JPH07110761B2 - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

燃料電池用改質装置

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JPH07110761B2
JPH07110761B2 JP61180084A JP18008486A JPH07110761B2 JP H07110761 B2 JPH07110761 B2 JP H07110761B2 JP 61180084 A JP61180084 A JP 61180084A JP 18008486 A JP18008486 A JP 18008486A JP H07110761 B2 JPH07110761 B2 JP H07110761B2
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    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
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    • H01M8/0625Combination 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池における燃料改質装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
燃料電池は、主として燃料を水素に変換する改質装置
と、この改質装置で発生した水素を空気(酸素)と反応
させて水と電気に変える燃料電池本体とからなってい
る。改質装置は蒸発器によって燃料(例えばメタノール
と水との混合液)を気化し、その気化した燃料ガスを反
応容器の触媒層に通して水素ガス主体の改質ガスに変化
させ、それを燃料電池本体へ送るようになっている。
上記改質装置において、加熱空間内に設けた反応容器を
端部で折り返し複数回往復するような構成にすると、反
応容器の流路全体を長くしながら全高を低く抑えること
ができるという特長がある。しかし、この構成をさらに
発展させ、互いに隣接する反応容器同士の間隔(ピッ
チ)を出来るだけ短くして加熱空間内に収納できるよう
にすれば、装置を一層コンパクト化しながら多量の燃料
ガスが処理できるようになる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、加熱空間内で反応容器を折り返し往復
させる構成にする場合、隣接する反応管同士の間隔を短
くし、装置全体をコンパクト化することができる燃料電
池用改質装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
上記目的を達成する本発明の燃料電池用改質装置は、触
媒を充填した複数の反応容器を加熱空間内に並列に配置
し、隣接する反応容器の端部間を横方向の連結管で互い
に連結し、この連結された複数の反応容器内に燃料ガス
を2パス以上にわたって順次通過させる構成にしたこと
を特徴とするものである。
〔実施例〕
図に示す実施例において、1は燃料を気化するための環
状に形成された蒸発器で、その下部にバーナ2が配置さ
れ、そのバーナ2の外側を囲むケースにはファン26が接
続されて燃焼用空気が強制送風されるようになってい
る。蒸発器1の上面外周には、外部からの燃料供給管3
が接続された環状の分配管4が配置され、この分配管4
から多数の燃料吐出管5,…,5が蒸発器1の内部に連通
し、メタノールと水との混合燃料を供給するようになっ
ている。
蒸発器1の上方には内筒15に囲まれた加熱空間7が形成
され、その外側に環状の排気通路17を介して外筒6が設
けられている。内筒15の上部には周方向に複数の開口1
6,…,16が設けられて排気通路17に連通しており、また
外筒6の下部には排気口18が設けられている。また、加
熱空間7の上部には隔壁を介して、反応後の改質ガスが
集められる集合室13が設けられ、さらにこの集合室13は
図示しない燃料電池本体に接続されている。
上記加熱空間7の中には、触媒9を内部に有する反応容
器である複数の反応管8,…,8が上下方向に平行に立設さ
れている。これら複数の反応管8は、加熱空間7内に円
周方向と半径方向に分布し、最も中心に近い位置に反応
管8aが、それより外側に反応管8bが、さらにそれより外
側に反応管8cがあり、これら3本の反応管8a,8b,8cを1
組として複数組の反応系が周方向に配置されている。こ
のような配置により、複数組の反応系の反応管8,…,8
は、平面視において加熱空間7の中心に対し点対称にな
っている。
各組の反応系を構成する反応管のうち、最内側の反応管
8aと中間の反応管8bとの上端は集合室13側に突出し、そ
れぞれシール20を介して着脱自在な栓19によって閉塞さ
れているが、最外側の反応管8cの上端は集合室13に開口
して連通している。この構成において、上記反応管8a
は、その下端を連結管10を介して蒸発器1に連結され、
また上端を横方向の連結管11を介して反応管8bの上端に
連結されている。また、反応管8bの下端と最外側の反応
管8cの下端とは、共に触媒の充填されていない一つの環
状連結部12に連結され、互いに連通する関係になってい
る。すなわち、この環状連結部12には、複数の反応系に
おける各反応管8b,8cが、それぞれ同時に連結されてい
る。また、この環状連結部は蒸発器1の上面に直接接触
させて固定されており、その蒸発器1の熱が環状連結部
12に直接伝熱されるようになっている。
上記構成において、蒸発器1で気化した燃料ガスは、連
結管10から反応管8aに入って上昇し、次いで上端の連結
管11を介して隣の反応管8bに入り、その反応管8bを下降
して環状連結部12に入る。この環状連結部12からは、最
外側の反応管8cの下端に入るが、環状連結部12は一つの
共通空間になっているため、他の組の反応管8cにも分散
供給される。このような反応管8cに入ったガスは上昇し
て、最後に集合室13に入る。」 すなわち、このように反応管8a、8b、8cを順次通過する
燃料ガスの流れは、全体として加熱空間7の中心から外
側に向けた流れになっている。また、燃料ガスはこのよ
うな反応管8a、8b、8cを2パス以上にわたって通過する
間に反応を行い、水素ガス主 体の改質ガスに変化する
ようになっている。
一方、バーナ2で発生した加熱ガスは、蒸発器1の加熱
を行ったのち中央通路14から加熱空間7の中央部に入
り、そこから上昇する間に多数の反応管8,…,8を半径方
向外側に向けて横切ったのち、上部の開口16を介して排
気通路17へ入り、そこを下降して排気口18から排出され
る。すなわち、この加熱ガスは上記燃料ガスの流れと実
質的に同じ方向に沿って、加熱空間7の中心から外側に
向けて流れるようになっている。このような加熱ガスに
よる加熱により、燃料ガスは反応管8a,8b,8cを2パス以
上にわたって通過する間に反応し、水素ガス主体の改質
ガスに変化するようになっている。
上述した燃料改質装置によると、互いに隣接する平行な
反応管8a,8bの端部(上端)同士を、横方向の連結管11
によって連結する構成にしているため、これによって両
反応管8a,8bの間隔(ピッチ)を可及的に狭くすること
ができる。すなわち、1本の長い反応管を屈曲加工によ
って往復させる構造では、金属の展性などの関係で管間
隔を一定以上に狭くすることには限界があるが、上述の
ように横方向の別の連結管で橋渡しすることによって、
この制約を解消する。また、上記構成により、複数の反
応管による通路を加熱空間内に自由に設定することがで
きるようになる。そのため、加熱空間7内に可及的に多
数の反応管を収納することが可能であり、コンパクトな
構成にしながら多量の燃料ガスが処理できるようにな
る。
また、上述した燃料改質装置によると、蒸発器1で気化
した燃料ガスは、反応管8a,8b,8cを順次通過することに
より加熱空間7の中心から外側に向けて流れるのに対
し、加熱ガスもこの燃料ガスの流れに実質的に沿う方向
になっている。したがって、燃料ガスは反応管8a,8b,8c
を通過しながら水蒸気を改質反応を行うとき、流れの初
期ほど多量の熱を必要とすることになるが、その初期に
は高温の加熱ガスが接触し、流れに沿って次第に温度の
低下した加熱ガスが接触する。そのため、燃料ガスに対
する加熱ガスの温度分布は、その反応に応じて均一にな
り、副反応の発生を少なくすることができるため、熱効
率の向上を図ることができる。
また、上述した燃料改質装置では、上記連結関係にした
反応管8a,8b,8cを多数組設け、それらを加熱空間7の中
心に対し点対称に配置しているため、全ての組に対して
同様の均一な温度分布の反応を行わせることができる。
なお、上述した実施例では、反応管の連結を燃料ガスが
加熱空間の中心から外側へ向けて流れるようにしたが、
これを反対に外側から中心に向けて流れる連結構成に
し、かつそれに伴って加熱ガスも外側から中心に向けて
流れるような構成にしてもよい。
また、上述した燃料改質装置によると、蒸発器1で気化
した燃料ガスは、反応管8a,8b,8cを順次通過しながら水
蒸気改質反応を行うため、冷却時には反応管8b,8cの下
端同士を連結する環状連結部12には凝縮液が溜る。しか
し、この環状連結部12は内部に触媒が充填されておら
ず、空間状態になっているため、上記凝縮液によって劣
化させられることはない。また、それによって、この部
分に触媒を充填していたものに比べて、触媒交換の頻度
を低減することができる。
また、上述した燃料改質装置によると、反応管の折り返
し部、すなわち二つの反応管8a,8bが連結管11で連結さ
れる側の管端に、それぞれ着脱自在の栓19を設けて閉塞
したので、触媒の交換を行うときは、集合室13のケース
を外した上で栓19を取り外せば、各反応管毎に個別に行
うことができる。したがって、屈曲状態に連続した長い
反応管のままで触媒交換を行う場合に比べて、その作業
を著しく簡単にすることができる、また、各反応管に対
して触媒を均一に充填することができる。
また、反応管8a,8bの端部(上端)同士を、横方向の連
結管11によって連結しているため、この構成によって両
反応管8a,8bの間隔(ピッチ)を可及的に狭くすること
ができる。すなわち、1本の長い反応管を屈曲加工によ
って往復させる構造では、金属の展性などの関係で管間
隔を一定以上に狭くすることには限界があるが、上述の
ように横方向の別の連結管で橋渡しすることによって、
この制約を解消する。また、上記構成により、複数の反
応管による通路を加熱空間内に自由る設定することがで
きるようになるため、可及的に多数の反応管を収納する
ことが可能となり、コンパクトな構成にしながら多量の
燃料ガスが処理できるようになる。
さらにまた、上述した燃料改質装置によると、複数の反
応系の各反応管8b,8cの下端が、共通の環状連結部12に
同時に連結された構成になっているため、たとえ一つの
反応系に詰まりを生ずるとか、或いは反応性の活発な部
分が生じて圧力に乱れができても、環状連結部12に吐出
されたときに圧力の乱れが分散し、さらに次の反応管に
複数に分散して入り込むため、圧力平衡は均一に維持さ
れる。したがって、流れを常に均一にし、反応効率を向
上することができる。
なお、上述した実施例では反応管の下端側だけを共通の
連結部に開口させ、上端側は反応系毎に個別に連結する
ようにしたが、この上端側も下端同様に共通の連結部に
連結させるようにしてもよい。
なおさらに、上述した燃料改質装置によると、蒸発器1
はバーナ2の上部に配置され、かつその上面に二つの反
応管8a,8bの下端を連通させた環状連結部12が直接接触
するようになっている。このような蒸発器1がバーナ2
に直接加熱されることにより、本来の蒸発能力を落とす
ことはなく、また環状連結部12は蒸発器1に直接接する
ため、コンパクトにしても十分な熱量を受けることがで
き、かつ反応管8に伝熱することができる。したがっ
て、上記改質装置では、蒸発器1の能力を低下させるこ
となく、装置全体をコンパクトにすることができる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明の燃料電池用改質装置は、触媒を
充填した複数の反応容器を加熱空間内に並列に配置し、
隣接する反応容器の端部間を横方向の連結管で互いに連
結し、この連結された複数の反応容器内に燃料ガスを2
パス以上にわたって順次通過させる構成にしたので、隣
接する反応容器の間隔を可及的に短くし、また加熱空間
内の反応管の設定を自由にできるため、装置全体をコン
パクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による燃料電池用改質装置で、
第2図のI−I矢視で示す断面図、第2図は第1図のII
−II矢視で示す断面図、第3図は要部の拡大断面図であ
る。 1……蒸発器、2……バーナ、7……加熱空間、8,8a,8
b,8c……反応管、9……触媒層、11……連結管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】触媒を充填した複数の反応容器を加熱空間
    内に並列に配置し、隣接する反応容器の端部間を横方向
    の連結管で互いに連結し、この連結された複数の反応容
    器内に燃料ガスを2パス以上にわたって順次通過させる
    構成にしたことを特徴とする燃料電池用改質装置。
JP61180084A 1986-08-01 1986-08-01 燃料電池用改質装置 Expired - Fee Related JPH07110761B2 (ja)

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