JPH06140068A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH06140068A JPH06140068A JP4287472A JP28747292A JPH06140068A JP H06140068 A JPH06140068 A JP H06140068A JP 4287472 A JP4287472 A JP 4287472A JP 28747292 A JP28747292 A JP 28747292A JP H06140068 A JPH06140068 A JP H06140068A
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、改質原料のＳ／Ｃを３以下まで下げ
た燃料電池発電システム等の場合に多量のＣＯ濃度の原
料が注入されてもシフト変成器出口のＣＯ濃度を１．０
％以下とすることができるシフト変成器をを備えた燃料
電池発電システムを提供することにある。 【構成】本発明は、燃料ガスから水素を生成する改質
器、一酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装
置および電池本体等を含む燃料電池発電システムにおい
て、一酸化炭素と水蒸気を含むガスを触媒層に入れて、
シフト反応させて水素と二酸化炭素に変える一酸化炭素
変成装置のシフト反応触媒層を流れの方向に２つに分け
て、上流側は触媒層のみとし、下流側は触媒層に冷却が
可能な伝熱管あるいは伝熱壁を設けて冷却し、一酸化炭
素変成器出口ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素
変成装置を備えているので、改質原料のＳ／Ｃを下げ、
改質器へ入る改質原料の総量が減らせるので改質器およ
び燃料電池発電システム全体を小形化できる。
た燃料電池発電システム等の場合に多量のＣＯ濃度の原
料が注入されてもシフト変成器出口のＣＯ濃度を１．０
％以下とすることができるシフト変成器をを備えた燃料
電池発電システムを提供することにある。 【構成】本発明は、燃料ガスから水素を生成する改質
器、一酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装
置および電池本体等を含む燃料電池発電システムにおい
て、一酸化炭素と水蒸気を含むガスを触媒層に入れて、
シフト反応させて水素と二酸化炭素に変える一酸化炭素
変成装置のシフト反応触媒層を流れの方向に２つに分け
て、上流側は触媒層のみとし、下流側は触媒層に冷却が
可能な伝熱管あるいは伝熱壁を設けて冷却し、一酸化炭
素変成器出口ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素
変成装置を備えているので、改質原料のＳ／Ｃを下げ、
改質器へ入る改質原料の総量が減らせるので改質器およ
び燃料電池発電システム全体を小形化できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的な一酸化炭素変
成装置の改良に関し、特に燃料電池の燃料極に投入する
改質ガスの一酸化炭素を低減する燃料電池発電システム
に関する。
成装置の改良に関し、特に燃料電池の燃料極に投入する
改質ガスの一酸化炭素を低減する燃料電池発電システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電システムは、都市ガス、プ
ロパンガス等の燃料の有している化学エネルギーを電気
エネルギーに変換するもので、燃料電池本体および都市
ガスやプロパンガス等の燃料から水素を生成する装置、
燃料電池本体で発電される直流出力を交流に変換する装
置、燃料電池本体の動作や水素生成に適した温度に作動
ガスの温度を保つための熱交換器等により構成されてい
る。
ロパンガス等の燃料の有している化学エネルギーを電気
エネルギーに変換するもので、燃料電池本体および都市
ガスやプロパンガス等の燃料から水素を生成する装置、
燃料電池本体で発電される直流出力を交流に変換する装
置、燃料電池本体の動作や水素生成に適した温度に作動
ガスの温度を保つための熱交換器等により構成されてい
る。
【０００３】従来の燃料電池発電システムを図６の系統
図を参照した説明する。同図において、１は燃料極１
ａ、冷却極１ｂ、空気極１ｃを備えた燃料電池電池本
体、２はシフト変成器、３は改質器、４は脱硫器、５は
熱交換器、６はエジェクターである。改質器３は都市ガ
スなどの燃料より燃料電池に必要な水素を生成する装置
であるが、内部に充填された触媒の作用により燃料を以
下の反応で水素に変換するものである。
図を参照した説明する。同図において、１は燃料極１
ａ、冷却極１ｂ、空気極１ｃを備えた燃料電池電池本
体、２はシフト変成器、３は改質器、４は脱硫器、５は
熱交換器、６はエジェクターである。改質器３は都市ガ
スなどの燃料より燃料電池に必要な水素を生成する装置
であるが、内部に充填された触媒の作用により燃料を以
下の反応で水素に変換するものである。
【０００４】ＣＨ4 ＋３Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋４Ｈ2 この式から分かるように、改質器３の出口ガスは燃料電
池本体１の被毒成分であるＣＯを多量に含んでいる。こ
れを除去するために改質器３の下流側に一酸化炭素変成
装置（以下シフト変成器という）２を設置している。シ
フト変成器２の中にはシフト変成触媒が充填されてお
り、その触媒層で、 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 なるシフト反応が行われシフト変成器２の出口でＣＯを
低下させると同時にＨ2を生成させることができる。
池本体１の被毒成分であるＣＯを多量に含んでいる。こ
れを除去するために改質器３の下流側に一酸化炭素変成
装置（以下シフト変成器という）２を設置している。シ
フト変成器２の中にはシフト変成触媒が充填されてお
り、その触媒層で、 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 なるシフト反応が行われシフト変成器２の出口でＣＯを
低下させると同時にＨ2を生成させることができる。
【０００５】上記２つの式の反応は可逆反応なので右方
向の反応と同時に左方向の反応も進行している。その反
応の度合いは混合ガスの反応速度および化学平衡値によ
って決まる。改質ガスは水素を主成分とするＨ2 ，Ｃ
Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＨ4 ，Ｈ2 Ｏの混合ガスであるが、電池
の電極は白金触媒などの貴金属触媒が使用されているた
め、改質ガスに含まれているＣＯにより被毒され、活性
が低下する。このため電池本体１に入る改質ガスのＣＯ
量を１．０％以下にする必要がある。
向の反応と同時に左方向の反応も進行している。その反
応の度合いは混合ガスの反応速度および化学平衡値によ
って決まる。改質ガスは水素を主成分とするＨ2 ，Ｃ
Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＨ4 ，Ｈ2 Ｏの混合ガスであるが、電池
の電極は白金触媒などの貴金属触媒が使用されているた
め、改質ガスに含まれているＣＯにより被毒され、活性
が低下する。このため電池本体１に入る改質ガスのＣＯ
量を１．０％以下にする必要がある。
【０００６】ところで、改質器での反応及びシフト変成
器での反応では燃料中に水蒸気を添加して反応を行わせ
ている。燃料により水蒸気量は異なるが理論量より多く
燃料のモル量で３〜４倍の量の水蒸気を添加するのが通
例である（燃料と水蒸気量の比はＳ／Ｃと呼ばれ、Ｓ／
Ｃ＝３〜４にしている）。
器での反応では燃料中に水蒸気を添加して反応を行わせ
ている。燃料により水蒸気量は異なるが理論量より多く
燃料のモル量で３〜４倍の量の水蒸気を添加するのが通
例である（燃料と水蒸気量の比はＳ／Ｃと呼ばれ、Ｓ／
Ｃ＝３〜４にしている）。
【０００７】従来は、触媒反応のため過剰な水蒸気を投
入していたが、燃料電池プラントでは最近排熱として蒸
気を取り出したいという要求が出ている。内部で生成し
た蒸気をできるだけ外部の排熱として取り出したいため
内部の反応に必要な蒸気を可能な限り少なくする要求が
出てきた。そのため、水蒸気を低減しＳ／Ｃを３以下と
する案が提案されている。またＳ／Ｃを３以下とするこ
とにより改質原料の全流量が少なくなるので改質器を小
形化できる。ところが、Ｓ／Ｃを低下させると改質器か
ら出る生成ガス中のＣＯ成分は増加する。また改質器の
下流にあるシフト変成器では、シフト反応に寄与する水
蒸気が少なくなるためＣＯが比較的多い状態で平衡に達
し、シフト変成器では出口のＣＯ濃度をあまり下げられ
ないという問題があった。
入していたが、燃料電池プラントでは最近排熱として蒸
気を取り出したいという要求が出ている。内部で生成し
た蒸気をできるだけ外部の排熱として取り出したいため
内部の反応に必要な蒸気を可能な限り少なくする要求が
出てきた。そのため、水蒸気を低減しＳ／Ｃを３以下と
する案が提案されている。またＳ／Ｃを３以下とするこ
とにより改質原料の全流量が少なくなるので改質器を小
形化できる。ところが、Ｓ／Ｃを低下させると改質器か
ら出る生成ガス中のＣＯ成分は増加する。また改質器の
下流にあるシフト変成器では、シフト反応に寄与する水
蒸気が少なくなるためＣＯが比較的多い状態で平衡に達
し、シフト変成器では出口のＣＯ濃度をあまり下げられ
ないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたもので、その目的は改質原料の
Ｓ／Ｃを３以下まで下げた燃料電池発電システム等の場
合に多量のＣＯ濃度の原料が注入されてもシフト変成器
出口のＣＯ濃度を１．０％以下とすることができるシフ
ト変成器をを備えた燃料電池発電システムを提供するこ
とにある。
解決するためになされたもので、その目的は改質原料の
Ｓ／Ｃを３以下まで下げた燃料電池発電システム等の場
合に多量のＣＯ濃度の原料が注入されてもシフト変成器
出口のＣＯ濃度を１．０％以下とすることができるシフ
ト変成器をを備えた燃料電池発電システムを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、燃料ガスから水素を生成する
改質器、一酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素変
成装置および電池本体等を含む燃料電池発電システムに
おいて、一酸化炭素と水蒸気を含むガスを触媒層に入れ
て、シフト反応させて水素と二酸化炭素に変える一酸化
炭素変成装置のシフト反応触媒層を流れの方向に２つに
分けて、上流側は触媒層のみとし、下流側は触媒層に冷
却が可能な伝熱管あるいは伝熱壁を設けて冷却し、一酸
化炭素変成器出口ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化
炭素変成装置を備えたことを特徴とする。また、請求項
２は、燃料ガスから水素を生成する改質器、一酸化炭素
を二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装置および電池本
体等を含む燃料電池発電システムにおいて、低温シフト
変成器の入口あるいは前段の熱交換器より水蒸気を入
れ、電池の燃料極に投入する改質ガスの一酸化炭素を低
減する一酸化炭素変成装置を備えたことを特徴とする。
に、本発明の請求項１は、燃料ガスから水素を生成する
改質器、一酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素変
成装置および電池本体等を含む燃料電池発電システムに
おいて、一酸化炭素と水蒸気を含むガスを触媒層に入れ
て、シフト反応させて水素と二酸化炭素に変える一酸化
炭素変成装置のシフト反応触媒層を流れの方向に２つに
分けて、上流側は触媒層のみとし、下流側は触媒層に冷
却が可能な伝熱管あるいは伝熱壁を設けて冷却し、一酸
化炭素変成器出口ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化
炭素変成装置を備えたことを特徴とする。また、請求項
２は、燃料ガスから水素を生成する改質器、一酸化炭素
を二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装置および電池本
体等を含む燃料電池発電システムにおいて、低温シフト
変成器の入口あるいは前段の熱交換器より水蒸気を入
れ、電池の燃料極に投入する改質ガスの一酸化炭素を低
減する一酸化炭素変成装置を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の燃料電池発電システムによると、シフ
ト変成器に入った原料ガスは上流側では触媒によって促
進されるシフト反応の反応熱による温度の上昇を含めて
触媒の使用最高温度まで温度が上昇し、下流側の触媒層
では冷却して低温での化学平衡値まで反応を促進させる
ことによりシフト変成器出口ガス中の一酸化炭素を低減
する。
ト変成器に入った原料ガスは上流側では触媒によって促
進されるシフト反応の反応熱による温度の上昇を含めて
触媒の使用最高温度まで温度が上昇し、下流側の触媒層
では冷却して低温での化学平衡値まで反応を促進させる
ことによりシフト変成器出口ガス中の一酸化炭素を低減
する。
【００１１】次にこの原理をさらに詳細に説明する。シ
フト変成器の触媒層中では下記(1) 式のシフト反応が進
行する。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 …(1) この反応の反応速度ｖは温度上昇とともに増大し、温度
Ｔと反応速度ｖとの間には次の関係が成立する。 ｖ＝ｋ〔ＣＯin−ｘ〕〔Ｈ2 Ｏin−ｘ〕 …(2) ｋ＝Ａｅ-E/RT …(3) ここで、ｖ：反応速度 ｋ：反応速度定数 ＣＯin：入口のＣＯモル分率 Ｈ2 Ｏin：入口のＨ2 Ｏモル分率 ｘ：反応転化量（モル分率） Ａ：頻度因子 Ｅ：活性化エネルギー Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度
フト変成器の触媒層中では下記(1) 式のシフト反応が進
行する。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 …(1) この反応の反応速度ｖは温度上昇とともに増大し、温度
Ｔと反応速度ｖとの間には次の関係が成立する。 ｖ＝ｋ〔ＣＯin−ｘ〕〔Ｈ2 Ｏin−ｘ〕 …(2) ｋ＝Ａｅ-E/RT …(3) ここで、ｖ：反応速度 ｋ：反応速度定数 ＣＯin：入口のＣＯモル分率 Ｈ2 Ｏin：入口のＨ2 Ｏモル分率 ｘ：反応転化量（モル分率） Ａ：頻度因子 Ｅ：活性化エネルギー Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度
【００１２】一方、平衡定数Ｋｐは、(4) 式で表され、
反応の温度とともに変化する。各温度において、平衡定
数Ｋｐは反応の性質によって一定の値を持っており、温
度が低いほど大きい。シフト反応の場合の平衡定数Ｋｐ
と温度の関係は図７の曲線34で表わされる。
反応の温度とともに変化する。各温度において、平衡定
数Ｋｐは反応の性質によって一定の値を持っており、温
度が低いほど大きい。シフト反応の場合の平衡定数Ｋｐ
と温度の関係は図７の曲線34で表わされる。
【００１３】
【数１】 ここで、ＣＯin，Ｈ2 Ｏin，ＣＯ2 in，Ｈ2 in：入口モ
ル分率 ｙ：化学平衡時の反応転化量（モル分率）
ル分率 ｙ：化学平衡時の反応転化量（モル分率）
【００１４】温度が高い方が反応速度が速いので触媒層
上流側半分の温度が高い状態では急速に反応が進行し、
容易に化学平衡値付近に達して入口ＣＯの約８０％をＣ
Ｏ2に変えることができる。ところが、図７に示すよう
に平衡定数Ｋｐは温度にほぼ反比例するので温度が高い
とＫｐは小さくなり、平衡に達してもＣＯが１％以上残
ってしまう。触媒層下流側半分を冷却することによって
平衡定数Ｋｐを大きくすることができ(1) 式の反応が右
に進み、出口のＣＯ濃度を低下させることができる。
上流側半分の温度が高い状態では急速に反応が進行し、
容易に化学平衡値付近に達して入口ＣＯの約８０％をＣ
Ｏ2に変えることができる。ところが、図７に示すよう
に平衡定数Ｋｐは温度にほぼ反比例するので温度が高い
とＫｐは小さくなり、平衡に達してもＣＯが１％以上残
ってしまう。触媒層下流側半分を冷却することによって
平衡定数Ｋｐを大きくすることができ(1) 式の反応が右
に進み、出口のＣＯ濃度を低下させることができる。
【００１５】また、(4) 式より(5) 式が得られる。
【数２】 この(5) 式より〔ＣＯin−ｙ〕は〔Ｈ2 Ｏin−ｙ〕が多
いほど少なくできることが分る。したがって、水蒸気を
シフト変成器の入口より入れることによりシフト反応が
進行し、ＣＯ濃度を低くすることができる。
いほど少なくできることが分る。したがって、水蒸気を
シフト変成器の入口より入れることによりシフト反応が
進行し、ＣＯ濃度を低くすることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の縦断面図である。同図に
示すように、シフト変成器１０は同心二重の円筒内壁１
６と外壁１７によって形成される両壁の間に触媒粒子を
充填しシフト変成触媒層１１を形成する。この触媒層１
１の上端には空間２０を設け、原料ガス入口管１２から
入った原料ガスを均一に触媒層１１に導入する。この触
媒層下端は多孔板あるいは金網などで構成する目皿１８
を設ける。目皿１８の下部には空間１９を設けて目皿１
８から出た反応ガスは反応ガス出口管１３から流出す
る。円筒内壁１６の内側および外壁１７の外側には断熱
材１５を設けて変成器全体を保温する。円筒内壁１６の
内側の断熱材１５の内部の空間は他の目的に利用され
る。
る。図１は本発明の一実施例の縦断面図である。同図に
示すように、シフト変成器１０は同心二重の円筒内壁１
６と外壁１７によって形成される両壁の間に触媒粒子を
充填しシフト変成触媒層１１を形成する。この触媒層１
１の上端には空間２０を設け、原料ガス入口管１２から
入った原料ガスを均一に触媒層１１に導入する。この触
媒層下端は多孔板あるいは金網などで構成する目皿１８
を設ける。目皿１８の下部には空間１９を設けて目皿１
８から出た反応ガスは反応ガス出口管１３から流出す
る。円筒内壁１６の内側および外壁１７の外側には断熱
材１５を設けて変成器全体を保温する。円筒内壁１６の
内側の断熱材１５の内部の空間は他の目的に利用され
る。
【００１７】触媒層１１の中央部から下半分に触媒粒子
に直接隣接した伝熱冷却管１４を設け、これらは内壁１
６、外壁１７と同一円の中心のまわりに円周方向に曲げ
て形成し、それぞれ一周した後、別の半径の円周管に移
して巻いて構成されている。また、冷却ガスあるいは冷
却水は冷却管１４の下端１４ａから流入し、上端１４ｂ
から流出する。
に直接隣接した伝熱冷却管１４を設け、これらは内壁１
６、外壁１７と同一円の中心のまわりに円周方向に曲げ
て形成し、それぞれ一周した後、別の半径の円周管に移
して巻いて構成されている。また、冷却ガスあるいは冷
却水は冷却管１４の下端１４ａから流入し、上端１４ｂ
から流出する。
【００１８】次に、本実施例の作用について説明する。
入口管１２よりＣＯ濃度５．１％の原料ガスを入れる。
そしてシフト変成器入口温度を２００℃にする。この温
度と一酸化炭素の濃度の流れ方向の分布を図２に実線３
０ａ，３１ａで示す。また、同様に従来形のシフト変成
器の温度と一酸化炭素の濃度の流れ方向を分布を鎖線３
０ｂ，３１ｂで示す。
入口管１２よりＣＯ濃度５．１％の原料ガスを入れる。
そしてシフト変成器入口温度を２００℃にする。この温
度と一酸化炭素の濃度の流れ方向の分布を図２に実線３
０ａ，３１ａで示す。また、同様に従来形のシフト変成
器の温度と一酸化炭素の濃度の流れ方向を分布を鎖線３
０ｂ，３１ｂで示す。
【００１９】触媒層入口でシフト反応は急激に進むため
図２に示すように急激に温度が上昇する。しかし、この
触媒を長期間使用するため触媒には使用限界温度があ
る。本触媒は２５０℃で使用限界温度に達する。この限
界温度を超えないように入口温度を調整している。すな
わち、触媒層の温度はまわりの断熱材１５からの放熱分
があって徐々に温度は低下する。これは従来形と同じで
従来形の場合には特性曲線３０ｂで示すように中央から
下流では冷却管で触媒層が冷却されるため急激に温度が
低下する。触媒層出口では温度が１７０〜２１０℃にな
るように冷却媒体流量を調節する。
図２に示すように急激に温度が上昇する。しかし、この
触媒を長期間使用するため触媒には使用限界温度があ
る。本触媒は２５０℃で使用限界温度に達する。この限
界温度を超えないように入口温度を調整している。すな
わち、触媒層の温度はまわりの断熱材１５からの放熱分
があって徐々に温度は低下する。これは従来形と同じで
従来形の場合には特性曲線３０ｂで示すように中央から
下流では冷却管で触媒層が冷却されるため急激に温度が
低下する。触媒層出口では温度が１７０〜２１０℃にな
るように冷却媒体流量を調節する。
【００２０】本実施例によると、図２に示すように最高
温度２５０℃に達する付近で一酸化炭素濃度は触媒層入
口５．１％から１．１％まで減少する。従来式変成器で
は図２の鎖線３１ｂに示すように、これ以上は低下しな
いのに対して本実施例の場合には触媒層温度が低下し化
学反応平衡値の増加により反応増加するので、これから
さらに１％近く減少する（図２の３２）。そして触媒層
出口ではＣＯ濃度を０．２〜０．５％にすることができ
る。
温度２５０℃に達する付近で一酸化炭素濃度は触媒層入
口５．１％から１．１％まで減少する。従来式変成器で
は図２の鎖線３１ｂに示すように、これ以上は低下しな
いのに対して本実施例の場合には触媒層温度が低下し化
学反応平衡値の増加により反応増加するので、これから
さらに１％近く減少する（図２の３２）。そして触媒層
出口ではＣＯ濃度を０．２〜０．５％にすることができ
る。
【００２１】図３は本発明の他の実施例の縦断面図であ
る。図１の実施例では冷却管１４を設けることによって
触媒層下半分を冷却しているのに対して、本実施例では
内壁１６の内側及び外壁１７の外側の、いずれも下半分
にそれぞれ内側冷却パス２２及び外側冷却パス２１を設
けて冷却する点がず１の実施例と相違するのみであり、
その他の構成は図１の実施例と同一であるので同一部分
には同一符号を付してその説明は省略する。なお、２１
ａは外側冷却入口管、２１ｂは外側冷却出口管、２２ａ
は内側冷却入口管、２２ｂは内側冷却出口管である。
る。図１の実施例では冷却管１４を設けることによって
触媒層下半分を冷却しているのに対して、本実施例では
内壁１６の内側及び外壁１７の外側の、いずれも下半分
にそれぞれ内側冷却パス２２及び外側冷却パス２１を設
けて冷却する点がず１の実施例と相違するのみであり、
その他の構成は図１の実施例と同一であるので同一部分
には同一符号を付してその説明は省略する。なお、２１
ａは外側冷却入口管、２１ｂは外側冷却出口管、２２ａ
は内側冷却入口管、２２ｂは内側冷却出口管である。
【００２２】本実施例の場合、内壁１６の円の径と外壁
１７の円の径との差はそれ程大きな値ではないが冷却効
果はあり、ほぼ図２に示す温度分布が得られることを確
認した。また本実施例では上半分の第１の触媒層１１ａ
と第２の触媒層１１ｂとを区別し、第１の触媒層１１ａ
には高温強度の強い鉄系で構成された触媒粒子を充填
し、第２の触媒層１１ｂには低温活性の良い銅系の触媒
を使用した例である。
１７の円の径との差はそれ程大きな値ではないが冷却効
果はあり、ほぼ図２に示す温度分布が得られることを確
認した。また本実施例では上半分の第１の触媒層１１ａ
と第２の触媒層１１ｂとを区別し、第１の触媒層１１ａ
には高温強度の強い鉄系で構成された触媒粒子を充填
し、第２の触媒層１１ｂには低温活性の良い銅系の触媒
を使用した例である。
【００２３】上述したように、図１及び図３の実施例で
は、触媒層を２つに分けて下流側の触媒層を冷却するこ
とによって入口の原料ガスに多量のＣＯ量が含まれてい
る場合でも十分ＣＯ濃度を低下させて出口に取り出すこ
とができる。
は、触媒層を２つに分けて下流側の触媒層を冷却するこ
とによって入口の原料ガスに多量のＣＯ量が含まれてい
る場合でも十分ＣＯ濃度を低下させて出口に取り出すこ
とができる。
【００２４】なお、高温と低温の２のシフト変成器の中
間に冷却用熱交換器を設けることが考えられるが、この
結果は本実施例と同程度の効果が得られる。しかしこの
場合には２つのシフト変成器と、さらにこれとは別の熱
交換器が必要となるため、燃料電池ではシフト変成器だ
けで大きなスペースを占めてしまう。したがって、この
別々に設置する場合に比べて本発明によると大幅に小形
化、コストダウン化が可能になる。
間に冷却用熱交換器を設けることが考えられるが、この
結果は本実施例と同程度の効果が得られる。しかしこの
場合には２つのシフト変成器と、さらにこれとは別の熱
交換器が必要となるため、燃料電池ではシフト変成器だ
けで大きなスペースを占めてしまう。したがって、この
別々に設置する場合に比べて本発明によると大幅に小形
化、コストダウン化が可能になる。
【００２５】また、燃料電池のシフト変成器には電気ヒ
ータを入れてスタート時に触媒層を加熱して触媒層が所
定の温度になってから燃料電池を起動させて起動時にも
シフト変成器に入ってくる原料ガスのＣＯ濃度は十分低
減させて出し、燃料電池本体には起動時にもＣＯ濃度を
下げた燃料を供給する必要がある。しかし、本実施例を
燃料電池に適用する場合、第１触媒層にはヒータを設け
（図示していない）、第２触媒層は電池本体の冷却水を
熱媒体として使用すると、起動時に加熱することが可能
となり、電気ヒータ容量を半減することができる。
ータを入れてスタート時に触媒層を加熱して触媒層が所
定の温度になってから燃料電池を起動させて起動時にも
シフト変成器に入ってくる原料ガスのＣＯ濃度は十分低
減させて出し、燃料電池本体には起動時にもＣＯ濃度を
下げた燃料を供給する必要がある。しかし、本実施例を
燃料電池に適用する場合、第１触媒層にはヒータを設け
（図示していない）、第２触媒層は電池本体の冷却水を
熱媒体として使用すると、起動時に加熱することが可能
となり、電気ヒータ容量を半減することができる。
【００２６】さらに、本発明のシフト変成器は触媒層の
下半分の冷却に用いた冷却用熱媒体の得る熱量は、燃料
電池定格出力の数％の熱量となるので、これを有効熱量
として活用できるという効果がある。
下半分の冷却に用いた冷却用熱媒体の得る熱量は、燃料
電池定格出力の数％の熱量となるので、これを有効熱量
として活用できるという効果がある。
【００２７】また、燃料電池発電装置を停止時から起動
させる場合、このシフト変成器を加熱してある温度に保
たなければならないが、冷却用熱媒体に電池本体の冷却
水を使用する本発明は、起動前に冷却管に熱媒体を入れ
ることによってシフト変成器内の触媒層を加熱し、補材
動力を削減させることができる。
させる場合、このシフト変成器を加熱してある温度に保
たなければならないが、冷却用熱媒体に電池本体の冷却
水を使用する本発明は、起動前に冷却管に熱媒体を入れ
ることによってシフト変成器内の触媒層を加熱し、補材
動力を削減させることができる。
【００２８】図４は本発明のさらに他の実施例の概略系
統図である。同図に示すように、本実施例は、図６で示
した従来の燃料電池発電システムおいて水蒸気ライン８
と水蒸気噴霧口７とを追加した構成であるので、図６と
同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
統図である。同図に示すように、本実施例は、図６で示
した従来の燃料電池発電システムおいて水蒸気ライン８
と水蒸気噴霧口７とを追加した構成であるので、図６と
同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２９】本実施例では改質原料のＳ／Ｃを２．５に
て運転し、エジェクター６の入口から水蒸気ライン８を
分岐し、水蒸気噴霧口７より熱交換器５に水蒸気を注入
した。改質器３の出口のガス組成は、Ｈ2 ６４％，Ｃ
Ｏ ８％，ＣＯ2 １０％，ＣＨ4 １％，Ｈ2 Ｏ １
７％であった。熱交換器５より段階的に水蒸気を総流量
に対し０〜２０％添加し、低温シフト変成器のＣＯ量を
分析した。その分析結果を図５の曲線３３に示す。この
曲線３３から分かるように、水蒸気０％の時のＣＯ量は
１％を超えているのに対し、５％以上の水蒸気を添加す
ることによりＣＯ量は１％以下になる。
て運転し、エジェクター６の入口から水蒸気ライン８を
分岐し、水蒸気噴霧口７より熱交換器５に水蒸気を注入
した。改質器３の出口のガス組成は、Ｈ2 ６４％，Ｃ
Ｏ ８％，ＣＯ2 １０％，ＣＨ4 １％，Ｈ2 Ｏ １
７％であった。熱交換器５より段階的に水蒸気を総流量
に対し０〜２０％添加し、低温シフト変成器のＣＯ量を
分析した。その分析結果を図５の曲線３３に示す。この
曲線３３から分かるように、水蒸気０％の時のＣＯ量は
１％を超えているのに対し、５％以上の水蒸気を添加す
ることによりＣＯ量は１％以下になる。
【００３０】なお、本実施例では水蒸気を熱交換器に注
入したが、直接低温シフト変成器に注入しても本実施例
と同様な効果が得られた。
入したが、直接低温シフト変成器に注入しても本実施例
と同様な効果が得られた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
発電システムによると、シフト変成器の触媒層下流側に
冷却管を配設するかあるいは冷却壁を設け、冷却管また
は冷却壁で冷却することによりＣＯを低減することがで
き、改質器入口の原料ガスのＳ／Ｃを下げてもシフト変
成器の出口で所定の濃度以下に下げることができるの
で、燃料電池本体に入るＣＯ量が限界値以下に下げるこ
とができる。従って燃料電池発電システムの良好な運転
が可能となると共にＳ／Ｃを下げ、改質器へ入る改質原
料の総量が減らせるので改質器およびシステム全体を小
形化できるという効果がある。
発電システムによると、シフト変成器の触媒層下流側に
冷却管を配設するかあるいは冷却壁を設け、冷却管また
は冷却壁で冷却することによりＣＯを低減することがで
き、改質器入口の原料ガスのＳ／Ｃを下げてもシフト変
成器の出口で所定の濃度以下に下げることができるの
で、燃料電池本体に入るＣＯ量が限界値以下に下げるこ
とができる。従って燃料電池発電システムの良好な運転
が可能となると共にＳ／Ｃを下げ、改質器へ入る改質原
料の総量が減らせるので改質器およびシステム全体を小
形化できるという効果がある。
【図１】本発明の燃料電池発電システムに使用したシフ
ト変成器の断面図。
ト変成器の断面図。
【図２】図１のシフト変成器における温度と一酸化炭素
濃度の流れの方向の分布図。
濃度の流れの方向の分布図。
【図３】本発明の燃料電池発電システムに使用した他の
シフト変成器の断面図。
シフト変成器の断面図。
【図４】本発明の燃料電池発電システムの概略系統図。
【図５】図４における低温シフト変成器出口のＣＯ量と
総流量に対する水蒸気添加量との関係を示す図。
総流量に対する水蒸気添加量との関係を示す図。
【図６】従来の燃料電池発電システムの概略系統図。
【図７】シフト反応の場合の平衡定数Ｋと温度の関係を
示す図。
示す図。
１…燃料電池電池本体、１ａ…燃料極、１ｂ…冷却極、
１ｃ…空気極、２…シフト変成器、３…改質器、４…脱
硫器、５…熱交換器、６…エジェクター、７…水蒸気噴
霧口、８…水蒸気ライン、１０…シフト変成器、１１…
シフト変成触媒、１２…改質ガス入口、１３…改質ガス
出口、１４…冷却管、１４ａ…冷却媒体入口、１４ｂ…
冷却媒体出口、１５…断熱材、１６…内壁、１７…外
壁、１８…目皿、１９，２０…空間、２１…外側冷却パ
ス、２１ａ…外側冷却入口管、２１ｂ…外側冷却出口
管、２２…内側冷却パス、２２ａ…内側冷却入口管、２
２ｂ…内側冷却出口管。
１ｃ…空気極、２…シフト変成器、３…改質器、４…脱
硫器、５…熱交換器、６…エジェクター、７…水蒸気噴
霧口、８…水蒸気ライン、１０…シフト変成器、１１…
シフト変成触媒、１２…改質ガス入口、１３…改質ガス
出口、１４…冷却管、１４ａ…冷却媒体入口、１４ｂ…
冷却媒体出口、１５…断熱材、１６…内壁、１７…外
壁、１８…目皿、１９，２０…空間、２１…外側冷却パ
ス、２１ａ…外側冷却入口管、２１ｂ…外側冷却出口
管、２２…内側冷却パス、２２ａ…内側冷却入口管、２
２ｂ…内側冷却出口管。
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料ガスから水素を生成する改質器、一
酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装置およ
び電池本体等を含む燃料電池発電システムにおいて、一
酸化炭素と水蒸気を含むガスを触媒層に入れて、シフト
反応させて水素と二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装
置のシフト反応触媒層を流れの方向に２つに分けて、上
流側は触媒層のみとし、下流側は触媒層に冷却が可能な
伝熱管あるいは伝熱壁を設けて冷却し、一酸化炭素変成
器出口ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成装
置を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項２】 燃料ガスから水素を生成する改質器、一
酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素変成装置およ
び電池本体等を含む燃料電池発電システムにおいて、低
温シフト変成器の入口あるいは前段の熱交換器より水蒸
気を入れ、電池の燃料極に投入する改質ガスの一酸化炭
素を低減する一酸化炭素変成装置を備えたことを特徴と
する燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4287472A JP2937656B2 (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4287472A JP2937656B2 (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140068A true JPH06140068A (ja) | 1994-05-20 |
| JP2937656B2 JP2937656B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=17717784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4287472A Expired - Fee Related JP2937656B2 (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937656B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002516469A (ja) * | 1998-05-20 | 2002-06-04 | フオルクスワーゲン・アクチエンゲゼルシヤフト | 燃料電池装置と燃料電池装置によって電気エネルギーを発生する方法 |
| JP2002216827A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-08-02 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池用改質系におけるｃｏ変成器 |
| KR20040005065A (ko) * | 2002-07-08 | 2004-01-16 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지용 등온 일산화탄소 제거 장치 |
| US6846475B1 (en) | 1999-04-22 | 2005-01-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen refinement apparatus |
| JP2005239486A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Ｃｏ変成器 |
| JP2006248864A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Nippon Oil Corp | 水素製造装置および燃料電池システム |
| US7294157B2 (en) | 2004-02-25 | 2007-11-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Carbon monoxide converter |
| JP2008037708A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Air Water Inc | 水素発生装置および方法 |
| KR20160049717A (ko) * | 2014-10-28 | 2016-05-10 | 세종공업 주식회사 | 열전소자를 이용한 자체온도제어형 프록스 유닛 및 이동형 연료전지 발전기 |
-
1992
- 1992-10-26 JP JP4287472A patent/JP2937656B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002516469A (ja) * | 1998-05-20 | 2002-06-04 | フオルクスワーゲン・アクチエンゲゼルシヤフト | 燃料電池装置と燃料電池装置によって電気エネルギーを発生する方法 |
| US6846475B1 (en) | 1999-04-22 | 2005-01-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen refinement apparatus |
| JP2002216827A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-08-02 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池用改質系におけるｃｏ変成器 |
| JP4588224B2 (ja) * | 2001-01-12 | 2010-11-24 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池用改質系におけるｃｏ変成器 |
| KR20040005065A (ko) * | 2002-07-08 | 2004-01-16 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지용 등온 일산화탄소 제거 장치 |
| US7294157B2 (en) | 2004-02-25 | 2007-11-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Carbon monoxide converter |
| JP2005239486A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Ｃｏ変成器 |
| JP2006248864A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Nippon Oil Corp | 水素製造装置および燃料電池システム |
| JP2008037708A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Air Water Inc | 水素発生装置および方法 |
| KR20160049717A (ko) * | 2014-10-28 | 2016-05-10 | 세종공업 주식회사 | 열전소자를 이용한 자체온도제어형 프록스 유닛 및 이동형 연료전지 발전기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2937656B2 (ja) | 1999-08-23 |
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Legal Events
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