JPH0543202A - 燃料電池用改質装置 - Google Patents
燃料電池用改質装置Info
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- JPH0543202A JPH0543202A JP3200330A JP20033091A JPH0543202A JP H0543202 A JPH0543202 A JP H0543202A JP 3200330 A JP3200330 A JP 3200330A JP 20033091 A JP20033091 A JP 20033091A JP H0543202 A JPH0543202 A JP H0543202A
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池用の改質装置において、燃料切替、
負荷変動等による原料ガス流量の急激な増加によって過
渡的に生じる触媒充填層の温度低下に起因する改質ガス
中の水素量の過渡変動を抑制しする。 【構成】 改質装置内部のバーナ２４で加熱されて原料
ガス５０を改質する改質管４７内部の触媒充填層４８の
原料ガス５０の入口に、熱伝導粒子を充填した予熱層５
２を設ける。この予熱層５２に、燃料切替や負荷変動等
による原料ガス５０の流量の急激な増加によって過渡的
に生じる触媒充填層４８の温度低下を吸収させ、触媒充
填層４８の温度低下に起因する改質ガス５１中の水素量
の過渡変動を抑制する。
負荷変動等による原料ガス流量の急激な増加によって過
渡的に生じる触媒充填層の温度低下に起因する改質ガス
中の水素量の過渡変動を抑制しする。 【構成】 改質装置内部のバーナ２４で加熱されて原料
ガス５０を改質する改質管４７内部の触媒充填層４８の
原料ガス５０の入口に、熱伝導粒子を充填した予熱層５
２を設ける。この予熱層５２に、燃料切替や負荷変動等
による原料ガス５０の流量の急激な増加によって過渡的
に生じる触媒充填層４８の温度低下を吸収させ、触媒充
填層４８の温度低下に起因する改質ガス５１中の水素量
の過渡変動を抑制する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池用改質装置に
係わり、原料ガス（燃料と水蒸気）流量の急激な増加に
よる改質触媒充填層の温度低下に起因する改質ガス中の
水素量の過渡変動を抑制した燃料電池用改質装置に関す
るものである。
係わり、原料ガス（燃料と水蒸気）流量の急激な増加に
よる改質触媒充填層の温度低下に起因する改質ガス中の
水素量の過渡変動を抑制した燃料電池用改質装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の燃料系統においては、都市ガ
ス、天然ガス、ＬＰＧ、メタノール等の燃料の水蒸気改
質による水素製造が行われている。これらの燃料の水蒸
気改質反応は吸熱反応であるため、反応を進行させるた
めには、外部から改質装置、すなわち改質触媒層に給熱
する必要がある。そこで、従来は、改質触媒を充填した
反応管を複数本収容するケーシングにバーナを複数取り
付け、そのバーナによる燃焼熱を改質触媒層に供給して
いた。
ス、天然ガス、ＬＰＧ、メタノール等の燃料の水蒸気改
質による水素製造が行われている。これらの燃料の水蒸
気改質反応は吸熱反応であるため、反応を進行させるた
めには、外部から改質装置、すなわち改質触媒層に給熱
する必要がある。そこで、従来は、改質触媒を充填した
反応管を複数本収容するケーシングにバーナを複数取り
付け、そのバーナによる燃焼熱を改質触媒層に供給して
いた。
【０００３】図３はこのようなバーナ加熱方式の改質装
置を適用した従来の燃料電池発電システムの系統図であ
る。この燃料電池発電システムは、熱交換器２，４，
６，８，１０，２６，２９及び３１、脱硫装置３、改質
装置５、ＣＯシフトコンバータ７、凝縮器９，２７及び
３２、燃料電池１４、インバータ１６、気水分離器３
６、制御装置３９、各種センサーから構成されている。
置を適用した従来の燃料電池発電システムの系統図であ
る。この燃料電池発電システムは、熱交換器２，４，
６，８，１０，２６，２９及び３１、脱硫装置３、改質
装置５、ＣＯシフトコンバータ７、凝縮器９，２７及び
３２、燃料電池１４、インバータ１６、気水分離器３
６、制御装置３９、各種センサーから構成されている。
【０００４】以下にその構成とともにその作用について
説明する。気体状態の都市ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、メタ
ノール等の燃料１は熱交換器２で昇温させた後、水素リ
ッチなＣＯシフトコンバータ７の出口ガスの一部ととも
に脱硫装置３に送られ、燃料中の硫黄分が除去される
（メタノール等の硫黄分を含んでいない燃料を使用する
場合には不要）。脱硫された燃料ガスは、気水分離器３
６で生成された水蒸気３７とともに熱交換器４で昇温さ
れた後、改質装置５に送られる。改質装置５では、燃料
の改質反応が起こり、水素リッチな改質ガスが生成され
る。例えば、都市ガス、ＬＮＧ等のメタンを主成分とし
た燃料を使用した場合、改質装置５の中では、通常ニッ
ケル系触媒を用いて約７００〜８００℃で次に示す改質
反応が行われる。
説明する。気体状態の都市ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、メタ
ノール等の燃料１は熱交換器２で昇温させた後、水素リ
ッチなＣＯシフトコンバータ７の出口ガスの一部ととも
に脱硫装置３に送られ、燃料中の硫黄分が除去される
（メタノール等の硫黄分を含んでいない燃料を使用する
場合には不要）。脱硫された燃料ガスは、気水分離器３
６で生成された水蒸気３７とともに熱交換器４で昇温さ
れた後、改質装置５に送られる。改質装置５では、燃料
の改質反応が起こり、水素リッチな改質ガスが生成され
る。例えば、都市ガス、ＬＮＧ等のメタンを主成分とし
た燃料を使用した場合、改質装置５の中では、通常ニッ
ケル系触媒を用いて約７００〜８００℃で次に示す改質
反応が行われる。
【０００５】ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 改質ガスは、熱交換器６で温度を下げられた後、ＣＯシ
フトコンバータ７に送られ、次に示すシフト反応により
改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変えられる。
フトコンバータ７に送られ、次に示すシフト反応により
改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変えられる。
【０００６】ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 最終的には改質ガス中の一酸化炭素濃度は１％以下に抑
えられる。ＣＯシフトコンバータ７を出たガスは、熱交
換器８で温度が下げられた後、凝縮器９に送られ、未反
応の水蒸気が凝縮除去される。なお、前述したようにＣ
Ｏシフトコンバータ７を出たガスの一部は、水添脱硫に
必要な水素を脱硫装置３に供給するために、リサイクル
される。凝縮器９で分離された抽水３４は気水分離器３
６に送られ、再び水蒸気３７として改質装置５に供給さ
れる。凝縮器９を出たガスは、熱交換器１０で昇温され
た後、燃料電池１４の燃料極１１に送られ、水素が燃料
電池１４の電池反応に使われる。
えられる。ＣＯシフトコンバータ７を出たガスは、熱交
換器８で温度が下げられた後、凝縮器９に送られ、未反
応の水蒸気が凝縮除去される。なお、前述したようにＣ
Ｏシフトコンバータ７を出たガスの一部は、水添脱硫に
必要な水素を脱硫装置３に供給するために、リサイクル
される。凝縮器９で分離された抽水３４は気水分離器３
６に送られ、再び水蒸気３７として改質装置５に供給さ
れる。凝縮器９を出たガスは、熱交換器１０で昇温され
た後、燃料電池１４の燃料極１１に送られ、水素が燃料
電池１４の電池反応に使われる。
【０００７】燃料電池１４は、燃料極１１、電解質１
２、及び空気極１３から構成されており、電池反応で
は、燃料極１１で生成した水素イオンが電解質１２中を
空気極１３まで移動し、空気中の酸素と反応して水がで
きる（リン酸型燃料電池の場合）。空気２８は熱交換器
２９で昇温された後、空気極１３に供給され、電池反応
に使われる。空気極排ガス３０は、熱交換器３１で温度
が下げられた後、凝縮器３２に送られ生成水３５が凝縮
除去される。凝縮器３２で除去された生成水３５も気水
分離器３６に送られ、水蒸気３７として改質装置５に供
給される。凝縮器３２を出たガスは排ガス３３として大
気中に放出される。燃料電池１４の電池反応によって発
電された直流電力１５は、インバータ１６によって交流
電力１７に変換され、負荷１９に供給される。
２、及び空気極１３から構成されており、電池反応で
は、燃料極１１で生成した水素イオンが電解質１２中を
空気極１３まで移動し、空気中の酸素と反応して水がで
きる（リン酸型燃料電池の場合）。空気２８は熱交換器
２９で昇温された後、空気極１３に供給され、電池反応
に使われる。空気極排ガス３０は、熱交換器３１で温度
が下げられた後、凝縮器３２に送られ生成水３５が凝縮
除去される。凝縮器３２で除去された生成水３５も気水
分離器３６に送られ、水蒸気３７として改質装置５に供
給される。凝縮器３２を出たガスは排ガス３３として大
気中に放出される。燃料電池１４の電池反応によって発
電された直流電力１５は、インバータ１６によって交流
電力１７に変換され、負荷１９に供給される。
【０００８】燃料電池１４の燃料極１１における水素利
用率は７０〜８０％程度であるので、燃料極排ガス１８
は未反応水素を含む。この未反応水素を含む燃料極排ガ
ス１８は、加熱燃料２２として燃焼空気２３とともに加
熱用の改質装置バーナ２４に送られ、吸熱反応である改
質反応に必要な熱量を供給するために使われる。改質装
置バーナ２４では、以下に示す水素の燃焼反応（燃料極
排ガス１８中の水素と空気中の酸素との反応）が起こ
る。
用率は７０〜８０％程度であるので、燃料極排ガス１８
は未反応水素を含む。この未反応水素を含む燃料極排ガ
ス１８は、加熱燃料２２として燃焼空気２３とともに加
熱用の改質装置バーナ２４に送られ、吸熱反応である改
質反応に必要な熱量を供給するために使われる。改質装
置バーナ２４では、以下に示す水素の燃焼反応（燃料極
排ガス１８中の水素と空気中の酸素との反応）が起こ
る。
【０００９】Ｈ2＋１／２Ｏ2 →Ｈ2Ｏ 燃料電池運転開始時のように改質装置バーナ２４の燃料
となる燃料極排ガス量が不足する場合には、脱硫装置３
の出口ガスの一部を補助燃料２５として改質装置バーナ
２４の燃料に使用する。改質装置バーナ２４の燃焼ガス
４１は、熱交換器２６で温度が下げられた後、凝縮器２
７に送られ、生成水４０が凝縮除去される。凝縮器２７
で除去された生成水４０は、気水分離器３６に送られ、
水蒸気３７として改質装置５に供給される。凝縮器２７
を出たガスは、排ガス４２として大気中に放出される。
となる燃料極排ガス量が不足する場合には、脱硫装置３
の出口ガスの一部を補助燃料２５として改質装置バーナ
２４の燃料に使用する。改質装置バーナ２４の燃焼ガス
４１は、熱交換器２６で温度が下げられた後、凝縮器２
７に送られ、生成水４０が凝縮除去される。凝縮器２７
で除去された生成水４０は、気水分離器３６に送られ、
水蒸気３７として改質装置５に供給される。凝縮器２７
を出たガスは、排ガス４２として大気中に放出される。
【００１０】このような従来の燃料電池発電システムで
は、通常は、改質ガス圧力センサ４３で検出される改質
ガスの圧力が所定の値になるように、燃料流量調節弁２
０により燃料１の流量が制御されている。主燃料１の改
質に必要な水蒸気３７の供給量は、燃料流量調節弁２０
を通過する燃料１の流量を燃料流量検出センサ３８で検
知し、信号ｄを制御装置３９に送り、前記制御装置３９
は信号Ｃを水蒸気流量調節弁４４に送り、前記水蒸気流
量調節弁４４の開度を制御することによって調節する。
また、燃料電池１４に供給する改質ガス流量の調節は、
改質ガス流量調節弁２１で行う。即ち、負荷電流検出セ
ンサ４６で負荷電流を検出し、信号ａとして制御装置３
９に入力する。前記制御装置３９は信号Ａを改質ガス流
量制御弁２１に送り、負荷電流に相当する水素ガス量よ
りも多くの水素ガス量に相当する量の改質ガスを燃料電
池１４に供給する。改質装置温度が設定した温度になっ
ているかは、温度センサ４５で監視し、信号ｂとして制
御装置３９に入力する。必要に応じて改質ガス流量調節
弁２１に前記制御装置３９から送る信号Ａを制御し、前
記改質ガス流量調節弁２１の開度を補正する。これらの
一連の調節弁は通常は燃料１について最適な燃料流量、
改質ガス流量、水蒸気流量、及び改質装置温度になるよ
う、前述したように制御装置３９で制御される。制御装
置３９は、例えば圧力センサ４３からの圧力信号ｃを受
けて、制御装置内部に記憶してある設定圧力と比較し、
その結果を基に演算し燃料流量調節弁２０の開度を制御
する信号Ｂを送出する。
は、通常は、改質ガス圧力センサ４３で検出される改質
ガスの圧力が所定の値になるように、燃料流量調節弁２
０により燃料１の流量が制御されている。主燃料１の改
質に必要な水蒸気３７の供給量は、燃料流量調節弁２０
を通過する燃料１の流量を燃料流量検出センサ３８で検
知し、信号ｄを制御装置３９に送り、前記制御装置３９
は信号Ｃを水蒸気流量調節弁４４に送り、前記水蒸気流
量調節弁４４の開度を制御することによって調節する。
また、燃料電池１４に供給する改質ガス流量の調節は、
改質ガス流量調節弁２１で行う。即ち、負荷電流検出セ
ンサ４６で負荷電流を検出し、信号ａとして制御装置３
９に入力する。前記制御装置３９は信号Ａを改質ガス流
量制御弁２１に送り、負荷電流に相当する水素ガス量よ
りも多くの水素ガス量に相当する量の改質ガスを燃料電
池１４に供給する。改質装置温度が設定した温度になっ
ているかは、温度センサ４５で監視し、信号ｂとして制
御装置３９に入力する。必要に応じて改質ガス流量調節
弁２１に前記制御装置３９から送る信号Ａを制御し、前
記改質ガス流量調節弁２１の開度を補正する。これらの
一連の調節弁は通常は燃料１について最適な燃料流量、
改質ガス流量、水蒸気流量、及び改質装置温度になるよ
う、前述したように制御装置３９で制御される。制御装
置３９は、例えば圧力センサ４３からの圧力信号ｃを受
けて、制御装置内部に記憶してある設定圧力と比較し、
その結果を基に演算し燃料流量調節弁２０の開度を制御
する信号Ｂを送出する。
【００１１】図４は図３に示した改質装置の構造を示す
断面図である。加熱燃料２２（図３の燃料極排ガス１
８）が燃焼空気２３とともに改質装置バーナ２４で燃焼
され、改質触媒を充填した触媒充填層４８を含む改質管
４７を、主としてその輻射熱によって加熱する。燃焼ガ
ス４１は、熱伝導粒子層４９を通り、燃焼排ガス４２と
して改質装置の外部に放出される。燃料と水蒸気の混合
ガスである原料ガス５０は、改質管４７に供給され、触
媒充填層４８で改質された後、水素リッチな改質ガス５
１として改質装置の外部に取り出される。
断面図である。加熱燃料２２（図３の燃料極排ガス１
８）が燃焼空気２３とともに改質装置バーナ２４で燃焼
され、改質触媒を充填した触媒充填層４８を含む改質管
４７を、主としてその輻射熱によって加熱する。燃焼ガ
ス４１は、熱伝導粒子層４９を通り、燃焼排ガス４２と
して改質装置の外部に放出される。燃料と水蒸気の混合
ガスである原料ガス５０は、改質管４７に供給され、触
媒充填層４８で改質された後、水素リッチな改質ガス５
１として改質装置の外部に取り出される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の改質装置では負荷電流が急激に増加した場合や、燃
料を同じ量の水素を得るために要する原料ガス（燃料ガ
スと水蒸気の混合ガス）の流量が少ない燃料（例えばメ
タンを主成分とする都市ガス）から多い燃料（例えばメ
タノール）に切り替えた場合等のように、改質装置に供
給する原料ガス５０の流量が急激に増加したときには、
改質装置の熱バランスがくずれ、過渡的に改質装置の触
媒充填層４８の温度低下が起こり、その結果、改質が十
分行われなくなり、改質ガス５１中の水素量が過渡的に
低下するという問題があった。
来の改質装置では負荷電流が急激に増加した場合や、燃
料を同じ量の水素を得るために要する原料ガス（燃料ガ
スと水蒸気の混合ガス）の流量が少ない燃料（例えばメ
タンを主成分とする都市ガス）から多い燃料（例えばメ
タノール）に切り替えた場合等のように、改質装置に供
給する原料ガス５０の流量が急激に増加したときには、
改質装置の熱バランスがくずれ、過渡的に改質装置の触
媒充填層４８の温度低下が起こり、その結果、改質が十
分行われなくなり、改質ガス５１中の水素量が過渡的に
低下するという問題があった。
【００１３】この原料ガス５０の流量が増加した場合の
過渡変動を図５（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ）は燃
料は一定で負荷電流を急激に増加させた例で、図５
（ｂ）は負荷電流が一定で燃料を切り替えた例である。
図５（ａ）の例では、負荷電流をＩ1からＩ2に急激に変
化させるために、原料ガス流量をｕ1からｕ2に増加させ
ると、触媒充填層温度が過渡的にΔｔ時間だけ低下し
（最大ΔＴだけ温度低下が起こる）、その結果触媒充填
層での改質反応が起こりにくくなり、改質ガス中の水素
量が負荷電流Ｉ1を得るために必要な水素量Ｖ1から負荷
電流Ｉ2を得るために必要な量のＶ2に増加するのにΔｔ
時間要する。従って、負荷電流がＩ1からＩ2に増加する
のにも、Δｔ時間要する。また、図５（ｂ）の例では、
燃料を切り替えたために原料ガス流量がｕ1′からｕ2′
に増加すると、触媒充填層温度が過渡的にΔｔ′時間だ
け低下し（最大ΔＴ′だけ温度低下が起こる）、その結
果触媒充填層での改質反応が起こりにくくなり、改質ガ
ス中の水素量がΔｔ′時間に負荷電流Ｉ1′を得るため
に必要な水素量Ｖ1′より最大ΔＶ′だけ低下する。そ
の結果、負荷電流は、Δｔ′時間に最大ΔＩ′だけ低下
する。
過渡変動を図５（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ）は燃
料は一定で負荷電流を急激に増加させた例で、図５
（ｂ）は負荷電流が一定で燃料を切り替えた例である。
図５（ａ）の例では、負荷電流をＩ1からＩ2に急激に変
化させるために、原料ガス流量をｕ1からｕ2に増加させ
ると、触媒充填層温度が過渡的にΔｔ時間だけ低下し
（最大ΔＴだけ温度低下が起こる）、その結果触媒充填
層での改質反応が起こりにくくなり、改質ガス中の水素
量が負荷電流Ｉ1を得るために必要な水素量Ｖ1から負荷
電流Ｉ2を得るために必要な量のＶ2に増加するのにΔｔ
時間要する。従って、負荷電流がＩ1からＩ2に増加する
のにも、Δｔ時間要する。また、図５（ｂ）の例では、
燃料を切り替えたために原料ガス流量がｕ1′からｕ2′
に増加すると、触媒充填層温度が過渡的にΔｔ′時間だ
け低下し（最大ΔＴ′だけ温度低下が起こる）、その結
果触媒充填層での改質反応が起こりにくくなり、改質ガ
ス中の水素量がΔｔ′時間に負荷電流Ｉ1′を得るため
に必要な水素量Ｖ1′より最大ΔＶ′だけ低下する。そ
の結果、負荷電流は、Δｔ′時間に最大ΔＩ′だけ低下
する。
【００１４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、燃料切替、負荷変動等
による原料ガス流量の急激に増加によって過渡的に生じ
る触媒充填層の温度低下に起因する改質ガス中の水素量
の過渡変動を抑制した燃料電池用改質装置を提供するこ
とにある。
されたものであり、その目的は、燃料切替、負荷変動等
による原料ガス流量の急激に増加によって過渡的に生じ
る触媒充填層の温度低下に起因する改質ガス中の水素量
の過渡変動を抑制した燃料電池用改質装置を提供するこ
とにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の燃料電池用改質装置においては、改質され
る原料ガスが導入される改質反応管と、該改質反応管加
熱用の高温ガスが生成される高温ガス生成部とがケーシ
ング内に設けられてなる燃料電池用改質装置において、
前記改質反応管内部の触媒充填層の原料ガス入口に熱伝
導粒子を充填した予熱層を設けた構成としている。
め、本発明の燃料電池用改質装置においては、改質され
る原料ガスが導入される改質反応管と、該改質反応管加
熱用の高温ガスが生成される高温ガス生成部とがケーシ
ング内に設けられてなる燃料電池用改質装置において、
前記改質反応管内部の触媒充填層の原料ガス入口に熱伝
導粒子を充填した予熱層を設けた構成としている。
【００１６】
【作用】本発明の燃料電池用改質装置では、改質反応管
内部の触媒充填層の原料ガス入口に熱伝導粒子を充填し
た予熱層を設け、燃料切替、負荷変動等による原料ガス
流量の急激な増加によって過渡的に生じる触媒充填層の
温度低下を予熱層で吸収させ、触媒充填層の温度低下に
起因する改質ガス中の水素量の過渡変動を抑制する。
内部の触媒充填層の原料ガス入口に熱伝導粒子を充填し
た予熱層を設け、燃料切替、負荷変動等による原料ガス
流量の急激な増加によって過渡的に生じる触媒充填層の
温度低下を予熱層で吸収させ、触媒充填層の温度低下に
起因する改質ガス中の水素量の過渡変動を抑制する。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１８】図１は本発明の一実施例を示す燃料電池用
改質装置の構造を示す断面図である。本実施例を構成す
る要素として、２２は加熱燃料、２３は燃焼空気、２４
は改質装置バーナ、４１は燃焼ガス、４２は燃焼排ガ
ス、４７は改質管、４８は触媒充填層、４９は熱伝導粒
子層、５０は原料ガス、５１は改質ガス、５２は予熱層
である。図１に示す符号の要素のうち、図４の符号と同
一のものは同一の部分を示している。
改質装置の構造を示す断面図である。本実施例を構成す
る要素として、２２は加熱燃料、２３は燃焼空気、２４
は改質装置バーナ、４１は燃焼ガス、４２は燃焼排ガ
ス、４７は改質管、４８は触媒充填層、４９は熱伝導粒
子層、５０は原料ガス、５１は改質ガス、５２は予熱層
である。図１に示す符号の要素のうち、図４の符号と同
一のものは同一の部分を示している。
【００１９】本実施例は、図４の従来例と比較して、熱
伝導粒子を充填した予熱層５２が改質管４７内部の触媒
充填層４８の原料ガス５０入口に新たに設けられてい
る。熱伝導粒子の一例としてはアルミナ粒子があげられ
る。アルミナ粒子の大きさは、圧損及び熱伝導を考慮し
て選ぶ。また、予熱層５２の長さは、原料ガス５０の熱
容量と原料ガス流量の変化範囲を考慮して決定する。そ
の他の構成及び作用は図４に示す従来例と同様である。
即ち、加熱燃料２２が燃焼空気２３とともに改質装置バ
ーナ２４で燃焼され、改質触媒を充填した触媒充填層４
８を含む改質管４７を、主としてその輻射熱によって加
熱する。燃焼ガス４１は、熱伝導粒子層４９を通り、燃
焼排ガス４２として改質装置の外部に放出される。燃料
と水蒸気の混合ガスである原料ガス５０は、まず予熱層
５２を通って改質管４７に供給され、触媒充填層４８で
改質された後、水素リッチな改質ガス５１として改質装
置の外部に取り出される。
伝導粒子を充填した予熱層５２が改質管４７内部の触媒
充填層４８の原料ガス５０入口に新たに設けられてい
る。熱伝導粒子の一例としてはアルミナ粒子があげられ
る。アルミナ粒子の大きさは、圧損及び熱伝導を考慮し
て選ぶ。また、予熱層５２の長さは、原料ガス５０の熱
容量と原料ガス流量の変化範囲を考慮して決定する。そ
の他の構成及び作用は図４に示す従来例と同様である。
即ち、加熱燃料２２が燃焼空気２３とともに改質装置バ
ーナ２４で燃焼され、改質触媒を充填した触媒充填層４
８を含む改質管４７を、主としてその輻射熱によって加
熱する。燃焼ガス４１は、熱伝導粒子層４９を通り、燃
焼排ガス４２として改質装置の外部に放出される。燃料
と水蒸気の混合ガスである原料ガス５０は、まず予熱層
５２を通って改質管４７に供給され、触媒充填層４８で
改質された後、水素リッチな改質ガス５１として改質装
置の外部に取り出される。
【００２０】ここで、本実施例における原料ガスの流量
が増加した場合の過渡状態を図２（ａ），（ｂ）に示
す。本実施例の燃料電池用改質装置では、触媒充填層４
８入口に予め予熱層５２を十分とっておくと、負荷電流
が急激に増加した場合や、燃料を同じ量の水素を得るた
めに要する原料ガス（燃料ガスと水蒸気の混合ガス）の
流量が少ない燃料（例えばメタンを主成分とする都市ガ
ス）から多い燃料（例えばメタノール）に切り替えた場
合等のように、改質装置に供給する原料ガス５０野流量
が急激に増加したときでも、触媒充填層４８での過渡的
な温度低下は起こらず、改質ガス５１中の水素量の過渡
変動は起こらない。
が増加した場合の過渡状態を図２（ａ），（ｂ）に示
す。本実施例の燃料電池用改質装置では、触媒充填層４
８入口に予め予熱層５２を十分とっておくと、負荷電流
が急激に増加した場合や、燃料を同じ量の水素を得るた
めに要する原料ガス（燃料ガスと水蒸気の混合ガス）の
流量が少ない燃料（例えばメタンを主成分とする都市ガ
ス）から多い燃料（例えばメタノール）に切り替えた場
合等のように、改質装置に供給する原料ガス５０野流量
が急激に増加したときでも、触媒充填層４８での過渡的
な温度低下は起こらず、改質ガス５１中の水素量の過渡
変動は起こらない。
【００２１】図２（ａ）は、燃料が一定で負荷電流を急
激に増加させた例で、図２（ｂ）は負荷電流が一定で燃
料を切り替えた例である。図２（ａ）の例では、図５
（ａ）の従来例の場合と異なり、負荷電流をＩ1からＩ2
に急激に変化させるために、原料ガス５０の流量をｕ1
からｕ2に増加させても、予熱層５２を設けたために、
そこで温度変化が吸収され、触媒充填層４８の温度の過
渡的な低下は起こらず、改質ガス５１中の水素量が負荷
電流Ｉ1を得るために必要な水素量Ｖ1から負荷電流Ｉ2
を得るために必要な量のＶ2に速やかに増加する。従っ
て、負荷電流も過渡変動なく速やかにＩ1からＩ2に増加
する。また、図２（ｂ）の例でも、図５（ｂ）の従来例
の場合と異なり、燃料を切り替えたために原料ガス５０
の流量がｕ1′からｕ2′に増加するが、予熱層５２を設
けたために、同様に触媒充填層４８の温度の過渡的な低
下は起こらず、改質ガス５１中の水素量も負荷電流
Ｉ1′を得るために必要な水素量Ｖ1′で一定である。従
って、負荷電流の過渡変動はなく、負荷電流はＩ1′で
一定となる。
激に増加させた例で、図２（ｂ）は負荷電流が一定で燃
料を切り替えた例である。図２（ａ）の例では、図５
（ａ）の従来例の場合と異なり、負荷電流をＩ1からＩ2
に急激に変化させるために、原料ガス５０の流量をｕ1
からｕ2に増加させても、予熱層５２を設けたために、
そこで温度変化が吸収され、触媒充填層４８の温度の過
渡的な低下は起こらず、改質ガス５１中の水素量が負荷
電流Ｉ1を得るために必要な水素量Ｖ1から負荷電流Ｉ2
を得るために必要な量のＶ2に速やかに増加する。従っ
て、負荷電流も過渡変動なく速やかにＩ1からＩ2に増加
する。また、図２（ｂ）の例でも、図５（ｂ）の従来例
の場合と異なり、燃料を切り替えたために原料ガス５０
の流量がｕ1′からｕ2′に増加するが、予熱層５２を設
けたために、同様に触媒充填層４８の温度の過渡的な低
下は起こらず、改質ガス５１中の水素量も負荷電流
Ｉ1′を得るために必要な水素量Ｖ1′で一定である。従
って、負荷電流の過渡変動はなく、負荷電流はＩ1′で
一定となる。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池用改質装置によれば、改質反応管内部の触媒充
填層の原料ガス入口に熱伝導粒子を充填した予熱層を設
け、原料ガスを予熱することにしたので、燃料切替、負
荷変動等による原料ガス流量の急激な増加によって過渡
的に生じる触媒充填層の温度低下を予熱層で吸収させる
ことが可能で、触媒充填層の温度低下に起因する改質ガ
ス中の水素量の過渡変動を抑制することができる。
燃料電池用改質装置によれば、改質反応管内部の触媒充
填層の原料ガス入口に熱伝導粒子を充填した予熱層を設
け、原料ガスを予熱することにしたので、燃料切替、負
荷変動等による原料ガス流量の急激な増加によって過渡
的に生じる触媒充填層の温度低下を予熱層で吸収させる
ことが可能で、触媒充填層の温度低下に起因する改質ガ
ス中の水素量の過渡変動を抑制することができる。
【図１】本発明の一実施例の構造を示す改質装置の断面
図。
図。
【図２】（ａ），（ｂ）は上記実施例の改質装置を適用
した燃料電池発電システムの過渡変動を表す図。
した燃料電池発電システムの過渡変動を表す図。
【図３】従来の燃料電池発電システムの系統図。
【図４】従来の改質装置の断面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は従来の燃料電池発電システム
の過渡変動を表す図。
の過渡変動を表す図。
２２…加熱燃料、２３…燃焼空気、２４…改質装置バー
ナ、４１…燃焼ガス、４２…燃焼排ガス、４３…改質ガ
ス圧力センサ、４４…水蒸気流量調節弁、４７…改質
管、４８…触媒充填器、４９…熱伝導粒子層、５０…原
料ガス、５１…改質ガス、５２…予熱層。
ナ、４１…燃焼ガス、４２…燃焼排ガス、４３…改質ガ
ス圧力センサ、４４…水蒸気流量調節弁、４７…改質
管、４８…触媒充填器、４９…熱伝導粒子層、５０…原
料ガス、５１…改質ガス、５２…予熱層。
Claims (1)
- 【請求項１】 改質される原料ガスが導入される改質反
応管と、該改質反応管加熱用の高温ガスが生成される高
温ガス生成部とがケーシング内に設けられてなる燃料電
池用改質装置において、前記改質反応管内部の触媒充填
層の原料ガス入口に熱伝導粒子を充填した予熱層を設け
たことを特徴とする燃料電池用改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200330A JPH0543202A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 燃料電池用改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200330A JPH0543202A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 燃料電池用改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543202A true JPH0543202A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16422505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3200330A Pending JPH0543202A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 燃料電池用改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0543202A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101348031B1 (ko) * | 2011-12-29 | 2014-01-03 | 세종공업 주식회사 | 이중연소 개질기 및 이를 이용한 연료전지 시스템 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3200330A patent/JPH0543202A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101348031B1 (ko) * | 2011-12-29 | 2014-01-03 | 세종공업 주식회사 | 이중연소 개질기 및 이를 이용한 연료전지 시스템 |
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