JPH09219210A - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

燃料電池用改質装置

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JPH09219210A
JPH09219210A JP8021576A JP2157696A JPH09219210A JP H09219210 A JPH09219210 A JP H09219210A JP 8021576 A JP8021576 A JP 8021576A JP 2157696 A JP2157696 A JP 2157696A JP H09219210 A JPH09219210 A JP H09219210A
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JP
Japan
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reformer
fuel cell
oxidizer
steam
fuel
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Application number
JP8021576A
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English (en)
Inventor
Noriyuki Yamaga
範行 山鹿
Noboru Hashimoto
登 橋本
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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  • Fuel Cell (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱エネルギーのロスを抑え、且つ、燃料電池
のシステムの小型化を可能とする燃料電池用改質装置を
提供する。 【解決手段】 水素に富む改質ガスを作製して燃料電池
に供給する改質装置であり、原燃料と水蒸気を反応させ
て上記改質ガスを作製する改質器2、及び、原燃料の一
部を酸化して生成した、熱と水蒸気を共に上記改質器2
に供給する酸化器3を備える。酸化器3で酸化反応を起
こさせて、高温水蒸気を発生させ、この熱と水蒸気を改
質器2で利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水素に富む改質ガス
を作製して燃料電池に供給する燃料電池用改質装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池としては、リン酸型燃料電池、
固体高分子型燃料電池等が知られている。これら燃料電
池は、燃料電池の燃料極に還元剤として水素が富んだガ
スを供給し、酸素極に酸化剤として空気中の酸素を導入
し、この一対の電極間で電気化学反応に基づく発電を行
うものである。上記水素が富んだガスは改質器で原燃料
と水成分を反応させて作製される。この作製される改質
ガスは、原燃料に天然ガス、ナフサ等の化石燃料を用い
水蒸気改質したもの、原燃料にメタノール等のアルコー
ル類を用い水蒸気改質したものが利用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】例えば、メタノールを
原燃料とし、メタノール1モル、水1モルの割合で供給
した場合、改質器においては下式〔1〕で示す反応が行
われ、水素と二酸化炭素を発生する。このメタノールと
水の反応は吸熱反応であり、〔1〕式では49.7KJ
/molの熱を必要とする。このような場合、外部から
熱を付与する必要があるため、バーナ等で燃料を燃や
し、改質器に供給している。このような熱供給は間接的
であるため、より効率的な熱の供給が望まれている。
【0004】
【化1】
【0005】また、メタノールと反応する水は気化させ
て改質器に供給してるため水蒸気発生器が必要である。
最近、携帯用の発電機として燃料電池が注目されるに伴
い、燃料電池のシステムの小型化のために、各種装置の
簡略化が求められている。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、熱エネルギーのロスを抑
え、且つ、燃料電池のシステムの小型化を可能とする燃
料電池用改質装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
燃料電池用改質装置は、水素に富む改質ガスを作製して
燃料電池1に供給する改質装置であって、原燃料と水蒸
気を反応させて上記改質ガスを作製する改質器2、及
び、原燃料の一部を酸化して生成した、熱と水蒸気を共
に上記改質器2に供給する酸化器3を備えることを特徴
とする。上記構成により、酸化器3で酸化反応を起こさ
せて、高温水蒸気を発生させ、改質器2で利用する。
【0008】本発明の請求項2に係る燃料電池用改質装
置は、請求項1記載の燃料電池用改質装置において、上
記酸化器3の周囲に上記改質器2が形成され、この酸化
器3と改質器2を区切る仕切り4を伝導して酸化器3で
生成した熱が改質器2に供給される構造であることを特
徴とする。上記構成により、酸化器3で発生した熱の散
逸が少なくなる。
【0009】本発明の請求項3に係る燃料電池用改質装
置は、請求項1又は請求項2記載の燃料電池用改質装置
において、上記原燃料がメタノールであることを特徴と
する。上記により、メタノール1モルは1.5モルの酸
素と反応し、2モルの水と154.86KJ/molの
熱を発生し、この水と熱を利用する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質装置
のブロック図であり、図2は本発明の燃料電池用改質装
置を使用した燃料電池発電システムの一実施の形態を示
すブロック図である。
【0011】本発明の燃料電池用改質装置は、図1及び
図2に示す如く、水素に富む改質ガスを作製して燃料電
池1に供給する装置である。本発明の特徴は、上記改質
ガスを作製する改質器2と共に、この改質器2の前工程
として酸化器3を備えることにある。
【0012】上記酸化器3は、原燃料の一部を酸化し、
熱と水蒸気を共に生成する機能を有する。上記酸化器3
は、貴金属系の酸化触媒が充填され、空気と原燃料の一
部が供給される。上記原燃料としては、例えば、メタノ
ール等のアルコール類、メタン、ブタン等の炭化水素ガ
ス等が挙げられる。上記酸化器3で空気中の酸素と原燃
料により酸化反応が行われ、熱と水蒸気を共に生成す
る。例えば、原燃料がメタノールの場合、下式〔2〕に
示す如く、メタノール1モルは1.5モルの酸素と反応
し、1モルの二酸化炭素、2モルの水と共に、154.
86KJ/molの熱を発生する。上記水は熱のため、
高温水蒸気の状態で存在する。
【0013】
【化2】
【0014】上記改質器2は、上記酸化器3から熱と水
蒸気が供給され、さらに、上記原燃料が供給される。上
記改質器2は、改質触媒が充填され、原燃料と水蒸気が
加熱により、水素に富む改質ガスを作製する。上記改質
触媒は原燃料の種類により適宜選択され、例えば、メタ
ノールの場合は銅系触媒が挙げられ、ブタンの場合はニ
ッケル−アルミナ触媒が挙げられる。
【0015】図2に燃料電池1として、70〜80℃の
低温で作動する固体高分子型の燃料電池1を用いた燃料
電池発電システムのブロック図を示す。上記燃料電池用
改質装置で作製した改質ガスは、水素と二酸化炭素と共
に、実用上は副生成物として0.1体積%程度の一酸化
炭素(CO)が含まれる。この一酸化炭素は、固体高分
子型の燃料電池1の特性劣化を引き起こすので、上記燃
料電池発電システムは改質器2の後に一酸化炭素を酸化
除去するCO酸化器10を備える。上記改質ガスはCO
酸化器10に導かれ、一酸化炭素の濃度を10ppm以
下まで下げる。上記CO酸化器10は、触媒として、例
えばアルミナ担持白金触媒が用いられる。さらに、固体
高分子型の燃料電池1が機能するためにある程度の水分
を必要とするので、CO酸化器10の後に、加湿器11
を備える。上記加湿は水中に改質ガスをバブリングする
ことにより達成される。その後、上記改質ガスは加湿状
態で燃料電池1の燃料極8に供給される。上記固体高分
子型の燃料電池は、固体高分子膜7を有し、この固体高
分子膜7の一方に燃料極8を、他方に酸素極9を備え
る。上記燃料極8に還元剤として上記水素に富んだ改質
ガスを供給し、酸素極9に酸化剤として空気中の酸素を
導入する。上記燃料電池1は、これら燃料極8及び酸素
極9間で電気化学反応に基づく発電を行う。なお、必要
に応じて、上記燃料電池発電システムは、より水素濃度
の高い改質ガスとするために、改質器2の後にCO酸化
器10と共に、二酸化炭素を吸着する除去器(図示せ
ず)を備えていてもよい。上記除去器は、二酸化炭素の
吸着層として、例えば、スチレン骨格にイオン交換基と
してアミノ基を有するイオン交換樹脂、活性炭、シリカ
ゲル、ゼオライト等を用いる。
【0016】上述の如く、本発明の燃料電池用改質装置
は、酸化器3で酸化反応を起こし、高温水蒸気を発生さ
せ、改質器2でこの高温水蒸気を利用するので、熱エネ
ルギーのロスを抑え、且つ、燃料電池のシステムの小型
化を可能とする。
【0017】さらに、酸化器3で発生した熱をより効率
的に利用する装置を図3に示す。上記酸化器3は改質器
2内に内蔵されており、酸化器3と改質器2はステンレ
ス等の熱伝導の良好な仕切り4で区切られている。上記
酸化器3は、貴金属系の酸化触媒を充填した触媒層5を
備え、空気と原燃料の一部が各々の供給口12a,12
bから供給される構造となっている。触媒層5を挟み反
対側に生成した水蒸気の搬出口13を有し、この搬出口
13は改質器2への水蒸気の供給口となっている。上記
搬出口13の近傍に原燃料の供給口14を備える。改質
器2は上記仕切り4と接して、改質触媒を充填した改質
触媒層6を備え、この改質触媒層6を挟み上記水蒸気の
搬出口13及び原燃料の供給口14と反対側に、改質ガ
スを排出する排出口15を備える。上記仕切り4を介し
て、酸化器3で生成した熱が改質器2に伝えられ、この
熱を利用して改質ガスが生成される。上記構成により、
酸化器3で発生した熱が散逸することがないため、熱を
より効率的に利用することができる。また、燃料電池用
改質装置の小型化が図れるため、燃料電池のシステムの
より小型化が可能である。
【0018】なお、本発明の燃料電池用改質装置は上記
実施の形態に限定されない。例えば、燃料電池1は、固
体高分子型に限らず、リン酸型燃料電池等であってもよ
いが、上記作動温度が低い固体高分子型の燃料電池1に
おいて、本発明の効果が顕著に発揮される。
【0019】
【実施例】
(実施例1)酸化器3と改質器2を用意した。ステンレ
ス製の酸化器3に貴金属系の酸化触媒(東洋シーシーア
イ株式会社製:BA6)を300cc充填し、ステンレ
ス製の改質器2に銅系のメタノール改質触媒を充填し
た。原燃料にメタノールを用い、酸化器3にメタノール
の一部と空気を供給し、二酸化炭素と高温水蒸気が生成
された。この高温水蒸気とメタノールを改質器2に導入
し、改質器2で水素、及び、二酸化炭素を含んだ改質ガ
スを作製した。この際、メタノールの供給量は、酸化器
3への供給と改質器2への供給を1:2の割合とした。
上記改質器の出口で改質ガスの組成をガスクロマトグラ
フ装置で分析した。結果は表1に示すとおり、水素35
体積%、二酸化炭素17体積%、窒素48体積%の改質
ガスが得られたことを確認した。
【0020】次に、上記改質ガスをCO酸化器10に導
入し、加湿器11で水中にバブリングして加湿させた。
その後、固体高分子型の燃料電池1の燃料極8に供給
し、発電した。なお、燃料電池1は、固体高分子膜にナ
フィオン(デュポン株式会社:登録商標)115を用
い、改質ガスを5リットル/分の流量で、酸素を2.5
リットル/分の流量で供給した。
【0021】(実施例2)図3に示す酸化器3が改質器
2内に内蔵された装置を用いた。内蔵された酸化器3に
貴金属系の酸化触媒(東洋シーシーアイ株式会社製:B
A6)を充填し、改質器2に銅系のメタノール改質触媒
を充填した。原燃料にメタノールを用い、酸化器3にメ
タノールの一部と空気を供給し、二酸化炭素と高温水蒸
気を生成した。この高温水蒸気は搬出口13から改質器
2へ供給され、反応熱は仕切り4を介して改質器2に伝
えられた。改質器2で水素、及び、二酸化炭素を含んだ
改質ガスが作製された。この際、メタノールの供給量
は、酸化器3への供給と改質器2への供給を1:2の割
合とした。上記改質器の排出口15で改質ガスの組成を
ガスクロマトグラフ装置で分析した。結果は表1に示す
とおり、水素40体積%、二酸化炭素20体積%、窒素
40体積%の改質ガスが得られたことを確認した。その
後は実施例1と同様にして、CO酸化器10、加湿器1
1を通し、固体高分子型の燃料電池1の燃料極8に供給
し、発電した。
【0022】
【表1】
【0023】(比較例1)メタノールと水のモル比(メ
タノール:水)が1:1.2となるように気化器で混
合、加熱により気化した後に、銅系のメタノール改質触
媒が充填された改質器に挿入し、改質ガスを作製した。
その後は実施例1と同様にして、酸化器、加湿器を通
し、固体高分子型の燃料電池の燃料極に供給し、発電し
た。
【0024】(実施例1〜2、比較例1の出力評価)実
施例1、実施例2、及び、比較例1の燃料電池から発電
した出力電流と電圧特性を図4に示した。この結果か
ら、実施例1及び2は比較例1と同様の発電出力を維持
することが確認できた。
【0025】
【発明の効果】本発明の請求項1乃至請求項3いずれか
に係る燃料電池用改質装置は、酸化器3で酸化反応を行
い、高温水蒸気を発生させ、この熱と水蒸気を改質器2
で利用するので、熱エネルギーのロスを抑え、且つ、燃
料電池のシステムの小型化を可能とすることができる。
【0026】さらに、本発明の請求項2に係る燃料電池
用改質装置は、上記効果に加えて、仕切り4を伝導して
酸化器3で生成した熱が改質器2に供給されるので、熱
が散逸することがないため、熱をより効率的に利用する
ことができる。また、燃料電池のシステムのより小型化
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質装
置のブロック図である。
【図2】本発明の燃料電池用改質装置を使用した燃料電
池発電システムの一実施の形態を示すブロック図であ
る。
【図3】本発明の他の実施の形態に係る燃料電池用改質
装置の説明図である。
【図4】実施例1、実施例2、及び、比較例1の燃料電
池発電システムで発電した出力電流と電圧特性を測定し
たグラフである。
【符号の説明】
1 燃料電池 2 改質器 3 酸化器 4 仕切り 7 固体高分子膜 8 燃料極 9 酸素極 10 CO酸化器 11 加湿器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素に富む改質ガスを作製して燃料電池
    (1)に供給する改質装置であって、原燃料と水蒸気を
    反応させて上記改質ガスを作製する改質器(2)、及
    び、原燃料の一部を酸化して生成した、熱と水蒸気を共
    に上記改質器(2)に供給する酸化器(3)を備えるこ
    とを特徴とする燃料電池用改質装置。
  2. 【請求項2】 上記酸化器(3)の周囲に上記改質器
    (2)が形成され、この酸化器(3)と改質器(2)を
    区切る仕切り(4)を伝導して酸化器(3)で生成した
    熱が改質器(2)に供給される構造であることを特徴と
    する請求項1記載の燃料電池用改質装置。
  3. 【請求項3】 上記原燃料がメタノールであることを特
    徴とする請求項1又は請求項2記載の燃料電池用改質装
    置。
JP8021576A 1996-02-08 1996-02-08 燃料電池用改質装置 Pending JPH09219210A (ja)

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