JP2002175828A - 燃料電池用燃料改質システム - Google Patents

燃料電池用燃料改質システム

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JP2002175828A
JP2002175828A JP2000370392A JP2000370392A JP2002175828A JP 2002175828 A JP2002175828 A JP 2002175828A JP 2000370392 A JP2000370392 A JP 2000370392A JP 2000370392 A JP2000370392 A JP 2000370392A JP 2002175828 A JP2002175828 A JP 2002175828A
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fuel
fuel cell
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reformer
reformed gas
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JP2000370392A
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Noboru Yamauchi
昇 山内
Kazuhiko Ishiwatari
和比古 石渡
Hisashi Aoyama
尚志 青山
Hiroshi Komatsu
宏 小松
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池用燃料改質システムに備えられた一
酸化炭素選択酸化反応器の小型化及び燃料改質システム
のエネルギー効率を向上する。 【解決手段】 改質器(6)が炭化水素系燃料と水と空
気から改質ガスを生成し、改質ガスを用いて燃料電池
(10)が発電を行い、燃焼器(11)を用いて燃料電
池(10)からの排改質ガスを燃焼し、この燃焼ガスで
改質器(6)を加熱する燃料電池用燃料改質システムに
おいて、前記改質器にメタノール以外の炭化水素系燃料
と水と空気を導入し、水蒸気改質反応または水蒸気改質
反応と部分酸化反応の併用によって水素及びメタンの両
方がリッチな改質ガスを生成するので、一酸化炭素選択
酸化反応器(8)がメタノールを用いた改質システム並
の簡素な構成となることができるとともに、燃料電池の
出力を低下させることなくシステムのエネルギー効率を
向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は燃料電池用燃料改
質システムの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料としてメタノール以外の炭化水素系
燃料を用いて水素リッチの改質ガスを生成する燃料改質
システムとして、財団法人石油産業活性化センター発行
の「ガソリン改質燃料電池自動車の技術開発動向と課題
の調査報告書」の43ページに見られるものがあり(図
5を参照のこと)、これは改質器で生成された水素リッ
チの改質ガス中の一酸化炭素を除去するために高温シフ
ト反応器(HTS)、低温シフト反応器(LTS)、一
酸化炭素選択酸化反応器(図中、CO除去で示す)及び
これらの反応器の温度を調節するための熱交換器等から
構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれら従
来のシステムでは、改質器を通常800℃以上、低いも
のでも700℃程度で作動させており、改質ガス中の一
酸化炭素濃度が高くなり、一酸化炭素選択酸化反応器が
非常に大きくなるという問題がある。また高温での作動
で問題となるコーキングを避けるために大量の水を改質
器内に導入する必要があり、このような改質反応に寄与
しない水を改質器内に導入し、加熱、冷却しなければな
らないため、システムとしてのエネルギー効率が著しく
低下するという問題もある。
【0004】そこで本発明は、このような問題を解決す
る燃料電池用燃料改質システムを提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、改質器が
炭化水素系燃料と水と空気から改質ガスを生成し、この
改質ガスを用いて燃料電池が発電を行い、燃焼器を用い
て燃料電池からの排改質ガスを燃焼し、この燃焼ガスで
改質器を加熱する燃料電池用燃料改質システムにおい
て、前記改質器にメタノール以外の炭化水素系燃料と水
と空気を導入し、水蒸気改質反応または水蒸気改質反応
と部分酸化反応の併用によって水素及びメタンの両方が
リッチな改質ガスを生成することを特徴とする。
【0006】第2の発明は、第1の発明において、改質
ガスが生成される温度領域は500℃程度の低温領域に
設定されることを特徴とする。
【0007】第3の発明は、第1または2の発明におい
て、改質器に供給されるメタノール以外の炭化水素系燃
料と水と空気のうち少なくとも一つの流量を調整して、
改質ガス中のメタン含有量を制御する。
【0008】第4の発明は、第1または2の発明におい
て、改質器を加熱する燃焼ガスの導入流量を制御する。
【0009】第5の発明は、第1の発明において、燃焼
器を加熱する燃焼ガスにメタノール以外の炭化水素系燃
料を供給する。
【0010】
【発明の効果】第1と第2の発明では、メタノール以外
の炭化水素系燃料による500℃程度の低温領域での改
質反応を行う。このように低温の改質反応では、改質器
での一酸化炭素の生成を抑制できる上に、改質器が部分
酸化反応で自己発熱するための空気及び、反応に関与し
ない水の導入量を減らすことができるため、一酸化炭素
選択酸化反応器がメタノールを用いた改質システム並の
簡素な構成となることができるとともに、燃料電池の出
力を低下させることなくシステムのエネルギー効率を向
上することができる。
【0011】第3の発明では、改質器に供給されるメタ
ノール以外の炭化水素系燃料と水と空気のうち少なくと
も一つの流量を制御するので、燃料電池の排改質ガス中
に含まれるメタン含有量、すなわち改質器が供給する発
熱量を調整することができ、燃料電池の出力を低下させ
ることなく、システムのエネルギー効率を向上すること
ができる。
【0012】第4の発明では、改質器に導入される燃焼
ガスの流量を直接的に制御するので、改質器の温度を迅
速に変化させることができ、システムの応答性を向上す
ることができる。
【0013】第5の発明では、排改質ガスに加えて燃焼
器にメタノール以外の炭化水素系燃料をも供給するの
で、燃焼ガスの発熱量を変化させ、改質器の反応温度を
調整し、所定の改質率を確保することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明を適用した燃料改質システ
ムの全体構成図を図1に示す。
【0015】水タンク1、燃料タンク2からポンプ3、
4を介して燃焼器5に供給された水とメタノールを除く
炭化水素系燃料は燃焼器5で加熱され、気化、混合され
て改質器6に供給される。改質器6で水と燃料の混合ガ
スは後述する500℃程度の温度での低温改質反応によ
って水素とメタンリッチの改質ガスに改質されるが、シ
ステムの始動時等の部分酸化反応が必要な場合には、そ
の必要に応じて流量調整弁13を開いて空気を改質器6
に供給し、部分酸化反応を促進することもできる。
【0016】改質器6で生成された改質ガスは熱交換器
7で所定の温度まで冷却されて、一酸化炭素選択酸化反
応器(以下、CO反応器という)8に送られ、同時に流
量調整弁14を介してCO反応器8に導入させる微量の
空気のもとで、改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化
させて二酸化炭素に転換し、改質ガス中の一酸化炭素濃
度を低下させる。
【0017】一酸化炭素を除去された改質ガスは熱交換
器9に導入されて、所定温度まで冷却され、燃料電池1
0のアノード極に供給される。一方、燃料電池10のカ
ソード極には図示しない空気供給源より空気が供給さ
れ、改質ガスと空気は発電に供される。
【0018】アノード極の排改質ガスはメタンと、燃料
電池10での発電で消費されなかった水素を含有してお
り、この排改質ガスを燃焼器11に供給し、燃焼する。
燃焼器11の燃焼ガスは改質器6に導入され、その熱量
を改質反応のために用いる。さらに改質器6から排出さ
れた燃焼ガスは蒸発器5に供給され、水と燃料の気化の
ための熱として用いられた後、大気に放出される。
【0019】燃料改質システムは改質反応温度を検出す
るための図示しない温度検出器と、燃料電池10のアノ
ード極の排改質ガスの出口に設置された可燃ガス濃度検
出器12を用いて、改質反応温度と可燃ガス濃度を検出
し、これらの検出値が所定範囲にない場合に改質器6に
供給する水の流量または空気の流量を変化させて、改質
ガス中のメタン量を一定範囲に制御する。これにより、
燃料改質システムを自立運転させるため、改質に必要な
熱量を供給するのに十分なメタン量を確保することがで
きる。
【0020】次に作用について図2を用いて説明する。
【0021】図2は改質ガスの組成成分の温度依存性を
示す。反応温度が750℃では一酸化炭素濃度が水、窒
素を除いた成分のうちの20%近くを占める。しかし5
00℃程度ではその濃度が5%以下にまで低下すること
がわかる。すなわち、本実施形態のように500℃程度
の低温改質領域で改質反応を行わせることで、一酸化炭
素の生成を抑制でき、さらに改質器6でのコーキングの
影響はきわめて小さくなるため改質反応に寄与しない水
の流量を減少することができることにより、エネルギー
効率を向上できるとともに、CO反応器8はメタノール
を改質した場合と同様の大きさで形成することができ
る。
【0022】また750℃程度の高温で改質した場合と
比べてさらにエネルギー効率を向上することもできる。
500℃程度の温度で改質反応をおこなった場合に、水
素とともに高温での改質反応ではほとんど生成されない
メタンが生成し、水素とメタンの両方がリッチな改質ガ
スになるが、燃料電池10のメタンによる被毒は生じ
ず、また燃料電池10によって消費されないので、メタ
ンはそのまま燃料電池10から排出されることになる。
そのため排改質ガスの発熱量をメタンの発熱量分だけ十
分大きくすることができ、排改質ガスの燃焼熱で改質器
6や蒸発器5などに必要な熱量を賄うことができる。こ
のため、改質器6の熱供給のため導入する空気の流量を
極力減らし、水蒸気改質反応の割合を大きくすることが
できる。
【0023】ここで、従来の部分酸化反応と水蒸気改質
反応を併用した高温領域での改質反応では、改質器へ供
給する空気の流量が多いので、空気に80%程度含まれ
る窒素によって、改質ガスが希釈され、水素濃度が低下
する。一方、本発明によるメタノール以外の炭化水素系
燃料を用いた低温領域での改質ではメタン生成量が増加
するため、高温領域での改質と同様に改質ガス中の水素
濃度は低下するが、高温改質に比べても水素濃度を同等
に確保でき、燃料電池10の出力が低下することはな
く、窒素の代わりに、メタンの発熱量を利用できる分エ
ネルギー効率が向上する。
【0024】また、改質反応温度と排改質ガス濃度を検
出し、これらの検出値が所定範囲にない場合に改質器6
に供給する水の流量または空気の流量を変化させて、改
質ガス中のメタン量を一定範囲に制御する。これによ
り、燃料改質システムを自立運転させるため、改質に必
要な熱量を供給するのに必要十分なメタン量を確保する
ことができる。
【0025】図3には第2の実施形態が示されており、
これは第1の実施形態の構成に加えて改質器6に供給さ
れる燃焼ガスの流量を調整する機能を有するものであ
る。
【0026】第1の実施形態では改質器6に供給する水
と空気の流量を変化させることで、改質ガス中のメタン
量を調整したが、この場合には水と空気の流量を変化さ
せた後、遅れて改質温度が変化することになり、システ
ムの素早い応答性の要求に対応することはできない。
【0027】そこで本実施形態では、第1の実施形態の
構成に加えて、燃焼器11から改質器6への燃焼ガスの
流量を調節することができる流量制御弁15を設けたの
で、水と空気の流量を調整する必要がなく、燃焼ガスの
流量を調整することで、改質器6の温度を調整する。し
たがって、第1の実施形態の作用に加えて直接改質器6
の温度を調整でき、システムの応答性を大幅に改善する
ことができる。
【0028】図4に示す第3の実施の形態について説明
する。本実施形態では、第1の実施形態の構成に加え
て、燃焼器11に燃料を供給する機能を加えたものであ
る。
【0029】本実施形態は、改質器6の改質反応温度が
低く、改質率が低い場合には、燃焼器11に燃料タンク
2から燃料を供給して、燃焼ガス温度を上昇させ、より
高温となった燃焼ガスを改質器6に供給して改質器6の
改質反応温度を上昇させて、所定の改質率を確保するも
のである。したがって、システムの改質率が低く、改質
ガス中の水素濃度が低い場合でも所定の改質率、すなわ
ち水素濃度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の全体構成を示す構成図である。
【図2】 改質ガス中の組成成分の温度依存性を示す図
である。
【図3】 第2の実施形態の全体構成を示す構成図であ
る。
【図4】 第3の実施形態の全体構成を示す構成図であ
る。
【図5】 従来技術の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1 水タンク 2 燃料タンク 3 ポンプ 4 ポンプ 5 蒸発器 6 改質器 7 熱交換器 8 一酸化炭素選択酸化反応器 9 熱交換器 10 燃料電池 11 燃焼器 12 可燃ガス濃度検出器 13 流量調整弁 14 流量調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 尚志 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 小松 宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EB03 EB43 4G140 EA03 EA06 EB03 EB43 5H027 AA02 BA09 BA17 KK21 KK31 KK42 MM12 MM13 MM14

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】改質器が炭化水素系燃料と水と空気から改
    質ガスを生成し、この改質ガスを用いて燃料電池が発電
    を行い、燃焼器を用いて燃料電池からの排改質ガスを燃
    焼し、この燃焼ガスで改質器を加熱する燃料電池用燃料
    改質システムにおいて、 前記改質器にメタノール以外の炭化水素系燃料と水と空
    気を導入し、水蒸気改質反応または水蒸気改質反応と部
    分酸化反応の併用によって水素及びメタンの両方がリッ
    チな改質ガスを生成することを特徴とする燃料電池用燃
    料改質システム。
  2. 【請求項2】改質ガスが生成される温度領域は500℃
    程度の低温領域に設定されることを特徴とする請求項1
    に記載の燃料電池用燃料改質システム。
  3. 【請求項3】改質器に供給されるメタノール以外の炭化
    水素系燃料と水と空気のうち少なくとも一つの流量を調
    整して、改質ガス中のメタン含有量を制御することを特
    徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用燃料改質
    システム。
  4. 【請求項4】改質器を加熱する燃焼ガスの導入流量を制
    御することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料
    電池用燃料改質システム。
  5. 【請求項5】燃焼器を加熱する燃焼ガスにメタノール以
    外の炭化水素系燃料を供給することを特徴とする請求項
    1に記載の燃料電池用燃料改質システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277280A (ja) * 2007-03-30 2008-11-13 Yamatake Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP2009295534A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Yamatake Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP2013157313A (ja) * 2003-04-04 2013-08-15 Texaco Development Corp 燃料処理装置用の冷却剤システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013157313A (ja) * 2003-04-04 2013-08-15 Texaco Development Corp 燃料処理装置用の冷却剤システム
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