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JP2835851B2 - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

燃料電池用改質装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は原料ガスの反応経路を長くした燃料電池用改
質装置に関する。
〔従来技術〕
燃料電池は水素を空気（酸素）と反応させて水と電気
を発生するようにしたものである。改質装置は、この燃
料電池の発電に必要な水素を生成するためのものであ
り、原料ガスを加熱された触媒層に通すことによって水
素ガス主体の改質ガスに変えるようになっている。
本出願人は、先に特開昭63-39623号によって、このよ
うな改質装置として、複数本の管状の触媒層を加熱層中
に林立させ、それらの端部同士を連通させることにより
反応経路を長くし、未反応ガスを低減するようにしたも
のを提案した。しかし、この構成では部品点数が多くな
って複雑化すると共に、各触媒層の温度分布を任意に設
定することが困難であり、副反応の少ない効率的な反応
を行わせることが難しいという問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上述した問題を解消し、構造を簡単
にしながら原料ガスの反応経路を長くし、かつ効率的な
反応を可能にする燃料電池用改質装置を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成する本発明の燃料電池用改質装置は、
原料ガスを反応させる触媒層をスパイラル状の連続層で
形成すると共に、該触媒層に平行に隣接させて加熱層を
スパイラル状に形成し、かつ前記触媒層内の原料ガスの
流れと加熱層内の熱媒の流れを同一方向にするように構
成したことを特徴とするものである。
このように触媒層がスパイラルな連続層で形成されて
いるため、単純化された構造で長い反応経路を得ること
ができる。また、原料ガスと熱媒とを並流させるので、
反応初期は高温で、反応後期に低温となるようにするこ
とができ、反応効率の低下を防止すると共に、生成ガス
中の一酸化炭素の発生を低下させることができる。
〔実施例〕
第１図および第２図は本発明の実施例からなる燃料電
池用改質装置を示すものである。
図において、１は筒状のハウジングであり、その下部
に設けた加熱室７にスパイラル状のパイプから形成され
た原料気化用の蒸発器２が設けられ、さらにその下方に
バーナ３が設置されている。また、加熱室７にはファン
４が接続され、空気が強制送風されるようになってい
る。
加熱室７の上方には、２枚の平行な板材がスパイラル
状に巻かれて形成された触媒層６が設けられている。ま
た、この触媒層６と平行に隣接してスパイラル状の加熱
層９が形成されている。このスパイラル状をした触媒層
６と加熱層９との中心部に上下に貫通する加熱ガス通路
８が設けられ、下部の加熱室７と上記加熱層９とを連通
している。この加熱層９には、その途中に加熱室７に通
ずるバイパス13が数カ所に設けられ、中間域の温度分布
が調整されるようになっている。また、上記加熱ガス通
路８の中には蒸発器２から延びる過熱部2aが貫通し、さ
らにこの過熱部2aから延びるパイプ10が触媒層６に連通
している。
上記装置において、バーナ３の加熱によって加熱室７
で生成された加熱ガスは、加熱ガス通路８を経て加熱層
９に入り、その中心部から外側に向けてスパイラル状に
流されながら触媒層６を加熱し、最後に外周の排出口12
から排気される。一方、蒸発器２には供給管５から原料
（例えば、メタノールと水との混合液）が供給され、バ
ーナ３の加熱によって気化されて原料ガスになる。その
原料ガスは過熱部2a、パイプ10を経て触媒層６へ供給さ
れ、その中心部からスパイラル状に外側に向けて流動す
る間に加熱層９によって加熱されることにより反応を行
い、水素ガス主体の改質ガスになる。その改質ガスは排
出管11から不図示の燃料電池本体に供給される。
上述した改質装置は、触媒層がスパイラル状であるこ
とによって反応経路が長くなり、またスパイラル状の連
続層で形成するため、従来の多数本の管から形成された
ものに比べて部品点数を少なく、単純化することができ
る。
また、上記触媒層では、下記式と式の反応が起こ
り、その結果として式の右辺に示すような改質ガスが
生成される。
上記，式のうち初めの式は吸熱反応であるのに
対し、後の式は発熱反応であり、しかも式は高温雰
囲気中では逆方向（←方向）の反応を起こしやすい傾向
がある。しかるに、上記触媒層の原料ガスと加熱層の加
熱ガスとは同一方向に平行に流されるので、反応初期は
高温に、後期には低温になっているから、上記式の逆
方向の反応は起こりにくく、極めて効率的な反応が行わ
れることになる。
また、実施例のように加熱ガスを装置の中心部から外
側に向けて流すようにすると、外周部ほど低温になるの
で、外部に対する熱エネルギーのロスを少なくすること
ができる。
なお、上述した実施例では、加熱層の熱媒を加熱ガス
としたものであるが、この熱媒は液体であってもよく、
或いは気体と液体との両方を使用してもよい。
第３図は、熱媒を液体にした場合の第２実施例であ
る。触媒層６と加熱層９とは上記第１実施例の場合と同
様の相互にスパイラル状になっている。熱交換器14で加
熱された熱媒は、循環ポンプ15によって触媒層６の中心
部の加熱液体通路８′に供給され、さらに加熱層９をス
パイラル状に外側に向けて流され、再び熱交換器14に循
環するようになっている。また、供給ポンプ16から供給
された原料は蒸発器２で気化されて原料ガスになり、そ
れが供給管17を経て触媒層６の中心部に供給され、そこ
から外側に向けてスパイラル状に流されるようになって
いる。
また、第４図は、液体の熱媒と気体の熱媒とを併用す
る第３実施例である。触媒層６と加熱層９とは上記各実
施例と同様の構造になっている。液体の熱媒は熱交換器
14から通路18を経て、中心部に設けた加熱液体通路８′
に供給され、さらに加熱層９をスパイラル状に外側に向
けて流されるようになっている。また、加熱液体通路
８′の中を加熱ガス通路８が貫通し、加熱室７で生成し
た加熱ガスが通過して、液体熱媒を加熱するようになっ
ている。一方、原料ガスの流れは、第1,2図の実施例の
場合と同じである。
これら第２実施例および第３実施例のいずれの場合
も、第１実施例と同様の作用効果を奏することができ
る。
〔発明の効果〕
上述したように本発明の改質装置は、触媒層をスパイ
ラル状の連続層で形成すると共に、該触媒層に平行に隣
接させて加熱層をスパイラル状に形成したので、部品点
数の少ない構造にして原料ガスの反応経路を長くするこ
とができる。また、触媒層内の原料ガスの流れと加熱層
内の熱媒の流れを同一方向にしたので、反応初期を高温
に、反応後期を低温にすることができ、それによって反
応効率を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明の実施例からなる改質装置
であり、第１図は第２図のＩ−Ｉ矢視図、第２図は縦断
面図である。第３図および第４図はそれぞれ他の実施例
からなる装置の縦断面図である。 ２……蒸発器、３……バーナ、７……加熱室、８……加
熱ガス通路、８′……加熱液体通路、６……触媒層、９
……加熱層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−118132（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−246802（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−183401（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01J 8/02 C01B 3/22 - 3/26 H01M 8/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原料ガスを反応させる触媒層をスパイラル
    状の連続層で形成すると共に、該触媒層に平行に隣接さ
    せて加熱層をスパイラル状に形成し、かつ前記触媒層内
    の原料ガスの流れと加熱層内の熱媒の流れを同一方向に
    するように構成した燃料電池用改質装置。
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