JPH08119602A - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
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- JPH08119602A JPH08119602A JP6287187A JP28718794A JPH08119602A JP H08119602 A JPH08119602 A JP H08119602A JP 6287187 A JP6287187 A JP 6287187A JP 28718794 A JP28718794 A JP 28718794A JP H08119602 A JPH08119602 A JP H08119602A
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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
-
- 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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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池発電装置に用いられる燃料改質装置
の起動性を改善すると共に小型軽量化を実現する。 【構成】 触媒燃焼部１２にて燃焼剤と助燃剤ガスとし
ての空気を燃焼させて熱源ガスを生成し、これを気化部
１６にて用いてタンク２８からの改質液体燃料を加熱気
化させて改質原料ガスを生成する。気化部内温度がセン
サ３６により検出され、コントローラ（５０）により所
定温度範囲、たとえば６００〜７００℃に制御される。
この高温の改質原料ガスが改質部１８に導入され、改質
触媒の下で水蒸気改質により水素リッチな改質ガスに変
換される。改質反応は吸熱反応であるが、必要な吸熱量
は改質原料ガスの持ち込み熱量によって賄われ、かつ、
その熱交換後の改質原料ガスは改質反応の活性温度範囲
である２５０〜３００℃に調整される。ヒータ４２が改
質部に設けられ、改質部内温度を検出するセンサ４０と
連動して、起動時等に改質部を活性温度以上に昇温させ
る。
の起動性を改善すると共に小型軽量化を実現する。 【構成】 触媒燃焼部１２にて燃焼剤と助燃剤ガスとし
ての空気を燃焼させて熱源ガスを生成し、これを気化部
１６にて用いてタンク２８からの改質液体燃料を加熱気
化させて改質原料ガスを生成する。気化部内温度がセン
サ３６により検出され、コントローラ（５０）により所
定温度範囲、たとえば６００〜７００℃に制御される。
この高温の改質原料ガスが改質部１８に導入され、改質
触媒の下で水蒸気改質により水素リッチな改質ガスに変
換される。改質反応は吸熱反応であるが、必要な吸熱量
は改質原料ガスの持ち込み熱量によって賄われ、かつ、
その熱交換後の改質原料ガスは改質反応の活性温度範囲
である２５０〜３００℃に調整される。ヒータ４２が改
質部に設けられ、改質部内温度を検出するセンサ４０と
連動して、起動時等に改質部を活性温度以上に昇温させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電解質の両側に燃料極と酸化極とを配
し、これら燃料極と酸化極とにそれぞれ水素と酸素とを
供給することによって電池反応を得る燃料電池発電装置
において、発電効率を高め、大気汚染を防止するため
に、燃料極にはできるだけ水素リッチなガスを供給する
ことが望まれる。
し、これら燃料極と酸化極とにそれぞれ水素と酸素とを
供給することによって電池反応を得る燃料電池発電装置
において、発電効率を高め、大気汚染を防止するため
に、燃料極にはできるだけ水素リッチなガスを供給する
ことが望まれる。
【０００３】このために、メタノール等の炭化水素また
はアルコール類を主成分とする原燃料ガスを改質触媒の
作用により改質して水素リッチな改質ガスを生成させる
改質装置が開発されている。
はアルコール類を主成分とする原燃料ガスを改質触媒の
作用により改質して水素リッチな改質ガスを生成させる
改質装置が開発されている。
【０００４】このような改質装置の一例が特開平２−１
１６６０４号公報に示されている。この従来例による改
質装置は、改質触媒機能を有する反応層と該反応層を加
熱するための熱媒体流路が通過する加熱層とが交互に積
層されてなるサンドイッチ構造を有している。反応層に
は、炭化水素と水蒸気とからなる燃料ガスが供給され、
改質触媒上において以下の改質反応（吸熱反応）により
水素リッチな改質ガスが製造される。
１６６０４号公報に示されている。この従来例による改
質装置は、改質触媒機能を有する反応層と該反応層を加
熱するための熱媒体流路が通過する加熱層とが交互に積
層されてなるサンドイッチ構造を有している。反応層に
は、炭化水素と水蒸気とからなる燃料ガスが供給され、
改質触媒上において以下の改質反応（吸熱反応）により
水素リッチな改質ガスが製造される。
【０００５】ＣＨ３ＯＨ（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→３Ｈ２
＋ＣＯ２−４９．９ｋｃａｌ 加熱層を通過する熱媒体としては、たとえば、気化部を
通過した後の熱源ガスが用いられる。すなわち、触媒燃
焼部にメタノール等の加熱燃料を供給して触媒燃焼さ
せ、得られた熱源ガスを気化部に供給して液体燃料を燃
料ガスとし、その後の排ガス（３００℃前後）を改質部
の上記加熱層に通過させて改質ガスとの間で熱交換を行
うことによって改質ガスを加熱するものである。
＋ＣＯ２−４９．９ｋｃａｌ 加熱層を通過する熱媒体としては、たとえば、気化部を
通過した後の熱源ガスが用いられる。すなわち、触媒燃
焼部にメタノール等の加熱燃料を供給して触媒燃焼さ
せ、得られた熱源ガスを気化部に供給して液体燃料を燃
料ガスとし、その後の排ガス（３００℃前後）を改質部
の上記加熱層に通過させて改質ガスとの間で熱交換を行
うことによって改質ガスを加熱するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃料改質装置が所定の性能を発揮するのは２５０〜
３００℃の範囲であり、触媒燃焼で得た熱媒体を加熱層
に通過させて反応層を加熱する従来技術では、起動後に
この温度域にまで昇温させるには長時間を要する欠点が
あった。
うな燃料改質装置が所定の性能を発揮するのは２５０〜
３００℃の範囲であり、触媒燃焼で得た熱媒体を加熱層
に通過させて反応層を加熱する従来技術では、起動後に
この温度域にまで昇温させるには長時間を要する欠点が
あった。
【０００７】また、反応層ごとに隣接して加熱層を設け
る必要があるため、装置の大型化が余儀なくされてい
た。
る必要があるため、装置の大型化が余儀なくされてい
た。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記した
従来技術の問題点を解消し、燃料改質装置の起動性を改
善すると共に軽量小型化を達成することを目的とする。
従来技術の問題点を解消し、燃料改質装置の起動性を改
善すると共に軽量小型化を達成することを目的とする。
【０００９】この目的を達成するため、本発明では、従
来技術では気化部における加熱と改質部における加熱の
双方に使用されていた燃焼部からの熱源ガスを、気化部
における加熱のみのために供給して気化部から改質部に
導入される改質原料ガス温度を従来よりも高温状態と
し、該気化部からの改質原料ガスの持ち込み熱量によっ
て、改質部における改質反応（吸熱反応）に要する熱量
が賄われるようにすることを提案する。
来技術では気化部における加熱と改質部における加熱の
双方に使用されていた燃焼部からの熱源ガスを、気化部
における加熱のみのために供給して気化部から改質部に
導入される改質原料ガス温度を従来よりも高温状態と
し、該気化部からの改質原料ガスの持ち込み熱量によっ
て、改質部における改質反応（吸熱反応）に要する熱量
が賄われるようにすることを提案する。
【００１０】たとえば、気化部で得られる気化ガス温度
が従来の３００℃前後から６００〜７００℃の高温とな
るように、燃焼部からの熱源ガスを気化部に供給する。
このような気化ガス温度とすることにより、改質反応に
必要な吸熱量が賄われ、かつ、熱交換後の改質ガス温度
が２５０〜３００℃の最適温度に維持される。
が従来の３００℃前後から６００〜７００℃の高温とな
るように、燃焼部からの熱源ガスを気化部に供給する。
このような気化ガス温度とすることにより、改質反応に
必要な吸熱量が賄われ、かつ、熱交換後の改質ガス温度
が２５０〜３００℃の最適温度に維持される。
【００１１】より具体的には、気化部内の温度を検出す
る温度検出手段を設置して、気化部温度が改質部におけ
る改質反応に適した温度（２５０〜３００℃）よりも十
分に高い所定の温度範囲（たとえば６００〜７００℃）
に常に維持されるよう、コントローラの制御により燃焼
剤と助燃剤ガスとの混合比率を調整する。
る温度検出手段を設置して、気化部温度が改質部におけ
る改質反応に適した温度（２５０〜３００℃）よりも十
分に高い所定の温度範囲（たとえば６００〜７００℃）
に常に維持されるよう、コントローラの制御により燃焼
剤と助燃剤ガスとの混合比率を調整する。
【００１２】本発明の改質部には熱源を別途供給する必
要がないため、従来の加熱層は不要となり、改質触媒を
担持する反応部のみから改質部を構成することができ
る。
要がないため、従来の加熱層は不要となり、改質触媒を
担持する反応部のみから改質部を構成することができ
る。
【００１３】起動時に反応温度であるたとえば２５０℃
にまで昇温させるために、改質部には通電加熱手段が設
けられる。
にまで昇温させるために、改質部には通電加熱手段が設
けられる。
【００１４】通電加熱手段としては、（１）耐熱ステン
レス製の改質反応部構造体の電極端子に外部電源より電
流を供給することにより、触媒担持プレートを電気抵抗
発熱させる、（２）ヒータを改質触媒反応部に挿入す
る、（３）小型電熱器を反応部の外壁に設置する、等の
手法が考えられるが、いずれにおいても、電源スイッチ
を備えた外部電源を別途設置し、改質部内に設置された
温度検出手段により検出された改質部温度がたとえば２
５０℃に達した時点で電源が切れるよう、温度検出手段
と電源スイッチとをコントローラにより連動させる。
レス製の改質反応部構造体の電極端子に外部電源より電
流を供給することにより、触媒担持プレートを電気抵抗
発熱させる、（２）ヒータを改質触媒反応部に挿入す
る、（３）小型電熱器を反応部の外壁に設置する、等の
手法が考えられるが、いずれにおいても、電源スイッチ
を備えた外部電源を別途設置し、改質部内に設置された
温度検出手段により検出された改質部温度がたとえば２
５０℃に達した時点で電源が切れるよう、温度検出手段
と電源スイッチとをコントローラにより連動させる。
【００１５】以上より、本発明による燃料改質装置は、
燃焼剤を酸素リッチな助燃剤ガスと共に燃焼させること
により熱源ガスを発生する燃焼部と、前記熱源ガスの熱
によって炭化水素あるいはアルコール類と水とからなる
改質液体燃料を加熱気化させて改質原料ガスを生成する
気化部と、前記気化部からの改質原料ガスを改質触媒の
下で水蒸気改質によって水素リッチな改質ガスに変換す
る改質部とを有してなり、更に、前記改質部内の温度を
検出する改質部温度検出手段と、前記改質部温度検出手
段により検出された前記改質部内温度が所定温度未満で
あるときに前記改質部を加熱すべく設けられる通電加熱
手段と、前記気化部内の温度を検出する気化部温度検出
手段と、前記気化部内の温度を前記所定温度よりも十分
に高い温度範囲内に維持すべく前記燃焼部への前記燃焼
剤および前記助燃剤ガスの供給量を制御する制御手段
と、を有してなることを特徴とする。
燃焼剤を酸素リッチな助燃剤ガスと共に燃焼させること
により熱源ガスを発生する燃焼部と、前記熱源ガスの熱
によって炭化水素あるいはアルコール類と水とからなる
改質液体燃料を加熱気化させて改質原料ガスを生成する
気化部と、前記気化部からの改質原料ガスを改質触媒の
下で水蒸気改質によって水素リッチな改質ガスに変換す
る改質部とを有してなり、更に、前記改質部内の温度を
検出する改質部温度検出手段と、前記改質部温度検出手
段により検出された前記改質部内温度が所定温度未満で
あるときに前記改質部を加熱すべく設けられる通電加熱
手段と、前記気化部内の温度を検出する気化部温度検出
手段と、前記気化部内の温度を前記所定温度よりも十分
に高い温度範囲内に維持すべく前記燃焼部への前記燃焼
剤および前記助燃剤ガスの供給量を制御する制御手段
と、を有してなることを特徴とする。
【００１６】前記通電加熱手段は、前記改質部を構成す
る改質触媒担持体に取り付けられる電極端子または前記
改質部に隣接して設けられる発熱体と、前記電極端子ま
たは発熱体への通電加熱のための電流を供給する外部電
源と、前記外部電源から前記電極端子または発熱体への
通電を許容する電源スイッチと、からなるものとして構
成することができる。前記電源スイッチは、前記改質部
温度検出手段により検出された改質部内温度に応じて開
閉制御される。この電源スイッチの開閉制御は、前記燃
焼部への前記燃焼剤および前記助燃剤ガスの供給量を制
御する制御手段が併せて行うように構成することができ
る。
る改質触媒担持体に取り付けられる電極端子または前記
改質部に隣接して設けられる発熱体と、前記電極端子ま
たは発熱体への通電加熱のための電流を供給する外部電
源と、前記外部電源から前記電極端子または発熱体への
通電を許容する電源スイッチと、からなるものとして構
成することができる。前記電源スイッチは、前記改質部
温度検出手段により検出された改質部内温度に応じて開
閉制御される。この電源スイッチの開閉制御は、前記燃
焼部への前記燃焼剤および前記助燃剤ガスの供給量を制
御する制御手段が併せて行うように構成することができ
る。
【００１７】
【作用】気化部内の温度が改質反応最適温度（２５０〜
３００℃）よりも十分に高い温度範囲（たとえば６００
〜７００℃）に維持され、これにより該高温の改質原料
ガスが気化部から改質部に導入されるため、改質原料ガ
ス自体が持つ熱量で改質反応に必要な吸熱量を賄うこと
ができる。したがって熱源ガスを改質部に導入する必要
がなくなり、改質部を改質触媒担持体のみで構成するこ
とができるため、装置の小型軽量化がなされる。改質部
にはヒータ等の通電加熱体が設けられ、起動時に迅速に
活性温度にまで昇温される。
３００℃）よりも十分に高い温度範囲（たとえば６００
〜７００℃）に維持され、これにより該高温の改質原料
ガスが気化部から改質部に導入されるため、改質原料ガ
ス自体が持つ熱量で改質反応に必要な吸熱量を賄うこと
ができる。したがって熱源ガスを改質部に導入する必要
がなくなり、改質部を改質触媒担持体のみで構成するこ
とができるため、装置の小型軽量化がなされる。改質部
にはヒータ等の通電加熱体が設けられ、起動時に迅速に
活性温度にまで昇温される。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の一実施例による燃料改質装置
１０を用いた燃料電池発電装置のシステム構成を示して
いる。
１０を用いた燃料電池発電装置のシステム構成を示して
いる。
【００１９】燃料改質装置１０の触媒燃焼部１２には、
液体メタノールがタンク２２からポンプ２４により導入
されると共に、エアポンプ２６からの空気が助燃剤ガス
として調整ポンプ２７により導入され、該触媒燃焼部１
２に充填される燃焼触媒上で液体メタノールを燃焼する
ことによって熱源ガスを生成する。ヒータ１４は、該燃
焼触媒を活性温度まで加熱するために設けられている。
なお、熱源は上記に特定されるものではなく、たとえ
ば、空気を助燃剤ガスとして水素ガスや液体メタノール
をバーナーで燃焼させて熱源ガスを生成してもよい。熱
源ガスは、後述する気化部１６における気化反応により
６００〜７００℃の改質原料ガスを得るための熱量を与
えた後、気化部１６から外気に排出される。
液体メタノールがタンク２２からポンプ２４により導入
されると共に、エアポンプ２６からの空気が助燃剤ガス
として調整ポンプ２７により導入され、該触媒燃焼部１
２に充填される燃焼触媒上で液体メタノールを燃焼する
ことによって熱源ガスを生成する。ヒータ１４は、該燃
焼触媒を活性温度まで加熱するために設けられている。
なお、熱源は上記に特定されるものではなく、たとえ
ば、空気を助燃剤ガスとして水素ガスや液体メタノール
をバーナーで燃焼させて熱源ガスを生成してもよい。熱
源ガスは、後述する気化部１６における気化反応により
６００〜７００℃の改質原料ガスを得るための熱量を与
えた後、気化部１６から外気に排出される。
【００２０】改質原料であるメタノールおよび水の混合
液体燃料（混合比１：１〜１：４）はタンク２８に収容
されており、該タンクより気化部１６に導入される。該
気化部にて順次気化された改質原料ガスは、導入バルブ
３８を介して、隣接する改質部１８の改質触媒上に導入
されて、改質反応（ＣＨ３ＯＨ（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→
３Ｈ２＋ＣＯ２）により水素リッチな改質ガスが生成さ
れる。改質反応の活性温度範囲は２５０〜３００℃であ
る。なお、タンク２８中の混合液体燃料を直接気化部１
６に導入するに代えて、後述する一酸化炭素除去部３０
に担持される選択酸化触媒を冷却するための冷媒として
該一酸化炭素除去部の冷却層に通過させた後に気化部１
６に導入するようにしてもよい。また、気化部１６に
は、気化部内温度を検出するための気化部温度センサ３
６が設けられる。
液体燃料（混合比１：１〜１：４）はタンク２８に収容
されており、該タンクより気化部１６に導入される。該
気化部にて順次気化された改質原料ガスは、導入バルブ
３８を介して、隣接する改質部１８の改質触媒上に導入
されて、改質反応（ＣＨ３ＯＨ（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→
３Ｈ２＋ＣＯ２）により水素リッチな改質ガスが生成さ
れる。改質反応の活性温度範囲は２５０〜３００℃であ
る。なお、タンク２８中の混合液体燃料を直接気化部１
６に導入するに代えて、後述する一酸化炭素除去部３０
に担持される選択酸化触媒を冷却するための冷媒として
該一酸化炭素除去部の冷却層に通過させた後に気化部１
６に導入するようにしてもよい。また、気化部１６に
は、気化部内温度を検出するための気化部温度センサ３
６が設けられる。
【００２１】改質部１８は改質触媒の担持体であり、た
とえばＣｕ／Ｚｎからなる改質触媒が含浸、溶射、電
着、スパッタ、塗布等により改質部構造体に担持されて
いる。より具体的には、改質触媒を両面に担持した導電
性金属プレートを並設して改質部構造体とすることがで
きる。あるいは改質部構造体の各改質ガス通路内に直系
２〜３ｍｍのアルミナビーズ表面に上記改質触媒を担持
したものを充填してもよい。改質部１８には、改質部内
温度を検出するための改質部温度センサ４０が設けられ
る。また、改質部１８内を昇温させるための通電加熱体
としてヒータ４２が設けられる。
とえばＣｕ／Ｚｎからなる改質触媒が含浸、溶射、電
着、スパッタ、塗布等により改質部構造体に担持されて
いる。より具体的には、改質触媒を両面に担持した導電
性金属プレートを並設して改質部構造体とすることがで
きる。あるいは改質部構造体の各改質ガス通路内に直系
２〜３ｍｍのアルミナビーズ表面に上記改質触媒を担持
したものを充填してもよい。改質部１８には、改質部内
温度を検出するための改質部温度センサ４０が設けられ
る。また、改質部１８内を昇温させるための通電加熱体
としてヒータ４２が設けられる。
【００２２】改質触媒の下で改質反応を受けて生成され
る改質ガスは水素リッチなものではあるが、余剰水蒸
気、二酸化炭素および微量（１％程度）の一酸化炭素が
含まれている。改質ガス中の一酸化炭素は、燃料電池３
４の燃料極において電極上の触媒（Ｐｔ）を被毒するた
め、１００ｐｐｍ以下に低減する必要があり、このため
に、図示システムにおいては、変成部２０における変成
反応および一酸化炭素除去部３０における選択酸化反応
により改質ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下
に低減させるように構成している。
る改質ガスは水素リッチなものではあるが、余剰水蒸
気、二酸化炭素および微量（１％程度）の一酸化炭素が
含まれている。改質ガス中の一酸化炭素は、燃料電池３
４の燃料極において電極上の触媒（Ｐｔ）を被毒するた
め、１００ｐｐｍ以下に低減する必要があり、このため
に、図示システムにおいては、変成部２０における変成
反応および一酸化炭素除去部３０における選択酸化反応
により改質ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下
に低減させるように構成している。
【００２３】すなわち、変成部２０は改質部１８の下流
側に隣接して接合されており、変成部２０において、第
一段階の一酸化炭素低減処理として、変成触媒の下での
変成反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２）により一酸化
炭素が除去され、改質ガス中の一酸化炭素濃度が０．５
％程度にまで低減される。
側に隣接して接合されており、変成部２０において、第
一段階の一酸化炭素低減処理として、変成触媒の下での
変成反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２）により一酸化
炭素が除去され、改質ガス中の一酸化炭素濃度が０．５
％程度にまで低減される。
【００２４】変成反応の活性温度範囲は１５０〜２３０
℃であり、起動時に変成部を活性温度にまで昇温させる
ための加熱源としてヒータ４４が設けられる。この場合
には、変成触媒を担持した触媒担持層の積層体よりなる
積層構造体として変成部２０を構成することができる。
また、変成部２０にはその内部温度を検出するための変
成部温度センサ４５が設けられる。
℃であり、起動時に変成部を活性温度にまで昇温させる
ための加熱源としてヒータ４４が設けられる。この場合
には、変成触媒を担持した触媒担持層の積層体よりなる
積層構造体として変成部２０を構成することができる。
また、変成部２０にはその内部温度を検出するための変
成部温度センサ４５が設けられる。
【００２５】変成部２０における変成反応を経た改質ガ
スは、エアマニホールド４８にてエアポンプ２６からの
空気と混合された後、一酸化炭素除去部３０に導入され
る。一酸化炭素除去部３０は、触媒充填層と冷媒が通過
せしめられる冷却層とが交互に積層された積層構造体と
され、あるいは、一つの触媒充填体の周囲に冷媒が流れ
る冷却管が配されるように構成することができる。触媒
充填層に充填される酸化触媒としては、粒状のＡｌ２Ｏ
３，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２等の担体にＰｔあるいはＲｕ，
Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属を担持させたものが用いられる。
スは、エアマニホールド４８にてエアポンプ２６からの
空気と混合された後、一酸化炭素除去部３０に導入され
る。一酸化炭素除去部３０は、触媒充填層と冷媒が通過
せしめられる冷却層とが交互に積層された積層構造体と
され、あるいは、一つの触媒充填体の周囲に冷媒が流れ
る冷却管が配されるように構成することができる。触媒
充填層に充填される酸化触媒としては、粒状のＡｌ２Ｏ
３，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２等の担体にＰｔあるいはＲｕ，
Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属を担持させたものが用いられる。
【００２６】上記酸化触媒は、その活性温度域（７０〜
２００℃）において、一酸化炭素を優先的に酸化させる
反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）を活性化するので、
改質ガス中の含有一酸化炭素濃度を低減させることがで
きる。
２００℃）において、一酸化炭素を優先的に酸化させる
反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）を活性化するので、
改質ガス中の含有一酸化炭素濃度を低減させることがで
きる。
【００２７】一酸化炭素除去部３０には、起動時に酸化
触媒を上記活性温度まで昇温させるための加熱源として
ヒータ４６が設けられる、また、一酸化炭素除去部内の
温度を検出する一酸化炭素除去部温度センサ４７が設け
られる。
触媒を上記活性温度まで昇温させるための加熱源として
ヒータ４６が設けられる、また、一酸化炭素除去部内の
温度を検出する一酸化炭素除去部温度センサ４７が設け
られる。
【００２８】一酸化炭素除去部３０において含有一酸化
炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低減された改質ガスは、
恒温水槽およびヒーターよりなる加湿器３２に導入され
た後、固体高分子電解質型燃料電池３４の燃料極（−）
に供給される。加湿器３２において改質ガスが冷却され
ると共に加湿されるので、燃料電池が５０〜１００℃の
最適作動温度域に保持され、かつ、電解質膜に水分補給
がなされてその湿潤状態が維持される。燃料電池３４の
酸化極（＋）には酸化剤ガスとしての空気がエアポンプ
２６から供給される。
炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低減された改質ガスは、
恒温水槽およびヒーターよりなる加湿器３２に導入され
た後、固体高分子電解質型燃料電池３４の燃料極（−）
に供給される。加湿器３２において改質ガスが冷却され
ると共に加湿されるので、燃料電池が５０〜１００℃の
最適作動温度域に保持され、かつ、電解質膜に水分補給
がなされてその湿潤状態が維持される。燃料電池３４の
酸化極（＋）には酸化剤ガスとしての空気がエアポンプ
２６から供給される。
【００２９】次に図２を参照して燃料改質装置１０の動
作制御について説明する。
作制御について説明する。
【００３０】気化部温度センサ３６、改質部温度センサ
４０、変成部温度センサ４５および一酸化炭素除去部温
度センサ４７によってそれぞれ検出された温度を示す信
号は、コントローラ５０に入力される。改質部温度セン
サ４０からの入力信号によって改質部１８がその活性温
度に達していないこと（２５０℃未満であること）が知
られたとき、コントローラ５０は、コンデンサあるいは
バッテリ等の外部電源（図示せず）からの電流をヒータ
４２に流すようヒータ電源スイッチ４１をＯＮにする。
改質部１８の温度が２５０℃に達したとき、コントロー
ラ５０は、ヒータ電源スイッチ（図示せず）をＯＦＦに
すると共に、導入バルブ３８を開いて気化部１６から改
質原料ガスを改質部１８に導入させる。その後、改質部
内の温度が２５０℃を境として上下するごとにヒータ電
源スイッチがＯＮ／ＯＦＦ制御される。
４０、変成部温度センサ４５および一酸化炭素除去部温
度センサ４７によってそれぞれ検出された温度を示す信
号は、コントローラ５０に入力される。改質部温度セン
サ４０からの入力信号によって改質部１８がその活性温
度に達していないこと（２５０℃未満であること）が知
られたとき、コントローラ５０は、コンデンサあるいは
バッテリ等の外部電源（図示せず）からの電流をヒータ
４２に流すようヒータ電源スイッチ４１をＯＮにする。
改質部１８の温度が２５０℃に達したとき、コントロー
ラ５０は、ヒータ電源スイッチ（図示せず）をＯＦＦに
すると共に、導入バルブ３８を開いて気化部１６から改
質原料ガスを改質部１８に導入させる。その後、改質部
内の温度が２５０℃を境として上下するごとにヒータ電
源スイッチがＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３１】コントローラ５０は、気化部１６の内部温
度を常に６００〜７００℃に維持するように制御する。
気化部温度センサ３６からの入力信号によって気化部内
温度が上記温度範囲から外れていることが知られたと
き、コントローラ５０は、気化部内の温度が上記温度範
囲内となるように、燃焼剤を供給するポンプ２４および
助燃剤としての空気を供給する調整ポンプ２７の吐出量
を制御する。気化部内の温度が上記範囲に維持されるこ
とにより、開かれている導入バルブ３８を介して改質部
１８に導入される改質原料ガスの持ち込み熱量によっ
て、改質反応のための吸熱量が補われる。
度を常に６００〜７００℃に維持するように制御する。
気化部温度センサ３６からの入力信号によって気化部内
温度が上記温度範囲から外れていることが知られたと
き、コントローラ５０は、気化部内の温度が上記温度範
囲内となるように、燃焼剤を供給するポンプ２４および
助燃剤としての空気を供給する調整ポンプ２７の吐出量
を制御する。気化部内の温度が上記範囲に維持されるこ
とにより、開かれている導入バルブ３８を介して改質部
１８に導入される改質原料ガスの持ち込み熱量によっ
て、改質反応のための吸熱量が補われる。
【００３２】また、コントローラ５０は、変成部温度セ
ンサ４５からの入力信号を受けて変成部２０をその活性
温度域（１５０℃以上）に維持するようヒータ４４に対
する電源スイッチ（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦ制御する
と共に、一酸化炭素除去部温度センサ４７からの入力信
号を受けて一酸化炭素除去部３０をその活性温度域（７
０℃以上）に維持するようヒータ４６に対する電源スイ
ッチ（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
ンサ４５からの入力信号を受けて変成部２０をその活性
温度域（１５０℃以上）に維持するようヒータ４４に対
する電源スイッチ（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦ制御する
と共に、一酸化炭素除去部温度センサ４７からの入力信
号を受けて一酸化炭素除去部３０をその活性温度域（７
０℃以上）に維持するようヒータ４６に対する電源スイ
ッチ（図示せず）をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００３３】なお、図示実施例では、燃料改質装置１０
の起動直後や断続運転時において、変成部２０および一
酸化炭素除去部３０をそれらの活性温度以上に昇温させ
るための加熱源としてヒータ４４、４６が設けられてい
るが、気化部１６から排出される熱源ガスを変成部２０
および一酸化炭素除去部３０に順次導入して加熱源とし
て用いてもよい。この場合のシステム構成例が図３に示
されている。図３において図１と共通する部分、要素に
ついては同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
の起動直後や断続運転時において、変成部２０および一
酸化炭素除去部３０をそれらの活性温度以上に昇温させ
るための加熱源としてヒータ４４、４６が設けられてい
るが、気化部１６から排出される熱源ガスを変成部２０
および一酸化炭素除去部３０に順次導入して加熱源とし
て用いてもよい。この場合のシステム構成例が図３に示
されている。図３において図１と共通する部分、要素に
ついては同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００３４】触媒燃焼部１２で生成された熱源ガスは、
気化部１６において液体燃料を加熱気化して改質原料ガ
スを生成するための気化熱を与えた後、変成部２０の底
部等に接合された熱源ガスマニホールド５１に導入され
る。変成部温度センサ４５によって変成部２０内の温度
がその活性温度域（１５０℃以上）に達していないこと
が知られたとき、コントローラ５０の制御によって開閉
バルブ５２が開かれ、該バルブを介して熱源ガスマニホ
ールド５１から変成部２０内に導入される熱源ガスによ
り変成部２０が昇温される。変成部温度が１５０℃に達
したとき、コントローラ５０は開閉バルブ５２を閉じる
よう制御する。
気化部１６において液体燃料を加熱気化して改質原料ガ
スを生成するための気化熱を与えた後、変成部２０の底
部等に接合された熱源ガスマニホールド５１に導入され
る。変成部温度センサ４５によって変成部２０内の温度
がその活性温度域（１５０℃以上）に達していないこと
が知られたとき、コントローラ５０の制御によって開閉
バルブ５２が開かれ、該バルブを介して熱源ガスマニホ
ールド５１から変成部２０内に導入される熱源ガスによ
り変成部２０が昇温される。変成部温度が１５０℃に達
したとき、コントローラ５０は開閉バルブ５２を閉じる
よう制御する。
【００３５】更に、熱源ガスは変成部２０から、一酸化
炭素除去部３０の頂部等に接合された熱源ガスマニホー
ルド５３に導入される。一酸化炭素除去部温度センサ４
７によって一酸化炭素除去部３０内の温度がその活性温
度域（７０℃以上）に達していないことが知られたと
き、コントローラ５０の制御によって開閉バルブ５４が
開かれ、該バルブを介して熱源ガスマニホールド５３か
ら一酸化炭素除去部３０内に導入される熱源ガスにより
一酸化炭素除去部３０が昇温される。一酸化炭素除去部
温度が７０℃に達したとき、コントローラ５０は開閉バ
ルブ５４を閉じるよう制御する。熱源ガスは、一酸化炭
素除去部３０から外気に排出される。
炭素除去部３０の頂部等に接合された熱源ガスマニホー
ルド５３に導入される。一酸化炭素除去部温度センサ４
７によって一酸化炭素除去部３０内の温度がその活性温
度域（７０℃以上）に達していないことが知られたと
き、コントローラ５０の制御によって開閉バルブ５４が
開かれ、該バルブを介して熱源ガスマニホールド５３か
ら一酸化炭素除去部３０内に導入される熱源ガスにより
一酸化炭素除去部３０が昇温される。一酸化炭素除去部
温度が７０℃に達したとき、コントローラ５０は開閉バ
ルブ５４を閉じるよう制御する。熱源ガスは、一酸化炭
素除去部３０から外気に排出される。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、改質部における改質反
応に必要な吸熱量が気化部から導入される高温の改質原
料ガスの放熱量によって賄われるため、改質部に熱媒体
を通過させる加熱層を設ける必要がなくなり、改質触媒
担持層のみを積層させて改質部を構成することが可能と
なり、燃料改質装置を小型軽量化することができる。
応に必要な吸熱量が気化部から導入される高温の改質原
料ガスの放熱量によって賄われるため、改質部に熱媒体
を通過させる加熱層を設ける必要がなくなり、改質触媒
担持層のみを積層させて改質部を構成することが可能と
なり、燃料改質装置を小型軽量化することができる。
【００３７】また、改質部に通電加熱体を設けたため短
時間内に改質部内温度を改質触媒の活性温度にまで昇温
させることが可能となり、装置の起動性が大幅に改善さ
れる。
時間内に改質部内温度を改質触媒の活性温度にまで昇温
させることが可能となり、装置の起動性が大幅に改善さ
れる。
【図１】本発明の一実施例による燃料改質装置を含んで
構成される固体高分子電解質型燃料電池の概略システム
構成図である。
構成される固体高分子電解質型燃料電池の概略システム
構成図である。
【図２】図１における燃料改質装置に関連する各要素の
制御システムを示す説明図である。
制御システムを示す説明図である。
【図３】図１の変形例を示す概略システム構成図であ
る。
る。
【図４】図３における燃料改質装置に関連する各要素の
制御システムを示す説明図である。
制御システムを示す説明図である。
１０ 燃料改質装置 １６ 気化部 １８ 改質部 ２４ ポンプ ２７ 調整ポンプ ３４ 燃料電池 ３６ 気化部温度センサ ３８ 導入バルブ ４０ 改質部温度センサ ４２ ヒータ ５０ コントローラ
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼剤を酸素リッチな助燃剤ガスと共
に燃焼させることにより熱源ガスを発生する燃焼部と、
前記熱源ガスの熱によって炭化水素あるいはアルコール
類と水とからなる改質液体燃料を加熱気化させて改質原
料ガスを生成する気化部と、前記気化部からの改質原料
ガスを改質触媒の下で水蒸気改質によって水素リッチな
改質ガスに変換する改質部とを有してなり、更に、前記
改質部内の温度を検出する改質部温度検出手段と、前記
改質部温度検出手段により検出された前記改質部内温度
が所定温度未満であるときに前記改質部を加熱すべく設
けられる通電加熱手段と、前記気化部内の温度を検出す
る気化部温度検出手段と、前記気化部内の温度を前記所
定温度よりも十分に高い温度範囲内に維持すべく前記燃
焼部への前記燃焼剤および前記助燃剤ガスの供給量を制
御する制御手段と、を有してなることを特徴とする燃料
改質装置。 - 【請求項２】 前記通電加熱手段は、前記改質部を構
成する改質触媒担持体に取り付けられる電極端子または
前記改質部に隣接して設けられる発熱体と、前記電極端
子または発熱体への通電加熱のための電流を供給する外
部電源と、前記外部電源から前記電極端子または発熱体
への通電を許容する電源スイッチと、からなるものとし
て構成されることを特徴とする請求項１の燃料改質装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28718794A JP3711577B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28718794A JP3711577B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 燃料改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08119602A true JPH08119602A (ja) | 1996-05-14 |
| JP3711577B2 JP3711577B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=17714207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28718794A Expired - Fee Related JP3711577B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3711577B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0887306A1 (de) * | 1997-06-28 | 1998-12-30 | dbb fuel cell engines GmbH | Vorrichtung zur Erzeugung eines wasserstoffreichen und kohlenmonoxidarmen Gases |
| JP2000220805A (ja) * | 1998-11-09 | 2000-08-08 | Nippon Soken Inc | 触媒燃焼加熱装置 |
| JP2001118593A (ja) * | 1999-08-06 | 2001-04-27 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| WO2001048851A1 (fr) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de production d'energie et procede de fonctionnement |
| JP2001302202A (ja) * | 2000-04-18 | 2001-10-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | メタノール改質器 |
| JP2001313053A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Daikin Ind Ltd | 燃料電池システム |
| WO2002061870A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Systeme de pile a combustible et procede de purge de ce systeme |
| JP2003020203A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料改質装置とその起動方法 |
| US6586125B2 (en) | 2000-04-12 | 2003-07-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Combustion heating device, fuel reforming apparatus including combustion heating device, and fuel cell system |
| JP2004525484A (ja) * | 2000-12-05 | 2004-08-19 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | コンパクト燃料プロセッサーの起動のために触媒を加熱する装置及び方法 |
| US6991663B2 (en) | 2000-09-12 | 2006-01-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Hydrogen-rich gas supply device for fuel cell |
| JP2006139991A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2007335413A (ja) * | 2007-08-06 | 2007-12-27 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび水素生成装置 |
| KR20160081259A (ko) * | 2014-12-31 | 2016-07-08 | 국방과학연구소 | 저온 구동 연료전지 시스템 및 그 구동방법 |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP28718794A patent/JP3711577B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0887306A1 (de) * | 1997-06-28 | 1998-12-30 | dbb fuel cell engines GmbH | Vorrichtung zur Erzeugung eines wasserstoffreichen und kohlenmonoxidarmen Gases |
| JP2000220805A (ja) * | 1998-11-09 | 2000-08-08 | Nippon Soken Inc | 触媒燃焼加熱装置 |
| JP2001118593A (ja) * | 1999-08-06 | 2001-04-27 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| WO2001048851A1 (fr) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de production d'energie et procede de fonctionnement |
| US6797420B2 (en) | 1999-12-28 | 2004-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power generation device and operation method therefor |
| US6586125B2 (en) | 2000-04-12 | 2003-07-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Combustion heating device, fuel reforming apparatus including combustion heating device, and fuel cell system |
| JP2001302202A (ja) * | 2000-04-18 | 2001-10-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | メタノール改質器 |
| JP2001313053A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Daikin Ind Ltd | 燃料電池システム |
| US6991663B2 (en) | 2000-09-12 | 2006-01-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Hydrogen-rich gas supply device for fuel cell |
| JP2004525484A (ja) * | 2000-12-05 | 2004-08-19 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | コンパクト燃料プロセッサーの起動のために触媒を加熱する装置及び方法 |
| WO2002061870A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Systeme de pile a combustible et procede de purge de ce systeme |
| US7687162B2 (en) | 2001-01-31 | 2010-03-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Purging method of fuel cell system |
| JP2003020203A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料改質装置とその起動方法 |
| JP2006139991A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP4670316B2 (ja) * | 2004-11-11 | 2011-04-13 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
| JP2007335413A (ja) * | 2007-08-06 | 2007-12-27 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび水素生成装置 |
| KR20160081259A (ko) * | 2014-12-31 | 2016-07-08 | 국방과학연구소 | 저온 구동 연료전지 시스템 및 그 구동방법 |
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|---|---|
| JP3711577B2 (ja) | 2005-11-02 |
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