(57)【要約】【課題】従来、アノードリサイクルラインを備えさせ、アノード排ガスを燃料電池に再度供給し、有効利用するものはあるが、燃料水素ガスを精製・回収して有効活用を図るものとなつてはいない。【解決手段】不純ガスを含む水素を燃料として発電する燃料電池１の水素排ガスを排出させる水素排ガスライン２４に、水素吸蔵合金を収容する水素精製装置５を接続し、燃料電池１から排出される水素排ガスに含まれる水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて精製して回収することを特徴とする。【選択図】        図１
2005011554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純ガスを含む水素を燃料として発電する燃料電池（１）の水素排ガスを排出させる水素排ガスライン（２４）に、水素吸蔵合金を収容する水素精製装置（５）を接続し、燃料電池（１）から排出される水素排ガスに含まれる水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて精製して回収することを特徴とする水素回収装置を備える燃料電池。
【請求項２】
前記水素精製装置（５）に回収する水素を、前記燃料電池（１）の燃料として供給することを特徴とする請求項１の水素回収装置を備える燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池（１）が、水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金容器（４３，４４（，５））を複数有し、各水素吸蔵合金容器（４３，４４（，５））に貯蔵した水素を前記燃料電池（１）の燃料として供給する水素供給装置（３）を備え、前記水素吸蔵合金容器（４３，４４（，５））の内の少なくとも１基を前記水素精製装置（５）として使用することを特徴とする請求項１又は２の水素回収装置を備える燃料電池。
【請求項４】
前記燃料電池（１）の水素排ガスライン（２４）に、水素排ガスの水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させるガスを吸着する吸着剤又は水素排ガスを改質する触媒の内の少なくとも一方を収容した前処理装置（６）を接続し、前処理装置（６）を通過した水素排ガスを水素精製装置（５）に導入することを特徴とする請求項１，２又は３の水素回収装置を備える燃料電池。
【請求項５】
前記水素精製装置（５）を迂回して設けられ、前記燃料電池（１）の水素排ガスを前記燃料電池（１）の燃料として供給する迂回ライン（２３）を備えることを特徴とする請求項１，２，３又は４の水素回収装置を備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素回収装置を備える燃料電池に関し、詳しくは、水素排ガスのラインに水素吸蔵合金を収容する水素精製装置を接続し、燃料電池の水素排ガスに含まれる水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて精製して回収する燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
燃料電池システムにおいて、各種原料から得られた水素を供給するものが現状提案されている。しかし、液体水素または水分解水素ガスを使用して純粋な水素ガスを供給する場合以外は、燃料となる水素ガスに不純ガスが含まれる可能性が高く、燃料電池スタック内に不純ガスが溜まり、発電出力の低下が起きる可能性があるため、  燃料電池の水素排ガスを排出させる水素排ガスラインから不純ガスを排出させる工程を実施している。
【０００３】
燃料である水素ガスに不純ガスが含まれる場合には、一般的に、固体高分子燃料電池に水素ガスを供給させ、燃料電池内で水素と酸素とを反応させて発電を起こす際、  水素ガスを余剰に供給し、  燃料電池内で消費されなかつた水素ガスを水素排ガスとして系外に放出させ、排気又は燃焼利用させている。燃焼利用する場合には、発電に消費されなかつた水素が、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気等と共に水素排ガスとなるから、これを燃焼室で燃焼させ、改質器における改質反応の熱源等として利用する。
【０００４】
一方、燃料電池内に溜まつた不純ガスを多く含む水素ガスを定期的に系外にパージする操作も提案されている。水素排ガスを系外に放出させず、燃料電池内で水素を完全に消費する運用を行うと、水素ガス内に含まれる不純ガスが燃料電池内で濃縮され、濃縮された不純ガスが燃料電池の中に溜まると水素の供給が不可となることから、発電効率が低下し、水素の消費量の増加と性能の不安定化がおきるためである。パージ操作によつて外部に排出させる水素の割合は、燃料電池メーカーなどにより若干異なつているようではあるが、１０〜１５％程度の余剰の水素ガスが消費されている。
【０００５】
このように、燃料電池の水素排ガスラインから排出される水素ガスに不純ガスが多く含まれると、そのまま燃料電池にリサイクルすることができないため、  燃焼させ熱として回収するか、排気する方式がとられていた。これに起因して、燃料電池の発電効率は高くても、燃料電池スタック内の水素ガス純度の低下に伴うパージ処理等を行うための余剰の水素ガスが必要となるため、  燃料電池システムとして考えた場合、水素ガス供給量に対する発電量を高くできないという技術的課題がある。
【０００６】
更に、燃料電池内で消費されなかつた水素ガスを含む水素排ガスを再度、燃料電池の燃料として利用することも提案されている。例えば特開２０００−３５３５３４では、アノード排ガスの一部を改質器出口側にリサイクルするアノードリサイクルラインと、このアノードリサイクルラインに設けられアノード排ガスの顕熱で炭化水素ガスを改質する断熱改質器とを設けている。これにより、断熱改質器によつてアノード排ガスの顕熱で炭化水素ガスを改質し、余分な水蒸気及び改質熱を用いることなく全体の改質率を高めることができる、としている。
【０００７】
しかしながら、このアノードリサイクルラインは、アノード排ガスを燃料電池に再度供給し、有効利用するものではあるが、断熱改質器は、炭化水素ガス（ＣＨ４）が燃料ガスとして燃料電池に供給され、水素等に変換する吸熱反応としての改質反応（水蒸気改質反応及び一酸化炭素シフト反応）が燃料電池で起こることを避けるものと考えられ、燃料水素ガスを精製・回収して有効活用を図るものではない。加えて、アノードリサイクルラインに向けてアノード排ガスを送り込むためのガスブロワを装備しており、構造が複雑である。
【０００８】
この発明は、上記のような従来の燃料電池における技術的課題を解決するためになされたもので、燃料電池から放出された不純ガスを含む水素排ガスを水素吸蔵合金を収容した容器に導入し、  水素排ガスの中に混在する不純ガスを分離し、水素を精製・回収した上でリサイクル利用することを可能とすることを目的としている。また、精製・回収した水素ガスを燃料電池の燃料として供給することにより、燃料電池において消費する水素ガスの量を低減させることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、不純ガスを含む水素を燃料として発電する燃料電池１の水素排ガスを排出させる水素排ガスライン２４に、水素吸蔵合金を収容する水素精製装置５を接続し、燃料電池１から排出される水素排ガスに含まれる水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて精製して回収することを特徴とする水素回収装置を備える燃料電池である。
請求項２の発明は、前記水素精製装置５に回収する水素を、前記燃料電池１の燃料として供給することを特徴とする請求項１の水素回収装置を備える燃料電池である。
請求項３の発明は、前記燃料電池１が、水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金容器４３，４４（，５）を複数有し、各水素吸蔵合金容器４３，４４（，５）に貯蔵した水素を前記燃料電池１の燃料として供給する水素供給装置３を備え、前記水素吸蔵合金容器４３，４４（，５）の内の少なくとも１基を前記水素精製装置５として使用することを特徴とする請求項１又は２の水素回収装置を備える燃料電池である。
請求項４の発明は、前記燃料電池１の水素排ガスライン２４に、水素排ガスの水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させるガスを吸着する吸着剤又は水素排ガスを改質する触媒の内の少なくとも一方を収容した前処理装置６を接続し、前処理装置６を通過した水素排ガスを水素精製装置５に導入することを特徴とする請求項１，２又は３の水素回収装置を備える燃料電池である。
請求項５の発明は、前記水素精製装置５を迂回して設けられ、前記燃料電池１の水素排ガスを前記燃料電池１の燃料として供給する迂回ライン２３を備えることを特徴とする請求項１，２，３又は４の水素回収装置を備える燃料電池である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１実施の形態に係る水素回収装置を備える燃料電池のシステムの概略を示す。図中において符号１はスタックである燃料電池を示し、燃料電池１は、酸素供給装置２及び水素供給装置３が接続され、酸素供給装置２からの酸素（カソードガス）と水素供給装置３からの不純ガスを含む水素（アノードガス）との供給を受けて、発電する。酸素供給装置２は、開閉弁１０及び圧力調整弁１１を順次に備える酸素ライン２０により、燃料電池１に接続されている。
【００１１】
水素供給装置３は、水素を供給するための複数（図上では２個）の水素吸蔵合金容器４３，４４を備える。各水素吸蔵合金容器４３，４４は、水素吸蔵合金を収容し、それぞれ開閉弁１２，１３を備える分岐ライン２１ａ，２１ｂの一端が接続され、分岐ライン２１ａ，２１ｂの合流する他端が、圧力調整弁１４を備える水素ライン２１によつて燃料電池１に接続されている。制御部２２は、開閉弁１２，１３及び圧力調整弁１４を制御し、燃料電池１に供給する水素ガスを増減調節しながら連続的に供給する。従つて、水素供給装置３には、水素を含むアノードガスに改質する改質器は装備されていないが、水素吸蔵合金容器４３，４４内に混入したガスに起因して、分岐ライン２１ａ，２１ｂから流出する水素には若干の不純ガスが含まれている。
【００１２】
各水素吸蔵合金容器４３，４４は、水素吸蔵合金を加熱して吸熱反応である水素放出を行わせるために加熱装置４３ａ，４４ａを付属している。加熱装置４３ａ，４４ａに流す加熱用温水と燃料電池１の排熱が供給される排熱ライン３０とが熱交換器３１において熱交換することにより加熱用温水が昇温し、この加熱用温水を加熱装置４３ａ，４４ａのいずれか一方に切換装置（図示せず）によつて切換えて適宜にポンプ（図示せず）によつて循環させることにより、水素吸蔵合金容器４３ａ，４４ａの水素吸蔵合金を選択的に加熱し、水素を放出させることができる。加熱装置４３ａ，４４ａを流れる加熱用温水（６０℃程度）の温度は、排熱ライン３０の開度を調節する調整弁１５により、調整することができる。この排熱ライン３０は、燃料電池の運転時に発生する熱を除去する冷却水を図外のポンプで循環させるものでよいが、燃料電池１から排出される排ガスを利用することもできる。従つて、水素吸蔵合金容器４３ａ，４４ａの水素吸蔵合金は、燃料電池１の排出熱で加熱される。
【００１３】
また、燃料電池１には、水素排ガスライン２４（アノード排ガスライン）及び酸素排ガスライン２５（カソード排ガスライン）が接続されている。酸素排ガスライン２５は、３方切換弁からなる切換弁１６により、燃料電池１から排出される酸素排ガスを外部に排出させる酸素排気ライン２６及び酸素循環ライン２７に切換えて接続することができる。酸素循環ライン２７は、酸素ライン２０の圧力調整弁１１よりも下流に接続され、ひいては燃料電池１に接続されている。酸素供給装置２から純粋な酸素が供給されるときは、酸素排ガスライン２５を酸素循環ライン２７に接続させ、酸素排ガスライン２５から排出される酸素を循環使用すればよい。
【００１４】
水素排ガスライン２４は、全閉位置を有する３方切換弁からなる切換弁１７ａにより、燃料電池１から放出される水素排ガスを外部に排出させる水素排気ライン２８及び水素循環ライン２９に切換えて接続することができると共に、全閉に切換えて水素排ガスを遮断することができる。また、水素排ガスライン２４は、切換弁１７ｂを有して水素循環ライン２９に接続する迂回ライン２３を備え、迂回ライン２３によつて燃料電池１から放出される水素排ガスを燃料電池１に直接供給することができる。燃料電池１の運転時には、切換弁１７ａ，１７ｂの切換えにより、水素排気ライン２８、後記する水素精製装置５を有する水素循環ライン２９及び迂回ライン２３の内のいずれかに水素排ガスを流入させる。
【００１５】
水素循環ライン２９の上流部には、水素吸蔵合金を収容する容器である水素精製装置５が介在され、水素循環ライン２９の他端は、圧力調整弁１４ａを介して、水素ライン２１の圧力調整弁１４よりも下流に接続されている。但し、圧力調整弁１４よりも上流に接続させ、水素循環ライン２９の圧力調整弁１４ａを省略することもできる。水素精製装置５は、燃料電池１の水素排ガスに含まれる水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて精製し、不純ガスと分離して回収する機能を有すると共に、水素精製装置５に回収する水素を、燃料電池１の燃料として供給する機能を有する。切換弁１７ａによつて水素排ガスライン２４を水素排気ライン２８に連通させれば、燃料電池１の水素排ガスが系外に排出される。
【００１６】
水素精製装置５に収容され、水素精製に使用する水素吸蔵合金は、特にＨ２Ｏの被毒に強い種類の水素吸蔵合金、又は撥水処理を行つた水素吸蔵合金などを使用することにより、より長時間の運用が可能となる。撥水処理は、例えば撥水処理高分子を適当な溶媒にて処理液として、スプレーにて水素吸蔵合金に塗布して行うことができる。
【００１７】
水素精製装置５は、加熱装置５ａを付属し、加熱装置５ａに排熱ライン３０から分岐する加熱用ライン３０ａを通じて燃料電池１の排熱を供給させることにより、水素精製装置５内の水素吸蔵合金を適宜に加熱し、精製された水素を放出させて有効活用することができる。放出された水素ガスは、水素循環ライン２９及び水素ライン２１を通じて燃料電池１に供給させることができる。このとき、水素排ガスライン２４を通じて燃料電池１から放出される水素排ガスは、切換弁１７ａによつて水素排気ライン２８から排出させ、或いは迂回ライン２３から水素循環ライン２９に直接供給させる。加熱用ライン３０ａ及び加熱装置５ａは、燃料電池の運転時に発生する熱を除去する冷却水を図外のポンプで循環させるものでよいが、燃料電池１から排出される排ガスを利用することも可能である。
【００１８】
また、水素循環ライン２９の水素精製装置５よりも上流には、水素排ガスの内、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させるガスを吸着する吸着剤、又は水素排ガスを改質する触媒の内の少なくとも一方を収容した前処理装置６を設置し、前処理装置６を水素排ガスライン２４に接続させる。
【００１９】
前処理装置６に収容する水素排ガスを改質する触媒は、水素吸蔵合金の被毒防止のため、被毒成分となり得る酸素及び一酸化炭素を主として除去するものである。酸素除去触媒（例えばアルミナ担持体にパラジウムを担持させた触媒）により、化学式（１）に示すように水素排ガス中に含まれる酸素を水素と反応させて水分にする。また、一酸化炭素除去触媒（例えばアルミナ担持体にパラジウム、白金等を担持させた触媒）により、化学式（２）に示すように水素排ガス中に含まれる一酸化炭素を水素と反応させてメタン、水分にする。但し、酸素及び一酸化炭素の除去は、水素排ガス中のこれらの成分が微量であるときは、少なくとも一方を省略することができる。
【００２０】
また、吸着剤は、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させるガスである水蒸気を吸着して除湿するものであり、除湿は、例えばアルミナ、モレキュラ−シーブス等の吸着剤を用いて行うことができる。なお、除湿すべき水分が多量であるときは、冷凍機などによる冷却が必要となるが、冷凍機の廃熱（１５０℃以上）を吸着剤の再生加熱に用いることもできる。また、迂回ライン２３の上流端部は、前処理装置６と水素精製装置５との間の水素循環ライン２９に接続することも不可能ではない。
【００２１】
【化１】
2005011554.tif 000003
【００２２】
水素精製装置５よりも下流となる水素循環ライン２９には、パージバルブである開閉機能を有するバルブ１８を備えるパージガスライン４８が接続されている。水素循環ライン２９に設けた開閉機能を有するバルブ１９及びパージガスライン４８に設けたバルブ１８の内の一方を開くことにより、水素精製装置５から流出するガスを水素ライン２１及びパージガスライン４８の内の一方に選択的に導くことができる。従つて、２つのバルブ１８及びバルブ１９は、３方切換バルブによつて構成することもできる。
【００２３】
なお、パージガスライン４８に容器であるガスタンク５０を取付け、排出ガスをガスタンク５０に回収させることにより、外部へガスを排出させるこのない完全閉サイクルの装置となり得る。同様に、水素排気ライン２８及び酸素排気ライン２６にそれぞれガスタンク（図示せず）を取付け、排出ガスを各ガスタンクに回収させることもできる。
【００２４】
また、水素吸蔵合金を収容する水素精製装置５及び水素吸蔵合金容器４３，４４は、それぞれ貯蔵した水素を燃料電池の燃料として供給するものであるから、この点で水素精製装置５及び水素吸蔵合金容器４３，４４を同一構造とすることができる。従つて、水素吸蔵合金容器４３，４４を複数有する水素供給装置３を備えさせ、この水素吸蔵合金容器４３，４４の内の少なくとも１基を水素精製装置５として利用することができる。
【００２５】
次に、作用について説明する。
いま、水素吸蔵合金容器４３，４４の水素吸蔵合金には十分量の水素が吸蔵され、水素精製装置５の水素吸蔵合金には水素が吸蔵されていないものとする。この状態で、水素供給装置３のいずれかの水素吸蔵合金容器４３，４４を加熱装置４３ａ，４４ａによつて適当に加熱すると共に、制御部２２により、対応する開閉弁１２，１３及び圧力調整弁１４を開閉制御し、燃料電池１のアノード極に水素吸蔵合金から放出される高純度の水素ガスを所定圧力で所定量供給する。なお、運転開始時には、加熱装置４３ａ，４４ａとは別個の加熱装置によつて水素吸蔵合金容器４３，４４を加熱することも可能である。同時に、開閉弁１０及び圧力調整弁１１を開閉し、酸素供給装置２からの酸素ガスを燃料電池１のカソード極に所定圧力で所定量供給する。これにより、燃料電池１を作動させて発電を行う。
【００２６】
燃料電池１の運転により、酸素排ガスライン２５から酸素排ガスが排出され、水素排ガスライン２４から水素排ガスが排出される。酸素排ガスライン２５から排出される酸素排ガスは、通常、切換弁１６を通して酸素循環ライン２７に導入させ、酸素ライン２０から燃料電池１に供給させて発電に有効活用させる。
【００２７】
一方、水素排ガスライン２４から排出される水素排ガスは、通常、切換弁１７ａを通して水素循環ライン２９に導入させ、後述するように前処理装置６及び水素精製装置５に順次に流入させて水素精製装置５において精製・回収した水素ガスを、水素ライン２１から燃料電池１に供給させて発電に有効活用させる。上述したように、水素循環ライン２９の他端を水素ライン２１の圧力調整弁１４よりも上流に接続させれば、水素循環ライン２９から導入される水素ガスを含めて圧力調整弁１４によつて圧力調整しながら、燃料電池１に水素ガスを供給することができる。
【００２８】
切換弁１７ａから水素循環ライン２９に導かれた水素排ガスは、先ず、前処理装置６に流入し、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させるガス（被毒ガス）が可及的に取り除かれる。特に、前処理装置６の吸着剤により、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させる水蒸気を吸着して、水素排ガスを除湿する。
【００２９】
被毒ガスの減少した水素排ガスは、引き続いて水素精製装置５に流入させ、水素排ガスに含まれる水素を水素吸蔵合金に吸蔵させて精製して回収する。水素排ガスは、水素が水素吸蔵合金に吸蔵されることにより吸引されるので、ガスブロワ等の送気装置は必要としない。このとき、水素精製装置５を空気によつて冷却し、発熱反応である水素吸蔵反応を水素吸蔵合金に行わせ、水素精製を行う。水素精製装置５の空冷は、ファン（図示せず）の駆動により、効果的に行うことができる。このとき、バルブ１８及びバルブ１９は閉じてある。水素精製装置５によつて精製・回収される水素は、燃料電池１のアノード極に不純ガスなどの影響を排除するために余剰に供給させた水素ガス（約１０〜１５％程度）である。水素精製装置５を通過した水素排ガス中の不純ガスは、水素吸蔵合金に吸蔵されることなく水素精製装置５の内部空間に溜まるので、水素ガスと不純ガスとの分離がなされる。燃料電池１内に溜まつた不純ガスを多く含む水素ガスを定期的に系外にパージする操作を行うときは、このパージされる水素排ガスのみを前処理装置６及び水素精製装置５に順次に流入させればよい。
【００３０】
一方、水素排ガス中に混在する不純ガスが少ない場合は、切換弁１７ａに全閉位置を採らせて開閉機能を有する切換弁１７ｂを開とし、燃料電池１から放出される水素排ガスを迂回ライン２３を通して直接循環させ、利用することが可能である。この場合には、水素精製装置５に不純ガスを含む水素ガス、特に水蒸気が導入されないため、水素吸蔵合金の使用回数を少なくして劣化を抑制でき、水素精製装置５の長期使用が可能になる。このとき、水素吸蔵合金容器４３，４４又は水素精製装置５の水素吸蔵合金から放出させる高純度の水素ガスに迂回ライン２３からの水素排ガスを混合させて、燃料電池１のアノード極に水素ガスを供給する。
【００３１】
このような燃料電池１の運転により、水素精製装置５の水素吸蔵合金に水素が十分に吸蔵されて回収されたなら、水素精製装置５に回収した水素を、燃料電池１の燃料として供給する。このとき、燃料電池１の排熱を排熱ライン３０及び加熱用ライン３０ａを通じて加熱装置５ａに供給させ、水素精製装置５内の水素吸蔵合金を適宜に加熱し、吸熱反応である水素放出反応を行わせ、放出された水素ガスを、圧力調整弁１４ａによつて圧力調整をしながら、水素循環ライン２９及び水素ライン２１を通じて燃料電池１に供給させる。加熱装置５ａによつて加熱して水素精製装置５の水素吸蔵合金から放出される水素ガスは、水素吸蔵合金容器４３，４４の水素吸蔵合金から放出される水素ガスと同様に、燃料電池１にとつて必要な水素ガス圧力まで昇圧している。
【００３２】
水素精製装置５に回収した水素を燃料電池１に供給し始めるときは、先ず、加熱装置５ａによつて水素精製装置５内の水素吸蔵合金を加熱しながら、水素精製装置５の水素吸蔵合金から水素ガスを放出させる。この水素精製装置５の水素吸蔵合金から水素ガスを放出させる初期に、水素循環ライン２９に設けたバルブ１９を閉じた状態でバルブ１８を瞬時開き、水素吸蔵合金に吸蔵されずに水素精製装置５内の水素吸蔵合金の回りに溜まつた不純ガスを多く含む水素ガスをパージガスライン４８から外部に放出させる。
【００３３】
続いて、バルブ１８を閉じると共に、バルブ１９を開き、水素精製装置５の水素吸蔵合金から放出される純粋な水素ガスを水素循環ライン２９及び水素ライン２１を通して燃料電池１に所定圧で還流させる。このようにして、水素精製装置５を使用して、バルブ２８を開いて外部に放出させるパージガスを僅かとすることができる。水素精製装置５に回収した水素のみを燃料電池１の燃料として供給するときには、両開閉弁１２，１３を閉じる。
【００３４】
また、パージガスライン４８にガスタンク５０を取付けることにより、不純ガスを多く含む水素ガスをガスタンク５０に回収させることができ、系外にガスを放出することなく、燃料電池の運用が可能となる。
【００３５】
なお、水素精製装置５からの水素ガスを燃料電池１に供給しているときは、水素排ガスライン２４からの水素排ガスを水素精製装置５に導入することができない。このため、水素排ガスライン２４からの水素排ガスは、切換弁１７ａを切換えて水素循環ライン２９を閉塞し、かつ、水素排気ライン２８を開放し、水素排気ライン２８から外部に排出させる。但し、水素供給装置３の水素吸蔵合金容器４３，４４の内の水素放出状態の１基を水素精製装置５として利用し、水素排気ライン２８から排出される水素排ガスを水素吸蔵合金容器４３，４４に導いて精製・回収することもできる。水素排気ライン２８にガスタンクを設ければ、水素排ガスをガスタンクに回収させることができる。水素排ガスライン２４からの水素排ガスは、切換弁１７ｂを開いて迂回ライン２３を通じて燃料電池１の燃料として供給することもできる。
【００３６】
このように、燃料電池１より水素排ガス（燃料極排気）を流出させる水素排ガスライン２４に水素吸蔵合金が収容された水素精製装置５を接続し、燃料電池１から排出された不純ガスを含む水素ガスを水素精製装置５に導入した上で、水素精製装置５を燃料電池１からの排熱を利用して加熱することにより、燃料電池１への供給に必要となる圧力まで水素ガスを高めて燃料電池１への供給が可能となる。このため、外部より昇圧のための電力等のエネルギーを投入することなく、水素排ガスライン２４からの水素ガスをリサイクル利用することが可能である。水素吸蔵合金容器４３，４４の水素吸蔵合金から放出される水素ガスも同様に、外部より昇圧のための電力等のエネルギーを投入することなく、燃料電池１からの排熱等を利用して、燃料電池１に供給することができる。
【００３７】
また、水素排ガスライン２４からの水素排ガスの不純ガスとして、水分、酸素、一酸化炭素などの水素吸蔵合金に影響を与える被毒ガスが存在するときは、吸着剤などを用いる前処理装置６によつて被毒ガスを低減させた後に水素吸蔵合金を収容する水素精製装置５に水素排ガスを導入し、水素を精製・回収する。また、水素精製装置５の水素吸蔵合金には、特にＨ２Ｏの被毒に強い種類の水素吸蔵合金、又は撥水処理を行つた水素吸蔵合金などを使用し、水素を精製・回収する。これにより、水素を水素精製装置５の水素吸蔵合金に精製・回収し、燃料電池１で再度水素ガスを利用することが可能となり、発電する量を増加させることができる。
【００３８】
かくして、燃料電池１の連続運転時間の長時間化と水素消費量の大幅な減少とを達成することが可能となる。また、本１実施の形態のように複数の水素吸蔵合金容器４３，４４を水素供給装置３として利用する燃料電池システムの場合、水素を供給し終えた水素吸蔵合金容器４３，４４を精製用の容器（水素精製装置５）に利用することも可能である。
【００３９】
ところで、上記１実施の形態にあつては、燃料電池１から水素排ガスライン２４を通じて排出される水素排ガスを、切換弁１７ａを通して水素循環ライン２９に導入させる際、バルブ１８，１９の両者を閉じたが、これに代えて次の操作をすることもできる。すなわち、燃料電池１から水素排ガスライン２４を通じて排出される水素排ガスを、バルブ１８を開いた状態で水素精製装置５に導入させ、水素精製装置５の水素吸蔵合金を冷却させて水素を吸蔵させながら、水素吸蔵合金に吸蔵されずに水素精製装置５内を通過する不純ガスをパージガスライン４８から外部に放出させる。
【００４０】
このようにして水素精製装置５内の水素吸蔵合金に十分量の水素が吸蔵されたなら、水素循環ライン２９の水素精製装置５への水素排ガスの流入を遮断し、水素精製装置５を加熱し、水素精製装置５の水素吸蔵合金から水素ガスを放出させる初期に、水素吸蔵合金に吸蔵されずに水素精製装置５内の水素吸蔵合金の回りに溜まつた不純ガスを多く含む水素ガスをパージガスライン４８から外部に放出させ、続いてバルブ１８を閉じると共にバルブ１９を開き、水素精製装置５を加熱しながら水素精製装置５から水素ガスを放出させる。水素精製装置５から放出される水素ガスは、水素ライン２１から燃料電池１に所定圧力で供給させて発電に有効活用させる。このような操作は、水素排ガスライン２４を通じて排出される水素排ガスに、比較的多量の不純ガスが含まれる場合に好適である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る水素回収装置を備える燃料電池によれば、次の効果を奏することができる。
請求項１に係る発明によれば、燃料電池の運転時に排出される水素排ガスから精製・回収した水素ガスを、リサイクルして有効活用することが可能になる。なお、燃料電池の水素排ガスの中に存在する不純ガスを除去して水素ガスを精製するので、リサイクルに際する有害ガスの放出の問題は生じ難い。
【００４２】
請求項２に係る発明によれば、水素精製装置に精製・回収する水素を燃料電池の燃料として供給するので、燃料電池の運転時の水素消費量を大幅に削減し、燃料電池の水素を供給する装置から取り出す水素ガスの量を低減させることができると共に、燃料電池の長時間の連続運転が可能となる。リサイクルする水素ガスの循環のための動力は、燃料電池より排出される排熱によることが可能であり、
動力を削減できるため、  高効率な燃料電池システムになる。
【００４３】
請求項３に係る発明によれば、水素供給装置に複数備える水素吸蔵合金容器の内の少なくとも１基を水素精製装置として使用するので、水素吸蔵合金容器を有効活用しながら、構造簡素な水素回収装置を備える燃料電池を提供することができる。
【００４４】
請求項４に係る発明によれば、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力を低下させるガスを吸着する吸着剤又は改質する触媒の内の少なくとも一方を収容した前処理装置を通過させた水素排ガスを水素精製装置に導入するので、水素精製装置に収容する水素吸蔵合金の水素吸蔵能力の低下を抑制させ、或いは十分量の水素を水素精製装置に回収させることが可能となる。
【００４５】
請求項５に係る発明によれば、水素精製装置を迂回して設けられ、燃料電池の水素排ガスを燃料電池の燃料として供給する迂回ラインを備えるので、迂回ラインを通じて水素排ガスを燃料電池の燃料として直接的に供給することができる。これにより、水素精製装置の使用頻度を低減させて、収容する水素吸蔵合金の劣化を抑制しながら長期使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る水素回収装置を備える燃料電池のシステムを示す概略図。
【符号の説明】
１：燃料電池、２：酸素供給装置、３：水素供給装置、５：水素精製装置（水素吸蔵合金容器）、５ａ：加熱装置、６：前処理装置、１２，１３：開閉弁、１４，１４ａ：圧力調整弁、１７：，１７ｂ：切換弁、１８，１９：バルブ、２３：迂回ライン、２４：水素排ガスライン、２５：酸素排ガスライン、２６：酸素排気ライン、２７：酸素循環ライン、２８：水素排気ライン、２９：水素循環ライン、４３，４４：水素吸蔵合金容器、４３ａ，４４ａ：加熱装置、４８：パージガスライン、５０：ガスタンク。
【図１】
2005011554.tif 000004