JPH04322739A - 燃料電池用燃料改質器 - Google Patents

燃料電池用燃料改質器

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Publication number
JPH04322739A
JPH04322739A JP3090158A JP9015891A JPH04322739A JP H04322739 A JPH04322739 A JP H04322739A JP 3090158 A JP3090158 A JP 3090158A JP 9015891 A JP9015891 A JP 9015891A JP H04322739 A JPH04322739 A JP H04322739A
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JP
Japan
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exhaust gas
combustion
gas
flow path
combustion air
Prior art date
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Pending
Application number
JP3090158A
Other languages
English (en)
Inventor
Naonobu Yokoyama
尚伸 横山
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
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Publication date
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Publication of JPH04322739A publication Critical patent/JPH04322739A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067Heating or cooling the reactor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池からのオフガ
スを燃焼空気により燃焼して生じる熱媒体により改質原
料、特に炭化水素系の原燃料を加熱して水素に富むガス
に改質して燃料電池に供給する燃料電池用燃料改質器に
関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電装置は燃料電池と燃料改質
器とを組み合わせて構成されている。燃料改質器は改質
触媒が充填される反応管とバーナとを備え、バーナで後
述する燃料電池からのオフガスを燃焼空気により燃焼し
て生じた熱媒体により反応管を加熱して反応管内を通流
する改質原料を水素に富むガスに水蒸気改質してなる改
質ガスを生成して燃料電池の燃料電極に供給する。
【0003】燃料電池は上記改質ガスと別に酸化剤電極
に供給される空気とにより電池反応を起こして発電する
。この際燃料電極から電池反応に寄与しない水素を含む
オフガスは燃料改質器のバーナに燃料として供給され、
前述のように反応管を加熱するためにバーナで燃焼され
る。
【0004】ところで、改質原料を炭化水素系のメタン
を原燃料として使用する場合、反応管における水蒸気改
質反応における平衡温度は約700℃に保つ必要があり
、このためバーナでのオフガスによる燃焼により反応管
を加熱した後の燃焼排ガスの温度も650〜700℃の
高温となる。
【0005】また、燃料電池発電装置は、そのシステム
効率を向上させるために、前記高温の燃焼排ガスの熱を
回収をすることが行われ、図4に示すような燃焼排ガス
の熱を回収をする熱交換器を備えたものが知られている
【0006】図4において1は図示しない反応管を備え
た燃料改質器であり、上部にバーナ2を備えている。バ
ーナ2にオフガス供給系3を経て燃料電池から供給され
るオフガスは燃焼空気供給系4を経てバーナに供給され
る燃焼空気により燃焼する。この燃焼により生じた熱媒
体は反応管を加熱した後、燃焼排ガスとなって燃焼排ガ
ス系5を経て系外に排出される。
【0007】この際、オフガスと燃焼空気とは熱交換器
6にて高温の燃焼排ガスと熱交換し、それぞれ燃焼排ガ
スからの伝熱により昇温してバーナ2に供給されて燃焼
し、燃焼排ガスの熱を回収してシステム効率を向上させ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記においては燃料改
質器と熱交換器とは別置されているので、構成が複雑と
なり、装置全体として機器や配管類が多くなり、また組
立も複雑になるという欠点がある。
【0009】本発明の目的は、燃料改質器と熱交換器と
を一体化することにより、装置全体を簡素化できる燃料
電池用燃料改質器を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば改質触媒が充填された環状の反応管
と、この反応管の内側の一方の端部に臨んで設けられ、
燃料電池からのオフガスを燃焼空気により燃焼するバー
ナとを備え、バーナでの燃焼による熱媒体により反応管
を加熱して反応管内を通流する改質原料を水素に富むガ
スに改質する燃料電池用燃料改質器において、前記反応
管を囲み、反応管を加熱した後排出される燃焼排ガスが
流れる環状の排ガス流路と、この排ガス流路を挟んでそ
の両側に配設され、排ガス流路を流れる燃焼排ガスと熱
交換した後バーナに供給するオフガスが流れる環状のオ
フガス流路及び燃焼空気が流れる環状の燃焼空気流路と
を備えるものとする。
【0011】上記の排ガス流路, オフガス流路及び燃
焼空気流路には伝熱を促進する伝熱粒子を充填するもの
とする。
【0012】
【作用】環状の反応管を囲んで反応管を加熱した後の燃
焼排ガスが流れる環状の排ガス流路と、この排ガス流路
を挟んでその両側に排ガス流路を流れる燃焼排ガスと熱
交換可能にオフガスが流れる環状のオフガス流路及び燃
焼空気が流れる環状の燃焼空気流路とを設けたことによ
り、オフガスと燃焼空気とは燃焼排ガスと熱交換し、昇
温してバーナに供給されて燃焼が行われる。
【0013】上記のオフガス及び燃焼空気が燃焼排ガス
と熱交換するときのフローを図3に示す。図3において
燃料改質器1にオフガス供給系3を経て供給されるオフ
ガス及び燃焼空気供給系4を経て供給される燃焼空気は
、図示しない反応管を加熱した後の燃焼排ガスと燃料改
質器1に具備された反応管囲んで設けられたオフガス流
路, 燃焼空気流路及び燃焼排ガス流路をそれぞれを流
れることにより熱交換し、この結果昇温してバーナ2に
供給されて燃焼が行われる。なお、熱交換した後の燃焼
排ガスは系外排ガス系8を経て外部に排出される。
【0014】このようにすることにより燃焼排ガスとオ
フガス及び燃焼空気との熱交換手段は熱交換器に具備さ
れるので、装置全体が簡素化される。
【0015】上記の排ガス流路, オフガス流路及び燃
焼空気流路にはそれぞれ伝熱粒子を充填することにより
、排ガス流路を流れる燃焼排ガスからオフガス流路, 
燃焼空気流路をそれぞれ流れるオフガス及び燃焼空気へ
の伝熱を伝熱粒子により促進する。
【0016】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図1は本発明の実施例による燃料改質器の断
面図、図2は図1のA−A断面図である。図1,図2に
おいて、反応管11は直立する仕切円筒12の両側に設
けられる内管13及び外管14と、仕切円筒12の下端
から離して内管13と外管14との下端開口を閉鎖する
底板15とからなり、内管13と外管14との間には上
半部に伝熱粒子19が下半部に改質触媒16が充填され
ている。なお、外管14と仕切円筒12との上端開口は
改質原料としてのメタンの原燃料が水蒸気とともに反応
管11に流入する原燃料入口17、また内管13と仕切
円筒12との上端開口は反応管11から流出する改質ガ
スの改質ガス出口18となっている。
【0017】バーナ20は環状の反応管11の内側の上
端開口部に臨んで設けられており、反応管11の内側は
燃焼室21を形成している。
【0018】なお、炉容器22は反応管11の下端面か
ら離して設けられた底板23を有して反応管11を囲み
、炉容器22と反応管11との間はバーナ20での燃焼
による燃焼ガスが燃焼室21を経て流れる燃焼ガス流路
24を形成している。
【0019】排ガス内管26は炉容器22の側壁を囲み
、さらに排ガス外管27は排ガス内管26を囲み、炉容
器22と排ガス内管26との上端開口及び反応管11の
外管14と排ガス外管27の上端開口はそれぞれ上板2
8, 29で閉鎖され、排ガス内管26と排ガス外管2
7との間は燃焼排ガスが流れる排ガス流路30とを形成
している。なお、燃焼ガス流路24と排ガス流路30と
は上部で連通し、排ガス流路30の下端開口は排ガス出
口32となっている。
【0020】また炉容器22の側壁と排ガス内管26と
の間は排ガス流路30に隣接する燃焼空気の流れる燃焼
空気流路35を形成し、燃焼空気流路35の下端開口は
燃焼空気入口37となっている。なお上板28には燃焼
空気出口38を設けている。
【0021】オフガス外管40は排ガス外管27を囲み
、オフガス外管40と排ガス外管27との間は排ガス流
路31に隣接するオフガスが流れるオフガス流路41を
形成し、上端開口は上板42で閉鎖されている。そして
オフガス流路41の下端開口はオフガスが流入するオフ
ガス入口43となっている。なお上板42にはオフガス
が送出されるオフガス出口44を設けている。
【0022】なお、排ガス流路30, 燃焼空気流路3
5, オフガス流路41にはそれぞれ排ガス流路31を
流れる燃焼排ガスから燃焼空気流路35, オフガス流
路42をそれぞれ流れる燃焼空気, オフガスへの伝熱
を促進する伝熱粒子45、例えばアルミナ粒子が充填さ
れている。
【0023】燃焼空気供給管46は燃焼空気出口38と
バーナ20とに接続され、燃焼空気流路35を流れる燃
焼空気をバーナ20に導く。
【0024】オフガス供給管47はオフガス出口44と
バーナ20とに接続され、オフガス流路を流れるオフガ
スをバーナ20に導く。
【0025】このような構造により、燃料電池からのオ
フガスはオフガス入口43から流入してオフガス流路4
1を上方に流れてオフガス供給管47を経てバーナ20
に供給される。そしてこのオフガスは燃焼空気入口37
から流入して燃焼空気流路35を上方に流れて燃焼空気
供給管46を経てバーナ20に供給される燃焼空気によ
り燃焼する。
【0026】バーナ20にて燃焼により生じた燃焼ガス
は燃焼室21を下方に流れ、反応管11の下端で折返し
て反応管11と炉容器22との間の燃焼ガス流路24を
上方に流れ、上端で折返して排ガス内管26と排ガス外
管27との間の排ガス流路30を、燃焼空気流路35,
 オフガス流路41を流れる燃焼空気, オフガスの流
れ方向と逆に下方に流れて排ガス出口32から外部に排
出される。
【0027】一方、メタンからなる原燃料は水蒸気とと
もに原燃料入口17から流入して改質触媒16が充填さ
れた反応管11内の仕切円筒12と外管14との間を下
方に流れ、仕切円筒12の下端で折返して仕切円筒12
と内管13との間を上方に流れて改質ガス出口18から
外部に送出される。 この際、反応管11を通流する原燃料は燃焼室21及び
燃焼ガス流路24を流れる燃焼ガスにより加熱されて水
素に富むガスに水蒸気改質する。
【0028】ところで、燃焼ガス流路24を経て排ガス
流路30を流れる高温の燃焼排ガスは両側に隣接する燃
焼空気流路35及びオフガス流路41を流れる燃焼空気
及びオフガスとそれぞれ排ガス内管26と排ガス外管2
7とを介して熱交換して伝熱し、燃焼空気及びオフガス
を昇温する。
【0029】なお、排ガス流路30, 燃焼空気流路3
5及びオフガス流路41には伝熱粒子45が充填されて
いるので燃焼排ガスから燃焼空気及びオフガスへの伝熱
は促進される。
【0030】このようにしてオフガス及び燃焼空気は昇
温されてバーナ20に供給されて燃焼が行われるので、
高温の燃焼排ガスの熱の回収が良好に行われる。
【0031】本実施例では排ガス流路30の内側に燃焼
空気流路35, 外側にオフガス流路41を配設したが
、外側に燃焼空気流路35,内側にオフガス流路41を
配設しても同じ効果が得られる。
【0032】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば環状の反応管を囲んで燃焼排ガスが流れる環状
の排ガス流路と、この流路を挟んで配設される排ガス流
路を流れる燃焼排ガスと熱交換してバーナに供給するオ
フガスが流れる環状のオフガス流路及び燃焼空気が流れ
る環状の燃焼空気流路とを設け、さらに排ガス流路, 
オフガス流路及び燃焼空気流路には伝熱粒子を充填させ
ることにより、伝熱粒子により伝熱を促進し、また燃焼
排ガスとオフガス及び燃焼空気とは本実施例のように流
れ方向を逆にした向流形の熱交換が行われるので、オフ
ガス及び燃焼空気は燃焼排ガスとの良好な熱交換により
昇温して燃焼排ガスの熱を可能な限り回収してシステム
効率が向上し、また燃焼排ガスと燃焼空気及びオフガス
との熱交換手段は燃料改質器に具備されるので、装置全
体として機器が減り、それに伴って配管等の部品が減少
し、組立が容易になるとともにコンパクト化されるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による燃料電池用燃料改質器の
断面図
【図2】図1の燃料電池用燃料改質器のA−A断面図

図3】図1の燃料電池用燃料改質器のフロー図
【図4】
従来の熱交換器と燃料電池用燃料改質器の系統図
【符号の説明】
1    燃料改質器 6    熱交換器 11    反応管 16    改質触媒 20    バーナ 30    排ガス流路 35    燃焼空気流路 41    オフガス流路 45    伝熱粒子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】改質触媒が充填された環状の反応管と、こ
    の反応管の内側の一方の端部に臨んで設けられ、燃料電
    池からのオフガスを燃焼空気により燃焼するバーナとを
    備え、バーナでの燃焼による熱媒体により反応管を加熱
    して反応管内を通流する改質原料を水素に富むガスに改
    質する燃料電池用燃料改質器において、前記反応管を囲
    み、反応管を加熱した後排出される燃焼排ガスが流れる
    環状の排ガス流路と、この排ガス流路を挟んでその両側
    に配設され、排ガス流路を流れる燃焼排ガスと熱交換し
    た後バーナに供給するオフガスが流れる環状のオフガス
    流路及び燃焼空気が流れる環状の燃焼空気流路とを備え
    たことを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
  2. 【請求項2】請求項1記載の燃料電池用燃料改質器にお
    いて、環状の排ガス流路, オフガス流路及び燃焼空気
    流路には伝熱を促進する伝熱粒子を充填したことを特徴
    とする燃料電池用燃料改質器。
JP3090158A 1991-04-22 1991-04-22 燃料電池用燃料改質器 Pending JPH04322739A (ja)

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