JP2015216067A - 燃料電池用平板型改質器 - Google Patents
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Abstract
Description
外部改質には、例えば、外部改質器の過大な容積のためにシステムユニットと一体成形するように設計できず、熱伝導の時間が長くて不均等分布になりがちなどの種々の欠点があるものの、工業上の常用改質転化工程は大型設備を使用するのが殆どで、石油のクラッキングにおける副産物として得られる工程がその一例である。
まず、燃料は燃料電池外部に設置する改質器を通して、その内部において炭化水素類改質触媒単体によって水素富化ガスに転換されて燃料電池の空気極(正極)に入り、この混合気体の主要成分である水素と一酸化炭素が正極で酸化物イオンと出会い、電気化学反応によって放出された電子が外部回路に沿って燃料極(負極)に移動する。酸素は負極の表面付近で吸着されて、電子を得て酸化物イオンとなって電解質膜に移動して浸透し、電解質膜と正極と接する面まで入り込んで、そこの反応区で電気化学反応を生じる。
上記基部板と同じ外周形状を備えた隔離板の底面を上記基部板の収容空間の開口側に積層し、隔離板の頂面に設けられる凹んだ収容空間と、隔離板の収容空間の上記基部板の燃料入口の反対側に設けられた隔離板の底面を貫通する燃料導引入口と、
該燃料導引入口の反対側に隔離板の収容空間と隔離されて隔離板の底面を貫通する空気導引出口と、燃料導引入口と同じ側に隔離板の収容空間と隔離されて、隔離板の底面を貫通して別々に設けられた燃料導引出口と空気導引入口とを備える熱伝導用隔離板と、
上記基部板と同じ外周形状を備えた蓋板の底面を上記隔離板の収容空間の開口側に積層し、蓋板の頂面に燃料電池モジュールの表面に取り付けられる接合面と、接合面の一方側に蓋板を貫通して隔離板の燃料導引出口に対応する燃料接続出口と、同じく隔離板の空気導引入口に対応する空気接続入口と、接合面の他方側に蓋板を貫通して隔離板の空気導引出口に対応する空気接続出口と燃料接続入口とを備える熱伝導用蓋板とを有し、かつ、上記燃料入口、燃料出口、燃料導入口、燃料導出口、燃料接続入口、燃料接続出口からなる燃料流路及び、上記空気入口、空気出口、空気導入口、空気導出口、空気接続入口からなる空気流路を有する、ことを特徴とする。
また、ある有効な実施例において、反応温度が800℃を超え、S/C比(水蒸気と一酸化炭素の量論比)が2.0の条件下において、触媒量40gと燃料流量が0.35lpmのメタンとの産物の中に、流量が1.5lpmの水素ガス及び一酸化炭素の混合気体(H2+CO)が含まれていることが分かった。更にこれに対して550時間の性能テストを行って、メタンの転化率は98%以上に維持できることが分かった。
図1によれば、本実施形態に係わる改質器は下から上に配置した順に、熱伝導性材料からなる基部板1、隔離板2、蓋板3からなる平板型改質器である。
基部板1は、平板型熱伝導体であり、その頂面に設けられた凹んだ収容空間11と、該収容空間11の一方側に隔離板2の燃料導引入口に向けて収束させた形状とした収集部111と、前記収容空間11の他方の側に前記基部板1の底面を貫通する燃料入口13と、前記収容空間11を囲む外枠に設けられる突縁12と、前記突縁12の内側の前記燃料入口13と同じ側であって前記収容空間11と隔離されて前記基部板の底面を貫通する空気出口16と、前記基部板1の前記収集部111側に前記突縁12の外側に、別々に設けられて前記収容空間11と隔離された前記基部板1の底面を貫通する燃料出口14と空気入口15と、前記基部板1外縁を垂直に貫通する複数個の取付孔17と、を備える。
更に、過剰な空気は空気導出口56から空気接続出口36、空気導引出口26、及び空気出口16を経て外に流出させられ、過剰な水素と一酸化炭素は燃料導出口54から燃料接続出口34、燃料導引出口24、及び燃料出口14を経て外に流出させられることによって、改質に必要な循環を完成させることができる。
11、21 収容空間
111、211 収集部
12、22 突縁
13 燃料入口
14 燃料出口
15 空気入口
16 空気出口
17、27、37、57 取付孔
2 隔離板
23 燃料導引入口
24 燃料導引出口
25 空気導引入口
26 空気導引出口
3 蓋板
31 接合面
34 燃料接続出口
35 空気接続入口
33 燃料接続入口
36 空気接続出口
5 燃料電池モジュール
53 燃料導入口
54 燃料導出口
55 空気導入口
56 空気導出口
A1〜A0 燃料の流れを示す矢印
B1〜B6 空気の流れを示す矢印
Claims (7)
- 複数個の熱伝導性材料からなる板状部品を積層した構造からなる燃料電池用平板型改質器であって、
その外周形状を燃料電池の外周形状と合致させると共に、該平板型改質器の頂面を燃料電池の表面に取り付ける接合面として燃料電池と接合・分離可能とし、
前記複数個の積層した板状部品の間に触媒単体を配置する収容空間を形成し、
外部から燃料を導入する燃料入口から上記触媒単体を収容した収容空間を経て該空間内で発生させた水素及び一酸化炭素を燃料電池と接合する面の該燃料電池の燃料導入口から燃料電池に導入する燃料接続出口に至る燃料流路及び同じく燃料電池に接する面に設けた燃料接続出口から外部に該燃料を排出する燃料出口に至る燃料流路と、
外部から空気を導入する空気入口から上記燃料電池に接合する面に設けた燃料電池の空気導入口に空気を導入する空気接続入口に至る空気流路及び燃料電池に接する面に設けた燃料電池から排出される空気を受ける空気接続出口から外部に該空気を排出する空気出口に至る空気流路と、
を積層した板状部品を貫通してそれぞれ独立に設けたことを特徴とする燃料電池用平板型改質器。 - 前記平板型改質器の複数個の板状部品は、順に外部から燃料及び空気を導入すると共に燃料電池から燃料及び空気を排出する基部板、隔離板、及び燃料電池に接合される蓋板とから構成され、
上記基部板は、頂面に設けられる凹んだ上記収容空間と、該収容空間の一方側に前記基部板の底面を貫通する燃料入口と、該燃料入口側に前記基部板の収容空間と隔離されて該基部板の底面を貫通する空気出口と、前記基部板の収容空間の他方側に、該基部板の収容空間と隔離されて基部板の底面を貫通する燃料出口と空気入口とを備え
上記隔離板は、その底面を前記基部板の収容空間の開口側に積層し、該隔離板の頂面に設けられる凹んだ上記収容空間と、該隔離板の収容空間にある上記基部板の該燃料入口の反対側に設けられて前記隔離板の底面を貫通する燃料導引入口と、該燃料導引入口の反対側に該隔離板の収容空間と隔離されて該隔離板の底面を貫通する空気導引出口と、該燃料導引入口と同じ側に該隔離板の収容空間と隔離されて、該隔離板の底面を貫通して別々に設けられる燃料導引出口と空気導引入口とを備え
上記蓋板は、その底面を前記隔離板の収容空間の開口側に積層し、該蓋板の頂面に前記燃料電池の表面に取り付けられる接合面と、該接合面の一方側に該蓋板を貫通して前記隔離板の燃料導引出口に対応する燃料接続出口と、前記隔離板の空気導引入口に対応する空気接続入口と、該接合面の他方側に蓋板を貫通して前記隔離板の空気導引出口に対応する空気接続出口と、同じく隔離板の収容空間に開口する燃料接続入口とを備え
これらにより、外部から前記燃料入口、前記燃料導引入口及び前記燃料接続入口を経て燃料が燃料電池に至る燃料流路と、燃料電池から前記燃料接続出口、前記燃料導引出口及び前記燃料出口を経て外部に至る燃料流路、
及び外部から前記空気入口、前記空気導引入口及び前記空気接続入口を経て燃料電池に至る空気流路と、燃料電池から前記空気接続出口、前記空気導引出口、
前記空気出口を経て外部に至る空気流路、を形成したことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用平板型改質器。 - 前記基部板と、前記隔離板と、前記蓋板との接合部に耐熱シリコンシーラントを目塗りして外部と隔離される密封固定状態とし、該耐熱シリコンシーラントを除去することで、前記基部板と、前記隔離板と、前記蓋板との接合を分解したり組立てたりすることを可能としたことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池用平板型改質器。
- 前記基部板、前記隔離板、前記蓋板は各自の周縁の対応する位置に複数個の取付孔を有し、複数個の固定部品を用いて前記取付孔を通して前記基部板と、前記隔離板と、前記蓋板とを接合させることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用平板型改質器。
- 前記燃料電池の周縁に前記平板型改質器の取付孔に対応する位置に複数個の取付孔を備えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池用平板型改質器。
- 前記基部板の収容空間は、前記隔離板の燃料導引入口に対応する部位に該燃料導引入口に向けて収束させた形状とした収集部を有し、前記隔離板の収容空間の蓋板の燃料接続入口に対応する部位に、該燃料接続入口に向けて収束させた形状とした収集部を有することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池用平板型改質器。
- 前記触媒は、Pt/CeO2αAl2O3であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用平板型改質器。
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