JPH10182102A - 改質装置及びそれを用いた燃料電池 - Google Patents

改質装置及びそれを用いた燃料電池

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JPH10182102A
JPH10182102A JP8339166A JP33916696A JPH10182102A JP H10182102 A JPH10182102 A JP H10182102A JP 8339166 A JP8339166 A JP 8339166A JP 33916696 A JP33916696 A JP 33916696A JP H10182102 A JPH10182102 A JP H10182102A
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fuel gas
reforming
combustion catalyst
gas
combustion
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JP8339166A
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Keiji Murata
圭治 村田
Atsuo Muneuchi
篤夫 宗内
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • 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
    • H01M8/0625—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 in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • 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
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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来は、燃料ガスと空気との混合による酸化反
応により燃焼用触媒層の温度が局所的に上昇し、その結
果燃焼用触媒層の寿命が短かった。 【課題手段】改質装置１は、燃焼用触媒が充填された平
面状の多孔質体からなる燃焼用触媒層１９が複数積層さ
れてなる。隣接する燃焼用触媒層１９の間には、燃料ガ
ス６が流通する燃料ガス流路１７と空気１０が流通する
空気流路１８とが交互に設けられる。また燃焼用触媒層
１９内には、ニッケルや白金等の改質用触媒２が充填さ
れた改質管１６が設けられる。又、一対の燃焼用触媒層
１９の一端には、空気１０や燃料ガス６が漏れない様に
密閉板３０が架設される。この様な構成により、燃料ガ
ス６と空気１０とが混合し燃焼することによって発生す
る局所的な温度上昇を抑制出来、燃焼用触媒の活性を長
期間維持出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質装置及びそれ
を用いた燃料電池に係り、特に炭化水素ガスに水蒸気を
混合したガス（改質原料ガス）を加熱して、触媒を用い
て水素を主成分とするガス（改質ガス）に改質する改質
装置及びそれを用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電気化学反応によって化学
エネルギを直接電気エネルギに変換する発電装置であ
り、高効率かつクリーンなエネルギ源として注目されて
いる。又、燃料電池を構成する一要素として改質装置が
ある。改質装置は、炭化水素を含む改質原料ガスを改質
し、水素を主成分とする改質ガスを生成している。生成
された改質ガスは、燃料電池を構成する一要素である起
電部に供給され発電に寄与する。
【０００３】以下に、従来の改質装置及びそれを用いた
燃料電池の構成に付いて、図6 、７を参照して説明す
る。図７は、燃料電池の概略構成図である。燃料電池の
主要部には、燃料ガス６( 図中実線) と空気１０( 図中
実線) と改質原料ガス１３( 図中破線) とが供給される
改質装置１と、改質装置１によって改質された改質ガス
１４( 図中破線) が供給される燃料電池本体１５から構
成される。
【０００４】図８は、改質装置の分散燃料プレート形改
質装置の断面図である。改質装置１は、改質室３と燃焼
室５と燃料供給室７とが積層されてなる。ここで、改質
室３と燃焼室５とは伝熱隔壁８により、燃焼室５と燃料
供給室７とは燃料分散板９によって仕切られている。燃
料分散板９は、複数の孔１１が穿設される。
【０００５】改質室３には、球形の改質用触媒２が充填
される。燃焼室５には、球形の燃焼用触媒４が充填され
る。この様な構成をした改質装置の動作に付いて説明す
る。
【０００６】燃料ガス６や酸化剤である空気１０は、図
示しない予熱器によって予熱された後、それぞれ燃料供
給室７、燃焼室５へ供給される。燃料供給室７に供給さ
れた燃料ガス６は、燃料分散板９に穿設された複数の孔
１１を通過して燃焼室５に流入する。流入した燃料ガス
６は、空気１０と混合され燃焼し、燃焼排ガス１２(図
中実線) となって燃焼室５から排出される。
【０００７】一方、炭化水素ガス、例えばメタンに水蒸
気を混合した改質原料ガス１３は、図示しない予熱器に
よって予熱された後、改質室３へ供給される。改質室３
中へ供給された改質原料ガス１３は、隣接する改質用触
媒２の間を流通しながら、燃焼室５で発生した燃料熱に
よって加熱され水素を主成分とする改質ガス１４に変換
される。変換された改質ガス１４は、改質室３外部に排
出される。改質室３から排出された改質ガス１４は、図
示しない熱交換器や一酸化炭素変成器等を経て燃料電池
本体１５に送られ、化学反応によって発電する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
様な構成をした従来の改質装置では、燃料ガスが燃焼室
に分散して供給されるが、供給時には燃焼室内で燃料ガ
スと空気とが混合するため、触媒による表面酸化反応が
おこる。その反応と同時に、気相酸化反応が生じ、局所
的に燃焼ガスの温度が所望の温度以上に上昇する。その
ため、燃焼用触媒の劣化が進み、燃焼用触媒の寿命が著
しく低下するという問題があった。
【０００９】そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑み
てなされたもので、気相酸化反応を抑制して触媒表面酸
化反応の発生を安定にし、燃焼用触媒の温度が所望の温
度領域外になる事を防止し、燃焼用触媒の活性を長期間
維持出来る改質装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の改質装置は、内部に、酸化剤と燃料ガス
との化学反応によって生じる熱をもって、改質原料ガス
を改質して改質ガスを生成する改質部を具備し、酸化剤
及び燃料ガスが流通可能な燃焼用触媒部と、前記燃焼用
触媒部に酸化剤を供給する酸化剤流通部と、前記燃焼用
触媒部に燃料ガスを供給する燃料ガス流通部とからな
り、前記燃焼用触媒部内で、酸化剤と燃料ガスとを対向
して流通させる構成である。
【００１１】次に、本発明の改質装置は、酸化剤及び燃
料ガスが流通可能な燃焼用触媒部と、前記燃焼用触媒部
に酸化剤を供給する酸化剤流通部と、前記燃焼用触媒部
に燃料ガスを供給する燃料ガス流通部と、前記酸化剤流
通部に配置され、酸化剤と燃料ガスとの化学反応によっ
て生じる熱をもって、改質原料ガスを改質して改質ガス
を生成する改質部とからなり、前記燃焼用触媒部内で、
酸化剤と燃料ガスとを対向して流通させる構成である。
【００１２】次に、本発明の改質装置は、内部に、酸化
剤と燃料ガスとの化学反応によって生じる熱をもって、
改質原料ガスを改質して改質ガスを生成する改質部を具
備し、酸化剤及び燃料ガスが流通可能な燃焼用触媒部
と、前記燃焼用触媒部内に形成され、前記燃焼用触媒部
に酸化剤を供給する酸化剤流通部と、前記燃焼用触媒部
に燃料ガスを供給する燃料ガス流通部とからなり、前記
燃焼用触媒部内で、酸化剤と燃料ガスとを対向して流通
させる構成である。
【００１３】次に、本発明の燃料電池は、燃料ガスを貯
蔵する燃料タンクと、改質原料ガスを貯蔵する改質原料
タンクと、内部に、酸化剤と燃料ガスとの化学反応によ
って生じる熱をもって、改質原料ガスを改質して改質ガ
スにする改質部を具備し、酸化剤及び燃料ガスが流通可
能な燃焼用触媒部と、前記燃焼用触媒部に酸化剤を供給
する酸化剤流通部と、前記燃焼用触媒部に前記燃料タン
クから供給された燃料ガスを供給する燃料ガス流通部と
からなり、前記燃焼用触媒部内で、酸化剤と燃料ガスと
を対向して流通させる改質装置と、前記改質装置から排
出された改質ガスが流入され、この改質ガスを所定の温
度下で化学反応させることにより電気を発生させる起電
部とから構成される。又、燃料電池には、化学反応を電
気に変換する電力変換装置や、温度や燃料ガス等の流量
等の運転条件を制御する制御装置や複数の熱交換器類が
設けられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図１は、改質装置の第１実施例の
断面図である。改質装置１は、燃焼用触媒が充填された
平面状の多孔質体からなる燃焼用触媒層( 燃焼用触媒
部) １９が複数積層されてなる。隣接する燃焼用触媒層
１９の間には、燃料ガス６が流通する燃料ガス流路( 燃
料ガス流通部) １７と空気( 酸化剤) １０が流通する空
気流路( 酸化剤流通部) １８とが交互に設けられる。ま
た燃焼用触媒層１９内には、ニッケルや白金等の改質用
触媒２が充填された改質管( 改質部) １６が設けられ
る。又、一対の燃焼用触媒層１９の一端には、空気１０
や燃料ガス６が漏れない様に密閉板( 架橋部) ３０が架
設される。
【００１５】この様な構成からなる改質装置の第１実施
例の動作に付いて説明する。図示しない燃料タンクから
供給された燃焼ガス６は、燃料ガス流路１７を通り、燃
焼用触媒層１９に拡散しながら流入する。又図示しない
空気タンクから供給された空気１０は、空気流路１８を
通り、燃焼用触媒層１９に拡散しながら流入する。流入
した燃料ガス６と空気１０とは、燃焼用触媒層１９に流
れ込む方向が互いに反対方向( 対向する方向) であるた
め、燃焼用触媒層１９内で混合する。燃料ガス６と空気
１０とが混合する位置は、空気１０に含有される酸素が
拡散可能な距離内である。空気１０と燃料ガス６とは、
混合により酸化反応( 完全酸化反応) をおこして燃焼(
拡散触媒燃焼) する。燃焼によって発生した燃焼排ガス
１２は、空気流路１８を通り、燃焼に使用されなかった
空気１０と共に改質装置１外に排出される。
【００１６】又、拡散触媒燃焼によって発生する熱が改
質管１６に伝わり、改質管１６内を流通する改質原料ガ
スを改質する。以上述べた様な改質装置の第１実施例で
は、燃料ガス６が燃焼用触媒層１９に分散して供給さ
れ、燃焼用触媒層１９内の所定の位置( 空気中の化学量
論量の酸素が燃焼用触媒層１９内で拡散する位置) で燃
料ガス６と空気１０とが混合されるため、気相酸化反応
が抑制される。そのため、局所的に燃焼ガス６の温度が
所望の温度以上に上昇することがない。そのため、燃焼
用触媒層１９の活性を長期間維持することが出来る。
【００１７】又、燃焼用触媒層１９内で空気１０と燃料
ガス６とが反応するため、空気１０と燃料ガス６とが直
接混合されることによって発生する燃焼が抑制出来、所
望の化学反応を発生させることができる。所望の化学反
応を発生させることにより、所定の温度以上に燃焼用触
媒層１９の温度が上昇せず、燃焼用触媒層１９が劣化す
ることなく長期間使用出来る。
【００１８】又、燃焼用触媒層１９内で拡散触媒燃焼が
発生することにより、化学反応による熱が改質原料ガス
の改質に必要な熱源となり改質反応を促進させている。
同時に、改質原料ガスから改質ガスを生成するために必
要な付属的な熱源を必要とせず、コスト低減と小型化に
寄与する。
【００１９】更に、改質管１６が燃焼用触媒層内に設け
られているため、拡散触媒燃焼によって発生する熱の伝
熱特性が良い。次に、本発明の改質装置の第２実施例の
構成に付いて、図２を参照して説明する。
【００２０】尚、以下の各実施例において、第１実施例
と同一構成要素は同一符号を付し、重複する説明は省略
する。第２実施例の特徴は、改質管１６が空気流路１８
内に設けられた事であり、燃焼用触媒層１９からの輻射
熱や、燃焼用触媒層１９から排出される燃焼排ガス１２
の対流によって、改質管１６が加熱され改質反応を促進
することである。
【００２１】図２は、改質装置の第２実施例の断面図で
ある。断面が円形状の改質管１６が、隣接する燃焼用触
媒層１９の間に形成された空気流路１８内に配置され
る。
【００２２】改質管１６は、燃焼用触媒層１９の平面内
で、空気１０が流れる方向に対して直交する方向に設け
られる。この様な構成からなる改質装置の第２実施例の
動作に付いて説明する。
【００２３】空気１０は、空気流路１８を通過して、燃
焼用触媒層１９の平面( 燃焼用触媒層１９が積層される
方向に対して直行する面のうちどちらか一方の面) の一
方から供給される。また燃料ガス６は、燃料ガス流路１
７を通って、燃焼用触媒層１９の平面の他方から供給さ
れる。空気１０と燃料ガス６との燃焼用触媒層１９内で
の流れの方向は逆であり対向している。空気１０と燃料
ガス６とは、空気１０と燃料ガス６とが混合する位置
で、酸化反応をおこし安定な拡散触媒燃焼する。
【００２４】燃焼後の燃焼排ガス１２は、空気流路１８
を通って、改質装置１外部に排出される。又、改質管１
６は、燃焼用触媒層１９から排出された燃焼排ガス１２
の対流による熱伝達や、燃焼用触媒層１９からの輻射熱
によって加熱される。改質管１６内を流通する改質原料
ガスは、それら熱により改質反応をおこし改質ガスとな
る。
【００２５】以上述べた様な改質装置の第２実施例で
は、燃料ガス６が燃焼用触媒層１９に分散して供給さ
れ、燃焼用触媒層１９内の所定の位置( 空気中の化学量
論量の酸素が燃焼用触媒層１９内で拡散する位置) で燃
料ガス６と空気１０とが混合されるため、気相酸化反応
が抑制される。そのため、局所的に燃焼ガス６の温度が
所望の温度以上に上昇することがない。そのため、燃焼
用触媒層１９の活性を長期間維持することが出来る。
【００２６】又、燃焼用触媒層１９内で空気１０と燃料
ガス６とが反応するため、空気１０と燃料ガス６とが直
接混合されることによって発生する燃焼が抑制出来、所
望の化学反応を発生させることができる。所望の化学反
応を発生させることにより、所定の温度以上に燃焼用触
媒層１９の温度が上昇せず、燃焼用触媒層１９が劣化す
ることなく長期間使用出来る。
【００２７】又、燃焼用触媒層１９内で拡散触媒燃焼が
発生することにより、化学反応による熱が改質原料ガス
の改質に必要な付属的な熱源となり改質反応を促進させ
ている。同時に、改質原料ガスから改質ガスを生成する
ために必要な熱源を必要とせず、コスト低減と小型化に
寄与する。
【００２８】更に、改質管１６内を流通する改質原料ガ
スの流速を早くして発電を行う場合には、比較的高温で
ある燃焼用触媒層１９からの輻射熱や燃料排ガス１２の
対流による熱伝達を利用することにより改質反応を促進
させ発電効率を上げることが出来る。
【００２９】又、燃焼用触媒層１９中に改質管１６を設
けないため、製作が簡易でありコスト低減に寄与する。
次に、本発明の改質装置の第３実施例の構成に付いて、
図３を参照して説明する。
【００３０】第３実施例の特徴は、面形状の改質室３内
に改質用触媒２を充填し、改質室３を燃焼用触媒層１９
に対して空気流路１０を介して対向配置し、改質反応を
促進させたことである。
【００３１】図３は、改質装置の第３実施例の断面図で
ある。面形状の改質室( 改質部) ３が、燃焼用触媒層１
９に対して空気流路１８を介して対向して配置される。
改質室３内には、改質用触媒２が充填される。
【００３２】この様な構成からなる改質装置の第３実施
例の動作に付いて説明する。燃焼用触媒層１９内で混合
される空気１０と燃料ガス６とが、酸化反応をおこし安
定した拡散触媒燃焼する。燃焼によって発生した燃焼排
ガス１２は、空気流路１８を通って、燃焼されなかった
空気１０と共に改質装置１外部に排出される。
【００３３】又、改質原料ガス１３は、改質室３に供給
され、改質される。改質された改質ガス１４は、改質室
３外部に排出される。この時の改質反応が起こるために
必要な熱は、燃焼排ガス１２の対流による熱伝達や燃焼
用触媒層１９からの輻射熱による。
【００３４】以上述べた様な改質装置の第３実施例で
は、燃料ガス６が燃焼用触媒層１９に分散して供給さ
れ、燃焼用触媒層１９内の所定の位置( 空気中の化学量
論量の酸素が燃焼用触媒層１９内で拡散する位置) で燃
料ガス６と空気１０とが混合されるため、気相酸化反応
が抑制される。そのため、局所的に燃焼ガス６の温度が
所望の温度以上に上昇することがない。そのため、燃焼
用触媒層１９の活性を長期間維持することが出来る。
【００３５】又、燃焼用触媒層１９内で空気１０と燃料
ガス６とが反応するため、空気１０と燃料ガス６とが直
接混合されることによって発生する燃焼が抑制出来、所
望の化学反応を発生させることができる。所望の化学反
応を発生させることにより、所定の温度以上に燃焼用触
媒層１９の温度が上昇せず、燃焼用触媒層１９が劣化す
ることなく長期間使用出来る。
【００３６】又、燃焼用触媒層１９内で拡散触媒燃焼が
発生することにより、化学反応による熱が改質原料ガス
の改質に必要な熱源となり改質反応を促進させている。
同時に、改質原料ガスから改質ガスを生成するために必
要な付属的な熱源を必要とせず、コスト低減と小型化に
寄与する。
【００３７】更に、改質室３内を流通する改質原料ガス
１３の流速を早くして改質ガス１４を生成し発電を行う
場合には、比較的高温である燃焼用触媒層１９からの輻
射熱や燃料排ガス１２の対流による熱伝達を利用するこ
とにより改質反応を促進させ発電効率を上げることが出
来る。
【００３８】又、改質原料ガス１３を同時に多量に改質
する場合には、面形状の改質室３を用いることで処理出
来る。又、改質室３が面形状であるため製作が容易であ
り、組み立ても簡単になる。
【００３９】次に、本発明の改質装置の第４実施例の構
成に付いて、図４を参照して説明する。第４実施例の特
徴は、燃焼用触媒層１９に供給される空気１０が、燃焼
用触媒層１９内に設けられた空気管２０を通って直接供
給され、空気１０と燃料ガス６との拡散触媒燃焼を効率
良くしたことである。
【００４０】図４は、改質装置の第４実施例の断面図で
ある。燃焼用触媒層１９内あるいはその表面に、断面が
円形状をした空気管２０を埋設あるいは植設する。空気
管２０の円周の一部は、空気１０が流出出来る様に欠切
されている。
【００４１】この様な構成からなる改質装置の第４実施
例の動作に付いて説明する。空気管２０から空気１０が
燃焼用触媒層に直接供給される。燃料ガス６は、燃料ガ
ス流路１７を通って、燃焼用触媒層に供給される。燃料
ガス６と空気１０とは、燃焼用触媒層内の空気１０( 具
体的には、化学量論量の酸素) が理論的に拡散される位
置で混合し、完全酸化反応を生起し、安定した拡散触媒
燃焼をおこす。
【００４２】燃焼後の燃焼排ガス１２は、燃焼用触媒層
を通過し燃焼用触媒層外に流出される。その後、燃焼排
ガス流路２１を通って改質装置１外部に排出される。以
上述べた様な改質装置の第４実施例では、燃料ガス６が
燃焼用触媒層１９に分散して供給され、燃焼用触媒層１
９内の所定の位置( 空気中の化学量論量の酸素が燃焼用
触媒層１９内で拡散する位置) で燃料ガス６と空気１０
とが混合されるため、気相酸化反応が抑制される。その
ため、局所的に燃焼ガス６の温度が所望の温度以上に上
昇することがない。そのため、燃焼用触媒層１９の活性
を長期間維持することが出来る。
【００４３】又、燃焼用触媒層１９内で空気１０と燃料
ガス６とが反応するため、空気１０と燃料ガス６とが直
接混合されることによって発生する燃焼が抑制出来、所
望の化学反応を発生させることができる。所望の化学反
応を発生させることにより、所定の温度以上に燃焼用触
媒層１９の温度が上昇せず、燃焼用触媒層１９が劣化す
ることなく長期間使用出来る。
【００４４】又、燃焼用触媒層１９内で拡散触媒燃焼が
発生することにより、化学反応による熱が改質原料ガス
の改質に必要な熱源となり改質反応を促進できる。同時
に、改質原料ガスから改質ガスを生成するために必要な
付属的な熱源を必要とせず、コスト低減と小型化に寄与
する。
【００４５】更に、空気１０が直接燃焼用触媒層１９内
に強制的に供給されるため、未反応のままで燃焼排ガス
１２と共に改質装置１外に排出されることがなくなる。
よって供給される空気１０が効率良く燃焼され燃焼効率
が向上し、単位体積当たりの発熱量が増加すると共に、
所望の量以上の空気１０を供給する必要がなくなりコス
ト低減が達成出来る。
【００４６】更に、改質管１６が燃焼用触媒層内に設け
られているため、拡散触媒燃焼によって発生する熱の伝
熱特性が良い。次に、本発明の改質装置の第５実施例の
構成に付いて、図５を参照して説明する。
【００４７】第５実施例の特徴は、燃焼用触媒層内に空
気管２０を設け、かつ改質室３を燃焼用触媒層に対して
燃焼排ガス流路２１を介して配置し、空気１０と燃料ガ
ス６との拡散触媒燃焼を効率良くし、改質反応を促進さ
せたことである。
【００４８】図５は、改質装置の第５実施例の断面図で
ある。燃焼用触媒層の表面に、断面が円形状をした空気
管２０を埋設あるいは植設する。空気管２０の円周の一
部は、空気１０が燃焼用触媒層内に流出出来る様に一部
が欠切されている。又、面形状の改質室３は、燃焼用触
媒層に対して燃焼排ガス流路２１を介して配置される。
改質室３の内部には、改質用触媒２が充填される。
【００４９】この様な構成からなる改質装置の第５実施
例の動作に付いて説明する。空気管２０から空気１０が
燃焼用触媒層に直接供給される。燃料ガス６は、燃料ガ
ス流路１７を通って、燃焼用触媒層に供給される。燃料
ガス６と空気１０とは、燃焼用触媒層内の空気１０( 具
体的には、化学量論量の酸素) が理論的に拡散される位
置で混合し、完全酸化反応を生起し、安定した拡散触媒
燃焼をおこす。燃焼後の燃焼排ガス１２は、燃焼用触媒
層を通過し燃焼用触媒層外に流出される。その後、燃焼
排ガス流路２１を通って改質装置１外部に排出される。
【００５０】又、改質原料ガス１３は、改質室３に供給
され改質室３を流通する過程で改質される。改質された
改質ガス１４は、改質室３外部に排出される。この時の
改質反応が起こるために必要な熱は、燃焼排ガス１２の
対流による改質室３への熱伝達や燃焼用触媒層１９から
の輻射熱による。
【００５１】以上述べた様な改質装置の第５実施例で
は、燃料ガス６が燃焼用触媒層１９に分散して供給さ
れ、燃焼用触媒層１９内の所定の位置( 空気中の化学量
論量の酸素が燃焼用触媒層１９内で拡散する位置) で燃
料ガス６と空気１０とが混合されるため、気相酸化反応
が抑制される。そのため、局所的に燃焼ガス６の温度が
所望の温度以上に上昇することがない。そのため、燃焼
用触媒層１９の活性を長期間維持することが出来る。
【００５２】又、燃焼用触媒層１９内で空気１０と燃料
ガス６とが反応するため、空気１０と燃料ガス６とが直
接混合されることによって発生する燃焼が抑制出来、所
望の化学反応を発生させることができる。所望の化学反
応を発生させることにより、所定の温度以上に燃焼用触
媒層１９の温度が上昇せず、燃焼用触媒層１９が劣化す
ることなく長期間使用出来る。
【００５３】又、燃焼用触媒層１９内で拡散触媒燃焼が
発生することにより、化学反応による熱が改質原料ガス
の改質に必要な熱源となり改質反応を促進できる。同時
に、改質原料ガスから改質ガスを生成するために必要な
付属的な熱源を必要とせず、コスト低減と小型化に寄与
する。
【００５４】更に、空気１０が直接燃焼用触媒層内に供
給されるため、未反応のままで燃焼排ガス１２と共に改
質装置１外に排出されることがなくなる。よって供給さ
れる空気１０が効率良く使用されると共に、所望の量以
上の空気１０を供給する必要がなくなりコスト低減が達
成出来る。
【００５５】更に、改質室３内を流通する改質原料ガス
１３の流速を早くして改質ガス１４を生成し発電を行う
場合には、比較的高温である燃焼用触媒層１９からの輻
射熱や燃料排ガス１２の対流による熱伝達を利用するこ
とにより改質反応を促進させ発電効率を上げることが出
来る。
【００５６】又、改質原料ガス１３を同時に多量に改質
する場合には、面形状の改質室３を用いることで処理出
来る。又、改質室３が面形状であるため製作が容易であ
り、組み立ても簡単になる。更に、供給される空気１０
が強制的に燃焼用触媒層１９に供給されるため、燃焼用
触媒層１９内で効率良く燃焼され燃焼効率が向上し、単
位体積当たりの発熱量が増加する。
【００５７】次に、本発明の燃料電池の第１実施例の構
成に付いて、図６を参照して説明する。図６は、燃料電
池の第１実施例の断面図である。
【００５８】燃料ガス６を貯蔵する燃料タンク３１と、
改質原料ガス１３を貯蔵する改質原料タンク３２とは、
改質装置１と配管によって接続され設けられる。改質装
置１は、燃焼用触媒が充填された平面状の多孔質体から
なる燃焼用触媒層１９が複数積層されてなる。隣接する
燃焼用触媒層１９の間には、燃料ガス６が流通する燃料
ガス流路１７と空気１０が流通する空気流路１８とが交
互に設けられる。また燃焼用触媒層１９内には、ニッケ
ルや白金等の改質用触媒が充填された改質管が設けられ
る。又、一対の燃焼用触媒層１９の一端には、空気１０
や燃料ガス６が漏れない様に密閉板が架設される。
【００５９】改質装置１から排出される改質ガス１４
は、改質装置１に接続される起電部３３に流入する。こ
の様な構成からなる燃料電池の第１実施例の動作に付い
て説明する。
【００６０】燃料タンク３１から供給された燃焼ガス６
は、燃料ガス流路１７を通り、燃焼用触媒層１９に拡散
しながら流入する。又図示しない空気タンクから供給さ
れた空気１０は、空気流路１８を通り、燃焼用触媒層１
９に拡散しながら流入する。流入した燃料ガス６と空気
１０とは、燃焼用触媒層１９に流れ込む方向が互いに反
対方向( 対向する方向) であるため、燃焼用触媒層１９
内で混合する。燃料ガス６と空気１０とが混合する位置
は、空気１０に含有される酸素が拡散可能な距離のこと
である。空気１０と燃料ガス６とは、混合により酸化反
応( 完全酸化反応) をおこして燃焼( 拡散触媒燃焼) す
る。燃焼によって発生した燃焼排ガス１２は、空気流路
１８を通り、燃焼に使用されなかった空気１０と共に改
質装置１外に排出される。
【００６１】又、拡散触媒燃焼によって発生する熱が改
質管１６に伝わり、改質管１６内を流通する改質原料ガ
ス１３を改質する。改質された改質ガス１４は、起電部
３３に送られる。起電部３３では、改質ガス１４を所定
の温度で化学反応させることにより、電気を発生させ、
取り出している。
【００６２】以上述べた様な燃料電池の第１実施例で
は、燃料ガス６が燃焼用触媒層１９に分散して供給さ
れ、燃焼用触媒層１９内の所定の位置( 空気中の化学量
論量の酸素が燃焼用触媒層１９内で拡散する位置) で燃
料ガス６と空気１０とが混合されるため、気相酸化反応
が抑制される。そのため、局所的に燃焼ガス６の温度が
所望の温度以上に上昇することがない。そのため、燃焼
用触媒層１９の活性を長期間維持することが出来る。
【００６３】又、燃焼用触媒層１９内で空気１０と燃料
ガス６とが反応するため、空気１０と燃料ガス６とが直
接混合されることによって発生する燃焼が抑制出来、所
望の化学反応を発生させることができる。所望の化学反
応を発生させることにより、所定の温度以上に燃焼用触
媒層１９の温度が上昇せず、燃焼用触媒層１９が劣化す
ることなく長期間使用出来る。
【００６４】又、燃焼用触媒層１９内で拡散触媒燃焼が
発生することにより、化学反応による熱が改質原料ガス
の改質に必要な熱源となり改質反応を促進させている。
同時に、改質原料ガスから改質ガスを生成するために必
要な付属的な熱源を必要とせず、コスト低減と小型化に
寄与する。
【００６５】更に、改質管が燃焼用触媒層内に設けられ
ているため、拡散触媒燃焼によって発生する熱の伝熱特
性が良い。又、改質装置１が長寿命となるために、燃料
電池自体も長期間安定して運転出来る。
【００６６】尚、本発明は上記実施例には限定されず、
その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施出来る事
は言うまでもない。例えば、空気管は円筒形状でなくと
も、少なくとも空気が流通すればどのような形状でも構
わない。
【００６７】
【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、燃料
ガスと空気とが混合され燃焼することによって発生する
局所的な温度上昇を抑制出来、燃焼用触媒の活性を長期
間維持出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の改質装置の第１実施例の断面図
【図２】 本発明の改質装置の第２実施例の断面図
【図３】 本発明の改質装置の第３実施例の断面図
【図４】 本発明の改質装置の第４実施例の断面図
【図５】 本発明の改質装置の第５実施例の断面図
【図６】 本発明の燃料電池の第１実施例の断面図
【図７】 従来の燃料電池の概略構成図
【図８】 従来の改質装置の分散燃料プレート形改質装
置の断面図
【符号の説明】 １ 改質装置 ２ 改質用触媒 ３ 改質室( 改質部) ４ 燃焼用触媒 ５ 燃焼室 ６ 燃料ガス ７ 燃料供給室 ８ 伝熱隔壁 ９ 燃料分散板 １０ 空気 １１ 孔 １２ 燃焼排ガス １３ 改質原料ガス １４ 改質ガス １５ 燃料電池本体 １６ 改質管( 改質部) １７ 燃料ガス流路( 燃料ガス流通部) １８ 空気流路( 酸化剤流通部) １９ 燃焼用触媒層( 燃焼用触媒部) 20 空気管 ２１ 燃焼排ガス流路 ３０ 密閉板( 架橋部) ３１ 燃料タンク ３２ 改質原料タンク ３３ 起電部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部に、酸化剤と燃料ガスとの化学反応に
    よって生じる熱をもって、改質原料ガスを改質して改質
    ガスを生成する改質部を具備し、酸化剤及び燃料ガスが
    流通可能な燃焼用触媒部と、前記燃焼用触媒部に酸化剤
    を供給する酸化剤流通部と、前記燃焼用触媒部に燃料ガ
    スを供給する燃料ガス流通部とからなり、前記燃焼用触
    媒部内で、酸化剤と燃料ガスとを対向して流通させるこ
    とを特徴とする改質装置。
  2. 【請求項２】酸化剤及び燃料ガスが流通可能な燃焼用触
    媒部と、前記燃焼用触媒部に酸化剤を供給する酸化剤流
    通部と、前記燃焼用触媒部に燃料ガスを供給する燃料ガ
    ス流通部と、前記酸化剤流通部に配置され、酸化剤と燃
    料ガスとの化学反応によって生じる熱をもって、改質原
    料ガスを改質して改質ガスを生成する改質部とからな
    り、前記燃焼用触媒部内で、酸化剤と燃料ガスとを対向
    して流通させることを特徴とする改質装置。
  3. 【請求項３】内部に、酸化剤と燃料ガスとの化学反応に
    よって生じる熱をもって、改質原料ガスを改質して改質
    ガスを生成する改質部を具備し、酸化剤及び燃料ガスが
    流通可能な燃焼用触媒部と、前記燃焼用触媒部内に形成
    され、前記燃焼用触媒部に酸化剤を供給する酸化剤流通
    部と、前記燃焼用触媒部に燃料ガスを供給する燃料ガス
    流通部とからなり、前記燃焼用触媒部内で、酸化剤と燃
    料ガスとを対向して流通させることを特徴とする改質装
    置。
  4. 【請求項４】酸化剤と燃料ガスとは、前記燃焼用触媒部
    を介して混合されることを特徴とする請求項１又は２又
    は３記載の改質装置。
  5. 【請求項５】隣接する一対の前記燃焼用触媒部の少なく
    とも一端を架橋部によって架設し密閉することを特徴と
    する請求項１記載の改質装置。
  6. 【請求項６】燃料ガスを貯蔵する燃料タンクと、改質原
    料ガスを貯蔵する改質原料タンクと、内部に、酸化剤と
    燃料ガスとの化学反応によって生じる熱をもって、改質
    原料ガスを改質して改質ガスにする改質部を具備し、酸
    化剤及び燃料ガスが流通可能な燃焼用触媒部と、前記燃
    焼用触媒部に酸化剤を供給する酸化剤流通部と、前記燃
    焼用触媒部に前記燃料タンクから供給された燃料ガスを
    供給する燃料ガス流通部とからなり、前記燃焼用触媒部
    内で、酸化剤と燃料ガスとを対向して流通させる改質装
    置と、前記改質装置から排出された改質ガスが流入さ
    れ、この改質ガスを所定の温度下で化学反応させること
    により電気を発生させる起電部とから構成されることを
    特徴とする燃料電池。
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