JPS62108704A - 燃料電池用の燃料改質装置 - Google Patents

燃料電池用の燃料改質装置

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JPS62108704A
JPS62108704A JP60249426A JP24942685A JPS62108704A JP S62108704 A JPS62108704 A JP S62108704A JP 60249426 A JP60249426 A JP 60249426A JP 24942685 A JP24942685 A JP 24942685A JP S62108704 A JPS62108704 A JP S62108704A
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JP
Japan
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gas
fuel
vaporizer
fuel cell
gasified
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Pending
Application number
JP60249426A
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English (en)
Inventor
Asatsuru Umemoto
梅本 真鶴
Hiroshi Yoshioka
浩 吉岡
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62108704A publication Critical patent/JPS62108704A/ja
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    • 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
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01BBOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • 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

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、燃料電池発電システムに組み込んでアルコ
ール等の液内原料を水素リッチなガスに改質して燃料電
池本体のアノードへ供給するようにした燃料電池用の燃
料改質装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
アルコール等を原料として燃料電池へ燃料ガスを供給す
るには、前記アルコール等の液体原料をガス化した上で
さらに水素リッチなガスに改質することが必要であり、
このために燃料電池発電システムには燃料改質装置が組
み込まれている。ここで前記のようにアルコール等を物
科ガスの原料とした燃料電池の発電システムの一般構成
を第2図に示す。図においそ、1は燃料電池本体、2は
アルコール等のl張体原料を収容した原料タンクであり
、該原料タンク2と燃料電池本体1のアノード側との間
を結ぶ燃料供給系3にはこの発明の対象となる燃料改質
装置4が介挿設置されている。
なお5は燃料′心電のカンード1μm1に酸化剤ガスと
しての空気を供給する空気供給系、6は燃料電池本体冷
却用の空気を送り込む冷却空気供給系である。
ここで前記の燃料改質装置4は、火焔バーナ7を装備し
た炉体としてなる本体容器8に対し、該容器内の燃焼室
には外部から供給されたアルコール等の液体原料をガス
化する気化器9と、および該気化器9を経てガス化され
た原料ガスを触媒との接触反応により水素リッチなガス
に改質する改質反応器lOとを内蔵して構成されている
。ここで気化器9の構造は1図示のように本体容器8の
底部側から引き込んだパイプをv、g8m内で上方に向
けて蛇行状に配管した後に再び室内下方へUターンさせ
、図示されてない原料ガスマニホールドを経て後段の改
質反応器10へ接続するようにした構成となっている。
かかる構成において、運転時には燃料電池本体1のアノ
ード側から排出されるオフガスと空気ブロア1】により
吸気された燃焼空気とが一緒にバーナ7で燃焼され、燃
焼室内に配備された前記の気化器9および改質反応器l
Oを加熱する。一方、アルコール等の液体原料は原料タ
ンク2より送液ポンプ12を経て気化器9に送り込まれ
、気化器9内でガス化された後に改質反応器10内で水
素リッチなガスに改質されて燃料電池本体1のアノード
1則に供給される。
一方、燃料電池の運転に際しては、燃料電池本体1へ供
給する反応ガスとの空気および燃料ガスとの供給圧力を
一定に保持してバランスを図ることが燃料電池の寿命低
下を防止する上で極めて重要である。このために燃料ガ
ス供給系では燃料改質装置を通じて燃料電池本体へ送出
する燃料ガスの供給圧力を常に一定値に保持する必要が
ある。
しかしながら前記した従来構成の燃料改質装置のままで
は、運転時に改質装置で得られる改質ガス圧力が第4図
に示すように時間軸に対して大幅に変動する現象が見ら
れ、このことが燃料電池本体1における燃料l!llの
圧力変動の大きな原因となっている。このために従来で
は第2図において燃料改質装置4の出口側と燃料電池本
体1との間に符号13 テ示すバッファタンク、あるい
は絞りを使用した圧力調整弁等としてなる圧力変動防止
手段を介装し、燃料電池本体1に供給する燃料ガスの供
給圧力の変動を小さく抑える方法が採用されている。し
かして圧力変動防止手段13としてバッファタンクを設
けた前者の方式ではそのタンク容積が大となり、特に車
両動力用として車両に搭載した小容量の燃料電池発電シ
ステムでは設備が大形化する。また絞りとしての圧力y
4整弁を介装した後者の方式では改質装置4に内蔵した
改質反応器の内部圧を大幅に高めることになって耐圧性
の面で好ましくない等の欠点がある。
かかる観点から、本発明者は燃料改質装置自身での改質
ガス圧力変動防止策を見い出すべく、まず改質ガスの圧
力変動の原因に付いてその原因究明を行った結果、改質
装置内部で発生する改質ガスの圧力変動の原因が決起の
ように気化器内部における原料の気化過程の挙動に原因
があるとの結論に達した。すなわち第2図のように本体
容器8に対してその底部側から引き込んだ気化器9のパ
イプを燃焼室内で蛇行配管し、このパイプ内へ向けて送
液ポンプ12により液体原料を押し込み供給することに
よりそのパイプ内通流過程で液体原料を気化して原料ガ
スに変えるようにした従来の気化器9では、その配管パ
イプの人口側から出口側に至る間で液体原料は第3図T
al〜(glのような経緯をたどってガス化して後段の
改質反応器10へ送出される。すなわち気化器の入口側
では(atのように液単相流としてパイプ内を満たして
流れる液体原料りは、燃焼加熱により液体原料が熱を受
けてパイプの壁面近傍では沸騰して液体の一部がガス化
し始め、(b)のように液体内に気泡Gとなって液体り
に混在するようになり、さらにガス化が進行して(cl
の1ラグ流、(d)のスラグ流、(elの環状流、げ)
の噴霧流を経て最終的に(glのガス単相流となって気
化器から流出する。このように気化器の配管パイプの通
路内部では(al 、 (glの単相流と、(bl〜げ
)のように液体とガスとが混在する二相流との領域が存
在する。しかも4に(cl 、 (diで示したプラグ
流。
スラグ流の領域は気化情熱による局部的な温度低下等が
原因でその領域がパイプ内部で絶えず変動し、このため
に気化器全体としての質量流量が時間的に大きく変化し
てこのことが改質装置から出る改質ガスの大幅な圧力変
動の原因となる。
〔発明の目的〕
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、前
記した従来の燃料改質装置における欠点を除去し、従来
のような単純な絞り、パ、ファタンク等の特別な手段を
使用することなく改質装置から送出される改質ガスの圧
力変動を小さく抑えられるようにした燃料改質装置を提
供することを目的とする。
〔発明の要点〕
上記目的を達成するために、この発明は液体燃料を気化
させる気化器内に金属小片等からなる熱容量の大きな熱
粒子の充填層を設け、この熱粒子充填層の持つ大きな熱
容量により局部的な気化器の温度低下を防止し、また熱
粒子の邪魔板作用により前述したプラグ流やスラグ流を
なくして、気化器内における気化領域を安定化させて燃
料電池へ供給する燃料ガスの圧力変動を大幅に減少させ
るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の実施例による燃料改質装置の構成を
示すものであり、第2図と対応する部材には同一符号が
付しである。すなわち炉容器8の上部中央にはバーナ7
が設置され、その下方に中仕切壁16で仕切られた燃焼
室8aが画成されている。また燃焼室8aは下端側で中
仕切壁16の外周側に画成された室に通じ、さらに該室
の上部が燃焼排ガスマニホールド15を経て煙突へ通じ
る排気管21に連通している。なおバーナ7には燃料電
池のオフガス供給管加、および燃焼用空気供給管乙が配
管接続されている。一方、前記の燃焼室8aの下部領域
には金属パイプを螺旋状に巻装してなる気化器9か配置
され、かつこの気化器9内には熱容量の大きな金属小片
等の熱粒子19が装填されている。この気化器90入口
は液体燃料供給管14に接続され、出口がリング状の燃
料ガスマニホールド15に接続されている。また燃料ガ
スマニホールド150周上に接続して金属パイプ内に改
質触媒17を充填した複数本の改質器10が燃焼室8a
の外周に配備されており、かつ各改質器10はその上端
テ改質ガスマニホールドスを介して燃料電池へ通じる改
質ガス供給管19に接続されている。
上記の構成で、バーナ7で燃焼した燃焼ガスは、鎖線矢
印Gのように燃焼室8a内を下降して熱粒子19および
気化器9と熱交換した後に室内の下端側から中仕切壁1
6の外周室に回り込み、ここから上昇する過程で改質器
10と熱交換し、その排ガスがマニホールド15を経て
排気管21より糸外に排気される。一方、液体燃料は矢
印Fのように液体燃料供給1f14を通じて気化器9へ
導入され、ここでガス化した後にマニホールド15を経
由して改質器10に入る。改質器10内ではガス化され
た燃料ガスが高温下で触媒17との接触による改質反応
で水素り、テな改質ガスに変わり、マニホールドムより
改質ガス供給管19を経て燃料電池本体へ送出される。
。 ここで気化器9は前記のように熱容5tの大きな金属小
片の熱粒子19をその内部に装填されている。
したがって熱粒子充J04鳩を含めた気化器部分の実効
熱’g*は大となり、かつ熱粒子の流れに対する邪魔板
効果により一@3図(clに示したプラグ流や第3図(
diに示したスラグ流が起きない。これにより改質装置
4の運転の際には、熱粒子充填層の持つ大きな熱容量で
気化器9はその全域で液体燃料を気化するに要する気化
熱が安定して補給されるようになり、これに伴い気化器
9内では液体燃料のガス化が安定よく進行する。この結
果、気化器の出口側での燃料ガスの圧力変動が大幅に減
少するようになる。” この点に付いて発明者の行った実験結果によれば、第1
図の実施例では第6図のように時間の経過に対する改質
装置出口側における改質ガスの圧力変動は極めて小さい
のに対し、気化器を熱粒子充填層内に埋設しないで単純
に炉内の燃焼室に配管した従来構成では、第4図に示す
ように改質装置出口側のガス圧に大きなガス圧力変動が
生じることが認められており、このことから気化器内に
熱粒子充填層を装填した構造により改質ガスの圧力変動
幅の軽減に大きな効果を発揮することが確認されている
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば、気化器内に熱粒子
を装填したことにより、気化器部分り熱容量の増加、お
よび二相流の安定化が図れ、これにより従来の改質装置
で問題となっていた改質ガスの圧力変動を大幅に低減し
、従来方式のように改質ガス供給系内に圧力変動を抑え
る単純な絞り。
専用バ、ファlンク等の手段を設けることなく常に安定
した圧力を維持して改質ガスを燃料電池本体へ供給する
ことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例に基づく燃料改質装置の構成
断面図、第2図は従来における燃料改質装置を含む燃料
電池発′戒システムの系統図、第3図は従来の改質装置
の気化器における原料の気化過程の各状態図、第4図お
よび第5図はそれぞれ従来およびこの発明の実施例によ
る燃料改質装置で得られた改質ガスの圧力変動の経時変
化特性図である。図において。 工:燃料纜池本体、2:液体原料タンク、3:燃料ガス
供給系、4:燃料改質装置、7:バーナ、8:燃料改質
装置の本体容器、8a:燃焼室、9:気化器、lO:改
質反応器、19:熱粒子。 L:液体原料、G:原料ガス。 矛j に (リ           (d) (e>          (f) 才、3(2)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)本体容器の燃焼室内に改質される液体原料をガス化
    する気化器と、該気化器を経てガス化された原料ガスを
    触媒との接触反応により水素リッチなガスに改質する改
    質反応器とを直列に接続して内蔵装備し、アルコール等
    の液体原料を水素リッチな燃料ガスに改質して燃料電池
    へ供給するようにした燃料電池用の燃料改質装置におい
    て、前記気化器内に熱粒子の充填層を設けたことを特徴
    とする燃料電池用の燃料改質装置。 2)特許請求の範囲第1項記載の燃料改質装置において
    、気化器がスパイラル状に巻回された管であることを特
    徴とする燃料電池用の燃料改質装置。
JP60249426A 1985-11-07 1985-11-07 燃料電池用の燃料改質装置 Pending JPS62108704A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6469501A (en) * 1987-09-07 1989-03-15 Sanyo Electric Co Methanol reformer in fuel cells
JP2012094417A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Kyocera Corp 燃料電池用気化器、燃料電池用改質器、セルスタック装置、燃料電池モジュール、燃料電池装置および充填物収納ケース
JP2013194508A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Denso Corp 燃料気化装置

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JPS6469501A (en) * 1987-09-07 1989-03-15 Sanyo Electric Co Methanol reformer in fuel cells
JP2012094417A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Kyocera Corp 燃料電池用気化器、燃料電池用改質器、セルスタック装置、燃料電池モジュール、燃料電池装置および充填物収納ケース
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