JP2001050119A - 円筒型改質装置 - Google Patents
円筒型改質装置Info
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- JP2001050119A JP2001050119A JP11222469A JP22246999A JP2001050119A JP 2001050119 A JP2001050119 A JP 2001050119A JP 11222469 A JP11222469 A JP 11222469A JP 22246999 A JP22246999 A JP 22246999A JP 2001050119 A JP2001050119 A JP 2001050119A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、コンパクトかかつ軽量であるととも
に、短時間停止後の再始動を瞬時になしえることを課題
とする。 【解決手段】燃焼バーナ１１と、この燃焼バーナ１１の
周囲に配置された触媒層２６、２７、２８、２９及び熱
交換器３０、３２、３３、３４とを具備し、前記燃焼バ
ーナ１１の燃焼ガス流れ方向と、前記触媒層２６〜２９
中のガス流れ方向が対向もしくは並向していることを特
徴とする円筒型改質装置。
に、短時間停止後の再始動を瞬時になしえることを課題
とする。 【解決手段】燃焼バーナ１１と、この燃焼バーナ１１の
周囲に配置された触媒層２６、２７、２８、２９及び熱
交換器３０、３２、３３、３４とを具備し、前記燃焼バ
ーナ１１の燃焼ガス流れ方向と、前記触媒層２６〜２９
中のガス流れ方向が対向もしくは並向していることを特
徴とする円筒型改質装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に車載用固体高
分子燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｄｙｔｅ
Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＦＣ）に適用される円筒型
改質装置に関する。
分子燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｄｙｔｅ
Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＦＣ）に適用される円筒型
改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料電池に使用される平板型改質
装置としては、例えば図６に示すものが知られている。
改質触媒１を充填した改質室２、燃焼触媒３を充填した
燃焼室４、燃料を供給する燃料供給室５は、上部ホルダ
ー６、下部ホルダー７、伝熱隔壁８及び燃料分散板９に
より仕切られ、図６に示すような順序に積層されてい
る。ここで、前記燃焼室４には活性の高い貴金属系の燃
焼触媒が充填されており、空気と水素を含んだ燃料が混
合し燃焼する。燃焼ガスは、伝熱隔壁８を介して改質室
２の改質ガスへ熱を伝え、触媒による改質反応を促進す
る。また、改質室２へは改質原料ガス、燃焼室４へは空
気、燃料供給室５へは燃料が矢印で示す供給流路により
供給され、改質ガス及び排気ガスが排出流路から排出さ
れる。
装置としては、例えば図６に示すものが知られている。
改質触媒１を充填した改質室２、燃焼触媒３を充填した
燃焼室４、燃料を供給する燃料供給室５は、上部ホルダ
ー６、下部ホルダー７、伝熱隔壁８及び燃料分散板９に
より仕切られ、図６に示すような順序に積層されてい
る。ここで、前記燃焼室４には活性の高い貴金属系の燃
焼触媒が充填されており、空気と水素を含んだ燃料が混
合し燃焼する。燃焼ガスは、伝熱隔壁８を介して改質室
２の改質ガスへ熱を伝え、触媒による改質反応を促進す
る。また、改質室２へは改質原料ガス、燃焼室４へは空
気、燃料供給室５へは燃料が矢印で示す供給流路により
供給され、改質ガス及び排気ガスが排出流路から排出さ
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の平板型改質装置は、単位容積あたりの伝熱面積
が大きく、コンパクト性に優れているという利点を有す
るが、改質室２や燃焼室４を形成するプレート、あるい
は伝熱隔壁８等のプレートを多数積層するため、重量が
大きくなり、車載用には不向きである。また、車載用Ｐ
ＥＦＣでは、一時停止、短時間の駐車等によりＰＥＦＣ
を切る状態があると、改質部が冷え、再始動に時間を要
するという問題があった。
た従来の平板型改質装置は、単位容積あたりの伝熱面積
が大きく、コンパクト性に優れているという利点を有す
るが、改質室２や燃焼室４を形成するプレート、あるい
は伝熱隔壁８等のプレートを多数積層するため、重量が
大きくなり、車載用には不向きである。また、車載用Ｐ
ＥＦＣでは、一時停止、短時間の駐車等によりＰＥＦＣ
を切る状態があると、改質部が冷え、再始動に時間を要
するという問題があった。
【０００４】本発明はこうした事情を考慮してなされた
ので、燃焼バーナと、この燃焼バーナの周囲に配置され
た触媒層及び熱交換器とを具備し、前記燃焼バーナの燃
焼ガス流れ方向と、前記触媒層中のガス流れ方向が対向
もしくは並向させた構成とすることにより、コンパクト
でかつ軽量な円筒型改質装置を提供することを目的とす
る。
ので、燃焼バーナと、この燃焼バーナの周囲に配置され
た触媒層及び熱交換器とを具備し、前記燃焼バーナの燃
焼ガス流れ方向と、前記触媒層中のガス流れ方向が対向
もしくは並向させた構成とすることにより、コンパクト
でかつ軽量な円筒型改質装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】また、本発明は、燃焼バーナの燃焼空間に
蓄熱型熱交換器を配置することにより、短時間停止後の
再始動を瞬時になしえる円筒型改質装置を提供すること
を目的とする。
蓄熱型熱交換器を配置することにより、短時間停止後の
再始動を瞬時になしえる円筒型改質装置を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼バーナ
と、この燃焼バーナの周囲に配置された触媒層及び熱交
換器とを具備し、前記燃焼バーナの燃焼ガス流れ方向
と、前記触媒層中のガス流れ方向が対向もしくは並向し
ていることを特徴とする円筒型改質装置である。
と、この燃焼バーナの周囲に配置された触媒層及び熱交
換器とを具備し、前記燃焼バーナの燃焼ガス流れ方向
と、前記触媒層中のガス流れ方向が対向もしくは並向し
ていることを特徴とする円筒型改質装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の改質装置について
更に詳述する。本発明において、前記燃焼ノズルと触媒
層は、多層金属板もしくは流体冷却ジャケットにより断
熱されていることが好ましい。これは、触媒層が燃焼ノ
ズルからの熱の影響を受けないようにするためである。
前記多層金属板は、複数の金属薄板を一定の距離を保ち
ならべたもので、この隙間のガス層により断熱効果をも
たらすものである。
更に詳述する。本発明において、前記燃焼ノズルと触媒
層は、多層金属板もしくは流体冷却ジャケットにより断
熱されていることが好ましい。これは、触媒層が燃焼ノ
ズルからの熱の影響を受けないようにするためである。
前記多層金属板は、複数の金属薄板を一定の距離を保ち
ならべたもので、この隙間のガス層により断熱効果をも
たらすものである。
【０００８】本発明において、前記触媒層及び熱交換器
としてはともにドーナツ状であり、しかも両者は一体化
している場合が挙げられる。具体的な例としては、後述
する図２に示すように触媒層と熱交換器が交互に積層さ
れて一体化されている構成が挙げられる。
としてはともにドーナツ状であり、しかも両者は一体化
している場合が挙げられる。具体的な例としては、後述
する図２に示すように触媒層と熱交換器が交互に積層さ
れて一体化されている構成が挙げられる。
【０００９】本発明において、前記燃焼ノズルの上方で
前記触媒層及び熱交換器の中心部に位置する領域に蓄熱
型熱交換器を配置する場合が挙げられる。ここで、前記
蓄熱型熱交換器としては、例えばノズル排ガスの流路を
形成する配管と、この配管の長手方向に該配管を囲むよ
うに配置された複数の蒸発管と、前記配管及び蒸発管の
一端側に配置され、メタノールと水蒸気を均一に供給す
るためのヘッダーと、前記配管及び蒸発管の他端側に配
置され、蒸発したメタノールと水蒸気を集合させるヘッ
ダーとを有する構成が挙げられる。
前記触媒層及び熱交換器の中心部に位置する領域に蓄熱
型熱交換器を配置する場合が挙げられる。ここで、前記
蓄熱型熱交換器としては、例えばノズル排ガスの流路を
形成する配管と、この配管の長手方向に該配管を囲むよ
うに配置された複数の蒸発管と、前記配管及び蒸発管の
一端側に配置され、メタノールと水蒸気を均一に供給す
るためのヘッダーと、前記配管及び蒸発管の他端側に配
置され、蒸発したメタノールと水蒸気を集合させるヘッ
ダーとを有する構成が挙げられる。
【００１０】本発明において、前記燃焼ノズルの下方
に、空気、メタノール蒸気、水蒸気を混合する多孔板を
配置させてもよい。ここで、多孔板とは、複数の孔が空
いた板を複数枚ならべ、前方の板の孔の位置と後方の板
の孔の位置をずらす事により、前方の板の孔から噴出す
るガスが後方の板面に衝突し、更に分岐される事により
前記ガスの混合を促進するものである。本発明におい
て、前記燃焼ノズルとしては、例えば該ノズルの中心軸
方向に二段階に配置された構成のものが挙げられる。
に、空気、メタノール蒸気、水蒸気を混合する多孔板を
配置させてもよい。ここで、多孔板とは、複数の孔が空
いた板を複数枚ならべ、前方の板の孔の位置と後方の板
の孔の位置をずらす事により、前方の板の孔から噴出す
るガスが後方の板面に衝突し、更に分岐される事により
前記ガスの混合を促進するものである。本発明におい
て、前記燃焼ノズルとしては、例えば該ノズルの中心軸
方向に二段階に配置された構成のものが挙げられる。
【００１１】図１は、ＰＯＸ改質装置を燃料電池に適用
したシステムの概念図を示す。ＰＯＸ 改質器は、ＰＯＸ
バーナ１１と、ＰＯＸ触媒１２と、ＨＴＳ 触媒１３
と、ＬＴＳ 触媒１４と、ＰＲＯＸ 触媒１５とを有して
いる。前記ＰＯＸバーナ１１は、液体燃料例えばメタノ
ールを、完全燃焼に必要な空気量より少ない量の空気と
煤生成防止のための少量の水蒸気を混合したガスと部分
燃焼させ、水素を主成分とした可燃ガスを製造する機能
を有する。
したシステムの概念図を示す。ＰＯＸ 改質器は、ＰＯＸ
バーナ１１と、ＰＯＸ触媒１２と、ＨＴＳ 触媒１３
と、ＬＴＳ 触媒１４と、ＰＲＯＸ 触媒１５とを有して
いる。前記ＰＯＸバーナ１１は、液体燃料例えばメタノ
ールを、完全燃焼に必要な空気量より少ない量の空気と
煤生成防止のための少量の水蒸気を混合したガスと部分
燃焼させ、水素を主成分とした可燃ガスを製造する機能
を有する。
【００１２】上記において、ＰＯＸとは、部分酸化（反
応）： Ｐａｒｔｉａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎの略であ
り、燃料の一部を酸素または空気で燃焼し、水素，一酸
化炭素，二酸化炭素，水蒸気を主成分とする合成原料ガ
スを連続的につくる内熱式製造方法を意味する。ＨＴＳ
とは高温ＣＯシフト：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ Ｓｉｆｔの略であり、ＬＴＳとは低温ＣＯシフト：
Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｉｆｔの略であ
り、ＰＲＯＸとはＰｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｏｘｉｄ
ａｔｉｏｎの略である。
応）： Ｐａｒｔｉａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎの略であ
り、燃料の一部を酸素または空気で燃焼し、水素，一酸
化炭素，二酸化炭素，水蒸気を主成分とする合成原料ガ
スを連続的につくる内熱式製造方法を意味する。ＨＴＳ
とは高温ＣＯシフト：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ Ｓｉｆｔの略であり、ＬＴＳとは低温ＣＯシフト：
Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｉｆｔの略であ
り、ＰＲＯＸとはＰｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｏｘｉｄ
ａｔｉｏｎの略である。
【００１３】ここで、ＨＴＳ、ＬＴＳは、ともに水蒸気
と一酸化炭素を反応させて二酸化炭素を形成し、水蒸気
（Ｈ２Ｏ）から反応する酸素（Ｏ）を除いた残りの水素
を生成するものであるが、ＨＴＳでは高温で作動させ、
ＬＴＳでは低温で作動させる点が異なる。
と一酸化炭素を反応させて二酸化炭素を形成し、水蒸気
（Ｈ２Ｏ）から反応する酸素（Ｏ）を除いた残りの水素
を生成するものであるが、ＨＴＳでは高温で作動させ、
ＬＴＳでは低温で作動させる点が異なる。
【００１４】前記ＰＯＸ触媒１２は、前記バーナ１１で
製造したガスに更に液体燃料（例えばメタノール）と水
蒸気と完全燃焼に必要な空気量より少ない量の空気を混
入して部分酸化を行い、更に水素を製造しつつ製造ガス
中の水素濃度を上げる機能を有する。
製造したガスに更に液体燃料（例えばメタノール）と水
蒸気と完全燃焼に必要な空気量より少ない量の空気を混
入して部分酸化を行い、更に水素を製造しつつ製造ガス
中の水素濃度を上げる機能を有する。
【００１５】前記ＨＴＳ触媒１３、ＬＴＳ触媒１４は、
混合気中の水蒸気によって水蒸気改質により混合気中の
ＣＯ濃度を下げる機能を有する。前記ＰＲＯＸ触媒１５
は、微量に残ったＣＯを選択的に酸化除去する機能を有
する。
混合気中の水蒸気によって水蒸気改質により混合気中の
ＣＯ濃度を下げる機能を有する。前記ＰＲＯＸ触媒１５
は、微量に残ったＣＯを選択的に酸化除去する機能を有
する。
【００１６】前記触媒の作動温度は、ＰＯＸ触媒１２が
６００〜９００℃、ＨＴＳ触媒１３が３００〜５００
℃、ＬＴＳ触媒１４が１５０〜３００℃、ＰＲＯＸ触媒
１５が８０〜２００℃である。
６００〜９００℃、ＨＴＳ触媒１３が３００〜５００
℃、ＬＴＳ触媒１４が１５０〜３００℃、ＰＲＯＸ触媒
１５が８０〜２００℃である。
【００１７】前記ＰＯＸ改質器の下流側には、該気化器
で生成された水素を主成分とした混合ガスが送られる燃
料電池（ＦＣ）１６が配置されている。前記燃料電池１
６には、燃焼触媒一体熱交換器１７が接続されている。
前記燃料電池１６では、前記混合ガス中の約８０％の水
素が使用され、発電される一方、残りの２０％の水素を
含んだ混合ガスが前記熱交換器１７に送られ、燃焼され
る。
で生成された水素を主成分とした混合ガスが送られる燃
料電池（ＦＣ）１６が配置されている。前記燃料電池１
６には、燃焼触媒一体熱交換器１７が接続されている。
前記燃料電池１６では、前記混合ガス中の約８０％の水
素が使用され、発電される一方、残りの２０％の水素を
含んだ混合ガスが前記熱交換器１７に送られ、燃焼され
る。
【００１８】但し、前記燃料電池１６で使用される水素
の割合は８０％に限定されない。前記熱交換器１７で
は、この燃焼により生じる燃焼熱を利用し、ＰＯＸ改質
器で使用するメタノールと水を蒸発させ、前記バーナ１
１及びＰＯＸ触媒１２に供給する。前記熱交換器１７に
は、コンプレッサー１８、ヒータ１９を用いた気化器２
０が接続されている。
の割合は８０％に限定されない。前記熱交換器１７で
は、この燃焼により生じる燃焼熱を利用し、ＰＯＸ改質
器で使用するメタノールと水を蒸発させ、前記バーナ１
１及びＰＯＸ触媒１２に供給する。前記熱交換器１７に
は、コンプレッサー１８、ヒータ１９を用いた気化器２
０が接続されている。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の各実施例を図面を参照して説
明する。 （実施例１）図２を参照する。図２は、図１に示したＰ
ＯＸからＰＲＯＸまでの機器を円筒状に配置した例を示
す。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略す
る。図２において、ＰＯＸバーナ（燃焼バーナ）１１
は、空気、メタノール蒸気、水蒸気を混合する多孔板ミ
キサ２１と、この混合ガスを噴出し火炎を形成する燃焼
ノズル２２と、点火の際に点火源として使用するイグナ
イタ２３と、二重管構造の冷却壁２４からなる燃焼空間
２５で構成されている。
明する。 （実施例１）図２を参照する。図２は、図１に示したＰ
ＯＸからＰＲＯＸまでの機器を円筒状に配置した例を示
す。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略す
る。図２において、ＰＯＸバーナ（燃焼バーナ）１１
は、空気、メタノール蒸気、水蒸気を混合する多孔板ミ
キサ２１と、この混合ガスを噴出し火炎を形成する燃焼
ノズル２２と、点火の際に点火源として使用するイグナ
イタ２３と、二重管構造の冷却壁２４からなる燃焼空間
２５で構成されている。
【００２０】前記燃焼ノズル２２及び該燃焼ノズル２２
の中心軸に沿う領域の周囲には、ドーナツ状のＰＯＸ触
媒層２６、ＨＴＳ触媒層２７、ＬＴＳ触媒層２８、ＰＲ
ＯＸ触媒層２９が、また上側から順に各触媒層間等にド
ーナツ状の分散板４５、第１の熱交換器３０、ミキサー
３１、第２の熱交換器３２、第３の熱交換器３３、第４
の熱交換器３４、端板４６が夫々配置されている。な
お、前記熱交換器１７は、上記各触媒層、ミキサー３１
及び熱交換器３２〜３４の外周側の内筒４８及び外筒４
９内に配置されている。
の中心軸に沿う領域の周囲には、ドーナツ状のＰＯＸ触
媒層２６、ＨＴＳ触媒層２７、ＬＴＳ触媒層２８、ＰＲ
ＯＸ触媒層２９が、また上側から順に各触媒層間等にド
ーナツ状の分散板４５、第１の熱交換器３０、ミキサー
３１、第２の熱交換器３２、第３の熱交換器３３、第４
の熱交換器３４、端板４６が夫々配置されている。な
お、前記熱交換器１７は、上記各触媒層、ミキサー３１
及び熱交換器３２〜３４の外周側の内筒４８及び外筒４
９内に配置されている。
【００２１】前記燃焼バーナ１１を有した系には、メタ
ノール蒸気と空気の混合気を作るバブリング蒸発器３５
等を有した供給系３６が接続されている。ここで、供給
系３６は、バブリング蒸発器３５の他、このバブリング
蒸発器３５に空気を送るブロワ３７と、予熱器３８と、
水３９の流量を調整する水インジェクタ４０と、メタノ
ール４１の流量を調整するメタノールインジェクタ４２
と、水ポンプ４３と、メタノールポンプ４４とを有して
いる。
ノール蒸気と空気の混合気を作るバブリング蒸発器３５
等を有した供給系３６が接続されている。ここで、供給
系３６は、バブリング蒸発器３５の他、このバブリング
蒸発器３５に空気を送るブロワ３７と、予熱器３８と、
水３９の流量を調整する水インジェクタ４０と、メタノ
ール４１の流量を調整するメタノールインジェクタ４２
と、水ポンプ４３と、メタノールポンプ４４とを有して
いる。
【００２２】こうした構成の改質装置の作用は次の通り
である。まず、燃焼バーナ１１を点火する際は、ブロワ
３７（コンプレッサ１８でもよい）により圧送される空
気をバブリングさせ、メタノール蒸気と空気の混合気を
作るバブリング蒸発器３５を通るラインを使用し、燃焼
開始し、その燃焼ガスによって触媒を作動温度まで昇温
する。触媒が作動温度になると、燃焼バーナ１１では空
気量を下げ、水素を主成分とするガスを生成する。この
生成ガスは、分散板４５によって均等にＰＯＸ触媒層２
６に分配され、更に空気、水蒸気、メタノール蒸気を添
加し部分酸化を行い、水素濃度を上昇させる。
である。まず、燃焼バーナ１１を点火する際は、ブロワ
３７（コンプレッサ１８でもよい）により圧送される空
気をバブリングさせ、メタノール蒸気と空気の混合気を
作るバブリング蒸発器３５を通るラインを使用し、燃焼
開始し、その燃焼ガスによって触媒を作動温度まで昇温
する。触媒が作動温度になると、燃焼バーナ１１では空
気量を下げ、水素を主成分とするガスを生成する。この
生成ガスは、分散板４５によって均等にＰＯＸ触媒層２
６に分配され、更に空気、水蒸気、メタノール蒸気を添
加し部分酸化を行い、水素濃度を上昇させる。
【００２３】ＰＯＸ触媒層２６で生成したガスは、第１
の熱交換器３０でこのガスと熱交換して蒸発された水蒸
気とミキサー３７で混合され、ＨＴＳ触媒層２７に供給
される。ＨＴＳ触媒層２７では、このガス中の水蒸気と
ＣＯが水蒸気改質反応してＣＯ濃度が低下する。さら
に、ＨＴＳ触媒層２７で生成したガスは、第２の熱交換
器３２において燃料電池の水素極から出る排ガスと熱交
換し、ＬＴＳ触媒層２８の作動温度まで冷却され、ＬＴ
Ｓ触媒層２８に供給される。ＬＴＳ触媒層２８では、更
に前記水蒸気改質により、排ガス中のＣＯ濃度が下げら
れる。
の熱交換器３０でこのガスと熱交換して蒸発された水蒸
気とミキサー３７で混合され、ＨＴＳ触媒層２７に供給
される。ＨＴＳ触媒層２７では、このガス中の水蒸気と
ＣＯが水蒸気改質反応してＣＯ濃度が低下する。さら
に、ＨＴＳ触媒層２７で生成したガスは、第２の熱交換
器３２において燃料電池の水素極から出る排ガスと熱交
換し、ＬＴＳ触媒層２８の作動温度まで冷却され、ＬＴ
Ｓ触媒層２８に供給される。ＬＴＳ触媒層２８では、更
に前記水蒸気改質により、排ガス中のＣＯ濃度が下げら
れる。
【００２４】ＬＴＳ触媒層２８で生成した排ガスは、第
３の熱交換器３３において燃料電池１６の冷却排水と熱
交換され、ＰＲＯＸ触媒層２９の作動温度まで冷却され
る。ＰＲＯＸ触媒層２９では、微量の空気を供給し、残
留した排ガス中のＣＯを選択酸化し、約１０ｐｐｍ以下
まで低減する。ＰＲＯＸ触媒層２９で生成したガスは、
第４の熱交換器３４で燃料電池１６の酸素極からの排ガ
スと熱交換し、約８０℃まで冷却され燃料電池１６の燃
料ガス（Ｈ２）４７として排出される。
３の熱交換器３３において燃料電池１６の冷却排水と熱
交換され、ＰＲＯＸ触媒層２９の作動温度まで冷却され
る。ＰＲＯＸ触媒層２９では、微量の空気を供給し、残
留した排ガス中のＣＯを選択酸化し、約１０ｐｐｍ以下
まで低減する。ＰＲＯＸ触媒層２９で生成したガスは、
第４の熱交換器３４で燃料電池１６の酸素極からの排ガ
スと熱交換し、約８０℃まで冷却され燃料電池１６の燃
料ガス（Ｈ２）４７として排出される。
【００２５】なお、ＰＯＸバーナの燃焼は、蒸気システ
ムが起動した後には、メタノールと水の供給系が切り替
わり、メタノールの流量はメタノールインジェクタ４２
により、水の流量は水インジェクタ４０により流量調整
しながら、予熱器３８に供給される。予熱器３８から出
たメタノールと水は燃焼空間２５の冷却壁２４を通り、
熱交換して燃焼空間壁を冷却しつつ予熱され、触媒一体
型熱交換器１７に供給される。この熱交換器１７は燃料
電池１６で余った水素を燃焼させ、この排ガスを用いて
熱交換し、前記水とメタノールを蒸発させ燃焼バーナ１
１に供給する。
ムが起動した後には、メタノールと水の供給系が切り替
わり、メタノールの流量はメタノールインジェクタ４２
により、水の流量は水インジェクタ４０により流量調整
しながら、予熱器３８に供給される。予熱器３８から出
たメタノールと水は燃焼空間２５の冷却壁２４を通り、
熱交換して燃焼空間壁を冷却しつつ予熱され、触媒一体
型熱交換器１７に供給される。この熱交換器１７は燃料
電池１６で余った水素を燃焼させ、この排ガスを用いて
熱交換し、前記水とメタノールを蒸発させ燃焼バーナ１
１に供給する。
【００２６】上記実施例１によれば、多孔板ミキサ２１
と燃焼ノズル２２とイグナイタ２３と燃焼空間２５で燃
焼バーナ１１を構成し、前記燃焼ノズル２２及び該燃焼
ノズル２２の中心軸に沿う領域の周囲には、ドーナツ状
のＰＯＸ触媒層２６、ＨＴＳ触媒層２７、ＬＴＳ触媒層
２８、ＰＲＯＸ触媒層２９、及びドーナツ状の分散板４
５、第１の熱交換器３０、ミキサー３１、第２の熱交換
器３２、第３の熱交換器３３、第４の熱交換器３４が夫
々配置され、さらにこれらの部材の外周側に触媒一体型
熱交換器１７を配置し、燃焼バーナ１１の燃焼ガス流れ
方向と前記各触媒層中のガス流れ方向が対向している。
従って、従来と比べコンパクトで軽量の改質装置が得ら
れる。
と燃焼ノズル２２とイグナイタ２３と燃焼空間２５で燃
焼バーナ１１を構成し、前記燃焼ノズル２２及び該燃焼
ノズル２２の中心軸に沿う領域の周囲には、ドーナツ状
のＰＯＸ触媒層２６、ＨＴＳ触媒層２７、ＬＴＳ触媒層
２８、ＰＲＯＸ触媒層２９、及びドーナツ状の分散板４
５、第１の熱交換器３０、ミキサー３１、第２の熱交換
器３２、第３の熱交換器３３、第４の熱交換器３４が夫
々配置され、さらにこれらの部材の外周側に触媒一体型
熱交換器１７を配置し、燃焼バーナ１１の燃焼ガス流れ
方向と前記各触媒層中のガス流れ方向が対向している。
従って、従来と比べコンパクトで軽量の改質装置が得ら
れる。
【００２７】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
係る円筒型改質装置の説明図を示す。図３は、図２に示
した機器構成の配置を下から順に変換した例で、機器の
基本構成、作用は実施例１の場合と同様であるが、燃料
バーナ１１の燃焼ガス流れ方向と各触媒層中のガス流れ
方向は並向している。但し、図３において、付番５１は
燃焼空間２５に設けられた放射シールド及びガス分散ベ
ーンを示す。実施例２によれば、実施例１と同様な効果
が得られる。
係る円筒型改質装置の説明図を示す。図３は、図２に示
した機器構成の配置を下から順に変換した例で、機器の
基本構成、作用は実施例１の場合と同様であるが、燃料
バーナ１１の燃焼ガス流れ方向と各触媒層中のガス流れ
方向は並向している。但し、図３において、付番５１は
燃焼空間２５に設けられた放射シールド及びガス分散ベ
ーンを示す。実施例２によれば、実施例１と同様な効果
が得られる。
【００２８】（実施例３）図４は、本発明の実施例３に
係る蓄熱型改質装置の説明図を示す。この蓄熱型改質装
置は、燃焼バーナ１１の燃焼空間２５に図５に示すよう
な蓄熱型熱交換器５２を設けたことを特徴とする。この
蓄熱型熱交換器５２は、図５に示すように、バーナ排ガ
スの流路を形成する配管５３と、この配管５３の長手方
向に該配管５３を囲むように配置された複数の蒸発管５
４と、前記配管５３及び蒸発管５４の一端側に配置さ
れ、メタノールと水蒸気を均一に供給するための上部ヘ
ッダー５５と、前記配管５３及び蒸発管５４の他端側に
配置され、蒸発したメタノールと水蒸気を集合させる下
部ヘッダー５５とから構成されている。
係る蓄熱型改質装置の説明図を示す。この蓄熱型改質装
置は、燃焼バーナ１１の燃焼空間２５に図５に示すよう
な蓄熱型熱交換器５２を設けたことを特徴とする。この
蓄熱型熱交換器５２は、図５に示すように、バーナ排ガ
スの流路を形成する配管５３と、この配管５３の長手方
向に該配管５３を囲むように配置された複数の蒸発管５
４と、前記配管５３及び蒸発管５４の一端側に配置さ
れ、メタノールと水蒸気を均一に供給するための上部ヘ
ッダー５５と、前記配管５３及び蒸発管５４の他端側に
配置され、蒸発したメタノールと水蒸気を集合させる下
部ヘッダー５５とから構成されている。
【００２９】実施例３によれば、燃焼バーナ１１の燃焼
空間２５に蓄熱型熱交換器５２を設けた構成となってい
るため、バーナ起動時には蓄熱型熱交換器５２に蓄熱さ
れ、その熱容量が保たれるために、システムが一時停止
した後の再起動時に、即座に蓄熱型熱交換器５２にメタ
ノールと水蒸気を供給してもすぐに蒸発でき、瞬時の起
動が可能になる。
空間２５に蓄熱型熱交換器５２を設けた構成となってい
るため、バーナ起動時には蓄熱型熱交換器５２に蓄熱さ
れ、その熱容量が保たれるために、システムが一時停止
した後の再起動時に、即座に蓄熱型熱交換器５２にメタ
ノールと水蒸気を供給してもすぐに蒸発でき、瞬時の起
動が可能になる。
【００３０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、燃
焼バーナと、この燃焼バーナの周囲に配置された触媒層
及び熱交換器とを具備し、前記燃焼バーナの燃焼ガス流
れ方向と、前記触媒層中のガス流れ方向が対向もしくは
並向させた構成とすることにより、コンパクトでかつ軽
量な円筒型改質装置を提供できる。
焼バーナと、この燃焼バーナの周囲に配置された触媒層
及び熱交換器とを具備し、前記燃焼バーナの燃焼ガス流
れ方向と、前記触媒層中のガス流れ方向が対向もしくは
並向させた構成とすることにより、コンパクトでかつ軽
量な円筒型改質装置を提供できる。
【００３１】また、本発明によれば、燃焼バーナの燃焼
空間に蓄熱型熱交換器を配置することにより、短時間停
止後の再始動を瞬時になしえる円筒型改質装置を提供で
きる。
空間に蓄熱型熱交換器を配置することにより、短時間停
止後の再始動を瞬時になしえる円筒型改質装置を提供で
きる。
【図１】本発明に係るＰＯＸ改質装置を燃料電池に適用
したシステムの概念図。
したシステムの概念図。
【図２】本発明の実施例１に係る円筒型改質装置の説明
図。
図。
【図３】本発明の実施例２に係る円筒型改質装置の説明
図。
図。
【図４】本発明の実施例２に係る蓄熱型改質装置の説明
図。
図。
【図５】図４の蓄熱型改質装置の一構成である蓄熱型熱
交換器の説明図。
交換器の説明図。
【図６】従来の平板型改質装置の説明図。
１１…燃料バーナ、 １６…燃料電池、 １７…触媒一体型熱交換器、 １８…コンプレッサー、 ２１…多孔板ミキサー、 ２２…燃焼ノズル、 ２３…イグナイタ、 ２４…冷却壁、 ２５…燃焼空間、 ２６…ＰＯＸ触媒層、 ２７…ＨＴＳ触媒層、 ２８…ＬＴＳ触媒層、 ２９…ＰＲＯＸ触媒、 ３０、３２、３３、３４…熱交換器、 ３５…バブリング蒸発器、 ３８…予熱器、 ４０…水インジェクタ、 ４２…メタノールインジェクタ、 ４５…分散板、 ４６…端板、 ５２…蓄熱型熱交換器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 直彦 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 八木 克記 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA06 EB04 EB22 EB23 EB46 4H060 AA02 BB07 BB08 BB12 CC13 FF02 GG02
Claims (7)
- 【請求項１】 燃焼バーナと、この燃焼バーナの周囲に
配置された触媒層及び熱交換器とを具備し、前記燃焼バ
ーナの燃焼ガス流れ方向と、前記触媒層中のガス流れ方
向が対向もしくは並向していることを特徴とする円筒型
改質装置。 - 【請求項２】 前記燃焼バーナと触媒層は、多層金属板
もしくは流体冷却ジャケットにより断熱されていること
を特徴とする請求項１記載の円筒型改質装置。 - 【請求項３】 前記触媒層及び熱交換器はともにドーナ
ツ状であり、しかも両者は一体化していることを特徴と
する請求項１記載の円筒型改質装置。 - 【請求項４】 前記燃焼バーナの上方で前記触媒層及び
熱交換器の中心部に位置する領域に蓄熱型熱交換器が配
置されていることを特徴とする請求項１記載の円筒型改
質装置。 - 【請求項５】 前記燃焼バーナの下方に、空気、メタノ
ール蒸気、水蒸気を混合する多孔板が配置されているこ
とを特徴とする請求項１記載の円筒型改質装置。 - 【請求項６】 前記燃焼バーナは該バーナの中心軸方向
に二段階に配置されていることを特徴とする請求項１記
載の円筒型改質装置。 - 【請求項７】 前記蓄熱型熱交換器は、バーナ排ガスの
流路を形成する配管と、この配管の長手方向に該配管を
囲むように配置された複数の蒸発管と、前記配管及び蒸
発管の一端側に配置され、メタノールと水蒸気を均一に
供給するためのヘッダーと、前記配管及び蒸発管の他端
側に配置され、蒸発したメタノールと水蒸気を集合させ
るヘッダーとを有することを特徴とする請求項４記載の
円筒型改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11222469A JP2001050119A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 円筒型改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11222469A JP2001050119A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 円筒型改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001050119A true JP2001050119A (ja) | 2001-02-23 |
Family
ID=16782913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11222469A Withdrawn JP2001050119A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 円筒型改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001050119A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011409A1 (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | 燃料供給システム |
| KR100804896B1 (ko) | 2005-09-08 | 2008-02-20 | 가시오게산키 가부시키가이샤 | 반응장치, 연료전지시스템 및 전자기기 |
| KR101489579B1 (ko) * | 2013-05-30 | 2015-02-03 | 현대하이스코 주식회사 | 미세 분무 노즐을 이용한 액상 연료 개질 장치 |
| CN106602111A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 宁波索福人能源技术有限公司 | 一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器 |
| CN107324281A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-11-07 | 浙江理工大学 | 快速启动自热型甲醇重整制氢微反应器 |
| KR20180002263A (ko) * | 2016-06-29 | 2018-01-08 | 영남대학교 산학협력단 | 액체탄화수소 연료 개질용 반응기 |
| CN108996473A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-14 | 宁波吉宏醇氢动力技术有限公司 | 裂解器及车辆 |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP11222469A patent/JP2001050119A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011409A1 (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | 燃料供給システム |
| US7703445B2 (en) | 2004-07-28 | 2010-04-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel supply system |
| KR100804896B1 (ko) | 2005-09-08 | 2008-02-20 | 가시오게산키 가부시키가이샤 | 반응장치, 연료전지시스템 및 전자기기 |
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| KR20180002263A (ko) * | 2016-06-29 | 2018-01-08 | 영남대학교 산학협력단 | 액체탄화수소 연료 개질용 반응기 |
| KR101870026B1 (ko) * | 2016-06-29 | 2018-06-21 | 영남대학교 산학협력단 | 액체탄화수소 연료 개질용 반응기 |
| CN106602111A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 宁波索福人能源技术有限公司 | 一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器 |
| CN106602111B (zh) * | 2016-12-27 | 2019-08-30 | 宁波索福人能源技术有限公司 | 一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器 |
| CN107324281A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-11-07 | 浙江理工大学 | 快速启动自热型甲醇重整制氢微反应器 |
| CN107324281B (zh) * | 2017-07-12 | 2023-12-12 | 浙江理工大学 | 快速启动自热型甲醇重整制氢微反应器 |
| CN108996473A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-14 | 宁波吉宏醇氢动力技术有限公司 | 裂解器及车辆 |
| CN108996473B (zh) * | 2018-08-24 | 2023-08-22 | 宁波吉宏醇氢动力技术有限公司 | 裂解器及车辆 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061107 |