JPH07126001A - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
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- JPH07126001A JPH07126001A JP5294073A JP29407393A JPH07126001A JP H07126001 A JPH07126001 A JP H07126001A JP 5294073 A JP5294073 A JP 5294073A JP 29407393 A JP29407393 A JP 29407393A JP H07126001 A JPH07126001 A JP H07126001A
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- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
- C01B3/34—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/382—Processes with two or more reaction steps, of which at least one is catalytic, e.g. steam reforming and partial oxidation
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で熱損失が少なく、しかも改質ガス中の
一酸化炭素濃度を低く抑えることのできる燃料改質装置
を提供する。 【構成】 気化部３と改質・変成部５と酸化除去部６と
を、それぞれ気化層３１と加熱層３２、改質触媒層５１
と加熱層５２、酸化触媒層６１と加熱層６２の積層構造
とし、しかも燃焼部２と共に一体的に連設する。この構
成により、従来のものに比べて大幅に小型化することが
できると同時に、燃焼部２で発生させた熱源ガスの熱
を、その損失を非常に小さく抑えて有効に利用すること
ができる。さらに、改質・変成部５で改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させるとともに、酸化除去部６でも残
存一酸化炭素濃度を低減させるため、燃料電池に供給す
る改質ガス中の一酸化炭素濃度を、その燃料電池に対し
て悪影響を与えることのない程度の濃度（約１００ｐｐ
ｍ）にまで確実に低減させることができる。
一酸化炭素濃度を低く抑えることのできる燃料改質装置
を提供する。 【構成】 気化部３と改質・変成部５と酸化除去部６と
を、それぞれ気化層３１と加熱層３２、改質触媒層５１
と加熱層５２、酸化触媒層６１と加熱層６２の積層構造
とし、しかも燃焼部２と共に一体的に連設する。この構
成により、従来のものに比べて大幅に小型化することが
できると同時に、燃焼部２で発生させた熱源ガスの熱
を、その損失を非常に小さく抑えて有効に利用すること
ができる。さらに、改質・変成部５で改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させるとともに、酸化除去部６でも残
存一酸化炭素濃度を低減させるため、燃料電池に供給す
る改質ガス中の一酸化炭素濃度を、その燃料電池に対し
て悪影響を与えることのない程度の濃度（約１００ｐｐ
ｍ）にまで確実に低減させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を含む発電シ
ステムに設けられ、メタノールやＬＮＧなどの化石燃料
を改質して、燃料電池の燃料となる、水素を主成分とす
る改質ガスを生成する燃料改質装置に関する。
ステムに設けられ、メタノールやＬＮＧなどの化石燃料
を改質して、燃料電池の燃料となる、水素を主成分とす
る改質ガスを生成する燃料改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料改質装置では、メタノールやＬＮＧ
などの化石燃料から成る改質原料を加熱気化して改質原
料ガスを生成し、その改質原料ガスに水蒸気を混合す
る、いわゆる水蒸気改質を施して改質ガスを生成する。
この改質ガスには、燃料電池の電極触媒の触媒毒となっ
て電池寿命を低下させる一酸化炭素が多く含まれている
ため、その改質ガス中の一酸化炭素濃度を、触媒による
変成反応を利用して低減させ、燃料電池の燃料である、
水素を主成分とする改質ガスを生成する。
などの化石燃料から成る改質原料を加熱気化して改質原
料ガスを生成し、その改質原料ガスに水蒸気を混合す
る、いわゆる水蒸気改質を施して改質ガスを生成する。
この改質ガスには、燃料電池の電極触媒の触媒毒となっ
て電池寿命を低下させる一酸化炭素が多く含まれている
ため、その改質ガス中の一酸化炭素濃度を、触媒による
変成反応を利用して低減させ、燃料電池の燃料である、
水素を主成分とする改質ガスを生成する。
【０００３】従来のこの種の燃料改質装置には、例えば
特開平４−７１１６９号公報に、燃料電池発電システム
の起動方法として開示されたものがある。
特開平４−７１１６９号公報に、燃料電池発電システム
の起動方法として開示されたものがある。
【０００４】その従来の燃料改質装置では、改質原料を
加熱気化して改質原料ガスを生成する気化器と、その改
質原料ガスに水蒸気改質を施して、水素を主成分とする
改質ガスを生成する改質器と、その改質ガス中の一酸化
炭素濃度を触媒によって低減させる変成器とが、それぞ
れ独立した装置として設けられている。
加熱気化して改質原料ガスを生成する気化器と、その改
質原料ガスに水蒸気改質を施して、水素を主成分とする
改質ガスを生成する改質器と、その改質ガス中の一酸化
炭素濃度を触媒によって低減させる変成器とが、それぞ
れ独立した装置として設けられている。
【０００５】そして発電システムの起動時には、先ず改
質器を、バーナ加熱によって改質ガスの露点温度以上に
まで昇温し起動する。次いで、改質原料中の水蒸気比を
過剰にすることによって改質反応を起こさせる。この
時、改質ガス中の一酸化炭素濃度は、変成器通過後と同
レベルに低減されている。次いで改質ガスを、変成器を
バイパスする側路を通して燃料電池に導入する。次いで
燃料電池を発電状態とし昇温する。次いで、変成器を昇
温し起動する。次いで上記変成器バイパス用の側路を閉
じて、改質ガスを変成器に導入する。最後に、変成後の
改質ガスを燃料電池に供給する。
質器を、バーナ加熱によって改質ガスの露点温度以上に
まで昇温し起動する。次いで、改質原料中の水蒸気比を
過剰にすることによって改質反応を起こさせる。この
時、改質ガス中の一酸化炭素濃度は、変成器通過後と同
レベルに低減されている。次いで改質ガスを、変成器を
バイパスする側路を通して燃料電池に導入する。次いで
燃料電池を発電状態とし昇温する。次いで、変成器を昇
温し起動する。次いで上記変成器バイパス用の側路を閉
じて、改質ガスを変成器に導入する。最後に、変成後の
改質ガスを燃料電池に供給する。
【０００６】上記燃料改質装置およびその装置を含む発
電システムの起動手順によると、改質器および燃料電池
の昇温の間は、変成器には改質ガスを通さず、よって変
成触媒は、ヒータのみによる加熱により、触媒全体が活
性温度に達するまでゆっくりと一様に昇温される。即
ち、変成触媒が局部的に加熱されることがないため、そ
の変成触媒の熱劣化を防止することができる。また、充
分に昇温されていない変成触媒に改質ガスを通すことが
ないため、変成触媒層における結露を防止して、その結
露による変成器のガス流通障害を回避することができ
る。
電システムの起動手順によると、改質器および燃料電池
の昇温の間は、変成器には改質ガスを通さず、よって変
成触媒は、ヒータのみによる加熱により、触媒全体が活
性温度に達するまでゆっくりと一様に昇温される。即
ち、変成触媒が局部的に加熱されることがないため、そ
の変成触媒の熱劣化を防止することができる。また、充
分に昇温されていない変成触媒に改質ガスを通すことが
ないため、変成触媒層における結露を防止して、その結
露による変成器のガス流通障害を回避することができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の燃
料改質装置では、次のような問題点があった。 （１）変成器は、改質ガスのバイパス路に挟まれて位置
するために、改質部とも明らかに独立した状態で設置さ
れる。従って、装置が大型化し、またそれによってガス
移送時の放熱による熱損失が大きくなる。 （２）変成器は、急速加熱と局部加熱を避けるように、
変成器内に取り付けられたヒータにより時間をかけて加
熱される。発電システムにおける最大の熱源は、バーナ
による燃焼ガスであり、その燃焼ガスの熱量だけでも、
改質器，変成器，燃料電池の３機器の起動には充分であ
る。従って、バーナとは別個に変成用のヒータを設ける
こと自体が、変成触媒の局部加熱の原因となり、また熱
エネルギーの浪費と装置の大型化を招く。 （３）変成器が起動するまでは、改質器における改質反
応によって、２倍当量の水蒸気を含む改質原料ガスから
得られた改質ガスが燃料電池に導入されることになる。
その際、改質器内では、改質反応と同時に変成反応も起
こり、その変成反応によって改質ガス中の一酸化炭素濃
度はある程度は低減されるが、かなりの濃度の一酸化炭
素を含む改質ガスが燃料電池に導入されてしまう。特
に、改質器の作動温度が高温になると、改質反応が主に
なるため、改質ガス中の一酸化炭素濃度は一層高くな
る。この改質ガス中の一酸化炭素は、燃料電池の電極触
媒の触媒毒となるため、燃料電池導入段階では約１００
ｐｐｍにまで低減させる必要がある。
料改質装置では、次のような問題点があった。 （１）変成器は、改質ガスのバイパス路に挟まれて位置
するために、改質部とも明らかに独立した状態で設置さ
れる。従って、装置が大型化し、またそれによってガス
移送時の放熱による熱損失が大きくなる。 （２）変成器は、急速加熱と局部加熱を避けるように、
変成器内に取り付けられたヒータにより時間をかけて加
熱される。発電システムにおける最大の熱源は、バーナ
による燃焼ガスであり、その燃焼ガスの熱量だけでも、
改質器，変成器，燃料電池の３機器の起動には充分であ
る。従って、バーナとは別個に変成用のヒータを設ける
こと自体が、変成触媒の局部加熱の原因となり、また熱
エネルギーの浪費と装置の大型化を招く。 （３）変成器が起動するまでは、改質器における改質反
応によって、２倍当量の水蒸気を含む改質原料ガスから
得られた改質ガスが燃料電池に導入されることになる。
その際、改質器内では、改質反応と同時に変成反応も起
こり、その変成反応によって改質ガス中の一酸化炭素濃
度はある程度は低減されるが、かなりの濃度の一酸化炭
素を含む改質ガスが燃料電池に導入されてしまう。特
に、改質器の作動温度が高温になると、改質反応が主に
なるため、改質ガス中の一酸化炭素濃度は一層高くな
る。この改質ガス中の一酸化炭素は、燃料電池の電極触
媒の触媒毒となるため、燃料電池導入段階では約１００
ｐｐｍにまで低減させる必要がある。
【０００８】本発明は、上述のような問題点を解決する
ためになされたもので、小型で熱損失が少なく、しかも
改質ガス中の一酸化炭素濃度を低く抑えることのできる
燃料改質装置を提供することを目的とする。
ためになされたもので、小型で熱損失が少なく、しかも
改質ガス中の一酸化炭素濃度を低く抑えることのできる
燃料改質装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料改質装
置（１）は、熱源ガスを発生する燃焼部（２）と、改質
原料を上記燃焼部からの熱源ガスによって加熱気化させ
ることにより改質原料ガスを生成する気化部（３）と、
その気化部からの改質原料ガスを、上記燃焼部からの熱
源ガスで加熱した改質触媒によって、水素を主成分とす
る改質ガスに変換するとともに、その改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させる改質・変成部（５）と、その改
質・変成部からの改質ガス中の残存一酸化炭素濃度を一
酸化炭素選択酸化触媒によって低減させる酸化除去部
（６）と、を備えている。
置（１）は、熱源ガスを発生する燃焼部（２）と、改質
原料を上記燃焼部からの熱源ガスによって加熱気化させ
ることにより改質原料ガスを生成する気化部（３）と、
その気化部からの改質原料ガスを、上記燃焼部からの熱
源ガスで加熱した改質触媒によって、水素を主成分とす
る改質ガスに変換するとともに、その改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させる改質・変成部（５）と、その改
質・変成部からの改質ガス中の残存一酸化炭素濃度を一
酸化炭素選択酸化触媒によって低減させる酸化除去部
（６）と、を備えている。
【００１０】そして上記気化部（３）は、改質原料を通
す気化層（３１）と、上記燃焼部（２）からの熱源ガス
を通して上記気化層内の改質原料を加熱する加熱層（３
２）とが交互に配列されて積層構造を成す。
す気化層（３１）と、上記燃焼部（２）からの熱源ガス
を通して上記気化層内の改質原料を加熱する加熱層（３
２）とが交互に配列されて積層構造を成す。
【００１１】上記改質・変成部（５）は、改質触媒を内
蔵して上記気化部の気化層からの改質原料ガスを通す改
質触媒層（５１）と、上記気化部の加熱層を通過した熱
源ガスを通して上記改質触媒層内の改質触媒を加熱する
加熱層（５２）とが交互に配列されて積層構造を成す。
蔵して上記気化部の気化層からの改質原料ガスを通す改
質触媒層（５１）と、上記気化部の加熱層を通過した熱
源ガスを通して上記改質触媒層内の改質触媒を加熱する
加熱層（５２）とが交互に配列されて積層構造を成す。
【００１２】上記酸化除去部（６）は、一酸化炭素選択
酸化触媒を内蔵して上記改質・変成部からの改質ガスを
通す酸化触媒層（６１）と、上記改質・変成部の加熱層
を通過した熱源ガスを通して上記酸化触媒層内の一酸化
炭素選択酸化触媒を加熱する加熱層（６２）とが交互に
配列されて積層構造を成す。
酸化触媒を内蔵して上記改質・変成部からの改質ガスを
通す酸化触媒層（６１）と、上記改質・変成部の加熱層
を通過した熱源ガスを通して上記酸化触媒層内の一酸化
炭素選択酸化触媒を加熱する加熱層（６２）とが交互に
配列されて積層構造を成す。
【００１３】さらに、上記燃焼部（２）と気化部（３）
と改質・変成部（５）と酸化除去部（６）とが、一体的
に連設されて成ることを特徴とするものである。
と改質・変成部（５）と酸化除去部（６）とが、一体的
に連設されて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】上記構成の燃料改質装置（１）において、気化
部（３）では、気化層（３１）に導入された改質原料
を、加熱層（３２）に導入された燃焼部（２）からの熱
源ガスによって加熱気化して改質原料ガスを生成する。
部（３）では、気化層（３１）に導入された改質原料
を、加熱層（３２）に導入された燃焼部（２）からの熱
源ガスによって加熱気化して改質原料ガスを生成する。
【００１５】上記改質・変成部（５）では、改質触媒層
（５１）内の改質触媒を、加熱層（５２）に導入された
熱源ガスによって加熱する。そして、改質触媒層（５
１）内の、改質触媒が２５０〜３００℃の温度範囲にあ
るガス進行方向上流域では、水蒸気改質反応によって、
上記気化部（３）の気化層（３１）からの改質原料ガス
を改質ガスに変換する。また、熱源ガスの温度低下によ
り改質触媒が１５０〜２００℃の温度範囲にあるガス進
行方向下流域では、変成反応によって改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させる。
（５１）内の改質触媒を、加熱層（５２）に導入された
熱源ガスによって加熱する。そして、改質触媒層（５
１）内の、改質触媒が２５０〜３００℃の温度範囲にあ
るガス進行方向上流域では、水蒸気改質反応によって、
上記気化部（３）の気化層（３１）からの改質原料ガス
を改質ガスに変換する。また、熱源ガスの温度低下によ
り改質触媒が１５０〜２００℃の温度範囲にあるガス進
行方向下流域では、変成反応によって改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させる。
【００１６】さらに、上記酸化除去部（６）では、酸化
触媒層（６１）内の一酸化炭素選択酸化触媒を、加熱層
（６２）に導入された熱源ガスによって加熱する。そし
て、酸化触媒層（６１）内の一酸化炭素選択酸化反応に
よって、上記改質・変成部（５）からの改質ガス中の残
存一酸化炭素濃度を低減させる。
触媒層（６１）内の一酸化炭素選択酸化触媒を、加熱層
（６２）に導入された熱源ガスによって加熱する。そし
て、酸化触媒層（６１）内の一酸化炭素選択酸化反応に
よって、上記改質・変成部（５）からの改質ガス中の残
存一酸化炭素濃度を低減させる。
【００１７】上記燃料改質装置（１）では、気化部
（３）と改質・変成部（５）と酸化除去部（６）とを、
それぞれ気化層（３１）と加熱層（３２）、改質触媒層
（５１）と加熱層（５２）、酸化触媒層（６１）と加熱
層（６２）の積層構造とし、しかも燃焼部（２）と共に
一体的に連設したため、従来のものに比べて大幅に小型
化することができる。それと同時に、燃焼部（２）で発
生させた熱を、その損失を非常に小さく抑えて有効に利
用することができる。
（３）と改質・変成部（５）と酸化除去部（６）とを、
それぞれ気化層（３１）と加熱層（３２）、改質触媒層
（５１）と加熱層（５２）、酸化触媒層（６１）と加熱
層（６２）の積層構造とし、しかも燃焼部（２）と共に
一体的に連設したため、従来のものに比べて大幅に小型
化することができる。それと同時に、燃焼部（２）で発
生させた熱を、その損失を非常に小さく抑えて有効に利
用することができる。
【００１８】また、改質・変成部（５）で改質ガス中の
一酸化炭素濃度を低減させるとともに、酸化除去部
（６）でも残存一酸化炭素濃度を低減させるようにした
ため、燃料電池に供給する改質ガス中の一酸化炭素濃度
を、その燃料電池に対して悪影響を与えることのない程
度の濃度（約１００ｐｐｍ）にまで確実に低減させるこ
とができる。
一酸化炭素濃度を低減させるとともに、酸化除去部
（６）でも残存一酸化炭素濃度を低減させるようにした
ため、燃料電池に供給する改質ガス中の一酸化炭素濃度
を、その燃料電池に対して悪影響を与えることのない程
度の濃度（約１００ｐｐｍ）にまで確実に低減させるこ
とができる。
【００１９】なお、上記カッコ内の符号は、図面を参照
するためのものであり、何等本発明の構成を限定するも
のではない。
するためのものであり、何等本発明の構成を限定するも
のではない。
【００２０】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【００２１】図１は、本発明に係る燃料改質装置の前方
より見た斜視図、図２は、同じ燃料改質装置の後方より
見た斜視図、また図３は、同じ燃料改質装置のブロック
構成図である。
より見た斜視図、図２は、同じ燃料改質装置の後方より
見た斜視図、また図３は、同じ燃料改質装置のブロック
構成図である。
【００２２】図のようにこの燃料改質装置１は、下方か
ら上方へ、燃焼部２と、気化部３と、改質・変成部５
と、酸化除去部６とを一体的に連設して構成されてい
る。これら各部の構成について下記に説明する。
ら上方へ、燃焼部２と、気化部３と、改質・変成部５
と、酸化除去部６とを一体的に連設して構成されてい
る。これら各部の構成について下記に説明する。
【００２３】上記燃焼部２は、熱源ガスを発生するもの
で、熱源としては例えば、改質装置１外のメタノールタ
ンク７からメタノールポンプ９により供給される液体メ
タノールを燃料とし、ブロワ１０によりバルブ１１を介
して供給される空気を燃焼助剤としたバーナーが利用さ
れる。燃料の液体メタノールは、この燃焼部２の上部に
設けられた液体燃料マニホールド２１を通して供給され
る。またこの燃焼部２には、燃料改質装置１の改質ガス
供給先である燃料電池からの余剰水素が、バルブ１２を
介して供給される。
で、熱源としては例えば、改質装置１外のメタノールタ
ンク７からメタノールポンプ９により供給される液体メ
タノールを燃料とし、ブロワ１０によりバルブ１１を介
して供給される空気を燃焼助剤としたバーナーが利用さ
れる。燃料の液体メタノールは、この燃焼部２の上部に
設けられた液体燃料マニホールド２１を通して供給され
る。またこの燃焼部２には、燃料改質装置１の改質ガス
供給先である燃料電池からの余剰水素が、バルブ１２を
介して供給される。
【００２４】上記気化部３は、改質原料、例えば上記メ
タノールタンク７からの液体メタノールと、水蒸気発生
器１３に内蔵されている内タンクからの水とより成る混
合液体原料を、燃焼部２からの熱源ガスによって加熱気
化させることにより、改質原料ガスを生成するもので、
改質原料を通して気化させる気化層３１と、燃焼部２か
らの熱源ガスを通す加熱層３２とが立てられた状態で交
互に配列されて積層構造を成している。
タノールタンク７からの液体メタノールと、水蒸気発生
器１３に内蔵されている内タンクからの水とより成る混
合液体原料を、燃焼部２からの熱源ガスによって加熱気
化させることにより、改質原料ガスを生成するもので、
改質原料を通して気化させる気化層３１と、燃焼部２か
らの熱源ガスを通す加熱層３２とが立てられた状態で交
互に配列されて積層構造を成している。
【００２５】上記改質・変成部５は、気化部３からの改
質原料ガスを、燃焼部２からの熱源ガスで加熱した改質
触媒によって、水素を主成分とする改質ガスに変換する
とともに、その改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させ
るもので、改質触媒を内蔵して気化部３からの改質原料
ガスを通す改質触媒層５１と、気化部３の加熱層３２を
通過した燃焼部２からの熱源ガスを通す加熱層５２とが
立てられた状態で交互に配列されて積層構造を成してい
る。つまり改質触媒層５１は気化部３の気化層３１の上
端に連設され、加熱層５２は気化部３の加熱層３２の上
端に連設されている。また改質触媒は、銅，亜鉛等から
成るもので、改質触媒層５１の内壁に含浸，溶射，電
着，スパッタ塗付等により担持、あるいは層内に充填さ
れている。
質原料ガスを、燃焼部２からの熱源ガスで加熱した改質
触媒によって、水素を主成分とする改質ガスに変換する
とともに、その改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させ
るもので、改質触媒を内蔵して気化部３からの改質原料
ガスを通す改質触媒層５１と、気化部３の加熱層３２を
通過した燃焼部２からの熱源ガスを通す加熱層５２とが
立てられた状態で交互に配列されて積層構造を成してい
る。つまり改質触媒層５１は気化部３の気化層３１の上
端に連設され、加熱層５２は気化部３の加熱層３２の上
端に連設されている。また改質触媒は、銅，亜鉛等から
成るもので、改質触媒層５１の内壁に含浸，溶射，電
着，スパッタ塗付等により担持、あるいは層内に充填さ
れている。
【００２６】上記酸化除去部６は、改質・変成部からの
改質ガス中の一酸化炭素濃度を、一酸化炭素選択酸化触
媒によって酸化除去させるもので、その一酸化炭素選択
酸化触媒を内蔵して改質・変成部５からの改質ガスを通
す酸化触媒層６１と、改質・変成部５の加熱層５２を通
過した燃焼部２からの熱源ガスを通す加熱層６２とが立
てられた状態で交互に配列されて積層構造を成してい
る。即ち酸化触媒層６１は改質・変成部５の改質触媒層
５１の上端に連設され、加熱層６２は改質・変成部５の
加熱層５２の上端に連設されている。
改質ガス中の一酸化炭素濃度を、一酸化炭素選択酸化触
媒によって酸化除去させるもので、その一酸化炭素選択
酸化触媒を内蔵して改質・変成部５からの改質ガスを通
す酸化触媒層６１と、改質・変成部５の加熱層５２を通
過した燃焼部２からの熱源ガスを通す加熱層６２とが立
てられた状態で交互に配列されて積層構造を成してい
る。即ち酸化触媒層６１は改質・変成部５の改質触媒層
５１の上端に連設され、加熱層６２は改質・変成部５の
加熱層５２の上端に連設されている。
【００２７】この酸化除去部６の酸化触媒層６１に内蔵
される一酸化炭素選択酸化触媒は、水素を酸化させず
に、つまり水が生成する反応を抑制して、一酸化炭素と
の酸化反応を選択的に推進する機能を有する触媒であ
り、その一酸化炭素選択酸化触媒としては、Ｐｔ／Ａｌ
2 Ｏ3 ，Ｐｄ／Ａｌ2 Ｏ3 ，Ａｕ／Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｒｕ／
Ａｌ2 Ｏ3 等の貴金属系触媒が用いられる。またこの触
媒は、酸化触媒層６１の内壁に含浸，溶射，電着，スパ
ッタ塗付等により担持、あるいは層内に充填されてい
る。
される一酸化炭素選択酸化触媒は、水素を酸化させず
に、つまり水が生成する反応を抑制して、一酸化炭素と
の酸化反応を選択的に推進する機能を有する触媒であ
り、その一酸化炭素選択酸化触媒としては、Ｐｔ／Ａｌ
2 Ｏ3 ，Ｐｄ／Ａｌ2 Ｏ3 ，Ａｕ／Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｒｕ／
Ａｌ2 Ｏ3 等の貴金属系触媒が用いられる。またこの触
媒は、酸化触媒層６１の内壁に含浸，溶射，電着，スパ
ッタ塗付等により担持、あるいは層内に充填されてい
る。
【００２８】そしてこの酸化除去部６には、ブロワ１９
からの空気が供給される。その空気を導入するための空
気マニホールド６３が、酸化除去部６の下部に設けられ
ている。さらにこの酸化除去部６の上部には、各酸化触
媒層６１からの改質ガスをまとめて燃料電池へ導く改質
ガスマニホールド６５が設けられている。
からの空気が供給される。その空気を導入するための空
気マニホールド６３が、酸化除去部６の下部に設けられ
ている。さらにこの酸化除去部６の上部には、各酸化触
媒層６１からの改質ガスをまとめて燃料電池へ導く改質
ガスマニホールド６５が設けられている。
【００２９】この燃料改質装置１では、以上の構成に加
えて、改質・変成部５からの改質ガス中の一酸化炭素濃
度を検出するＣＯセンサ（検出手段）２０と、そのＣＯ
センサ２０が検出した改質・変成部５からの改質ガス中
の一酸化炭素濃度に応じて、この改質・変成部５の加熱
層５２に供給する熱源ガスの量を制御するコントローラ
（制御手段）３０とが設けられている。本実施例の場
合、コントローラ３０は、ＣＯセンサ２０の検出結果に
基づいてバルブ１７を調整し、燃焼部２に導入するメタ
ノール流量を調整することにより、ブロワ１６から気化
部３へ供給する空気量を調整することにより、後述のご
とく、改質・変成部５からの改質ガス中の一酸化炭素濃
度が所定値より高ければ、改質・変成部５の加熱層５２
への熱源ガスの量を減少させるように制御する。またこ
のコントローラ３０は、燃焼部２に供給される空気と余
剰水素との量を調整するバルブ１１，１２をも制御す
る。
えて、改質・変成部５からの改質ガス中の一酸化炭素濃
度を検出するＣＯセンサ（検出手段）２０と、そのＣＯ
センサ２０が検出した改質・変成部５からの改質ガス中
の一酸化炭素濃度に応じて、この改質・変成部５の加熱
層５２に供給する熱源ガスの量を制御するコントローラ
（制御手段）３０とが設けられている。本実施例の場
合、コントローラ３０は、ＣＯセンサ２０の検出結果に
基づいてバルブ１７を調整し、燃焼部２に導入するメタ
ノール流量を調整することにより、ブロワ１６から気化
部３へ供給する空気量を調整することにより、後述のご
とく、改質・変成部５からの改質ガス中の一酸化炭素濃
度が所定値より高ければ、改質・変成部５の加熱層５２
への熱源ガスの量を減少させるように制御する。またこ
のコントローラ３０は、燃焼部２に供給される空気と余
剰水素との量を調整するバルブ１１，１２をも制御す
る。
【００３０】次に、上記構成の燃料改質装置１の作用
を、ガスの流れに従い、図１〜図３および図４の説明図
を用いて説明する。
を、ガスの流れに従い、図１〜図３および図４の説明図
を用いて説明する。
【００３１】気化部３の気化層３１にメタノールタンク
７からの液体メタノール（改質原料）を、水蒸気発生器
１３からの水と共に導入するとともに、加熱層３２に燃
焼部２からの熱源ガスを導入して、気化層３１を通る混
合液体原料を１１０〜１５０℃に加熱する。すると混合
液体原料は、図４中の式に示す気化反応（吸熱反応）
により液体表面から気化し、改質原料ガスとなる。
７からの液体メタノール（改質原料）を、水蒸気発生器
１３からの水と共に導入するとともに、加熱層３２に燃
焼部２からの熱源ガスを導入して、気化層３１を通る混
合液体原料を１１０〜１５０℃に加熱する。すると混合
液体原料は、図４中の式に示す気化反応（吸熱反応）
により液体表面から気化し、改質原料ガスとなる。
【００３２】次いで、上記気化部３の気化層３１で生成
された改質原料ガスを、改質・変成部５の改質触媒層５
１に導入するとともに、気化部３の加熱層３２を通過し
た熱源ガスを、この改質・変成部５の加熱層５２に導入
して、改質触媒層５１内の改質触媒を、その改質触媒が
最も活性化する２５０〜３００℃に加熱する。すると、
改質触媒と改質原料ガスとの間で、図４中の式に示す
水蒸気改質反応（吸熱反応）が起こり、改質原料ガス
は、水素を主成分とする改質ガスに変換される。この改
質ガスには、二酸化炭素および濃度約１％（１００００
ｐｐｍ）の一酸化炭素が含まれている。
された改質原料ガスを、改質・変成部５の改質触媒層５
１に導入するとともに、気化部３の加熱層３２を通過し
た熱源ガスを、この改質・変成部５の加熱層５２に導入
して、改質触媒層５１内の改質触媒を、その改質触媒が
最も活性化する２５０〜３００℃に加熱する。すると、
改質触媒と改質原料ガスとの間で、図４中の式に示す
水蒸気改質反応（吸熱反応）が起こり、改質原料ガス
は、水素を主成分とする改質ガスに変換される。この改
質ガスには、二酸化炭素および濃度約１％（１００００
ｐｐｍ）の一酸化炭素が含まれている。
【００３３】また、上記改質・変成部５の加熱層５２を
下方から上方へ流れる熱源ガスは、改質反応が吸熱反応
であることから、その加熱層５２の下流域（上方）では
温度が低下する。このため、その加熱層５２の下流域に
対応する改質触媒層５１内の改質触媒の温度は、１５０
〜２００℃に低下する。すると改質触媒は、この温度範
囲では変成触媒として機能するようになり、図４中の
式に示す変成反応（発熱反応）によって改質ガス中の一
酸化炭素は、同じ改質ガス中の余剰水分と反応して二酸
化炭素に転化し、濃度が低減する。
下方から上方へ流れる熱源ガスは、改質反応が吸熱反応
であることから、その加熱層５２の下流域（上方）では
温度が低下する。このため、その加熱層５２の下流域に
対応する改質触媒層５１内の改質触媒の温度は、１５０
〜２００℃に低下する。すると改質触媒は、この温度範
囲では変成触媒として機能するようになり、図４中の
式に示す変成反応（発熱反応）によって改質ガス中の一
酸化炭素は、同じ改質ガス中の余剰水分と反応して二酸
化炭素に転化し、濃度が低減する。
【００３４】即ち、改質・変成部５において、改質触媒
層５１内の、改質触媒が２５０〜３００℃の温度範囲に
あるガス進行方向上流域では、水蒸気改質反応によって
改質原料ガスを改質ガスに変換し、また改質触媒が１５
０〜２００℃の温度範囲にあるガス進行方向下流域で
は、変成反応によって改質ガス中の一酸化炭素濃度を低
減させる。従って、この改質・変成部５の加熱層５２に
導入する熱源ガスの量を調整すれば、改質触媒層５１内
の改質触媒の温度分布を変えて、改質反応領域と変成反
応領域との比率を変え、改質ガス中の一酸化炭素濃度を
調整することが可能になる。
層５１内の、改質触媒が２５０〜３００℃の温度範囲に
あるガス進行方向上流域では、水蒸気改質反応によって
改質原料ガスを改質ガスに変換し、また改質触媒が１５
０〜２００℃の温度範囲にあるガス進行方向下流域で
は、変成反応によって改質ガス中の一酸化炭素濃度を低
減させる。従って、この改質・変成部５の加熱層５２に
導入する熱源ガスの量を調整すれば、改質触媒層５１内
の改質触媒の温度分布を変えて、改質反応領域と変成反
応領域との比率を変え、改質ガス中の一酸化炭素濃度を
調整することが可能になる。
【００３５】そこで本実施例では、ＣＯセンサ２０によ
り、改質・変成部５からの改質ガス中の一酸化炭素濃度
を検出し、その検出の結果、一酸化炭素濃度が所定の
値、例えば１０００ｐｐｍより高ければ、コントローラ
３０により加熱層５２への熱源ガスの量を減少させて改
質触媒の温度を低下させ、それにより変成反応領域を拡
大させて、一酸化炭素濃度を所定値まで低減させるよう
に自動的に制御する。
り、改質・変成部５からの改質ガス中の一酸化炭素濃度
を検出し、その検出の結果、一酸化炭素濃度が所定の
値、例えば１０００ｐｐｍより高ければ、コントローラ
３０により加熱層５２への熱源ガスの量を減少させて改
質触媒の温度を低下させ、それにより変成反応領域を拡
大させて、一酸化炭素濃度を所定値まで低減させるよう
に自動的に制御する。
【００３６】このようにして改質・変成部５で生成さ
れ、しかも一酸化炭素濃度が所定値以下に低減された改
質ガスを、続いて酸化除去部６の酸化触媒層６１に導入
する。それとともに、気化部３と改質・変成部５との加
熱層３２，５２を通過した燃焼部２からの熱源ガスを、
この酸化除去部６の加熱層６２に導入する。すると酸化
触媒層６１内の一酸化炭素選択酸化触媒と改質ガスとの
間で、図４中の式に示す一酸化炭素選択酸化反応が起
こり、改質ガス中に残る一酸化炭素は二酸化炭素に酸化
されるため、一酸化炭素濃度はさらに低減する。
れ、しかも一酸化炭素濃度が所定値以下に低減された改
質ガスを、続いて酸化除去部６の酸化触媒層６１に導入
する。それとともに、気化部３と改質・変成部５との加
熱層３２，５２を通過した燃焼部２からの熱源ガスを、
この酸化除去部６の加熱層６２に導入する。すると酸化
触媒層６１内の一酸化炭素選択酸化触媒と改質ガスとの
間で、図４中の式に示す一酸化炭素選択酸化反応が起
こり、改質ガス中に残る一酸化炭素は二酸化炭素に酸化
されるため、一酸化炭素濃度はさらに低減する。
【００３７】この一酸化炭素選択酸化触媒の反応温度は
室温〜２００℃であり、加熱層６２を通る熱源ガスから
その熱を得る。ただしその一酸化炭素選択酸化反応は発
熱反応であるため、反応開始後は加熱する必要はなく、
よって改質・変成部５の加熱層５２を通過してきた熱源
ガスの温度が低下していても問題はない。
室温〜２００℃であり、加熱層６２を通る熱源ガスから
その熱を得る。ただしその一酸化炭素選択酸化反応は発
熱反応であるため、反応開始後は加熱する必要はなく、
よって改質・変成部５の加熱層５２を通過してきた熱源
ガスの温度が低下していても問題はない。
【００３８】そして上記酸化除去部６で、改質ガス中の
残存一酸化炭素濃度を、燃料電池に悪影響を及ぼさない
程度の約１００ｐｐｍにまで低減させた後、その改質ガ
スを燃料電池に送る。その際、酸化除去部６からの改質
ガスを、水蒸気発生器１３に通すことにより加湿する。
また、酸化除去部６の加熱層６２を通過した熱源ガスを
水蒸気発生器１３に通すことにより、その熱源ガス中の
水分を除去し、その他の成分は排気する。
残存一酸化炭素濃度を、燃料電池に悪影響を及ぼさない
程度の約１００ｐｐｍにまで低減させた後、その改質ガ
スを燃料電池に送る。その際、酸化除去部６からの改質
ガスを、水蒸気発生器１３に通すことにより加湿する。
また、酸化除去部６の加熱層６２を通過した熱源ガスを
水蒸気発生器１３に通すことにより、その熱源ガス中の
水分を除去し、その他の成分は排気する。
【００３９】なお、燃料電池における改質ガスの余剰水
素は、燃焼部２の燃料ガスとして利用する。
素は、燃焼部２の燃料ガスとして利用する。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃料
改質装置では、気化部と改質・変成部と酸化除去部と
を、それぞれ気化層と加熱層、改質触媒層と加熱層、酸
化触媒層と加熱層の積層構造とし、しかも燃焼部と共に
一体的に連設したため、従来のものに比べて大幅に小型
化することができる。それと同時に、燃焼部で発生させ
た熱を、その損失を非常に小さく抑えて有効に利用する
ことができる。従って、各部に別個にヒータ等の加熱装
置を設ける必要がない。
改質装置では、気化部と改質・変成部と酸化除去部と
を、それぞれ気化層と加熱層、改質触媒層と加熱層、酸
化触媒層と加熱層の積層構造とし、しかも燃焼部と共に
一体的に連設したため、従来のものに比べて大幅に小型
化することができる。それと同時に、燃焼部で発生させ
た熱を、その損失を非常に小さく抑えて有効に利用する
ことができる。従って、各部に別個にヒータ等の加熱装
置を設ける必要がない。
【００４１】また、改質・変成部で改質ガス中の一酸化
炭素濃度を低減させるとともに、酸化除去部でも残存一
酸化炭素濃度を低減させるようにしたため、燃料電池に
供給する改質ガス中の一酸化炭素濃度を、その燃料電池
に対して悪影響を与えることのない程度の濃度（約１０
０ｐｐｍ）にまで確実に低減させることができる。
炭素濃度を低減させるとともに、酸化除去部でも残存一
酸化炭素濃度を低減させるようにしたため、燃料電池に
供給する改質ガス中の一酸化炭素濃度を、その燃料電池
に対して悪影響を与えることのない程度の濃度（約１０
０ｐｐｍ）にまで確実に低減させることができる。
【００４２】さらに、実施例のように、改質・変成部か
らの改質ガス中の一酸化炭素濃度に応じて、その改質・
変成部に導入する燃焼部からの熱源ガスの量を制御すれ
ば、改質触媒層における改質反応領域と変成反応領域と
の比率を変えて、一酸化炭素濃度を常に所定値まで低減
させるように自動的に、かつ効率的に調整することがで
きる。
らの改質ガス中の一酸化炭素濃度に応じて、その改質・
変成部に導入する燃焼部からの熱源ガスの量を制御すれ
ば、改質触媒層における改質反応領域と変成反応領域と
の比率を変えて、一酸化炭素濃度を常に所定値まで低減
させるように自動的に、かつ効率的に調整することがで
きる。
【図１】本発明の実施例における燃料改質装置の前方よ
り見た斜視図。
り見た斜視図。
【図２】同じ燃料改質装置の後方より見た斜視図。
【図３】同じ燃料改質装置のブロック構成図。
【図４】同じ燃料改質装置の作用を、ガスの流れに従っ
て説明する図。
て説明する図。
１ 燃料改質装置 ２ 燃焼部 ３ 気化部 ３１ 気化層 ３２ 加熱層 ５ 改質・変成部 ５１ 改質触媒層 ５２ 加熱層 ６ 酸化除去部 ６１ 酸化触媒層 ６２ 加熱層 ２０ ＣＯセンサ（一酸化炭素濃度検出手段） ３０ コントローラ（熱源ガス量制御手段）
Claims (2)
- 【請求項１】 改質原料を、水蒸気改質によって、水素
を主成分とする改質ガスに変換する燃料改質装置におい
て、 熱源ガスを発生する燃焼部と、 上記改質原料を上記燃焼部からの熱源ガスによって加熱
気化させることにより、改質原料ガスを生成する気化部
と、 上記気化部からの改質原料ガスを、上記燃焼部からの熱
源ガスで加熱した改質触媒によって、水素を主成分とす
る改質ガスに変換するとともに、該改質ガス中の一酸化
炭素濃度を低減させる改質・変成部と、 上記改質・変成部からの改質ガス中の残存一酸化炭素濃
度を、一酸化炭素選択酸化触媒によって低減させる酸化
除去部と、 を備え、 上記気化部は、上記改質原料を通す気化層と、上記燃焼
部からの熱源ガスを通して上記気化層内の改質原料を加
熱する加熱層とが交互に配列されて積層構造を成し、 上記改質・変成部は、改質触媒を内蔵して上記気化部の
気化層からの改質原料ガスを通す改質触媒層と、上記気
化部の加熱層を通過した熱源ガスを通して上記改質触媒
層内の改質触媒を加熱する加熱層とが交互に配列されて
積層構造を成し、 上記酸化除去部は、一酸化炭素選択酸化触媒を内蔵して
上記改質・変成部からの改質ガスを通す酸化触媒層と、
上記改質・変成部の加熱層を通過した熱源ガスを通して
上記酸化触媒層内の一酸化炭素選択酸化触媒を加熱する
加熱層とが交互に配列されて積層構造を成し、 かつ、上記燃焼部と気化部と改質・変成部と酸化除去部
とが、一体的に連設されて成ることを特徴とする燃料改
質装置。 - 【請求項２】 上記改質・変成部からの改質ガス中の一
酸化炭素濃度を検出する検出手段と、 該検出手段が検出した上記改質・変成部からの改質ガス
中の一酸化炭素濃度に応じて、該改質・変成部に導入す
る上記燃焼部からの熱源ガスの量を制御する制御手段
と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料改質装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5294073A JPH07126001A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5294073A JPH07126001A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 燃料改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07126001A true JPH07126001A (ja) | 1995-05-16 |
Family
ID=17802938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5294073A Pending JPH07126001A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07126001A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0911897A1 (de) * | 1997-10-20 | 1999-04-28 | dbb fuel cell engines GmbH | Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs,insbesondere von Methanol, und zur Kohlenmonoxid-Reduktion, und Betriebsverfahren hierfür |
| EP0921585A3 (de) * | 1997-12-05 | 1999-10-27 | dbb fuel cell engines GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs |
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| KR100599690B1 (ko) * | 2004-06-29 | 2006-07-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지 시스템 및 그 스택 |
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-
1993
- 1993-10-29 JP JP5294073A patent/JPH07126001A/ja active Pending
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