触媒層を通過す
ることによって、改質ガス中の一酸化炭素は下記化５式
で示されるように酸化され、一酸化炭素ガス濃度が１０
０ｐｐｍ程度以下に低減される。

【００２４】なお、ＣＯ除去器４は２００℃付近で運転
される。また、ＣＯ除去器４の一酸化炭素除去機能は、
改質ガスと共に通過する余剰の水蒸気によってほとんど
影響を受けない。

【００２５】

【化５】 燃料電池６は積層型であって、図示はしないが、固体高
分子膜（例えばパ−フルオロカ−ボンスルホン酸の膜）
にカソ−ド，アノ−ドが配されたセルと、表面にリブ及
びガスチャンネルが形成されたセパレ−タ板とが、交互
に積層されて構成されており、発電温度を制御するため
の冷却用プレートが介挿されている。

【００２６】アノード及びカソードには、触媒（白金）
が担持されたカーボンが用いられている。冷却器５は、
ＣＯ除去器４からの２００℃程度の混合ガスを燃料電池
６の運転温度（８０℃程度）に適した温度（１００℃程
度）に低下させる。このように燃料電池６に供給するガ
スの温度を調整することにより、燃料電池６内の温度分
布を均一化することができる。

【００２７】配管Ｅから燃料電池６には上記の混合ガス
が送り込まれる。この混合ガスは燃料電池６内でアノー
ドに供給されるが、混合ガス中の水素は発電のための反
応（上記化１式）に用いられ、混合ガス中の水蒸気は、
固体高分子膜を保湿する役割を果たす。また、上記のよ
うに混合ガス中の一酸化炭素ガス濃度は低減されている
ので、アノ−ド触媒の劣化も起こりにくい。

【００２８】燃料電池６で発電された電力は、ＤＣ／Ａ
Ｃインバ−タ１６によって交流に変換されて外部に出力
される。燃料電池６で発電に使用された残りの未反応ガ
スは、配管Ｇを通ってバーナ１に送られて燃焼に用いら
れる。制御装置７は、発電時における制御を司る第一制
御部８及び起動時における制御を司る第二制御部９を備
えている。

【００２９】第一制御部８は、発電時において、水蒸気
検出センサ１０から入力される燃料電池６内の水蒸気量
信号，第一温度検出センサ１１から入力される燃料電池
６の温度信号，電流計１５から入力される燃料電池６の
負荷電流信号に基づいて第一調整バルブ３の開閉を制御
する。なお、第一制御部８には、可能性のある燃料電池
６の運転温度において予め測定した改質ガスに対する飽
和水蒸気量のテーブルが記憶されている。例えば、この
テーブルには、燃料電池の運転温度（８０℃）における
飽和水蒸気量（約５０ｖｏｌ％）が記憶されている。そ
して、このテーブルを参照して、第一温度検出センサ１
１から入力される燃料電池６の温度に対応する飽和水蒸
気量を算出することができるようになっている。

【００３０】水蒸気検出センサ１０の具体例としては、
露点計に用いられている湿度測定用センサを挙げること
ができる。第二制御部９は、起動時において、第二温度
検出センサ１２から入力される改質器２内の温度信号に
基づいて、第一調整バルブ３及び第二調整バルブ１４の
開閉を制御する。

【００３１】（システムの制御動作についての説明） （Ａ）システム起動時 図２は、第二制御部９によって実行される起動時の制御
フロチャ−トである。このフロチャ−トに従って、起動
時のシステムの動作を説明する。システム起動時には、
先ずバーナ１を点火する（ｓｔｅｐ０１）。そして第二
温度検出センサ１２によって改質器２内の温度Ｔ2を検
出する（ｓｔｅｐ０２）。この温度Ｔ2が所定温度（２
００℃）に達する（ｓｔｅｐ０３でＹｅｓ）と、第一調
整バルブ３を開いて（ｓｔｅｐ０４）、エゼクタ１３に
水蒸気を供給する。この水蒸気は、エゼクタ１３を通過
して改質器２をコンディショニングすると共に、バーナ
１の熱で更に高温に昇温された後、配管Ｃ，ＣＯ除去器
４，配管Ｄ，冷却器５，配管Ｅを経由して燃料電池６に
流れ込む。燃料電池６は、この水蒸気によって加熱され
て昇温する。従って、ボイラー１７から供給される水蒸
気の熱とバーナ１の熱が燃料電池６の昇温に利用される
ことになる。

【００３２】ここで、供給される水蒸気量については、
特に制限はないが、改質器２のコンディショニングが終
了する頃までに、燃料電池６が発電可能な温度に昇温さ
れるよう設定することが望ましく、また、できるだけ発
電時に供給する水蒸気供給量と同程度とするのが好まし
い。続いて、第二温度検出センサ１２で改質器２内の温
度Ｔ2を検出する（ｓｔｅｐ０５）と共に、第一温度検
出センサ１１によって燃料電池６の温度Ｔ1を検出する
（ｓｔｅｐ０６）。改質器２の温度Ｔ2が、予め設定さ
れている温度（５００℃）に達し、且つ燃料電池６内の
温度Ｔ1が予め設定されている温度（８０℃）に達すれ
ば（ｓｔｅｐ０７でＹｅｓ）、第二調整バルブ１４を開
く（ｓｔｅｐ０８）ことによって、改質器２への天然ガ
スの供給を開始する。また燃料電池６への空気供給も開
始する。これによって、燃料電池６は、発電を開始す
る。

【００３３】尚、本実施の形態では、起動時には冷却器
５を稼動させないが、場合によっては冷却器５を稼動さ
せて燃料電池６に送る水蒸気の温度を下げてゆっくり昇
温させることもできる。また、本実施の形態では、ｓｔ
ｅｐ０１〜０４のように改質器２が所定温度に達してか
ら水蒸気を送り込むようにしたが、改質器２の温度に関
係なく水蒸気を供給して燃料電池６を昇温させることも
できる。

【００３４】以上のように、本システムでは、改質器２
に供給される水蒸気の熱を利用して燃料電池６が昇温さ
れるので、昇温ヒ−タやプレ−トを設ける必要がなく、
その分、システム構成を簡単にすることができる。 （Ｂ）システム発電時 図３は、第一制御部８によって実行される発電時の制御
フロチャ−トである。このフロチャ−トに従って、発電
時のシステムの動作を説明する。

【００３５】第一制御部８は、電流計１５から入力され
る燃料電池６の負荷電流に基づいて、天然ガスの流量設
定を行う（ｓｔｅｐ０９，１０）。この流量設定は、燃
料電池６における改質ガスの消費率がほぼ一定の値（約
８０％）となるよう設定する。そして、設定された流量
に合わせて第二調整バルブ１４の開口量を調整する（ｓ
ｔｅｐ１１）。

【００３６】水蒸気検出センサ１０により燃料電池６内
の水蒸気量（ｖｏｌ％）を検出し（ｓｔｅｐ１２）、第
一温度検出センサ１１で燃料電池６内の温度Ｔ1を検出
する（ｓｔｅｐ１３）。以下、改質ガス中の飽和水蒸気
量をＰＶといい、温度Ｔ1に対応する改質ガス中の飽和
水蒸気量をＳＶということとする。

【００３７】第一制御部８は上述したテーブルを参照す
ることによって、ＳＶを算出し、０.９５ＳＶ≧ＰＶの
関係を満たすか否かを判断する（ｓｔｅｐ１４）。０.
９５ＳＶ≧ＰＶの関係を満たせば（ｓｔｅｐ１４でＹｅ
ｓ）、第一調整バルブ３の開口量を増加する（ｓｔｅｐ
１５）。０.９５ＳＶ≧ＰＶの関係を満たさなければ
（ｓｔｅｐ１４でＮｏ）、ＳＶ≦ＰＶであるか否かを判
断し（ｓｔｅｐ１６）、ここでＹｅｓであれば第一調整
バルブ３を絞り（ｓｔｅｐ１７）、Ｎｏであれば第一調
整バルブ３の開口量をそのままにする（ｓｔｅｐ１
８）。

【００３８】このように第一調整バルブ３の開口量を調
整することによって、燃料電池６に供給される改質ガス
には、電池の運転温度において飽和する量の水蒸気が含
まれるよう調整されることになる。従って、固体高分子
膜のイオン伝導性を確保するのに十分保湿することがで
きると共に、固体高分子膜上に水蒸気が結露して水滴が
生成することがないので、長時間運転しても電圧の低下
が生じにくい。

【００３９】

【実施例】

（実施例）上記実施形態の固体高分子型燃料電池発電シ
ステムを用いて燃料電池６の温度を様々な値に設定して
運転しながら、電池電圧及びＳ／Ｃ比の測定を行った。
図４は、その結果を示すものであって、燃料電池の温度
Ｔ1と電池電圧との関係（細線のグラフ）及び温度Ｔ1と
Ｓ／Ｃ比との関係（太線のグラフ）を示す特性図であ
る。

【００４０】細線のグラフからわかるように、電池温度
が７０〜８０℃の温度範囲においては、高い電池電圧が
得られており、電池温度の変動に対する電池電圧の変動
もわずかである。これより、電池の設定温度としては７
０〜８０℃が好ましいことがわかる。このように７０℃
〜８０℃の範囲で電池温度が高くなるのは、燃料電池に
おいては一般的に電池温度が高いほど発電電圧が高くな
るが、飽和水蒸気量の増加に伴ってより多くの水蒸気が
供給され水素ガスの濃度が低下することになるので、８
０℃を越えるとその影響が現れるためと考えられる。

【００４１】また、太線グラフは直線状であって、下記
数１式で表すことができる。

【００４２】

【数１】 この太線グラフ並びに数１式は、実施の形態のシステム
において、燃料電池の発電温度において改質ガスを飽和
させるようなＳ／Ｃ比を表している。電池温度が高いほ
どＳ／Ｃ比が大きいのは、温度が高いほど飽和水蒸気量
が大きくなるためである。

【００４３】太線グラフ並びに数１式から、電池温度が
７０〜８０℃の範囲においてはＳ／Ｃ比の値が３．０〜
６の範囲に入ることがわかる。これより、上記実施の形
態１のシステムにおいて、電池の運転温度を７０〜８０
℃の範囲に設定すれば、Ｓ／Ｃ比の値が３．０〜６の範
囲にコントロールされることがわかる。次に、上記実施
の形態の固体高分子型燃料電池発電システムを用いて、
起動に引き続いて電池温度８０℃で発電するという運転
を行い、このときの改質器２及び燃料電池６の温度を経
時的に測定した。

【００４４】図５は、その結果を示すグラフであって、
横軸は経過時間、縦軸は燃料電池６及び改質器２の温度
である。起動時（図中領域Ｈ）の昇温パタ−ンに示され
るように、バーナ点火から５０分程度（水蒸気の供給開
始から３０分程度）で、改質器は５００℃に達し、燃料
電池も運転温度（８０℃）に達した。

【００４５】発電時（図中領域Ｉ）の昇温パタ−ンに示
されるように、発電開始から３０分程度後に、改質器の
温度が約７００℃となり、定常運転が開始された。図４
からわかるように、８０℃での定常運転時において、１
セル当りの発電電圧は５３０ｍＶであり、Ｓ／Ｃ比は約
６である。なお、燃料電池６に送り込まれる水蒸気量
は、燃料電池の運転温度（８０℃）における飽和水蒸気
量である約５０ｖｏｌ％となる。

【００４６】（比較例）これに対して、従来の固体高分
子型燃料電池システムのように、Ｓ／Ｃ比を２．５程度
に設定すれば、改質後の混合ガス（改質ガス＋水蒸気）
中の水蒸気量は１０ｖｏｌ％程度となる。従って、この
場合、実施例と同じ８０℃で燃料電池を運転しようとす
れば、燃料電池に供給される混合ガス中の水蒸気量を飽
和量（約５０ｖｏｌ％）とするために、加湿器等で水蒸
気を補給する必要があることになる。 （その他の事項）なお、上記実施の形態においては、水
蒸気検出センサ１０で検出した燃料電池内の水蒸気量に
基づいて、第一調整バルブ３の開口量を調整する例を示
したが、燃料電池内の水蒸気量を検出しなくても、上記
数１式を満たすＳ／Ｃ比となるよう第一調整バルブ３の
開口量を調整すれば、燃料電池に供給される改質ガスが
水蒸気で飽和されるように制御されることになる。

【００４７】また、上記実施の形態においては、燃料電
池に常圧で改質ガスを供給し７０〜８０℃程度で運転す
る例を示したが、燃料電池に改質ガスを加圧して供給し
１２０〜１３０℃程度で運転するような固体高分子型燃
料電池発電システムにおいても、本発明は適用すること
ができる。また、上記実施の形態においては、原料とし
て天然ガスを用いる例を示したが、ナフサ，都市ガス等
の気体燃料を用いる場合も同様に実施できる。また、メ
タノールのような液体燃料を原料として用いる場合は、
改質器にメタノールを気化させる部分を設ければ同様に
実施することができる。

【００４８】また、上記実施の形態においては、選択酸
化触媒を備えたＣＯ除去器を設けることによって、一酸
化炭素の濃度を低減し、アノード触媒の劣化を抑制する
例を示したが、本発明において、選択酸化触媒を備えた
ＣＯ除去器は必須ではなく、他の方法で改質ガス中の一
酸化炭素濃度を低減したり一酸化炭素に対するアノード
触媒の耐久性を向上することができれば、同様に実施で
きると考えられる。

【００４９】

【発明の効果】上述のように本発明は、天然ガス等の原
料を改質器で改質し、その改質ガスを用いて固体高分子
型の燃料電池で発電する燃料電池発電システムにおい
て、発電時において、水蒸気が改質器を経由して改質ガ
スと共に燃料電池に流れ込んで固体高分子膜を保湿する
よう過剰量の水蒸気を改質器に供給する水蒸気供給手段
を備えた構成とし、これによって、システム構成を簡素
にすると共に、改質器におけるカ−ボンの析出を抑えて
改質器の寿命を伸ばすことができる。

【００５０】このシステムにおいて、改質器で生成され
た改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化することに
より一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を備えるこ
とによって、アノード触媒の劣化が抑制されるので、実
用性の高いものとすることができる。また、燃料電池の
発電温度において燃料電池に送り込まれる改質ガス中の
水蒸気が結露しない割合で水蒸気を供給すれば、固体高
分子膜の水素イオン伝導性が確保され且つ燃料電池内で
水蒸気が結露しないため、長時間運転しても電圧が低下
しにくい。

【００５１】また、水蒸気供給手段を用いて、起動時に
改質器を経由して燃料電池に水蒸気を送り込み、燃料電
池を昇温するようにすれば、昇温プレ−トなどの昇温装
置を設けなくても燃料電池の昇温を行うことができる。
また、水蒸気供給手段は、燃料電池に流れる水蒸気量を
検出する水蒸気検出センサと、燃料電池の温度を検出す
る温度検出センサと、改質器に水蒸気を供給する配管に
設けられたバルブと、発電時において、水蒸気検出セン
サと温度検出センサの検出結果に基づいてバルブを制御
する制御部とを備えた構成とすることによって容易に実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る固体高分子型燃料
電池発電システムの概略構成図である。

【図２】図１に示す第二制御部によって実行される起動
時の制御フロチャ−トである。

【図３】図１に示す第一制御部によって実行される発電
時の制御フロチャ−トである。

【図４】実施例にかかる固体高分子型燃料電池発電シス
テムを運転したときの燃料電池温度と電池電圧及びＳ／
Ｃ比との関係を示すグラフである。

【図５】実施例にかかる固体高分子型燃料電池発電シス
テムを運転したときの改質器及び燃料電池の温度を経時
的に測定した結果を示すグラフである。

【図６】従来の固体高分子型燃料電池とを組み合わせた
システムの一例における処理フローを示す図である。

【符号の説明】 １ バーナ ２ 改質器 ３ 第一調整バルブ ４ ＣＯ除去器 ５ 冷却器 ６ 燃料電池 ７ 制御装置 ８ 第一制御部 ９ 第二制御部 １０ 水蒸気検出センサ １１ 第一温度検出センサ １２ 第二温度検出センサ １３ エゼクタ １４ 第二調整バルブ １５ 電流計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 滋 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三宅 泰夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料を水蒸気改質して水素リッチな改質
   ガスを生成する改質器と、 前記改質器で生成された改質ガスを用いて発電する固体
   高分子型の燃料電池と、 発電時において水蒸気が前記改質器を経由して改質ガス
   と共に前記燃料電池に流れ込んで固体高分子膜を保湿す
   るよう該改質器に対して過剰量の水蒸気を供給する水蒸
   気供給手段とを備えることを特徴とする固体高分子型燃
   料電池発電システム。
2. 【請求項２】 前記固体高分子型燃料電池発電システム
   は、更に、 前記改質器で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素
   を選択酸化することによって一酸化炭素を除去する一酸
   化炭素除去器を備えることを特徴とする請求項１記載の
   固体高分子型燃料電池発電システム。
3. 【請求項３】 前記水蒸気供給手段は、 前記改質器に供給される原料中の炭化水素に対する水蒸
   気のモル比が３．０〜６となるよう水蒸気を供給するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の固体高分子型燃
   料電池発電システム。
4. 【請求項４】 前記水蒸気供給手段は、 前記燃料電池に改質ガスと共に送り込まれる水蒸気が該
   燃料電池の発電温度において結露しない割合で水蒸気を
   供給することを特徴とする請求項１〜３記載の固体高分
   子型燃料電池発電システム。
5. 【請求項５】 前記水蒸気供給手段は、 燃料電池の起動時においても、前記改質器を経由して前
   記燃料電池に水蒸気を送り込み、燃料電池を水蒸気によ
   って加熱することを特徴とする請求項１〜４記載の固体
   高分子型燃料電池発電システム。
6. 【請求項６】 前記水蒸気供給手段は、 前記燃料電池に流れる水蒸気量を検出する水蒸気検出セ
   ンサと、 前記燃料電池の温度を検出する温度検出センサと、 前記改質器に水蒸気を供給する配管に設けられたバルブ
   と、 発電時において前記水蒸気検出センサと温度検出センサ
   の検出結果に基づいて前記バルブを制御する制御部とを
   備えることを特徴とする請求項１〜４記載の固体高分子
   型燃料電池発電システム。