JP2000344503A - Fuel reforming device - Google Patents

Fuel reforming device

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JP2000344503A
JP2000344503A JP23936099A JP23936099A JP2000344503A JP 2000344503 A JP2000344503 A JP 2000344503A JP 23936099 A JP23936099 A JP 23936099A JP 23936099 A JP23936099 A JP 23936099A JP 2000344503 A JP2000344503 A JP 2000344503A
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section
plate element
reforming
fuel
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佳秀 言上
Kazunori Tsuchino
和典 土野
Kenro Mitsuta
憲朗 光田
Kazutoshi Kaneyuki
和敏 金行
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact fuel reformer with the height controlled to be low. SOLUTION: In the fuel reforming device for generating a hydrogen enriched reformed gas from an alcohol, dimethyl ether or a hydrocarbon based fuel, a reforming part 8 where an endothermic reaction occurs, and catalytic combustion parts 7, 9 where an exothermic reaction occur, are formed into rectangular flat plate elements and the flat plate elements of the reforming part and the catalytic combustion parts are brought into close contact with each other horizontally so that the major side is made horizontal and the minor side is made vertical and are laminated to form a flat plate element laminated body and a manifold for air and the combustion gas along one of the minor side of the flat plate element and a manifold for the reformed gas and an off-gas along another minor side are provided.

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、例えば一般電源用
の可搬型燃料電池、あるいは電気自動車に搭載する燃料
電池等に必要な水素を生成するために用いられ、メタノ
ール等のアルコール原料、ジメチルエーテル、または天
然ガス等の炭化水素原料を水素リッチの改質ガスに変換
する燃料改質装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used, for example, for producing hydrogen necessary for a portable fuel cell for a general power supply or a fuel cell mounted on an electric vehicle. Also, the present invention relates to a fuel reformer for converting a hydrocarbon material such as natural gas into a hydrogen-rich reformed gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】一次燃料としてメタノール等のアルコー
ル原料、ジメチルエーテル、または天然ガス等の炭化水
素原料から水素リッチガスを製造する従来の技術として
は、例えば特願平9−45898号に開示した平板積層
構造の燃料改質装置がある。図9は、このような平板積
層構造の燃料改質装置の基本的構成を示す構成図であ
る。図において、31は液体原料加熱部、32は蒸発
部、33は蒸気過熱部、34は改質部、35はCO酸化
部、36a,36bは触媒燃焼部、37a,37bは熱
回収部であり、これらの部の各要素は、周囲に給気・排
気を行うマニホールド、内部に伝熱フィンを有した平板
状の平板要素に形成されている。図中、実線は液体原料
および原料ガスの流れ、破線は改質ガスの流れ、一点鎖
線は燃焼ガスの流れをそれぞれ示す。
2. Description of the Related Art As a conventional technique for producing a hydrogen-rich gas from an alcohol raw material such as methanol, dimethyl ether, or a hydrocarbon raw material such as natural gas as a primary fuel, there is known a plate-stacked structure disclosed in Japanese Patent Application No. 9-45898. Fuel reformer. FIG. 9 is a configuration diagram showing a basic configuration of such a fuel reforming apparatus having a flat plate lamination structure. In the figure, 31 is a liquid raw material heating section, 32 is an evaporating section, 33 is a vapor superheating section, 34 is a reforming section, 35 is a CO oxidizing section, 36a and 36b are catalytic combustion sections, and 37a and 37b are heat recovery sections. The elements of these parts are formed as a manifold for supplying and exhausting air to the surroundings, and a flat plate element having heat transfer fins therein. In the figure, the solid line indicates the flow of the liquid raw material and the raw material gas, the broken line indicates the flow of the reformed gas, and the dashed line indicates the flow of the combustion gas.

【0003】次にこの燃料改質装置の動作について説明
する。メタノールと水からなる液体原料を液体原料加熱
部31に供給する。メタノールと水の割合は所定のスチ
ーム・カーボン比(例えば1.5)になるように、予め
それぞれの流量を調節して設定する。メタノールと水は
液体原料加熱部31で隣接するCO酸化部35を流れる
改質ガスと熱交換することにより予熱される。予熱され
た液体原料を蒸発部32で蒸発させ、蒸発に必要な熱を
主に熱回収部37aの燃焼ガス排熱およびCO酸化部3
5の発熱により供給する。蒸発に必要な温度は150〜
200℃であり、CO酸化部35の入口温度は200〜
240℃、熱回収部の燃焼ガス温度は250℃以上にな
るので、蒸発の熱源として十分高い温度レベルであり、
蒸発熱として利用できる。
Next, the operation of this fuel reformer will be described. A liquid raw material composed of methanol and water is supplied to a liquid raw material heating unit 31. The ratio of methanol to water is set by adjusting the respective flow rates in advance so that a predetermined steam-carbon ratio (for example, 1.5) is obtained. The methanol and water are preheated by exchanging heat with the reformed gas flowing in the adjacent CO oxidizing unit 35 in the liquid raw material heating unit 31. The preheated liquid raw material is evaporated in the evaporating section 32, and the heat required for the evaporation is mainly recovered from the combustion gas exhaust heat of the heat recovery section 37a and the CO oxidizing section 3.
Supply by the heat of 5. The temperature required for evaporation is 150 ~
200 ° C., and the inlet temperature of the CO oxidation unit 35 is 200 to
240 ° C., the combustion gas temperature of the heat recovery section becomes 250 ° C. or higher, so it is a sufficiently high temperature level as a heat source for evaporation,
It can be used as heat of evaporation.

【0004】メタノール・水の蒸気を蒸気過熱部33で
改質温度300℃にまで過熱するため、蒸気過熱部33
の両側には加熱源として熱回収部37bと触媒燃焼部3
6aを設ける。触媒燃焼部の燃焼ガス温度は300℃以
上の高温であり、蒸気を300℃まで過熱するのに十分
な熱を保有する。過熱蒸気を改質部34に供給し、メタ
ノールとスチームを改質反応により水素と二酸化炭素に
変換する。改質反応に必要な熱は、改質部34の上下に
設けた触媒燃焼部36a,36bより供給する。触媒燃
焼部36a,36bでは、燃料電池の燃料極から排気さ
れ、未利用の水素を含んだ電池オフガス(以下オフガス
と称する)を燃焼用空気で燃焼させて、改質反応の加熱
源とする。改質部34の温度は、改質ガス中のCO濃度
が後のCO酸化部35で燃料電池の許容レベル以下まで
低減でき、かつ、生成する改質ガス流量に対して高い改
質率を確保できる温度(約300℃)とする。
Since the steam of methanol / water is heated to the reforming temperature of 300 ° C. in the steam heating section 33, the steam heating section 33
The heat recovery unit 37b and the catalyst combustion unit 3
6a is provided. The temperature of the combustion gas in the catalytic combustion section is a high temperature of 300 ° C. or more, and retains sufficient heat to superheat the steam to 300 ° C. The superheated steam is supplied to the reforming section 34, and the methanol and steam are converted into hydrogen and carbon dioxide by a reforming reaction. Heat required for the reforming reaction is supplied from catalytic combustion units 36a and 36b provided above and below the reforming unit 34. In the catalytic combustion sections 36a and 36b, a cell off-gas (hereinafter, referred to as off-gas) exhausted from the fuel electrode of the fuel cell and containing unused hydrogen is burned with combustion air to be used as a heating source for the reforming reaction. The temperature of the reforming section 34 is such that the CO concentration in the reformed gas can be reduced to below the allowable level of the fuel cell in the CO oxidizing section 35, and a high reforming rate is ensured with respect to the flow rate of the reformed gas to be generated. Temperature (approx. 300 ° C).

【0005】改質部34を出た改質ガスにはCO酸化用
空気がCO酸化部35に入る前に導入される。CO酸化
用空気の流量は、改質ガス中のCOを酸化するのに必要
な量以上の量(理論空気量に対して5〜10倍)相当の
流量を供給する。CO酸化部35の温度は、CO酸化に
適切な温度範囲110〜240℃になるように、CO酸
化部35を液体原料加熱部31と熱回収部37aの間に
設ける。CO酸化部35の改質ガスは、入口で150〜
200℃の蒸気や250℃の燃焼ガスと熱交換し、出口
で低温の液体原料と熱交換することにより、CO酸化に
適切な温度分布が維持される。CO酸化部35の出口で
燃料電池の許容レベル以下までCO濃度を低減した改質
ガスは、燃料改質装置から燃料電池の燃料極へと供給さ
れる。
[0005] The CO oxidizing air is introduced into the reformed gas exiting the reforming section 34 before entering the CO oxidizing section 35. The flow rate of the CO oxidizing air is supplied at a flow rate equal to or more than that required for oxidizing CO in the reformed gas (5 to 10 times the theoretical air amount). The CO oxidizing unit 35 is provided between the liquid raw material heating unit 31 and the heat recovery unit 37a so that the temperature of the CO oxidizing unit 35 is in a temperature range of 110 to 240 ° C. suitable for CO oxidation. The reformed gas of the CO oxidizing section 35 has
By exchanging heat with steam at 200 ° C. or combustion gas at 250 ° C., and exchanging heat with a low-temperature liquid raw material at the outlet, a temperature distribution suitable for CO oxidation is maintained. The reformed gas whose CO concentration has been reduced to an allowable level or less of the fuel cell at the outlet of the CO oxidizing unit 35 is supplied from the fuel reformer to the fuel electrode of the fuel cell.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料改質装置は
上記のように構成されており、例えば電気自動車用に用
いる場合に、燃料改質装置を固体高分子型燃料電池スタ
ックと一緒に座席の床下に置こうとすると、配置の関係
上、高さを14cm以下にする必要がある。しかしなが
ら、従来技術による燃料改質装置の構造は、構成要素で
ある略正方形状の平板要素を高さ方向に積層しているた
め、ある程度の高さとなる上に、燃料改質装置の上部に
給排用のガス配管を設置するので、全体の高さを制限内
に抑えられないという問題があった。
The conventional fuel reforming apparatus is configured as described above. For example, when the fuel reforming apparatus is used for an electric vehicle, the fuel reforming apparatus is installed in a seat together with a polymer electrolyte fuel cell stack. If it is going to be placed under the floor, the height needs to be 14 cm or less due to the arrangement. However, the structure of the fuel reformer according to the prior art has a certain height and is supplied to the upper part of the fuel reformer because the substantially square plate elements, which are the components, are stacked in the height direction. Since the exhaust gas pipe is installed, there is a problem that the entire height cannot be controlled within the limit.

【0007】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解決するためになされたものであり、高さを低く抑
えたコンパクトな燃料改質装置を提供することを目的と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide a compact fuel reformer having a reduced height.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成によ
る燃料改質装置は、アルコール、ジメチルエーテル、ま
たは炭化水素系燃料から水素リッチの改質ガスを生成す
る燃料改質装置において、吸熱反応が生じる改質部と発
熱反応が生じる触媒燃焼部とを長方形状の平板要素に形
成し、これら改質部と触媒燃焼部の平板要素を長辺が水
平になるように水平方向に密接させて積層して平板要素
積層体を構成し、上記平板要素の一方の短辺に沿って空
気および燃焼ガスのマニホールドを、他方の短辺に沿っ
て改質ガスおよびオフガスのマニホールドを設けたもの
である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas from an alcohol, dimethyl ether, or hydrocarbon fuel. The reforming section where the reaction occurs and the catalytic combustion section where the exothermic reaction occurs are formed in a rectangular flat plate element, and these reforming sections and the flat plate element of the catalytic combustion section are closely contacted in the horizontal direction so that the long sides are horizontal. The flat plate element laminate is formed by laminating, and a manifold for air and combustion gas is provided along one short side of the flat plate element, and a manifold for reformed gas and off gas is provided along the other short side. .

【0009】本発明の第2の構成による燃料改質装置
は、上記第1の構成に加えて、上記平板要素の中央付近
で平板要素の長辺に平行に、各平板要素を貫通する少な
くとも2本の支柱を通して平板要素積層体を積層方向に
締め付けるものである。
A fuel reforming apparatus according to a second structure of the present invention, in addition to the first structure, further comprises at least two fuel cells penetrating through each plate element in the vicinity of the center of the plate element in parallel with the long side of the plate element. The flat plate element stack is fastened in the stacking direction through the columns of the book.

【0010】本発明の第3の構成による燃料改質装置
は、上記第2の構成に加えて、上記支柱の周りに径の異
なる複数の皿バネを設け、上記支柱を軸として平板要素
積層体の両積層端部間に押し付け面圧を与えて上記平板
要素積層体を積層方向に締め付けるように構成したもの
である。
The fuel reforming apparatus according to a third configuration of the present invention, in addition to the second configuration, further comprises a plurality of disc springs having different diameters around the support, and the plate element stack having the support as an axis. And a pressing surface pressure is applied between both laminated ends to tighten the flat plate element laminated body in the laminating direction.

【0011】本発明の第4の構成による燃料改質装置
は、上記第1ないし第3の何れかの構成に加えて、上記
平板要素の両方の短辺近傍で短辺に沿って、各平板要素
を貫通する複数本の支柱を通して平板要素積層体を積層
方向に締め付けるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel reformer according to any one of the first to third aspects, wherein each flat plate element is provided along each short side near both short sides of the flat plate element. The flat plate element stack is fastened in the stacking direction through a plurality of columns penetrating the element.

【0012】本発明の第5の構成による燃料改質装置
は、上記第2ないし第4の何れかの構成に加えて、上記
支柱の周囲の空洞をガスマニホールドとして用いるもの
である。
A fuel reforming apparatus according to a fifth configuration of the present invention uses the cavity around the column as a gas manifold in addition to any one of the second to fourth configurations.

【0013】本発明の第6の構成による燃料改質装置
は、上記第1ないし第5の何れかの構成に加えて、改質
部と触媒燃焼部とを水平方向に複数個交互に積層したも
のである。
In a fuel reforming apparatus according to a sixth aspect of the present invention, in addition to any one of the first to fifth aspects, a plurality of reforming sections and catalytic combustion sections are alternately stacked in a horizontal direction. Things.

【0014】本発明の第7の構成による燃料改質装置
は、上記第1ないし第6の何れかの構成に加えて、アル
コールまたはエーテルを主成分とする液体原料を加熱す
る液体原料加熱部、加熱した液体原料を蒸発する蒸発
部、および蒸発した蒸気を改質部の温度まで過熱する蒸
気過熱部のうちの少なくとも1つを長方形状の平板要素
として備え、改質部および触媒燃焼部と共に積層したも
のである。
A fuel reformer according to a seventh aspect of the present invention, in addition to any one of the first to sixth aspects, further comprises a liquid material heating section for heating a liquid material mainly composed of alcohol or ether. At least one of an evaporator for evaporating the heated liquid raw material and a steam superheater for evaporating the evaporated vapor to the temperature of the reformer is provided as a rectangular flat plate element, and is stacked together with the reformer and the catalytic combustion unit. It was done.

【0015】本発明の第8の構成による燃料改質装置
は、上記第7の構成に加えて、上記蒸発部は、内部に良
熱伝導性材料からなるメッシュまたは多孔質の発泡金属
を有するものである。
According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the seventh aspect, in addition to the seventh aspect, the evaporating section has a mesh or a porous foam metal made of a material having good heat conductivity inside. It is.

【0016】本発明の第9の構成による燃料改質装置
は、上記第1ないし第8の何れかの構成に加えて、燃焼
ガスの排熱を回収する熱回収部を長方形状の平板要素と
して備え、改質部、液体原料加熱部、蒸発部、および蒸
気過熱部のうちの少なくとも1つと密接させて積層した
ものである。
The fuel reforming apparatus according to a ninth aspect of the present invention, in addition to any one of the first to eighth aspects, further comprises a heat recovery unit for recovering exhaust heat of the combustion gas as a rectangular flat plate element. And a lamination unit in close contact with at least one of a reforming unit, a liquid material heating unit, an evaporating unit, and a steam superheating unit.

【0017】本発明の第10の構成による燃料改質装置
は、上記第1ないし第9の何れかの構成に加えて、改質
部で生成した改質ガス中のCOを微量の空気を加えて選
択的に酸化することによりCO2に変換するCO酸化部
を長方形状の平板要素として備えると共に、これと隣接
して流路抵抗を調節する溝を設けた長方形状のCO酸化
用空気導入板を備えたものである。
A fuel reforming apparatus according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that, in addition to any one of the first to ninth aspects, CO in the reformed gas generated in the reforming section is added with a small amount of air. A rectangular CO-oxidizing unit for selectively oxidizing and converting to CO 2 as a rectangular flat plate element, and a rectangular CO-oxidizing air introducing plate provided with a groove adjacent thereto to adjust a flow path resistance. It is provided with.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、本発明に係
る燃料改質装置の実施の形態1を、液体原料をメタノー
ルと水とした場合で説明する。図1は実施の形態1によ
る燃料改質装置の代表的な構成を示す組み立て斜視図で
ある。図において、1はマニホールド端板である。2は
液体原料加熱部、3はCO酸化部、4はCO酸化用空気
導入板、5は熱回収部、6は気化部、7は触媒燃焼部で
あるメタノール燃焼部、8は改質部、9は触媒燃焼部で
あるオフガス燃焼部であり、これらの部の各要素は、周
囲に給気・排気を行うマニホールド、内部に伝熱フィン
を有した平板状の平板要素に形成されている。また、C
O酸化部3、改質部8、メタノール燃焼部7およびオフ
ガス燃焼部9は内部に固定した伝熱フィンの内側にCO
酸化触媒、改質触媒および燃焼触媒がそれぞれ充填され
ている。平板要素の詳細な構成については後述する。1
0はメタノール導入口、11は空気導入口、12は液体
原料導入口、13は改質ガス排出口、14はオフガス導
入口、15は燃焼ガス排出口である。本実施の形態で
は、平板要素は長方形状であり、長方形状の平板要素を
長辺が水平、短辺が垂直になるように水平方向に密接し
て積層して平板要素積層体を構成している。また、短辺
に沿ってマニホールドが設けられている。なお、本実施
の形態では、気化部6は液体原料を蒸発する蒸発部と蒸
発した蒸気を改質部の温度まで過熱する蒸気過熱部から
構成されているが、気化部の温度が十分に高く蒸発と蒸
気過熱の両方を行える場合には蒸発部のみから構成され
てもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, Embodiment 1 of the fuel reformer according to the present invention will be described in the case where the liquid raw materials are methanol and water. FIG. 1 is an assembled perspective view showing a typical configuration of the fuel reformer according to the first embodiment. In the drawing, reference numeral 1 denotes a manifold end plate. 2 is a liquid raw material heating section, 3 is a CO oxidation section, 4 is a CO oxidation air introduction plate, 5 is a heat recovery section, 6 is a vaporization section, 7 is a methanol combustion section which is a catalytic combustion section, 8 is a reforming section, Reference numeral 9 denotes an off-gas combustion section which is a catalytic combustion section, and each element of these sections is formed as a flat plate element having a manifold for supplying / exhausting gas around it and a heat transfer fin inside. Also, C
The O oxidizing section 3, the reforming section 8, the methanol burning section 7, and the off-gas burning section 9 are provided with CO 2 inside the heat transfer fin fixed inside.
An oxidation catalyst, a reforming catalyst, and a combustion catalyst are each filled. The detailed configuration of the flat plate element will be described later. 1
0 is a methanol inlet, 11 is an air inlet, 12 is a liquid raw material inlet, 13 is a reformed gas outlet, 14 is an off gas inlet, and 15 is a combustion gas outlet. In the present embodiment, the flat plate element has a rectangular shape, and a flat plate element having a rectangular shape is formed by closely laminating the flat plate elements in the horizontal direction such that the long sides are horizontal and the short sides are vertical. I have. In addition, a manifold is provided along the short side. In the present embodiment, the vaporizing section 6 is composed of an evaporating section for evaporating the liquid raw material and a vapor heating section for heating the evaporated vapor to the temperature of the reforming section, but the temperature of the vaporizing section is sufficiently high. When both evaporation and steam superheating can be performed, it may be constituted only by the evaporation section.

【0019】次に、本実施の形態による燃料改質装置の
動作を説明する。マニホールド端板1のメタノール導入
口10にメタノールを、空気導入口11に空気をそれぞ
れ供給する。メタノールと空気はメタノール燃焼部7に
至る流路の中で混合し、可燃混合気となってメタノール
燃焼部7に流れる。メタノール燃焼部7は平板中央の伝
熱フィンに燃焼触媒を充填した構造になっており、メタ
ノールと空気の可燃混合気を触媒表面で燃焼させる。燃
焼による発熱はメタノール燃焼部7に隣合う気化部6お
よび改質部8に伝わり、各平板の温度を上昇させる。
Next, the operation of the fuel reformer according to this embodiment will be described. Methanol is supplied to the methanol inlet 10 and air is supplied to the air inlet 11 of the manifold end plate 1. Methanol and air are mixed in a flow path leading to the methanol combustion section 7, and flow into the methanol combustion section 7 as a combustible air-fuel mixture. The methanol combustion section 7 has a structure in which a heat transfer fin at the center of the flat plate is filled with a combustion catalyst, and burns a combustible mixture of methanol and air on the catalyst surface. The heat generated by the combustion is transmitted to the vaporizing section 6 and the reforming section 8 adjacent to the methanol burning section 7 to increase the temperature of each plate.

【0020】気化部6の温度がメタノールと水の蒸発に
十分な高い温度になった時、マニホールド端板1の液体
原料導入口12にメタノールと水の混合液を供給する。
メタノールと水の混合割合は所定のスチーム・カーボン
比(例えば1.5)になるように、予めそれぞれの流量
を調節して設定する。上記従来技術の場合と同様に、メ
タノールと水は液体原料加熱部2で隣接するCO酸化部
3を流れる改質ガスと熱交換することにより予熱され
る。予熱された液体原料を気化部6で蒸発させるととも
にメタノールと水の蒸気を改質温度300℃にまで過熱
する。
When the temperature of the vaporizing section 6 becomes high enough to evaporate methanol and water, a mixed liquid of methanol and water is supplied to the liquid material inlet 12 of the manifold end plate 1.
The mixing ratio of methanol and water is set by adjusting the respective flow rates in advance so that a predetermined steam-carbon ratio (for example, 1.5) is obtained. As in the case of the above-mentioned prior art, methanol and water are preheated by exchanging heat with the reformed gas flowing in the adjacent CO oxidizing unit 3 in the liquid raw material heating unit 2. The preheated liquid raw material is evaporated in the vaporizing section 6 and the vapor of methanol and water is heated to the reforming temperature of 300 ° C.

【0021】図2に気化部6の構造を示す。図におい
て、50はメタノールマニホールド、51は空気マニホ
ールド、52は液体原料マニホールド、53は改質ガス
マニホールド、54はオフガスマニホールド、55は燃
焼ガスマニホールドである。各マニホールド50〜55
は平板要素の短辺に沿って配置されている。本実施の形
態のように長方形状の平板要素を長辺を水平、短辺を垂
直にして水平方向に積層し、短辺に沿ってマニホールド
を配置した場合には、図2に示すように、液体原料は気
化部6すなわち蒸発部の気化面すなわち蒸発面に側方か
ら供給されることになり、液体原料が気化面全体に広が
らずに供給口の近傍のみで気化が起こる可能性がある。
そこで、図2に示すように、面内にステンレススチール
やアルミニウムや銅等の良熱伝導性材料からなるメッシ
ュ60や多孔質の発泡金属等を配置して気化が起こる部
分の表面積を拡大させることにより、安定な蒸発が可能
となる。蒸発したメタノールと水の蒸気は、空気マニホ
ールド51と燃焼ガスマニホールド55に隣接した蒸気
マニホールド56を通って、次の蒸気過熱部に導入され
る。
FIG. 2 shows the structure of the vaporizing section 6. In the figure, 50 is a methanol manifold, 51 is an air manifold, 52 is a liquid raw material manifold, 53 is a reformed gas manifold, 54 is an off gas manifold, and 55 is a combustion gas manifold. Each manifold 50-55
Are arranged along the short side of the flat plate element. As shown in FIG. 2, when rectangular flat plate elements are horizontally stacked with the long side horizontal and the short side vertical as in this embodiment, and the manifold is arranged along the short side, as shown in FIG. The liquid raw material is supplied to the vaporizing section 6, that is, the vaporizing surface of the evaporating section, that is, the vaporizing surface from the side, and the liquid raw material may not be spread over the entire vaporizing surface, but may be vaporized only near the supply port.
Therefore, as shown in FIG. 2, a mesh 60 made of a good heat conductive material such as stainless steel, aluminum, or copper, a porous foamed metal, or the like is arranged in the plane to increase the surface area of a portion where vaporization occurs. Thereby, stable evaporation becomes possible. The vapor of the evaporated methanol and water passes through the air manifold 51 and the steam manifold 56 adjacent to the combustion gas manifold 55, and is introduced into the next steam superheater.

【0022】気化部6を出たメタノールと水の過熱蒸気
を改質部8に供給して改質反応により水素と二酸化炭素
に変換する。蒸発および改質反応に必要な熱は、当初
は、隣のメタノール燃焼部7から供給する。改質部8を
出た改質ガスにはCO酸化用空気をCO酸化部3に入る
前にCO酸化用空気導入板4で供給する。CO酸化用空
気は、改質ガス中のCOを酸化するのに必要な量以上の
量(理論空気量に対して3〜5倍)に相当する流量を供
給する。
The superheated steam of methanol and water exiting the vaporizing section 6 is supplied to the reforming section 8 and converted into hydrogen and carbon dioxide by a reforming reaction. The heat required for the evaporation and reforming reactions is initially supplied from an adjacent methanol combustion section 7. The CO oxidizing air is supplied to the reformed gas exiting the reforming section 8 by the CO oxidizing air introducing plate 4 before entering the CO oxidizing section 3. The CO oxidizing air is supplied at a flow rate corresponding to an amount (3 to 5 times the theoretical air amount) that is greater than or equal to the amount necessary to oxidize CO in the reformed gas.

【0023】図3にCO酸化用空気導入板4の構成の一
例を示す。図において、57は流路抵抗を調節して空気
流量を調節するための溝であり、CO酸化用空気導入板
4を貫通しない所定の深さを有する。マニホールド端板
1の空気導入口11から空気マニホールド51に導入さ
れた空気は、CO酸化用空気導入板4の入口で燃焼用空
気とCO酸化用空気に分岐される。1kW相当の発電量
で燃焼用空気とCO酸化用空気の流量は、それぞれ30
L/minと3L/minである。燃焼用空気の流量は
燃料利用率75%とし、オフガス中の水素に対して空気
比3(理論空気量の3倍)で設定した。一方、CO酸化
用空気の流量はCO酸化前のCO濃度を1%とし、CO
に対して空気比5(理論空気量の5倍)で設定した。C
O酸化用空気導入板4には、空気の流れに対して抵抗と
なるコルゲート・フィン、あるいは、図3に示すように
流路抵抗を調節する溝56を設け、CO酸化用空気の流
量を燃焼用空気の1/10に調整する。CO酸化用空気
導入板4の出口は改質ガスマニホールド53とつなが
り、改質ガスとCO酸化用空気がCO酸化部3に入る前
に予混合される。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the air introducing plate 4 for CO oxidation. In the figure, reference numeral 57 denotes a groove for adjusting the air flow rate by adjusting the flow path resistance, and has a predetermined depth which does not penetrate the CO oxidation air introduction plate 4. The air introduced into the air manifold 51 from the air inlet 11 of the manifold end plate 1 is branched into combustion air and CO oxidation air at the inlet of the CO oxidation air introduction plate 4. At a power generation amount of 1 kW, the flow rates of the combustion air and the CO oxidation air are 30
L / min and 3 L / min. The flow rate of the combustion air was set to a fuel utilization of 75%, and the air ratio was set to 3 (three times the theoretical air amount) with respect to hydrogen in the off-gas. On the other hand, the flow rate of the CO oxidation air is such that the CO concentration before the CO oxidation is 1%,
Was set at an air ratio of 5 (5 times the theoretical air amount). C
The O-oxidizing air introduction plate 4 is provided with corrugated fins which provide resistance to the flow of air or grooves 56 for adjusting the flow path resistance as shown in FIG. Adjust to 1/10 of the working air. The outlet of the CO oxidizing air introducing plate 4 is connected to the reformed gas manifold 53, and the reformed gas and the CO oxidizing air are premixed before entering the CO oxidizing section 3.

【0024】従来の場合と同様に、CO酸化部3の温度
は、CO酸化に適切な温度範囲110〜240℃になっ
ており、CO酸化部3の改質ガスは、入口で150〜2
00℃の蒸気や250℃の燃焼ガスと熱交換し、出口で
低温の液体原料と熱交換することにより、CO酸化に適
切な温度分布が維持される。CO酸化部3の出口で燃料
電池の許容レベル以下までCO濃度を低減した改質ガス
は、マニホールド端板1の改質ガス排出口13から燃料
電池の燃料極へと供給される。
As in the conventional case, the temperature of the CO oxidizing section 3 is in a temperature range of 110 to 240 ° C. suitable for CO oxidation, and the reformed gas of the CO oxidizing section 3 is supplied to the inlet at 150 to 2 ° C.
By exchanging heat with steam at 00 ° C. or combustion gas at 250 ° C. and exchanging heat with a low-temperature liquid raw material at the outlet, a temperature distribution suitable for CO oxidation is maintained. The reformed gas whose CO concentration has been reduced to an allowable level or less of the fuel cell at the outlet of the CO oxidizing unit 3 is supplied from the reformed gas outlet 13 of the manifold end plate 1 to the fuel electrode of the fuel cell.

【0025】本実施の形態による横積み平板積層型の燃
料改質装置の隣にはPEFC電池(固体高分子型燃料電
池)スタックを設置し、燃料改質装置の改質ガスをPE
FC電池の燃料極入口に導入し、燃料極出口のオフガス
を燃料改質装置のオフガス導入口14に導入する。オフ
ガス導入口14に導入されたオフガスはオフガス燃焼部
9に供給され、オフガス燃焼の発熱により改質部8に熱
を伝える。改質部8の温度はメタノール燃焼およびオフ
ガス燃焼の両方により上昇し、改質反応に適切な温度3
00℃になった時、メタノールの供給を停止してオフガ
ス燃焼だけによる定常運転に切り替える。メタノール燃
焼部7、オフガス燃焼部9を出た燃焼ガスは熱回収部5
に入り、蒸発に必要な熱が回収された後、マニホールド
端板の燃焼ガス排出口15より排気する。なお、本実施
の形態ではメタノール燃焼部7を設けて、燃料改質装置
立上げ当初の熱源としたが、電熱器等他の手段によって
もよい。また、オフガス燃焼部9を図8で示した従来例
の場合と同様に改質部8と気化部6の間にも設けてもよ
い。さらに、気化部6における蒸発部と蒸気過熱部の間
にも熱回収部を設けてもよい。
A PEFC (solid polymer fuel cell) stack is installed next to the horizontal-stacked flat-bed type fuel reformer according to this embodiment, and the reformed gas of the fuel reformer is supplied to the PE.
The fuel gas is introduced into the fuel cell inlet of the FC battery, and the off-gas at the fuel electrode outlet is introduced into the off-gas inlet 14 of the fuel reformer. The off-gas introduced into the off-gas inlet 14 is supplied to the off-gas combustion unit 9 and transfers heat to the reforming unit 8 by the heat generated by the off-gas combustion. The temperature of the reforming section 8 is increased by both methanol combustion and off-gas combustion, and the temperature 3
When the temperature reaches 00 ° C., the supply of methanol is stopped, and the operation is switched to a steady operation using only off-gas combustion. The combustion gas exiting the methanol combustion section 7 and the off-gas combustion section 9 is supplied to the heat recovery section 5.
After the heat necessary for evaporation is recovered, the exhaust gas is exhausted from the combustion gas outlet 15 of the manifold end plate. In the present embodiment, the methanol combustion section 7 is provided and used as a heat source when the fuel reforming apparatus is started up. However, another means such as an electric heater may be used. Further, the off-gas burning section 9 may be provided between the reforming section 8 and the vaporizing section 6 as in the case of the conventional example shown in FIG. Further, a heat recovery section may be provided between the evaporating section and the steam superheating section in the vaporizing section 6.

【0026】つぎに、平板要素の構成の一例について説
明する。図4において、16は伝熱平板、17は断熱平
板、18aは接合面、18bは反応有効面である。図4
(a)はメタノール燃焼部の平板要素の構成を示す分解
斜視図、(b)は接合後のメタノール燃焼部の平板要素
を示す斜視図である。
Next, an example of the configuration of the flat plate element will be described. In FIG. 4, 16 is a heat transfer flat plate, 17 is a heat insulating flat plate, 18a is a joining surface, and 18b is a reaction effective surface. FIG.
(A) is an exploded perspective view showing a configuration of a flat plate element of a methanol burning section, and (b) is a perspective view showing a flat plate element of a methanol burning section after joining.

【0027】伝熱平板16は厚さ0.5〜1.0mm
で、材質は熱伝導性の良好なアルミニウムあるいはアル
ミニウム合金である。伝熱平板16に開ける穴は、空気
51、燃焼ガス55、オフガス54、改質ガス53、お
よびメタノール蒸気56の各マニホールドである。板の
寸法形状は、短辺すなわち高さが例えば12cm、長辺
すなわち巾が30cm〜40cmの長方形とする。伝熱
平板16は平板外周の接合面18aと平板中央の反応有
効面18bとから成る。なお、図では分かりやすいため
接合面18aにはハッチングを施して示している。
The heat transfer flat plate 16 has a thickness of 0.5 to 1.0 mm.
The material is aluminum or an aluminum alloy having good thermal conductivity. Holes formed in the heat transfer flat plate 16 are manifolds for air 51, combustion gas 55, off gas 54, reformed gas 53, and methanol vapor 56. The dimensional shape of the plate is a rectangle whose short side, that is, height is, for example, 12 cm, and whose long side, that is, width, is 30 cm to 40 cm. The heat transfer flat plate 16 includes a joining surface 18a on the outer periphery of the flat plate and a reaction effective surface 18b at the center of the flat plate. In the figure, the joining surface 18a is hatched for easy understanding.

【0028】断熱平板17は厚さ2.0〜4.0mm
で、この厚さは反応有効面18bに充填する触媒の大き
さや伝熱フィンの高さに依存する。断熱平板17の外形
は伝熱平板16と同じで、内部の反応有効部分をくり抜
いて、各マニホールドのうち、要素が必要とする入口と
出口の2カ所につながり、入り口から出口にガスが流れ
るように流路を構成する。すなわち図3ではメタノール
マニホールド50からメタノール蒸気マニホールド56
にガスが流れるように流路を構成する。断熱平板17の
材質は断熱性能の良好なシリコンやポリテトラフルオロ
エチレン等のフッ素系合成樹脂、あるいは膨張黒鉛やス
テンレスなどの比較的熱伝導性の低い金属などを用い
る。
The heat-insulating flat plate 17 has a thickness of 2.0 to 4.0 mm.
This thickness depends on the size of the catalyst and the height of the heat transfer fins filling the reaction effective surface 18b. The outer shape of the heat-insulating flat plate 17 is the same as that of the heat transfer flat plate 16, and the inside of the effective reaction portion is hollowed out, connected to two points of each manifold, the inlet and the outlet required by the element, so that the gas flows from the inlet to the outlet. A flow path is formed. That is, in FIG.
The flow path is configured so that gas flows through the flow path. As the material of the heat insulating flat plate 17, a fluorine-based synthetic resin such as silicon or polytetrafluoroethylene having good heat insulating performance, or a metal having relatively low thermal conductivity such as expanded graphite or stainless steel is used.

【0029】所定の形状に加工した伝熱平板16および
断熱平板17の接合面18aにシリコンあるいはフッ素
系合成樹脂の接着剤、あるいは、フィルム状加熱硬化形
接着剤を塗布し、両者を貼り合わせる。平板の接合に
は、この他にろう付け、はんだ付け、溶接などがあり、
各平板要素の動作温度に応じて適切な接合方法を選ぶ。
例えば、200℃以下の低温部分にはシリコンあるいは
フッ素系合成樹脂の接着剤を用い、180〜260℃の
温度では91Sn−9Zn系の低温はんだ、260〜3
70℃の温度では70Zn−30Sn系の中温はんだ、
370〜430℃では95Zn−5Al系の高温はん
だ、それ以上の高温ではAl系やSi系のブレージング
シートによるろう付けを行う。接合した各平板要素には
反応有効面に伝熱フィンと、必要に応じて各要素に応じ
た触媒を充填し、このようにして製作した平板要素を4
フッ化エチレン系等のシールシートを介在させて積層し
て、燃料改質装置全体を構成する。
An adhesive made of silicon or a fluorine-based synthetic resin or a film-shaped heat-curable adhesive is applied to the bonding surface 18a of the heat transfer flat plate 16 and the heat insulating flat plate 17 which have been processed into a predetermined shape, and both are bonded. Other methods for joining flat plates include brazing, soldering, and welding.
An appropriate joining method is selected according to the operating temperature of each flat element.
For example, an adhesive of silicon or a fluorine-based synthetic resin is used for a low temperature portion of 200 ° C. or less, and a low temperature solder of 91Sn-9Zn is used at a temperature of 180 to 260 ° C.
At a temperature of 70 ° C, a 70Zn-30Sn-based medium-temperature solder,
At 370 to 430 ° C., brazing is performed with a 95Zn-5Al-based high-temperature solder, and at higher temperatures, an Al-based or Si-based brazing sheet is used. Each of the joined plate elements is filled with a heat transfer fin on a reaction effective surface and a catalyst according to each element as necessary.
The entire fuel reforming apparatus is formed by laminating with a seal sheet made of fluoroethylene or the like interposed therebetween.

【0030】このように平板を伝熱平板16と断熱平板
17に分けることにより、薄板と厚板のレーザ切断など
量産化に適した加工方法を採用することができる。レー
ザ切断の加工時間は1平板当たり数分であり、伝熱平板
16と断熱平板17に分けないで反応有効部分を切削加
工した場合の加工時間は約1時間であるので、大幅な加
工時間の節約となる。また、伝熱平板16により反応有
効面18bの熱伝導性を良好に保持しながら、断熱平板
17により周囲への放熱損失を低減することができる。
By dividing the flat plate into the heat transfer flat plate 16 and the heat insulating flat plate 17 as described above, a processing method suitable for mass production such as laser cutting of a thin plate and a thick plate can be adopted. The processing time of laser cutting is several minutes per flat plate, and the processing time when the reactive effective portion is cut without dividing into the heat transfer flat plate 16 and the heat insulating flat plate 17 is about 1 hour. Save money. Moreover, the heat-insulating flat plate 17 can reduce the heat dissipation loss to the surroundings while the heat transfer flat plate 16 keeps the thermal conductivity of the reaction effective surface 18b good.

【0031】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、長方形状の平板要素を用い、その長辺を水平、短辺
を垂直にして水平方向に積層しているので、給排用のガ
ス配管を側部に設置でき、燃料改質装置の高さは平板要
素の短辺の長さに依存することになり、低く抑えること
ができる。さらに、各マニホールドをその短辺に沿って
設けたので、平板要素の長方形状を有効に利用して反応
有効面積を縮小することなく高さを低く抑えたコンパク
トな燃料改質装置が得られる。なお、短辺は垂直方向か
ら多少ずれていてもよく、この場合は、平板要素が縦横
比のあまり大きくない長方形状であり短辺の長さが例え
ば12cmより長くても、燃料改質装置の高さを12c
m以内に抑えることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a rectangular flat plate element is used, and its long side is horizontal and its short side is vertical, and is horizontally stacked. The gas pipe can be installed on the side, and the height of the fuel reformer depends on the length of the short side of the flat plate element, and can be kept low. Further, since each manifold is provided along the short side thereof, a compact fuel reformer having a reduced height without effectively reducing the effective reaction area by effectively utilizing the rectangular shape of the plate element can be obtained. Note that the short side may be slightly displaced from the vertical direction. In this case, even if the flat plate element has a rectangular shape whose aspect ratio is not so large and the length of the short side is longer than 12 cm, for example, the fuel reformer Height 12c
m.

【0032】実施の形態2.つぎに、本発明の実施の形
態2による燃料改質装置について説明する。図5は本発
明の実施の形態2による燃料改質装置の全体構成を示す
斜視図、図6は図5の燃料改質装置に用いられる平板要
素の一例を示す平面図である。図において、23は平板
要素の中央部で平板要素の長辺に平行に並んで2本設け
られた支柱、24はOリング等のシール部材、25は平
板要素の周囲に配置した支柱、26は平板要素の短辺に
沿って配置したマニホールドの内部を通る支柱である。
また、101は端版であり、マニホールド端板1と共に
例えばステンレススチールやチタンで形成され、両端板
1,101間に各平板要素が挟持されている。本実施の
形態では、メタノールマニホールド50と液体原料マニ
ホールド52は平板中央の支柱23の周りに形成されて
いる。
Embodiment 2 FIG. Next, a fuel reforming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view showing an overall configuration of a fuel reformer according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing an example of a flat plate element used in the fuel reformer of FIG. In the drawing, reference numeral 23 denotes a central portion of the flat plate element, two columns provided in parallel with the long side of the flat plate element, 24 a sealing member such as an O-ring, 25 a post disposed around the flat plate element, and 26 a column. It is a column passing through the inside of the manifold arranged along the short side of the flat plate element.
Reference numeral 101 denotes an end plate, which is formed of, for example, stainless steel or titanium together with the manifold end plate 1, and each flat plate element is sandwiched between the end plates 1 and 101. In the present embodiment, the methanol manifold 50 and the liquid raw material manifold 52 are formed around the column 23 at the center of the flat plate.

【0033】図5に示すように長方形状の端板1,10
1の周縁部に複数本の支柱25を通して平板積層型燃料
改質装置の周囲に配置する。支柱25の先端には数cm
長さの直径6mm〜8mm(M6〜M8)のネジ部を設
け、皿バネを通して両端をナット29で締め付ける。こ
れにより平板要素積層体は積層方向に締め付けられる。
平板要素の短辺に沿った周縁部と平板要素の中央部分に
も複数本の支柱26,23を通し、支柱26,23の両
端をナット29で締め付けて←追加いる。平板要素の中
央部分に配置した支柱23により反応有効面が占める平
板の中央部にも荷重を加えることにより、伝熱フィンを
設けて構成した反応有効面にも均一に荷重がかかり、仕
切板と伝熱フィンとの接触が良好になって熱抵抗が小さ
くなり、積層方向の熱伝導が促進され、燃焼熱が速やか
に伝えられ、改質反応や蒸発が速やかに進行するように
できる。また、平板要素の短辺近傍で短辺に沿って配置
した支柱26で平板要素の短辺に沿って設けられたマニ
ホールドの周辺部分を締め付けることにより、ガスリー
クを防止することができる。
As shown in FIG. 5, rectangular end plates 1, 10
A plurality of pillars 25 are passed around the periphery of one and are arranged around the flat plate type fuel reformer. Several cm at the tip of the support 25
A thread portion having a length of 6 mm to 8 mm (M6 to M8) is provided, and both ends are tightened with nuts 29 through a disc spring. Thereby, the flat plate element laminate is fastened in the laminating direction.
A plurality of struts 26 and 23 are also passed through the peripheral portion along the short side of the flat plate element and the central portion of the flat plate element, and both ends of the struts 26 and 23 are tightened with nuts 29 and added. By applying a load also to the central portion of the flat plate occupied by the reaction effective surface occupied by the column 23 disposed at the center portion of the flat plate element, the load is uniformly applied to the reaction effective surface formed by providing the heat transfer fins and the partition plate. Good contact with the heat transfer fins reduces thermal resistance, promotes heat conduction in the laminating direction, quickly transfers heat of combustion, and allows the reforming reaction and evaporation to proceed quickly. Further, gas leakage can be prevented by tightening the peripheral portion of the manifold provided along the short side of the flat plate element with the column 26 arranged along the short side near the short side of the flat plate element.

【0034】また、図6に示すように中央部分に通した
2本の支柱23の周囲にはそれぞれ空洞を設けてマニホ
ールド化し、液体原料とメタノールを流し、空間を有効
に利用する。液体原料は気化部、メタノールはメタノー
ル燃焼部に供給する。このように液体を改質装置の中央
部分に流すことにより液体を加熱し、速やかに蒸発させ
ることができる。また、平板要素の短辺に沿って配置し
た空気、燃焼ガス、オフガス、改質ガスのマニホールド
51、53〜55の中心にも支柱26を通し、これらの
マニホールド51、53〜55の周辺部分を優先的に締
め付けることにより、ガスリークを防止することができ
る。
As shown in FIG. 6, a cavity is provided around each of the two columns 23 passing through the central portion to form a manifold, and the liquid raw material and methanol are allowed to flow to effectively use the space. The liquid raw material is supplied to the vaporization section, and the methanol is supplied to the methanol combustion section. In this way, by flowing the liquid to the central portion of the reformer, the liquid can be heated and quickly evaporated. In addition, the column 26 is also passed through the center of the manifolds 51, 53 to 55 for air, combustion gas, off gas, and reformed gas arranged along the short side of the flat plate element, and the peripheral portions of these manifolds 51, 53 to 55 are formed. By preferentially tightening, gas leakage can be prevented.

【0035】なお、図5および6では平板要素の中央部
に2本の支柱23を設けた場合を示しているが、支柱2
3は2本以上であればよく、さらに、平板要素の長辺に
平行に並べて配置した方が平板要素の反応有効面に均一
に荷重をかけることができるので好ましい。また、平板
要素の短辺に沿って配置する支柱26も2本以上であれ
ばよい。また、中央部分に設けるマニホールドは液体原
料52やメタノール50に限るものではなく、空気5
1、燃焼ガス55、オフガス54、改質ガス52の何れ
でもよく、流れの中央部分での吸い込みや湧き出しをつ
くることにより、対流熱伝達を促進することができる。
FIGS. 5 and 6 show the case where two columns 23 are provided at the center of the flat plate element.
The number 3 may be two or more, and it is more preferable to arrange them in parallel with the long side of the flat plate element because a uniform load can be applied to the reaction effective surface of the flat plate element. Further, the number of the columns 26 arranged along the short side of the flat plate element may be two or more. Further, the manifold provided at the center portion is not limited to the liquid raw material 52 or the methanol 50, but may be air 5
1. Any of the combustion gas 55, the off-gas 54, and the reformed gas 52 may be used. By creating a suction or a well at the center of the flow, convection heat transfer can be promoted.

【0036】実施の形態3.つぎに、本発明の実施の形
態3による燃料改質装置について説明する。図7は本発
明の実施の形態3による燃料改質装置の全体構成を示す
断面図であり、燃料改質装置を垂直方向に切断して示し
ている。本実施の形態では、平板要素の中央付近に実施
の形態2と同様に平板要素の長手方向に並んで2本設け
られた支柱23の周りに皿バネガイドと径の異なる複数
の皿バネを配して平板要素に締め付け荷重を加えてい
る。図において、27は皿バネガイド、28aは径の大
きな皿バネ、28bは径の小さな皿バネ、29は締め付
けナット、30はシール部材であり例えばOリングであ
る。
Embodiment 3 Next, a fuel reforming apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a fuel reformer according to Embodiment 3 of the present invention, and shows the fuel reformer cut in a vertical direction. In the present embodiment, a plurality of disc springs having different diameters from a disc spring guide are arranged around two support columns 23 arranged in the longitudinal direction of the plate element near the center of the plate element as in the second embodiment. The clamping load is applied to the flat plate element. In the figure, 27 is a disc spring guide, 28a is a large diameter disc spring, 28b is a small diameter disc spring, 29 is a fastening nut, and 30 is a sealing member, for example, an O-ring.

【0037】マニホールド端板1や各平板要素には、支
柱23の周辺に、ガスリークを防止するためにOリング
溝を設け、Oリング30をはめ込む。支柱23は例えば
M10のステンレス製ボルトで、皿バネガイド27に径
の大きな皿バネ28aと径の小さな皿バネ28bを設け
て支柱の周りに均一に面圧をかける。皿バネ28aは例
えば、外径が112mm、内径が57mm、板厚4.0
mmの皿バネを3枚重ねたもので、皿バネ28bは外径
50mm、内径25.4mm、板厚1.9mmを3枚重
ねたものであり、大きい皿バネ28aと小さい皿バネ2
8bで平板要素積層体の高さ(例えば12cm)方向全
体をカバーし、それぞれの外径部分がマニホールド端板
1に当たるように配置し、皿バネガイド27によりナッ
ト29を用いて平板要素積層体の両端部間に端板1を介
して押し付け面圧を与えて平板要素積層体を積層方向に
締め付けている。
An O-ring groove is provided in the manifold end plate 1 and each plate element around the column 23 to prevent gas leakage, and the O-ring 30 is fitted therein. The column 23 is, for example, an M10 stainless steel bolt. A large-diameter disk spring 28a and a small-diameter disk spring 28b are provided on the disk spring guide 27 to apply a uniform surface pressure around the column. The disc spring 28a has, for example, an outer diameter of 112 mm, an inner diameter of 57 mm, and a plate thickness of 4.0.
mm disc springs are stacked, and a disc spring 28b is formed by stacking three outer diameters of 50 mm, an inner diameter of 25.4 mm, and a plate thickness of 1.9 mm.
8b, the entire height (for example, 12 cm) of the flat plate element stack is covered, and each outer diameter portion is arranged so as to abut on the manifold end plate 1, and both ends of the flat plate element stack using nuts 29 by a disc spring guide 27. Pressing surface pressure is applied between the portions via the end plate 1 to clamp the flat plate element laminate in the laminating direction.

【0038】径の大きな皿バネ28aは1mmの変形で
350kgfの荷重がかかり、径の小さな皿バネ28b
は1mmの変形で150kgfの荷重がかかる。両皿バ
ネ28a,28bの変形量が1.15mmになるように
締め付けたところ、平板要素積層体にかかる締め付け荷
重は580kgfとなり、平均4kgf/cm2の面圧
がかかった。この時、端板1と液体原料加熱部2の平板
の間に面圧センサーを挿入して端板1と液体原料加熱部
2の接触面全体での荷重のバラツキを測定したところ、
プラスマイナス0.1kgf/cm2の範囲で面圧が分
布していることが確認できた。
The large-diameter disc spring 28a is subjected to a load of 350 kgf with a deformation of 1 mm, and the small-diameter disc spring 28b
Has a load of 150 kgf with a deformation of 1 mm. When the plate springs 28a and 28b were tightened so that the deformation amount was 1.15 mm, the tightening load applied to the plate element laminate was 580 kgf, and an average surface pressure of 4 kgf / cm 2 was applied. At this time, a surface pressure sensor was inserted between the end plate 1 and the flat plate of the liquid raw material heating unit 2 to measure the variation of the load on the entire contact surface between the end plate 1 and the liquid raw material heating unit 2.
It was confirmed that the surface pressure was distributed in the range of ± 0.1 kgf / cm 2 .

【0039】皿バネの径の組み合わせに関しては、大き
い方の外径が平板の短辺、即ち燃料改質装置の高さの9
5%付近、小さい方の外径が30〜50%付近のとき、
最も良い圧力分布を示した。なお、本実施例では径の異
なる2種類の皿バネを用いたが、3種類以上の皿バネを
同心円状に配置しても同等以上の効果が得られる。本実
施の形態において、選択した皿バネのばね定数を外径で
割るとそれぞれ3.1となり同じ変形量に対して周長あ
たりにかかる荷重は同じとなる。異なるばね定数の皿バ
ネを用いて面圧分布を測定したところ、各皿バネのばね
定数と外径の商は20%以内の違いであればほぼ問題な
く良い面圧分布が得られた。
Regarding the combination of the diameters of the disc springs, the larger outer diameter is the shorter side of the flat plate, that is, the height of the fuel reformer, which is 9%.
Around 5%, when the smaller outer diameter is around 30-50%,
The best pressure distribution was shown. In this embodiment, two types of disc springs having different diameters are used. However, even if three or more types of disc springs are arranged concentrically, the same or better effect can be obtained. In the present embodiment, when the spring constant of the selected disc spring is divided by the outer diameter, it becomes 3.1, and the load applied per circumference for the same deformation amount is the same. When the surface pressure distribution was measured using disc springs having different spring constants, a good surface pressure distribution was obtained with almost no problem if the difference between the spring constant and the outer diameter of each disc spring was within 20%.

【0040】実施の形態4.図8は本発明の実施の形態
4による燃料改質装置の構成を各部の温度分布と共に示
す説明図である。なお、燃料改質装置の構成は、燃料改
質装置を垂直方向に切断して示している。本実施の形態
では、CO酸化部3、液体原料加熱部2、気化部6、改
質部8、および触媒燃焼部9の各要素はそれぞれ実施の
形態1と同様に短辺に沿って給気・排気を行うマニホー
ルド、内部に伝熱フィンを有した長方形状の平板要素に
形成されており、これらの平板要素を長辺が水平、短辺
が垂直になるように水平方向に密接させて積層して平板
要素積層体を構成している。
Embodiment 4 FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel reforming apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, together with the temperature distribution of each part. The configuration of the fuel reformer is shown by cutting the fuel reformer in the vertical direction. In the present embodiment, each element of the CO oxidizing unit 3, the liquid raw material heating unit 2, the vaporizing unit 6, the reforming unit 8, and the catalytic combustion unit 9 supplies air along the short side similarly to the first embodiment.・ Exhaust manifold, formed as rectangular flat plate elements with heat transfer fins inside, and stacking these flat plate elements in horizontal direction so that long sides are horizontal and short sides are vertical To form a flat plate element laminate.

【0041】また、本実施の形態では、吸熱反応が生じ
る改質部8と発熱反応が生じる触媒燃焼部9とを複数個
交互に積層した積層体の両側に気化部6、液体原料加熱
部2、およびCO酸化部3を対称に配置しており、図に
示すように左右対称の温度分布を形成している。図8で
は、改質部8の平板要素を8層積層した改質ブロックを
3ブロックと、燃焼用空気とオフガスを供給する触媒燃
焼部9の平板要素を2層積層した触媒燃焼ブロックを4
ブロック備え、改質ブロックを挟むように触媒燃焼ブロ
ックが配置されている。
In this embodiment, a vaporizing section 6 and a liquid raw material heating section 2 are provided on both sides of a laminate in which a plurality of reforming sections 8 in which an endothermic reaction takes place and a catalytic combustion section 9 in which an exothermic reaction takes place. , And the CO oxidized portion 3 are symmetrically arranged to form a symmetrical temperature distribution as shown in the figure. In FIG. 8, three reforming blocks in which eight flat plate elements of the reforming section 8 are stacked and four catalytic combustion blocks in which two flat plate elements of the catalytic combustion section 9 that supplies combustion air and off-gas are stacked.
A block is provided, and a catalytic combustion block is arranged so as to sandwich the reforming block.

【0042】このように、改質部8は全部で24層、触
媒燃焼部9は全部で8層になり、改質部8と触媒燃焼部
9の積層数の比率は3:1で改質部8を多くしている。
この比率は主に改質部8と触媒燃焼部9の反応速度の差
によるもので、改質反応は燃焼反応に比べて反応速度が
遅く、これらの反応速度をそろえるには、改質部8は触
媒燃焼部9に対して3倍の容積の触媒充填量を必要とす
る。なお、改質ブロック内で特に積層方向(厚み方向)
の温度分布に著しい温度差を生じる場合には、触媒燃焼
部9を挟み込むピッチを密にして、例えば、改質部6層
あるいは4層毎に触媒燃焼部9を設ければよい。また、
本実施の形態では、CO酸化部3、液体原料加熱部2、
および気化部6もそれぞれの平板要素を複数層積層して
構成している。
As described above, the reforming section 8 has a total of 24 layers, and the catalytic combustion section 9 has a total of 8 layers. The ratio of the number of stacked layers of the reforming section 8 and the catalytic combustion section 9 is 3: 1. The part 8 is increased.
This ratio is mainly due to the difference between the reaction rates of the reforming section 8 and the catalytic combustion section 9. The reaction rate of the reforming reaction is slower than that of the combustion reaction. Requires three times the volume of the catalyst as compared with the catalytic combustion section 9. In addition, especially in the laminating direction (thickness direction) in the modified block
In the case where a remarkable temperature difference occurs in the temperature distribution, the pitch between the catalytic combustion portions 9 may be made dense, and for example, the catalytic combustion portions 9 may be provided for every six or four reforming portions. Also,
In the present embodiment, the CO oxidizing unit 3, the liquid raw material heating unit 2,
The vaporizing section 6 is also formed by laminating a plurality of the respective flat plate elements.

【0043】上述のように、本実施の形態においては、
吸熱反応が生じる改質部8と発熱反応が生じる触媒燃焼
部9とを複数個交互に積層した積層体の両側に気化部
6、液体原料加熱部6、およびCO酸化部を対称に配置
しており、左右対称でしかも中央部の温度が高い温度分
布を形成しているので、熱エネルギーを有効に使って効
率的に液体原料から水素リッチの改質ガスを生成するこ
とができる。また、吸熱反応が生じる改質部8と発熱反
応が生じる触媒燃焼部9とを複数個交互に積層している
ので、改質部における積層方向の温度分布の偏りを緩和
して改質反応を効率的に行うことができる。また、各部
はそれぞれの平板要素を複数層積層しているので、同じ
厚さの平板要素を用いてその積層数を各部に要求される
厚さに応じて変えることにより製造が容易となる。さら
に、改質部8と触媒燃焼部9における反応速度の違いに
応じてそれらの積層数の比率を調整しているので、改質
部8と触媒燃焼部9で反応速度がそろい、触媒燃焼部9
の熱を有効に利用して改質部8で効率的に改質反応を行
うことが可能となる。
As described above, in the present embodiment,
A vaporizing section 6, a liquid raw material heating section 6, and a CO oxidizing section are symmetrically arranged on both sides of a stacked body in which a plurality of reforming sections 8 in which an endothermic reaction occurs and a catalytic combustion section 9 in which an exothermic reaction occurs are alternately stacked. Since the temperature distribution is symmetrical and has a high temperature at the center, a hydrogen-rich reformed gas can be efficiently generated from the liquid raw material by effectively using thermal energy. Further, since a plurality of reforming sections 8 in which an endothermic reaction occurs and a plurality of catalytic combustion sections 9 in which an exothermic reaction occurs are alternately stacked, the bias of the temperature distribution in the stacking direction in the reforming section is alleviated and the reforming reaction is performed. It can be done efficiently. In addition, since each part is formed by laminating a plurality of the respective flat plate elements, manufacturing is facilitated by using a flat plate element having the same thickness and changing the number of laminations according to the thickness required for each part. Further, since the ratio of the number of layers is adjusted according to the difference in the reaction speed between the reforming unit 8 and the catalytic combustion unit 9, the reaction speed is uniform between the reforming unit 8 and the catalytic combustion unit 9, and the catalytic combustion unit 9 9
And the reforming section 8 can efficiently perform the reforming reaction by effectively utilizing the heat of

【0044】なお、上記各実施の形態では液体原料を用
いる場合について説明したが、天然ガス等を用いてもよ
く、この場合には液体原料加熱部2や気化部6は不要に
なる。
In each of the above embodiments, the case where a liquid raw material is used has been described. However, natural gas or the like may be used, and in this case, the liquid raw material heating unit 2 and the vaporizing unit 6 become unnecessary.

【0045】また、CO酸化部3や熱回収部5は必ずし
も無くてもよい。
Further, the CO oxidizing section 3 and the heat recovery section 5 are not necessarily required.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように、本発明の第1の構成によ
れば、アルコール、ジメチルエーテル、または炭化水素
系燃料から水素リッチの改質ガスを生成する燃料改質装
置において、吸熱反応が生じる改質部と発熱反応が生じ
る触媒燃焼部とを長方形状の平板要素に形成し、これら
改質部と触媒燃焼部の平板要素を長辺が水平になるよう
に水平方向に密接させて積層して平板要素積層体を構成
し、上記平板要素の一方の短辺に沿って空気および燃焼
ガスのマニホールドを、他方の短辺に沿って改質ガスお
よびオフガスのマニホールドを設けたので、平板要素の
長方形状を有効に利用して、高さを低く抑えたコンパク
トな燃料改質装置が得られる。
As described above, according to the first configuration of the present invention, an endothermic reaction occurs in a fuel reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from alcohol, dimethyl ether, or hydrocarbon-based fuel. The reforming section and the catalytic combustion section where an exothermic reaction occurs are formed in a rectangular flat plate element, and the reforming section and the flat plate element of the catalytic combustion section are laminated in close horizontal contact so that the long sides are horizontal. A flat plate element laminate was formed, and a manifold for air and combustion gas was provided along one short side of the flat plate element, and a manifold for reformed gas and off gas were provided along the other short side of the flat plate element. A compact fuel reformer with a reduced height can be obtained by effectively utilizing the rectangular shape.

【0047】本発明の第2の構成によれば、上記第1の
構成に加えて、上記平板要素の中央付近で平板要素の長
辺に平行に、各平板要素を貫通する少なくとも2本の支
柱を通して平板要素積層体を積層方向に締め付けるの
で、平板要素中央部の反応有効面にも均一に荷重がかか
り積層方向の熱伝導を促進することができる。
According to the second structure of the present invention, in addition to the first structure, at least two struts penetrating each plate element near the center of the plate element and parallel to the long sides of the plate element. , The flat plate element laminate is fastened in the stacking direction, so that a uniform load is also applied to the reaction effective surface at the center of the flat plate element, and heat conduction in the stacking direction can be promoted.

【0048】本発明の第3の構成によれば、上記第2の
構成に加えて、上記支柱の周りに径の異なる複数の皿バ
ネを設け、上記支柱を軸として平板要素積層体の両積層
端部間に押し付け面圧を与えて上記平板要素積層体を積
層方向に締め付けるように構成したので、平板要素積層
面内での面圧のバラツキを抑制することができる。
According to the third configuration of the present invention, in addition to the above-mentioned second configuration, a plurality of disc springs having different diameters are provided around the support, and both of the plate element laminates are stacked around the support. Since the flat plate element laminate is configured to be clamped in the laminating direction by applying a pressing surface pressure between the end portions, it is possible to suppress a variation in the surface pressure in the flat plate element lamination plane.

【0049】本発明の第4の構成によれば、上記第1な
いし第3の何れかの構成に加えて、上記平板要素の両方
の短辺近傍で短辺に沿って、各平板要素を貫通する複数
本の支柱を通して平板要素積層体を積層方向に締め付け
るので、平板要素の短辺に沿って設けられたマニホール
ドの周辺部分を締め付けることによりガスリークを防止
することができる。
According to the fourth configuration of the present invention, in addition to any one of the first to third configurations, each flat plate element penetrates along the short side near both short sides of the flat plate element. Since the flat plate element stack is tightened in the stacking direction through the plurality of supporting columns, gas leakage can be prevented by tightening the peripheral portion of the manifold provided along the short side of the flat plate element.

【0050】本発明の第5の構成によれば、上記第2な
いし第4の何れかの構成に加えて、上記支柱の周囲の空
洞をガスマニホールドとして用いるので、空間を有効に
利用することができる。
According to the fifth configuration of the present invention, in addition to any one of the second to fourth configurations, the cavity around the support is used as a gas manifold, so that the space can be effectively used. it can.

【0051】本発明の第6の構成によれば、上記第1な
いし第5の何れかの構成に加えて、改質部と触媒燃焼部
とを水平方向に複数個交互に積層したので、改質部にお
ける積層方向の温度分布の偏りを緩和して改質反応を効
率的に行うことができる。
According to the sixth configuration of the present invention, in addition to any one of the first to fifth configurations, a plurality of reforming units and catalytic combustion units are alternately stacked in the horizontal direction. The reforming reaction can be efficiently performed by alleviating the bias of the temperature distribution in the stacking direction in the material part.

【0052】本発明の第7の構成によれば、上記第1な
いし第6の何れかの構成に加えて、アルコールまたはエ
ーテルを主成分とする液体原料を加熱する液体原料加熱
部、加熱した液体原料を蒸発する蒸発部、および蒸発し
た蒸気を改質部の温度まで過熱する蒸気過熱部のうちの
少なくとも1つを長方形状の平板要素として備え、改質
部および触媒燃焼部と共に積層したので、高さを抑えた
コンパクトな構成で液体原料から水素リッチの改質ガス
を生成することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in addition to any one of the first to sixth aspects, a liquid raw material heating section for heating a liquid raw material containing alcohol or ether as a main component, Since at least one of the evaporating section for evaporating the raw material, and the steam superheating section for superheating the evaporated vapor to the temperature of the reforming section is provided as a rectangular flat plate element, and stacked together with the reforming section and the catalytic combustion section, A hydrogen-rich reformed gas can be generated from a liquid raw material with a compact configuration having a reduced height.

【0053】本発明の第8の構成によれば、上記第7の
構成に加えて、上記蒸発部は、内部に良熱伝導性材料か
らなるメッシュまたは多孔質の発泡金属を有するので、
気化する部分の表面積が拡大して安定な蒸発が可能とな
る。
According to the eighth aspect of the present invention, in addition to the seventh aspect, the evaporating portion has a mesh or a porous foam metal made of a good heat conductive material inside.
The surface area of the portion to be vaporized is increased, and stable evaporation is possible.

【0054】本発明の第9の構成によれば、上記第1な
いし第8の何れかの構成に加えて、燃焼ガスの排熱を回
収する熱回収部を長方形状の平板要素として備え、改質
部、液体原料加熱部、蒸発部、および蒸気過熱部のうち
の少なくとも1つと密接させて積層したので、高さを抑
えたコンパクトな構成で燃焼ガスの排熱を有効に利用し
て、効率的に水素リッチの改質ガスを生成することがで
きる。
According to the ninth aspect of the present invention, in addition to any one of the first to eighth aspects, a heat recovery unit for recovering exhaust heat of the combustion gas is provided as a rectangular flat plate element. The stack is placed in close contact with at least one of the material section, the liquid material heating section, the evaporating section, and the steam superheating section, so that the exhaust heat of the combustion gas is effectively used in a compact configuration with a reduced height, and the efficiency is improved. Thus, a hydrogen-rich reformed gas can be generated.

【0055】本発明の第10の構成によれば、上記第1
ないし第9の何れかの構成に加えて、改質部で生成した
改質ガス中のCOを微量の空気を加えて選択的に酸化す
ることによりCO2に変換するCO酸化部を長方形状の
平板要素として備えると共に、これと隣接して流路抵抗
を調節する溝を設けた長方形状のCO酸化用空気導入板
を備えたので、1つの導入口から供給された空気をCO
酸化用と燃焼用とに分離し、CO酸化部に所定量の空気
を供給してCO濃度を低減することができる。
According to the tenth configuration of the present invention, the first
In addition to any one of the ninth to ninth configurations, the CO oxidizing unit that converts CO in the reformed gas generated in the reforming unit into CO 2 by selectively oxidizing by adding a small amount of air to the CO oxidizing unit has a rectangular shape. A rectangular CO oxidation air introduction plate provided with a flat plate element and provided with a groove for adjusting the flow path resistance adjacent to the plate element is provided.
Separation into CO oxidation and combustion is performed, and a predetermined amount of air can be supplied to the CO oxidation section to reduce the CO concentration.

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

【図1】 本発明の実施の形態1による燃料改質装置の
代表的な構成を示す組み立て斜視図である。
FIG. 1 is an assembled perspective view showing a typical configuration of a fuel reformer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1に係り、気化部の構成
を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a vaporization unit according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施の形態1に係り、CO酸化用空
気導入板の構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a CO oxidizing air introduction plate according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施の形態1に係るメタノール燃焼
部の平板要素の構成を示し、(a)は分解斜視図、
(b)は接合後の斜視図である。
FIG. 4 shows a configuration of a flat plate element of a methanol combustion section according to Embodiment 1 of the present invention, where (a) is an exploded perspective view,
(B) is a perspective view after joining.

【図5】 実施の形態2による燃料改質装置の全体構成
を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an overall configuration of a fuel reforming apparatus according to a second embodiment.

【図6】 図5の燃料改質装置に用いられる平板要素の
一例を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an example of a flat plate element used in the fuel reformer of FIG.

【図7】 本発明の実施の形態3による燃料改質装置の
全体構成を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a fuel reforming apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

【図8】 本発明の実施の形態4による燃料改質装置の
全体構成を各部の温度分布と共に示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fuel reforming apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, together with the temperature distribution of each part.

【図9】 従来の平板積層構造の燃料改質装置の基本構
成を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a basic configuration of a conventional fuel reforming apparatus having a flat plate laminated structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マニホールド端板、2 液体原料加熱部、3 CO
酸化部、4 CO酸化用空気導入板、5 熱回収部、6
気化部、7 メタノール燃焼部、8 改質部、9 オ
フガス燃焼部、10 メタノール導入口、11 空気導
入口、12 液体原料導入口、13 改質ガス排出口、
14 オフガス導入口、15 燃焼ガス排出口、16
伝熱平板、17 断熱平板、18a 接合面、18b
反応有効面、23 平板中央の支柱、24 シール部
材、25 平板周囲に配置した支柱、26 短辺に配置
したマニホールドの内部を通る支柱、27 皿バネガイ
ド、28a 径の大きな皿バネ、28b 径の小さな皿
バネ、29 締め付けナット、30 Oリング、31
液体原料加熱部、32 蒸発部、33 蒸気過熱部、3
4 改質部、35 CO酸化部、36a,36b 触媒
燃焼部、37a,37b 熱回収部、50 メタノール
マニホールド、51 空気マニホールド、52液体原料
マニホールド、53 改質ガスマニホールド、54 オ
フガスマニホールド、55 燃焼ガスマニホールド、5
6 蒸気マニホールド、57 溝、60 メッシュ、1
01 端板。
1 Manifold end plate, 2 Liquid material heating section, 3 CO
Oxidizing unit, 4 CO air oxidizing plate, 5 heat recovery unit, 6
Vaporization section, 7 methanol combustion section, 8 reforming section, 9 off gas combustion section, 10 methanol inlet, 11 air inlet, 12 liquid raw material inlet, 13 reformed gas outlet,
14 Off gas inlet, 15 Combustion gas outlet, 16
Heat transfer flat plate, 17 heat insulating flat plate, 18a joining surface, 18b
Effective reaction surface, 23 plate center support, 24 seal member, 25 plate support, 26 plate support passing through inside of manifold, 27 disk spring guide, 28a large diameter disk spring, 28b small diameter Belleville spring, 29 tightening nut, 30 O-ring, 31
Liquid raw material heating section, 32 evaporation section, 33 steam heating section, 3
4 reforming section, 35 CO oxidation section, 36a, 36b catalytic combustion section, 37a, 37b heat recovery section, 50 methanol manifold, 51 air manifold, 52 liquid raw material manifold, 53 reformed gas manifold, 54 off gas manifold, 55 combustion gas Manifold, 5
6 steam manifold, 57 grooves, 60 mesh, 1
01 End plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光田 憲朗 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 金行 和敏 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 3D038 CA11 CB01 CC00 CC18 CD19 4G040 EA02 EA03 EA06 EB01 EB12 EB14 EB23 EB44 EC08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Norio Mitsuda 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Within Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kazutoshi Kinno 2-2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 3 Mitsubishi Electric Corporation F-term (reference) 3D038 CA11 CB01 CC00 CC18 CD19 4G040 EA02 EA03 EA06 EB01 EB12 EB14 EB23 EB44 EC08

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルコール、ジメチルエーテル、または
炭化水素系燃料から水素リッチの改質ガスを生成する燃
料改質装置において、吸熱反応が生じる改質部と発熱反
応が生じる触媒燃焼部とを長方形状の平板要素に形成
し、これら改質部と触媒燃焼部の平板要素を長辺が水平
になるように水平方向に密接させて積層して平板要素積
層体を構成し、上記平板要素の一方の短辺に沿って空気
および燃焼ガスのマニホールドを、他方の短辺に沿って
改質ガスおよびオフガスのマニホールドを設けたことを
特徴とする燃料改質装置。
In a fuel reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas from alcohol, dimethyl ether or hydrocarbon fuel, a reforming section in which an endothermic reaction occurs and a catalytic combustion section in which an exothermic reaction occurs have a rectangular shape. A flat plate element is formed, and the flat plate elements of the reforming section and the catalytic combustion section are closely stacked in the horizontal direction so that the long sides are horizontal to form a flat plate element laminate. A fuel reformer comprising a manifold for air and combustion gas provided along one side, and a manifold for reformed gas and off gas provided along the other short side.
【請求項2】 上記平板要素の中央付近で平板要素の長
辺に平行に、各平板要素を貫通する少なくとも2本の支
柱を通して平板要素積層体を積層方向に締め付けること
を特徴とする請求項1記載の燃料改質装置。
2. The flat plate element stack is fastened in the stacking direction through at least two columns penetrating each flat plate element near the center of the flat plate element and parallel to the long side of the flat plate element. The fuel reformer according to any one of the preceding claims.
【請求項3】 上記支柱の周りに径の異なる複数の皿バ
ネを設け、上記支柱を軸として平板要素積層体の両積層
端部間に押し付け面圧を与えて上記平板要素積層体を積
層方向に締め付けるように構成したことを特徴とする請
求項2記載の燃料改質装置。
3. A plurality of disc springs having different diameters are provided around the support, and a pressing force is applied between both stacking ends of the flat element stack with the support as an axis to stack the flat element stack in the stacking direction. The fuel reformer according to claim 2, wherein the fuel reformer is configured to be tightened.
【請求項4】 上記平板要素の両方の短辺近傍で短辺に
沿って、各平板要素を貫通する複数本の支柱を通して平
板要素積層体を積層方向に締め付けることを特徴とする
請求項1ないし3の何れかに記載の燃料改質装置。
4. The flat plate element stack is fastened in the stacking direction through a plurality of pillars penetrating each flat element in the vicinity of both short sides of the flat element along the short side. 4. The fuel reforming apparatus according to any one of 3.
【請求項5】 上記支柱の周囲の空洞をガスマニホール
ドとして用いることを特徴とする請求項2ないし4の何
れかに記載の燃料改質装置。
5. The fuel reformer according to claim 2, wherein a cavity around the support is used as a gas manifold.
【請求項6】 改質部と触媒燃焼部とを水平方向に複数
個交互に積層したことを特徴とする請求項1ないし5の
何れかに記載の燃料改質装置。
6. The fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein a plurality of reforming sections and catalytic combustion sections are alternately stacked in a horizontal direction.
【請求項7】 アルコールまたはエーテルを主成分とす
る液体原料を加熱する液体原料加熱部、加熱した液体原
料を蒸発する蒸発部、および蒸発した蒸気を改質部の温
度まで過熱する蒸気過熱部のうちの少なくとも1つを長
方形状の平板要素として備え、改質部および触媒燃焼部
と共に積層したことを特徴とする請求項1ないし6の何
れかに記載の燃料改質装置。
7. A liquid material heating section for heating a liquid material mainly containing alcohol or ether, an evaporating section for evaporating the heated liquid material, and a vapor heating section for heating the evaporated vapor to a temperature of the reforming section. 7. The fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein at least one of the elements is provided as a rectangular plate element, and is stacked together with the reforming section and the catalytic combustion section.
【請求項8】 上記蒸発部は、内部に良熱伝導性材料か
らなるメッシュまたは多孔質の発泡金属を有することを
特徴とする請求項7記載の燃料改質装置。
8. The fuel reformer according to claim 7, wherein the evaporator has a mesh or a porous foam metal made of a material having good thermal conductivity inside.
【請求項9】 燃焼ガスの排熱を回収する熱回収部を長
方形状の平板要素として備え、改質部、液体原料加熱
部、蒸発部、および蒸気過熱部のうちの少なくとも1つ
と密接させて積層したことを特徴とする請求項1ないし
8の何れかに記載の燃料改質装置。
9. A heat recovery unit for recovering exhaust heat of the combustion gas is provided as a rectangular flat plate element, and is in close contact with at least one of a reforming unit, a liquid raw material heating unit, an evaporation unit, and a steam superheating unit. 9. The fuel reformer according to claim 1, wherein the fuel reformers are stacked.
【請求項10】 改質部で生成した改質ガス中のCOを
微量の空気を加えて選択的に酸化することによりCO2
に変換するCO酸化部を長方形状の平板要素として備え
ると共に、これと隣接して流路抵抗を調節する溝を設け
た長方形状のCO酸化用空気導入板を備えたことを特徴
とする請求項1ないし9の何れかに記載の燃料改質装
置。
10. CO 2 in a reformed gas generated in a reforming section is selectively oxidized by adding a small amount of air to thereby obtain CO 2.
And a rectangular CO air introducing plate having a rectangular flat plate element and a groove adjacent to the CO oxidizing portion for adjusting a flow path resistance. 10. The fuel reformer according to any one of 1 to 9.
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