JPH0154820B2 - - Google Patents

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JPH0154820B2
JPH0154820B2 JP58077879A JP7787983A JPH0154820B2 JP H0154820 B2 JPH0154820 B2 JP H0154820B2 JP 58077879 A JP58077879 A JP 58077879A JP 7787983 A JP7787983 A JP 7787983A JP H0154820 B2 JPH0154820 B2 JP H0154820B2
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gas
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fuel cell
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JP58077879A
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Kazunari Shimada
Shunsuke Nokita
Yoshio Naganuma
Yukio Saito
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は炭化水素を燃料とする燃料電池に採用
される燃料電池用燃料改質装置に係り、特に反応
管の加熱機構が改良された燃料電池用燃料改質装
置に関するものである。
〔発明の背景〕
炭化水素を燃料とする燃料電池の燃料系統にお
いては、炭化水素の水蒸気改質が行なわれる。し
かして炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であ
るため、反応を進行させるには外部から改質触媒
層に給熱する必要がある。従来は改質触媒を充填
した反応管を複数本収容するケーシングにバーナ
を多数取り付け、そのバーナによる燃焼熱を改質
触媒層に供給していた。
第1図はこのようなバーナ加熱式改質装置を採
用した燃料電池システムの系統図である。
このシステムでは、炭化水素1にスチーム2を
混合し、高温の改質炉反応部3に供給し触媒の存
在下で水素リツチガスに改質する。次にガスを冷
却器4で冷却して高温シフトコンバータ5及び低
温シフトコンバータ6でガス中の一酸化炭素を二
酸化炭素に変換し燃料電池のアノード8に導入す
る。アノード8中で約80%の水素が消費される。
アノード廃ガス12は改質装置の加熱部11に導
かれ、補助燃料ガス13とともに燃焼される。燃
焼の際必要な酸素源はコンプレツサ18より直接
供給される空気20である。
また燃料電池のカソード9に供給された空気1
9はここで約50%の酸素が消費され、ガス温度
220℃のカソード廃ガス15となり、熱交換器1
6を経て大気中に放出される。第2図は第1図に
示される燃料改質装置の構造を示す断面図であ
る。アノード廃ガス12と補助燃料(例えばメタ
ン)13は混合され、空気20により火炎バーナ
29で燃焼され、改質触媒23を充填した反応管
24を主としてその輻射熱によつて加熱する。燃
焼廃ガスは熱媒粒子25中を通り、炉外に廃ガス
26として導かれる。原料炭化水素とスチームと
の混合ガス27が反応管に供給され、触媒23上
で改質された後水素リツチの改質ガス28として
炉外に取り出される。
このような従来システムの欠点として、燃焼時
に必要な酸素量の約2倍量の酸素を含有するカソ
ード廃ガスが利用されていない点があげられる。
これはカソード廃ガス中の酸素濃度が低い(通
常、酸素濃度10vol%)ため、可燃性ガスが希釈
され過ぎ、火炎バーナでは吹き消えなどが起り安
定燃焼することが難しいためである。
またバーナ29の燃焼熱の改質触媒層への熱の
伝わりは、炉壁から反応管への輻射によるもので
熱伝達率が低い。また各反応管が均一に加熱され
るためには輻射熱を反応管が互いに遮ることのな
いよう、ちどり型配置のように各反応管の間隔を
比較的大きくとる必要があるところから装置が大
型となり急速な起動や負荷変動には対応しきれな
いという欠点もある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消
し、改質反応管加熱用燃料の燃焼に必要な酸素源
として、燃料電池のカソード廃ガスを利用し燃料
電池システムのエネルギ効率向上を図るととも
に、触媒燃焼を含む多段燃焼方式により燃焼が安
定し、これにより運転が安定なものとなりかつ装
置も小型化することができる燃料電池用燃料改質
装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、カソード廃ガスと補助燃料とを混合
して第1の燃焼触媒層に導入してまず第1段目の
燃焼を行なわせ、次いでこの燃焼ガスをアノード
廃ガス燃焼室に導入するとともに該燃焼室中でア
ノード廃ガスを燃焼させて熱風を発生させ、この
熱風を改質反応管の加熱源として用いるよう構成
したものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面により説明する。
第3図は本発明の実施例に係る燃料電池システ
ムの系統図である。炭化水素1にスチーム2を混
合し、高温の改質炉に供給し水素リツチガスに改
質する。次にシフトコンバータ5及び6に導いて
改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換した
後、燃料電池のアノード8に導入する。アノード
8中で約80%の水素が消費される。未反応水素を
含有するアノード廃ガス12は改質装置の多段燃
焼方式の加熱部30に導かれる。13は補助燃料
である。
一方コンプレツサ18からの空気19は燃料電
池のカソードに導かれ、ここで約50%の酸素が消
費され、温度220℃のカソード廃ガス15となる。
カソード廃ガス15は改質装置の加熱部11に導
かれ、燃焼に必要な酸素源として用いられる。
第4図は改質反応部及び加熱部30から構成さ
れる燃料改質装置の構造を示す断面図である。
カソード廃ガス15と補助燃料13とをオリフ
イス板37を介して予混合し、ガス導入室31に
供給し、次いで第1段目(第1)の燃焼触媒層3
3で燃焼させる。32は触媒支持用のセラミツク
製ハニカム板である。次にアノード廃ガス12を
燃焼触媒の充填されていない燃焼室34でノズル
管35を用いて火炎燃焼する。更に未燃焼の可燃
成分を第2段目(第2)の燃焼触媒層36で完全
燃焼させる。これにより所定温度の熱風を発生さ
せることができる。
改質触媒23を充填した反応管を熱風発生部か
らの高温ガスで加熱する。この場合熱伝達をよく
するため、セラミツクスボール38を充填する方
が好ましい。熱風が配管26を経て炉外に排出さ
れる。
改質される原料炭化水素はスチームと混合され
て混合ガス27とされた後、反応管44に供給さ
れ、触媒23上で改質され、水素リツチな改質ガ
ス28として、改質ガス集合管42を経て次のコ
ンバータに送られる。図中39,40,41はガ
スの配管、43は耐火断熱キヤスタブルである。
このような熱風(高温ガス)による反応管加熱
方式では、従来の火炎バーナによる加熱方式に比
較し、反応管や輻射熱を互に遮ることがないた
め、反応管の間隔を小さくすることができそれだ
け装置を小型化することができコンパクトなもの
とすることができる。更に反応管の管壁は輻射面
に関係なく均一に加熱されるため、反応管の局部
的な熱応力ひずみによる亀裂などのおそれがな
い。また補助燃料をカソード廃ガスと予混合した
後触媒燃焼しているので燃焼触媒層でのホツトス
ポツトの発生がない。またカソード廃ガスと補助
燃料とを予混合して第1段目で燃焼させるととも
に、アノード廃ガス(水素濃度が通常35vol%で
ある。)は第2段目で単独で火炎燃焼させられる
ので、爆燃ガス(可燃ガス)を生成することがな
く、円滑な運転が行なえる。(なお従来の火炎バ
ーナ方式では酸素濃度の低いガスを用いた場合火
炎の吹き消えなどが起るためカソード廃ガス(酸
素10vol%程度)を利用することは極めて難しい
と考えられる。) また燃焼に必要な酸素源として必要酸素量の2
倍の酸素を有するカソード廃ガスのみを利用して
おり、従来のフレツシユ空気を用いる場合に比べ
て空気圧縮機の動力費を1/3程度低減することが
可能である。
なお上記実施例では第2段目の燃焼触媒層36
を設けているので可燃成分は全て燃焼されるよう
になり極めて熱効率が高いものとなる。
実施例 熱風発生部は(a)塔径200mm、高さ100mmの予混合
ガス導入室31、(b)セラミツク製多孔板で支持さ
れた塔径250mm、高さ100mmの第1段(第1の)燃
焼触媒層(パラジユーム−アルミナ系)33、(c)
触媒を充填していないガス火炎燃焼室(塔径250
mm、高さ200mm)34、(d)未燃焼の燃料成分を燃
焼させるための第2段(第2の)燃焼触媒層(塔
径300mm、高さ100mm、白金−アルミナ系触媒)、
(e)厚さ200mmの耐火断熱キヤスタブル43及びケ
ーシング用鋼板(厚さ12mm)よりなる。
改質反応部は(a)ニツケル−アルミナ系改質触媒
が充填されたインコロイ製反応管44(外管4イ
ンチ管、内管1.5インチ管、管長1.0m)が5本挿
入され、(b)反応管周辺には粒径3mmのセラミツク
ボール38が充填され、塔径は400mm、耐火断熱
キヤスタブル厚さ200mmである。
改質原料ガス予熱部は管径1.5インチの改質ガ
ス出口管及び管径2インチの改質ガス集合管42
よりなり、塔径400mm、高さ300mmである。
運転操作は熱風発生部の圧力を6.0ataに保持
し、250℃のカソード廃ガス15(酸素7Nm3
h、窒素57Nm3h、スチーム15Nm3/h)と補助
燃料13(メタン1.8Nm3/h)とをオリフイス
板を介して予混合し、予混合ガス導入室31に供
給した。第1段触媒層温度33は950℃となつた。
燃焼室に250℃のアノード廃ガス12(水素8N
m3/h、二酸化炭素9Nm3/h、スチーム5.0N
m3/h)をノズル管35(ノズル径10mm)を用い
て吹込み火炎燃焼した。未燃分は第2段の燃焼触
媒層で燃焼され、温度1250℃の熱風が103Nm3
h発生した。その際のヒートロスは約12%であつ
た。
改質反応部では、反応管内圧力を9.0ataに保持
し、原料ガス供給管27から9.4Nm3/hのメタ
ンと32Kg/hのスチームを改質反応管44に供給
し、改質触媒層の温度を500〜800℃に保持した。
メタンの改質率を95%以上にするため反応管出口
温度を800℃に保持した。改質ガスは水素26.4N
m3/h、二酸化炭素4.0Nm3/h、一酸化炭素5.1
であつた。またカソード廃ガスを反応管加熱部の
酸素源として利用したことにより、フレツシユ空
気のみに使用する場合に比較し、コンプレツサー
の動力費を1/3低減できた。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の燃料電池用燃料改質
装置は熱風発生部の酸素源としてカソード廃ガス
を用いることができるので反応管の均一加熱、反
応管間隔の短縮化を実現することができ装置のコ
ンパクト化を図ることができる。また空気量節減
によるコンプレツサの動力費の低減化が図れる。
更に補助燃料とアノード廃ガスとを別々に燃焼す
るのでガス予混合時に爆燃ガス(可燃ガス)の生
成がなく、極めて安定した運転操作を行なうこと
が可能になるとともに更に燃焼触媒層でのホツト
スポツトの生成などをも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のリン酸型燃料電池システムの系
統図、第2図は従来の燃料改質装置の断面図、第
3図は本発明の燃料電池システムの系統図、第4
図は本発明による燃料改質装置の断面図である。 1……原料炭化水素、2……スチーム、3……
改質炉反応部、11……改質装置の加熱部、12
……燃料電池アノード廃ガス、13……補助燃
料、15……燃料電池カソード廃ガス、18……
コンプレツサー、19,20……空気、23……
改質触媒、24……反応管、29……火炎バー
ナ、30……多段燃焼方式の加熱部、31……予
混合ガス導入室、32……触媒支持用のセラミツ
ク製ハニカム板、33……第1段燃焼触媒層、3
4……ガス燃焼室、36……第2段燃焼触媒層、
38……セラミツクボール、42……改質ガス集
合管、44……反応管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 改質される原料ガスが導入される改質反応管
    と、該改質反応管加熱用の熱風を発生する熱風発
    生部とがケーシング内に設けられてなる燃料電池
    用燃料改質装置において、前記熱風発生部は、カ
    ソード廃ガスと補助燃料とが導入される第1の燃
    焼触媒層と、該燃焼触媒層の燃焼ガス排出側に連
    設された燃料電池アノード廃ガス燃焼室と、を備
    えたことを特徴とする燃料電池用燃料改質装置。 2 前記燃料電池アノード廃ガス燃焼室の燃焼ガ
    ス排出側に、該燃料電池アノード廃ガス燃焼室に
    連設された第2の燃焼触媒層を設けたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電池用燃
    料改質装置。
JP58077879A 1983-05-02 1983-05-02 燃料電池用燃料改質装置 Granted JPS59203372A (ja)

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JP58077879A JPS59203372A (ja) 1983-05-02 1983-05-02 燃料電池用燃料改質装置

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JP58077879A JPS59203372A (ja) 1983-05-02 1983-05-02 燃料電池用燃料改質装置

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JPS59203372A JPS59203372A (ja) 1984-11-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0624132B2 (ja) * 1985-03-25 1994-03-30 バブコツク日立株式会社 燃料電池装置
JPH0617201B2 (ja) * 1985-04-08 1994-03-09 株式会社日立製作所 燃料改質装置
ZA859580B (en) * 1985-04-25 1986-08-27 Westinghouse Electric Corp Apparatus for hydrocarbon fuel processing
JPH0684241B2 (ja) * 1985-12-10 1994-10-26 ヤマハ発動機株式会社 燃料電池の燃料改質装置
JPH0797502B2 (ja) * 1986-06-02 1995-10-18 株式会社東芝 燃料電池装置のメタン化反応防止方法
JPH02150613A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Toshiba Corp 触媒燃焼改質装置
JPH0828232B2 (ja) * 1989-07-31 1996-03-21 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
JP4747469B2 (ja) * 2001-09-10 2011-08-17 トヨタ自動車株式会社 燃焼装置
KR100751029B1 (ko) 2006-06-30 2007-08-21 재단법인 포항산업과학연구원 연료전지 발전시스템
AT508488A1 (de) * 2009-07-13 2011-01-15 Vaillant Group Austria Gmbh Nachbrenner für erdgasbasierte brennstoffzellenheizgeräte
JP6020214B2 (ja) * 2013-02-01 2016-11-02 株式会社デンソー 燃焼装置
JP6382755B2 (ja) * 2015-03-13 2018-08-29 株式会社東芝 燃料電池複合発電システム、およびその運転方法

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