JPS62241268A - 燃料電池装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は燃料電池において、特に燃＄１電池での発電に
使用する燃料ガスとしての水素ガスを得るための燃料改
質装置を備えて構成される燃料電池装置の改良に関する
ものである。

［発明の技術的菌類］ 従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質層を挟んで燃料極および酸化
剤極の一対の多孔質電極を配置して成り、燃料極の背面
に水素ガス等の燃料ガスを接触させると共に酸化剤極の
背面に空気等の酸化剤ガスを接触させ、このとき起こる
電気化学的反応を利用して発電を行ない、上記一対の電
極間から電気エネルギーを取り出すようにしたものであ
り、上記燃料ガスと酸化剤ガスが供給されている限り高
い変換効率で電気エネルギーを取出すことができるもの
である。

ところでこの種の燃料電池は、燃料電池での発電に使用
する燃料ガスとしての水素含有率の高い改質ガスを得る
ための燃料改質装置を備えて燃料電池装置を構成してい
ることが多い。づなわちこの燃料改質装置は、天然ガス
あるいは石炭ガス等の化石燃料よりなる原燃料（例えば
メタンガス）を改質器内の改質触媒層に導入し、ここで
原燃料を加熱して改質反応を行なって水素含有率の高い
改質ガスを生成し、次にこの改質ガスを一酸化炭素高温
変成器および一酸化炭素低温変成器を通すことにより、
一酸化炭素を除去してより水素含有率の高い改質ガスを
得、これを燃料電池へ燃料ガスとして供給するように構
成されているものである。

［菌類技術の問題点］ しかしながら、この種の燃料改質装置を備えて構成され
る燃料電池装置においては、次のような問題点がある。

すなわち、燃料改質装置を構成する改質器の改質触媒層
の触媒としてニッケルを使用していることから、改質器
の劣化が進行すると触媒であるニッケルが改質器から流
出し、これが一酸化炭素高温変成器内に流入すると内部
で一酸化炭素と水素ガスを反応させてメタンを生成させ
るいわゆるメタネーション反応が生じ、この反応熱によ
って一酸化炭素高温変成器の温度が異常に上昇してしま
う。その結果、かかる温度上昇により一酸化炭素高温変
成器内の触媒劣化を進行させてしまうことになる。また
、改質器で生成される改質ガス中の水素ガスが上述のメ
タネーション反応で消費されてしまうことから、燃料電
池に対する所望の燃料ガスを得るための原燃料の供給量
がその分だけ多く必要となり経済的に不利である。

さらに、上述のメタネーション反応により燃料電池へ供
給される燃料ガスつまり改質ガスの温度が上昇し、結果
的に燃料電池がトリップしてしまい連続的な運転を行な
うことができないという問題点がある。

［発明の目的コ 本発明は上述のような問題点を解決するために成された
もので、その目的とするところは改質器の劣化進行に伴
い一酸化炭素高温変成器の内部で生じるメタネーション
反応を抑制して一酸化炭素高温変成器の異常温度上昇を
防止することができ、もって一酸化炭素高温変成器内の
触媒劣化を無くして長寿命化を図ると共に燃料電池の連
続的な運転を行なうことが可能な経済的にも有利な燃料
電池装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記の目的を達成するために本発明による燃料電池装置
は、原燃料をニッケルからなる改質触媒層に導入し、改
質反応を行なって改質ガスを生成する改質器と、この改
質器で得られた改質ガスを導入し、一酸化炭素シフト反
応により改質ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素
高温変成器および一酸化炭素低温変成器と、この一酸化
炭素低温変成器で得られた改質ガスを燃料極に燃料ガス
として導入し、これを酸化剤極に導入される酸化剤ガス
と電気化学的に、反応させて発電を行なう燃１！！ｌ′
Ｒ池と、上記一酸化炭素高温変成器の温度が許容温度に
達したことを条件に、上記一酸化炭素高温変成器へ硫化
水素を供給する手段と備えて構成することにより、一酸
化炭素高温変成器内でのメタネーション反応を抑制する
ようにしたことを特徴とする。

［発明の実施例Ｊ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

図は、本発明による燃料電池装置の構成例をブロック的
に示すものである。すなわち、本実施例による燃料電池
装置は図示のように、原燃料（例えばＣＨ４）をニッケ
ルからなる改質触ＶｊＬ層に導入し、改質反応を行なっ
て水素含有率の高い改質ガスを生成する改質器１　（Ｒ
ＥＦ）と、この改質器１で得られた改質ガスを導入し、
一酸化炭素シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素を
除去してより水素含有率の高い改質ガスを得る一酸化炭
素高温変成器（ＨＴＳＧ＞２および一酸化炭素低温変成
器（ＬＴＳＧ）３と、この一酸化炭素高温変成器２およ
び一酸化炭素低温変成器３を通して得られた改質ガスを
燃料極に燃料ガスとして導入し。

これを酸化剤極に導入される酸化剤ガスと電気化学的に
反応させて発電を行なう燃料電池（ＰＳＳ）４と、上記
一酸化炭素高温変成器２へ硫化水素（Ｈ２Ｓ）を供給す
る硫化水素タンク５と、この硫化水素の供給ライン上に
設けられ、上記一酸化炭素高温変成器２の温度が許容温
度に達したことがオペレータにより確認されると開操作
される硫化水素供給弁６とから構成している。

かかる構成の燃料電池装置において、原燃料であるメタ
ン（ＣＨ４）は改質器１に導入され、ここで改質反応を
行なって改質ガスが生成される。

そして、この改質器１で得られた改質ガスは一酸化炭素
高温変成器２に導入され、ここで一酸化炭素シフト反応
により改質ガス中の一酸化炭素の大部分を除去し、さら
に一酸化炭素低温変成器３に導入されて一酸化炭素シフ
ト反応により一酸化炭素をほぼ完全に除去して、一酸化
炭素を含まない水素含有率の高い改質ガスが得られる。

この水素含有率の高い改質ガスは、燃料電池４の燃料極
に燃料ガスとして導入され、酸化剤極に導入される酸化
剤ガスと電気化学的に反応して発電が行なわれることに
なる。この場合、一酸化炭素高温変成器２．一酸化炭素
低温変成器３内における一酸化炭素シフト反応式は、 ＣＯ＋Ｈ２０→ＣＯ２＋Ｈ２・・・・・・　（１）のよ
うに表わされる。

さて以上の過程において、改質器１の劣化が進行すると
触媒であるニッケルが改質器から流出し、これが一酸化
炭素高温変成器２内に流入すると前述したように、一酸
化炭素高温変成器２の内部でのメタネーション反応によ
り一酸化炭素と水素ガスが反応してメタンが生成し、こ
の反応熱によって一酸化炭素高温変成器２の温度が上昇
することになる（通常温度約４００℃から４５０’Ｃ以
上に上昇する）。この場合、一酸化炭素高温変成器２内
におけるメタネーション反応式は、 ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２０＋熱 ・・・・・・（２） のように表わされる。

従ってこの場合には、上述の一酸化炭素高温変成器２の
温度上昇が許容温度（約４５０℃）に達したことをオペ
レータが確認し、これによりオペレータが硫化水素供給
弁６を手動で開操作することによって、硫化水素タンク
５から上記一酸化炭素高温変成器２へ硫化水素（Ｈ２８
）が供給される。そして、この硫化水素（Ｈ２８）が一
酸化炭素高温変成器２に供給されると、改質器１の劣化
進行によって流出するニッケルは硫化水素によって触媒
としての機能を失うことになり、結果的に上述の（２）
式が成立しなくなりメタネーション反応が抑制されて、
一酸化炭素高温変成器２の異常温度上昇が防止されるこ
とになる。

上述したように本実施例の燃料電池装置は、原燃料であ
るメタンをニッケルからなる改質触媒層に導入し、改質
反応を行なって改質ガスを生成する改質器１と、この改
質器１で得られた改質ガスを導入し、一酸化炭素シフト
反応により改質ガス中の一酸化炭素を除去して水素含有
率の高い改質ガスを得る一酸化炭素高温変成器２および
一酸化炭素低温変成器３と、この一酸化炭素高温変成器
２および一酸化炭素低温変成器３を介して得られた改質
ガスを燃料極に燃料ガスとして導入し、これを酸化剤極
に導入される酸化剤ガスと電気化学的に反応させて発電
を行なう燃料電池４と、上記一酸化炭素高温変成器２へ
硫化水素（Ｈ２８）を供給する硫化水素タンク５と、こ
の硫化水素の供給ライン上に設けられ、上記一酸化炭素
高温変成器２の温度が許容温度に達したことがオペレー
タにより確認されると開操作される硫化水素供給弁６と
から構成するようにしたものである。

従って、改質器１の劣化進行に伴って一酸化炭素高温変
成器２の内部で生じるメタネーション反応を抑制して、
従来のような一酸化炭素高温変成器２の異常温度上昇を
防止することができる。これにより、一酸化炭素高温変
成器２内の触媒劣化を無くして長寿命化を図ることが可
能になると共に、燃料電池４のトリップを無くして連続
的な運転を行なうことが可能となる。さらに、上述の一
酸化炭素高温変成器２内部でのメタネーション反応を抑
制できることから、従来のように改質器１で生成される
改質ガス中の水素がメタネーション反応で消費されてし
まうということが無くなり、もって燃料電池４に対する
所望の燃料ガスを１ｑるための原燃料の供給量を増加す
る必要がなく、軽済的にも極めて有利な燃料電池装置と
することができるものである。

尚、上記実施例では一酸化炭素高温変成器２の温度が許
容温度に達したことをオペレータが確認したことにより
、硫化水素供給弁６を手動にて開操作した場合を述べた
が、これに限らず例えば一酸化炭素高温変成器２の温度
を検出するための温度検出器を設け、この温度検出器に
より検出された一酸化炭素高温変成器２の温度が許容温
度に達したことを制御装置により検出したことを条件に
。

制御装置によって硫化水素供給弁６を自動的に開操作し
て一酸化炭素高温変成器２へ硫化水素を供給するように
してもよいことは言うまでもない。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、原燃料をニッケル
からなる改質触媒層に導入し、改質反応を行なって改質
ガスを生成する改質器と、この改質器で得られた改質ガ
スを導入し、一酸化炭素シフト反応により改質ガス中の
一酸化炭素を除去する一酸化炭素高温変成器および一酸
化炭素低温変成器と、この一酸化炭素低温変成器で得ら
れた改質器ガスを燃料極に燃料ガスとして導入し、これ
を酸化剤極に導入される酸化剤ガスと電気化学的に反応
させて発電を行なう燃料電池と、上記一酸化炭素高温変
成器の温度が許容温度に達したことを条件に、上記一酸
化炭素高温変成器へ硫化水素を供給する手段と備えて構
成するようにしたので、改質器の劣化進行に伴い一酸化
炭素高温変成器の内部で生じるメタネーション反応を抑
制して一酸化炭素高温変成器の異常温度上昇を防止する
ことができ、もって一酸化炭素高温変成器内の触媒劣化
を無くして長寿命化を図ると共に燃Ｆ３１’！池の連続
的な運転を行なうことが可能な経済的にも有利な極めて
信頼性の高い燃料電池装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。 １・・・改質器、２・・・一酸化炭素高温変成器、３・
・・一酸化炭素低温変成器、４・・・燃料電池、５・・
・硫化水素タンク、６・・・硫化水素供給弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原燃料をニッケルからなる改質触媒層に導入し、改質反
   応を行なつて改質ガスを生成する改質器と、この改質器
   で得られた改質ガスを導入し、一酸化炭素シフト反応に
   より改質ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素高温
   変成器および一酸化炭素低温変成器と、この一酸化炭素
   低温変成器で得られた改質ガスを燃料極に燃料ガスとし
   て導入し、これを酸化剤極に導入される酸化剤ガスと電
   気化学的に反応させて発電を行なう燃料電池と、前記一
   酸化炭素高温変成器の温度が許容温度に達したことを条
   件に、前記一酸化炭素高温変成器へ硫化水素を供給する
   手段と備えて構成するようにしたことを特徴とする燃料
   電池装置。