JPH0155896B2 - - Google Patents
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- JPH0155896B2 JPH0155896B2 JP59209561A JP20956184A JPH0155896B2 JP H0155896 B2 JPH0155896 B2 JP H0155896B2 JP 59209561 A JP59209561 A JP 59209561A JP 20956184 A JP20956184 A JP 20956184A JP H0155896 B2 JPH0155896 B2 JP H0155896B2
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Classifications
-
- 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
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、コンパクトで高性能の反応装置およ
びこの反応装置を用いる、熱効率の良好な燃料電
池発電方法に関するものである。
びこの反応装置を用いる、熱効率の良好な燃料電
池発電方法に関するものである。
従来、触媒を用いた反応装置としては、燃焼炉
などのバーナーで燃焼した加熱ガスを熱源として
用いる熱交換型反応装置が良く知られている。
などのバーナーで燃焼した加熱ガスを熱源として
用いる熱交換型反応装置が良く知られている。
また、特開昭59−18102号公報には、吸熱反応
を行う反応層1と、発熱反応を行う燃焼層2とが
板状で交互に積層された積層型触媒燃焼反応装置
が記載されている。
を行う反応層1と、発熱反応を行う燃焼層2とが
板状で交互に積層された積層型触媒燃焼反応装置
が記載されている。
上記従来の反応装置は、バーナーまたは燃焼炉
で発生した燃焼加熱ガスの熱を、輻射あるいは対
流伝熱により反応触媒層に伝熱するため、伝熱抵
抗が大きく熱効率が良くない。また燃料が低カロ
リーガスで組成の変動が激しい場合、安定燃焼は
困難であるという不都合点があつた。
で発生した燃焼加熱ガスの熱を、輻射あるいは対
流伝熱により反応触媒層に伝熱するため、伝熱抵
抗が大きく熱効率が良くない。また燃料が低カロ
リーガスで組成の変動が激しい場合、安定燃焼は
困難であるという不都合点があつた。
また、上記の特開昭59−18102号公報記載の反
応装置においては、板状・積層型の改質反応器と
することにより、その形状的特徴から、 (1) 小型化が可能である。
応装置においては、板状・積層型の改質反応器と
することにより、その形状的特徴から、 (1) 小型化が可能である。
(2) 低コスト化ができる。
(3) 容量選定の容易性を有する。
などの効果が奏せられるが、本願発明におけるよ
うに、伝導伝熱を主体に行うように構成されたも
のではない。このことは、上記公報記載の発明で
は、セラミツク材を板状積層物に用いていること
からも明らかである。
うに、伝導伝熱を主体に行うように構成されたも
のではない。このことは、上記公報記載の発明で
は、セラミツク材を板状積層物に用いていること
からも明らかである。
つまり、セラミツクスは、その熱伝導度が金属
材料の数十〜百分の1しかなく、伝導伝熱効果の
良くない材料である。このことは、一般に、セラ
ミツクスが断熱・保温材に利用されることからも
判る通りである。
材料の数十〜百分の1しかなく、伝導伝熱効果の
良くない材料である。このことは、一般に、セラ
ミツクスが断熱・保温材に利用されることからも
判る通りである。
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、安
定に燃焼でき、高い熱効率を発揮する触媒反応装
置およびこの反応装置を燃料電池発電装置のオフ
ガス利用システムの反応装置として用いる方法を
提供することを目的とするものである。
定に燃焼でき、高い熱効率を発揮する触媒反応装
置およびこの反応装置を燃料電池発電装置のオフ
ガス利用システムの反応装置として用いる方法を
提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明の反応装
置は、第1図〜第4図に示すように、金属製の隔
壁1の一方の面に発熱反応用触媒の担持層、コー
テイング層2または充填層6を形成し、他方の面
に吸熱反応用触媒の担持層、コーテイング層3ま
たは充填層7を形成したエレメントを積層したこ
とを特徴としている。なお、第9図に示すよう
に、エレメントにフイン15を取り付けるのが望
ましい。
置は、第1図〜第4図に示すように、金属製の隔
壁1の一方の面に発熱反応用触媒の担持層、コー
テイング層2または充填層6を形成し、他方の面
に吸熱反応用触媒の担持層、コーテイング層3ま
たは充填層7を形成したエレメントを積層したこ
とを特徴としている。なお、第9図に示すよう
に、エレメントにフイン15を取り付けるのが望
ましい。
また、本発明の反応装置を用いる燃料電池発電
方法は、第5図〜第12図に示すように、金属製
の隔壁1の一方の面に発熱反応用触媒の担持層、
コーテイング層2または充填層6を形成し、他方
の面に吸熱反応用触媒の担持層、コーテイング層
3または充填層7を形成したエレメントを積層し
た反応装置を、燃料電池の燃料ガス改質器として
用いることを特徴としている。
方法は、第5図〜第12図に示すように、金属製
の隔壁1の一方の面に発熱反応用触媒の担持層、
コーテイング層2または充填層6を形成し、他方
の面に吸熱反応用触媒の担持層、コーテイング層
3または充填層7を形成したエレメントを積層し
た反応装置を、燃料電池の燃料ガス改質器として
用いることを特徴としている。
(作用)
発熱反応用触媒層で生成した熱が金属製の隔壁
1を通して伝熱され、吸熱反応用触媒層における
吸熱反応の熱源として利用される。
1を通して伝熱され、吸熱反応用触媒層における
吸熱反応の熱源として利用される。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第1図は両触媒とも担持またはコーテイング
する場合を示している。すなわち、金属製の隔壁
1の一方の面に発熱反応用触媒の担持層またはコ
ーテイング層2を形成し、隔壁1の他方の面に吸
熱反応用触媒の担持層またはコーテイング層3を
形成してエレメントを構成する。このエレメント
の複数枚を、一定間隔で表裏に交互に順番に積層
して、発熱反応ガス通路4および吸熱反応ガス通
路5を形成する。矢印Aは発熱反応ガスの流れ方
向、矢印Bは吸熱反応ガスの流れ方向を示してい
る。担持層は多孔質担体などを予め隔壁1に設け
ておいて、これに触媒を担持させて形成する。
る。第1図は両触媒とも担持またはコーテイング
する場合を示している。すなわち、金属製の隔壁
1の一方の面に発熱反応用触媒の担持層またはコ
ーテイング層2を形成し、隔壁1の他方の面に吸
熱反応用触媒の担持層またはコーテイング層3を
形成してエレメントを構成する。このエレメント
の複数枚を、一定間隔で表裏に交互に順番に積層
して、発熱反応ガス通路4および吸熱反応ガス通
路5を形成する。矢印Aは発熱反応ガスの流れ方
向、矢印Bは吸熱反応ガスの流れ方向を示してい
る。担持層は多孔質担体などを予め隔壁1に設け
ておいて、これに触媒を担持させて形成する。
第2図に示すように、吸熱反応触媒を担持層ま
たはコーテイング層3とし、発熱反応用触媒を充
填層6とする場合もある。
たはコーテイング層3とし、発熱反応用触媒を充
填層6とする場合もある。
また第3図に示すように、吸熱反応用触媒を担
持層またはコーテイング層2とし、吸熱反応用触
媒を充填層7とする場合もある。
持層またはコーテイング層2とし、吸熱反応用触
媒を充填層7とする場合もある。
さらに第4図に示すように、発熱反応用触媒お
よび吸熱反応用触媒を充填層6,7とする場合も
ある。
よび吸熱反応用触媒を充填層6,7とする場合も
ある。
第5図〜第8図は本発明の反応装置を、燃料電
池用メタノールリフオーマーとして利用する例を
示している。第5図において、1は金属製の隔壁
(プレート)、8はH2燃焼触媒担持面、10はメ
タノールリフオーミング触媒担持面、11はスペ
ーサである。第5図に示す各プレートを第6図に
示すように積層し、第7図に示すように本体壁1
2で被覆して反応装置を形成する。矢印Cで示す
方向に燃料電池オフガスなどのH2リツチガスを
供給すると、H2燃焼触媒担持面8で、H2+1/2
O2→H2Oの発熱反応が起こり、第8図に示すよ
うに矢印Gの方向に熱移動する。燃焼排ガスは矢
印Dの方向に排出される。一方、矢印Eの方向に
メタノールとスチームの混合ガスが供給され、メ
タノールリフオーミング触媒担持面10で、
CH3OH+H2O→CO2+3H2の吸熱反応が起こり、
少量のCO、H2Oを含むH2、CO2は矢印Fの方向
に排出される。
池用メタノールリフオーマーとして利用する例を
示している。第5図において、1は金属製の隔壁
(プレート)、8はH2燃焼触媒担持面、10はメ
タノールリフオーミング触媒担持面、11はスペ
ーサである。第5図に示す各プレートを第6図に
示すように積層し、第7図に示すように本体壁1
2で被覆して反応装置を形成する。矢印Cで示す
方向に燃料電池オフガスなどのH2リツチガスを
供給すると、H2燃焼触媒担持面8で、H2+1/2
O2→H2Oの発熱反応が起こり、第8図に示すよ
うに矢印Gの方向に熱移動する。燃焼排ガスは矢
印Dの方向に排出される。一方、矢印Eの方向に
メタノールとスチームの混合ガスが供給され、メ
タノールリフオーミング触媒担持面10で、
CH3OH+H2O→CO2+3H2の吸熱反応が起こり、
少量のCO、H2Oを含むH2、CO2は矢印Fの方向
に排出される。
第9図および第10図はフイン15を設けた反
応装置の例を示している。燃料電池オフガス中の
H2リツチガスを燃焼させるためのH2燃焼触媒担
持層13とメタノールリフオーミング触媒担持層
14とを交互に配列し、層13で発生した熱を隣
接した層14に伝達供給し、層14のリフオーミ
ング反応の熱源として利用する。他の構成は第5
図〜第8図の場合と同様である。
応装置の例を示している。燃料電池オフガス中の
H2リツチガスを燃焼させるためのH2燃焼触媒担
持層13とメタノールリフオーミング触媒担持層
14とを交互に配列し、層13で発生した熱を隣
接した層14に伝達供給し、層14のリフオーミ
ング反応の熱源として利用する。他の構成は第5
図〜第8図の場合と同様である。
つぎに本発明の反応装置を燃料電池発電装置の
メタノールリフオーマーとして用いる場合のフロ
ーを第11図に示す。リフオーマー本体16から
の改質ガス(一例としてH2 74vol%、CO 2vol
%、CO2 24vol%)は燃料電池本体17へ供給さ
れて燃料として使用される。燃料電池本体17に
おいて、水素極ではH2→2H++2e-の反応が起こ
り、酸素極では1/2O2+2H++2e-→H2Oの反応
が起こる。燃料電池本体17からのオフガス(余
乗ガス)(一例としてH2 46vol%、CO 4vol%、
CO2 50vol%)は、空気とともにリフオーマー本
体16に供給されH2源として利用される。18
はメタノールタンク、20は純水タンク、21は
N2ボンベ、22はメタノール・水蒸発加熱器、
23は熱交換器、24は起動用加熱器、25は制
御器、26は蓄電池である。
メタノールリフオーマーとして用いる場合のフロ
ーを第11図に示す。リフオーマー本体16から
の改質ガス(一例としてH2 74vol%、CO 2vol
%、CO2 24vol%)は燃料電池本体17へ供給さ
れて燃料として使用される。燃料電池本体17に
おいて、水素極ではH2→2H++2e-の反応が起こ
り、酸素極では1/2O2+2H++2e-→H2Oの反応
が起こる。燃料電池本体17からのオフガス(余
乗ガス)(一例としてH2 46vol%、CO 4vol%、
CO2 50vol%)は、空気とともにリフオーマー本
体16に供給されH2源として利用される。18
はメタノールタンク、20は純水タンク、21は
N2ボンベ、22はメタノール・水蒸発加熱器、
23は熱交換器、24は起動用加熱器、25は制
御器、26は蓄電池である。
つぎに第12図および第13図に基づいて、反
応装置の温度分布を比較する。第12図は本発明
の反応装置の温度分布を示し、第13図は従来の
反応装置の温度分布を示している。第12図に示
すように、発熱反応で発生した熱はガス側の伝熱
抵抗に比べて金属側の伝熱抵抗が非常に小さく、
しかも一方で吸熱反応が起こつているため、熱エ
ネルギーの移動は金属側へ起こる。Cu−Zn触媒
でメタノールリフオーミング反応を250℃の温度
で起こす場合、本発明では、加熱側の温度が252
℃でよいが、従来の加熱方式では第13図に示す
ように、950℃の加熱ガスを必要とする。つまり
本発明は熱交換効率の高い省エネルギー型の反応
装置とすることができる。しかも従来のように加
熱ガス流量を多量に流す必要がないためコンパク
ト化できる。
応装置の温度分布を比較する。第12図は本発明
の反応装置の温度分布を示し、第13図は従来の
反応装置の温度分布を示している。第12図に示
すように、発熱反応で発生した熱はガス側の伝熱
抵抗に比べて金属側の伝熱抵抗が非常に小さく、
しかも一方で吸熱反応が起こつているため、熱エ
ネルギーの移動は金属側へ起こる。Cu−Zn触媒
でメタノールリフオーミング反応を250℃の温度
で起こす場合、本発明では、加熱側の温度が252
℃でよいが、従来の加熱方式では第13図に示す
ように、950℃の加熱ガスを必要とする。つまり
本発明は熱交換効率の高い省エネルギー型の反応
装置とすることができる。しかも従来のように加
熱ガス流量を多量に流す必要がないためコンパク
ト化できる。
本発明は上記のように構成されているので、つ
ぎのような効果を奏する。
ぎのような効果を奏する。
(1) 従来の反応装置では、燃焼炉バーナーの燃焼
加熱のため低カロリーガス・燃料組成変動が激
しい場合には安定燃焼が困難であるが、本発明
の反応装置では、触媒層温度をバーナーなどで
加熱昇温した後、触媒反応でこれらの安定燃焼
が困難なガスも燃焼でき、燃料電池発電装置の
オフガス利用システムの反応装置として有効で
ある。
加熱のため低カロリーガス・燃料組成変動が激
しい場合には安定燃焼が困難であるが、本発明
の反応装置では、触媒層温度をバーナーなどで
加熱昇温した後、触媒反応でこれらの安定燃焼
が困難なガスも燃焼でき、燃料電池発電装置の
オフガス利用システムの反応装置として有効で
ある。
(2) 従来の反応装置の多くは管型反応器であり、
触媒層の厚みを薄くすることに限界があるが、
本発明の反応装置では、薄い触媒層とすること
が可能であり、装置のコンパクト化と触媒反応
層の温度分布が均一化できるため、反応の均一
化が達成できる。
触媒層の厚みを薄くすることに限界があるが、
本発明の反応装置では、薄い触媒層とすること
が可能であり、装置のコンパクト化と触媒反応
層の温度分布が均一化できるため、反応の均一
化が達成できる。
(3) 従来、反応装置として平板・積層型のものが
知られているが、この加熱方式では、熱伝達機
構は輻射・対流伝熱が主となり、そのため伝熱
効率が良くない。一方、本発明の反応装置のよ
うな担持・コーテイング方式では、その主伝達
機構は金属製の隔壁−触媒層間の伝導伝熱とな
り、その熱交換効率が良いため省エネルギー反
応装置となる。
知られているが、この加熱方式では、熱伝達機
構は輻射・対流伝熱が主となり、そのため伝熱
効率が良くない。一方、本発明の反応装置のよ
うな担持・コーテイング方式では、その主伝達
機構は金属製の隔壁−触媒層間の伝導伝熱とな
り、その熱交換効率が良いため省エネルギー反
応装置となる。
第1図〜第4図は本発明の反応装置のエレメン
トの一例を示す断面説明図、第5図はエレメント
の斜視図、第6図はエレメントを積層した状態を
示す斜視図、第7図は反応装置の外観図、第8図
は反応装置を燃料電池用メタノールリフオーマー
として利用する場合の反応機構説明図、第9図は
フイン付の反応装置の一例を示す斜視図、第10
図は第9図の内部の要部を示す断面説明図、第1
1図は本発明の反応装置を燃料電池発電装置のメ
タノールリフオーマーとして用いる場合のフロー
シート、第12図は本発明の反応装置の温度分布
図、第13図は従来の反応装置の温度分布図であ
る。 1……隔壁、2……発熱反応用触媒の担持層ま
たはコーテイング層、3……吸熱反応用触媒の担
持層またはコーテイング層、4……発熱反応ガス
通路、5……吸熱反応ガス通路、6……発熱用触
媒の充填層、7……吸熱反応用触媒の充填層、8
……H2燃焼触媒担持面、10……メタノールリ
フオーミング触媒担持面、11……スペーサ、1
2……本体壁、13……H2燃焼触媒担持層、1
4……メタノールリフオーミング触媒担持層、1
5……フイン、16……リフオーマー本体、17
……燃料電池本体、18……メタノールタンク、
20……純水タンク、21……N2ボンベ、22
……メタノール・水蒸発加熱器、23……熱交換
器、24……起動用加熱器、25……制御器、2
6……蓄電池。
トの一例を示す断面説明図、第5図はエレメント
の斜視図、第6図はエレメントを積層した状態を
示す斜視図、第7図は反応装置の外観図、第8図
は反応装置を燃料電池用メタノールリフオーマー
として利用する場合の反応機構説明図、第9図は
フイン付の反応装置の一例を示す斜視図、第10
図は第9図の内部の要部を示す断面説明図、第1
1図は本発明の反応装置を燃料電池発電装置のメ
タノールリフオーマーとして用いる場合のフロー
シート、第12図は本発明の反応装置の温度分布
図、第13図は従来の反応装置の温度分布図であ
る。 1……隔壁、2……発熱反応用触媒の担持層ま
たはコーテイング層、3……吸熱反応用触媒の担
持層またはコーテイング層、4……発熱反応ガス
通路、5……吸熱反応ガス通路、6……発熱用触
媒の充填層、7……吸熱反応用触媒の充填層、8
……H2燃焼触媒担持面、10……メタノールリ
フオーミング触媒担持面、11……スペーサ、1
2……本体壁、13……H2燃焼触媒担持層、1
4……メタノールリフオーミング触媒担持層、1
5……フイン、16……リフオーマー本体、17
……燃料電池本体、18……メタノールタンク、
20……純水タンク、21……N2ボンベ、22
……メタノール・水蒸発加熱器、23……熱交換
器、24……起動用加熱器、25……制御器、2
6……蓄電池。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 金属製の隔壁1の一方の面に発熱反応用触媒
の担持層、コーテイング層2または充填層6を形
成し、他方の面に吸熱反応用触媒の担持層、コー
テイング層3または充填層7を形成したエレメン
トを積層したことを特徴とする反応装置。 2 エレメントにフイン15を取り付けた特許請
求の範囲第1項記載の反応装置。 3 金属性の隔壁1の一方の面に発熱反応用触媒
の担持層、コーテイング層2または充填層6を形
成し、他方の面に吸熱反応用触媒の担持層、コー
テイング層3または充填層7を形成したエレメン
トを積層した反応装置を、燃料電池の燃料ガス改
質器として用いることを特徴とする燃料電池発電
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59209561A JPS6186935A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 反応装置およびこの反応装置を用いる燃料電池発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59209561A JPS6186935A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 反応装置およびこの反応装置を用いる燃料電池発電方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6186935A JPS6186935A (ja) | 1986-05-02 |
JPH0155896B2 true JPH0155896B2 (ja) | 1989-11-28 |
Family
ID=16574862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59209561A Granted JPS6186935A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 反応装置およびこの反応装置を用いる燃料電池発電方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6186935A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004518598A (ja) * | 2000-08-28 | 2004-06-24 | モトローラ・インコーポレイテッド | セラミック技術を利用する水素発生装置 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH085644B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1996-01-24 | 石川島播磨重工業株式会社 | プレート型改質器 |
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ZA200306075B (en) * | 2001-02-16 | 2004-09-08 | Battelle Memorial Institute | Integrated reactors, methods of making same, and methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions. |
SE524540C2 (sv) * | 2002-11-18 | 2004-08-24 | Alfa Laval Corp Ab | Flödesstyrande insats i en reaktorkammare samt reaktor försedd med insatsen |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5918102A (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-30 | Babcock Hitachi Kk | 積層型触媒燃焼反応装置 |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP59209561A patent/JPS6186935A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5918102A (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-30 | Babcock Hitachi Kk | 積層型触媒燃焼反応装置 |
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JP2004518598A (ja) * | 2000-08-28 | 2004-06-24 | モトローラ・インコーポレイテッド | セラミック技術を利用する水素発生装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6186935A (ja) | 1986-05-02 |
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