JPH0647441B2 - 燃料電池用燃料改質装置 - Google Patents
燃料電池用燃料改質装置Info
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- JPH0647441B2 JPH0647441B2 JP62280122A JP28012287A JPH0647441B2 JP H0647441 B2 JPH0647441 B2 JP H0647441B2 JP 62280122 A JP62280122 A JP 62280122A JP 28012287 A JP28012287 A JP 28012287A JP H0647441 B2 JPH0647441 B2 JP H0647441B2
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- Japan
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- fuel cell
- fuel
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- high temperature
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
-
- 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
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
この発明は、アルコールなどを触媒により水蒸気と反応
させて水素リッチなガスに改質し、燃料電池のアノード
に供給する燃料電池用燃料改質装置に関する。
させて水素リッチなガスに改質し、燃料電池のアノード
に供給する燃料電池用燃料改質装置に関する。
燃料電池発電装置は、比較的小型の装置でも効率が高
く、無公害の発電装置として近時注目されている。しか
しながら、起動・停止や負荷変動時などの非定常時の応
答性が悪いという欠点がある。これは主に、燃料電池本
体で消費する水素リッチなガスをアルコールなどの改質
により供給する燃料改質装置の応答性に起因している。 燃料改質装置の触媒層部では、例えば原料がメタノール
の場合、次の式(1)、(2)の反応を合わせた式(3)の反応
が、Cu系の触媒を用いて約200 〜300 ℃の温度で行われ
ている。 CH3OH →CO＋2H2 −21.68 kcal (1) CO＋ H2O →CO2＋H2＋9.84 kcal (2) CH3OH＋H2O →CO2＋3H2−11.84 kcal (3) 上記式(1)は吸熱反応、式(2)は発熱反応で、式(3)では
総括的に吸熱反応である。したがって、触媒層部では吸
熱反応を行わせるために、外部よりこの触媒層部に熱エ
ネルギを与えてやる必要がある。 このような要求に基づいて設計された従来の燃料改質装
置の構造の一例を第４図に示す。第４図において、装置
本体の内筒１と外筒２との間に設置された改質反応管６
内に触媒８がある。原料ガス入口１０から供給された原
料ガスは、下部管板４で形成された原料ガスマニホルド
５を経由して矢印のように改質反応管６に入る。この原
料ガスは、改質反応管６内で上記反応式により改質され
て水素リッチなガスとなり、上記管板３で形成された改
質ガスマニホルド１２を経由して改質ガス出口１１から
燃料電池本体に供給される。 改質のための熱エネルギーは、バーナ９で燃焼したガス
が内外筒１，２間を鎖線矢印のように上昇する過程で改
質反応管６に伝達される。改質反応管６を加熱した燃焼
ガスは、燃焼ガス出口７から排出される。
く、無公害の発電装置として近時注目されている。しか
しながら、起動・停止や負荷変動時などの非定常時の応
答性が悪いという欠点がある。これは主に、燃料電池本
体で消費する水素リッチなガスをアルコールなどの改質
により供給する燃料改質装置の応答性に起因している。 燃料改質装置の触媒層部では、例えば原料がメタノール
の場合、次の式(1)、(2)の反応を合わせた式(3)の反応
が、Cu系の触媒を用いて約200 〜300 ℃の温度で行われ
ている。 CH3OH →CO＋2H2 −21.68 kcal (1) CO＋ H2O →CO2＋H2＋9.84 kcal (2) CH3OH＋H2O →CO2＋3H2−11.84 kcal (3) 上記式(1)は吸熱反応、式(2)は発熱反応で、式(3)では
総括的に吸熱反応である。したがって、触媒層部では吸
熱反応を行わせるために、外部よりこの触媒層部に熱エ
ネルギを与えてやる必要がある。 このような要求に基づいて設計された従来の燃料改質装
置の構造の一例を第４図に示す。第４図において、装置
本体の内筒１と外筒２との間に設置された改質反応管６
内に触媒８がある。原料ガス入口１０から供給された原
料ガスは、下部管板４で形成された原料ガスマニホルド
５を経由して矢印のように改質反応管６に入る。この原
料ガスは、改質反応管６内で上記反応式により改質され
て水素リッチなガスとなり、上記管板３で形成された改
質ガスマニホルド１２を経由して改質ガス出口１１から
燃料電池本体に供給される。 改質のための熱エネルギーは、バーナ９で燃焼したガス
が内外筒１，２間を鎖線矢印のように上昇する過程で改
質反応管６に伝達される。改質反応管６を加熱した燃焼
ガスは、燃焼ガス出口７から排出される。
このような燃料改質装置において、改質反応管６内の触
媒層における軸方向の温度分布は、第５図のようにな
る。ここで第５図の実線は軽負荷定常時、鎖線は重負荷
定常時の温度分布を示すものである。また、触媒層の温
度制御をする点、すなわち触媒層代表温度として第５図
に示す点を取っているが、この点の負荷変動時の温度変
化、すなわち負荷が軽負荷から重負荷になり、再び軽負
荷になる時の温度経時変化は第６図に示すようになり、
著しく変動する。 このように触媒層の温度が負荷により変動すると、改質
ガスの組成もまた変動する。すなわち、触媒層の温度が
低すぎると未改質のメタノールが発生し、逆に高すぎる
とCOが増加して燃料電池本体の性能に悪影響を及ぼす。
改質ガス中のメタノール、COのいずれも燃料電池本体の
出力電圧を低下させるため、発電システムとして定出力
を得るためには燃料電池からの電流を多く取ることにな
る。 このようなことから、とりわけ負荷が増加した時に、触
媒層の温度が下がって未改質のメタノールが増加し燃料
電池本体の出力電圧が低下すると、さらに燃料電池本体
から電流を多く取ることになり、その結果燃料電池本体
に過負荷を与え、場合によってはシステムの継続した運
転が不能になってしまうという問題点があった。 この発明はこのような問題点を解決しようとするもの
で、触媒層の温度を一定にして改質ガスの組成変動を抑
え、負荷変動時にも燃料電池発電システムを安定して運
転できるようにした燃料電池用燃料改質装置を提供する
ことを目的とするものである。
媒層における軸方向の温度分布は、第５図のようにな
る。ここで第５図の実線は軽負荷定常時、鎖線は重負荷
定常時の温度分布を示すものである。また、触媒層の温
度制御をする点、すなわち触媒層代表温度として第５図
に示す点を取っているが、この点の負荷変動時の温度変
化、すなわち負荷が軽負荷から重負荷になり、再び軽負
荷になる時の温度経時変化は第６図に示すようになり、
著しく変動する。 このように触媒層の温度が負荷により変動すると、改質
ガスの組成もまた変動する。すなわち、触媒層の温度が
低すぎると未改質のメタノールが発生し、逆に高すぎる
とCOが増加して燃料電池本体の性能に悪影響を及ぼす。
改質ガス中のメタノール、COのいずれも燃料電池本体の
出力電圧を低下させるため、発電システムとして定出力
を得るためには燃料電池からの電流を多く取ることにな
る。 このようなことから、とりわけ負荷が増加した時に、触
媒層の温度が下がって未改質のメタノールが増加し燃料
電池本体の出力電圧が低下すると、さらに燃料電池本体
から電流を多く取ることになり、その結果燃料電池本体
に過負荷を与え、場合によってはシステムの継続した運
転が不能になってしまうという問題点があった。 この発明はこのような問題点を解決しようとするもの
で、触媒層の温度を一定にして改質ガスの組成変動を抑
え、負荷変動時にも燃料電池発電システムを安定して運
転できるようにした燃料電池用燃料改質装置を提供する
ことを目的とするものである。
触媒を充填した改質反応管を本体底部で折り返された二
重構造に形成し、原料ガスの入口側となる一方の側をバ
ーナの下方に配置してこのバーナにより周囲から加熱し
比較的高温で運転する高温部とし、この高温部では主と
して原料ガスの分解反応を行わせ、また改質ガスの出口
側となる他方の側を前記高温部の外側に配置して前記バ
ーナから遮り比較的低温で運転する低温部とし、この低
温部では主としてCOの変成反応を行わせるように構成す
るのである。
重構造に形成し、原料ガスの入口側となる一方の側をバ
ーナの下方に配置してこのバーナにより周囲から加熱し
比較的高温で運転する高温部とし、この高温部では主と
して原料ガスの分解反応を行わせ、また改質ガスの出口
側となる他方の側を前記高温部の外側に配置して前記バ
ーナから遮り比較的低温で運転する低温部とし、この低
温部では主としてCOの変成反応を行わせるように構成す
るのである。
この発明によれば、改質反応管の高温部に高温で原料ガ
スの分解反応に触媒能を示す触媒を用い、また低温部に
低温でCO変成反応に触媒能を示す触媒を用いることがで
き、それにより触媒層の温度を一定にして改質ガスの組
成変動を抑えることができる。
スの分解反応に触媒能を示す触媒を用い、また低温部に
低温でCO変成反応に触媒能を示す触媒を用いることがで
き、それにより触媒層の温度を一定にして改質ガスの組
成変動を抑えることができる。
以下、図に基づいてこの発明の実施例を説明する。な
お、この発明の実施例を示す第１図において、第４図と
同一の部分には同一の符号を付け説明を省略する。 第１図において、改質反応管１３は内筒１の内外に跨が
る二重構造になっている。すなわち、内筒１の内側のバ
ーナ９の直下には高温部１４が配置され、内筒１の外側
には低温部１５が配置されている。高温部１４と低温部
１５とは、連通管１８と原料ガスマニホルド５を介して
接続され、改質反応管１３は全体的に見れば、本体底部
で折り返された形となっている。高温部１４は、バーナ
９の燃焼ガスによる加熱に加えてバーナ９の輻射熱を直
接受け、比較的高温で運転される。一方、低温部１５は
内筒１でバーナ９から遮られており、高温部１４を通過
した後の燃焼ガスで加熱されて比較的低温で運転され
る。 改質反応管１３の高温部１４は外筒１３ａと内筒１３ｂ
との間に環状の空間が形成された二重円筒になってお
り、その上端に改質ガス入口管１０が接続されている。
改質反応管１３の低温部１５は、複数本の反応管１５ａ
を環状に並べて構成されており、その下端はマニホルド
５に通じ、上端は改質ガスマニホルド１２を介して改質
ガス出口１１に通じている。 高温部１４には、アルミボールにPtあるいはPdを担持さ
せた触媒１６が充填されている。起動時にはバーナ９で
メタノールを燃焼させるとともに、原料ガス入口管１０
からメタノールと空気を供給し、高温触媒層１６で触媒
燃焼させて高温触媒層６を昇温する。昇温後の定常運転
時には、バーナ９から熱エネルギを受けながら、高温触
媒層１６は約300 〜400 ℃で改質反応を行う。 改質反応管１３の低温部１５には、Cu系の触媒１７が充
填されている。上記定常運転時において、低温触媒層１
７は、約200 〜300 ℃で改質反応を行う。Cu系の触媒の
触媒は300 ℃以上で運転すると寿命が短くなるが、Pt系
の触媒は300 〜400 ℃で運転しても寿命が短くなること
はない。 高温部１４を出た改質ガスは、燃料電池本体の触媒の触
媒毒となるCoを４〜５％含んでいる。このガスは本体底
部のマニホルド５で折り返し、低温部のCu系の触媒層１
７を通過して、反応式(2)のCo変成反応によりCoが200
〜300 ℃の平衡濃度まで下げられ、改質ガス出口１１か
ら燃料電池本体へ供給される。 この時の低温部１５内における触媒層の軸方向の温度分
布は、第２図に示すようになり、軽負荷（実線）の場合
も、重負荷（鎖線）の場合も温度分布にほとんど変化が
ない。また、軽負荷から重負荷、さらに軽負荷という非
定常的な負荷変動に対しても、第２図の触媒層温度制御
点における温度の経時変化は第３図に示すようになり、
温度変化は非常に小さくなっている。したがって、改質
ガスの組成も一定となり、燃料電池本体に過負荷を与え
ることなく運転を継続することが可能となる。
お、この発明の実施例を示す第１図において、第４図と
同一の部分には同一の符号を付け説明を省略する。 第１図において、改質反応管１３は内筒１の内外に跨が
る二重構造になっている。すなわち、内筒１の内側のバ
ーナ９の直下には高温部１４が配置され、内筒１の外側
には低温部１５が配置されている。高温部１４と低温部
１５とは、連通管１８と原料ガスマニホルド５を介して
接続され、改質反応管１３は全体的に見れば、本体底部
で折り返された形となっている。高温部１４は、バーナ
９の燃焼ガスによる加熱に加えてバーナ９の輻射熱を直
接受け、比較的高温で運転される。一方、低温部１５は
内筒１でバーナ９から遮られており、高温部１４を通過
した後の燃焼ガスで加熱されて比較的低温で運転され
る。 改質反応管１３の高温部１４は外筒１３ａと内筒１３ｂ
との間に環状の空間が形成された二重円筒になってお
り、その上端に改質ガス入口管１０が接続されている。
改質反応管１３の低温部１５は、複数本の反応管１５ａ
を環状に並べて構成されており、その下端はマニホルド
５に通じ、上端は改質ガスマニホルド１２を介して改質
ガス出口１１に通じている。 高温部１４には、アルミボールにPtあるいはPdを担持さ
せた触媒１６が充填されている。起動時にはバーナ９で
メタノールを燃焼させるとともに、原料ガス入口管１０
からメタノールと空気を供給し、高温触媒層１６で触媒
燃焼させて高温触媒層６を昇温する。昇温後の定常運転
時には、バーナ９から熱エネルギを受けながら、高温触
媒層１６は約300 〜400 ℃で改質反応を行う。 改質反応管１３の低温部１５には、Cu系の触媒１７が充
填されている。上記定常運転時において、低温触媒層１
７は、約200 〜300 ℃で改質反応を行う。Cu系の触媒の
触媒は300 ℃以上で運転すると寿命が短くなるが、Pt系
の触媒は300 〜400 ℃で運転しても寿命が短くなること
はない。 高温部１４を出た改質ガスは、燃料電池本体の触媒の触
媒毒となるCoを４〜５％含んでいる。このガスは本体底
部のマニホルド５で折り返し、低温部のCu系の触媒層１
７を通過して、反応式(2)のCo変成反応によりCoが200
〜300 ℃の平衡濃度まで下げられ、改質ガス出口１１か
ら燃料電池本体へ供給される。 この時の低温部１５内における触媒層の軸方向の温度分
布は、第２図に示すようになり、軽負荷（実線）の場合
も、重負荷（鎖線）の場合も温度分布にほとんど変化が
ない。また、軽負荷から重負荷、さらに軽負荷という非
定常的な負荷変動に対しても、第２図の触媒層温度制御
点における温度の経時変化は第３図に示すようになり、
温度変化は非常に小さくなっている。したがって、改質
ガスの組成も一定となり、燃料電池本体に過負荷を与え
ることなく運転を継続することが可能となる。
この発明は、触媒を充填した改質反応管を本体底部で折
り返された二重構造に形成し、原料ガスの入口側となる
一方の側を比較的高温で運転する高温部とし、また改質
ガスの出口側となる他方の側の比較的低温で運転する低
温部として構成したので、触媒層の温度を一定にして改
質ガスの組成変動を抑え、特に負荷変動時の燃料電池発
電システムの運転を安定させることができる。また、高
温部のPt系触媒は、システム起動時に改質反応管を昇温
させるための燃焼触媒としても使用できるので、システ
ムの起動時間の短縮にも寄与することができる。
り返された二重構造に形成し、原料ガスの入口側となる
一方の側を比較的高温で運転する高温部とし、また改質
ガスの出口側となる他方の側の比較的低温で運転する低
温部として構成したので、触媒層の温度を一定にして改
質ガスの組成変動を抑え、特に負荷変動時の燃料電池発
電システムの運転を安定させることができる。また、高
温部のPt系触媒は、システム起動時に改質反応管を昇温
させるための燃焼触媒としても使用できるので、システ
ムの起動時間の短縮にも寄与することができる。
第１図はこの発明の実施例の縦断面図、第２図は第１図
における改質反応管の低温部の軸方向の温度分布を示す
線図、第３図は第２図の触媒層温度制御点における触媒
層温度の経時変化を示す線図、第４図は従来の燃料改質
装置の縦断面図、第５図は第４図における改質反応管の
軸方向の温度分布を示す線図、第６図は第５図の触媒層
温度制御点における触媒層温度の経時変化を示す線図で
ある。 １３：改質反応管、１４：改質反応管の高温部、 １５：改質反応管の低温部、１６，１７：触媒。
における改質反応管の低温部の軸方向の温度分布を示す
線図、第３図は第２図の触媒層温度制御点における触媒
層温度の経時変化を示す線図、第４図は従来の燃料改質
装置の縦断面図、第５図は第４図における改質反応管の
軸方向の温度分布を示す線図、第６図は第５図の触媒層
温度制御点における触媒層温度の経時変化を示す線図で
ある。 １３：改質反応管、１４：改質反応管の高温部、 １５：改質反応管の低温部、１６，１７：触媒。
Claims (3)
- 【請求項１】アルコールなどを触媒により水蒸気と反応
させて水素リッチなガスに改質し、燃料電池に供給する
燃料電池用燃料改質装置において、触媒を充填した改質
反応管を本体底部で折り返された二重構造に形成し、原
料ガスの入口側となる一方の側をバーナの下方に配置し
てこのバーナにより周囲から加熱し比較的高温で運転す
る高温部とし、この高温部では主として原料ガスの分解
反応を行わせ、また改質ガスの出口側となる他方の側を
前記高温部の外側に配置して前記バーナから遮り比較的
低温で運転する低温部とし、この低温部では主としてCO
の変成反応を行わせるようにしたことを特徴とする燃料
電池用燃料改質装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、改質反応管の高温部の触媒は白金又はロジウム、パ
ラジウムの１種若しくはそれ以上を含む触媒である燃料
電池用燃料改質装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の装置におい
て、改質反応管の高温部の触媒を起動時には燃焼触媒と
して使用する燃料電池用燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280122A JPH0647441B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 燃料電池用燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280122A JPH0647441B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 燃料電池用燃料改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122902A JPH01122902A (ja) | 1989-05-16 |
| JPH0647441B2 true JPH0647441B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=17620640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280122A Expired - Lifetime JPH0647441B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 燃料電池用燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0647441B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0688761B2 (ja) * | 1988-09-19 | 1994-11-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 炭化水素の改質装置 |
| DK1394103T3 (da) * | 2001-06-04 | 2008-01-21 | Tokyo Gas Co Ltd | Cylindrisk vanddampreformeringsenhed |
| WO2003000585A1 (fr) * | 2001-06-12 | 2003-01-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de production d'hydrogene, systeme de pile a combustible et procede de commande du dispositif de production d'hydrogene |
| JP4887572B2 (ja) * | 2001-06-12 | 2012-02-29 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置 |
| KR100823515B1 (ko) | 2007-04-24 | 2008-04-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 개질 장치 및 그 구동 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62246802A (ja) * | 1986-04-21 | 1987-10-28 | Fuji Electric Co Ltd | メタノ−ル改質器 |
| JPS63129002A (ja) * | 1986-11-17 | 1988-06-01 | Hitachi Ltd | 内熱式燃料改質装置 |
-
1987
- 1987-11-05 JP JP62280122A patent/JPH0647441B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62246802A (ja) * | 1986-04-21 | 1987-10-28 | Fuji Electric Co Ltd | メタノ−ル改質器 |
| JPS63129002A (ja) * | 1986-11-17 | 1988-06-01 | Hitachi Ltd | 内熱式燃料改質装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01122902A (ja) | 1989-05-16 |
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