JPS6287401A - 液体燃料改質装置 - Google Patents

液体燃料改質装置

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JPS6287401A
JPS6287401A JP60228335A JP22833585A JPS6287401A JP S6287401 A JPS6287401 A JP S6287401A JP 60228335 A JP60228335 A JP 60228335A JP 22833585 A JP22833585 A JP 22833585A JP S6287401 A JPS6287401 A JP S6287401A
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JP
Japan
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combustion chamber
gas
liquid fuel
fuel
burner
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Pending
Application number
JP60228335A
Other languages
English (en)
Inventor
Hajime Ito
肇 伊藤
Osamu Yamamoto
修 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6287401A publication Critical patent/JPS6287401A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • H01M8/0625Combination 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
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、燃料電池発電システムにおいてアルコール等
の液体燃料を水嵩番こ富んだガスに改質して燃料電池に
供給する液体燃料改質装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
燃料電池発電システムは第4図の系統図に示す構成から
なるものが知られている。第4図において改質炉lには
バーナ2と気化器5と反応器3とが配設されており、ア
ルコールのような液体燃料は液体燃料タンク31から供
給ポンプ32により管路19を経て気化器5に供給され
ている。気化器5にてバーナ2による燃料の燃焼熱によ
り気化されたガスは改質用触媒を充J+−た複数の反応
管3からなる反応器にて燃焼熱により加熱されて水素に
富んだガスとなり、管路33を経て燃料電池間に反応ガ
スとしての燃料ガスとなって供給されている。
燃料電池30には反応ガスとしての酸化剤ガス、例えば
空気が・a路35を経て供給され、燃料ガスとともに電
池内にて電気化学反応をし、残余の空気は管路39から
排出されている。一方電気化学反応終了後燃料ガス中に
はなお未反応水素を含有しているので燃料電池から排出
する燃料ガス(以下オフガスという)を管路34を経て
バーナ2に供給し、改質炉lの燃料としている。なおこ
の燃料ガスの補完として液体燃料を使用することも行な
われている。また、バーナ2にて燃焼した燃焼ガスは改
質炉l内を流れ、ダクト12により外部に排出されてい
る。
このような燃料電池発電システムに使用される液体燃料
改質装置として本件出願人は先に実願昭59−2004
10および特願昭60−115647号により気化器を
内蔵したメタノール改質器を提案している。
第5図はこの改質器の構造を示すもので、改質炉lの燃
焼室の上部中央にバーナ2を設けており、バーナ2には
燃料と17でオフガスを供給する入口管8と液体燃料を
供給する入口管9および燃焼空気を供給する入口ダクト
10とを設けている。そしてバーナ2を囲んで筒形の隔
壁としての燃焼室壁16を配設して燃焼室を二分し、燃
焼室壁I6の内域からなる内側燃焼室16Mにはらせん
状に巻かれた管からなる気化器5が設けられ、燃焼室壁
16の外域からなる外側燃焼室1fibには気化器5に
連通し、反応器を形成する複数の反応管3が燃焼室壁1
6に沿って配設されている。反応1#3には改質用触媒
3a、例えば酸化鋼と酸化亜鉛の徽粉末が充填されてい
る。なお気化管5と反応管3とは燃焼室下部に配設され
る気化ガスマニホールド5aを介して連通されており、
また複数の反応管3は燃焼室の上部に配される改質ガス
マニホールド7に接続している。また気化管5には入口
管4を、改質ガスマニホールド7には出口管6を設けて
いる。一方バーナ2により燃焼した燃焼ガスを外部に排
出する出口ダクト12が燃焼室の上部に設けられている
このような構造により液体燃料であるアルコール、例え
ばメタノール燃料が入口管4から気化器5に流入し、入
口管8からオフガスを、入ロダクト用から燃焼突気をバ
ーナ2に流入させて燃焼させ、気化器5を通流するメタ
ノールを加熱して気化する。この気化ガスは気化ガスマ
ニホールド5aを経て反応管3に流入し、改質用触媒3
aと接触して流れる。この際1反応管3は金属砿の燃焼
室壁16からの輻射熱と、内側燃焼室16aから燃焼室
+&b 壁16を乗り超えて外側燃焼室−に配される反応管3の
周囲を上向きに流れる燃焼ガスとにより加熱される。こ
の結果触媒の作用により反応管中で改質反応が促進され
て水素が生成され、同時に生成される炭酸ガス等ととも
に改質ガスマニホールド7に集められ、出口t6から水
素の富んだ改質ガスを取出して燃料電池に供給すること
ができる。
なお反応管6の周囲を流れた燃焼ガスは排ガスマニホー
ルド11に集められ、出口ダクト12から外部に排出さ
れる。
ところで上記の反応管内に充填された触媒層の作用によ
り水素の冨んだ改′員ガスにするには、触媒層をバーナ
のオフガスや燃料としての液体燃料の燃焼熱により適正
な動作温度範囲番こ保持する必要がある。
しかし、所要の改質ガス甘が多くなれば、当然気化器と
反応管に供給するアルコールのような液体燃料を増加さ
せねばならない。したがって反応管内の触媒の温度を適
正範囲に保持するためにはバーナでの燃焼量を増加する
必要がある。このためにはバーナに供給する液体燃料や
オフガスの流量を増加するように調整すればよい。この
場合液体燃料の供給流量のV#整は1通常ポンプ等によ
り供給しているので容易である。しかし液体燃料改質装
置の燃料は発熱量の高いオフガスでほぼ間に合うため、
燃焼用の液体燃料は主炎であるオフガスの補助的な燃焼
、また種火として使用されるので、実質的に液体燃料の
流量調整は行なわれていない。またオフガスは燃料電池
の発電量に応じて流量が定まるのでオフガスの流量調整
も行なわれてない。
いずれにしろ従来の液体燃料改質装置では、改質ガスの
所要量に対して反応管の触媒層の適正温度を保持するよ
うに燃料の供給量を調整してはいない。
第6図は上記の状態による燃料電池の負荷電流とオフガ
ス流量と触媒温度との関係を示すグラフであり、横軸に
時間を、縦軸にそれぞれ燃料電池の負荷電流(A)、オ
フガスの流量(??//h)*触媒の温度(℃)をとっ
て示している。図にお%sで折線Pは負荷電流を時間、
折lI!AQはオフガスの流量と時間、折、1ilRは
触媒の温度と時間との関係を示している。図において燃
料電池の発電量、すなわち負荷電流がPlからP2に低
下すると、電気化学反応が低下し、過渡的にオフガスの
流量がQ監がらQ2に増加する。このためオフカスによ
る燃焼量が増加し、触媒の温度が1tlからR,に上昇
する。
さらにこの場合発vL墓が低下するため必要とする改質
ガス量も低下するので、反応管に供給する改質ガス用の
液体燃料も低減し、その供給量が調整されて少なくなる
。したがって触媒の温度の上昇がますます助長されるこ
とになる。この結果触媒温度が所定の温度以上になると
触媒自材の寿命が低下するという問題があった。なお、
オフガスを使用せずに供給量の調整可能な液体燃料のみ
をバーナにて燃焼させ1反応管内の改質用触媒層の温度
を適正な範囲に保持することは可能である。17かし、
オフガスは発熱量が爾いので、燃料としてオフガスを使
用しないのは、燃料電池発電システムの熱効率の向上の
点から不利である。
〔発明の目的〕
本発明は、前述のような点に謹み燃料電池のオフガスを
燃料とする液体燃料改質装置において、燃料電池の軽負
荷時に起こる触媒層の異常温度上昇を防止することので
きろ液体燃料改質装置を提供することを目的とする。
〔発明の要旨〕
上記の目的は、本発明によれば筒形の改質炉の焼室の下
部にて連通ずる前記燃焼室の内域からなる内側燃焼室お
よび該燃焼室壁の外域からなる外側燃焼室と、前記内側
燃焼室に配され液体燃料を気化する気化器と、該気化器
に連通して前記外側燃焼室に配され、改質用触媒を充填
した反応器とからなる液体燃料改質装置において、前記
隔壁に沿って回動自在な複数の遮蔽板を設けることによ
り達成される。
〔発明の実施例〕
以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の実施例による燃料電池発電システムの
液体燃料改質装置の断面図、第2図は第1図の円A部の
拡大図、第3図は第1図のB−B断面図である。なお第
1図ないし第3図において第4図ないし第6図の従来例
と同一部品には同じ符号を付している。第1図において
改袈炉l、バーナ21反応器としての反応管3、改質用
触媒3a。
気化器5.燃焼室壁16.内側燃焼室16a、外側燃焼
室16b等の構成1作用は前述した第5図の構造と同じ
である。本実施例では内伸燃焼it16mに燃焼室壁1
6に沿って鉛直な軸の周りに回動自在な複数の熱遮蔽板
15を燃焼室壁16の内壁に沿って設けている。この熱
遮蔽板15は改質炉1の内側燃焼室16aの底部に、内
側にギヤを備えた回転枠冴を設け、各熱遮蔽板15の回
動軸21に設けたピニオン乙を第2図に示すように回転
枠あの内側ギヤ6に噛み合わせている。したがって熱遮
蔽板15はそれぞれビニオン3によりギヤZ5に噛み合
って、それぞれが回動軸21の周りに回動自在にしてい
る。なお回転枠冴は図示しないが同転枠冴の中心にて回
動可能に軸支され、操作軸四の往復動、例えば操作軸に
う、りを、回転枠の外側番こギヤを備えてう。
りとギヤとの噛み合わせにより操作軸nを往復動させて
回転枠冴を回動してピニオン乙に連結される熱遮蔽板1
5を(ロ)動させている。
第3図における実線の熱遮蔽板15は閉状態、すなわち
回動により熱遮蔽板15が燃焼室壁16を積っている状
態を示している。また破線の熱遮蔽板15mは開状態、
すなわち内側燃焼室16aと連通ずるように回動されて
いる状態を示している。なお熱遮蔽板15の閉状態は燃
料電池の負荷電流が所定値以下になった時に行なわれる
。したがって燃料電池の軽負荷時、オフガスが過渡的に
増加し、バーナによる燃焼量が大きくなり、火焔からの
輻射熱や燃焼ガスによる燃焼室壁16への伝熱が大きい
ときには熱遮蔽板15を閉状態にして伝熱量を低減する
一方高負荷時番こは過渡的にオフガスが減少するので熱
遮蔽板15を開にして内側燃焼室から直接燃焼室壁の伝
熱量を増加させる。このようにして反応器3への金属製
燃焼室壁16からの伝熱量を調整して反応t3の温度を
調整し、触媒反応温度を適正峻に保持する。
一方、内側燃焼室16aの下部に燃焼ガスマニホ(lO
) −ルド17を介して連通ずるダクト14を外側燃焼室1
6bと独豆して設け、このダクト14に(ロ)動自在な
ダンパ13ヲ設けている。なおダンパ13の出口は燃焼
ガスダクト12に合流させている。
この構造により内側燃焼室16aを下降する燃焼ガスを
ダンパ13の回動により1th−接外部に取出す燃焼ガ
ス書を調整している。このため外側燃焼室16bを上昇
する燃焼ガス電がIA節され、反応器への燃焼ガスによ
る伝熱が調整され、前述のように燃料電池の負荷の変化
に応じて反応器への伝熱量が調整され、触媒反応温度が
適正範囲に保持される。
なお、負荷電流の変化の大きさにより上記の熱遮蔽板1
5とダンパ13とを同時に使用し、反応器の適正温度を
容易に保持することができる。史に、本夾施例では熱遮
蔽板を負荷α流の所定値により開閉したが、負荷電流の
大きさにより熱遮蔽板の開度を連続的に開度を質えるよ
うにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば気化器
と反応器をしきる隔壁の内壁に沿って。
回動目在な複数の遮蔽板を設けたことにより、燃料電池
の負荷が変化しても遮蔽板の開度調整により反応器への
輻射伝熱電を1tilI#シ、反応器内の改質用触媒の
温度を適正範囲に保つことができるので改質用触媒の寿
命が長くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による燃料電池発電システムの
液体燃料改質装置の断面図、第2図は第1図の円A部の
拡大斜?y図、@3図は第1図のB−B断面図、第4図
は燃料電池@寛システムの改質ガス系統図、第5図は気
化器を内蔵した液体燃料改質装置の断面図、第6図は従
来の燃料電池負荷と改質用触媒温度との関係を示すグラ
フである。 l:改質炉、2:バーナ、3:反応器としての第1図 第2図 第3図 第4!!! 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)筒形の改質炉の燃焼室の上部中央に配されたバーナ
    と、該バーナを囲む筒形の隔壁により分けられ、前記燃
    焼室の下部にて連通する前記隔壁の内域からなる内側燃
    焼室および該隔壁の外域からなる外側燃焼室と、前記内
    側燃焼室に配され液体燃料を気化する気化器と、該気化
    器に連通して前記外側燃焼室に配され改質用触媒を充填
    した反応器とからなる液体燃料改質装置において、前記
    隔壁の内壁に沿って回動自在な複数の遮蔽板を設けたこ
    とを特徴とする液体燃料改質装置。
JP60228335A 1985-10-14 1985-10-14 液体燃料改質装置 Pending JPS6287401A (ja)

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JP60228335A JPS6287401A (ja) 1985-10-14 1985-10-14 液体燃料改質装置

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JP60228335A JPS6287401A (ja) 1985-10-14 1985-10-14 液体燃料改質装置

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JPS6287401A true JPS6287401A (ja) 1987-04-21

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ID=16874842

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000038828A1 (en) * 1998-12-29 2000-07-06 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Catalytic reactor
US7491380B2 (en) 2001-06-21 2009-02-17 Shell Oil Company Catalytic reactor

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WO2000038828A1 (en) * 1998-12-29 2000-07-06 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Catalytic reactor
US7008597B1 (en) 1998-12-29 2006-03-07 Shell Oil Company Catalytic reactor
US7491380B2 (en) 2001-06-21 2009-02-17 Shell Oil Company Catalytic reactor

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