JPS62148302A - 改質装置 - Google Patents

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〕 本発明は、原料として例えはメタノールを用い、このメ
タノールを改質して水素を含む改質ガスを生成し、この
改質カスを燃料電池の燃料カスとして供給する改質装置
に関する。

〔従来技術とその問題点〕

メタノール改質装置により得られた改質ガスを燃料電池
に供給する発電システムとして第４図に示す系統図のも
のが知られている。図において、１は改質炉であり、燃
焼室２の上部中央にバーナ３が設けられており、さらに
バーナ３を囲んで筒状の燃焼室壁４が吊り下りて設けら
れている。そしてら旋状の気化管５が燃焼室壁４内の燃
焼室２ａに配設され、また気化管５に気化管ヘッダ６を
介して連通し、改質用触媒８を充填した触媒管７が燃焼
室壁４と燃焼室２とからなるアニユラス状の燃焼室２ｂ
に燃焼室壁４に沿って複数個配設されている。バーナ３
にはメタノール供給源としてのメタノールタンク１０か
らポンプ１１と弁１２とを備えた管路３０を経てメタノ
ールタンク１０内のメタノール１３を供給するようにし
ている。また、改質炉１内の気化管５にはメタノールと
水とを所定の比率で混合したメタノール液１５を充填し
たメタノール液供給源としての原料タンク１４からポン
プ１６と第１の弁１７を備えた第１の管路３１を経て、
メタノール液１５を供給するようにしている。

２０は燃料電池であり、図では模式的に電解５ｔ２１と
、この両側に燃料電極２２と酸化剤を極２３とを配設し
て示している。そして燃料電極２２の入口には触媒管７
から第２の弁２４を備えた第２の管路３２が接続され、
さらに燃料電極２２の出口にはバーナ３に第３の弁２５
を備えた第３の管路３３を接続している。なお酸化剤電
極２３には酸化剤ガスとしての空気を矢印の方向に供給
、排出するようにしている。

なお第２の弁２４と第３の弁２５とからみて改質炉１側
の第２の管路３２と第３の管路３３とに、燃料電池２０
をバイパスし第１のバイパス弁２６を備えたバイパス管
路３４を設けている。

次にこのような構成により改質炉１からの改質ガスを燃
料電池に供給する発電システムについて説明する。メタ
ノールタンク１０からのメタノール１３は弁１２を開に
してポンプ１１により昇圧されてバーナ３に供給され、
図示しない燃焼空気ダクトからの燃焼空気により燃焼す
る。この燃焼ガスは燃焼室壁４内の燃焼室２ａを下降し
、燃焼室壁４の下方を通ってアニユラス状の燃焼室２ｂ
を上昇して流れ、出口ダクト９から外部に排出される。

この結果、燃焼により改質炉１内の気化管５はバーナか
らの直火による輻射や燃焼ガスによる伝熱により、また
触媒管７は燃焼室壁４からの輻射や上昇する燃焼ガスの
伝熱により温度が上昇する。そしてこれらが所定の温度
（１５０℃程度）まで上昇すると原料タンク１４からメ
タノールＰ２Ｌ１５を第１の弁１７を開にしてポンプ１
６により昇圧して第１の管路３１を通して気化管７に供
給する。気化管７を通流するメタノール液１５は燃焼熱
により加熱されて気化し、この気化ガスは触媒管７に送
気され、穢触媒管７にて充填された改質用触媒８、例え
ば微粉末状の酸化銅と酸化亜鉛により水素と炭酸ガスに
改質され、改質ガスとなる。

しかし、改質炉１の起動時には改質作用か不十分のため
触媒管７から排出される改質ガスにはメタノールガスが
残存している。このため起動時に第２の弁２４と第３の
弁２５とを閉にして燃料電池２０に供給せずに、第１の
バイパス弁封を開にしてバイパス管路３４を経てバーナ
３に全量供給し、バーナ３にてメタノールタンク１０か
らのメタノール１３とともに燃焼させる。

このようＫして触媒管７の改質温度が所定温度（２００
〜３００℃程度）に上昇すると、改質作用が良好に行な
われメタノールガスな含まない改質ガスとなる。したが
−ってバイパス弁２６を閉じ、第２の弁２４と第３の弁
２５とを開にして改質ガスを管路３２を経て燃料電池に
供給する。

燃料電池２０では上記の改質ガスと給排される空気とに
より電池内にて電気化学反応をして電気を発生する。こ
の際未反応の改質ガスは第３の管路３３を経てバーナ３
に送気され、改質炉の熱源として利用される。改質炉の
運転停止時には弁１２と第１ないし第３の弁１７，２４
，２５および第１のバイパス弁２６を閉にし、ポンプ１
１．１６を停止してメタノール１３．メタノール液１４
の改質炉への供給を断つとともに燃料電池２０から切離
す。

しかしながら運転停止後、放熱により改質炉の温度が低
下すると気化管５や触媒管７とからなる改質系統も温度
が下り、気化管５や触媒管７等内のメタノール液の蒸気
は冷却凝縮してメタノール液となり、改質系統内の圧力
は真空状態になる。

したがって弁類の締切り状態が不十分であったり、配管
等の継手のシール状態が不十分であると外気を吸い込む
。このため触媒管７に充填された改質用触媒８は酸化さ
れ、改質能力が低下する。

これを保護するために従来改質系統内の窒素ガスパージ
が行なわれている。この手段として第１の弁１７から下
流の第１の管路３１に窒素ボンベ４０から窒素を供給す
る弁４１を備えた管路３５を接続するとともに、触媒管
７の出口と第２の弁２４との間の第２の管路３２から分
岐して弁４２を備えた排出管路３６を設けている。

このような構成により、ポンプ等を停止して改質炉の運
転停止後第１の弁１７と第２の弁２４と第１のバイパス
弁２６とを閉にして改質系統内を密閉し、弁４１．４２
を開にして窒素ボンベ４０から窒素を管路３５を通して
気化管５と触媒管７を経て管路３６かも排出してメタノ
ール液の蒸気を改質系統内から排出して窒素パージを行
なう。この窒素パージは通常改質炉の停止期間中性なわ
れるので温度低下によるメタノール液蒸気の冷却凝縮現
象がなくなるとともに触媒管中の改質用触媒は酸化され
ない。

このため改質用触媒の触媒能力は低下しない。

ところで、メタノール改質装置と燃料電池とからなる発
電システムの機器類を据置式にして連続運転するもので
は、この方法も度々性なう必要がなく、作業時間や労力
もそれ程間ＭＫならないがこれを起動、停止が多く、ま
た停止時間の長い移動式のものに適用する場合には、使
用する窒素の量が多くなるため窒素ボンベも多量になり
、またこれを据置くスペースも大きくなるため、コンノ
くクト化が要求される移動式には適さないという問題が
あった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述のような点に鑑みメタノール改質装置の
運転停止時に外気の洩れ込みによる改質込 用触媒の酸化を、不油性ガスのパージによることなく防
止できるメタノール改質装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の要旨〕

この目的は本発明によれは、改質炉とこの改質炉に供給
される原料を蓄わえる原料タンクとの間に、改質炉と原
料タンクを弁を介して短絡するバイパス管を設け、改質
炉の運転停止時、改質系統内の圧力が下がり大気圧との
値が所定値を越えたときバイパス管の弁を開くことによ
り達成される。

〔発明の実施例〕

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例によるメタノール改質装置と燃
料電池とからなる発電システムの系統図である。なお第
１図ないし後述する第３図において第４図の従来例と同
一部分には同じ符号を付している。第１図において、改
質炉１は第４図と同様にバーナ３．気化管５．改質用触
媒８を充填したとなるメタノールと水とを所定の比率で
混合したメタノール液を充填した原料タンク１４と、こ
の従来例のメタノールタンクｌＯ（第２図参照）内のメ
タノールの代りに、原料タンク１４内のメタノールにメ
タノール液を送流するポンプ１６と第１の弁１７とを備
えた第１の管路３１と、第２の弁を備えた第２の管路３
２と、第３の弁を備えた第３の管路３３と、第２の管路
と第３の管路に接続され第１のバイパス弁を備えたバイ
パス管路３４は従来技術のものと同じである。本実施例
で従来例と異なる点は第４図における窒素ガスを気化管
５や触媒管７に給排する管路３５，３６を取除き、メタ
ノール液の原料タンク１４と第１の弁１７から気化管５
に至る第１の管路３１の途中にバイパス管路３８を設け
、このバイパス管路に第２のバイパス弁１９を設けた点
である。

このような構成により従来技術の項で説明したように、
改質炉１を運転して発生した改質ガスを燃料電池２０に
供給し、この改質ガスと燃料電池加に給排された空気と
により燃料電池２０にて発電した後の運転の停止は、ポ
ンプ１１．１６を停止し、弁１２と第１ないし第３の弁
１７，２４．２５および第１のバイパス弁２６を閉鎖し
て行なわれる。なお第２のバイパス弁１９は運転当初か
ら閉になっている。

ところで改質炉１が停止されると改質炉１は放熱により
温度が低下する。したがって気化管５と触媒管７とを有
する第１の弁１７と第２の弁２４および第１のバイパス
弁２６との間の改質系統も温度が下り、メタノール液の
蒸気が冷却＃縮して圧力が下り負圧になる。したがって
この負圧と大気圧との圧力差が所定の値になったときメ
タノール液の原料タンク１４からのバイパス管３８の第
２のバイパス弁１９を開にすれば、メタノール液は改質
系統内に吸引され、気化管５や触媒管７に流入して充填
される。したがって触媒管７に充填された改質用触媒８
はメタノール液中に浸される。このため改質系統内の負
圧により弁の締切や継手類のシール不十分のため外気が
洩れこんできても改質用触媒は酸化されない。また改質
用触媒はメタノール液に浸されてもメタノール液による
悪影響を受けない。

なお、改質炉の再起動時には第２のバイパス弁１９を閉
にし、第１のバイパス弁２６を開にし、第２の弁２４と
第３の弁２５とを閉てして、バーナ３により改質炉を運
転して改質系統内のメタノール液の気化を行なう。この
場合気化するメタノール液は燃料電池２０をバイパスし
てバーナ３に送流され、バーナ３にて燃料として使用さ
れる。そして燃焼が進み、燃焼熱により触媒管７内に改
質ガスが発生するようになったら第１のバイパス弁２６
を閉にし、第２の弁２４と第３の弁２５とを開にして燃
料電池２０に改質ガスを送流して発電を行なうことがで
き、改質装置と組合わさって発電システムが形成ル改質
装置と燃料電池を組合わせた発電システムの系統図であ
る。第２図においては気化管５と触媒管７の底部に連通
し、この底部から改質炉１を貫通して外部に設けたドレ
ンタンク４０に接続する管路３９を設け、この管路３９
にフィルタ４１と弁４２とを設けている。

このような構成において改質炉１の運転停止後気化管５
や触媒管７等の改質系統に吸引されて充填されたメタノ
ール液を、再起動前に、弁４２を開にして管路３９を通
ってドレンタンク４０に導くことにより、改質系統内の
メタノール液を排出することができる。この手段によれ
ば再起動時の起動時間が短かくなる。なお、フィルタ４
１は改質用触媒がドレンタンク４０に流れ込むのを防い
でおり、ドレンタンク４０内のメタノール液の再使用に
支障力ないようにしている。

第３図は本発明の異なる実施例によるメタノール改質装
置と燃料電池とを組合わせた発電システムの系統図であ
る。第３図においては触媒管や気化管に連通し、これら
の底部から改質炉１を貝通する管路３９にフィルタ４１
９升訪の他にポンプ４３を設け、ポンプ４３の出口管路
４４を原料タンク１４に接続している。このような構成
により改質炉停止後弁４２を開にしてポンプ４３を駆動
すれば改質系統内に吸引されて充填されたメタノール液
は急速に原料タンク１４に排出され、起動時間はさらに
短か（なるとともにメタノール液は容易に再使用できる
。

なおこの場合ポンプ４３を取除き、バーナ３にての燃焼
熱により気化管５や触媒管７等の改質系統内圧を高め、
弁４２を開にして内圧により吸引されたメタノール液を
原料タンク１４に戻すこともできる。

この場合触媒管の底部に設けた温度計４５により温度を
検知し、例えば８０℃程度になったとき弁４２を閉じ、
第１のバイパス弁２６を開にしてバーナ３の方へ送流し
バーナ３にて燃焼を行なわせる。そして触媒管７の温度
が適切な温度になって改質ガス　／を発生するようにな
った時第１のバイパス弁２６を閉じ、第２の弁２４．第
３の弁２５を開にして燃料電池２０の方に改質ガスを送
気する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれは改質炉
とこの改質炉に供給される原料を蓄わえる原料タンクと
の間に、改質炉と原料タンクを弁を介して短絡するバイ
パス管を設け、改質炉の運転停止後改質系統内圧力が温
度低下のため負圧になり、大気圧との圧力差が所定値を
越えたときバイパス管の弁を開くようにしたことにより
、原料タンクから原料が改質系統内に専ひかれ、触媒管
内の改質触媒はメタノール液中に浸されるので、改質用
触媒は酸化されずにその触媒能力が維持されるという効
果がある。また従来のように窒素ボンベのスペースも必
要とせず、また機器類も耐真空構造にする必要がないの
で装置がコンパクト化し、また保管時のメンテナンスも
容易になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるメタノール改質装置と燃
料電池とを組合わせた発電システムの系統図、第２図は
本発明の異なる実施例によるメタノール改質装置と燃料
電池とを組合わせた発電システムの系統図、第３図は本
発明の他の異なる実施例によるメタノール改質装置と燃
料電池とを組合わせた発電システムの系統図、第４図は
従来のメタノール改質装置と燃料電池とを組合わせた発
電システムの系統図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 触媒を含む改質炉と、この改質炉に供給される原料を蓄
   わえる原料タンクと、この原料タンクと前記改質炉をポ
   ンプと開閉弁を介して接続する管路を有するものにおい
   て、前記管路にポンプと弁を側路するバイパス管を設け
   、このバイパス管に開閉弁を設けたことを特徴とする改
   質装置。