JPH02129002A - 燃料電池発電システムの燃料改質装置 - Google Patents

燃料電池発電システムの燃料改質装置

Info

Publication number
JPH02129002A
JPH02129002A JP63281577A JP28157788A JPH02129002A JP H02129002 A JPH02129002 A JP H02129002A JP 63281577 A JP63281577 A JP 63281577A JP 28157788 A JP28157788 A JP 28157788A JP H02129002 A JPH02129002 A JP H02129002A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
reforming
furnace chamber
fuel cell
air
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.)
Granted
Application number
JP63281577A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0761842B2 (ja
Inventor
Masatsuru Umemoto
梅本 真鶴
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric 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 Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP63281577A priority Critical patent/JPH0761842B2/ja
Publication of JPH02129002A publication Critical patent/JPH02129002A/ja
Publication of JPH0761842B2 publication Critical patent/JPH0761842B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/0625Combination 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
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • 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
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池発電システムに組み込まれ、燃料電
池に供給する水素に冨む改質ガスを生成する際、改質原
料を加熱する熱媒体を燃焼により供給するバーナを備え
る燃料改質装置に関する。
〔従来の技術〕
燃料電池発電システムは燃料電池と燃料改質装置とが組
み込まれて構成され、燃料改質装置は改質原料を水素に
富むガスを改質してなる改質ガスを生成し、この改質ガ
スを燃料として燃料電池に供給している。燃料電池は供
給される改質ガスと酸化剤ガスとしての空気とによる電
池反応により発電する。この際電池反応に寄与しない水
素を含む燃料ガスは燃料電池から排出される。この排燃
料ガスは燃料改質装置に導かれ、供給される燃焼空気に
より燃焼し、燃焼により生じる火炎や燃焼ガスにより改
質触媒が充填された改質管を加熱し、改質管を還流する
改質原料を水素に冨むガスに改質する。なお生成される
改質ガス量と排出される排燃料ガス量は燃料電池の負荷
量に対応して増減する。
このような燃料改質装置として従来第3図に示すものが
知られている0図において改質管2は二重管構造であり
、仕切円筒3の内外に設けられた内管4と外管5とが下
端部で半アニユラス状の底板6で接続されて構成されて
いる。なお仕切円筒3は底板6から離して設けられてい
る。改質管2は上半部と下半部に分けられ、下半部には
改質触媒7が充填され、内管4と仕切円筒3との間およ
び仕切円筒3と外管5との間はそれぞれ自触媒層8と外
触媒層9とを形成し、自触媒層8と外触媒層9とは下端
で接続されて触媒層11を形成している。また改質管2
の上半部の外管5と仕切円筒3との間は改質原料が触媒
層11に流入する入口室12を、仕切円筒3と内管4と
の間は触媒層11から流出する改質ガスの出口室13を
形成している。
炉容器15は改質管2の下半部を囲んで設けられている
。バーナ16は炉容器15の上部中央に設けられ、排燃
料ガスを噴出するノズル17を備えた排燃料ガス供給路
18と、燃焼空気を噴出するノズル19を備えた燃焼空
気供給路20とを備えている。
改質管2の内管4の内側部は燃焼室22を、また改質管
2と炉容器15との間は加熱室23を形成し、加熱室2
3の上部に燃焼排ガスの出口が設けられている。
このような構成により燃料電池から排出される燃料電池
の負荷量に対応する量の残存水素を含む排燃料ガスは燃
料供給路18を経てノズル17から、一方燃焼空気は燃
焼空気供給路20を経てノズル19から噴出し、排燃料
ガスは燃焼空気と混合して燃焼し、燃焼室22で火炎と
燃焼ガスが形成され、燃焼ガスは燃焼室22から加熱室
23に流れ、上部の燃焼排ガス出口から外部に排出され
る。
一方、燃料電池の負荷量に対応する量の改質原料、例え
ば天然ガスやナフサ等は水蒸気とともに入口室12に流
入した後触媒層11に流入し、外触媒層9と自触媒層8
を通流する。そしてこの間バーナ16での燃焼による火
炎や燃焼ガスにより加熱されて触媒層11を通流する改
質原料は水素に富むガスに改質され、この改質ガスは触
媒層11から出口室13に流入した後燃料電池に供給さ
れる。
ところで、バーナ16で排燃料ガスを燃焼するための燃
焼空気量は排燃料ガス量から定め、かつ触媒層11の代
表温度または改質管表面温度が適切な温度になるように
空燃比1.05〜2.5の範囲で調整して触媒層の温度
を制御している。
上記のような空燃比でバーナ16で排燃料ガスを燃焼、
して改質管2を加熱した時の改質管表面温度は第4図に
示す温度分布を有している。第4図において横軸は改質
原料の流れ方向の触媒層位置を、縦軸は改質管表面温度
をとって示してあり、25は燃料改質装置に多量の改質
原料が流れる高負荷時、26は小量の改質原料が流れる
低負荷時の排燃料ガスの燃焼による改質原料の流れ方向
の触媒層位置て燃焼室側にある触媒層出口側の温度が高
いことが理解される。これは負荷が低い時には、触媒層
における吸熱反応の吸熱量が小さい、したがって伝熱量
に比べて伝熱面積が大きく、このため触媒層出口部付近
の改質管表面温度が上昇するためである。
ところで、改質管2はHK−40やインコネル800等
の超耐熱鋼で製造されているが、これらの材料でも90
0℃以上の温度では寿命の低下が著しい。
このため空燃比を大きくとって燃焼温度を下げることに
より改質管表面温度を下げるように制御されている。
一方、負荷が大きい時には、触媒層における吸熱反応の
吸熱量も大きくなる。したがって伝熱面積も大きくとる
必要がある。しかし設計時には特にオンサイト用という
ことを考慮して燃料改質装置をコンパクトにするため伝
熱面積は極力小さく設計される。このため伝熱量を確保
するためには燃焼温度を高くする必要があり、したがっ
て空燃比を小さくとって燃焼温度が高くなるようにして
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のように燃料電池、燃料改質装置の負荷の大きさに
応じて燃料改質装置の改質管表面温度や燃焼温度を制御
するために空燃比を変更するのは、バーナにおける燃焼
性に悪影響を与えるという問題がある。また、負荷変動
時、特に低負荷から高負荷に増加する時燃料電池からの
?I#燃料ガスの増加により一時的に触媒層出口付近の
改質管が過熱され改質管表面温度が一時的に上昇して高
温になり、改質管材料の寿命が低下するという問題もあ
る。
本発明の目的は、燃料電池、燃料改質装置の低負荷から
高負荷にわたって空燃比を一定にすることによりバーナ
、での燃焼性を安定にし、さらに負荷変動時にも改質管
表面温度の一時的な上昇を防ぐことのできる燃料電池発
電システムの燃料改質装置を提供することである。
(課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明によれば、炉室内に
環状に配され、改質触媒が充填された改質管と、炉室の
上部中央に配され、燃料電池から排出される排燃料ガス
を燃焼するバーナとを備え、バーナからの熱媒体により
改質管を加熱して改質管を通流する改質原料を水素に富
むガスに改質して燃料電池に供給する燃料電池発電シス
テムの燃料改質装置において、前記バーナを、中央部に
設けられ炉室に開口する燃料噴出口を有する排燃料ガス
供給路と、燃料噴出口の周囲域で炉室に開口する一次空
気噴出口を有する一次空気供給路と、一次空気噴出口の
周囲域で炉室に開口する二次空気噴出口を有する二次空
気供給路と、二次空気噴出口の周囲域で炉室に開口し、
改質管を冷却する冷却空気を噴出する噴出口を有する冷
却空気供給路とで構成するものとする。
〔作用〕
ガスバーナにおいては一般に燃料と燃焼空気との混合状
態は燃焼状態を支配する燃焼速度を決定する最大要因で
ある。したがって燃料電池の負荷に伴って変動する排燃
料ガス量に対して一次空気量と二次空気量を変化するこ
とにより、排燃料ガスの燃焼時化じる火炎の形状を変化
させてその温度分布を制御して改質管の受熱量を制御し
、改質管表面温度を適切に制御するので空燃比を一定に
することができる。また燃料電池の負荷変動時、特に低
負荷から高負荷に変動する時には増加する排燃料ガス量
により改質管を一時的に過熱するので、この場合冷却空
気により改質管を冷却して一時的な温度上昇を抑える。
〔実施例〕
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第1図は本発明の実施例による燃料改質装置の断面図で
ある。なお、第1図において第3図の従来例と同一部品
には同じ符号を付し、その説明を省略する。第1図にお
いて従来例と異なるのは中央部に配された排燃料ガス供
給路18のノズル17の周囲域に燃焼室22に開口する
一次空気ノズル30を有する一次空気供給路31と、一
次空気ノズル30の下方周囲域に燃焼室22に開口する
二次空気ノズル32を有する二次空気供給路33と、二
次空気ノズル32の周囲域に燃焼室22に開口し、改質
管2を冷却する冷却空気が噴出する冷却空気ノズノJQ
”を有する冷却空気供給路ゝ&AIとを備えていること
である。
このような構成により燃料電池の負荷量に応じて排燃料
ガス量は増減するが、一次空気と二次空気とからなる燃
焼空気量は負荷量に対応する量の排燃料ガスが安定して
燃焼する一定の空燃比でバーナ16に供給され、一次空
気は一次空気供給路31から噴出し、燃料供給路18を
経てノズル17から噴出する排燃料ガスと混合して燃焼
する。
上記の燃焼において燃料電池、燃料改質装置の負荷が小
さい時には一次空気量を多くし、二次空気量を少なくし
て火炎の長さを比較的長くして触媒層出口部分付近の改
質管の過熱を防ぎ、その表面温度の上昇を抑える。また
負荷が大きい時には一次空気量を少なくし、二次空気量
を多くして火炎の長さを短くし、触媒層出口部分付近の
温度、すなわち触媒層出口部付近の改質管表面温度を改
質反応に適切な温度に保つ。
第2図は上記のようなバーナ16において燃料改質装置
の低負荷と高負荷について前述のような一次空気量と二
次空気量とを混合調整して排燃料ガスを燃焼した時の改
質原料の流れ方向の触媒層位置の改質管表面温度の温度
分布を第4図と同じ要領で示したグラフであり、27は
高負荷時、2日は低負荷時の温度分布を示している0図
から燃料改質装置の低負荷においても触媒層出口部分付
近の改質管表面温度は従来のように高温にならないよう
に制御されていることが理解される。
なお、燃料電池の負荷が低負荷から高負荷に変動する時
には、排燃料ガス量が増加して一時的に改質管を過熱す
るが、−時的に冷却空気を冷却空気供給路35を経て冷
却空気噴出口34から噴出することにより改質管2を直
接冷却し、改質管表面温度の上昇を防ぐ。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば燃料数
!装置のバーナに一次空気供給路、二次空気供給路およ
び冷却空気供給路を設けたことにより、燃料電池、燃料
改質装置の低負荷から高負荷にわたって一次空気量と二
次空気量の調節により火炎の温度分布を制御して触媒層
出口部付近の改質管表面温度の上昇を防ぎ、かつ触媒層
に必要な熱量を与えて燃焼できるので、空燃比を一定に
することができ、その燃焼性を安定することができる。
また燃料電池の低負荷から高負荷への変動時排燃料ガス
量の増加により一時的に改質管を過熱する場合、冷却空
気により改質管を冷却できるので、改質管の表面温度が
上昇するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による燃料改質装置の断面図、
第2図は第1図のバーナで燃料電池からの排燃料ガスを
燃焼した時の改質原料の流れ方向の触媒層位置に対する
改質管表面温度の温度分布を示す図、第3図は従来の燃
料改質装置の断面図、第4図は第3図のバーナで燃料電
池の排燃料ガスを燃焼した時の改質原料の流れ方向の触
媒層位置に対する改質管表面温度の温度分布を示す図で
ある。 2:改質管、7:改質触媒、11:触媒層、18:排燃
料ガス供給路、22:燃焼室、23:加熱室、31ニ一
次空気供給路、33:二次空気供給路、35:第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)炉室内に環状に配され、改質触媒が充填された改質
    管と、炉室の上部中央に設けられ、燃料電池から排出さ
    れる排燃料ガスを燃焼するバーナとを備え、バーナから
    の熱媒体により改質管を加熱して改質管を通流する改質
    原料を水素に冨むガスに改質して燃料電池に供給する燃
    料電池発電システムの燃料改質装置において、前記バー
    ナを、中央部に設けられ炉室に開口する燃料噴出口を有
    する排燃料ガス供給路と、燃料噴出口の周囲域で炉室に
    開口する一次空気噴出口を有する一次空気供給路と、一
    次空気噴出口の周囲域で炉室に開口する二次空気噴出口
    を有する二次空気供給路と、二次空気噴出口の周囲域で
    炉室に開口し、改質管を冷却する冷却空気を噴出する噴
    出口を有する冷却空気供給路とから構成したことを特徴
    とする燃料電池発電システムの燃料改質装置。
JP63281577A 1988-11-08 1988-11-08 燃料電池発電システムの燃料改質装置 Expired - Lifetime JPH0761842B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63281577A JPH0761842B2 (ja) 1988-11-08 1988-11-08 燃料電池発電システムの燃料改質装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63281577A JPH0761842B2 (ja) 1988-11-08 1988-11-08 燃料電池発電システムの燃料改質装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02129002A true JPH02129002A (ja) 1990-05-17
JPH0761842B2 JPH0761842B2 (ja) 1995-07-05

Family

ID=17641109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63281577A Expired - Lifetime JPH0761842B2 (ja) 1988-11-08 1988-11-08 燃料電池発電システムの燃料改質装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0761842B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7179313B2 (en) * 2002-08-02 2007-02-20 Catacel Corp. Regenerative autothermal catalytic steam reformer
JP2014205582A (ja) * 2013-04-10 2014-10-30 株式会社Ihi 改質装置
JP2022528533A (ja) * 2019-04-04 2022-06-14 ティッセンクルップ インダストリアル ソリューションズ アクツィエンゲゼルシャフト 改質装置二重底部

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7179313B2 (en) * 2002-08-02 2007-02-20 Catacel Corp. Regenerative autothermal catalytic steam reformer
JP2014205582A (ja) * 2013-04-10 2014-10-30 株式会社Ihi 改質装置
JP2022528533A (ja) * 2019-04-04 2022-06-14 ティッセンクルップ インダストリアル ソリューションズ アクツィエンゲゼルシャフト 改質装置二重底部

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0761842B2 (ja) 1995-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6481207B2 (en) Single-pipe cylinder type reformer and method of operating the same
JP2009099264A (ja) 固体酸化物形燃料電池発電システムおよびその起動方法
JP3921477B2 (ja) 単管円筒式改質器およびその運転方法
JP3437684B2 (ja) 燃料電池発電装置用の燃料改質器およびその運転方法
JP4614515B2 (ja) 燃料電池用の改質装置
JPH02129002A (ja) 燃料電池発電システムの燃料改質装置
JP4283238B2 (ja) 改質器用バーナー
JPS6344931A (ja) 燃料改質装置
JP4617079B2 (ja) 改質器用バーナおよび燃料電池システム
JP3126487B2 (ja) 酸化処理装置
JP3842352B2 (ja) 燃料改質器
JPS63248702A (ja) 燃料改質装置
JP4904879B2 (ja) 燃料処理装置用気化バーナ装置
JP7118330B1 (ja) 燃料処理装置
JPH0711136Y2 (ja) 燃料電池の燃料改質器
JP2005281097A (ja) 改質装置
JP3436809B2 (ja) 原料ガス改質器
JP2700248B2 (ja) 燃料改質装置の加熱装置
JPH05301701A (ja) 燃料改質器
JPH09227102A (ja) 二段燃焼式プレート改質器
JP2006036634A (ja) 単管円筒式改質器
JPS62108704A (ja) 燃料電池用の燃料改質装置
JPH01320201A (ja) 燃料改質装置
JP2005180812A (ja) バーナおよび改質器
CN116398881A (zh) 双燃料燃烧器系统及其控制方法以及燃料电池系统