JP2016149250A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016149250A JP2016149250A JP2015025417A JP2015025417A JP2016149250A JP 2016149250 A JP2016149250 A JP 2016149250A JP 2015025417 A JP2015025417 A JP 2015025417A JP 2015025417 A JP2015025417 A JP 2015025417A JP 2016149250 A JP2016149250 A JP 2016149250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reformer
- catalyst
- gas
- reforming
- cylindrical body
- 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.)
- Pending
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
【課題】セルスタックの起動時昇温性を向上させつつ、改質器内の過昇温状態を回避することができる燃料電池装置を提供する。【解決手段】混合ガス流路内に、改質触媒を有するプレ触媒部208aが設けられており、プレ触媒部208aと改質器208bとの間には、改質触媒が配置されていない緩衝領域が形成されている。【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池装置に関する。
複数のセルからなるセルスタックを有する燃料電池装置として、下記特許文献1に記載のものが知られている。下記特許文献1に記載の燃料電池装置は、セルスタックと、部分酸化改質反応及び水蒸気改質反応によって水素を生成する改質器と、蒸発器と、改質器を加熱する燃焼室と、燃料供給手段と、水供給手段と、発電用酸化剤ガス供給手段と、制御手段と、を備えている。制御手段は、改質器において部分酸化改質反応が発生する前に水を供給し、燃料極でシフト反応が誘発されるように制御している。より具体的には、部分酸化改質反応可能な温度となった時に、水を供給することで部分酸化改質反応をスキップし、オートサーマル改質反応にシフトしている。
上記従来の技術では、部分酸化改質反応可能な温度となった時にオートサーマル改質反応をスタートさせているので、発熱を抑制し、熱暴走の発生を回避している。そのため、燃料投入量を減らすことなく昇温することができ、触媒の劣化を抑制しつつ迅速な起動を可能なものとしている。
しかしながら、最初からオートサーマル改質反応で起動させるために、上記従来の技術では燃焼室に改質器及び蒸発器が配置される構成となっており、燃焼ガスは改質器及び蒸発器と熱交換した後に空気予熱器で熱交換を行っている。セルスタックの昇温は空気予熱器を通過した空気によって行われるため、このような熱交換順序だと空気予熱器で空気に与えられる熱量が少なくなり、セルスタックの昇温性が低下し起動性が悪化する。
そこで、燃焼ガスとの熱交換順序で空気予熱器が蒸発器よりも先に来るように配置し、蒸発器との熱交換順序を後にすれば、空気に与えられる熱量が増え、セルスタックの昇温性が向上し起動性もそれに伴って向上する。一方、この順番で熱交換を行うと、起動時に蒸発器の暖気が遅くなり、当初からオートサーマル改質反応を行うことは難しくなる。従って、部分酸化改質反応で始動することになるが、部分酸化改質反応は発熱反応であるため、改質器の一部で改質触媒が過昇温状態となるおそれがある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルスタックの起動時昇温性を向上させつつ、改質器内の改質触媒が過昇温状態となることを回避することができる燃料電池装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池装置は、水を受け入れる水受入口(201a)及び原料ガスを受け入れる原料ガス受入口(240a)が設けられ、受け入れた水を加熱して水蒸気を発生させ、前記水蒸気と原料ガスとを含む混合ガスを生成する水蒸発器(206)と、前記混合ガスを受け入れ改質触媒内を通過させることで、前記原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスとする改質器(208b)と、前記水蒸発器と前記改質器とを繋ぐ混合ガス流路(207)と、酸化剤ガスを加熱する空気予熱器(311)と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが供給され、電気化学反応によって電力を発生させるセルスタック(CS)と、を備える。前記混合ガス流路内に、前記改質触媒を有するプレ触媒部(208a)が設けられており、前記プレ触媒部と前記改質器との間には、前記改質触媒が配置されていない緩衝領域が形成されている。
本発明では、改質器の上流側にプレ触媒部を設け、改質器とプレ触媒部との間には改質触媒が配置されていない緩衝領域が形成されているので、起動時には改質器においてのみ部分酸化改質反応が行われる。その後昇温が進むとプレ触媒部においても部分酸化改質反応が行われ、緩衝領域を挟んで分散して部分酸化改質反応が行われる。この状態ではある程度混合ガス中の原料ガスが改質されて改質器に供給されるので、改質器にのみ発熱反応が集中することがなく、改質器内の改質触媒が過昇温状態となることを回避することができる。
本発明によれば、セルスタックの起動時昇温性を向上させつつ、改質器内の過昇温状態を回避することができる燃料電池装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図1に示されるように、本発明の第1実施形態に係る燃料電池装置FCは、セルスタックCSと、ケーシング10と、燃料ガス供給部20と、第1空気供給部31と、第2空気供給部32と、燃焼部40と、燃焼ガス排出部50と、を備えている。まず、図1を参照しながら、セルスタックCS及びケーシング10の構成について説明する。
セルスタックCSは、複数の燃料電池セル(不図示)の集合体である。各燃料電池セルは、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)であり、電極として正極(アノードまたは燃料極とも言い、Anとも記す)と負極(カソードまたは空気極とも言い、Caとも記す)と、を有している。複数の燃料電池セルは、全て電気的に直列に接続されている。各燃料電池セルの正極及び負極は、いずれも導電性セラミックスで形成されている。正極と負極との間には、イオン伝導性を有する固体電解質が設けられている。セルスタックCSは、ベースプレートBP上に立設されている。
ケーシング10は、セルスタックCSを収容する筐体であり、第1筒状体101と、第2筒状体102と、第3筒状体103と、第4筒状体104と、第5筒状体105と、下部筒状体108と、を有している。第1筒状体101、第2筒状体102、第3筒状体103、第4筒状体104、第5筒状体105及び下部筒状体108は、いずれも金属製で中心軸周りに略円筒状に形成されており、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。
第1筒状体101は、上端を塞ぐ天板部101aと、円筒状の円筒部101bとを有する。第1筒状体101は、ベースプレートBP上に立設されたセルスタックCSをその内部に収容しており、その下端がベースプレートBP上に当接して固定されている。円筒部101bの下部には、後述する第1空気供給部31の吹出口313が形成されている。
第2筒状体102は、円筒状に形成され、その下端がベースプレートBP上に当接して固定されている。第2筒状体102は、円筒部101bの外側面と所定の距離を保つように、円筒部101bを覆っている。従って、第2筒状体102の内側面と、円筒部101bの外側面との間に隙間が形成されている。この隙間は、後述する空気加熱流路311の第2加熱流路311bとなる。
第3筒状体103は、その上端から下端まで径がほぼ一様の筒状に形成されている。第3筒状体103は、第2筒状体102の外側に配置されている。第3筒状体103は、第2筒状体102の外側面と所定の距離を保つように、その外側面を覆っている。第3筒状体103の内側面と第2筒状体102の外側面との間に隙間が形成されている。この隙間は、後述する燃焼ガス排出流路502の第1排出流路502aとなる。
第4筒状体104は、その下端にフランジ部104aを有する筒状に形成されており、第3筒状体103の外部に配置されている。このフランジ部104aは、ケーシング10の固定に利用される。第4筒状体104は、第3筒状体103の外側面を覆うとともに、その内側面が第3筒状体103の外側面との間に隙間を形成するように配置されている。その隙間は、後述する燃焼ガス排出流路502の第2排出流路502bとなる。第4筒状体104の下部の内部には、円板状の底板104bが配置されている。底板104bは、第4筒状体104の内部を上下に区画している。
第2筒状体102、第3筒状体103及び第4筒状体104のそれぞれの上端部の上方には、円環状の環状内蓋106が配置されている。環状内蓋106は、第2筒状体102の内側面及び第4筒状体104の外側面に対して固定され、第2筒状体102と第4筒状体104との間に形成される空間を覆っている。環状内蓋106は、第3筒状体103上端との間に隙間を空けて配置されることで、第2筒状体102と第3筒状体103との間に形成されている隙間(第1排出流路502a)と、第3筒状体103と第4筒状体104との間に形成されている隙間(第2排出流路502b)と、連通させている。
第5筒状体105は、第4筒状体104の外部に配置され、第4筒状体104の上部の外側を覆っている。第5筒状体105は、その内側面が第4筒状体104の外側面との間に隙間を形成するように配置されている。この隙間は、後述する空気加熱流路311の第1加熱流路311aとなる。第5筒状体105の上端部は、上面蓋107によって覆われている。
下部筒状体108は、第3筒状体103の下部の内部に配置され、その上端がベースプレートBPの下面に当接して固定されている。また、下部筒状体108は、その外側面が第3筒状体103の内側面との間に隙間を形成する隙間を形成するように配置されている。この隙間は、後述する燃焼ガス排出流路502の第1排出流路502aとなる。また、下部筒状体108の下部には、後述する燃焼ガス排出部50の燃焼ガス排出口501が形成されている。
続いて、図1及び図2を参照しながら、燃料ガス供給部20、第1空気供給部31、第2空気供給部32、燃焼部40及び燃焼ガス排出部50の構成について説明する。
燃料ガス供給部20は、水供給管201と、都市ガス供給管240と、改質ユニット202と、燃料ガス供給管203と、脱硫器204と、を有している。
水供給管201は、その内部に水を流す配管である。水供給管201は、ケーシング10の第4筒状体104を貫通し、改質ユニット202まで延びるように形成されている。
都市ガス供給管240は、炭化水素ガスを含む都市ガスをその内部に流す配管である。都市ガスは、都市ガス供給管240の上流において脱硫器204を通過することで、セルスタックCSの電池性能の低下を招く硫黄成分が除去される。都市ガス供給管240は、都市ガスに加えて空気を流すこともできる。都市ガス供給管240は、水供給管201よりも上方の位置でケーシング10の第4筒状体104を貫通し、改質ユニット202まで延びるように形成されている。
改質ユニット202は、第1筒状体101等と同軸の円環状に形成されており、下部筒状体108を囲むように、下部筒状体108と第3筒状体103との間に形成される隙間に配置されている。また、改質ユニット202は、その内周側の側面が下部筒状体108の外側面との間に隙間を形成するとともに、その外周側の側面が第3筒状体103の内側面と当接するように配置されている。
また、改質ユニット202は、その内部に水蒸発器206と、混合ガス流路207と、プレ触媒部208aと、改質器208bと、を有している。改質ユニット202は、水蒸発器206、混合ガス流路207、プレ触媒部208a、及び改質器208bをユニットケーシング205の内部に収めることでユニット化されている。混合ガス流路207は、水蒸発器206と改質器208bとを繋ぐ流路である。混合ガス流路207には、プレ触媒部208aが配置されている。プレ触媒部208aと改質器208bとは緩衝領域が形成されるように離隔配置されている。プレ触媒部208aと水蒸発器206との間には断熱部221が設けられている。
水供給管201及び都市ガス供給管240は、改質ユニット202に接続されている。詳細には、水供給管201及び都市ガス供給管240は、改質ユニット202の水蒸発器206に接続されている。
燃料ガス供給管203は、改質ユニット202に接続され、改質ユニット202から排出される燃料ガスをその内部に流す配管である。燃料ガス供給管203は、改質ユニット202から水平方向に延び、さらに上方のベースプレートBPまで延びるように形成されている。
第1空気供給部31は、空気加熱流路311と、第1空気導入管312と、吹出口313と、を有している。空気加熱流路311は、第1加熱流路311a及び第2加熱流路311bを有している。第1加熱流路311aは、第4筒状体104と第5筒状体105との間に形成された隙間である。第2加熱流路311bは、第1筒状体101と第2筒状体102との間に形成された隙間である。第1空気導入管312は、第5筒状体105の外側面に接続される配管であり、空気加熱流路311の第1加熱流路311aに連通している。吹出口313は、第1筒状体101の下部に、周方向に互いに間隔をあけて複数設けられる貫通孔である。
第2空気供給部32は、第2空気導入管321と、吹出管322と、を有している。第2空気導入管321は、空気をその内部に流す配管であり、ケーシング10の底板104bを貫通して下部筒状体108の内部に延びている。第2空気導入管321は、その上端近傍に螺旋状の螺旋部321aが形成されている。吹出管322は、第2空気導入管321と連通している配管であり、第1筒状体101の内部において、ベースプレートBPから上方に向けて突出するように設けられている。吹出管322は、第2空気導入管321を流れる空気を第1筒状体101の内部に吹き出す。
燃焼部40は、燃焼室401と、バーナー402と、イグナイタ403と、を有している。燃焼室401は、下部筒状体108の内部に形成された空間である。バーナー402は、ベースプレートBPから下方の燃焼室401内に向けて突出し、第2空気導入管321の螺旋部321aに覆われるように設けられている。バーナー402は、セルスタックCSにおける電気化学反応に用いられなかった残余の燃料ガスをその内部に流し、下端から燃焼室401内に供給する。
イグナイタ403は、点火装置であり、ケーシング10の底板104bを貫通して燃焼室401内に臨出するよう設けられている。イグナイタ403は、高電圧が印加されることで火花放電を発生させ、燃焼室401内の燃料ガスに着火して燃焼させる。このような残余の燃料ガスの燃焼により、燃焼室401内で燃焼ガスが発生する。
燃焼ガス排出部50は、燃焼ガス排出口501と、燃焼ガス排出流路502と、燃焼ガス排出管503と、を有している。燃焼ガス排出口501は、下部筒状体108に、周方向に互いに間隔をあけて複数設けられる貫通孔である。燃焼ガス排出流路502は、第1排出流路502a及び第2排出流路502bを有している。
第1排出流路502aは、下部筒状体108と第3筒状体103との間に形成された隙間である。第2排出流路502bは、第3筒状体103と第4筒状体104との間に形成された隙間である。燃焼ガス排出管503は、ケーシング10の第4筒状体104の外側面に接続される配管であり、燃焼ガス排出流路502の第2排出流路502bと連通している。
引き続いて、図1及び図2を参照しながら、以上のように構成された燃料電池装置FCの動作について説明する。
燃料電池装置FCの起動工程の際など、セルスタックCSや改質器208bの温度が低い状態にあるときは、燃料ガス供給部20は、都市ガス及び空気を改質ユニット202に供給する。都市ガス及び空気は、都市ガス供給管240によって改質ユニット202に供給され、まず水蒸発器206に導入される。そして、水蒸発器206を通過した都市ガス及び空気は、混合ガス流路207を通り、プレ触媒部208aを経由して改質器208bに導入される。
改質器208bは、その内部に改質触媒2081が配置されている。改質器208bにおいて、都市ガスに含まれる炭化水素ガスと、空気に含まれる酸素とによる部分酸化改質が行われる。この部分酸化改質により、水素を含む燃料ガスが生成される。部分酸化改質は発熱反応であることから、改質器208bにおいて生成される燃料ガスも高温となる。また、改質ユニット202に接続された燃料ガス供給管203は、その一部が燃焼室401内(下部筒状体108の内部)に配置されているため、燃料ガスは当該部位を流れる際に燃焼ガスによって加熱され、さらに高温となる。このようにして高温となった燃料ガスが、セルスタックCSを構成する燃料電池セルの正極Anに供給されることで、セルスタックCSが加熱されて昇温し、燃料電池装置FCの迅速な起動に寄与する。
一方、第1空気供給部31の第1空気導入管312によってケーシング10内に導入される空気は、図1に示されるように、空気加熱流路311の第1加熱流路311aを上方に流れる。次に、空気は上面蓋107に沿ってその向きをケーシング10の中央側に変え、さらに第2加熱流路311bを下方に流れる。第2加熱流路311bを流れて第1筒状体101の下部に至った空気は、吹出口313から第1筒状体101の内部に向けて吹き出し、セルスタックCSを構成する燃料電池セルの負極Caに供給される。
空気加熱流路311を流れる空気は、高温の燃焼ガスを熱源として加熱され、昇温する。このようにして高温となった空気が燃料電池セルの負極Caに供給されることで、セルスタックCSが加熱されて昇温し、燃料電池装置FCの迅速な起動に寄与する。
また、第2空気供給部32の第2空気導入管321によってケーシング10内に導入される空気は、図1に示されるように、螺旋部321aを上方へと流れる。この空気は、バーナー402の周囲を旋回しながら流れることにより、バーナー402から熱を受けて温度が上昇する。一方、バーナー402は、螺旋部321aを流れる空気に熱を奪われることで、過度に昇温することが抑制される。第2空気導入管321を通過し、温度が上昇した空気は、吹出管322から第1筒状体101の内部に吹き出され、セルスタックCSを構成する燃料電池セルの負極Caに供給される。
セルスタックCSでは、以上のように供給される燃料ガスと空気を用いて電気化学反応を生じさせ、発電を行う。セルスタックCSにおける電気化学反応に用いられなかった残余の燃料ガスは、バーナー402から燃焼室401内に吹き出され、イグナイタ403によって着火されて燃焼する。この燃焼の結果として、燃焼室401内に高温の燃焼ガスが発生する。
燃焼室401内で発生した高温の燃焼ガスは、燃焼ガス排出口501から排出され、燃焼ガス排出流路502の第1排出流路502aに流入する。第1排出流路502aには改質ユニット202が配置されており、燃焼ガスは改質ユニット202の側面に沿って上方に流れる。これにより、高温の燃焼ガスによって改質ユニット202の改質器208bが加熱され、昇温する。
改質ユニット202の側面を通過した第1排出流路502aの燃焼ガスは、空気加熱流路311の第2加熱流路311bを下方に流れる空気と、第2筒状体102を挟んで逆向きに流れる。これにより、第2加熱流路311bを流れる空気は、第2筒状体102を介して高温の燃焼ガスによって加熱され、昇温する。
第1排出流路502aを通過した燃焼ガスは、環状内蓋106に沿って折り返し、次に第2排出流路502bを下方に流れる。第2排出流路502bの燃焼ガスは、空気加熱流路311の第1加熱流路311aを流れる空気と、第4筒状体104を挟んで逆向きに流れる。これにより、第1加熱流路311aを流れる空気は、第4筒状体103を介して高温の燃焼ガスによって加熱され、昇温する。
第2排出流路502bをさらに下方に流れた燃焼ガスは、改質ユニット202の外側面が当接する第3筒状体103の下部に沿って流れる。これにより、改質ユニット202の水蒸発器206は、第3筒状体103を介して高温の燃焼ガスによって加熱され、昇温する。第2排出流路502bを流れ終えた燃焼ガスは、燃焼ガス排出管503を介してケーシング10から排出される。この燃焼ガスは、排熱回収器504(図2参照)を通過することで熱を回収された後に、低温となって排出される。
燃料電池装置FCの運転に伴い、セルスタックCSや改質器208bが所定温度まで昇温した後は、燃料ガス供給部20は、空気に代えて、あるいは空気に加えて、水供給管201に水を流して改質ユニット202に供給する。都市ガスとともに改質ユニット202に供給された供給された水は、まず水蒸発器206に導入される。前述したように水蒸発器206は燃焼ガスによって加熱されて昇温していることから、水蒸発器206に導入された水は加熱されて気化し、水蒸気となる。
水蒸発器206において発生した水蒸気は、都市ガスとともに混合ガス流路207を介して改質器208bに導入される。改質器208bでは、その内部の改質触媒により、水蒸気と、都市ガスに含まれる炭化水素ガスとによる水蒸気改質が行われ、水素を含む燃料ガスが生成される。水蒸気改質は、部分酸化改質に比べて水素の収率が高い改質反応である。水蒸気改質は吸熱反応であるが、前述したように、改質器208bは燃焼ガス排出流路502を流れる高温の燃焼ガスによって加熱されるため、水蒸気改質を安定的に行うことができる。
セルスタックCSや改質器208bが高温となり、燃料電池装置FCがセルスタックCSからの電力の取り出しが可能な発電工程(定常運転)に移行する際は、改質器208bにおける水蒸気改質により水素リッチな燃料ガスを生成可能な状態となっている。これにより、燃料電池装置FCは高効率で発電を行うことが可能となる。
上述したように、燃料電池装置FCは、起動すると部分酸化改質反応(以下、POX反応)からオートサーマル改質反応(以下、ATR反応)を経由して水蒸気改質反応(以下、SR反応)で定常運転を行うように構成されている。起動してからの燃料電池装置FC各部の温度変化を図3に示す。
図3のPOX開始時における、水蒸発器出口から改質器出口までの温度変化を図4に示す。図4に示されるように、POX開始時においては、改質器208b内の温度は入口から出口まで400℃から800℃の間で収まっている。本実施形態の場合、改質触媒の耐熱限界は800℃なので、POX開始時までは改質器208b内の改質触媒が限界温度に達することはない。尚、この改質触媒の耐熱限界温度は一例であって、他の耐熱限界温度の場合にはその耐熱限界温度に適合するように各部を調整する。
続いて、図3のATR開始直前における、水蒸発器出口から改質器出口までの温度変化を図5に示す。図5に示されるように、ATR開始直前では、プレ触媒部208aで最初の温度上昇があり、その後改質器208bの入口付近で再び温度上昇がある。改質器208bの前段に微触媒層であるプレ触媒部208aを設けない場合は、図中破線のような温度変化になり、改質器208bの入口近傍で800℃を超えるような温度まで上昇してしまい、改質触媒の耐熱限界を超えてしまう。一方、微触媒層であるプレ触媒部208aを設けると、改質器208bの入口近傍でも改質触媒の耐熱限界まで温度が上昇することがない。
このメカニズムについて、図6を参照しながら説明する。図6の(A)はPOX開始時の状態を示し、図6の(B)はPOX終了時(ATR開始直前)の状態を示し、図6の(C)はSR時(定常運転時)を示している。
図6の(A)は、改質器208b内の改質触媒がPOX可能な温度まで上昇したら、POX反応をスタートさせる状態を示している。このときプレ触媒部208aは昇温されていないためPOX反応は開始されていない。従って、主に改質器208bの入口付近で発熱反応が行われている。
図6の(B)は、昇温が進みプレ触媒部208aにおいてもPOX反応が始まった状態を示している。この状態では、プレ触媒部208aと改質器208bとの双方で発熱反応であるPOX反応が行われているので、発熱部位が分散していることになる。更に、混合ガス流路207を流れる混合ガスはプレ触媒部208aで一部が改質されて改質器208bに送られるので、改質器208bの入口付近における改質反応量が相対的に低下する。そのため、発熱反応であるPOX反応が改質器208bの入口付近に集中すること無く、熱暴走を抑制することができる。
図6の(C)は、更に昇温が進み水蒸発器206の温度も上昇してSR反応が安定して行われている状態を示している。SR反応は吸熱反応なので、プレ触媒部208aにおいても吸熱反応が行われる。プレ触媒部208aに配置されている改質触媒は、改質器208bに配置されている改質触媒に比べて十分少ないので、プレ触媒部208aにおいて吸熱反応が発生しても、改質器208bから奪う熱は僅かなものであり改質器208bの温度を下げることがなく改質率も低下しない。
上述した本実施形態では、プレ触媒部208aを1箇所にのみ設けたけれども、プレ触媒部の配置態様はこれに限られるものではない。図7に示される第1変形例のように、第1プレ触媒部208a1、第2プレ触媒部208a2、第3プレ触媒部208a3のように、プレ触媒部を分散配置してPOX反応を更に分散させた状態で行ってもよい。
また、図8に示される第2変形例のように、プレ触媒部208aと改質器208bとの間に断熱部221aを設けることも好ましい。このように断熱部221aを配置することで、プレ触媒部208aでの反応の熱的影響が改質器208bに確実に及ばないようにすることができる。
FC:燃料電池装置
CS:セルスタック
201a:水受入口
240a:原料ガス受入口
206:水蒸発器
207:混合ガス流路
208a:プレ触媒部
208b:改質器
311:空気予熱器
CS:セルスタック
201a:水受入口
240a:原料ガス受入口
206:水蒸発器
207:混合ガス流路
208a:プレ触媒部
208b:改質器
311:空気予熱器
Claims (6)
- 燃料電池装置(FC)であって、
水を受け入れる水受入口(201a)及び原料ガスを受け入れる原料ガス受入口(240a)が設けられ、受け入れた水を加熱して水蒸気を発生させ、前記水蒸気と原料ガスとを含む混合ガスを生成する水蒸発器(206)と、
前記混合ガスを受け入れ改質触媒内を通過させることで、前記原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスとする改質器(208b)と、
前記水蒸発器と前記改質器とを繋ぐ混合ガス流路(207)と、
酸化剤ガスを加熱する空気予熱器(311)と、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが供給され、電気化学反応によって電力を発生させるセルスタック(CS)と、を備え、
前記混合ガス流路内に、前記改質触媒を有するプレ触媒部(208a)が設けられており、
前記プレ触媒部と前記改質器との間には、前記改質触媒が配置されていない緩衝領域が形成されていることを特徴とする燃料電池装置。 - 前記プレ触媒部が有する前記改質触媒の量は、前記改質器が有する前記改質触媒の量よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 前記セルスタックを通過した前記燃料ガスを燃焼させる燃焼器を備え、
前記燃焼器において前記燃料ガスが燃焼して生成される燃焼ガスは、前記改質器、前記空気予熱器、前記水蒸発器の順に熱交換するように流れることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池装置。 - 前記改質器と前記水蒸発器とは、前記混合ガス流路を挟んで同一筐体内に配置されていることと特徴とする請求項3に記載の燃料電池装置。
- 前記プレ触媒部と前記改質器との間に断熱部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池装置。
- 前記プレ触媒部が有する前記改質触媒の量は、前記改質器の改質率が、前記プレ触媒部が存在しなかった場合の改質率を下回らない量であることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015025417A JP2016149250A (ja) | 2015-02-12 | 2015-02-12 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015025417A JP2016149250A (ja) | 2015-02-12 | 2015-02-12 | 燃料電池装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016149250A true JP2016149250A (ja) | 2016-08-18 |
Family
ID=56691848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015025417A Pending JP2016149250A (ja) | 2015-02-12 | 2015-02-12 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016149250A (ja) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001266924A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-09-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池システム |
JP2004182497A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Corona Corp | 水素含有ガス製造装置及びその運転方法 |
JP2005276617A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
JP2005293934A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
JP2005314210A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-11-10 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
JP2009013022A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Iwatani Internatl Corp | 水素分離膜型lpガス改質装置 |
JP2010536148A (ja) * | 2007-08-08 | 2010-11-25 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | アノード排気リサイクルシステム |
JP2011507215A (ja) * | 2007-12-17 | 2011-03-03 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 燃料電池による電力発生方法 |
WO2013042314A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | パナソニック株式会社 | 水素含有ガスの生成方法および燃料電池システムの運転方法 |
JP2014201507A (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置及び燃料電池システム |
-
2015
- 2015-02-12 JP JP2015025417A patent/JP2016149250A/ja active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001266924A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-09-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池システム |
JP2004182497A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Corona Corp | 水素含有ガス製造装置及びその運転方法 |
JP2005276617A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
JP2005314210A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-11-10 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
JP2005293934A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
JP2009013022A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Iwatani Internatl Corp | 水素分離膜型lpガス改質装置 |
JP2010536148A (ja) * | 2007-08-08 | 2010-11-25 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | アノード排気リサイクルシステム |
JP2011507215A (ja) * | 2007-12-17 | 2011-03-03 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 燃料電池による電力発生方法 |
WO2013042314A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | パナソニック株式会社 | 水素含有ガスの生成方法および燃料電池システムの運転方法 |
JP2014201507A (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置及び燃料電池システム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6283269B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP5779371B2 (ja) | 燃料電池およびその運転方法 | |
JP6280431B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP6072111B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP4492882B2 (ja) | 二重バーナーを備えた水素生成装置及び駆動方法 | |
JP2004119299A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2003249256A (ja) | 燃料電池 | |
JP2008258104A (ja) | 固体酸化物形燃料電池およびその発電方法 | |
JP2016154067A (ja) | 燃料電池モジュール及びその運転方法 | |
JP7215032B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP6528934B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池装置 | |
JP2011210631A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP2007200709A (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタックおよびその運転方法 | |
JP5548534B2 (ja) | 発電装置 | |
JP2016149250A (ja) | 燃料電池装置 | |
JP6613933B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP6528935B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池装置 | |
JP7033016B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP6331965B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP6229611B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP2009104846A (ja) | 燃料電池モジュール、それを備える燃料電池、及び燃料電池の運転方法 | |
JP6277898B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP2015011885A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2019169256A (ja) | 高温動作型燃料電池システム | |
JP6361468B2 (ja) | 燃料電池装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170619 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180605 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20181127 |