JPH0815092B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH0815092B2 JPH0815092B2 JP62100370A JP10037087A JPH0815092B2 JP H0815092 B2 JPH0815092 B2 JP H0815092B2 JP 62100370 A JP62100370 A JP 62100370A JP 10037087 A JP10037087 A JP 10037087A JP H0815092 B2 JPH0815092 B2 JP H0815092B2
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は炭化水素を水蒸気改質して、これを燃料とす
る燃料電池に関する。
る燃料電池に関する。
従来の技術 水素を直接の燃料として動作する燃料電池は、燃料が
炭化水素として供給される場合は、通常これを水蒸気改
質することにより水素に転換して使用している。炭化水
素の水蒸気改質は次式の反応式で代表され、反応は800
℃前後の高温で行なわれる。
炭化水素として供給される場合は、通常これを水蒸気改
質することにより水素に転換して使用している。炭化水
素の水蒸気改質は次式の反応式で代表され、反応は800
℃前後の高温で行なわれる。
CH4＋H2O＝3H2＋CO 添加する水蒸気は一般にスチームカーボン比を最適の
条件に保ちながら行なう必要がある。このスチームカー
ボン比がうまくコントロールされていないと、転化率の
低下やカーボンの析出、触媒の劣化を引き起こすことと
なる。化学プラント等の大がかりな改質装置においては
反応に必要な水はスチームとして供給することが一般的
に行なわれている。また、燃料電池に用いる改質装置に
おいてもスチーム供給する方式が一般的となっている。
大型の燃料電池システムにおいてはスチーム供給装置の
規模が多少大きく、複雑となっても全システムに対して
占めるスペース的、コスト的な割合は小さく、技術的に
も問題は少ない。
条件に保ちながら行なう必要がある。このスチームカー
ボン比がうまくコントロールされていないと、転化率の
低下やカーボンの析出、触媒の劣化を引き起こすことと
なる。化学プラント等の大がかりな改質装置においては
反応に必要な水はスチームとして供給することが一般的
に行なわれている。また、燃料電池に用いる改質装置に
おいてもスチーム供給する方式が一般的となっている。
大型の燃料電池システムにおいてはスチーム供給装置の
規模が多少大きく、複雑となっても全システムに対して
占めるスペース的、コスト的な割合は小さく、技術的に
も問題は少ない。
発明が解決しようとする問題点 しかし、ごく小規模の燃料電池システムにおいて燃料
電池の負荷変動に追随して、最適のスチームカーボン比
でスチームを必要量だけ供給することは技術的困難を伴
なう。特に燃料電池の起動時や負荷を急増させたい時に
は必要とするスチーム量が急増し、その供給とのバラン
スをとることが難しい。スチームの発生は一般には燃料
電池から発生する熱によっており、たとえば燃料電池の
冷却媒体として使用する熱水またはプロセスガスが有す
る熱を熱交換することでスチームを得ている。無論、ス
チーム発生のすべて燃料電池からの熱に頼るわけではな
く、一部はバーナ等の補助熱源を用いる場合もあるが、
それでも急激な負荷変動時には燃料電池本体の温度変化
への対応などコントロールの難しさが顕著である。特に
小規模なシステムのようにスケールメリットが生かせな
い場合には、従来のスチーム加湿方式のみで負荷変動に
追随させて炭化水素ガスへの適切な加湿を行なうことは
容易でなく、加湿装置自体も複雑、大規模とならざるを
得ず、その現実性が低いものとなってしまう問題があっ
た。
電池の負荷変動に追随して、最適のスチームカーボン比
でスチームを必要量だけ供給することは技術的困難を伴
なう。特に燃料電池の起動時や負荷を急増させたい時に
は必要とするスチーム量が急増し、その供給とのバラン
スをとることが難しい。スチームの発生は一般には燃料
電池から発生する熱によっており、たとえば燃料電池の
冷却媒体として使用する熱水またはプロセスガスが有す
る熱を熱交換することでスチームを得ている。無論、ス
チーム発生のすべて燃料電池からの熱に頼るわけではな
く、一部はバーナ等の補助熱源を用いる場合もあるが、
それでも急激な負荷変動時には燃料電池本体の温度変化
への対応などコントロールの難しさが顕著である。特に
小規模なシステムのようにスケールメリットが生かせな
い場合には、従来のスチーム加湿方式のみで負荷変動に
追随させて炭化水素ガスへの適切な加湿を行なうことは
容易でなく、加湿装置自体も複雑、大規模とならざるを
得ず、その現実性が低いものとなってしまう問題があっ
た。
問題点を解決するための手段 本発明は、前記の問題点を解決するため、燃料の供給
路に炭化水素を水蒸気改質する改質器を設けた燃料電池
において、前記改質器の前段階で炭化水素燃料へ水をエ
アロゾルとして添加する超音波加湿器を設けるものであ
る。
路に炭化水素を水蒸気改質する改質器を設けた燃料電池
において、前記改質器の前段階で炭化水素燃料へ水をエ
アロゾルとして添加する超音波加湿器を設けるものであ
る。
作用 本発明は、炭化水素が改質器に導入される前段階で超
音波加湿器により水をエアロゾルとして炭化水素に添加
するものであるから、燃料電池の負荷変動の際にはこれ
に追随して容易にエアロゾル供給量を変化させ、結果的
に最適のスチームカーボン比となる水を炭化水素に供給
することができる。
音波加湿器により水をエアロゾルとして炭化水素に添加
するものであるから、燃料電池の負荷変動の際にはこれ
に追随して容易にエアロゾル供給量を変化させ、結果的
に最適のスチームカーボン比となる水を炭化水素に供給
することができる。
実 施 例 （１） 本発明による第１の実施例は燃料電池の外部で
炭化水素を改質するタイプでの実施例で、その構成図を
第１図に示す。本実施例ではエアロゾル発生源として超
音波加湿装置１を用い、これを改質器２の直前に設置し
ている。超音波加湿装置１は第２図に示す構造となって
おり超音波発振子10により微粒子化された水が炭化水素
ガス気流６に乗ってエアロゾル７として運ばれていく。
この際、比較的粒径の大きな水粒子は捕捉板９によって
捕捉される。そのため超音波化湿装置によって発生した
エアロゾルはごく一部が管壁に捕捉されるのみで、その
ほとんどすべてが炭化水素ガスの気流に乗って改質器２
にまで到達し、改質器の熱によってエアロゾルから完全
な水蒸気、炭化水素混合ガスとなり、水蒸気改質が行な
われる。超音波化湿装置１の出力は燃料電池本体３の負
荷５に追随して最適量のエアロゾルを炭化水素ガスに添
加できるようコントローラ４によって制御される。
炭化水素を改質するタイプでの実施例で、その構成図を
第１図に示す。本実施例ではエアロゾル発生源として超
音波加湿装置１を用い、これを改質器２の直前に設置し
ている。超音波加湿装置１は第２図に示す構造となって
おり超音波発振子10により微粒子化された水が炭化水素
ガス気流６に乗ってエアロゾル７として運ばれていく。
この際、比較的粒径の大きな水粒子は捕捉板９によって
捕捉される。そのため超音波化湿装置によって発生した
エアロゾルはごく一部が管壁に捕捉されるのみで、その
ほとんどすべてが炭化水素ガスの気流に乗って改質器２
にまで到達し、改質器の熱によってエアロゾルから完全
な水蒸気、炭化水素混合ガスとなり、水蒸気改質が行な
われる。超音波化湿装置１の出力は燃料電池本体３の負
荷５に追随して最適量のエアロゾルを炭化水素ガスに添
加できるようコントローラ４によって制御される。
すなわち燃料電池の負荷が急増した場合には超音波加
熱装置の出力を所定値にまで増加するとともに炭化水素
ガス、改質器加熱用燃料の供給量を増加することによっ
て負荷の急増に対応することができる。エアロゾル発生
量の変化は極めて小さい時間的遅れで起こるため、制御
も容易である。このため燃料電池の負荷変動に対応して
最適のスチームカーボン比で炭化水素に加湿することが
できる。このことは例えば低負荷で動作している状態か
ら急に高負荷に移行する場合は想定すると良い。この場
合、燃料電池の出力を負荷に追随させるために炭化水
素、水蒸気ともに迅速にその供給量を増加させる必要が
ある。しかし従来方式のように水蒸気を例えば燃料電池
からの熱を利用した気化器によりスチームとして供給す
る場合、蒸気発生量を増加させるためにはシステム内で
の熱の流れを蒸気発生器に集中させるために要する時間
遅れ、さらには伝熱過程を経て実際にスチーム発生量が
増加するまでの時間遅れが大きなものとなる。これに対
し本発明の場合にはエアロゾルの供給量増加は極めて短
時間内に行うことができる。
熱装置の出力を所定値にまで増加するとともに炭化水素
ガス、改質器加熱用燃料の供給量を増加することによっ
て負荷の急増に対応することができる。エアロゾル発生
量の変化は極めて小さい時間的遅れで起こるため、制御
も容易である。このため燃料電池の負荷変動に対応して
最適のスチームカーボン比で炭化水素に加湿することが
できる。このことは例えば低負荷で動作している状態か
ら急に高負荷に移行する場合は想定すると良い。この場
合、燃料電池の出力を負荷に追随させるために炭化水
素、水蒸気ともに迅速にその供給量を増加させる必要が
ある。しかし従来方式のように水蒸気を例えば燃料電池
からの熱を利用した気化器によりスチームとして供給す
る場合、蒸気発生量を増加させるためにはシステム内で
の熱の流れを蒸気発生器に集中させるために要する時間
遅れ、さらには伝熱過程を経て実際にスチーム発生量が
増加するまでの時間遅れが大きなものとなる。これに対
し本発明の場合にはエアロゾルの供給量増加は極めて短
時間内に行うことができる。
無論エアロゾルは最終的には気化され、さらには改質
温度にまで予熱する必要があるため、必要とする熱の供
給は問題として残る。すなわち供給炭化水素、エアロゾ
ル量が増加した直後は気化熱、顕熱の要求量増加に対し
て改質器加熱用バーナーからの熱供給が追随できないた
めに改質器の入り口付近の温度が一時的に数10℃低下す
ることは避けられず、改質率も１〜２％程度低下する。
しかしこれは熱供給が追随するまでの間のことであり、
電池や改質器全体および改質触媒に及ぼす悪影響はない
と言って良い。結局、改質率の若干の低下等はあるもの
の、負荷の変動に対して迅速に燃料供給量を変化できる
という大きな利点が得られることになる。
温度にまで予熱する必要があるため、必要とする熱の供
給は問題として残る。すなわち供給炭化水素、エアロゾ
ル量が増加した直後は気化熱、顕熱の要求量増加に対し
て改質器加熱用バーナーからの熱供給が追随できないた
めに改質器の入り口付近の温度が一時的に数10℃低下す
ることは避けられず、改質率も１〜２％程度低下する。
しかしこれは熱供給が追随するまでの間のことであり、
電池や改質器全体および改質触媒に及ぼす悪影響はない
と言って良い。結局、改質率の若干の低下等はあるもの
の、負荷の変動に対して迅速に燃料供給量を変化できる
という大きな利点が得られることになる。
また従来方式で発生したような燃料電池本体の温度変
化等の問題、例えば燃料電池からの熱をスチーム発生に
利用している場合において、高負荷運転で電池からの発
熱が多い状態から急激に低負荷状態に移行する際、それ
までスチーム発生で熱を消費できていたものがスチーム
発生量が激減するために熱消費が行われず、電池の温度
が上昇するといった問題もない。
化等の問題、例えば燃料電池からの熱をスチーム発生に
利用している場合において、高負荷運転で電池からの発
熱が多い状態から急激に低負荷状態に移行する際、それ
までスチーム発生で熱を消費できていたものがスチーム
発生量が激減するために熱消費が行われず、電池の温度
が上昇するといった問題もない。
このほか負荷の急変に備えるという観点からは、従来
技術の延長としてスチーム貯めを設置する方式も考えら
れるが、少なくとも小型の燃料電池システムにおいては
スペースおよびコスト的に困難な面があり、本発明の方
式で対応する方がはるかに優位性がある。
技術の延長としてスチーム貯めを設置する方式も考えら
れるが、少なくとも小型の燃料電池システムにおいては
スペースおよびコスト的に困難な面があり、本発明の方
式で対応する方がはるかに優位性がある。
本実施例では加湿に要する水のすべてを超音波加湿装
置で供給しても、燃料電池の規模が10kWの場合、超音波
加湿装置の出力は約300Wとなり、さほど大きな補機電力
は必要としない。しかし加湿の一部を従来方式で行い、
変動部分のみを超音波加湿装置で供給する方式とすれ
ば、より小さな出力の超音波加湿装置を用いることにな
り、より効率的なシステムとすることもできる。
置で供給しても、燃料電池の規模が10kWの場合、超音波
加湿装置の出力は約300Wとなり、さほど大きな補機電力
は必要としない。しかし加湿の一部を従来方式で行い、
変動部分のみを超音波加湿装置で供給する方式とすれ
ば、より小さな出力の超音波加湿装置を用いることにな
り、より効率的なシステムとすることもできる。
（２） 本発明による第２の実施例は燃料電池の内部で
炭化水素を改質する内部改質タイプでの実施例で、その
構成図を第３図に示す。実施例（１）と同様にエアロゾ
ル発生源としての超音波加湿装置１′は燃料電池本体
３′の直前に設置してある。超音波加湿装置１′は実施
例１と同じ構造となっている。超音波加湿装置１′によ
って発生したエアロゾル７′は主として燃料電池の排出
ガスの熱を熱源とする熱交換器12によって予熱され、水
蒸気、炭化水素混合ガスとして内部改質型の燃料電池
３′に直接送られる。電池内部では炭化水素の改質が行
なわれて水素を発生し、燃料電池の燃料として使用され
る。前実施例と同様に超音波加湿装置１′の出力は燃料
電池３′の負荷変動に追随して最適量のエアロゾルを炭
化水素ガスに添加できるようコントローラ４′によって
制御されており、炭化水素、エアロゾルの流量が急増す
る場合には不足した熱量は熱交換器付属のバーナ13で補
う。
炭化水素を改質する内部改質タイプでの実施例で、その
構成図を第３図に示す。実施例（１）と同様にエアロゾ
ル発生源としての超音波加湿装置１′は燃料電池本体
３′の直前に設置してある。超音波加湿装置１′は実施
例１と同じ構造となっている。超音波加湿装置１′によ
って発生したエアロゾル７′は主として燃料電池の排出
ガスの熱を熱源とする熱交換器12によって予熱され、水
蒸気、炭化水素混合ガスとして内部改質型の燃料電池
３′に直接送られる。電池内部では炭化水素の改質が行
なわれて水素を発生し、燃料電池の燃料として使用され
る。前実施例と同様に超音波加湿装置１′の出力は燃料
電池３′の負荷変動に追随して最適量のエアロゾルを炭
化水素ガスに添加できるようコントローラ４′によって
制御されており、炭化水素、エアロゾルの流量が急増す
る場合には不足した熱量は熱交換器付属のバーナ13で補
う。
以上、本実施例では炭化水素に添加する水の全てをエ
アロゾルとして供給する場合について述べているが、改
質に必要とする水の一部をスチームとして供給し、残部
をエアロゾルとして供給するものであっても良い。
アロゾルとして供給する場合について述べているが、改
質に必要とする水の一部をスチームとして供給し、残部
をエアロゾルとして供給するものであっても良い。
さらに本実施例においてはエアロゾルは主に改質器ま
たは燃料電池の熱によって加熱、水蒸気化しているが、
これは超音波加湿装置の後段に専用の加熱装置を設置し
ても良い。
たは燃料電池の熱によって加熱、水蒸気化しているが、
これは超音波加湿装置の後段に専用の加熱装置を設置し
ても良い。
要するに本発明は炭化水素を改質してこれを燃料とす
る燃料電池において、炭化水素に添加する水の少なくと
も一部をエアロゾルとして供給するものであって、それ
に用いる装置、システム構成はどのようなものであって
も良い。
る燃料電池において、炭化水素に添加する水の少なくと
も一部をエアロゾルとして供給するものであって、それ
に用いる装置、システム構成はどのようなものであって
も良い。
発明の効果 本発明による燃料電池は炭化水素の加湿をエアロゾル
として行なうため、簡単な構成で燃料電池の出力変化に
応じた加湿を行なうことができる。さらにその制御の時
間的遅れも極めて小さく、装置全体のコンパクト化が容
易である。また本発明の実施にあたって必要となる補機
電力も大きくなく、加湿装置の大きさもスチーム加湿方
式のみの場合と比較して約２分の１以下の容積となり、
システムの簡素化、低コスト化においても有利である。
として行なうため、簡単な構成で燃料電池の出力変化に
応じた加湿を行なうことができる。さらにその制御の時
間的遅れも極めて小さく、装置全体のコンパクト化が容
易である。また本発明の実施にあたって必要となる補機
電力も大きくなく、加湿装置の大きさもスチーム加湿方
式のみの場合と比較して約２分の１以下の容積となり、
システムの簡素化、低コスト化においても有利である。
第１図は本発明の第１の実施例におけるシステム構成
図、第２図は超音波加湿装置の構造図、第３図は本発明
の第２の実施例におけるシステム構成図である。 1,1′……超音波加湿装置、２……改質器、3,3′……燃
料電池本体、4,4′……コントローラ、5,5′……負荷、
６……炭化水素、７……エアロゾル、８……改質器加熱
用燃料、９……捕捉板、10……超音波発振子、11……水
供給管、12……熱交換器、13……バーナ。
図、第２図は超音波加湿装置の構造図、第３図は本発明
の第２の実施例におけるシステム構成図である。 1,1′……超音波加湿装置、２……改質器、3,3′……燃
料電池本体、4,4′……コントローラ、5,5′……負荷、
６……炭化水素、７……エアロゾル、８……改質器加熱
用燃料、９……捕捉板、10……超音波発振子、11……水
供給管、12……熱交換器、13……バーナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−207257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−240065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−82973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−81923（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】燃料の供給路に、炭化水素を水蒸気改質す
る改質器を設けるとともに前記改質器の前段階で炭化水
素燃料へ水をエアロゾルとして添加する超音波加湿器を
設けたことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62100370A JPH0815092B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62100370A JPH0815092B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63266778A JPS63266778A (ja) | 1988-11-02 |
| JPH0815092B2 true JPH0815092B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=14272160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62100370A Expired - Lifetime JPH0815092B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0815092B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101450193B1 (ko) * | 2012-12-07 | 2014-10-13 | 주식회사 누리텍 | 용융탄산염형 연료전지 가습기용 연료 물 혼합장치 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2819734B2 (ja) * | 1990-02-23 | 1998-11-05 | 石川島播磨重工業株式会社 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
| US5270008A (en) * | 1991-10-09 | 1993-12-14 | Avl Medical Instruments Ag | Analyzing device |
| KR20040009651A (ko) * | 2002-07-24 | 2004-01-31 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 가습장치 |
| JP2007303774A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 水蒸発器 |
-
1987
- 1987-04-23 JP JP62100370A patent/JPH0815092B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101450193B1 (ko) * | 2012-12-07 | 2014-10-13 | 주식회사 누리텍 | 용융탄산염형 연료전지 가습기용 연료 물 혼합장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63266778A (ja) | 1988-11-02 |
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