JP2003068345A - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

燃料電池用改質装置

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JP2003068345A
JP2003068345A JP2001252644A JP2001252644A JP2003068345A JP 2003068345 A JP2003068345 A JP 2003068345A JP 2001252644 A JP2001252644 A JP 2001252644A JP 2001252644 A JP2001252644 A JP 2001252644A JP 2003068345 A JP2003068345 A JP 2003068345A
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JP
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reformer
vaporizer
lower wall
fuel cell
fuel
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JP2001252644A
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English (en)
Inventor
Hironori Ishikawa
浩規 石川
Masahiro Kida
昌広 木田
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 霧化しきれない粒径の大きな粒が気化器の下
壁に溜まる。これを除去するために、気化器の下壁を火
炎の中心に近づけ常に下壁を高温の状態とし、下壁に溜
まった凝縮水を再気化させることを目的とし、それによ
り改質装置の改質性能の低下を生じせしめず、触媒の劣
化を起させないことが可能となる。 【解決手段】 上流に燃料と水とが投入される噴霧器1
と、前記噴霧器の噴霧口1Aからの噴霧に着火する着火
器とを備えた気化器10と、下流には改質器30を備え
た燃料電池用改質装置100において、前記噴霧器の噴
霧口から前記気化器と下壁12との長さは、前記噴霧器
の噴霧口から前記気化器の上壁11との長さよりも小さ
いことを特徴とする燃料電池用改質装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用の改質
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、炭化水素系燃料を主成分とする改
質ガスに触媒で改質して、水素燃料として利用する方法
がさかんに研究されている。前記改質ガスを利用する有
力な方法として燃料電池の開発が活発化している。前記
燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分解の逆反応で
発電する電池であり、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されている。
【0003】大気の汚染をできる限り減らすために自動
車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つと
して電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距
離などの問題で普及に至っていない。水素ボンベを積載
した燃料電池も試作されているが、水素の高圧ボンベを
積載しなければならず、走行距離も十分でない課題も残
されている。
【0004】炭化水素系燃料を改質燃料にした燃料電池
を使用した自動車が、現状では、インフラ、積載性等を
考慮すると最も実現性が早いクリーンな自動車であると
見られている。炭化水素系燃料としてはメタノールやガ
ソリンが適しているとされている。前記燃料電池は、二
酸化炭素以外の排出物が少なく、二酸化炭素の排出量
も、発電所で電気を製造するときに排出される二酸化炭
素を考慮に入れると電気自動車と同程度であり、地球温
暖化対策にもなっている。
【0005】前記燃料電池は、炭化水素系燃料であるメ
タノールを蒸発させて、触媒(例えば、Cu−Zn触媒
等)により水素を主成分とする改質ガスに改質する。
【0006】本発明に関連する従来技術として、特開2
000−191304号公報がある。これは、内部に通
気性燃焼触媒を充填した触媒燃焼器と、該触媒燃焼器に
空気を供給する空気供給ラインと、前記燃焼触媒より上
流側に液体燃料を噴霧する燃料噴霧器とを備え、燃焼触
媒の温度が低下しない範囲で空気と燃料をほぼ理論混合
比で供給して触媒燃焼を開始させ、次いで過剰に液体燃
料を供給してこれを蒸発させる液体燃料蒸発器である。
【0007】この液体燃料蒸発器を図5を用いて説明す
る。触媒燃焼器101に配設した燃料噴霧器102、水
噴霧器103、空気投入口104よりそれぞれ燃料、
水、触媒燃焼用空気が投入され、通気性燃焼触媒105
で燃料の一部が燃焼し、その発生した熱により残りの燃
料と水が蒸発し、さらに改質に適する温度まで昇温され
る。触媒燃焼器101を出たガスは改質用の空気と混合
され改質器106に入り、水素を主成分とする改質ガス
に変わり燃料電池に供給される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開2000−191304号公報は、噴霧された燃料や
水は、低温である始動時や、噴霧ムラ、触媒の劣化等に
より蒸発しきれず一部が凝縮し、触媒燃焼器101及び
改質器106の下壁に溜まる。そのため触媒が改質用燃
料に浸る状態となり、改質性能の低下や触媒の劣化を促
進させるという問題が起こる。
【0009】本発明は、上記課題を解決したもので、霧
化しきれない粒径の大きな粒が改質装置の気化器の下壁
(底部)に溜まったタレを除去するために、気化器の下
壁を火炎の中心に近づけ常に下壁を高温の状態とし、下
壁に溜まった凝縮水を再気化させることを目的とし、そ
の結果、改質装置の改質性能の低下を生じせしめず、触
媒の劣化を起させない燃料電池用改質装置を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた請求項1の発明は、上流に燃料と水と
が投入される噴霧器と前記噴霧器の噴霧口からの噴霧に
着火する着火器とを備えた気化器と、下流には改質器を
備えた燃料電池用改質装置において、前記噴霧器の噴霧
口から前記気化器と下壁との長さは、前記噴霧器の噴霧
口から前記気化器の上壁との長さよりも小さいことを特
徴とする燃料電池用改質装置である。
【0011】請求項1の発明により、霧化しきれない粒
径の大きな粒が気化器の下壁に溜まる。これを除去する
ために、気化器の下壁を火炎の中心に近づけ常に下壁を
高温の状態とし、下壁に溜まった凝縮水を再気化させる
ことができ、それにより改質装置の改質性能の低下を生
じせしめず、触媒の劣化を起させないことが可能とな
る。
【0012】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項2の発明は、前記改質器と前記気化器の断面は略
円筒状であって、前記気化器の中心軸は前記改質器の中
心軸より上方に偏心していることを特徴とする請求項1
記載の燃料電池用改質装置である。
【0013】請求項2の発明は、請求項1をより具体化
した構成であり、請求項1と同様な効果を有する。
【0014】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項3の発明は、前記気化器の略円筒形の下壁は下壁
が直線上の下壁を備えた断面D状の切り欠きが形成さ
れ、前記下壁が前記噴霧器に近接するようにしたことを
特徴とする請求項1記載の燃料電池用改質装置である。
【0015】請求項3の発明は、請求項1をより具体化
した構成であり、請求項1と同様な効果を有する。
【0016】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項4の発明は、前記気化器の断面は上下に扁平な楕
円状であって、前記気化器の中心軸は前記改質器の中心
軸より上方に偏心していることを特徴とする請求項1記
載の燃料電池用改質装置である。
【0017】請求項4の発明は、請求項1をより具体化
した構成であり、請求項1と同様な効果を有する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施例につい
て図1〜図2を参照して説明する。
【0019】図1は燃料電池に水素を供給する燃料電池
用改質装置100全体の概略図である。この燃料電池用
改質装置100は、略円筒形状である。上流側から下流
側にかけて気化器10、整流器20、改質器30、CO
(一酸化炭素)低減部40が夫々配設されている。これ
ら気化器10、整流器20、改質器30、CO(一酸化
炭素)低減部40も同様に円筒形状である。
【0020】気化器10の端面中央部には、燃料と水と
が投入される噴霧器1と、第1空気投入口3、及び着火
器2が配設されている。また円筒形である気化器10の
上流側端面中央部には、燃焼及び改質燃料を噴霧する噴
霧器1が配設されている。改質器30はCu−Zn触媒
等が担持された改質触媒層からなる。
【0021】円筒状の気化器10の入口近傍(上流側)
には、噴霧器1と連通する拡散室11が形成されてい
る。第1空気投入口3より空気が投入される。噴霧器1
より燃料と水とが混合された噴霧体Hが噴射される。
【0022】上記噴霧器1から噴霧され、着火器2によ
り拡散された噴霧体Hが着火されて火炎Kが広がる。拡
散室10と改質器30との間には、噴霧体Hを整流する
整流器20が配設されている。なおこの整流器20は火
炎Kを防炎する役目を有している。また整流器20と改
質器30との間には、噴霧体Hを部分酸化させるための
第2空気投入口50が配設されている。
【0023】図2は、図1の燃料電池用改質装置におけ
る気化器10のA−A線断面図である。
【0024】本発明は、気化器10の下壁11を火炎に
近づけるため、図2のように、気化器10の中心軸を改
質器30の中心軸より上部にオフセットさせる。それゆ
え噴霧器1の噴霧口1Aから気化器10と下壁11との
長さL2は、噴霧器の噴霧口1Aから前記気化器の上壁
12との長さL2よりも小さい。なおこのときのL1、
L2は図2に示すように、噴霧口1Aを中心とした長辺
LがL1+L2、L1>L2の長さを意味するが、気化
器1と噴霧器1の噴霧口1Aが必ずしも上下に同軸でな
くてもよい。つまり図2において噴霧口1Aが左右にず
れてもよい。
【0025】上記構成により、気化器10の下壁が上方
に持ち上がった状態となり、拡開された噴霧体Hの先端
が気化器10の下壁に熱を与え、それゆえ下壁に溜まっ
たタレを蒸発することができる。このように、第1実施
例は、改質器30と気化器10の断面は略円筒状であっ
て、気化器10の中心軸は改質器30の中心軸より上方
に偏心することによって、下壁に溜まったタレを効率良
く蒸発させることができる。
【0026】なお第2実施例として、図3に示すよう
に、気化器210の略円筒形の下壁は下壁が直線上の下
壁を備えた断面D状の切り欠きが形成され、その下壁2
11が噴霧器2に近接するようにしてもよい。
【0027】また、第3実施例として、図4に示すよう
に、気化器310の断面は上下に扁平な楕円状であっ
て、気化器310の中心軸は改質器330の中心軸より
上方に偏心してもよい。
【0028】このように、噴霧器1から改質用の水と燃
料、例えばメタノール等の混合液を噴霧する。メタノー
ルは改質分の水とメタノールを改質に適する温度まで蒸
発、昇温するのに必要な燃焼熱を得る分だけ余分に投入
される。燃焼に必要な空気は空気投入口3より供給され
る。この空気は噴霧器1を液と霧化用空気の二流体噴霧
器とすることで兼用してもよい。
【0029】改質器における部分酸化反応用に用いられ
る空気は、第2空気投入口50より投入され燃焼気化器
より出た高温ガスと混合され、改質器30に入り水素を
主成分とするガスに改質され、さらにCO低減部40で
COが低減され、改質ガスとして燃料電池に供給され
る。
【0030】以上説明したように、本発明は、改質器1
00を横にして設置する場合、凝縮した改質用燃料が改
質器100の下壁に溜まりやすく、触媒が改質用燃料に
浸り性能が低下するという問題が起こる。本発明では気
化器10、210、310の下壁11、211、311
を火炎の中心に近づけ常に高温の状態とし、凝縮水が再
気化させることができ、気化器の形状が、円筒形である
改質器13に対し、燃焼及び改質燃料を噴霧する、噴霧
器1を中央に配置させ、燃焼用の気化器10を上部にオ
フセットさせることを特徴とする構造である。
【0031】噴霧器1によって噴霧された噴霧の内、霧
化しきれない粒径の大きい噴霧が下方に流れ、下壁1
1、211、311に貯まるが、気化器10、210、
310の下壁11、211、311をより噴霧器2に近
づけることによって、下壁11、211、311が火炎
によって熱くすることによって、下壁11に貯まってい
た液体が蒸発される。それゆえタレを効率良く除去でき
る。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、上流に
燃料と水とが投入される噴霧器と前記噴霧器の噴霧口か
らの噴霧に着火する着火器とを備えた気化器と、下流に
は改質器を備えた燃料電池用改質装置において、前記噴
霧器の噴霧口から前記気化器と下壁との長さは、前記噴
霧器の噴霧口から前記気化器の上壁との長さよりも小さ
いことを特徴とする燃料電池用改質装置であるので、霧
化しきれない粒径の大きな粒が気化器の下壁に溜まる。
これを除去するために、気化器の下壁を火炎の中心に近
づけ常に下壁を高温の状態とし、下壁に溜まった凝縮水
を再気化させることを目的とし、それにより改質装置の
改質性能の低下を生じせしめず、触媒の劣化を起させな
いことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の燃料電池に水素を供給す
る燃料電池用改質装置全体の概略図。
【図2】図1の燃料電池用改質装置における気化器のA
−A線断面図。
【図3】本発明の第2実施例の燃料電池用改質装置にお
ける気化器のA−A線断面図。
【図4】本発明の第3実施例の燃料電池用改質装置にお
ける気化器のA−A線断面図。
【図5】従来の燃料電池用改質装置全体の概略図。
【符号の説明】
1・・・噴霧器 1A・・・噴霧口 2・・・着火器 10、210、310・・・気化器 11、211、311・・・下壁 12、212、312・・・上壁 20・・・整流器 30・・・改質器 100、200、300・・・燃料電池用改質装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上流に燃料と水とが投入される噴霧器と
    前記噴霧器の噴霧口からの噴霧に着火する着火器とを備
    えた気化器と、下流には改質器を備えた燃料電池用改質
    装置において、 前記噴霧器の噴霧口から前記気化器と下壁との長さは、
    前記噴霧器の噴霧口から前記気化器の上壁との長さより
    も小さいことを特徴とする燃料電池用改質装置。
  2. 【請求項2】 前記改質器と前記気化器の断面は略円筒
    状であって、前記気化器の中心軸は前記改質器の中心軸
    より上方に偏心していることを特徴とする請求項1記載
    の燃料電池用改質装置。
  3. 【請求項3】 前記気化器の略円筒形の下壁は下壁が直
    線上の下壁を備えた断面D状の切り欠きが形成され、前
    記下壁が前記噴霧器に近接するようにしたことを特徴と
    する請求項1記載の燃料電池用改質装置。
  4. 【請求項4】 前記気化器の断面は上下に扁平な楕円状
    であって、前記気化器の中心軸は前記改質器の中心軸よ
    り上方に偏心していることを特徴とする請求項1記載の
    燃料電池用改質装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005067990A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 改質原料用蒸発器
KR100748363B1 (ko) 2005-10-21 2007-08-09 삼성에스디아이 주식회사 점화장치를 갖는 연료개질 시스템
JP2008007349A (ja) * 2006-06-28 2008-01-17 Kyocera Corp 改質装置およびそれを具備した燃料電池
JP2013512177A (ja) * 2009-12-01 2013-04-11 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 自熱式の気相脱水素を実施するための反応器
JP2019046656A (ja) * 2017-09-01 2019-03-22 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

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