JPS6348776A - 燃料改質器の改質率測定装置 - 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、燃料数’Ｉｔ　ＨＮで生成される改質ガスの
改質率を測定する改質率測定装置に関する。

【従来技術とその問題点】

燃料電池発電装置は燃料改質器と燃料電池とを組合わせ
てなるものであり、燃料改質器、例えばメタノール改質
器により液体状のメタノールを気化器に通流して熱媒体
により加熱して気化し、この気化ガスの原料ガスを改質
触媒が充填された反応器に通流して熱媒体により加熱し
て水素に冨むガスに改質し、この改質ガスを燃料電池の
燃料ガスとして燃料電極に、一方空気を酸化剤ガスとし
て酸化剤電極に供給して燃料電池にて電池反応を行なわ
せて発電を行なっている。 このような燃料電池発電装置において、メタノール改質
器から燃料電池に供給する改質ガスは、反応器内の改質
触媒の温度の変化やメタノールと水（水藤気）の組成変
化に伴いメタノールを水素に冨むガスに改質する改質率
が変化する。なお、改質率は改質ガス中の未改質メタノ
ール量を測定することにより知ることができる。 この場合、改質率が低下し、未改質メタノールが含まれ
た改質ガスが燃料電池に供給されて燃料電池の運転が行
なわれると、燃料電池の出力電圧が低下し、また燃料電
極に入ったメタノールが燃料電極と酸化剤電極との間に
介装される電解質層の電解液中を泳動して酸化剤電極に
至って発熱反応を生じ、このため酸化剤電極を■傷する
という問題がある。 このため、改質率を常時監視し、改質率が低下した場合
には燃料電池発電装置を停止して、改質触媒の交換、あ
るいは改質原料組成、すなわちメタノールと水との混合
組成の校正などを行なって混合組成を正常に戻す必要が
ある。 また、燃料電池発電装置の起動時において、改質触媒が
活性になる温度以下の場合、改質率が１００９Ａに達し
ないので、改質触媒が充分温度が上昇し、改質率が１０
０％であることをｆＩ認してから燃料電池に改質ガスの
供給を開始する必要がある。 このため改質率を連続的に監視する必要がある。 しかしながら、水素、炭酸ガス、水蒸気を主成分として
いる改質ガス中の未改質メタノールを連続的に測定する
ことは困難であった０例えば未改質メタノールを連続的
に測定する方法として、非分散形赤外線分析計を使用す
る方法があるが、改質ガスに含まれる水蒸気の影響で測
定値がドリフトするという問題があり、ガス中の水蒸気
量を一定にするなど条件を整備しなければならないとい
う町点があり、連続的に測定することは困難であった。

【発明の目的】

本発明は、前述のような点に鑑み、原料ガスを改質して
なる改質ガス中の未改質原料ガスを連続的に測定できる
燃料改質器の改頁率測定装置に関する。

【発明の要点】

上記の目的は、本発明によれば、改質原料を気化してな
る原料ガスを改質触媒が充填された反応器に通流して水
素に富むガスに改質し、この改質ガスを発電用の燃料電
池に供給するものにおいて、前記改質ガスの一部を前記
発電用の燃料電池とは別個に設けた測定用の燃料電池に
導き、この燃料電池の開回路電圧を測定することにより
達成される。

【発明の実施例】

まず、本発明による測定装置に使用される燃料電池の特
性について説明する。燃料電池、例えばりん酸形燃料電
池の塩１１４電桟に燃料ガスとしての改質ガスと酸化剤
電価に酸化剤ガスとしての空気を送気し、燃料電池に接
続される開回路に生じる開回路電圧は改質ガス、例えば
メタノール改質器で生成される改質ガス中の未改質メタ
ノール１度、すなわち改質率により変化し、改質率が低
い程開回路電圧は低下する。 第２図は上記のりん酸形燃料電池の開回路電圧と改質ガ
スの改質率との関係を示すグラフであり、縦軸に電圧の
変化（−Ｖ）を、横軸に改質率（％）をとって示してい
る。なお、このりん酸形燃料電池における電池反応の有
効電池面積は３０ｃｉである。 第２図において、曲線Ｐはりん酸形燃料電池に未改質メ
タノールを含む改質ガス、すなわち改質率の異なる改質
ガスを供給した時の開回路電圧の変化と改質率との関係
を示したおり、改質率が低下する程開回路電圧の変化は
増大することが理解される０曲線Ｑはこのりん酸形燃料
電池の負荷時（負荷電流２００ｍＡ／ｃｄ）において、
負荷にかかる電圧の変化と改質率との関係を示すもので
あり、曲線Ｐに比べて電圧の変化が小さい、すなわち開
回路電圧の変化は改質率の変化に対し大きく変化し、高
い感度が得られることが理解される。したがってこの開
回路電圧を測定することにより連続して改質ガスの改質
率を測定できる。なお、この開回路電圧は改質ガス中の
水蒸気■により殆ど影響されず、改質ガス中の未改質メ
タノール量に依存して電圧変化する。 つぎに上記の改質率を測定する装置を備えた燃料電池発
電装置について説明する。第１図は燃料電池発電装置に
おける燃料改質器から燃料電池に供給する改質ガスの改
質率を本発明の実施例により測定する装置の系統図であ
る。図において、１はメタノール改’ＲＲＮであり、３
はメタノール改質器１に組合わされる発電用の燃料電池
である。メタノール改質器１には図示しない改質原料供
給源から供給ポンプ４を備えた管路１４がメタノール改
質Ｈ１内の図示しない気化器に接続され、気化器は改質
触媒が充填された反応器に連通して接続している。また
助燃用メタノール供給源から供給ポンプ５を０２えた管
路１５がメタノール改質器１のバーナに接続され、燃焼
空気の供給によりバーナにて燃焼した燃焼ガスが前記気
化器と反応器とを加熱している。なお、１６は燃焼ガス
を排出する排出管路である。 また前記反応器の出口には燃料電池３の燃料；極６に反
応器で生成された改質ガスを供給する入口側電磁弁７を
備えた管路１６が接続され、燃料電極６の出口に出口側
電磁弁８を備えた管路１７が前記バーナに接続されてい
る。なお、入口側′ｖ４磁弁７の管路１６の上流側と出
口側電磁弁８の管路１７の下流側とを結んで燃料電池３
をバイパスするバイパス電磁弁９を備えたバイパス管路
１８が設けられている。また燃料電池３の酸化剤電極１
０には空気を供給する空気ブロワ１１を備えた管路１９
が設けられ、酸化剤電極の出口には空気を排出する管路
２０が設けられている。なお１２は燃料電極６と酸化剤
室ｌ侃１０との間に介装される電解質層である。 燃料電池発電装置は上記のようにメタノール改ｉ器１と
発電用の燃料電池３とが組合わされて構成されている。 ２２は本発明のＸ施例による改質ガスの改質率を測定す
るための測定用の燃料電池（りん酸形）であり、改質ガ
スの管路１６に並列した管路２３に測定用の燃料電池２
２の燃料１！極３０を介挿して設け、管路２３には燃料
Ｔｉ極に供給する改質ガス量を制御する絞り２４を設け
ている。なお測定用の燃料電池２２の酸化剤電極３１に
空気を供給する管路２５と排出する管路２６とを設けて
いる。２日は測定用の燃料電池２２に接続された開回路
端２９を有する開回路である。 なお燃料電極３０と酸化剤電極３１との間に濃厚りん酸
を含浸した電解π層３２が介装されている。 このような系統構成により燃料電池光を装置の運転につ
いて説明する。助産用メタノール供給源から供給７ｆン
ブ５を駆動して助燃用メタノールをメタノール改質器１
のバーナに送り、燃焼空気の（Ａ　ｅ＆によりバーナに
てメタノールを燃焼させる。 この状態で改質原料供給源から液体状のメタノールを供
給ポンプ４を駆動して気化器に送液し、前述の燃焼ガス
により気化器を加熱して気化し、この気化ガスの原料ガ
スを改質触媒が充填された反応器に送気し、前述の燃焼
ガスの加熱により原料ガスを水素に富む改質ガスにして
いる。なお気化器と反応器とを加熱した燃焼ガスは排出
管１６から外部に放出される。 メタノール改質器１で生成された改質ガスは、起動時は
入口側、出口側ｔＭ１弁７，８を閉にし、バイパスｍｌ
弁９を開にして燃料電池３をバイパスしてメタノール改
質Ｈ１のバーナに管路１６．１８゜１７を経て送られ、
助燃用メタノールとともに燃焼される。このようにして
改質触媒が昇温し、触媒の活性が得られる温度になった
ら、バイパス１［弁９を閉にし、入口側、出口側電磁弁
７，８を開にして完全に改質された改質ガスを管路］６
を経て燃料電極６に送気し、酸化剤電極１０に空気ブロ
ワ１１の駆動により送気される空気とにより燃料電池３
を運転する。なお燃料電極から排出される未反応水素を
含む改質ガス　（以下オフガスという）は管路１７を経
てメタノール改質器１のバーナに送られ、一方酸化剤電
極１０から排出される空気は管路２０を経て外部に放出
される。この際、定常運転になれば助燃用メタノールを
停止してオフガスで燃焼が行なわれる。 ところで、メタノール改質器１の起動時の昇温により改
質触媒は通常約２００℃になると改質ガスの改質率が１
００％に達するが、改質触媒の温度分布により、温度検
出部が２００℃になっても改質率が１００％に達すると
は限らない、したがって改質触媒の温度検出だけでは改
質触媒の改質率が１００％になったことを確認するのは
不可である。このような場合測定用の燃料電池２２に’
［）２３を経て絞り２４で流量が調整される改質ガスを
供給し、また管路２５を経て空気を供給して測定用の燃
料電池２２の開回路２８に電圧を発止させ、開回路端２
９にて開続した酸π率の測定ができる。 このような改質率の測定により、改質率が１００％に達
しない間は、入口側、出口側電磁弁７．８を閑にし、バ
イパス電磁弁９を開にしてバイパス管路１８を経て燃料
電池３をバイパスしてメタノール改質器１に房すように
する。そして改質率が１００％になった場合にはバイパ
ス電磁弁９を閉にし、入口側、出口側ｖ１位弁７．８を
開にして燃料電池３に改質ガスを管路１６を経て供給し
、その排出された改質ガスを管路１７を経てメタノール
改質器１に戻し、管路１９．２０を通魔する空気とによ
り燃料電池３の運転を行なう。 また運転中に改質率が低下した場合には、直ちに測定用
に＃４電池２２０間回路嬬２９の電圧により検出され、
非常停止をするソーケンスも組むこともできる。

【発明の効果】

以上の説明で明らかなように、本発明によれば電圧を測
定することにより、改質率をｉ！続的に、かつ高感度で
測定できる。したがって燃料電池発電装置の運転に際し
、改質率の連続的測定が可能となり、発電用の燃料電池
に損傷を与えることなく、安定した運転ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す燃料電池発電装置の系統
図、第２図は本発明に適用される測定用の燃料電池の改
質ガスの改頁率と開回路電圧の変化との関係を示すグラ
フである。 １：改′ｊｆ器、３：発電用燃料電池、２２：測定用の
燃料電池、２９：開回路端。 ′、コ＼ ′七バ人斤ｈ・′４　　山　０　　　床　　　、）′；
、・アノ ψ　　２　　門

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 改質原料を気化してなる原料ガスを改質触媒が充填され
   た反応器に通流して水素に富むガスに改質し、この改質
   ガスを発電用の燃料電池に供給するものにおいて、前記
   改質ガスの一部を前記発電用の燃料電池とは別個に設け
   た測定用の燃料電池に導き、この燃料電池の開回路電圧
   を測定することを特徴とする燃料改質器の改質率測定装
   置。