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JPH01122902A - 燃料電池用燃料改質装置 - Google Patents

燃料電池用燃料改質装置

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Publication number
JPH01122902A
JPH01122902A JP62280122A JP28012287A JPH01122902A JP H01122902 A JPH01122902 A JP H01122902A JP 62280122 A JP62280122 A JP 62280122A JP 28012287 A JP28012287 A JP 28012287A JP H01122902 A JPH01122902 A JP H01122902A
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JP
Japan
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temperature
catalyst
reforming reaction
fuel cell
reaction tube
Prior art date
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Granted
Application number
JP62280122A
Other languages
English (en)
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JPH0647441B2 (ja
Inventor
Masatsuru Umemoto
梅本 真鶴
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP62280122A priority Critical patent/JPH0647441B2/ja
Publication of JPH01122902A publication Critical patent/JPH01122902A/ja
Publication of JPH0647441B2 publication Critical patent/JPH0647441B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

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】 【産業上の利用分野】
この発明は、アルコールなどを触媒により水蒸気と反応
させて水素リッチなガスに改質し、燃料電池のアノード
に供給する燃料電池用燃料改質装置に関する。 に従来の技術】 燃料電池発電装置は、比較的小型の装置でも効率が高く
、無公害の発電装置として近時注目されている。しかし
ながら、起動・停止や負荷変動時などの非定常時の応答
性が悪いという欠点がある。 これは主に、燃料電池本体で消費する水素リッチなガス
をアルコールなどの改質により供給する燃料改質装置の
応答性に起因している。 燃料改質装置の触媒層部では、例えば原料がメタノール
の場合、次の式(1)、(2)の反応を合わせた式(3
)の反応が、Cu系の触媒を用いて約200〜300°
Cの温度で行われている。 CHzOH−+CO+3Hz  21.68 kcal
  (1)CO+ 820   →COz+ Hz +
 9.84 kcal  (2)CH30H+ )12
0  →COz+4Hz  11.84 kcal  
(3)上記式(1)は吸熱反応、式(2)は発熱反応で
、式(3)では総括的に吸熱反応である。したがって、
触媒層部では吸熱反応を行わせるために、外部よりこの
触媒層部に熱エネルギを与えてやる必要がある。 このような要求に基づいて設計された従来の燃料改質装
置の構造の一例を第4図に示す。第4図において、装置
本体の内筒1と外筒2との間に設置された改質反応管6
内に触媒8がある。原料ガス入口10から供給された原
料ガスは、下部管板4で形成された原料ガスマニホルド
5を経由して矢印のように改質反応管6に入る。この原
料ガスは、改質反応管6内で上記反応式により改質され
て水素リッチなガスとなり、上部管板3で形成された改
質ガスマニホルド12を経由して改質ガス出口11から
燃料電池本体に供給される。 改質のための熱エネルギは、バーナ9で燃焼したガスが
内外筒1,2間を鎖線矢印のように上昇する過程で改質
反応管6に伝達される。改質反応管6を加熱した燃焼ガ
スは、燃焼ガス出ロアから排出される。
【発明が解決しようとする問題点】
このような燃料改質装置において、改質反応管6内の触
媒層における軸方向の温度分布は、第5図のようになる
。ここで第5図の実線は軽負荷定常時、鎖線は重負荷定
常時の温度分布を示すものである。また、触媒層の温度
制御をする点、すなわち触媒層代表温度として第5図に
示す点を取っているが、この点の負荷変動時の温度変化
、すなわち負荷が軽負荷から重負荷になり、再び軽負荷
になる時の温度経時変化は第6図に示すようになり、著
しく変動する。 このように触媒層の温度が負荷により変動すると、改質
ガスの組成もまた変動する。すなわち、触媒層の温度が
低すぎると未改質のメタノールが  ゛発生し、逆に高
すぎるとCOが増加して燃料電池本体の性能に悪影響を
及ぼす。改質ガス中のメタノール、COのいずれも燃料
電池本体の出力電圧を低下させるため、発電システムと
して定出力を得るためには燃料電池からの電流を多く取
ることになる。 このようなことから、とりわけ負荷が増加した時に、触
媒層の温度が下がって未改質のメタノールが増加し燃料
電池本体の出力電圧が低下すると、さらに燃料電池本体
から電流を多く取ることになり、その結果燃料電池本体
に過負荷を与え、場合によってはシステムの継続した運
転が不能になってしまうという問題点があった。 この発明はこのような問題点を解決しようとするもので
、触媒層の温度を一定にして改質ガスの組成変動を抑え
、負荷変動時にも燃料電池発電システムを安定して運転
できるようにした燃料電池用燃料改質装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【問題点を解決するための手段】
この発明は、触媒を充填した改質反応管を本体底部で折
り返された二重構造に形成し、原料ガスの入口側となる
一方の側を比較的高温で運転する高温部とし、また改質
ガスの出口側となる他方の、側を比較的低温で運転する
低温部として構成するのである。
【作 用】
この発明によれば、改質反応管の高温部に高温で原料ガ
スの分解反応に触媒能を示す触媒を用い、また低温部に
低温でCO変成反応に触媒能を示す触媒を用いることが
でき、それにより触媒層の温度を一定にして改質ガスの
組成変動を抑えることができる。
【実施例】 以下、図に基づいてこの発明の詳細な説明する。なお、
この発明の実施例を示す第1図において、第4図と同一
の部分には同一の符号を付は説明を省略する。 第1図において、改質反応管13は内筒1の内外に跨が
る二重構造になっている。すなわち、内筒1の内側のバ
ーナ9の直下には高温部14が配置され、内筒1の外側
には低温部15が配置されている。高温部14と低温部
15とは、連通管18と原料ガスマニホルド5を介して
接続され、改質反応管13は全体的に見れば、本体底部
で折り返された形となっている。高温部14は、バーナ
9の燃焼ガスによる加熱に加えてバーナ9の輻射熱を直
接受け、比較的高温で運転される。一方、低温部15は
内筒1でバーナ9から遮られており、高温部14を通過
した後の燃焼ガスで加熱されて比較的低温で運転される
。 改質反応管13の高温部14は外筒13aと内筒13b
との間に環状の空間が形成された二重円筒になっており
、その上端に改質ガス入口管10が接続されている。改
質反応管13の低温部15は、複数本の反応管15aを
環状に並べて構成されており、その下端はマニホルド5
に通じ、上端は改質ガスマニホルド12を介して改質ガ
ス出口11に通じている。 高温部14には、アルミナボールにptあるいはPdを
担持させた触媒16が充填されている。起動時にはバー
ナ9でメタノールを燃焼させるとともに、原料ガス入口
管10からメタノールと空気を供給し、高温触媒層16
で触媒燃焼させて高温触媒116を昇温する。昇温後の
定常運転時には、バーナ9から熱エネルギを受けながら
、高温触媒層16は約300〜400°Cで改質反応を
行う。 改質反応管13の低温部15には、Cu系の触媒17が
充填されている。上記定常運転時において、低温触媒1
i17は、約200〜300℃で改質反応を行う。Cu
系の触媒の触媒は300°C以上で運転すると寿命が短
くなるが、Pt系の触媒は300〜400°Cで運転し
ても寿命が短くなることはない。 高温部14を出た改質ガスは、燃料電池本体の触媒の触
媒毒となるCOを4〜5%含んでいる。このガスは本体
底部のマニホルド5で折り返し、低温部のCu系の触媒
層17を通過して、反応式(2)のCO変成反応により
COが200〜300°Cの平衡濃度まで下げられ、改
質ガス出口11から燃料電池本体へ供給される。 この時の低温部15内における触媒層の軸方向の温度分
布は、第2図に示すようになり、軽負荷(実線)の場合
も、重負荷(鎖線)の場合も温度分布にほとんど変化が
ない。また、軽負荷から重負荷、さらに軽負荷という非
定常的な負荷変動に対しても、第2図の触媒層温度制御
点における温度の経時変化は第3図に示すようになり、
温度変化は非常に小さくなっている。したがって、改質
ガスの組成も一定となり、燃料電池本体に過負荷を与え
ることなく運転を継続することが可能となる。
【発明の効果】
この発明は、触媒を充填した改質反応管を本体底部で折
り返された二重構造に形成し、原料ガスの入口側となる
一方の側を比較的高温で運転する高温部とし、また改質
ガスの出口側となる他方の側を比較的低温で運転する低
温部として構成したので、触媒層の温度を一定にして改
質ガスの組成変動を抑え、特に負荷変動時の燃料電池発
電システムの運転を安定させることができる。また、高
温部のpt系触媒は、システム起動時に改質反応管を昇
温させるための燃焼触媒としても使用できるので、シス
テムの起動時間の短縮にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例の縦断面図、第2図は第1図
における改質反応管の低温部の軸方向の温度分布を示す
線図、第3図は第2図の触媒層温度制御点における触媒
層温度の経時変化を示す線図、第4図は従来の燃料改質
装置の縦断面図、第5図は第4図における改質反応管の
軸方向の温度分布を示す線図、第6図は第5図の触媒層
温度制御点における触媒層温度の経時変化を示す線図で
ある。 13:改質反応管、14:改質反応管の高温部、15:
改質反応管の低温部、16.17:触媒。 第2図 時間 第4図 第5図 B奇  閉 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)アルコールなどを触媒により水蒸気と反応させて水
    素リッチなガスに改質し、燃料電池に供給する燃料電池
    用燃料改質装置において、触媒を充填した改質反応管を
    本体底部で折り返された二重構造に形成し、原料ガスの
    入口側となる一方の側を比較的高温で運転する高温部と
    し、また改質ガスの出口側となる他方の側を比較的低温
    で運転する低温部として構成したことを特徴とする燃料
    電池用燃料改質装置。 2)特許請求の範囲第1項記載の装置において、改質反
    応管の高温部では主として原料ガスの分解反応を行わせ
    、低温部では主としてCOの変成反応を行わせるように
    した燃料電池用燃料改質装置。 3)特許請求の範囲第2項記載の装置において、改質反
    応管の高温部の触媒は白金又はロジウム、パラジウムの
    1種若しくはそれ以上を含む触媒である燃料電池用燃料
    改質装置。4)特許請求の範囲第3項記載の装置におい
    て、改質反応管の高温部の触媒を起動時には燃焼触媒と
    して使用する燃料電池用燃料改質装置。
JP62280122A 1987-11-05 1987-11-05 燃料電池用燃料改質装置 Expired - Lifetime JPH0647441B2 (ja)

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