[go: up one dir, main page]

JP2000208159A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

Info

Publication number
JP2000208159A
JP2000208159A JP11009252A JP925299A JP2000208159A JP 2000208159 A JP2000208159 A JP 2000208159A JP 11009252 A JP11009252 A JP 11009252A JP 925299 A JP925299 A JP 925299A JP 2000208159 A JP2000208159 A JP 2000208159A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
fuel
heat exchanger
supply system
pure water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11009252A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Yagi
洋一 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP11009252A priority Critical patent/JP2000208159A/en
Publication of JP2000208159A publication Critical patent/JP2000208159A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】システム内で必要とされる純水を効率的に回収
するとともに改質器への燃料制御性に優れた燃料電池シ
ステムを提供する。 【解決手段】燃料電池1と、燃料電池に水素含有ガスを
供給する水素供給系3,14と、燃料電池に酸素含有ガ
スを供給する酸素供給系7,8と、燃料電池に加湿用純
水を供給する加湿用純水供給系2とを備えた燃料電地シ
ステムであり、燃料電池の陰極からの排気と水素供給系
の燃料タンクに収容された燃料とを熱交換して、排気に
含まれた水を凝縮させ、この凝縮水を加湿用純水供給系
2に供給する凝縮器4を備える。
(57) [Problem] To provide a fuel cell system that efficiently recovers pure water required in a system and has excellent fuel controllability to a reformer. A fuel cell, a hydrogen supply system for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel cell, an oxygen supply system for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell, and pure water for humidification in the fuel cell. A fuel electric field system comprising a humidifying pure water supply system 2 for supplying water, and heat exchange between the exhaust gas from the cathode of the fuel cell and the fuel contained in the fuel tank of the hydrogen supply system to be included in the exhaust gas A condenser 4 is provided for condensing the collected water and supplying the condensed water to a humidifying pure water supply system 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特にシステム内で必要とされる純水を効率的に
回収するとともに改質器への燃料制御性に優れた燃料電
池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that efficiently recovers pure water required in the system and has excellent fuel controllability to a reformer.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の燃料電池システムは、燃料が有
するエネルギを直接電気エネルギに変換する装置であ
り、電解質を挟んで設けられた一対の電極のうちの陽極
に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の
陰極に酸素を含有する燃料ガスを供給し、これら一対の
電極の電解質側の表面で生じる下記の電気化学反応を利
用して電極から電気エネルギを取り出すものである。
2. Description of the Related Art A fuel cell system of this type is a device for directly converting the energy of fuel into electric energy. A fuel gas containing hydrogen is supplied to an anode of a pair of electrodes provided with an electrolyte therebetween. While supplying the fuel gas, the fuel gas containing oxygen is supplied to the other cathode, and electric energy is extracted from the electrodes by utilizing the following electrochemical reaction generated on the surface of the pair of electrodes on the electrolyte side.

【0003】[0003]

【化1】陽極反応:H→2H+2e 陰極反応:2H+2e+(1/2)O→H
O 一対の電極に供給される燃料ガスを生成する装置として
は、水素を含有する燃料ガスを生成する装置として、メ
タノールを水蒸気改質して、水素を多量に含む燃料ガス
とする改質器、酸素を含有する燃料ガスを生成する装置
として、空気を取り入れて圧縮空気とする圧縮機が知ら
れている。そして、たとえば図4に示すように、圧縮機
7からの圧縮空気をアフタークーラ8で冷却したのち燃
料電池1の陰極(空気極)へ供給する一方で、燃料タン
ク14から改質器3へメタノールを送り、当該改質器3
にて改質された水素含有ガスを燃料電池1の陽極(燃料
極)に供給する。
## STR1 ## anode reaction: H 2 → 2H + + 2e - cathodic reaction: 2H + + 2e - + ( 1/2) O 2 → H
2 O As a device for generating a fuel gas supplied to a pair of electrodes, as a device for generating a fuel gas containing hydrogen, a reformer for converting methanol into steam to produce a fuel gas containing a large amount of hydrogen is used. 2. Description of the Related Art As an apparatus for generating a fuel gas containing oxygen, a compressor that takes in air to generate compressed air is known. Then, as shown in FIG. 4, for example, the compressed air from the compressor 7 is cooled by an aftercooler 8 and then supplied to the cathode (air electrode) of the fuel cell 1 while the methanol is supplied from the fuel tank 14 to the reformer 3. And the reformer 3
Is supplied to the anode (fuel electrode) of the fuel cell 1.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】こうした燃料電池シス
テムにおいて、陰極(空気極)にて生成された純水は排
空気とともに水分離タンク2へ導かれ、ここで気液分離
されたのち、排空気は改質器3へ案内されて燃焼等に供
される一方、水分離タンク2にて分離された純水は燃料
電池1の加湿用として用いられる。
In such a fuel cell system, pure water generated at the cathode (air electrode) is led to the water separation tank 2 together with the exhaust air, where it is separated into gas and liquid. While the water is guided to the reformer 3 and subjected to combustion or the like, the pure water separated in the water separation tank 2 is used for humidifying the fuel cell 1.

【0005】この水分離タンク2から燃料電池1へ供給
された加湿用純水は加湿に供されたのち、空気極からの
排空気に水蒸気の状態で含まれ、これが再び水分離タン
ク2へ戻される。
The pure water for humidification supplied to the fuel cell 1 from the water separation tank 2 is subjected to humidification, and then included in the exhaust air from the air electrode in the form of steam, which is returned to the water separation tank 2 again. It is.

【0006】しかしながら、従来の燃料電池システムで
は、水分離タンク2へ戻された加湿用純水は、ここでは
凝縮できずに、そのまま改質器3への排空気に含まれた
状態でシステム系外へ排出してしまう。したがって、水
分離タンク2により分離回収される純水のみでは加湿用
純水量が不足してしまい、別途の純水補給系が必要とさ
れていた。
However, in the conventional fuel cell system, the pure water for humidification returned to the water separation tank 2 cannot be condensed here, and is contained in the exhaust air to the reformer 3 as it is. Will be discharged outside. Therefore, the amount of pure water for humidification is insufficient with pure water separated and recovered by the water separation tank 2, and a separate pure water supply system is required.

【0007】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、システム内で必要とされる
純水を効率的に回収するとともに改質器への燃料制御性
に優れた燃料電池システムを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and efficiently recovers pure water required in a system and has excellent fuel controllability to a reformer. To provide a fuel cell system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】(1) 上記目的を達成
するために、請求項1記載の燃料電池システムは、燃料
電池と、前記燃料電池に水素含有ガスを供給する水素供
給系と、前記燃料電池に酸素含有ガスを供給する酸素供
給系と、前記燃料電池に加湿用純水を供給する加湿用純
水供給系とを備えた燃料電地システムにおいて、前記燃
料電池の陰極からの排気と前記水素供給系の燃料タンク
に収容された燃料とを熱交換して前記排気に含まれた水
を凝縮させ、この凝縮水を前記加湿用純水供給系に供給
する凝縮器を備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a fuel cell; a hydrogen supply system for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel cell; In a fuel cell system including an oxygen supply system that supplies an oxygen-containing gas to a fuel cell, and a humidification pure water supply system that supplies humidification pure water to the fuel cell, exhaust gas from the cathode of the fuel cell is provided. A condenser that supplies heat to the fuel contained in the fuel tank of the hydrogen supply system to condense water contained in the exhaust gas and supplies the condensed water to the pure water supply system for humidification. Features.

【0009】加湿用純水供給系により燃料電池を加湿す
ると、加湿に供されたあとの純水は排気に水蒸気として
含有された状態で燃料電池から排出されるが、請求項1
記載の発明では、この水蒸気が含まれた排気を燃料タン
クに収容された燃料により冷却することで水蒸気を凝縮
させ、この凝縮水、すなわち純水を加湿用純水供給系に
供給するので、加湿用純水が系外へ持ち出されることが
なく、燃料電池システム内にて純水を賄うことができ
る。この結果、別途の純水補給系を省略することがで
き、コスト的にも、システム構成の簡素化といった点に
おいても優れた燃料電池システムとなる。
When the fuel cell is humidified by the humidifying pure water supply system, the pure water after the humidification is discharged from the fuel cell in a state of being contained in the exhaust gas as water vapor.
In the described invention, the exhaust containing water vapor is cooled by the fuel contained in the fuel tank to condense the water vapor, and this condensed water, that is, pure water is supplied to the pure water supply system for humidification. Pure water is not taken out of the system, and pure water can be supplied in the fuel cell system. As a result, a separate pure water supply system can be omitted, and the fuel cell system is excellent in cost and simplification of the system configuration.

【0010】(2) 上記請求項1記載の発明において
は特に限定されないが、請求項2記載の燃料電池システ
ムでは、前記凝縮器を通過した前記燃料を加熱する熱交
換器を備えたことを特徴とする。
(2) Although not particularly limited in the invention described in claim 1, the fuel cell system according to claim 2 includes a heat exchanger that heats the fuel that has passed through the condenser. And

【0011】上記請求項1記載の燃料電池システムにお
いては、燃料で燃料電池の陰極からの排気を冷却する
と、当該燃料は加熱されて気液混合状態(気液二層状
態)となる。こうした気液混合状態の燃料を改質器へ供
給すると、燃料の供給量や燃料の圧力の制御が一層状態
に比べて相対的に困難となるが、請求項2記載の発明で
は凝縮器を通過した気液混合状態の燃料を熱交換器で加
熱することで気化させるので、上述した燃料の制御性が
高まることになる。
In the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, when the exhaust from the cathode of the fuel cell is cooled by the fuel, the fuel is heated to be in a gas-liquid mixed state (gas-liquid two-layer state). When the fuel in the gas-liquid mixed state is supplied to the reformer, it becomes relatively more difficult to control the fuel supply amount and the fuel pressure as compared with the state, but in the invention according to claim 2, the fuel passes through the condenser. The fuel in the mixed gas-liquid state is vaporized by being heated by the heat exchanger, so that the controllability of the fuel is improved.

【0012】(3) 上記請求項2記載の発明における
熱交換器としては特に限定はされないが、請求項3記載
の燃料電池システムでは、前記熱交換器は、前記水素供
給系の改質器で生成された水素含有ガスと前記燃料とを
熱交換する第1の熱交換器を含むことを特徴とする。
(3) The heat exchanger according to the second aspect of the present invention is not particularly limited, but in the fuel cell system according to the third aspect, the heat exchanger is a reformer for the hydrogen supply system. The fuel cell system further includes a first heat exchanger that exchanges heat between the generated hydrogen-containing gas and the fuel.

【0013】また、請求項4記載の燃料電池システムで
は、前記熱交換器は、前記酸素供給系の圧縮機で圧縮さ
れた酸素含有ガスと前記燃料とを熱交換する第2の熱交
換器を含むことを特徴とする。
Further, in the fuel cell system according to the present invention, the heat exchanger includes a second heat exchanger for exchanging heat between the oxygen-containing gas compressed by the compressor of the oxygen supply system and the fuel. It is characterized by including.

【0014】さらに、請求項6記載の燃料電池システム
では、前記熱交換器は、前記燃料電池を冷却する冷却系
の冷却水と前記燃料とを熱交換する第3の熱交換器を含
むことを特徴とする。
Further, in the fuel cell system according to the present invention, the heat exchanger includes a third heat exchanger that exchanges heat between the fuel and cooling water of a cooling system for cooling the fuel cell. Features.

【0015】請求項3記載の発明において、改質器で生
成された水素含有ガスの温度は、メタノールを燃料とし
た場合に300℃〜400℃であり、請求項4記載の発
明において、圧縮機で圧縮された酸素含有ガスの温度
は、燃料電池への酸素含有ガス供給量や吸入温度にもよ
るが、一般的に150℃以上が期待できる。また、請求
項6記載の発明において、冷却系の冷却水の温度は、燃
料電池の制御温度である80℃〜85℃である。したが
って、たとえば燃料がメタノール(沸点が64.7℃)
である場合には、これら第1乃至第3の熱交換器の少な
くとも何れかを用いて完全に気化させることができる。
According to a third aspect of the present invention, the temperature of the hydrogen-containing gas generated in the reformer is 300 ° C. to 400 ° C. when methanol is used as a fuel. Although the temperature of the oxygen-containing gas compressed by the method depends on the supply amount of the oxygen-containing gas to the fuel cell and the suction temperature, generally, 150 ° C. or more can be expected. In the invention according to claim 6, the temperature of the cooling water in the cooling system is 80 ° C to 85 ° C, which is the control temperature of the fuel cell. Therefore, for example, if the fuel is methanol (boiling point is 64.7 ° C.)
In this case, it is possible to completely vaporize using at least one of the first to third heat exchangers.

【0016】(4) なお、燃料電池システムの始動時
等には、こうした熱交換器が比較的低温であることが少
なくなく、燃料を気化させる熱量以外に、機器類に奪わ
れる熱量も必要となる。このため、請求項5記載の燃料
電池システムでは、前記圧縮機は、圧縮効率を低下させ
て酸素含有ガスの吐出温度を高める手段を有する。
(4) When the fuel cell system is started, the heat exchanger often has a relatively low temperature, and in addition to the amount of heat for vaporizing the fuel, the amount of heat taken by the equipment is required. Become. For this reason, in the fuel cell system according to the fifth aspect, the compressor has means for decreasing the compression efficiency and increasing the discharge temperature of the oxygen-containing gas.

【0017】たとえば、圧縮機の吸入口と吐出口との間
に連通管を設けておき、上述したシステム始動時には連
通管を開いて圧縮機の効率を低下させる。これにより、
圧縮機から吐出される酸素含有ガスの温度が高くなる。
またこれ以外の手段として、たとえば圧縮機の回転数を
定常時よりも高め空気流量を増加させることで熱量を増
加させることもできる。
For example, a communication pipe is provided between the suction port and the discharge port of the compressor, and at the time of starting the system, the communication pipe is opened to reduce the efficiency of the compressor. This allows
The temperature of the oxygen-containing gas discharged from the compressor increases.
As another means, the amount of heat can be increased by, for example, increasing the rotation speed of the compressor higher than in a steady state and increasing the air flow rate.

【0018】[0018]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、加湿用純
水が系外へ持ち出されることがなく、燃料電池システム
内にて純水を賄うことができるので、別途の純水補給系
を省略することができ、コスト的にも、システム構成の
簡素化といった点においても優れた燃料電池システムと
なる。
According to the first aspect of the present invention, pure water for humidification is not taken out of the system, and pure water can be supplied in the fuel cell system. Can be omitted, and the fuel cell system is excellent in cost and simplification of the system configuration.

【0019】これに加えて、請求項2記載の発明によれ
ば、凝縮器を通過した気液混合状態の燃料を熱交換器で
加熱することで気化させるので、燃料の供給量や燃料の
圧力等の制御性が高まることになる。この結果、改質器
に含まれる気化器を省略または小容量とすることが期待
できる。
In addition, according to the second aspect of the invention, the fuel in the gas-liquid mixed state passing through the condenser is vaporized by being heated by the heat exchanger, so that the fuel supply amount and the fuel pressure , Etc., will be improved. As a result, it can be expected that the vaporizer included in the reformer is omitted or reduced in capacity.

【0020】また、請求項3,4および6記載の発明に
よれば、燃料電池システム内の熱量を活用して気液混合
状態にある燃料を気化させるので、気化作用が完全にな
るばかりでなく別途専用の加熱装置を設ける必要もなく
なる。
According to the third, fourth and sixth aspects of the present invention, the fuel in the gas-liquid mixed state is vaporized by utilizing the amount of heat in the fuel cell system. There is no need to provide a separate dedicated heating device.

【0021】請求項5記載の発明によれば、燃料電池シ
ステムの始動時においても燃料を完全に気化させること
ができ、始動時の燃料制御性がより高くなる。
According to the fifth aspect of the present invention, the fuel can be completely vaporized even at the time of starting the fuel cell system, and the fuel controllability at the time of starting is further improved.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。第1実施形態 図1は本発明の燃料電池システムの実施形態を示すブロ
ック図、図3は圧力に対する空気の飽和水蒸気量を温度
別に示すグラフである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a fuel cell system according to the present invention, and FIG. 3 is a graph showing the amount of saturated steam of air with respect to pressure for each temperature.

【0023】まず、本実施形態の燃料電池システムは、
電解質を挟んで対電極が設けられた燃料電池1を有し、
この燃料電池1の陰極側に圧縮機7からの圧縮空気(本
発明の酸素含有ガス)が供給され、陽極側に改質器3か
らの水素含有ガスが供給される。
First, the fuel cell system according to the present embodiment
A fuel cell 1 provided with a counter electrode with an electrolyte interposed therebetween;
Compressed air (oxygen-containing gas of the present invention) from the compressor 7 is supplied to the cathode side of the fuel cell 1, and hydrogen-containing gas from the reformer 3 is supplied to the anode side.

【0024】圧縮機7は、外気等を取り入れてこれをシ
ステムの負荷に応じて0.5〜2kg/cm程度ま
で圧縮して燃料電池1に供給するが、その型式は特に限
定されず、ピストン式圧縮機、スクロール式圧縮機ある
いはターボ式圧縮機等々を用いることができる。
The compressor 7 takes in outside air or the like, compresses it to about 0.5 to 2 kg / cm 2 according to the load of the system, and supplies it to the fuel cell 1. The type of the compressor is not particularly limited. A piston type compressor, a scroll type compressor, a turbo type compressor or the like can be used.

【0025】燃料電池1に供給される空気は80〜85
℃の温度が望ましいが、圧縮機7で圧縮された空気は通
常150℃以上となっているので、これを上記温度範囲
まで冷却するために、圧縮機7と燃料電池1との間には
アフタークーラ8が設けられている。このアフタークー
ラ8は、水冷式および空冷式の何れのものも用いること
ができる。
The air supplied to the fuel cell 1 is 80 to 85
C. is desirable, but since the air compressed by the compressor 7 is usually 150 ° C. or higher, the after-cooling is performed between the compressor 7 and the fuel cell 1 in order to cool it to the above temperature range. A cooler 8 is provided. As the aftercooler 8, any of a water-cooled type and an air-cooled type can be used.

【0026】一方、改質器3は、たとえば燃料タンク1
4に収容されたメタノールを水蒸気改質して、水素を多
量に含む燃料ガスとするもので、メタノールおよび水の
供給を受けて下記式に示すメタノールの分解反応と一酸
化炭素の変性反応とを同時進行させて水素と二酸化炭素
とを含有する改質ガスを生成する改質部と、この改質部
で得られた改質ガス中の未反応の一酸化炭素と水とを同
じ変性反応により水素と二酸化炭素とに変性して水素含
有量の多い燃料ガスを生成するシフト部とを備える。燃
料タンク14から改質器3へのメタノールの供給は燃料
ポンプ11により行われる。
On the other hand, the reformer 3 includes, for example, a fuel tank 1
The fuel contained in the fuel gas is converted into a fuel gas containing a large amount of hydrogen by steam reforming the methanol contained in the fuel gas. Simultaneously proceeding, a reforming section that generates a reformed gas containing hydrogen and carbon dioxide, and unreacted carbon monoxide and water in the reformed gas obtained in this reforming section are subjected to the same reforming reaction. And a shift unit that is modified into hydrogen and carbon dioxide to generate a fuel gas having a high hydrogen content. The supply of methanol from the fuel tank 14 to the reformer 3 is performed by the fuel pump 11.

【0027】[0027]

【化2】メタノール反応:CHOH→CO+2H
−21.7kcal/mol 変性反応 :CO+HO→CO+H
9.8kcal/mol 全体反応 :CHOH+HO→CO
3H−11.9kcal/mol また、改質器3には、上述した改質部およびシフト部に
おける反応部分を加熱するためのバーナーを有する燃焼
器が設けられており、改質器3自体で生成した燃料ガス
の一部と、燃料電池1からの排出ガスが送り込まれ、当
該排出ガス中の未反応の水素ガスはここで燃焼すること
になる。
Embedded image Methanol reaction: CH 3 OH → CO + 2H
2 -21.7kcal / mol modification reaction: CO + H 2 O → CO 2 + H 2 +
9.8 kcal / mol Total reaction: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 +
3H 2 -11.9 kcal / mol Further, the reformer 3 is provided with a combustor having a burner for heating the reaction section in the reforming section and the shift section described above. A part of the generated fuel gas and the exhaust gas from the fuel cell 1 are fed, and the unreacted hydrogen gas in the exhaust gas is burned here.

【0028】この燃焼器には、これらの水素ガス以外に
も、圧縮機7からの空気(本実施形態では燃料電池1か
ら水分離タンク2を介して導入された排空気)が燃焼用
空気として供給される。
In addition to the hydrogen gas, air from the compressor 7 (exhaust air introduced from the fuel cell 1 through the water separation tank 2 in this embodiment) is also supplied to the combustor as combustion air. Supplied.

【0029】燃料電池1では、陰極(空気極)に導入さ
れた圧縮空気と陽極(燃料極)に導入された水素含有ガ
スとが、電解質を挟んで電極表面で下記の電気化学反応
し、これにより電気エネルギが取り出される。
In the fuel cell 1, the compressed air introduced into the cathode (air electrode) and the hydrogen-containing gas introduced into the anode (fuel electrode) undergo the following electrochemical reaction on the electrode surface with the electrolyte interposed therebetween. Extracts electric energy.

【0030】[0030]

【化3】陽極反応:H→2H+2e 陰極反応:2H+2e+(1/2)O→H
O このとき、燃料電池1には、水分離タンク2に収容され
た純水が圧縮空気の加湿用として供給される。また、上
記反応において陰極側で生成された純水および陰極側で
余剰となった排空気は水分離タンク2へ送られる。
Embedded anode reaction: H 2 → 2H + + 2e - cathodic reaction: 2H + + 2e - + ( 1/2) O 2 → H
2 O At this time, pure water stored in the water separation tank 2 is supplied to the fuel cell 1 for humidifying the compressed air. Further, in the above reaction, pure water generated on the cathode side and excess exhaust air on the cathode side are sent to the water separation tank 2.

【0031】このとき、本実施形態では、燃料電池1と
水分離タンク2との間にコンデンサ(凝縮器)4を設
け、ここに燃料タンク14から送られるメタノールを通
過させることで、燃料電池1の陰極から水分離タンク2
へ送られる排空気を過冷却して凝縮させる。水分離タン
ク2では、コンデンサ4で凝縮した凝縮水(純水)と排
空気とを分離して、排空気は改質器3へ導く。
At this time, in the present embodiment, a condenser (condenser) 4 is provided between the fuel cell 1 and the water separation tank 2, and the methanol sent from the fuel tank 14 is passed through the condenser 4. From water cathode to water separation tank 2
The exhaust air sent to is supercooled and condensed. In the water separation tank 2, the condensed water (pure water) condensed by the condenser 4 and the exhaust air are separated, and the exhaust air is guided to the reformer 3.

【0032】また、コンデンサ4と改質器3との間に
は、当該コンデンサ4にて排空気から熱を吸収すること
で気液混合状態となったメタノールを加熱するための2
つの熱交換器5,6が設けられている。
Further, between the condenser 4 and the reformer 3, the condenser 4 absorbs heat from the exhaust air to heat the methanol in a gas-liquid mixed state.
Two heat exchangers 5, 6 are provided.

【0033】一方の熱交換器5(本発明の第1の熱交換
器に相当する。)は、改質器3によって改質された水素
含有ガスと気液混合状態のメタノールとを熱交換させる
もので、この改質器3から燃料電池1へ供給される水素
含有ガスは、メタノールを燃料としたときに300〜4
00℃の高温となっている。
One heat exchanger 5 (corresponding to a first heat exchanger of the present invention) exchanges heat between the hydrogen-containing gas reformed by the reformer 3 and methanol in a gas-liquid mixed state. The hydrogen-containing gas supplied from the reformer 3 to the fuel cell 1 is 300 to 4 when methanol is used as fuel.
The temperature is as high as 00 ° C.

【0034】他方の熱交換器6(本発明の第2の熱交換
器に相当する。)は、圧縮機7で圧縮された空気と気液
混合状態のメタノールとを熱交換させるもので、この圧
縮機から吐出される圧縮空気は、システムの負荷(換言
すれば燃料電池1への空気供給圧)や吸入空気温度にも
よるが、通常150℃以上になる。
The other heat exchanger 6 (corresponding to a second heat exchanger of the present invention) exchanges heat between air compressed by the compressor 7 and methanol in a gas-liquid mixed state. The compressed air discharged from the compressor is usually 150 ° C. or higher, depending on the load of the system (in other words, the air supply pressure to the fuel cell 1) and the temperature of the intake air.

【0035】これら2つの熱交換器5,6により加熱さ
れたメタノールは、沸点が64.7℃であることから完
全に気化することになり、気化された状態で改質器3へ
供給される。
Since the methanol heated by these two heat exchangers 5 and 6 has a boiling point of 64.7 ° C., it is completely vaporized and supplied to the reformer 3 in a vaporized state. .

【0036】次に作用を説明する。圧縮機7は外気を取
り入れ、これをシステムの負荷に応じて適宜0.5〜2
kg/cmに圧縮し(温度は150℃以上)、アフ
タークーラ8を介して80〜85℃の適温としたのち、
この圧縮空気は燃料電池1の陰極側に供給される。な
お、燃料電池1の入口に温度センサ10を設けて圧縮空
気の温度を計測し、この計測値に基づいてアフタークー
ラ8へ供給される冷却水(冷却系の図示は省略する。)
の量をコントロールすることが望ましい。
Next, the operation will be described. The compressor 7 takes in the outside air, and divides it by 0.5 to 2 depending on the load of the system.
After compressing to kg / cm 2 (temperature is 150 ° C. or higher), and after adjusting to an appropriate temperature of 80 to 85 ° C. through an after cooler 8,
This compressed air is supplied to the cathode side of the fuel cell 1. A temperature sensor 10 is provided at the inlet of the fuel cell 1 to measure the temperature of the compressed air, and cooling water supplied to the aftercooler 8 based on the measured value (a cooling system is not shown).
It is desirable to control the amount of

【0037】一方、燃料タンク14に収容されたメタノ
ール(環境温度)は燃料ポンプ11によって改質器3に
供給され、この改質器3で生成された300〜400℃
の水素含有ガスは、燃料電池1の陽極側に供給される。
そして、これら酸素と水素との電気化学反応によって燃
料電池1から電力が取り出される。このとき、水分離タ
ンク2から燃料電池1に加湿用純水が供給される。
On the other hand, the methanol (environmental temperature) stored in the fuel tank 14 is supplied to the reformer 3 by the fuel pump 11, and 300 to 400 ° C. generated in the reformer 3.
Is supplied to the anode side of the fuel cell 1.
Then, electric power is extracted from the fuel cell 1 by an electrochemical reaction between these oxygen and hydrogen. At this time, pure water for humidification is supplied from the water separation tank 2 to the fuel cell 1.

【0038】ここで、燃料電池1の陰極側では上述した
電気化学反応によって純水が生じるので、これを回収す
るために、当該陰極側に供給された圧縮空気とともに水
分離タンク2へ導くが、その途中に設けられたコンデン
サ4において、環境温度のメタノールによって冷却され
る。図3には、空気圧力に対する空気の飽和水蒸気量を
温度別に示しているが、燃料電池1の出口においては排
空気は80〜85℃であり、これを沸点が64.7℃の
メタノールで冷却すると、同図に示す純水コンデンス量
だけ凝縮水として得られることになる。
Here, pure water is generated on the cathode side of the fuel cell 1 by the above-described electrochemical reaction. In order to recover the pure water, the pure water is guided to the water separation tank 2 together with the compressed air supplied to the cathode side. In the condenser 4 provided on the way, the condenser 4 is cooled by methanol at ambient temperature. FIG. 3 shows the amount of saturated water vapor of the air with respect to the air pressure for each temperature. At the outlet of the fuel cell 1, the discharged air is 80 to 85 ° C., which is cooled with methanol having a boiling point of 64.7 ° C. Then, condensed water is obtained by the pure water condensed amount shown in FIG.

【0039】これにより、排空気に含まれてシステム外
へ排気される純水量を抑制することができ、システム内
の純水の回収効率が向上する。
Thus, the amount of pure water contained in the exhaust air and exhausted to the outside of the system can be suppressed, and the efficiency of collecting pure water in the system can be improved.

【0040】また、コンデンサ4を通過したメタノール
は、当該コンデンサ4にて熱を吸収するので気液混合状
態となっている。こうした状態にあるメタノールは、熱
交換器5を通過することで、改質器3からの水素含有ガ
ス(300〜400℃)で加熱され、さらに熱交換器6
を通過することで、圧縮機7からの圧縮空気(150℃
以上)で加熱される。上述したようにメタノールの沸点
は64.7摂氏であることから、これら2つの熱交換器
5,6を通過することで、完全に気化することになる。
なお、図示するように改質器3の入口に温度センサ9を
設けて、メタノールの温度を計測することで完全に気化
しているかどうかを判断することが望ましい。
The methanol that has passed through the condenser 4 is in a gas-liquid mixed state because the condenser 4 absorbs heat. The methanol in such a state is heated by the hydrogen-containing gas (300 to 400 ° C.) from the reformer 3 by passing through the heat exchanger 5, and further heated by the heat exchanger 6.
Through the compressed air from the compressor 7 (150 ° C.
Above). Since the boiling point of methanol is 64.7 degrees Celsius as described above, it passes through these two heat exchangers 5 and 6 to be completely vaporized.
It is desirable to provide a temperature sensor 9 at the inlet of the reformer 3 as shown in the figure, and to determine whether or not the gas is completely vaporized by measuring the temperature of methanol.

【0041】これにより、改質器3へ供給されるメタノ
ールの量および圧力の制御性が向上することになる。
As a result, the controllability of the amount and pressure of methanol supplied to the reformer 3 is improved.

【0042】ちなみに、燃料電池システムの始動時等に
おいては、熱交換器6およびその他の機器も比較的低温
であることから、メタノールを気化させる熱量以外に
も、こうした機器類に奪われる熱量が必要とされる。こ
のため、たとえば圧縮機7の吸入口と吐出口との間に連
通管を設けておき、始動時にはこの連通管を開くことで
圧縮機の効率を低下させる。これにより圧縮機7から吐
出される圧縮空気温度が高くなり、上述した熱量の増加
をカバーすることができる。またこの他にも、たとえば
圧縮機7の回転数を定常時以上に高め、空気流量を増加
させることにより、熱量を増加させることもできる。
When the fuel cell system is started, for example, the heat exchanger 6 and other devices are also relatively low in temperature. Therefore, in addition to the amount of heat for vaporizing methanol, the amount of heat deprived by such devices is required. It is said. For this reason, for example, a communication pipe is provided between the suction port and the discharge port of the compressor 7, and the efficiency of the compressor is reduced by opening the communication pipe at the time of starting. As a result, the temperature of the compressed air discharged from the compressor 7 increases, and the above-described increase in the amount of heat can be covered. In addition to this, for example, the heat quantity can be increased by increasing the rotation speed of the compressor 7 to a value higher than the steady state and increasing the air flow rate.

【0043】第2実施形態 図2は本発明の燃料電池システムの他の実施形態を示す
ブロック図であり、上述した第1実施形態と共通する構
成には同一符号を付している。
Second Embodiment FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell system of the present invention, and the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment.

【0044】本実施形態は、燃料電池1の冷却系の冷却
水を用いて気液混合状態にあるメタノールを加熱する点
が上述した実施形態と相違している。すなわち、熱交換
器6には、ラジエータ12および水ポンプ13で構成さ
れる燃料電池1の冷却系からの冷却水が通過する。
The present embodiment is different from the above-described embodiment in that methanol in a gas-liquid mixed state is heated using cooling water of a cooling system of the fuel cell 1. That is, the cooling water from the cooling system of the fuel cell 1 including the radiator 12 and the water pump 13 passes through the heat exchanger 6.

【0045】この冷却水は、燃料電池1の温度が80〜
85℃であることから、燃料電池1の出口側でほぼこの
温度に達している。したがって、沸点が64.7℃のメ
タノールを気化させることができる。また、燃料電池1
の冷却系を用いると、この冷却水がメタノールの気化に
よって冷却されるので、ラジエータ12の容量を小さく
することができる。
This cooling water has a temperature of the fuel cell 1 of 80 to 80.
Since the temperature is 85 ° C., the temperature almost reaches the outlet side of the fuel cell 1. Therefore, methanol having a boiling point of 64.7 ° C. can be vaporized. Also, the fuel cell 1
When the cooling system is used, the cooling water is cooled by the vaporization of methanol, so that the capacity of the radiator 12 can be reduced.

【0046】なお、図2にはラジエータ12および水ポ
ンプ13を通過した冷却水を熱交換器6に導く構成が示
されているが、冷却水の流れ方向を逆にして燃料電池1
を通過した冷却水をそのまま熱交換器6に導入する方が
加熱効果が大きい。
FIG. 2 shows a configuration in which the cooling water that has passed through the radiator 12 and the water pump 13 is guided to the heat exchanger 6.
If the cooling water that has passed through the heat exchanger 6 is directly introduced into the heat exchanger 6, the heating effect is greater.

【0047】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の燃料電池システムの実施形態を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a fuel cell system of the present invention.

【図2】本発明の燃料電池システムの他の実施形態を示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell system of the present invention.

【図3】圧力に対する空気の飽和水蒸気量を温度別に示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the amount of saturated water vapor of air with respect to pressure for each temperature.

【図4】従来の燃料電池システムを示すブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池 2…水分離タンク 3…改質器 4…コンデンサ 5…熱交換器 6…熱交換器 7…圧縮機 8…アフタークーラ 9,10…温度センサ 11…燃料ポンプ 12…ラジエータ 13…水ポンプ 14…燃料タンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Water separation tank 3 ... Reformer 4 ... Condenser 5 ... Heat exchanger 6 ... Heat exchanger 7 ... Compressor 8 ... Aftercooler 9, 10 ... Temperature sensor 11 ... Fuel pump 12 ... Radiator 13 ... Water pump 14 ... Fuel tank

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料電池と、前記燃料電池に水素含有ガス
を供給する水素供給系と、前記燃料電池に酸素含有ガス
を供給する酸素供給系と、前記燃料電池に加湿用純水を
供給する加湿用純水供給系とを備えた燃料電地システム
において、 前記燃料電池の陰極からの排気と前記水素供給系の燃料
タンクに収容された燃料とを熱交換して前記排気に含ま
れた水を凝縮させ、この凝縮水を前記加湿用純水供給系
に供給する凝縮器を備えたことを特徴とする燃料電池シ
ステム。
1. A fuel cell, a hydrogen supply system for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel cell, an oxygen supply system for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell, and supplying pure water for humidification to the fuel cell. A fuel electric field system having a humidifying pure water supply system, wherein heat exchange is performed between exhaust gas from the cathode of the fuel cell and fuel contained in a fuel tank of the hydrogen supply system, and water contained in the exhaust gas. And a condenser for supplying the condensed water to the humidifying pure water supply system.
【請求項2】前記凝縮器を通過した前記燃料を加熱する
熱交換器を備えたことを特徴とする請求項1記載の燃料
電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a heat exchanger that heats the fuel that has passed through the condenser.
【請求項3】前記熱交換器は、前記水素供給系の改質器
で生成された水素含有ガスと前記燃料とを熱交換する第
1の熱交換器を含むことを特徴とする請求項2記載の燃
料電池システム。
3. The heat exchanger according to claim 2, wherein the heat exchanger includes a first heat exchanger for exchanging heat between the hydrogen-containing gas generated in the reformer of the hydrogen supply system and the fuel. The fuel cell system as described.
【請求項4】前記熱交換器は、前記酸素供給系の圧縮機
で圧縮された酸素含有ガスと前記燃料とを熱交換する第
2の熱交換器を含むことを特徴とする請求項2または3
記載の燃料電池システム。
4. The heat exchanger according to claim 2, wherein the heat exchanger includes a second heat exchanger for exchanging heat between the oxygen-containing gas compressed by the compressor of the oxygen supply system and the fuel. 3
The fuel cell system as described.
【請求項5】前記圧縮機は、圧縮効率を低下させて酸素
含有ガスの吐出温度を高める手段を有することを特徴と
する請求項4記載の燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein said compressor has means for lowering the compression efficiency and increasing the discharge temperature of the oxygen-containing gas.
【請求項6】前記熱交換器は、前記燃料電池を冷却する
冷却系の冷却水と前記燃料とを熱交換する第3の熱交換
器を含むことを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載
の燃料電池システム。
6. The heat exchanger according to claim 2, wherein the heat exchanger includes a third heat exchanger for exchanging heat between the fuel and cooling water of a cooling system for cooling the fuel cell. The fuel cell system according to any one of the above.
JP11009252A 1999-01-18 1999-01-18 Fuel cell system Pending JP2000208159A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11009252A JP2000208159A (en) 1999-01-18 1999-01-18 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11009252A JP2000208159A (en) 1999-01-18 1999-01-18 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000208159A true JP2000208159A (en) 2000-07-28

Family

ID=11715235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11009252A Pending JP2000208159A (en) 1999-01-18 1999-01-18 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000208159A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023661A1 (en) * 2000-09-14 2002-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid polymer type fuel cell system
JP2002158023A (en) * 2000-11-21 2002-05-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system
FR2828011A1 (en) * 2001-07-26 2003-01-31 Air Liquide Supplying air to cathode of fuel cell, comprises use of input/output heat exchanger with water attracting lining in output circuit and pump to add collected water to input
JP2003086208A (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Ihi Aerospace Co Ltd Fuel cell power generating facility
WO2003105260A1 (en) * 2002-06-10 2003-12-18 Forschungszentrum Jülich GmbH Low-temperature fuel cell system and method for operating the same
US7494731B2 (en) 2001-12-27 2009-02-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell power generation system
KR101368878B1 (en) * 2012-08-10 2014-03-04 삼성중공업 주식회사 Pretreatment apparatuf for reduction nox in engine
CN116093386A (en) * 2021-11-08 2023-05-09 Lg电子株式会社 fuel cell system

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023661A1 (en) * 2000-09-14 2002-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid polymer type fuel cell system
CN100490234C (en) * 2000-09-14 2009-05-20 株式会社东芝 Solid polymer type fuel cell system
JP2002158023A (en) * 2000-11-21 2002-05-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system
FR2828011A1 (en) * 2001-07-26 2003-01-31 Air Liquide Supplying air to cathode of fuel cell, comprises use of input/output heat exchanger with water attracting lining in output circuit and pump to add collected water to input
JP2003086208A (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Ihi Aerospace Co Ltd Fuel cell power generating facility
US7494731B2 (en) 2001-12-27 2009-02-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell power generation system
WO2003105260A1 (en) * 2002-06-10 2003-12-18 Forschungszentrum Jülich GmbH Low-temperature fuel cell system and method for operating the same
KR101368878B1 (en) * 2012-08-10 2014-03-04 삼성중공업 주식회사 Pretreatment apparatuf for reduction nox in engine
CN116093386A (en) * 2021-11-08 2023-05-09 Lg电子株式会社 fuel cell system
JP2023070181A (en) * 2021-11-08 2023-05-18 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド fuel cell system
JP7558235B2 (en) 2021-11-08 2024-09-30 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド Fuel Cell Systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11542610B2 (en) System for high-temperature reversible electrolysis of water comprising a hydride tank coupled with the electrolyser
US7033689B2 (en) Fuel cell system
US12136725B2 (en) Electrolyzer system with steam generation and method of operating same
JP5085847B2 (en) High-efficiency fuel cell power generation system with an expander for power generation
JP3918757B2 (en) Fuel cell system
JPS6351352B2 (en)
JP2000251915A (en) Fuel cell system
JP4038307B2 (en) Fuel cell system
JP2004507050A (en) Operation method of fuel cell system and fuel cell device
JP2006507639A (en) Thermal energy control in electrochemical fuel cells
US7037610B2 (en) Humidification of reactant streams in fuel cells
JP2000208159A (en) Fuel cell system
JP4140269B2 (en) Fuel cell system
US12529153B2 (en) Electrolyzer system including a heat pump and method of operating thereof
KR20030073679A (en) Cooling water recycling system for fuel cell
JP4517414B2 (en) Fuel cell system and water recovery method
JP2003272677A (en) Solid oxide fuel cell and cogeneration system using the same
JP4470329B2 (en) Fuel cell power generator and method of operating the same
JP5024717B2 (en) CO removal method and apparatus for polymer electrolyte fuel cell
JP4076476B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP2006318798A (en) Fuel cell system
JPH0660899A (en) Direct contact heat exchanger for fuel cells
JP2012221562A (en) Fuel cell system
JP2006236758A (en) Fuel cell system
KR20140081225A (en) Fuel cell system