JPH01320201A - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
- Publication number
- JPH01320201A JPH01320201A JP63155574A JP15557488A JPH01320201A JP H01320201 A JPH01320201 A JP H01320201A JP 63155574 A JP63155574 A JP 63155574A JP 15557488 A JP15557488 A JP 15557488A JP H01320201 A JPH01320201 A JP H01320201A
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- JP
- Japan
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- tube
- reaction tube
- catalyst
- reaction
- reforming
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
-
- 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)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
本発明は、改質原料ガスを改質触媒の下に水素に冨むガ
スに改質する燃料改質装置に関する。
スに改質する燃料改質装置に関する。
燃料電池は化学エネルギを直接電気エネルギに変換する
ものであり、小出力でも高い熱効率が得られることから
最近では従来のエンジン発電機やタービン発電機に替わ
る移動用電源、離島用電源として開発、展開が進められ
ている。ところで燃料電池に供給する燃料ガスの水素源
としては天然ガスやＬＰＧ、あるいはこれらの主成分で
ある炭化水素に比べて反応温度が大幅に低く、かつ改質
工程も簡単に済むメタノールなどが用いられている。こ
れらの炭化水素やメタノールは改質触媒の下に水蒸気改
質反応により水素に冨むガスに改質され、燃料電池の燃
料ガスとなる。ところで天然ガスは主成分であるメタン
が下記の二つの反応により改質される。
ものであり、小出力でも高い熱効率が得られることから
最近では従来のエンジン発電機やタービン発電機に替わ
る移動用電源、離島用電源として開発、展開が進められ
ている。ところで燃料電池に供給する燃料ガスの水素源
としては天然ガスやＬＰＧ、あるいはこれらの主成分で
ある炭化水素に比べて反応温度が大幅に低く、かつ改質
工程も簡単に済むメタノールなどが用いられている。こ
れらの炭化水素やメタノールは改質触媒の下に水蒸気改
質反応により水素に冨むガスに改質され、燃料電池の燃
料ガスとなる。ところで天然ガスは主成分であるメタン
が下記の二つの反応により改質される。
ＣＨ，＋）１．０ →ＣＯ＋３Ｈ，−・−−−−−−−
・−−−−〜−−ｆ１＋ＣＯ＋Ｈ！Ｏ→ＣＯ，＋ｌ！
・−一一−−−・・−・・−・−・（２）＋１１の
反応は旧糸の改質触媒の下で７００℃〜９００℃で行わ
れる吸熱反応であり、（２）の反応はＣｕ系の改質触媒
の下で２００℃〜４００℃で行われる発熱反応である。
・−−−−〜−−ｆ１＋ＣＯ＋Ｈ！Ｏ→ＣＯ，＋ｌ！
・−一一−−−・・−・・−・−・（２）＋１１の
反応は旧糸の改質触媒の下で７００℃〜９００℃で行わ
れる吸熱反応であり、（２）の反応はＣｕ系の改質触媒
の下で２００℃〜４００℃で行われる発熱反応である。
なお、（１）の反応はＮｉ系の改質触媒が充填された反
応管を有する燃料改質装置で行われ、（２）の反応はＣ
ｕ系の改質触媒を内蔵する一酸化炭素変成器で行われる
。
応管を有する燃料改質装置で行われ、（２）の反応はＣ
ｕ系の改質触媒を内蔵する一酸化炭素変成器で行われる
。
一方、メタノールは気化したメタノールガスが下記の２
段の反応により改質されると考えられている。
段の反応により改質されると考えられている。
（ＪＩｓＯＨ−ｈｃｏ ＋ ２ Ｈ！ −・・・−
−−一−−−−−・−−−−−−・・−（３）ＣＯ＋Ｈ
１Ｏ→ＣＯ□＋Ｈ！ ・−・・−−−−−−−−−（４
１＋３１． ＋４１の反応はいずれもＣｕ系の改質触媒
の下で２００℃〜４００℃で行われ、（３）の反応は吸
熱反応、（４）の反応は発熱反応であるがトータルする
と吸熱反応である。なお、（３１，（４１の反応は反応
１度が低く、−酸化炭素の４度も低いため、Ｃｕ系の改
質触媒が充填された反応管を存する燃料改！！を装置の
みで行われる。
−−一−−−−−・−−−−−−・・−（３）ＣＯ＋Ｈ
１Ｏ→ＣＯ□＋Ｈ！ ・−・・−−−−−−−−−（４
１＋３１． ＋４１の反応はいずれもＣｕ系の改質触媒
の下で２００℃〜４００℃で行われ、（３）の反応は吸
熱反応、（４）の反応は発熱反応であるがトータルする
と吸熱反応である。なお、（３１，（４１の反応は反応
１度が低く、−酸化炭素の４度も低いため、Ｃｕ系の改
質触媒が充填された反応管を存する燃料改！！を装置の
みで行われる。
上記のメタン、メタノール等の改質原料ガスを改質する
燃料改質装置の反応管における水蒸気改質反応はいずれ
も大きな吸熱反応であるので外部からの熱の供給が必要
である。このようにして外部から熱を供給して改質原料
ガスを水蒸気改質する燃料改質装置として、例えば第４
図に示す天然ガス燃料改質装置が知られている０図にお
いて、反応管１は仕切円筒２の内外に配された内管３と
外管４とからなる二重管の中に粒状の改質触媒５が充填
されて構成されている。なお内管３と仕切円筒２との間
および仕切円筒２と外管４との間に改質触媒が充填され
て内触媒層６と外触媒層７とが形成され、これらは下端
で接続している。
燃料改質装置の反応管における水蒸気改質反応はいずれ
も大きな吸熱反応であるので外部からの熱の供給が必要
である。このようにして外部から熱を供給して改質原料
ガスを水蒸気改質する燃料改質装置として、例えば第４
図に示す天然ガス燃料改質装置が知られている０図にお
いて、反応管１は仕切円筒２の内外に配された内管３と
外管４とからなる二重管の中に粒状の改質触媒５が充填
されて構成されている。なお内管３と仕切円筒２との間
および仕切円筒２と外管４との間に改質触媒が充填され
て内触媒層６と外触媒層７とが形成され、これらは下端
で接続している。
バーナ８は反応管１の内管３の内側に配され、炉容器９
は反応管ｌの外側を囲み、バーナ８からの燃焼ガスは反
応管ｌの内側面に沿って燃焼室１１を下方に流れた後、
反応管１の下端で折返して反此 応管１の外側面に沿って燃料ガス通路１２を上方に流れ
た後、炉容器９から排出管１３を経て外部に排出される
。
は反応管ｌの外側を囲み、バーナ８からの燃焼ガスは反
応管ｌの内側面に沿って燃焼室１１を下方に流れた後、
反応管１の下端で折返して反此 応管１の外側面に沿って燃料ガス通路１２を上方に流れ
た後、炉容器９から排出管１３を経て外部に排出される
。
庭前ｌ内の内触媒層６を加熱した後、外触媒層７を加熱
して炉容器９から外部に排出される。そして改質原料ガ
スとしての天然ガスを反応管１の内管側の上端から流入
させると天然ガスは加熱された内触媒層６から外触媒層
７へと流れ、改質触媒の作用の下に水蒸気改質されて水
素に冨むガスに改質され、この改質ガスは反応管１の外
管側の上端から外部、例えば燃料電池に送出される。
して炉容器９から外部に排出される。そして改質原料ガ
スとしての天然ガスを反応管１の内管側の上端から流入
させると天然ガスは加熱された内触媒層６から外触媒層
７へと流れ、改質触媒の作用の下に水蒸気改質されて水
素に冨むガスに改質され、この改質ガスは反応管１の外
管側の上端から外部、例えば燃料電池に送出される。
上記のように反応管ｌはこの側壁に沿って流れる熱媒体
により加熱されるが、反応管と触媒層との熱抵抗が大き
いので、反応管の半径方向の温度分布に大きな温度差が
生じる。
により加熱されるが、反応管と触媒層との熱抵抗が大き
いので、反応管の半径方向の温度分布に大きな温度差が
生じる。
第４図は改質触媒を均一に充填した反応管の半径方向の
温度分布を示すグラフであり、縦軸に内触媒層６を有す
る反応管部の温度を、横軸に反応管の半径方向の位置を
とって示している０図から内触媒層６の半径方向の温度
は燃焼ガスが沿って流れる内管３の側壁から遠ざかる程
、低下し、内管側壁側と仕切円筒側との温度差は大きい
ことが理解される。このような大きな温度差を存する温
度分布があると、所定の水素ガス量を得るための改質反
応時の触媒層の平均温度を所定の温度にするためには反
応管の外壁温度を１０００℃以上に上昇させなければな
らない、このような高温は反応管を構成する金属材料の
劣化を著しく進めるという欠点がある。
温度分布を示すグラフであり、縦軸に内触媒層６を有す
る反応管部の温度を、横軸に反応管の半径方向の位置を
とって示している０図から内触媒層６の半径方向の温度
は燃焼ガスが沿って流れる内管３の側壁から遠ざかる程
、低下し、内管側壁側と仕切円筒側との温度差は大きい
ことが理解される。このような大きな温度差を存する温
度分布があると、所定の水素ガス量を得るための改質反
応時の触媒層の平均温度を所定の温度にするためには反
応管の外壁温度を１０００℃以上に上昇させなければな
らない、このような高温は反応管を構成する金属材料の
劣化を著しく進めるという欠点がある。
本発明の目的は、反応管内の触媒層の半径方向の温度分
布の温度差を小さくすることにより、反応管の劣化を遅
らせて寿命を長くすることのできる燃料改’１１ Ｖｚ
置を提供することである。
布の温度差を小さくすることにより、反応管の劣化を遅
らせて寿命を長くすることのできる燃料改’１１ Ｖｚ
置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明によれば改質触媒が
充填された反応管をこの反応管の側壁に沿って流れる熱
媒体により加熱して反応管を通流する改質原料ガスを水
素に富むガスに改質する燃料改質装置において、反応管
内の改質触媒の充填密度を反応管の側壁に直角方向にこ
の側壁に近い位置程高くするものとする。
充填された反応管をこの反応管の側壁に沿って流れる熱
媒体により加熱して反応管を通流する改質原料ガスを水
素に富むガスに改質する燃料改質装置において、反応管
内の改質触媒の充填密度を反応管の側壁に直角方向にこ
の側壁に近い位置程高くするものとする。
改質原料ガスが通流する反応管内に充填される改質触媒
層の充填密度を反応管の側壁に直角方向、すなわち半径
方向に近い位置程密にしたことにより、反応管の側壁か
ら遠い程改質触媒の充填密度が低くなって熱抵抗が小さ
くなり、側壁から遠ざかる程伝熱性能が良くなるので、
半径方向の温度低下割合が小さくなり、これに伴って温
度分布の温度差が小さくなる。
層の充填密度を反応管の側壁に直角方向、すなわち半径
方向に近い位置程密にしたことにより、反応管の側壁か
ら遠い程改質触媒の充填密度が低くなって熱抵抗が小さ
くなり、側壁から遠ざかる程伝熱性能が良くなるので、
半径方向の温度低下割合が小さくなり、これに伴って温
度分布の温度差が小さくなる。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による改質触媒が充填された反
応管を存する燃料改質装置の断面図、第２図は第１図の
Ａ部の拡大図である。なお第１図、第２図において第２
図の従来例と同一部品には同じ符号を付し、その説明を
省略する。第１図、第２図において、従来例と異なるの
は反応管１の内触媒層６．外触媒層７における粒状の改
それぞれの側壁から直角方向、すなわち半径方向に側壁
に近い位置程高くしていることである。すなわち、第２
図に示すように内管」の側壁に近い程細粒の改質触媒を
付加すること等によりその充填密度を高くしている。
応管を存する燃料改質装置の断面図、第２図は第１図の
Ａ部の拡大図である。なお第１図、第２図において第２
図の従来例と同一部品には同じ符号を付し、その説明を
省略する。第１図、第２図において、従来例と異なるの
は反応管１の内触媒層６．外触媒層７における粒状の改
それぞれの側壁から直角方向、すなわち半径方向に側壁
に近い位置程高くしていることである。すなわち、第２
図に示すように内管」の側壁に近い程細粒の改質触媒を
付加すること等によりその充填密度を高くしている。
なお、複数の小孔１５を設けたパンフル板１４を仕切内
ｍ２に複数個所取付けるのが望ましい、これは仕切円筒
側の改質触媒の充填密度が内管３の側壁例のそれより低
いため改質原料ガスが流れる流れ抵抗は小さくなるので
、パンフル板材により流れ抵抗を増加し、これにより反
応管内の半径方向の流れ抵抗を均一にして改質原料ガス
量が半径方向に均一に流れるようにするためである。
ｍ２に複数個所取付けるのが望ましい、これは仕切円筒
側の改質触媒の充填密度が内管３の側壁例のそれより低
いため改質原料ガスが流れる流れ抵抗は小さくなるので
、パンフル板材により流れ抵抗を増加し、これにより反
応管内の半径方向の流れ抵抗を均一にして改質原料ガス
量が半径方向に均一に流れるようにするためである。
第３図は上記の構造によりバーナからの燃焼ガスの加熱
により改質原料ガスとしての天然ガスを水素に富むガス
に改質したときの反応管の半径方向の温度分布を示すグ
ラフであり、第５図と同じ要領で示している０図から反
応管１の内管６の半径方向の温度分布の’ｔＡＫ差が従
来のものより小さく、温度が均一化されることが理解さ
れる。
により改質原料ガスとしての天然ガスを水素に富むガス
に改質したときの反応管の半径方向の温度分布を示すグ
ラフであり、第５図と同じ要領で示している０図から反
応管１の内管６の半径方向の温度分布の’ｔＡＫ差が従
来のものより小さく、温度が均一化されることが理解さ
れる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば反応管
内の改質触媒の充填密度を熱媒体が沿って流れる反応管
の側壁に直角方向に近い位置程高くすることにより、側
壁から遠い程充填密度が低くなり、このため側壁から遠
い程伝熱性能がよくなって半径方向の温度分布の温度差
が小さくなるので、改質ガス中の所定の水素量を得る改
質反応の平均温度を得るために、熱媒体により反応管の
側壁を過剰に高温にする必要がな（なり、側壁の温度は
従来のものより低くすることができ、これに伴って反応
管の寿命が長くなるという効果がある。
内の改質触媒の充填密度を熱媒体が沿って流れる反応管
の側壁に直角方向に近い位置程高くすることにより、側
壁から遠い程充填密度が低くなり、このため側壁から遠
い程伝熱性能がよくなって半径方向の温度分布の温度差
が小さくなるので、改質ガス中の所定の水素量を得る改
質反応の平均温度を得るために、熱媒体により反応管の
側壁を過剰に高温にする必要がな（なり、側壁の温度は
従来のものより低くすることができ、これに伴って反応
管の寿命が長くなるという効果がある。
第１図は本発明の実施例による反応管を備えた燃料改質
装置の断面図、第２図は第１図の反応管のＡ部の拡大図
、第３図は第１図の燃料改質装置名管を備えた燃料改質
装置の断面図、第５図は第４図の燃料改質装置により改
質原料ガスを改質し１；反応管、５：改質触媒、８；バ
ーナ。 ・−づ、 第１ 図 第２図 第３図
装置の断面図、第２図は第１図の反応管のＡ部の拡大図
、第３図は第１図の燃料改質装置名管を備えた燃料改質
装置の断面図、第５図は第４図の燃料改質装置により改
質原料ガスを改質し１；反応管、５：改質触媒、８；バ
ーナ。 ・−づ、 第１ 図 第２図 第３図
Claims (1)
- １）改質触媒が充填された反応管をこの反応管の側壁に
沿って流れる熱媒体により加熱して反応管を通流する改
質原料ガスを水素に富むガスに改質する燃料改質装置に
おいて、反応管内の改質触媒の充填密度を反応管側壁に
直角な方向にこの側壁に近い位置程高くしたことを特徴
とする燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155574A JPH01320201A (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155574A JPH01320201A (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 燃料改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01320201A true JPH01320201A (ja) | 1989-12-26 |
Family
ID=15609024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63155574A Pending JPH01320201A (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01320201A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007040146A1 (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 水素生成装置及び燃料電池システム |
| JP2013055012A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用蒸発器 |
| WO2013073083A1 (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-23 | パナソニック株式会社 | 燃料処理装置 |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP63155574A patent/JPH01320201A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007040146A1 (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 水素生成装置及び燃料電池システム |
| US8221512B2 (en) | 2005-09-30 | 2012-07-17 | Panasonic Corporation | Hydrogen generator and fuel cell system |
| JP5058809B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2012-10-24 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置及び燃料電池システム |
| JP2013055012A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用蒸発器 |
| WO2013073083A1 (ja) * | 2011-11-16 | 2013-05-23 | パナソニック株式会社 | 燃料処理装置 |
| JP5269271B1 (ja) * | 2011-11-16 | 2013-08-21 | パナソニック株式会社 | 燃料処理装置 |
| EP2671843A4 (en) * | 2011-11-16 | 2015-01-14 | Panasonic Corp | FUEL PROCESSOR |
| US9266729B2 (en) | 2011-11-16 | 2016-02-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel processor |
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