JP2002050386A - Hydrogen producing device for fuel cell - Google Patents

Hydrogen producing device for fuel cell

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JP2002050386A
JP2002050386A JP2000237189A JP2000237189A JP2002050386A JP 2002050386 A JP2002050386 A JP 2002050386A JP 2000237189 A JP2000237189 A JP 2000237189A JP 2000237189 A JP2000237189 A JP 2000237189A JP 2002050386 A JP2002050386 A JP 2002050386A
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JP
Japan
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gas
combustion
fuel cell
hydrogen
raw material
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Application number
JP2000237189A
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Japanese (ja)
Inventor
Okikazu Ishiguro
興和 石黒
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01BBOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To supply the amount of heat required for reforming reaction of raw material gas not only by the combustion of the fuel cell exhaust gas but also by the combustion of part of the fuel gas. SOLUTION: The exhaust gas discharged from the fuel cell 20 is burned by a burner 3 by being mixed with the air, and by this heat energy the combustion catalyst 1 and the reforming catalyst 2 are heated. At this point, part of the raw material gas that is introduced from a piping 10 is partially burnt and part of the fuel gas is oxidized in the combustion catalyst 1. When methane is used as the raw material gas, hydrogen and water vapor or the like are generated by the reaction of methane and oxygen. When the remaining raw material gas and water vapor are reacted by the reforming catalyst 2, hydrogen is generated by reforming reaction and hydrogen-rich reforming gas 14 is generated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用水素製
造装置に係り、特に、燃料電池の排ガスを利用して、天
然ガスなどの炭化水素を含む原料ガスから水素を生成す
るに好適な燃料電池用水素製造装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen production apparatus for a fuel cell, and more particularly to a fuel suitable for producing hydrogen from a raw material gas containing hydrocarbons such as natural gas by utilizing exhaust gas from a fuel cell. The present invention relates to an apparatus for producing hydrogen for a battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池は低温で動作する
ため、自動車用の駆動電源や分散型電源としての実用化
が期待されている。この固体高分子型燃料電池は、電解
質層を介してアノードとカソードとが配されたセルと、
アノードに水素リッチガスを、カソードに空気などの酸
化剤ガスをそれぞれ供給するセパレータ板とが交互に複
数枚積層されて組立てられており、アノードガス中の水
素とカソードガス中の酸素とを電気化学反応させて、そ
の際に発生する化学的エネルギーを電気的エネルギーと
して取り出すようになっている。
2. Description of the Related Art Since a polymer electrolyte fuel cell operates at a low temperature, it is expected to be put to practical use as a drive power supply for automobiles or a distributed power supply. This polymer electrolyte fuel cell has a cell in which an anode and a cathode are arranged via an electrolyte layer,
A plurality of separator plates that supply hydrogen-rich gas to the anode and oxidant gas such as air to the cathode are stacked alternately and assembled, and the electrochemical reaction between hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas is performed. Then, the chemical energy generated at that time is taken out as electric energy.

【0003】この種の燃料電池においては、水素源とな
る燃料として、天然ガス(メタンガス)やナフサなどの
軽質炭化水素が用いられており、このような軽質炭化水
素を含む燃料ガスを水素リッチなアノードガス(改質ガ
ス)に水蒸気改質するための燃料ガス改質装置が燃料電
池とは別途に設けられている。
In this type of fuel cell, a light hydrocarbon such as natural gas (methane gas) or naphtha is used as a fuel serving as a hydrogen source, and a fuel gas containing such a light hydrocarbon is hydrogen-rich. A fuel gas reformer for steam reforming the anode gas (reformed gas) is provided separately from the fuel cell.

【0004】燃料ガス改質装置としては、例えば、特開
平9−153372号公報に記載されているものがあ
る。この燃料ガス改質装置は、図4に示すように、蒸気
と原料(天然ガス)とをエゼクタ31で混合し、混合さ
れたガスを熱交換器32で余熱し、余熱されたガスを改
質器30に導入し、この改質器30において燃料電池2
0から排出される燃料電池排ガスを燃焼させて混合ガス
を水素リッチなアノードガス(改質ガス)に水蒸気改質
し、この改質ガスを熱交換器32を介して燃料電池20
のアノードに導くようになっている。すなわち、改質装
置においては、基本的には、燃料電池20の未反応排ガ
スを改質器30で燃焼させることにより、改質反応に必
要な吸熱反応熱量を発生させることができるようになっ
ている。
[0004] As a fuel gas reforming apparatus, for example, there is one described in JP-A-9-153372. As shown in FIG. 4, the fuel gas reformer mixes steam and a raw material (natural gas) with an ejector 31, preheats the mixed gas in a heat exchanger 32, and reforms the preheated gas. The reformer 30 introduces the fuel cell 2
The mixed gas is steam-reformed into a hydrogen-rich anode gas (reformed gas) by burning the fuel gas exhaust gas discharged from the fuel cell 20 through the heat exchanger 32.
To the anode. That is, in the reformer, basically, the unreacted exhaust gas of the fuel cell 20 is burned in the reformer 30 so that the heat of the endothermic reaction required for the reforming reaction can be generated. I have.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いては、燃料電池20における水素利用率が高い場合に
は、改質器30における改質反応に必要な熱量が不足す
るが、この熱量の不足を天然ガスなどの燃料ガスの燃焼
によって補おうとすると、熱効率が低下することにな
る。すなわち、従来技術においては、改質器30におけ
る改質反応に必要な熱量を必ずしも供給することができ
ず、しかも、この熱量の不足を天然ガスなどの燃焼によ
り補給した場合には、熱効率の低下を招くという課題が
ある。
However, in the prior art, when the hydrogen utilization rate in the fuel cell 20 is high, the amount of heat required for the reforming reaction in the reformer 30 is insufficient. If fuel gas such as natural gas is used to compensate for this, the thermal efficiency will decrease. That is, in the prior art, the amount of heat required for the reforming reaction in the reformer 30 cannot always be supplied, and when this shortage of heat is replenished by burning natural gas or the like, the heat efficiency decreases. There is a problem that invites.

【0006】本発明の目的は、原料ガスの改質反応に必
要な熱量を、燃料電池の排ガスの燃焼によって供給する
のみではなく、燃料ガスの一部を燃焼させることによっ
て、補うことができる燃料電池用水素製造装置を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to supply not only the heat required for the reforming reaction of the raw material gas by burning the exhaust gas from the fuel cell but also to make up for the fuel by burning part of the fuel gas. An object of the present invention is to provide a hydrogen production device for a battery.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、燃料電池から排出された排ガスに残存す
る水素を燃焼させる燃焼炉と、炭化水素を含む原料ガス
を受けてこの原料ガスの一部を燃焼させる燃焼触媒と、
前記燃焼炉と前記燃焼触媒から燃焼に伴う熱エネルギー
を受けて前記原料ガスの燃焼に伴って生成された蒸気と
前記原料ガスのうち残りの原料ガスとを反応させて水素
リッチな改質ガスを生成する改質触媒とを備えてなる燃
料電池用水素製造装置を構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a combustion furnace for burning residual hydrogen in exhaust gas discharged from a fuel cell, and a method for receiving a raw material gas containing hydrocarbons. A combustion catalyst for burning part of the gas,
The combustion furnace receives heat energy from combustion from the combustion catalyst and reacts the steam generated with the combustion of the source gas with the remaining source gas of the source gas to produce a hydrogen-rich reformed gas. This constitutes a hydrogen production apparatus for a fuel cell including a reforming catalyst to be generated.

【0008】前記燃料電池用水素製造装置を構成するに
際しては、以下の要素を付加することができる。
The following elements can be added when configuring the hydrogen production apparatus for a fuel cell.

【0009】(1)前記燃焼炉は筒状容器の中心部に収
納され、前記燃焼触媒と前記改質触媒は、前記燃焼炉の
外周側に配置されて前記筒状容器内に収納されてなる。
(1) The combustion furnace is housed in a central portion of a cylindrical container, and the combustion catalyst and the reforming catalyst are arranged on the outer peripheral side of the combustion furnace and housed in the cylindrical container. .

【0010】(2)前記筒状容器内には、前記改質触媒
により生成された改質ガスから一酸化炭素を除去するC
Oコンバータが収納されてなる。
(2) In the cylindrical container, C for removing carbon monoxide from the reformed gas generated by the reforming catalyst is provided.
The O converter is housed.

【0011】前記した手段によれば、原料ガスの改質に
必要な熱量は、燃料電池の排ガスに残存する水素を燃焼
させることによる熱エネルギーと、原料ガスの一部を燃
焼させることに伴う熱エネルギーとによって補われ、燃
料電池における水素利用率が高い場合でも改質反応に必
要な熱量を補うことができるとともに、燃料電池の排ガ
スのカロリーが変動しても水素リッチの改質ガスを燃料
電池に供給することが可能になる。
According to the above-described means, the amount of heat required for reforming the source gas includes the heat energy generated by burning the hydrogen remaining in the exhaust gas of the fuel cell and the heat energy generated by burning a part of the source gas. The energy is compensated by the energy, and even when the hydrogen utilization rate in the fuel cell is high, the calorie required for the reforming reaction can be supplemented. Can be supplied to

【0012】ここで、原料ガスとして、例えば、メタン
を用い、このメタンの一部を量論比以下で燃焼させた場
合、燃料ガスは以下の反応となる。
Here, for example, when methane is used as a raw material gas and a part of the methane is burned at a stoichiometric ratio or less, the fuel gas undergoes the following reaction.

【0013】 CH+1/2O=2H+CO・・・(1) CH+2O=CO+2HO・・・(2) このときの反応は発熱反応であり、燃料電池で必要とさ
れる水素が発生するという利点がある。
CH 4 + 1 / 2O 2 = 2H 2 + CO (1) CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O (2) The reaction at this time is an exothermic reaction and is necessary for a fuel cell. There is an advantage that generated hydrogen is generated.

【0014】原料ガスの一部が燃焼触媒で部分燃焼され
て(1)式および(2)式の反応により水素が発生する
過程で、(2)式の反応で発生した蒸気は、残りの原料
ガスと反応し、次式の改質反応により、水素が発生す
る。
In the process in which part of the raw material gas is partially burned by the combustion catalyst to generate hydrogen by the reactions of the formulas (1) and (2), the steam generated by the reaction of the formula (2) It reacts with the gas and generates hydrogen by the reforming reaction of the following formula.

【0015】 CH+HO=3H+CO・・・(3) すなわち、改質触媒において蒸気と残りの原料ガスとが
反応すると、水素リッチな改質ガスが生成されることに
なる。
CH 4 + H 2 O = 3H 2 + CO (3) That is, when the steam reacts with the remaining source gas in the reforming catalyst, a hydrogen-rich reformed gas is generated.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明に係る燃料電池用水
素製造装置の縦断面図、図2は図1のA−A’線に沿う
断面図、図3は燃料電池用水素製造装置を含む燃料電池
システムのブロック構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hydrogen production apparatus for a fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram of a fuel cell system including the hydrogen production apparatus for a fuel cell. It is a block diagram.

【0017】図1および図2において、燃料電池用水素
製造装置は、全体が筒状の容器として構成されており、
その中心部には円筒状に形成された燃焼炉23が収納さ
れている。燃焼炉23の外周側は内側の筒体と外側の筒
体で覆われており、内側の筒体と外側の筒体との間に断
熱材9が収納されている。燃焼炉23の底部側にはバー
ナ3が配置されており、バーナ3には電池排ガス・空気
供給配管11が接続されている。燃焼炉23内には蒸発
器4が収納されており、燃焼炉23の上部側には燃焼排
ガス出口配管12が接続されている。
In FIGS. 1 and 2, the hydrogen production apparatus for a fuel cell is configured as a cylindrical container as a whole.
A combustion furnace 23 formed in a cylindrical shape is housed in the center thereof. The outer peripheral side of the combustion furnace 23 is covered with an inner cylinder and an outer cylinder, and the heat insulating material 9 is stored between the inner cylinder and the outer cylinder. The burner 3 is arranged on the bottom side of the combustion furnace 23, and the battery exhaust gas / air supply pipe 11 is connected to the burner 3. The evaporator 4 is accommodated in the combustion furnace 23, and a combustion exhaust gas outlet pipe 12 is connected to an upper side of the combustion furnace 23.

【0018】燃焼炉23と内側の筒体との間には燃焼触
媒1、改質触媒2が収納されているとともに、蒸気加熱
器5、空気加熱器6、原料加熱器7が収納されている。
また内側の筒体と外側の筒体との間には改質ガス出口配
管13が配設されているとともに、COコンバータ8が
配設されている。そして燃焼触媒1には原料・空気・蒸
気供給配管10から原料として、例えば、天然ガス(メ
タンガス)などの原料ガスが供給されるとともに、空気
と蒸気が供給されるようになっている。
Between the combustion furnace 23 and the inner cylinder, a combustion catalyst 1, a reforming catalyst 2 are housed, and a steam heater 5, an air heater 6, and a raw material heater 7 are housed. .
Further, a reformed gas outlet pipe 13 is provided between the inner cylinder and the outer cylinder, and a CO converter 8 is provided. A raw material gas such as a natural gas (methane gas) is supplied to the combustion catalyst 1 as a raw material from a raw material / air / vapor supply pipe 10, and air and vapor are supplied.

【0019】上記構成による燃料電池用水素製造装置に
おいて、配管11に、燃料電池20から排出される排ガ
スと空気が導入されて、排ガス中の残存水素と空気とが
混合されてバーナ3によって燃焼すると、このとき発生
する燃焼ガスの熱エネルギーによって燃焼触媒1、改質
触媒2が加熱される。そしてこの燃焼ガスは蒸発器4で
熱回収された後、燃焼排ガス出口配管12を介して系外
に排出される。
In the hydrogen production apparatus for a fuel cell having the above structure, the exhaust gas and the air discharged from the fuel cell 20 are introduced into the pipe 11, and the residual hydrogen and the air in the exhaust gas are mixed and burned by the burner 3. The combustion catalyst 1 and the reforming catalyst 2 are heated by the heat energy of the combustion gas generated at this time. After the combustion gas is recovered in the evaporator 4, the combustion gas is discharged out of the system through the combustion exhaust gas outlet pipe 12.

【0020】一方、燃焼触媒1には配管10から原料
(原料ガス)、空気および蒸気が供給されており、原料
ガスの一部が燃焼触媒1の中で部分燃焼されて、燃料ガ
スの一部が酸化される。この原料ガスとして、メタンを
用いたときには、前記(1)式および(2)式の反応に
より水素が発生する。さらに原料ガスのうち残りの原料
ガスと、(2)式の反応で発生した蒸気とが改質触媒2
で反応すると、前記(3)式の改質反応によって水素が
発生する。
On the other hand, a raw material (raw material gas), air and steam are supplied to the combustion catalyst 1 from a pipe 10, and a part of the raw material gas is partially burned in the combustion catalyst 1 to form a part of the fuel gas. Is oxidized. When methane is used as this source gas, hydrogen is generated by the reactions of the above formulas (1) and (2). Further, the remaining raw material gas of the raw material gas and the steam generated by the reaction of the formula (2)
, Hydrogen is generated by the reforming reaction of the formula (3).

【0021】(3)式における反応は吸熱反応であり、
この吸熱反応に必要な熱量は、燃焼触媒1で燃料ガスの
一部が部分燃焼したときに発生する熱エネルギー(顕
熱)およびバーナ3の燃焼に伴って発生した熱エネルギ
ーによって供給される。
The reaction in equation (3) is an endothermic reaction,
The amount of heat required for the endothermic reaction is supplied by thermal energy (sensible heat) generated when a part of the fuel gas is partially burned by the combustion catalyst 1 and thermal energy generated by burning the burner 3.

【0022】改質触媒2によって水素リッチな改質ガス
が生成され、このとき生成される改質ガスの温度は70
0℃程度であり、この改質ガス14は、蒸気加熱器5、
空気加熱器6および原料加熱器7で熱回収された後、流
れの方向が反転され、COコンバータ8に導入される。
The reforming catalyst 2 generates a hydrogen-rich reformed gas, and the temperature of the generated reformed gas is 70%.
About 0 ° C., and the reformed gas 14
After the heat is recovered by the air heater 6 and the raw material heater 7, the flow direction is reversed and introduced into the CO converter 8.

【0023】COコンバータ8では、次式の反応によ
り、改質ガスから一酸化炭素が除去される。
In the CO converter 8, carbon monoxide is removed from the reformed gas by the following reaction.

【0024】CO+HO=H+CO・・・(4) COコンバータ8でCO(一酸化炭素)が除去された改
質ガスは、CO選択酸化器(図示省略)で、改質ガス中
に残存するCOが空気で酸化されて除去された後、燃料
電池20のアノードに供給される。
CO + H 2 O = H 2 + CO 2 (4) The reformed gas from which CO (carbon monoxide) has been removed by the CO converter 8 is supplied to a CO selective oxidizer (not shown), After the remaining CO is oxidized and removed by air, it is supplied to the anode of the fuel cell 20.

【0025】燃料電池20のアノードに改質ガスが供給
されると、改質ガス中の水素とカソードガス中の酸素な
どの酸化剤とが電気化学反応し、その際に発生する化学
的エネルギーが電気的エネルギーに変換されて電力が発
生する。
When the reformed gas is supplied to the anode of the fuel cell 20, hydrogen in the reformed gas and an oxidizing agent such as oxygen in the cathode gas undergo an electrochemical reaction, and the chemical energy generated at that time is reduced. It is converted into electrical energy to generate electric power.

【0026】この場合、図3に示すように、燃焼触媒1
と改質触媒2を含む改質部22には、改質ガス25によ
って加熱された蒸気、空気、原料(原料ガス)がそれぞ
れ蒸気加熱器5、空気加熱器6、原料加熱器7から配管
10を介して供給されることにより、蒸気、空気、原料
(原料ガス)を改質ガス20の顕熱を利用して加熱する
ことができる。さらに燃料電池20を冷却する冷却水が
蒸発器4に供給されており、燃焼炉23から発生する燃
焼排ガスによって蒸発器4から発生した蒸気は、気水分
離器21で蒸気とドレンとに分離され、分離された蒸気
が蒸気加熱器5に供給されるようになっている。なお、
燃焼炉23で発生した熱量の一部は改質部22に供給さ
れるようになっている。
In this case, as shown in FIG.
The steam, air and raw material (raw material gas) heated by the reformed gas 25 are supplied from the steam heater 5, the air heater 6, and the raw material heater 7 to the , The steam, the air, and the raw material (raw material gas) can be heated using the sensible heat of the reformed gas 20. Further, cooling water for cooling the fuel cell 20 is supplied to the evaporator 4, and the steam generated from the evaporator 4 by the combustion exhaust gas generated from the combustion furnace 23 is separated into steam and drain by the steam separator 21. The separated steam is supplied to the steam heater 5. In addition,
A part of the heat generated in the combustion furnace 23 is supplied to the reforming section 22.

【0027】このように、本実施形態においては、定常
運転時においては、原料ガスの燃焼に伴って生成された
蒸気と原料ガスのうち残りの原料ガスとを反応させて水
素リッチな改質ガスを生成するに必要な熱量を、燃焼触
媒1における原料ガスの燃焼に伴う熱エネルギー(部分
酸化に伴う熱エネルギー)と、燃料電池20から発生す
る排ガスに残存する水素を燃焼炉23で燃焼させたとき
に発生する熱エネルギーによって補うようにしているた
め、前者のエネルギーのみを利用するものや燃焼炉23
に残存水素以外の燃料を供給して燃焼させるものに比べ
て熱効率の向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, during the steady operation, the steam generated along with the combustion of the raw material gas is reacted with the remaining raw material gas to form a hydrogen-rich reformed gas. In the combustion furnace 23, the heat energy required for generating the fuel gas is obtained by burning the thermal energy (thermal energy associated with partial oxidation) associated with the combustion of the raw material gas in the combustion catalyst 1 and the hydrogen remaining in the exhaust gas generated from the fuel cell 20. Since it is made up for by the heat energy generated at the time, it is possible to use only the former energy or the combustion furnace 23.
The thermal efficiency can be improved as compared with the case where the fuel other than the remaining hydrogen is supplied and burned.

【0028】また起動時において、燃焼触媒1における
燃料ガスの部分燃焼によって十分な熱エネルギーが得ら
れず、水素の発生もないために、燃料電池から排出され
る排ガスに残存する水素の燃焼による熱の発生が期待で
きないときや、燃料電池排ガス中の残存水素の量が少な
いときなどに、燃焼炉23に、他の燃料を供給して燃焼
させることにより改質部22を昇温することができる。
At the time of startup, sufficient heat energy is not obtained by partial combustion of the fuel gas in the combustion catalyst 1 and no hydrogen is generated, so that heat generated by the combustion of hydrogen remaining in the exhaust gas discharged from the fuel cell is not obtained. When the generation of fuel cannot be expected or when the amount of residual hydrogen in the fuel cell exhaust gas is small, the temperature of the reforming unit 22 can be increased by supplying another fuel to the combustion furnace 23 and burning it. .

【0029】具体的には、起動時においては、原料ガス
(メタン)を改質するための水蒸気を生成することが起
動時間短縮のキーとなる。すなわち、通常、蒸気は過熱
蒸気として供給されるが、この過熱蒸気は蒸発器4およ
び蒸気加熱器5の吸収熱量によって昇温される。この熱
吸収量のうち、潜熱を伴う蒸発器4の熱吸収量が大半を
占めるので、常温の水を所定の過熱蒸気まで昇温するに
は、燃焼炉23に原料ガスとしてメタンなどを供給して
蒸発器4の吸熱量を増加させることにより、必要な過熱
蒸気条件を早く達成することができる。
Specifically, at the time of startup, generating steam for reforming the source gas (methane) is the key to shortening the startup time. That is, the steam is usually supplied as superheated steam, and the temperature of the superheated steam is increased by the heat absorbed by the evaporator 4 and the steam heater 5. Since the heat absorption of the evaporator 4 with latent heat accounts for the majority of the heat absorption, in order to raise the temperature of normal-temperature water to a predetermined superheated steam, methane or the like is supplied to the combustion furnace 23 as a raw material gas. By increasing the amount of heat absorbed by the evaporator 4, the necessary superheated steam conditions can be achieved quickly.

【0030】したがって、装置の内部に燃焼炉23を設
置することにより起動時間の短縮が可能になる。
Therefore, the start-up time can be reduced by installing the combustion furnace 23 inside the apparatus.

【0031】さらに、改質反応に必要な吸熱量を、燃焼
ガスからの熱エネルギー(外熱)と原料ガス(メタン)
の燃焼による熱エネルギー(内熱)から供給できるの
で、改質器、すなわち燃焼触媒1と改質触媒2を収納す
る容器をコンパクト化しても所定の水素発生量を確保す
ることが可能になる。
Further, the amount of heat absorbed necessary for the reforming reaction is determined by comparing the thermal energy (external heat) from the combustion gas with the raw material gas (methane).
Can be supplied from the heat energy (internal heat) generated by the combustion of the fuel cell. Therefore, even if the reformer, that is, the container storing the combustion catalyst 1 and the reforming catalyst 2 is made compact, a predetermined amount of hydrogen can be secured.

【0032】また燃焼器23においては、バーナ3の燃
焼ガスによって燃焼触媒1および改質触媒2への電熱量
を確保するために、蒸発器4は、燃焼炉23の上部に設
置することが望ましい。
In the combustor 23, the evaporator 4 is desirably installed above the combustion furnace 23 in order to secure the amount of electric heat to the combustion catalyst 1 and the reforming catalyst 2 by the combustion gas of the burner 3. .

【0033】なお、蒸発器4により冷却された燃焼ガス
は、その外周に設置された蒸気過熱器5、空気過熱器6
および原料過熱器7に対しても伝熱量を確保できるよう
にしているため、燃焼排ガスの温度を低下させて、排ガ
スの熱損失を低減できる。
The combustion gas cooled by the evaporator 4 is supplied to a steam superheater 5 and an air superheater
Further, since the amount of heat transfer can be ensured also for the raw material superheater 7, the temperature of the combustion exhaust gas can be reduced, and the heat loss of the exhaust gas can be reduced.

【0034】したがって、本実施形態によれば、以下の
効果を奏することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

【0035】(1)改質反応に必要な熱量を部分酸化と
外熱により補うことができ、必要な水素発生量を確保で
きるとともに、燃焼ガスの熱量を有効に利用することが
でき、熱効率の向上に寄与することができる。
(1) The amount of heat required for the reforming reaction can be supplemented by partial oxidation and external heat, the required amount of hydrogen can be secured, the amount of heat of the combustion gas can be effectively used, and the heat efficiency can be improved. It can contribute to improvement.

【0036】(2)改質反応に必要な燃料を燃料電池排
ガスの燃焼に伴う熱エネルギーのみでなく、原料ガスの
部分燃料に伴う熱エネルギーによって補うようにしてい
るため、燃料電池排ガスのカロリーが変動しても、水素
リッチの改質ガスを燃料電池に供給できる。
(2) The fuel required for the reforming reaction is supplemented not only by the thermal energy associated with the combustion of the exhaust gas of the fuel cell but also by the thermal energy associated with the partial fuel of the raw material gas. Even if it fluctuates, a hydrogen-rich reformed gas can be supplied to the fuel cell.

【0037】(3)燃料電池排ガスを燃焼させる燃焼炉
23を別置きにしたものに比べて、燃焼炉23の熱損失
を低減できる。
(3) The heat loss of the combustion furnace 23 can be reduced as compared with the case where the combustion furnace 23 for burning the fuel cell exhaust gas is separately provided.

【0038】(4)ガス温度の低い部分を燃焼炉23よ
り外周側に配置しているので、断熱材9を通しての熱損
失を低減できる。
(4) Since the portion where the gas temperature is low is arranged on the outer peripheral side of the combustion furnace 23, heat loss through the heat insulating material 9 can be reduced.

【0039】(5)燃料電池20が負荷をとっていない
起動時においては、燃料電池排ガスのカロリーが高いの
で、燃焼熱により、燃焼触媒1および排出触媒2を加熱
することができ、起動時間を短縮することができる。
(5) At the time of startup when the fuel cell 20 does not take a load, since the calorie of the exhaust gas of the fuel cell is high, the combustion catalyst 1 and the exhaust catalyst 2 can be heated by the combustion heat, and the startup time is reduced. Can be shortened.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料ガスの改質に必要な熱量は、燃料電池の排ガスに残
存する水素を燃焼させることによる熱エネルギーと、原
料ガスの一部を燃焼させることに伴う熱エネルギーとに
よって補われ、燃料電池における水素利用率が高い場合
でも改質反応に必要な熱量を補うことができるととも
に、燃料電池の排ガスのカロリーが変動しても水素リッ
チの改質ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
As described above, according to the present invention,
The amount of heat required for reforming the raw material gas is supplemented by the thermal energy generated by burning the hydrogen remaining in the exhaust gas of the fuel cell and the thermal energy generated by burning part of the raw material gas. Even when the utilization rate is high, the amount of heat required for the reforming reaction can be supplemented, and the hydrogen-rich reformed gas can be supplied to the fuel cell even if the calories of the exhaust gas of the fuel cell fluctuate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す燃料電池用水素製造
装置の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel cell hydrogen production apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す装置のA−A’線に沿う断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the device shown in FIG. 1, taken along line AA ′.

【図3】本発明に係る燃料電池システムのブロック構成
図である。
FIG. 3 is a block diagram of a fuel cell system according to the present invention.

【図4】従来の燃料電池システムのブロック構成図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃焼触媒 2 改質触媒 3 バーナ 4 蒸発器 5 蒸気加熱器 6 空気加熱器 7 原料加熱器 8 COコンバータ 9 断熱材 10 原料・空気・蒸気供給配管 11 電池排ガス・空気供給配管 12 燃焼排ガス出口配管 13 改質ガス出口配管 14 改質ガス 20 燃料電池 23 燃焼炉 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion catalyst 2 Reforming catalyst 3 Burner 4 Evaporator 5 Steam heater 6 Air heater 7 Raw material heater 8 CO converter 9 Insulation material 10 Raw material / air / steam supply pipe 11 Battery exhaust gas / air supply pipe 12 Combustion exhaust gas outlet pipe 13 Reformed gas outlet pipe 14 Reformed gas 20 Fuel cell 23 Combustion furnace

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池から排出された排ガスに残存す
る水素を燃焼させる燃焼炉と、炭化水素を含む原料ガス
を受けてこの原料ガスの一部を燃焼させる燃焼触媒と、
前記燃焼炉と前記燃焼触媒から燃焼に伴う熱エネルギー
を受けて前記原料ガスの燃焼に伴って生成された蒸気と
前記原料ガスのうち残りの原料ガスとを反応させて水素
リッチな改質ガスを生成する改質触媒とを備えてなる燃
料電池用水素製造装置。
1. A combustion furnace for burning hydrogen remaining in exhaust gas discharged from a fuel cell, a combustion catalyst for receiving a raw material gas containing hydrocarbons and burning a part of the raw material gas,
The combustion furnace receives heat energy from combustion from the combustion catalyst and reacts the steam generated with the combustion of the source gas with the remaining source gas of the source gas to produce a hydrogen-rich reformed gas. A hydrogen production apparatus for a fuel cell, comprising a reforming catalyst to be generated.
【請求項2】 前記燃焼炉は筒状容器の中心部に収納さ
れ、前記燃焼触媒と前記改質触媒は、前記燃焼炉の外周
側に配置されて前記筒状容器内に収納されてなる請求項
1に記載の燃料電池用水素製造装置。
2. The combustion furnace is housed in a central portion of a cylindrical vessel, and the combustion catalyst and the reforming catalyst are arranged on an outer peripheral side of the combustion furnace and housed in the cylindrical vessel. Item 2. A hydrogen production apparatus for a fuel cell according to item 1.
【請求項3】 前記筒状容器内には、前記改質触媒によ
り生成された改質ガスから一酸化炭素を除去するCOコ
ンバータが収納されてなる請求項2に記載の燃料電池用
水素製造装置。
3. The hydrogen production apparatus for a fuel cell according to claim 2, wherein a CO converter for removing carbon monoxide from the reformed gas generated by the reforming catalyst is accommodated in the cylindrical container. .
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006206382A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Air Water Inc Hydrogen generating apparatus and method
JP2007504635A (en) * 2003-05-16 2007-03-01 バッテル・メモリアル・インスティチュート Fast start fuel reforming system and technology
KR100751029B1 (en) 2006-06-30 2007-08-21 재단법인 포항산업과학연구원 Fuel cell power generation system
JP2009149459A (en) * 2007-12-19 2009-07-09 Tdk Corp Fuel reforming module and hydrogen generator

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