JPH0268864A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

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】 （発明の産業上利用分野） 本発明は、燃料電池発電装置、さらに詳細には小型にし
て長期間安定した電力を提供する燃料電池発電装置に関
するものである。

（従来技術） 燃料電池の燃料としては、メタノール燃料あるいは都市
ガスや天然ガスのようにメタンを主成分とした気体化石
燃料が広く用いられている。メタノールの場合、液体で
あるため貯蔵や取り扱いが簡単であり、また改質装置が
簡単な構造であるという利点がある反面、連続運転時に
は定期的に燃料の補給をしなければならないなどの欠点
があるため、主に都市ガスの供給が難しい離島用、ある
いは小型の燃料電池発電装置用として用いられる。

第３図に示すメタノールを燃料とした場合の燃料電池発
電装置の構成図を用いて燃料供給系の動作を説明する。

改質反応に必要な水と所定の比率で混合されたメタノー
ルＭはポンプ１で気化器２に送られ気化した後、改質装
置３に入る。改質装置３の中には改質触媒が充填してあ
り、メタノールを水素に富んだガスＲに改質している。

この改質反応は吸熱反応であるため、燃料電池４の燃料
極５からの排ガスＳを燃焼させることにより、触媒の温
度を２００〜３００°Ｃに維持する。メタノールと水の
混合比を適当に選ぶことにより、改質ガスＲ中の一酸化
炭素濃度を１％以下にすることができるので、次に示す
都市ガスの場合のような一酸化炭素変成器を必要とせず
、直接燃料極５へ導くことができる。

一方、天然ガスや都市ガスの場合、ガスの配管だけで容
易に燃料の供給ができ大量の燃料を貯蔵しておく必要が
ないため、長期間連続で運転する燃料電池発電装置の燃
料に適している。

第４図に示す都市ガスを燃料とした場合の燃料電池発電
装置の構成図を用いて燃料供給系の動作を説明する。

燃料である都市ガスＡは、水素に富んだ改質ガスＲと混
合されて脱硫装置６に入る。ここで硫化水素の形でイオ
ウを除去した後、水蒸気Ｈと混合され改質器７に入る。

改質器７の中には充填された改質触媒により、燃料Ａは
水素に富んだガスＱに改質される。この改質反応に必要
な熱量は燃料電池４の燃料極５からの排ガスＳを空気Ｏ
と共に改質装置内のバーナで燃焼させることによって供
給し、改質反応に適した約８００℃の温度を維持してい
る。改質器７を出たガスＱは約１５％の一酸化炭素を含
んでおり、このまま燃料電池に導くと燃料極の白金触媒
を被毒してしまう、このため、高温及び低温の２段の一
酸化炭素変成器８．９を通過させ、一酸化炭素濃度を１
％以下にしている。

一酸化炭素変成器８．９には、例えば高温用としては鉄
−クロム系、低温用としては銅−亜鉛系の触媒を用いる
。場合によっては、低温の一酸化炭素変成器９のみを設
置する例も見られる。また、図には示していないが、一
酸化炭素の二酸化炭素への変成反応は発熱反応であるな
め変成器の前後に熱交換器を設けることが多い。

（発明が解決する問題点） ところで、この都市ガスを燃料にした燃料電池発電装置
の場合、先に述べたようにガスの配管だけで容易に燃料
の供給ができる反面、大地震の時には、ガスの配給が停
止される可能性があるため、長時間無瞬断で電力を供給
する必要のある発電装置、例えば通信用電源に用いる場
合、大きな問題となっている。これを解決するため、メ
タノールを予備燃料とすることが考えられるが、都市ガ
スとメタノールとでは改質触媒、改質温度を始め、改質
装置が大きく異なるため、２種類の改質装置を併設する
必要がある。しかし、第５図に示す例のように、平常時
使用しないメタノール用燃料供給系を単に並列に付加す
ることは、燃料電池発電装置の小型化の妨げになるばか
りか、装置価格を上昇させるため大きな問題となる。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、小型
で長寿命低価格にして、無瞬断で都市ガスから予備燃料
であるメタノールに燃料の切り換えをする燃料電池発電
装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、本発明による燃料電池発電
装置は都市ガスあるいは天然ガス供給源の下流に設けら
れた、都市ガスあるいは天然ガス用改質触媒を内蔵した
改質装置のあとにメタノール用改質触媒を内蔵した改質
装置を直列に配置すると共に、前記メタノール改質装置
にメタノール供給源を接続した燃料供給系を有すること
を特徴としている。

本発明による第二の燃料電池発電装置は、都市ガスある
いは天然ガス供給源の下流に設けられた、都市ガスある
いは天然ガス用改質触媒を内蔵した改質装置と、この改
質装置の下流に直列に接続され、かつメタノール供給源
が接続されたメタノール用改質触媒を内蔵した改質装置
との間に、高温一酸化炭素変成器を直列に配置した燃料
供給系を有することを特徴としている。

本発明は、都市ガスあるいは天然ガス用改質触媒を内蔵
した改質装置のあとに、メタノール用改質触媒を内蔵し
た改質装置を直列に配置するか、またはこれら２つの改
質装置の間に高温一酸化炭素変成器を直列に配置した燃
料供給系を有することを主たる特徴とする燃料電池発電
装置に関するものである。前述したように、平常時の燃
料として使用している都市ガスが、大地震などにより供
給を停止したときにも発電を継続できる燃料電池発電装
置を実現するためには、従来の技術では、都市ガスある
いは天然ガス用とメタノール用の２つの燃料供給系を備
えておく必要があった。このため、燃料電池の大きさは
より大きくなり、また装置の価格を上昇させる原因にも
なる０本発明では、メタノール改質用触媒として都市ガ
ス用燃料供給系の低温一酸化炭素変成器の触媒と同様の
ものを使用できることに着目し、該一酸化炭素変成器の
代わりにメタノール改質装置を設置した構成としている
。

（実施例） 本発明を図面に基づいて説明する。第１図は本発明の第
１の実施例を説明する図である。平常時、燃料である都
市ガスは、第４図において説明したのと同様に脱硫装置
６を通ったあと、改質触媒ＣＩを充填した都市ガス用改
質装置７で改質され、水素ガスに富んだ改質ガスＱにな
る。なおバルブ２３および２４は改質装置７の温度を調
節するためのバルブである。改質ガスＱは、バルブ２つ
を通って改質触媒Ｃ２を充填したメタノール改質装置３
に入る。ここで改質触媒ＣＩとしては、例えばアルミナ
担体上にＮｉＯを担持したものか（例えばアルミナ担体
にＮｉＯを１０〜２５％担持した触媒）、あるいはアル
ミナ担体上にＮｉＯを担持した触媒にさらに、アルカリ
金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、希土類元素
の酸化物などの一種以上を添加した触媒などを使用する
ことができ、また、改質触媒Ｃ２としては、例えば銅−
亜鉛系（例えば酸化銅として２５〜３０％の銅を含むも
の）あるいは銅−クロム系などの一種以上が、優れた効
果を発揮する。もちろん、触媒としてはこれらに限定さ
れるものではない。

メタノール改質装置３において改質ガスＱ中の一酸化炭
素は二酸化炭素に変成される。この変成反応は発熱であ
るため、都市ガス使用時にはバルブ２５および２６は閉
じておき、メタノール改質装置３のバーナは使用しない
、ガスＱの温度が高すぎる場合には、図には示していな
いが、メタノール改質装置３の前に熱交換器を接続する
ことにより改質触媒Ｃ２の温度を適切な温度範囲１５０
〜３００℃にすることができる。またバルブ２６を開け
、改質装置のバーナがら空気のみを流入させることによ
り、熱交換器なしでも触媒温度を適切な値に維持するこ
とが容易に可能となり、また空気の予熱器として使用す
ることができる。

平常時の燃料である都市ガスの供給が停止した場合は、
直ちにメタノール燃料送出用ポンプ１を起動し、バルブ
３０を介して改質装置内にメタノールを供給する。メタ
ノールはすでに変成反応熱で温まっている改質装置３内
で瞬時に気化し、改質触媒Ｃ２を通過し改質され、１％
以下の一酸化炭素を含む水素に富んだガスＲになり、燃
料電池４の燃料極５に導かれる。また、メタノール燃料
に切り換わると同時にバルブ２５および２６を開き、改
質装置３の加熱用バーナを点火し、気化および改質反応
に必要な熱を供給する。改質装置３の温度は予め動作温
度領域になっているため温度の確立に時間を必要とせず
、無瞬断で燃料を切り換えることができる。

第２図は本発明の別の実施例である。第１図において都
市ガス用改質装置７とメタノール改質装置３との間に例
えば鉄−クロム系触媒を充填した高温一酸化炭素変成器
８が追加配置された構成である。動作は第１図と同じで
あるが、都市ガス用改質器の動作温度８００℃と燃料電
池の動作温度約２００℃間の熱勾配をうまく利用して、
一酸化炭素の変成反応を高温および低温の２段に分は効
率良〈実施している。このような構成にすることにより
、実施例１の場合よりも一酸化炭素の濃度が一段と薄く
なり、燃料電池４の燃料極５および改質触媒Ｃ２の寿命
をより長くすることができる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明は、都市ガスを平
常時の燃料とする燃料電池の燃料供給系の構成要素であ
る一酸化炭素変成器をメタノール改質装置に置き換える
構成を取ることにより、無瞬断で都市ガスから予備燃料
であるメタノールに燃料を切り換えて発電を続けること
ができる小型で長寿命の燃料電池発電装置を実現するこ
とができる。また、負荷急増時に、メタノール燃料を一
時的に注入することにより都市ガス改質系の応答遅れを
補償することができる。

上記実施例においては、都市ガスを使用する場合につい
て説明したが、天然ガスを使用する場合も同様であるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は本発
明の別の実施例の構成図、第３図はメタノールを燃料と
した従来の燃料電池発電装置の構成図、第４図は都市ガ
スを燃料とした従来の燃料電池発電装置の構成図、第５
図は従来の技術を用いて都市ガスを平常時の燃料とし、
メタノールを予備燃料とした燃料電池発電装置の構成図
である。 ３・・・メタノール改質装置、４・・・燃料電池、７・
・・都市ガス改質装置、Ａ・・・都市ガス源、Ｍ・・・
メタノール源、■・・・バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、都市ガスあるいは天然ガス供給源の下流に設けられ
   た、都市ガスあるいは天然ガス用改質触媒を内蔵した改
   質装置のあとにメタノール用改質触媒を内蔵した改質装
   置を直列に配置すると共に、前記メタノール改質装置に
   メタノール供給源を接続した燃料供給系を有することを
   特徴とする燃料電池発電装置。 ２、都市ガスあるいは天然ガス供給源の下流に設けられ
   た、都市ガスあるいは天然ガス用改質触媒を内蔵した改
   質装置と、この改質装置の下流に直列に接続され、かつ
   メタノール供給源が接続されたメタノール用改質触媒を
   内蔵した改質装置との間に、高温一酸化炭素変成器を直
   列に配置した燃料供給系を有することを特徴とする燃料
   電池発電装置。