JPH04121973A - 改質器及びプロトン導電型燃料電池 - Google Patents
改質器及びプロトン導電型燃料電池Info
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- JPH04121973A JPH04121973A JP2238896A JP23889690A JPH04121973A JP H04121973 A JPH04121973 A JP H04121973A JP 2238896 A JP2238896 A JP 2238896A JP 23889690 A JP23889690 A JP 23889690A JP H04121973 A JPH04121973 A JP H04121973A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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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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】
［産業上の利用分野］
本発明は、改質器及びプロトン導電型燃料電池に関する
。
。
［従来の技術］
従来、プロトン導電型燃料電池（Ｓ Ｐ Ｆ Ｃ）シス
テムは、第４図に示すようになっている。
テムは、第４図に示すようになっている。
即ち、まず、１０００℃で作動する改質器（Ｆ Ｐ Ｓ
）１の反応管２を通ってメタン等のガスがＣ０１Ｃ０２
、Ｈ２０，Ｈ２に転換し、ガスを２００℃程度に冷却し
てＣＯシフトコンバータ３を通す。ガスはＣＯ２、Ｈ２
Ｏ，Ｈ２に転換され、Ｈ２ＰＳＡ４を通す事により純Ｈ
２として熱交換器５を通って昇温され、Ｆｅ２に供給さ
れる。改質用の蒸気は、改質器１及びＦｅ２の廃熱の回
収により供給する。不足分は、改質器後流に追い焚きす
る場合と、改質器１に燃料を過投入する場合が考えられ
る。
）１の反応管２を通ってメタン等のガスがＣ０１Ｃ０２
、Ｈ２０，Ｈ２に転換し、ガスを２００℃程度に冷却し
てＣＯシフトコンバータ３を通す。ガスはＣＯ２、Ｈ２
Ｏ，Ｈ２に転換され、Ｈ２ＰＳＡ４を通す事により純Ｈ
２として熱交換器５を通って昇温され、Ｆｅ２に供給さ
れる。改質用の蒸気は、改質器１及びＦｅ２の廃熱の回
収により供給する。不足分は、改質器後流に追い焚きす
る場合と、改質器１に燃料を過投入する場合が考えられ
る。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、従来技術によれば、以下の問題点、を有する。
（１）天然ガス等の改質温度は９００〜１０００℃と高
く、低温の燃料電池と組み合わせた際にはせっかく燃料
電池が低温作動にかかわらず、システムとしての最高作
動温度が改質器側で決定されてしまうため、運転操作性
、起動時間、起動速度を上げられない。
く、低温の燃料電池と組み合わせた際にはせっかく燃料
電池が低温作動にかかわらず、システムとしての最高作
動温度が改質器側で決定されてしまうため、運転操作性
、起動時間、起動速度を上げられない。
（２）燃料電池に純水素に近い燃料を供給しようとする
と、ＰＳＡシステム等の動力のかかるシステムを追加し
なければならない。
と、ＰＳＡシステム等の動力のかかるシステムを追加し
なければならない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、改質反応管
の内部に水素分離膜を使用することにより、メタン等の
燃料から燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電型
燃料電池へ供給できる改質器を提供し、更にこうした改
質器を燃料入口上流側に配置することにより５００℃程
度の低温での運転を可能として最高作動温度の低減、起
動時間の低減をなし得るプロトン導電型燃料電池を提供
することを目的とする。
の内部に水素分離膜を使用することにより、メタン等の
燃料から燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電型
燃料電池へ供給できる改質器を提供し、更にこうした改
質器を燃料入口上流側に配置することにより５００℃程
度の低温での運転を可能として最高作動温度の低減、起
動時間の低減をなし得るプロトン導電型燃料電池を提供
することを目的とする。
［課題を解決するための手段と作用コ
本願第１の発明は、改質容器とこの改質容器内に配設さ
れた改質反応管とを具備し、燃料ガスをＣｏ、ＣＯ２、
Ｈ２０，Ｈ２に改質する改質器において、前記改質反応
管の内部に水素分離膜を設けたことを特徴とする改質器
である。
れた改質反応管とを具備し、燃料ガスをＣｏ、ＣＯ２、
Ｈ２０，Ｈ２に改質する改質器において、前記改質反応
管の内部に水素分離膜を設けたことを特徴とする改質器
である。
本願第２の発明は、請求項１記載の改質器を燃料入口上
流側に備えたことを特徴とするプロトン導電型燃料電池
である。
流側に備えたことを特徴とするプロトン導電型燃料電池
である。
本発明において、プロトン導電型燃料電池（Ｓ Ｐ Ｆ
Ｃ）の原理図は、第５図に示す通りである。即ち、燃
料としてＨ２と空気（０２）の導入によって、下記反応
を起こし、（＋）極側より残空気とＨ２０を、（−）極
側よりＨ２残分を排出して電流を発生させるもので、そ
の構造は５ＯＦＣと路間しである。
Ｃ）の原理図は、第５図に示す通りである。即ち、燃
料としてＨ２と空気（０２）の導入によって、下記反応
を起こし、（＋）極側より残空気とＨ２０を、（−）極
側よりＨ２残分を排出して電流を発生させるもので、そ
の構造は５ＯＦＣと路間しである。
＋極； ２Ｈ” ＋２ｅ−＋ｌ／２０２→Ｈ２０極２Ｈ
２→２Ｈ＋＋２ｅ 本発明に係る改質器によれば、改質反応管の内部に水素
分離膜を配設した構成になっているため、低温プロトン
導電型燃料電池にＣＨ４、Ｃ２Ｈ６゜Ｃ３Ｈ８、ＣＨ３
０Ｈ等の燃料から燃料改質を行って純水素（Ｈ２）を供
給でき、効率的な発電を行う事ができる。
２→２Ｈ＋＋２ｅ 本発明に係る改質器によれば、改質反応管の内部に水素
分離膜を配設した構成になっているため、低温プロトン
導電型燃料電池にＣＨ４、Ｃ２Ｈ６゜Ｃ３Ｈ８、ＣＨ３
０Ｈ等の燃料から燃料改質を行って純水素（Ｈ２）を供
給でき、効率的な発電を行う事ができる。
また、上述した改質器を燃料入口上流側に備えることに
より、５００℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜１００℃〜２００℃程度で作動す
る燃料電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を
低減する等の運用上の改善を図る事ができる。
より、５００℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜１００℃〜２００℃程度で作動す
る燃料電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を
低減する等の運用上の改善を図る事ができる。
［実施例コ
以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。
明する。
第１図において、１１は燃料改質器である。この燃料改
質器１１は、改質容器１２と、この改質容器Ｉ２内に配
設された改質反応管１３と、この改質反応管１３の内部
に配設された水素分離管Ｉ４とから構成されている。前
記改質反応管１３及び水素分離管■４は、第２図に示す
如く、反応場よりＨ２を排出し、水素生成反応を促進す
るようになっている。前記水素分離管１４は、ポーラス
な金属管にパラジウム薄膜１〜５０μｍを形成した管で
ある。前記水素分離管１４と改質反応管１３間の一部に
は、Ｎｉ等の改質触媒１５が詰められている。前記改質
反応管１３内では、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ−４ＣＯ＋ＣＯ２十
Ｈ２０＋Ｈ２の反応が起こる。前記改質反応器１２には
、メタン又はプロパン等（ＣＨ４、Ｃ２Ｈｂ 。
質器１１は、改質容器１２と、この改質容器Ｉ２内に配
設された改質反応管１３と、この改質反応管１３の内部
に配設された水素分離管Ｉ４とから構成されている。前
記改質反応管１３及び水素分離管■４は、第２図に示す
如く、反応場よりＨ２を排出し、水素生成反応を促進す
るようになっている。前記水素分離管１４は、ポーラス
な金属管にパラジウム薄膜１〜５０μｍを形成した管で
ある。前記水素分離管１４と改質反応管１３間の一部に
は、Ｎｉ等の改質触媒１５が詰められている。前記改質
反応管１３内では、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ−４ＣＯ＋ＣＯ２十
Ｈ２０＋Ｈ２の反応が起こる。前記改質反応器１２には
、メタン又はプロパン等（ＣＨ４、Ｃ２Ｈｂ 。
Ｃ３Ｈｓ 、 ＣＨ３０Ｈ等）に投入され、純水素（
Ｈ２）と水分、二酸化炭素（ＣＯ２）等に分離し、別々
に熱交換器１６にて冷却し、水分、二酸化炭素等は煙突
１７を通して大気へ放出されるようになっている。
Ｈ２）と水分、二酸化炭素（ＣＯ２）等に分離し、別々
に熱交換器１６にて冷却し、水分、二酸化炭素等は煙突
１７を通して大気へ放出されるようになっている。
一方、純水素は、まず制御弁を備えた貯蔵システムバイ
パスライン１８を設けた水素吸蔵合金システムＩ９へ通
される。ここで、水素吸蔵合金システムＩ９は第３図に
示すようになっている。このシステムは、起動時の燃料
を確保するために本システムに追加してもよい。つまり
、５ＰＦＣの廃熱を温水として始動用温水タンク２ｏに
貯めておき、起動時に吸蔵合金を暖めて水素を放出させ
、燃料として利用する。なお、前記タンク２ｏ内には、
電池発熱で作った５０〜９９℃の温水をためておく。通
常運転時は本システムは水素吸蔵完了後バイパスされる
。なお、図中の２１はＦｅＴ ｆ系水素吸蔵合金等を充
填した主水素タンク、２２は燃料電池（Ｆ Ｃ）、２３
はＨ２レギュレータ、２４は始動用温水ポンプ（バッテ
リー駆動又はＡＣ駆動温水ポンプ）である。また、燃料
電池２２の直前に前記システムＩ９を設置することは、
起動速度を最大限に改善する目的においてより効果的で
ある。
パスライン１８を設けた水素吸蔵合金システムＩ９へ通
される。ここで、水素吸蔵合金システムＩ９は第３図に
示すようになっている。このシステムは、起動時の燃料
を確保するために本システムに追加してもよい。つまり
、５ＰＦＣの廃熱を温水として始動用温水タンク２ｏに
貯めておき、起動時に吸蔵合金を暖めて水素を放出させ
、燃料として利用する。なお、前記タンク２ｏ内には、
電池発熱で作った５０〜９９℃の温水をためておく。通
常運転時は本システムは水素吸蔵完了後バイパスされる
。なお、図中の２１はＦｅＴ ｆ系水素吸蔵合金等を充
填した主水素タンク、２２は燃料電池（Ｆ Ｃ）、２３
はＨ２レギュレータ、２４は始動用温水ポンプ（バッテ
リー駆動又はＡＣ駆動温水ポンプ）である。また、燃料
電池２２の直前に前記システムＩ９を設置することは、
起動速度を最大限に改善する目的においてより効果的で
ある。
上記水素吸蔵合金システム１９を通った純水素は、燃料
電池（ＦＣ）２２へ燃料として発電に寄与した後、水分
は熱交換器１６へ送られ昇温され蒸気となり、改質器１
１へ投入され、他系統より投入された空気及び燃料と共
に改質器１１内を５００℃程度へ上昇する。ここで、改
質器１１に供給する改質用水蒸気は改質器出口の廃熱及
び燃料電池廃熱の回収により最大限に供給し、不足分°
は燃料の燃焼にて賄うものとする。また、改質器の運転
圧力は５〜１０ａｔｇ程度とな゛す、後流の燃料電池に
ついては常圧から１０ａｔｇ程度まで、システムの要求
次第で選定可能である。
電池（ＦＣ）２２へ燃料として発電に寄与した後、水分
は熱交換器１６へ送られ昇温され蒸気となり、改質器１
１へ投入され、他系統より投入された空気及び燃料と共
に改質器１１内を５００℃程度へ上昇する。ここで、改
質器１１に供給する改質用水蒸気は改質器出口の廃熱及
び燃料電池廃熱の回収により最大限に供給し、不足分°
は燃料の燃焼にて賄うものとする。また、改質器の運転
圧力は５〜１０ａｔｇ程度とな゛す、後流の燃料電池に
ついては常圧から１０ａｔｇ程度まで、システムの要求
次第で選定可能である。
しかして、本発明に係る改質器によれば、改質反応管Ｉ
３の内部に、水素分離管１４つまりポーラスな金属管に
パラジウム薄膜（水素分離膜）１〜５０μｍを形成した
管を配設・した構成になっているため、低温プロトン導
電型燃料電池にＣＨ４゜Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＣＨｓ
ＯＨ等の燃料から燃料改質を行って純水素（Ｈ２）を供
給でき、効率的な発電を行う事ができる。
３の内部に、水素分離管１４つまりポーラスな金属管に
パラジウム薄膜（水素分離膜）１〜５０μｍを形成した
管を配設・した構成になっているため、低温プロトン導
電型燃料電池にＣＨ４゜Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＣＨｓ
ＯＨ等の燃料から燃料改質を行って純水素（Ｈ２）を供
給でき、効率的な発電を行う事ができる。
また、上述した改質器を燃料入口上流側に備えることに
より、５００℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜１００℃〜２００℃程度で作動す
る燃料電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を
低減する等の運用上の改善を図る事ができる。
より、５００℃程度の温度で運転ができ、低温プロトン
導電体を用いた常温〜１００℃〜２００℃程度で作動す
る燃料電池システムの最高作動温度を下げ、起動時間を
低減する等の運用上の改善を図る事ができる。
［発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、改質反応管の内部に
水素分離膜を使用することにより、メタン等の燃料から
燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電型燃料電池
へ供給できる改質器を提供し、更にこうした改質器を燃
料入口上流側に配置することにより５００℃程度の低温
での運転を可能として最高作動温度の低鱗、起動時間の
低減をなし得るプロトン導電体燃料電池を提供できる。
水素分離膜を使用することにより、メタン等の燃料から
燃料改質を行って純水素を低温プロトン導電型燃料電池
へ供給できる改質器を提供し、更にこうした改質器を燃
料入口上流側に配置することにより５００℃程度の低温
での運転を可能として最高作動温度の低鱗、起動時間の
低減をなし得るプロトン導電体燃料電池を提供できる。
第１図は本発明に係る低温プロトン導電体燃料電池発電
システムの説明図、第２図は同発電システムに用いられ
る改質反応器の要部の説明図、第３図は同発電システム
の水素吸蔵合金システムの１１・・・燃料改質器、１２
・・・改質容器、１３・・・改質反応管、１４・・・水
素分離管、１５・・・改質触媒、１６・・熱交換器、１
８・・・貯蔵システムバイパスライン、１９・・水素吸
蔵合金システム。
システムの説明図、第２図は同発電システムに用いられ
る改質反応器の要部の説明図、第３図は同発電システム
の水素吸蔵合金システムの１１・・・燃料改質器、１２
・・・改質容器、１３・・・改質反応管、１４・・・水
素分離管、１５・・・改質触媒、１６・・熱交換器、１
８・・・貯蔵システムバイパスライン、１９・・水素吸
蔵合金システム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、改質容器とこの改質容器内に配設された改質反応管
とを具備し、燃料ガスをＣＯ、ＣＯ＿２、Ｈ＿２Ｏ、Ｈ
＿２に改質する改質器において、前記改質反応管の内部
に水素分離膜を設けたことを特徴とする改質器。 ２、請求項１記載の改質器を燃料入口上流側に備えたこ
とを特徴とするプロトン導電型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23889690A JP3377523B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23889690A JP3377523B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04121973A true JPH04121973A (ja) | 1992-04-22 |
| JP3377523B2 JP3377523B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=17036881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23889690A Expired - Lifetime JP3377523B2 (ja) | 1990-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377523B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
| JP2002037605A (ja) * | 2000-05-19 | 2002-02-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素製造装置 |
| JP2002338204A (ja) * | 2001-05-22 | 2002-11-27 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 高純度水素製造設備 |
| JP2009179553A (ja) * | 2009-04-24 | 2009-08-13 | Toshiba Corp | マルチ燃料供給システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102655873B1 (ko) * | 2018-11-22 | 2024-04-05 | 한화오션 주식회사 | 연료전지의 폐열 활용이 가능한 수중운동체의 연료전지시스템 |
-
1990
- 1990-09-11 JP JP23889690A patent/JP3377523B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
| JP2002037605A (ja) * | 2000-05-19 | 2002-02-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素製造装置 |
| JP2002338204A (ja) * | 2001-05-22 | 2002-11-27 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 高純度水素製造設備 |
| JP2009179553A (ja) * | 2009-04-24 | 2009-08-13 | Toshiba Corp | マルチ燃料供給システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3377523B2 (ja) | 2003-02-17 |
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