JP2003002607A - Fuel reforming system - Google Patents

Fuel reforming system

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JP2003002607A
JP2003002607A JP2001179899A JP2001179899A JP2003002607A JP 2003002607 A JP2003002607 A JP 2003002607A JP 2001179899 A JP2001179899 A JP 2001179899A JP 2001179899 A JP2001179899 A JP 2001179899A JP 2003002607 A JP2003002607 A JP 2003002607A
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Japan
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reformer
fuel
reforming
starting
air
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JP2001179899A
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Japanese (ja)
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Hisashi Aoyama
尚志 青山
Hiroshi Komatsu
宏 小松
Kazuhiko Ishiwatari
和比古 石渡
Noboru Yamauchi
昇 山内
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan 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
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To start to operate a fuel reforming system efficiently and quickly. SOLUTION: This invention is a fuel reforming system composed of a reforming unit to contain and install a reforming catalyst and to produce a reformed gas, and of a drive source to generate drive force by using the reformed gas discharged from the reforming unit. The reforming unit is designed to exchange heat with the gas discharged from the drive source to obtain a necessary quantity of heat for a reforming reaction. The system is also provided with a reforming unit for starting operation installed on the upstream of the above reforming unit, which, at the start of operation, forms a hydrogen-rich gas by being heated electrically and supplied with a fuel and air.

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、燃料改質システ
ム、特に燃料改質システムの始動性の改良に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel reforming system, and more particularly to improving the startability of a fuel reforming system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の燃料改質システムとして、例えば
図4に示すような特開平6−227801号公報に記載
のものがある。これは、燃料ガスから水素リッチの改質
ガスを生成する改質触媒からなる燃料改質部を収装した
燃料改質器であって、燃料改質部は導電性の耐熱ステン
レス等の表面に触媒を担持した触媒担持プレートと、触
媒担持プレートの改質触媒担持面側に燃料ガスを通過さ
せる燃料ガス通過層とから形成した構造体である。
2. Description of the Related Art As a conventional fuel reforming system, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-227801 as shown in FIG. This is a fuel reformer containing a fuel reforming section consisting of a reforming catalyst that produces hydrogen-rich reformed gas from fuel gas. It is a structure formed of a catalyst supporting plate supporting a catalyst and a fuel gas passage layer for allowing a fuel gas to pass through on the reforming catalyst supporting surface side of the catalyst supporting plate.

【0003】構造体に設けられた電極端子から触媒担持
プレートに電力が供給されることで、触媒担持プレート
が電気抵抗発熱し、改質器の起動時においてはこの発熱
を用いて改質反応部を加熱して改質反応温度まで昇温さ
せて改質反応を開始すると共に、通常運転時の改質反応
の熱源であるエンジン排気温度または燃料電池の排ガス
を燃焼する燃焼器の燃焼ガスの温度が改質反応を維持で
きる温度になるまで改質反応部を加熱して改質反応を維
持することが開示されている。
Electric power is supplied to the catalyst carrying plate from the electrode terminals provided in the structure, so that the catalyst carrying plate generates electric resistance heat, and when the reformer is started, this heat is used to reform the reforming reaction section. The temperature of the combustion gas of the combustor that heats the engine to raise the temperature to the reforming reaction temperature and starts the reforming reaction, and that is the engine exhaust temperature that is the heat source of the reforming reaction during normal operation or the exhaust gas of the fuel cell. It is disclosed that the reforming reaction is maintained by heating the reforming reaction part to a temperature at which the reforming reaction can be maintained.

【0004】また、他の従来技術として、水素リッチガ
スをエンジンに供給し、エンジンの排気熱を利用して燃
料改質時の熱源とする構成を有するものがある。この構
成においては、起動時にはエンジンに改質原燃料である
炭化水素系燃料を直接供給してエンジンを起動し、エン
ジン排気熱を利用して改質システムを暖機する。次に改
質システムの暖機が終了、つまり改質可能状態まで昇温
したときに原燃料を改質し、改質ガスによるエンジンの
運転に切換える構成である。
As another conventional technique, there is a structure in which hydrogen rich gas is supplied to an engine and the exhaust heat of the engine is used as a heat source for fuel reforming. In this configuration, at the time of startup, the hydrocarbon-based fuel that is the reforming raw fuel is directly supplied to the engine to start the engine, and the engine exhaust heat is used to warm up the reforming system. Next, when the warm-up of the reforming system is completed, that is, when the temperature rises to a reformable state, the raw fuel is reformed and the engine operation is switched to the reformed gas.

【0005】さらに水素リッチガスを燃料電池に供給
し、燃料電池の排ガスを燃焼する燃焼器を備え、燃焼器
の燃焼ガスを燃料改質時の熱源とする構成を有するもの
がある。この構成では、燃焼器の起動時に炭化水素系燃
料を直接供給して燃焼器からの燃焼ガスの燃焼熱を用い
て改質システムを暖機し、改質器が改質反応状態まで昇
温したときに改質ガスの生成を開始し、燃焼器を燃料電
池からの排ガスでの運転に切換えるものである。
Further, there is a configuration in which a hydrogen rich gas is supplied to a fuel cell and a combustor for burning exhaust gas of the fuel cell is provided, and the combustion gas of the combustor is used as a heat source for fuel reforming. With this configuration, when the combustor is started, the hydrocarbon fuel is directly supplied to warm up the reforming system by using the combustion heat of the combustion gas from the combustor, and the reformer is heated to the reforming reaction state. At times, generation of reformed gas is started, and the combustor is switched to operation with exhaust gas from the fuel cell.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−227801号公報に記載の燃料電池システムにお
いては、起動時に燃料改質器を構成する構造体を電気抵
抗体として加熱し、改質反応維持状態まで加熱する構成
であり、改質器の熱容量によっては起動時間が長くな
り、またバッテリまたはコンデンサに対する負荷が大き
くなる。さらには改質器の電熱機能を使用しない起動時
以外でも電熱機能が高温になるので、電熱機能が故障し
やすく、電熱機能が故障した場合に改質器を修理、交換
する必要が生じ、システム運用上問題となる。
However, in the fuel cell system described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-227801, the structure constituting the fuel reformer is heated at the time of startup as an electric resistor to maintain the reforming reaction. It is configured to heat up to the state, and depending on the heat capacity of the reformer, the starting time becomes long and the load on the battery or the capacitor becomes large. Furthermore, since the electric heating function becomes hot even when the reformer does not use the electric heating function, the electric heating function is likely to fail, and if the electric heating function fails, it is necessary to repair or replace the reformer. It becomes an operational problem.

【0007】またシステム起動時にエンジンまたは燃焼
器に炭化水素系燃料を供給するものにおいては、起動中
のエンジンまたは燃焼器から排出される排ガスの成分は
通常のガソリンを用いたエンジンの排気ガスと同様の成
分であり、水素リッチガスを供給できるシステムである
にもかかわらず浄化された排ガスを排出することができ
ない。
In the case of supplying hydrocarbon fuel to the engine or the combustor when the system is started, the components of the exhaust gas discharged from the starting engine or the combustor are the same as those of the exhaust gas of a normal gasoline engine. However, the purified exhaust gas cannot be discharged even though the system is capable of supplying hydrogen-rich gas.

【0008】そこで本発明の目的は、改質器の起動性を
改善しながら、バッテリ等への負荷を低減し、始動直後
からクリーンな排ガスを排出する燃料改質システムを提
供することである。
[0008] Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel reforming system which improves the startability of the reformer, reduces the load on the battery and the like, and discharges clean exhaust gas immediately after starting.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、改質触媒
を収装し、改質ガスを生成する改質器と、改質器から排
出される改質ガスを用いて駆動力を発生する駆動源とを
備え、前記改質器は駆動源から排出される排ガスの熱と
熱交換を行うことで、改質反応に必要な熱量を得るよう
に構成された燃料改質システムにおいて、前記改質器の
上流に設置され、起動時に電気的に加熱された後に燃料
と空気とが供給されて水素リッチなガスを生成する起動
用改質器を備える。
A first aspect of the present invention uses a reformer for accommodating a reforming catalyst to generate a reformed gas, and a reforming gas discharged from the reformer to generate a driving force. In a fuel reforming system configured to obtain a heat quantity necessary for a reforming reaction by providing a driving source for generation, and the reformer performing heat exchange with heat of exhaust gas discharged from the driving source, A startup reformer installed upstream of the reformer and supplied with fuel and air after being electrically heated at startup to generate a hydrogen-rich gas is provided.

【0010】第2の発明は、第1の発明において、前記
起動用改質器は、水素リッチなガスを生成する触媒を電
気的に加熱するための導電性材料を備える。
In a second aspect based on the first aspect, the start-up reformer comprises a conductive material for electrically heating a catalyst which produces a hydrogen-rich gas.

【0011】第3の発明は、第1の発明において、前記
起動用改質器は、プラス電極とマイナス電極を設け、各
電極間に電圧を掛けてプラズマを発生させ、このプラズ
マのエネルギによって起動よう改質器に供給された燃料
と水と空気から水素リッチなガスを生成する。
In a third aspect based on the first aspect, the starting reformer is provided with a plus electrode and a minus electrode, a voltage is applied between the electrodes to generate plasma, and the plasma is activated by the energy of the plasma. A hydrogen-rich gas is produced from the fuel, water and air supplied to the reformer.

【0012】第4の発明は、第1から第3のいずれか一
つの発明において、前記起動用改質器の温度に応じて起
動用改質器への通電量および燃料と空気の供給量が制御
される。
A fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the amount of electricity supplied to the reformer for start-up and the amount of fuel and air supplied to the reformer for start-up depend on the temperature of the reformer for start-up. Controlled.

【0013】第5の発明は、第4の発明において、前記
改質器の温度に応じて改質器と前記起動用改質器への燃
料と空気の供給量が制御される。
In a fifth aspect based on the fourth aspect, the supply amounts of fuel and air to the reformer and the starting reformer are controlled according to the temperature of the reformer.

【0014】[0014]

【発明の効果】第1の発明では、燃料改質システムに改
質触媒を用いて改質ガスを生成する改質器と、改質ガス
を用いて駆動力を発生する駆動源とを備えるとともに、
前記改質器は改質反応に用いられる熱を駆動源から排出
される排ガスの熱と熱交換を行うことで得るように構成
されており、さらに前記改質器の上流に設置され、起動
時に電気的に加熱された後に燃料と空気とが供給されて
水素リッチなガスを生成する起動用改質器を備えた。
According to the first aspect of the invention, the fuel reforming system is provided with the reformer for generating the reformed gas by using the reforming catalyst, and the drive source for generating the driving force by using the reformed gas. ,
The reformer is configured to obtain the heat used for the reforming reaction by exchanging heat with the heat of the exhaust gas discharged from the drive source, and is installed upstream of the reformer, and at the time of start-up. A startup reformer was provided that was electrically heated and then fed with fuel and air to produce a hydrogen-rich gas.

【0015】改質器で行われる改質反応が炭化水素系の
燃料を用いて行われる場合に、その反応は大別して水蒸
気改質反応と部分酸化反応とに分けられる。これらの反
応は以下の化学式によって表すことができる。
When the reforming reaction carried out in the reformer is carried out using a hydrocarbon fuel, the reaction is roughly classified into a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction. These reactions can be represented by the following chemical formulas:

【0016】水蒸気改質反応は、The steam reforming reaction is

【0017】[0017]

【数1】 で表される吸熱反応で、部分酸化反応は、[Equation 1] The partial oxidation reaction is an endothermic reaction represented by

【0018】[0018]

【数2】 で示される発熱反応となる。[Equation 2] The reaction becomes exothermic as shown by.

【0019】いずれの反応の場合でも同時に以下の反応
を伴う。
In any case, the following reactions are accompanied at the same time.

【0020】[0020]

【数3】 [Equation 3]

【0021】[0021]

【数4】 したがって、改質ガスの組成は、H2、CO、CH4を
主成分とする混合ガスとなる。
[Equation 4] Therefore, the composition of the reformed gas is a mixed gas containing H2, CO, and CH4 as main components.

【0022】起動時にはまず起動用改質器に通電加熱
し、改質触媒の温度が安定的に改質反応を生じる活性温
度になるまで昇温させた後に燃料と空気を供給するの
で、部分酸化反応が生じその際の発熱によって起動用改
質器の温度はさらに上昇する。
At the time of startup, the startup reformer is first energized and heated, and the temperature of the reforming catalyst is raised to an activation temperature at which a stable reforming reaction occurs. The temperature of the start-up reformer further rises due to the heat generated during the reaction.

【0023】起動用改質器で生成される改質ガスは水素
リッチなガスであり、また高温のガスである。このガス
が下流の改質器に流入することによって改質器の改質触
媒が昇温し、活性温度に達する。このとき改質器に燃料
と空気と水蒸気をさらに供給することで、改質器での改
質反応は水蒸気改質反応が主な反応に移行し、改質ガス
を生成する。
The reformed gas produced in the start-up reformer is a hydrogen-rich gas and is a high temperature gas. When this gas flows into the downstream reformer, the reforming catalyst of the reformer rises in temperature and reaches the activation temperature. At this time, by further supplying fuel, air, and steam to the reformer, the reforming reaction in the reformer shifts to the main reaction of the steam reforming reaction to generate reformed gas.

【0024】この改質ガスが駆動源に供給され、例えば
駆動源としてのエンジンでは燃焼されて、同じく燃料電
池の場合には発電に供されて、排ガスを排出する。この
排ガスが改質器に送られて改質器で排ガスの熱によって
改質触媒が加熱され、改質反応に適した活性温度に維持
される。改質器での改質ガスの生成が排ガスの熱との熱
交換によって維持できる状態となった時点で起動用改質
器への燃料と空気の供給が停止される。
This reformed gas is supplied to a drive source, burned in an engine as a drive source, for example, and is used for power generation in the case of a fuel cell, and exhaust gas is discharged. The exhaust gas is sent to the reformer, and the reformer catalyst is heated by the heat of the exhaust gas in the reformer, and is maintained at an activation temperature suitable for the reforming reaction. The supply of fuel and air to the starting reformer is stopped at the time when the production of the reformed gas in the reformer can be maintained by heat exchange with the heat of the exhaust gas.

【0025】したがって起動時の改質器と通常運転時の
改質器を別体とすることで、起動時の改質器は通常運転
用の改質器を暖機するために必要な高温ガスを生成する
だけの容量でよく、起動用改質器は小型化でき、その起
動に必要な電力も小さくてすみ、バッテリへの負荷を抑
制できる。また改質器を用途に応じて2つ設けたこと
で、電熱機能を使用しない時に、電熱機能が高温になる
ことはなく、また、それぞれの改質器の構造を単純化で
き、サービス性を向上できる。さらに起動直後に電気的
な加熱によって起動用改質器を急速に昇温させ、水素リ
ッチの高温ガスを生成することで、起動直後から有害な
成分を抑制した排ガスを排出することができる。
Therefore, by making the reformer at the time of startup and the reformer at the time of normal operation separate, the reformer at the time of startup is a high-temperature gas required for warming up the reformer for normal operation. The capacity of the reformer for start-up can be reduced, the power required for the start-up can be reduced, and the load on the battery can be suppressed. Also, by providing two reformers according to the application, the electric heating function does not become high when the electric heating function is not used, and the structure of each reformer can be simplified to improve serviceability. Can be improved. Furthermore, by immediately heating the reformer for start-up by electrical heating immediately after start-up to generate a high-temperature hydrogen-rich gas, exhaust gas in which harmful components are suppressed can be discharged immediately after start-up.

【0026】第2の発明では、起動用改質器は、水素リ
ッチなガスを生成する触媒を電気的に加熱するための導
電性材料を備えたので、起動用改質器を急速に加熱し、
短時間で暖機を終えることができ、システムとしての暖
機時間を短縮することができる。
In the second aspect of the present invention, the start-up reformer is provided with the conductive material for electrically heating the catalyst that produces the hydrogen-rich gas, so that the start-up reformer is heated rapidly. ,
The warm-up can be completed in a short time, and the warm-up time of the system can be shortened.

【0027】第3の発明では、起動用改質器は、プラス
電極とマイナス電極を設け、各電極間に電圧を掛けてプ
ラズマを発生させ、このプラズマエネルギによって燃料
改質を行うため通電開始後短時間で高温の水素リッチガ
スを発生させることが可能であり、システムとしての暖
機時間を短縮することができる。
In the third invention, the starting reformer is provided with a plus electrode and a minus electrode, a voltage is applied between the electrodes to generate plasma, and the plasma energy is used to reform the fuel. High-temperature hydrogen-rich gas can be generated in a short time, and the warm-up time of the system can be shortened.

【0028】第4の発明では、起動用改質器の温度に応
じて起動用改質器への通電量および燃料と空気の供給量
が制御されることで、起動用改質器の起動性を損なうこ
となく、その起動に伴う電力供給源、例えばバッテリの
負荷を抑制することができる。
In the fourth aspect of the present invention, the starting property of the starting reformer is controlled by controlling the amount of electricity supplied to the starting reformer and the amounts of fuel and air supplied to the starting reformer according to the temperature of the starting reformer. It is possible to suppress the load of the power supply source, for example, the battery, which accompanies the start-up without impairing the power supply.

【0029】第5の発明では、改質器の温度に応じて改
質器と起動用改質器への燃料と空気の供給量が制御され
ることで、部分酸化反応を必要最小限にすることができ
るため、起動用改質器の部分酸化反応による効率低下を
最小限に抑制できる。
In the fifth aspect of the invention, the partial oxidation reaction is minimized by controlling the amounts of fuel and air supplied to the reformer and the starting reformer according to the temperature of the reformer. Therefore, it is possible to minimize the efficiency decrease due to the partial oxidation reaction of the startup reformer.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料改質システム
の構成を添付図面に基づいて説明する。図1によれば、
本燃料改質システムは、通常運転時に改質ガスを生成す
る主燃料改質器1と、起動時に主燃料改質器1の一部の
燃料とその燃料が部分酸化反応を生じるのに必要な空気
を用いて水素リッチなガスを生成する起動用改質器2
と、起動用改質器2に電力を供給するバッテリ(または
コンデンサ)3と、燃料(例えば、炭化水素系燃料)と
水と空気が供給されてこれらを気化する気化器4と、主
燃料改質器1での改質反応と気化器4での気化の熱源と
なる排気ガスを排出するエンジン5と、起動用改質器2
と気化器4に空気を供給するコンプレッサ6とから構成
される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The structure of a fuel reforming system of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. According to FIG.
This fuel reforming system is required for the main fuel reformer 1 that generates reformed gas during normal operation, and a part of the fuel of the main fuel reformer 1 at the time of start-up and that fuel to cause a partial oxidation reaction. Start-up reformer 2 that produces hydrogen-rich gas using air
A battery (or a condenser) 3 for supplying electric power to the starting reformer 2, a vaporizer 4 for supplying a fuel (for example, a hydrocarbon fuel), water and air to vaporize them, and a main fuel reformer. An engine 5 that discharges exhaust gas that serves as a heat source for the reforming reaction in the quality control device 1 and the vaporization in the vaporizer 4, and the starting reformer 2
And a compressor 6 for supplying air to the carburetor 4.

【0031】起動用改質器2の構成は、導電性金属プレ
ートに触媒金属を担持してなる改質触媒担持プレート
と、改質触媒担持プレート表面に接して気化燃料と空気
等の燃料ガスが通過する燃料ガス通路から構成され、バ
ッテリ3からの電力が改質触媒担持プレートに通電され
て、改質触媒担持プレートが加熱し、部分酸化反応を生
じる構成となっている。また導電性金属プレートと触媒
とを別体に設けてもよい。
The start-up reformer 2 is constructed such that a reforming catalyst supporting plate in which a catalyst metal is supported on a conductive metal plate and a vaporized fuel and a fuel gas such as air are in contact with the surface of the reforming catalyst supporting plate. The reforming catalyst supporting plate is constituted by a passing fuel gas passage, and electric power from the battery 3 is supplied to the reforming catalyst supporting plate to heat the reforming catalyst supporting plate to cause a partial oxidation reaction. Further, the conductive metal plate and the catalyst may be separately provided.

【0032】さらに起動用改質器2の他の構成として
は、起動用改質器2にプラス電極とマイナス電極を設
け、プラス電極とマイナス電極との間に電圧を掛けてプ
ラズマを発生させて、プラズマのエネルギを用いて部分
酸化反応を生じさせるものでもよい。どちらの構成でも
起動用改質器は短時間で暖機を終えることができ、シス
テムとしての暖機時間を短縮できる。
As another structure of the starting reformer 2, the starting reformer 2 is provided with a plus electrode and a minus electrode, and a voltage is applied between the plus electrode and the minus electrode to generate plasma. Alternatively, the energy of plasma may be used to cause a partial oxidation reaction. In either configuration, the startup reformer can finish warming up in a short time, and the warming-up time as a system can be shortened.

【0033】本システムの通常運転状態を説明すると、
図示しない燃料供給源から供給された燃料が気化器4に
供給されると共に、気化器4には主燃料改質器1での水
蒸気改質反応用の水と、同じく部分酸化反応の酸素源と
しての空気がそれぞれ図示しない供給源から供給され
る。
The normal operation state of this system will be explained.
The fuel supplied from a fuel supply source (not shown) is supplied to the vaporizer 4, and the vaporizer 4 serves as water for the steam reforming reaction in the main fuel reformer 1 and also as an oxygen source for the partial oxidation reaction. The respective air is supplied from a supply source (not shown).

【0034】気化器4はエンジン5から排出される高温
の排気ガスとの間で熱交換する構成を有しており、供給
された燃料、水と空気は排気ガスの熱を熱源として気化
される。
The carburetor 4 has a structure for exchanging heat with the high temperature exhaust gas discharged from the engine 5, and the supplied fuel, water and air are vaporized by using the heat of the exhaust gas as a heat source. .

【0035】気化器4で気化された燃料、水蒸気と空気
は主燃料改質器1に供給され、エンジンから排出された
排気ガスの熱を熱源として改質反応を生じて改質ガスを
生成する。
The fuel, water vapor and air vaporized in the vaporizer 4 are supplied to the main fuel reformer 1, and a reforming reaction is generated by using the heat of the exhaust gas discharged from the engine as a heat source to produce reformed gas. .

【0036】改質ガスはエンジン5に供給されてエアク
リーナ7から供給された空気と混合して燃焼される。こ
のシステムにおいてエンジン5は改質ガスによって運転
され高温の排気ガスが排出されてこの排気ガスの熱が、
前述のように主燃料改質器1の改質反応と気化器4の気
化の熱源として用いられる。
The reformed gas is supplied to the engine 5, mixed with the air supplied from the air cleaner 7, and burned. In this system, the engine 5 is operated by the reformed gas, high-temperature exhaust gas is discharged, and the heat of this exhaust gas is
As described above, it is used as a heat source for the reforming reaction of the main fuel reformer 1 and the vaporization of the vaporizer 4.

【0037】エンジンの暖機が十分ではなく、排気ガス
の熱量が改質反応(吸熱反応である水蒸気改質反応)を
満たさない、例えば起動時には、主燃料改質器1と気化
器4との間の流路から分岐した流路に接続した起動用改
質器2が起動する。バッテリ3からの電力によって起動
用改質器2が昇温した後に、起動用改質器2には燃料と
空気が供給されて発熱反応である部分酸化反応を生じ
る。
The engine is not warmed up sufficiently and the heat quantity of the exhaust gas does not satisfy the reforming reaction (steam reforming reaction which is an endothermic reaction). For example, at start-up, the main fuel reformer 1 and the vaporizer 4 are The starting reformer 2 connected to the flow path branched from the intervening flow path is started. After the temperature of the starting reformer 2 is raised by the electric power from the battery 3, the starting reformer 2 is supplied with fuel and air to cause a partial oxidation reaction which is an exothermic reaction.

【0038】起動時の各構成要素の作動状態を図2のタ
イミングチャートと図3のフローチャートを用いて説明
する。
The operating state of each component at startup will be described with reference to the timing chart of FIG. 2 and the flowchart of FIG.

【0039】まず図3のステップS1で起動用改質器2
への電力を供給開始する(図2の時間t1)。したがっ
て起動用改質器2が急速に昇温し、短時間で起動用改質
器の暖機が終了する。次にその温度が所定温度Ts0を
超えたかどうかを判定する(ステップS2)。起動用改
質器2の温度が所定温度Ts0を超えたときに(時間t
2)、起動用改質器2へ燃料と部分酸化反応用の空気を
供給する(ステップS3)。したがって、起動用改質器
2での部分酸化反応による発熱によって起動用改質器2
が一層早く昇温する。起動用改質器2によって生成され
た水素リッチなガスは主燃料改質器1に供給され、主燃
料改質器1が加熱する。
First, in step S1 of FIG. 3, the reformer 2 for start-up is used.
Power supply to the device is started (time t1 in FIG. 2). Therefore, the temperature of the start-up reformer 2 rises rapidly, and the warm-up of the start-up reformer is completed in a short time. Next, it is determined whether or not the temperature exceeds the predetermined temperature Ts0 (step S2). When the temperature of the startup reformer 2 exceeds a predetermined temperature Ts0 (time t
2) Supplying fuel and air for partial oxidation reaction to the start-up reformer 2 (step S3). Therefore, due to the heat generated by the partial oxidation reaction in the starting reformer 2, the starting reformer 2
Will heat up faster. The hydrogen-rich gas generated by the start-up reformer 2 is supplied to the main fuel reformer 1, and the main fuel reformer 1 is heated.

【0040】主燃料改質器1への起動用改質器2からの
燃料(水素リッチなガス)がエンジンに供給されて空気
と混合してエンジン5で燃焼され、エンジン5が始動し
(ステップS4)、エンジン5が昇温する。またその排
気ガスの温度もまた上昇を始める。
The fuel (hydrogen-rich gas) from the starting reformer 2 to the main fuel reformer 1 is supplied to the engine, mixed with air and burned in the engine 5, and the engine 5 is started (step S4), the temperature of the engine 5 rises. Moreover, the temperature of the exhaust gas also begins to rise.

【0041】次に起動用改質器2の温度が所定温度所定
温度Ts1を超えたかどうかを判定する(ステップS
5)。超えたときに起動用改質器2への通電を停止する
(時間t3、ステップS6)。このように起動用改質器
2の温度に応じてその通電状態と燃料及び空気の供給状
態を制御することで起動用改質器の起動性を損なうこと
なく、起動用改質器に電力を供給するバッテリの負荷を
軽減することができる。
Next, it is determined whether or not the temperature of the startup reformer 2 exceeds a predetermined temperature Ts1 (step S).
5). When it exceeds, the power supply to the starting reformer 2 is stopped (time t3, step S6). In this way, by controlling the energization state and the supply state of fuel and air according to the temperature of the start-up reformer 2, electric power is supplied to the start-up reformer without impairing the startability of the start-up reformer. The load on the battery to be supplied can be reduced.

【0042】次にステップS7で、主燃料改質器1の温
度が改質反応に適した所定温度Ts2を超えたかどうか
を判定する。所定温度Ts2を超えたときにはステップ
S8に進み、起動用改質器2への燃料と空気の供給を停
止する(時間t4からt5にかけて停止する)。したが
って主燃料改質器1の温度に応じて起動用改質器2への
燃料と空気の供給を制御することで、起動用改質器2で
の部分酸化反応が必要最低限にすることができ、部分酸
化反応による効率の低下を最小限に抑制することができ
る。
Next, in step S7, it is judged whether or not the temperature of the main fuel reformer 1 exceeds a predetermined temperature Ts2 suitable for the reforming reaction. When the temperature exceeds the predetermined temperature Ts2, the process proceeds to step S8, and the supply of fuel and air to the starting reformer 2 is stopped (stops from time t4 to t5). Therefore, by controlling the supply of fuel and air to the starting reformer 2 according to the temperature of the main fuel reformer 1, the partial oxidation reaction in the starting reformer 2 can be minimized. Therefore, it is possible to minimize the decrease in efficiency due to the partial oxidation reaction.

【0043】ステップS9では気化器4からの燃料と空
気と水蒸気の量を主燃料改質器1の温度に応じて制御す
る。
In step S9, the amounts of fuel, air and steam from the vaporizer 4 are controlled according to the temperature of the main fuel reformer 1.

【0044】つまり、主燃料改質器の温度が所定温度T
s2に保たれるように主燃料改質器1に停止した起動用
改質器2に供給されていた分の燃料とこの増加分の燃料
を部分酸化反応させるための空気が気化器4を通じて供
給される(時間t4からt5にかけて徐々に増加す
る)。このとき気化器4は燃料の気化に必要な温度に達
していないが、気化器4に送られる空気がコンプレッサ
6によって加圧されて高温となっていることや起動用改
質器2からのガスが高温であることから、これらの熱に
よって気化器4で気化された燃料、空気が主燃料改質器
1に供給される。気化器4が気化に必要な所定の温度に
達したときに(時間t4’)、気化器4から主燃料改質
器1へ水蒸気の供給を開始する。主燃料改質器1への水
蒸気供給量が徐々に増加するのに応じて主燃料改質器1
へ供給される空気量は減少し、水蒸気量が所定量に達し
たときに空気の供給は停止する(時間t6)。
That is, the temperature of the main fuel reformer is the predetermined temperature T.
The amount of fuel supplied to the starting reformer 2 stopped in the main fuel reformer 1 so as to be maintained at s2 and the air for partially oxidizing the increased amount of fuel are supplied through the vaporizer 4. (It gradually increases from time t4 to t5). At this time, the vaporizer 4 has not reached the temperature required for vaporizing the fuel, but the air sent to the vaporizer 4 is pressurized by the compressor 6 and is at a high temperature, and the gas from the starting reformer 2 is Is high temperature, the fuel and air vaporized by the vaporizer 4 by these heats are supplied to the main fuel reformer 1. When the vaporizer 4 reaches a predetermined temperature required for vaporization (time t4 ′), supply of steam from the vaporizer 4 to the main fuel reformer 1 is started. As the steam supply amount to the main fuel reformer 1 gradually increases, the main fuel reformer 1
The amount of air supplied to is decreased, and the supply of air is stopped when the amount of water vapor reaches a predetermined amount (time t6).

【0045】このように起動時のみに使用する起動用改
質器2を用いて起動時の水素リッチなガスを生成するよ
うにしたので、起動用改質器2の容量は主燃料改質器を
暖機するのに必要な高温ガスを生成する容量を有してい
ればよく、したがって起動用改質器の容量は小さくてよ
く、起動用改質器2の起動時に電力を供給するバッテリ
3の負荷を抑えることができ、バッテリ3の小型化を図
り、システムとしての小型化、軽量化に寄与する。さら
に従来技術のように改質器が故障した場合でも、主燃料
改質器1と起動用改質器2とに機能を分けて構成したの
で、故障が生じた場合でもそれぞれの構成の修理、交換
を行えばよく、サービス費用を抑制することができる。
As described above, since the hydrogen-rich gas at the time of starting is generated by using the starting reformer 2 used only at the time of starting, the capacity of the starting reformer 2 is the main fuel reformer. It suffices if the capacity of the reformer for start-up is small, as long as it has a capacity to generate the high-temperature gas necessary for warming up the starter reformer 2, and the battery 3 that supplies power when the reformer for start-up 2 is started The load on the battery 3 can be suppressed, the battery 3 can be downsized, and the system can be downsized and lightened. Further, even if the reformer fails as in the prior art, the main fuel reformer 1 and the startup reformer 2 are configured to have different functions, and therefore even if a failure occurs, the respective components can be repaired. It suffices to exchange them, and service costs can be suppressed.

【0046】また容量の小さい改質器を用いるので従来
技術の改質器に比べてその起動時間は短く、システムと
しての起動時間を短縮することができる。
Further, since the reformer having a small capacity is used, its starting time is shorter than that of the prior art reformer, and the starting time of the system can be shortened.

【0047】さらにシステムの起動直後から起動用改質
器2から水素リッチなガスを主燃料改質器1を介してエ
ンジン5に供給できるので、エンジンの始動直後からエ
ンジンから排出される排ガスはクリーンな排ガスとする
ことができる。
Furthermore, since the hydrogen-rich gas can be supplied from the starting reformer 2 to the engine 5 via the main fuel reformer 1 immediately after the system is started, the exhaust gas discharged from the engine immediately after the engine is started is clean. It can be a natural exhaust gas.

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

【図1】本発明を説明する燃料改質システム概要図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel reforming system for explaining the present invention.

【図2】同じく各構成要素の作動状態を説明するタイミ
ングチャート図である。
FIG. 2 is a timing chart diagram similarly illustrating an operating state of each component.

【図3】同じく制御内容を説明するフローチャート図で
ある。
FIG. 3 is a flow chart diagram for explaining the same control contents.

【図4】従来技術の燃料改質システム概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a conventional fuel reforming system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主燃料改質器 2 起動用改質器 3 バッテリ 4 気化器 5 エンジン 6 コンプレッサ 7 エアクリーナ 1 Main fuel reformer 2 Start-up reformer 3 battery 4 vaporizer 5 engine 6 compressor 7 Air cleaner

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 和比古 神奈川県横須賀市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 山内 昇 神奈川県横須賀市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EB03 EB12 EB18 EB31 EB42 EB43 EB44 5H027 AA02 BA09 DD03 KK42 MM12   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kazuhiko Ishiwata             2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture             Sansan Co., Ltd. (72) Inventor Noboru Yamauchi             2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture             Sansan Co., Ltd. F-term (reference) 4G040 EA03 EA06 EB03 EB12 EB18                       EB31 EB42 EB43 EB44                 5H027 AA02 BA09 DD03 KK42 MM12

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】改質触媒を収装し、改質ガスを生成する改
質器と、 改質器から排出される改質ガスを用いて駆動力を発生す
る駆動源と、を備え、前記改質器は駆動源から排出され
る排ガスの熱と熱交換を行うことで、改質反応に必要な
熱量を得るように構成された燃料改質システムにおい
て、 前記改質器の上流に設置され、起動時に電気的に加熱さ
れた後に燃料と空気とが供給されて水素リッチなガスを
生成する起動用改質器を備えたことを特徴とする燃料改
質システム。
1. A reformer for accommodating a reforming catalyst to generate a reformed gas, and a drive source for generating a driving force using the reformed gas discharged from the reformer. The reformer is installed upstream of the reformer in a fuel reforming system configured to exchange heat with the exhaust gas discharged from the drive source to obtain the amount of heat required for the reforming reaction. A fuel reforming system comprising a starting reformer for generating hydrogen-rich gas by being supplied with fuel and air after being electrically heated at startup.
【請求項2】前記起動用改質器は、水素リッチなガスを
生成する触媒を電気的に加熱するための導電性材料を備
えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料改質システ
ム。
2. The fuel reforming system according to claim 1, wherein the start-up reformer includes a conductive material for electrically heating a catalyst that generates a hydrogen-rich gas. .
【請求項3】前記起動用改質器は、プラス電極とマイナ
ス電極を設け、各電極間に電圧を掛けてプラズマを発生
させ、このプラズマのエネルギによって起動用改質器に
供給された燃料と水と空気とから水素リッチなガスを生
成することを特徴とする請求項1に記載の燃料改質シス
テム。
3. The starting reformer is provided with a plus electrode and a minus electrode, a voltage is applied between the electrodes to generate plasma, and the energy of the plasma is used to supply the fuel supplied to the starting reformer. The fuel reforming system according to claim 1, wherein hydrogen-rich gas is produced from water and air.
【請求項4】前記起動用改質器の温度に応じて起動用改
質器への通電量および燃料と空気の供給量が制御される
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載
の燃料改質システム。
4. The energization amount and the fuel and air supply amounts to the start-up reformer are controlled according to the temperature of the start-up reformer. The fuel reforming system described in 1.
【請求項5】前記改質器の温度に応じて改質器と前記起
動用改質器への燃料と空気の供給量が制御されることを
特徴とする請求項4に記載の燃料改質システム。
5. The fuel reformer according to claim 4, wherein the amounts of fuel and air supplied to the reformer and the starting reformer are controlled according to the temperature of the reformer. system.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008198486A (en) * 2007-02-13 2008-08-28 Nippon Oil Corp Fuel cell system
WO2009119106A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 三菱マテリアル株式会社 Solid oxide fuel cell
JP2014040364A (en) * 2012-07-23 2014-03-06 Kobe Steel Ltd Activation method of autothermal reformer and autothermal reforming system
JP2015078640A (en) * 2013-10-17 2015-04-23 株式会社日立製作所 Methane modified engine system
JP2021031369A (en) * 2019-08-29 2021-03-01 三菱重工業株式会社 Plant for consuming reformed gas, and method for reforming raw material gas

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008198486A (en) * 2007-02-13 2008-08-28 Nippon Oil Corp Fuel cell system
WO2009119106A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 三菱マテリアル株式会社 Solid oxide fuel cell
JP2014040364A (en) * 2012-07-23 2014-03-06 Kobe Steel Ltd Activation method of autothermal reformer and autothermal reforming system
JP2015078640A (en) * 2013-10-17 2015-04-23 株式会社日立製作所 Methane modified engine system
JP2021031369A (en) * 2019-08-29 2021-03-01 三菱重工業株式会社 Plant for consuming reformed gas, and method for reforming raw material gas

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