JP4829665B2 - 燃料電池システム用改質装置 - Google Patents

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Description

本発明は,燃料電池システムに関し,より詳しくは,燃料電池システム用改質装置に関する。
燃料電池(Fuel Cell)は,メタノール,エタノール,天然ガスのような炭化水素系の燃料に含まれている水素,および別途供給される酸素の化学反応により生じる化学反応エネルギーを,電気エネルギーに直接変換する発電システムである。
このような燃料電池において,近年開発が進んでいる高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell;以下,「PEMFC」という。)は,他の燃料電池に比べて出力特性が優れており,また,作動温度が低くて,始動および応答が速い特性がある。
PEMFCは,自動車などに搭載される移動体用電源はもちろん,住宅,公共建物などに設置される分散用電源,および電子機器などに搭載される小型電源など,その応用範囲が広い長所がある。このようなPEMFCは,システムを構成するために,スタック(stack),改質装置(Reformer),燃料タンク,および燃料ポンプなどを含む。
スタックは,水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる燃料電池の本体を構成し,燃料ポンプは,燃料タンクに保存された燃料を改質装置に供給する。
改質装置は,熱エネルギーを用いた改質反応によって燃料を改質して水素を発生させ,発生させた水素をスタックに供給する。改質装置は,通常,熱エネルギーを発生させる熱源部と,熱エネルギーを利用した改質反応によって燃料から水素を発生させる改質反応部とを含む。ここで,熱源部は,酸化触媒による燃料と酸素との酸化反応によって熱エネルギーを発生させる。
しかし,従来の改質装置は,熱源部および改質反応部が別個に分散配置され,熱源部から発生する熱を改質反応部に伝達する構造からなるため,熱源部および改質反応部の熱交換が直接行われず,熱効率の面で不利であった。
また,熱源部と改質反応部とが分散配置されることによって,燃料電池システムの全体の大きさを小さくできない問題点がある。
これに加えて,従来の改質装置は,熱源部に供給される燃料と酸素とが,熱源部の酸化触媒の全領域に均一に分配されず,局部的に分配される。したがって,不均一な酸化反応によって,熱源部に温度勾配が生じる問題が発生する。
したがって,このような熱源部の温度勾配によって,改質装置全体の性能および熱効率が低下する問題点があった。
そこで,本発明は,上記問題に鑑みてなされたものであり,本発明の目的とするところは,改質反応部に対する熱源部の熱伝達効率を極大化させ,システムの体積を最小化することができる,燃料電池システム用改質装置を提供することにある。
上記目的を達成するために,本発明のある観点によれば,第1本体と,上記第1本体の内部に配置される第2本体と,上記第2本体の内部に配置されて,熱を発生させる熱源部と,上記第1本体と上記第2本体との間の空間に充填される改質触媒を含み,上記改質触媒を用いた燃料の改質反応によって,上記燃料から水素を発生させる改質反応部と,上記第2本体に配置され,上記燃料と酸素とを,上記熱源部に分散供給させるノズル部材とを含む燃料電池システム用改質装置が提供される。
また,上記第1本体の内部に配置されて上記第2本体と連結し,上記第2本体で発生した燃焼ガスを上記第1本体の外部に排出させるパス部材を含むとしてもよい。
また,上記ノズル部材は,一側端部が開放され,他側端部が閉鎖されたパイプ形態に構成されて,上記第2本体の内部領域に上記燃料と酸素とを分散供給させるノズルパターンが形成されているとしてもよい。
また,上記ノズル部材の閉鎖端は,上記第2本体の内部に配置されるとしてもよい。
また,上記ノズルパターンは,複数のノズル孔で形成されるとしてもよい。
また,上記ノズル孔それぞれは,互いに異なる大きさに形成されるとしてもよい。
また,上記ノズル孔それぞれは,上記ノズル部材に互いに異なる間隔をおいて形成されるとしてもよい。
また,上記パス部材は,コイル形態に構成されるとしてもよい。
また,上記第2本体は,両側端部が閉鎖された形態で,一側端部に上記ノズル部材を内部空間に引入れる第1孔が形成され,他側端部に上記燃焼ガスを排出させる第2孔が形成されるとしてもよい。
また,上記パス部材は,上記第2孔に連結設置されるとしてもよい。
また,上記第1本体は,両側端部が閉鎖された形態で,一側端部に上記燃料を注入させる第3孔が形成され,他側端部に上記水素を排出させる第4孔が形成されるとしてもよい。
また,上記第1本体の一側端部に上記パス部材を引出す第5孔が形成されるとしてもよい。
また,上記改質触媒は,ペレット形態に構成されるとしてもよい。
また,上記熱源部は,上記第2本体の内部に充填される酸化触媒を含むとしてもよい。
また,上記酸化触媒は,ペレット形態に構成されるとしてもよい。
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,本明細書および図面において,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。
図1は,本発明の第1の実施形態に係る改質装置が適用される燃料電池システムの構成を概略的に示すブロック図である。
図1を参照すると,本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム100は,燃料を改質して水素を発生させ,この水素を酸素と電気化学的に反応させて電気エネルギーを得るPEMFC方式で構成される。
このような燃料電池システム100は,メタノール,エタノール,または天然ガスなどのように水素を含む液体,または,気体の燃料を使用することができる。以下では,メタノールのような液体の燃料を使用する燃料電池システム100を例に挙げて説明する。
また,燃料電池システム100は,水素と反応する酸素として,別途の保存手段に保存された酸素ガスを使用することができ,また,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,後者を例に挙げて説明する。
燃料電池システム100は,水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部11と,熱エネルギーによる触媒反応によって燃料から水素を発生させ,この水素を電気発生部11に供給する改質装置30と,燃料を改質装置30に供給する燃料供給源50と,改質装置30と電気発生部11とに空気を供給する空気供給源70とを含んで構成される。
電気発生部11は,通常の構造の膜−電極アセンブリ(Membrane−Electrode Assembly;MEA)12を中心に置き,その両面にセパレータ(Separator,または,二極式プレート(bipolar plate)ともいう。)16を配置して構成される最小単位の燃料電池(fuel cell)で構成される。
第1の実施形態に係る燃料電池システム100では,図2に示すように,上記のように構成される最小単位の電気発生部11を複数含み,これらを連続的に配置することによって,電気発生部11の集合体構造によるスタック10を構成することができる。このようなスタック10の構造は,通常のPEMFC方式のスタックの構造と同様であるので,本明細書ではその詳しい説明は省略する。
図1に示す改質装置30は,改質反応,例えば水蒸気改質,部分酸化改質,または自熱反応(オートサーマル改質)などの触媒反応によって,燃料から水素を発生させる構造からなる。
また,改質装置30は,熱エネルギーを発生させる熱源部35,この熱エネルギーを用いた燃料の改質反応によって水素を発生させる改質反応部39を含む。改質装置30の具体的な構造については,図3と図4とを参照して後述する。
改質装置30に燃料を供給する燃料供給源50は,燃料を保存する燃料タンク51,燃料タンク51から燃料を排出させ,この燃料を改質装置30に供給する燃料ポンプ53を含む。この時,燃料タンク51は,熱源部35および改質反応部39と連結設置されることができる。
空気供給源70は,所定のポンピング力で空気を吸入し,この空気を電気発生部11および熱源部35に各々供給する空気ポンプ71を含む。図1に示す第1の実施形態に係る燃料電池システム100において,空気供給源70は,単一の空気ポンプ71によって電気発生部11および熱源部35に空気を供給する構造からなるが,係る形態に限定されず,電気発生部11および熱源部35に各々連結設置される一対の空気ポンプによって空気を供給する構造からなることもできる。
また,空気供給源70は,空気ポンプ71を含むことに限定されず,通常の構造のファン(fan)を含むこともできる。
次に,本発明の第1の実施形態に係る改質装置30の構造を詳しく説明する。図3は,本発明の実施例形態に係る燃料電池システム用改質装置を示す斜視図であり,図4は,図3に示す改質装置の断面図である。
図3と図4とを参照すると,本発明の第1の実施形態に係る改質装置30は,燃料と空気との酸化触媒反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部35と,この熱エネルギーを利用した改質反応によって燃料から水素を発生させる改質反応部39とを含んで構成される。
改質装置30は,互いに独立的な第1空間(A)と第2空間(B)とを区画形成する二重の円筒管状の形態で構成され,改質反応部39に対応する第1本体31,および第1本体31の内部に配置されて,熱源部35に対応する第2本体32を含む。
第1本体31は,所定の断面積を有し,実質的に両側端部が閉鎖された円形のパイプ形態に構成される。また,第1本体31は,通常の金属,または非金属の断熱素材からなることができる。
第2本体32は,第1本体31の断面積より相対的に小さい断面積を有し,実質的に両側端部が閉鎖された円形のパイプ形態に構成される。また,第2本体32は,その外周面および第1本体31の内周面が一定の間隔で離隔するように,第1本体31の内部中心方向に配置される。
したがって,第1の実施形態に係る改質装置30は,第2本体32の内部に第1空間(A)を形成し,第1本体31と第2本体32との間に第2空間(B)が形成される。
上記構成によって,改質装置30は,第2本体32の内部の第1空間(A)に酸化触媒34を充填形成し,この酸化触媒34による燃料と空気との酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部35と,第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)に改質触媒37を充填形成し,この改質触媒37による燃料の改質反応によって水素を発生させる改質反応部39とを含むことができる。
第2本体32の一側端部には,第1孔32aが形成され,他側端部には第2孔32bが形成されている。ここで,第1孔32aは,後述するノズル部材61を第2本体32の内部の第1空間(A)に引入れるためのものである。第2孔32bは,酸化触媒34による燃料と空気との酸化反応によって燃焼する燃焼ガスを排出させるためのものである。
上記ような熱源部35において,酸化触媒34は,燃料と空気とを酸化燃焼させて,改質反応部39における改質反応に必要な温度範囲,約200〜300℃の熱源を発生させるためのものである。酸化触媒34としては,アルミナ(Al),シリカ(SiO),またはチタニア(TiO)からなるペレット(pellet)形態の担体に,白金(Pt),ルテニウム(Ru)のような触媒物質を担持して形成される。
第1本体31の一側端部には,第3孔31aが形成され,他側端部には第4孔31bが形成されている。ここで,第3孔31aは,燃料タンク51から供給される燃料を第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)に注入させるためのものである。また,第4孔31bは,改質触媒37による燃料の改質反応によって発生する水素を排出させるためのものである。
第3孔31aは,パイプライン(P1)を通じて燃料タンク51と連結設置され,第4孔31bは,パイプライン(P2)を通じてスタック10の電気発生部11と連結設置される。
上記ような改質反応部39において,改質触媒37は,熱源部35で発生する熱源を吸熱して燃料の改質反応を促進させるためのものである。改質触媒37としては,アルミナ(Al),シリカ(SiO),またはチタニア(TiO)からなるペレット(pellet)形態の担体に,銅(Cu),ニッケル(Ni),白金(Pt)のような触媒物質を担持して形成される。
また,上記ように構成される改質装置30には,熱源部35の燃料と空気との局部的な酸化反応によって発生するホットスポット(hot−spot)現象を防止するノズル部材61が提供される。ここで,ホットスポット(hot−spot)現象とは,空気が酸化触媒34の全領域に均一に分散供給されずに酸化触媒34の任意の領域に集中することによって,燃料と空気との局部的な酸化反応によって熱源部35の任意の領域で熱エネルギーが集中的に発生する現象である。
第1の実施形態に係るノズル部材61は,ホットスポット現象を防止するために,燃料と空気とを第2本体32の第1空間(A)に噴射し,この燃料と空気とが酸化触媒34に均一に分散されるようにする機能を果たす。具体的には,ノズル部材61は,第2本体32の内部中心方向に配置され,一側端部は開放端として形成され,他側端部は閉鎖端として形成されているパイプ形態に構成される。
また,ノズル部材61は,第2本体32の第1孔32aを通じて引入れられて,第2本体32の第1空間(A)に位置し,閉鎖端が第1空間(A)に位置するように設置される。また,ノズル部材61の開放端は,燃料タンク51と空気ポンプ71とに連結設置される。
ノズル部材61には,燃料と空気とを酸化触媒に分散させるためのノズルパターン65が形成されており,このノズルパターン65は,第2本体32の第1空間(A)内に位置するノズル部材61の全領域に対応するようにノズル部材61の本体61aに形成される,複数のノズル孔65aからなる。ここで,複数のノズル孔65aは,第2本体32の第1空間(A)内に位置するノズル部材61の全領域に対して同一な大きさ,および一定の間隔に形成されてもよい。
一方,改質装置30には,本発明の第1の実施形態に係るパス部材62が提供される。パス部材62は,熱源部35で発生する熱エネルギーを改質反応部39に均一に伝達する熱伝達ユニットとしての機能を果たす。
パス部材62は,熱源部35から排出される燃焼ガスの排出経路,つまり第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)を経由して外部に引出されるパスを形成するパイプ形態に構成される。
このようなパス部材62は,一側端部が第2本体32の第2孔32bに連結され,他側端部は,第2空間(B)を経由して第1本体31の一側端部を貫いて外部に引出される構造に形成される。このため,第1本体31の一側端部には,パス部材62の他側端部を外部に引出す第5孔62aが形成されている。
また,パス部材62は,コイル形態で,第1本体31の内周面に接触するように配置される。したがって,パス部材62は,第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)に対して,熱源部35を中心にこの熱源部35の最外側に位置する改質触媒37まで熱エネルギーを均一に伝達することができる。
次に,上記のように構成される本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム100の改質装置30の作用を詳しく説明する。
燃料電池システム100の作用時には,燃料ポンプ53が稼動して,燃料タンク51に保存された燃料がノズル部材61に供給される。これと同時に,空気ポンプ71が稼動して,空気がノズル部材61に供給される。この時,燃料と空気とは,燃料ポンプ53と空気ポンプ71との同時稼動によって,ノズル部材61に同時に供給される。また,燃料ポンプ53と空気ポンプ71との順次的稼動によって,ノズル部材61に燃料と空気とを順次に供給してもよい。
この過程で,燃料と空気とは,第1の実施形態に係るノズル部材61のノズルパターン65を通じて第2本体32の第1空間(A)に噴射される。ノズルパターン65のノズル孔65aを通じて酸化触媒34に均一に分散されることにより,燃料と空気とは,酸化触媒34と接触しながら,均一に酸化反応を起こすようになる。
熱源部35では,酸化触媒34を用いた燃料と空気との酸化反応によって,燃料と空気とが燃焼し,改質反応部39の改質反応に必要な予め設定された温度範囲,例えば200〜300℃の熱エネルギーを発生させる。この時,燃料と空気とが,ノズル部材61のノズルパターン65を通じて第2本体32の内部の酸化触媒34に均一に分散供給されることによって,熱源部35では,酸化触媒34の全領域において,均一に酸化反応が起こる。したがって,第1の実施形態に係る改質装置30では,熱源部35の全領域でホットスポット(hot−spot)現象が発生しない。すなわち,第1の実施形態に係る改質装置30は,熱源部35全体の温度勾配を減少させて,均一な温度分布の熱エネルギーを改質反応部39に供給することができる。
上記ような過程を経た後で,第2本体32の内部で燃料と空気とが酸化燃焼することによって発生する比較的高い温度の燃焼ガスは,第2本体32の第2孔32bを通じて排出される。
第1の実施形態に係る改質装置30における燃焼ガスは,パス部材62が,第1本体31の内周面に対してコイル形態のパスを構成し,第1本体31を貫いて外部に引出されるので,このパス部材62に沿って第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)を経由して改質装置30の外部に排出される。したがって,パス部材62は,燃焼ガスそのものの熱エネルギーによって所定の温度に加熱されて,熱エネルギーを放出するので,改質反応部39の改質触媒37に対して付加的に熱エネルギーを供給するようになる。特に,第1の実施形態に係る改質装置30は,パス部材62が,コイル形態で第1本体31の内周面に接触するように配置されることによって,第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)に対して,熱源部35を中心にこの熱源部35の最外側に位置する改質触媒37まで熱エネルギーを均一に伝達することができるようになる。したがって,改質反応部39は,全領域で均一な温度分布を維持することができるようになる。
上記の状態で,燃料ポンプ53の稼動によって燃料タンク51に保存された燃料を,パイプライン(P1)を通じて第1本体31と第2本体32との間の第2空間(B)に供給する。すると,改質反応部39では,上記過程を通じて熱源部35で発生された熱エネルギーが吸熱され,この熱エネルギーを用いた燃料の改質反応によって,燃料から水素が発させる。
次に,発生された水素をパイプライン(P2)を通じてスタック10の電気発生部11に供給し,これと同時に,空気ポンプ71の稼動によって,空気を電気発生部11に供給する。すると,電気発生部11では,水素と空気中に含まれている酸素との電気化学的な反応によって,予め設定された容量の電気エネルギーが発生される。
以上,本発明の第1の実施形態に係る改質装置30の構造について説明したが,次に,改質装置の他の実施形態について説明する。図5は,本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムの改質装置の断面図である。
第2の実施形態に係る改質装置30Aは,第1の実施形態に係る改質装置30と基本的に同一な構造を備えるが,第1の実施形態に係る改質装置30とは異なり,ノズル部材72のノズルパターン73であるノズル孔73aの大きさが,その本体71aの部位別に異なる構造をとる。
図5を参照すると,ノズル部材72は,第2本体75の第1孔75a側に位置するノズル孔73aの大きさをd1,第2本体75の第2孔75b側に位置するノズル孔73´aの大きさをd2,第1孔75a側と第2孔75b側との間の領域に位置するノズル孔73´´aの大きさをd3とする場合,ノズル孔73aと73´aと73´´aとの大きさがd1>d2>d3を満たすように形成される。ここで,改質装置30Aにおいて,第1孔75a側の領域をa,第2孔75b側の領域をb,そして,第1孔75a側と第2孔75b側との間の領域をcとする。
第2の実施形態に係る改質装置30Aにおいて上記ように,ノズル部材72の全領域に対してノズル孔73a,73´a,73´´aの大きさを互いに異なるように形成する理由は,a領域,b領域,c領域の各領域において,それぞれ状態が異なるためである。具体的には,a領域では燃料と空気とが予熱されていない状態であるため,この部分で最も低い温度範囲の熱エネルギーを発生させ,また,b領域では酸化触媒を経た燃料と空気との濃度が次第に小さくなるので,a領域より相対的に高い温度範囲の熱エネルギーを発生させ,そして,c領域では,燃料と空気との予熱が極大化されて,燃料と空気との濃度が相対的に高いので,b領域より相対的に高い温度範囲の熱エネルギーを発生させる。つまり,第2の実施形態に係る改質装置30Aは,熱源部77のa領域,b領域,c領域の各領域それぞれに供給される燃料と空気との量を調節して,熱源部77のa領域,b領域,c領域の各領域それぞれの熱エネルギーの温度分布を均一にすることができる。
また,本発明の実施形態に係る改質装置は,さらに他の実施形態をとることもできる。図6は,本発明の第3の実施形態に係る改質装置を示す断面図である。
図6を参照すると,第3の実施形態に係るノズル部材81は,ノズルパターン83であるノズル孔83a,83´a,83´´bを,ノズル部材81の各領域ごとに互いに異なる間隔をおいて形成されることもできる。
つまり,改質装置30Bにおける領域を,図5に示す第2の実施形態に係る改質装置30Aのa領域,b領域,c領域と同様の,a´領域,b´領域,c´領域とすると,a´領域に位置するノズル孔83aの間の間隔をd4,b´領域に位置するノズル孔83´aの間の間隔をd5,c´領域に位置するノズル孔83´´aの間の間隔をd6とする場合,第2の実施形態のような熱エネルギーの温度分布を満たすようにするために,ノズル孔83a,83´a,83´´aの間の間隔がd6>d5>d4を満たすようにする。
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。
例えば,図3に示す改質装置30は円筒形として示しているが,改質装置30を直方体で形成すること,そして,パス部材62を略コイル形態で形成することなどは,当業者が容易に変更し得る程度のことであり,本発明の等価範囲に属するものと理解すべきである。
本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るスタックを示す分解斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの改質装置を示す斜視図である。 図3に示す改質装置の断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る改質装置を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る改質装置を示す断面図である。
符号の説明
100 燃料電池システム
10 スタック
11 電気発生部
30,30A,30B 改質装置
31 第1本体
32,75 第2本体
34 酸化触媒
35,77 熱源部
37 改質触媒
39 改質反応部
50 燃料供給源
51 燃料タンク
53 燃料ポンプ
61,72,81 ノズル部材
62 パス部材
70 空気供給源
71 空気ポンプ

Claims (11)

  1. 第1本体と;
    前記第1本体の内部に配置される第2本体と;
    前記第2本体の内部に配置されて,熱を発生させる熱源部と;
    前記第1本体と前記第2本体との間の空間に充填される改質触媒を含み,前記改質触媒を用いた燃料の改質反応によって,前記燃料から水素を発生させる改質反応部と;
    前記第2本体に配置され,前記燃料と酸素とを,前記熱源部に分散供給させるノズル部材と;
    を含み,
    前記ノズル部材は,一側端部が開放され,他側端部が閉鎖されたパイプ形態に構成されて,前記第2本体の内部領域に前記燃料と酸素とを分散供給させるノズルパターンが形成され,
    前記ノズルパターンは,複数のノズル孔で形成され,
    前記燃料と酸素は,前記ノズル部材内を前記一側端部側から前記他側端部側へ向かって流動し,
    前記ノズル部材を,前記一側端部側の第1領域と前記他側端部側の第2領域と中央側の第3領域とに分割した際に,前記第2領域のノズル孔の大きさは,前記第1領域のノズル孔の大きさよりも小さく,かつ前記第3領域のノズル孔の大きさよりも大きいことを特徴とする,燃料電池システム用改質装置。
  2. 前記第1本体の内部に配置されて前記第2本体と連結し,前記第2本体で発生した燃焼ガスを前記第1本体の外部に排出させるパス部材を含むことを特徴とする,請求項1に記載の燃料電池システム用改質装置。
  3. 前記ノズル部材の閉鎖端は,前記第2本体の内部に配置され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用改質装置。
  4. 前記パス部材は,コイル形態に構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用改質装置。
  5. 前記第2本体は,両側端部が閉鎖された形態で,一側端部に前記ノズル部材を内部空間に引入れる第1孔が形成され,他側端部に前記燃焼ガスを排出させる第2孔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用改質装置。
  6. 前記パス部材は,前記第2孔に連結設置されることを特徴とする,請求項に記載の燃料電池システム用改質装置。
  7. 前記第1本体は,両側端部が閉鎖された形態で,一側端部に前記燃料を注入させる第3孔が形成され,他側端部に前記水素を排出させる第4孔が形成され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用改質装置。
  8. 前記第1本体の一側端部に前記パス部材を引出す第5孔が形成されることを特徴とする,請求項に記載の燃料電池システム用改質装置。
  9. 前記改質触媒は,ペレット形態に構成され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用改質装置。
  10. 前記熱源部は,前記第2本体の内部に充填される酸化触媒を含むことを特徴とする,請求項1に記載の燃料電池システム用改質装置。
  11. 前記酸化触媒は,ペレット形態に構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用改質装置。

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1955979B1 (en) * 2007-02-12 2012-04-04 Samsung SDI Co., Ltd. Reformer and Fuel Cell System Comprising the Same
US9102535B2 (en) * 2011-12-27 2015-08-11 Korea Institute Of Energy Research Flameless steam reformer
KR102510471B1 (ko) * 2020-12-07 2023-03-16 주식회사 에너지 앤 퓨얼 자열 개질 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2518583A (en) * 1945-06-27 1950-08-15 Universal Oil Prod Co Catalytic reactor
FR1417757A (fr) * 1963-12-18 1965-11-12 Union Carbide Corp Générateur d'hydrogène
JPH0794322B2 (ja) * 1990-10-22 1995-10-11 株式会社田熊総合研究所 メタノール改質装置
JP3197095B2 (ja) * 1993-03-16 2001-08-13 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
JP3202441B2 (ja) * 1993-10-08 2001-08-27 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
DE69420604T2 (de) * 1993-03-16 2000-05-25 Tokyo Gas Co Ltd Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
JP3202442B2 (ja) * 1993-10-08 2001-08-27 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
JP3197097B2 (ja) * 1993-03-16 2001-08-13 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
JP3197098B2 (ja) * 1993-03-16 2001-08-13 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
KR100314829B1 (ko) * 1995-03-28 2002-06-26 유승렬 고순도수소제조를위한메탄올개질장치
US6783741B2 (en) * 1996-10-30 2004-08-31 Idatech, Llc Fuel processing system
DE19827879C1 (de) 1998-06-23 2000-04-13 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Wasserdampfreformierungsreaktor, insbesondere mit autothermer Prozeßführung
JP3903710B2 (ja) * 2000-07-25 2007-04-11 富士電機ホールディングス株式会社 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
US20040197246A1 (en) * 2003-04-04 2004-10-07 Texaco Inc. Fuel processing reactor with internal heat exchange for low pressure gas stream

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