JP3027169B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池発電装置に関するものである。
第３図は例えば「リン酸型燃料電池発電技術の将来展
望」第２報,3,2−９頁（通商産業省工業技術院発行MITI
−AIST−MIL−FC−02）に示された従来のリン酸型燃料
電池発電装置のプロセスフローを示す図であり、図にお
いて、（１）は燃料とスチームを反応させて水素を得る
改質器、（２），（３）はこの改質器（１）により改質
されたガス（以下、改質ガスという）と燃料，スチーム
との熱交換を行ない、燃料，スチームの予熱を行なう熱
交換器、（５）は改質ガス中の水素と酸化性ガスとして
の空気より直流電力を得るリン酸型の燃料電池、（６）
は改質器（１）へのスチームと燃料電池（５）を冷却す
るための加圧水を得る水蒸気分離器、（７）は燃料電池
（５）を冷却する冷却水を循環させるポンプ、（８）は
燃料中に含まれる硫黄を除去する脱硫器、（９）は燃料
電池（５）により発生した直流電力を交流電力に変える
直交変換装置、（10）は改質器（１）により改質された
改質ガス中に含まれる一酸化炭素を水素と二酸化炭素に
変える高温CO変成器、（11）はさらに残つた一酸化炭素
を水素と二酸化炭素に変える低温CO変成器、（12），
（13）は高温CO変成器（10）を出たガスを低温CO変成器
（11）に適した温度まで下げる中間冷却器、（14），
（15），（16）は低温CO変成器（11）を出たガスを冷却
する改質ガス冷却器である。
望」第２報,3,2−９頁（通商産業省工業技術院発行MITI
−AIST−MIL−FC−02）に示された従来のリン酸型燃料
電池発電装置のプロセスフローを示す図であり、図にお
いて、（１）は燃料とスチームを反応させて水素を得る
改質器、（２），（３）はこの改質器（１）により改質
されたガス（以下、改質ガスという）と燃料，スチーム
との熱交換を行ない、燃料，スチームの予熱を行なう熱
交換器、（５）は改質ガス中の水素と酸化性ガスとして
の空気より直流電力を得るリン酸型の燃料電池、（６）
は改質器（１）へのスチームと燃料電池（５）を冷却す
るための加圧水を得る水蒸気分離器、（７）は燃料電池
（５）を冷却する冷却水を循環させるポンプ、（８）は
燃料中に含まれる硫黄を除去する脱硫器、（９）は燃料
電池（５）により発生した直流電力を交流電力に変える
直交変換装置、（10）は改質器（１）により改質された
改質ガス中に含まれる一酸化炭素を水素と二酸化炭素に
変える高温CO変成器、（11）はさらに残つた一酸化炭素
を水素と二酸化炭素に変える低温CO変成器、（12），
（13）は高温CO変成器（10）を出たガスを低温CO変成器
（11）に適した温度まで下げる中間冷却器、（14），
（15），（16）は低温CO変成器（11）を出たガスを冷却
する改質ガス冷却器である。
高温CO変成器（10）と低温CO変成器（11）には、反応
を促進するためのCO変成触媒、例えば鉄−クロム系（高
温用）、酸化亜鉛系（低温用）の触媒が保持されてい
る。
を促進するためのCO変成触媒、例えば鉄−クロム系（高
温用）、酸化亜鉛系（低温用）の触媒が保持されてい
る。
次に動作について説明する。改質器（１）はLNGなど
の炭化水素と水蒸気分離器（６）から供給される水蒸気
を原料として水素リツチなガスである改質ガスを作る。
この改質ガス中にはCOがかなり多く含まれており、この
COは燃料電池（５）への触媒毒となる。そのためCO濃度
を低く（１％以下程度）する必要がありCO変成器（1
0），（11）が用いられる。CO変成器（10），（11）内
の反応は CO＋H2O→CO2＋H2 …（１） で表わされる発熱反応であり、CO濃度を下げると同時に
H2を生成する効果もある。従来のCO変成器（10），（1
1）はドラム形状の断熱形（例えば特開昭59−128201号
公報）であつたため、CO変成器内で発生した熱は、反応
ガス自体の温度上昇となる。低温CO変成触媒の動作温度
範囲が狭いため低温CO変成器内の発熱量を押え、触媒温
度を過度に上昇させぬよう２段に分け、前段の高温CO変
成器（10）でCO濃度を数％程度まで下げ、（12），（1
3）の中間冷却器で温度を下げた後、低温CO変成器（1
1）で更に低濃度へ下げる。
の炭化水素と水蒸気分離器（６）から供給される水蒸気
を原料として水素リツチなガスである改質ガスを作る。
この改質ガス中にはCOがかなり多く含まれており、この
COは燃料電池（５）への触媒毒となる。そのためCO濃度
を低く（１％以下程度）する必要がありCO変成器（1
0），（11）が用いられる。CO変成器（10），（11）内
の反応は CO＋H2O→CO2＋H2 …（１） で表わされる発熱反応であり、CO濃度を下げると同時に
H2を生成する効果もある。従来のCO変成器（10），（1
1）はドラム形状の断熱形（例えば特開昭59−128201号
公報）であつたため、CO変成器内で発生した熱は、反応
ガス自体の温度上昇となる。低温CO変成触媒の動作温度
範囲が狭いため低温CO変成器内の発熱量を押え、触媒温
度を過度に上昇させぬよう２段に分け、前段の高温CO変
成器（10）でCO濃度を数％程度まで下げ、（12），（1
3）の中間冷却器で温度を下げた後、低温CO変成器（1
1）で更に低濃度へ下げる。
CO変成器（11）を出た改質ガスは改質ガス冷却器（1
4），（15），（16）によつて燃料電池（５）の燃料極
（5a）に適した温度まで下げられた後燃料極（5a）へ供
給される。燃料電池（５）の反応熱は水蒸気分離器
（６）よりの加圧水により除去されこの熱の一部は、改
質器（１）へ供給する水蒸気を加圧水から生成するため
に用いられる。
4），（15），（16）によつて燃料電池（５）の燃料極
（5a）に適した温度まで下げられた後燃料極（5a）へ供
給される。燃料電池（５）の反応熱は水蒸気分離器
（６）よりの加圧水により除去されこの熱の一部は、改
質器（１）へ供給する水蒸気を加圧水から生成するため
に用いられる。
上述した２段構成のCO変成器は、CO変成触媒の動作温
度が続く、動作温度以上になると触媒活性がなくなると
いうこと、更に断熱型反応器であるため反応にあずかる
触媒温度の一部のみが温度上昇するという制限を考慮し
ているものである。
度が続く、動作温度以上になると触媒活性がなくなると
いうこと、更に断熱型反応器であるため反応にあずかる
触媒温度の一部のみが温度上昇するという制限を考慮し
ているものである。
即ち、本構成では、CO変成器触媒の反応にあずかる部
分の温度が高くなつて触媒が失活性となる。この時、反
応にあずかる触媒は下流に移動して行く。その結果、CO
変成触媒の寿命が短かくなり、燃料電池（５）へ送る改
質ガス中のCO濃度が上昇する。
分の温度が高くなつて触媒が失活性となる。この時、反
応にあずかる触媒は下流に移動して行く。その結果、CO
変成触媒の寿命が短かくなり、燃料電池（５）へ送る改
質ガス中のCO濃度が上昇する。
〔発明が解決しようとする課題〕 従来の燃料電池発電装置は以上のように構成されてい
たので、CO変成器として高温CO変成器，中間冷却器、低
温CO変成器，改質ガス冷却器の４つの構成要素が必要で
あり、そのため装置が大形となるという欠点があつた。
たので、CO変成器として高温CO変成器，中間冷却器、低
温CO変成器，改質ガス冷却器の４つの構成要素が必要で
あり、そのため装置が大形となるという欠点があつた。
更に、ドラム型形状であるため、触媒温度が上昇する
ため、触媒寿命が短かく、CO濃度が上昇するという欠点
があつた。
ため、触媒寿命が短かく、CO濃度が上昇するという欠点
があつた。
この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、CO変成器を一段にすることができ、従つて機
器類を減らして装置をコンパクトにすることができ、さ
らに、CO変成触媒の特性を考慮してCO変成反応器として
の長寿命化、更に燃料電池発電装置としての出力安定化
を計ることを目的とする。
たもので、CO変成器を一段にすることができ、従つて機
器類を減らして装置をコンパクトにすることができ、さ
らに、CO変成触媒の特性を考慮してCO変成反応器として
の長寿命化、更に燃料電池発電装置としての出力安定化
を計ることを目的とする。
この発明に係わる燃料電池発電装置は水蒸気分離器に
よつて得られた加圧水を用いてCO変成器の反応熱を除去
するように構成し、かつ、CO変成器入口の改質ガスを電
気ヒータによつて上昇可能としたものである。
よつて得られた加圧水を用いてCO変成器の反応熱を除去
するように構成し、かつ、CO変成器入口の改質ガスを電
気ヒータによつて上昇可能としたものである。
この発明におけるCO変成器は、水蒸気分離器より導か
れた加圧水により、反応熱が除去され、水蒸気分離器よ
りの加圧水に近い温度で反応が進み、触媒温度がほゞ一
定に保たれる。更に、CO変成器入口に設けた電気ヒータ
により、CO変成器入口の改質ガス温度を上昇させ触媒活
性を向上させることができるため、CO変成器触媒温度を
任意に設定できる。これにより燃料電池へ送る改質ガス
中のCO濃度の上昇を防ぐことができる。
れた加圧水により、反応熱が除去され、水蒸気分離器よ
りの加圧水に近い温度で反応が進み、触媒温度がほゞ一
定に保たれる。更に、CO変成器入口に設けた電気ヒータ
により、CO変成器入口の改質ガス温度を上昇させ触媒活
性を向上させることができるため、CO変成器触媒温度を
任意に設定できる。これにより燃料電池へ送る改質ガス
中のCO濃度の上昇を防ぐことができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（１），（２），（３），（５），
（６），（７），（８），（９）は上述した従来装置と
同一である。
１図において、（１），（２），（３），（５），
（６），（７），（８），（９）は上述した従来装置と
同一である。
（４）はCO変成器であり、水蒸気分離器（６）によつ
て得られた加圧水を用いて反応熱を除去するよう構成さ
れ、この実施例では第２図に示すような、いわゆるシエ
ル＆チユーブ型熱交換器の形状をしている。チユーブ
（4a）側には、例えば銅・亜鉛系触媒などの低温CO変成
触媒（41）が充てんされており、入口部は燃料ガス予熱
器（３）の出口と、出口部は燃料電池（５）の燃料極
（5a）の入口部にそれぞれ接続されている。シエル側
（4b）の入口部はポンプ（７）を介して水蒸気分離器
（６）の加圧水部（6a）に接続されており、出口部は水
蒸気分離器（６）の蒸気部（上部）に接続されている。
（17）は改質器（１）より生成し、CO変成器（４）へ導
かれる改質ガス管路上に設けた電気ヒータである。
て得られた加圧水を用いて反応熱を除去するよう構成さ
れ、この実施例では第２図に示すような、いわゆるシエ
ル＆チユーブ型熱交換器の形状をしている。チユーブ
（4a）側には、例えば銅・亜鉛系触媒などの低温CO変成
触媒（41）が充てんされており、入口部は燃料ガス予熱
器（３）の出口と、出口部は燃料電池（５）の燃料極
（5a）の入口部にそれぞれ接続されている。シエル側
（4b）の入口部はポンプ（７）を介して水蒸気分離器
（６）の加圧水部（6a）に接続されており、出口部は水
蒸気分離器（６）の蒸気部（上部）に接続されている。
（17）は改質器（１）より生成し、CO変成器（４）へ導
かれる改質ガス管路上に設けた電気ヒータである。
次に動作について説明する。
改質器（１）は、従来のものと同一である。改質器
（１）を出た水素リツチガス（改質ガス）は熱交換器
（２），（３）により、CO変成器（４）中の低温CO変成
触媒（41）の動作温度（180℃〜280℃）まで降温され
る。CO変成器（４）に入つた改質ガスは従来のものと同
様に（１）式の反応が進み発熱する。水蒸気分離器
（６）の加圧水部（6a）よりポンプ（７）により循環さ
れる加圧水がCO変成器（４）のシエル側（4b）へ導入さ
れ、チユーブ（4a）内で発生した熱が除去され触媒温度
が均一化される。これにより触媒が失活性する温度まで
の差が大きくなり、触媒寿命の向上が計れる。
（１）を出た水素リツチガス（改質ガス）は熱交換器
（２），（３）により、CO変成器（４）中の低温CO変成
触媒（41）の動作温度（180℃〜280℃）まで降温され
る。CO変成器（４）に入つた改質ガスは従来のものと同
様に（１）式の反応が進み発熱する。水蒸気分離器
（６）の加圧水部（6a）よりポンプ（７）により循環さ
れる加圧水がCO変成器（４）のシエル側（4b）へ導入さ
れ、チユーブ（4a）内で発生した熱が除去され触媒温度
が均一化される。これにより触媒が失活性する温度まで
の差が大きくなり、触媒寿命の向上が計れる。
水蒸気分離器（６）の加圧水は、燃料電池用冷却水や
改質器へのスチーム供給源としての役割を持つためその
温度は通常170〜180℃程度であり、低温CO変成触媒（4
1）の動作温度の下限にほゞ等しく、複雑な加圧水の流
量制御を行なわなくても低温CO変成触媒の温度コントロ
ールは容易である。反応熱は加圧水により水蒸気分離器
（６）に導入され、改質器（１）への水蒸気の供給や給
湯や吸収式冷凍器などに利用される。CO変成器（４）を
出た改質ガスは、電池冷却水の温度近くまで冷却されて
いるため、さらに冷却する必要なく燃料電池（５）の燃
料極（5a）へ供給でき、従来型のように電池直前の改質
ガス冷却器も不要である。
改質器へのスチーム供給源としての役割を持つためその
温度は通常170〜180℃程度であり、低温CO変成触媒（4
1）の動作温度の下限にほゞ等しく、複雑な加圧水の流
量制御を行なわなくても低温CO変成触媒の温度コントロ
ールは容易である。反応熱は加圧水により水蒸気分離器
（６）に導入され、改質器（１）への水蒸気の供給や給
湯や吸収式冷凍器などに利用される。CO変成器（４）を
出た改質ガスは、電池冷却水の温度近くまで冷却されて
いるため、さらに冷却する必要なく燃料電池（５）の燃
料極（5a）へ供給でき、従来型のように電池直前の改質
ガス冷却器も不要である。
次に上記のように触媒温度が均一化されたCO変成器
（４）における電気ヒータ（17）を設置した場合の動作
・効果について説明する。
（４）における電気ヒータ（17）を設置した場合の動作
・効果について説明する。
触媒とは、運転によつて活性が低下する、変成触媒の
場合の活性低下は、（１）式よりわかるようにCO変成器
（４）出口の改質ガス中のCO濃度増加となる。このCO
は、燃料電池（５）の触媒に対し触媒毒として作用する
ため、CO濃度の上昇は、燃料電池（５）の電池出力の低
下（同一供給H2ガス流量に対する）を、ひいては、燃料
電池発電装置の出力低下もしくは効率低下となる。
場合の活性低下は、（１）式よりわかるようにCO変成器
（４）出口の改質ガス中のCO濃度増加となる。このCO
は、燃料電池（５）の触媒に対し触媒毒として作用する
ため、CO濃度の上昇は、燃料電池（５）の電池出力の低
下（同一供給H2ガス流量に対する）を、ひいては、燃料
電池発電装置の出力低下もしくは効率低下となる。
変成触媒は、その動作温度を上げれば触媒活性が向上
する。それ故、長時間運転に伴ない活性低下、CO濃度上
昇、装置の出力低下が生じると、段階的に電気ヒータ
（17）を入力し、触媒活性の上昇を行なうことによりCO
濃度を一定に保つことができる。
する。それ故、長時間運転に伴ない活性低下、CO濃度上
昇、装置の出力低下が生じると、段階的に電気ヒータ
（17）を入力し、触媒活性の上昇を行なうことによりCO
濃度を一定に保つことができる。
上記実施例では水蒸気分離器（６）よりの加圧水は、
燃料電池（５）本体の冷却水循環ポンプ（７）の吐出側
よりバイパスして用いたが、もちろん、別途ポンプを設
置しても良い。
燃料電池（５）本体の冷却水循環ポンプ（７）の吐出側
よりバイパスして用いたが、もちろん、別途ポンプを設
置しても良い。
また、CO変成器（４）はシエル＆チユーブ型熱交換器
としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例
えば、うず巻型，プレート型，プレートフイン型等各種
の熱交換器が使用できる。
としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例
えば、うず巻型，プレート型，プレートフイン型等各種
の熱交換器が使用できる。
さらに、シエル＆チユーブ型のチユーブ側に触媒、シ
エル側に加圧水を流す構成としたが、この逆も可能であ
ることは勿論である。
エル側に加圧水を流す構成としたが、この逆も可能であ
ることは勿論である。
電気ヒータ（17）は、配管に巻き付けても良く、又管
内に挿入しても良い。
内に挿入しても良い。
又、電気ヒータの動力源は、燃料電池（５）より直接
得られる直流電力でも、直交変換装置（９）より得られ
る交流電力のいずれでも良い。装置外の商用電力を補機
入力として利用可能なことはいうまでもない。
得られる直流電力でも、直交変換装置（９）より得られ
る交流電力のいずれでも良い。装置外の商用電力を補機
入力として利用可能なことはいうまでもない。
この他種々の変更や変形が可能であることはいうまで
もない。
もない。
以上、説明したように、この発明によれば、水蒸気分
離器によつて得られた加圧水を用いてCO変成器の反応熱
を除去したので１段構成のコンパクトな装置となり、更
に触媒温度が均一化された事、及びCO変成器入口の改質
ガス温度を電気ヒータによつて上昇できるようにしたの
で、触媒入口温度を、活性低下の度合いに応じ上昇させ
ることができる。
離器によつて得られた加圧水を用いてCO変成器の反応熱
を除去したので１段構成のコンパクトな装置となり、更
に触媒温度が均一化された事、及びCO変成器入口の改質
ガス温度を電気ヒータによつて上昇できるようにしたの
で、触媒入口温度を、活性低下の度合いに応じ上昇させ
ることができる。
これらの相乗効果により長期運転中も一定したCO濃度
の改質ガスを燃料電池へ供給でき、発電出力の安定化を
計ることができる。
の改質ガスを燃料電池へ供給でき、発電出力の安定化を
計ることができる。
第１図は、この発明の一実施例による燃料電池発電装置
の要部を示すフロー図、第２図は、上記実施例に用いる
熱交換型のCO変成器を示す概念図であり、（ａ）は正面
断面図、（ｂ）は側面断面図である。第３図は、従来の
燃料電池発電装置の要部を示すフロー図である。 図において、（１）は改質器、（４）はCO変成器、
（５）は燃料電池、（６）は水蒸気分離器、（17）は電
気ヒータである。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示
す。
の要部を示すフロー図、第２図は、上記実施例に用いる
熱交換型のCO変成器を示す概念図であり、（ａ）は正面
断面図、（ｂ）は側面断面図である。第３図は、従来の
燃料電池発電装置の要部を示すフロー図である。 図において、（１）は改質器、（４）はCO変成器、
（５）は燃料電池、（６）は水蒸気分離器、（17）は電
気ヒータである。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示
す。
Claims (1)
- 【請求項１】燃料を受け入れて改質ガスを得る改質器、
この改質器によって得られた改質ガス中の一酸化炭素を
H2Oと反応させるCO変成器、このCO変成器を経た改質ガ
スと酸化性ガスを作用させて電力を得る燃料電池、この
燃料電池を冷却ならびに上記CO変成器の反応熱を除去す
るための加圧水を得ると共に、上記改質器に必要な水蒸
気を得る水蒸気分離器、上記改質器から上記CO変成器に
送られる改質ガス管路に設けられた電気ヒータとを備え
た燃料電池発電装置において、上記CO変成器中の変成触
媒の活性低下が生じると、上記電気ヒータが段階的に入
力されることを特徴とする燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02200701A JP3027169B2 (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02200701A JP3027169B2 (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0487158A JPH0487158A (ja) | 1992-03-19 |
| JP3027169B2 true JP3027169B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=16428797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02200701A Expired - Lifetime JP3027169B2 (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027169B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2971867B1 (ja) | 1998-08-28 | 1999-11-08 | スタンレー電気株式会社 | 表示灯用電球 |
| KR101896316B1 (ko) * | 2015-11-09 | 2018-09-07 | 현대자동차 주식회사 | 연료전지의 성능 검사장치 |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP02200701A patent/JP3027169B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0487158A (ja) | 1992-03-19 |
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