JP3114270B2 - プレート型シフトコンバータ - Google Patents
プレート型シフトコンバータInfo
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- JP3114270B2 JP3114270B2 JP03225383A JP22538391A JP3114270B2 JP 3114270 B2 JP3114270 B2 JP 3114270B2 JP 03225383 A JP03225383 A JP 03225383A JP 22538391 A JP22538391 A JP 22538391A JP 3114270 B2 JP3114270 B2 JP 3114270B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical 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
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は改質器で改質された燃料
ガス中の一酸化炭素ＣＯを低減してリン酸型燃料電池の
電極が被毒されるのを防止するために用いられるシフト
コンバータのうち、プレート型としたシフトコンバータ
に関するものである。
ガス中の一酸化炭素ＣＯを低減してリン酸型燃料電池の
電極が被毒されるのを防止するために用いられるシフト
コンバータのうち、プレート型としたシフトコンバータ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池として知られているも
のに、たとえば、図３に示す如き構造のものがある。す
なわち、電解質としてリン酸水溶液を用いた電解質板１
を各々触媒が担持されている空気極２と燃料極３で両側
からサンドイッチ状に挟んでなるセルをセパレータを介
し多層に積み重ねてスタックとした構成とし、燃料ガス
として水素ガスを燃料極３に供給して、空気極２に空気
を供給すると、燃料極３では水素ガスが入って来ること
により水素が電子を放出し、水素イオン２Ｈ+ になり、
電解質板１を通って空気極２へ移り、一方、電子は空気
極２へ移動し、空気極２で酸素が電子を受け取り、水素
イオン２Ｈ+ と反応して水Ｈ2 Ｏとなり、電極間に直流
の電気が発生する仕組みになっている。
のに、たとえば、図３に示す如き構造のものがある。す
なわち、電解質としてリン酸水溶液を用いた電解質板１
を各々触媒が担持されている空気極２と燃料極３で両側
からサンドイッチ状に挟んでなるセルをセパレータを介
し多層に積み重ねてスタックとした構成とし、燃料ガス
として水素ガスを燃料極３に供給して、空気極２に空気
を供給すると、燃料極３では水素ガスが入って来ること
により水素が電子を放出し、水素イオン２Ｈ+ になり、
電解質板１を通って空気極２へ移り、一方、電子は空気
極２へ移動し、空気極２で酸素が電子を受け取り、水素
イオン２Ｈ+ と反応して水Ｈ2 Ｏとなり、電極間に直流
の電気が発生する仕組みになっている。
【０００３】かかるリン酸型燃料電池を用いた発電装置
では、燃料ガス中のＣＯが電極３の触媒にとって被毒物
質となるので、ＣＯを１％以下に抑えた運転が望ましい
とされている。
では、燃料ガス中のＣＯが電極３の触媒にとって被毒物
質となるので、ＣＯを１％以下に抑えた運転が望ましい
とされている。
【０００４】そのため、従来では、図４に概略を示す如
く、リン酸型燃料電池の燃料極３の入口と、改質原料ガ
スを改質する改質器４との間に、高温用シフト触媒が充
填してある高温用シフトコンバータ５と低温用シフト触
媒が充填してある低温用シフトコンバータ６を設置し、
改質器４で改質されたＣＯを数パーセントから拾数パー
セント含む燃料ガスを高温用シフトコンバータ５から低
温用シフトコンバータ６の順に導いて一酸化炭素ＣＯの
変成を行わせ、ＣＯを１％以下に抑えて燃料極３に導入
させるようにしている。７は冷却部、８は熱交換器、９
は気水分離器である。
く、リン酸型燃料電池の燃料極３の入口と、改質原料ガ
スを改質する改質器４との間に、高温用シフト触媒が充
填してある高温用シフトコンバータ５と低温用シフト触
媒が充填してある低温用シフトコンバータ６を設置し、
改質器４で改質されたＣＯを数パーセントから拾数パー
セント含む燃料ガスを高温用シフトコンバータ５から低
温用シフトコンバータ６の順に導いて一酸化炭素ＣＯの
変成を行わせ、ＣＯを１％以下に抑えて燃料極３に導入
させるようにしている。７は冷却部、８は熱交換器、９
は気水分離器である。
【０００５】上記ＣＯの量とシフトコンバータでの改質
ガス出口温度との関係は図５に示してある如く、ＣＯ濃
度を１％以下に抑えるためには、シフトコンバータから
のガス出口温度を２５０℃以下に下げなければならない
ことになる。そのため、図４に示す如き高温用シフトコ
ンバータ５と低温用シフトコンバータ６を備えている場
合には、改質器４で改質された燃料ガスの温度を高温用
シフトコンバータ５、低温用シフトコンバータ６の順に
下げるようにし、又、低温用シフトコンバータ６のみの
場合は、該低温用シフトコンバータの運転温度まで燃料
ガス温度を下げるための熱交換器を置くようにしてい
る。
ガス出口温度との関係は図５に示してある如く、ＣＯ濃
度を１％以下に抑えるためには、シフトコンバータから
のガス出口温度を２５０℃以下に下げなければならない
ことになる。そのため、図４に示す如き高温用シフトコ
ンバータ５と低温用シフトコンバータ６を備えている場
合には、改質器４で改質された燃料ガスの温度を高温用
シフトコンバータ５、低温用シフトコンバータ６の順に
下げるようにし、又、低温用シフトコンバータ６のみの
場合は、該低温用シフトコンバータの運転温度まで燃料
ガス温度を下げるための熱交換器を置くようにしてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
シフトコンバータは、数パーセントから拾数パーセント
のＣＯを含むガスを発熱反応により変成を行い、発生し
た熱を下げてＣＯが１％以下のガスにするものである
が、容器内で占める伝熱面積が小さく、コンパクト化を
図ることができなかった。
シフトコンバータは、数パーセントから拾数パーセント
のＣＯを含むガスを発熱反応により変成を行い、発生し
た熱を下げてＣＯが１％以下のガスにするものである
が、容器内で占める伝熱面積が小さく、コンパクト化を
図ることができなかった。
【０００７】そこで、本発明は、シフトコンバータとし
てコンパクト化が図れるプレート型シフトコンバータを
提供しようとするものである。
てコンパクト化が図れるプレート型シフトコンバータを
提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、プレート部材の周辺にガスの入口と出口
となる部分を切欠いたマスク枠を設け且つ内側にシフト
触媒を充填したシフト反応部と、プレート部材の周辺に
冷却媒体の入口と出口となる部分を切り欠いたマスク枠
を設け且つ内側に伝熱促進材を配した予熱部とを交互に
積層し、各シフト反応部のガス入口及び出口と、各予熱
部の冷却媒体入口及び出口に、それぞれマニホールドを
取り付けた構成とする。
決するために、プレート部材の周辺にガスの入口と出口
となる部分を切欠いたマスク枠を設け且つ内側にシフト
触媒を充填したシフト反応部と、プレート部材の周辺に
冷却媒体の入口と出口となる部分を切り欠いたマスク枠
を設け且つ内側に伝熱促進材を配した予熱部とを交互に
積層し、各シフト反応部のガス入口及び出口と、各予熱
部の冷却媒体入口及び出口に、それぞれマニホールドを
取り付けた構成とする。
【０００９】
【作用】ＣＯを数パーセントから拾数パーセント含むガ
スがシフト反応部に入口より導入されると、シフト触媒
間を通過することにより発熱反応によりＣＯ変成が行わ
れる。発熱により生じた熱は予熱部を流れる冷却媒体に
より奪われるので、シフト反応部の出口でのガス温度は
下げられ、ＣＯ濃度が１％以下の改質ガスとして取り出
せる。プレート型は単位体積当りの伝熱面積が大きいの
で、コンパクト化が図れる。
スがシフト反応部に入口より導入されると、シフト触媒
間を通過することにより発熱反応によりＣＯ変成が行わ
れる。発熱により生じた熱は予熱部を流れる冷却媒体に
より奪われるので、シフト反応部の出口でのガス温度は
下げられ、ＣＯ濃度が１％以下の改質ガスとして取り出
せる。プレート型は単位体積当りの伝熱面積が大きいの
で、コンパクト化が図れる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１１】図１及び図２は本発明の一実施例を示すも
ので、仕切板として機能するプレート部材１１の周辺
に、マスク枠１２を固定し、該マスク枠１２の相対する
両側に切欠きを設けてガス入口１３とガス出口１４を形
成すると共に、ガス入口１３側とガス出口１４側及び中
央部に、触媒流出防止兼ガス通過用の仕切部材１５，１
６，１７を平行に設け、ガス入口１３側の仕切部材１５
と中央部の仕切部材１７との間に高温用シフト触媒１８
を充填し、又、ガス出口１４側の仕切部材１６と中央部
の仕切部材１７との間に低温用シフト触媒１９を充填
し、更に、中央部の仕切部材１７の両端位置のマスク枠
１２に、触媒交換ポート２０を形成してなるシフト反応
部１０を構成する。又、上記プレート部材１１と同じ大
きさとしてある仕切板として機能するプレート部材１１
の周辺にマスク枠２２を固定し、該マスク枠２２の１つ
のコーナ部と該コーナ部と対角のコーナ部に切欠きを設
けて冷却媒体の入口２３と出口２４とを形成すると共
に、上記シフト反応部１０のガス流れ方向と並行流とな
るように伝熱フィン２５を設置し、入口２３から流入し
た冷却媒体が直角方向に伝熱フィン２５に沿い出口２４
側へ流れるようにした予熱部２１を構成する。
ので、仕切板として機能するプレート部材１１の周辺
に、マスク枠１２を固定し、該マスク枠１２の相対する
両側に切欠きを設けてガス入口１３とガス出口１４を形
成すると共に、ガス入口１３側とガス出口１４側及び中
央部に、触媒流出防止兼ガス通過用の仕切部材１５，１
６，１７を平行に設け、ガス入口１３側の仕切部材１５
と中央部の仕切部材１７との間に高温用シフト触媒１８
を充填し、又、ガス出口１４側の仕切部材１６と中央部
の仕切部材１７との間に低温用シフト触媒１９を充填
し、更に、中央部の仕切部材１７の両端位置のマスク枠
１２に、触媒交換ポート２０を形成してなるシフト反応
部１０を構成する。又、上記プレート部材１１と同じ大
きさとしてある仕切板として機能するプレート部材１１
の周辺にマスク枠２２を固定し、該マスク枠２２の１つ
のコーナ部と該コーナ部と対角のコーナ部に切欠きを設
けて冷却媒体の入口２３と出口２４とを形成すると共
に、上記シフト反応部１０のガス流れ方向と並行流とな
るように伝熱フィン２５を設置し、入口２３から流入し
た冷却媒体が直角方向に伝熱フィン２５に沿い出口２４
側へ流れるようにした予熱部２１を構成する。
【００１２】上記シフト反応部１０と予熱部２１とを交
互に積層して周辺をシールし、各段のシフト反応部１０
へのガス入口１３には改質ガス供給用マニホールド２６
を取り付けると共に、各段のシフト反応部１０へのガス
出口１４には改質ガス排出用マニホールド２７を取り付
け、又、各段の予熱部２１の冷却媒体入口２３には冷却
媒体供給用マニホールド２８を取り付けると共に、各段
の予熱部２１の冷却媒体出口２４には冷却媒体排出用マ
ニホールド２９を取り付け、更に、シフト反応部１０の
触媒交換ポート２０にはシフト触媒交換部３０を外部に
設ける。３１は上部板、３２は下部板である。
互に積層して周辺をシールし、各段のシフト反応部１０
へのガス入口１３には改質ガス供給用マニホールド２６
を取り付けると共に、各段のシフト反応部１０へのガス
出口１４には改質ガス排出用マニホールド２７を取り付
け、又、各段の予熱部２１の冷却媒体入口２３には冷却
媒体供給用マニホールド２８を取り付けると共に、各段
の予熱部２１の冷却媒体出口２４には冷却媒体排出用マ
ニホールド２９を取り付け、更に、シフト反応部１０の
触媒交換ポート２０にはシフト触媒交換部３０を外部に
設ける。３１は上部板、３２は下部板である。
【００１３】改質ガス供給用マニホールド２６に、ＣＯ
が数パーセントから拾数パーセント含まれている改質ガ
スが供給されると、該マニホールド２６から各段のシフ
ト反応部１０へ上記改質ガスが供給される。シフト反応
部１０へ供給された改質ガスは、先ず、高温用シフト触
媒１８が充填されている層内を通る間にＣＯ変成が行わ
れる。
が数パーセントから拾数パーセント含まれている改質ガ
スが供給されると、該マニホールド２６から各段のシフ
ト反応部１０へ上記改質ガスが供給される。シフト反応
部１０へ供給された改質ガスは、先ず、高温用シフト触
媒１８が充填されている層内を通る間にＣＯ変成が行わ
れる。
【００１４】一方、冷却媒体供給用マニホールド２８を
経て冷却媒体が各段の予熱部２１に冷却媒体入口２３か
ら供給され、伝熱フィン２５を介して冷熱がシフト反応
部１０へ均一に伝えられるようにしてあるので、上記高
温用シフト触媒１８の充填層で発熱反応により生じた熱
は約２００℃位まで急速に下げられて改質ガスは低温用
触媒１９の充填層内へ移行し、ここで再び低温用触媒１
９との接触によりＣＯ変成が行われ、ＣＯが１％以下と
なったガスが各シフト反応部１０の出口１４より改質ガ
ス排出用マニホールド２７を経て排出される。一方、予
熱部２１に供給されてシフト反応部１０の熱を急速に下
げるのに供した冷却媒体は、高温になって各予熱部２１
の出口２４より冷却媒体排出用マニホールド２９を経て
排出される。
経て冷却媒体が各段の予熱部２１に冷却媒体入口２３か
ら供給され、伝熱フィン２５を介して冷熱がシフト反応
部１０へ均一に伝えられるようにしてあるので、上記高
温用シフト触媒１８の充填層で発熱反応により生じた熱
は約２００℃位まで急速に下げられて改質ガスは低温用
触媒１９の充填層内へ移行し、ここで再び低温用触媒１
９との接触によりＣＯ変成が行われ、ＣＯが１％以下と
なったガスが各シフト反応部１０の出口１４より改質ガ
ス排出用マニホールド２７を経て排出される。一方、予
熱部２１に供給されてシフト反応部１０の熱を急速に下
げるのに供した冷却媒体は、高温になって各予熱部２１
の出口２４より冷却媒体排出用マニホールド２９を経て
排出される。
【００１５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、たとえば、図２では、シフト反応部１０の
中央部に仕切部材１７を設けて、改質ガスの入口１３側
に高温用触媒１８を充填し、出口１４側に低温用シフト
触媒１９を充填した場合を示したが、中央の仕切部材１
７を排除して低温用シフト触媒１９のみを全面に充填さ
せるようにしてもよく、この場合は別置きとして熱交換
器を設置すればよいこと、予熱部２１は伝熱促進機能を
有するフィン２５を用いた場合を示したが、フィン２５
に代えて伝熱促進用セラミックボールを充填したもので
もよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。
のではなく、たとえば、図２では、シフト反応部１０の
中央部に仕切部材１７を設けて、改質ガスの入口１３側
に高温用触媒１８を充填し、出口１４側に低温用シフト
触媒１９を充填した場合を示したが、中央の仕切部材１
７を排除して低温用シフト触媒１９のみを全面に充填さ
せるようにしてもよく、この場合は別置きとして熱交換
器を設置すればよいこと、予熱部２１は伝熱促進機能を
有するフィン２５を用いた場合を示したが、フィン２５
に代えて伝熱促進用セラミックボールを充填したもので
もよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のプレート型シ
フトコンバータによれば、プレート部材の上にシフト触
媒を充填してなるシフト反応部と、該シフト反応部での
発熱反応により生じた熱を下げるためプレート部材上に
伝熱促進機能を有するものを配置した予熱部とを交互に
積層し、予熱部には冷却媒体を供給し、シフト反応部に
ＣＯを数パーセントから拾数パーセント含む改質ガスを
供給してシフト反応させるとき、発熱した熱を予熱部に
より速かに冷却してシフト反応部の出口ガス温度を下
げ、ＣＯを１％以下として排出させるようにしてあるの
で、単位体積当りの伝熱面積が大きいプレート型の採用
によりコンパクト化が図れるという優れた効果を奏し得
られ、又、シフト反応部を高温側と低温側に２分割する
ことにより従来別置きとされているものに比し、よりコ
ンパクト化が図れる。
フトコンバータによれば、プレート部材の上にシフト触
媒を充填してなるシフト反応部と、該シフト反応部での
発熱反応により生じた熱を下げるためプレート部材上に
伝熱促進機能を有するものを配置した予熱部とを交互に
積層し、予熱部には冷却媒体を供給し、シフト反応部に
ＣＯを数パーセントから拾数パーセント含む改質ガスを
供給してシフト反応させるとき、発熱した熱を予熱部に
より速かに冷却してシフト反応部の出口ガス温度を下
げ、ＣＯを１％以下として排出させるようにしてあるの
で、単位体積当りの伝熱面積が大きいプレート型の採用
によりコンパクト化が図れるという優れた効果を奏し得
られ、又、シフト反応部を高温側と低温側に２分割する
ことにより従来別置きとされているものに比し、よりコ
ンパクト化が図れる。
【図１】本発明のプレート型シフトコンバータの一実施
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図２】図１を分解して示す斜視図である。
【図３】リン酸型燃料電池の一例を示す概要図である。
【図４】リン酸型燃料電池発電装置の一部を示す概略図
である。
である。
【図５】シフトコンバータでの改質ガス温度とＣＯの量
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
２ 空気極 ３ 燃料極 ４ 改質器 ５ 高温用シフトコンバータ ６ 低温用シフトコンバータ １０ シフト反応部 １１ プレート部材 １２ マスク枠 １３ ガス入口 １４ ガス出口 １５，１６，１７ 触媒流出防止用仕切部材 １８ 高温用シフト触媒 １９ 低温用シフト触媒 ２１ 予熱部 ２２ マスク枠 ２３ 冷却媒体入口 ２４ 冷却媒体出口 ２５ 伝熱フィン（伝熱促進機能を有するもの） ２６ 改質ガス供給用マニホールド（マニホールド） ２７ 改質ガス排出用マニホールド（マニホールド） ２８ 冷却媒体供給用マニホールド（マニホールド） ２９ 冷却媒体排出用マニホールド（マニホールド）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水澤 実 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 昭60−200801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−291802（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−80301（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170301（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 3/48 B01J 8/02 H01M 8/06
Claims (2)
- 【請求項１】 プレート部材の周辺にマスク枠を設置
し、相対向する位置のマスク枠にガスの入口と出口を設
け、且つマスク枠の内側に触媒流出防止用仕切部材を設
けて低温用シフト触媒を充填してなるシフト反応部と、
プレート部材の周辺にマスク枠を設置して相対する位置
に冷却媒体入口と出口を設け、且つマスク枠の内側に伝
熱促進機能を有するものを配置してなる予熱部とを交互
に積層し、各シフト反応部のガス入口及び出口と、各予
熱部の冷却媒体入口及び出口に、それぞれマニホールド
を設けたことを特徴とするプレート型シフトコンバー
タ。 - 【請求項２】 シフト反応部にガス入口側と出口側を仕
切る仕切部材を設け、該仕切部材のガス入口側に高温用
シフト触媒を充填し、又、上記仕切部材のガス出口側に
低温用シフト触媒を充填してなる請求項１記載のプレー
ト型シフトコンバータ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03225383A JP3114270B2 (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | プレート型シフトコンバータ |
| US07/910,817 US5270127A (en) | 1991-08-09 | 1992-07-09 | Plate shift converter |
| DE69218518T DE69218518T2 (de) | 1991-08-09 | 1992-07-28 | Plattenförmiger Aufbau einer Kohlenmonoxydkonvertierungsreaktor |
| EP92112854A EP0529329B1 (en) | 1991-08-09 | 1992-07-28 | Plate type shift converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03225383A JP3114270B2 (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | プレート型シフトコンバータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543201A JPH0543201A (ja) | 1993-02-23 |
| JP3114270B2 true JP3114270B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=16828499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03225383A Expired - Fee Related JP3114270B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-12 | プレート型シフトコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3114270B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1747061A4 (en) * | 2004-04-06 | 2008-03-19 | CHEMICAL REACTORS AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR | |
| KR100551062B1 (ko) | 2004-06-29 | 2006-02-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 개질기 및 그 제조 방법 |
| US9819044B2 (en) * | 2013-11-04 | 2017-11-14 | Bosal Emission Control Systems Nv | Apparatus comprising a fuel cell unit and a component, and a stack component for use in such an apparatus |
| JP2018094457A (ja) * | 2016-12-08 | 2018-06-21 | 株式会社Ihi | 反応装置 |
| JP6911469B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2021-07-28 | 株式会社Ihi | 熱処理装置 |
-
1991
- 1991-08-12 JP JP03225383A patent/JP3114270B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0543201A (ja) | 1993-02-23 |
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