JP2000063101A - Fuel reforming apparatus - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素を含む改
質用燃料を改質することにより、水素を含む改質ガスを
生成する燃料改質装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel reformer for reforming a reforming fuel containing hydrocarbon to produce reformed gas containing hydrogen.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池セ
ルを、セパレータによって挟持して複数積層することに
より構成された燃料電池スタックが開発され、種々の用
途に実用化されつつある。2. Description of the Related Art For example, a fuel cell stack has been developed which is constructed by stacking a plurality of fuel battery cells in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between them and a separator. And is being put to practical use for various purposes.
【０００３】この種の燃料電池スタックは、炭化水素、
例えば、メタノール水溶液の水蒸気改質により生成され
た水素を含む改質ガス（燃料ガス）をアノード側電極に
供給するとともに、酸化剤ガス（空気）をカソード側電
極に供給することにより、前記水素ガスがイオン化して
固体高分子電解質膜内を流れ、これにより燃料電池の外
部に電気エネルギが得られるように構成されている。A fuel cell stack of this type is composed of hydrocarbons,
For example, by supplying a reformed gas (fuel gas) containing hydrogen generated by steam reforming of an aqueous methanol solution to the anode electrode and supplying an oxidant gas (air) to the cathode electrode, the hydrogen gas Are ionized and flow in the solid polymer electrolyte membrane, whereby electric energy is obtained outside the fuel cell.
【０００４】上記のように、メタノール水溶液を改質し
て水素を含む改質ガスを生成する水蒸気改質反応は、Ｃ
Ｈ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋３Ｈ2 と表される吸熱反応
である。従って、改質反応に必要な熱量を供給するため
に、通常、改質器内に複雑な伝熱構造を組み込むことが
行われており、構造が複雑化していた。As described above, the steam reforming reaction for reforming an aqueous methanol solution to produce a reformed gas containing hydrogen is carried out by C
It is an endothermic reaction represented by H 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 . Therefore, in order to supply the amount of heat required for the reforming reaction, a complicated heat transfer structure is usually incorporated in the reformer, which complicates the structure.
【０００５】そこで、例えば、特開平９−３１５８０１
号公報や特開平７−３１５８０１号公報に開示されてい
るように、炭化水素を含有する原燃料ガスに酸素を供給
して発熱反応である酸化反応を行わせ、この酸化反応で
放出される熱量を利用して吸熱反応である前記原燃料ガ
スの改質反応を行う方法が知られている。これにより、
構造の簡素化が可能になるという利点が得られる。Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-315801
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-315801 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-315801, oxygen is supplied to a raw fuel gas containing hydrocarbon to cause an oxidation reaction which is an exothermic reaction, and the amount of heat released by this oxidation reaction. There is known a method in which the reforming reaction of the raw fuel gas, which is an endothermic reaction, is carried out by utilizing. This allows
The advantage is that the structure can be simplified.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に酸
化反応速度は改質反応速度よりも大きいため、改質触媒
の入口側の温度が上昇する一方、改質反応で重要な前記
改質触媒の出口側の温度が低下し易い。しかしながら、
上記の従来技術では、改質触媒（ペレット）がガスの流
れ方向に長尺に構成されているため、この改質触媒のガ
スの流れ方向の温度差が大きくなり、触媒層全域で所望
の改質反応を実現することができないという問題が指摘
されている。しかも、ペレットでは、コンパクト性に劣
るとともに、改質触媒の温度を均等化することが極めて
難しいという不具合がある。By the way, since the oxidation reaction rate is generally higher than the reforming reaction rate, the temperature on the inlet side of the reforming catalyst rises while the reforming catalyst, which is important in the reforming reaction, increases. The temperature on the outlet side of the is likely to drop. However,
In the above-mentioned conventional technique, since the reforming catalyst (pellets) is configured to be long in the gas flow direction, the temperature difference in the gas flow direction of the reforming catalyst becomes large, and the desired reforming is performed over the entire catalyst layer. It has been pointed out that the quality reaction cannot be realized. Moreover, pellets are inferior in compactness, and it is extremely difficult to equalize the temperatures of the reforming catalyst.
【０００７】また、通常、改質触媒として、プレート型
改質触媒層と触媒燃焼室とを交互に積層する構造が採用
されている（例えば、特開平８−２５３３０１号公報参
照）。ところが、この種の改質触媒層は、一般的に矩形
プレート形に設定されており、改質器を構成するケース
全体が矩形状になる。このため、ケースに応力集中が惹
起され易く、前記ケースが肉厚になって改質器全体の小
型化を図ることができないという問題がある。Further, as the reforming catalyst, a structure in which plate type reforming catalyst layers and catalytic combustion chambers are alternately laminated is usually employed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-253301). However, this type of reforming catalyst layer is generally set in a rectangular plate shape, and the entire case forming the reformer has a rectangular shape. Therefore, there is a problem that stress concentration is likely to be caused in the case, and the case becomes thick, so that the reformer cannot be downsized as a whole.
【０００８】一方、メタノール水溶液の水蒸気改質を開
始する際には、改質触媒を所定の温度に昇温する必要が
ある。このため、通常、改質器の外部に配置された装置
から前記改質器に蒸気等の熱を供給することが行われて
いる。しかしながら、車載用に使用される燃料電池スタ
ックでは、特に高効率でかつコンパクトな改質器が要求
されており、上記の構造を採用することができない。On the other hand, when starting the steam reforming of the aqueous methanol solution, it is necessary to raise the temperature of the reforming catalyst to a predetermined temperature. Therefore, heat such as steam is usually supplied to the reformer from a device arranged outside the reformer. However, in a fuel cell stack used for vehicles, a highly efficient and compact reformer is required, and the above structure cannot be adopted.
【０００９】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な構成で所望の改質反応を円滑に行うととも
に、装置全体の小型化を容易に図ることが可能な燃料改
質装置を提供することを目的とする。The present invention solves this kind of problem, and provides a fuel reformer capable of smoothly performing a desired reforming reaction with a simple structure and easily reducing the size of the entire device. The purpose is to provide.
【００１０】また、本発明は、円滑な起動が遂行される
とともに、熱効率がよくかつコンパクトな燃料改質装置
を提供することを目的とする。It is another object of the present invention to provide a compact fuel reformer which has a smooth start-up, a high thermal efficiency and a compact size.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料改質装
置では、改質触媒層が配置される改質室に改質用燃料、
水蒸気および酸素が供給され、いわゆる、オートサーマ
ル方式により、この改質触媒層で酸化反応と燃料改質反
応とが同時に行われる。具体的には、ＣＨ3 ＯＨ＋３／
２Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ（発熱反応）と、ＣＨ3 ＯＨ
＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ 2 ＋３Ｈ2 （吸熱反応）とが同時に遂行
され、改質器内に複雑な伝熱構造が不要になり、装置全
体の構成が簡素化される。The fuel reforming apparatus according to the present invention
In the installation, the reforming fuel is placed in the reforming chamber where the reforming catalyst layer is arranged,
Water vapor and oxygen are supplied, so-called autotherma
In this reforming catalyst layer, oxidation reaction and fuel reforming reaction
Response is performed at the same time. Specifically, CH3OH + 3 /
2O2→ CO2+ 2H2O (exothermic reaction) and CH3OH
+ H2O → CO 2+ 3H2(Endothermic reaction) and simultaneous
This eliminates the need for a complicated heat transfer structure inside the reformer,
The body structure is simplified.
【００１２】さらに、改質触媒層は、その面方向が改質
室内のガスの流れ方向に直交するドーナツ形状に設定さ
れるため、この改質触媒層の薄型化が図られ、前記改質
触媒層の出口側温度を改質反応に必要な温度に確保する
ことができる。しかも、改質触媒層全体の温度を均等化
するとともに、前記改質触媒層の圧損を減少させること
が可能になる。その上、改質触媒層がドーナツ形状であ
るため、改質器自体が円筒状に構成され、応力集中の発
生を阻止してケースの薄肉化が図られる。これにより、
簡単かつコンパクトな構成で、水素を含む改質ガスを効
率的に生成することができる。Further, since the reforming catalyst layer has a donut shape whose surface direction is orthogonal to the gas flow direction in the reforming chamber, the reforming catalyst layer can be made thin, and the reforming catalyst layer can be made thin. The temperature at the outlet side of the layer can be secured at the temperature required for the reforming reaction. Moreover, it becomes possible to equalize the temperature of the entire reforming catalyst layer and reduce the pressure loss of the reforming catalyst layer. In addition, since the reforming catalyst layer is doughnut-shaped, the reformer itself is formed into a cylindrical shape, which prevents stress concentration from occurring and allows the case to be made thinner. This allows
A reformed gas containing hydrogen can be efficiently generated with a simple and compact structure.
【００１３】また、改質触媒層がガスの流れ方向に複数
並列されるとともに、前記改質触媒層間には、前記改質
触媒層を通りかつその他の前記改質触媒層を迂回するガ
ス流路形成手段が配置される。従って、改質器全体を有
効に小型化するとともに、各改質触媒層に対してガスを
均等に供給することが可能になる。Further, a plurality of reforming catalyst layers are arranged in parallel in the gas flow direction, and a gas flow path between the reforming catalyst layers passes through the reforming catalyst layer and bypasses the other reforming catalyst layers. Forming means are arranged. Therefore, the entire reformer can be effectively downsized, and the gas can be uniformly supplied to each reforming catalyst layer.
【００１４】さらにまた、改質触媒層に向かって拡径す
る円錐状のガス供給流路を形成する流路部材を備えるた
め、この改質触媒層の半径方向に対してガスを均等に供
給することができる。しかも、改質触媒層の外周部分に
沿ってガスを流すことにより、前記改質触媒層の外周部
分からの放熱を防ぐことが可能になり、前記改質触媒層
の半径方向の温度分布が均等化される。Furthermore, since the flow path member is provided which forms a conical gas supply flow path whose diameter increases toward the reforming catalyst layer, the gas is uniformly supplied in the radial direction of the reforming catalyst layer. be able to. Moreover, by allowing the gas to flow along the outer peripheral portion of the reforming catalyst layer, it is possible to prevent the heat radiation from the outer peripheral portion of the reforming catalyst layer, so that the temperature distribution in the radial direction of the reforming catalyst layer is uniform. Be converted.
【００１５】さらに、ガスの流れ方向最下流に配置され
る改質触媒層の中央空洞部分には、円錐状のカバー部材
が装着される。このため、最下流の改質触媒層の全面に
対してガスを円滑かつ確実に供給することができる。Further, a conical cover member is attached to the central hollow portion of the reforming catalyst layer arranged on the most downstream side in the gas flow direction. Therefore, the gas can be smoothly and reliably supplied to the entire surface of the most downstream reforming catalyst layer.
【００１６】また、本発明では、改質触媒層の上流側に
始動用燃焼機構が配置されており、始動時に前記改質触
媒層に加熱用の燃焼ガスを直接供給している。これによ
り、改質触媒層の暖気時間を一挙に短縮することがで
き、改質ガスを効率的に得ることが可能になる。しか
も、始動用燃焼機構により生成された水を改質反応に利
用することができ、給水構造の簡素化が図られる。Further, in the present invention, the starting combustion mechanism is arranged on the upstream side of the reforming catalyst layer, and the combustion gas for heating is directly supplied to the reforming catalyst layer at the time of starting. Thereby, the warm-up time of the reforming catalyst layer can be shortened all at once, and the reformed gas can be efficiently obtained. Moreover, the water generated by the starting combustion mechanism can be used for the reforming reaction, and the water supply structure can be simplified.
【００１７】さらにまた、ドーナツ形状の改質触媒層の
面方向が改質室内のガスの流れ方向に直交する形状に設
定されている。従って、改質触媒層の肉厚を薄くするこ
とができ、この改質触媒層の温度分布を均等化すること
が可能になる。さらに、改質触媒層が配置されるケース
自体も円筒形状に設定することができ、応力集中を回避
して前記ケース自体を相当に肉薄化することが可能にな
る。Furthermore, the surface direction of the donut-shaped reforming catalyst layer is set to a shape orthogonal to the gas flow direction in the reforming chamber. Therefore, the thickness of the reforming catalyst layer can be reduced, and the temperature distribution of the reforming catalyst layer can be equalized. Further, the case itself in which the reforming catalyst layer is arranged can also be set in a cylindrical shape, and it becomes possible to avoid stress concentration and to considerably thin the case itself.
【００１８】また、改質触媒層と始動用燃焼機構とが同
心的に配置されるため、この改質触媒層の中央から外側
に向かってガスを流すことができ、前記改質触媒層を多
段に積層することが可能となる。しかも、燃焼ガスによ
りドーナツ形状の改質触媒層を全体的に均等に暖めるこ
とができる。Further, since the reforming catalyst layer and the starting combustion mechanism are concentrically arranged, the gas can flow from the center to the outside of the reforming catalyst layer, and the reforming catalyst layers are multi-staged. It is possible to stack them. Moreover, the doughnut-shaped reforming catalyst layer can be uniformly warmed as a whole by the combustion gas.
【００１９】さらに、始動用燃焼機構が燃料を供給する
ためのインジェクタを備えている。従って、燃料の供給
量を精度よく設定することができ、特に、着火、保炎お
よび温度の制御が簡単に行われる。しかも、急激な負荷
増加、例えば、生成水素ガス量の増加等に対して、始動
用のインジェクタから改質原料炭化水素を増量すること
により、応答性よく燃料を供給することが可能になる。Further, the starting combustion mechanism is provided with an injector for supplying fuel. Therefore, the fuel supply amount can be set accurately, and in particular, ignition, flame holding, and temperature control can be easily performed. Moreover, the fuel can be supplied with good responsiveness by increasing the reforming raw material hydrocarbon from the injector for start-up in response to a sudden increase in load, such as an increase in the amount of produced hydrogen gas.
【００２０】また、インジェクタの周囲から空気を導出
するための空気ノズルが配置されている。このため、定
常運転時に空気を供給することにより、インジェクタへ
の堆積物の発生を有効に防止することができる。その
上、空気ノズルから噴射される空気の冷却作用によっ
て、高価な高耐熱性のインジェクタを使用する必要がな
く、安価なインジェクタで対応することができ、極めて
経済的である。さらに、空気に旋回流を与えることによ
り、燃料と空気を均等に混合させることが可能になり、
改質触媒層での反応ムラが確実に回避される。Further, an air nozzle for deriving air from the periphery of the injector is arranged. Therefore, by supplying air during steady operation, it is possible to effectively prevent the generation of deposits on the injector. Moreover, due to the cooling action of the air injected from the air nozzle, there is no need to use an expensive and highly heat-resistant injector, and an inexpensive injector can be used, which is extremely economical. Furthermore, by giving a swirling flow to the air, it becomes possible to mix the fuel and air evenly,
Reaction unevenness in the reforming catalyst layer is reliably avoided.
【００２１】さらにまた、供給機構がインジェクタの下
流でかつ改質触媒層の上流に配置される改質用燃料、水
蒸気および酸素を含む空気の供給口を設けている。従っ
て、始動時に改質用燃料および水蒸気に空気を混合させ
ることによって、燃焼ガスの温度を有効に制御すること
ができる。Furthermore, the supply mechanism is provided with a supply port for the reforming fuel, steam and oxygen-containing air which is arranged downstream of the injector and upstream of the reforming catalyst layer. Therefore, the temperature of the combustion gas can be effectively controlled by mixing air with the reforming fuel and steam at the time of starting.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料改質装置１０を組み込む燃料電池システム１２の概
略構成図である。燃料電池システム１２は、炭化水素を
含む改質用燃料を改質することにより水素ガスを生成す
る本実施形態に係る燃料改質装置１０と、この燃料改質
装置１０から改質ガスが供給されるとともに、酸化剤ガ
スとして空気が供給され、前記改質ガス中の水素ガスと
前記空気中の酸素とにより発電を行う燃料電池スタック
１４とを備える。炭化水素としては、メタノール、天然
ガスまたはメタン等が使用可能である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 12 incorporating a fuel reforming apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 12 includes a fuel reforming apparatus 10 according to the present embodiment that produces hydrogen gas by reforming a reforming fuel containing hydrocarbons, and reforming gas is supplied from the fuel reforming apparatus 10. In addition, air is supplied as an oxidant gas, and the fuel cell stack 14 is configured to generate electricity by hydrogen gas in the reformed gas and oxygen in the air. As the hydrocarbon, methanol, natural gas, methane or the like can be used.
【００２３】燃料改質装置１０は、炭化水素、例えば、
メタノールを貯留するメタノールタンク１６と、燃料電
池システム１２から排出される生成水等を貯留する水タ
ンク１８と、前記メタノールタンク１６および前記水タ
ンク１８からそれぞれ所定量のメタノールおよび水が供
給されてメタノール水溶液を混合する混合器２０と、前
記混合器２０から供給されるメタノール水溶液を蒸発さ
せるための蒸発器２２と、前記蒸発器２２に蒸発熱を供
給する触媒燃焼器２４と、前記蒸発器２２から導入され
る気化状態のメタノール水溶液（以下、改質用燃料とい
う）を改質して水素ガスを含む改質ガスを生成する改質
器２６と、この改質器２６から導出される改質ガス中の
一酸化炭素を除去するＣＯ除去器２８とを備える。The fuel reformer 10 may be a hydrocarbon, such as
A methanol tank 16 for storing methanol, a water tank 18 for storing produced water or the like discharged from the fuel cell system 12, a predetermined amount of methanol and water are supplied from the methanol tank 16 and the water tank 18, respectively, and methanol is supplied. A mixer 20 for mixing the aqueous solutions, an evaporator 22 for evaporating the aqueous methanol solution supplied from the mixer 20, a catalytic combustor 24 for supplying heat of evaporation to the evaporator 22, and an evaporator 22. A reformer 26 that reforms an introduced vaporized methanol aqueous solution (hereinafter referred to as reforming fuel) to generate a reformed gas containing hydrogen gas, and a reformed gas derived from the reformer 26. CO remover 28 for removing carbon monoxide therein.
【００２４】触媒燃焼器２４とＣＯ除去器２８とには、
空気供給器３０からそれぞれ空気が供給されるととも
に、改質器２６と前記ＣＯ除去器２８との間には、改質
ガスの温度を低下させるための熱交換器３２が配置され
ている。蒸発器２２と改質器２６と熱交換器３２とＣＯ
除去器２８と触媒燃焼器２４とは、管体３４を介して連
結され、循環流路を構成している（図２参照）。The catalytic combustor 24 and the CO remover 28 include
Air is supplied from the air supplier 30, and a heat exchanger 32 for lowering the temperature of the reformed gas is arranged between the reformer 26 and the CO remover 28. Evaporator 22, reformer 26, heat exchanger 32, CO
The remover 28 and the catalytic combustor 24 are connected via a pipe 34 to form a circulation flow path (see FIG. 2).
【００２５】図３に示すように、改質器２６は、改質室
３６に配置される第１および第２改質触媒層３８、４０
と、前記改質室３６にメタノール水溶液、水蒸気および
酸素含有ガス、例えば、空気を供給して前記第１および
第２改質触媒層３８、４０で酸化反応と改質反応とを同
時に行わせるための供給機構４２と、前記第１および第
２改質触媒層３８、４０の上流側に配置され、始動時に
該第１および第２改質触媒層３８、４０に加熱用燃焼ガ
スを直接供給するための始動用燃焼機構４４とを備え
る。As shown in FIG. 3, the reformer 26 includes first and second reforming catalyst layers 38 and 40 arranged in a reforming chamber 36.
In order to supply an aqueous methanol solution, steam and an oxygen-containing gas such as air to the reforming chamber 36 to cause the first and second reforming catalyst layers 38 and 40 to simultaneously perform the oxidation reaction and the reforming reaction. Is provided upstream of the supply mechanism 42 and the first and second reforming catalyst layers 38, 40, and directly supplies the combustion gas for heating to the first and second reforming catalyst layers 38, 40 at the time of starting. And a combustion mechanism 44 for starting.
【００２６】図２および図３に示すように、燃焼機構４
４は、改質器２６にガスの流れ方向（矢印Ａ方向）の上
流側に対応しかつ第１および第２改質触媒層３８、４０
と同心的に設けられており、この燃焼機構４４は燃焼室
４６に燃料、例えば、メタノールを供給するためのイン
ジェクタ４８と、点火用プラグであるグロープラグ４９
とを備える。このインジェクタ４８は、燃料経路５０を
介してメタノールタンク１６に接続されている（図１参
照）。As shown in FIGS. 2 and 3, the combustion mechanism 4
Reference numeral 4 corresponds to the upstream side of the reformer 26 in the gas flow direction (direction of arrow A) and the first and second reforming catalyst layers 38, 40.
The combustion mechanism 44 is provided concentrically with the above, and the combustion mechanism 44 includes an injector 48 for supplying fuel, for example, methanol to the combustion chamber 46, and a glow plug 49 as an ignition plug.
With. The injector 48 is connected to the methanol tank 16 via a fuel path 50 (see FIG. 1).
【００２７】インジェクタ４８の先端側周囲には、図３
に示すように、空気ノズル５２が装着され、この空気ノ
ズル５２は、燃焼室４６に向かって開口する四つの空気
導出口５４ａ〜５４ｄを設けている。図４に示すよう
に、各空気導出口５４ａ〜５４ｄは、燃焼室４６内で渦
流を発生させるようにそれぞれの噴射方向および角度が
設定されている。空気ノズル５２は、第１空気経路５６
を介して空気供給器５８または空気供給器３０に接続さ
れている（図１参照）。Around the tip end side of the injector 48, as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, an air nozzle 52 is mounted, and the air nozzle 52 is provided with four air outlets 54a to 54d that open toward the combustion chamber 46. As shown in FIG. 4, the respective air outlets 54a to 54d are set with respective injection directions and angles so as to generate a vortex in the combustion chamber 46. The air nozzle 52 has a first air path 56.
Is connected to the air supply device 58 or the air supply device 30 (see FIG. 1).
【００２８】供給機構４２は、図２および図３に示すよ
うに、燃焼機構４４の下流側に配置されており、インジ
ェクタ４８の下流でかつ第１改質触媒層３８の上流に位
置して改質用燃料および水蒸気である燃料ガスと酸化用
および希釈用空気とが混合または独立して供給される供
給口６０を設けている。供給口６０は、経路３４ａを介
して蒸発器２２に連結されるとともに、この経路３４ａ
の途上に設けられたジョイント部６２は、例えば、空気
供給器３０に第２空気経路６４を介して連通している。
供給口６０は、二重壁内の開口６０ａを介して複数の導
入口６０ｂから希釈室６６に連通する。As shown in FIGS. 2 and 3, the supply mechanism 42 is arranged on the downstream side of the combustion mechanism 44 and is located downstream of the injector 48 and upstream of the first reforming catalyst layer 38. A supply port 60 is provided through which the quality fuel and the fuel gas, which is steam, and the oxidizing and diluting air are mixed or independently supplied. The supply port 60 is connected to the evaporator 22 through a path 34a, and also the path 34a.
The joint portion 62 provided on the way to the above is in communication with the air supplier 30 via the second air path 64, for example.
The supply port 60 communicates with the dilution chamber 66 from the plurality of introduction ports 60b through the opening 60a in the double wall.
【００２９】改質器２６は、燃焼室４６に連通する希釈
室６６から第１改質触媒層３８に向かって拡径する円錐
状のガス供給流路６８を形成するディフューザ部（流路
部材）７０を備える。ディフューザ部７０の拡径する端
部には、略円筒状のケース７２がねじ止めされており、
このケース７２内に第１および第２改質触媒層３８、４
０が装着される。The reformer 26 has a diffuser portion (flow passage member) which forms a conical gas supply flow passage 68 whose diameter increases from the dilution chamber 66 communicating with the combustion chamber 46 toward the first reforming catalyst layer 38. 70 is provided. A substantially cylindrical case 72 is screwed to the end of the diffuser portion 70 where the diameter increases,
In the case 72, the first and second reforming catalyst layers 38, 4 are provided.
0 is installed.
【００３０】第１および第２改質触媒層３８、４０は、
銅または亜鉛系触媒で構成されており、ドーナツ形状の
ハニカム構造に設定されている。各ハニカム触媒のそれ
ぞれの面方向が改質室３６内のガスの流れ方向（矢印Ａ
方向）に直交して並列されている。第１および第２改質
触媒層３８、４０のガスの流れ方向の上流側に第１およ
び第２整流板７４ａ、７４ｂが固定される。第１および
第２整流板７４ａ、７４ｂは、適切な圧力損失を有して
おり、第１および第２改質触媒層３８、４０へのガスの
流れを均等化するとともに、各触媒層面内の流れを均等
化する。The first and second reforming catalyst layers 38, 40 are
It is composed of a copper or zinc-based catalyst and has a donut-shaped honeycomb structure. The plane direction of each honeycomb catalyst is the flow direction of the gas in the reforming chamber 36 (arrow A
Direction) and are parallel to each other. First and second straightening vanes 74a, 74b are fixed to the upstream sides of the first and second reforming catalyst layers 38, 40 in the gas flow direction. The first and second straightening vanes 74a, 74b have an appropriate pressure loss, equalize the flow of gas to the first and second reforming catalyst layers 38, 40, and in each catalyst layer plane. Equalize the flow.
【００３１】第１および第２改質触媒層３８、４０の間
には、改質用燃料ガスがいずれか一方のみを通過するよ
うにガス流路形成手段７６が配置される。ガス流路形成
手段７６は、例えば、ＳＵＳ製の板材で構成されてお
り、第１改質触媒層３８の中央空洞部分３８ａに挿入さ
れる筒状部７８と、この筒状部７８の端部からガスの流
れ方向に沿って拡径する円錐部８０と、この円錐部８０
の端部に一体的に設けられ、第２改質触媒層４０の外周
を覆うリング部８２とを有する。筒状部７８の先端は、
ガスの流れ方向とは逆方向に向かって縮径する絞り形状
部８４が一体成形されている。絞り形状部８４の形状を
適切に選定することにより、第１および第２改質触媒層
３８、４０に流入するガスの分配状態を調整することが
できる。第２改質触媒層４０の中央空洞部分４０ａに
は、円錐状のカバー部材８６が装着されている。Between the first and second reforming catalyst layers 38 and 40, a gas flow path forming means 76 is arranged so that the reforming fuel gas passes through only one of them. The gas flow path forming means 76 is made of, for example, a SUS plate material, and has a tubular portion 78 inserted into the central cavity portion 38a of the first reforming catalyst layer 38, and an end portion of the tubular portion 78. And a conical portion 80 that increases in diameter in the direction of gas flow from the
And a ring portion 82 that is integrally provided at the end of the second reforming catalyst layer 40 and covers the outer periphery of the second reforming catalyst layer 40. The tip of the tubular portion 78 is
A throttle-shaped portion 84 whose diameter is reduced in the direction opposite to the gas flow direction is integrally formed. By appropriately selecting the shape of the narrowed portion 84, the distribution state of the gas flowing into the first and second reforming catalyst layers 38, 40 can be adjusted. A conical cover member 86 is attached to the central hollow portion 40a of the second reforming catalyst layer 40.
【００３２】図２に示すように、管体３４を構成し触媒
燃焼器２４とＣＯ除去器２８とにそれぞれ接続される経
路３４ｂ、３４ｃのジョイント部８８には、三方弁９０
が設けられており、この三方弁９０は、前記経路３４ｂ
と燃料電池スタック１４とを連通する位置と、該経路３
４ｂと経路３４ｃとを連通する位置とに切り換え自在で
ある。この経路３４ｃには、燃料電池スタック１４から
排出される排出成分中の未反応水素ガス等のガスを導入
するための導入口９２が配置されている。As shown in FIG. 2, a three-way valve 90 is provided at the joint portion 88 of the paths 34b and 34c which constitute the pipe 34 and are connected to the catalytic combustor 24 and the CO remover 28, respectively.
Is provided, and the three-way valve 90 is
And a position where the fuel cell stack 14 communicates with the path 3
It is possible to switch to a position where 4b and the path 34c communicate with each other. An introduction port 92 for introducing a gas such as unreacted hydrogen gas in the exhaust component discharged from the fuel cell stack 14 is arranged in the path 34c.
【００３３】このように構成される燃料改質装置１０の
動作について、以下に説明する。The operation of the fuel reforming apparatus 10 thus constructed will be described below.
【００３４】先ず、燃料改質装置１０の始動時には、始
動暖気モードとして管体３４の経路３４ｂ、３４ｃが燃
料電池スタック１４と遮断状態にある。そこで、燃焼機
構４４を構成する第１空気経路５６から空気ノズル５２
を介して燃焼室４６に空気が供給され、この燃焼室４６
内に渦流が形成される。この状態で、グロープラグ４９
が駆動されてこのグロープラグ４９の温度が所定温度に
なったとき、メタノールタンク１６からインジェクタ４
８にメタノールが供給される。First, when the fuel reforming apparatus 10 is started, the paths 34b and 34c of the pipe 34 are in a disconnected state from the fuel cell stack 14 in the starting warm-up mode. Therefore, from the first air path 56 that constitutes the combustion mechanism 44 to the air nozzle 52
Air is supplied to the combustion chamber 46 via the
A vortex is formed inside. In this state, the glow plug 49
Is driven and the temperature of the glow plug 49 reaches a predetermined temperature, the methanol tank 16 is moved to the injector 4
Methanol is supplied to 8.
【００３５】メタノールは、インジェクタ４８を介して
燃焼室４６内に噴霧されるとともに、このメタノールに
空気による渦流が作用して、前記メタノールの微粒化お
よび拡散化が図られる。このため、燃焼室４６内では、
グロープラグ４９の加熱作用下にメタノールが燃焼し、
この燃焼室４６内でのみ保炎がなされる。Methanol is sprayed into the combustion chamber 46 through the injector 48, and the vortex flow of air acts on the methanol to atomize and diffuse the methanol. Therefore, in the combustion chamber 46,
Methanol burns under the heating action of the glow plug 49,
Flame holding is performed only in the combustion chamber 46.
【００３６】次いで、第２空気経路６４から複数の導入
口６０ｂを介して希釈室６６に希釈用空気が導入され
る。従って、燃焼室４６で生成される高温の燃焼ガスに
空気が混合され、この燃焼ガスの温度が調整された状態
で、前記燃料ガスが改質室３６に配置されている第１お
よび第２改質触媒層３８、４０に直接供給される。さら
に、第１および第２改質触媒層３８、４０が所定の温度
に昇温した後、混合器２０を介してメタノールおよび水
が所定の混合比に混合されたメタノール水溶液が蒸発器
２２に供給される。Next, the diluting air is introduced into the diluting chamber 66 from the second air passage 64 through the plural inlets 60b. Therefore, the high temperature combustion gas generated in the combustion chamber 46 is mixed with air, and the fuel gas is arranged in the reforming chamber 36 in a state where the temperature of the combustion gas is adjusted. It is directly supplied to the quality catalyst layers 38 and 40. Furthermore, after the first and second reforming catalyst layers 38, 40 are heated to a predetermined temperature, an aqueous methanol solution in which methanol and water are mixed at a predetermined mixing ratio is supplied to the evaporator 22 through the mixer 20. To be done.
【００３７】蒸発器２２では、触媒燃焼器２４で発生し
た高温の燃焼ガスと蒸発ガスとが熱交換することによっ
てメタノール水溶液が蒸気化し、第２空気経路６４から
送られる空気と混合されて供給機構４２を構成する複数
の導入口６０ｂから改質器２６内に供給される一方、イ
ンジェクタ４８から燃焼室４６内へのメタノールの供給
が停止される。ここで、第１空気経路５６から空気ノズ
ル５２を介して燃焼室４６側に空気が継続して供給され
ており、インジェクタ４８自体の温度を有効に低下させ
ている。In the evaporator 22, the high temperature combustion gas generated in the catalytic combustor 24 and the evaporative gas exchange heat with each other to vaporize the aqueous methanol solution, which is mixed with the air sent from the second air passage 64 to supply it. While being supplied into the reformer 26 from the plurality of inlets 60b forming the fuel cell 42, the supply of methanol from the injector 48 into the combustion chamber 46 is stopped. Here, air is continuously supplied from the first air path 56 to the combustion chamber 46 side via the air nozzle 52, effectively lowering the temperature of the injector 48 itself.
【００３８】この場合、本実施形態では、改質器２６に
燃焼機構４４が直結されており、メタノール等の炭化水
素を燃料とする直火型燃焼室４６で生成される燃焼ガス
を、直接、改質室３６内の第１および第２改質触媒層３
８、４０に供給している。このため、始動時に、改質器
２６等を短時間で所望の温度まで昇温させることがで
き、始動に要する時間が一挙に短縮されるという効果が
得られる。In this case, in this embodiment, the combustion mechanism 44 is directly connected to the reformer 26, and the combustion gas generated in the direct combustion chamber 46 using hydrocarbon such as methanol as fuel is directly First and second reforming catalyst layers 3 in reforming chamber 36
It supplies to 8, 40. Therefore, at the time of starting, the reformer 26 and the like can be heated to a desired temperature in a short time, and the time required for starting can be shortened all at once.
【００３９】さらに、燃焼ガスは、希釈室６６に導入さ
れる空気で希釈されるため、この燃焼ガスが温度を制御
された状態で改質室３６に導入され、一定温度での部分
酸化と未燃焼炭化水素の改質が遂行される。この部分酸
化反応によって改質器２６内のさらなる昇温が可能にな
るとともに、未燃焼炭化水素と燃焼により生成された水
とを介して始動時から改質反応が行われ、水素ガスの発
生が惹起される。この水素ガスは、触媒燃焼器２４に送
られて燃料として利用でき、前記触媒燃焼器２４と蒸発
器２２の昇温に利用される。Further, since the combustion gas is diluted with the air introduced into the diluting chamber 66, the combustion gas is introduced into the reforming chamber 36 in a temperature controlled state, and the partial oxidation and unoxidized at a constant temperature occur. Reforming of combustion hydrocarbons is performed. This partial oxidation reaction makes it possible to further raise the temperature in the reformer 26, and the reforming reaction is performed from the time of starting via the unburned hydrocarbons and the water produced by the combustion, so that hydrogen gas is generated. Be evoked. This hydrogen gas is sent to the catalytic combustor 24 and can be used as fuel, and is used to raise the temperature of the catalytic combustor 24 and the evaporator 22.
【００４０】しかも、急激な負荷増加、例えば、生成水
素ガス量の増加に対しても、インジェクタ４８からメタ
ノールを噴霧することにより、このメタノールを瞬時に
蒸発気化させて熱量不足を有効に補うことができる。ま
た、燃焼機構４４が第１および第２改質触媒層３８、４
０と同心的に設けられており、燃焼ガスにより前記第１
および第２改質触媒層３８、４０を全体的に均等に暖め
ることが可能になる。Moreover, even when the load is suddenly increased, for example, the amount of produced hydrogen gas is increased, by spraying methanol from the injector 48, the methanol can be instantly evaporated and vaporized to effectively compensate for the lack of heat. it can. Further, the combustion mechanism 44 includes the first and second reforming catalyst layers 38, 4
It is installed concentrically with 0, and the first
And, it becomes possible to uniformly heat the second reforming catalyst layers 38 and 40 as a whole.
【００４１】さらにまた、本実施形態では、インジェク
タ４８の周囲から燃焼室４６に空気を導出するための空
気ノズル５２を備えている。この空気ノズル５２から噴
射される空気の渦流によって、インジェクタ４８から噴
霧されるメタノールの微粒化および拡散化が図られ、こ
の燃焼室４６内の狭い範囲で完全燃焼させるとともに、
保炎範囲を限定することができる。従って、着炎の確実
性および保炎性を保持しつつ、第２空気経路６４から導
入される希釈空気によって燃焼ガスを所望の温度に確実
に制御することが可能になるという利点がある。Furthermore, in the present embodiment, an air nozzle 52 is provided for drawing air from the periphery of the injector 48 into the combustion chamber 46. Due to the vortex flow of the air injected from the air nozzle 52, the atomization and diffusion of the methanol sprayed from the injector 48 is achieved, and the combustion is completed in a narrow range in the combustion chamber 46.
The flame holding range can be limited. Therefore, there is an advantage that it is possible to reliably control the combustion gas to a desired temperature by the dilution air introduced from the second air passage 64 while maintaining the certainty and flame holding property of the flame.
【００４２】さらに、定常運転時に空気ノズル５２から
空気を噴射することにより、インジェクタ４８が加熱す
ることを防止するとともに、このインジェクタ４８に推
積物が生成されることを確実に阻止することが可能にな
る。また、空気ノズル５２から噴射される空気の冷却効
果により、インジェクタ４８が高耐熱性を有する必要が
なく、安価なインジェクタ４８を用いることができ、極
めて経済的である。Further, by injecting air from the air nozzle 52 during steady operation, it is possible to prevent the injector 48 from being heated and to reliably prevent a deposit from being generated in the injector 48. become. Further, due to the cooling effect of the air jetted from the air nozzle 52, the injector 48 does not need to have high heat resistance, and an inexpensive injector 48 can be used, which is extremely economical.
【００４３】ところで、蒸発器２２から経路３４ａに供
給された改質用燃料ガスは、第２空気経路６４から噴射
される空気と混合して改質器２６内に導入された後、デ
ィフューザ部７０側に送られる。このディフューザ部７
０では、メタノール水溶液、水蒸気および酸素を含む改
質用燃料ガスがその一部をガス供給流路６８に沿って第
１改質触媒層３８に送られる一方、他の部分がこの第１
改質触媒層３８の中央空洞部分３８ａに嵌挿された筒状
部７８の内部を通って第２改質触媒層４０に送られる。By the way, the reforming fuel gas supplied from the evaporator 22 to the passage 34a is mixed with the air injected from the second air passage 64 and introduced into the reformer 26, and then the diffuser portion 70 is formed. Sent to the side. This diffuser part 7
At 0, part of the reforming fuel gas containing the aqueous methanol solution, water vapor and oxygen is sent to the first reforming catalyst layer 38 along the gas supply flow path 68, while the other part is fed to the first reforming catalyst layer 38.
The reforming catalyst layer 38 is sent to the second reforming catalyst layer 40 through the inside of the tubular portion 78 fitted in the central hollow portion 38a.
【００４４】第１および第２改質触媒層３８、４０で
は、改質用燃料ガス中のメタノール水蒸気および酸素に
よって発熱反応である酸化反応と吸熱反応である燃料改
質反応とが同時に行われる。これにより、改質器２６内
に複雑な伝熱構造を用いる必要がなく、この改質器２６
全体の構造を一挙に簡素化することができる。しかも、
改質器２６内の発熱反応によって改質反応に必要な熱が
供給されるため、負荷変動に対する応答性がよく、水素
ガスを含む改質ガスを効率的に生成することが可能にな
る。In the first and second reforming catalyst layers 38 and 40, an oxidation reaction, which is an exothermic reaction, and a fuel reforming reaction, which is an endothermic reaction, are simultaneously performed by methanol vapor and oxygen in the reforming fuel gas. As a result, it is not necessary to use a complicated heat transfer structure in the reformer 26,
The entire structure can be simplified at once. Moreover,
Since the heat required for the reforming reaction is supplied by the exothermic reaction in the reformer 26, the responsiveness to the load fluctuation is good, and the reformed gas containing hydrogen gas can be efficiently generated.
【００４５】第１改質触媒層３８を通って生成された改
質ガスおよび第２改質触媒層４０を通って生成された改
質ガスは、熱交換器３２に導入されて所定の温度に冷却
される。次いで、改質ガスは、ＣＯ除去器２８に導入さ
れてこの改質ガス中のＣＯが選択的に反応除去された
後、必要に応じて触媒燃焼器２４に送られる。そして、
改質器２６から安定した改質ガスが生成され始めると、
三方弁９０が切り換えられて燃料電池スタック１４にこ
の改質ガスが供給される。The reformed gas generated through the first reforming catalyst layer 38 and the reformed gas generated through the second reforming catalyst layer 40 are introduced into the heat exchanger 32 to reach a predetermined temperature. To be cooled. Next, the reformed gas is introduced into the CO remover 28 to selectively react and remove CO in the reformed gas, and then sent to the catalytic combustor 24 as required. And
When stable reformed gas is generated from the reformer 26,
The reformed gas is supplied to the fuel cell stack 14 by switching the three-way valve 90.
【００４６】この場合、本実施形態では、第１および第
２改質触媒層３８、４０がドーナツ形状に設定されるた
め、改質器２６を構成するケース７２を円筒形状に設定
することができ、応力集中の発生を阻止して前記ケース
７２の薄肉化が図られる。また、第１および第２改質触
媒層３８、４０がドーナツ形状を有するため、その中央
部を通路として利用し、中央から外周に向かってガスを
流すことによって前記第１および第２改質触媒層３８、
４０の多段積層化が可能になる。In this case, in this embodiment, since the first and second reforming catalyst layers 38, 40 are set in a donut shape, the case 72 constituting the reformer 26 can be set in a cylindrical shape. The occurrence of stress concentration is prevented and the case 72 can be made thinner. Further, since the first and second reforming catalyst layers 38, 40 have a donut shape, the central portion thereof is used as a passage, and the gas is caused to flow from the center toward the outer periphery, whereby the first and second reforming catalyst layers are formed. Layer 38,
It is possible to stack 40 in multiple stages.
【００４７】さらにまた、第１および第２改質触媒層３
８、４０を薄肉状に設定することにより、改質反応で重
要な触媒出口温度を高く維持することができる。すなわ
ち、図５に示すように、改質触媒層Ｍに原料ガス（燃料
ガス）を導入して改質ガスを生成する実験を行った。こ
こで、改質触媒層Ｍの厚さｈを変更したところ、図６に
示す結果が得られた。なお、改質触媒層Ｍの最高温を３
２５℃に制御しており、改質触媒層Ｍの厚さｈが薄い
程、メタノール反応率が高くなって性能が向上するとい
う結果が得られた。Furthermore, the first and second reforming catalyst layers 3
The catalyst outlet temperature, which is important in the reforming reaction, can be kept high by setting the thicknesses of 8 and 40 to be thin. That is, as shown in FIG. 5, an experiment was conducted in which a raw material gas (fuel gas) was introduced into the reforming catalyst layer M to generate a reformed gas. Here, when the thickness h of the reforming catalyst layer M was changed, the results shown in FIG. 6 were obtained. The maximum temperature of the reforming catalyst layer M is 3
The temperature was controlled to 25 ° C., and the thinner the thickness h of the reforming catalyst layer M, the higher the methanol reaction rate and the result that the performance was improved.
【００４８】これにより、第１および第２改質触媒層３
８、４０を薄型化することにより、改質ガスの生成を効
率的に行うとともに、前記第１および第２改質触媒層３
８、４０全体の温度が均等化され、かつ、圧損の減少が
図られるという効果が得られる。As a result, the first and second reforming catalyst layers 3
By making the thicknesses 8 and 40 thin, the reformed gas is efficiently generated and the first and second reforming catalyst layers 3 are formed.
It is possible to obtain the effect that the temperatures of 8 and 40 as a whole are equalized and the pressure loss is reduced.
【００４９】さらにまた、本実施形態では、ガスの流れ
方向に対して第１および第２改質触媒層３８、４０を並
列させるとともに、ガス流路形成手段７６を介してそれ
ぞれ前記第１および第２改質触媒層３８、４０のみを通
るガス流路に分割している。従って、改質器２６内の小
さな容積に第１および第２改質触媒層３８、４０または
それ以上の数の触媒層を配置することができ、前記改質
器２６を有効に小型化することが可能になる。しかも、
第１および第２改質触媒層３８、４０に均等にガスを供
給することができ、改質ガスを効率的に生成することが
できる。Furthermore, in the present embodiment, the first and second reforming catalyst layers 38 and 40 are arranged in parallel with respect to the gas flow direction, and the first and second reforming catalyst layers 38 and 40 are respectively arranged via the gas flow path forming means 76. It is divided into two gas passages that pass only the two reforming catalyst layers 38 and 40. Therefore, it is possible to arrange the first and second reforming catalyst layers 38, 40 or more catalyst layers in a small volume in the reformer 26, and to effectively downsize the reformer 26. Will be possible. Moreover,
The gas can be evenly supplied to the first and second reforming catalyst layers 38 and 40, and the reformed gas can be efficiently generated.
【００５０】また、改質器２６では、燃焼室４６から改
質室３６に向かう途上にガスの流れ方向に向かって拡径
する円錐状のガス供給流路６８を形成するディフューザ
部７０が設けられている。このため、第１改質触媒層３
８の半径方向に対して改質用供給ガスを均等に供給する
ことができ、改質反応が効率的に遂行される。さらに、
第１改質触媒層３８を通って改質された改質ガスは、ガ
ス流路形成手段７６を構成する円錐部８０に沿って第２
改質触媒層４０の外周部分に供給される。従って、第２
改質触媒層４０の外周部分からの放熱を防ぐことが可能
になり、前記第２改質触媒層４０の半径方向の温度分布
を均等に維持することができる。Further, in the reformer 26, a diffuser portion 70 is provided on the way from the combustion chamber 46 to the reforming chamber 36 to form a conical gas supply passage 68 whose diameter increases in the gas flow direction. ing. Therefore, the first reforming catalyst layer 3
The reforming supply gas can be uniformly supplied in the radial direction of 8, and the reforming reaction can be efficiently performed. further,
The reformed gas, which has been reformed through the first reforming catalyst layer 38, moves to the second along the conical portion 80 that constitutes the gas flow path forming means 76.
It is supplied to the outer peripheral portion of the reforming catalyst layer 40. Therefore, the second
It is possible to prevent heat radiation from the outer peripheral portion of the reforming catalyst layer 40, and it is possible to maintain a uniform temperature distribution in the radial direction of the second reforming catalyst layer 40.
【００５１】さらにまた、第２改質触媒層４０の中央空
洞部分４０ａに円錐状のカバー部材８６が装着されてい
る。これにより、第１改質触媒層３８の中央空洞部分３
８ａを通ってカバー部材８６に至った改質用燃料ガス
は、このカバー部材８６の傾斜に沿って第２改質触媒層
４０の径方向に円滑に供給され、効率的な改質反応が遂
行可能になる。また、第１および第２改質触媒層３８、
４０は、ハニカム担持触媒層を構成しており、触媒表面
積を有効に拡大することができる。Furthermore, a conical cover member 86 is attached to the central hollow portion 40a of the second reforming catalyst layer 40. Thereby, the central cavity portion 3 of the first reforming catalyst layer 38
The reforming fuel gas that has reached the cover member 86 through 8a is smoothly supplied in the radial direction of the second reforming catalyst layer 40 along the inclination of the cover member 86, and an efficient reforming reaction is performed. It will be possible. In addition, the first and second reforming catalyst layers 38,
40 constitutes a honeycomb-supported catalyst layer, and can effectively increase the catalyst surface area.
【００５２】なお、本実施形態では、改質室３６に第１
および第２改質触媒層３８、４０を二段に配置している
が、これに限定されるものではなく、例えば、三段以上
の改質触媒層を設けても、同様の効果を得ることができ
る。In this embodiment, the reforming chamber 36 has a first
The second reforming catalyst layers 38 and 40 are arranged in two stages, but the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even if three or more stages of reforming catalyst layers are provided. You can
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明に係る燃料改質装置では、改質触
媒層で酸化反応と改質反応とを同時に行わせるととも
に、前記改質触媒層が改質室内のガスの流れ方向に直交
するドーナツ形状に設定されている。このため、装置全
体の構成が有効に簡素化されるとともに、応力集中の発
生を阻止し、かつ薄型化が容易に図られる。これによ
り、簡単かつコンパクトな構成で、水素を含む改質ガス
を効率的に生成することが可能になる。EFFECTS OF THE INVENTION In the fuel reforming apparatus according to the present invention, an oxidation reaction and a reforming reaction are simultaneously performed in the reforming catalyst layer, and the reforming catalyst layer is orthogonal to the gas flow direction in the reforming chamber. It is set in a donut shape. For this reason, the structure of the entire device is effectively simplified, the occurrence of stress concentration is prevented, and the device can be easily reduced in thickness. This makes it possible to efficiently generate a reformed gas containing hydrogen with a simple and compact structure.
【００５４】また、本発明に係る燃料改質装置では、改
質触媒層の上流側に始動用燃焼機構が配置されており、
始動時にこの改質触媒層に加熱用の燃焼ガスを直接供給
することにより、暖気時間を一挙に短縮化して、改質ガ
スを効率的に得ることができる。Further, in the fuel reforming apparatus according to the present invention, the starting combustion mechanism is arranged on the upstream side of the reforming catalyst layer,
By directly supplying the combustion gas for heating to the reforming catalyst layer at the time of starting, the warm-up time can be shortened all at once and the reformed gas can be efficiently obtained.
【図１】本発明の実施形態に係る燃料改質装置を組み込
む燃料電池システムの概略構成説明図である。FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell system incorporating a fuel reformer according to an embodiment of the present invention.
【図２】前記燃料改質装置の斜視説明図である。FIG. 2 is a perspective explanatory view of the fuel reformer.
【図３】前記燃料改質装置を構成する改質器の縦断面説
明図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional explanatory view of a reformer that constitutes the fuel reformer.
【図４】図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
【図５】改質触媒層の厚さの違いによるメタノール反応
率の変化を検出する実験の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an experiment for detecting a change in the methanol reaction rate due to a difference in the thickness of the reforming catalyst layer.
【図６】前記実験により得られたメタノール反応率の結
果を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the results of the methanol reaction rate obtained by the above experiment.
１０…燃料改質装置 １２…燃料電池システ
ム
１４…燃料電池スタック １６…メタノールタン
ク
１８…水タンク ２０…混合器
２２…蒸発器 ２４…触媒燃焼器
２６…改質器 ２８…ＣＯ除去器
３８、４０…改質触媒層 ４２…供給機構
４４…燃焼機構 ４６…燃焼室
４８…インジェクタ ５０…燃料経路
５２…空気ノズル ５４ａ〜５４ｄ…空気
導出口
５６、６４…空気経路 ６０…供給口
６０ａ…開口 ６０ｂ…導入口
６６…希釈室 ６８…ガス供給流路
７０…ディフューザ部 ７２…ケース
７６…ガス流路形成手段 ７８…筒状部
８０…円錐部 ８２…リング部
８６…カバー部材10 ... Fuel reformer 12 ... Fuel cell system 14 ... Fuel cell stack 16 ... Methanol tank 18 ... Water tank 20 ... Mixer 22 ... Evaporator 24 ... Catalytic combustor 26 ... Reformer 28 ... CO remover 38, 40 Reforming catalyst layer 42 Supply mechanism 44 Combustion mechanism 46 Combustion chamber 48 Injector 50 Fuel path 52 Air nozzles 54a to 54d Air outlets 56, 64 Air path 60 Supply port 60a Open 60b Introducing port 66 ... Diluting chamber 68 ... Gas supply flow path 70 ... Diffuser part 72 ... Case 76 ... Gas flow path forming means 78 ... Cylindrical part 80 ... Cone part 82 ... Ring part 86 ... Cover member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 光 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 (72)発明者 磯部 昭司 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB04 EB12 EB24 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hikaru Okada 1-4-1 Chuo, Wako City, Saitama Book T-Tech Research Institute (72) Inventor Shoji Isobe 1-4-1 Chuo, Wako City, Saitama Book T-Tech Research Institute F-term (reference) 4G040 EA03 EA06 EB04 EB12 EB24 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16
Claims (10)
により、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質装置で
あって、 改質室に配置される改質触媒層と、 前記改質室に前記改質用燃料、水蒸気および酸素を供給
して前記改質触媒層で酸化反応と改質反応とを同時に行
わせるための供給機構と、 を備え、 前記改質触媒層は、面方向が前記改質室内のガスの流れ
方向に直交するドーナツ形状に設定されることを特徴と
する燃料改質装置。1. A fuel reforming apparatus for producing a reformed gas containing hydrogen by reforming a reforming fuel containing hydrocarbon, comprising: a reforming catalyst layer arranged in a reforming chamber; A supply mechanism for supplying the reforming fuel, steam and oxygen to the reforming chamber to cause the reforming catalyst layer to simultaneously perform an oxidation reaction and a reforming reaction, the reforming catalyst layer comprising: The fuel reformer is characterized in that the plane direction is set in a donut shape orthogonal to the gas flow direction in the reforming chamber.
記改質触媒層は、前記ガスの流れ方向に複数並列される
とともに、前記改質触媒層間には、一の前記改質触媒層
を通りかつその他の前記改質触媒層を迂回するガス流路
形成手段が配置されることを特徴とする燃料改質装置。2. The fuel reformer according to claim 1, wherein a plurality of the reforming catalyst layers are arranged in parallel in the gas flow direction, and one reforming catalyst layer is provided between the reforming catalyst layers. A fuel reforming device, characterized in that a gas flow path forming means is disposed so as to pass through the above and other bypassing the reforming catalyst layer.
いて、前記改質触媒層に向かって拡径する円錐状のガス
供給流路を形成する流路部材を備えることを特徴とする
燃料改質装置。3. The fuel reforming apparatus according to claim 1 or 2, further comprising: a flow path member that forms a conical gas supply flow path whose diameter increases toward the reforming catalyst layer. Reformer.
料改質装置において、前記ガスの流れ方向最下流に配置
される前記改質触媒層の中央空洞部分には、円錐状のカ
バー部材が装着されることを特徴とする燃料改質装置。4. The fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein a central hollow portion of the reforming catalyst layer arranged at the most downstream in the gas flow direction has a conical shape. A fuel reformer comprising a cover member attached.
により、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質装置で
あって、 改質室に配置される改質触媒層と、 前記改質室に前記改質用燃料、水蒸気および酸素を供給
して前記改質触媒層で酸化反応と改質反応とを同時に行
わせるための供給機構と、 前記改質触媒層の上流側に配置され、前記改質室に連通
する燃焼室内で燃焼を行って始動時に該改質触媒層に加
温用燃焼ガスを直接供給するための始動用燃焼機構と、 を備えることを特徴とする燃料改質装置。5. A fuel reforming apparatus for producing a reformed gas containing hydrogen by reforming a reforming fuel containing hydrocarbon, comprising a reforming catalyst layer arranged in a reforming chamber, A supply mechanism for supplying the reforming fuel, steam, and oxygen to the reforming chamber to cause an oxidation reaction and a reforming reaction in the reforming catalyst layer at the same time, and an upstream side of the reforming catalyst layer. And a starting combustion mechanism for performing combustion in a combustion chamber communicating with the reforming chamber and directly supplying a combustion gas for heating to the reforming catalyst layer at the time of starting. Reformer.
記改質触媒層は、面方向が前記改質室内のガスの流れ方
向に直交するドーナツ形状に設定されることを特徴とす
る燃料改質装置。6. The fuel reforming apparatus according to claim 5, wherein the reforming catalyst layer has a donut shape whose surface direction is orthogonal to a gas flow direction in the reforming chamber. Reformer.
記改質触媒層と前記始動用燃焼機構とが同心的に配置さ
れることを特徴とする燃料改質装置。7. The fuel reformer according to claim 6, wherein the reforming catalyst layer and the starting combustion mechanism are concentrically arranged.
記始動用燃焼機構は、燃焼室に燃料を供給するためのイ
ンジェクタを備えることを特徴とする燃料改質装置。8. The fuel reformer according to claim 5, wherein the starting combustion mechanism includes an injector for supplying fuel to the combustion chamber.
記始動用燃焼機構は、前記インジェクタの周囲から空気
を導出するための空気ノズルを備えることを特徴とする
燃料改質装置。9. The fuel reformer according to claim 8, wherein the starting combustion mechanism includes an air nozzle for drawing out air from around the injector.
前記供給機構は、前記インジェクタの下流でかつ前記改
質触媒層の上流に配置される前記改質用燃料、前記水蒸
気および前記酸素を含む空気の供給口を設けることを特
徴とする燃料改質装置。10. The fuel reformer according to claim 9,
The supply mechanism is provided with a supply port for the air containing the reforming fuel, the steam and the oxygen, which is arranged downstream of the injector and upstream of the reforming catalyst layer. .
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