JP4939114B2 - 燃料処理装置及び燃料電池システム - Google Patents
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Description
CH4+H2O→3H2+CO ・・・(1)
なお、本実施の形態では、原料燃料m1にメタンを使用している。
上述のように、改質混合ガスr1には、水素が70体積%程度、一酸化炭素が10体積%程度、その他水蒸気等の上記(1)式に示していないガスが含まれている。
CO+H2O→H2+CO2 ・・・(2)
変成反応の際、変成部22の温度は、約160℃〜280℃となる。変成反応は発熱反応であり、変成反応によって発生した熱はプロセス水管24を流れる水sに授熱される。変成部22における変成反応により、変成ガスr2中の一酸化炭素濃度は、5000〜10000ppm程度にまで低減される。変成反応が行なわれているとき、変成部22内の温度は温度センサ22tで検出され、適宜制御部28に送信される。
2CO+O2→2CO2 ・・・(3)
選択酸化反応の際、選択酸化部23の温度は、約100℃〜250℃となる。選択酸化反応は発熱反応であり、選択酸化反応によって発生した熱はプロセス水管24を流れる水sに授熱される。選択酸化部23における選択酸化反応により、改質ガスg中の一酸化炭素濃度は、10ppm以下程度となる。改質ガスg中の一酸化炭素濃度を10ppm以下程度とすることで、改質ガスgを燃料電池30(図5参照)に供給したときに燃料電池の電極触媒が被毒するのを防ぐことができる。選択酸化部23で生成された改質ガスgは、燃料電池30(図5参照)へ向けて、改質ガス導出管23pから導出される。
2H2 → 4H+ + 4e− ・・・(4)
O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O ・・・(5)
この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、燃料極側の電子が外部電気回路を通って空気極側に移動する際に電力を得ることができる。燃料極側の水素イオンは固体高分子膜を通過して空気極側に移動し、酸素と結合して水分が発生する。この電気化学的反応は発熱反応である。
20 燃料処理装置
21 改質部
22 変成部
22t 温度検出器
23 選択酸化部
23a 酸素導入量調節手段
24 プロセス水管
24a プロセス水流量調節手段
25 加熱部
28 制御部
30 燃料電池
a 選択酸化空気
g 改質ガス
m1 原料燃料
r1 改質混合ガス
r2 変成ガス
s 水
t 酸化剤ガス
Claims (5)
- 原料燃料と水とを導入して水蒸気改質反応させることにより水素に富む改質混合ガスを生成する改質部と;
前記改質混合ガスを導入し、前記改質混合ガス中の一酸化炭素と水分とを変成反応させて水素と二酸化炭素とに転化することにより一酸化炭素濃度を低減させた変成ガスを生成する変成部であって、該変成部内の温度を検出する温度検出器を有する変成部と;
前記変成ガスと酸素とを導入し、前記変成ガス中の一酸化炭素を酸化することにより一酸化炭素濃度を低減させた改質ガスを生成する選択酸化部と;
前記選択酸化部に導入する酸素の量を調節する酸素導入量調節手段と;
前記改質部に導入する水を流す流路であって、前記改質部に導入する水が前記選択酸化部から受熱した後に前記変成部から受熱するように前記変成部及び前記選択酸化部に隣接して形成されたプロセス水流路と;
前記温度検出器で検出した温度が、生成される前記変成ガス中の一酸化炭素濃度が許容範囲を超えて上昇する程度に前記変成反応の活性が低下する温度である所定温度以下のときに、前記選択酸化部に導入する酸素の量が増加するように前記酸素導入量調節手段を調節する制御部とを備える;
燃料処理装置。 - 前記制御部が、前記温度検出器で検出した温度の前記所定温度からの低下の割合に応じて前記選択酸化部に導入する酸素の量が増加するように、前記酸素導入量調節手段を調節するように構成された;
請求項1に記載の燃料処理装置。 - 前記改質部を加熱する加熱部を備え;
前記制御部が、前記燃料処理装置の累積運転時間が所定時間以上のとき及び前記燃料処理装置の累積起動停止回数が所定回数以上のときの少なくとも一方の条件を満たしたときに、前記加熱部における発熱量を増加させることにより前記改質部の温度を上昇させるように構成された;
請求項1又は請求項2に記載の燃料処理装置。 - 前記プロセス水流路を流れる水の流量を調節するプロセス水流量調節手段を備え;
前記制御部が、前記燃料処理装置の累積運転時間が所定時間以上のとき及び前記燃料処理装置の累積起動停止回数が所定回数以上のときの少なくとも一方の条件を満たしたときに、前記プロセス水流路を流れる水の流量が増加するように前記プロセス水流量調節手段を調節する;
請求項1又は請求項2に記載の燃料処理装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の燃料処理装置と;
前記改質ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとを導入し、前記改質ガス中の水素と前記酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える;
燃料電池システム。
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