[发明专利]燃料电池发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及轻便型、特别是涉及可以利用市售的丁烷气体卡式贮气瓶的轻便型燃料电池发电系统。

背景技术

所谓燃料电池，主要是将氢和氧、或天然气等改性而得到富氢的改性气体与空气分别引入燃料极和氧极，在这一对电极之间依靠电化学反应进行发电，是一种公知的高能量效率的发电系统。因此，提出了利用这种燃料电池的轻便式发电系统。

日本专利特开平5-190196号提出了使用贮气瓶内的贮氢合金中吸收的氢使燃料电池工作的轻便式电源，但是内装有贮氢合金的贮气瓶价格贵，不仅通用性有问题，而且该贮气瓶重量大，作为轻便式电源有搬动不便的问题。

日本专利特开平6-310116号提出了一种轻便式燃料电池电源，它包括使用高压封入甲醇水溶液代替氢的燃料气体贮气瓶、并将该燃料气体贮气瓶喷出的甲醇水溶液改性为以氢为主成份的气体的燃料改性装置，以该以氢为主成份的气体作燃料进行发电的燃料电池，以及作为其容器的箱体。但是，用高压封入甲醇水溶液的燃料气体贮气瓶要使用高耐压的贮气瓶，不仅不适合轻便式系统，而且市场上没有销售，存在缺少通用性的问题。

所以作为轻便式发电系统，现在使用中的是汽油发动机发电系统，但是在数百瓦发电能力的小型发电系统中，其发电效率很低，仅在10％以下。

发明内容

因此，希望提供使用发电效率高的燃料电池、而且燃料源可以使用丁烷气体贮气瓶这种市售的便携式贮气瓶的、通用性强的轻便型燃料电池。但是存在着许多应该解决的问题。

1)丁烷气体的改性最好在600℃以上的高温进行，与甲醛的改性(220～270℃)相比温度是极高的，如此等等不同于水蒸气改性方式的温度水平。另一方面，对作为碳化氢系燃料的天然气的改性方法的利用正在研究，但是不能够原封不动地采用大型工厂的天然气改性方法，特别是很难提供适用于轻便式系统的改性器。

2)如果使用丁烷气体贮气瓶，则容易受周围温度的影响，很难根据负载向改性器提供规定量的丁烷气体，再将规定量的改性气体提供给燃料电池，得到所希望的发电量。

3)作为燃料电池，在轻便式的情况下固体高分子型燃料电池比磷酸型燃料电池更理想，但是在该情况下必须将改性气体中的CO浓度减少到数十ppm的数量级，特别是改性器的CO氧化部的操作条件较严格。

本发明的目的在于，提供解决上述问题、使用通用性强的丁烷气体贮气瓶、发电效率高的轻便式燃料电池的发电系统。

本发明是以另行申请(1997年6月30日)的改性器的发明为契机完成的，

轻便式燃料电池发电系统包括内装有作为燃料的丁烷气体的轻便式丁烷气体贮气瓶，将来自贮气瓶的部分丁烷气体作为燃料、而使其余丁烷气体与水发生水蒸气改性反应并生成含氢的改性气体的轻便式改性器，利用上述改性气体中的氢气与空气中的氧气进行发电的轻便式燃料电池，对上述丁烷气体贮气瓶来的丁烷气体的气化量进行调节的手段，以及在从上述丁烷气体贮气瓶到上述改性器的丁烷气体提供路径上设置的丁烷气体流量调节手段。

采用本发明，如图9的系统原理图所示，用改性器使来自卡式贮气瓶的丁烷气体与水蒸气发生丁烷气体的水蒸气改性反应，生成以氢为主成份的改性气体，在燃料电池单元中使氢和氧发生反应，得到直流电，将它或使用逆变器将其变换为交流电，提供给负载。即使是数百瓦特的小型发电系统也能够得到20％以上的高发电效率，可以达到使用汽油发动机时的能量效率的3倍左右。

从上述丁烷气体贮气瓶到改性器的气流路径由提供改性用的丁烷气体的气流路径和提供改性器的燃料用的丁烷气体的气流路径构成，将部分丁烷气体作为燃料使用，其余丁烷气体作为改性用的热源使用，可以得到高改性温度，这是很理想的。

本发明的理想的发电系统的形态，是具备2个以上的所述丁烷气体贮气瓶，即使在替换贮气瓶时，也能够经常不断地提供气流，使得能够连续运转。

上述丁烷气体贮气瓶设置对其丁烷气体的气化量进行调节的手段。丁烷气体的气化可以通过减压及/或加热进行。加热是对贮气瓶直接或间接进行，可以从利用电热器或燃料电池排出的热量的手段，以及利用改性装置排出的热量的手段中选出一种加热手段。以此调节贮气瓶的温度，可以调节丁烷气体的气化量。

只对所述丁烷气体的气化量进行调节是难于确保必要的气流量的。因此，虽然设置上述丁烷气体气流量调整手段，但是最好是由压力调整器与流量调整阀构成。