JPH1186894A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JPH1186894A JPH1186894A JP9246593A JP24659397A JPH1186894A JP H1186894 A JPH1186894 A JP H1186894A JP 9246593 A JP9246593 A JP 9246593A JP 24659397 A JP24659397 A JP 24659397A JP H1186894 A JPH1186894 A JP H1186894A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- carbon
- fuel cell
- plate
- preheater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0043—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱交換器で発生するカーボンの析出を抑制
し、カーボン析出に伴って発生する種々の弊害を除去す
る。 【解決手段】 改質器２と一酸化炭素変成器３との間
に、改質ガスを変成反応に必要な温度にまで下げる目的
で設けられる熱交換器（原燃料ガス予熱器４と原料ガス
予熱器５とを含む）を、従来のようなニッケルロー
（鑞）付けタイプのものとすると、その部分でカーボン
が析出するので、フィンとプレートとを溶接した溶接式
の熱交換器とすることにより、カーボンを析出しないよ
うにする。
し、カーボン析出に伴って発生する種々の弊害を除去す
る。 【解決手段】 改質器２と一酸化炭素変成器３との間
に、改質ガスを変成反応に必要な温度にまで下げる目的
で設けられる熱交換器（原燃料ガス予熱器４と原料ガス
予熱器５とを含む）を、従来のようなニッケルロー
（鑞）付けタイプのものとすると、その部分でカーボン
が析出するので、フィンとプレートとを溶接した溶接式
の熱交換器とすることにより、カーボンを析出しないよ
うにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池発電シ
ステム、特に改質器によって改質された改質ガスを、燃
料電池本体に水素豊富（リッチ）な改質ガスとして供給
する一酸化炭素（ＣＯ）変成器での変成反応を、速やか
に行なわせる温度にまで改質ガス温度を下げる目的で設
置される熱交換器の改良に関する。
ステム、特に改質器によって改質された改質ガスを、燃
料電池本体に水素豊富（リッチ）な改質ガスとして供給
する一酸化炭素（ＣＯ）変成器での変成反応を、速やか
に行なわせる温度にまで改質ガス温度を下げる目的で設
置される熱交換器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電システムの従来例を図２に
示す。同図において、１は脱硫器、２は改質器、３は一
酸化炭素変成器（以下、ＣＯ変成器とも略記する）、４
は原燃料ガス予熱器、５は原料ガス予熱器である。
示す。同図において、１は脱硫器、２は改質器、３は一
酸化炭素変成器（以下、ＣＯ変成器とも略記する）、４
は原燃料ガス予熱器、５は原料ガス予熱器である。
【０００３】すなわち、燃料電池発電システムでは、電
池本体で発電に必要な水素を、都市ガス，ＬＰＧ（液化
石油ガス），ナフサ等の炭化水素を含む燃料を原料とし
て使用している。これらの原料中に含まれる硫黄化合物
は、改質器２に充填されている改質触媒の触媒毒となる
ため、予め原燃料ガス予熱器４にて予熱された後、２５
０〜３５０℃の反応温度にて脱硫器１の脱硫触媒により
吸着除去される。この脱硫された原燃料と、改質反応に
必要な水蒸気が混合された原料ガスは、原料ガス予熱器
５にて予熱されたのち改質器２に導入され、水素を生成
している。さらに、改質器２により生成した改質ガス
は、原燃料ガス予熱器４と原料ガス予熱器５（これらに
より熱交換器を形成している）との熱交換によりＣＯ変
成器３に導入され、水素リッチな改質ガスに変換された
後、電池本体に送られる。ここで採用される燃料電池用
の熱交換器は、高性能でかつコンパクトタイプのプレー
トフィン型熱交換器である。
池本体で発電に必要な水素を、都市ガス，ＬＰＧ（液化
石油ガス），ナフサ等の炭化水素を含む燃料を原料とし
て使用している。これらの原料中に含まれる硫黄化合物
は、改質器２に充填されている改質触媒の触媒毒となる
ため、予め原燃料ガス予熱器４にて予熱された後、２５
０〜３５０℃の反応温度にて脱硫器１の脱硫触媒により
吸着除去される。この脱硫された原燃料と、改質反応に
必要な水蒸気が混合された原料ガスは、原料ガス予熱器
５にて予熱されたのち改質器２に導入され、水素を生成
している。さらに、改質器２により生成した改質ガス
は、原燃料ガス予熱器４と原料ガス予熱器５（これらに
より熱交換器を形成している）との熱交換によりＣＯ変
成器３に導入され、水素リッチな改質ガスに変換された
後、電池本体に送られる。ここで採用される燃料電池用
の熱交換器は、高性能でかつコンパクトタイプのプレー
トフィン型熱交換器である。
【０００４】図３に直交流型プレートフィン型熱交換器
の例を示す。この熱交換器は、チューブプレート２２と
スペーサバー２３によりフィン２４を挟み、さらに、そ
の両側をサイドプレート２１により固定してシールした
もので、このような層を何層にも積層した構造となって
いる。その積層はロー（ろう：鑞）付けによって行なわ
れ、このロー付けにより積層した状態をコアと呼んでい
る。そして、このコアの内部に改質器本体２にて改質さ
れた高温の改質ガス流体を流し、低温側流体となる脱硫
後の原料ガスと水蒸気の混合ガスと原料ガス予熱器５に
て熱交換され、さらに、原燃料ガス予熱器４にて原燃料
ガスと熱交換されてＣＯ変成器３に送られる。
の例を示す。この熱交換器は、チューブプレート２２と
スペーサバー２３によりフィン２４を挟み、さらに、そ
の両側をサイドプレート２１により固定してシールした
もので、このような層を何層にも積層した構造となって
いる。その積層はロー（ろう：鑞）付けによって行なわ
れ、このロー付けにより積層した状態をコアと呼んでい
る。そして、このコアの内部に改質器本体２にて改質さ
れた高温の改質ガス流体を流し、低温側流体となる脱硫
後の原料ガスと水蒸気の混合ガスと原料ガス予熱器５に
て熱交換され、さらに、原燃料ガス予熱器４にて原燃料
ガスと熱交換されてＣＯ変成器３に送られる。
【０００５】高温のガス流体を熱交換し、高温度かつ高
温度差で支障無く作動させるため、上記ロー付け材料と
して、従来は、専らニッケルロー材が用いられて来た。
一方、燃料電池が小規模の分散型システムとしてのエネ
ルギー供給源として、その発電効率の高さ，低公害型で
しかも高効率なコージェネレーションシステムとして重
要な位置を占めるため、上記熱交換器に要求される基本
的な条件としては、 コンパクトであること コストが安いこと 信頼性が高いこと が特に重要である。つまり、システム全体の中で総合効
率に大きな影響を与え、システムの中でも大きな比重を
占める上記熱交換器としてはコンパクト，高性能，高信
頼性などが要求される。
温度差で支障無く作動させるため、上記ロー付け材料と
して、従来は、専らニッケルロー材が用いられて来た。
一方、燃料電池が小規模の分散型システムとしてのエネ
ルギー供給源として、その発電効率の高さ，低公害型で
しかも高効率なコージェネレーションシステムとして重
要な位置を占めるため、上記熱交換器に要求される基本
的な条件としては、 コンパクトであること コストが安いこと 信頼性が高いこと が特に重要である。つまり、システム全体の中で総合効
率に大きな影響を与え、システムの中でも大きな比重を
占める上記熱交換器としてはコンパクト，高性能，高信
頼性などが要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電シ
ステムにおいては、高温流体が流れる側の改質ガス流路
では、改質ガス温度は約６００〜７００℃と高温であ
り、ガス組成中には水素，一酸化炭素，二酸化炭素およ
びメタン等の改質未反応の原燃料炭化水素と改質反応に
必要な水蒸気が含有されている。熱交換器内部に発生す
る温度分布は、約１５０℃の原燃料と水蒸気の混合ガス
である低温側流体と６００〜７００℃の高温側流体であ
る改質ガスと熱交換されるため、定格負荷運転および負
荷変化時を含め、熱交換器内部では７００〜２００℃ま
での幅広い温度領域にて運転されていた。
ステムにおいては、高温流体が流れる側の改質ガス流路
では、改質ガス温度は約６００〜７００℃と高温であ
り、ガス組成中には水素，一酸化炭素，二酸化炭素およ
びメタン等の改質未反応の原燃料炭化水素と改質反応に
必要な水蒸気が含有されている。熱交換器内部に発生す
る温度分布は、約１５０℃の原燃料と水蒸気の混合ガス
である低温側流体と６００〜７００℃の高温側流体であ
る改質ガスと熱交換されるため、定格負荷運転および負
荷変化時を含め、熱交換器内部では７００〜２００℃ま
での幅広い温度領域にて運転されていた。
【０００７】ところで、燃料電池発電システム用として
開発されているコンパクトなニッケルロー付け製のプレ
ートフィン型熱交換器を改質器の後流に設置して使用す
るものでは、次のような問題が指摘されている。 （１）熱交換器内部の改質ガス流路である高温ガス流路
において、カーボンが析出する。 （２）析出したカーボンが熱交換器内部に堆積するた
め、圧力損失が著しく増加し、運転不能となる。 （３）析出したカーボンにより原燃料予熱器部分の伝熱
性能が低下し、原燃料予熱器での熱交換量を減らすた
め、結果的に脱硫器入口ガス温度の低下を招いて脱硫器
温度の低下へとつながり、脱硫触媒の寿命を短くする可
能性がある。 （４）一方、ＣＯ変成器では閉塞した熱交換器内部では
十分な熱交換作用ができず、高温の改質ガスがＣＯ変成
器に導入されるため、触媒の耐熱使用温度を上回り、Ｃ
Ｏ変成触媒の劣化を招くこととなる。
開発されているコンパクトなニッケルロー付け製のプレ
ートフィン型熱交換器を改質器の後流に設置して使用す
るものでは、次のような問題が指摘されている。 （１）熱交換器内部の改質ガス流路である高温ガス流路
において、カーボンが析出する。 （２）析出したカーボンが熱交換器内部に堆積するた
め、圧力損失が著しく増加し、運転不能となる。 （３）析出したカーボンにより原燃料予熱器部分の伝熱
性能が低下し、原燃料予熱器での熱交換量を減らすた
め、結果的に脱硫器入口ガス温度の低下を招いて脱硫器
温度の低下へとつながり、脱硫触媒の寿命を短くする可
能性がある。 （４）一方、ＣＯ変成器では閉塞した熱交換器内部では
十分な熱交換作用ができず、高温の改質ガスがＣＯ変成
器に導入されるため、触媒の耐熱使用温度を上回り、Ｃ
Ｏ変成触媒の劣化を招くこととなる。
【０００８】上記、（２）〜（４）項は、熱交換器内部
にて発生するカーボンの析出により二次的に発生するシ
ステムと触媒自身に起因してくる問題であり、その結果
として運用が妨げられることになる。かかる二次的な問
題を解決するには、上記（１）のカーボン析出を抑止す
ることが最善策となることはいうまでもない。したがっ
て、この発明の課題は、熱交換器におけるカーボン析出
を抑止し、カーボン析出に伴って発生する様々な不都合
を回避することにある。
にて発生するカーボンの析出により二次的に発生するシ
ステムと触媒自身に起因してくる問題であり、その結果
として運用が妨げられることになる。かかる二次的な問
題を解決するには、上記（１）のカーボン析出を抑止す
ることが最善策となることはいうまでもない。したがっ
て、この発明の課題は、熱交換器におけるカーボン析出
を抑止し、カーボン析出に伴って発生する様々な不都合
を回避することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、この発明では、炭化水素系の原燃料に含まれてい
る硫黄分を除去する脱硫器と、脱硫後の原燃料を水素豊
富なガスに改質する改質器と、燃料電池本体の被毒物質
となる一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素変成器と、
この一酸化炭素変成器と前記改質器との間に設けられ改
質ガス温度を所定温度にまで低減させる熱交換器とから
なる燃料電池発電システムにおいて、前記プレートフィ
ン型熱交換器として、プレートとフィンとを溶接法によ
り溶接したものを用いるようにしている。
べく、この発明では、炭化水素系の原燃料に含まれてい
る硫黄分を除去する脱硫器と、脱硫後の原燃料を水素豊
富なガスに改質する改質器と、燃料電池本体の被毒物質
となる一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素変成器と、
この一酸化炭素変成器と前記改質器との間に設けられ改
質ガス温度を所定温度にまで低減させる熱交換器とから
なる燃料電池発電システムにおいて、前記プレートフィ
ン型熱交換器として、プレートとフィンとを溶接法によ
り溶接したものを用いるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
す斜視図である。これは、プレートフィン型熱交換器の
プレート１０とフィン１１を、例えば抵抗シーム溶接な
どの溶接方式で接合するようにしたものである。なお、
溶接部を符号Ａにて示している。このようにする理由に
ついて、以下に説明する。
す斜視図である。これは、プレートフィン型熱交換器の
プレート１０とフィン１１を、例えば抵抗シーム溶接な
どの溶接方式で接合するようにしたものである。なお、
溶接部を符号Ａにて示している。このようにする理由に
ついて、以下に説明する。
【００１１】カーボン析出のメカニズムは複雑であり、
様々な副次反応が関与しているものと考えられるが、ニ
ッケルロー付けプレートフィン型熱交換器にて発生した
カーボン析出は、ロー付けとして使用しているニッケル
ロー付け部を中心に析出することが確認されている。こ
のことは、反応メカニズムを必ずしも明確にするもので
はないが、ロー付け部に使用しているニッケルが触媒と
して作用し、カーボン析出反応を引き起こしている可能
性が極めて高いことを示すものと言える。
様々な副次反応が関与しているものと考えられるが、ニ
ッケルロー付けプレートフィン型熱交換器にて発生した
カーボン析出は、ロー付けとして使用しているニッケル
ロー付け部を中心に析出することが確認されている。こ
のことは、反応メカニズムを必ずしも明確にするもので
はないが、ロー付け部に使用しているニッケルが触媒と
して作用し、カーボン析出反応を引き起こしている可能
性が極めて高いことを示すものと言える。
【００１２】また、数十台に及ぶフィールドテスト機の
解体調査結果から、製作方法の異なる熱交換器では、同
一環境条件下で運用してもカーボン析出を引き起こさな
いことが判明している。そこで、ここでは図１のように
ニッケルロー付けの代わりに、例えば溶接方式により製
作された溶接式のプレートフィン型熱交換器を用いるよ
うにする。これにより、カーボン析出を抑止し得ること
が実験的にも確認されている。
解体調査結果から、製作方法の異なる熱交換器では、同
一環境条件下で運用してもカーボン析出を引き起こさな
いことが判明している。そこで、ここでは図１のように
ニッケルロー付けの代わりに、例えば溶接方式により製
作された溶接式のプレートフィン型熱交換器を用いるよ
うにする。これにより、カーボン析出を抑止し得ること
が実験的にも確認されている。
【００１３】
【発明の効果】この発明によれば、プレートフィン型熱
交換器を特に溶接式とすることで、カーボン析出を抑止
することができ、それに付随して発生する種々の問題を
回避し得るという利点が得られる。
交換器を特に溶接式とすることで、カーボン析出を抑止
することができ、それに付随して発生する種々の問題を
回避し得るという利点が得られる。
【図１】この発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】従来例を示すシステム構成図である。
【図３】図２で用いられる熱交換器の例を示す斜視図で
ある。
ある。
１…脱硫器、２…改質器、３…一酸化炭素変成器（ＣＯ
変成器）、４…原燃料ガス予熱器、５…燃料ガス予熱
器、１０…プレート、１１…フィン、２１…サイドプレ
ート、２２…チューブプレート、２３…スペーサバー、
２４…フィン、Ａ…溶接部。
変成器）、４…原燃料ガス予熱器、５…燃料ガス予熱
器、１０…プレート、１１…フィン、２１…サイドプレ
ート、２２…チューブプレート、２３…スペーサバー、
２４…フィン、Ａ…溶接部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 俊哉 神奈川県横浜市磯子区汐見台３−３−２ (72)発明者 神家 規寿 大阪府南河内郡美原町青南台二丁目12番５ 号 (72)発明者 萩野 卓朗 愛知県名古屋市瑞穂区前田町１丁目33番地 (72)発明者 中川 功夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化水素系の原燃料に含まれている硫黄
分を除去する脱硫器と、脱硫後の原燃料を水素豊富なガ
スに改質する改質器と、燃料電池本体の被毒物質となる
一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素変成器と、この一
酸化炭素変成器と前記改質器との間に設けられ改質ガス
温度を所定温度にまで低減させるプレートフィン型熱交
換器とからなる燃料電池発電システムにおいて、 前記プレートフィン型熱交換器として、プレートとフィ
ンとを溶接法により溶接したものを用いることを特徴と
する燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9246593A JPH1186894A (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9246593A JPH1186894A (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1186894A true JPH1186894A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=17150731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9246593A Pending JPH1186894A (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1186894A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004520956A (ja) * | 2000-07-28 | 2004-07-15 | 本田技研工業株式会社 | 多目的マイクロチャネルマイクロコンポーネント |
| JP2009173479A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 熱交換器及び複合型燃料反応器 |
| KR101077707B1 (ko) | 2009-04-30 | 2011-10-27 | 피엔피에너지텍 주식회사 | 연료전지시스템의 고온 열교환기 및 그 제조방법 |
-
1997
- 1997-09-11 JP JP9246593A patent/JPH1186894A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004520956A (ja) * | 2000-07-28 | 2004-07-15 | 本田技研工業株式会社 | 多目的マイクロチャネルマイクロコンポーネント |
| JP2009173479A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 熱交換器及び複合型燃料反応器 |
| KR101077707B1 (ko) | 2009-04-30 | 2011-10-27 | 피엔피에너지텍 주식회사 | 연료전지시스템의 고온 열교환기 및 그 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040513 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040930 |