JPH07126002A - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
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- JPH07126002A JPH07126002A JP5294074A JP29407493A JPH07126002A JP H07126002 A JPH07126002 A JP H07126002A JP 5294074 A JP5294074 A JP 5294074A JP 29407493 A JP29407493 A JP 29407493A JP H07126002 A JPH07126002 A JP H07126002A
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃焼触媒層全域において燃焼反応熱が略均一
になるようにして、改質触媒層全域において改質反応を
略均一化し、効率の良い改質反応を起こさせる。 【構成】 気体燃料３００を改質ガスに変換する改質触
媒を内壁に担持あるいは内部に充填した改質触媒層９３
と、この改質触媒層９３に対して隔壁９２を介して隔離
され、燃焼ガス２００を燃焼させる燃焼触媒を内壁に担
持あるいは内部に充填した燃焼触媒層９４とが、隔壁９
２を介して交互に積層されて成る構造体を有する燃料改
質装置において、燃焼触媒層９４内における燃焼触媒
を、燃焼ガス２００の上流側から下流側に向けて除々に
高密度にする。
になるようにして、改質触媒層全域において改質反応を
略均一化し、効率の良い改質反応を起こさせる。 【構成】 気体燃料３００を改質ガスに変換する改質触
媒を内壁に担持あるいは内部に充填した改質触媒層９３
と、この改質触媒層９３に対して隔壁９２を介して隔離
され、燃焼ガス２００を燃焼させる燃焼触媒を内壁に担
持あるいは内部に充填した燃焼触媒層９４とが、隔壁９
２を介して交互に積層されて成る構造体を有する燃料改
質装置において、燃焼触媒層９４内における燃焼触媒
を、燃焼ガス２００の上流側から下流側に向けて除々に
高密度にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、メタノール等の燃料を
改質して水素を発生させる燃料改質装置に係り、詳細に
は、燃焼触媒を用いて燃焼用ガスを燃焼させて発生した
熱によって改質触媒を加熱する触媒燃焼加熱方式の燃料
改質装置に関する。
改質して水素を発生させる燃料改質装置に係り、詳細に
は、燃焼触媒を用いて燃焼用ガスを燃焼させて発生した
熱によって改質触媒を加熱する触媒燃焼加熱方式の燃料
改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、化学的電池の一つとして燃料
電池があり、代表的なものとして水素酸素型燃料電池が
ある。この水素酸素型燃料電池では燃料として水素を使
用するが、この水素を得る手段として、メタノール等の
燃料を改質して水素を発生させる燃料改質装置がある。
この燃料改質装置では、例えばメタノールと水を原料と
し、原料を気化して改質触媒と接触させることによって
起こる改質反応により水素を生成するが、改質反応は吸
熱反応であるため、改質触媒を加熱する必要がある。こ
こで、改質触媒を効率良く加熱する方式として、例えば
特開平３−１０９２０２号公報に示される触媒燃焼加熱
方式が提案されている。この触媒燃焼加熱方式は、改質
触媒に隣接させて燃焼触媒を設け、この燃焼触媒を用い
て燃焼用ガスを燃焼させ、この燃焼によって発生する熱
を改質触媒に伝えるものである。
電池があり、代表的なものとして水素酸素型燃料電池が
ある。この水素酸素型燃料電池では燃料として水素を使
用するが、この水素を得る手段として、メタノール等の
燃料を改質して水素を発生させる燃料改質装置がある。
この燃料改質装置では、例えばメタノールと水を原料と
し、原料を気化して改質触媒と接触させることによって
起こる改質反応により水素を生成するが、改質反応は吸
熱反応であるため、改質触媒を加熱する必要がある。こ
こで、改質触媒を効率良く加熱する方式として、例えば
特開平３−１０９２０２号公報に示される触媒燃焼加熱
方式が提案されている。この触媒燃焼加熱方式は、改質
触媒に隣接させて燃焼触媒を設け、この燃焼触媒を用い
て燃焼用ガスを燃焼させ、この燃焼によって発生する熱
を改質触媒に伝えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の触媒
燃焼加熱方式の燃料改質装置では、例えば前記公報に示
されるように、改質触媒層と燃焼触媒層が隔壁を介して
交互に積層された構造を成している。この場合、いずれ
の触媒層においても、触媒の担持あるいは充填密度は均
一である。すなわち、導入するガスの上流側と下流側と
で触媒の密度は等しい。ところが、燃焼触媒層において
は、導入したガスと燃焼触媒とが接触することにより燃
焼する際に発生する熱を隣接した改質触媒層に伝える
が、燃焼触媒の担持密度を均一にした場合、ガスの上流
側でほとんど反応、発熱し、下流側ではほとんど発熱し
ないという問題があった。このように燃焼触媒層での発
熱が不均一であると、隣接した改質触媒層での改質反応
が吸熱反応であるため、改質反応も改質触媒層内で不均
一となり、改質反応の効率が悪くなるという問題があ
る。
燃焼加熱方式の燃料改質装置では、例えば前記公報に示
されるように、改質触媒層と燃焼触媒層が隔壁を介して
交互に積層された構造を成している。この場合、いずれ
の触媒層においても、触媒の担持あるいは充填密度は均
一である。すなわち、導入するガスの上流側と下流側と
で触媒の密度は等しい。ところが、燃焼触媒層において
は、導入したガスと燃焼触媒とが接触することにより燃
焼する際に発生する熱を隣接した改質触媒層に伝える
が、燃焼触媒の担持密度を均一にした場合、ガスの上流
側でほとんど反応、発熱し、下流側ではほとんど発熱し
ないという問題があった。このように燃焼触媒層での発
熱が不均一であると、隣接した改質触媒層での改質反応
が吸熱反応であるため、改質反応も改質触媒層内で不均
一となり、改質反応の効率が悪くなるという問題があ
る。
【０００４】そこで、本発明の目的は、燃焼触媒層全域
において燃焼反応熱が略均一になるようにして、改質触
媒層全域において改質反応を略均一化し、効率の良い改
質反応を起こさせることのできる燃料改質装置を提供す
ることにある。
において燃焼反応熱が略均一になるようにして、改質触
媒層全域において改質反応を略均一化し、効率の良い改
質反応を起こさせることのできる燃料改質装置を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料改質装置で
は、燃料ガスを改質ガスに変換する改質触媒を内壁に担
持あるいは内部に充填した改質触媒層と、この改質触媒
層に対して隔壁を介して隔離され、燃焼用ガスを燃焼さ
せる燃焼触媒を内壁に担持あるいは内部に充填した燃焼
触媒層とが隣接した燃料改質装置であって、前記燃焼触
媒層内における燃焼触媒を、燃焼用ガスの上流側から下
流側に向けて除々に高密度になるように、担持あるいは
充填させる、ことによって前記目的を達成する。
は、燃料ガスを改質ガスに変換する改質触媒を内壁に担
持あるいは内部に充填した改質触媒層と、この改質触媒
層に対して隔壁を介して隔離され、燃焼用ガスを燃焼さ
せる燃焼触媒を内壁に担持あるいは内部に充填した燃焼
触媒層とが隣接した燃料改質装置であって、前記燃焼触
媒層内における燃焼触媒を、燃焼用ガスの上流側から下
流側に向けて除々に高密度になるように、担持あるいは
充填させる、ことによって前記目的を達成する。
【０００６】
【作用】本発明の燃料改質装置では、燃焼触媒層内にお
いて燃焼用ガスが燃焼触媒に接触して燃焼する。この燃
焼によって発生する熱が隔壁を介して改質媒層に供給さ
れ、改質触媒が加熱される。そして、この加熱された改
質触媒により、燃料ガスが改質ガスに変換される。本発
明では、燃焼触媒層内における燃焼触媒が、燃焼用ガス
の上流側から下流側に向けて除々に高密度になっている
ため、燃焼触媒が均一な場合に比べ、上流側ほど燃焼が
抑制され、下流側ほど燃焼が促進される。その結果、燃
焼触媒層全域において発生する燃焼反応熱が略均一にな
る。
いて燃焼用ガスが燃焼触媒に接触して燃焼する。この燃
焼によって発生する熱が隔壁を介して改質媒層に供給さ
れ、改質触媒が加熱される。そして、この加熱された改
質触媒により、燃料ガスが改質ガスに変換される。本発
明では、燃焼触媒層内における燃焼触媒が、燃焼用ガス
の上流側から下流側に向けて除々に高密度になっている
ため、燃焼触媒が均一な場合に比べ、上流側ほど燃焼が
抑制され、下流側ほど燃焼が促進される。その結果、燃
焼触媒層全域において発生する燃焼反応熱が略均一にな
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の燃料改質装置における実施例
を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。図１は、
本発明における燃料改質装置を燃料電池発電システムに
適用した第１の実施例のシステム構成を表したものであ
る。この図に示す燃料電池発電システムは、燃料電池４
０と、この燃料電池４０に供給する気体燃料としての水
素を発生する燃料改質装置１０とを備えている。燃料改
質装置１０は液体燃料を気化する気化部１１および気化
部１１からの気体燃料を改質する燃料改質部９より構成
される。
を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。図１は、
本発明における燃料改質装置を燃料電池発電システムに
適用した第１の実施例のシステム構成を表したものであ
る。この図に示す燃料電池発電システムは、燃料電池４
０と、この燃料電池４０に供給する気体燃料としての水
素を発生する燃料改質装置１０とを備えている。燃料改
質装置１０は液体燃料を気化する気化部１１および気化
部１１からの気体燃料を改質する燃料改質部９より構成
される。
【０００８】燃料電池４０には、電解質４１を挟んで燃
料極４２と空気極４３とが設けられ、また、この燃料電
池４０を冷却するための熱交換器４４が設けられてい
る。燃料極４２には気体燃料を供給する改質ガスライン
３と、燃料極４２から発生する排気ガスを排出するオフ
ガスライン５とが接続されている。一方、空気極４３に
は、酸化剤としての酸素を含む空気の供給ライン（図示
しない）が接続されている。改質ガスライン３およびオ
フガスライン５は、燃料改質部９の各接続口にそれぞれ
接続されている。燃料改質部９は、詳細を後述するが、
多数の熱交換器を具備しており、各熱交換器の排気ガス
通路側の面に燃焼触媒層が、当該熱交換器の気体燃料通
路側の面に改質触媒層がそれぞれ設けられている。
料極４２と空気極４３とが設けられ、また、この燃料電
池４０を冷却するための熱交換器４４が設けられてい
る。燃料極４２には気体燃料を供給する改質ガスライン
３と、燃料極４２から発生する排気ガスを排出するオフ
ガスライン５とが接続されている。一方、空気極４３に
は、酸化剤としての酸素を含む空気の供給ライン（図示
しない）が接続されている。改質ガスライン３およびオ
フガスライン５は、燃料改質部９の各接続口にそれぞれ
接続されている。燃料改質部９は、詳細を後述するが、
多数の熱交換器を具備しており、各熱交換器の排気ガス
通路側の面に燃焼触媒層が、当該熱交換器の気体燃料通
路側の面に改質触媒層がそれぞれ設けられている。
【０００９】また、図１に示す燃料電池発電システム
は、気化部１１とバーナ１２とを備えている。そして、
燃料改質部９は、気化部１１からの気体燃料を気体燃料
通路側に取り込むと共に、オフガスライン５を経由して
供給された燃焼熱ガスを燃焼熱ガス通路側に取り込む。
そして、燃焼触媒層で発生された熱と改質触媒層の作用
によって気体燃料を改質し、改質ガスライン３に送り出
すようになっている。
は、気化部１１とバーナ１２とを備えている。そして、
燃料改質部９は、気化部１１からの気体燃料を気体燃料
通路側に取り込むと共に、オフガスライン５を経由して
供給された燃焼熱ガスを燃焼熱ガス通路側に取り込む。
そして、燃焼触媒層で発生された熱と改質触媒層の作用
によって気体燃料を改質し、改質ガスライン３に送り出
すようになっている。
【００１０】気化部１１には、ポンプ１３を介して燃料
タンク１５が接続されている。そして、燃料タンク１５
に貯留されている燃料（メタノール＋水）は、ポンプ１
３によって気化部１１に供給され、気化部１１は、バー
ナ１２の燃焼熱により、燃料を気化して、気体燃料とし
て燃料改質部９に供給するようになっている。燃料改質
部９は、気化部１１からの気体燃料を各改質触媒層に取
り込むと共に、オフガスライン５を経由して供給された
燃焼熱ガスに気体燃料（メタノール）と空気を流入さ
せ、燃焼ガスとして各燃焼触媒層に導入するようになっ
ている。
タンク１５が接続されている。そして、燃料タンク１５
に貯留されている燃料（メタノール＋水）は、ポンプ１
３によって気化部１１に供給され、気化部１１は、バー
ナ１２の燃焼熱により、燃料を気化して、気体燃料とし
て燃料改質部９に供給するようになっている。燃料改質
部９は、気化部１１からの気体燃料を各改質触媒層に取
り込むと共に、オフガスライン５を経由して供給された
燃焼熱ガスに気体燃料（メタノール）と空気を流入さ
せ、燃焼ガスとして各燃焼触媒層に導入するようになっ
ている。
【００１１】燃料改質部９は、さらに、温度検出センサ
２３と、燃料用電磁弁２５と、燃焼空気用電磁弁２７
と、コントローラ２９とを備えている。ここで、温度検
出センサ２３は、燃料改質部９の内部温度を検出して電
気信号に変換し、コントローラ２９に供給するようにな
っている。燃料用電磁弁２５は、気化部１１と燃料改質
部９の燃焼熱ガス取入れ側１７とを結ぶ管路３１に配設
されており、気化部１１からの気体燃料を燃料改質部９
の燃焼熱ガス取入れ側１７に供給するようになってい
る。燃焼空気用電磁弁２７は、燃焼用空気ライン７と燃
料改質部９の燃焼熱ガス取入れ側１７とを結ぶ管路３３
に設けられており、燃焼用空気ライン７からの燃焼用空
気を燃料改質部９の燃焼熱ガス取入れ側１７に供給する
ようになっている。さらに、コントローラ２９の制御信
号出力端子には、燃料用電磁弁２５、燃焼空気用電磁弁
２７および各送液ポンプ１３−（ａ）、１３−（ｂ）、
１３−（ｃ）がそれぞれ接続されている。
２３と、燃料用電磁弁２５と、燃焼空気用電磁弁２７
と、コントローラ２９とを備えている。ここで、温度検
出センサ２３は、燃料改質部９の内部温度を検出して電
気信号に変換し、コントローラ２９に供給するようにな
っている。燃料用電磁弁２５は、気化部１１と燃料改質
部９の燃焼熱ガス取入れ側１７とを結ぶ管路３１に配設
されており、気化部１１からの気体燃料を燃料改質部９
の燃焼熱ガス取入れ側１７に供給するようになってい
る。燃焼空気用電磁弁２７は、燃焼用空気ライン７と燃
料改質部９の燃焼熱ガス取入れ側１７とを結ぶ管路３３
に設けられており、燃焼用空気ライン７からの燃焼用空
気を燃料改質部９の燃焼熱ガス取入れ側１７に供給する
ようになっている。さらに、コントローラ２９の制御信
号出力端子には、燃料用電磁弁２５、燃焼空気用電磁弁
２７および各送液ポンプ１３−（ａ）、１３−（ｂ）、
１３−（ｃ）がそれぞれ接続されている。
【００１２】コントローラ２９は、例えば、周知の演算
処理装置（ＣＰＵ）、ランダム・アクセス・メモリ（Ｒ
ＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、入出力装
置、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換器等で構成されて
いる。このコントローラ２９は、ＲＯＭに記憶された各
種プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、温
度検出センサ２３からの検出温度に応じて燃料用電磁弁
２５および燃焼空気用電磁弁２７の開度を制御できるよ
うになっている。
処理装置（ＣＰＵ）、ランダム・アクセス・メモリ（Ｒ
ＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、入出力装
置、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換器等で構成されて
いる。このコントローラ２９は、ＲＯＭに記憶された各
種プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、温
度検出センサ２３からの検出温度に応じて燃料用電磁弁
２５および燃焼空気用電磁弁２７の開度を制御できるよ
うになっている。
【００１３】図２は、燃料改質部９の熱交換器のエレメ
ントを表したものである。熱交換器のエレメントは例え
ばステンレス鋼等の金属等の熱伝導性の良い隔壁９２を
備えている。この隔壁９２の一方の面には、例えば、銅
／亜鉛（Ｃｕ／Ｚｎ）からなる改質触媒が１．０ｇ／ｃ
ｍ3 の密度にて含浸、溶射、電着、スパッタ塗布等によ
り、均一に内壁に担持あるいは均一に充填されて、改質
触媒層９３が形成されている。また、隔壁９２の他方の
面には、例えば白金／酸化アルミニウム（Ｐｔ／Ａｌ2
０3 ）、あるいはパラジウム／酸化アルミニウム（Ｐｄ
／Ａｌ2 ０3 ）等の燃焼触媒が含浸、溶射、電着、スパ
ッタ塗布等により内壁に担持あるいは充填されて、燃焼
触媒層９４が形成されている。
ントを表したものである。熱交換器のエレメントは例え
ばステンレス鋼等の金属等の熱伝導性の良い隔壁９２を
備えている。この隔壁９２の一方の面には、例えば、銅
／亜鉛（Ｃｕ／Ｚｎ）からなる改質触媒が１．０ｇ／ｃ
ｍ3 の密度にて含浸、溶射、電着、スパッタ塗布等によ
り、均一に内壁に担持あるいは均一に充填されて、改質
触媒層９３が形成されている。また、隔壁９２の他方の
面には、例えば白金／酸化アルミニウム（Ｐｔ／Ａｌ2
０3 ）、あるいはパラジウム／酸化アルミニウム（Ｐｄ
／Ａｌ2 ０3 ）等の燃焼触媒が含浸、溶射、電着、スパ
ッタ塗布等により内壁に担持あるいは充填されて、燃焼
触媒層９４が形成されている。
【００１４】ただし、本実施例では、各燃焼触媒層９４
内において、燃焼触媒の担持あるいは充填密度は燃焼ガ
スの導入口から出口にかけて次第に高くなるようにして
いる。例えば、白金／酸化アルミニウム（Ｐｔ／Ａｌ2
０3 ）触媒の場合は、あらかじめ均一な密度の酸化アル
ミニウム（Ａｌ2 ０3 ）触媒に、１．０×１０-5〜１．
０ｇ／ｃｍ3 の範囲の数種類の密度を有する白金（Ｐ
ｔ）のディスパージョン液を含浸させることによって、
密度の異なる白金（Ｐｔ）を担持した酸化アルミニウム
（Ａｌ2 ０3 ）が数種類作成される。これらの白金／酸
化アルミニウム（Ｐｔ／Ａｌ2 ０3 ）触媒の担持あるい
は充填方法は、燃焼ガスの導入口付近には白金（Ｐｔ）
密度が１．０×１０-5ｇ／ｃｍ3 の触媒が配され、燃焼
ガスの出口付近には１．０ｇ／ｃｍ3 の触媒が配される
ように、除々に白金（Ｐｔ）密度が高くなるように担持
あるいは充填する。なお、この白金（Ｐｔ）触媒を各燃
焼触媒層内において均一密度にて担持あるいは充填する
場合、その密度は１．０×１０-2ｇ／ｃｍ3 となる。
内において、燃焼触媒の担持あるいは充填密度は燃焼ガ
スの導入口から出口にかけて次第に高くなるようにして
いる。例えば、白金／酸化アルミニウム（Ｐｔ／Ａｌ2
０3 ）触媒の場合は、あらかじめ均一な密度の酸化アル
ミニウム（Ａｌ2 ０3 ）触媒に、１．０×１０-5〜１．
０ｇ／ｃｍ3 の範囲の数種類の密度を有する白金（Ｐ
ｔ）のディスパージョン液を含浸させることによって、
密度の異なる白金（Ｐｔ）を担持した酸化アルミニウム
（Ａｌ2 ０3 ）が数種類作成される。これらの白金／酸
化アルミニウム（Ｐｔ／Ａｌ2 ０3 ）触媒の担持あるい
は充填方法は、燃焼ガスの導入口付近には白金（Ｐｔ）
密度が１．０×１０-5ｇ／ｃｍ3 の触媒が配され、燃焼
ガスの出口付近には１．０ｇ／ｃｍ3 の触媒が配される
ように、除々に白金（Ｐｔ）密度が高くなるように担持
あるいは充填する。なお、この白金（Ｐｔ）触媒を各燃
焼触媒層内において均一密度にて担持あるいは充填する
場合、その密度は１．０×１０-2ｇ／ｃｍ3 となる。
【００１５】図３は、燃料改質部９の要部を表したもの
である。燃料改質部９は、図２に示すエレメント９１に
よって直交流型プレート式熱交換器９１´に構成したも
のである。この直交流型プレート式熱交換器９１´は、
気体燃料通路９５と燃焼ガス通路９６とが１層毎にサン
ドイッチ形状に構成されている。すなわち、隔壁９２で
気体燃料通路９５と燃焼ガス通路９６とを区切って交互
に配置し、気体燃料通路９５に改質触媒層９３を設け、
燃焼ガス通路９６に燃焼触媒層９４を設けた構造になっ
ている。そして、気体燃料通路９５には気体燃料（メタ
ノール＋水）３００が通過し、燃焼ガス通路９６には燃
焼ガス２００が通過するようになっている。なお、気体
燃料通路９５と燃焼ガス通路９６の通路の方向は互いに
直交している。
である。燃料改質部９は、図２に示すエレメント９１に
よって直交流型プレート式熱交換器９１´に構成したも
のである。この直交流型プレート式熱交換器９１´は、
気体燃料通路９５と燃焼ガス通路９６とが１層毎にサン
ドイッチ形状に構成されている。すなわち、隔壁９２で
気体燃料通路９５と燃焼ガス通路９６とを区切って交互
に配置し、気体燃料通路９５に改質触媒層９３を設け、
燃焼ガス通路９６に燃焼触媒層９４を設けた構造になっ
ている。そして、気体燃料通路９５には気体燃料（メタ
ノール＋水）３００が通過し、燃焼ガス通路９６には燃
焼ガス２００が通過するようになっている。なお、気体
燃料通路９５と燃焼ガス通路９６の通路の方向は互いに
直交している。
【００１６】図４は、図３に示した直交流型プレート式
熱交換器９１´の断面の一部を表したものである。この
図に示すように、燃焼触媒層９４において、燃焼触媒の
担持あるいは充填密度は、燃焼ガス２００の導入口から
出口にかけて次第に高くなるようにしている。
熱交換器９１´の断面の一部を表したものである。この
図に示すように、燃焼触媒層９４において、燃焼触媒の
担持あるいは充填密度は、燃焼ガス２００の導入口から
出口にかけて次第に高くなるようにしている。
【００１７】次に、このように構成された本実施例の動
作について説明する。燃料タンク１５内に貯蔵されてい
る液体燃料および水タンク１６内の水は、ポンプ１３−
（ａ）およびポンプ１３−（ｂ）で吸い込まれた後に加
圧されて気化部１１に供給される。この気化部１１で気
化された気体燃料は、燃料改質部９の気体燃料側通路を
通って改質され、改質ガスライン３を経て燃料電池４０
に供給される。燃料電池４０から排出されたオフガス
は、オフガスライン５を通って、メタノールと空気と共
に、燃焼ガス２００として燃料改質部９に供給される。
燃料改質部９の燃焼触媒上においては、燃焼ガス部２０
０が燃焼触媒と接触することにより、次式に示すような
燃焼（酸化）反応が起こる。
作について説明する。燃料タンク１５内に貯蔵されてい
る液体燃料および水タンク１６内の水は、ポンプ１３−
（ａ）およびポンプ１３−（ｂ）で吸い込まれた後に加
圧されて気化部１１に供給される。この気化部１１で気
化された気体燃料は、燃料改質部９の気体燃料側通路を
通って改質され、改質ガスライン３を経て燃料電池４０
に供給される。燃料電池４０から排出されたオフガス
は、オフガスライン５を通って、メタノールと空気と共
に、燃焼ガス２００として燃料改質部９に供給される。
燃料改質部９の燃焼触媒上においては、燃焼ガス部２０
０が燃焼触媒と接触することにより、次式に示すような
燃焼（酸化）反応が起こる。
【００１８】
【数１】 ＣＨ3 ＯＨ＋３／２Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋１７
３．６〔Ｋcal 〕
３．６〔Ｋcal 〕
【００１９】この酸化反応によって燃焼触媒層９４で反
応熱が発生し、この反応熱と燃料電池４０からのオフガ
スの熱が隔壁９２を介して改質触媒層９３に供給され
る。この熱量により、改質触媒層９３では気体燃料３０
０が改質されることとなる。本実施例では、燃焼触媒層
９４内における燃焼触媒が、燃焼ガス２００の上流側か
ら下流側に向けて除々に高密度になっているため、燃焼
触媒が均一な場合に比べ、上流側ほど燃焼が抑制され、
下流側ほど燃焼が促進される。その結果、燃焼触媒層９
４の全域において燃焼反応熱が略均一になり、改質触媒
層９３の全域において改質反応が略均一化され、効率の
良い改質反応を継続させることができる。また、燃焼触
媒層９４の全域において燃焼反応熱が略均一になること
から、燃焼触媒層９４内における燃焼反応熱の損失が少
なくなり、燃焼反応熱を高い効率で改質触媒層９３へ伝
達することができる。
応熱が発生し、この反応熱と燃料電池４０からのオフガ
スの熱が隔壁９２を介して改質触媒層９３に供給され
る。この熱量により、改質触媒層９３では気体燃料３０
０が改質されることとなる。本実施例では、燃焼触媒層
９４内における燃焼触媒が、燃焼ガス２００の上流側か
ら下流側に向けて除々に高密度になっているため、燃焼
触媒が均一な場合に比べ、上流側ほど燃焼が抑制され、
下流側ほど燃焼が促進される。その結果、燃焼触媒層９
４の全域において燃焼反応熱が略均一になり、改質触媒
層９３の全域において改質反応が略均一化され、効率の
良い改質反応を継続させることができる。また、燃焼触
媒層９４の全域において燃焼反応熱が略均一になること
から、燃焼触媒層９４内における燃焼反応熱の損失が少
なくなり、燃焼反応熱を高い効率で改質触媒層９３へ伝
達することができる。
【００２０】図５は、本発明における燃料改質装置を燃
料電池発電システムに適用した第２の実施例のシステム
構成を示したものである。なお、第１の実施例と同一の
部分には同一の符号を付して、その説明を適宜省略する
ものとする。この第２の実施例における燃料改質装置で
は、加熱方法が触媒燃焼によるものである点で、前記第
１の実施例と異なっている。水タンク１６と燃料タンク
１５により導入された混合液体燃料より気化した燃料ガ
スは、気化ガス通路層を通過すると共に、気化ガス通路
層に隣接した燃焼触媒層により加熱される。気化ガス通
路層および燃焼触媒層は図３と同一の構成、すなわち直
交流型プレート式の積層構造体を形成する。
料電池発電システムに適用した第２の実施例のシステム
構成を示したものである。なお、第１の実施例と同一の
部分には同一の符号を付して、その説明を適宜省略する
ものとする。この第２の実施例における燃料改質装置で
は、加熱方法が触媒燃焼によるものである点で、前記第
１の実施例と異なっている。水タンク１６と燃料タンク
１５により導入された混合液体燃料より気化した燃料ガ
スは、気化ガス通路層を通過すると共に、気化ガス通路
層に隣接した燃焼触媒層により加熱される。気化ガス通
路層および燃焼触媒層は図３と同一の構成、すなわち直
交流型プレート式の積層構造体を形成する。
【００２１】図６は、この積層構造体の断面の一部を表
したものである。この図６に示すように、燃焼触媒の担
持あるいは充填密度は、燃焼ガスの導入口から出口にか
けて次第に高くなるように調整されている。燃焼触媒層
には燃料電池４０から排出されたオフガスがオフガスラ
イン５を通って、メタノールと空気と共に燃焼ガス２０
０として導入される。この燃焼ガス２００は気化部１１
を通過した後、燃料改質層９に導入される。気化部１１
および燃料改質層９の燃焼触媒層上においては、燃焼
（酸化）反応により、反応熱が得られる。この反応熱と
燃料電池からのオフガスの熱が、気化ガス通路層および
改質触媒層に供給される。
したものである。この図６に示すように、燃焼触媒の担
持あるいは充填密度は、燃焼ガスの導入口から出口にか
けて次第に高くなるように調整されている。燃焼触媒層
には燃料電池４０から排出されたオフガスがオフガスラ
イン５を通って、メタノールと空気と共に燃焼ガス２０
０として導入される。この燃焼ガス２００は気化部１１
を通過した後、燃料改質層９に導入される。気化部１１
および燃料改質層９の燃焼触媒層上においては、燃焼
（酸化）反応により、反応熱が得られる。この反応熱と
燃料電池からのオフガスの熱が、気化ガス通路層および
改質触媒層に供給される。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼触媒層内における燃焼触媒を、燃焼用ガスの上流側
から下流側に向けて除々に高密度になるようにしたの
で、燃焼触媒層全域において燃焼反応熱が略均一にな
り、改質触媒層全域において改質反応が略均一化され、
効率の良い改質反応を起こさせることができる。
燃焼触媒層内における燃焼触媒を、燃焼用ガスの上流側
から下流側に向けて除々に高密度になるようにしたの
で、燃焼触媒層全域において燃焼反応熱が略均一にな
り、改質触媒層全域において改質反応が略均一化され、
効率の良い改質反応を起こさせることができる。
【図１】本発明における燃料改質装置を燃料電池発電シ
ステムに適用した第１の実施例のシステム構成を示す説
明図である。
ステムに適用した第１の実施例のシステム構成を示す説
明図である。
【図２】図１における燃料改質部のエレメントを示す説
明図である。
明図である。
【図３】図１における燃料改質部の要部を示す説明図で
ある。
ある。
【図４】図３に示す燃料改質部の一部を示す説明図であ
る。
る。
【図５】本発明における燃料改質装置を燃料電池発電シ
ステムに適用した第２の実施例のシステム構成を示す説
明図である。
ステムに適用した第２の実施例のシステム構成を示す説
明図である。
【図６】第２の実施例における気化部の一部を示す説明
図である。
図である。
３ 改質ガスライン ５ 排気ガスライン ７ 燃焼用空気ライン ９ 燃料改質部 １０ 燃料改質装置 １１ 気化部 １２ バーナ １５ 燃料タンク １６ 水タンク ２９ コントローラ ４０ 燃料電池 ４１ 電解質 ４２ 燃料極 ４３ 空気極 ４４ 熱交換器 ４５ 冷却水 ９２ 隔壁 ９３ 改質触媒層 ９４ 燃焼触媒層 ９５ 気体燃料通路 ９６ 燃焼ガス通路 ２００ 燃焼ガス ３００ 気体燃料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２８Ｄ 1/03 9/00 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料ガスを改質ガスに変換する改質触媒
を内壁に担持あるいは内部に充填した改質触媒層と、 この改質触媒層に対して隔壁を介して隔離され、燃焼用
ガスを燃焼させる燃焼触媒を内壁に担持あるいは内部に
充填した燃焼触媒層とが隣接した燃料改質装置であっ
て、 前記燃焼触媒層内における燃焼触媒を、燃焼用ガスの上
流側から下流側に向けて除々に高密度になるように、担
持あるいは充填させたことを特徴とする燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5294074A JPH07126002A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5294074A JPH07126002A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 燃料改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07126002A true JPH07126002A (ja) | 1995-05-16 |
Family
ID=17802952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5294074A Pending JPH07126002A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07126002A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001037988A1 (fr) * | 1999-11-25 | 2001-05-31 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Catalyseur pour la reaction exothermique ou endothermique, catalyseur pour la reaction de conversion et catalyseur pour l'oxydation selective de monoxyde de carbone et reformeur du type a echange de chaleur a ailette en plaques |
| JP2002126525A (ja) * | 2000-10-20 | 2002-05-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 酸化触媒のコート構造 |
| JP2005535453A (ja) * | 2002-08-15 | 2005-11-24 | ヴェロシス インコーポレイテッド | 統合燃焼反応器と吸熱及び発熱反応の同時実施方法 |
| WO2006121193A1 (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 改質装置、燃料電池システムポンプ制御方法、及び制御装置 |
| US8617269B2 (en) | 2009-05-28 | 2013-12-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Catalytic combustor and fuel reformer having the same |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP5294074A patent/JPH07126002A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001037988A1 (fr) * | 1999-11-25 | 2001-05-31 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Catalyseur pour la reaction exothermique ou endothermique, catalyseur pour la reaction de conversion et catalyseur pour l'oxydation selective de monoxyde de carbone et reformeur du type a echange de chaleur a ailette en plaques |
| JP2002126525A (ja) * | 2000-10-20 | 2002-05-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 酸化触媒のコート構造 |
| JP2005535453A (ja) * | 2002-08-15 | 2005-11-24 | ヴェロシス インコーポレイテッド | 統合燃焼反応器と吸熱及び発熱反応の同時実施方法 |
| JP2010201429A (ja) * | 2002-08-15 | 2010-09-16 | Velocys Inc | 統合燃焼反応器と吸熱及び発熱反応の同時実施方法 |
| JP4658603B2 (ja) * | 2002-08-15 | 2011-03-23 | ヴェロシス インコーポレイテッド | 統合燃焼反応器と吸熱及び発熱反応の同時実施方法 |
| WO2006121193A1 (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 改質装置、燃料電池システムポンプ制御方法、及び制御装置 |
| US8617269B2 (en) | 2009-05-28 | 2013-12-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Catalytic combustor and fuel reformer having the same |
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