JPH07172802A - 燃料改質システム - Google Patents

燃料改質システム

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JPH07172802A
JPH07172802A JP5342313A JP34231393A JPH07172802A JP H07172802 A JPH07172802 A JP H07172802A JP 5342313 A JP5342313 A JP 5342313A JP 34231393 A JP34231393 A JP 34231393A JP H07172802 A JPH07172802 A JP H07172802A
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JP
Japan
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gas
fuel
reforming
water
reformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP5342313A
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English (en)
Inventor
Shinya Obara
伸哉 小原
Katsuji Tanizaki
勝二 谷崎
Yukimoto Ishiko
超基 石子
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Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
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Publication date
Application filed by Equos Research Co Ltd filed Critical Equos Research Co Ltd
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Publication of JPH07172802A publication Critical patent/JPH07172802A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts

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  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 改質器における改質反応の効率を向上させる
ために、改質処理における温度制御が容易な燃料改質シ
ステムを提供し、またバーナの過剰加熱により改質部の
構造材料が熱応力破壊されることを防ぐことができる燃
料改質システムを提供する。 【構成】 改質器の気化部及び改質部へ送られる熱源ガ
スは、冷却水を噴霧する冷却手段を備えた燃焼器30に
よって作られる。この燃焼器30は、冷却水を噴霧する
冷却水噴霧管、ガス燃料供給管、酸化剤ガス供給管を備
えた三重管構造を有するトーチ9を複数備えたバーナ1
を有している。 【効果】 熱源ガスの温度制御において水を冷却媒体と
して用い、その気化熱を利用して冷却を行なっているの
で、冷却効率よく、燃料改質システムの温度制御が精密
に行える。したがって、燃料改質システムの過剰加熱及
びその構造材料の熱応力破壊が回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素系燃料を気化
させ、気化された炭化水素系燃料を改質させて燃料電池
の燃料ガスである水素リッチガスを生成する改質器と、
該改質器へ熱源ガスを供給するための燃焼器を備えた燃
料改質システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、メタノール、天然ガス、ナフサ等
の炭化水素原料を改質して、燃料電池等の燃料に適し
た、水素を主体とする改質燃料にするために、バーナに
より加熱された熱媒体で前記炭化水素原料を改質できる
ようにバーナを改質器内部に配し、且つ改質反応を促進
するための改質触媒を配した改質器が知られている。
【0003】このような従来の改質器は、改質する部分
と燃焼器が隣接して一体化された構造をなしており、そ
の改質器においては、約1000℃程度のバーナの発生
する熱で改質触媒を直接加熱しているため、通常の改質
反応に必要な温度(250〜300℃)よりも高くなり
過ぎるという問題があった。そのため前記従来の改質器
においては、その構造材料が熱応力破壊に至る危険性が
高かった。
【0004】このような改質器の高温の問題を解決する
ために、例えば、特開昭61−227373号公報のよ
うに、低温の燃焼用空気をバーナに送ることで改質器を
冷却するものがあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記低
温の燃焼用空気をバーナに送ることにより冷却する方法
は、液体に比べて熱容量の小さい空気を使用しているた
め、温度制御に時間がかかりその制御が困難であった。
【0006】そこで本発明は、改質器における改質反応
の効率を向上させるために、改質処理における温度制御
が容易な燃料改質システムを提供することを目的とす
る。また本発明の付随した目的は、バーナの過剰加熱に
より改質部の構造材料が熱応力破壊されることを防ぐこ
とができる燃料改質システムを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明の燃料改質システムは、炭化水素系燃料
を気化させる気化部及び気化された炭化水素系燃料を改
質させて水素リッチガスを生成する改質部を有する改質
器と、該改質器の前記気化部及び前記改質部へそれぞれ
送られる熱源ガスを生成する燃焼器とを備えてなる燃料
改質システムにおいて、前記燃焼器は冷却水を噴霧する
冷却手段を備えることを特徴とするものである。
【0008】また本発明の燃料改質システムは、その熱
源発生部は、冷却水を噴霧する冷却水噴霧管、ガス燃料
導入管、酸化剤ガス導入管を備えた三重管構造を有する
トーチを含むことを特徴とするものである。
【0009】
【作用】本発明の燃料改質システムは、その燃焼器にお
いて冷却水を噴霧する冷却手段が備えられているので、
噴霧された冷却水の霧はバーナの熱で、気化されて水蒸
気となり、大量の気化熱により熱源ガスの温度を瞬時に
下げる。
【0010】本発明の燃料改質システムにおける燃焼器
に含まれるトーチは、冷却水を噴霧する冷却水噴霧管、
ガス燃料導入管、酸化剤ガス導入管を有しているので、
ガス燃料導入管と酸化剤ガス導入管から供給される燃料
ガスと酸化剤ガスが安定に燃焼する状態で、水蒸気を噴
霧することにより、熱源ガスの温度を調整することが可
能となる。
【0011】本発明の燃料改質システムにおける燃焼器
の冷却手段は、冷却媒体に水が使用されているので、そ
の保存及び補充が容易に行なえ、且つ無害であり低公害
性に優れる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の燃料改質システムの燃焼器の
断面を示す。燃焼器30の内部中央には、バーナ1が配
置されており、このバーナ1をケース2が取り囲み燃焼
室3を形成している。このケース2はケース支持台4上
に固定されている。このケース2には、ケース2内へ未
だ加熱されていない熱媒体を供給するための熱媒体供給
口11を有し、さらにケース2内でバーナ1により加熱
された熱媒体からなる熱源ガスを排出するための熱源ガ
ス排出口12を有する。また該燃焼室3内の熱源ガス排
出口12付近に燃焼室3内の温度を測定するための温度
センサ13が配置されている。
【0013】前記バーナ1には、外部から燃料ガス、酸
化剤ガス及び冷却水の各々を供給するための三重管から
なる導入管5が連結されている。この導入管5の三重管
構造は、中心にガス燃料を輸送するためのガス燃料導入
管6が配置され、その外側には酸化剤ガスを輸送するた
めの酸化剤ガス導入管7がガス燃料導入管6を取り囲ん
で配置され、さらにその外側には水を輸送するための水
管8が酸化剤ガス導入管7を取り囲んで配置されてい
る。
【0014】図2に、本発明の燃料改質システムにおけ
る燃焼器に配置されるバーナ1の上面図を示し、図3に
そのバーナ1の正面図を示す。図2及び図3に示すよう
に複数個のトーチ9が円周上に連設され、その各々の先
端部は円中央に傾斜するようにバーナ台10に固定され
てバーナ1が構成されている。図4に前記バーナを構成
する一本のトーチ9の縦断面図を示す。トーチ9は三重
管となっており、その管構成は前記の供給管5と同様
に、中心に燃料ガスを供給するガス燃料供給管14が配
置され、そのガス燃料供給管14を取り囲んで酸化剤ガ
スを輸送する酸化剤ガス供給管15が配置され、その酸
化剤ガス供給管15を取り囲んで水を輸送し先端で噴霧
する水噴霧管16が配置されている。このトーチ9の水
噴霧管16の先端開口部は、図5に示すように霧状に噴
霧するために細孔、メッシュ等が形成されてもよく、ま
た圧送により霧状になる程度の先細管となっていてもよ
い。上記構成の燃焼器30における熱源ガスの製造方法
は次のようにして行なわれる。即ち、バーナ1のガス燃
料供給管14の先端から水素ガス等のガス燃料、同時
に、酸化剤ガス供給管15の先端から空気等の酸化剤ガ
スを前記ガス燃料を包囲するように吹き出させ、これら
のガスに着火して火炎を燃焼室3内に形成する。一方、
空気等の熱媒体を熱媒体供給口11から燃焼室3内に導
入して、前記火炎により前記熱媒体を加熱して熱源ガス
とし、この熱源ガスを熱源ガス排出口12から排出す
る。このとき、排出される熱源ガスの温度が高い場合に
は、水噴霧管16から水を噴霧させて、水蒸気に気化さ
せて、その気化熱で熱源ガスの温度を下げることができ
る。
【0015】図6は本発明の前記燃焼器を組み込んだ燃
料改質システムの全体を示す。図6中において、31は
水タンクであり、この水タンク31から水を、水輸送ポ
ンプ32を介し、水輸送ライン33を通じ、燃焼器30
へ供給している。またその水輸送ライン33は途中で分
岐して改質器37へ通じており、この改質器37内の気
化部へも水を供給している。34は酸化剤ガスである空
気を吸い込んで吐出するブロワであり、酸化剤ガス輸送
ライン36を通じて燃焼器30へ酸化剤ガスを供給して
いる。
【0016】改質器37は、気化部および改質部より構
成され、燃焼器30から製造される熱源ガス、水タンク
31からの水及び液体燃料タンク39からの液体燃料を
受入れて水素を主体とする改質ガスを製造する機能を有
する。液体燃料タンク39は、液体燃料輸送ポンプ41
を介して液体燃料輸送ライン40により改質器37へ通
じている。
【0017】前記改質器37には、水素を主体とする改
質ガスを排出するための改質ガス輸送ライン42が設け
られており、その改質ガス輸送ライン42の途中で分岐
して形成された余剰改質ガスライン43が燃焼器30へ
通じている。また、改質器37からは改質ガス以外の排
気ガスを排出するための排気ガスライン44が設けられ
ている。
【0018】45はコントローラであり、燃焼器30内
の燃焼室内に設置された温度センサ46から得られる値
をこのコントローラ45にインプットすることにより、
水輸送ポンプ32、ブロワ34等の出力、及びバルブ3
8の開閉度が調整され、水輸送ライン33における水の
流量、酸化剤ガス輸送ライン36における空気等の酸化
剤ガスの流量が適正になるように制御される。
【0019】次に前記の燃焼器30を組み込んだ燃料改
質システムの作動を説明する。水タンク31に貯留され
ている水が、水輸送ポンプ32により水輸送ライン33
中に圧送され、燃焼器30へ導入される。一方、空気が
ブロワ34により、酸化剤ガス輸送ライン36を通じて
燃焼器30へ導入される。さらに、余剰改質ガスライン
43に改質ガスの一部が輸送され、燃焼器30へ導入さ
れる。
【0020】燃焼器30では前記したように、ガス燃料
が燃焼され空気等の加熱媒体が加熱されて熱源ガスが生
成される。得られた熱源ガス(加熱された空気+燃焼排
ガス)は改質器37の気化部へ導入される。一方、この
改質器37の気化部へは液体燃料タンク39から液体燃
料輸送ポンプ41により圧送されたメタノールと水タン
ク31から水輸送ポンプ32により圧送された水が導入
され、前記熱源ガスの熱によりメタノールおよび水が気
化される。続いて、気化されたメタノールと水はこの改
質器37の改質部を構成する改質触媒と接触することに
より、水素を主体とする燃料ガスに改質される。この改
質部における最適反応温度範囲は約250〜300℃で
ある。
【0021】改質器37にて生成されたガス(H2 、C
2 、CO)は水素透過膜を通過させたのち、あるいは
選択酸化触媒と接触させてCOをCO2 に酸化したの
ち、改質ガス(H2 )とその他の改質排気ガスとに分別
され、改質ガスは燃料ガスとして燃料電池等に利用され
る。また、余剰改質ガスは余剰改質ガスライン43を循
環させて、燃焼器30に導入し、バーナの燃料ガスとし
て使用される。一方、改質器37から排出される前記そ
の他のガスについては排気ガスライン44から排気され
る。
【0022】改質ガス生成システムのコントロールは次
のように行なわれる。即ち、熱源ガスの温度を検知する
温度センサ46から得られる値をコントローラ45にイ
ンプットすることにより、このコントローラ45におい
て、 1)ブロワ34からバーナの燃焼助剤として送られる酸
化剤ガス輸送ライン36上のバルブ38の開閉度、 2)ブロワ34自体の出力(例えばブロワ34の回転
数)及び 3)水タンク31からバーナへの冷却用水として送られ
る水輸送ライン33上の水輸送ポンプ32の吐出量の適
正な値を出力することにより、改質器37に送る熱源ガ
スの流量及びその温度をコントロールし、改質器37へ
送られる熱源ガスの温度が適温範囲(例えば、400〜
500℃)となるように制御する。
【0023】
【発明の効果】本発明の燃料改質システムによれば、空
気で冷却を行なう方式に比べ、熱容量の大きい水を用
い、しかもその気化熱により冷却を行なうので、冷却効
率がよく、改質器及び燃焼器等の温度制御を精密に行な
うことができる。したがって、改質器及び燃焼器等の過
剰加熱及びその構造材料の熱応力破壊が回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料改質システムの燃焼器の断面図で
ある。
【図2】本発明の燃料改質システムにおける燃焼器に配
置されるバーナの上面図である。
【図3】本発明の燃料改質システムにおける燃焼器に配
置されるバーナの正面図である。
【図4】本発明の燃料改質システムにおける燃焼器に配
置されるバーナを構成する一本のトーチ9の縦断面図で
ある。
【図5】本発明の燃料改質システムにおける燃焼器に配
置されるバーナを構成するトーチの先端開口部の一例を
示す。
【図6】本発明の燃料改質システムの全体を示す。
【符号の説明】
1 バーナ 2 ケース 3 燃焼室 4 ケース支持台 5 導入管 6 ガス燃料導入管 7 酸化剤ガス導入管 8 水管 9 トーチ 10 バーナ台 11 熱媒体供給口 12 熱源ガス排出口 13 温度センサ 14 ガス燃料供給管 15 酸化剤ガス供給管 16 水噴霧管 30 燃焼器 31 水タンク 32 水輸送ポンプ 33 水輸送ライン 34 ブロワ 36 酸化剤ガス輸送ライン 37 改質器 38 バルブ 39 液体燃料タンク 40 液体燃料輸送ライン 41 液体燃料輸送ポンプ 42 改質ガス輸送ライン 43 余剰改質ガスライン 44 排気ガスライン 45 コントローラ 46 温度センサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素系燃料を気化させる気化部及び
    気化された炭化水素系燃料を改質させて水素リッチガス
    を生成する改質部を有する改質器と、該改質器の前記気
    化部及び前記改質部へそれぞれ送られる熱源ガスを生成
    する燃焼器とを備えてなる燃料改質システムにおいて、 前記燃焼器は、冷却水を噴霧する冷却手段を備えること
    を特徴とする燃料改質システム。
  2. 【請求項2】 前記燃焼器は、前記冷却水を噴霧する冷
    却水噴霧管、ガス燃料導入管、酸化剤ガス導入管を備え
    た三重管構造を有するトーチを含むことを特徴とする請
    求項1記載の燃料改質システム。
JP5342313A 1993-12-15 1993-12-15 燃料改質システム Pending JPH07172802A (ja)

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JP5342313A JPH07172802A (ja) 1993-12-15 1993-12-15 燃料改質システム

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002016258A1 (fr) * 2000-08-25 2002-02-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Generateur d'hydrogene
WO2004062788A1 (en) 2003-01-09 2004-07-29 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel vaporizing device
JP2009024993A (ja) * 2007-07-23 2009-02-05 Samsung Electronics Co Ltd 燃料改質器バーナ、および燃料電池システム

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JP2009024993A (ja) * 2007-07-23 2009-02-05 Samsung Electronics Co Ltd 燃料改質器バーナ、および燃料電池システム

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