JP2006282470A - 水素燃料供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池システム10の水素燃料供給システム12は、供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、供給された再生用ガスを反応させて前記改質工程によって低下した温度を改質可能な温度に上昇する再生工程とを行うように切り換え可能な反応器18と、反応器18とは独立して設けられ供給された再生用ガスと酸素含有ガスとを混合して再生用混合ガスにする再生用混合器80と、反応器18に原料を供給しつつ燃料ガスを排出させる第1の状態と、反応器18に再生用混合ガスを供給しつつ再生排ガスを排出させる第2の状態とを切り換えるための切換装置20と、反応器18に第1の状態と第2の状態とを交互に生じさせるように切換装置20を切り換える制御装置と、を備えている。
【選択図】 図1
Description
図1には、燃料電池システム10のシステム構成図(システムフローシート)が示されている。この図に示される如く、燃料電池システム10は、水素燃料供給システム12と、水素燃料供給システム12から水素燃料の供給を受けて発電を行う燃料電池14と、水素燃料供給システム12と燃料電池との間で熱交換を行う熱交換器16とを主要構成要素として構成されている。
CnHm+n/2O2 → nCO + m/2H2 … (2)
CO+H2O ⇔ CO2+H2 … (3)
CO+3H2 ⇔ CH4+H2O … (4)
この改質反応は、所定の温度以上(本実施形態では、700℃)で行われるようになっている。そして、各反応器18は、改質反応によって低下した触媒温度を上昇するために、改質反応とは独立して、供給された再生用ガスと酸素とを反応させて触媒を加熱すると共に該触媒に蓄熱する再生反応を行うようになっている。この実施の形態では、再生用ガス(後述するアノードオフガス)を燃焼することで、各反応器18の触媒を上記した改質反応を行い得る温度まで昇温する構成としている。したがって、各反応器18は、改質反応と再生反応とを選択的に行い得る構成である。
図3(A)及び図3(B)に示される如く、再生用混合器80は、内部に燃焼用空気と再生用ガスとの混合用の空間である混合室90Aを形成するハウジング90を備えている。この実施形態では、ハウジング90は、略円筒状に形成された円筒部92と、内外面が共に円錐状に形成されると共に円筒部92の軸線方向一端側に同軸的に連続する上流コニカル部94と、内外面が共に円錐状に形成されると共に円筒部92の軸線方向他端側に同軸的に連続する下流コニカル部96とを備えている。
(第2の実施形態)
図7(A)には、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム10(水素燃料供給システム12)を構成する再生用混合器100が軸直角断面図にて示されており、図7(B)には再生用混合器100が側面図にて示されている。すなわち、第2の実施形態では、燃料電池システム10が再生用混合器80に代えて再生用混合器100を有している(図示省略)。
(第3の実施形態)
図8(A)には、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システム10(水素燃料供給システム12)を構成する再生用混合器110が軸直角断面図にて示されており、図8(B)には再生用混合器110が側面図にて示されている。すなわち、第3の実施形態では、燃料電池システム10が再生用混合器80に代えて再生用混合器110を有している(図示省略)。
(第4の実施形態)
図10(A)には、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システム10(水素燃料供給システム12)を構成する再生用混合器110のスワーラ120が側面図にて示されており、図10(B)にはスワーラ120が正面図にて示されている。すなわち、第4の実施形態では、再生用混合器110がスワーラ112に代えてスワーラ120を有して構成されている(図示省略)。
(第5の実施形態)
図11には、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システム130のシステム構成が示されている。この図に示される如く、燃料電池システム130は、切換装置20に代えて切換装置132を備えた水素燃料供給システム134を備えている。切換装置132は、単一の再生用混合器80を備える点で、各反応器18の数に応じた数の再生用混合器80を有する切換装置20とは異なる。以下、具体的に説明する。
(第6の実施形態)
図13には、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システム140のシステム構成が示されている。この図に示される如く、燃料電池システム140は、切換装置20に代えて切換装置142を備えた水素燃料供給システム144を備えている。切換装置142は、単一の再生用混合器80を備える点で、第5の実施形態の切換装置132と共通し、各反応器18の数に応じた数の再生用混合器80を有する切換装置20とは異なる。以下、具体的に説明する。
18 反応器
20 切換装置
70 制御装置
80 再生用混合器
84 再生用ガス入口(再生用ガス供給口)
90 ハウジング
102 旋回付与部(旋回付与手段)
110 再生用混合器
112 スワーラ(旋回促進手段)
120 スワーラ(旋回促進手段)
122 ガイド部
132・142 切換装置
134・144 水素燃料供給システム
Claims (6)
- 供給された原料から水素を含有する燃料ガスを生成する改質工程と、前記改質工程によって低下した温度を供給された再生用ガスを触媒燃焼させて改質可能な温度に上昇させる再生工程とを行うように切り換え可能な反応器と、
前記反応器とは独立して設けられ、それぞれ供給された前記再生用ガスと酸素含有ガスとを混合して再生用混合ガスにする再生用混合器と、
前記反応器に前記原料を供給しつつ前記燃料ガスを排出させる第1の状態と、前記反応器に前記再生用混合器が混合した再生用混合ガスを供給しつつ再生排ガスを排出させる第2の状態とを切り換えるための切換装置と、
前記反応器に前記第1の状態と第2の状態とを交互に生じさせるように前記切換装置を切り換える制御装置と、
を備えた水素燃料供給システム。 - 前記再生用混合器は、前記再生用ガスと酸素含有ガスとが混合される混合室に該再生用ガスを供給するための再生用ガス供給口を複数備えている請求項1記載の水素燃料供給システム。
- 前記再生用混合器は、筒状のハウジング内に形成された前記混合室内の軸線方向一端側に前記酸素含有ガスの入口が配置されると共に、該混合室の軸線方向他端側に前記再生用混合ガスの出口が配置されており、かつ前記複数の再生用ガス供給口が前記ハウジングの外周部に周方向に等間隔に配置されている請求項2記載の水素燃料供給システム。
- 前記再生用混合器は、前記酸素含有ガスが前記混合室を前記ハウジングの軸線廻りに旋回しながら通過するように、該酸素含有ガスの流れに旋回方向の成分を付与する旋回付与手段をさらに備える請求項3記載の水素燃料供給システム。
- 前記再生用混合器は、前記混合室内に配置され前記酸素含有ガスの旋回を促進する旋回促進手段をさらに備える請求項4記載の水素燃料供給システム。
- 前記旋回促進手段は、前記ハウジングの端部に配置され該ハウジングの上流側及び周面側を向くテーパ状に形成されたスワーラの表面に、前記酸素含有ガスを前記旋回方向に案内するガイド部を設けて構成されている請求項5記載の水素燃料供給システム。
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