JP4674099B2 - 燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP4674099B2
JP4674099B2 JP2005051792A JP2005051792A JP4674099B2 JP 4674099 B2 JP4674099 B2 JP 4674099B2 JP 2005051792 A JP2005051792 A JP 2005051792A JP 2005051792 A JP2005051792 A JP 2005051792A JP 4674099 B2 JP4674099 B2 JP 4674099B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel cell
reformer
cell system
pipe
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005051792A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005243642A (ja
Inventor
周龍 金
鴻燮 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of JP2005243642A publication Critical patent/JP2005243642A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4674099B2 publication Critical patent/JP4674099B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K15/00—Devices for taming animals, e.g. nose-rings or hobbles; Devices for overturning animals in general; Training or exercising equipment; Covering boxes
    • A01K15/02—Training or exercising equipment, e.g. mazes or labyrinths for animals ; Electric shock devices ; Toys specially adapted for animals
    • A01K15/025—Toys specially adapted for animals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • 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
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2474—Mixing means, e.g. fins or baffles attached to the plates
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2485—Metals or alloys
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2492—Assembling means
    • B01J2219/2493—Means for assembling plates together, e.g. sealing means, screws, bolts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/085—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by electric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1035—Catalyst coated on equipment surfaces, e.g. reactor walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1229—Ethanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • 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
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Animal Husbandry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

本発明は燃料電池システムに係り，より詳しくは燃料電池システムの改質器の構造に関するものである。
一般に，燃料電池は，メタノール，天然ガスなどの炭化水素系列の物質内に含有されている水素と酸素，または酸素を含む空気を燃料として起こる電気化学反応により，化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。特に，燃料電池は，燃焼過程なしで水素と酸素の電気化学的反応により生成される電気と，その副産物である熱とを同時に用いることが可能な特徴を持っている。
かかる燃料電池は，使用する電解質の種類によって，１５０〜２００℃で作動する燐酸型燃料電池，６００〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池，１０００℃以上の高温で作動する固体酸化物型燃料電池，常温〜１００℃で作動する高分子電解質型，及びアルカリ型燃料電池などに分類される。これらそれぞれの燃料電池は根本的に同じ原理で作動するが，燃料の種類，運転温度，触媒及び電解質が相違する。
このなかで，近年開発されている高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）は，ほかの燃料電池に比べ，出力特性に卓越し，作動温度が低いだけでなく，早い始動及び応答特性を有し，メタノール，エタノール，天然ガスなどを改質して製造した水素を燃料として使用して，自動車用のような移動用電源はもちろんのこと，住宅，公共建物用のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など，その応用範囲が広い利点を持っている。
上記のような高分子電解質型燃料電池が基本的にシステムの構成を備えるためには，スタック（ｓｔａｃｋ）と言われる燃料電池本体（以下，便宜上スタックという），燃料タンク，及びこの燃料タンクより上記スタックに燃料を供給するための燃料ポンプなどが必要である。そして，燃料タンクに貯蔵された燃料をスタックに供給する過程で燃料を改質して水素ガスを発生させ，その水素ガスをスタックに供給する改質器をさらに有する。したがって，高分子電解質型燃料電池は，燃料ポンプのポンピング力により，燃料タンクに貯蔵された燃料を改質器に供給し，改質器が燃料を改質して水素ガスを発生させ，スタックが水素ガスと酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生産する。
一方，燃料電池は，水素を含有した液状の燃料を直接スタックに供給して電気を生産し得る直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）方式を採用することができる。かかる直接メタノール型燃料方式の燃料電池は高分子電解質型燃料電池とは異なり，改質器が排除される。
上記のような燃料電池システムにおいて，電気を実質的に発生させるスタックは，膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）とセパレータ（又はバイポーラプレート（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｐｌａｔｅ））とからなる単位セルが数個ないし数十個積層された構造を有する。膜−電極アセンブリは，電解質膜を介在してアノード電極とカソード電極が付着された構造を有する。そして，セパレータは，燃料電池の反応に必要な酸素と水素ガスを供給する通路の役割と，各膜−電極アセンブリのアノード電極とカソード電極を直列に連結させる伝導体の役割とを同時に果たす。したがって，セパレータにより，アノード電極には水素ガスが供給され，反面カソード電極には酸素が供給される。この過程において，アノード電極では水素ガスの酸化反応が起こり，カソード電極では酸素の還元反応が起こり，この時に生成される電子の移動により，電気，熱及び水を同時に得ることができる。
改質器は，水素を含有する液状の燃料と水を，改質触媒反応により，スタックの電気生成に必要な水素ガスに転換するばかりでなく，燃料電池を被毒させて寿命を短縮させる一酸化炭素のような有害物質を除去する装置である。上記改質器は，燃料を改質して水素ガスを発生させる改質部と，その水素ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部とを有する。改質部は，燃料を，水蒸気改質，部分酸化，自熱反応などの触媒反応により，水素を豊富に含む改質ガスに転換する。一酸化炭素除去部は，水性ガス転換方法，選択的酸化方法などのような触媒反応，又は分離膜による水素の精製などの方法により，改質ガスから一酸化炭素を除去する。
従来の燃料電池システムの改質器において，特に改質部は，所定の反応器に，液状燃料と水の混合燃料を改質するための改質触媒層を形成した構造を有する。したがって，改質部は，外部から所定の熱を受け，改質触媒層による改質触媒反応により，上記混合燃料から水素の豊かな改質ガスを発生させることになる。
しかしながら，従来の燃料電池システムの改質器は，反応器内に上記のような改質触媒層を形成するための別途の工程が必要となるが，その製造単価が上昇して，結果として全体システムの価格が上昇する問題点がある。また，反応器が金属材の場合，反応器に酸化皮膜を形成し，その上に触媒溶液を塗布する方式で改質触媒層を形成する。したがって，製造工程が複雑になり，改質触媒層が反応器に安定して付着されずに剥離してしまうなどの欠点を有する。
そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，構造が簡単で，改質触媒層を形成するための別途の工程を排除することができる燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システムを提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，燃料が通過する管路を有し，前記管路自体が，前記燃料を水素ガスを含む改質ガスに改質させるための触媒として作用する，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），白金（Ｐｔ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）から選択され，銅（Ｃｕ）の合金形態の素材からなる改質部と，前記管路に熱を加えて前記燃料を気化させる熱源部と，を備え，前記管路は，前記燃料が流入する流入口と，前記改質反応により生成された前記改質ガスが流出する流出口と，を有し，前記管路の内周面には，酸素による表面酸化及び当該表面酸化後に実施される水素による還元反応により反応性を有する突起が形成されて，表面が粗くなっており，前記突起の直径は，２〜２０ｎｍであることを特徴とする，燃料電池システムの改質器が提供される。
また，上記熱源部は，上記管路に接触して上記管路を加熱するヒーティング部材を有してもよい。
また，上記ヒーティング部材は，上記管路に接触するヒーティングプレートと；上記ヒーティングプレートに内蔵された熱線と；を有してもよく，上記ヒーティングプレートには，上記管路が係合する係合溝が形成されてもよい。
また，上記管路は，ジグザグ状に屈曲して形成されてもよい。
また，上記管路に連結され，上記改質部により生成された改質ガスの一酸化炭素濃度を低減する少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに備えてもよい。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，燃料電池システムにおいて，水素と酸素の電気化学的反応により電気を発生させるスタックと，燃料を改質して水素ガスを発生させる上記改質器と，前記燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と，空気を前記スタックに供給する空気供給部と，を備えることを特徴とする，燃料電池システムが提供される。
本発明の燃料電池システムは，管路自体の素材により改質触媒反応を誘導することができる簡単な構造を有するので，従来のような改質触媒層を形成するための別途の工程が排除されて，製造単価が低下し，結果として全体システムの価格を低下させることができる効果がある。また，従来のように改質触媒層が剥離するおそれがなくなる。したがって全体システムの性能及び効率をさらに向上させることができ，システムの大きさをコンパクトに具現することができる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本実施形態のシステムは，水素を含有した燃料を改質して水素を豊富に含む改質ガスを生成し，上記改質ガスと酸素を電気化学的に反応させることにより発生する化学エネルギーを，直接電気エネルギーに変換させる高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）方式を採用する。
本実施形態による燃料電池システムにおいて，電気を生成するための燃料とは，メタノール，エタノール，天然ガスなどのような炭化水素又はアルコール系列の液状燃料のほかに水がさらに含まれる。このなかで，液状の燃料と水を以下の説明では便宜上混合燃料と定義する。そして，上記酸素としては，別途の貯蔵手段に貯蔵された純粋な酸素ガスを使用することができ，酸素を含む空気をそのまま使用することもできる。以下では，外部空気を使用する場合を例として説明する。
図１は本実施形態による燃料電池システムの全体構成を示す概略図である。
同図に示すように，本実施形態にかかる燃料電池システム１００は，基本的には，水素と酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産するスタック１０と，水素を含有した燃料と水の混合燃料を改質して水素の豊かな改質ガスを発生させ，その改質ガスをスタック１０に供給する改質器２０と，上記混合燃料を改質器２０に供給する燃料供給部３０と，外部空気をスタック１０に供給する空気供給部４０とを備える。
燃料供給部３０は，水素を含有した液状燃料を貯蔵する第１タンク３１と，水を貯蔵する第２タンク３２と，第１タンク３１及び第２タンク３２にそれぞれ連結される燃料ポンプ３３とを有する。この際，燃料供給部３０の第１及び第２タンク３１，３２は第１供給ライン９１を介して改質器２０に連結可能である。
そして，空気供給部４０は，外部空気を吸入する空気ポンプ４１を有する。ここで，空気ポンプ４１は第２供給ライン９２を介してスタック１０に連結可能である。
図２は，図１に示す改質器２０の改質部と熱源部の構造を示す分解斜視図，図３は図２に示す改質部の断面図である。
図１〜図３に示すように，本実施形態による改質器２０は，改質触媒反応により，上記混合燃料から水素を豊富に含む改質ガスを発生させる管状の改質部２１と，改質部２１に供給される混合燃料を気化させる熱源部２４と，を有する。
上記改質部２１は，混合燃料が通過し得る流体移動通路を有する所定長の管路２２を有する。上記管路２２は１ｍｍ未満の内径を有し，両端が開放された管状に形成される。管路２２は，燃料供給部３０から供給される混合燃料が上記流体移動通路に流入するようにする流入口２２ａと，管路２２の内部で上記改質反応により生成された改質ガスが流出するようにする流出口２２ｂとを有する。上記管路２２は，図２に示すように，ジグザグ状に屈曲して形成することが好ましい。しかし，本実施形態にかかる改質部２１は，管路２２の形状がジグザグ状に形成されるものに限られなく，直線又はコイル状に形成することもでき，本実施形態のシステム１００をなす構成要素の配置状態に応じて多様に変形可能なものである。
上記管路２２は，それ自体が触媒となり，燃料の改質反応を開始する素材であって，周期律表の８族，１Ｂ族，又は２Ｂ族のいずれか一種の金属又はこれらの合金から形成できる。
例えば，この実施形態において，上記管路２２は，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），白金（Ｐｔ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）のいずれか１種の金属又はこれらの合金形態から形成できる。ここで，上記管路２２の流入口２２ａは，第１供給ライン９１を介して燃料供給部３０に連結可能である。
図３に示すように，管路２２は，その素材自体が触媒活性を有するよう，その内周面に，空気と水素の酸化／還元反応により，比較的微細で粗い突起２２ｃが形成されている。このような管路２２の内周面は，酸とアルカリで表面処理して形成することができる。また，酸素による表面酸化及び水素による還元反応により，表面処理して形成することもできる。特に，酸素による表面酸化及び水素による還元反応の場合は，管路２２を高温に加熱した後，管路２２の内部に高温の酸素又は空気を注入して内周面を酸化させて内周面の表面粒子を微細で粗く変化させることで，内周面の表面積を増大させ，高温の水素ガスを管路２２の内部に注入して上記内周面を還元させることにより，反応性を有する突起２２ｃを形成することができる。この際，この突起２２ｃは，その直径を２〜２０ｎｍに形成することが好ましい。
熱源部２４は，改質部２１の改質ガスの生成に必要な熱を供給するための発熱部であって，管路２２の上下部にそれぞれ接触するヒーティング部材２５を有している。それぞれのヒーティング部材２５は，所定の電源（図示せず。）に電気的に連結される熱線２５ａを内蔵したヒーティングプレート２５ｂを有する。ヒーティングプレート２５ｂは，管路２２の上下部が接触する面に，上記管路２２が係合される係合溝２５ｃがそれぞれ形成されている。したがって，管路２２はヒーティングプレート２５ｂの係合溝２５ｃに係合されることにより，ヒーティングプレート２５ｂに安定的に固定される。また，熱線２５ａは係合溝２５ｃと同じ位置に重なった状態で配置されている。
熱源部２４の構成は，かかる例に限定されず，改質ガスの生成に必要な熱を供給できる構成であれば，多様に設計変更可能である。例えば，上記熱源部２４は，液状燃料と外部空気の触媒酸化反応により所定温度の燃焼熱を発生させる構造の熱源部を備えることもできる。このため，熱源部２４は，ヒーティングプレート２５ｂの内部に上記流体（液状燃料と外部空気）の流れを可能にする流路（図示せず。）を形成し，上記流路に白金（Ｐｔ）又はルテニウム（Ｒｕ）などの触媒物質の酸化触媒層を形成することができる。このように，管路２２に加えて，ヒーティングプレートにも液状燃料と外部空気の流路を熱源としてさらに設けることができる。
一方，図１を参照すると本実施形態による改質器２０は，スタック１０と改質部２１間に配置され，水性ガス転換（Ｗａｔｅｒ−Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＷＧＳ）触媒反応又は選択的酸化（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＣＯ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：ＰＲＯＸ）触媒反応により追加の改質ガスを発生させ，上記改質ガスから一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部２７を有することができる。
上記一酸化炭素低減部２７は，改質部２１に連結される反応容器２８と，反応容器２８の内部に形成される水性ガス転換触媒層又は一酸化炭素選択酸化触媒層（図示せず。）と，を有する。上記反応容器２８は，改質部２１から排出される改質ガスが容器の内部空間に流入するようにする流入口２８ａと，上記内部空間で上記のような触媒層により触媒反応を起こした改質ガスがスタック１０に排出されるようにする流出口２８ｂとを有する。ここで，上記改質部２１，つまり管路２２の流出口２２ｂと反応容器２８の流入口２８ａは第３供給ライン９３を介して連結できる。そして，反応容器２８の流出口２８ｂとスタック１０は第４供給ライン９４を介して連結できる。
図４は，図１に示すスタックの構造を示す分解斜視図である。
図１及び図４に示すように，このシステム１００に適用されるスタック１０は，上記のような構造の改質器２０を介して改質された改質ガスと，外部空気と，の酸化／還元反応を誘導して，電気エネルギーを発生させる複数の電気生成部１１を有する。
それぞれの電気生成部１１は，電気を発生させる単位セルを意味するもので，改質ガスと空気中の酸素を酸化／還元させる膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）１２と，改質ガスと空気を膜−電極アセンブリ１２に供給するためのセパレータ１６と，からなる。
かかる電気生成部１１は，膜−電極アセンブリ１２を介在して両側にセパレータ１６が配置されて構成される。スタック１０は，このような複数の電気生成部１１が連続して配置される。ここで，スタック１０の最外側にそれぞれ位置するセパレータ１６はエンドプレート１３と定義することができる。
上記膜−電極アセンブリ１２は，両側面をなすアノード電極とカソード電極間に電解質膜が介在された通常のＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の構造を有する。アノード電極はセパレータ１６を介して改質ガスを受ける部分で，酸化反応により改質ガスを電子と水素イオンに変換させる触媒層と，電子と水素イオンの円滑な移動のための気体拡散層（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＧＤＳ）とからなる。カソード電極はセパレータ１６を介して空気を受ける部分で，還元反応により空気中の酸素を電子と酸素イオンに変換させる触媒層と，電子と酸素イオンの円滑な移動のための気体拡散層とからなる。そして，電解質膜は厚さ５０〜２００μｍの固体ポリマー電解質であって，アノード電極の触媒層で生成された水素イオンをカソード電極の触媒層に移動させるイオン交換の機能を有する。
セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極とカソード電極を直列に連結させる伝導体の機能を有する。そして，セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２の酸化／還元反応に必要な改質ガスと空気をアノード電極とカソード電極に供給する通路の機能も有する。このため，セパレータ１６の表面には，膜−電極アセンブリ１２の酸化／還元反応に必要なガスを供給する流路チャンネル１７が形成されている。
より具体的に，上記セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２を介在してその両側に配置されて膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極に密着する。そして，セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極にそれぞれ密着する密着面に，アノード電極に改質ガスを供給し，カソード電極に空気を供給するための流路チャンネル１７が形成されている。
それぞれのエンドプレート１３は，スタック１０の最外側にそれぞれ配置され，上記のようなセパレータ１６の機能があるとともに，複数の電気生成部１１を密着させる機能もある。それぞれのエンドプレート１３は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極のいずれか一つの電極に密着する。そして，膜−電極アセンブリ１２に密着するエンドプレート１３の密着面には，上記いずれか一つの電極に改質ガス及び空気のなかでいずれかを供給するための流路チャンネル１７を形成することもできる。
そして，エンドプレート１３には，セパレータ１６の流路チャンネル１７に改質器２０で生成された改質ガスを注入するための管状の第１供給管１３ａと，上記流路チャンネル１７に空気を注入するための管状の第２供給管１３ｂと，複数の電気生成部１１で最終に反応しなくて残った水素ガスを排出させるための第１排出管１３ｃと，上記電気生成部１１で最終に反応しなくて残った空気を排出させるための第２排出管１３ｄとが設けられている。ここで，第１供給管１３ａは，第４供給ライン９４により，一酸化炭素低減部２７の反応容器２８の流出口２８ｂに連結できる。そして，第２供給管１３ｂは，第２供給ライン９２により，空気供給部４０の空気ポンプ４１に連結できる。
上記のように構成された本実施形態による燃料電池システムの動作を以下に詳細に説明する。
まず，燃料ポンプ３３を駆動することで，第１タンク３１に貯蔵された液状の燃料と第２タンク３２に貯蔵された水を，第１供給ライン９１を介して管路２２の流入口２２ａに供給する。すると，液状の燃料と水の混合燃料は管路２２の内部に流入される。
この際，上記管路２２は，ヒーティング部材２５の熱線２５ａから発散される熱により所定温度に加熱された状態にある。すなわち，上記熱線２５ａに電源（図示せず。）を印加すると，熱線２５ａから所定温度の熱が発生し，この熱が管路２２に伝達される。
したがって，上記混合燃料は，管路２２の内部に沿って流れながら熱により気化され，管路２２の素材自体により改質触媒反応を起こす。すると，管路２２内においては，改質触媒反応により，上記気化された流体から水素を豊富に含む改質ガスを発生する。そして，上記改質ガスは管路２２の流出口２２ｂを介して排出される。
ついで，管路２２の流出口２２ｂから排出される改質ガスを，第３供給ライン９３を介して一酸化炭素低減部２７の反応容器２８に供給する。この際，上記改質ガスは燃料ポンプ３３のポンピング力により反応容器２８に供給できる。すると，反応容器２８においては，水性ガス転換（Ｗａｔｅｒ−Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＷＧＳ）触媒反応又は選択的酸化（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＣＯ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：ＰＲＯＸ）触媒反応により，上記改質ガスの一酸化炭素濃度が低減する。
ついで，一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスを，第４供給ライン９４を介してスタック１０の第１供給管１３ａに供給する。この際，上記改質ガスは，燃料ポンプ３３のポンピング力により，スタック１０の第１供給管１３ａに供給できる。
これと同時に，空気ポンプ４１を駆動して，外部空気を，第２供給ライン９２を介してスタック１０の第２供給管１３ｂに供給する。
したがって，改質ガスがスタック１０の第１供給管１３ａを介して供給され，外部空気が第２供給管１３ｂを介して供給されると，スタック１０はつぎの反応式１のような反応により電気，熱及び水を生成する。
アノード電極（陰極）反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ―
カソード電極（陽極）反応：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ―→Ｈ２Ｏ
全体反応：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋電流＋熱 ・・・（反応式１）
反応式１に示すように，セパレータ１６を介して膜−電極アセンブリ１２のアノード電極（陰極）に水素を含む改質ガスが供給され，カソード電極（陽極）に空気が供給され，上記改質ガスがアノード電極（陰極）に流れると，触媒層で水素が電子とプロトン（水素イオン）に分解される。プロトンが電解質膜を通して移動すると，やはり触媒の助けにより，カソード電極（陽極）で電子，酸素イオン及び移動したプロトンが合わせられて水を生成する。ここで，アノード電極（陰極）で生成された電子は電解質膜を通して移動し得なくて外部回路を介してカソード電極（陽極）に移動する。このような過程により，電気，水及び熱を生成する。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，燃料電池システムに適用可能であり，特に改質器を有する燃料電池システムに適用可能である。
本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示す概略図である。 図１に示す改質部と熱源部の構造を示す分解斜視図である。 図２に示す改質部の断面図である。 図１に示すスタックの構造を示す分解斜視図である。
符号の説明
１０ スタック
１１ 電気生成部
１２ 膜−電極アセンブリ
１３ エンドプレート
１３ａ 第１供給管
１３ｂ 第２供給管
１３ｃ 第１排出管
１３ｄ 第２排出管
１６ セパレータ
１７ 流路チャンネル
２０ 改質器
２１ 改質部
２２ 管路
２２ａ 管路の流入口
２２ｂ 管路の流出口
２２ｃ 突起
２４ 熱源部
２５ ヒーティング部材
２５ａ 熱線
２５ｂ ヒーティングプレート
２７ 一酸化炭素低減部
２８ 反応容器
２８ａ 反応容器の流入口
２８ｂ 反応容器の流出口
３０ 燃料供給部
３１ 第１タンク
３２ 第２タンク
３３ 燃料ポンプ
４０ 空気供給部
４１ 空気ポンプ
９１ 第１供給ライン
９２ 第２供給ライン
９３ 第３供給ライン
９４ 第４供給ライン

Claims (6)

  1. 燃料が通過する管路を有し，前記管路自体が，前記燃料を水素ガスを含む改質ガスに改質させるための触媒として作用する，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），白金（Ｐｔ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）から選択され，銅（Ｃｕ）の合金形態の素材からなる改質部と；
    前記管路に熱を加えて前記燃料を気化させる熱源部と；
    を備え，
    前記管路は，
    前記燃料が流入する流入口と；
    前記改質反応により生成された前記改質ガスが流出する流出口と；
    を有し，
    前記管路の内周面には，酸素による表面酸化及び当該表面酸化後に実施される水素による還元反応により反応性を有する突起が形成されて，表面が粗くなっており，
    前記突起の直径は，２〜２０ｎｍであることを特徴とする，燃料電池システムの改質器。
  2. 前記熱源部は，前記管路に接触して前記管路を加熱するヒーティング部材を有することを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システムの改質器。
  3. 前記ヒーティング部材は，
    前記管路に接触するヒーティングプレートと；
    前記ヒーティングプレートに内蔵された熱線と；
    を有し，
    前記ヒーティングプレートには，前記管路が係合する係合溝が形成されることを特徴とする，請求項２に記載の燃料電池システムの改質器。
  4. 前記管路は，ジグザグ状に屈曲して形成されることを特徴とする，請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの改質器。
  5. 前記管路に連結され，前記改質部により生成された改質ガスの一酸化炭素濃度を低減する少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに備えることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの改質器。
  6. 燃料電池システムにおいて：
    水素と酸素の電気化学的反応により電気を発生させるスタックと；
    燃料を改質して水素ガスを発生させる請求項１〜５のうちのいずれか一項による改質器と；
    前記燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と；
    空気を前記スタックに供給する空気供給部と；
    を備えることを特徴とする，燃料電池システム。
JP2005051792A 2004-02-26 2005-02-25 燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システム Expired - Fee Related JP4674099B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040012966A KR100570754B1 (ko) 2004-02-26 2004-02-26 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005243642A JP2005243642A (ja) 2005-09-08
JP4674099B2 true JP4674099B2 (ja) 2011-04-20

Family

ID=34880292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005051792A Expired - Fee Related JP4674099B2 (ja) 2004-02-26 2005-02-25 燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8486162B2 (ja)
JP (1) JP4674099B2 (ja)
KR (1) KR100570754B1 (ja)
CN (1) CN100341189C (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060080385A (ko) * 2005-01-05 2006-07-10 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템, 개질기, 반응 기판 및 그 반응 기판의제조 방법
KR20060096701A (ko) * 2005-03-02 2006-09-13 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템
US20080187797A1 (en) * 2006-07-10 2008-08-07 Protonex Technology Corporation Fuel processor for fuel cell systems
KR100805582B1 (ko) 2006-08-16 2008-02-20 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템용 가열기
US20100216053A1 (en) * 2007-07-09 2010-08-26 Atomic Energy Council - Institute Of Nuclear Energy Research Stack flow path of planar solid oxide fuel cell
CN101597028B (zh) * 2008-06-02 2013-02-27 汉能科技有限公司 一种耦合式富氢燃料重整制氢系统
CN103887540B (zh) * 2012-12-21 2016-03-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种高温液体燃料电池或电池堆的燃料进料装置
US10516171B2 (en) 2013-01-18 2019-12-24 Kolon Industries, Inc. Catalyst for fuel cell, electrode for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system using the same
US20140205921A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Catalyst for Fuel Cell, Electrode for Fuel Cell, Membrane-Electrode Assembly for Fuel Cell and Fuel Cell System Using the Same
US9627699B2 (en) 2013-11-06 2017-04-18 Watt Fuel Cell Corp. Gaseous fuel CPOX reformers and methods of CPOX reforming
US9624104B2 (en) 2013-11-06 2017-04-18 Watt Fuel Cell Corp. Liquid fuel CPOX reformers and methods of CPOX reforming
CN105705227B (zh) 2013-11-06 2018-09-25 瓦特燃料电池公司 液体燃料催化部分氧化重整器和燃料电池系统、以及产生电力的方法
AU2014346844B2 (en) 2013-11-06 2017-06-15 Watt Fuel Cell Corp. Chemical reactor with manifold for management of a flow of gaseous reaction medium thereto
MX2016004622A (es) 2013-11-06 2016-08-01 WATT Fuel Cell Corp Reformador de cpox de combustible gaseoso integrado y sistemas de celda de combustible, y metodos para producir electricidad.
US10676354B2 (en) 2013-11-06 2020-06-09 Watt Fuel Cell Corp. Reformer with perovskite as structural component thereof
DK178843B1 (en) * 2014-07-16 2017-03-20 Serenergy As A reformer for a fuel cell system
US11456473B2 (en) 2016-06-16 2022-09-27 Kyocera Corporation Reformer, cell stack apparatus, fuel cell module, and fuel cell apparatus
EP3833470A1 (de) * 2018-08-07 2021-06-16 FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Durchflussreaktor und verfahren zur umsetzung eines eduktes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09306525A (ja) * 1996-05-16 1997-11-28 Kansai Electric Power Co Inc:The 固体電解質型燃料電池発電モジュールの構造
JPH1021942A (ja) * 1996-07-01 1998-01-23 Kansai Electric Power Co Inc:The 固体電解質型燃料電池セル
JP2003048701A (ja) * 2001-08-01 2003-02-21 Casio Comput Co Ltd 蒸発装置、改質装置及び燃料電池システム
JP2004006265A (ja) * 2002-03-29 2004-01-08 Casio Comput Co Ltd 化学反応装置及び電源システム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02280838A (ja) * 1989-04-21 1990-11-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd メタノール改質触媒化反応管の製造方法
JPH07116517A (ja) * 1993-10-29 1995-05-09 Takeshi Masumoto メタノール改質用触媒およびその製造方法並びにメタノールの改質法
JPH09315801A (ja) * 1996-03-26 1997-12-09 Toyota Motor Corp 燃料改質方法と燃料改質装置ならびに該燃料改質装置を備えた燃料電池システム
DE19727588C1 (de) * 1997-06-28 1999-02-18 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung eines wasserstoffreichen und kohlenmonoxidarmen Gases
US6797420B2 (en) * 1999-12-28 2004-09-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Power generation device and operation method therefor
JP3920516B2 (ja) * 2000-01-12 2007-05-30 三洋電機株式会社 改質器
JP4810721B2 (ja) 2000-08-02 2011-11-09 イビデン株式会社 燃料電池用改質器の製造方法
JP3874334B2 (ja) * 2000-10-13 2007-01-31 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4029575B2 (ja) 2001-01-30 2008-01-09 スズキ株式会社 燃料改質装置
JP2002242989A (ja) 2001-02-16 2002-08-28 Kimio Kawai 免震方法及び免震装置
JP2002362901A (ja) * 2001-06-08 2002-12-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 改質装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09306525A (ja) * 1996-05-16 1997-11-28 Kansai Electric Power Co Inc:The 固体電解質型燃料電池発電モジュールの構造
JPH1021942A (ja) * 1996-07-01 1998-01-23 Kansai Electric Power Co Inc:The 固体電解質型燃料電池セル
JP2003048701A (ja) * 2001-08-01 2003-02-21 Casio Comput Co Ltd 蒸発装置、改質装置及び燃料電池システム
JP2004006265A (ja) * 2002-03-29 2004-01-08 Casio Comput Co Ltd 化学反応装置及び電源システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN1661841A (zh) 2005-08-31
KR100570754B1 (ko) 2006-04-12
KR20050087254A (ko) 2005-08-31
CN100341189C (zh) 2007-10-03
US8486162B2 (en) 2013-07-16
US20050191533A1 (en) 2005-09-01
JP2005243642A (ja) 2005-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4674099B2 (ja) 燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システム
US8318363B2 (en) Reformer for fuel cell system and fuel cell system comprising the same
JP4444173B2 (ja) 改質装置及びこれを含む燃料電池システム
JP2005243647A (ja) 燃料電池システムの改質器及びこれを採用した燃料電池システム
KR100570752B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
JP4956946B2 (ja) 燃料電池
US7691509B2 (en) Reformer and fuel cell system having the same
KR100542201B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
JP4484767B2 (ja) 改質装置及び燃料電池システム
JP3903710B2 (ja) 燃料改質器およびそれを用いた固体高分子型燃料電池発電装置
JP4351641B2 (ja) 燃料電池システム
US7935315B2 (en) Reformer for a fuel cell system, reaction substrate therefor, and manufacturing method for a reaction substrate
KR100560495B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
KR100570685B1 (ko) 연료전지용 일산화탄소 정화기, 및 이를 포함하는연료전지 시스템
KR101030045B1 (ko) 연료전지용 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
KR100599684B1 (ko) 연료 전지용 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
KR100560442B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100570698B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
JP2001335785A (ja) 一酸化炭素除去装置
KR20070040249A (ko) 냉각 장치를 갖는 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081029

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081118

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090217

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100518

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100921

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20100921

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20101012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101227

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110118

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees