JP2000281311A - 燃料電池用改質装置 - Google Patents
燃料電池用改質装置Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化が可能で、水蒸気改質反応の改質効率
を向上できる燃料電池用改質装置を提供する。 【解決手段】 改質触媒が充填された触媒層４７を有す
る筒体２１と、この筒体２１内に燃焼ガスを供給するバ
ーナ２４とを備え、このバーナ２４からの燃焼ガスによ
り触媒層４７を昇温し、この昇温した触媒層４７に燃料
と水蒸気を導いて改質ガスを生成する燃料電池用改質装
置２において、燃料供給管３９と水供給管４０とを備
え、バーナ２４からの燃焼ガス通路２５ａ内に水供給管
４０を導入して、燃焼ガスの熱により水供給管４０内を
流れる水を水蒸気に変換し、この水供給管４０を燃焼ガ
ス通路２５ａから導出して、燃料供給管３９に接続し、
燃料供給管３９を流れる燃料と、水供給管４０内を流れ
る水蒸気とを合流させて、触媒層４７に導く構成とす
る。
を向上できる燃料電池用改質装置を提供する。 【解決手段】 改質触媒が充填された触媒層４７を有す
る筒体２１と、この筒体２１内に燃焼ガスを供給するバ
ーナ２４とを備え、このバーナ２４からの燃焼ガスによ
り触媒層４７を昇温し、この昇温した触媒層４７に燃料
と水蒸気を導いて改質ガスを生成する燃料電池用改質装
置２において、燃料供給管３９と水供給管４０とを備
え、バーナ２４からの燃焼ガス通路２５ａ内に水供給管
４０を導入して、燃焼ガスの熱により水供給管４０内を
流れる水を水蒸気に変換し、この水供給管４０を燃焼ガ
ス通路２５ａから導出して、燃料供給管３９に接続し、
燃料供給管３９を流れる燃料と、水供給管４０内を流れ
る水蒸気とを合流させて、触媒層４７に導く構成とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼器で加熱され
た触媒下で燃料及び水蒸気を水蒸気改質反応させて水素
を生成する燃料電池用改質装置に関する。
た触媒下で燃料及び水蒸気を水蒸気改質反応させて水素
を生成する燃料電池用改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、炭化水素系燃料から水素を生成
して、この水素と空気中の酸素とを用いて発電を行う燃
料電池発電システムが知られており、この燃料電池発電
システムでは炭化水素系燃料を水素に変換するために改
質装置（燃料電池用改質装置）が用いられる。
して、この水素と空気中の酸素とを用いて発電を行う燃
料電池発電システムが知られており、この燃料電池発電
システムでは炭化水素系燃料を水素に変換するために改
質装置（燃料電池用改質装置）が用いられる。
【０００３】図４において、符号１００は従来の燃料電
池システムの改質装置を示し、この改質装置１００は改
質器本体１０１とこの改質器本体１０１に水蒸気を供給
する別体の水蒸気発生機１０２とを備える。また、改質
器本体１０１は円筒体１１４とこの円筒体１１４の内部
に延在する燃焼筒１１１とを備える。
池システムの改質装置を示し、この改質装置１００は改
質器本体１０１とこの改質器本体１０１に水蒸気を供給
する別体の水蒸気発生機１０２とを備える。また、改質
器本体１０１は円筒体１１４とこの円筒体１１４の内部
に延在する燃焼筒１１１とを備える。
【０００４】燃焼筒１１１の端部にはバーナ１１２が内
蔵され、また燃焼筒１１１には送風機１１３が設けられ
る。バーナ１１２には燃焼用燃料ガス供給管１１６と燃
料電池未反応ガス管１１７とが接続され、それぞれを通
じて燃焼用燃料ガスと燃料電池未反応ガスとがバーナ１
１２に供給される。
蔵され、また燃焼筒１１１には送風機１１３が設けられ
る。バーナ１１２には燃焼用燃料ガス供給管１１６と燃
料電池未反応ガス管１１７とが接続され、それぞれを通
じて燃焼用燃料ガスと燃料電池未反応ガスとがバーナ１
１２に供給される。
【０００５】円筒体１１４は４重筒壁構造になってお
り、内側から第１の筒壁１２１、第２の筒壁１２２、第
３の筒壁１２３、第４の筒壁１２４を備え、第１の筒壁
１２１と第２の筒壁１２２の間には改質触媒が充填され
て触媒層１３１が形成される。また、円筒体１１４に
は、燃焼排ガス管１２５、改質ガス導出管１２６、混合
ガス導入管１２７が接続される。混合ガス導入管１２７
は途中で燃料ガス供給管１２８と水蒸気供給管１２９と
に分岐し、水蒸気供給管１２９は前記水蒸気発生機１０
２に接続される。符号１３０は水蒸気発生機１０２に水
を供給する水管を示す。
り、内側から第１の筒壁１２１、第２の筒壁１２２、第
３の筒壁１２３、第４の筒壁１２４を備え、第１の筒壁
１２１と第２の筒壁１２２の間には改質触媒が充填され
て触媒層１３１が形成される。また、円筒体１１４に
は、燃焼排ガス管１２５、改質ガス導出管１２６、混合
ガス導入管１２７が接続される。混合ガス導入管１２７
は途中で燃料ガス供給管１２８と水蒸気供給管１２９と
に分岐し、水蒸気供給管１２９は前記水蒸気発生機１０
２に接続される。符号１３０は水蒸気発生機１０２に水
を供給する水管を示す。
【０００６】バーナ１１２で燃焼が行われている時に
は、この燃焼によって発生した燃焼ガスが点線矢印方向
に移動する。すなわち、燃焼ガスは燃焼筒１１１の内
部、燃焼筒１１１と第１の筒壁１２１の間、第３の筒壁
１２３と第４の筒壁１２４の間、燃焼排ガス管１２５の
内部を移動して燃焼ガスは外部に導かれる。
は、この燃焼によって発生した燃焼ガスが点線矢印方向
に移動する。すなわち、燃焼ガスは燃焼筒１１１の内
部、燃焼筒１１１と第１の筒壁１２１の間、第３の筒壁
１２３と第４の筒壁１２４の間、燃焼排ガス管１２５の
内部を移動して燃焼ガスは外部に導かれる。
【０００７】また、水蒸気発生機１０２には水管１３０
を通じて水が供給され、この水は水蒸気発生機１０２で
水蒸気に変換され、この水蒸気は水蒸気供給管１２９に
供給され、この水蒸気供給管１２９の水蒸気と燃料ガス
供給管１２８からの燃料ガスとが合流して混合ガスとな
る。燃料ガスと水蒸気との混合ガスは、混合ガス導入管
１２７を通じて改質器本体１０１に供給され、この改質
器本体１０１では、混合ガスは第１の筒壁１２１と第２
の筒壁１２２の間の触媒層１３１に導入され、この触媒
層１３１では混合ガスは燃焼ガスにより反応温度にまで
昇温されて水蒸気改質され、水素と一酸化炭素を含む改
質ガスに転換される。その後、改質ガスは、改質ガス導
出管１２６を通じて、例えば改質ガス内の一酸化炭素を
二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成装置（図示せず）
に送られる。
を通じて水が供給され、この水は水蒸気発生機１０２で
水蒸気に変換され、この水蒸気は水蒸気供給管１２９に
供給され、この水蒸気供給管１２９の水蒸気と燃料ガス
供給管１２８からの燃料ガスとが合流して混合ガスとな
る。燃料ガスと水蒸気との混合ガスは、混合ガス導入管
１２７を通じて改質器本体１０１に供給され、この改質
器本体１０１では、混合ガスは第１の筒壁１２１と第２
の筒壁１２２の間の触媒層１３１に導入され、この触媒
層１３１では混合ガスは燃焼ガスにより反応温度にまで
昇温されて水蒸気改質され、水素と一酸化炭素を含む改
質ガスに転換される。その後、改質ガスは、改質ガス導
出管１２６を通じて、例えば改質ガス内の一酸化炭素を
二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成装置（図示せず）
に送られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
改質装置１００では、改質器本体１０１に水蒸気を供給
する水蒸気発生機１０２が改質器本体１０１とは別体に
設けられているので、改質装置１００が大型化するとい
う問題がある。
改質装置１００では、改質器本体１０１に水蒸気を供給
する水蒸気発生機１０２が改質器本体１０１とは別体に
設けられているので、改質装置１００が大型化するとい
う問題がある。
【０００９】また、改質器本体１０１では、バーナ１１
２の燃焼時には燃焼筒１１１のバーナ１１２近傍の温度
が比較的高温となるので、燃焼筒下部１１１ａからの輻
射熱により円筒体下部１１４ａが円筒体上部１１４ｂに
比べて高温になり、円筒体１１４の温度分布がばらつ
き、水素を含む改質ガスを生成する水蒸気改質反応の改
質効率が悪化するという問題がある。
２の燃焼時には燃焼筒１１１のバーナ１１２近傍の温度
が比較的高温となるので、燃焼筒下部１１１ａからの輻
射熱により円筒体下部１１４ａが円筒体上部１１４ｂに
比べて高温になり、円筒体１１４の温度分布がばらつ
き、水素を含む改質ガスを生成する水蒸気改質反応の改
質効率が悪化するという問題がある。
【００１０】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、小型化が可能で、水蒸気改
質反応の改質効率を向上できる燃料電池用改質装置を提
供することにある。
技術が有する課題を解消し、小型化が可能で、水蒸気改
質反応の改質効率を向上できる燃料電池用改質装置を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
改質触媒が充填された触媒層を有する筒体と、この筒体
内に燃焼ガスを供給する燃焼器とを備え、この燃焼器か
らの燃焼ガスにより前記触媒層を昇温し、この昇温した
触媒層に燃料と水蒸気を導いて改質ガスを生成する燃料
電池用改質装置において、燃料供給管と水供給管とを備
え、前記燃焼器からの燃焼ガスを導く燃焼ガス通路内に
前記水供給管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供
給管内を流れる水を水蒸気に変換し、この水供給管を前
記燃焼ガス通路から導出して、前記燃料供給管に接続
し、当該燃料供給管を流れる燃料と、前記水供給管内を
流れる水蒸気とを合流させて、前記触媒層に導く構成と
したことを特徴とするものである。
改質触媒が充填された触媒層を有する筒体と、この筒体
内に燃焼ガスを供給する燃焼器とを備え、この燃焼器か
らの燃焼ガスにより前記触媒層を昇温し、この昇温した
触媒層に燃料と水蒸気を導いて改質ガスを生成する燃料
電池用改質装置において、燃料供給管と水供給管とを備
え、前記燃焼器からの燃焼ガスを導く燃焼ガス通路内に
前記水供給管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供
給管内を流れる水を水蒸気に変換し、この水供給管を前
記燃焼ガス通路から導出して、前記燃料供給管に接続
し、当該燃料供給管を流れる燃料と、前記水供給管内を
流れる水蒸気とを合流させて、前記触媒層に導く構成と
したことを特徴とするものである。
【００１２】この発明によれば、燃焼器からの燃焼ガス
が導かれる燃焼ガス通路内に水供給管を導入して、燃焼
ガスの熱により当該水供給管内を流れる水を水蒸気に変
換するので、水蒸気を生成する別体の水蒸気生成機が不
要となり、燃料電池用改質装置の小型化を図ることがで
きる。
が導かれる燃焼ガス通路内に水供給管を導入して、燃焼
ガスの熱により当該水供給管内を流れる水を水蒸気に変
換するので、水蒸気を生成する別体の水蒸気生成機が不
要となり、燃料電池用改質装置の小型化を図ることがで
きる。
【００１３】請求項２記載の発明は、改質触媒が充填さ
れた触媒層を有する筒体と、この筒体内に燃焼ガスを供
給する燃焼器とを備え、この燃焼器からの燃焼ガスによ
り前記触媒層を昇温し、この昇温した触媒層に燃料と水
蒸気を導いて改質ガスを生成する燃料電池用改質装置に
おいて、燃料供給管と水供給管とを備え、前記燃焼器か
らの燃焼ガスを導く燃焼筒を前記筒体の内部に延在し、
この燃焼筒内に前記水供給管を導入して、燃焼ガスの熱
により当該水供給管内を流れる水を水蒸気に変換し、こ
の水供給管を前記燃焼ガス通路から導出して、前記燃料
供給管に接続し、当該燃料供給管を流れる燃料と、前記
水供給管内を流れる水蒸気とを合流させて、前記触媒層
に導く構成としたことを特徴とするものである。
れた触媒層を有する筒体と、この筒体内に燃焼ガスを供
給する燃焼器とを備え、この燃焼器からの燃焼ガスによ
り前記触媒層を昇温し、この昇温した触媒層に燃料と水
蒸気を導いて改質ガスを生成する燃料電池用改質装置に
おいて、燃料供給管と水供給管とを備え、前記燃焼器か
らの燃焼ガスを導く燃焼筒を前記筒体の内部に延在し、
この燃焼筒内に前記水供給管を導入して、燃焼ガスの熱
により当該水供給管内を流れる水を水蒸気に変換し、こ
の水供給管を前記燃焼ガス通路から導出して、前記燃料
供給管に接続し、当該燃料供給管を流れる燃料と、前記
水供給管内を流れる水蒸気とを合流させて、前記触媒層
に導く構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】この発明によれば、燃焼筒内に前記水供給
管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供給管内を流
れる水を水蒸気に変換するので、水蒸気を生成するため
の水蒸気生成機が不要となり、燃料電池用改質装置の小
型化を図ることができる。
管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供給管内を流
れる水を水蒸気に変換するので、水蒸気を生成するため
の水蒸気生成機が不要となり、燃料電池用改質装置の小
型化を図ることができる。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記水供給管は前記燃焼筒の内周壁に接触
していることを特徴とするものである。
明において、前記水供給管は前記燃焼筒の内周壁に接触
していることを特徴とするものである。
【００１６】この発明によれば、水供給管は燃焼筒の内
周壁に接触しているので、燃焼筒を冷却することができ
る。
周壁に接触しているので、燃焼筒を冷却することができ
る。
【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の発明において、燃料電池用改質装置
前記改質ガスを筒体外部に導出する改質ガス導出管を備
え、この改質ガス導出管を前記触媒層に導かれる前の燃
料と水蒸気の混合ガスに接触させて、この混合ガスを前
記改質ガスの熱により予熱して触媒層に導く構成とした
ことを特徴とするものである。
いずれか１項記載の発明において、燃料電池用改質装置
前記改質ガスを筒体外部に導出する改質ガス導出管を備
え、この改質ガス導出管を前記触媒層に導かれる前の燃
料と水蒸気の混合ガスに接触させて、この混合ガスを前
記改質ガスの熱により予熱して触媒層に導く構成とした
ことを特徴とするものである。
【００１８】この発明によれば、触媒層に導かれる前の
混合ガスを改質ガスの熱により予熱して触媒層に導くの
で、熱効率を向上させることができる。
混合ガスを改質ガスの熱により予熱して触媒層に導くの
で、熱効率を向上させることができる。
【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の発明において、前記改質ガスを筒体
外部に導出する改質ガス導出管を備え、この改質ガス導
出管を螺旋状に巻回して前記触媒層に導かれる前の燃料
と水蒸気の混合ガスに接触させて、この混合ガスを前記
改質ガスの熱により予熱して触媒層に導く構成としたこ
とを特徴とするものである。
いずれか１項記載の発明において、前記改質ガスを筒体
外部に導出する改質ガス導出管を備え、この改質ガス導
出管を螺旋状に巻回して前記触媒層に導かれる前の燃料
と水蒸気の混合ガスに接触させて、この混合ガスを前記
改質ガスの熱により予熱して触媒層に導く構成としたこ
とを特徴とするものである。
【００２０】この発明によれば、改質ガス導出管を螺旋
状に巻回して前記触媒層に導かれる前の燃料と水蒸気の
混合ガスに接触させて、この混合ガスを前記改質ガスの
熱により予熱して触媒層に導くので、熱効率を向上させ
ることができる。
状に巻回して前記触媒層に導かれる前の燃料と水蒸気の
混合ガスに接触させて、この混合ガスを前記改質ガスの
熱により予熱して触媒層に導くので、熱効率を向上させ
ることができる。
【００２１】請求項６記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の発明において、前記改質ガスを筒体
外部に導出する改質ガス導出管を備え、前記筒体内に前
記触媒層を加熱した後の燃焼ガスが導かれる熱交換室を
形成し、この熱交換室に前記改質ガス導出管と前記燃料
と水蒸気の混合ガス導入管とを導き、改質ガス導出管と
混合ガス導入管とを二重螺旋構造に巻回し、混合ガス導
入管内の混合ガスを改質ガス導出管内の改質ガスの熱と
前記熱交換室に導かれた燃焼ガスの熱とにより予熱して
前記触媒層に導く構成としたことを特徴とする。
いずれか１項記載の発明において、前記改質ガスを筒体
外部に導出する改質ガス導出管を備え、前記筒体内に前
記触媒層を加熱した後の燃焼ガスが導かれる熱交換室を
形成し、この熱交換室に前記改質ガス導出管と前記燃料
と水蒸気の混合ガス導入管とを導き、改質ガス導出管と
混合ガス導入管とを二重螺旋構造に巻回し、混合ガス導
入管内の混合ガスを改質ガス導出管内の改質ガスの熱と
前記熱交換室に導かれた燃焼ガスの熱とにより予熱して
前記触媒層に導く構成としたことを特徴とする。
【００２２】この発明によれば、燃焼ガスが導かれる熱
交換室内で改質ガス導出管と混合ガス導入管とを二重螺
旋構造に巻回し、混合ガス導入管内の混合ガスを改質ガ
ス導出管内の改質ガスの熱と熱交換室に導かれた燃焼ガ
スの熱とにより予熱して触媒層に導き、燃焼ガス及び改
質ガスの両方から混合ガスが予熱されるので、熱効率を
向上させることができる。
交換室内で改質ガス導出管と混合ガス導入管とを二重螺
旋構造に巻回し、混合ガス導入管内の混合ガスを改質ガ
ス導出管内の改質ガスの熱と熱交換室に導かれた燃焼ガ
スの熱とにより予熱して触媒層に導き、燃焼ガス及び改
質ガスの両方から混合ガスが予熱されるので、熱効率を
向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２４】図１において、符号Ｓは燃料電池発電シス
テムを示し、この燃料電池発電システムＳでは、天然ガ
ス、都市ガス、ナフサ等の燃料ガスから水素が生成さ
れ、この生成された水素と空気中の酸素とを化学反応さ
せて発電が行われる。この燃料電池発電システムＳは、
燃料ガスが供給される配管１１に接続された脱硫装置１
と、この脱硫装置１に配管１２を介して接続された改質
装置（燃料電池用改質装置）２と、この改質装置２に配
管１３を介して接続された一酸化炭素変成装置３と、こ
の一酸化炭素変成装置３に配管１４を介して接続された
一酸化炭素除去装置４と、この一酸化炭素除去装置４に
配管１５を介して接続された固体高分子型の燃料電池本
体５と、この燃料電池本体５に行き水管１６ａ及び戻り
水管１６ｂを介して接続された水タンク６とを備える。
前記燃料電池本体５は、燃料極（アノード）５ａ、空気
極（カソード）５ｂ、冷却部５ｃを備える。
テムを示し、この燃料電池発電システムＳでは、天然ガ
ス、都市ガス、ナフサ等の燃料ガスから水素が生成さ
れ、この生成された水素と空気中の酸素とを化学反応さ
せて発電が行われる。この燃料電池発電システムＳは、
燃料ガスが供給される配管１１に接続された脱硫装置１
と、この脱硫装置１に配管１２を介して接続された改質
装置（燃料電池用改質装置）２と、この改質装置２に配
管１３を介して接続された一酸化炭素変成装置３と、こ
の一酸化炭素変成装置３に配管１４を介して接続された
一酸化炭素除去装置４と、この一酸化炭素除去装置４に
配管１５を介して接続された固体高分子型の燃料電池本
体５と、この燃料電池本体５に行き水管１６ａ及び戻り
水管１６ｂを介して接続された水タンク６とを備える。
前記燃料電池本体５は、燃料極（アノード）５ａ、空気
極（カソード）５ｂ、冷却部５ｃを備える。
【００２５】運転が開始されると、燃料ガスが配管１１
を通じて脱硫装置１に送られ、この脱硫装置１で燃料ガ
スから硫黄成分が除去される。この脱硫された燃料ガス
には配管１２を通じて改質装置２に送られ、また改質装
置２には水が供給される。改質装置２では、供給された
水が気化されて水蒸気が生成され、この水蒸気と燃料ガ
スとから水蒸気改質反応により水素と一酸化炭素を含む
改質ガスが生成される。この生成された改質ガスは配管
１３を通じて一酸化炭素変成装置３に送られ、一酸化炭
素変成装置３では改質ガス中に含まれる一酸化炭素が水
蒸気改質されて二酸化炭素に変成され、改質ガスの一酸
化炭素濃度は１％程度に低減される。この改質ガスには
空気が混入され、配管１４を通じて一酸化炭素除去装置
４に送られる。一酸化炭素除去装置４では空気が混合さ
れた改質ガスに含まれる一酸化炭素が選択酸化反応によ
り二酸化炭素に転換され、この改質ガスの一酸化炭素濃
度は１０ｐｐｍ程度に低減される。この改質ガスは配管
１５を通じて燃料電池本体５の燃料極５ａに送られ、燃
料電池本体５では燃料極５ａに導入された改質ガス中の
水素と空気極５ｂに導入された空気中の酸素との間で電
気化学反応が行われて発電される。この燃料電池本体５
における反応は発熱反応であるため、水タンク６の水が
往き水管１６ａを通じて冷却部５ｃに送られて燃料電池
本体５を冷却し、この冷却によって昇温した水は戻り水
管１６ｂを介して水タンク６に戻る。
を通じて脱硫装置１に送られ、この脱硫装置１で燃料ガ
スから硫黄成分が除去される。この脱硫された燃料ガス
には配管１２を通じて改質装置２に送られ、また改質装
置２には水が供給される。改質装置２では、供給された
水が気化されて水蒸気が生成され、この水蒸気と燃料ガ
スとから水蒸気改質反応により水素と一酸化炭素を含む
改質ガスが生成される。この生成された改質ガスは配管
１３を通じて一酸化炭素変成装置３に送られ、一酸化炭
素変成装置３では改質ガス中に含まれる一酸化炭素が水
蒸気改質されて二酸化炭素に変成され、改質ガスの一酸
化炭素濃度は１％程度に低減される。この改質ガスには
空気が混入され、配管１４を通じて一酸化炭素除去装置
４に送られる。一酸化炭素除去装置４では空気が混合さ
れた改質ガスに含まれる一酸化炭素が選択酸化反応によ
り二酸化炭素に転換され、この改質ガスの一酸化炭素濃
度は１０ｐｐｍ程度に低減される。この改質ガスは配管
１５を通じて燃料電池本体５の燃料極５ａに送られ、燃
料電池本体５では燃料極５ａに導入された改質ガス中の
水素と空気極５ｂに導入された空気中の酸素との間で電
気化学反応が行われて発電される。この燃料電池本体５
における反応は発熱反応であるため、水タンク６の水が
往き水管１６ａを通じて冷却部５ｃに送られて燃料電池
本体５を冷却し、この冷却によって昇温した水は戻り水
管１６ｂを介して水タンク６に戻る。
【００２６】図２において、符号２０は前記改質装置２
の改質器本体を示し、改質器本体２０は、円筒体２１
と、この円筒体２１内部に延在する燃焼筒２２とを備え
る。
の改質器本体を示し、改質器本体２０は、円筒体２１
と、この円筒体２１内部に延在する燃焼筒２２とを備え
る。
【００２７】燃焼筒２２には送風機２３が取り付けら
れ、燃焼筒２２の端部には前記送風機２３から空気が供
給されるバーナ（燃焼器）２４が内蔵される。燃焼筒２
２内にはバーナ２４からの燃焼ガスを導く燃焼ガス通路
２５ａが形成される。バーナ２４には燃焼用燃料ガス供
給管２６が接続されて燃焼用燃料ガスが供給され、また
バーナ２４には燃料電池未反応ガス管２７が接続されて
前記燃料極５ａ（図１）で発電に用いられなかった水素
を含む燃料電池未反応ガスが供給される。
れ、燃焼筒２２の端部には前記送風機２３から空気が供
給されるバーナ（燃焼器）２４が内蔵される。燃焼筒２
２内にはバーナ２４からの燃焼ガスを導く燃焼ガス通路
２５ａが形成される。バーナ２４には燃焼用燃料ガス供
給管２６が接続されて燃焼用燃料ガスが供給され、また
バーナ２４には燃料電池未反応ガス管２７が接続されて
前記燃料極５ａ（図１）で発電に用いられなかった水素
を含む燃料電池未反応ガスが供給される。
【００２８】円筒体２１は４重筒壁構造であり、内側か
ら第１の筒壁３１と、第２の筒壁３２と、第３の筒壁３
３と、第４の筒壁３４とを備える。前記燃焼筒２２と第
１の筒壁３１との間には前記燃焼ガス通路２５ａに連通
する燃焼ガス通路２５ｂが形成され、第３の筒壁３３と
第４の筒壁３４の間には燃焼ガス通路２５ｂに連通する
燃焼ガス通路２５ｃが形成される。符号３５は燃焼ガス
通路２５ｃに連通する燃焼ガス排出管を示す。
ら第１の筒壁３１と、第２の筒壁３２と、第３の筒壁３
３と、第４の筒壁３４とを備える。前記燃焼筒２２と第
１の筒壁３１との間には前記燃焼ガス通路２５ａに連通
する燃焼ガス通路２５ｂが形成され、第３の筒壁３３と
第４の筒壁３４の間には燃焼ガス通路２５ｂに連通する
燃焼ガス通路２５ｃが形成される。符号３５は燃焼ガス
通路２５ｃに連通する燃焼ガス排出管を示す。
【００２９】本実施形態では、改質器２は、燃料ガスを
供給する燃料供給管３９と、水が供給される水供給管４
０とを備える。
供給する燃料供給管３９と、水が供給される水供給管４
０とを備える。
【００３０】水供給管４０は、燃焼筒２２内の燃焼ガス
通路２５ａの中心に導入され、この燃焼ガス通路２５ａ
の中心に沿って上方に向けて延び、燃焼筒２２の内周壁
まで導かれ、当該内周壁２１ａに接触させて螺旋状に巻
回され、燃焼筒２２から水蒸気供給管４１となって燃焼
筒２２外部に導出される。この導出された水蒸気供給管
４１は前記燃料供給管３９に接続されて混合ガス導入管
４２となり、この混合ガス導入管４２は燃焼筒２２の天
板４３に接続される。円筒体２１の第１の筒壁３１と第
２の筒壁３２の間には混合ガス導入管４２に連通する混
合ガス室４４と上部多孔仕切板（例えばパンチングメタ
ル）４５及び下部多孔仕切板（例えばパンチングメタ
ル）４６で仕切られた触媒層４７が形成される。この触
媒層４７には改質触媒が充填される。第２の筒壁３２と
第３の筒壁３３の間には触媒層４７に連通する改質ガス
通路４８が形成される。符号４８は改質ガス導出管を示
す。
通路２５ａの中心に導入され、この燃焼ガス通路２５ａ
の中心に沿って上方に向けて延び、燃焼筒２２の内周壁
まで導かれ、当該内周壁２１ａに接触させて螺旋状に巻
回され、燃焼筒２２から水蒸気供給管４１となって燃焼
筒２２外部に導出される。この導出された水蒸気供給管
４１は前記燃料供給管３９に接続されて混合ガス導入管
４２となり、この混合ガス導入管４２は燃焼筒２２の天
板４３に接続される。円筒体２１の第１の筒壁３１と第
２の筒壁３２の間には混合ガス導入管４２に連通する混
合ガス室４４と上部多孔仕切板（例えばパンチングメタ
ル）４５及び下部多孔仕切板（例えばパンチングメタ
ル）４６で仕切られた触媒層４７が形成される。この触
媒層４７には改質触媒が充填される。第２の筒壁３２と
第３の筒壁３３の間には触媒層４７に連通する改質ガス
通路４８が形成される。符号４８は改質ガス導出管を示
す。
【００３１】次に、作用を説明する。
【００３２】バーナ２４で燃焼が行われている時には、
この燃焼によって発生した燃焼ガスが点線矢印方向に移
動する。すなわち、燃焼ガスは、燃焼ガス通路２５ａに
導かれて燃焼筒２２の内部の水供給管４０を加熱し、燃
焼ガス通路２５ｂに導かれて触媒層４７を加熱し、燃焼
ガス通路２５ｃに導かれて混合ガス通路４８の混合ガス
を加熱し、燃焼排ガス管３５を移動して３００〜５００
℃に温度降下して外部に導かれる。
この燃焼によって発生した燃焼ガスが点線矢印方向に移
動する。すなわち、燃焼ガスは、燃焼ガス通路２５ａに
導かれて燃焼筒２２の内部の水供給管４０を加熱し、燃
焼ガス通路２５ｂに導かれて触媒層４７を加熱し、燃焼
ガス通路２５ｃに導かれて混合ガス通路４８の混合ガス
を加熱し、燃焼排ガス管３５を移動して３００〜５００
℃に温度降下して外部に導かれる。
【００３３】一方、水供給管４０を通じて水が供給さ
れ、この水は燃焼筒２２内部の水供給管４０で燃焼ガス
通路２５ａの燃焼ガスによって気化されて水蒸気に変換
される。このとき、燃焼筒２２内部の水供給管４０は螺
旋状に巻回されているので、燃焼ガスと水供給管４０と
の接触面積が大きく、水供給管４０内の水が気化しやす
くなっている。この水蒸気は水蒸気供給管４１に供給さ
れ、この水蒸気供給管４１の水蒸気と燃料供給管３９か
らの燃料ガスとが合流して混合ガスとなる。燃料ガスと
水蒸気との混合ガスは、混合ガス導入管４２を通じて改
質器本体２０に供給され、この改質器本体２０の混合ガ
ス室４４に導入される。この混合ガス室４４では、混合
ガスは燃焼ガスによって予熱され、この予熱された混合
ガスは上部多孔仕切板４５の孔を通じて触媒層４７に導
かれ、この触媒層４７において燃焼ガスにより７００〜
８００℃の反応温度にまで昇温されて水蒸気改質され、
水素と一酸化炭素を含む改質ガスに転換される。この改
質ガスに転換された後の当該改質ガスの温度は４００〜
６００℃である。そして、改質ガスは、改質ガス通路４
９に導かれた後、改質ガス導出管３６（図１の配管１
３）を通じて例えば一酸化炭素を二酸化炭素に変成する
一酸化炭素変成装置３に送られる。
れ、この水は燃焼筒２２内部の水供給管４０で燃焼ガス
通路２５ａの燃焼ガスによって気化されて水蒸気に変換
される。このとき、燃焼筒２２内部の水供給管４０は螺
旋状に巻回されているので、燃焼ガスと水供給管４０と
の接触面積が大きく、水供給管４０内の水が気化しやす
くなっている。この水蒸気は水蒸気供給管４１に供給さ
れ、この水蒸気供給管４１の水蒸気と燃料供給管３９か
らの燃料ガスとが合流して混合ガスとなる。燃料ガスと
水蒸気との混合ガスは、混合ガス導入管４２を通じて改
質器本体２０に供給され、この改質器本体２０の混合ガ
ス室４４に導入される。この混合ガス室４４では、混合
ガスは燃焼ガスによって予熱され、この予熱された混合
ガスは上部多孔仕切板４５の孔を通じて触媒層４７に導
かれ、この触媒層４７において燃焼ガスにより７００〜
８００℃の反応温度にまで昇温されて水蒸気改質され、
水素と一酸化炭素を含む改質ガスに転換される。この改
質ガスに転換された後の当該改質ガスの温度は４００〜
６００℃である。そして、改質ガスは、改質ガス通路４
９に導かれた後、改質ガス導出管３６（図１の配管１
３）を通じて例えば一酸化炭素を二酸化炭素に変成する
一酸化炭素変成装置３に送られる。
【００３４】本実施形態によれば、改質器本体２０のバ
ーナ２４で生じた燃焼ガスの熱により水を気化して水蒸
気を生成するので、水蒸気を生成するための水蒸気生成
機を別に設ける必要がなくなり、改質装置２の小型化を
図ることができる。また、水蒸気を生成する水供給管４
０が燃焼筒２２内に設けられているので、この水供給管
４０内の水がバーナ２４近傍の燃焼筒下部２２ａからの
輻射熱を吸収し、円筒体下部２１ａの温度を上昇させ
ず、円筒体２１全体の温度分布を均一化できる。また、
水供給管４０が燃焼筒２２の内周壁に接触しているの
で、燃焼筒２２を冷却することができる。
ーナ２４で生じた燃焼ガスの熱により水を気化して水蒸
気を生成するので、水蒸気を生成するための水蒸気生成
機を別に設ける必要がなくなり、改質装置２の小型化を
図ることができる。また、水蒸気を生成する水供給管４
０が燃焼筒２２内に設けられているので、この水供給管
４０内の水がバーナ２４近傍の燃焼筒下部２２ａからの
輻射熱を吸収し、円筒体下部２１ａの温度を上昇させ
ず、円筒体２１全体の温度分布を均一化できる。また、
水供給管４０が燃焼筒２２の内周壁に接触しているの
で、燃焼筒２２を冷却することができる。
【００３５】別の実施形態として、図３に示すように、
円筒体２１の混合ガス室４４に改質ガスを導出する改質
ガス導出管５１を通してもよい。
円筒体２１の混合ガス室４４に改質ガスを導出する改質
ガス導出管５１を通してもよい。
【００３６】この場合、改質ガス導出管５１に導かれる
改質ガスの熱が混合ガス室４４内の混合ガスに供給され
て混合ガスが予熱された後、触媒層４７に導かれる。従
って、混合ガスは触媒層４７に導入される時には既に予
熱されているので、熱効率が向上し、バーナ２４の燃焼
量を減少させることができる。尚、改質ガス導出管５１
を混合ガス室４４内で螺旋状に巻回して構成すると、混
合ガスの予熱の効果を向上させることができる。
改質ガスの熱が混合ガス室４４内の混合ガスに供給され
て混合ガスが予熱された後、触媒層４７に導かれる。従
って、混合ガスは触媒層４７に導入される時には既に予
熱されているので、熱効率が向上し、バーナ２４の燃焼
量を減少させることができる。尚、改質ガス導出管５１
を混合ガス室４４内で螺旋状に巻回して構成すると、混
合ガスの予熱の効果を向上させることができる。
【００３７】更に別の実施形態として、図４に示すよう
に、円筒体２１の混合ガス室４４に改質ガスを導出する
改質ガス導出管５２を通し、円筒体２１上部に触媒層４
７を加熱した後の燃焼ガスを導く熱交換室５３を形成
し、この熱交換室５３に前記改質ガス導出管５２と燃料
ガスと水蒸気を導く混合ガス導入管５４とを導き、改質
ガス導出管５２と混合ガス導入管５４とを二重螺旋構造
に巻回してもよい。尚、符号５５は燃焼ガス排出管を示
す。
に、円筒体２１の混合ガス室４４に改質ガスを導出する
改質ガス導出管５２を通し、円筒体２１上部に触媒層４
７を加熱した後の燃焼ガスを導く熱交換室５３を形成
し、この熱交換室５３に前記改質ガス導出管５２と燃料
ガスと水蒸気を導く混合ガス導入管５４とを導き、改質
ガス導出管５２と混合ガス導入管５４とを二重螺旋構造
に巻回してもよい。尚、符号５５は燃焼ガス排出管を示
す。
【００３８】この場合、熱交換室５３に導かれる燃焼ガ
スの熱と改質ガス導出管５２を通じて導かれる改質ガス
の熱とが混合ガス導入管５４内の混合ガスに供給されて
混合ガスが予熱され、混合ガス室４４内の改質ガス導出
管５２を通る改質ガスから予熱された後、混合ガスが触
媒層４７に導かれる。従って、混合ガスは触媒層４７に
導入される時には予熱されているので、熱効率が向上
し、バーナ２４の燃焼量を減少させることができる。ま
た、改質ガス導出管５２と混合ガス導入管５４とを二重
螺旋構造に巻回して熱交換を行っているので、燃料ガス
と改質ガスとの熱交換が効率良く行われると共に、改質
ガス導出管５２と混合ガス導入管５４を熱交換室５３に
容易に配置できる。また、熱交換室５３は円筒体２１内
に形成されているので、熱交換室５３が極端に改質装置
全体を大型化することはない。
スの熱と改質ガス導出管５２を通じて導かれる改質ガス
の熱とが混合ガス導入管５４内の混合ガスに供給されて
混合ガスが予熱され、混合ガス室４４内の改質ガス導出
管５２を通る改質ガスから予熱された後、混合ガスが触
媒層４７に導かれる。従って、混合ガスは触媒層４７に
導入される時には予熱されているので、熱効率が向上
し、バーナ２４の燃焼量を減少させることができる。ま
た、改質ガス導出管５２と混合ガス導入管５４とを二重
螺旋構造に巻回して熱交換を行っているので、燃料ガス
と改質ガスとの熱交換が効率良く行われると共に、改質
ガス導出管５２と混合ガス導入管５４を熱交換室５３に
容易に配置できる。また、熱交換室５３は円筒体２１内
に形成されているので、熱交換室５３が極端に改質装置
全体を大型化することはない。
【００３９】以上、実施形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明はこれに限定されるものでないことは明ら
かである。
たが、本発明はこれに限定されるものでないことは明ら
かである。
【００４０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃焼器か
らの燃焼ガスが導かれる燃焼ガス通路内に水供給管を導
入して、燃焼ガスの熱により当該水供給管内を流れる水
を水蒸気に変換するので、水蒸気を生成する別体の水蒸
気生成機が不要となり、燃料電池用改質装置の小型化を
図ることができる。
らの燃焼ガスが導かれる燃焼ガス通路内に水供給管を導
入して、燃焼ガスの熱により当該水供給管内を流れる水
を水蒸気に変換するので、水蒸気を生成する別体の水蒸
気生成機が不要となり、燃料電池用改質装置の小型化を
図ることができる。
【００４１】請求項２記載の発明によれば、燃焼筒内に
前記水供給管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供
給管内を流れる水を水蒸気に変換するので、水蒸気を生
成するための水蒸気生成機が不要となり、燃料電池用改
質装置の小型化を図ることができる。
前記水供給管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供
給管内を流れる水を水蒸気に変換するので、水蒸気を生
成するための水蒸気生成機が不要となり、燃料電池用改
質装置の小型化を図ることができる。
【００４２】請求項３記載の発明によれば、水供給管は
燃焼筒の内周壁に接触しているので、燃焼筒を冷却する
ことができる。
燃焼筒の内周壁に接触しているので、燃焼筒を冷却する
ことができる。
【００４３】請求項４記載の発明によれば、触媒層に導
かれる前の混合ガスを改質ガスの熱により予熱して触媒
層に導くので、熱効率を向上させることができる。
かれる前の混合ガスを改質ガスの熱により予熱して触媒
層に導くので、熱効率を向上させることができる。
【００４４】請求項５記載の発明によれば、改質ガス導
出管を螺旋状に巻回して前記触媒層に導かれる前の燃料
と水蒸気の混合ガスに接触させて、この混合ガスを前記
改質ガスの熱により予熱して触媒層に導くので、熱効率
を向上させることができる。
出管を螺旋状に巻回して前記触媒層に導かれる前の燃料
と水蒸気の混合ガスに接触させて、この混合ガスを前記
改質ガスの熱により予熱して触媒層に導くので、熱効率
を向上させることができる。
【００４５】請求項６記載の発明によれば、燃焼ガスが
導かれる熱交換室内で改質ガス導出管と混合ガス導入管
とを二重螺旋構造に巻回し、混合ガス導入管内の混合ガ
スを改質ガス導出管内の改質ガスの熱と熱交換室に導か
れた燃焼ガスの熱とにより予熱して触媒層に導き、燃焼
ガス及び改質ガスの両方から混合ガスが予熱されるの
で、熱効率を向上させることができる。
導かれる熱交換室内で改質ガス導出管と混合ガス導入管
とを二重螺旋構造に巻回し、混合ガス導入管内の混合ガ
スを改質ガス導出管内の改質ガスの熱と熱交換室に導か
れた燃焼ガスの熱とにより予熱して触媒層に導き、燃焼
ガス及び改質ガスの両方から混合ガスが予熱されるの
で、熱効率を向上させることができる。
【図１】燃料電池発電システムを示すブロック図であ
る。
る。
【図２】本実施形態による改質装置を示す断面図であ
る。
る。
【図３】別の実施形態による改質装置を示す断面図であ
る。
る。
【図４】更に別の実施形態による改質装置を示す断面図
である。
である。
【図５】従来の改質装置を示す断面図である。
２ 改質装置（燃料電池用改質装置） ２０ 改質器本体 ２１ 円筒体（筒体） ２４ バーナ ２５ａ 燃焼ガス通路 ３９ 燃料供給管 ４０ 水供給管 ４７ 触媒層 ５１ 改質ガス導出管 ５２ 改質ガス導出管 ５３ 熱交換室 ５４ 混合ガス導入管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄木 丈俊 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 田島 収 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB03 EB12 EB23 EB44 5H027 AA02 BA01 BA09 BA16 BA17 CC06
Claims (6)
- 【請求項１】 改質触媒が充填された触媒層を有する筒
体と、この筒体内に燃焼ガスを供給する燃焼器とを備
え、この燃焼器からの燃焼ガスにより前記触媒層を昇温
し、この昇温した触媒層に燃料と水蒸気を導いて改質ガ
スを生成する燃料電池用改質装置において、 燃料供給管と水供給管とを備え、 前記燃焼器からの燃焼ガスを導く燃焼ガス通路内に前記
水供給管を導入して、燃焼ガスの熱により当該水供給管
内を流れる水を水蒸気に変換し、 この水供給管を前記燃焼ガス通路から導出して、前記燃
料供給管に接続し、当該燃料供給管を流れる燃料と、前
記水供給管内を流れる水蒸気とを合流させて、前記触媒
層に導く構成としたことを特徴とする燃料電池用改質装
置。 - 【請求項２】 改質触媒が充填された触媒層を有する筒
体と、この筒体内に燃焼ガスを供給する燃焼器とを備
え、この燃焼器からの燃焼ガスにより前記触媒層を昇温
し、この昇温した触媒層に燃料と水蒸気を導いて改質ガ
スを生成する燃料電池用改質装置において、 燃料供給管と水供給管とを備え、 前記燃焼器からの燃焼ガスを導く燃焼筒を前記筒体の内
部に延在し、この燃焼筒内に前記水供給管を導入して、
燃焼ガスの熱により当該水供給管内を流れる水を水蒸気
に変換し、 この水供給管を前記燃焼ガス通路から導出して、前記燃
料供給管に接続し、当該燃料供給管を流れる燃料と、前
記水供給管内を流れる水蒸気とを合流させて、前記触媒
層に導く構成としたことを特徴とする燃料電池用改質装
置。 - 【請求項３】 前記水供給管は前記燃焼筒の内周壁に接
触していることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用
改質装置。 - 【請求項４】 前記改質ガスを筒体外部に導出する改質
ガス導出管を備え、この改質ガス導出管を前記触媒層に
導かれる前の燃料と水蒸気の混合ガスに接触させて、こ
の混合ガスを前記改質ガスの熱により予熱して触媒層に
導く構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項記載の燃料電池用改質装置。 - 【請求項５】 前記改質ガスを筒体外部に導出する改質
ガス導出管を備え、この改質ガス導出管を螺旋状に巻回
して前記触媒層に導かれる前の燃料と水蒸気の混合ガス
に接触させて、この混合ガスを前記改質ガスの熱により
予熱して触媒層に導く構成としたことを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池用改質装置。 - 【請求項６】 前記改質ガスを筒体外部に導出する改質
ガス導出管を備え、前記筒体内に前記触媒層を加熱した
後の燃焼ガスが導かれる熱交換室を形成し、この熱交換
室に前記改質ガス導出管と前記燃料と水蒸気の混合ガス
導入管とを導き、改質ガス導出管と混合ガス導入管とを
二重螺旋構造に巻回し、混合ガス導入管内の混合ガスを
改質ガス導出管内の改質ガスの熱と前記熱交換室に導か
れた燃焼ガスの熱とにより予熱して前記触媒層に導く構
成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１
項記載の燃料電池用改質装置。
Priority Applications (1)
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| JP11093115A JP2000281311A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 燃料電池用改質装置 |
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| JP11093115A JP2000281311A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 燃料電池用改質装置 |
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| JP2000281311A true JP2000281311A (ja) | 2000-10-10 |
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ID=14073531
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|---|---|---|---|
| JP11093115A Pending JP2000281311A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 燃料電池用改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000281311A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6607703B1 (en) | 1999-05-24 | 2003-08-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generator |
| US7223296B2 (en) | 2001-12-25 | 2007-05-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generation system and fuel cell system having the same |
| JP2009504558A (ja) * | 2005-08-16 | 2009-02-05 | エネルディ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 燃料電池システムおよび改質器の作動方法 |
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| KR101351859B1 (ko) | 2012-06-19 | 2014-01-24 | 에이치앤파워(주) | 고체산화물 연료전지용 원형 자열개질 반응기 |
| CN103700876A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-04-02 | 西安交通大学 | 一种类螺旋状连接体平板固体氧化物燃料电池堆 |
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| KR101771501B1 (ko) * | 2015-08-03 | 2017-08-25 | 최준영 | 연료전지시스템용 가습장치 |
| KR20170129428A (ko) * | 2016-05-17 | 2017-11-27 | 최준영 | 연료전지시스템용 가습장치 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11093115A patent/JP2000281311A/ja active Pending
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