JP4545118B2 - 燃料改質システム、および燃料改質システムを具備する燃料電池システム - Google Patents
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Description
図2を参照して、本発明の第1実施形態によると、改質しようとする改質燃料が流入される流体通路122aの断面積を、改質反応部122の流入口a1側から改質ガスの排出口b1側まで、拡大する。例えば、流体通路122aの断面積は、改質反応部122の流入口a1側から改質ガスの排出口b1側に向かって、漸進的かつ段階的に拡大して形成される。特に、排出口b1の開口面積を増大させるために、改質反応部122の流入口a1の開口面積と排出口b1の開口面積との比率を少なくとも1:1.5〜5で保持し、好ましくは、1:1.5〜3で保持する。これは、流入口a1および排出口b1において、流入口a1に対する排出口b1の開口面積の比率が、1.5未満であれば、上述したように、流体通路122aで改質ガスの停滞現象が生じ、5超過であれば、改質燃料が完全に改質化される前に排出されて燃料消耗量を増加させる。ここで、流体通路122aは、流入口a1から排出口b1に向かって、例えば、コ字形状で屈曲した部分を複数有して形成されてもよい。この時、流入口a1から排出口b1に向かって、流体通路122aの断面積は、漸進的に拡大して形成される、例えば、流体通路122aを流入口a1から排出口b1に向かって拡大されるテーパ形状に形成してもよい。また、流体通路122aが、流入口a1から排出口b1に向かって、コ字形状で屈曲される毎に、流体通路122aの断面積は、段階的に大きくなるように形成されてもよい。
図3は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの第2実施形態の平板型改質反応部の平面図である。なお、図3に示したように、改質反応部222において、流入口a2の開口面積と類似もしくは、これより大きな開口面積を有する排出口b2を複数個(図3には、図示の簡略化のため2個のみが示されている)形成する。流体通路222aは、流入口a2と排出口b2とを流体疎通を可能にするために連結する。複数個の排出口b2を備えることによって、改質ガスを効率良く排出できる。
図4は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの第3実施形態の平板型改質反応部の平面図である。また、図4に示したように、改質反応部322において、流入口a3と排出口b3との間の流体通路322aは、流体通路322aの所定の部分、例えば、中間部分から分岐する。例えば、流入口a3に繋がる一つのメイン流体通路は、メイン流体通路の中間部分から2つのサブ流体通路で分岐され、サブ流体通路は、排出口b3をそれぞれ有する。これに加えて、それぞれのサブ流体通路は、複数個の排出口b3を有することができる。メイン流体通路は、二つ以上に分岐されてもよい。複数個の排出口b3を備えることによって、改質ガスを効率良く排出できる。
図5は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの第4実施形態の平板型改質反応部の平面図である。一方、図5を参照すれば、改質反応部422において、流入口a4に繋がる一つの流体通路422aは、流体通路422aの所定の部分、例えば、中間部分から複数個のサブ流体通路に分岐され、このような複数個のサブ流体通路は、排出口b4に繋がる一つのメイン流体通路に合体する、つまり、排出口b4側で一つに連結されることもあり得る。この場合、合体されたメイン流体通路は、一つの排出口b4を有する。
120 改質器
130 スタック
140 空気供給部
150 回収タンク
122 改質反応部
124 CO除去部
126 熱源
122a 流体通路
a1 流入口
b1 排出口
Claims (20)
- 水素含有燃料から水素を主成分とする改質ガスを生成させるための改質反応部と;
前記改質ガスから一酸化炭素を除去するCO除去部と;
を有し、
前記改質反応部は、前記水素含有燃料が流入される流入口と、前記改質ガスを排出する排出口と、前記流入口と前記排出口を連結させて、前記水素含有燃料が流入される流体通路とを有し、
前記流体通路は、その断面積が前記流入口側から前記排出口側に向かって拡大されるように形成され、
前記流体通路は、屈曲した部分を有するように形成され、
前記流入口の前記開口面積と前記排出口の前記開口面積との比率は、1:1.5〜5で保持されることを特徴とする、燃料改質システム。 - 前記流体通路は、その前記断面積が前記流入口側から前記排出口側に向かって漸進的に拡大されるテーパ形状に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の燃料改質システム。
- 前記流体通路は、その前記断面積が前記流入口側から前記排出口側に向かって屈曲される毎に段階的に大きくなるように形成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の燃料改質システム。
- 前記改質反応部および前記CO除去部に熱エネルギーを供給するための熱源をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の燃料改質システム。
- 前記CO除去部は、
前記改質ガスを水性シフト反応によって、前記改質ガスに含まれるCOの濃度を一次的に低減させる水性ガス転換部と;
前記水性ガス転換部で濃度を低減した前記COを選択的に酸化させて除去する選択的酸化部と;
から構成されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の燃料改質システム。 - 前記改質反応部は、平板型構造を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の燃料改質システム。
- 前記平板型構造の前記改質反応部は、複数個の前記排出口を有することを特徴とする、請求項6に記載の燃料改質システム。
- 前記流体通路は、前記流体通路の中間部分で複数に分岐され、
複数に分岐される各々の前記流体通路は、複数の前記排出口を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の燃料改質システム。 - 前記流体通路は、前記流体通路の中間部分で複数に分岐され、
複数に分岐される各々の前記流体通路は、前記排出口側で一つに連結されて、一つの前記排出口を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の燃料改質システム。 - 水素含有燃料を供給する燃料供給源と;
前記燃料供給源から供給される前記水素含有燃料を改質して、水素を生成する改質器と;
前記改質器からの水素と空気供給部からの酸化剤との電気化学反応を通して、電気を生成する発電部と;
を含み、
前記改質器は、
前記水素含有燃料から水素を主成分とする改質ガスを生成させるための改質反応部と;
前記改質ガスから一酸化炭素を除去するCO除去部と;
を有し、
前記改質反応部は、前記水素含有燃料が流入される流入口と、前記改質ガスを排出する排出口と、前記流入口と前記排出口を連結させて、前記水素含有燃料が流入される流体通路とを有し、
前記流体通路は、その断面積が前記流入口側から前記排出口側に向かって拡大されるように形成され、
前記流体通路は、屈曲した部分を有するように形成され、
前記流入口の前記開口面積と前記排出口の前記開口面積との比率は、1:1.5〜5で保持されることを特徴とする、燃料電池システム。 - 前記流体通路は、その前記断面積が前記流入口側から前記排出口側に向かって漸進的に拡大されるテーパ形状に形成されることを特徴とする、請求項10に記載の燃料電池システム。
- 前記流体通路は、その前記断面積が前記流入口側から前記排出口側に向かって屈曲される毎に段階的に大きくなるように形成されることを特徴とする、請求項10または11に記載の燃料電池システム。
- 前記改質反応部および前記CO除去部に熱エネルギーを供給するための熱源をさらに含むことを特徴とする、請求項10〜12のいずれかに記載の燃料電池システム。
- 前記CO除去部は、
前記改質ガスを水性シフト反応によって、前記改質ガスに含まれるCOの濃度を一次的に低減させる水性ガス転換部と;
前記水性ガス転換部で濃度を低減した前記COを選択的に酸化させて除去する選択的酸化部と;
から構成されることを特徴とする、請求項10〜13のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記改質反応部は、平板型構造を有することを特徴とする、請求項10〜14のいずれかに記載の燃料電池システム。
- 前記平板型構造の前記改質反応部は、複数個の前記排出口を有することを特徴とする、請求項15に記載の燃料電池システム。
- 前記流体通路は、前記流体通路の中間部分で複数に分岐され、
複数に分岐される各々の前記流体通路は、複数の前記排出口を有することを特徴とする、請求項10〜16のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記流体通路は、前記流体通路の中間部分で複数に分岐され、
複数に分岐される各々の前記流体通路は、前記排出口側で一つに連結されて、一つの前記排出口を有することを特徴とする、請求項10〜15のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記改質反応部は、水蒸気改質方式、自熱改質方式または部分酸化方式からなる群より選択される一つの方式によって、前記改質ガスを生成することを特徴とする、請求項10〜18のいずれかに記載の燃料電池システム。
- 前記発電部から生成される水を回収するための回収タンクをさらに含むことを特徴とする、請求項10〜19のいずれかに記載の燃料電池システム。
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