JPH0458464A - 燃料電池用燃料改質器の熱媒体加熱装置 - 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】 〔産業上の利用分野」 本発明は、燃料改質器の改質触媒が充填された改質管を
刀口熱する熱媒体が通流する伝熱Ｗを燃料電池からのオ
フガスと排空気とによる燃焼触媒からなるバーナでの燃
焼により刀口熱する燃料電池用燃料改質管の熱媒体刀口
熱装置に関する。

〔従来の技術ｊ 燃料改質器はアルコール系や炭化水素系の原燃料からな
る改質原料を改質触媒が充積された改質管に通流し、こ
の改質管を熱媒体ｌこより刀口熱して改質原料を水素に
冨むガスに改質するか、改質管を加熱する熱媒体の刀口
熱を、燃料を池からの未使用水素を含むオフガスと未使
用酸素を含む排空気とによる燃焼触媒からなるバーナで
の燃焼により行なう熱媒体刀口熱装置を使用するものが
知られている。この種の熱媒体加熱装置を有する燃料電
池発電システムの従来の系統を第３図に示す。

第３図−こおいて１は熱交換器、２は燃料改質器。

３は臣気予熱器、４はオフガス予熱器、５は燃料電池、
６は起動用７１０熱器、１０は熱媒体加熱装置である。

熱媒体加熱装置１０は燃焼触媒からなるバーナ１１と、
バーナ１１で燃料が燃焼する燃焼室１２内に設けられる
伝熱管１５とを備え、伝熱管１５（こは燃料改質器２の
改質触媒が充填された改質管１４を加熱する熱媒体が流
れる。循環系１３は熱媒体を伝熱管１５と燃料改質器２
との間を循環させる。

オフガス供給系１６はバーナ１１に燃料電池５からのオ
フガスをオフガス予熱器４を経て供給する。

そしてオフガス供給系１６ｔこは燃料室ａ５からの排空
気を空気予熱器３を経てバーナ１１に供給する排空気供
給系１７が接続されている。

起動用加熱器６は起動時、循環系１３を循環する熱媒体
を７１１］熱するものであり、原燃料を燃料とするバー
ナ加と伝熱管２１とを備え、伝熱管２１には循環系１３
を流れる熱媒体が流れる。起動用循環系ρは伝熱管２】
を内挿し、循環系１３の升乙を秩んで循環系１３に接続
されている。なお、ム、２５は升である。

このような構成により燃料改質器２の起動時弁乙を閉、
弁シ、２５を開にして熱媒体循環ポンプ乙により熱媒体
を循環系１３と起動用循環系ｎに循環させる。そして起
動用加熱器６のバーナＩに原燃料を供給して燃焼させ、
伝熱管２１を流れる熱媒体を加熱し、起動用循環系２２
から循環系１３を経て燃料改質器２に通流させる。この
刀口熱された熱媒体により燃料改質器２内ｌこ配役され
た改質管１４を加熱し、改質反応開始可能温度まで昇温
する。

改質管１４内の改質触媒が前述のように昇温した後、原
燃料と水Ｘ気とからなる改質原料ガスは熱交換器ｉｔこ
供給され、熱交換器１にて熱媒体刀り熱装［１０から排
出される燃規排カスにより加熱さｎて高温になり、燃料
改質器２の改質管１４に通流する。そして改質管１４を
通流する改質原料ガスは起動用循環系ム、循環系１３を
循環する起動用刃口熱器６で加熱された熱媒体により那
熱され、改質原料カスは水素に冨むカスに水蒸気改質さ
れる。

このときの水蒸気改質反応は、例えは原燃料をメタンと
したとき−こは下記の反応が起きる。

ＣＨ４＋　２　Ｈ２０→Ｃ０２＋４　Ｈ２この反応にお
いては副次的にカーホン析出反応も住じるので、カーホ
ン析出を防ぐため、過剰の水分を付〃口して水蒸気改質
反応を行なわせている。

したがって余剰の水分はそのｔｔ改質カス中ｌこ含まれ
る。この水分の含有量は通常３０％程度である。

上記の水分を含む改質ガスは空気予熱器３、オフガス予
熱器４とを経てそれぞれ燃料電池５からのオフガスと排
空気とを刀ロ熱−ｊ！＋温して自らは燃料電池５の作動
１１こまで冷却されて燃料電池５１こ供給される。

一万、生気プロワ２′７番こより吸気された空気は燃料
室＠５に供給され、前記供給される改質ガスとによりｔ
池反応を起Ｃして発電する。なお電池反応では通常改質
ガス中の水素の関％が′を准反応に奇与し、１１Ｌ准反
応により生じる水の大部分は排空気に含丈れるよう（こ
なる。この水分の含有量は通常２０％程笈である。

ここで燃料電池５から排出されたオフガスと排空気とは
それぞれオフカス供給系１６と排空気供給系１７とを流
れ、オフガス予熱器４と空気予熱器３とで改質ガスによ
り刀口熱昇温されて起動用加熱装置１０の燃焼触媒から
なるバーナ１１に供給され、バーナ１１での燃焼により
伝熱管１５を流れる熱媒体を那熱して燃料改質器２に供
給し、改質管］４を加熱して水蒸気改質反応を行なわせ
る。

上記のように燃料電池５からのオフガスと排空気とによ
り熱媒体加熱装置１０のバーナ１１での燃焼が可能にな
れば、起動用加熱器６の燃焼を停止し、ｆＰ２３を開１
升調、２５を閉にして熱媒体加熱装置ｌＯＩこより伝熱
Ｗ１５を通流する熱媒体を刀口熱する。

なお、バーナｌｌｌこ燃焼触媒を用いるのは、燃焼触媒
は燃料室ａ５からのオフガスのような低発熱量で燃料電
池の負荷変動が大きく、オフガス量の変動が大きい場合
に燃焼を安定に行ない、失火することがないからである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように熱媒体刀り熱装置１０の燃焼触媒からなる
バーナ１１にで燃料室な５から排出されるオフガスと排
空気とにより燃焼を行なわせるが、燃料電池発電システ
ムの運転当初機器類や配管が低温であるときはオフカス
や排空気は含有する水分のためドレンが生じ、このドレ
ンはバーナ１１の燃焼触媒に流入し、これを濡らすこと
になる。

この場合、液体であるドレンは燃焼触媒の触媒表面を水
膜で覆ってしまい、空気と燃料との接触ができず、燃焼
触媒上での燃料の空気による酸化反応、すなわち燃焼が
できなくなる。このためこれらの水分が蒸発するまでは
未燃の燃料が生じ。

未燃ガスが生じるという問題がある。

本発明の目的は、燃料電池発電システムの運転当初燃焼
触媒からなるバーナでの燃料電池からのオフガスの排空
気による燃焼を完全に行なわせることのできる燃料を他
用燃料改質器の熱媒体加熱装置を提供することである。

〔課題を％Ａ決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によれば改質原料を
水素に冨むガス４こ改質する燃料改質器内の改質触媒が
充填される改質管を加熱する熱媒体′９１” 倉通流する伝熱管と、この伝熱管をｉＩＬ流する熱媒体
を、燃料電池から排出する未使用水素を含むオフガスを
未使用酸素を含む排空気により燃焼させて加熱する燃焼
触媒からなるバーナとを有する熱媒体加熱装置ｌこおい
て、前記燃料電池からバーナにオフガスと排空気を送気
する運転当初時、排空気を前記熱媒体により加熱する加
熱装置を設けるものとする。

また前記熱媒体供給系ＦＩｔにおいて、前記燃料電池か
らバーナにオフガスと排空気とを送気する運転当初時、
バーナを加熱する電気ヒータをバーナ内ｌこ配役するも
のとする。

〔作用〕

燃料ｔな発電システムの運転当初燃料電池から排出され
る排空気が低温の機器や配管を逼るため生じた９Ｆ空気
甲のドレンは、燃料改質器内ステムを加熱する熱媒体に
より排空気を刀口熱する加熱装置により昇温されて極め
て短時間に蒸発除去される。

そしてこの高温の排空気は熱媒体加熱装置の燃焼触媒か
らなるバーナｌこ流入し、燃焼触媒を燃料電池から排出
されるオフカスの露点以上の温度にすることができ、こ
のため燃焼触媒ではドレンが生じないため。

燃焼触媒はドレンで覆われることがなくなる。したがっ
て運転当初燃焼触媒によりオフガスを完全燃焼させ、未
燃ガスを生じさせない。

また燃焼触媒からなるバーナ内に電気ヒータを配設する
ことにより、燃料電池発電システムの運転当初電気ヒー
タを通電することにより、燃焼触媒を加熱してオフガス
や排空気の露点以上の温度とすることができ、このため
燃焼触媒にはドレンにより覆われることかなくなる。し
たがって運転当初燃焼触媒によりオフガスを完全燃焼さ
せ、未燃ガスを生じさせない。

〔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１こよる燃料電池用燃料改質器
の熱媒体刀１］熱装置を備えた燃′Ｉ＃＋電池発電ンス
テムの系杭図である。なお、第１図および後述する第２
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空気予熱器３の下流
の排空気供給系１７に伝熱管６を内蔵する補助空気予熱
器部を設け、さらに伝熱管５に接続する熱媒体供給系２
７を起動用循環系乙の伝熱管力の下流で分岐し、循環系
１３の伝熱管１５の下流に接続して設けたことである。

このような構成により、燃料電池発電システムの運転当
初、燃料電ａ５から排出される水分を含んだ排空気は空
気予熱器３で加熱昇温されるが、運転当初は前述のよう
に機器や配管が低温のため十分に昇温されないのでドレ
ンが生じる。このドレンを含んだ排空気をさらに補助空
気予熱器Ｉにて起動用加熱器６で加熱された起動循環系
乙から熱媒体供給系訂を流れる熱媒体により加熱して排
空気中のドレンを蒸発除去する。このドレンを含まない
高温の排空気により燃焼触媒をオフガスの露点以上の温
度に刀口熱昇温するので、水分を含むオフガスが燃焼触
媒からなるバーナ１１に供給されても燃焼触媒ではドレ
ンが生ぜず、燃焼触媒を乾燥状態にする。このためオフ
ガスは完全燃焼し、未然ガスを発生しない。

第２図は本発明の異なる実施例による熱媒体加熱装置を
備えた燃料電池発電システムの系統図である。第２図に
おいて第３図の従来例と異なるのは熱媒体加熱装置１０
の燃焼触媒からなるノく−ナ１１内に複数の電気ヒータ
Ｉを配設したことである。

このように構成することにより燃料電池発電システムの
運転当初、電気ヒータＩを通電して燃焼触媒を燃料電池
から排出される排空気やオフガスの露点以上の温度にす
ることにより、排空気やオフガスが含む水分は蒸発除去
され、燃焼触媒は乾燥状態となるので、前述と同じ効果
が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば請求項
１では熱媒体ＺＪＯ熱装型装置焼触媒からなるバーナに
供給する燃料ｔａから排出される排空気を燃料改質器の
改質管を加熱する熱媒体により刀口熱する刀口熱装置を
設けたことにより、燃料電池発電システムの運転当材燃
料ｔａ力）らの排空気を刀口熱昇温しで含有するドレン
を蒸発除去し、この高温の排空気は燃焼触媒に供給され
て燃焼触媒を燃料電池からのオフガスの露点以上の温度
にし。

このため水分を含むオフガスが燃焼触媒に流入してもド
レンが生じないので、オフガスは完全燃焼され、未燃ガ
スが庄じないという効果がある。

才だ、請求項２では熱媒体加熱装置の燃焼触媒からなる
バーナ内に電気ヒータを配設することにより、燃料電池
発電システムの運転当初電気ヒータに通電して燃焼触媒
を燃料［ａからのオフガスや排空気の露点以上の温度番
こし、このため水分を含むオフガスや排空気が燃焼触媒
に流入してもドレンが生じないので、オフガスは完全燃
焼し、未燃ガスが任じないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の実施例１こよる燃料電池用燃料改質器
の熱媒体７ＪＩ］熱装置を備えた燃料電池発電システム
の系統図、第２因は本発明の異なる実施例による燃料電
池用燃料改質器の熱媒体加熱装置を備えたｔ、料電池発
電システムの系統図、第３図は従来の燃ａｔな用燃料改
質器の熱媒体７＋１］熱装置を備えた燃料電池発電シス
テムの系統図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）改質原料を水素に富むガスに改質する燃料改質器内
   の改質触媒が充填される改質管を加熱する熱媒体が通流
   する伝熱管と、この伝熱管を通流する熱媒体を、燃料電
   池から排出される未使用水素を含むオフガスを未使用酸
   素を含む排空気により燃焼させて加熱する燃焼触媒から
   なるバーナとを有する燃料電池用燃料改質器の熱媒体加
   熱装置において、前記燃料電池からバーナにオフガスと
   排空気を送気する運転当初時、排空気を前記熱媒体によ
   り加熱する加熱装置を設けたことを特徴とする燃料電池
   用燃料改質器の熱媒体加熱装置。２）請求項１記載の燃
   料電池用燃料改質器の熱媒体加熱装置において、燃料電
   池からバーナにオフガスと排空気を送気する運転当初時
   、バーナを加熱する電気ヒータをバーナ内に配設したこ
   とを特徴とする燃料電池用燃料改質器の熱媒体加熱装置
   。