JP2008120606A - 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム - Google Patents

改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP2008120606A
JP2008120606A JP2006303227A JP2006303227A JP2008120606A JP 2008120606 A JP2008120606 A JP 2008120606A JP 2006303227 A JP2006303227 A JP 2006303227A JP 2006303227 A JP2006303227 A JP 2006303227A JP 2008120606 A JP2008120606 A JP 2008120606A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reforming
reformer
gas
raw material
reformed gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006303227A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuyuki Tono
和志 東野
Akihiko Komazawa
昭彦 駒沢
Misao Watanabe
操 渡辺
Yoshiji Tokita
義司 時田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Corona Corp
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Corona Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd, Corona Corp filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2006303227A priority Critical patent/JP2008120606A/ja
Priority to PCT/JP2007/071684 priority patent/WO2008056724A1/ja
Priority to TW096142246A priority patent/TW200837007A/zh
Priority to KR1020097011724A priority patent/KR20090086583A/ko
Priority to CA002669752A priority patent/CA2669752A1/en
Priority to CN2007800416509A priority patent/CN101573290B/zh
Priority to US12/514,161 priority patent/US20100040519A1/en
Priority to EP07831415A priority patent/EP2093186A1/en
Publication of JP2008120606A publication Critical patent/JP2008120606A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】簡単な構造で熱効率よく安定して改質処理できる改質器を備えた改質ユニットを提供する。
【解決手段】改質触媒を充填する略環状空間の改質室１５２Ｃを区画する改質容器１５２の軸方向の一端に原料ガスを改質室１５２Ｃに供給する供給管１５３Ａを複数円周上に接続する。供給管１５３Ａ内に略同軸上にそれぞれ嵌挿し一端部が改質室１５２Ｃを貫通して生成した改質ガスが流入可能に戻り管１５３Ｂを開口する状態で配設して二重管構造の二重管部１５３Ｃを複数設ける。改質触媒の充填容積を確保しつつ原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に充填された改質剤によって改質処理する改質器、改質ユニットおよびこの改質器あるいは改質ユニットを備えた燃料電池システムに関する。
従来、例えば、燃料電池システムにおいて、改質剤により供給される原料ガスを改質して水素ガスを生成させる各種改質器が知られている。これら改質器としては、径方向で多重環状に間隙を有する多重管構造で、略中心位置に配設したバーナの燃焼により水蒸気が混合された原料ガスを加熱しつつ改質する構成が採られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
特許文献１に記載のものは、有底円筒状の隔壁内に、同心状に下端近傍に開口を有し上部にバーナが下方流の火炎となる状態に配設された燃焼筒を設け、燃焼筒の内側に鉛直円柱状の第１領域を区画形成し、この第１領域と同心に、第１領域の外周側に位置し燃焼筒の開口を介して連通する環状の第２領域を区画形成している。
第２領域内には、二重管構造で外周側に改質触媒が充填された複数の改質管を、円周上に位置する状態で軸方向に沿って配設している。各改質管の上端部には、外周側が連通する状態で原料ガスマニホールドが連結されている。
第２領域の外周側には、同心で上端部が第２領域に連通する環状の第３領域と、この第３領域の外周側に同心に環状の第４領域を区画形成している。第３領域内には、第２領域を流過するバーナの燃焼ガスにより、供給される水から水蒸気を生じさせる水蒸発管を、第１領域と略同心に螺旋状に配設している。第４領域内には、改質管の内周側に連通する各連通部が接続する改質ガスマニホールドに接続する高温ＣＯ（一酸化炭素）変成触媒が充填された高温ＣＯ変成器、低温ＣＯ変成器、および、選択酸化触媒が充填された第１，第２の選択酸化器を周方向に並ぶ状態に区画形成している。
そして、第１領域から第２領域を介して第３領域に流入したバーナの燃焼ガスにより水蒸発管で生成された水蒸気が混合された原料ガスが、原料ガスマニホールドから各改質管の外周側に流入する。さらに、原料ガスは、第２領域内に流入するバーナの燃焼ガスにより加熱されつつ改質触媒にて改質され、連通管から改質ガスマニホールドを介して高温ＣＯ変成器、低温ＣＯ変成器、第１の選択酸化器、第２の選択酸化器にて処理される構成が採られている。
特許文献２に記載のものは、改質器と、脱硫器や水蒸発器、原燃料気化器、低温シフトコンバータ、選択酸化ＣＯ除去器などの関連機器とを１つのユニット構成とし、真空断熱容器内に配設している。この真空断熱容器の内側空間を、燃焼器の燃焼ガスが流路する。燃焼器の周囲には、内管および外管からなる二重管構造で内管および外管間に原料ガスが流通する改質触媒が充填され改質されたガスを内管内に流通させる改質管が複数配設されている。
特開２００２−１８７７０５号公報 特開２００３−３２７４０５号公報
しかしながら、上記特許文献１または特許文献２に記載のような改質触媒を充填した二重管構造の改質管を用いる従来の構成では、充填される改質触媒の容積に限りがあり、十分な改質処理が得られなくなるおそれがある。また、改質触媒の負荷が高くなり、寿命が短くなるおそれがある。さらに、構造が複雑で改質触媒の交換作業なども煩雑となるおそれがある不都合がある。
特に、燃料電池システムでは、エネルギ効率が重要であり、さらに一般家庭用として小型化や構成を簡略化する際のエネルギ効率の低下の抑制やエネルギ効率のさらなる向上が、より強く要望されている。
本発明の目的は、このような点に鑑みて、簡単な構造で熱効率がよく安定した改質処理が得られる改質器、改質ユニットおよび燃料電池システムを提供する。
本発明に記載の改質器は、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および外側筒状体間に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器と、この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向における一端側に供給する供給管、および、この供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌挿され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口する戻り管を備えた複数の二重管構造の流通部と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、略中心軸上に位置して加熱手段が配設される内側筒状体と、この内側筒状体と径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体との間に改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器を備えている。そして、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質容器の改質室の軸方向における一端側に供給する供給管を改質容器の軸方向の一端に接続するとともに、供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌挿し一端部が改質室を貫通し改質室内の軸方向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管を開口する状態で配設して二重管構造の流通部を構成している。
このことにより、例えば燃料電池で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよく、作業性がよい。さらに、原料ガスを改質室に供給する供給管と、改質室の改質触媒で生成した改質ガスを流通させて回収する戻り管とを、略同軸上とした二重管構造の流通部として構成しているので、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器の一側にまとまる構成となり、例えば改質容器の断熱、他の構成との干渉などが生じにくく、構成の小型化が容易に図れる。また、供給管より供給される原料ガスは、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管の内周側に嵌挿する戻り管を流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。
そして、本発明では、請求項１に記載の改質器であって、前記流通部は、前記供給管および前記戻り管の間に前記原料ガスが流通可能に充填材が充填された構成とすることが好ましい。
この発明では、流通部における供給管および戻り管の間に、原料ガスが流通可能に充填材を充填している。ここで、充填材としては、例えば耐熱性や耐食性を有したステンレスなどの金属やアルミナ粒などの無機材料などが例示できる。
このことにより、供給管を流通する原料ガスと、戻り管を流通する改質ガスとの熱交換効率が向上し、より良好な熱効率が得られる。
また、本発明では、請求項１または請求項２に記載の改質器であって、前記供給管は、一端が前記改質容器の軸方向の一端に接続され、他端が内部に略柱状空間を有し前記原料ガスが流入される原料ガス供給部に接続され、前記戻り管は、他端が前記原料ガス供給部に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記原料ガス供給部を貫通して接続された構成とすることが好ましい。
この発明では、改質容器の軸方向の一端に接続する供給管の他端を、内部に略柱状空間を有し原料ガスが流入される原料ガス供給部に接続している。さらに、改質室の他端側に一端が開口する戻り管の他端を、原料ガス供給部に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部に原料ガス供給部を貫通して接続している。
このことにより、原料ガスの各供給管を介した改質室への流入、および、改質室で改質されて生成された改質ガスの回収が、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガスの流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
さらに、本発明では、請求項３に記載の改質器であって、前記原料ガス供給部および前記改質ガス流出部は、それぞれ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、供給管が接続され原料ガスが供給される原料ガス供給部と、戻り管が接続され改質室で生成された改質ガスが流入される改質ガス流出部とを、それぞれ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成している。
このことにより、略柱状空間を有する原料ガス供給部および改質ガス流出部が略同径で一連に一体形成されることで、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、例えば改質容器の外側筒状体と略同径で一連に形成することで、より構成の簡略化や製造性の向上が図れ、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。
そして、本発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の改質器であって、前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改質触媒が充填されない略環状空間の流入空間部を有した構成とすることが好ましい。
この発明では、流通部の供給管が接続される改質容器の軸方向の一端側内部に、改質触媒が充填されない略環状空間の流入空間部を区画形成している。
このことにより、供給管から改質室内に流入する原料ガスが、略環状空間の流入空間部に一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過することとなり、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質処理が得られる。
また、本発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の改質器であって、前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を有した構成とすることが好ましい。
この発明では、流通部の供給管が接続される改質容器の軸方向の一端側内部に、改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を区画形成している。
このことにより、供給管から改質室内に流入する原料ガスが、略柱状空間の流入空間部に一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過することとなり、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質処理が得られる。
本発明に記載の改質器は、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および外側筒状体間に軸方向の一端側に充填材が充填され他端側に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器と、この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向における一端側に供給する供給管、および、この供給管内に嵌挿され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口する戻り管を複数備えた流通部と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、略中心軸上に位置して加熱手段が配設される内側筒状体と、この内側筒状体と径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体との間に改質触媒および充填材が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器を備えている。そして、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質容器の改質室の軸方向における充填材側となる一端側に供給する供給管を改質容器の軸方向の一端に接続するとともに、供給管内に嵌挿し一端部が改質室を貫通し改質室内の軸方向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管を開口する状態で複数配設して流通部を構成している。
このことにより、例えば燃料電池で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよく、作業性がよい。さらに、原料ガスを改質室に供給する供給管と、改質室の改質触媒で生成した改質ガスを流通させて回収する戻り管とを、供給管に複数嵌挿する構造の流通部として構成しているので、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器の一側にまとまる構成となり、例えば改質容器の断熱、他の構成との干渉などが生じにくく、構成の小型化が容易に図れる。さらに、改質容器内に充填材を充填する構成で、効率よく戻り管を流通する改質ガスとの熱交換効率を向上する構成が、略環状空間の簡単な構成の改質容器で得られ、簡単な構造で製造性の向上が容易に得られ効率よく改質処理できる構成が容易に得られる。また、供給管より供給される原料ガスは、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管の内周側に嵌挿する戻り管を流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。
そして、本発明では、請求項７に記載の改質器であって、前記供給管は、内部に略柱状空間の供給室を区画形成する筒状に形成され、前記戻り管は、他端が前記供給管に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記供給管を貫通して接続された構成とすることが好ましい。
この発明では、改質容器の軸方向の一端に接続する供給管を、内部に略柱状空間の供給室を区画形成した略筒状に形成する。改質室の他端側に一端が開口する戻り管の他端を、供給管に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部に供給管を貫通して接続している。
このことにより、原料ガスの供給管を介した改質室への流入、および、改質室で改質されて生成された改質ガスの回収に、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガスの流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
また、本発明では、請求項８に記載の改質器であって、前記供給管は、前記改質容器の外側筒状体と略同径の筒状で前記外側筒状体に一連に一体形成され、前記改質ガス流出部は、前記供給管と略同径の筒状で前記供給管に一連に一体形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、改質容器の外側筒状体と略同径の筒状で外側筒状体に一連に一体形成される供給管に、戻り管が供給管を介して接続する改質ガス流出部を供給管と略同径の筒状で一連に一体形成している。
このことにより、略筒状の改質容器の外側筒状体と、略柱状空間の筒状の供給管と、戻り管が接続する改質ガス流出部とが一連に一体形成されていることから、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。
さらに、本発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の改質器であって、前記戻り管は、前記改質容器の改質室内の改質触媒が充填された領域で螺旋状に配設された構成とすることが好ましい。
この発明では、改質容器の改質室内の改質触媒が充填された領域で、戻り管を螺旋状に配設している。
このことにより、戻り管を流通する改質ガスと改質触媒との熱交換効率がより向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
本発明に記載の改質ユニットは、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の改質器と、前記改質器の加熱手段の加熱により供給される水から水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、脱硫処理された液体燃料または炭化水素原料ガスに水蒸気を混合して炭化水素原料を含有する原料ガスを生成する水蒸気混合手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の改質器の加熱手段の加熱により、水蒸気生成手段にて供給される水から水蒸気を生成させ、別途脱硫処理した液体燃料または炭化水素原料ガスに、水蒸気生成手段で生成した水蒸気を水蒸気混合手段により混合して炭化水素原料を含有し改質器で改質する原料ガスを生成させるユニット構成としている。
このことにより、改質器で原料ガスを改質処理するための熱が、改質処理するために混合する水蒸気を生成させて混合する構成に有効利用され、より熱効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
そして、本発明では、請求項１１に記載の改質ユニットであって、前記改質器で生成された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ2）に変成するＣＯ変成触媒を充填するＣＯ変成手段と、このＣＯ変成手段で処理された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中に残留するＣＯを除去するＣＯ除去手段と、を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、ＣＯ変成触媒を充填するＣＯ変成手段により請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の改質器で生成した改質ガス中のＣＯをＣＯ2に変成し、このＣＯ変成手段で処理した改質ガス中の残留するＣＯを、ＣＯ除去手段により除去している。
このことにより、改質器で改質した改質ガスがＣＯ変成手段およびＣＯ除去手段で直ちに処理され、例えば燃料電池用の水素ガスとして供給する構成が容易に得られ、ユニット化により家庭用などにも容易に利用でき、小型化が容易に図れる。
さらに、本発明では、請求項１２に記載の改質ユニットであって、前記ＣＯ変成手段および前記ＣＯ除去手段は、少なくともいずれか一方が略環状に形成され、軸方向が略鉛直方向に沿う状態にいずれか一方の内周側にいずれか他方が配設され、前記改質器は、前記ＣＯ変成手段および前記ＣＯ除去手段に対して鉛直方向の上方に位置して前記改質容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態に配設された構成とすることが好ましい。
この発明では、少なくともいずれか一方を略環状に形成して軸方向が略鉛直方向に沿う状態にいずれか一方の内周側にいずれか他方を配設したＣＯ変成手段およびＣＯ除去手段に対して、改質器を鉛直方向の上方に位置し改質容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態に配設している。
このことにより、径方向や高さ方向で大きくなることを抑制しつつユニット構成が容易に得られ、家庭用の小型構成が容易に得られる。
また、本発明では、請求項１２または請求項１３に記載の改質ユニットであって、前記水蒸気生成手段は、前記ＣＯ変成手段および前記ＣＯ除去手段のうちの少なくともいずれか一方の内部に配管され供給される水が流通する流水管を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、供給される水から水蒸気を生成させる水蒸気生成手段として、ＣＯ変成手段およびＣＯ除去手段のうちの少なくともいずれか一方の内部に配管され供給される水が流通する流水管を設けている。
このことにより、戻り管より回収された高温の改質ガスをＣＯ変成手段およびＣＯ除去手段で処理するための温度に冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料または炭化水素原料ガスに混合して原料ガスを調製するための水蒸気を生成するための構成との共有化が得られ、構成のさらなる簡略化および熱効率のさらなる向上が得られる。
さらに、本発明では、請求項１１ないし請求項１４のいずれかに記載の改質ユニットであって、前記水蒸気生成手段は、前記改質器の流通部の外周側に位置して配管され供給される水が流通する水流通管を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、供給される水から水蒸気を生成させる水蒸気生成手段として、改質器の流通部の外周側に位置して配管され供給される水が流通する水流通管を設けている。
このことにより、戻り管より回収された高温の改質ガスを冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料または炭化水素原料ガスに混合して原料ガスを調製するための水蒸気を生成するための構成との共有化が得られ、構成のさらなる簡略化および熱効率のさらなる向上が得られる。さらには、水流通管が断熱材として機能させることも可能となり、ユニット構成のより小型化が容易に得られる。
本発明に記載の燃料電池システムは、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の改質器、または、請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の改質ユニットと、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記改質ユニットで生成された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の改質器、または、請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の改質ユニットで生成した改質ガスと、酸素含有気体供給手段で供給する酸素含有気体とにより、燃料電池にて発電する。
このことにより、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第一実施形態について説明する。
なお、本第一実施形態では、本発明の改質器を有する改質ユニットを備えた燃料電池システムの構成を例示するが、燃料電池システムに利用する構成に限らず、例えば水素ガス製造装置などとして、改質器あるいは改質ユニット単独の構成とするなどしてもよい。また、水蒸気が混合される原料ガスとして、液体燃料を用いる構成を例示するが、液体燃料に限らず、例えば液化石油ガスや都市ガスなどの炭化水素原料ガスを用いて水蒸気を混合し原料ガスを調製する構成など、各種炭化水素原料を利用する構成にも適用できる。さらに、家庭用のシステム構成を例示するが、例えば集合住宅用や各種店舗などに利用される比較的に大型のシステム構成にも適用できる。
図１は、本実施の一形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。なお、図１は、説明の都合上、改質ユニットの構成をそれぞれ別ブロック状に示す。
〔燃料電池システムの構成〕
（全体構成）
図１において、１００は、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００は、例えば液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池２００により発電させるシステムである。
この燃料電池システム１００は、液体燃料１１１、例えば灯油を貯溜する液体燃料貯溜タンク１１０を備えている。ここで、液体燃料１１１としては、灯油に限らず、軽油やナフサなどの各種液体燃料が利用できる。液体燃料貯溜タンク１１０には、液体燃料ポンプ１２１を備え液体燃料１１１を搬送する燃料搬送経路１２０を介して、脱硫器１３０が接続されている。
脱硫器１３０は、液体燃料貯溜タンク１１０から燃料搬送経路１２０を介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１１１を脱硫処理、すなわち液相吸着法により液体燃料１１１中に含有される硫黄化合物を電気ヒータなどにて加熱しつつ吸着除去する。この脱硫器１３０には、水蒸気混合手段としての気化器１４０を介して改質器を備えた改質ユニット３００が接続されている。
脱硫器１３０は、液体燃料貯溜タンク１１０から燃料搬送経路１２０を介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１１１を脱硫処理、すなわち液相吸着法により液体燃料１１１中に含有される硫黄化合物を電気ヒータなどにて加熱しつつ吸着除去する。この脱硫器１３０には、改質ユニット３００が接続されている。
改質ユニット３００は、詳細は後述するが、水蒸気混合手段としての気化器、水蒸気生成手段としての熱交換装置、改質器、ＣＯ変成手段としてのＣＯ変成器およびＣＯ除去手段としてのＣＯ選択酸化器などを備えている。
気化器は、脱硫器１３０に接続され、脱硫処理された液体燃料１１１が流入される。また、気化器には、熱交換装置が接続されている。そして、気化器は、熱交換装置から供給される水蒸気を脱硫器１３０から流出する液体燃料１１１と混合させて気化させ、液体燃料１１１と水蒸気との混合ガスである原料ガスとしての気化液体燃料を生成する。
熱交換装置には、純水１８１を貯留する純水タンク１８０が搬送ポンプ１８２を有した給水経路１８３を介して接続され、純水タンク１８０から純水１８１が供給される。そして、熱交換装置は、供給される純水１８１により改質器から排気される排ガスを冷却させるとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器へ供給させる。なお、純水タンク１８０は、蒸留水などの不純物を含まない純水１８１を貯留し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
なお、気化器および熱交換装置は、詳細は後述するが、改質器と一体構成、すなわち改質ユニット３００として一体のユニット状に組み込まれた構成を例示するが、別構成としてもよい。
改質器は、脱硫され水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。この改質器は、内部に図示しないＲｕ−Ｍｎ系触媒やニッケル触媒などの改質触媒および加熱装置としてのバーナ１５１を備えている。なお、加熱装置としては、バーナ１５１に限らず、例えば電気ヒータなど、各種加熱装置が利用できる。
バーナ１５１は、分岐する燃料搬送経路１２０を介して液体燃料貯溜タンク１１０から液体燃料１１１が供給されるとともに、後述する燃料電池２００から排出される燃料ガスが供給される。そして、バーナ１５１は、送気ブロワ１７０から供給される空気により、液体燃料１１１および燃料ガスを燃焼させ、この燃焼による熱にて気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。
このバーナ１５１の燃焼による高温の排ガスは、熱交換装置１６０に供給され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。
また、改質ユニット３００の改質器には、ＣＯ変成手段としてのＣＯ変成器およびＣＯ除去手段としてのＣＯ選択酸化器が直列状に接続されている。
ＣＯ変成器は、ＣＯ変成触媒が充填され、改質器から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を変成する。
ＣＯ選択酸化器は、ＣＯ選択酸化触媒が充填され、ＣＯ変成器でＣＯを二酸化炭素（ＣＯ2）に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器は、詳細は後述するが、改質器と一体構成、すなわち、改質器と改質ユニット３００として一体のユニット構成を例示するが、別構成としてもよい。また、これらＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
そして、ＣＯ選択酸化器には、燃料電池２００が接続されている。
燃料電池２００は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池２００は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極２０１と、負極２０２と、正極２０１および負極２０２間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極２０１側には、例えば図示しない加湿器などにより適宜加湿された空気が供給され、負極２０２側には改質ユニット３００で生成された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水１８１）が生成されるとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力が発生する。
なお、改質ユニット３００から供給される燃料ガスは、適宜加湿器などを介して加湿されて供給してもよい。また、加湿器としては、例えばシステム構成として独立設置したり、燃料電池２００に内蔵するユニット構成としたりするなど、各種形態で利用できる。
そして、負極２０２側は、上述したように改質器のバーナに接続され、余った水素分をバーナの燃料として供給する。また、正極２０１側には、分離器１８５が接続されている。この分離器１８５には、正極２０１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１８１）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１８５には、純水タンク１８０が接続され、分離した水（純水１８１）を純水タンク１８０へ供給する。
また、燃料電池２００には、冷却装置１８７が設けられている。この冷却装置１８７は、燃料電池２００に付設された熱回収装置１８７Ａが設けられている。この熱回収装置１８７Ａには、ポンプ１８７Ｂおよび熱交換器１８７Ｃを備えた循環経路１８７Ｄを介して純水タンク１８０が接続されている。
この循環経路１８７Ｄは、ポンプ１８７Ｂの駆動により、熱回収装置１８７Ａと純水タンク１８０との間で純水１８１を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池２００を冷却させるとともに熱を回収する。
熱交換器１８７Ｃは、循環され熱回収装置１８７Ａで熱を回収した純水１８１と、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
なお、熱交換器１８７Ｃは、水道水が直接流入されて熱交換する構成のみならず、例えば、燃料電池２００の正極２０１から分離器１８５へ流通する空気と図示しない熱交換装置で熱交換した水道水を純水１８１と熱交換させる構成とするなどしてもよい。
そして、燃料電池システム１００は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料１１１の流量制御、脱硫器１３０の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器のバーナの燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
（改質ユニット）
次に、上述した燃料電池システム１００における改質ユニット３００の構成を詳細に説明する。
図２は、改質ユニットの概略構成を示す概念図である。
改質ユニット３００は、上述したように、気化器、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ選択酸化器、および熱交換装置を備えた一体構成である。
この改質ユニット３００は、図２に示すように、上面を開口する下部ケース３１０と、この下部ケース３１０の上面を覆って着脱可能に取り付けられる上部ケース３２０と、支持台座部３３０と、を備えている。なお、下部ケース３１０および上部ケース３２０は、内面側および外面側のうちの少なくともいずれか一側に断熱材が設けられて外部と断熱される。
下部ケース３１０は、略有底円筒状で上面開口に外方に鍔状に一連に突出する下取付フランジ３１１を有している。この下部ケース３１０は、底面に床面上や図示しないユニットケースの底板上などに載置される載置脚部３１２を有している。また、下部ケース３１０の下部には、改質器１５０のバーナ１５１による燃焼ガスが排気される燃焼ガス排出部３１３が設けられている。なお、この燃焼ガス排出部３１３は、例えば排気ファンを備えた構成や、塵埃などが進入しないようにフィルタを備えた構成などを適用できる。
上部ケース３２０は、略円筒状の大径部３２１を有している。この大径部３２１の軸方向の一端となる上端には、内方に向けて鍔状に一連に突出する段差部３２２が設けられている。さらに、大径部３２１の軸方向の他端となる下端には、外方に向けて鍔状に一連に突出する上取付フランジ３２３が設けられている。また、大径部３２１の段差部３２２の内周縁には、大径部３２１の中心軸上に中心軸が略一致する略円筒状の小径部３２４が一連に設けられている。この小径部３２４の軸方向の一端となる上端には、内方に向けてフランジ状に一連に突出する天板部３２５が設けられている。この天板部３２５には、大径部３２１の中心軸上に中心軸が略一致する略円筒状の加熱部３２６が一連に設けられている。
支持台座部３３０は、下部ケース３１０の下取付フランジ３１１と上部ケース３２０の上取付フランジ３２３との間に狭持され、下取付フランジ３１１および上取付フランジ３２３とともに図示しないボルトおよびナットなどの取付部材にて一連に連結される取付板部３３１を有している。また、支持台座部３３０には、連通孔３３２が複数開口形成され、これら連通孔３３２を介して、互いに取り付けられた上部ケース３２０と下部ケース３１０との各内部が連通する。
上部ケース３２０内には、改質器１５０と、熱交換装置１６０とが配設されている。
改質器１５０は、バーナ１５１と、改質容器１５２と、流通部１５３と、を備えている。
熱交換装置１６０は、二重管構造の熱交換部１６１を備えている。
なお、改質器１５０および熱交換装置１６０は、一体構成すなわち改質ユニット３００として一体のユニット構成を例示するが、別構成としてもよい。
改質器１５０のバーナ１５１は、略円筒状の加熱部３２６における上部ケース３２０の上端より突出する一端である上端部に取り付けられる図示しないバーナ取付台に取り付けられ、加熱部３２６の中心軸上に略位置する状態に配設されている。そして、バーナ１５１は、上述したように、送気ブロワ１７０から供給される空気により、液体燃料１１１および燃料ガスを燃焼させ、改質器１５０を加熱する。
加熱部３２６の内周側には、輻射部３２７が配設されている。この輻射部３２７は、略有底円筒状に形成され、加熱部３２６に対して略同軸上に配設、例えば改質容器１５２の底面となる流入空間部１５２Ｅの端面上に載置される状態に取付固定される。なお、輻射部３２７の底部分は、バーナ１５１の燃焼ガスの一部が流通可能に孔を設けたり、メッシュ状に形成したりしてもよい。
改質器１５０の改質容器１５２は、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂを有し、これら内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂ間に略環状空間の改質室１５２Ｃを区画形成する略環状筒形状に形成され、上部ケース３２０の小径部３２４内に位置する状態で配設されている。なお、改質容器１５２は、単なる円筒形の内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂにて形成される構成に限らず、例えば角筒状や周方向で波形状となる内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂを用いて形成するなど、略環状筒形状の内部空間を形成するいずれの形状に形成できる。
そして、改質容器１５２内には、通気性を有する図示しない改質仕切部材により改質触媒が充填されて改質触媒層１５２Ｄが形成されている。なお、改質仕切部材としては、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構成が適用できる。
また、改質容器１５２の軸方向の一端である下端部には、内部に略円柱状空間を区画形成する略円筒形状の流入空間部１５２Ｅが一体に設けられている。この流入空間部１５２Ｅにより、改質容器１５２は、有底円筒状の内側筒状体１５２Ａと有底円筒状の外側筒状体１５２Ｂとが底部で所定の間隙を介して対向し略円柱状空間を区画形成する状態に略同軸上に位置することで有底環状筒形状に形成される。そして、有底環状筒形状の改質容器１５２の内周側には、加熱室１５２Ｆを区画形成する。そして、改質容器１５２の軸方向の下端には、流通部１５３が一体的に設けられている。
流通部１５３は、改質容器１５２に原料ガスを流入させるとともに、生成した改質ガスを流出すなわち回収するものである。この流通部１５３は、図２および図３に示すように、供給管１５３Ａと、この供給管１５３Ａ内に略同軸上に嵌挿された戻り管１５３Ｂとを有し、改質容器１５２の軸方向の端部である下端に接続されて上部ケースの大径部３２１内に位置する二重管構造の複数の二重管部１５３Ｃを備えている。
供給管１５３Ａの軸方向の一端が改質容器１５２の流入空間部１５２Ｅの外周円近傍、すなわち改質触媒層１５２Ｄに対応する位置に周方向で略等間隔に複数接続されている。戻り管１５３Ｂは、軸方向の一端が改質触媒層１５２Ｄを貫通して改質室１５２Ｃ内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能に開口し、軸方向の他端が供給管１５３Ａから所定量で突出する状態に配設されている。
このように、二重管部１５３Ｃは、軸方向の一端が改質容器１５２の流入空間部１５２Ｅの外周円近傍、すなわち改質触媒層１５２Ｄに対応する位置に周方向で略等間隔に複数接続されている。なお、図３は説明の都合上で二重管部１５３Ｃを１６本接続した構成を示すが、本発明は１６本に限られるものではない。また、二重管部１５３Ｃとしては、３本以上３２本以下で設けることが好ましい。
二重管部１５３Ｃが２本以下では、熱交換率が大幅に低下するとともに、流入する原料ガスが偏流し改質触媒との良好な接触効率が得られなくなり、効率よく良好に改質ガスを生成できなくなるおそれがある。一方、二重管部１５３Ｃが３３本以上では、特に家庭用に用いる小型の改質ユニット３００として構造が複雑となり、製造性が低下するおそれがある。このことにより、二重管部１５３Ｃは、３本以上３２本以下が好ましい。
また、二重管部１５３Ｃには、供給管１５３Ａに接続する原料ガス供給部１５３Ｄと、戻り管１５３Ｂに接続する改質ガス流出部１５３Ｅとが接続されている。
原料ガス供給部１５３Ｄは、内部に略柱状空間を有し、例えば外径寸法が改質器１５０の略外径である外側筒状体１５２Ｂと略同寸法の略円筒形状に形成されている。また、原料ガス供給部１５３Ｄの軸方向の端部である下端面の略中央には、原料ガスが流入される原料流入部１５３Ｄ１が設けられている。
改質ガス流出部１５３Ｅは、内部に略柱状空間を有し、例えば外形寸法が改質容器１５２の外径である外側筒状体１５２Ｂと略同寸法の略円筒形状に形成され、原料ガス供給部１５３Ｄにおける二重管部１５３Ｃに対して反対側の軸方向の端部に一連に一体形成されている。なお、原料ガス供給部１５３Ｄの原料流入部１５３Ｄ１は、改質ガス流出部１５３Ｅを貫通し改質ガス流出部１５３Ｅの下端から突出する状態に設けられている。
そして、二重管部１５３Ｃの供給管１５３Ａは、原料ガス供給部１５３Ｄの軸方向の一端に、流入空間部１５２Ｅを介して改質室１５２Ｃと原料ガス供給部１５３Ｄ内とを連通する状態に接続されている。
また、二重管部１５３Ｃの戻り管１５３Ｂは、原料ガス供給部１５３Ｄを貫通し改質ガス流出部１５３Ｅの原料ガス供給部１５３Ｄに隣接する側の一端に、改質触媒層１５２Ｄの軸方向における上端側の空洞部分となる改質室１５２Ｃと改質ガス流出部１５３Ｅ内とを連通する状態に接続されている。
また、加熱部３２６は、上述したように、改質容器１５２の加熱室１５２Ｆ内に位置して改質容器１５２に対して略同軸上に上部ケース３２０に設けられている。
そして、加熱部３２６の内周側には、輻射部３２７が配設されている。この輻射部３２７は、略有底円筒状に形成され、加熱部３２６に対して略同軸上に配設、例えば改質容器１５２の底面となる流入空間部１５２Ｅの端面上に載置される状態に取付固定される。
熱交換部１６１は、水流通管１６１Ａと、この水流通管１６１Ａを略同軸上に嵌挿する水蒸気生成管１６１Ｂとを有した二重管構造に構成されている。
水流通管１６１Ａは、一端が給水経路１８３の給水管１８３Ａに接続されて純水１８１が流入され、他端が水蒸気生成管１６１Ｂ内で開放する。水蒸気生成管１６１Ｂは、水流通管１６１Ａの他端が開放する一端が閉塞され、他端には一端が気化器１４０に接続される水蒸気供給管１６１Ｃが接続されている。
そして、熱交換部１６１は、流通部１５３の外周側、すなわち複数の二重管部１５３Ｃの配設位置の外周側に螺旋状に上部ケース３２０の大径部３２１に位置して配設されている。
そして、流通部１５３が接続された改質器１５０、および熱交換装置１６０は、支持台座部３３０上に載置固定され、上部ケース３２０内に配設されている。
また、改質器１５０の加熱部３２６に設けられたバーナ１５１の燃焼ガスは、輻射部３２７と加熱部３２６との間を上端側から下端側へ流通し、さらに加熱部３２６と改質容器１５２の内側筒状体１５２Ａとの間を下端側から上端側へ流通する。さらに、燃焼ガスは、改質容器１５２の上端部から外周側である改質容器１５２の外側筒状体１５２Ｂと上部ケース３２０の径小部３２４の内周側を下端側へ流通して径大部３２１に流入し、改質器１５０および熱交換装置１６０を加熱しつつ支持台座部３３０の連通孔３３２を介して下部ケース３１０内に流入する。そして、下部ケース３１０内に流入した燃焼ガスは、下端部の燃焼ガス排出部３１３から排気される。
下部ケース３１０内には、ＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６が配設されている。
ＣＯ変成器１５５は略環状筒形状に形成され、ＣＯ選択酸化器１５６は略中空円柱状に形成され、ＣＯ変成器１５５の内周側に位置してＣＯ選択酸化器１５６が同軸上に位置して配設されている。
ＣＯ変成器１５５は、略円筒状の外筒部１５５Ａと、この外筒部１５５Ａより径小の略円筒状の内筒部１５５Ｂとを有し、内部に環状空間を区画する略環状筒形状に形成されたＣＯ変成容器１５５Ｃを有している。なお、ＣＯ変成容器１５５Ｃは、単なる円筒形の外筒部１５５Ａおよび内筒部１５５Ｂにて形成される構成に限らず、例えば角筒状や周方向で波形状となる外筒部１５５Ａおよび内筒部１５５Ｂを用いて形成するなど、略環状筒形状の内部空間を形成するいずれの形状に形成できる。このＣＯ変成容器１５５Ｃ内には、一対の通気性を有する図示しない変成仕切部材間にＣＯ変成触媒が充填されてＣＯ変成触媒層１５５Ｄが形成されている。なお、変成仕切部材は、改質仕切部材と同様に、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構成が適用できる。
そして、ＣＯ変成容器１５５Ｃの軸方向の一端部には、改質器１５０に接続され改質器１５０から流出する改質ガスを流通する改質ガス流通部１５５Ｅが接続され、内部に改質ガスを流入させる図示しない改質ガス流入部が設けられている。また、ＣＯ変成容器１５５Ｃの軸方向の他端部には、ＣＯ変成触媒層１５５Ｄを流通して処理された改質ガスを外部に排出するシフトガス流通部１５５Ｆが接続されている。このシフトガス流通部１５５Ｆには、一端側が下部ケースの上部から引き出されて送気ブロワ１７０により空気が供給されてＣＯ変成器１５５から流出する改質ガスに空気を供給して混合する空気導入管１５５Ｇの他端が接続されている。
さらに、ＣＯ変成器１５５内には、ＣＯ変成触媒層１５５Ｄを流通して処理される改質ガスと熱交換する水が流通される図示しない流水管としてのＣＯ変成流水管が配設されている。このＣＯ変成流水管の一端は、純水１８１が流通可能な給水連結管１５５Ｈが接続されている。さらに、ＣＯ変成流水管の他端には、気化器１４０に接続される水蒸気供給管１５５Ｉが接続されている。
ＣＯ選択酸化器１５６は、軸方向の両端部が閉塞板１５６Ａにて閉塞された略円筒状の筒状部１５６Ｂを有し、略中空円柱状に形成されている。この筒状部１５６Ｂ内には、この筒状部１５６Ｂの中心軸上に中心軸が略一致する状態に円筒状の仕切筒部１５６Ｃが設けられている。この仕切筒部１５６Ｃは、軸方向の一端側となる上端側が閉塞板１５６Ａの内周面と所定の間隙を介して離間、すなわち仕切筒部１５６Ｃの外周側と内周側とが通気可能に形成されている。また、筒状部１５６Ｂ内には、この筒状部１５６Ｂの中心軸上に中心軸が略一致する状態に流出管部１５６Ｄが設けられている。この流出管部１５６Ｄは、軸方向の一端である上端が閉塞板１５６Ａを貫通して外部に開口し、軸方向の他端側となる下端側が閉塞板１５６Ａと所定の間隙を介して離間、すなわち下端が筒状部１５６Ｂ内に開口し、筒状部１５６Ｂ内に流入したガスを外部に流出可能となっている。この流出管部１５６Ｄには、改質ガス流出管１５６Ｅが接続されている。この改質ガス流出管１５６Ｅは、下部ケース３１０の上部から引き出されて改質ユニット３００外へ改質ガスを流出、すなわち、燃料電池２００へ改質ガスを供給して加湿させる。
そして、ＣＯ選択酸化器１５６内には、仕切筒部１５６Ｃの外周側の環状空間に、軸方向の他端側となる下端側に充填材が充填された充填材層１５６Ｆと、軸方向の一端側となる上端側にＣＯ選択酸化触媒が充填されてＣＯ選択酸化触媒層１５６Ｇとが、図示しない除去仕切板により区画形成されている。さらに、ＣＯ選択酸化器１５６内には、仕切筒部１５６Ｃの内周側の環状空間に、ＣＯ選択酸化触媒が充填されてＣＯ選択酸化触媒層１５６Ｇが、図示しない除去仕切板により区画形成されている。なお、除去仕切板は、改質仕切部材や変成仕切部材と同様に、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構成が適用できる。また、充填材としては、例えばウール状のステンレスなどの金属やアルミナ粒子などの無機材料など、耐食性や耐熱性を有する各種部材が適用できる。
さらに、ＣＯ選択酸化器１５６内には、充填材層１５６ＦおよびＣＯ選択酸化触媒層１５６Ｇを流通して処理される改質ガスと熱交換する水が流通される図示しない流水管としてのＣＯ選択酸化流水管が配設されている。このＣＯ選択酸化流水管の一端は、一端側が給水経路１８３の給水管１８３Ａの他端が接続されている。さらに、ＣＯ選択酸化流水管の他端には、ＣＯ変成流水管に接続される給水連結管１５５Ｈが接続されている。そして、給水管１８３Ａから給水された水は、ＣＯ選択酸化流水管に流入して改質ガスと熱交換により加熱され、給水連結管１５５Ｈを介してＣＯ変成流水管に流入され、さらに加熱されて水蒸気となり、気化器１４０へ供給される。
〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム１００における発電動作について説明する。
まず、制御装置が発電要求に関する信号を取得すると、バーナ１５１に液体燃料１１１および空気を供給して改質器１５０を、例えば７００℃程度まで加熱させる。さらに、制御装置は、搬送ポンプ１８２を駆動させて純水タンク１８０に貯留する純水１８１を給水経路１８３を介して熱交換装置１６０に供給して水蒸気を生成し、気化器１４０へ水蒸気を供給させる。この後、制御装置は、脱硫器１３０の電気ヒータを加熱させるとともに、液体燃料ポンプ１２１を駆動させて液体燃料貯溜タンク１１０から液体燃料１１１を脱硫器１３０へ、例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給する。
この脱硫器１３０へ供給された液体燃料１１１は、脱硫剤容器内に流入し、脱硫剤容器に脱硫触媒が充填されて形成された図示しない脱硫触媒層の断面における流速分布が略均一な状態で加熱されつつ脱硫処理される。そして、脱硫処理された液体燃料１１１は、気化器１４０で熱交換装置１６０から供給される水蒸気と混合されて気化され、改質器１５０へ気化液体燃料として供給される。そして、気化液体燃料は、改質器１５０で水素リッチな燃料ガスに改質され、さらにＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６により、燃料ガス中のＣＯを変成・除去し、例えば加湿器などにて適宜加湿された後、燃料電池２００の負極２０２側に供給される。
そして、負極２０２側に供給された燃料ガスの水素は、例えば加湿器などにて適宜加湿されて燃料電池２００の正極２０１側に供給された空気中の酸素と反応して水を生成するとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力を発生させる。
なお、負極２０２側の余った水素分を含む燃料ガスは、改質器１５０のバーナ１５１に供給されて燃焼される。
〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記第一実施形態の改質器１５０では、略中心軸上に位置してバーナ１５１が配設される内側筒状体１５２Ａと、この内側筒状体１５２Ａと径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体１５２Ｂとの間に改質触媒が充填される略環状空間の改質室１５２Ｃを区画形成する改質容器１５２を備えている。そして、気化器１４０で水蒸気が混合されて気化された炭化水素原料である液体燃料を含有する原料ガスを改質容器１５２の改質室１５２Ｃの軸方向における一端側に供給する供給管１５３Ａを改質容器１５２の軸方向の一端に接続するとともに、供給管１５３Ａ内に略同軸上にそれぞれ嵌挿し一端部が改質室１５２Ｃを貫通し改質室１５２Ｃ内の軸方向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管１５３Ｂを開口する状態で配設して二重管構造の二重管部１５３Ｃを複数備えた流通部１５３を構成している。
このため、例えば燃料電池２００で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよく、作業性を向上できる。さらに、原料ガスを改質室１５２Ｃに供給する供給管１５３Ａと、改質室１５２Ｃの改質触媒で生成した改質ガスを流通させて回収する戻り管１５３Ｂとを、略同軸上とした二重管構造の二重管部１５３Ｃを複数備えた流通部として構成しているので、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器１５２の一側にまとまる構成となり、例えば改質容器１５２の断熱や他の構成との干渉などが生じにくく、改質ユニット３００としての構成の小型化が容易に図れる。また、供給管１５３Ａより供給される原料ガスは、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管１５３Ａの内周側に嵌挿する戻り管１５３Ｂを流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。
そして、改質容器１５２の軸方向の一端に接続する供給管１５３Ａの他端を、内部に略柱状空間を有し原料ガスが流入される原料ガス供給部１５３Ｄに接続している。さらに、改質室１５２Ｃの他端側に一端が開口する戻り管１５３Ｂの他端を、原料ガス供給部１５３Ｄに隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部１５３Ｅに原料ガス供給部１５３Ｄを貫通して接続している。
このため、供給する原料ガスの改質室１５２Ｃへの流入、および、改質室１５２Ｃで改質されて生成された改質ガスの回収が、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガスの流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
また、供給管１５３Ａが接続され原料ガスが供給される原料ガス供給部１５３Ｄと、戻り管１５３Ｂが接続され改質室１５２Ｃで生成された改質ガスが流入される改質ガス流出部１５３Ｅとを、それぞれ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成している。
このため、略柱状空間を有する原料ガス供給部１５３Ｄおよび改質ガス流出部１５３Ｅが略同径で一連に一体形成されることで、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、例えば改質容器１５２の外側筒状体１５２Ｂと略同径で一連に形成することで、より構成の簡略化や製造性の向上が図れ、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。また、一連に形成することで、これら原料ガス供給部１５３Ｄおよび改質ガス流出部１５３Ｅを台座とし流通部１５３を支持脚として改質容器１５２を支持する一体構成にすることも容易にでき、システム構成の構築がより容易にできる。
さらに、原料ガスが供給される原料ガス供給部１５３Ｄの略中央に設けた原料流入部１５３Ｄ１を、改質ガス流出部１５３Ｅを貫通し改質ガス流出部１５３Ｅの下端から突出する状態に設けている。
このため、供給された原料ガスは、原料ガス供給部１５３Ｄ内に流入して周方向へ流通して供給管１５３Ａに流入する状態となり、より偏流無く原料ガスの良好な流通状態が得られる。
そして、流通部１５３の供給管１５３Ａが接続される改質容器１５２の軸方向の一端側内部に、改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部１５２Ｅを区画形成している。
このため、供給管１５３Ａから改質室１５２Ｃ内に流入する原料ガスが、略柱状空間の流入空間部１５２Ｅに一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過することとなり、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質処理が得られる。
また、上記改質器１５０とともに、この改質器１５０のバーナ１５１の加熱により、給水管１８３Ａから供給される水から水蒸気を生成させる熱交換部１６１やＣＯ変成流水管、ＣＯ選択酸化流水管と、別途脱硫処理した液体燃料に生成した水蒸気を混合して気化させ改質器で改質する原料ガスを生成させる気化器１４０とともに、改質ユニット３００としてユニット構成に構築している。
このため、改質器１５０で原料ガスを改質処理するための熱が、改質処理するために混合する水蒸気を生成させて混合する構成に有効利用でき、より熱効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
さらには、ユニット構成として、上記改質器１５０とともに、ＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６をも合わせて組み込んでいる。
このため、改質器１５０で改質した改質ガスがＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６で直ちに処理し、例えば燃料電池２００用の水素ガスとして供給する構成が容易に得られ、ユニット化により家庭用などにも容易に利用でき、小型化が容易に図れる。また、改質ユニット３００は、熱交換部１６１やＣＯ変成流水管、ＣＯ選択酸化流水管と気化器１４０とも合わせたユニット構成としている。このため、より良好な熱効率が容易に得られるとともに、小型化が容易に図れる。
そして、ＣＯ変成器１５５を略環状筒形状に形成して軸方向が略鉛直方向に沿う状態にＣＯ変成器１５５の内周側にＣＯ選択酸化器１５６を配設している。さらに、改質器１５０を鉛直方向の上方に位置させ改質容器１５２の軸方向が略鉛直方向に沿う状態に配設している。
このため、径方向や高さ方向で大きくなることを抑制しつつユニット構成が容易に得られ、家庭用の小型構成が容易に得られる。さらには、改質器１５０の軸方向の一端側となる下端側に、原料ガスを供給する側と生成した改質ガスを回収する側とを設ける、すなわち流通部１５３を設けているので、改質ガスをＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６へ供給する経路である改質ガス流通部１５５Ｅの構築が容易で短縮化でき、さらには改質ガス流通部１５５Ｅの短縮化により熱損失も低減でき、熱効率のさらなる向上が容易に図れる。
また、水蒸気を生成させる構成として、熱交換部１６１のみならず、ＣＯ変成器１５５で熱交換させるＣＯ変成流水管や、ＣＯ選択酸化器１５６で熱交換させるＣＯ選択酸化流水管を設けている。
このため、戻り管１５３Ｂより回収された高温の改質ガスをＣＯ変成やＣＯ除去のために冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料に混合して原料ガスを調製するための水蒸気を生成する構成とを共有化でき、構成のさらなる簡略化および熱効率のさらなる向上が得られる。なお、ＣＯ変成流水管やＣＯ選択酸化流水管を、例えばＣＯ変成器１５５およびＣＯ選択酸化器１５６の外部に配設することで、断熱材として機能させることも可能となり、ユニット構成のより小型化が容易に得られる。
そして、上述した改質器１５０を備えた改質ユニット３００を燃料電池システム１００として利用している。
このため、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第二実施形態について説明する。
なお、本第二実施形態は、上記第一実施形態における流通部１５３を他の形態としたものである。そして、他の構成については、同一であることから、説明を簡略化および省略する。
図４は、本実施の一形態における改質ユニットの概略構成を示す概念図である。
図４において、改質器１５０の改質容器１５２は、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂを有し、これら内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂ間に略環状空間の改質室１５２Ｃを区画形成する略環状筒形状に形成されている。なお、改質容器１５２は、第一実施形態と同様に、単なる円筒形の内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂにて形成される構成に限らず、例えば角筒状や周方向で波形状となる内側筒状体１５２Ａおよび外側筒状体１５２Ｂを用いて形成するなど、略環状筒形状の内部空間を形成するいずれの形状に形成できる。
そして、改質容器１５２内には、通気性を有する図示しない改質仕切部材により、軸方向の一端側である上端側に改質触媒が充填されて改質触媒層１５２Ｄが形成されているとともに、軸方向の他端側である下端側に充填材が充填されて改質充填材層１５２Ｇが形成されている。なお、改質仕切部材としては、上記第一実施形態と同様に、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構成が適用できる。この略環状筒形状の改質容器１５２の軸方向の一端である下端には、流通部１５３が一体的に設けられている。
この流通部１５３は、改質容器１５２に原料ガスを流入させる原料ガス供給部１５３Ｄとしても機能する供給管１５３Ａと、この供給管１５３Ａ内に略同軸上に嵌挿された複数の戻り管１５３Ｂとを有し、改質容器１５２の軸方向の端部である下端に接続されている。
供給管１５３Ａは、第一実施形態の流入空間部１５２Ｅのように、内部に略円柱状空間となる供給室を区画形成する略円筒形状に形成され、改質容器１５２を有底環状筒形状に形成して内周側に加熱室１５２Ｆを形成する。そして、この供給管１５３Ａの軸方向の一端である上端の略中央には、輻射部３２７が載置固定されている。この輻射部３２７は、第一実施形態における輻射部３２７の下端に、同軸上で同径の筒状脚部３２７Ａを一体に有し、この筒状脚部３２７Ａが供給管１５３Ａの端面上に載置される状態に、加熱部３２６に対して略同軸上に配設されている。また、供給管１５３Ａの軸方向の端部である下端面の略中央には、原料ガスが流入される原料流入部１５３Ｄ１が設けられている。
戻り管１５３Ｂは、第一実施の形態と同様に、軸方向の一端が改質触媒層１５２Ｄを貫通して改質室１５２Ｃ内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能に開口し、軸方向の他端が供給管１５３Ａを貫通して改質ガス流出部１５３Ｅに接続されている。なお、この改質ガス流出部１５３Ｅは、第一実施形態における原料ガス供給部１５３Ｄに一連に一体形成される状態と同様に、同径の供給管１５３Ａに一連に一体形成されている。
〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記第二実施形態の改質器１５０では、略中心軸上に位置してバーナ１５１が配設される内側筒状体１５２Ａと、この内側筒状体１５２Ａと径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体１５２Ｂとの間に改質触媒が充填されて形成された改質触媒層１５２Ｄおよび充填材が充填されて形成される改質充填材層１５２Ｇを有する略環状空間の改質室１５２Ｃを区画形成する改質容器１５２を備えている。そして、気化器１４０で水蒸気が混合されて気化された炭化水素原料である液体燃料を含有する原料ガスを改質容器１５２の改質室１５２Ｃの軸方向における改質充填材層１５２Ｇ側となる一端側に供給する供給管１５３Ａを改質容器１５２の軸方向の一端に接続するとともに、供給管１５３Ａ内に嵌挿し一端部が改質室１５２Ｃを貫通し改質室１５２Ｃ内の軸方向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管１５３Ｂを開口する状態で複数配設して流通部１５３を構成している。
このため、例えば燃料電池２００で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できるとともに、略環状空間に改質触媒および充填材を充填すればよく、作業性がよい。さらに、原料ガスを改質室１５２Ｃに供給する供給管１５３Ａと、改質室１５２Ｃの改質触媒で生成した改質ガスを流通させて回収する戻り管１５３Ｂとを、供給管１５３Ａに複数嵌挿する構造の流通部１５３として構成しているので、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器１５２の一側にまとまる構成となり、例えば改質容器１５２の断熱、他の構成との干渉などが生じにくく、構成の小型化が容易に図れる。さらに、改質容器１５２内に充填材を充填する構成で、効率よく戻り管１５３Ｂを流通する改質ガスとの熱交換効率を向上する構成が、略環状空間の簡単な構成の改質容器１５２で得られ、簡単な構造で製造性の向上が容易に得られ効率よく改質処理できる構成が容易に得られる。また、供給管１５３Ａより供給される原料ガスは、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管１５３Ａの内周側に嵌挿する戻り管１５３Ｂを流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。
そして、改質容器１５２の軸方向の一端に接続する供給管１５３Ａを、内部に略柱状空間の供給室を区画形成した略筒状に形成する。改質室１５２Ｃの他端側に一端が開口する戻り管１５３Ｂの他端を、供給管１５３Ａに隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部１５３Ｅに供給管１５３Ａを貫通して接続している。
このため、原料ガスの供給管１５３Ａを介した改質室１５２Ｃへの流入、および、改質室１５２Ｃの改質触媒層１５２Ｄで改質されて生成された改質ガスの回収に、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガスの流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
また、改質容器１５２の外側筒状体１５２Ｂと略同径の筒状で外側筒状体１５２Ｂに一連に一体形成される供給管１５３Ａに、戻り管１５３Ｂが供給管１５３Ａを介して接続する改質ガス流出部１５３Ｅを供給管１５３Ａと略同径の筒状で一連に一体形成している。
このため、略筒状の改質容器１５２の外側筒状体１５２Ｂと、略柱状空間の筒状の供給管１５３Ａと、戻り管１５３Ｂが接続する改質ガス流出部１５３Ｅとが一連に一体形成されていることから、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。
そして、上記第一実施の形態と同様に、改質ユニット３００としてユニット構成としているので、より熱効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
また、燃料電池システム１００として利用しているので、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
すなわち、本発明の改質器１５０としては、上述したように、燃料電池システム１００に利用する形態で説明したが、燃料電池システム１００に利用する例えば水素ガス製造装置などとして、適用してもよい。
また、ユニット構成とせず、改質器１５０単独としてもよい。さらには、ユニット構成としては、上述した各実施形態のように、熱交換装置１６０、気化器１４０、ＣＯ変成器１５５、ＣＯ選択酸化器１５６の全てを組み込む構成に限らず、少なくともいずれかと組み合わせた構成、さらに脱硫器１３０や加湿器１９０などをも組み込む構成などしてもよい。
そして、改質器１５０は、下方に向けて燃焼ガスを噴出する状態にバーナ１５１を配設する構成として説明したが、例えば上方に向けて燃焼ガスを噴出する状態に配設する構成などとしてもよい。さには、バーナ１５１は、１つに限らず、複数設けてもよい。
また、改質するための加熱手段の構成としては、バーナ１５１に限らず、例えばヒータなどを用いるなどしてもよい。
さらに、第一実施形態における流通部１５３の二重管部１５３Ｃとして、供給管１５３Ａと戻り管１５３Ｂとの間に、例えば充填材を充填してもよい。なお、充填材としては、例えばウール状のステンレスなどの金属やアルミナ粒子などの無機材料など、耐食性や耐熱性を有する各種部材が適用できる。
このような充填材を充填する構成では、供給管１５３Ａを流通する原料ガスと、戻り管１５３Ｂを流通する改質ガスとの熱交換効率が向上し、より良好な熱効率が得られる。
そして、第一実施形態における流入空間部１５２Ｅとして、略円柱状空間を有する略円筒形状に形成して説明したが、改質容器１５２の端部に一連に改質触媒が充填されない略環状筒形状に形成してもよい。
一方、第二実施形態において、改質充填材層１５２Ｇの軸方向の端部に略環状筒形状や略円筒形状の流入空間部１５２Ｅなどを設けて中空状態としてもよい。
また、第一実施形態および第二実施形態における戻り管１５３Ｂとして、改質触媒層１５２Ｄ内で改質触媒層１５２Ｄの周方向で螺旋状としてもよい。
この構成によれば、戻り管１５３Ｂを流通する改質ガスと改質触媒との熱交換効率がより向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。
また、螺旋状としては、戻り管１５３Ｂの長手方向となる改質容器１５２の軸方向で螺旋状に形成してもよい。さらには、改質触媒層１５２Ｄの周方向で螺旋状でかつ戻り管１５３Ｂの長手方向でも螺旋状に形成してもよい。
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
本発明は、灯油などの液体燃料や液化石油ガスなどの炭化水素原料ガスなど、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質処理に利用できる。特に、燃料電池システムにおける改質器に利用できる。
本発明に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 前記燃料電池システムにおける第一実施形態の改質ユニットの概略構成を示す概念図である。 前記改質ユニットの改質室を示す平面断面図である。 本発明の第二実施形態に係る改質ユニットの概略構成を示す概念図である。
符号の説明
１００……燃料電池システム
１１１……炭化水素原料である液体燃料
１３０……脱硫器
１４０……水蒸気混合手段としての気化器
１５０……改質器
１５２……改質容器
１５２Ａ…内側筒状体
１５２Ｂ…外側筒状体
１５２Ｃ…改質室
１５２Ｄ…改質触媒層
１５２Ｅ…流入空間部
１５２Ｇ…改質充填材層
１５３……流通部
１５３Ａ…供給管
１５３Ｂ…戻り管
１５３Ｃ…二重管部
１５３Ｄ…原料ガス供給部
１５３Ｅ…改質ガス流出部
１５５……ＣＯ変成手段としてのＣＯ変成器
１５６……ＣＯ除去手段としてのＣＯ選択酸化器
１６０……水蒸気生成手段としての熱交換装置
１６１Ａ…水流通管
２００……燃料電池
２１０……酸素含有気体供給手段としてのブロワ
３００……改質ユニット

Claims (16)

  1. 炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、
    径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および外側筒状体間に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器と、
    この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、
    前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向における一端側に供給する供給管、および、この供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌挿され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口する戻り管を備えた複数の二重管構造の流通部と、
    を具備したことを特徴とした改質器。
  2. 請求項１に記載の改質器であって、
    前記流通部は、前記供給管および前記戻り管の間に前記原料ガスが流通可能に充填材が充填された
    ことを特徴とした改質器。
  3. 請求項１または請求項２に記載の改質器であって、
    前記供給管は、一端が前記改質容器の軸方向の一端に接続され、他端が内部に略柱状空間を有し前記原料ガスが流入される原料ガス供給部に接続され、
    前記戻り管は、他端が前記原料ガス供給部に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記原料ガス供給部を貫通して接続された
    ことを特徴とした改質器。
  4. 請求項３に記載の改質器であって、
    前記原料ガス供給部および前記改質ガス流出部は、それぞれ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成された
    ことを特徴とした改質器。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の改質器であって、
    前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改質触媒が充填されない略環状空間の流入空間部を有した
    ことを特徴とした改質器。
  6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の改質器であって、
    前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を有した
    ことを特徴とした改質器。
  7. 炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、
    径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および外側筒状体間に軸方向の一端側に充填材が充填され他端側に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器と、
    この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、
    前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向における一端側に供給する供給管、および、この供給管内に嵌挿され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口する戻り管を複数備えた流通部と、
    を具備したことを特徴とした改質器。
  8. 請求項７に記載の改質器であって、
    前記供給管は、内部に略柱状空間の供給室を区画形成する筒状に形成され、
    前記戻り管は、他端が前記供給管に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記供給管を貫通して接続された
    ことを特徴とした改質器。
  9. 請求項８に記載の改質器であって、
    前記供給管は、前記改質容器の外側筒状体と略同径の筒状で前記外側筒状体に一連に一体形成され、
    前記改質ガス流出部は、前記供給管と略同径の筒状で前記供給管に一連に一体形成された
    ことを特徴とした改質器。
  10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の改質器であって、
    前記戻り管は、前記改質容器の改質室内の改質触媒が充填された領域で螺旋状に配設された
    ことを特徴とした改質器。
  11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の改質器と、
    前記改質器の加熱手段の加熱により供給される水から水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、
    脱硫処理された液体燃料または炭化水素原料ガスに水蒸気を混合して炭化水素原料を含有する原料ガスを生成する水蒸気混合手段と、
    を具備したことを特徴とした改質ユニット。
  12. 請求項１１に記載の改質ユニットであって、
    前記改質器で生成された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ2）に変成するＣＯ変成触媒を充填するＣＯ変成手段と、
    このＣＯ変成手段で処理された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中に残留するＣＯを除去するＣＯ除去手段と、を具備した
    ことを特徴とした改質ユニット。
  13. 請求項１２に記載の改質ユニットであって、
    前記ＣＯ変成手段および前記ＣＯ除去手段は、少なくともいずれか一方が略環状に形成され、軸方向が略鉛直方向に沿う状態にいずれか一方の内周側にいずれか他方が配設され、
    前記改質器は、前記ＣＯ変成手段および前記ＣＯ除去手段に対して鉛直方向の上方に位置して前記改質容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態に配設された
    ことを特徴とした改質ユニット。
  14. 請求項１２または請求項１３に記載の改質ユニットであって、
    前記水蒸気生成手段は、前記ＣＯ変成手段および前記ＣＯ除去手段のうちの少なくともいずれか一方の内部に配管され供給される水が流通する流水管を備えた
    ことを特徴とした改質ユニット。
  15. 請求項１１ないし請求項１４のいずれかに記載の改質ユニットであって、
    前記水蒸気生成手段は、前記改質器の流通部の外周側に位置して配管され供給される水が流通する水流通管を備えた
    ことを特徴とした改質ユニット。
  16. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の改質器、または、請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の改質ユニットと、
    酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
    前記改質ユニットで生成された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
    を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
JP2006303227A 2006-11-08 2006-11-08 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム Withdrawn JP2008120606A (ja)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006303227A JP2008120606A (ja) 2006-11-08 2006-11-08 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム
PCT/JP2007/071684 WO2008056724A1 (fr) 2006-11-08 2007-11-08 Reformeur, unité de reformage et système de pile à combustible
TW096142246A TW200837007A (en) 2006-11-08 2007-11-08 Reformer, reforming unit and fuel cell system
KR1020097011724A KR20090086583A (ko) 2006-11-08 2007-11-08 개질기, 개질 유닛 및 연료 전지 시스템
CA002669752A CA2669752A1 (en) 2006-11-08 2007-11-08 Reformer, reforming unit, and fuel cell system
CN2007800416509A CN101573290B (zh) 2006-11-08 2007-11-08 改质器、改质单元及燃料电池系统
US12/514,161 US20100040519A1 (en) 2006-11-08 2007-11-08 Reformer, reforming unit, and fuel cell system
EP07831415A EP2093186A1 (en) 2006-11-08 2007-11-08 Reformer, reforming unit, and fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006303227A JP2008120606A (ja) 2006-11-08 2006-11-08 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008120606A true JP2008120606A (ja) 2008-05-29

Family

ID=39505767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006303227A Withdrawn JP2008120606A (ja) 2006-11-08 2006-11-08 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2008120606A (ja)
CN (1) CN101573290B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115285939A (zh) * 2022-08-24 2022-11-04 北京石油化工学院 一种生物乙醇自热重整制氢系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4641115B2 (ja) * 2001-03-30 2011-03-02 東京瓦斯株式会社 Ｃｏ除去器
JP4520100B2 (ja) * 2003-03-20 2010-08-04 新日本石油株式会社 水素製造装置および燃料電池システム
EP1712519A4 (en) * 2004-01-30 2009-01-14 Idemitsu Kosan Co REFORMER
WO2005115912A1 (ja) * 2004-05-25 2005-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム
JP4852295B2 (ja) * 2005-10-25 2012-01-11 出光興産株式会社 改質器及び燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115285939A (zh) * 2022-08-24 2022-11-04 北京石油化工学院 一种生物乙醇自热重整制氢系统
CN115285939B (zh) * 2022-08-24 2023-08-22 北京石油化工学院 一种生物乙醇自热重整制氢系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN101573290A (zh) 2009-11-04
CN101573290B (zh) 2012-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004288434A (ja) 水素製造装置および燃料電池システム
WO2008056724A1 (fr) Reformeur, unité de reformage et système de pile à combustible
JP2008120634A (ja) 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム
JP6944349B2 (ja) 水素発生装置
JP2008120604A (ja) 改質器、改質処理方法、改質ユニットおよび燃料電池システム
JP4464230B2 (ja) 改質装置および方法ならびに燃料電池システム
WO2011081094A1 (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP4852295B2 (ja) 改質器及び燃料電池システム
JP2008120606A (ja) 改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム
US20020132147A1 (en) Chambered reactor for fuel processing
JP2004217448A (ja) 水素製造装置および燃料電池システム
JP4712321B2 (ja) 改質器、水素製造システム及び燃料電池システム
WO2011081092A1 (ja) 改質装置、改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2009013022A (ja) 水素分離膜型ｌｐガス改質装置
JP2008189500A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2011136866A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189507A (ja) 改質装置および燃料電池システム
JP2009167059A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189510A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189504A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189503A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189509A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008192434A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189506A (ja) 改質ユニットおよび燃料電池システム
JP2008189499A (ja) 改質ガス製造装置および燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090828

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20120425