JP2002293511A - Co変成装置 - Google Patents

Co変成装置

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JP2002293511A
JP2002293511A JP2001101848A JP2001101848A JP2002293511A JP 2002293511 A JP2002293511 A JP 2002293511A JP 2001101848 A JP2001101848 A JP 2001101848A JP 2001101848 A JP2001101848 A JP 2001101848A JP 2002293511 A JP2002293511 A JP 2002293511A
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JP
Japan
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shift
temperature
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heating
catalyst
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JP2001101848A
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English (en)
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Toru Nakamura
透 中村
Koji Noguchi
廣司 野口
Katsumi Haza
克己 羽座
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 CO変成触媒を劣化させることなくシフト反
応に適した温度で加熱を行なうことができ、COの低減
性能を高く得ることができると共にCO変成触媒の寿命
を長く維持することができるCO変成装置を提供する。 【解決手段】 改質ガス中のCOをシフト反応させて除
去するCO変成触媒1を有するCO変成部2と、CO変
成部2の周囲に設けられた加熱部3とを具備して形成さ
れるCO変成装置に関する。CO変成部2のうち改質ガ
スが導入される側の部分の周囲に加熱部3を設け、改質
ガスが排出される側の部分の周囲には加熱部3を設けな
いようにしてある。シフト反応温度以下の改質ガスが導
入されるとCO変成部2は導入される側の部分のみが加
熱され、CO変成部2の改質ガスが排出される側の部分
では加熱がされず過熱状態になることを防ぐことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素リッチな改質
ガス中のCOを水性シフト反応により除去して低減する
CO変成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池を構成する装置として、原燃料
から水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置が知られ
ている。この改質装置は、特開平9−241002号公
報などにみられるように、改質触媒が充填された改質反
応装置と、CO変成触媒が充填されたCO変成装置と、
CO酸化触媒が充填されたCO酸化装置とを具備して形
成されている。そして、改質触媒をバーナーで加熱しな
がら原燃料と水蒸気とを改質反応装置に通すことによっ
て、改質触媒の作用で水蒸気改質反応により水素に富ん
だ改質ガスを生成させることができる。この改質ガスに
はCOが含まれており、COは燃料電池を被毒して電極
触媒性能を低下させるので、例えば特開平9−3065
32号公報などにみられるように、まずCO変成装置に
通し、CO変成触媒によってCOをCO2に水性シフト
反応させて改質ガス中のCOの量を低減させ、次にCO
酸化装置に通し、CO酸化触媒によってCOを酸化させ
て改質ガス中のCOを燃料電池が被毒しない程度まで除
去するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、CO変成装置
でシフト反応をさせるには、CO変成触媒の反応に適し
た温度範囲に制御する必要がある。例えば改質装置の急
な負荷変動など非定常運転時に、CO変成反応に適した
温度(例えば200℃)以下の改質ガスがCO変成装置
に流入してきた場合に、CO変成装置をヒータ等で加熱
して温度制御をすることが必要である。
【0004】しかし、CO変成装置をヒータ等で加熱す
るにあたって、CO変成装置に導入された改質ガスはC
O変成装置の前半ではまだ反応温度以下であるために反
応が進行せず、加熱によって反応温度に達した後半で反
応が進むことになる。そのため、反応時間が短くなって
COの低減が不十分になる。一方、CO変成装置の前半
でも反応温度に達するように急激に加熱すると、シフト
反応は発熱反応であるため、CO変成装置の後半部は過
熱状態になって、CO変成触媒の劣化が顕著に表われ出
す温度(例えば300℃)を超える領域が生じてしまう
おそれがある。
【0005】このために従来では、CO変成装置の後半
の温度上昇で触媒劣化が生じないように、ヒータ等によ
るCO変成装置の加熱温度を制御するようにしており、
その結果、CO変成装置の前半の加熱温度がさらに低下
することになり、CO変成触媒が有効に機能する領域が
さらに小さくなって、COの低減性能が低下するもので
あった。
【0006】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、CO変成触媒を劣化させることなくシフト反応に
適した温度で加熱を行なうことができ、COの低減性能
を高く得ることができると共にCO変成触媒の寿命を長
く維持することができるCO変成装置を提供することを
目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
CO変成装置は、改質ガス中のCOをシフト反応させて
除去するCO変成触媒1を有するCO変成部2と、CO
変成部2の周囲に設けられた加熱部3とを具備して形成
されるCO変成装置において、CO変成部2のうち改質
ガスが導入される側の部分の周囲に加熱部3が設けられ
ており、改質ガスが排出される側の部分の周囲には加熱
部3が設けられていないことを特徴とするものである。
【0008】また請求項2の発明は、請求項1におい
て、CO変成部2内のCO変成触媒1に接して温度セン
サー4を設け、温度センサー4による計測温度に応じて
加熱部3による加熱温度を制御して成ることを特徴とす
るものである。
【0009】また請求項3の発明は、請求項1におい
て、CO変成部2の外壁に接して温度センサー4を設
け、温度センサー4による計測温度に応じて加熱部3に
よる加熱温度を制御して成ることを特徴とするものであ
る。
【0010】また請求項4の発明は、請求項1乃至3の
いずれかにおいて、加熱部3をCO変成部2の外壁に接
して設けて成ることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0012】図1は本発明に係るCO変成装置の実施の
形態の一例を示すものであり、筒状の器体6内にCO変
成触媒(シフト触媒)1を充填してCO変成部2が形成
されるようにしてある。このCO変成触媒1としてはC
u,Zn,Fe,Cr等をアルミナやジルコニア等から
なる担体に担持させた粒状のものを例示することができ
る。器体6の一方の端部には導入口7が、他方の端部に
は排出口8がそれぞれ形成してあり、導入口7からCO
変成部2に導入された改質ガスは、CO変成部2内を通
過した後に、排出口8から排出されるようになってい
る。
【0013】また器体6の外周にはCO変成部2を囲む
ように加熱部3が設けてある。加熱部3は電気ヒータな
どで形成されるものであり、CO変成部2のうち改質ガ
スが導入される導入口7に近い前半の部分においてのみ
設けてある。従って、CO変成部2のうち改質ガスが排
出される排出口8に近い後半の部分には加熱部3は設け
られていない。
【0014】しかして、改質反応装置で生成された水素
に富んだ改質ガスは導入口7からCO変成部2内に導入
され、改質ガス中に含まれるCOと水蒸気がCO変成触
媒1の作用で反応して、水素とCO2とになる水性シフ
ト反応が行なわれ、これにより改質ガス中のCOの大部
分が除去される。このシフト反応は一般的には200〜
250℃の温度で良好に進行するが、CO変成部2に導
入される改質ガスの温度はこの反応温度よりも低い場合
がある。このために、CO変成部2の外周に加熱部3を
設けてあり、反応温度以下の改質ガスがCO変成部2に
導入された場合に、加熱部3でCO変成部2を加熱し
て、適正な反応温度でシフト反応が行なわれるようにし
てある。
【0015】ここで、加熱部3はCO変成部2のうち改
質ガスが導入される側の前半部分においてのみ設けてあ
るので、反応温度以下の改質ガスがCO変成部2に導入
されると、CO変成部2は前半部分のみが加熱され、C
O変成部2の前半部分が適正な反応温度になってシフト
反応が良好に行なわれる。このようにCO変成部2の前
半部分で改質ガスは反応温度になっているので、CO変
成部2の後半部分では加熱を行なう必要なく、シフト反
応を良好に行なわせることができる。従って、CO変成
部2の前半部においてCO変成触媒1が有効に機能しな
い領域を小さくして、COの低減性能を向上させなが
ら、CO変成部2の全体を加熱する場合のような、CO
変成部2の後半部分での活発なシフト反応の発熱でCO
変成部2の後半部が過熱状態になることを未然に防止す
ることができ、CO変成触媒1の劣化を防いで長寿命化
を図ることができるものである。このようにCO変成部
2でCOが除去されて低減された改質ガスは、排出口8
から排出されて次のCO酸化装置などに送られる。
【0016】図4はCO変成部2の前半部のみを加熱す
るようにした場合(本発明)と、CO変成部2の全体を
前半から後半に至るまで加熱するようにした場合(従来
例)とにおいて、CO変成部2内の温度を導入口7から
排出口8までの7箇所で測定したときの結果を示すグラ
フである。図4のグラフにみられるように、「従来例」
のものでは、CO変成部2の後半部でCO変成触媒1が
劣化を受ける300℃以上に達したが、「本発明」のも
のでは200℃前後の適正な反応温度が維持されている
ものであった。
【0017】図2は本発明の実施の形態の一例を示すも
のであり、温度センサー4をCO変成部2のCO変成触
媒1内に配置することによって、CO変成触媒1に接し
た状態で温度センサー4が設けてある。この温度センサ
ー4は導入口7の近傍において加熱部3で囲まれる前半
部に配置されるものであり、保持具などを用いて器体6
の内部に支持するようにしてある。温度センサー4は加
熱部3の加熱温度を制御する制御部9に接続されてお
り、温度センサー4による計測温度に基づいて加熱部3
の温度が制御されるようになっている。その他の構成は
図1のものと同じである。
【0018】このように温度センサー4を設けてCO変
成触媒1の温度を測定することによって、CO変成触媒
1の温度に応じて加熱部3による加熱温度を制御して、
CO変成触媒1の温度をシフト反応に適した温度に正確
に保つことができるものであり、改質ガスのCOを効率
良くシフト反応させて除去することができるものであ
る。また図2の実施の形態のように温度センサー4をC
O変成触媒1に接した状態で設けることによって、CO
変成触媒1の温度を直接測定することができ、CO変成
触媒1の温度制御を精度高く行なうことができるもので
ある。
【0019】図3の実施の形態では、CO変成部2の外
壁である器体6の外周に接して温度センサー4を配置し
てある。その他の構成は図2のものと同じである。この
ものでは、器体6を通してCO変成触媒1の温度を温度
センサー4で測定することができ、この計測温度に応じ
て加熱部3による加熱温度を制御して、シフト反応に適
した温度に保つようにしてある。上記の図2の実施の形
態では温度センサー4をCO変成部2内に固定するため
に保持具を用いる必要があるが、CO変成部2の外壁で
ある器体6の外周に接して温度センサー4を配置するこ
とによって、器体6と加熱部3の間に挟んで支持するな
どすることができ、温度センサー4の固定を容易に行な
うことができ、固定部品の省略によって省スペース化を
図ることが可能になるものである。
【0020】また、加熱部3として弾性的に変形可能な
フレキシブルヒータなどを用いるようにすれば、加熱部
3をCO変成部2の外壁を構成する器体6に密に接して
設けることができるものであり、加熱部3から効率良く
伝熱してCO変成部2を加熱することができ、また加熱
部3の消費電力を低減することが可能になるものであ
る。
【0021】
【発明の効果】上記のように請求項1の発明は、改質ガ
ス中のCOをシフト反応させて除去するCO変成触媒を
有するCO変成部と、CO変成部の周囲に設けられた加
熱部とを具備して形成されるCO変成装置において、C
O変成部のうち改質ガスが導入される側の部分の周囲に
加熱部が設けられており、改質ガスが排出される側の部
分の周囲には加熱部が設けられていないので、シフト反
応温度以下の改質ガスが導入されるとCO変成部は導入
される側の部分のみが加熱され、この部分が適正な反応
温度になってシフト反応が良好に行なわれると共に、C
O変成部の改質ガスが排出される側の部分では加熱がさ
れず過熱状態になることを防ぐことができるものであ
り、CO変成触媒を有効に機能させてCOの低減性能を
向上させながら、CO変成触媒の劣化を防いで長寿命化
を図ることができるものである。
【0022】また請求項2の発明は、CO変成部内のC
O変成触媒に接して温度センサーを設け、温度センサー
による計測温度に応じて加熱部による加熱温度を制御す
るようにしたので、CO変成触媒の温度をシフト反応に
適した温度に正確に保つことができ、改質ガスのCOを
効率良くシフト反応させて除去することができるもので
あり、しかもCO変成触媒の温度を温度センサーで直接
測定することができ、CO変成触媒の温度制御を精度高
く行なうことができるものである。
【0023】また請求項3の発明は、CO変成部の外壁
に接して温度センサーを設け、温度センサーによる計測
温度に応じて加熱部による加熱温度を制御するようにし
たので、CO変成触媒の温度をシフト反応に適した温度
に正確に保つことができ、改質ガスのCOを効率良くシ
フト反応させて除去することができるものであり、しか
も温度センサーの取り付けを容易に行なうことできるも
のである。
【0024】また請求項4の発明は、加熱部をCO変成
部の外壁に接して設けるようにしたので、加熱部から効
率良く伝熱してCO変成部を加熱することができ、また
加熱部の消費電力を低減することが可能になるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図で
ある。
【図2】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略断面
図である。
【図3】本発明の実施の形態のさらに他の一例を示す概
略断面図である。
【図4】CO変成部内を温度測定したときの結果を示す
グラフである。
【符号の説明】
1 CO変成触媒 2 CO変成部 3 加熱部 4 温度センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽座 克己 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 4G040 EB12 EB32 EB43 4G140 EB12 EB32 EB43 5H027 AA02 BA01 BA17 KK42 MM21

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 改質ガス中のCOをシフト反応させて除
    去するCO変成触媒を有するCO変成部と、CO変成部
    の周囲に設けられた加熱部とを具備して形成されるCO
    変成装置において、CO変成部のうち改質ガスが導入さ
    れる側の部分の周囲に加熱部が設けられており、改質ガ
    スが排出される側の部分の周囲には加熱部が設けられて
    いないことを特徴とするCO変成装置。
  2. 【請求項2】 CO変成部内のCO変成触媒に接して温
    度センサーを設け、温度センサーによる計測温度に応じ
    て加熱部による加熱温度を制御して成ることを特徴とす
    る請求項1に記載のCO変成装置。
  3. 【請求項3】 CO変成部の外壁に接して温度センサー
    を設け、温度センサーによる計測温度に応じて加熱部に
    よる加熱温度を制御して成ることを特徴とする請求項1
    に記載のCO変成装置。
  4. 【請求項4】 加熱部をCO変成部の外壁に接して設け
    て成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
    載のCO変成装置。
JP2001101848A 2001-03-30 2001-03-30 Co変成装置 Withdrawn JP2002293511A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006096590A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Asao Tada 低級炭化水素の直接分解装置
JP2006248864A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Nippon Oil Corp 水素製造装置および燃料電池システム

Cited By (3)

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JP2006096590A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Asao Tada 低級炭化水素の直接分解装置
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JP2006248864A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Nippon Oil Corp 水素製造装置および燃料電池システム

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