JPS60241672A - 燃料電池用燃料改質装置 - Google Patents
燃料電池用燃料改質装置Info
- Publication number
- JPS60241672A JPS60241672A JP59096488A JP9648884A JPS60241672A JP S60241672 A JPS60241672 A JP S60241672A JP 59096488 A JP59096488 A JP 59096488A JP 9648884 A JP9648884 A JP 9648884A JP S60241672 A JPS60241672 A JP S60241672A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction tube
- fuel
- reaction
- heat
- reformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、メタン、プロパン等の炭化水素を燃料とする
水蒸気改質装置に係り、特に５反応部に良好に熱を伝え
る反応管を設けた燃料改質装置に関する。
水蒸気改質装置に係り、特に５反応部に良好に熱を伝え
る反応管を設けた燃料改質装置に関する。
炭化水素の水蒸気改質を行なう燃料改質装置は、吸熱反
応装置であるため、反応を効率的に進行させるには、い
かに良く熱を改質触媒に伝えるかが問題となる。燃料電
池用燃料改質装置は、それが発電システムの一部として
使用されるため、構成単位としてコンパクト化に対する
要求も大きくなる。
応装置であるため、反応を効率的に進行させるには、い
かに良く熱を改質触媒に伝えるかが問題となる。燃料電
池用燃料改質装置は、それが発電システムの一部として
使用されるため、構成単位としてコンパクト化に対する
要求も大きくなる。
これらの課題を解決するために、改良した反応装置は、
公開特許公報昭５３−７９７６７ 、昭５３−７９７６
８ 、特許公報昭５７−７５３８などによって開示され
てきた。その例を第１図に示すにれは、断熱壁１で囲ま
れた容器内に複数本の反応管３とバーナ２が配置された
ものである。改質触媒５は、反応管３と内管４の間に充
てんされている。改質用原料ガスは供給管８から供給さ
れ、排気管７から改質ガスとして放出される。加熱用燃
料は、供給管１０．１１より供給され、反応管を加熱し
た燃焼ガスは、排気管７から排出される。この間、反応
管内の改質触媒は、バーナからの直接放射と燃焼ガスの
顕熱を利用した伝熱粒子６からの伝熱により加熱される
。また、改質触媒は、、触媒層を出た改質ガスの顕熱に
より、内管を通して内部からも加熱されるようになって
いる。
公開特許公報昭５３−７９７６７ 、昭５３−７９７６
８ 、特許公報昭５７−７５３８などによって開示され
てきた。その例を第１図に示すにれは、断熱壁１で囲ま
れた容器内に複数本の反応管３とバーナ２が配置された
ものである。改質触媒５は、反応管３と内管４の間に充
てんされている。改質用原料ガスは供給管８から供給さ
れ、排気管７から改質ガスとして放出される。加熱用燃
料は、供給管１０．１１より供給され、反応管を加熱し
た燃焼ガスは、排気管７から排出される。この間、反応
管内の改質触媒は、バーナからの直接放射と燃焼ガスの
顕熱を利用した伝熱粒子６からの伝熱により加熱される
。また、改質触媒は、、触媒層を出た改質ガスの顕熱に
より、内管を通して内部からも加熱されるようになって
いる。
このような従来装置は、伝熱現象をたくみに利用したも
のとなっているが、現在、その効果は限界に達しており
、反応管を通した伝熱量の増大には、伝熱面積の確保が
必要となる。このため、大容量化に対しては、管長を長
く、又は、管径を大きくすることしかなく、コンパクト
化に対して相反する結果となるという欠点があった。
のとなっているが、現在、その効果は限界に達しており
、反応管を通した伝熱量の増大には、伝熱面積の確保が
必要となる。このため、大容量化に対しては、管長を長
く、又は、管径を大きくすることしかなく、コンパクト
化に対して相反する結果となるという欠点があった。
本発明の目的は、高い伝熱性能をもつ反応管を使用した
、コンパクトで容量の大きい高性能な燃料電池用燃料改
質装置を提供するにある。
、コンパクトで容量の大きい高性能な燃料電池用燃料改
質装置を提供するにある。
加熱用バーナで発生した高温燃焼ガスの顕熱を効率良く
改質触媒層に伝達し、コンパクト化可能な燃料電池用燃
料改質装置とするため、本発明では、反応管の内面及び
外面にそれぞれ柱状の突起を設ける。
改質触媒層に伝達し、コンパクト化可能な燃料電池用燃
料改質装置とするため、本発明では、反応管の内面及び
外面にそれぞれ柱状の突起を設ける。
以下、本発明の一実施例を第２図及び第３図により説明
する。
する。
第２図は、本発明の改質装置の実施例の断面概略図であ
り、第３図は、本発明のフィン付反応管の拡大断面図で
ある。
り、第３図は、本発明のフィン付反応管の拡大断面図で
ある。
第２図は、触媒燃焼バーナ方式による燃料電池用燃料改
質装置の一実施例である。改質用原料ガスの出入りする
ヘッダ一部Ａと、反応管を内部にもち、改質反応を行な
う改質反応部Ｂと、反応管加熱用の高温燃焼ガスを得る
触媒バーナ部Ｃから構成される。ヘッダ一部には、改質
原料の供給管８と改質ガスを取り出すための排出管９が
取付けられており、改質プロセスにおけるガスの出入口
となっている。また、本装置では、反応管の支持部でも
ある改質反応部Ｂはヘッダ一部より挿入された反応管３
と断熱壁１からなり、反応管を加熱する燃焼ガスの流路
には、伝熱粒子６が充てんされている。改質触媒は反応
管３と改質ガスの戻り流路となる内管４の間に充てんさ
れている。これら改質触媒を加熱するための燃焼ガスは
、触媒燃焼バーナ部Ｃで発生する高温燃焼ガスを使用す
る。
質装置の一実施例である。改質用原料ガスの出入りする
ヘッダ一部Ａと、反応管を内部にもち、改質反応を行な
う改質反応部Ｂと、反応管加熱用の高温燃焼ガスを得る
触媒バーナ部Ｃから構成される。ヘッダ一部には、改質
原料の供給管８と改質ガスを取り出すための排出管９が
取付けられており、改質プロセスにおけるガスの出入口
となっている。また、本装置では、反応管の支持部でも
ある改質反応部Ｂはヘッダ一部より挿入された反応管３
と断熱壁１からなり、反応管を加熱する燃焼ガスの流路
には、伝熱粒子６が充てんされている。改質触媒は反応
管３と改質ガスの戻り流路となる内管４の間に充てんさ
れている。これら改質触媒を加熱するための燃焼ガスは
、触媒燃焼バーナ部Ｃで発生する高温燃焼ガスを使用す
る。
触媒燃焼バーナは、燃焼触媒２とそこに燃料及び空気を
供給する供給管１０．１１からなる。ここで、反応管３
には、突起フィンを設ける。この反応管の詳細な構造を
第３図に示す６本例におれるフィンの形状はダイヤモン
ド形状の角柱型のフィンであり、千鳥型配列で、反応管
の主要伝熱部に配置されている。このフィンは１反応管
の内面及び外面に付いており、本例では内外面の同じ位
置に取りつけた場合の例である。第４図は第３図におけ
るＩＶ−ＩＶ断面を示す。次に、その動作例を、５０ｋ
Ｗ相当の燃料電池に使用した場合に例をとって説明する
。
供給する供給管１０．１１からなる。ここで、反応管３
には、突起フィンを設ける。この反応管の詳細な構造を
第３図に示す６本例におれるフィンの形状はダイヤモン
ド形状の角柱型のフィンであり、千鳥型配列で、反応管
の主要伝熱部に配置されている。このフィンは１反応管
の内面及び外面に付いており、本例では内外面の同じ位
置に取りつけた場合の例である。第４図は第３図におけ
るＩＶ−ＩＶ断面を示す。次に、その動作例を、５０ｋ
Ｗ相当の燃料電池に使用した場合に例をとって説明する
。
装置の主要部となる反応管は、遠心鋳造によって作られ
た厚肉管を機械加工によって第３図に示すフィン付反応
管としたものであり、フィンなし部の外径は２４０閣、
内径は２２０ｍｍ、肉厚は１０ｍである。フィンは、千
鳥型配列になっており、円周方向に二十四枚並べられた
ものが長さ方向にピンチ３０ＩＩａｌとなるように切り
出し加工されている。フィンの高さは、外側で３０１１
１１Ｉ、内側で２０ｍ５である。改質触媒は、この内側
のフィンは内管（外径１４０ｍ）のすき間に均一に充て
んできるようにφ５×５ｍのペレット状のものを使用す
る。触媒層容積は約３５ｆｌである。また、反応管周囲
には、直径約５閣のアルミナ球を伝熱粒子として充てん
している。このようにして構成されたフィン付反応管の
伝熱面積は、外表面で４．５ｒｒｒ。
た厚肉管を機械加工によって第３図に示すフィン付反応
管としたものであり、フィンなし部の外径は２４０閣、
内径は２２０ｍｍ、肉厚は１０ｍである。フィンは、千
鳥型配列になっており、円周方向に二十四枚並べられた
ものが長さ方向にピンチ３０ＩＩａｌとなるように切り
出し加工されている。フィンの高さは、外側で３０１１
１１Ｉ、内側で２０ｍ５である。改質触媒は、この内側
のフィンは内管（外径１４０ｍ）のすき間に均一に充て
んできるようにφ５×５ｍのペレット状のものを使用す
る。触媒層容積は約３５ｆｌである。また、反応管周囲
には、直径約５閣のアルミナ球を伝熱粒子として充てん
している。このようにして構成されたフィン付反応管の
伝熱面積は、外表面で４．５ｒｒｒ。
内表面３．０耐となり、同径の反応管を使用した場合の
約三倍の伝熱面積をもつ。このような反応管で構成され
た改質装置は、約１３Ｎｒｄ／ｈのメタンと５５ＮｒＩ
０ｒ／ｈの水蒸気を混合したものを原料ガスとし、原料
供給管８からヘッダ一部に供給され、反応管内の触媒層
へと導かれる。このとき、入口の原料ガス温度は約３５
０℃である。触媒層に入った原料ガスは、反応管周囲の
高温燃焼ガスから反応管を介した伝熱により加熱され、
温度の上昇と共に改質反応が進み、触媒層出口では約８
００℃の改質ガスとなる。この段階で生成水素量は最大
となり、およそ、４ＯＮｒｒｒ／ｈの水素を発生する。
約三倍の伝熱面積をもつ。このような反応管で構成され
た改質装置は、約１３Ｎｒｄ／ｈのメタンと５５ＮｒＩ
０ｒ／ｈの水蒸気を混合したものを原料ガスとし、原料
供給管８からヘッダ一部に供給され、反応管内の触媒層
へと導かれる。このとき、入口の原料ガス温度は約３５
０℃である。触媒層に入った原料ガスは、反応管周囲の
高温燃焼ガスから反応管を介した伝熱により加熱され、
温度の上昇と共に改質反応が進み、触媒層出口では約８
００℃の改質ガスとなる。この段階で生成水素量は最大
となり、およそ、４ＯＮｒｒｒ／ｈの水素を発生する。
触媒層を出た改質ガスは内管を通り。
原料ガスと逆方向に流れ、原料ガスと熱交換しながら改
質ガス排気管９に導かれ、そこから燃料電池系へ送られ
る。
質ガス排気管９に導かれ、そこから燃料電池系へ送られ
る。
一方、原料を加熱するための燃料は、電池正極から排出
される水素を含んだアノード排ガスであり、また、発熱
量の不足分には補助メタンを使用する。燃焼用空気には
、主に電池負極から排出されるカソード排空気を使用し
、これは、補助メタンと予混合して酸素大過乗の状態で
供給される。
される水素を含んだアノード排ガスであり、また、発熱
量の不足分には補助メタンを使用する。燃焼用空気には
、主に電池負極から排出されるカソード排空気を使用し
、これは、補助メタンと予混合して酸素大過乗の状態で
供給される。
余剰酸素はアノード排ガスを燃焼するために使用される
。これらの燃料は、それぞれ、燃料供給管１０．１１か
ら触媒バーナ部Ｃに供給される。供給された燃料は、燃
焼触媒１２の存在下で燃焼され、約１０００℃ないし１
２００℃の燃焼ガスが得られる。
。これらの燃料は、それぞれ、燃料供給管１０．１１か
ら触媒バーナ部Ｃに供給される。供給された燃料は、燃
焼触媒１２の存在下で燃焼され、約１０００℃ないし１
２００℃の燃焼ガスが得られる。
この燃焼ガス量はおよそ２３ＯＮｙｄ／ｈであり。
約０．７ ｍ ／ ｓの平均流速で反応管周囲の伝熱粒
子の間を流れる。この間、燃焼ガスは１反応管に熱を与
え、約６５６℃で燃焼ガス排出管７から外へ排気される
。
子の間を流れる。この間、燃焼ガスは１反応管に熱を与
え、約６５６℃で燃焼ガス排出管７から外へ排気される
。
このように本装置が燃料改質装置として機能を十分発揮
するためには、燃焼ガスから改質触媒への伝熱が良好に
行なわれなければならない。そのため、本装置では、突
起フィンを反応管の内、外面に設けてその効果を高める
ようにした。本実施例によると、同径の反応管を用いた
場合の約倍となるため、装置がコンパクトにできる。ま
た、伝熱面積が大きいので、反応管一本当りの容量を大
きくとれる。例えば、本実施例と同じ容量のものを従来
型の反応管を使用すると、伝熱面積確保のために、直径
の小さな管を多数使用しなければならず今度は、伝熱よ
りもガスの偏流、分配などが問題となって来る。さらに
、本実施例によれば、主要伝熱面の表面に、突起がある
ため、反応管内、外面を流れる原料ガス及び燃焼ガスの
管壁付近の流れを乱し、熱伝達率そのものを向上させる
効果もある。また、改質触媒層では、突起フィンのため
に反応管からの熱が触媒層内部で直接伝達されるため、
触媒層内の温分布が均一になりやすく、また、ガス流れ
を乱すための壁面でのスリップを少なくした高転化率の
反応を行なうことができる６〔発明の効果〕 本発明によれば、反応管の伝熱面積を従来の数倍大きく
とれるので装置をコンパクト化することができる。また
、反応管周囲のガスが乱流となり、熱伝達率があがる。
するためには、燃焼ガスから改質触媒への伝熱が良好に
行なわれなければならない。そのため、本装置では、突
起フィンを反応管の内、外面に設けてその効果を高める
ようにした。本実施例によると、同径の反応管を用いた
場合の約倍となるため、装置がコンパクトにできる。ま
た、伝熱面積が大きいので、反応管一本当りの容量を大
きくとれる。例えば、本実施例と同じ容量のものを従来
型の反応管を使用すると、伝熱面積確保のために、直径
の小さな管を多数使用しなければならず今度は、伝熱よ
りもガスの偏流、分配などが問題となって来る。さらに
、本実施例によれば、主要伝熱面の表面に、突起がある
ため、反応管内、外面を流れる原料ガス及び燃焼ガスの
管壁付近の流れを乱し、熱伝達率そのものを向上させる
効果もある。また、改質触媒層では、突起フィンのため
に反応管からの熱が触媒層内部で直接伝達されるため、
触媒層内の温分布が均一になりやすく、また、ガス流れ
を乱すための壁面でのスリップを少なくした高転化率の
反応を行なうことができる６〔発明の効果〕 本発明によれば、反応管の伝熱面積を従来の数倍大きく
とれるので装置をコンパクト化することができる。また
、反応管周囲のガスが乱流となり、熱伝達率があがる。
さらに、改質触媒層の原料ガスの混合が良くなり、スリ
ップするガス量が少なくなり、転化率の高い改質ガスが
得られる。
ップするガス量が少なくなり、転化率の高い改質ガスが
得られる。
第１図は従来の燃料電池用燃料改質装置の断面図、第２
図は本発明による改質装置の一実施例の断面図、第３図
は本発明の反応管の部分断面図。 第４図は第３図の反応管の断面図である。 ■・・・断熱壁、２・・・バーナ、３・・・反応管、４
・・内管、７・・・燃焼ガス排気管、８・・・原料供給
管、９・・・改質ガス排気管、１０．１１・・・燃料供
給管、１３・・・突起フィン。 代理人 弁理士 高橋明夫 第１０ 第２口 ÷
図は本発明による改質装置の一実施例の断面図、第３図
は本発明の反応管の部分断面図。 第４図は第３図の反応管の断面図である。 ■・・・断熱壁、２・・・バーナ、３・・・反応管、４
・・内管、７・・・燃焼ガス排気管、８・・・原料供給
管、９・・・改質ガス排気管、１０．１１・・・燃料供
給管、１３・・・突起フィン。 代理人 弁理士 高橋明夫 第１０ 第２口 ÷
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、炭化水素を水蒸気で改良する反応装置において、 反応管の内面および外面に柱状の突起を設けたことを特
徴とする燃料電池用燃料改質装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 外面の前記柱状突起は遠心寿造により、内面の前条柱状
突起は機械加工により、それぞれ、設けたことを特徴と
する燃料電池用燃料改質装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 引抜き加工により内、外面に凹凸を形成し、柱状突起を
設けた反応管を設けたことを特徴とする燃料電池用燃料
改質装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記反応管の周囲
および内部に充てん物を配置したことを特徴とする燃料
電池用燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59096488A JPS60241672A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 燃料電池用燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59096488A JPS60241672A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 燃料電池用燃料改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60241672A true JPS60241672A (ja) | 1985-11-30 |
Family
ID=14166456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59096488A Pending JPS60241672A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 燃料電池用燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60241672A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992010009A2 (en) * | 1990-11-23 | 1992-06-11 | Vickers Shipbuilding And Engineering Limited | Application of fuel cells to power generation systems |
-
1984
- 1984-05-16 JP JP59096488A patent/JPS60241672A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992010009A2 (en) * | 1990-11-23 | 1992-06-11 | Vickers Shipbuilding And Engineering Limited | Application of fuel cells to power generation systems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6932958B2 (en) | Simplified three-stage fuel processor | |
| TW200531339A (en) | Reformer | |
| WO2007018992A2 (en) | Recuperative reforming reactor | |
| JPS63162503A (ja) | ガスの製造装置 | |
| JPH10502213A (ja) | 燃料電池式発電プラント用炉 | |
| JPS61106401A (ja) | 改質装置 | |
| JPH08283002A (ja) | 燃料改質装置 | |
| JP5163147B2 (ja) | 熱交換器及び複合型燃料反応器 | |
| JP2646101B2 (ja) | 燃料改質装置 | |
| JPS60241672A (ja) | 燃料電池用燃料改質装置 | |
| JP3432298B2 (ja) | 燃料改質装置 | |
| JPH01264903A (ja) | 炭化水素の改質装置 | |
| JP3842352B2 (ja) | 燃料改質器 | |
| JP2601707B2 (ja) | 触媒反応装置 | |
| JP2004175580A (ja) | 水蒸気改質装置 | |
| JP2733307B2 (ja) | 改質ガス製造装置および方法 | |
| JP2004137116A (ja) | 改質装置 | |
| JP2718876B2 (ja) | 燃料改質装置 | |
| CN214360254U (zh) | 一种天然气重整器 | |
| JPH0230601A (ja) | メタノール改質装置 | |
| JPH0611641B2 (ja) | メタノール改質器 | |
| JPH08208203A (ja) | 燃料改質器 | |
| JPH0329723B2 (ja) | ||
| JP2733308B2 (ja) | 水素を主成分とする改質ガスを製造する装置および方法 | |
| JP2004262691A (ja) | 燃料用改質器 |