JPH02102101A - 燃料電池の改質器 - Google Patents
燃料電池の改質器Info
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- JPH02102101A JPH02102101A JP63256594A JP25659488A JPH02102101A JP H02102101 A JPH02102101 A JP H02102101A JP 63256594 A JP63256594 A JP 63256594A JP 25659488 A JP25659488 A JP 25659488A JP H02102101 A JPH02102101 A JP H02102101A
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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
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本ｕｔ ％改質用原料ガスを水素に富むガスに改質して
燃料電池に供給する改質器に関する。
燃料電池に供給する改質器に関する。
燃料電池は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換
するものであり、小出力でも高い熱効率が得られること
から最近では従来のエンジン発電機やタービン発電機に
替わる移動用電源、離島用電源として開発、展開が進め
られている。ところで燃料電池に供給する燃料ガスの水
素源として天然ガスやＬＰＧ、 あるいはこれらの主
成分である炭化水素に比べて反応温度が大幅に低く、か
つ改質工程も簡単に済むメタノールが用いられている。
するものであり、小出力でも高い熱効率が得られること
から最近では従来のエンジン発電機やタービン発電機に
替わる移動用電源、離島用電源として開発、展開が進め
られている。ところで燃料電池に供給する燃料ガスの水
素源として天然ガスやＬＰＧ、 あるいはこれらの主
成分である炭化水素に比べて反応温度が大幅に低く、か
つ改質工程も簡単に済むメタノールが用いられている。
これらの炭化水素やメタノールは改質触媒の下に水蒸気
改質反応により水素に富むガスに改質され、燃料電池の
燃料ガスとなる。
改質反応により水素に富むガスに改質され、燃料電池の
燃料ガスとなる。
ところで天然ガスは主成分であるメタンが下記の二つの
反応により改質される。
反応により改質される。
ＣＨ４＋ Ｈｌｌ Ｏ→ＣＯ＋３Ｈｚ ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）ＣＯ＋Ｈ
ａＯ→Ｃ０２＋ Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（２）（１）の反応はＮｉ糸の改質
触媒の下で７００℃〜９００℃で行われる吸熱反応であ
り、（２）の反応はＣｕ糸の改質触媒の下で２００℃〜
４００℃で行われる発熱反応である。なお、（１）の反
応はＮｉ系の改質触媒が充填された反応管を有する燃料
改質器で行われ、（２）の反応はＣｕ系の改質触媒を内
蔵する一酸化炭素変成器で行われる。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）ＣＯ＋Ｈ
ａＯ→Ｃ０２＋ Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（２）（１）の反応はＮｉ糸の改質
触媒の下で７００℃〜９００℃で行われる吸熱反応であ
り、（２）の反応はＣｕ糸の改質触媒の下で２００℃〜
４００℃で行われる発熱反応である。なお、（１）の反
応はＮｉ系の改質触媒が充填された反応管を有する燃料
改質器で行われ、（２）の反応はＣｕ系の改質触媒を内
蔵する一酸化炭素変成器で行われる。
一方、メタノールは気化したメタノールガスが下記の２
段の反応により改質されると考えられている。
段の反応により改質されると考えられている。
ＣＨｓＯＨ−＋ＣＯ＋２Ｈｊ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）Ｃ
Ｏ＋Ｈ２０→ＣＯ２＋Ｈ２・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）（３） 、
（４）の反応はいずれもＣｕ糸の改質触媒の下で２０
０℃〜４００℃で行われ、（３）の反応は吸熱反応、（
４）の反応は発熱反応であるがドータ７しすると吸熱反
応である。なお、（３Ｌ（４）の反応は反応温度が低く
、−酸化炭素の濃度も低いため、Ｃｕ糸の改質触媒が充
填された反応管を有する燃料改質器のみで行われる。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）Ｃ
Ｏ＋Ｈ２０→ＣＯ２＋Ｈ２・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）（３） 、
（４）の反応はいずれもＣｕ糸の改質触媒の下で２０
０℃〜４００℃で行われ、（３）の反応は吸熱反応、（
４）の反応は発熱反応であるがドータ７しすると吸熱反
応である。なお、（３Ｌ（４）の反応は反応温度が低く
、−酸化炭素の濃度も低いため、Ｃｕ糸の改質触媒が充
填された反応管を有する燃料改質器のみで行われる。
上記のメタン、メタノール等の改質原料ガスを改質する
燃料改質器の反応管における水蒸気改質反応はいずれも
大きな吸熱反応であるので外部からの熱の供給が必要で
あり、この場合外部からの伝熱がポイントになる。外部
からの熱の供給は、高温の熱媒体、例えば燃焼ガスによ
って行われ、内筒長にわたりて同一中心径の改質管を燃
料改質器の容器内に配設し、燃焼ガスを容器内ｌこ導い
て改質管の管壁に沿って通流させて改質管内の改質触媒
からなる改質触媒層を加熱し、改質用原料ガスを水蒸気
改質反応により水素に富むガスに改質している。
燃料改質器の反応管における水蒸気改質反応はいずれも
大きな吸熱反応であるので外部からの熱の供給が必要で
あり、この場合外部からの伝熱がポイントになる。外部
からの熱の供給は、高温の熱媒体、例えば燃焼ガスによ
って行われ、内筒長にわたりて同一中心径の改質管を燃
料改質器の容器内に配設し、燃焼ガスを容器内ｌこ導い
て改質管の管壁に沿って通流させて改質管内の改質触媒
からなる改質触媒層を加熱し、改質用原料ガスを水蒸気
改質反応により水素に富むガスに改質している。
燃焼ガスは伝熱してその保有する熱を改質用原燃料ガス
に与えることにより、温度が著しく低下してしまう。こ
のため触媒層の上下流に２いて均一な伝熱量を確保する
ことは困難であり、これを修正する手段として例えば液
体の熱媒体を用いた間接加熱としたり伝熱促進手段の伝
熱フィンを改質内筒外壁に取りつける提案がなされてい
る。
に与えることにより、温度が著しく低下してしまう。こ
のため触媒層の上下流に２いて均一な伝熱量を確保する
ことは困難であり、これを修正する手段として例えば液
体の熱媒体を用いた間接加熱としたり伝熱促進手段の伝
熱フィンを改質内筒外壁に取りつける提案がなされてい
る。
第４図はこの従来例を示す側面断面図で、前記改質内筒
は外筒１０と内筒１１とで形成されその内部に改質触媒
３がつめられている。外筒１０と内ｉｌｌには部外、筒
内ともフィン１８が取りつけられていて、フィン１８の
両面の燃焼ガス通路１３を熱せられた燃焼ガスが通過す
るときフィン１８が熱を受取って改質内筒内の改質触媒
３を加熱する。この改質内筒は炉体１４によって外側を
保護されている。
は外筒１０と内筒１１とで形成されその内部に改質触媒
３がつめられている。外筒１０と内ｉｌｌには部外、筒
内ともフィン１８が取りつけられていて、フィン１８の
両面の燃焼ガス通路１３を熱せられた燃焼ガスが通過す
るときフィン１８が熱を受取って改質内筒内の改質触媒
３を加熱する。この改質内筒は炉体１４によって外側を
保護されている。
しかしながら、従来の例ではフィンは改質管の側面に一
定のフィンの巾を持ったものがとりつけられていた。こ
の場合には、燃焼ガス通路にそって下から上に通過する
燃焼ガスは、上に昇るにしたがってだんだんと温度が低
下するのに上記改質管についているフィンの巾は一定の
ため、改質管の下部では伝熱量が多く温度が高くなるが
、改質管の上部では通過する燃焼ガスが温度低下するた
め伝熱量が少なく温度が低くなるという問題を生じた。
定のフィンの巾を持ったものがとりつけられていた。こ
の場合には、燃焼ガス通路にそって下から上に通過する
燃焼ガスは、上に昇るにしたがってだんだんと温度が低
下するのに上記改質管についているフィンの巾は一定の
ため、改質管の下部では伝熱量が多く温度が高くなるが
、改質管の上部では通過する燃焼ガスが温度低下するた
め伝熱量が少なく温度が低くなるという問題を生じた。
この改質管の温度変化は改質反応に熱を供給するうえで
好ましくないことである。また従来の別の例では、温度
変化を防ぎ、均一な伝熱量を確保するために、燃焼ガス
の流れにそって改質管の下部より上部へフィンの数を増
加させる方法も提案されていた。しかしこの方法による
場合も、伝熱量の面から見るとフィンの数が変わる所で
伝熱量が大きく変化し、またフィンの数が変わるまでは
伝熱量は燃焼ガスの温度が変化した分だけ変わってしま
い連続的変化ではなくていわゆる鋸歯状の伝熱量変化を
示すことになる。
好ましくないことである。また従来の別の例では、温度
変化を防ぎ、均一な伝熱量を確保するために、燃焼ガス
の流れにそって改質管の下部より上部へフィンの数を増
加させる方法も提案されていた。しかしこの方法による
場合も、伝熱量の面から見るとフィンの数が変わる所で
伝熱量が大きく変化し、またフィンの数が変わるまでは
伝熱量は燃焼ガスの温度が変化した分だけ変わってしま
い連続的変化ではなくていわゆる鋸歯状の伝熱量変化を
示すことになる。
この発明は、上記従来の欠点に鑑みてなされたもので、
燃焼ガスがその通路で温度低下しても、変化のない伝熱
量を改質管の下部から上部まで与えることのできる燃料
電池の改質器を提供することにある。
燃焼ガスがその通路で温度低下しても、変化のない伝熱
量を改質管の下部から上部まで与えることのできる燃料
電池の改質器を提供することにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、筒状の
炉体と、この炉体内の上部中央に配された燃焼ガスをつ
くるバーナと、このバーナを囲み前記炉体内に吊り下げ
られる筒状の隔壁と、前記バーナの下に配されたスパイ
ラル状の過熱器と、この過熱器より改質用原燃料ガスが
送られ、前記筒状の隔壁と炉体の外壁との間に配され、
外筒と内筒とで形成され内部に改質触媒を充填した改質
管とを備えた燃料電池の改質器において、前記改質管は
その外筒および内筒の前記燃焼ガスと接する両外面と、
改質触媒が充填され前記改質用原燃料ガスが改質反応を
する内面とに、前記ガスの流れにそって巾が大きくなる
フィンを取りつけるものとする。
炉体と、この炉体内の上部中央に配された燃焼ガスをつ
くるバーナと、このバーナを囲み前記炉体内に吊り下げ
られる筒状の隔壁と、前記バーナの下に配されたスパイ
ラル状の過熱器と、この過熱器より改質用原燃料ガスが
送られ、前記筒状の隔壁と炉体の外壁との間に配され、
外筒と内筒とで形成され内部に改質触媒を充填した改質
管とを備えた燃料電池の改質器において、前記改質管は
その外筒および内筒の前記燃焼ガスと接する両外面と、
改質触媒が充填され前記改質用原燃料ガスが改質反応を
する内面とに、前記ガスの流れにそって巾が大きくなる
フィンを取りつけるものとする。
この発明の構成によると、前述のごとく改質管の外筒と
内筒との外面の狭隘な燃焼ガスの通路と、改質用原燃料
ガスが改質反応をおこす改質管の内面に、巾がガスの流
れにそって大きくなるフィンをとりつける。この伝熱の
ために取り付けられたフィンは、その巾を上記ガスの流
れる方向にそって連続的に変えて配設されていて、通過
する燃焼ガスの温度低下に反比例してフィンの巾を広く
すると、その表面積は連続的に大きくなって燃焼ガスが
もたらす伝熱量の減少を補い、改質反応に必要な伝熱量
を改質管の上・下の位置にかかわりなく一定にするもの
である。
内筒との外面の狭隘な燃焼ガスの通路と、改質用原燃料
ガスが改質反応をおこす改質管の内面に、巾がガスの流
れにそって大きくなるフィンをとりつける。この伝熱の
ために取り付けられたフィンは、その巾を上記ガスの流
れる方向にそって連続的に変えて配設されていて、通過
する燃焼ガスの温度低下に反比例してフィンの巾を広く
すると、その表面積は連続的に大きくなって燃焼ガスが
もたらす伝熱量の減少を補い、改質反応に必要な伝熱量
を改質管の上・下の位置にかかわりなく一定にするもの
である。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す側面断面図で、第４図で示したも
のと同一の部分は同一の符号が付しである。外筒１０と
内筒１１とで形成される改質管加の内・外画側面には燃
焼ガス通路１３にそって下方より上方にむかうて巾が連
続的に広くなるフィン列が取り付けられて、燃焼ガスよ
りの伝熱量を改質管に供給している。この改質管加の内
部には改質触媒３が充填されているが、ここに取り付け
られているフィン列も下方より上方にむかって巾が連続
的に広くなっている。かくして燃焼ガス通路を燃焼ガス
が下から上に通過する際温度が低下しても、上にいく程
表面積の大きいフィンにより変化しない伝熱量を改質管
内部にとり入れて改質反応に供することができる。
の発明の実施例を示す側面断面図で、第４図で示したも
のと同一の部分は同一の符号が付しである。外筒１０と
内筒１１とで形成される改質管加の内・外画側面には燃
焼ガス通路１３にそって下方より上方にむかうて巾が連
続的に広くなるフィン列が取り付けられて、燃焼ガスよ
りの伝熱量を改質管に供給している。この改質管加の内
部には改質触媒３が充填されているが、ここに取り付け
られているフィン列も下方より上方にむかって巾が連続
的に広くなっている。かくして燃焼ガス通路を燃焼ガス
が下から上に通過する際温度が低下しても、上にいく程
表面積の大きいフィンにより変化しない伝熱量を改質管
内部にとり入れて改質反応に供することができる。
フィン列の取り付けは外筒１０や内筒１１の外側面に必
ずしも垂直に配設するのではなく斜めに配設して燃焼ガ
スから伝熱量をうけるフィンの表面積を一層大きくして
もよいし、フィンは平板である必要はな（湾曲していて
も、隣接するフィンと重なりありていてもよい。またフ
ィンには熱伝達の促進手段である切り込みを入れたり、
穴を開けたりして境界層の発達を妨げてもよい。
ずしも垂直に配設するのではなく斜めに配設して燃焼ガ
スから伝熱量をうけるフィンの表面積を一層大きくして
もよいし、フィンは平板である必要はな（湾曲していて
も、隣接するフィンと重なりありていてもよい。またフ
ィンには熱伝達の促進手段である切り込みを入れたり、
穴を開けたりして境界層の発達を妨げてもよい。
！２図は第１図の改質管加にとりつけたフィン列を示す
平面断面図で、燃焼ガス通路１３にあるフィン列は改質
管かの内・外画側面に斜めに取り付けられている。
平面断面図で、燃焼ガス通路１３にあるフィン列は改質
管かの内・外画側面に斜めに取り付けられている。
第３図はこの発明の異なる実施例を示す平面断面図で、
フィン列は改質管Ｉの内外両側面に垂直に取り付けられ
ている。
フィン列は改質管Ｉの内外両側面に垂直に取り付けられ
ている。
この発明は前述のように改質管に取り付けられたフィン
の巾をガスの流れにそって巾をかえることで、改質管の
外筒や内筒の表面積が、ガスの流れにＪｃ、−２で燃焼
ガスの温度が下るのと反比例して増大したのと同等の効
果をもたらし、この表面積が増加したことで燃焼ガスの
温度が流れにそって下っても伝熱量を変化させることな
く、均一な熱を改質反応に供給することが可能となる。
の巾をガスの流れにそって巾をかえることで、改質管の
外筒や内筒の表面積が、ガスの流れにＪｃ、−２で燃焼
ガスの温度が下るのと反比例して増大したのと同等の効
果をもたらし、この表面積が増加したことで燃焼ガスの
温度が流れにそって下っても伝熱量を変化させることな
く、均一な熱を改質反応に供給することが可能となる。
またこのときは改質管内部全体が一様に均一に温度上昇
するので起動時間の短縮にもつながる。
するので起動時間の短縮にもつながる。
第１図はこの発明の一実施例を示す改質器の側面断面図
、第２図は同改質器の改質管部平面断面図、第３図は異
なる実施例における改質管部平面断面図、第４図は従来
装置における改質器の側面断面図である。 １：改質器、２：バーナ、３：改質触媒、７：燃焼ガス
、９：過熱器、１０；外筒、１１：内筒、１３：燃焼ガ
ス通路、１４：炉体の外箱、１５：隔壁、１８．２８：
フィン、２０＝改質管。 縛ＴＩＡ（輛 焼煙Ｖｌｌ込科 ？（１″歴〕井γス ｐｘｇ’昏 革 コ 第 ？ 図 ぶ瞥番 第 閲
、第２図は同改質器の改質管部平面断面図、第３図は異
なる実施例における改質管部平面断面図、第４図は従来
装置における改質器の側面断面図である。 １：改質器、２：バーナ、３：改質触媒、７：燃焼ガス
、９：過熱器、１０；外筒、１１：内筒、１３：燃焼ガ
ス通路、１４：炉体の外箱、１５：隔壁、１８．２８：
フィン、２０＝改質管。 縛ＴＩＡ（輛 焼煙Ｖｌｌ込科 ？（１″歴〕井γス ｐｘｇ’昏 革 コ 第 ？ 図 ぶ瞥番 第 閲
Claims (1)
- １）筒状の炉体と、この炉体内の上部中央に配された燃
焼ガスをつくるバーナと、このバーナを囲み前記炉体内
に吊り下げられる筒状の隔壁と、前記バーナの下に配さ
れたスパイラル状の過熱器と、この過熱器より改質用原
燃料ガスが送られ、前記筒状の隔壁と炉体の外壁との間
に配され、外筒と内筒とで形成され内部に改質触媒を充
填した改質管とを備えた燃料電池の改質器において、前
記改質管はその外筒および内筒の前記燃焼ガスと接する
両外面と、改質触媒が充填され前記改質用原燃料ガスが
改質反応をする内面とに、前記ガスの流れにそって巾が
大きくなるフィンを取りつけたことを特徴とする燃料電
池の改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63256594A JPH02102101A (ja) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | 燃料電池の改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63256594A JPH02102101A (ja) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | 燃料電池の改質器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02102101A true JPH02102101A (ja) | 1990-04-13 |
Family
ID=17294799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63256594A Pending JPH02102101A (ja) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | 燃料電池の改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02102101A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992010009A2 (en) * | 1990-11-23 | 1992-06-11 | Vickers Shipbuilding And Engineering Limited | Application of fuel cells to power generation systems |
| WO2005073126A1 (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | 改質器 |
| JP2006282424A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成器 |
| JP2007523042A (ja) * | 2004-02-17 | 2007-08-16 | モーディーン・マニュファクチャリング・カンパニー | 分散型水素生産のための一体型燃料処理装置 |
| JP2007261828A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Ihi Corp | 燃料処理装置用気化バーナ装置 |
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