JPH07183043A - 燃料電池発電設備 - Google Patents

燃料電池発電設備

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JPH07183043A
JPH07183043A JP5345569A JP34556993A JPH07183043A JP H07183043 A JPH07183043 A JP H07183043A JP 5345569 A JP5345569 A JP 5345569A JP 34556993 A JP34556993 A JP 34556993A JP H07183043 A JPH07183043 A JP H07183043A
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JP
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carbon monoxide
fuel cell
cell power
container
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JP5345569A
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Osao Okamura
長生 岡村
Kazuo Matsumura
和男 松村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • H01M8/0625Combination 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
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【構成】一酸化炭素変成器10は、同心二重の円筒内壁
16aと円筒外壁16bによって形成される両壁の間に
触媒粒子を充填した触媒層11を形成し、脱硫器17
は、同心二重の円筒外壁20と脱硫器出口配管24とに
よって形成される両壁の間に触媒層を設けてこれに触媒
を充填している。円筒内壁16aの内側および円筒外壁
16bの外側には、触媒層11を加熱する加熱用ヒータ
14a,14bが巻かれ、その内側と外側には断熱保温
材15を設けて一酸化炭素変成器10全体を保温してい
る。 【効果】放熱量を減少させ、熱効率を向上させ、短時間
で起動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスに含まれる硫
黄分を除去する脱硫器と一酸化炭素変成器との熱効率を
向上させ、起動時間の短縮を図るに好適な燃料電池発電
設備に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電設備は、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設備、燃料
電池本体で発電される直流出力を交流に変換する設備、
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】ここで、燃料電池発電設備を図4の系統図
を参照して説明する。
【0004】同図において、1は燃料極1a、冷却極1
b、空気極1cを備えた燃料電池本体、2は一酸化炭素
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。
【0005】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設備であり、内部に充填さ
れた触媒の作用により燃料を次の式(1)に示す反応で
水素に変換する。
【0006】
【数1】
【0007】上記式(1)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の被毒成分である一酸化炭
素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器2を設置している。一酸化
炭素変成器2の中には、一酸化炭素変成触媒が充填され
ており、その触媒層で次の式(2)に示すシフト反応が
行われ、一酸化炭素変成器2の出口で一酸化炭素を低下
させると、同時に水素を生成させることができる。
【0008】
【数2】
【0009】上記2つの式(1)と(2)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
として次に示す混合ガスとなっている。
【0010】
【数3】
【0011】ところで、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
る炭素により被毒され活性が低下する。このため燃料電
池本体1に入る改質ガスま炭素量を1.0%以下にする
必要がある。
【0012】ところで、改質器での反応および一酸化炭
素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)。
【0013】また、燃料ガスである都市ガス、プロパン
ガスの中には、付臭剤として硫黄分が含まれている。こ
の硫黄分はそのまま改質器に入れると改質器の触媒が硫
黄により被毒され活性が低下してしまうので脱硫器4で
硫黄分を除去する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の脱硫
器4と一酸化炭素変成器2では、放熱が大きくて熱効率
が悪く、このために、起動時に所定温度まで加熱するま
で時間を要し起動が遅くなるという問題があった。
【0015】すなわち、脱硫器4の触媒と一酸化炭素変
成器2の触媒はいずれも所定の温度に上げなければなら
ず、特に、起動時、また、低負荷運転時には両触媒共、
加熱用ヒータによって温度を上昇させている。この場
合、あまり高い温度にすると、触媒が速く劣化する等の
問題があって、常に、脱硫器4と一酸化炭素変成器2の
各々の触媒は一定の温度範囲に保つ必要があり、従来、
同心二重構造の円筒に脱硫器4と一酸化炭素変成器2を
収納するものが提案されている。
【0016】ところが、従来の脱硫器4および一酸化炭
素変成器2の周辺には、保温剤を巻くが、放熱量が相当
量あり、その分を加熱しなければならず熱効率が悪かっ
た。
【0017】また、起動時には短時間で所定温度まで加
熱することが困難であった。
【0018】加熱用ヒータは、棒状の電気ヒータを保護
管に入れて触媒層に挿入していたが、触媒層を均一に早
く加熱することができなかった。
【0019】そこで、本発明は、上記問題を解決するた
めになされてもので、放熱量の少ない脱硫器と一酸化炭
素変成器とを設け、短時間で起動する熱効率のよい燃料
電池発電設備を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料ガスから
硫黄分を除去する脱硫器と、水素を生成する改質器と、
一酸化炭素と水蒸気と水素と二酸化炭素に変える一酸化
炭素変成器と、燃料電池本体を含む燃料電池発電設備に
おいて、同心二重の円筒容器を設け、この円筒容器の内
側容器に脱硫器を収納する一方、外側容器に一酸化炭素
変成器を収納すると共に、間隙に保温材を充填し、か
つ、外側容器と内側容器との相対向する両側壁に加熱用
ヒータを取り付けるようにしたものである。
【0021】
【作用】以上の構成によって、外側容器と内側容器との
相対向する両壁に加熱用ヒータを配置したためにヒータ
熱が内側と外側の両方に有効利用される。従って、両容
器を別々に設けた場合に比べ大幅に放熱量が減少し、熱
効率が向上し、昇温時間も早く、短時間で起動すること
ができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0023】図1は、本発明の第1実施例を示す縦断面
図である。同図で、一酸化炭素変成器10は、同心二重
の円筒内壁16aと円筒外壁16bによって形成される
両壁の間に触媒粒子を充填し一酸化炭素変成器触媒層1
1を形成している。
【0024】この触媒層11の上端には入口空間19a
を設けて、改質ガス入口配管12から入った改質ガスを
均一に触媒層11に導入するようにしている。この触媒
層11の下端には、多孔板あるいは金網などで構成する
目皿18を設け、この目皿18から出た反応ガスは、反
応ガス出口配管13から流出するようになっている。
【0025】円筒内壁16aの内側および円筒外壁16
bの外側には、触媒層11を加熱する加熱用ヒータ14
a,14bが巻かれている。さらに、その内側と外側に
は断熱保温材15を設けて一酸化炭素変成器10全体を
保温している。
【0026】脱硫器17は、同心二重の円筒外壁20と
脱硫器出口配管24とによって形成される両壁の間に触
媒層を設けてこれに触媒を充填している。触媒層の下端
には、空間22aを形成し、また、上端には空間22b
を形成して燃料ガス入口配管23から導入された入口ガ
スを均一に脱硫触媒層25に導入し、脱硫器出口配管2
4に流入するようにしている。
【0027】触媒層は、上部から脱硫触媒層25、吸着
触媒層26、超高次脱硫触媒層27を積み重ね、それぞ
れの層の上下端には目皿28を設けている。円筒外壁2
0の外側には、加熱管29を設けて触媒層の各部を均一
に加熱するようにしている。
【0028】脱硫器17の容器の支持は、その上部に設
けた複数個の支持片30により外側の一酸化炭素変成器
10の上部にのせ偏心を防ぐために係合部31を設けて
いる。
【0029】図2は、AーA断面図で、これを参照して
支持片30を説明すると、本実施例では脱硫器17の上
面の4等配部分に支持片30を取付け、この先端を一酸
化炭素変成器10の上面に乗せるようにしている。一酸
化炭素変成器10の上面には、係合部31を設け、この
係合部31はコの字形をしたものにし、このくぼみの箇
所に支持片30を係合させ、この支持片30と係合部3
1との間には一定量の間隙を設けるようにしている。
【0030】また、一酸化炭素変成器10は、円周上等
配に設けた支持台32に乗せている。
【0031】図1に示す第1実施例では、一酸化炭素変
成器10および脱硫器17の両方の容器壁に加熱用ヒー
タを設けており、特に、両容器の間のヒータ熱が内側と
外側の両方に有利に利用され、外部の放熱量は両容器を
別々に設置した場合に比べて減少する。
【0032】また、このヒータによって起動時の昇温加
熱は短時間で所定の温度に達することが可能である。
【0033】また、外部に逃げる熱は、反応ガス出口配
管13と支持台32とから放出されるが、この支持台3
2は強度上必要最小限の断面にすることにより放熱を少
なくすることが可能である。
【0034】さらに、脱硫器17の支持片30が外側の
一酸化炭素変成器10の容器に接していて周辺を保温材
でくるまれているので放熱分を少なくすることができ
る。
【0035】次に、本発明の第2実施例を図3を参照し
て説明する。
【0036】図中、脱硫器17の内部は、図1と同一な
ので省略してある。一酸化炭素変成器10Aは内側の第
1触媒層35と外側の第2触媒層36に分け、その中間
に中間冷却層37を設けて、中間冷却層37には冷却蛇
管38を設けている。冷却水は冷却水入口配管39から
導入され、冷却蛇管38の内部を流れ、冷却水出口配管
40に流出するようになっている。
【0037】図3に示す第2実施例の場合には、図1に
示す第1実施例の場合よりさらに出口における一酸化炭
素濃度を低減することができる。これは、改質ガス入口
配管12に入る改質ガスの温度は、図1の場合と同じで
約160℃〜170℃であるが、第1触媒層35で大部
分の一酸化炭素は変成反応してしまう。その反応熱によ
り温度が上昇して流出するので中間冷却層37では、冷
却水により入口で230℃〜出口で170℃程度に温度
を下げる。これにより、化学反応平衡値が温度低下に逆
比例して大きくなるため、さらに、反応が進み一酸化炭
素濃度を減少させることができる。そして、燃料電池本
体1へ入るガスの一酸化炭素濃度を微少にすることがで
きる。
【0038】なお、本実施例では、内外壁に加熱源とし
て加熱用ヒータを設置したが、これは熱媒体を流す伝熱
管としてもよい。例えば、改質器の燃焼排ガスを入れて
加熱することも考えられる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
側容器と内側容器との相対向する両壁に加熱用ヒータを
配置したためにヒータ熱が両方に有効利用され、両容器
を別々に設けた場合に比べ大幅に放熱量が減少し、熱効
率が向上し、各触媒層を均一に加熱し、昇温時間も早
く、短時間で起動することができ、設備の小型化も可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す脱硫器と一酸化炭素
変成器の縦断面図である。
【図2】図1のAーA断面図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す脱硫器と一酸化炭素
変成器の縦断面図である。
【図4】燃料電池発電設備の概略系統図である。
【符号の説明】
2 一酸化炭素変成器 4 脱硫器 10A 一酸化炭素変成器 11 触媒層 12 改質ガス入口配管 13 反応ガス出口配管 14a,14b 加熱用ヒータ 15 断熱保温材 16a 円筒内壁 16b 円筒外壁 17 脱硫器 18 目皿 20 円筒外壁 22a,22b 空間 23 燃料ガス入口配管 24 脱硫器出口配管 25 脱硫触媒層 26 吸着触媒層 27 超高次脱硫触媒層 30 支持片 31 係合部 32 支持台 35 第1触媒層 36 第2触媒層 37 中間冷却層 38 冷却蛇管

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガスから硫黄分を除去する脱硫器
    と、水素を生成する改質器と、一酸化炭素を二酸化炭素
    に変える一酸化炭素変成器と、燃料電池本体を含む燃料
    電池発電設備において、 同心二重の円筒容器を設け、この円筒容器の内側容器に
    前記脱硫器を収納する一方、外側容器に前記一酸化炭素
    変成器を収納すると共に、間隙に保温材を充填し、か
    つ、前記外側容器と前記内側容器との相対向する両側壁
    に加熱用ヒータを取り付けたことを特徴とする燃料電池
    発電設備。
  2. 【請求項2】 前記同心二重の円筒容器は、前記内側容
    器の壁から複数の支持片を放射状に突出させる一方、前
    記外側容器に形成される係合部に前記支持片を係合させ
    て前記外側容器と前記内側容器とのずれによる偏心を防
    止する構造としたことを特徴とする請求項1記載の燃料
    電池発電設備。
  3. 【請求項3】 前記内側容器は、脱硫触媒層と吸着触媒
    層と超高次脱硫触媒層とを積み重ねたことを特徴とする
    請求項1または請求項2記載の燃料電池発電設備。
  4. 【請求項4】 前記外側容器は、同心二重とし、内側に
    第1触媒層を形成し、この第1触媒層の外側に中間冷却
    層を形成し、さらに、この中間冷却層の外側に第2触媒
    層を形成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3記
    載の燃料電池発電設備。
JP5345569A 1993-12-22 1993-12-22 燃料電池発電設備 Pending JPH07183043A (ja)

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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997045887A1 (en) * 1996-05-31 1997-12-04 International Fuel Cells Corporation Method and apparatus for desulfurizing fuel gas
WO2000059058A1 (de) * 1999-03-29 2000-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenbatterie mit heizelement und verbesserter kaltstartperformance und verfahren zum kaltstarten einer brennstoffzellenbatterie
JP2001102075A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Kyocera Corp 固体電解質型燃料電池
WO2002025762A1 (fr) * 2000-09-20 2002-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Dispositif de reformage de combustible destine a des piles a combustible a haut polymere solide
JP2005259584A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Idemitsu Kosan Co Ltd 脱硫器および燃料電池システム
KR100981109B1 (ko) * 2008-10-27 2010-09-08 한국과학기술원 고체산화물 연료전지의 연료 개질을 위한 통합반응기
JP2011207701A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Jx Nippon Oil & Energy Corp 水素製造装置及び燃料電池システム
US8133622B2 (en) 2004-09-08 2012-03-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Heated reformer and fuel cell system having the same
JP2014101263A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Panasonic Corp 水素生成装置
WO2014112351A1 (ja) 2013-01-16 2014-07-24 パナソニック株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997045887A1 (en) * 1996-05-31 1997-12-04 International Fuel Cells Corporation Method and apparatus for desulfurizing fuel gas
US5769909A (en) * 1996-05-31 1998-06-23 International Fuel Cells Corp. Method and apparatus for desulfurizing fuel gas
WO2000059058A1 (de) * 1999-03-29 2000-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenbatterie mit heizelement und verbesserter kaltstartperformance und verfahren zum kaltstarten einer brennstoffzellenbatterie
JP2001102075A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Kyocera Corp 固体電解質型燃料電池
WO2002025762A1 (fr) * 2000-09-20 2002-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Dispositif de reformage de combustible destine a des piles a combustible a haut polymere solide
JPWO2002025762A1 (ja) * 2000-09-20 2004-02-05 株式会社東芝 固体高分子型燃料電池の燃料改質装置
JP4909488B2 (ja) * 2000-09-20 2012-04-04 株式会社東芝 固体高分子型燃料電池の燃料改質装置
JP4613022B2 (ja) * 2004-03-12 2011-01-12 出光興産株式会社 脱硫器および燃料電池システム
JP2005259584A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Idemitsu Kosan Co Ltd 脱硫器および燃料電池システム
US8133622B2 (en) 2004-09-08 2012-03-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Heated reformer and fuel cell system having the same
KR100981109B1 (ko) * 2008-10-27 2010-09-08 한국과학기술원 고체산화물 연료전지의 연료 개질을 위한 통합반응기
JP2011207701A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Jx Nippon Oil & Energy Corp 水素製造装置及び燃料電池システム
JP2014101263A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Panasonic Corp 水素生成装置
WO2014112351A1 (ja) 2013-01-16 2014-07-24 パナソニック株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム
EP2947047A4 (en) * 2013-01-16 2016-01-20 Panasonic Ip Man Co Ltd HYDROGEN GENERATING DEVICE AND FUEL CELL SYSTEM
JPWO2014112351A1 (ja) * 2013-01-16 2017-01-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム
US9705144B2 (en) 2013-01-16 2017-07-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell system

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