KR20100024934A - 개질기 및 간접 내부 개질 형 고온 형 연료전지. - Google Patents

개질기 및 간접 내부 개질 형 고온 형 연료전지. Download PDF

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Abstract

비교적 저 코스트인 입상 촉매를 이용해、개질기의 대형화、보기(補 機)의 소용 동력이나 대형화를 억제하면서、촉매 층의 온도 분포를 보다 균일로 할 수 있는 개질기와、코스트의 증대를 억제하면서도 보다 컴팩트한 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지를 제공한다.수증기 개질 반응을 이용해 탄화수 소계 연료로부터 수소 함유 가스를 제조하는 개질기이며、반응 용기와 반응 용기 내에 수증기 개질능(改 質 能)을 가지는 입상 촉매가 충전된 개질 촉매 층을 가지는 개질기에 있어서、개질 촉매 층을 적어도 둘로 구획하는 칸막이판을 가지며、칸막이판의 열 전도율이 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높고,칸막이판이 반응 용기의 정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향해 연재(延 在)하는 개질기.이 개질기와 수소 함유 가스를 사용해서 발전을 행하는 고온형 연료 전지를 가지며 ,개질기가 고온형 연료 전지로부터의 열 복사를 받는 위치에 배치된 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지.
연료전지

Description

개질기 및 간접 내부 개질 형 고온 형 연료전지.{REFORMER AND INDIRECT INTERNAL REFORMING­TYPE HIGH­TEMPERATURE FUEL CELL}
본 발명은 등유 등의 탄화 수소계 연료를 개질 해 수소 함유 가스를 제조하는 개질기 및 이 개질기로부터 얻을 수 있는 수소 함유 가스를 사용하여 발전을 행하는 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지에 관한다.
고체 산화물 형 연료 전지 (Solid Oxide Fuel Cell. 이하 경우에 의해 ＳＯＦＣ라고 한다 )에는 통상,개질기에 있어서 등유나 도시가스등의 탄화수소계 연료를 개질하여 발생시킨 수소 함유 가스 (개질 가스)가 공급된다 ＳＯＦＣ 에 있어서 이 개질 가스와 공기를 전기 화학적으로 반응시켜 발전을 행한다. ＳＯＦＣ는 통상 550℃∼1000℃정도의 고온으로 작동시킨다.
개질에는 수증기 개질, 부분 산화 개질 등 여러가지의 반응이 이용되지만, 얻을 수 있는 개질 가스 중의 수소 농도가 높은 것으로부터 주로 수증기 개질을 행하는 것이 많다.수증기 개질은 매우 큰 흡열을 수반하는 반응이며, 또한 반응온도가 550℃∼750℃정도와 비교적 높고 고온의 열원을 필요로 한다.그 때문에 ＳＯＦＣ의 근방( ＳＯＦＣ로부터의 열 복사를 받는 위치)에 개질기를 설치하고 ＳＯＦＣ로부터의 복사열에 의해서 개질기를 가열하는 간접 내부 개질 형ＳＯＦＣ가 개발되 고 있다.특히,간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ에 있어서 가연분(可 燃 分)을 함유하는 아노드 오프 가스( ＳＯＦＣ의 아노드로부터 배출되는 가스)를 간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ의 용기(모듈용기) 안에서 연소시켜 이 연소열을 열원으로서 개질기를 가열하는 것이 행하고 있다.(특허문헌 1).
개질 촉매로서는, 입상(특허문헌 2) 하니컴 형(특허문헌 3 및 4) 등 여러 가지의 구조도 알려져 있지만 그 중에서도 입상촉매는 비교적 염가이고 널리 실용되고 있다.
특허문헌 1:일본국 특 개 2004-319420 호 공보
특허문헌 2: 특 개 평 5-129026호 공보
특허문헌 3:일본국 특 개 2004-269332호 공보
특허문헌 4:일본국 특 개 2006-327904호 공보
이하 도면을 사용하여 본 발명의 형태에 대해 설명하지만 본 발명은 이것에 의해서 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지의 일례로서 간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ를 나타내는 모식적 측단면도이다.이 도면은 개질기 중의 가스 유통 방향 (개질 가스의 유통방향) 에 수직인 단면을 나타내고 있다.도면 중 개질 가스는 지면에 수직인 방향으로 흐른다.이 간접내부 개질 형 ＳＯＦＣ는, 수증기 개질 반응을 이용해 탄화 수소계 연료로부터 수소 함유 가스(개질 가스)를 제조하는 개질기(1)와 이 수소 함유 가스를 사용하여 발전을 행하는 ＳＯＦＣ (6)와를 가진다.즉 개질기 (1)에서 얻을 수 있던 수소 함유 가스(개질 가스)가 ＳＯＦＣ( 6)의 아노드에 공급되어 음극에는 공기 등의 산소 함유 가스가 공급되어 ＳＯＦＣ에서 수소와 산소가 전기 화학적으로 반응해 발전을 한다.
또 이 간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ는, 개질기 및 ＳＯＦＣ를 수용하는 광체(7) (이하 경우에 따라 모듈용기라고 한다)를 가진다.즉 개질기와 ＳＯＦＣ가 모듈화되고 있다.
개질기 (1)은 반응용기 (이하,개질 용기라고도 한다.)(2)와 반응용기 (2) 내에 입상 촉매가 충전된 개질 촉매 층 (5)을 가진다.개질 촉매는 수증기 개질능을 가진다.
개질기 (1)는 ＳＯＦＣ (6)로부터의 열 복사(熱輻射)를 받는 위치에 배치된다.여기에서는 개질기는 직방체 모양이 된다.또한 ＳＯＦＣ도 직방체 상으로 한다.
개질기는 ＳＯＦＣ의 윗쪽에 배치되고 있다.적어도 정격운전시에는 ＳＯＦＣ로 부터의 복사열에 의해서 개질 용기의 아래쪽 면이 가열된다.또한 ＳＯＦＣ의 상면에 있어서 아노드 오프가스(아노드로부터 배출되는 가스) 가 연소하는 경우 그 연소 열에 의해서도 개질 용기의 아래쪽 면이 가열된다.
그리고 이 개질기는 개질 촉매 층을 적어도 둘로 구획하는 칸막이 판(3)을 가진다.이 칸막이 판(3)은 개질 용기의 정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향하여 연재한다.이하 경우에 의해 이 칸막이 판을 제일의 칸막이 판이라고 한다.여기에서는 연직 방향에 따라서 평판모양의 칸막이 판 (3)이 2매 설치되고 있다.즉 칸막이판 (3)은 개질 용기 (2)의 ＳＯＦＣ에 대향하는 면(아래쪽 면) 으로부터 그 면에서 (보다) ＳＯＦＣ로부터 먼 위치에 있는 상면까지 연재하고 있다.
이것에 의해서 반응용기 아래쪽 면으로부터 칸막이 판 (3)을 통하여 열이 상면 방향으로 전도하고 상부의 개질 촉매까지 양호하게 가열된다.도 1에서는 수평 방향으로 제일의 칸막이 판과는 다른 평판모양의 칸막이 판 (4)이 1매 설치되고 있다.칸막이 판 (4)은 횡 방향에도 균열화를 행하고 싶은 경우에 바람직하게 사용되는 것이다.이하 경우에 의해 이 칸막이 판을 제2의 칸막이 판이라고 한다.칸막이 판 (3)과 칸막이 판 (4)에 의해 개질 촉매 층은 개질 가스의 진행 방향으로 수직인 면에 있어서 합계 여섯으로 구획되고 있다.
(칸막이 판) 제일의 칸막이 판의 열 전도율은 개질 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높게 한다.제2의 칸막이 판을 마련하는 경우도 그 열 전도율은 개질 촉매 층 유효 열 전도율보다 높게 한다.촉매 층의 유효 열 전도율은 촉매 층을 균일 계라고 보았을 때의 외관의 열 전도율로 적당의 방법에 의해 측정 혹은 계산할 수 있다.칸막이 판의 재질로서는 예를 들면 스테인레스강 등 사용하는 환경에 내성을 가지며, 촉매 층의 유효 열 전도율보다 열 전도율의 높은 적당의 재질을 사용할 수 있다.선팽창 계수의 차이에 의하여 변형이나 파괴 방지의 관점으로부터 또한 접촉부 혹은 접합부에서의 화학 반응에 의한 취화가 생길 가능성이 있는 경우에는 칸막이 판의 재질을 반응용기와 같게 하는 것이 바람직하다.예를 들면 개질기의 반응용기는 금속판에 의해서 형성되고 금속판의 열 전도율이 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높은 경우 제(1) 혹은 제(2)의 칸막이판의 재질로서 개질 용기의 재질과 같은 금속을 채용하는 것이 바람직하다.칸막이 판의 형상은 평판에 한정되지 않고 곡판 등 적당의 형상을 사용할 수 있다.
도 1에서는 제일의 칸막이 판 (3)은 등 간격으로 2매 배치되고 개질 촉매 층이 수평 방향으로 3등분 되고 있다.그러나 이에 한정되지 않고 정격운전시에 상대적으로 고온이 되는 개질용기 부분으로부터 상대적으로 저온이 되는 개질 용기 부분에 향하여 제일의 칸막이판이 연재하면 좋다.이러한 칸막이판은 열원으로부터의 거리가 가까운 부분에서 먼 부분에 향하여 연재하게 된다.
도 2, 도 3 및 도 4에 각각 도 1에 나타낸 개질기와 치환이 가능한 개질기의 예를 나타낸다.이러한 도면도 개질기 중의 가스 유통 방향으로 수직인 단면을 나타내는 모식적 단면도이다.도 2에는 제일의 칸막이판 (3)이 개질기의 중앙 (수평 방향에 있어서)에 가까운 만큼 조밀하게 배치되고 중앙에서 먼 만큼 드문드문하게 배치되고 있다. 도 3에는 개질 용기 아래쪽 면의 중앙부로부터 제일의 칸막이판 (3)이 방사모양으로 배치되고 있다.도 4에는 개질 용기 아래쪽 면의 중앙부로부터 곡면모양의 제일의 칸막이판 (3)이 방사모양으로 배치되고 있다.열원과의 위치 관계 등에 응해 도 2나 도 3 혹은 도 4의 형태를 적의 선별하여 사용할 수 있다.말할 필요도 없지만 제일의 칸막이판은 개질기 중의 가스의 유통을 폐지(閉 止)하지 않게 설치된다.예를 들면 개질기 중의 가스의 유통 방향( 개질 가스의 유통방향 )에 따라서 연재하는 제일의 칸막이판을 사용할 수 있다.제(2)의 칸막이판에 대해서도 같다.
도 1에 나타내는 형태에서는ＳＯＦＣ (6)가、반응용기 (2)의 외측으로부터 반응 용기 (2)를 가열한다。그러나 이에 한정되지 않고, 개질기가 연료 전지 이외의 어떠한 열원을 갖추고 이 열원에 의해서 반응용기가 외부로부터 가열되는 경우에서도 제일의 칸막이판의 효과는 같다.예를 들면 개질기가 버너나 촉매 연소기 등의 연소 수단을 갖추고 연소 수단에 의해서 개질 용기를 외측으로부터 가열하는 경우를 들 수 있다.혹은 개질기가 반응용기의 외측에 전기히터 등의 가열수단을 갖추고 가열수단에 의해서 개질 용기를 외측으로부터 가열하는 경우를 들 수 있다.또 개질기가 반응 용기 내에서 촉매 층을 가열하는 열원을 갖추고 있어도 괜찮다.도 5에 개질기 (1)가 반응용기 (2)의 내측에 전기히터 (8)등의 가열 수단을 갖추고 가열수단에 의해서 촉매 층을 내부로부터 가열하는 경우의 간접 내부 개질 형 고온 형 연료전지를 나타낸다.이 경우에서도 제일의 칸막이판의 효과와 같다.
본 발명의 개질기는 금속 등 촉매 층의 유효 열 전도율보다 열 전도율이 높은 칸막이판을 갖는다.그리고 이 칸막이판이 반응용기의 정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향하여 연재하고 있다.따라서 고온 형 연료 전지로부터의 복사열을 효율좋게 촉매 층 전체를 향해서 전도시킬 수 있고 촉매 층 온도의 고온균일화 및 개질기의 컴팩트 화가 가능해진다.
[탄화수소계 연료]
탄화수소계 연료로서는 개질 가스의 원료로서 고온 형 연료전지의 분야에서 공지의 분자 중에 탄소와 수소를 포함하는 (산소 등 다른 원소를 포함해도 괜찮다.) 화합물 혹은 그 혼합물로부터 적당히 선택해 사용할 수 있고,탄화 수소류 알콜류 등 분자 중에 탄소와 수소를 가지는 화합물을 사용할 수 있다.예를 들면 메탄,에탄,프로판,부탄,천연가스,ＬＰＧ(액화석유가스)도시가스,가솔린,나프타,등유,경유 등의 탄화 수소연료, 또한 메타놀,에탄올 등의 알코올 디메틸에테르 등의 에테르 등이다.그 중에서도 등유나 ＬＰＧ는 입수 용이하고 바람직하다.또는 독립해 저장 가능하기 때문에 도시가스의 라인이 보급되어 있지 않은 지역에 있어 유용하다. 한층 더 등유나 ＬＰＧ를 이용한 고온 형 연료 전지는 비상용 전원으로서 유용하다. 특히는 취급도 용이한 점으로 등유가 바람직하다.
[고온 형 연료전지]
본 발명은 고온 형 연료 전지로부터의 열 복사에 의해서 개질기를 가열 가능한 간접 내부 개질 형 연료 전지에 매우 적합하게 적용할 수 있다.이러한 고온 형 연료전지로서 ＳＯＦＣ외에 용해 탄산염 형 연료전지 (ＭＣＦＣ)를 들 수 있다.ＳＯＦＣ로서는 평판 형이나 원통 형 등의 각종 형상의 공지의ＳＯＦＣ로부터 적당히 선택해 채용할 수 있다.ＳＯＦＣ의 형상은 평판 형 ＳＯＦＣ를 적층한 직방체 (입방체를 포함한다)상태의 스택 원통체 상의 ＳＯＦＣ스택 관 모양의 ＳＯＦＣ세일를 정리한 번들,혹은 통상 원통형 ＳＯＦＣ 등 적당의 형상을 채용할 수 있다. ＳＯＦＣ에서는、일반적으로 산소 이온 도전성 세라믹스 혹은 플로톤 이온 도전성 세라믹스가 전해질로서 이용된다.
ＭＣＦＣ에 대해서도 공지의ＭＣＦＣ로부터 적당 선택해 채용할 수 있다.
ＳＯＦＣ나 ＭＣＦＣ는 단셀로 있어도 괜찮지만 실용상은 복수의 단셀을 배열시킨 스택 혹은 번들이 바람직하게 이용된다.이 경우 스택 혹은 번들은 1개라도 복수라도 좋다.
[개질기]
개질기는 반응 용기 내에 수증기 개질능을 가지는 입상 촉매가 충전된 개질 촉매 층을 가진다.수증기 개질능을 가지는 개질 촉매로서는 수증기 개질능을 가지는 수증기 개질 촉매 및 부분 산화 개질능과 수증기 개질능을 겸비하는 오토 서멀 개질 촉매로부터 적당 선택해 사용할 수 있다.
탄화수소계 연료(필요에 따라서 미리 기화된다.) 및 수증기 한층 더 필요에 따라서 공기 등의 산소 함유 가스를 각각 단독으로 혹은 적당 혼합한 다음에 개질기(개질 촉매 층)에 공급할 수 있다.또,개질 가스는 고온 형 연료 전지의 아노드에 공급된다.간접 내부 개질 형 고온형 연료 전지 중에서도 간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ는 열 효율을 높일 수 있는 점때문에 우수하다.간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ는, 수증기 개질 반응을 이용해 탄화수소계 연료로부터 수소를 포함한 개질 가스를 제조하는 개질기와 ＳＯＦＣ를 가진다.이 개질기에서는 수증기 개질 반응을 행할 수 있고, 또한,수증기 개질 반응에 부분 산화 반응이 수반하는 오토 서멀 리포밍을 행해도 괜찮다.ＳＯＦＣ의 발전 효율의 관점에서는 부분 산화 반응은 일어나지 않는 것이 바람직하다.오토 서멀 리포밍에 있어서 수증기 개질이 지배적으로 되도록 되고 따라서 개질 반응은 오버올로 흡열이 된다.그리고 개질 반응에 필요한 열이 ＳＯＦＣ로부터 공급된다.개질기와 ＳＯＦＣ가 하나의 모듈 용기에 수용되어 모듈화 된다.개질기는 ＳＯＦＣ로부터 열 복사를 받는 위치에 배치된다.이렇게 하는 것에 의해서 발전시에 ＳＯＦＣ로부터의 열 복사에 의해서 개질기가 가열된다.또한 ＳＯＦＣ로부터 배출되는 아노드 오프 가스를 셀 출구에서 연소시키는 것으로 ＳＯＦＣ를 가열할 수도 있다.
간접 내부 개질 형 ＳＯＦＣ에 있어서 개질기는 ＳＯＦＣ로부터 개질기의 외부표면으로 직접복사 전열 가능한 위치에 배치하는 것이 바람직하다.따라서 개질기와 ＳＯＦＣ와의 사이에는 실질적으로 차페물은 배치하지 않고, 즉 개질기와 ＳＯＦＣ와의 사이는 공극으로 하는것이 바람직하다.또한 개질기와 ＳＯＦＣ와의 거리는 아주 짧게 하는것이 바람직하다.각 공급 가스는 필요에 따라서 적당 예열 된 위에 개질기 혹은 ＳＯＦＣ에 공급된다. 모듈 용기로서는 ＳＯＦＣ와 개질기를 수용 가능한 적당한 용기를 사용할 수 있다.그 재료로서는 예를 들면 스테인레스강 등 사용하는 환경에 내성을 가진 적당한 재료를 사용 할 수 있다.용기에는 가스의 쟁탈 등을 위해서 적당 접속구가 설치된다.셀 출구가 모듈 용기 내에서 개구 (開 口)하고 있는 경우는 특히 모듈 용기의 내부와 외계(外 界)(대기)(大氣)가 연통하지 않게 모듈 용기가 기밀성을 가지는 것이 바람직하다.
[개질 촉매]
개질기로 사용하는 수증기 개질 촉매 오토 서멀 개질 촉매의 어느 것이라도 각각 공지의 촉매를 사용할 수 있다.수증기 개질 촉매의 예로서는 르테니움 계 및 니켈 계 오토 서멀 개질 촉매의 예로서는 로듐 계 촉매를 들 수 있다.
본 발명에서는 입상 촉매를 사용한다.입상 촉매로서는 예를 들면 타정성형 해 분쇄 후 적당한 범위에 정립(整 粒) 한 촉매 압출 성형 한 촉매 적당한 바인더를 가해 압출 성형 한 촉매 분말상 촉매 등을 사용할 수 있다.혹은 타정성형 해 분쇄 후 적당한 범위에 정립한 담체 압출 성형 한 담체 분말 혹은 구형 링모양, 타블렛모양,원통모양,플레이크모양 등 적당한 형상으로 성형한 담체 등에 금속을 담지한 촉매 등을 사용할 수 있다.이하 수증기 개질 오토 서멀 개질 부분 산화 개질의 각각에대해 개질기에 있어서의 정격운전의 조건에 대해 설명한다.수증기 개질에서는 등유 등의 탄화수소계 연료에 스팀이 첨가된다.수증기 개질의 반응 온도는 예를 들면 400℃∼lOOO℃、바람직하게는 500℃∼850℃ 한층 더 바람직하게는 550℃∼800℃의 범위에서 행할 수 있다.반응 계에 도입하는 스팀의 양은탄화수소계 연료에 포함되는 탄소 원자 몰수에 대한 수분자 몰수의 비(스팀/카본 비) 로서 정의되고, 이 값은 바람직하게는1∼10,보다 바람직하게는 1.5∼7, 한층 더 바람직하게는 2∼5가 된다.탄화 수소계 연료가 액체의 경우 이때의 공간 속도( LHSV)는 탄화 수소계 연료의 액체 상태로의 유속을 A (L/h) 촉매 층 체적을B(L)로 했을 경우A/B로 나타낼 수 있고,이값은 바람직하게는O.05∼20h-1, 보다 바람직하게는 0.1∼10h-1,한층 더 바람직하게는 0.2∼5h-1의 범위에서 설정된다. 오토 서멀 개질에서는 스팀 외에 산소 함유 가스가 탄화 수소계 연료에 첨가된다.산소 함유 가스로서는 순 산소(純 酸 素)에서도 좋지만 입수 용이성으로부터 공기가 바람직하다.수증기 개질 반응에 수반하는 흡열 반응을 밸런스 시키고, 한편 개질 촉매 층이나 ＳＯＦＣ의 온도를 보관 유지 혹은 이들을 승온할 수 있는 발열량을 얻을 수 있도록 산소 함유 가스를 첨가할 수 있다.산소 함유 가스의 첨가량은 탄화 수소계 연료에 포함되는 탄소 원자 몰수에 대한 산소 분자 몰의 비(산소/카본 비) 로서 바람직하게는 0.005∼1,보다 바람직하게는 0.01∼0.75, 한층 더 바람직하게는 0.02∼0.6으로 한다. 오토 서멀 개질 반응의 반응 온도는 예를 들면 400℃∼1000℃ 바람직하게는 450℃∼850℃ 한층 더 바람직하게는 500℃∼800℃의 범위에서 설정된다.탄화수소계 연료가 액체인 경우 이때의 공간 속도(ＬＨＳＶ)는 바람직하게는 0.05∼20,보다 바람직하게는 0.1∼10, 한층 더 바람직하게는 0.2∼5의 범위에서 선택된다.반응 계에 도입하는 스팀의 양은 스팀/카본 비로서 바람직하게는 1∼10, 보다 바람직하게는 1.5∼7, 한층 더 바람직하게는 2∼5로 한다.
[다른 기기]
본 발명의 간접 내부 개질 형 고온형 연료 전지에 고온 형 연료 전지 시스템의 공지의 구성 요소를 필요에 따라서 적당 부설해 사용할 수 있다.이러한 구성 요소의 구체적인 예를 들면 탄화 수소계 연료에 포함되는 황분을 저감하는 탈황기, 액체를 기화시키는 기화기,각종 유체를 가압하기 위한 펌프,압축기,블로어 등의 승압 수단,유체의 유량을 조절하기 위해 혹은 유체의 흐름을 차단/바꾸기 위한 벨브 등의 유량 조절 수단이나 유로 차단/변환 수단 열 교환,열 회수를 행하기 위한 열 교환기,기체를 응축하는 응축기,스팀 등에서 각종 기기를 외열 (外 熱)하는 가열/보온 수단,탄화 수소계 연료나 가연물의 저장수단,계장용 (計 裝 用)의 공기나 전기계통 (電 氣 系 統),제어용의 신호계통,제어장치,출력용이나 동력용의 전기 계통 등이다.
도 1은 본 발명의 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지의 일례를 설명하기 위 한 모식적 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 개질기의 일례를 설명하기 위한 모식적 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 개질기의 다른 예를 설명하기 위한 모식적 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 개질기의 다른 예를 설명하기 위한 모식적 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지의 다른 예를 설명하기 위한 모식적 측단면도이다.
부호의 설명:
1:개질기 2:개질 용기 3:제일의 칸막이 판 4:제2의 칸막이 판
5:개질 촉매 층 6:S 0 F C 7:모듈용기 8:전기히터
그렇지만 일반적으로 입상 촉매 층의 유효 열 전도율은 낮고ＳＯＦＣ로 부터 복사열을 받을 방향의 입자층고 (粒 子 層 高)가 큰 경우 그 방향으로 큰 온도 차가 생겨 온도의 낮은 부분에서 충분히 개질 반응이 진행하지 못하고 결과적으로 촉매 량을 많이 즉 개질기의 사이즈를 크게 할 필요가 생기는 경우가 있었다.혹은 특허문헌 2와 같이 개질 가스의 흐름을 되풀이하는 것에 의해서 국부적인 온도 저하를 막는 일도 생각할 수 있다.그러나 개질기의 균열화를 위해서 가스의 흐름을 되풀이하는 경우,유로 단면적 감소나 유로의 길이의 증가에 의해 압력 손실이 증대해 개질기에의 가스 공급용 블로어 등의 보기에 대해 소용 동력이 커지거나 사이즈가 커지거나 하는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 비교적 저 코스트인 입상촉매를 사용하고 개질기의 대형 화를 억제하고 한편 압력손실의 증대를 피해 보기의 소용 동력이나 대형화를 억제하면서 촉매 층의 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있는 개질기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 개질기를 갖추어 코스트의 증대를 억제하면서도 보다 컴팩트한 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 수증기 개질 반응을 이용해 탄화 수소계 연료로부터 수소 함유 가스를 제조하는 개질기이며,
반응 용기와 그 반응 용기 내에 수증기 개질능을 가지는 입상 촉매가 충전된 개질 촉매 층을 가지는 개질기에 있어서,
그 개질촉매 층을 적어도 둘로 구획하는 칸막이 판을 가지며,
그 칸막이 판의 열 전도율이 그 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높고,
그 칸막이 판이 그 반응 용기의 정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향하여 연재하는 개질기가 제공된다.상기 반응용기의 밖으로부터 그 반응용기를 가열하는 열원을 갖출 수 있다.또한 상기 반응용기 중에서 그 촉매 층을 가열하는 열원을 갖출 수 있다.
본 발명에 의해 수증기 개질 반응을 이용해 탄화 수소계 연료로부터 수소 함유 가스를 제조하는 개질기와 그 수소 함유가스를 사용하여 발전을 행하는 고온 형 연료전지를 가지며,
그 개질기는 반응 용기와 그 반응용기 내에 수증기 개질 능을 가지는 입상촉매가 충전된 개질 촉매 층을 가지며,
그 개질기가 그 고온 형 연료 전지로부터의 열 복사를 받는 위치에 배치된 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지이며,
그 개질기가 그 개질 촉매 층을 적어도 둘로 구획하는 칸막이 판을 가지며,
그 칸막이 판의 열 전도율은 그 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높고,
그 칸막이판이 그 반응 용기의 정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향하여 연재하는 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지가 제공된다.
본 발명의 개질기 및 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지는、예를 들면 정치용 (定 置 用) 혹은 이동체용의 발전 시스템에、또는 코제네레이션시스템에 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 수증기 개질 반응을 이용하여 탄화수소계 연료로부터 수소 함유 가스를 제조하는 개질기이고,
    반응 용기와 그 반응 용기 내에 수증기 개질능을 가지는 입상 촉매가 충전된 개질 촉매 층을 가지는 개질기에 있어서,
    그 개질 촉매 층을 적어도 둘로 구획하는 칸막이 판을 가지며,
    그 칸막이 판의 열 전도율이 그 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높고,
    그 칸막이 판이 그 반응 용기의 정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향하여 연재하는 개질기.
  2. 제1항에 있어서 상기 반응 용기의 밖으로부터 그 반응 용기를 가열하는 열원을 갖추는 개질기.
  3. 제1항에 있어서 상기 반응 용기 내부에서 그 촉매 층을 가열하는 열원을 갖추는 개질기.
  4. 수증기 개질 반응을 이용해 탄화수소계 연료로부터 수소 함유 가스를 제조하는 개질기와、그 수소 함유 가스를 사용하여 발전을 행하는 고온 형 연료 전지를 가지며、
    그 개질기는、반응 용기와、그 반응 용기 내에 수증기 개질능을 가지는 입상 촉매가 충전된 개질 촉매 층을 가지며、
    그 개질기가 그 고온 형 연료 전지로부터의 열 복사를 받는 위치에 배치된 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지이며、
    그 개질기가 그 개질 촉매 층을 적어도 둘로 구획하는 칸막이 판을 가지며、
    그 칸막이 판의 열 전도율은 그 촉매 층의 유효 열 전도율보다 높고、
    그 칸막이가、그 반응 용기의、정격운전시에 있어서 보다 고온의 부분으로부터 보다 저온의 부분에 향하여 연재하는 간접 내부 개질 형 고온 형 연료 전지.
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