JP2000319005A - Catalytic reaction device and fuel reforming device - Google Patents

Catalytic reaction device and fuel reforming device

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JP2000319005A
JP2000319005A JP11127791A JP12779199A JP2000319005A JP 2000319005 A JP2000319005 A JP 2000319005A JP 11127791 A JP11127791 A JP 11127791A JP 12779199 A JP12779199 A JP 12779199A JP 2000319005 A JP2000319005 A JP 2000319005A
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JP
Japan
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catalyst layer
reformer
gas
fuel
pressure loss
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Withdrawn
Application number
JP11127791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Nomura
正 野村
Kisuke Yoshida
喜祐 吉田
Yoshihiro Nakanishi
吉宏 中西
Atsushi Sakuma
淳 佐久間
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve starting-up performance by increasing the temp. rising rate of a catalyst without conflicting with the miniaturization of a device. SOLUTION: A pressure drop plate 43 having holes each having a smaller diameter than a gas passage of a selective oxidation catalyst layer 42 is provided for CO removing equipment for oxidizing and removing carbon monoxide in a reformed gas by passing the hydrogen-enriched reformed gas containing carbon monoxide through the selective oxidation catalyst layer 42. The pressure drop plate 43 is arranged in the downstream side 42A of the selective oxidation catalyst layer 42 to be in close contact. As the pressure drop plate 43, for example, a porous body formed by sintering SUS powder is applied.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒層に被反応ガ
スを通すことにより、被反応ガスに触媒反応を起こさせ
る触媒反応装置に係わり、特に、燃料電池本体に発電燃
料として供給される水素リッチな改質ガスを生成する燃
料改質装置の構成要素のうち、改質器やCO除去器に用
いて好適な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalytic reaction apparatus for causing a reaction gas to flow through a catalyst layer to cause a catalytic reaction in the reaction gas. The present invention relates to a technique suitable for use in a reformer or a CO remover among components of a fuel reformer that generates a rich reformed gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、固体電解質型の燃料電池システ
ムは、固体高分子電解質膜をアノード及びカソードで挟
持したセルを積層させて構成したスタックセルを具備し
てなる燃料電池本体に、燃料改質装置で生成された水素
リッチな改質ガスとエア(酸素)を供給することによ
り、電気化学反応を起こして発電するシステムであり、
近年、自動車の駆動用電源に用いられてきている。
2. Description of the Related Art For example, a solid electrolyte type fuel cell system includes a fuel cell main body comprising a stack of cells in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode. A system that generates an electrochemical reaction by supplying hydrogen-rich reformed gas and air (oxygen) generated by the device,
In recent years, it has been used as a power source for driving automobiles.

【0003】この燃料改質装置は、炭化水素(例えば、
メタノール)および水を含む液体原燃料を気化して原燃
料ガスを生成する蒸発器と、蒸発器で生成された原燃料
ガスを改質触媒層に通して水素を含む改質ガスを生成す
る改質器と、改質器で生成された改質ガスを選択酸化触
媒層に通して改質ガス中の一酸化炭素を選択的に除去す
るCO除去器とを主たる構成要素としている。
[0003] This fuel reformer is composed of hydrocarbons (for example,
An evaporator that vaporizes a liquid raw fuel containing methanol and water to generate a raw fuel gas, and a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen by passing the raw fuel gas generated by the evaporator through a reforming catalyst layer. The main components are a reformer and a CO remover that selectively removes carbon monoxide in the reformed gas by passing the reformed gas generated by the reformer through a selective oxidation catalyst layer.

【0004】このうち、改質器での触媒反応は、供給さ
れた原燃料ガスから水素を高効率に生成する必要がある
ことから、触媒反応の効率向上が従来からの課題となっ
ており、そのための手段として、例えば特開平11−4
3305号に開示された技術が知られている。この先行
技術は、改質触媒層の上流に複数枚の多孔板(整流板)
を配置し、触媒ハニカム部の流速面分布を均一化するも
のである。
[0004] Among them, in the catalytic reaction in the reformer, since it is necessary to generate hydrogen from the supplied raw fuel gas with high efficiency, improvement of the efficiency of the catalytic reaction has been a conventional problem. As means for that purpose, for example, JP-A-11-4
The technique disclosed in Japanese Patent No. 3305 is known. In this prior art, a plurality of perforated plates (rectifying plates) are provided upstream of a reforming catalyst layer.
Are arranged to make the flow velocity distribution in the catalyst honeycomb portion uniform.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記燃料改
質装置においては、改質器に改質触媒層、CO除去器に
選択酸化触媒層をそれぞれ備えるものであるから、冷機
始動時に暖機を行い、これら触媒層を活性化温度に達す
るまで加熱しておかなければ、水素生成およびCO除去
を効率的に行うことができない。そして、この暖機に要
する時間は、上記燃料改質装置の自動車への適用を考慮
すると、極力短縮する必要がある。
In the above-mentioned fuel reformer, the reformer is provided with a reforming catalyst layer and the CO remover is provided with a selective oxidation catalyst layer. If these catalyst layers are not heated until they reach the activation temperature, hydrogen generation and CO removal cannot be performed efficiently. The time required for this warm-up needs to be reduced as much as possible in consideration of the application of the fuel reformer to an automobile.

【0006】しかしながら、上記先行技術では、改質触
媒層の上流側に整流板を設置しているため、改質触媒層
での流速面分布を均一化するうえでは有効であるが、冷
機始動時に燃焼ガスを改質器に通すことにより暖機を行
う場合には、整流板が熱マス要素となって触媒の活性化
を遅らせ、結果的に始動時間を長くしていまうという欠
点がある。
However, in the above-mentioned prior art, since the current plate is provided on the upstream side of the reforming catalyst layer, it is effective in making the flow velocity distribution uniform in the reforming catalyst layer. When warming up by passing the combustion gas through the reformer, there is a disadvantage that the flow straightening plate acts as a heat mass element to delay the activation of the catalyst, resulting in a longer start-up time.

【0007】すなわち、改質触媒層の上流に整流板が配
置されていると、燃焼ガスの保有熱が触媒を加熱するよ
りも先に整流板の加熱に費やされてしまい、この熱ロス
が触媒の早期活性化を阻害していた。また、上記先行技
術では、整流板を複数段配置しているから、熱ロスのさ
らなる増大を招く他、改質器ひいては燃料改質装置の小
型化をも困難にしていた。
That is, if a current plate is arranged upstream of the reforming catalyst layer, the heat of the combustion gas is consumed for heating the current plate before heating the catalyst, and this heat loss is reduced. Preventing early activation of the catalyst. Further, in the above-described prior art, since the current plate is arranged in a plurality of stages, heat loss is further increased, and miniaturization of the reformer and thus the fuel reforming apparatus is also difficult.

【0008】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、装置の小型化に支
障を来すことなく触媒の温度上昇を早め、始動性の向上
を図ることにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to speed up the temperature rise of the catalyst without hindering downsizing of the device and to improve the startability. It is in.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、触媒層(改質触媒層,選択酸化触媒層)
に被反応ガス(原燃料ガス,改質ガス)を通すことによ
り、前記被反応ガスに触媒反応(反応式(1)〜
(4))を起こさせる触媒反応装置(改質器,CO除去
器)であって、前記触媒層のガス流路よりも小径の孔を
有する圧損板を備えるとともに、この圧損板は、前記触
媒層の下流側に配置されていることを特徴としており、
これにより、被反応ガスの流速面分布の均一化はもとよ
り、触媒層を早期に活性化温度にまで上昇させることを
可能にし、さらには触媒層からの落下物等を捕捉するフ
ィルタ機能をも発揮する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst layer (reforming catalyst layer, selective oxidation catalyst layer).
The reaction gas (raw fuel gas, reformed gas) is passed through the reaction gas to cause a catalytic reaction (reaction formula (1))
(4) A catalyst reaction device (reformer, CO remover) for causing a pressure drop plate having a hole smaller in diameter than a gas flow path of the catalyst layer, wherein the pressure drop plate is provided with the catalyst. Characterized by being located downstream of the layer,
This makes it possible to raise the temperature of the catalyst layer to the activation temperature as soon as possible, as well as to make the flow surface distribution of the gas to be reacted uniform, and also to exhibit a filter function to catch falling objects and the like from the catalyst layer. I do.

【0010】すなわち、触媒層の下流側に配置した圧損
板は、装置内でのガス流れを澱ませるから、流速面分布
の均一化を可能にする。加えて、圧損板がその上流側の
触媒層に対して熱マス要素とならないため、冷機始動時
の熱ロスが抑制され、触媒層の温度上昇が早まる。ま
た、経時劣化による触媒層からの落下物等を圧損板で捕
捉することができるため、下流側に配備された機器類
(燃料電池本体,バルブ類)の詰まり,破損等の防止を
可能にする。さらに、これらの機能は、圧損板を触媒層
に密接させておけば、より有効に発揮される。
That is, since the pressure drop plate disposed downstream of the catalyst layer causes the gas flow in the apparatus to stall, the flow velocity distribution can be made uniform. In addition, since the pressure loss plate does not become a heat mass element with respect to the catalyst layer on the upstream side, heat loss at the time of cold start is suppressed, and the temperature rise of the catalyst layer is accelerated. In addition, since a fallen object or the like from the catalyst layer due to aging can be captured by the pressure drop plate, it is possible to prevent clogging and breakage of devices (the fuel cell body and valves) arranged on the downstream side. . Furthermore, these functions are more effectively exhibited if the pressure-loss plate is brought into close contact with the catalyst layer.

【0011】本発明を、燃料電池本体に発電燃料として
供給すべき水素リッチな改質ガスを生成する改質器に用
いた場合には、改質ガスを始動から早期にかつ高効率に
生成することが可能となる。本発明を、燃料電池本体に
発電燃料として供給すべき水素リッチな改質ガスに含ま
れる一酸化炭素を選択的に酸化して除去するCO除去器
に用いた場合には、一酸化炭素を始動から早期にかつ高
効率に除去することが可能となる。
When the present invention is used in a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas to be supplied to a fuel cell body as a power generation fuel, the reformed gas is generated quickly and efficiently from the start. It becomes possible. When the present invention is used in a CO remover that selectively oxidizes and removes carbon monoxide contained in a hydrogen-rich reformed gas to be supplied to a fuel cell body as a power generation fuel, carbon monoxide is started. , It can be removed quickly and efficiently.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。図1は、燃料電池本体10
と、該燃料電池本体10に発電燃料として供給される水
素リッチな改質ガスを生成する燃料改質装置20とを具
備した燃料電池システムの全体構成図を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fuel cell main body 10.
1 shows an overall configuration diagram of a fuel cell system including a fuel reforming apparatus 20 that generates a hydrogen-rich reformed gas supplied to the fuel cell main body 10 as power generation fuel.

【0013】この燃料改質装置20は、メタノール(炭
化水素)と水の混合液を気化して原燃料ガスを生成する
蒸発器21と、該蒸発器21の暖機および前記混合液の
気化に利用される燃焼ガスを発生させる燃焼器22と、
前記原燃料ガスを改質触媒層に通して水素リッチな改質
ガスを生成する改質器23と、前記改質ガスを選択酸化
触媒層に通して改質ガス中の一酸化炭素を選択的に除去
するCO除去器24と、前記改質器23およびCO除去
器24の暖機に利用される燃焼ガスを発生させる始動燃
焼器25とを主たる構成要素としている。
The fuel reforming apparatus 20 includes an evaporator 21 for evaporating a mixed liquid of methanol (hydrocarbon) and water to generate a raw fuel gas, and for warming up the evaporator 21 and evaporating the mixed liquid. A combustor 22 for generating a combustion gas to be used;
A reformer 23 for passing the raw fuel gas through a reforming catalyst layer to generate a hydrogen-rich reformed gas; and selectively passing carbon monoxide in the reformed gas through the selective oxidation catalyst layer. The main constituent elements are a CO remover 24 for removing the CO 2 and a starting combustor 25 for generating a combustion gas used for warming up the reformer 23 and the CO remover 24.

【0014】燃焼器22には、燃焼状態を持続させるた
めの燃焼用触媒と、着火源である電気ヒータとが収納さ
れているとともに、器内に始動用燃料(例えば、メタノ
ール)および空気を供給するためのノズルが取り付けら
れている。また、燃焼器22には、始動から定常運転に
至るまでの間に生成された改質ガス,及び定常運転時に
燃料電池本体10から排出された未反応水素を含むガス
(以下、これらをオフガスという。)を燃焼用燃料とし
て器内に戻すためのオフガス管が接続されている。
The combustor 22 contains a combustion catalyst for maintaining a combustion state and an electric heater as an ignition source, and supplies a starting fuel (eg, methanol) and air to the inside of the combustor 22. A nozzle for feeding is installed. Further, the combustor 22 includes a reformed gas generated during the period from the start to the steady operation, and a gas containing unreacted hydrogen discharged from the fuel cell body 10 during the steady operation (hereinafter, these gases are referred to as off-gases). ) Is connected to the vessel as a fuel for combustion.

【0015】始動燃焼器25は、燃焼器22と略同様の
構成を有している。すなわち、器内に燃焼状態を持続さ
せるための燃焼用触媒と、着火源であるグロープラグと
が収納されているとともに、始動用燃料(例えば、メタ
ノール)および空気を供給するためのノズルが取り付け
られてなる。
The starting combustor 25 has substantially the same configuration as the combustor 22. That is, a combustion catalyst for maintaining a combustion state and a glow plug as an ignition source are housed in the vessel, and a nozzle for supplying starting fuel (for example, methanol) and air is installed. Become.

【0016】蒸発器21には、器内にメタノールと水の
混合液からなる液体原燃料を供給するためのノズルが取
り付けられている。そして、このノズルから噴霧された
液体原燃料は、燃焼器22から器内に供給された燃焼ガ
スにより気化される。
The evaporator 21 is provided with a nozzle for supplying a liquid raw fuel comprising a mixture of methanol and water into the evaporator 21. The liquid raw fuel sprayed from the nozzle is vaporized by the combustion gas supplied from the combustor 22 into the device.

【0017】改質器23は、図2の拡大断面図に示すよ
うに、略円筒状のケーシング31と、その内部に並列多
段配置(図2では、5段。)された平面視ドーナツ形状
の改質触媒層32および圧損板33とを主たる構成要素
としている。ケーシング31の径方向中心部には、マニ
ホールド管34が軸線方向に沿って配設され、このマニ
ホールド管34に改質触媒層32および圧損板33が外
挿されている。
As shown in the enlarged sectional view of FIG. 2, the reformer 23 has a substantially cylindrical casing 31 and a donut shape in a plan view in which multiple stages are arranged in parallel (five stages in FIG. 2). The reforming catalyst layer 32 and the pressure loss plate 33 are main components. At the radial center of the casing 31, a manifold tube 34 is disposed along the axial direction, and the reforming catalyst layer 32 and the pressure loss plate 33 are externally inserted into the manifold tube 34.

【0018】マニホールド管34は、蒸発器21を出た
原燃料ガスをケーシング31内へ導き入れるための導入
管であり、下流端34Aが閉塞されているとともに、管
内に供給された原燃料ガスを管外へと流出させるブリー
ド孔35が穿孔されている。これらブリード孔35がマ
ニホールド管34の周方向に間隔をおいて配置されてな
るブリード孔群は、各段の改質触媒層32よりも若干上
流側に位置決めされることにより、各段毎の入口熱マス
および流量分配の均一化が図られている。
The manifold pipe 34 is an introduction pipe for introducing the raw fuel gas exiting the evaporator 21 into the casing 31. The downstream end 34A is closed and the raw fuel gas supplied to the pipe is supplied to the manifold pipe 34. A bleed hole 35 for flowing out of the tube is formed. A bleed hole group in which the bleed holes 35 are arranged at intervals in the circumferential direction of the manifold tube 34 is positioned slightly upstream of the reforming catalyst layer 32 of each stage, so that the inlet of each stage is improved. The heat mass and the flow distribution are made uniform.

【0019】改質触媒層32は、押し出し等により成形
されたハニカム構造体の表面にNi,Ru,Rh,Cu−Z
n系等の触媒がコーティングされてなり、ハニカム構造
体の孔部が原燃料ガスを通すガス流路になっている。圧
損板33は、ケーシング31内のガス流れを澱ませるこ
とによる流速面分布の均一化に加え、暖機運転時の熱ロ
ス抑制およびフィルタ機能付加の観点から、各改質触媒
層32の下流端32Aと全面密接するように固定されて
いる。
The reforming catalyst layer 32 has Ni, Ru, Rh, and Cu-Z on the surface of a honeycomb structure formed by extrusion or the like.
An n-type catalyst or the like is coated, and the holes of the honeycomb structure serve as gas passages through which the raw fuel gas passes. The pressure loss plate 33 is provided at the downstream end of each reforming catalyst layer 32 from the viewpoint of uniforming the flow velocity distribution by stagnating the gas flow in the casing 31, suppressing heat loss during warm-up operation and adding a filter function. 32A is fixed so as to be in close contact with the entire surface.

【0020】圧損板33には、例えばSUS粉末を焼結
することにより形成した多孔質板が用いられるが、この
ような金属粉末の焼結体に限らず、ガス流路すなわちハ
ニカム構造体の孔部よりも小径の孔を有する構成であれ
ば、金属板等に複数の孔を穿孔して形成した多孔板であ
っても構わない。
As the pressure loss plate 33, for example, a porous plate formed by sintering SUS powder is used. However, the pressure loss plate 33 is not limited to such a sintered body of metal powder, but may be a gas flow path, that is, a hole of a honeycomb structure. As long as the configuration has holes smaller in diameter than the portion, a perforated plate formed by drilling a plurality of holes in a metal plate or the like may be used.

【0021】なお、圧損板33を焼結体とした場合に
は、以下の点で有利である。すなわち、微細な空孔を多
数備えた薄型の圧損板33を構成し得て、改質器23を
小型化するうえでの障害とならない。また、より微細な
ガス内混入物を確実に捕捉することができるようになる
結果、燃料改質装置20、ひいては燃料電池システム全
体の信頼性も向上する。
When the pressure loss plate 33 is made of a sintered body, it is advantageous in the following points. That is, a thin pressure-loss plate 33 having a large number of fine holes can be formed, which does not hinder the downsizing of the reformer 23. In addition, as a result that finer contaminants in the gas can be reliably captured, the reliability of the fuel reformer 20 and, consequently, the overall fuel cell system is improved.

【0022】そして、この改質器23に蒸発器21を出
た原燃料ガスが供給されると、以下のオートサーマル改
質反応により、水素リッチな改質ガスが生成される。 CH3OH+H2O→3H2 +CO2 …(1) CH3OH+2O2→2H2O+CO2 …(2)
When the raw fuel gas exiting the evaporator 21 is supplied to the reformer 23, a hydrogen-rich reformed gas is generated by the following autothermal reforming reaction. CH3OH + H2O → 3H2 + CO2 (1) CH3OH + 2O2 → 2H2O + CO2 (2)

【0023】反応式(1)は、メタノールと水による改
質反応であり、この反応により目的物たる水素が生成さ
れる。また、反応式(2)は、メタノールの酸化反応で
あり、吸熱反応である反応式(1)に必要な熱量は、こ
の酸化反応時の酸化熱により補給される。
The reaction formula (1) is a reforming reaction using methanol and water, and the reaction produces hydrogen as a target. The reaction formula (2) is an oxidation reaction of methanol, and the heat required for the reaction formula (1), which is an endothermic reaction, is supplied by the heat of oxidation at the time of this oxidation reaction.

【0024】なお、改質器23では、反応式(1),
(2)の他に、不可避的に起こる以下のメタノール分解
反応により、微量ではあるが一酸化炭素が生成される。 CH3OH →2H2+CO …(3) この一酸化炭素は、燃料電池本体10内のPt触媒を被
毒して、発電効率を低下させるとともに電池寿命を短く
するため、下流に配置されたCO除去器24で除去され
る。
In the reformer 23, the reaction formula (1)
In addition to (2), a small amount of carbon monoxide is generated by the following methanol decomposition reaction which inevitably occurs. CH3OH → 2H2 + CO (3) The carbon monoxide poisons the Pt catalyst in the fuel cell body 10 to lower the power generation efficiency and shorten the battery life. Removed.

【0025】改質器23とCO除去器24の間には、改
質器23から出た改質ガスを冷却し、CO除去器24内
の選択酸化触媒を熱破損から保護する目的で、熱交換器
26が設けられている。
Between the reformer 23 and the CO remover 24, the reformed gas discharged from the reformer 23 is cooled to protect the selective oxidation catalyst in the CO remover 24 from thermal damage. An exchanger 26 is provided.

【0026】CO除去器24は、図3の拡大断面図に示
すように、略円筒状のケーシング41と、その内部に収
納された選択酸化触媒層42および圧損板43とを主た
る構成要素としている。このCO除去器24に、熱交換
器26を通して冷却された改質ガスと空気の混合気が供
給されると、以下のCO選択酸化反応により、改質ガス
に含まれていた一酸化炭素が除去される。 2CO+O2→2CO2 …(4)
As shown in the enlarged sectional view of FIG. 3, the CO remover 24 has a substantially cylindrical casing 41, a selective oxidation catalyst layer 42 and a pressure loss plate 43 housed therein as main components. . When a mixture of the reformed gas and air cooled through the heat exchanger 26 is supplied to the CO remover 24, carbon monoxide contained in the reformed gas is removed by the following CO selective oxidation reaction. Is done. 2CO + O2 → 2CO2 (4)

【0027】選択酸化触媒層42は、押し出し等により
成形されたハニカム構造体の表面にPt,Ru系等の触媒
がコーティングされてなり、ハニカム構造体の孔部が改
質ガスを通すガス流路になっている。また、圧損板43
には、例えばSUS粉末を焼結することにより円盤状に
形成した多孔質板が用いられ、この圧損板43は、圧損
板33と同様に選択酸化触媒層42の下流端42Aと全
面密接するように固定されている。
The selective oxidation catalyst layer 42 is formed by coating a surface of a honeycomb structure formed by extrusion or the like with a catalyst such as a Pt or Ru-based catalyst. It has become. The pressure loss plate 43
For example, a porous plate formed in a disk shape by sintering SUS powder is used, and the pressure loss plate 43 is in close contact with the downstream end 42A of the selective oxidation catalyst layer 42 as in the case of the pressure loss plate 33. It is fixed to.

【0028】このように、本実施形態では、改質器23
の圧損板33とCO除去器24の圧損板43は、形状を
除けば、同一構成となっており、いずれも流速面分布の
均一化,暖機運転時の熱ロス抑制,及びフィルタ機能を
奏するとともに、装置の小型化および燃料改質装置20
の信頼性向上に資することができる。
As described above, in the present embodiment, the reformer 23
The pressure loss plate 33 and the pressure loss plate 43 of the CO remover 24 have the same configuration except for the shape, and both have a uniform flow velocity distribution, suppress heat loss during warm-up operation, and have a filter function. Together with the downsizing of the device and the fuel reformer 20
Can contribute to the improvement of reliability.

【0029】CO除去器24と燃料電池本体10との間
には、熱交換器27が設置されている。この熱交換器2
7は、改質器23とCO除去器24の間に設置された熱
交換器26と同様に、CO除去器24から出た改質ガス
を冷却し、燃料電池本体10内のPt触媒を熱破損から
保護する目的で設置されている。
A heat exchanger 27 is provided between the CO remover 24 and the fuel cell body 10. This heat exchanger 2
7 cools the reformed gas discharged from the CO remover 24 and heats the Pt catalyst in the fuel cell body 10 similarly to the heat exchanger 26 installed between the reformer 23 and the CO remover 24. It is installed to protect it from damage.

【0030】次に、本実施形態に係る燃料改質装置20
の動作例について説明する。まず、冷機始動時には、蒸
発器21,改質器23,及びCO除去器24の暖機を必
要とするため、燃焼器22にメタノールを噴霧するとと
もに酸素リッチな空気を供給してメタノールを燃焼さ
せ、これにより発生した燃焼ガスを蒸発器21へ送り、
蒸発器21を暖機する。同様に、始動燃焼器25にもメ
タノールおよび空気を供給し、発生した燃焼ガスを改質
器23へ送り、改質器23およびその下流に配備された
CO除去器24を暖機する。
Next, the fuel reformer 20 according to the present embodiment
An operation example will be described. First, at the time of cold start, since the evaporator 21, the reformer 23, and the CO remover 24 need to be warmed up, methanol is sprayed into the combustor 22 and oxygen-rich air is supplied to burn the methanol. The combustion gas generated thereby is sent to the evaporator 21,
The evaporator 21 is warmed up. Similarly, methanol and air are also supplied to the starting combustor 25, the generated combustion gas is sent to the reformer 23, and the reformer 23 and the CO remover 24 arranged downstream thereof are warmed up.

【0031】このとき、改質器23およびCO除去器2
4においては、圧損板33,43が改質触媒層32およ
び選択酸化触媒層42の下流側に配置されているから、
燃焼ガスは、これら触媒層32,42を通過した後に圧
損板33,43を通過する。これにより、圧損板33,
43の熱マス要素化による熱ロスがなくなり、燃焼ガス
の保有熱が改質触媒層32および選択酸化触媒層42を
効率的に加熱する。
At this time, the reformer 23 and the CO remover 2
In No. 4, since the pressure loss plates 33 and 43 are disposed downstream of the reforming catalyst layer 32 and the selective oxidation catalyst layer 42,
The combustion gas passes through the pressure loss plates 33 and 43 after passing through the catalyst layers 32 and 42. Thereby, the pressure loss plate 33,
There is no heat loss due to the thermal mass element 43, and the retained heat of the combustion gas efficiently heats the reforming catalyst layer 32 and the selective oxidation catalyst layer 42.

【0032】さらに、圧損板33,43は、改質器23
およびCO除去器24内でのガス流れを澱ませるから、
燃焼ガスの流速面分布は、圧損板33,43が全くない
場合に比べて均一化される。これにより、改質触媒層3
2および選択酸化触媒層42の加熱が流方向と直交する
断面において均一化されるため、上記熱ロス抑制と相ま
って、これら触媒層32,42は早期に活性化温度に達
し、始動性の向上が図られる。
Further, the pressure loss plates 33 and 43 are connected to the reformer 23.
And the gas flow in the CO remover 24 is settled.
The distribution of the flow velocity plane of the combustion gas is made uniform as compared with the case where the pressure loss plates 33 and 43 are not provided at all. Thereby, the reforming catalyst layer 3
2 and the heating of the selective oxidation catalyst layer 42 are uniformized in a cross section orthogonal to the flow direction, and in combination with the suppression of the heat loss, the catalyst layers 32 and 42 reach the activation temperature early, and the startability is improved. It is planned.

【0033】また、改質器23の改質触媒層32および
CO除去器24の選択酸化触媒層42が経時劣化する
と、ハニカム構造体に触媒剥離を生ずることがあるが、
本実施形態では、多孔質に形成された圧損板33,43
がフィルタとしての機能も担うため、触媒層32,42
からの落下物等を圧損板33,43で捕捉してガス内混
入物を除去することができ、下流側に配備された装置や
バルブ類の詰まり,破損等を防止することができる。
When the reforming catalyst layer 32 of the reformer 23 and the selective oxidation catalyst layer 42 of the CO remover 24 deteriorate with time, catalyst separation may occur in the honeycomb structure.
In the present embodiment, the porous pressure loss plates 33 and 43 are formed.
Also function as a filter, so that the catalyst layers 32 and 42
Drops and the like from the gas trapped by the pressure loss plates 33 and 43 can be used to remove contaminants in the gas, thereby preventing clogging and breakage of devices and valves provided on the downstream side.

【0034】そして、蒸発器21がメタノールと水の混
合液を気化し得る温度に達し、かつ改質器23およびC
O除去器24内の改質触媒層32および選択酸化触媒層
42が活性化温度に達したところで、始動燃焼器25へ
のメタノール噴霧を止めるとともに、メタノールと水の
混合液を蒸発器21内に噴霧する。すると、蒸発器21
では、燃焼器22からの燃焼ガスによって混合液が気化
して原燃料ガスが生成され、この原燃料ガスは、改質器
23へ供給される。
Then, the temperature of the evaporator 21 reaches a temperature at which the mixture of methanol and water can be vaporized, and the reformer 23 and the C
When the reforming catalyst layer 32 and the selective oxidation catalyst layer 42 in the O remover 24 reach the activation temperature, the methanol spray to the starting combustor 25 is stopped, and the mixed liquid of methanol and water is poured into the evaporator 21. Spray. Then, the evaporator 21
In the above, the mixed liquid is vaporized by the combustion gas from the combustor 22 to generate a raw fuel gas, and this raw fuel gas is supplied to the reformer 23.

【0035】改質器23に流入した原燃料ガスは、改質
触媒層32を構成するハニカム構造体の各孔部(ガス流
路)に分流し、改質触媒に接触しながら下流へと流通す
る間に、反応式(1),(2)により、水素リッチな改
質ガスが生成される。このとき、各改質触媒層32の下
流側に配置された圧損板33により、ガス流れが澱むた
め、流速面分布が均一化され、反応式(1)は高効率に
進行する。
The raw fuel gas flowing into the reformer 23 is diverted to each hole (gas flow path) of the honeycomb structure constituting the reforming catalyst layer 32 and flows downstream while contacting the reforming catalyst. In the meantime, a hydrogen-rich reformed gas is generated by the reaction formulas (1) and (2). At this time, since the gas flow stagnates due to the pressure loss plate 33 disposed downstream of each reforming catalyst layer 32, the flow velocity distribution is made uniform, and the reaction formula (1) proceeds with high efficiency.

【0036】改質器23で生成された改質ガスは、約3
00℃と高温であるため、CO除去器24へ送る前に熱
交換器26を通して約100℃に冷却される。冷却され
た改質ガスがCO除去器24に流入すると、この改質ガ
スは、選択酸化触媒層42を構成するハニカム構造体の
各孔部(ガス流路)に分流し、選択酸化触媒に接触しな
がら下流へと流通する。
The reformed gas generated in the reformer 23 is about 3
Because of the high temperature of 00 ° C., it is cooled to about 100 ° C. through the heat exchanger 26 before being sent to the CO remover 24. When the cooled reformed gas flows into the CO remover 24, the reformed gas is split into each hole (gas flow path) of the honeycomb structure constituting the selective oxidation catalyst layer 42, and comes into contact with the selective oxidation catalyst. While circulating downstream.

【0037】この間、改質ガスからは、反応式(4)に
より、一酸化炭素が選択的に除去される。また、CO除
去器24においても、選択酸化触媒層42の下流側に配
置された圧損板43により、ガス流れが澱んで流速面分
布が均一化される結果、反応式(4)が高効率に進行す
ることは、改質器23の場合と同様である。
During this time, carbon monoxide is selectively removed from the reformed gas by the reaction formula (4). Also in the CO remover 24, the gas flow stagnates and the flow velocity surface distribution is made uniform by the pressure loss plate 43 disposed downstream of the selective oxidation catalyst layer 42, so that the reaction equation (4) can be performed with high efficiency. The progress is the same as in the case of the reformer 23.

【0038】そして、CO除去器24でCO除去された
改質ガスは、熱交換器27を通して約180℃から約8
0℃に冷却された後、燃料電池本体10へ送られて発電
に供される。燃料電池本体10から排出された未反応水
素を含むオフガスは、オフガス管を通って燃焼器22へ
戻され、燃焼用燃料として再利用される。
The reformed gas from which CO has been removed by the CO remover 24 passes through a heat exchanger 27 from about 180 ° C. to about 8 ° C.
After being cooled to 0 ° C., it is sent to the fuel cell main body 10 and used for power generation. The off-gas containing unreacted hydrogen discharged from the fuel cell body 10 is returned to the combustor 22 through the off-gas pipe, and is reused as combustion fuel.

【0039】このように、定常運転時においては、燃料
改質装置20から改質ガスが燃料電池本体10に送られ
ることになるが、本実施形態では、改質器23およびC
O除去器24に設けられた圧損板33,43のフィルタ
機能により、改質触媒層32および選択酸化触媒層42
からの落下物等が燃料電池本体10へ流入することがな
い。
As described above, during the steady operation, the reformed gas is sent from the fuel reformer 20 to the fuel cell main body 10, but in the present embodiment, the reformer 23 and the C
By the filter function of the pressure loss plates 33 and 43 provided in the O remover 24, the reforming catalyst layer 32 and the selective oxidation catalyst layer 42
No falling objects or the like from flowing into the fuel cell main body 10.

【0040】[0040]

【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、以下の効果を得ることができる。 (a)本発明は、触媒層のガス流路よりも小径の孔を有
する圧損板を、触媒層の下流側に配置したものであるか
ら、装置内における被反応ガスの流速面分布が均一化さ
れて反応効率が向上することはもとより、触媒層を早期
に活性化温度にまで上昇させ得て、暖機所要時間が短縮
し、始動性が向上する。また、圧損板が触媒層からの落
下物等を捕捉するフィルタ機能も発揮するから、下流側
に配備された機器,バルブ類の詰まり,破損等を防止し
得て、信頼性も向上する。更に、圧損板を触媒層に密接
させれば、これらの効果は有効に発揮される。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the following effects can be obtained. (A) In the present invention, since the pressure loss plate having holes smaller in diameter than the gas flow path of the catalyst layer is arranged downstream of the catalyst layer, the flow velocity distribution of the gas to be reacted in the apparatus is made uniform. In addition to improving the reaction efficiency, the catalyst layer can be quickly raised to the activation temperature, the time required for warm-up is reduced, and the startability is improved. In addition, since the pressure drop plate also functions as a filter for catching a fallen object or the like from the catalyst layer, clogging or breakage of devices and valves provided on the downstream side can be prevented, and reliability is improved. Further, if the pressure loss plate is brought into close contact with the catalyst layer, these effects are effectively exhibited.

【0041】(b)本発明を、燃料電池本体に発電燃料
として供給すべき水素リッチな改質ガスを生成する改質
器に用いた場合には、改質ガスを始動から早期にかつ高
効率に生成することが可能となり、また、燃料電池本体
に発電燃料として供給すべき水素リッチな改質ガスに含
まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去するCO除去
器に用いた場合には、一酸化炭素を始動から早期にかつ
高効率に除去することが可能となり、始動性の良好な燃
料改質装置を構成することができる。
(B) When the present invention is used in a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas to be supplied to the fuel cell body as a power generation fuel, the reformed gas can be used at an early stage from start-up and with high efficiency. When used in a CO remover that selectively oxidizes and removes carbon monoxide contained in a hydrogen-rich reformed gas to be supplied as power generation fuel to the fuel cell body, Thus, carbon monoxide can be removed early and with high efficiency from the start, and a fuel reformer with good startability can be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態に係る改質器およびC
O除去器を備えた燃料改質装置と、燃料電池本体とによ
り構成される燃料電池システムを示す全体構成図であ
る。
FIG. 1 shows a reformer and C according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating a fuel cell system including a fuel reforming apparatus including an O remover and a fuel cell body.

【図2】 図1に示す改質器の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of the reformer shown in FIG.

【図3】 図1に示すCO除去器の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of the CO remover shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

23 改質器(触媒反応装置) 24 CO除去器(触媒反応装置) 32 改質触媒層(触媒層) 32A、42A 下流端 33、43 圧損板 42 選択酸化触媒層(触媒層) 23 reformer (catalyst reactor) 24 CO remover (catalyst reactor) 32 reforming catalyst layer (catalyst layer) 32A, 42A downstream end 33, 43 pressure drop plate 42 selective oxidation catalyst layer (catalyst layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 吉宏 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 佐久間 淳 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA06 EB23 EB46 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Yoshihiro Nakanishi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Jun Sakuma Inventor 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (reference) 4G040 EA02 EA06 EB23 EB46 5H027 AA06 BA01 BA09 BA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒層に被反応ガスを通すことにより、
前記被反応ガスに触媒反応を起こさせる触媒反応装置で
あって、 前記触媒層のガス流路よりも小径の孔を有する圧損板を
備えるとともに、 この圧損板は、前記触媒層の下流側に配置されているこ
とを特徴とする触媒反応装置。
Claims: 1. A reaction target gas is passed through a catalyst layer,
A catalytic reactor for causing a catalytic reaction in the gas to be reacted, comprising a pressure loss plate having a hole having a smaller diameter than a gas flow path of the catalyst layer, and the pressure loss plate is disposed downstream of the catalyst layer. A catalytic reactor characterized in that:
【請求項2】 前記圧損板は、前記触媒層と密接してい
ることを特徴とする請求項1記載の触媒反応装置。
2. The catalytic reactor according to claim 1, wherein the pressure loss plate is in close contact with the catalyst layer.
【請求項3】 燃料電池本体に発電燃料として供給すべ
き水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、前記改質
ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去する
CO除去器とを具備した燃料改質装置であって、 前記改質器および前記CO除去器の少なくとも一方に、
請求項1または請求項2記載の触媒反応装置が採用され
ていることを特徴とする燃料改質装置。
3. A reformer for generating a hydrogen-rich reformed gas to be supplied to a fuel cell body as a power generation fuel, and CO removal for selectively oxidizing and removing carbon monoxide contained in the reformed gas. A fuel reformer comprising a reformer and at least one of the reformer and the CO remover,
A fuel reforming apparatus, comprising the catalytic reactor according to claim 1 or 2.
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