JPH08208203A - 燃料改質器 - Google Patents
燃料改質器Info
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- JPH08208203A JPH08208203A JP7017575A JP1757595A JPH08208203A JP H08208203 A JPH08208203 A JP H08208203A JP 7017575 A JP7017575 A JP 7017575A JP 1757595 A JP1757595 A JP 1757595A JP H08208203 A JPH08208203 A JP H08208203A
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- Japan
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- raw material
- material gas
- pipe
- fuel reformer
- gas
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- H—ELECTRICITY
- 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
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機器構成を複合化して燃料電池発電プラント
のコンパクト化を図るようにした燃料改質器を提供す
る。 【構成】 収納容器４内の燃焼ガス排出通路内に原料ガ
ス管９を配置する。この原料ガス管９は蛇行経路を構成
するように設け、伝熱面積を増加させる。原料ガス予熱
器２で予熱された原料ガス12は原料ガス入口６より燃料
改質器１内に導入され、原料ガス管９を通して改質管３
内の改質触媒層に導かれる。
のコンパクト化を図るようにした燃料改質器を提供す
る。 【構成】 収納容器４内の燃焼ガス排出通路内に原料ガ
ス管９を配置する。この原料ガス管９は蛇行経路を構成
するように設け、伝熱面積を増加させる。原料ガス予熱
器２で予熱された原料ガス12は原料ガス入口６より燃料
改質器１内に導入され、原料ガス管９を通して改質管３
内の改質触媒層に導かれる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素ガスに水蒸気
を混合した原料ガスを燃焼ガスによって加熱し触媒を用
いた水蒸気改質反応により水素を主成分とする改質ガス
を生成する燃料改質器に係り、特に、燃料電池発電シス
テムに使用するのに適した燃料改質器の機能を複合化に
より、燃料電池発電システムのコンパクト化を成しうる
燃料改質器に関する。
を混合した原料ガスを燃焼ガスによって加熱し触媒を用
いた水蒸気改質反応により水素を主成分とする改質ガス
を生成する燃料改質器に係り、特に、燃料電池発電シス
テムに使用するのに適した燃料改質器の機能を複合化に
より、燃料電池発電システムのコンパクト化を成しうる
燃料改質器に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電システムは、一般に、燃料
電池本体と燃料改質器と電力変換装置、制御装置および
多くの熱交換器類によって構成されており、非常に複雑
なシステムである。
電池本体と燃料改質器と電力変換装置、制御装置および
多くの熱交換器類によって構成されており、非常に複雑
なシステムである。
【０００３】図６は従来の燃料電池発電システムにおけ
る一般的な燃料改質器の構造を示す。以下に、燃料改質
器１の構成および機能を説明する。
る一般的な燃料改質器の構造を示す。以下に、燃料改質
器１の構成および機能を説明する。
【０００４】適当な厚さの断熱材11を内面に施した収納
容器４内に改質触媒を充填した一本または複数の改質管
３が立設され、当該収納容器４にはバーナ５、原料ガス
入口６、改質ガス出口７および燃焼ガス出口８が設けら
れ、原料ガス入口６に通じる系の上流側には原料ガス予
熱器２が備えられている。上記原料ガス入口６は原料ガ
ス管９を介して改質管３と接続され、また改質ガス出口
７は改質ガス管10を介して改質管３に接続されている。
容器４内に改質触媒を充填した一本または複数の改質管
３が立設され、当該収納容器４にはバーナ５、原料ガス
入口６、改質ガス出口７および燃焼ガス出口８が設けら
れ、原料ガス入口６に通じる系の上流側には原料ガス予
熱器２が備えられている。上記原料ガス入口６は原料ガ
ス管９を介して改質管３と接続され、また改質ガス出口
７は改質ガス管10を介して改質管３に接続されている。
【０００５】炭化水素ガスに水蒸気を混合した原料ガス
12は原料ガス予熱器２で加熱流体を改質ガス13として改
質反応が生じる適正な温度まで予熱され、原料ガス入口
６より原料ガス管９を経て改質触媒の充填された改質器
３に導かれる。そして、原料ガス12は改質管３の外部を
流れる燃焼ガス14によって熱せられて徐々に温度が上昇
するとともに、改質触媒の作用によって改質反応が生
じ、水素を主成分とする改質ガス13に変化する。そし
て、生成された改質ガス13は改質ガス管10に流れ込み、
改質ガス出口７から器外に排出され、原料ガス予熱器２
の加熱流体として働いた後、図示しない一酸化炭素変成
器等を経て燃料電池本体に送られる。
12は原料ガス予熱器２で加熱流体を改質ガス13として改
質反応が生じる適正な温度まで予熱され、原料ガス入口
６より原料ガス管９を経て改質触媒の充填された改質器
３に導かれる。そして、原料ガス12は改質管３の外部を
流れる燃焼ガス14によって熱せられて徐々に温度が上昇
するとともに、改質触媒の作用によって改質反応が生
じ、水素を主成分とする改質ガス13に変化する。そし
て、生成された改質ガス13は改質ガス管10に流れ込み、
改質ガス出口７から器外に排出され、原料ガス予熱器２
の加熱流体として働いた後、図示しない一酸化炭素変成
器等を経て燃料電池本体に送られる。
【０００６】一方、バーナ５で燃焼した高温の燃焼ガス
14は、改質管３の周囲を高さ方向に流下する。その際、
燃焼ガス14は、改質器３の内部を流れる原料ガス６と熱
交換することによって徐々に温度が降下し、燃焼ガス出
口８から器外に排出され、図示しない次の機器に送られ
る。
14は、改質管３の周囲を高さ方向に流下する。その際、
燃焼ガス14は、改質器３の内部を流れる原料ガス６と熱
交換することによって徐々に温度が降下し、燃焼ガス出
口８から器外に排出され、図示しない次の機器に送られ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のような構成およ
び機能を有する従来の燃料改質器を備えた燃料電池発電
システムにおいては、原料ガスは改質反応が生じる適正
な温度まで予熱して、改質触媒層に導入する必要があ
る。改質触媒層に導入される原料ガスの温度が改質反応
が生じる適正な温度よりも低いと、低温度領域の触媒層
での改質反応が不十分となり、その触媒層は性能上無効
となってしまう。逆に、原料ガスの温度を所定の温度以
上に加熱することは改質性能が向上するため、改質触媒
層の高さを短くできる等の種々の利点がある。
び機能を有する従来の燃料改質器を備えた燃料電池発電
システムにおいては、原料ガスは改質反応が生じる適正
な温度まで予熱して、改質触媒層に導入する必要があ
る。改質触媒層に導入される原料ガスの温度が改質反応
が生じる適正な温度よりも低いと、低温度領域の触媒層
での改質反応が不十分となり、その触媒層は性能上無効
となってしまう。逆に、原料ガスの温度を所定の温度以
上に加熱することは改質性能が向上するため、改質触媒
層の高さを短くできる等の種々の利点がある。
【０００８】原料ガス予熱器２は、上記の理由により原
料ガスを適正な温度まで予熱するために設けられている
もので、必要不可欠な機器ではあるが、小型化を求めら
れている。また、原料ガス予熱器２は、改質ガスを高温
源として原料ガスの予熱を行っているため、その予熱に
は限界があった。
料ガスを適正な温度まで予熱するために設けられている
もので、必要不可欠な機器ではあるが、小型化を求めら
れている。また、原料ガス予熱器２は、改質ガスを高温
源として原料ガスの予熱を行っているため、その予熱に
は限界があった。
【０００９】燃料改質器は、燃料電池プラントの中で燃
料電池本体とともに大きな容量を占めている機器であ
り、改質性能の高効率化を行うこと等により小型化が求
められている。
料電池本体とともに大きな容量を占めている機器であ
り、改質性能の高効率化を行うこと等により小型化が求
められている。
【００１０】本発明の目的は、機器構成を複合化して燃
料電池プラントのコンパクト化を図るようにした燃料改
質器を提供することにある。また、別の目的は原料ガス
を高温に保って改質性能を高めるようにした燃料改質器
を提供することにある。
料電池プラントのコンパクト化を図るようにした燃料改
質器を提供することにある。また、別の目的は原料ガス
を高温に保って改質性能を高めるようにした燃料改質器
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、収納容器４内の燃焼ガス排出通路を排
熱回収領域として、その排熱回収領域内に原料ガスを予
熱する管状熱交換器を設けたことを特徴とするものであ
る。
達成するために、収納容器４内の燃焼ガス排出通路を排
熱回収領域として、その排熱回収領域内に原料ガスを予
熱する管状熱交換器を設けたことを特徴とするものであ
る。
【００１２】
【作用】燃料改質器の内部で原料ガスを燃焼ガスにより
加熱することにより、原料ガスの予熱の一部または全部
を燃料改質器で行うことができるため、原料ガス予熱器
をコンパクト化あるいは不要にすることができる。ま
た、改質触媒に導入する原料ガスの温度を従来よりも高
温に保てることで、改質性能を大幅に高めることができ
る。
加熱することにより、原料ガスの予熱の一部または全部
を燃料改質器で行うことができるため、原料ガス予熱器
をコンパクト化あるいは不要にすることができる。ま
た、改質触媒に導入する原料ガスの温度を従来よりも高
温に保てることで、改質性能を大幅に高めることができ
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１に基づいて具体
的に説明する。なお、図６に示した従来例と同一の部材
については同一の符号を付して説明は省略する。本実施
例においては、図に示したように、収納容器４内の燃焼
ガス排出通路内に原料ガス管９を配置し、燃焼ガス14を
高熱源、原料ガス12を低熱源とする熱交換器を構成して
いる。本実施例では原料ガス管を蛇行経路を構成するよ
うに設け、伝熱面積を増加させている。原料ガス12は原
料ガス予熱器２で予熱された後、原料ガス入口６より燃
料改質器１の中に導入される。そして原料ガス管９を通
して燃焼ガス14より更に加熱され、改質管３内の改質触
媒層に導入される。
的に説明する。なお、図６に示した従来例と同一の部材
については同一の符号を付して説明は省略する。本実施
例においては、図に示したように、収納容器４内の燃焼
ガス排出通路内に原料ガス管９を配置し、燃焼ガス14を
高熱源、原料ガス12を低熱源とする熱交換器を構成して
いる。本実施例では原料ガス管を蛇行経路を構成するよ
うに設け、伝熱面積を増加させている。原料ガス12は原
料ガス予熱器２で予熱された後、原料ガス入口６より燃
料改質器１の中に導入される。そして原料ガス管９を通
して燃焼ガス14より更に加熱され、改質管３内の改質触
媒層に導入される。
【００１４】このように、燃料改質器１の内部に原料ガ
ス12を予熱する機能を設けて、改質機能と原料ガス予熱
機能を複合化したことにより、原料ガス12の予熱の一部
または全部を燃料改質器１で行うことができるため、原
料ガス予熱器２の必要容量が減少または不要になり、原
料ガス予熱器２をコンパクト化あるいは削除することが
できる。
ス12を予熱する機能を設けて、改質機能と原料ガス予熱
機能を複合化したことにより、原料ガス12の予熱の一部
または全部を燃料改質器１で行うことができるため、原
料ガス予熱器２の必要容量が減少または不要になり、原
料ガス予熱器２をコンパクト化あるいは削除することが
できる。
【００１５】また、原料ガス予熱器２で予熱された原料
ガス12を燃料改質器１の内部において原料ガス12よりも
高温の燃焼ガス14を加熱流体として更に加熱することが
できるため、改質触媒層に導入する原料ガス12の温度を
高温にすることが可能となり、改質性能が向上する。し
たがって、改質触媒層の長さを短縮することができるた
め、改質管３の高さを短くすることが可能となり、燃料
改質器１をコンパクト化することができる。
ガス12を燃料改質器１の内部において原料ガス12よりも
高温の燃焼ガス14を加熱流体として更に加熱することが
できるため、改質触媒層に導入する原料ガス12の温度を
高温にすることが可能となり、改質性能が向上する。し
たがって、改質触媒層の長さを短縮することができるた
め、改質管３の高さを短くすることが可能となり、燃料
改質器１をコンパクト化することができる。
【００１６】本発明の他の実施例を図２を参照して説明
する。図２において図１と異なる箇所を部分的に取り上
げて説明する。図２の実施例では燃焼ガス排出通路を収
納容器４と改質管３の間にある断熱材11の内部までに延
長し、その燃焼ガス排出通路内に原料ガス管９を環状に
配設し燃焼ガス14を高熱源、原料ガス12を低熱源とする
熱交換器を構成したことを特徴としている。原料ガス管
９を環状に配設したことにより原料ガス管９の長さを長
くすることができるため伝熱面積が増加し、効率良く原
料ガス12を加熱することができる。
する。図２において図１と異なる箇所を部分的に取り上
げて説明する。図２の実施例では燃焼ガス排出通路を収
納容器４と改質管３の間にある断熱材11の内部までに延
長し、その燃焼ガス排出通路内に原料ガス管９を環状に
配設し燃焼ガス14を高熱源、原料ガス12を低熱源とする
熱交換器を構成したことを特徴としている。原料ガス管
９を環状に配設したことにより原料ガス管９の長さを長
くすることができるため伝熱面積が増加し、効率良く原
料ガス12を加熱することができる。
【００１７】本発明の他の実施例を図３、図４、および
図５により説明する。各図において図１と異なる箇所を
部分的に取り上げて説明する。図３の実施例では収納容
器４内の燃焼ガス排出通路内に伝熱促進部材15を充填し
たことを特徴としている。伝熱促進部材15としてはアル
ミナボール等を充填している。燃焼ガス排出通路内に伝
熱促進部材15が介在することにより燃焼ガス14の流速が
速くなるとともに乱れの程度も増加するため、燃焼ガス
14から原料ガス管９への熱移動が促進され、効率良く原
料ガス12を加熱することができる。
図５により説明する。各図において図１と異なる箇所を
部分的に取り上げて説明する。図３の実施例では収納容
器４内の燃焼ガス排出通路内に伝熱促進部材15を充填し
たことを特徴としている。伝熱促進部材15としてはアル
ミナボール等を充填している。燃焼ガス排出通路内に伝
熱促進部材15が介在することにより燃焼ガス14の流速が
速くなるとともに乱れの程度も増加するため、燃焼ガス
14から原料ガス管９への熱移動が促進され、効率良く原
料ガス12を加熱することができる。
【００１８】図４の実施例では原料ガス管９の外表面に
伝熱促進フィン16を取り付けたことを特徴としている。
伝熱促進フィン16を取り付けることにより原料ガス管９
の外表面の伝熱面積が増加するため、燃焼ガス14から原
料ガス管９への熱移動が促進され、効率良く原料ガス12
を加熱することができる。
伝熱促進フィン16を取り付けたことを特徴としている。
伝熱促進フィン16を取り付けることにより原料ガス管９
の外表面の伝熱面積が増加するため、燃焼ガス14から原
料ガス管９への熱移動が促進され、効率良く原料ガス12
を加熱することができる。
【００１９】図５の実施例では原料ガス管９の外側に燃
焼ガス14の導入管17を設けたことを特徴としている。燃
焼ガス14を原料ガス管９と導入管17の間に流すことによ
り原料ガス管９の周囲を流れる燃焼ガス14の流速が早め
られ、燃焼ガス14から原料ガス管９への熱移動が促進さ
れ、効率良く原料ガス12を加熱することができる。
焼ガス14の導入管17を設けたことを特徴としている。燃
焼ガス14を原料ガス管９と導入管17の間に流すことによ
り原料ガス管９の周囲を流れる燃焼ガス14の流速が早め
られ、燃焼ガス14から原料ガス管９への熱移動が促進さ
れ、効率良く原料ガス12を加熱することができる。
【００２０】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、各実施例を組み合わせた構造とするこ
とも可能である。すなわち、改質管を加熱した後の燃焼
ガス通路内に伝熱管の機能を付加した原料ガス管を配設
し、燃焼ガスを高温側、原料ガスを低温側とする熱交換
器を構成する構造であれば前述の目的を達成することが
可能となる。
るものではなく、各実施例を組み合わせた構造とするこ
とも可能である。すなわち、改質管を加熱した後の燃焼
ガス通路内に伝熱管の機能を付加した原料ガス管を配設
し、燃焼ガスを高温側、原料ガスを低温側とする熱交換
器を構成する構造であれば前述の目的を達成することが
可能となる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、燃料改質器内部に原料
ガスを予熱する管状熱交換器を設けたことにより、原料
ガス予熱器の容量を減少または省略することができ、原
料ガス予熱器をコンパクト化あるいは削除することがで
きる。
ガスを予熱する管状熱交換器を設けたことにより、原料
ガス予熱器の容量を減少または省略することができ、原
料ガス予熱器をコンパクト化あるいは削除することがで
きる。
【００２２】また、原料ガス予熱器は改質ガスを高熱源
にしているため原料ガスの予熱温度には限界があるが、
本発明では原料ガスを燃料改質器内部でさらに加熱する
ことができ、改質性能を向上させることが可能である。
にしているため原料ガスの予熱温度には限界があるが、
本発明では原料ガスを燃料改質器内部でさらに加熱する
ことができ、改質性能を向上させることが可能である。
【図１】本発明による燃料改質器の一実施例を示す縦断
面図。
面図。
【図２】本発明の他の実施例を示す縦断面図。
【図３】本発明の他の実施例の要部を示す断面図。
【図４】本発明の他の実施例の要部を示す断面図。
【図５】本発明の他の実施例の要部を示す断面図。
【図６】従来の燃料改質器の一例を示す縦断面図。
１…燃料改質器、３…改質器、４…収納容器、５…バー
ナ、９…原料ガス管、12…原料ガス、13…改質ガス、14
…燃焼ガス、15…伝熱促進部材、16…伝熱促進フィン、
17…導入管。
ナ、９…原料ガス管、12…原料ガス、13…改質ガス、14
…燃焼ガス、15…伝熱促進部材、16…伝熱促進フィン、
17…導入管。
Claims (4)
- 【請求項１】 炭化水素ガスと水蒸気を混合した原料ガ
スとを加熱し水蒸気改質反応により水素を主成分とする
改質ガスを生成する一本または複数本の水質管と、前記
改質管を収納する収納容器と、前記改質管に原料ガスを
導入する原料ガス管と、前記改質管を加熱するための燃
焼ガスを発生させるバーナとを有する燃料改質器におい
て、前記収納容器内の燃焼ガス排出通路を排熱回収領域
として、その排熱回収領域内に原料ガスを予熱する管状
熱交換器を設けたことを特徴とする燃料改質器。 - 【請求項２】 前記排熱回収領域内に伝熱促進部材を充
填したことを特徴とする請求項１記載の燃料改質器。 - 【請求項３】 前記原料ガス管の表面に伝熱促進フィン
を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
の燃料改質器。 - 【請求項４】 前記原料ガス管の外側に燃焼ガスの導入
管を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載の燃料改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7017575A JPH08208203A (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 燃料改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7017575A JPH08208203A (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 燃料改質器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08208203A true JPH08208203A (ja) | 1996-08-13 |
Family
ID=11947718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7017575A Pending JPH08208203A (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 燃料改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08208203A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998029918A1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-09 | Ztek Corporation | Pressurized, integrated electrochemical converter energy system |
| JP2007204285A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 改質器 |
-
1995
- 1995-02-06 JP JP7017575A patent/JPH08208203A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5948221A (en) * | 1994-08-08 | 1999-09-07 | Ztek Corporation | Pressurized, integrated electrochemical converter energy system |
| US6024859A (en) * | 1994-08-08 | 2000-02-15 | Ztek Corporation | Pressurized integrated electrochemical converter energy system and method |
| WO1998029918A1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-09 | Ztek Corporation | Pressurized, integrated electrochemical converter energy system |
| JP2007204285A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 改質器 |
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