JP2000178004A - 燃料電池用燃料改質器 - Google Patents
燃料電池用燃料改質器Info
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- JP2000178004A JP2000178004A JP10356294A JP35629498A JP2000178004A JP 2000178004 A JP2000178004 A JP 2000178004A JP 10356294 A JP10356294 A JP 10356294A JP 35629498 A JP35629498 A JP 35629498A JP 2000178004 A JP2000178004 A JP 2000178004A
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- reforming
- surrounded
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 材料の酸化減肉・クリープ損傷などの材料の
劣化・損傷の問題や構造部材に大きな熱応力が発生する
問題がなく、高信頼性・長寿命でかつ小型軽量の燃料改
質器を提供する。 【解決手段】 改質管２と、バーナ１と、燃焼排ガス流
路４と、高温部外周を断熱するための断熱層５３とを備
えた燃料電池用燃料改質器において、前記断熱層の一部
を、前記燃焼排ガス流路の下方部流路壁の少なくとも一
部を構成するものとなし、さらに前記断熱層の外周部
を、断熱層囲い筐体７０により包囲して気密を保持する
ように構成する。
劣化・損傷の問題や構造部材に大きな熱応力が発生する
問題がなく、高信頼性・長寿命でかつ小型軽量の燃料改
質器を提供する。 【解決手段】 改質管２と、バーナ１と、燃焼排ガス流
路４と、高温部外周を断熱するための断熱層５３とを備
えた燃料電池用燃料改質器において、前記断熱層の一部
を、前記燃焼排ガス流路の下方部流路壁の少なくとも一
部を構成するものとなし、さらに前記断熱層の外周部
を、断熱層囲い筐体７０により包囲して気密を保持する
ように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池用燃料
改質器の構造、特にその容器および断熱構造に関する。
改質器の構造、特にその容器および断熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のとおり燃料電池は、水素リッチの
燃料改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）を連続的に供給
して、燃料のもつエネルギーを電気化学的に電気エネル
ギーに変換するものであり、かかる燃料電池は一般に、
天然ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧなどの炭化水素を主成分とす
る改質原料を水素リッチなガスに改質するための燃料改
質器を備えている。
燃料改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）を連続的に供給
して、燃料のもつエネルギーを電気化学的に電気エネル
ギーに変換するものであり、かかる燃料電池は一般に、
天然ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧなどの炭化水素を主成分とす
る改質原料を水素リッチなガスに改質するための燃料改
質器を備えている。
【０００３】図４は、小型軽量と改質性能の向上を図る
ために改良された従来の燃料改質器の概略構造を示す。
図４の従来構造例に基づき、燃料改質器の各部の構造と
その機能について以下に説明する。
ために改良された従来の燃料改質器の概略構造を示す。
図４の従来構造例に基づき、燃料改質器の各部の構造と
その機能について以下に説明する。
【０００４】図４において、燃料改質器は、天然ガス，
ＬＮＧ，ＬＰＧなどの改質原料を触媒層３を通過させて
水素リッチなガスに改質するための改質管２を備える。
触媒層３は、触媒層内管７と触媒層外管８との間の環状
空間に設けられる。この触媒層の上方から改質原料ガス
を流入し、触媒層内を下降する間に水素リッチなガスに
改質する。改質ガスは、外側筒体９と触媒層外管８との
間の環状空間を経由して流出し、燃料電池に供給され
る。触媒層３は、外側筒体９と触媒層外管８との間の環
状空間の最下部にも延長して設けられることもある。
ＬＮＧ，ＬＰＧなどの改質原料を触媒層３を通過させて
水素リッチなガスに改質するための改質管２を備える。
触媒層３は、触媒層内管７と触媒層外管８との間の環状
空間に設けられる。この触媒層の上方から改質原料ガス
を流入し、触媒層内を下降する間に水素リッチなガスに
改質する。改質ガスは、外側筒体９と触媒層外管８との
間の環状空間を経由して流出し、燃料電池に供給され
る。触媒層３は、外側筒体９と触媒層外管８との間の環
状空間の最下部にも延長して設けられることもある。
【０００５】前記の触媒層内における改質反応は、吸熱
反応であるために、改質管２には外部から熱を供給する
ことが必要となる。そのために、燃焼排ガスを加熱媒体
として利用するためのバーナ１と、前記改質管２を介し
て改質原料を加熱するための燃焼排ガス流路４とが設け
られる。図４において、燃焼炉底板６は改質管２と気密
的に接合され、燃焼排ガス流路４の下方部流路壁の一部
を構成している。
反応であるために、改質管２には外部から熱を供給する
ことが必要となる。そのために、燃焼排ガスを加熱媒体
として利用するためのバーナ１と、前記改質管２を介し
て改質原料を加熱するための燃焼排ガス流路４とが設け
られる。図４において、燃焼炉底板６は改質管２と気密
的に接合され、燃焼排ガス流路４の下方部流路壁の一部
を構成している。
【０００６】前記改質反応は、高温の運転温度で行わ
れ、運転条件にもよるが、改質管２を形成している耐熱
ステンレス鋼の温度は、９００〜９５０℃にもなる。そ
のため、前記改質管および燃焼排ガス流路の高温部外周
には、耐火断熱材からなる断熱層が設けられる。
れ、運転条件にもよるが、改質管２を形成している耐熱
ステンレス鋼の温度は、９００〜９５０℃にもなる。そ
のため、前記改質管および燃焼排ガス流路の高温部外周
には、耐火断熱材からなる断熱層が設けられる。
【０００７】以上、従来装置の一例について述べたが、
従来用いられている燃料改質器の構造には種々の形態が
ある。例えば、前述の特開平９−３０９７０２号公報に
記載された構造においては、前述の図４における燃焼排
ガス流路４は、改質管２の内側に配設されてはおらず、
バーナから出た燃焼排ガスは、改質管の底部外周を経
て、改質管の外周、即ち、図４における外側筒体９の外
周側を流れて外部に排出されるように構成されている。
従来用いられている燃料改質器の構造には種々の形態が
ある。例えば、前述の特開平９−３０９７０２号公報に
記載された構造においては、前述の図４における燃焼排
ガス流路４は、改質管２の内側に配設されてはおらず、
バーナから出た燃焼排ガスは、改質管の底部外周を経
て、改質管の外周、即ち、図４における外側筒体９の外
周側を流れて外部に排出されるように構成されている。
【０００８】従来の燃料改質器の構造は、燃料電池の仕
様、例えば小型軽量を主とするか、性能を主とするかな
どの相違に応じて、種々の構造の変形があり得る。
様、例えば小型軽量を主とするか、性能を主とするかな
どの相違に応じて、種々の構造の変形があり得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図４に示す従来の燃料
改質器においては、燃料炉底板６が、直にバーナの火炎
にさらされ、あるいは輻射・対流による伝熱をうけて高
温となるために、材料の酸化減肉・クリープ損傷などの
材料の劣化・損傷の問題があった。また、触媒層内管７
との温度差により燃料炉底板６や触媒層内管７などの構
造部材に大きな熱応力が発生し、構造部材が変形する等
の問題があった。
改質器においては、燃料炉底板６が、直にバーナの火炎
にさらされ、あるいは輻射・対流による伝熱をうけて高
温となるために、材料の酸化減肉・クリープ損傷などの
材料の劣化・損傷の問題があった。また、触媒層内管７
との温度差により燃料炉底板６や触媒層内管７などの構
造部材に大きな熱応力が発生し、構造部材が変形する等
の問題があった。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、本発明の課題は、材料の劣化
・損傷がなく、高信頼性・長寿命でかつ小型軽量の燃料
改質器を提供することにある。
るためになされたもので、本発明の課題は、材料の劣化
・損傷がなく、高信頼性・長寿命でかつ小型軽量の燃料
改質器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、改質原料を触媒層を通過させることにより水素リッ
チなガスに改質するための改質管と、燃焼排ガスを改質
原料の加熱媒体として利用するためのバーナと、前記改
質管を介して改質原料を加熱するための燃焼排ガス流路
と、前記改質管および燃焼排ガス流路の高温部外周を断
熱するための断熱層とを備えた燃料電池用燃料改質器に
おいて、前記断熱層の一部を、前記燃焼排ガス流路の下
方部流路壁の少なくとも一部を構成するものとなし、さ
らに前記断熱層の外周部を、断熱層囲い筐体により包囲
して気密を保持するように構成するものとする（請求項
１）。
め、改質原料を触媒層を通過させることにより水素リッ
チなガスに改質するための改質管と、燃焼排ガスを改質
原料の加熱媒体として利用するためのバーナと、前記改
質管を介して改質原料を加熱するための燃焼排ガス流路
と、前記改質管および燃焼排ガス流路の高温部外周を断
熱するための断熱層とを備えた燃料電池用燃料改質器に
おいて、前記断熱層の一部を、前記燃焼排ガス流路の下
方部流路壁の少なくとも一部を構成するものとなし、さ
らに前記断熱層の外周部を、断熱層囲い筐体により包囲
して気密を保持するように構成するものとする（請求項
１）。
【００１２】構造上は、種々の形態を採り得る。例え
ば、上記発明の装置において、気密を保持するための断
熱層囲い筐体により包囲してなる第１の断熱層を高温部
の下方に設け、さらにその外周および高温部の上方外周
を第２の断熱層で包囲する構成（請求項２）や、また、
気密を保持するための断熱層囲い筐体により包囲してな
る第１の断熱層を高温部の底部に設け、さらに少なくと
も高温部の側部外周を第２の断熱層で包囲する構成（請
求項３）が採用できる。上記以外にも、第１の断熱層と
第２の断熱層の組み合わせに関しては、この発明の技術
思想の範囲内において種々の形態をとり得る。
ば、上記発明の装置において、気密を保持するための断
熱層囲い筐体により包囲してなる第１の断熱層を高温部
の下方に設け、さらにその外周および高温部の上方外周
を第２の断熱層で包囲する構成（請求項２）や、また、
気密を保持するための断熱層囲い筐体により包囲してな
る第１の断熱層を高温部の底部に設け、さらに少なくと
も高温部の側部外周を第２の断熱層で包囲する構成（請
求項３）が採用できる。上記以外にも、第１の断熱層と
第２の断熱層の組み合わせに関しては、この発明の技術
思想の範囲内において種々の形態をとり得る。
【００１３】上記構成により、従来装置（図４）におい
て燃焼排ガス流路４の一部を構成する燃焼炉底板６の部
分が、耐火材の断熱層に代わるので、前述の燃焼炉底板
６の部分に関わる材料の劣化・損傷・変形などの問題は
解消する。ところで、耐火材の断熱層は、気密性が保持
できないが、気密を保持するための断熱層囲い筐体によ
り断熱層を包囲することにより、この問題をカバーし得
る。これにより、図４の装置と同等の小型軽量化を実現
しつつも、信頼性の高い燃料改質器を提供できる。
て燃焼排ガス流路４の一部を構成する燃焼炉底板６の部
分が、耐火材の断熱層に代わるので、前述の燃焼炉底板
６の部分に関わる材料の劣化・損傷・変形などの問題は
解消する。ところで、耐火材の断熱層は、気密性が保持
できないが、気密を保持するための断熱層囲い筐体によ
り断熱層を包囲することにより、この問題をカバーし得
る。これにより、図４の装置と同等の小型軽量化を実現
しつつも、信頼性の高い燃料改質器を提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下にのべる。
態について以下にのべる。
【００１５】図１，２および３は、この発明のそれぞれ
異なる実施例を示す概略構成図である。図１は、構造的
に最も簡素な実施例であり、図２および３は、請求項２
および３の発明にそれぞれ対応する実施例を示す。図
１，２および３において、図４の従来装置と同一部材に
ついては同一の符合を付して説明を省略する。
異なる実施例を示す概略構成図である。図１は、構造的
に最も簡素な実施例であり、図２および３は、請求項２
および３の発明にそれぞれ対応する実施例を示す。図
１，２および３において、図４の従来装置と同一部材に
ついては同一の符合を付して説明を省略する。
【００１６】図１の実施例が図４と異なる点は、図１に
おいては、図４における燃焼炉底板６に代えて、断熱層
５３の一部が、燃焼排ガス流路４の下方部（バーナ１の
直下部）の流路壁を構成するものとしており、さらに耐
火材の断熱層５３は気密性がないので、その外周部を、
断熱層囲い筐体７０により包囲して気密を保持するよう
に構成している。
おいては、図４における燃焼炉底板６に代えて、断熱層
５３の一部が、燃焼排ガス流路４の下方部（バーナ１の
直下部）の流路壁を構成するものとしており、さらに耐
火材の断熱層５３は気密性がないので、その外周部を、
断熱層囲い筐体７０により包囲して気密を保持するよう
に構成している。
【００１７】図２の実施例は、図１における断熱層５３
および断熱層囲い筐体７０に相当する部材を、高温部の
下方に設け、図２における第１の断熱層５１および断熱
層囲い筐体６０としている。これにより、燃焼排ガス流
路と気密性は確保できるものの、断熱性が不十分のた
め、断熱層囲い筐体６０の外周および高温部の上方外周
を第２の断熱層５２で包囲している。
および断熱層囲い筐体７０に相当する部材を、高温部の
下方に設け、図２における第１の断熱層５１および断熱
層囲い筐体６０としている。これにより、燃焼排ガス流
路と気密性は確保できるものの、断熱性が不十分のた
め、断熱層囲い筐体６０の外周および高温部の上方外周
を第２の断熱層５２で包囲している。
【００１８】断熱層囲い筐体６０により燃焼排ガスに対
する気密性は確保されるので、第２の断熱層には、気密
保持用の囲いは不要である。第２の断熱層５２の材料
は、第１の断熱層５１の材料と同一でもよいし別の材料
でもよい。図２の実施例の場合、断熱層囲い筐体が小型
となるので、その分軽量となる。
する気密性は確保されるので、第２の断熱層には、気密
保持用の囲いは不要である。第２の断熱層５２の材料
は、第１の断熱層５１の材料と同一でもよいし別の材料
でもよい。図２の実施例の場合、断熱層囲い筐体が小型
となるので、その分軽量となる。
【００１９】図３の実施例は、図１における断熱層５３
および断熱層囲い筐体７０に相当する部材を、高温部の
底部に設け、図３における第１の断熱層５４および断熱
層囲い筐体８０としている。さらに高温部の側部外周お
よび断熱層囲い筐体８０の上部外周を第２の断熱層５５
で包囲する構成としている。第１の断熱層５４および断
熱層囲い筐体８０の形状は、図３の例のように外周部垂
直方向に段差を設けず、平坦な円筒形状や、垂直逆方向
に段差をつける構成など、種々の形態を採用し得る。
および断熱層囲い筐体７０に相当する部材を、高温部の
底部に設け、図３における第１の断熱層５４および断熱
層囲い筐体８０としている。さらに高温部の側部外周お
よび断熱層囲い筐体８０の上部外周を第２の断熱層５５
で包囲する構成としている。第１の断熱層５４および断
熱層囲い筐体８０の形状は、図３の例のように外周部垂
直方向に段差を設けず、平坦な円筒形状や、垂直逆方向
に段差をつける構成など、種々の形態を採用し得る。
【００２０】また、前述の特開平９−３０９７０２号公
報に記載された構造であって、バーナから出た燃焼排ガ
スが、改質管の底部外周を経て、改質管の外周、即ち、
図４における外側筒体９の外周側を流れて外部に排出さ
れるように構成された燃料改質器に本発明を適用して、
断熱層の一部が、燃焼排ガス流路の下方部の流路壁を構
成するものとすることもできる。
報に記載された構造であって、バーナから出た燃焼排ガ
スが、改質管の底部外周を経て、改質管の外周、即ち、
図４における外側筒体９の外周側を流れて外部に排出さ
れるように構成された燃料改質器に本発明を適用して、
断熱層の一部が、燃焼排ガス流路の下方部の流路壁を構
成するものとすることもできる。
【００２１】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、改質管
と、バーナと、燃焼排ガス流路と、高温部外周を断熱す
るための断熱層とを備えた燃料電池用燃料改質器におい
て、前記断熱層の一部を、前記燃焼排ガス流路の下方部
流路壁の少なくとも一部を構成するものとなし、さらに
前記断熱層の外周部を、断熱層囲い筐体により包囲して
気密を保持するように構成したことにより、材料の劣化
・損傷がなく、高信頼性・長寿命でかつ小型軽量の燃料
改質器を提供することができる。
と、バーナと、燃焼排ガス流路と、高温部外周を断熱す
るための断熱層とを備えた燃料電池用燃料改質器におい
て、前記断熱層の一部を、前記燃焼排ガス流路の下方部
流路壁の少なくとも一部を構成するものとなし、さらに
前記断熱層の外周部を、断熱層囲い筐体により包囲して
気密を保持するように構成したことにより、材料の劣化
・損傷がなく、高信頼性・長寿命でかつ小型軽量の燃料
改質器を提供することができる。
【図１】この発明の第１の実施例を示す燃料改質器の概
略構成図である。
略構成図である。
【図２】この発明の第２の実施例を示す燃料改質器の概
略構成図である。
略構成図である。
【図３】この発明の第３の実施例を示す燃料改質器の概
略構成図である。
略構成図である。
【図４】従来例の燃料改質器の概略構成図である。
１：バーナ、２：改質管、３：触媒層、４：燃焼排ガス
流路、７：触媒層内管、８：触媒層外管、５１，５４：
第１の断熱層、５２，５５：第２の断熱層、５３：断熱
層、６０，７０，８０：断熱層囲い筐体。
流路、７：触媒層内管、８：触媒層外管、５１，５４：
第１の断熱層、５２，５５：第２の断熱層、５３：断熱
層、６０，７０，８０：断熱層囲い筐体。
Claims (3)
- 【請求項１】 天然ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧなどの改質原
料を，触媒層を通過させることにより水素リッチなガス
に改質するための改質管と、燃焼排ガスを改質原料の加
熱媒体として利用するためのバーナと、前記改質管を介
して改質原料を加熱するための燃焼排ガス流路と、前記
改質管および燃焼排ガス流路の高温部外周を断熱するた
めの断熱層とを備えた燃料電池用燃料改質器において、
前記断熱層の一部を、前記燃焼排ガス流路の下方部流路
壁の少なくとも一部を構成するものとなし、さらに前記
断熱層の外周部を、断熱層囲い筐体により包囲して気密
を保持するように構成したことを特徴とする燃料電池用
燃料改質器。 - 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、気密を保
持するための断熱層囲い筐体により包囲してなる第１の
断熱層を高温部の下方に設け、さらにその外周および高
温部の上方外周を第２の断熱層で包囲したことを特徴と
する燃料電池用燃料改質器。 - 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、気密を保
持するための断熱層囲い筐体により包囲してなる第１の
断熱層を高温部の底部に設け、さらに少なくとも高温部
の側部外周を第２の断熱層で包囲したことを特徴とする
燃料電池用燃料改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10356294A JP2000178004A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 燃料電池用燃料改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10356294A JP2000178004A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 燃料電池用燃料改質器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000178004A true JP2000178004A (ja) | 2000-06-27 |
Family
ID=18448319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10356294A Pending JP2000178004A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 燃料電池用燃料改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000178004A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7556875B2 (en) * | 2003-07-15 | 2009-07-07 | Panasonic Corporation | Fuel cell power generation system including an off-gas heating heat exchanger used to heat anode stream off-gas containing hydrogen |
| WO2018012307A1 (ja) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | ヤンマー株式会社 | 内燃機関 |
| WO2023013182A1 (ja) | 2021-08-04 | 2023-02-09 | 株式会社伊原工業 | 炭化水素分解用構造体触媒の設計・配置方法、炭化水素分解反応装置の製造方法、炭化水素分解反応装置および反応炉 |
| KR20230040623A (ko) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 이재종 | 연료전지의 코일형 개질 반응시스템 |
| KR20240034270A (ko) * | 2022-08-26 | 2024-03-14 | 에스퓨얼셀(주) | 연료전지 개질기 |
-
1998
- 1998-12-15 JP JP10356294A patent/JP2000178004A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7556875B2 (en) * | 2003-07-15 | 2009-07-07 | Panasonic Corporation | Fuel cell power generation system including an off-gas heating heat exchanger used to heat anode stream off-gas containing hydrogen |
| WO2018012307A1 (ja) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | ヤンマー株式会社 | 内燃機関 |
| JP2018009530A (ja) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | ヤンマー株式会社 | 内燃機関 |
| US10989107B2 (en) | 2016-07-14 | 2021-04-27 | Yanmar Power Technology Co., Ltd. | Internal combustion engine |
| WO2023013182A1 (ja) | 2021-08-04 | 2023-02-09 | 株式会社伊原工業 | 炭化水素分解用構造体触媒の設計・配置方法、炭化水素分解反応装置の製造方法、炭化水素分解反応装置および反応炉 |
| KR20230040623A (ko) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 이재종 | 연료전지의 코일형 개질 반응시스템 |
| KR102532270B1 (ko) | 2021-09-16 | 2023-05-11 | 이재종 | 연료전지의 코일형 개질 반응시스템 |
| KR20240034270A (ko) * | 2022-08-26 | 2024-03-14 | 에스퓨얼셀(주) | 연료전지 개질기 |
| KR102664467B1 (ko) * | 2022-08-26 | 2024-05-09 | 에스퓨얼셀(주) | 연료전지 개질기 |
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