(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を改質ガスにする改質器が設けられ、前記改質器からの改質ガスを供給し、電池反応により発電を行う燃料電池を設けた燃料電池システムにおいて、液体燃料を改質器と燃料電池に供給する駆動源を要さず、同燃料電池システムの起動時に、前記液体燃料を貯蔵する貯蔵容器の内部をガス圧で加圧し、前記液体燃料を前記貯蔵容器から前記改質器へ供給して改質に必要な圧力を確保する加圧手段を設けると共に、前記改質器からの改質ガスの燃料電池への供給を、前記加圧手段により加圧される前記液体燃料の圧力を制御して電池反応に必要な圧力で行う燃料供給手段を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記液体燃料を貯蔵する貯蔵容器の内部をガス圧が一定になるように加圧することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記加圧手段を、高圧気体を充填した圧力ボンベとしたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料供給手段を、前記加圧手段と前記貯蔵容器との間に設けられる圧力制御弁としたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体燃料を燃料電池に使用する水素リッチの改質ガスに改質するため、貯蔵容器中の液体燃料の改質器への移送、および改質器で改質した改質ガスの燃料電池への供給をガス圧、およびガス圧の制御で行うようにした燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
供給された燃料中の水素と、酸化剤中の酸素の電池反応により、発電を行うようにした燃料電池システムにおいては、メタノール、ナフサ、灯油等の液体燃料を、水蒸気改質法等によって燃料改質を行い、水素ガスリッチの改質ガスにして、この改質ガスを燃料として燃料電池に供給する一方、酸化剤としての空気をターボ機械等によって燃料電池に供給するようにしている。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいて、例えば、メタノールを液体燃料として使用する燃料電池システムの一例を、図２に示すブロック図により説明する。
触媒作用下で水蒸気と反応させて、水素ガスリッチの改質ガスに改質する液体燃料としてのメタノール１０は、貯蔵容器としての改質燃料タンク０１に貯蔵されている。
このメタノール１０の改質燃料タンク０１から、メタノール１０を改質ガスに改質する改質器０３への供給は、通常改質燃料タンク０１と、改質器０３を連結する配管に介装した燃料供給ポンプ０２によって行われる。
【０００４】
このようにして、改質器０３に供給されたメタノール１０は、高温にされた改質器０３の温度条件下で、触媒作用のもとで水蒸気と反応させることにより、改質され、燃料電池本体０４における発電に使用できる水素リッチの改質ガスとなり、改質器０３から燃料電池本体０４へ燃料ガスとして供給される。
一方、燃料電池本体０４へ供給された改質ガス中の水素と電池反応する酸素を含む酸化剤、例えば空気は、ターボ機械等で構成された酸化剤供給装置０５により、大気中から燃料電池本体０４に供給される。
【０００５】
燃料電池本体０４では、これら供給された改質ガス中の水素と、酸化剤中の酸素との電池反応が触媒電極上で起こり、発電が行われ、直流の電力が得られる。また、燃料電池本体０４から得られた直流電力は、インバータ制御器０６で、所定の周波数の交流出力に変換されて、燃料電池システムから出力され、種々の用途に供される。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の燃料電池システムの場合、次のような欠点があった。
【０００７】
（１）すなわち、メタノール１０の改質燃料タンク０１から改質器０３への供給が、燃料供給ポンプ０２を使用する、いわゆる機械的装置を用いた燃料供給システムとなっているため、故障等が起こりやすく、燃料電池システム全体の信頼性が低いものになるほか、燃料供給ポンプ０２の駆動装置、およびその駆動源を必要とする。
【０００８】
この駆動源は、燃料電池システムの電気出力を利用できる定格運転時には、その欠点が若干解消されるものの、起動時等、燃料電池システムの電気出力を利用できない場合があり、これを考慮した他の駆動源の設置が必要となる。
さらに、燃料供給ポンプ０２のように、作動する機器を使用する場合、回転部、軸部等の作動部に異常が生じやすく、点検を常に要する等、メンテナンスの面の不具合がある。
【０００９】
（２）また、燃料供給ポンプ０２による移送では、メタノール１０の流れに規則的な圧力変動が発生するため、これに伴い、改質器０３で改質され、改質器０３から燃料電池本体０４に供給される改質ガスにも脈流が発生し、その脈流を止めるための装置を設ける必要がある等、燃料電池システムが複雑化する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の燃料電池システムの欠点を解消するため、液体燃料を貯蔵する貯蔵容器から、液体燃料の改質を行う改質器への液体燃料の供給を、貯蔵容器の内部をガス圧で加圧することによって行い、故障等が少なく、燃料電池システム全体の信頼性を向上でき、メンテナンスの繁雑さから解放され、特に、起動時を考慮した駆動源の設置が不要になるとともに、燃料電池本体に、脈動のない安定した流れの改質ガスが供給できる、燃料電池システムを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の燃料電池システムにおいては、次の手段とした。
【００１２】
（１）液体燃料を改質器と燃料電池に供給する駆動源を要さず、同燃料電池システムの起動時に、液体燃料を貯蔵する貯蔵容器の内部に、高圧気体を注入することにより、加圧し、その加圧力によって、貯蔵容器中の液体燃料を、液体燃料の改質を行う改質器へ供給して改質に必要な圧力を確保できる加圧手段を設けた。
【００１３】
なお、加圧手段は、高圧気体を充填したガスボンベでも良く、圧力タンクに貯気された高圧気体を貯蔵容器に導くようにしたものでも、さらには、容器中の高圧の液体を減圧することによって、高圧のガス体にして、貯蔵容器に導くようにしたものでも良い。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムは、次の手段とした。
【００１５】
（２）加圧手段によって加圧された液体燃料の圧力を制御することによって、改質器で改質された改質ガスを電池反応に必要な圧力で燃料電池に供給できるようにした燃料供給手段を設けた。
【００１６】
なお、燃料供給手段は、貯蔵容器から改質器に供給される液体燃料の圧力を、改質器における液体燃料の改質に必要な圧力に、同時に制御するようにしても良い。
また、燃料供給手段は、貯蔵容器内の液体燃料の圧力を制御することによって、又は貯蔵容器から改質器へ供給される液体燃料の圧力を制御することによって行うこともできる。
更に、本発明は、上記（１）、（２）の手段を有する燃料電池システムにおいて、液体燃料を貯蔵する貯蔵容器の内部をガス圧が一定になるように加圧することや、加圧手段を、高圧気体を充填した圧力ボンベとすること、及び、燃料供給手段を、加圧手段と貯蔵容器との間に設けられる圧力制御弁とした。
【００１７】
【作用】
本発明の燃料電池システムは、上述（１）の手段により、
（１）液体燃料を改質器と燃料電池に供給する駆動源を要さず、同燃料電池システムの起動時に、貯蔵容器の内部に貯蔵された液体燃料は、加圧手段による貯蔵容器内のガス圧の上昇により、昇圧して貯蔵容器から改質器へ供給され改質に必要な圧力が確保される。
この移送は、燃料供給ポンプの如く、機械的装置によらないため、故障が起こりにくく、燃料電池システムの信頼性が向上するとともに、点検を要する作動部がなく、メンテナンスフリーの利点が得られる。
さらに、機械的装置を駆動させる電源、油圧源等の駆動源なしで燃料電池システムの起動ができる。
また、改質器に供給される流体燃料の流れが脈動のない、定流量のものになるので、改質器の作動を安定したものにできるとともに、燃料電池に供給するのに必要な圧力の改質ガスを定常的に生成できる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムは、上述（２）の手段により、  
（２）貯蔵容器内の液体燃料は、燃料供給手段により、圧力が制御されて、改質器から供給される改質ガスを、燃料電池に必要とされる圧力にして、燃料電池に供給できる。
これにより、改質ガスを燃料電池に供給するための特別の装置を設定する必要がなくなるとともに、改質器で改質され、供給される改質ガスに脈動が発生することなく、安定した燃料電池の電池反応を行わせることができる。
また、燃料供給手段は、改質器における液体燃料の改質に適切な量の液体燃料を改質器に供給することともなり、改質器の安定した作動にも寄与する。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の燃料電池システムの実施例を図面にもとづき説明する。
図１は、本発明の燃料電池システムの一実施例を示すブロック図である。
なお、図２に示したものと同一符番のものは、図２において説明したものと同一のものであり、詳細説明は省略する。
【００２０】
図に示すように、メタノールを液体燃料として使用する、本実施例の燃料電池システムでは、液体燃料としてのメタノール１０は、貯蔵容器として改質燃料タンク０１に貯蔵されている。
この改質燃料タンク０１には、不活性ガス等の高圧気体を充填した小型の圧力ボンベ０７からなる加圧手段が設けられている。
また、圧力ボンベ０７から改質燃料タンク０１に充填する不活性ガスの供給ラインの途中には、燃料供給手段としての圧力制御弁０８が設けられている。
【００２１】
液体燃料を改質器と燃料電池に供給する駆動源を要さず、同燃料電池システムの起動時に、圧力制御弁０８の調整により、圧力ボンベ０７内の不活性ガスを改質燃料タンク０１内に注入することにより、改質燃料タンク０１内の圧力は、メタノール１０を改質燃料タンク０１内から排出して改質器０３に供給し、改質器０３でメタノールを改質するに必要な圧力を確保するとともに、さらに、改質器０３で改質された改質ガスを燃料電池本体０４に、燃料電池本体０４の電池反応に必要な圧力で供給するのに必要な圧力（以下規定圧力という）となるような、一定の圧力に制御されている。
さらに、燃料電池本体０４による発電の経過とともに、改質燃料タンク０１内のメタノール１０が減少すれば、圧力ボンベ０７中の不活性ガス等が、圧力制御弁０８の調整によって改質燃料タンク０１に補充されていくことになる。
【００２２】
改質器０３に供給されたメタノール１０は、高温の改質器０３の温度条件下で、触媒作用のもとで、添加された水蒸気と反応して、水素リッチの改質ガスに改質される。この改質ガスは、燃料電池本体０４の電池反応に必要な圧力に保持されて、燃料電池本体０４へ燃料ガスとして供給される。
一方、燃料電池本体０４へ供給された改質ガス中の水素と電池反応する酸素を含む酸化剤、例えば空気は、ターボ機械等で構成された酸化剤供給装置０５により大気中から燃料電池本体０４に供給される。
【００２３】
燃料電池本体０４では、これら供給された改質ガス中の水素と、酸化剤中の酸素との電池反応が、触媒電極上で起こり発電が行われ、直流の電力が得られ、得られた直流電力は、インバータ制御器０６で、所定の周波数の交流出力に変換され、燃料電池システムから出力され、種々の用途に供される。
燃料電池本体０４による発電の経過によって、改質燃料タンク０１のメタノール１０がなくなってくれば、圧力制御弁０８を絞りこんで、圧力ボンベ０７からの不活性ガスの改質燃料タンク０１への流れ込みを止め、次に、改質燃料タンク０１を開放し、充填されている不活性ガスを抜き出し、メタノール１０を補追するか、又はメタノール１０の充填されている、別の改質燃料タンクから、同様の操作により、メタノール１０を供給するようにすればよい。
【００２４】
このように、本実施例では不活性ガスを充填した小型の圧力ボンベ０７を、圧力制御弁０８を介して改質燃料タンク０１に接続し、メタノール１０を改質器０３に供給し、改質するに必要な圧力を確保できるように、あるいは、メタノール１０を改質器０３に供給し、改質するに必要な圧力を確保するとともに、さらに、改質器０３で改質された改質ガスを電池反応に必要な圧力で燃料電池本体０４にまで供給するのに必要な圧力を確保できるように、圧力制御弁０８を介して不活性ガスでメタノール１０に一定ガス圧をかけて供給するようにした。
【００２５】
これにより、圧力制御弁０８で、常に一定ガス圧にされた圧力ボンベ０７からの不活性ガスによって、改質燃料液面が押されるため、メタノール、または改質ガスが脈流を打つことなく、安定した圧力で供給される。さらに、機械的装置による燃料供給法でないため信頼性も高く、メンテナンスも容易である。
【００２６】
以上、本発明の燃料電池システムの一実施例について述べたが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示す技術的範囲内のものを含むものである。
すなわち、上述した実施例においては、加圧手段として、小型の圧力ボンベ０７を使用したものを示したが、これは高圧の気体を貯気する貯気槽から、高圧気体を改質燃料タンク０１に導入するようにしても良く、又は高圧状態では液状を示し、低圧状態ではガス状になる作動媒体を使用することも出来るものである。
また、液体燃料はメタノールばかりでなく、他の液体燃料を使用することもできる。
【００２７】
さらには、燃料供給手段としての上述した圧力制御弁０８を、改質燃料タンク０１と改質器０３との間に設けて、先に定義した規定圧力以上の圧力にされた改質燃料タンク０１内から排出されるメタノール１０を規定圧力に制御するようにしても良いものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の燃料電池システムによれば、特許請求の範囲に示す構成により、改質を行う液体燃料、または、改質器で改質された改質ガスが脈流を打つことなく、安定した圧力で、改質器、又は燃料電池本体に供給される。このことにより、脈流の防止策を不要にして安定した改質、および発電ができる。
また、機械的装置がないため燃料電池システム全体の信頼性が高くなる。メンテナンスも容易となることから、システム全体を安くすることもできる。
また、改質器、または燃料電池本体への液体燃料、又は改質ガスの供給に駆動源を必要としないため、起動操作が容易になるとともに、システムを簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池システムの一実施例を示すブロック図，
【図２】従来の燃料電池システムの一例を示すブロック図である，
【符号の説明】
０１    改質燃料タンク
０２    燃料供給ポンプ
０３    改質器
０４    燃料電池本体
０５    酸化剤供給装置
０６    インバータ制御装置
０７    圧力ボンベ
０８    圧力制御弁
１０    メタノール
【図１】
0003746530.tif 000002
【図２】
0003746530.tif 000003