JPS58119166A - 燃料改質器内蔵型燃料電池装置 - Google Patents

燃料改質器内蔵型燃料電池装置

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Publication number
JPS58119166A
JPS58119166A JP57001751A JP175182A JPS58119166A JP S58119166 A JPS58119166 A JP S58119166A JP 57001751 A JP57001751 A JP 57001751A JP 175182 A JP175182 A JP 175182A JP S58119166 A JPS58119166 A JP S58119166A
Authority
JP
Japan
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fuel
reaction
fuel cell
temperature
oxidation
Prior art date
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Pending
Application number
JP57001751A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Kuramoto
倉本 仁
Masatsugu Yoshimori
吉森 正嗣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP57001751A priority Critical patent/JPS58119166A/ja
Publication of JPS58119166A publication Critical patent/JPS58119166A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • 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
    • 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
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は燃料電池に係シ%に燃料電池に使用する燃料を
生成するための改質反応器を燃料電池内に組み合わせた
燃料改質器内蔵型燃料電池装置に関する・ 発明の技術的背景とその問題点 従来は燃料電池に使用する燃料を生成するため石油、石
炭、天然ガス、アルコール等を水蒸気と共にスチームリ
ホーミング反応させH2とCO2に変換して燃料電池に
供給していた。すなわち、燃料電池とは別に改質反応器
を設置していた。この反応は大きな吸熱反応であり 6
00〜800℃、アルコールの場合は300℃〜500
℃の熱が必要となシ外部よシバーナーで加熱している。
また、燃料電池ではインプットしたH2及び02の化学
エネルギーを電気エネルギーに変換する際の効率が30
〜50%といわれておシ残シは熱として発生する◎従り
て前者の改質反応に供する熱としてこの燃料電池よシ発
生する熱を用いることができれば都合がよい◇ これに関する特許はたとえば%特開l855−1270
0号、特開昭56−91375号に記載されている。#
I1図及び第2図は、特開昭55−12700号公報に
記載されているものである。jllWAにおいて燃料電
池単セルlは7ノード2、電解液層3、及びカソード4
によりて構成されている。そして、WI4シ合わせO燃
料電池装置に1の閣は隔離板5によって隔離されている
@この隔離1[5は!s2図で示されるように一方の面
には、カソード4に酸化剤を供給する丸めの溝状の酸化
剤ガス流通路6が設けられまた、働方の爾には、アノー
ド2に燃料を供給する液形状の改質jス流過路7mが設
けられている。この改質ガス流通路71は隔離板5に波
形シート部材8をIILり付けてつくられる。また、こ
の波形シード部材8のアノードIiK接しない燃料ガス
流通路γbK#iリホー叱/グ触媒9(*とえば、CH
4等の炭水化物に訃いて#iNi系触媒、またアルコー
ルはGo−2flO等O触謀が用iられる。)が充填さ
れている。
このよう′&構成を持つ燃料電池装置Fi、アノード側
で必要とするH2を燃料ガス流通路7bi・ζ齢蕎いて
外部よ?)CH4等の炭水化物、またはアルコール等の
形で供給され九燃料から次の反応によって得ることかで
きる。
CnHm + H20−ncO+ (n +−F−)H
2−(1)この反応は大きな吸熱反応でsbメタンの場
合、次式で表わされ CH4+’2H20→co2+ 4H2−(2)とノD
反応の反応熱は39,433X10 kcal/kg=
mol必要である。また、メタノールの場合は次の反応
式で表わされCH3OH+H20→co、 + 3H2
−(3)この反応の反応熱は11J3X10 kcal
/kg−mol必要である。一方、燃料電池の発熱量か
らみれば、たとえば、0.22A101,0.6 Vの
出力をと夛出すとき、発熱量は電池の効率を45%とす
ると0.1613w10n”  となる。この時必要な
H2量は燃料、電池でのH2利用率を50%とすると1
37X10”moしm1n−であシこのH2量を得るた
めに必要なCH4,OH,OHの量はそれぞれ1/4.
1/3となシ、また反応熱は0.094護り。
0.0376−となる。従ってリホーミング反応に必要
な熱量は充分に燃料電池からの発熱量で充足できる。す
なわち、燃料(CH,等の炭水化物、アルコール)流1
0と改質ガス流11とは対向流となシ効皐曳く熱交換し
改質反応と同時に電池内部の冷却をも兼ねている・ しかし、このような燃料改質器内*m燃料電池は次の点
で大きな問題が生じる。すなわち燃料電池の起動、停止
、及び負荷変動における対処である。燃料改質器内1N
、W燃料電池の熱バランスは次式で表わされる。
(電池反応における発熱量A)=(燃料改質反応におけ
る吸熱量B)+(プロセスガスによる熱除去量C)+(
外部放熱量D)−(荀負荷と、これ等の熱量の関係を第
3図に示す。なシ、プロセスガスによる熱除去1cと外
部放熱量りは燃料電池の構造、及び使用条件によって大
きく変わるものである。この図から燃料電池内部の温度
を一定に保つために高負荷では電池反応における発熱量
がトータルの熱除去量よシ大きいためプロセスガスによ
る熱除去量を増やすかあるいは冷却プレートを挿入し水
冷により行なうかしなければならないOlた、無負荷及
び低負衡の場合はトータルの熱除去量が電池反応による
発熱量を超えている。したがってこの場合は、何等かの
方法で加熱する手段が必要でおる。また起f″ケ時では
、急速に電池内部の温度を立ち上げる必要がある。
しかし、前述の特許に記載されている燃料電池装置では
このような要望に答えることは不可能である。従って起
動時における昇温を急速に立ち上げまた、負荷変動にお
ける温度変化に敏速に対処し常に一定の作動温度に保持
することができる燃料改質器内蔵型燃料電池装置が切望
されている。
発明の目的 本発明は上記欠点を解決するために成されたもので起動
時における昇温を急速に立ち上げ、また負荷変動におけ
る温度変化に敏速に対処し常に一定の作動温度に保持す
ることができる燃料改質器内蔵型燃料電池装置を提供す
ることを目的とする。
発明の概要 本発明によれば、燃料(石油、石炭、天然ガス、アルコ
ール)を燃料電池内部に設けた燃料改質流通路7aに供
給する前に、燃料マrホールドを電池−二 マψホールド内(又は周辺)に設けその、中に酸化触媒
を充填し燃料中に空気を混入させこの触媒上で酸化反応
を行なわぜ、その時の発熱を利用し燃料電池の昇温及び
負荷変動における温度コントロールを燃料流量、空気流
量を調節して行なう。
発明の実施例 以下、図面を参照してこの発明4の一実施例を詳績に説
明する。@4図は燃料改質流通路7aに供給する前に燃
料に空気を混入させ酸化触媒上で酸化反応を行なわせる
ようにした燃料改質器内y!型燃料電池の概略図である
。燃料+空気は燃料供給口10によシ供給され燃料−t
/ホールド11に入る。
ここで、酸化触媒12 (P t/Rh等)上で次の反
応式による反応が生じる。たとえばメタンの場合CH4
+ 02−+ Cog + 2H2(5)こ℃反応上火
きな発熱反応である。燃料マIホールドにおいて空気中
の酸素は全量(5)式の反応によって消費される。この
ようにして加熱された燃料のアノード2に供給され電池
反応を生じさせる。
残りの使用済改質ガスは出ロマjホールド13に集めら
れ排出管14によシ排出される。
従ってこのような構造を持つ燃料電池装置は、燃料ガス
を加熱する工程と、燃料ガスを改質する工程、及び電気
化学的反応を行なう工程の三段階の反応による工程から
成っている。すなわち、(4)式に示した熱バランスは
次のようになる。
(電池反応における発熱量)+(#化反応における発熱
量)=(熱料改質反応における吸熱量)+(プロセスガ
スによる熱除去量)+(外部放熱量) −(6) 従って第3図において、斜線部分の熱不足分は、酸化反
応における発熱量によって充・足することにより負荷が
変動しても常に一定の温度を保持することが可能となる
。また、この酸化反応による発熱量は起動時の昇温にも
有効に作用する。
第5図は、この燃料改質器内蔵製燃料電池の運転方法を
表わしたフロースキームを示す。燃料は流量調節弁15
によって調節され流量計16を介して燃料電池Cのアノ
ード側へ供給される。また、この燃料ライン17に酸化
剤を混入させるために、酸化剤ライン18から燃料ライ
ン17とを分岐ライン19によりて連結されている0こ
の分岐ライン中には酸化剤の混入量を−節す石ための流
量調節弁2Gが設けられている0酸化剤が混゛大した燃
料は、式 燃料電池C内部に供給され前述の(5犀よる酸化反応(
2)式による改質反応及び電池反応が行なわれ廃棄され
る。この7g−スキームにおいて電池内sの温度コント
ロールは燃料電池C内部の代表温度21よシ熱電対等の
温度センサで電気信号で検出しこの信号をもとに演算器
Bを介して設定温度(繰作温度)よシ低い場合は酸化剤
°供給量を増加させまえ高い場合は減少させるようにノ
シルブ20をコントロールすることによって行なう。次
に燃料の供給量は次式で決められる。
(燃料供給量)=(負荷よシ計算によって求められる必
要量)十(酸化剤を全量燃焼させるに必要な量)  −
(7; 従って演算器ムは負荷と酸化剤供給量(演算器Bからの
信号)を電気信号として入力しそれに必要な燃料流量を
計算によって求め、その値と実際の流量値(流量針16
からの信号)とを比較しそれより少ない場合は増加させ
るようにまた、多い場合は減少させるように流量調節弁
15をコントロールする。起動時は、負荷は零であるた
め燃料は全て酸化剤と供に燃焼反応に用いられる。
発明の効果 以上の構成をとることによシ起動時における昇温か急速
に行なうことが出来、負荷変動による温度変化に敏速に
対処出来、常に一定の作動温度に保持することが出来る
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の燃料改質器内蔵製燃料電池装置の概略を
示す縦断面図、第2図は第1図に用いられる隔離板を示
す斜視図、第3図は燃料電池における負荷変動したとき
の発熱及び熱除去量の熱パラメスを説明する為に示した
特性図、第4図は本発明に係る燃料電池装置の一実施例
の概略を示す縦断面図、第5図は本発明に係る燃料電池
装置を運転するための70−スキームを表わす流れ図で
ある。 ニ アb・・・燃料ガス流通路、11・・・燃料マtホール
ド12・・・酸化触媒、    A−B・・・演算器。 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃料改質器を内蔵した燃料電池装置において燃料
    改質流通路に供給する前に、燃料にm牝剤を混入させ酸
    化反応を生じさせる酸化触媒を充填しニ た燃料マtホールドを備えたことを特徴とする燃料改質
    器内蔵型燃料電池装置。 (匂燃料電池内部の温度を検出しこの信号を用いて燃料
    に混入させる酸化剤供給量をコントロールする4演算器
    と燃料電池の負荷と燃料に混入させた酸化剤供給量とか
    ら燃料の必要流量を計算し燃料流量をコントロールする
    演算器とを有したことを特徴とする特許請求の範S第1
    項記載の燃料改質器内蔵型燃料電池装置〇
JP57001751A 1982-01-11 1982-01-11 燃料改質器内蔵型燃料電池装置 Pending JPS58119166A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61193372A (ja) * 1985-02-20 1986-08-27 Mitsubishi Electric Corp 内部改質形燃料電池
US4755439A (en) * 1987-03-25 1988-07-05 International Fuel Cells Corporation Fuel cell configuration for contaminated fuel gases and method of using the same
US4877693A (en) * 1985-12-23 1989-10-31 Energy Research Corporation Fuel cell apparatus for internal reforming
US6135402A (en) * 1997-02-17 2000-10-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Device for fitting outdoor unit of separate type air conditioner
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JP2008257939A (ja) * 2007-04-03 2008-10-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック構造体

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