JP2005019061A - 燃料電池発電システムの水蒸気改質器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化水素燃料と水蒸気とから水素含有ガスを生成する改質触媒2aと、この改質触媒2aが充填された流路2bと、改質触媒2aを改質反応に適した温度まで加熱するバーナ3とを備えた水蒸気改質器2において、流路2bの下端に改質触媒2aが充填された部位よりも熱容量の小さい凝縮室7を設け、シャットダウン時にバーナ3のエアパージによって流路2b中の水蒸気を凝縮室7で凝縮させるようにした。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素燃料を改質し燃料電池発電システムの水素含有ガスを生成する水蒸気改質器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池発電システムにおいては、燃料電池本体に供給する水素含有ガスを炭化水素燃料を水蒸気改質器で水蒸気改質することで生成しているものである。ここで、水蒸気改質器には炭化水素燃料ガスと水蒸気が投入され、600℃以上の高温に加熱された改質触媒によって燃料ガスと水蒸気が反応されて水素および一酸化炭素が生成される。そして、水蒸気改質を停止するシャットダウン時には、改質触媒中に未反応の燃料ガスと水蒸気が残留するため、これをパージする必要がある。
【0003】
そこで、水蒸気改質器で一度改質した改質ガスをバッファタンクに貯留しておき、シャットダウン時にこのバッファタンクに貯留されている改質ガスを用いて水蒸気改質器をパージする方法が知られている。このようなものには特許文献1がある。
【0004】
【特許文献1】特開平3−247501号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水蒸気改質器のパージに用いる改質ガスにも多量の水蒸気が含まれており、600℃以上に加熱されていた水蒸気改質器が冷却されて温度低下する間に、この水蒸気が凝縮して水が発生し、この水が改質触媒および水蒸気改質器そのものを腐食させてしまうおそれがあった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項1では、炭化水素燃料と水蒸気とから水素含有ガスを生成する改質触媒と、この改質触媒が充填された流路と、前記改質触媒を改質反応に適した温度まで加熱するバーナとを備えた水蒸気改質器において、前記流路の下端に改質触媒が充填された部位よりも熱容量の小さい凝縮室を設け、シャットダウン時に前記バーナのエアパージによって前記流路中の水蒸気を凝縮室で凝縮させるようにした。
【0007】
これにより、水蒸気改質器のシャットダウン時のバーナのエアパージによって、それまで高温環境にあった改質触媒流路中の水蒸気が冷やされて凝縮するが、改質触媒中よりも熱容量が小さい凝縮室が先に冷やされ、この凝縮室中で水蒸気が凝縮することとなるので、凝縮水により改質触媒および水蒸気改質器が腐食することがなく機器寿命を延長できる。
【0008】
また、請求項2では、前記凝縮室に凝縮水を外部に排出する排出管を接続し、この排出管に開閉手段を設けた。
【0009】
これにより、簡易な構成で改質触媒を還元環境に保って凝縮水を水蒸気改質器外へ排水できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に本発明の燃料電池発電システムのシステム系統図を示す。1は炭化水素燃料から改質触媒の毒となる硫黄成分を取り除く脱硫器、2は脱硫器1で脱硫された炭化水素燃料と水蒸気が導入されて水素含有ガスが生成される水蒸気改質器、3はこの水蒸気改質器2を改質触媒を改質反応に適する温度(ここでは600℃以上)まで加熱する加熱手段としてのバーナ、4は水蒸気改質器2で生成された水素含有ガスに含まれるCOをCO2とH2に変換するシフト反応器、5はシフト反応器4で除去しきれなかったCOをCO2に変換して除去するCO除去器、6は水素含有ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池本体である。
【0011】
前記燃料電池本体6は、プロトン伝導性の固体高分子膜6aを介して燃料極6bと空気極6cが両面に配置された構造で、水素含有ガスが燃料極6bに供給されて水素がプロトンと電子に分解される一方、空気が空気極6cに供給されて酸素と固体高分子膜6a中を通過してきたプロトンと外部回路を流れてきた燃料極6bからの電子が反応して水を生成されることで水素含有ガスと空気から発電するものである。
【0012】
水素含有ガスは前記燃料極6bで水素が発電に供されるが、全ての水素が発電に供されることはなく、燃料極6bを通過して水素が一部残留したオフガスは水蒸気改質器2を加熱するバーナ3に燃料として供給される。
【0013】
前記水蒸気改質器2は、改質反応が吸熱反応であるため反応熱を与える手段が必要であり、図2に示すように、バーナ3の燃焼にて加熱される空間3a中に、改質触媒2aが充填された流路2bが配置されて構成され、反応に必要な熱をバーナ3にて供給して改質反応に適した温度まで加熱しており、脱硫器1で脱硫された燃料と別工程にて生成された水蒸気とが改質触媒2aが充填された流路2aを流通し、多量のH2と少量のCOを含む水素含有ガスに改質されて流出するようにしているものである。
【0014】
改質触媒2aが充填された流路2bの下端には、流路2b中の改質触媒2aが充填された部位よりも熱容量が小さい凝縮室7が設けられ、流路2b中の水蒸気をこの凝縮室7で凝縮させるようにしている。ここで、凝縮室7内は改質触媒2aが充填されていない空間として熱容量を小さくしていると共に、流路2bの下端から改質触媒2aが流出させないためのネットやパンチングメタル等を介して流路2bと凝縮室7とをガスを流通可能に仕切っているものである。
【0015】
また、前記凝縮室7には、凝縮水を外部に排出する排水管7aと、この排水管7aを開閉する開閉手段7bとが接続されて構成されている
【0016】
次に、8は前記水蒸気改質器2と燃料電池本体6の間に設けられ、水素含有ガスを一時貯留するバッファタンクである。このバッファタンク8に水素含有ガスが一時貯留されることで電力負荷が急変したときに、燃料電池本体6に供給する水素含有ガスの量を調整して発電量を追随させることができると共に、燃料電池発電システムの停止時に水蒸気改質器2中の未反応の燃料ガスおよび水蒸気をバッファタンク8内の水素含有ガスにてパージするようにしているものである。
【0017】
そして、水蒸気改質器2のシャットダウンに伴いそれまで改質反応に適した温度(ここでは600℃以上)の高温に加熱されていた水蒸気改質器2がバーナ3のエアパージによって冷却されると共に、水蒸気改質器2をパージするために改質触媒2aが充填された流路2bに供給されたバッファタンク8からのパージ用の水素含有ガスも冷却されることとなる。
【0018】
しかし、改質触媒2aが充填されている部位よりも熱容量の小さい凝縮室7が先に冷却されるので、この凝縮室7中で水素含有ガス中に含まれる水蒸気が凝縮し水が生じる。このとき、流路2b中の水蒸気が凝縮室7で凝縮して徐々に水蒸気の濃度が薄まるようにして改質触媒2aに接触する凝縮水を限りなく減らすことができ、改質触媒2aを凝縮水で濡らすことがなく触媒性能を低下させない。
【0019】
そして、凝縮室7で凝縮した凝縮水は凝縮室7に一旦貯められる。また、改質触媒2aが充填されている部位にて凝縮してしまった凝縮水も流路2bの下端に設けられている凝縮室7に流下して貯められることとなる。そして、システムの発停が繰り返されて凝縮室7に凝縮水がある程度の量貯められた時点にて、開閉手段7bが開かれると排水管7aを介して外部へ排出されるものである。なお、開閉手段7bはシステムのシャットダウンの都度開くようにしてもよい。排水管7aは常閉しているため、改質触媒2aを還元環境に保つことができるものである。
【0020】
このように、凝縮室7が水蒸気改質器2の改質触媒2aが充填された流路2bの下端に設けられているので、シャットダウンに伴う温度低下による凝縮水に改質触媒2aが浸されることがなくなり、凝縮水により改質触媒2aおよび水蒸気改質器2そのものが腐食することがなくなり、改質触媒2aおよび水蒸気改質器2の寿命を従来よりも延長できる。
【0021】
なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、水蒸気改質器2の改質触媒2aが充填される流路2bの形状は任意の形状でよく、水蒸気改質器2の設置状態で改質触媒2aが充填される流路2b中の凝縮水が流下する位置に凝縮室6を設ければ目的を達成できる。
【0022】
また、図3に示すように凝縮室7の外側にフィン等の冷却手段7cを設けて凝縮室7を改質触媒2aの充填された流路2bよりもさらに冷却されやすいようにしてもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、凝縮水により改質触媒および水蒸気改質器が腐食することがなく機器寿命を延長できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の燃料電池発電システムのシステム系統図。
【図2】同一実施形態の水蒸気改質器の概略構成図。
【図3】本発明の他の一実施形態の水蒸気改質器の概略構成図。
【符号の説明】
2 水蒸気改質器
2a 改質触媒
2b 流路
3 バーナ
7 凝縮室
7a 排水管
7b 開閉手段
Claims (2)
- 炭化水素燃料と水蒸気とから水素含有ガスを生成する改質触媒と、この改質触媒が充填された流路と、前記改質触媒を改質反応に適した温度まで加熱するバーナとを備えた水蒸気改質器において、前記流路の下端に改質触媒が充填された部位よりも熱容量の小さい凝縮室を設け、シャットダウン時に前記バーナのエアパージによって前記流路中の水蒸気を凝縮室で凝縮させるようにしたことを特徴とする燃料電池発電システムの水蒸気改質器。
- 前記凝縮室に凝縮水を外部に排出する排出管を接続し、この排出管に開閉手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システムの水蒸気改質器。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003179298A JP4377618B2 (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 燃料電池発電システムの水蒸気改質器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003179298A JP4377618B2 (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 燃料電池発電システムの水蒸気改質器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003179298A Expired - Lifetime JP4377618B2 (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 燃料電池発電システムの水蒸気改質器 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100969795B1 (ko) | 2008-04-15 | 2010-07-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 연료공급장치 및 이를 이용하는 연료전지시스템 |
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2003
- 2003-06-24 JP JP2003179298A patent/JP4377618B2/ja not_active Expired - Lifetime
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KR100969795B1 (ko) | 2008-04-15 | 2010-07-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 연료공급장치 및 이를 이용하는 연료전지시스템 |
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