JPH02188405A - 燃料電池の水冷式一酸化炭素転化反応器 - Google Patents
燃料電池の水冷式一酸化炭素転化反応器Info
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- JPH02188405A JPH02188405A JP1007307A JP730789A JPH02188405A JP H02188405 A JPH02188405 A JP H02188405A JP 1007307 A JP1007307 A JP 1007307A JP 730789 A JP730789 A JP 730789A JP H02188405 A JPH02188405 A JP H02188405A
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Classifications
-
- 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
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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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。
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、原料を脱硫し水素リッチなガスに改質し、
燃料電池に燃料ガスとして供給する改質ガス供給系に配
備され、改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を転
化触媒を利用して転化除去する一酸化炭素転化反応器に
関する。
燃料電池に燃料ガスとして供給する改質ガス供給系に配
備され、改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を転
化触媒を利用して転化除去する一酸化炭素転化反応器に
関する。
近年、エネルギーの高効率利用を目指したコジェネレー
ションシステムが注目されている。このコジェネレーシ
ョンシステムがビルの地下室などに設置される場合、効
率や環境性の面で燃料電池発電装置が本命と目されてい
る。
ションシステムが注目されている。このコジェネレーシ
ョンシステムがビルの地下室などに設置される場合、効
率や環境性の面で燃料電池発電装置が本命と目されてい
る。
燃料電池は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換
するものであり、電気化学反応に与える燃料源として水
素が使用される。この水素は、般に改質原料として例え
ば天然ガス、都市ガス、ナフサなどの主成分である炭化
水素の原料を改質器にて水素に富むガスに改質して製造
される改質ガスに含まれている。このような燃料ガスと
しての改質ガスを製造する従来の工程をブロック図にし
てＷｃ３図に示す。図において天然ガスなど炭化水素を
主成分とする原料１を水素が付加されている水累岳加反
応器２に送気し、この反応器２を加熱して、天然ガスな
どに不純物として含まれる硫量化合物を水素と化合させ
硫化水素とする。次に脱硫器３にて硫化水素を除去し、
その後水蒸気を加えて改質器４に送気する。この改質器
４では加熱した触媒によって炭化水素を水蒸気により改
質して水素を含む改質ガスを生成する。しかるにこの改
質ガスは燃料電池の電極の触媒毒となる一酸化炭素（以
下ＣＯという）を含有して２つかつ高温（たとえば７０
０℃）であるので、このガスを第１の熱交換器５でガス
の温度を下げて（たとえば３００〜３５０℃）転化触媒
の充填された高温ＣＯＯ化反応器６へ送気し、さらに第
２の熱交換器７でガスの温度を下げて（たとえば２００
℃）転化触媒の充填された低温ＣＯ転化反厄器８へ送気
する。
するものであり、電気化学反応に与える燃料源として水
素が使用される。この水素は、般に改質原料として例え
ば天然ガス、都市ガス、ナフサなどの主成分である炭化
水素の原料を改質器にて水素に富むガスに改質して製造
される改質ガスに含まれている。このような燃料ガスと
しての改質ガスを製造する従来の工程をブロック図にし
てＷｃ３図に示す。図において天然ガスなど炭化水素を
主成分とする原料１を水素が付加されている水累岳加反
応器２に送気し、この反応器２を加熱して、天然ガスな
どに不純物として含まれる硫量化合物を水素と化合させ
硫化水素とする。次に脱硫器３にて硫化水素を除去し、
その後水蒸気を加えて改質器４に送気する。この改質器
４では加熱した触媒によって炭化水素を水蒸気により改
質して水素を含む改質ガスを生成する。しかるにこの改
質ガスは燃料電池の電極の触媒毒となる一酸化炭素（以
下ＣＯという）を含有して２つかつ高温（たとえば７０
０℃）であるので、このガスを第１の熱交換器５でガス
の温度を下げて（たとえば３００〜３５０℃）転化触媒
の充填された高温ＣＯＯ化反応器６へ送気し、さらに第
２の熱交換器７でガスの温度を下げて（たとえば２００
℃）転化触媒の充填された低温ＣＯ転化反厄器８へ送気
する。
この両Ｃｏ転化反応器の中で一酸化炭素と水蒸気は、転
化触媒によりて二酸化炭素と水素に転化される。ここで
ＣＯＯ化反応器を２段にしたのはガス温度によりて転化
触媒の材質をかえて効率よくＣＯ濃度を通常１％以下に
するためである。
化触媒によりて二酸化炭素と水素に転化される。ここで
ＣＯＯ化反応器を２段にしたのはガス温度によりて転化
触媒の材質をかえて効率よくＣＯ濃度を通常１％以下に
するためである。
低温ＣＯＯ化反応器を出た約２５０’Ｃの改質ガスは冷
却器１０で冷却してガス中に含まれる水分を低下させ約
５０ ’Ｃにして燃料電池本体に供給されている。なお
改質ガスの一部は冷却器１０より水素リサイクルライン
９を通りて水素添加反応器２に水素を供給するため送気
される。
却器１０で冷却してガス中に含まれる水分を低下させ約
５０ ’Ｃにして燃料電池本体に供給されている。なお
改質ガスの一部は冷却器１０より水素リサイクルライン
９を通りて水素添加反応器２に水素を供給するため送気
される。
燃料電池に供給する改質ガスを天然ガスなどの炭化水素
から脱硫、改質、ＣＯ除去の処理をするのには前述のご
とく多くの工程を経てなされるのでこれにかかわる装置
は大型かつ複雑なものとなり１例えばビルの地下に設置
されるオンサイト形燃料電池発電装置など小型コンパク
ト化が要求されるような場合には問題となる。
から脱硫、改質、ＣＯ除去の処理をするのには前述のご
とく多くの工程を経てなされるのでこれにかかわる装置
は大型かつ複雑なものとなり１例えばビルの地下に設置
されるオンサイト形燃料電池発電装置など小型コンパク
ト化が要求されるような場合には問題となる。
また改質ガス中のＣＯの濃度を】％以下にするためには
低温ＣＯＯ化反応器８のガス出口側の温度をＣＯ転転化
反応上２５０程程より大きく変化させられないが、−万
態′ＩＩ＋′ＮＬ池の負荷が変動したり原料を改質した
燃料ガスの供給や改質器４の加熱が変動したりして改質
器４の改質ガス出口温度が変動すると、第１と第２の熱
交換器５，７の熱交換量も変動し、高温と低温のＣＯＯ
化反応器６゜８のガス入口温度も変動し、これら反応器
６，８の出口から出る改質ガスのＣＯＯ度が変動すると
いう問題もあった。
低温ＣＯＯ化反応器８のガス出口側の温度をＣＯ転転化
反応上２５０程程より大きく変化させられないが、−万
態′ＩＩ＋′ＮＬ池の負荷が変動したり原料を改質した
燃料ガスの供給や改質器４の加熱が変動したりして改質
器４の改質ガス出口温度が変動すると、第１と第２の熱
交換器５，７の熱交換量も変動し、高温と低温のＣＯＯ
化反応器６゜８のガス入口温度も変動し、これら反応器
６，８の出口から出る改質ガスのＣＯＯ度が変動すると
いう問題もあった。
この発明は、上記の欠点に鑑みてなされたもので、コン
パクトで温度制御のできるＣＯＯ化反応器を提供するこ
とにある。
パクトで温度制御のできるＣＯＯ化反応器を提供するこ
とにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば。
原料を脱硫し、水素リッチなガスに改質し、燃料電池に
燃料ガスとして供給する改質ガス供給系に配備され、改
質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を転化触媒を利
用して転化、除去する一酸化炭素転化反応器に８いて、
転化触媒を充填し、改質ガスが通流する反応容器の入口
附近に噴霧用水ノズルを、前記反応容器の出口附近に温
度センサーを設け、この温度センサーにより転化触媒の
温度を検出して前記水ノズルからの水の噴霧量を制御す
るものとする。
燃料ガスとして供給する改質ガス供給系に配備され、改
質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を転化触媒を利
用して転化、除去する一酸化炭素転化反応器に８いて、
転化触媒を充填し、改質ガスが通流する反応容器の入口
附近に噴霧用水ノズルを、前記反応容器の出口附近に温
度センサーを設け、この温度センサーにより転化触媒の
温度を検出して前記水ノズルからの水の噴霧量を制御す
るものとする。
この発明によると、ＣＯＯ化反応器の反応容器入口付近
の転化触媒中に水を噴霧する水ノズルを設け、このＣＯ
Ｏ化反応器に比較的高温（たとえば３００℃〜３５０℃
）で入りてくる改質ガスの温度を水ノズルより水を噴霧
することにより水の蒸発潜熱で低下させ、さらに反応容
器の出口付近にある転化触媒の温度を検出する温度セン
サーを設けたのでその温度センサーにより前記水ノズル
からの水の噴霧量を匍制御してＣＯＯ化反応器より出る
改質ガスの温度をＣＯ濃度が良好な値（たとえば１％）
になるような温度（たとえば２５０°Ｃ）に制御する。
の転化触媒中に水を噴霧する水ノズルを設け、このＣＯ
Ｏ化反応器に比較的高温（たとえば３００℃〜３５０℃
）で入りてくる改質ガスの温度を水ノズルより水を噴霧
することにより水の蒸発潜熱で低下させ、さらに反応容
器の出口付近にある転化触媒の温度を検出する温度セン
サーを設けたのでその温度センサーにより前記水ノズル
からの水の噴霧量を匍制御してＣＯＯ化反応器より出る
改質ガスの温度をＣＯ濃度が良好な値（たとえば１％）
になるような温度（たとえば２５０°Ｃ）に制御する。
以下この発明を冥施例１こ基づいて説明する。第２図は
この発明によるＣＯＯ化反応器を組み込んだ燃料電池の
改質ガス供給系を示すブロック図で、第３図で示したも
のと同一の部分には同一の符号が付しである。第２図が
第３図と異なるところは、第３図の従来のものにおいて
はＣＯＯ化反応器が高温用のものと低温用のものとの２
段に構成されていたのに対し第２図では水冷式ＣＯ転化
反応器１段で構成されている点である。
この発明によるＣＯＯ化反応器を組み込んだ燃料電池の
改質ガス供給系を示すブロック図で、第３図で示したも
のと同一の部分には同一の符号が付しである。第２図が
第３図と異なるところは、第３図の従来のものにおいて
はＣＯＯ化反応器が高温用のものと低温用のものとの２
段に構成されていたのに対し第２図では水冷式ＣＯ転化
反応器１段で構成されている点である。
第１図は本発明ｌこなる水冷式ＣＯ転化反応器１８の内
部を説明する断面図で、水冷式ＣＯ転化反応器の反応容
器の中にはＣｏ転化触媒１２が充填されており、反応容
器の入口近くの触媒中には水ノズル１６が、出口付近の
触媒中には温度センサー１９が埋設されている。水ノズ
ル１６には水ポンプ１５より噴霧水が供給されるが、こ
の水の噴霧量は温度センサー１９によって検知された触
媒１２の温度により制御器１７によって制御される。こ
こで３００”０〜３５０°Ｃの温度で入口より送気され
たＣｏ濃度の高い改質ガスは水ノズル１６によって噴霧
される水によって冷却されるのと同時Ｉここの水とＣｏ
転化触媒１２によって の転化反応をして、二酸化炭素ガスと水素に転化される
。前述したように改質ガスのＣｏ濃度が出口側で１％以
下となるには、ＣＯ転化反厄上出ロ側改質ガス温度が約
２５０℃となる必要があり、この温度調節のため温度セ
ンサー１９によって温度の検出と噴霧する水の量を調節
する水ポンプ１５を制御をする制御器１７が設けられて
いる。
部を説明する断面図で、水冷式ＣＯ転化反応器の反応容
器の中にはＣｏ転化触媒１２が充填されており、反応容
器の入口近くの触媒中には水ノズル１６が、出口付近の
触媒中には温度センサー１９が埋設されている。水ノズ
ル１６には水ポンプ１５より噴霧水が供給されるが、こ
の水の噴霧量は温度センサー１９によって検知された触
媒１２の温度により制御器１７によって制御される。こ
こで３００”０〜３５０°Ｃの温度で入口より送気され
たＣｏ濃度の高い改質ガスは水ノズル１６によって噴霧
される水によって冷却されるのと同時Ｉここの水とＣｏ
転化触媒１２によって の転化反応をして、二酸化炭素ガスと水素に転化される
。前述したように改質ガスのＣｏ濃度が出口側で１％以
下となるには、ＣＯ転化反厄上出ロ側改質ガス温度が約
２５０℃となる必要があり、この温度調節のため温度セ
ンサー１９によって温度の検出と噴霧する水の量を調節
する水ポンプ１５を制御をする制御器１７が設けられて
いる。
反応容器の出口より排出された温度的２５０℃でＣｏ濃
度の低下した改質ガスは冷却器１０に入り、冷却、凝縮
されて水分の含有率を低下させて燃料電池本体と、その
一部は水素リサイクルラインを通って水素添加反応器と
番こ送気される。冷却器１０の底にたまった凝縮水１３
はドレン１４より水ポンプ１５に送られ、循環して使用
される。
度の低下した改質ガスは冷却器１０に入り、冷却、凝縮
されて水分の含有率を低下させて燃料電池本体と、その
一部は水素リサイクルラインを通って水素添加反応器と
番こ送気される。冷却器１０の底にたまった凝縮水１３
はドレン１４より水ポンプ１５に送られ、循環して使用
される。
水ノズル１６はＣｏ転化触媒１２内で円環状に配置され
ても、直線棒状に配置されてもよく、水が噴霧できる形
状であればよい。
ても、直線棒状に配置されてもよく、水が噴霧できる形
状であればよい。
この発明は前述のように、従来高温、低温の２段に分か
れていたＣＯ転化反応器を１段にしたのでシステム全体
が簡素化され装置全体を小形化にすることができる。
れていたＣＯ転化反応器を１段にしたのでシステム全体
が簡素化され装置全体を小形化にすることができる。
この発明になるＣＯ転化反応器は送気される改質ガスの
入口附近ｌこ３かれたＣｏ転化触媒で水を噴霧させるこ
とにより、高温で入ってくる改質ガスの温度をその蒸発
潜熱によって低下させ、その１貫霧量を１１３０附近Ｉ
こおかれたＣｏ転化触媒の温度を検出して調節すること
により、改質ガスは適切な温度範囲に制御されることが
可能となる。また水を噴霧することは、ＣＯとこの水が
反応して前記（１）式によりＣＯ＠度を一層低下させ、
水素濃度を高める働きをする。
入口附近ｌこ３かれたＣｏ転化触媒で水を噴霧させるこ
とにより、高温で入ってくる改質ガスの温度をその蒸発
潜熱によって低下させ、その１貫霧量を１１３０附近Ｉ
こおかれたＣｏ転化触媒の温度を検出して調節すること
により、改質ガスは適切な温度範囲に制御されることが
可能となる。また水を噴霧することは、ＣＯとこの水が
反応して前記（１）式によりＣＯ＠度を一層低下させ、
水素濃度を高める働きをする。
燃料Ｎ、池の負荷の変動に対しては、これによってこの
発明ｌこよるＣＯ転化反応器に送気される改質ガスの温
度やＣｏ濃度が大きく変動しても、噴霧する水の量を調
節してＣＯ転化反応器出口側改質ガスの温度が常に適切
な温度範囲になるような安定した制御が可能となる。
発明ｌこよるＣＯ転化反応器に送気される改質ガスの温
度やＣｏ濃度が大きく変動しても、噴霧する水の量を調
節してＣＯ転化反応器出口側改質ガスの温度が常に適切
な温度範囲になるような安定した制御が可能となる。
第１図はこの発明になる水冷式ＣＯ転化反応器を説明す
る断面図、第２図はこの発明を適用した水冷式ＣＯ転化
反応器をくみこんだ燃料ガス供給系のブロック図、第３
図は従来例を示すブロック図である。 １８：水冷式ＣＯ転化反応器、１２：ＣＯ転化酬媒、１
５：水ポンプ、１６：水ノズル、１７：温度検出と制御
器、１９：温度センサー 代理人弁理士 山 口 巌 ”゛ゝ７、ｊ ・／ ｌ５水ボ）２＠ 第１０
る断面図、第２図はこの発明を適用した水冷式ＣＯ転化
反応器をくみこんだ燃料ガス供給系のブロック図、第３
図は従来例を示すブロック図である。 １８：水冷式ＣＯ転化反応器、１２：ＣＯ転化酬媒、１
５：水ポンプ、１６：水ノズル、１７：温度検出と制御
器、１９：温度センサー 代理人弁理士 山 口 巌 ”゛ゝ７、ｊ ・／ ｌ５水ボ）２＠ 第１０
Claims (1)
- １）原料を脱硫し、水素リッチなガスに改質し、燃料電
池に燃料ガスとして供給する改質ガス供給系に配備され
、改質された改質ガスに含まれる一酸化炭素を転化触媒
を利用して転化、除去する一酸化炭素転化反応器におい
て、転化触媒を充填し、改質ガスが通流する反応容器の
入口附近に噴霧用水ノズルを、前記反応容器の出口附近
に温度センサーを設け、この温度センサーにより転化触
媒の温度を検出して前記水ノズルからの水の噴霧量を制
御することを特徴とする燃料電池の水冷式一酸化炭素転
化反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1007307A JPH02188405A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 燃料電池の水冷式一酸化炭素転化反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1007307A JPH02188405A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 燃料電池の水冷式一酸化炭素転化反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02188405A true JPH02188405A (ja) | 1990-07-24 |
Family
ID=11662354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1007307A Pending JPH02188405A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 燃料電池の水冷式一酸化炭素転化反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02188405A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05326008A (ja) * | 1992-05-28 | 1993-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池式発電装置 |
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