JPH03216965A - 燃料電池プラント - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はアルコール，水混合ガスを予熱・気化し、水素
リッチガスに改質して燃料電池に供給する燃料電池プラ
ントに関する。

（従来の技術） アルコールはクリーンでかつ輸送・貯蔵における取扱い
が容易であるというメリットをもっており、近年、燃料
電池プラントの燃料の多様化の一環として注目されるよ
うになった．アルコールを燃料電池プラントの燃料とし
て対応させるためには、ガス化した上で水素リッチガス
に改質して燃料電池へ送り込む必要があり、このために
燃料電池システムには蒸発器と改質器が組み込まれてい
る。

ここで第３図により、従来におけるアルコールを燃料と
する燃料電池システムを説明する．第３図において，１
はアルコールタンク、３は純水タンクであり、アルコー
ル供給ポンプ２と純水供給ポンプ４により混合されて、
原料予熱器５，６でさらに予熱されてアルコール蒸発器
７に送られる．アルコール・水混合体はここで気化され
て、改質泰８に送られ、ここで２００〜３００℃の温度
で水素リッチガスに改質される． 改質ガスは原料予熱器６を通り低温ＣＯ変成器９に入り
，ＣＯ濃度は約０．３％以下に低減される．そして、未
反応のアルコールを含んだ水素ガスは燃料ガスコンタク
トクーラ１０により気液分離され改質ガスと未反応アル
コールを含んだ水に分離される．分離された未反応アル
コールを含む水は、原料アルコール供給ラインに送られ
て再利用される． 純水ポンプからの純水の供給蓄は、水／アルコールの比
が一定になるように未反応アルコールを含んだ水の供給
量によって制御される。アルコールの水蒸気改質反応は
２００〜３００℃、水蒸気／アルコールの比は１．０〜
３．０の条件で行なわれており、メタノールの場合は次
の２段階の反応によって成り立っている． ＣＨ．ＯＨ　　→　ＣＯ＋２Ｈ．　　　　　・・・　■
Ｃｏ，ＯＨ＋Ｈ，Ｏ−）Ｃｏ，＋３Ｈよ・・・　■上式
において、■は吸熱反応、■は発熱反応であり，トータ
ルすると■は吸熱反応である．このため、改質器では触
媒を充填した反応管の外部から熱を供給する必要があり
、ここでは熱媒体によって与えられる．この熱媒体を加
熱炉ｌ２で電池からの徘空気・徘燃料を燃焼させること
によって加熱される．改質器８に熱を供給した熱媒体は
、アルコール蒸発器７に送られてアルコールの気化に利
用される． （発明が解決しようとする課題） しかして本システムはいわゆるアルコールの低温改質シ
ステムであり、メタノールの場合改質温度が２００〜３
００℃と低く改質器の運転条件がゆるいため改質器の信
頼性は高い．しかし，運転範囲が制限されるため、また
熱媒体が使われるため、加熱炉が必要となる．加熱炉は
大気圧燃焼方式を採用しており、熱の有効利用という点
では欠点がある．さらに，改質温度が低いため燃料ガス
コンタクトクーラ１０の液層部には未反応アルコールと
ともにジメチルエーテル．ギ酸等の副生成物が含まれ，
排水処理を非常に困難にしている。

本発明の目的は，アルコールを原料とする高温改質シス
テムを利用することによって、アルコールの未反応およ
び副生成物をなくし、かつコンパクトで熱利用率の高い
燃料電池プラントを提供することである． 〔発明の構成〕 （ｉｌＭを解決するための手段） 本発明の燃料電池プラントは，アルコールを原料とする
高温改質燃料電池プラントにおいて、電池冷却水または
高温ＣＯ変成器出口ガスを熱源とする蒸発器を追加する
ことを特徴とするものである。

（作用） 本発明においては前記の蒸発器を追加したことにより、
熱利用率を低下させることなく、未反応アルコールや副
生成物の発生なしにアルコール改質を行なえる． （実施例） 以下本発明を第１図および第２図に示す実施例を参照し
て説明する。第１図および第２図において第３図と対応
した部材には同一符号を付してある． 第１図はアルコール原料用燃料電池システムの構成を示
し、アルコールタンク１からアルコール供給ポンプ２に
よって送り出されたアルコールは，アルコール蒸発器７
の上流側で気水分離器１９からの蒸気と混合されてアル
コール蒸発器７に送られる。アルコール蒸発器７で気化
されたアルコールと蒸気の混合ガスは、改質器８で４５
０〜８５０℃という高温で改質される。

この改質ガスにはＣＯが約１０％含まれるため高温ＣＯ
変成器ｌ５と低温ＣＯ変成器９により約０．３％まで低
減される。各ＣＯ変成器入口ガス温度を制御するため原
料予熱器５と熱交換器１６が設置されている．低温ＣＯ
変成器を出た改質ガスは燃料ガスクーラｌＯで気水分離
され、水素リッチガスは燃料電池ｌ１のアノード極に送
られる。

一方、分離された水は未反応アルコールや副生成物が含
まれないため再生処理が容易であり、電池冷却水給水と
して再利用される。

電池からの徘燃料、排空気は改質器８のバーナで燃焼さ
れて、改質反応に必要な熱を供給する。

一方、電池で発生した熱は冷却水冷却器１８から送られ
る冷却水によって除去されるが，熱を受け取った冷却水
は燃料電池１１の出口では単相から２相流に変化し，気
水分離器ｌ９で蒸発と熱水に分離される。

蒸気は改質反応に必要な蒸気としてアルコール蒸発器入
口に供給される。

熱水は再生処理された給水とともに冷却水ボンプ１７に
よって再び電池に送られるが、この一部はアルコール蒸
発器の熱源として利用される．アルコール蒸発器への電
池冷却水の通水景はメタノール原料の供給斌に応じて調
節弁２０によってコントロールされる。

従来、高温高圧下で運転される改質器の信頼性が低く、
アルコールの高証改質はまったく実用化されていない。

しかし、近年、改質器の構造、バーナ構造，改質管材料
および断熱材の改良により，信頼性を高めることが可能
となった。アルコールの高温改質も特に大型燃料電池プ
ラントでは、低温改質に比べて十分なメリットがある．
第２図はアルコール蒸発器７の熱源として、高温ＣＯ変
成器ｌ５の出口ガスを使う本発明の他の実施例である．
燃料電池１ｌの冷却水を使う場合に比ベて次のメリット
がある． ■　対数平均温度差が大きくとれるのでアルコール蒸発
器がコンパクトにできる． ■　低温ＣＯ変成器入口の熱交換器が省略できる可能性
がある。

■　排熱利用がなされていないプラントではプラント効
率を数％高めることができる．〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば，アルコール蒸発
器の熱源として燃料電池の冷却水または高温ＣＯ変成器
出口ガスを使い，かつ高温（４５０〜８５０℃）改質す
ることによって，未反応アルコールや副生成物の発生を
防止し、プラントの高い効率と信頼性を維持できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃料電池プラントの系
統図、第２図は本発明の他の実施例を示す系統図、第３
図は従来の燃料電池プラントの系統図である． １・・・アルコールタンク ２・・アルコール供給ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルコールおよび水蒸気より成る原料ガスを予熱
   気化させて高温触媒充填層を通過させて水素に富んだガ
   スに改質させる蒸発器と改質器をもつ燃料電池プラント
   において、蒸発器の熱源として電池冷却水又は高温一酸
   化炭素変成器出口ガスを利用することを特徴とする燃料
   電池プラント。