JP2740081B2 - 燃料電池発電装置用co変成器 - Google Patents

燃料電池発電装置用co変成器

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067Heating or cooling the reactor

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置用C
O変成器に係り、特に、改質器からの改質ガス中の一酸
化炭素を水蒸気と反応させる燃料電池発電装置用CO変
成器に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来のりん酸型燃料電池発電装置
の概略構成を示す。図3において、改質器1で燃料と水
蒸気とを反応させて改質ガスが生成される。この改質ガ
スは燃料を予熱するために熱交換器2、3において燃料
との間で熱交換が行われた後、改質ガス中に含まれる一
酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素に変え
るためCO変成器4へ送られる。
【0003】CO変成器4は第1CO変成器10と、中
間冷却器12、13と、第2CO変成器11とから構成
されている。第1CO変成器10において、改質器1か
らの改質ガス中に含まれる一酸化炭素は水蒸気と反応さ
せられて水素と二酸化炭素に変えられて第1改質ガスと
なる。この第1CO変成器10における反応は発熱反応
であるため改質器1から供給される改質ガスの温度に比
べて、第1CO変成器10から排出される第1改質ガス
の温度は上昇している。この第1CO処理ガスは次の第
2CO変成器11へ送られる前に中間冷却器12、13
へ送られて、第2CO変成器11における反応に適する
所定の温度まで冷却され冷却処理ガスとなる。この冷却
処理ガスは第2CO変成器11へ送られる。第2CO変
成器11において、冷却処理ガス中に残っている一酸化
炭素は水蒸気と反応させられて水素と二酸化炭素に変え
られて第2改質ガスとなる。この第2改質ガスは熱交換
器14、15、16を経て、りん酸型燃料電池5へ供給
される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のC
O変成器4は、各々別個独立に構成された第1CO変成
器10、中間冷却器12、13、および第2CO変成器
11から構成されているので、大きくなり、CO変成器
4を組み入れた燃料電池発電装置が大型になるという問
題点があった。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
有する問題を解消し、燃料電池発電装置を小型化するこ
とができるコンパクトな燃料電池発電装置用CO変成器
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による燃料電池発電装置用CO変成器は、密
閉した筒状容器の内部を前記筒状容器の軸方向に沿って
多重筒状に区画することにより、改質器によって燃料か
ら得た改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて第
1CO処理ガスとする第1CO変成器と、冷媒を送って
前記第1CO処理ガスを冷却して冷却処理ガスとする中
間冷却器と、前記冷却処理ガス中の一酸化炭素を水蒸気
と反応させて第2CO処理ガスとする第2CO変成器と
を連通状態に一体のものとして形成したことを特徴とす
る。
【0007】
【作用】燃料電池発電装置用CO変成器を、第1CO変
成器と、中間冷却器と、第2CO変成器とを容器内部を
区画することにより一体のものとして形成したので、コ
ンパクトにすることができ、燃料電池発電装置を小型化
することができる。
【0008】
【実施例】次に図1および図2を参照して本発明による
燃料電池発電装置用CO変成器(一酸化炭素変成器)の
一実施例を詳細に説明する。
【0009】図2に本実施例のCO変成器20を適用し
たりん酸型燃料電池発電装置の概略構成を示す。改質器
1において燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを生成
する。改質器1からの改質ガスはCO変成器20の動作
温度まで冷却するため、熱交換器2、3へ送られ、熱交
換器2、3において燃料との間で熱交換が行われる。熱
交換器2、3で冷却された改質ガスはCO変成器20へ
送られる。CO変成器20において改質ガス中に含まれ
る一酸化炭素と水蒸気の反応を行って水素と二酸化炭素
に変える。CO変成器20から排出される改質ガスは燃
料電池5の燃料極5aへ供給され、空気極5bへ供給さ
れた酸化性ガスとの間で化学反応し、電力が生成され
る。なお、図2において符号6は水蒸気分離器、符号8
は脱硫器、符合9は直流交流変換装置を各々示す。
【0010】次に図1を参照して本実施例のCO変成器
20を詳細に説明する。なお、周知の部分については説
明を省略する。
【0011】図1に示すように、改質器1によって燃料
から得られた改質ガス19中の一酸化炭素を水蒸気と反
応させて第1CO処理ガス19aとする第1CO変成器
21と、第1CO処理ガス19aを冷却して冷却処理ガ
ス19bとする中間冷却器22と、冷却処理ガス19b
中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて第2CO処理ガス
19cとする第2CO変成器23とが容器24内部を区
画することにより一体に形成されている。
【0012】この容器24は円筒状の胴板24aと天板
24bと底板24cとから形成されている。容器24内
の中心部には円筒状の内筒25が底板24cから立設さ
れて天板24bまで伸び、この内筒25と天板24bと
底板24cとによって第1CO変成器21が形成され
る。天板24bにはガス入口21aが設けられており、
容器24外からガス入口21aを介して改質ガスが送ら
れる。底板24c近傍の内筒25の下部には第1CO変
成器21と中間冷却器22とを連通する多数の小さな開
口25aが設けられている。
【0013】また、内筒25の外側には間隔をおいて外
筒26が底板24cから立設されている。外筒26の上
端部と天板24bとの間には、中間冷却器22と第2C
O変成器23とを連通する開口27が形成されている。
【0014】内筒25と外筒26との間が中間冷却器2
2となっている。つまり、内筒25と外筒26とによっ
て挟まれた空間には、冷却水28を流通するための伝熱
管29の巻装部29cが螺旋状に巻装されている。伝熱
管29の入口端29aは胴板24aの上部に設けられて
おり接続管を介して巻装部29cに接続され、出口端2
9bは胴板24aの下部に設けられており接続管を介し
て巻装部29cに接続されている。
【0015】また、第2CO変成器23は胴板24a、
外筒26、天板24bおよび底板24cによって区画形
成されている。胴板24aの外側下部には第2CO処理
ガス19cを排出するための改質ガス出口ダクト30が
設けられている。
【0016】第1CO変成器21内の開口25aのすぐ
上部にはセラミックボールが充填されてなる触媒サポー
ト31が設けられている。触媒サポート31上には規定
量の触媒が充填され第1CO変成器触媒床33が形成さ
れている。第1CO変成器触媒床33の上には触媒サポ
ート32が設けられている。
【0017】また、第2CO変成器23内には、改質ガ
ス出口ダクト30の接続口のすぐ上部に触媒サポート3
4が設けられ、触媒サポート34の上には規定量の触媒
が充填され第2CO変成器触媒床36が形成されてい
る。第2CO変成器触媒床36の上には触媒サポート3
5が設けられている。
【0018】次に本実施例の作用について説明する。熱
交換器3を通った改質ガス19は、ガス入口21aから
第1CO変成器21へ入れられる。
【0019】この改質ガス19は第1CO変成器触媒床
33内で触媒の下で発熱反応し、改質ガス19内の一酸
化炭素は改質ガス19内の水蒸気と式(1)に示す反応
式に従って反応し二酸化炭素と水素になる。
【0020】 CO+H2 O → CO2 +H2 (1) そして改質ガス19は第1CO変成器21を通過して約
240℃の温度の第1CO処理ガス19aとなり、開口
25aから中間冷却器22へ入る。
【0021】中間冷却器22では、ポンプ7により約1
75℃の温度の冷却水が伝熱管29へ圧送される。伝熱
管29を通過した冷却水は水蒸気分離器6へ戻る。中間
冷却器22の冷却能力は冷却水の温度や伝熱管29の長
さで決められ、この冷却能力は改質ガス出口ダクト30
から排出される第2CO処理ガス19cが所定の温度に
なるように調節される。
【0022】一方、第1CO処理ガス19aは中間冷却
器22を上方へ通過して約180℃〜190℃の温度の
冷却処理ガス19bとなり、開口27から第2CO変成
器23へ入る。冷却処理ガス19bは第2CO変成器触
媒床36内で触媒の下で発熱反応し、冷却処理ガス19
b内に残存する一酸化炭素は式(1)に示す反応式に従
って二酸化炭素と水素になる。
【0023】第1CO処理ガス19aは第2CO変成器
23を通過して約200℃の温度の第2CO処理ガス1
9cとなり、改質ガス出口ダクト30から容器21の外
へ送られる。図3に示した従来の場合と異なり、改質ガ
ス出口ダクト30からの第2CO処理ガス19cは図3
における熱交換器14、15、16を経ることなく、直
接りん酸型燃料電池5へ送られる。
【0024】以上説明したように、本実施例の構成によ
れば、容器24内部を区画することにより、第1CO変
成器21と、中間冷却器22と、第2CO変成器23と
を連通状態に一体のものとして形成したので、りん酸型
燃料電池発電装置用CO変成器20をコンパクトにする
ことができる。また、独立の機器台数を減らすことがで
きるとともに、各機器を接続する配管を削減することが
できる。この結果CO変成器20を組み込む燃料電池発
電装置を小型化することができる。
【0025】また、改質ガス出口ダクト30からの第2
CO処理ガス19cの温度が所定の最適温度になるよう
に中間冷却器22の冷却能力を設定することができるの
で、従来のCO変成器に接続されていた図3における熱
交換器14、15、16を省くことができる。
【0026】なお、本実施例においては第1CO変成器
21を容器24の中央に設け第2CO変成器23を第1
CO変成器21の外側に設けた場合を示したが、本発明
はこれに限らず、第2CO変成器を容器24の中央に設
け第1CO変成器を第2CO変成器の外側に設けてもよ
い。
【0027】また、本実施例においては、容器24の内
部が円筒状の内筒25と外筒26とで同軸に区画された
例を示したが、内筒25と外筒26とが同軸である必要
はない。
【0028】また、本実施例においては、容器24の内
部が円筒状の内筒25と外筒26とで区画された例を示
したが、円筒である必要はなく、例えば直方体で区画し
てもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
容器内部を区画することにより、第1CO変成器と、中
間冷却器と、第2CO変成器とを連通状態に一体のもの
として形成したので、燃料電池発電装置用CO変成器を
コンパクトにすることができる。この結果CO変成器を
組み込む燃料電池発電装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池発電装置用CO変成器の
一実施例の断面図。
【図2】本発明による燃料電池発電装置用CO変成器の
一実施例を組み込む燃料電池発電装置の概略構成を示す
図。
【図3】従来の燃料電池発電装置用CO変成器を組み込
む燃料電池発電装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1 改質器 2 熱交換器 3 熱交換器 4 従来のCO変成器 5 燃料電池 6 水蒸気分離器 7 ポンプ 8 脱硫器 9 直交変換装置 10 第1CO変成器 11 第2CO変成器 12 中間冷却器 13 中間冷却器 14 熱交換器 15 熱交換器 16 熱交換器 19 改質ガス 19a 第1CO処理ガス 19b 冷却処理ガス 19c 第2CO処理ガス 20 CO変成器 21 第1CO変成器 21a ガス入口 22 中間冷却器 23 第2CO変成器 24 容器 24a 胴板24 24b 天板24 24c 底板24 25 内筒 26 外筒 27 開口 28 冷却水 29 伝熱管 29a 入口端 29b 出口端 30 改質ガス出口ダクト 31 触媒サポート 32 触媒サポート 33 第1CO変成器触媒床 34 触媒サポート 35 触媒サポート 36 第2CO変成器触媒床

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】密閉した筒状容器の内部を前記筒状容器の
    軸方向に沿って多重筒状に区画することにより、改質器
    によって燃料から得た改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気
    と反応させて第1CO処理ガスとする第1CO変成器
    と、冷媒を送って前記第1CO処理ガスを冷却して冷却
    処理ガスとする中間冷却器と、前記冷却処理ガス中の一
    酸化炭素を水蒸気と反応させて第2CO処理ガスとする
    第2CO変成器とを連通状態に一体のものとして形成し
    たことを特徴とする燃料電池発電装置用CO変成器。
  2. 【請求項2】前記第1CO変成器と前記第2CO変成器
    のいずれか一方を前記容器の中心部分に区画形成し、他
    方を前記容器内の外側部分に区画形成し、前記第1CO
    変成器および前記第2CO変成器の間に前記中間冷却器
    を区画形成したことを特徴とする請求項1に記載の燃料
    電池発電装置用CO変成器。
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