JP2003306308A - Steam reforming and fuel cell system - Google Patents

Steam reforming and fuel cell system

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JP2003306308A JP2002107688A JP2002107688A JP2003306308A JP 2003306308 A JP2003306308 A JP 2003306308A JP 2002107688 A JP2002107688 A JP 2002107688A JP 2002107688 A JP2002107688 A JP 2002107688A JP 2003306308 A JP2003306308 A JP 2003306308A
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    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus with a simple structure and a small size capable of producing a reformed gas which contains a reduced amount of carbon monoxide and is rich in hydrogen. <P>SOLUTION: A gas introducing part 22 always supplies a methane gas from a channel end 22a and steam from a channel end 22b. Thereby, a reforming device 24 is divided into a methane-introducing part 24at0 into which a methane gas is introduced and a steam-introducing part 24bt0 into which steam is introduced. At the methane-introducing part 24at0, a hydrogen gas and carbon are produced in the presence of a reforming catalyst by supplying only methane, and the carbon is adsorbed to the reforming catalyst. Almost no carbon monoxide is produced at this time. Then, the reforming device 24 is rotated, and steam is now introduced into the methane-introducing part 24at0. Thus, when steam is introduced, the adsorbed carbon reacts with the steam by the reforming catalyst to cause the desorption of carbon and regeneration of the catalyst. This is repeated with the rotation of the reforming device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、炭化水素系化合物
を水蒸気改質に供して水素リッチな改質ガスを生成する
改質装置と改質方法、並びにこの改質ガスを用いて発電
する燃料電池システムに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reformer and a reforming method for producing a hydrogen-rich reformed gas by subjecting a hydrocarbon-based compound to steam reforming, and a fuel for generating electricity using this reformed gas. Regarding battery system.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化水素系化合物を改質触媒を介した水
蒸気改質に供すると、水素と二酸化炭素および水(水蒸
気)を含む水素リッチな改質ガスを生成できる。この水
素リッチな改質ガスは、水素リッチな燃料ガスと酸素含
有ガスとの供給を受けて発電する燃料電池の燃料ガスと
して用いられている。
2. Description of the Related Art When a hydrocarbon compound is subjected to steam reforming through a reforming catalyst, a hydrogen-rich reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide and water (steam) can be produced. This hydrogen-rich reformed gas is used as a fuel gas for a fuel cell that is supplied with a hydrogen-rich fuel gas and an oxygen-containing gas to generate electricity.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
改質装置では、次のような問題点が未解決のまま残され
ている。
However, in the conventional reformer, the following problems remain unsolved.

【0004】水蒸気改質の反応過程では、水蒸気と原燃
料ガスの混合供給に基づき、改質触媒により多段の反応
が並行して進行する。各段の反応は、水蒸気・原燃料ガ
ス併存により複雑に推移進行するので、改質反応後の改
質ガス中に、反応中間生成物としての一酸化炭素が含ま
れる。この一酸化炭素は数%〜十数%の割合で含有さ
れ、その含有程度は改質反応時の温度条件や原燃料ガス
の供給状況等の種々の条件に左右される。
[0004] In the steam reforming reaction process, multistage reactions proceed in parallel by the reforming catalyst based on the mixed supply of steam and raw fuel gas. Since the reaction in each stage progresses in a complicated manner due to the presence of steam and raw fuel gas, carbon monoxide as a reaction intermediate product is contained in the reformed gas after the reforming reaction. The carbon monoxide is contained at a rate of several% to several tens of%, and the content thereof depends on various conditions such as the temperature condition during the reforming reaction and the supply condition of the raw fuel gas.

【0005】一酸化炭素は燃料電池における触媒性能の
劣化を招く被毒物質であることから、改質装置の下流に
一酸化炭素の低減装置(CO低減装置)を組み込む必要
があった。このため、CO低減装置を必要とする分、構
造の複雑化や装置の大型化を招いていた。また、CO低
減装置によるCO低減効率を高めるための制御も必要で
あった。
Since carbon monoxide is a poisonous substance that causes deterioration of catalyst performance in the fuel cell, it is necessary to incorporate a carbon monoxide reducing device (CO reducing device) downstream of the reforming device. For this reason, a CO reduction device is required, which leads to a complicated structure and an increase in size of the device. Moreover, control for increasing the CO reduction efficiency by the CO reduction device was also necessary.

【0006】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、一酸化炭素の含有を抑制した水素リッチな改質ガ
スを生成可能な改質装置を提供し、これを通して、改質
装置下流のCO低減装置の撤廃や構造の簡略化、装置の
小型化を図ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a reformer capable of producing a hydrogen-rich reformed gas in which the content of carbon monoxide is suppressed. The purpose is to eliminate the CO reduction device, simplify the structure, and downsize the device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第
1の改質装置は、炭化水素系化合物の水蒸気改質を経て
水素リッチな改質ガスを生成する改質装置であって、水
蒸気改質に用いる改質触媒を有する改質器と、この改質
器に原材料ガスと水蒸気を導入する導入部とを、改質器
におけるガスの流れ方向を中心に相対的に回転させる。
Means for Solving the Problem and Its Action / Effect To solve at least a part of the problem, the first reformer of the present invention is a hydrogen-rich reformer through steam reforming of a hydrocarbon compound. A reformer for producing a high quality gas, the reformer having a reforming catalyst used for steam reforming, and an introduction part for introducing a raw material gas and steam into the reformer, Rotate relative to the flow direction.

【0008】この場合、導入部と改質器の両者を逆方向
に回転させるほか、導入部と改質器の一方を回転させれ
ばよい。導入部を回転させる場合ではガス導入機構に回
転に伴う気密対策が必要であるのに対し、改質器を回転
させるようにすれば、こうした気密対策が簡略化でき、
好ましい。また、改質器回転のための機構も、モータ・
回転伝達機構等で済み、構成が簡便となる。
In this case, in addition to rotating both the introduction section and the reformer in opposite directions, one of the introduction section and the reformer may be rotated. When rotating the introduction part, it is necessary to take measures for airtightness associated with rotation in the gas introduction mechanism, while rotating the reformer simplifies such measures for airtightness.
preferable. Also, the mechanism for rotating the reformer is
A rotation transmission mechanism or the like is sufficient, and the configuration is simple.

【0009】このように、導入部と改質器とを相対的に
回転させる本発明の改質装置では、導入部は、その第1
流路から炭化水素系化合物を含む原燃料ガスを改質器に
導き、第2流路から改質器に水蒸気を導く。これによ
り、改質器では、原燃料ガスの導入を受ける原燃料ガス
導入部分と水蒸気の導入を受ける水蒸気導入部分とに分
かれる。
As described above, in the reforming apparatus of the present invention in which the introduction section and the reformer are relatively rotated, the introduction section has the first part.
Raw fuel gas containing a hydrocarbon compound is introduced into the reformer from the flow path, and steam is introduced into the reformer from the second flow path. As a result, the reformer is divided into a raw fuel gas introduction part that receives the raw fuel gas and a steam introduction part that receives the steam.

【0010】この原燃料ガス導入部分では、改質触媒
は、水蒸気がほとんど存在しない状況下の改質反応を起
こし、下記式で示す炭化水素系化合物の分解反応を引
き起こす。
In the portion where the raw fuel gas is introduced, the reforming catalyst causes a reforming reaction under the condition that almost no steam exists, and causes a decomposition reaction of the hydrocarbon compound represented by the following formula.

【0011】 2CnHm → 2nC + mH22CnHm → 2nC + mH 2 ...

【0012】この式の進行により、改質器の原燃料ガ
ス導入部分は、水素ガスを生成し、一酸化炭素をほとん
ど生成しない。また、生成した炭素は、改質触媒に吸着
する。この場合、導入した原燃料ガスに対して式がほ
ぼ完全に進行させるようにするには、改質器温度等の改
質器サイドの条件や導入原燃料ガス量を調整したり、水
蒸気の混在を抑制すればよい。こうすれば、一酸化炭素
生成をより確実に回避できる。
Due to the progress of this equation, the raw fuel gas introduction portion of the reformer produces hydrogen gas and hardly produces carbon monoxide. Further, the generated carbon is adsorbed on the reforming catalyst. In this case, in order to make the equation proceed almost completely to the introduced raw fuel gas, the reformer temperature and other conditions on the reformer side, the amount of introduced raw fuel gas, and the mixture of steam are mixed. Should be suppressed. In this way, carbon monoxide production can be avoided more reliably.

【0013】こうして水素ガス生成と炭素吸着を起こし
た原燃料ガス導入部分は、上記の相対的な回転に伴っ
て、新たに水蒸気の導入を受ける。この水蒸気は、原燃
料ガスがほとんど存在しない状況で改質触媒に晒される
ので、この改質触媒により、吸着済み炭素と反応する。
この反応は、下記式で示される。
The raw fuel gas introduction portion in which the hydrogen gas is generated and the carbon is adsorbed as described above is newly introduced with the steam due to the relative rotation. This water vapor is exposed to the reforming catalyst in a state where the raw fuel gas is scarcely present, so that the reforming catalyst reacts with the adsorbed carbon.
This reaction is represented by the following formula.

【0014】 C +2H2O →CO2 + 2H2C + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 ...

【0015】この式の進行により、水素ガスと二酸化
炭素ガスが生成され、これらガスは、上記の式で生成
した水素ガスと合流して、改質器下流に流れる。そし
て、この二酸化炭素生成により、改質触媒に吸着した炭
素は触媒表面から奪取され、触媒表面の再生を図る。こ
れにより、上記の相対的な回転に伴って新たに原燃料ガ
スの導入を受ける際には、再生済みの改質触媒により、
上記の式は好適に進行し、触媒反応効率を高く維持で
きる。この場合であっても、式がほぼ完全に進行させ
るようにするには、改質器温度等の条件を調整したり、
原燃料ガスの混在を抑制すればよい。こうすれば、改質
触媒の触媒表面の再生の確実化をもたらすことができ
る。
Hydrogen gas and carbon dioxide gas are produced by the progress of this equation, and these gases merge with the hydrogen gas produced by the above equation and flow downstream of the reformer. Then, due to the generation of carbon dioxide, the carbon adsorbed on the reforming catalyst is taken from the catalyst surface, and the catalyst surface is regenerated. As a result, when the raw fuel gas is newly introduced due to the above relative rotation, the reforming catalyst already regenerated
The above formula can be favorably progressed and the catalytic reaction efficiency can be maintained high. Even in this case, in order for the formula to proceed almost completely, the conditions such as the reformer temperature should be adjusted,
It is sufficient to suppress the mixture of raw fuel gas. This can ensure the regeneration of the catalyst surface of the reforming catalyst.

【0016】そして、こうしたガス生成、即ち、原燃料
ガス導入部分での水素ガス生成とその後の水蒸気導入に
よる水素ガス・二酸化炭素ガス生成とが、導入部と改質
器の相対的な回転に伴って繰り返し同時に進行し、これ
らガス(改質ガス)は、改質器下流で合流して流れる。
この結果、改質装置から得られる改質ガス(上記合流ガ
ス)は、水素リッチであることは勿論、水素濃度につい
ても安定したものとなると共に、一酸化炭素をほとんど
含まないものとなる。換言すれば、この本発明の改質装
置によれば、一酸化炭素含有が極めて低い水素リッチガ
スを、安定した水素濃度で連続生成できる。しかも、改
質触媒の再生により、反応の安定進行・反応効率維持を
図り、これによっても水素リッチガス生成効率を高める
ことができる。このため、生成した水素リッチガスを他
の装置(例えば、燃料電池)に供給する場合であって
も、改質装置下流には、一酸化炭素低減のための装置を
設置する必要が無くなり、構造の簡略化、装置の小型化
を図ることができる。特に、燃料電池を駆動源とする車
両にあっては、改質装置・燃料電池を含むシステムの搭
載にサイズ上の制約が軽減できるので、車両への適用の
自由度を高めることができる。
Such gas generation, that is, hydrogen gas generation in the raw fuel gas introduction portion and subsequent hydrogen gas / carbon dioxide gas generation by steam introduction is accompanied by relative rotation of the introduction portion and the reformer. These gases (reformed gas) merge and flow downstream of the reformer.
As a result, the reformed gas (combined gas) obtained from the reformer is not only rich in hydrogen but also stable in hydrogen concentration, and contains almost no carbon monoxide. In other words, according to the reforming apparatus of the present invention, a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content can be continuously produced at a stable hydrogen concentration. In addition, the regeneration of the reforming catalyst enables stable progress of the reaction and maintenance of the reaction efficiency, which also improves the hydrogen-rich gas production efficiency. Therefore, even when the generated hydrogen-rich gas is supplied to another device (for example, a fuel cell), it is not necessary to install a device for reducing carbon monoxide downstream of the reforming device. It is possible to simplify and downsize the device. In particular, in a vehicle using a fuel cell as a drive source, size restrictions on mounting a system including a reformer / fuel cell can be reduced, so that the degree of freedom of application to the vehicle can be increased.

【0017】また、一酸化炭素低減のための装置を設置
する必要が無いので、これら装置の起動制御・駆動制御
が不要となる。よって、改質装置とその改質ガスを利用
するシステム(例えば、燃料電池システムや車両等)の
起動性向上や、制御の簡略化を図ることができる。
Further, since it is not necessary to install a device for reducing carbon monoxide, starting control and drive control of these devices are unnecessary. Therefore, it is possible to improve the startability of the reformer and the system that uses the reformed gas (for example, the fuel cell system, the vehicle, etc.) and simplify the control.

【0018】こうした水素リッチな改質ガス生成は、前
記水蒸気改質に用いる改質触媒を有する改質器に前記炭
化水素系化合物を含む原燃料ガスと水蒸気とを導くに当
たり、前記改質器を前記改質器への前記原燃料ガスの導
入箇所と前記水蒸気の導入箇所に分け、前記原燃料ガス
が導入されていた導入箇所への前記水蒸気の導入と、前
記水蒸気が導入されていた導入箇所への前記原燃料ガス
の導入とを実行する工程を繰り返す方法であっても達成
できる。
Such hydrogen-rich reformed gas is produced by introducing the raw fuel gas containing the hydrocarbon compound and steam into a reformer having a reforming catalyst used for the steam reforming. Introducing the raw fuel gas into the reformer and introducing the steam into the reformer, introducing the steam into the introducing place where the raw fuel gas was introduced, and introducing the steam into the introducing place. It can be achieved by a method of repeating the steps of introducing the raw fuel gas into the.

【0019】上記構成を有する本発明の第1の改質装置
は、以下の態様を採ることもできる。即ち、第2流路か
らの水蒸気導入に際し、水蒸気と共に酸素含有ガスを導
くようにすることもできる。こうすれば、触媒表面に吸
着した炭素の下記式の酸化反応を酸素自体で起こして
発熱を起こすことができる。よって、触媒表面の再生効
率の向上と、熱による改質器昇温・吸熱反応(式)へ
の熱供与を図ることができるので、改質効率の向上に寄
与する。
The first reforming apparatus of the present invention having the above construction can also take the following modes. That is, when introducing water vapor from the second flow path, the oxygen-containing gas can be introduced together with the water vapor. By doing so, the oxidation reaction of the carbon adsorbed on the catalyst surface by the following formula can be caused by oxygen itself to generate heat. Therefore, it is possible to improve the regeneration efficiency of the catalyst surface and to provide heat to the reformer temperature rise / endothermic reaction (formula) by heat, which contributes to the improvement of the reforming efficiency.

【0020】C +O2 →CO2C + O 2 → CO 2 ...

【0021】この場合、第2流路を、水素リッチの改質
ガスを燃料ガスとして供給されて発電する燃料電池のカ
ソードオフガスを導くようにすることもできる。このカ
ソードオフガスは、発電反応生成物の水(水蒸気)と酸
素を含むので、酸素含有ガス導入のための装置が不要と
なり、装置の簡略化を図ることができる。
In this case, the second flow path may be configured to guide the cathode off gas of the fuel cell which is supplied with the hydrogen-rich reformed gas as the fuel gas to generate electric power. Since this cathode off gas contains water (steam) and oxygen which are power generation reaction products, a device for introducing an oxygen-containing gas is not required, and the device can be simplified.

【0022】また、導入部を、酸素含有ガスを導く酸素
導入流路を有するものとし、この酸素導入流路の末端
を、第1流路の末端と第2の流路の末端との間に介在さ
せるようにすることもできる。こうすれば、導入部と改
質器の相対的な回転に伴って、原燃料ガス導入部への酸
素含有ガスの新たな導入、水蒸気導入部への酸素含有ガ
スの新たな導入を繰り返し起こすことができる。このた
め、両導入部での上記式の進行を図り、触媒表面の再
生・改質器昇温・熱供与をより確実なものとして、改質
効率をより向上させることができる。
Further, the introduction part has an oxygen introduction flow path for introducing the oxygen-containing gas, and the end of the oxygen introduction flow path is located between the end of the first flow path and the end of the second flow path. It is also possible to intervene. By doing this, it is possible to repeatedly cause new introduction of the oxygen-containing gas into the raw fuel gas introduction section and new introduction of the oxygen-containing gas into the steam introduction section with the relative rotation of the introduction section and the reformer. You can Therefore, it is possible to further advance the reforming efficiency by promoting the above equations in both the introducing portions and making sure the regeneration of the catalyst surface, the temperature rise of the reformer, and the heat donation, and the reforming efficiency.

【0023】また、上記課題の少なくとも一部を達成す
るための本発明の第2の改質装置は、炭化水素系化合物
の水蒸気改質を経て水素リッチな改質ガスを生成する改
質装置であって、前記水蒸気改質に用いる改質触媒を有
する第1と第2の改質器と、前記第1の改質器に、炭化
水素系化合物を含む原燃料ガスと水蒸気とを交互に導く
第1導入部と、前記第2の改質器に、前記原燃料ガスと
水蒸気とを交互に導く第2導入部と、前記第1と第2の
改質器からの改質ガスを合流させて下流に導く下流流路
とを備え、前記第1導入部と前記第2導入部とは、一方
が前記原燃料ガスを導いている間は他方は前記水蒸気を
導くことを特徴とする。
Further, a second reforming apparatus of the present invention for achieving at least a part of the above-mentioned problems is a reforming apparatus for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound. Accordingly, the first and second reformers having the reforming catalyst used for the steam reforming, and the raw fuel gas containing the hydrocarbon compound and the steam are alternately introduced to the first reformer. A first introduction part and a second introduction part for alternately introducing the raw fuel gas and steam to the second reformer, and the reformed gas from the first and second reformers are combined. And a downstream flow path that guides the water vapor to the downstream side, and one of the first introduction section and the second introduction section guides the water vapor while the other guides the raw fuel gas.

【0024】この構成の改質装置であっても、第1、第
2の改質器では、それぞれ原燃料ガスと水蒸気が交互に
導かれ、上記した式、式を繰り返す。そして、改質
器下流では、一方の改質器での式による生成ガスと他
方の改質器での式の生成ガスとが合流して下流に導か
れる。この結果、上記した本発明の第1の改質装置と同
様、一酸化炭素含有が極めて低い水素リッチガスを、安
定した水素濃度で連続生成できる等の効果を奏すること
ができる。
Even in the reformer having this structure, the raw fuel gas and the steam are alternately introduced in the first and second reformers, respectively, and the above equations and equations are repeated. Then, on the downstream side of the reformer, the produced gas according to the formula in one reformer and the produced gas according to the formula in the other reformer join and are guided to the downstream side. As a result, similar to the above-described first reforming apparatus of the present invention, it is possible to produce an effect such that a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content can be continuously produced at a stable hydrogen concentration.

【0025】この場合、第1、第2の改質器は、別体で
あっても好いし、一つの改質器を第1、第2に区分けし
てもよい。
In this case, the first and second reformers may be separate bodies, and one reformer may be divided into the first and second reformers.

【0026】また、上記課題の少なくとも一部を達成す
るための本発明の第3の改質装置は、炭化水素系化合物
の水蒸気改質を経て水素リッチな改質ガスを生成する改
質装置であって、改質器には水蒸気改質に用いる改質触
媒と、二酸化炭素の吸着機能を有する吸着材とを備え、
この改質器と、これにガスを導く導入部とを、改質器に
おけるガスの流れ方向を中心に相対的に回転させる。し
かも、導入部からのガス導入は、導入部の第1流路から
は、炭化水素系化合物を含む原燃料ガスと水蒸気とを導
き、第2流路からは、吸着剤からの二酸化炭素放出を起
こし得るパージガスを導く。
Further, a third reforming apparatus of the present invention for achieving at least a part of the above problems is a reforming apparatus for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound. Therefore, the reformer includes a reforming catalyst used for steam reforming and an adsorbent having a carbon dioxide adsorption function,
The reformer and the introduction part for guiding the gas to the reformer are relatively rotated around the flow direction of the gas in the reformer. Moreover, the introduction of gas from the introduction section guides the raw fuel gas containing the hydrocarbon compound and the water vapor from the first flow path of the introduction section, and the carbon dioxide release from the adsorbent from the second flow path. Guide possible purge gases.

【0027】こうした構成を採る改質装置では、改質器
は、原燃料ガスと水蒸気の導入を受ける原燃料・水蒸気
導入部分とパージガスの導入を受けるパージガス導入部
分とに分かれる。
In the reformer having such a structure, the reformer is divided into a raw fuel / steam introduction part for receiving the raw fuel gas and steam and a purge gas introduction part for introducing the purge gas.

【0028】この原燃料・水蒸気導入部分では、改質触
媒は、原燃料・水蒸気の共存下の改質反応を起こすこと
から、下記式、式、式で示す炭化水素系化合物の
改質反応を引き起こす。なお、説明の便宜上、原燃料ガ
スをメタンと仮定する。
In this raw fuel / steam introducing portion, the reforming catalyst causes a reforming reaction in the coexistence of the raw fuel / steam, so that the reforming reaction of the hydrocarbon compound represented by the following formula cause. For convenience of explanation, the raw fuel gas is assumed to be methane.

【0029】 CH4 + H2O → CO + 3H2 … CO + H2O → CO2 + H2 … CO2 + H2 → CO + H2O …CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ... CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ... CO 2 + H 2 → CO + H 2 O ...

【0030】この式は、通常、シフト反応と称され、
式は、これと反対の反応が起きる逆シフト反応と称さ
れる。そして、・の反応は、一酸化炭素の生成状況
・水蒸気の供給状況・二酸化炭素の生成状況等に応じて
進行し、平衡の制約によりその反応率に制約を受ける。
This equation is commonly referred to as the shift reaction,
The equation is called the reverse shift reaction, where the opposite reaction occurs. Then, the reaction of · proceeds according to the production status of carbon monoxide, the supply status of water vapor, the production status of carbon dioxide, etc., and the reaction rate is restricted by the restriction of equilibrium.

【0031】これら〜式の進行により、改質器の原
燃料・水蒸気導入部分では水素と二酸化炭素、一酸化炭
素が生成される。この二酸化炭素は、改質器が有する吸
着材に吸着され、系外(改質触媒反応系外)の固相に取
り出される。このため、平衡の関係から、式のシフト
反応が律速進行し、式の逆シフト反応の進行を抑制さ
せる。これにより、改質器の原燃料・水蒸気導入部分
は、水素ガスと二酸化炭素を生成し、一酸化炭素をほと
んど生成しない。
By the progress of these equations, hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide are produced in the raw fuel / steam introduction portion of the reformer. This carbon dioxide is adsorbed by the adsorbent of the reformer and taken out to the solid phase outside the system (outside the reforming catalytic reaction system). Therefore, due to the equilibrium relationship, the shift reaction of the formula proceeds at a rate-determining rate and suppresses the progress of the reverse shift reaction of the formula. As a result, the raw fuel / steam introducing portion of the reformer generates hydrogen gas and carbon dioxide, and hardly generates carbon monoxide.

【0032】こうして水素ガス・二酸化炭素の生成と二
酸化炭素吸着を起こした原燃料・水蒸気導入部分は、上
記の相対的な回転に伴って、新たにパージガスの導入を
受ける。このパージガスは、二酸化炭素吸着を起こした
吸着材に晒されるので、吸着材に吸着済みの二酸化炭素
を当該吸着材から離脱(放出)させ、吸着材の二酸化炭
素吸着機能を再生させる。よって、上記の相対的な回転
に伴って新たにパージガスが導かれた原燃料・水蒸気導
入部分からは、二酸化炭素ガスが生成される。この際、
パージガスは、吸着剤に作用するのみであり、改質触媒
での改質反応には関与しないので、一酸化炭素の生成は
ほとんど起きない。なお、余剰のパージガスは、二酸化
炭素吸着機能再生に伴って生成された二酸化炭素と共に
改質器下流に流れる。
The raw fuel / water vapor introduction portion in which hydrogen gas / carbon dioxide is produced and carbon dioxide is adsorbed is newly introduced with the purge gas due to the relative rotation. Since the purge gas is exposed to the adsorbent that has adsorbed carbon dioxide, the carbon dioxide adsorbed by the adsorbent is released (released) from the adsorbent, and the carbon dioxide adsorbing function of the adsorbent is regenerated. Therefore, carbon dioxide gas is generated from the raw fuel / steam introducing portion to which the purge gas is newly introduced due to the relative rotation. On this occasion,
Since the purge gas only acts on the adsorbent and does not participate in the reforming reaction in the reforming catalyst, carbon monoxide is hardly produced. The surplus purge gas flows downstream of the reformer together with the carbon dioxide generated by the regeneration of the carbon dioxide adsorption function.

【0033】このパージガス導入に際しては、二酸化炭
素の吸着材の吸着機能を考慮してガス条件を定めればよ
い。つまり、吸着材が、低温環境時に二酸化炭素吸着機
能を発揮するものであれば、高温のパージガス導入で、
吸着剤からの二酸化炭素放出を図ることができる。反対
に、吸着材が、高温環境時に二酸化炭素吸着機能を発揮
するものであれば、低温のパージガスを導入して二酸化
炭素放出を図ることができる。
When introducing the purge gas, the gas conditions may be determined in consideration of the adsorption function of the carbon dioxide adsorbent. In other words, if the adsorbent has a carbon dioxide adsorption function in a low temperature environment, introducing a high temperature purge gas,
Carbon dioxide can be released from the adsorbent. On the contrary, if the adsorbent has a carbon dioxide adsorption function in a high temperature environment, a low temperature purge gas can be introduced to release carbon dioxide.

【0034】そして、こうしたガス生成、即ち、原燃料
・水蒸気導入部分での水素・二酸化炭素の生成とその後
のパージガス導入による二酸化炭素生成・放出とが、導
入部と改質器の相対的な回転に伴って繰り返し同時に進
行し、原燃料・水蒸気導入部分での水素・二酸化炭素生
成の際には、一酸化炭素をほとんど含まないようにでき
る。この結果、改質装置から得られる改質ガス(原燃料
・水蒸気導入部分での生成ガス)は、水素リッチである
ことは勿論、水素濃度についても安定したものとなると
共に、一酸化炭素をほとんど含まないものとなる。よっ
て、この本発明の改質装置によっても、上記した本発明
の第1の改質装置と同様、一酸化炭素含有が極めて低い
水素リッチガスを、安定した水素濃度で連続生成できる
等の効果を奏することができる。
Such gas generation, that is, generation of hydrogen / carbon dioxide in the raw fuel / steam introduction portion and subsequent generation / release of carbon dioxide by introduction of the purge gas is caused by relative rotation of the introduction portion and the reformer. Accordingly, the carbon monoxide can be made to be scarcely contained when hydrogen and carbon dioxide are produced in the raw fuel / water vapor introduction part. As a result, the reformed gas (produced gas in the raw fuel / steam introduction part) obtained from the reformer is not only rich in hydrogen, but also stable in hydrogen concentration and contains almost no carbon monoxide. It will not be included. Therefore, this reforming apparatus of the present invention also has the effect of continuously producing a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content at a stable hydrogen concentration, like the first reforming apparatus of the present invention. be able to.

【0035】また、上記課題の少なくとも一部を達成す
るための本発明の第4の改質装置は、炭化水素系化合物
の水蒸気改質を経て水素リッチな改質ガスを生成する改
質装置であって、前記水蒸気改質に用いる改質触媒と、
二酸化炭素の吸着機能を有する吸着材とを有する第1と
第2の改質器と、前記第1の改質器に、炭化水素系化合
物を含む原燃料ガスと水蒸気の混合ガスと、二酸化炭素
を吸着した前記吸着剤からの二酸化炭素放出を起こし得
るパージガスとを交互に導く第1導入部と、前記第2の
改質器に、前記混合ガスと前記パージガスとを交互に導
く第2導入部とを備え、前記第1導入部と前記第2導入
部とは、一方が前記混合ガスを導いている間は他方は前
記パージガスを導くことを特徴とする。
Further, a fourth reforming apparatus of the present invention for achieving at least a part of the above problems is a reforming apparatus for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound. There is a reforming catalyst used for the steam reforming,
First and second reformers having an adsorbent having an adsorption function of carbon dioxide, a mixed gas of a raw fuel gas containing a hydrocarbon compound and steam, and carbon dioxide in the first reformer. First introducing section for alternately introducing a purge gas capable of causing carbon dioxide release from the adsorbent having adsorbed carbon dioxide, and a second introducing section for alternately introducing the mixed gas and the purge gas to the second reformer. The first introduction part and the second introduction part are characterized in that, while one guides the mixed gas, the other guides the purge gas.

【0036】この構成の改質装置であっても、第1、第
2の改質器のそれぞれには、原燃料ガスと水蒸気の混合
ガスとパージガスが交互に導かれ、上記した・式の
反応と吸着材再生を繰り返す。そして、改質器下流に
は、一方の改質器での・式による生成ガス(水素ガ
スと二酸化炭素ガス)と他方の改質器での二酸化炭素ガ
スを導くことができる。この結果、上記した本発明の第
3の改質装置と同様、一酸化炭素含有が極めて低い水素
リッチガスを、安定した水素濃度で連続生成できる等の
効果を奏することができる。
Even in the reformer having this structure, the mixed gas of the raw fuel gas and the steam and the purge gas are alternately introduced into each of the first and second reformers, and the reaction of the above formula Repeat the adsorbent regeneration. Then, the gas (hydrogen gas and carbon dioxide gas) generated by the equation in one reformer and the carbon dioxide gas in the other reformer can be introduced downstream of the reformer. As a result, similar to the above-described third reforming apparatus of the present invention, it is possible to produce an effect such that a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content can be continuously produced at a stable hydrogen concentration.

【0037】この第1、第2の改質器にあっても、別体
であっても好いし、一つの改質器を第1、第2に区分け
してもよい。
The first and second reformers may be provided separately or separately, and one reformer may be divided into the first and second reformers.

【0038】また、上記した第3、第4の改質装置にあ
っては、導入するパージガスを燃料電池のアノードオフ
ガスとすることもできる。このアノードオフガスは、発
電反応で水素消費後のガスであるが、未反応のままの水
素を含むので、この水素の酸化反応(燃焼)を経て、容
易に所定温度まで昇温できる。よって、二酸化炭素放出
のパージガスとして利用可能となることから、パージガ
ス導入のための装置が不要となり、装置の簡略化を図る
ことができる。
Further, in the third and fourth reforming devices described above, the purge gas introduced may be the anode off gas of the fuel cell. This anode off gas is a gas after hydrogen consumption in the power generation reaction, but since it contains unreacted hydrogen, it can be easily heated to a predetermined temperature through this hydrogen oxidation reaction (combustion). Therefore, since it can be used as a purge gas for releasing carbon dioxide, a device for introducing the purge gas is not required, and the device can be simplified.

【0039】こうした改質装置は、その改質ガスを利用
するシステム、例えば、燃料電池システム、或いはこれ
を搭載した車両等の一構成機器として、適用できる。
Such a reforming apparatus can be applied as a component using the reformed gas, for example, a fuel cell system, or a component of a vehicle equipped with the fuel cell system.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る改質装置の実
施の形態を、この改質装置を有する燃料電池システムの
実施例に基づき説明する。図1は本実施例の燃料電池シ
ステム10の概略構成を示す説明図、図2はこの燃料電
池システム10が有する改質装置20の概略構成を説明
する説明図、図3は改質装置20を図2における3−3
線に沿って断面視した概略構成を示す説明図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of a reformer according to the present invention will be described based on an example of a fuel cell system having this reformer. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of the present embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a reformer 20 included in the fuel cell system 10, and FIG. 3-3 in FIG.
It is explanatory drawing which shows the schematic structure cross-sectioned along the line.

【0041】燃料電池システム10は、貯蔵したメタン
ガスを供給するメタンガス供給装置12と、貯留した水
を水蒸気として供給する水蒸気供給装置14と、メタン
の改質反応により水素リッチの改質ガスを生成する改質
装置20と、電気化学反応により起電力を得る燃料電池
40と、空気を圧縮して燃料電池40に供給するブロワ
42と備える。
The fuel cell system 10 produces a hydrogen-rich reformed gas by a methane gas supply device 12 for supplying stored methane gas, a steam supply device 14 for supplying stored water as steam, and a reforming reaction of methane. The reformer 20 includes a fuel cell 40 that obtains electromotive force by an electrochemical reaction, and a blower 42 that compresses air and supplies the compressed air to the fuel cell 40.

【0042】メタンガス供給装置12は、流路13に図
示しないバルブを備え、このバルブ開度を図示しない電
子制御装置からの制御信号に基づき調整して、改質装置
20へのメタンガス供給量を調整する。このメタンガス
供給装置12は、精製済みのメタンガスを貯蔵・供給す
るものとして構成できるほか、天然ガスを貯蔵し、その
天然ガスから硫黄分を除去して精製したメタンガスを供
給するように構成することもできる。
The methane gas supply device 12 is provided with a valve (not shown) in the flow path 13, and the valve opening is adjusted based on a control signal from an electronic control device (not shown) to adjust the amount of methane gas supplied to the reformer 20. To do. The methane gas supply device 12 can be configured to store and supply purified methane gas, or can also be configured to store natural gas and remove the sulfur content from the natural gas to supply purified methane gas. it can.

【0043】水蒸気供給装置14は、貯留した水を図示
しない加熱・蒸発部に送り込んで昇温した水蒸気とし、
この水蒸気を流路15を経て改質装置20に供給する。
この水蒸気供給装置14にあっては、加熱・蒸発部への
水供給を図る図示しない水ポンプや、流路15に設けた
図示しないバルブを、電子制御装置からの制御信号に基
づき駆動制御することで、改質装置20への水蒸気供給
量を調整する。
The steam supply unit 14 sends the stored water to a heating / evaporating section (not shown) to convert it into steam,
This steam is supplied to the reformer 20 through the flow path 15.
In this steam supply device 14, a water pump (not shown) for supplying water to the heating / evaporating section and a valve (not shown) provided in the flow path 15 are drive-controlled based on a control signal from the electronic control device. Then, the amount of steam supplied to the reformer 20 is adjusted.

【0044】なお、水蒸気供給装置14が有する加熱・
蒸発器は、燃焼触媒を備えており、水を気化させるのに
要する熱を燃焼反応によって発生する。この燃焼反応の
ために用いる燃料としては、メタンガス供給装置12に
貯蔵するメタンガスと、燃料電池40のアノード側から
排出されるアノードオフガスとを用いている。
The heating of the steam supply device 14
The evaporator is equipped with a combustion catalyst, and the heat required for vaporizing water is generated by the combustion reaction. As the fuel used for this combustion reaction, methane gas stored in the methane gas supply device 12 and anode off gas discharged from the anode side of the fuel cell 40 are used.

【0045】図2に示すように、改質装置20は、ガス
導入を受けるガス導入部22と、改質反応を起こす改質
器24とを有する。ガス導入部22は、その内部が区画
壁23により上下の流路末端部22a、22bを区画し
て備え、各流路末端部に、既述した流路13と流路15
を連通させている。つまり、ガス導入部22は、メタン
の流路13の末端となる流路末端部22aと、水蒸気の
流路15の末端となる流路末端部22bとを、改質器2
4に対向させ、メタンと水蒸気とを区分けして改質器2
4に導入する。この場合、流路13、15の末端部を拡
張形成等することで、流路末端そのものを流路末端部2
2a、22bとすることもできる。
As shown in FIG. 2, the reforming device 20 has a gas introducing portion 22 for receiving gas and a reformer 24 for causing a reforming reaction. The gas introduction part 22 is provided with upper and lower flow path end parts 22a and 22b partitioned by a partition wall 23, and the flow path 13 and the flow path 15 described above are provided at the respective flow path end parts.
Are in communication. That is, the gas introduction unit 22 connects the flow path end portion 22 a, which is the end of the methane flow path 13, and the flow path end portion 22 b, which is the end of the steam flow path 15, to the reformer 2.
Reformer 2 by separating methane and water vapor from each other.
Introduce to 4. In this case, the ends of the flow paths 13 and 15 are expanded to form the ends of the flow paths themselves.
It can also be 2a, 22b.

【0046】改質器24は、ガス流路をいわゆるハニカ
ム状に形成して構成されている。よって、流路末端部2
2aからのメタンは、この流路末端部22aに対向する
部分のハニカム状ガス流路を通過し、改質器下流に到
る。流路末端部22bからの水蒸気は、この流路末端部
22bに対向する部分のハニカム状ガス流路を通過し、
改質器下流に到る。つまり、改質器24は、メタンガス
の導入を受けるメタン導入部分と、水蒸気の導入を受け
る水蒸気導入部分とに分かれる。そして、改質器24の
下流では、流路末端部22aに対向する部分のハニカム
状ガス流路を通過したガスと、流路末端部22bに対向
する部分のハニカム状ガス流路を通過したガスとが合流
して、改質器下流の燃料電池40に供給される。
The reformer 24 is formed by forming a gas flow path in a so-called honeycomb shape. Therefore, the channel end 2
Methane from 2a passes through the honeycomb-shaped gas flow passage in the portion facing the flow passage end 22a, and reaches the downstream side of the reformer. Water vapor from the flow path end portion 22b passes through the honeycomb-shaped gas flow path in a portion facing the flow path end portion 22b,
Downstream of the reformer. That is, the reformer 24 is divided into a methane introduction part that receives the introduction of methane gas and a steam introduction part that receives the introduction of steam. Then, downstream of the reformer 24, the gas that has passed through the honeycomb-shaped gas flow passage in the portion facing the flow passage end 22a and the gas that has passed through the honeycomb-shaped gas flow passage in the portion facing the flow passage end 22b. And are combined and supplied to the fuel cell 40 downstream of the reformer.

【0047】改質器24のうち流路末端部22aに対向
する部分のハニカム状ガス流路(メタン導入部分)で
は、水蒸気がほとんど存在しない状況下でメタンガスが
ハニカム状ガス流路を通過する。よって、改質器24
は、このガス通過の際に下記(1)式で表される分解反
応を起こし得る改質触媒(例えば、ロジウム(Rh)、
ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、白金(P
t)、パラジウム(Pd)、コバルト(Co)およびこ
れらの合金等の改質触媒)を、ハニカム状ガス流路それ
ぞれに担持させている。
In the honeycomb-shaped gas passage (methane introduction portion) of the reformer 24 facing the passage end 22a, methane gas passes through the honeycomb-shaped gas passage under the condition that water vapor is scarcely present. Therefore, the reformer 24
Is a reforming catalyst (for example, rhodium (Rh), which can cause a decomposition reaction represented by the following formula (1) when passing through this gas,
Ruthenium (Ru), Nickel (Ni), Platinum (P
t), palladium (Pd), cobalt (Co), and reforming catalysts such as alloys of these) are supported on each of the honeycomb-shaped gas flow paths.

【0048】CH4 → C + 2H2 …(1)CH 4 → C + 2H 2 (1)

【0049】その一方、流路末端部22bに対向する部
分のハニカム状ガス流路(メタン導入部分)では、水蒸
気が通過する。本実施例では、上記(1)式で触媒表面
に析出・吸着された炭素を、この水蒸気により触媒表面
から離脱させる下記(2)式で表される反応を起こすよ
うにした。
On the other hand, water vapor passes through the honeycomb-shaped gas flow passage (methane introduction portion) in the portion facing the flow passage end portion 22b. In this example, the carbon deposited and adsorbed on the catalyst surface in the above formula (1) is caused to separate from the catalyst surface by this water vapor so as to cause a reaction represented by the following formula (2).

【0050】 C +2H2O →CO2 + 2H2 …(2)C + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 (2)

【0051】従って、流路末端部22bに対向する部分
のハニカム状ガス流路(水蒸気導入部分)にあっても、
流路末端部22aに対向する部分のハニカム状ガス流路
(メタン導入部分)と同じ改質触媒を担持させた。つま
り、改質器24は、その有するハニカム状ガス流路それ
ぞれに、上記の改質触媒を担持させている。
Therefore, even in the honeycomb-shaped gas flow passage (water vapor introduction portion) in the portion facing the flow passage end portion 22b,
The same reforming catalyst as that in the honeycomb-shaped gas flow passage (methane introduction portion) in the portion facing the flow passage end portion 22a was supported. That is, the reformer 24 carries the above-mentioned reforming catalyst in each of the honeycomb-shaped gas passages thereof.

【0052】改質装置20は、上記したガス導入部22
と改質器24とを気密に連結させて有すると共に、改質
器24を回転駆動させる駆動装置26を有する。駆動装
置26は、電子制御装置からの信号を受けて回転駆動す
るモータ(図示略)と、モータ回転を改質器24に伝達
する伝達機構(図示略)を備え、改質器24におけるガ
スの流れ方向を中心にこの改質器24を回転駆動させ
る。これにより、上記(1)、(2)式の反応を起こす
改質器24とメタン・水蒸気のガス導入部22とは、改
質器24におけるガスの流れ方向を中心に相対的に回転
することになり、それまでメタンガスの導入を受けてい
た改質器24のメタン導入部分には、水蒸気が新たに導
入されることになる。それまで水蒸気の導入を受けてい
た改質器24の水蒸気導入部分には、メタンガスが新た
に導入されることになる。そして、燃料電池40へは、
メタン導入部分・水蒸気導入部分からのガスが混合した
混合ガス(改質ガス)が供給され、燃料電池40は、こ
のガス中の水素とブロワ42からの空気中の酸素とで電
気化学反応を起こし、発電する。
The reformer 20 includes the above-mentioned gas introduction section 22.
And the reformer 24 are airtightly connected to each other, and a drive device 26 that rotationally drives the reformer 24 is provided. The drive device 26 includes a motor (not shown) that rotates in response to a signal from the electronic control device, and a transmission mechanism (not shown) that transmits the motor rotation to the reformer 24. The reformer 24 is driven to rotate around the flow direction. As a result, the reformer 24 and the methane / steam gas introduction section 22 that cause the reactions of the above equations (1) and (2) rotate relatively around the gas flow direction in the reformer 24. Then, the steam is newly introduced into the methane introduction portion of the reformer 24, which has been receiving the introduction of methane gas until then. Methane gas is newly introduced into the steam introduction portion of the reformer 24, which has been receiving the introduction of steam until then. And to the fuel cell 40,
A mixed gas (reformed gas) obtained by mixing gases from the methane introduction part and the steam introduction part is supplied, and the fuel cell 40 causes an electrochemical reaction between hydrogen in this gas and oxygen in the air from the blower 42. ,Generate electricity.

【0053】次に、上記した構成を有する燃料電池シス
テム10の改質装置20がもたらす改質ガスの性状につ
いて説明する。図4は改質装置20の改質器24の回転
動作と(1)式、(2)式の反応の様子とを関連付けて
説明する説明図である。
Next, the properties of the reformed gas provided by the reformer 20 of the fuel cell system 10 having the above-mentioned structure will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the rotation operation of the reformer 24 of the reformer 20 and the reaction states of the equations (1) and (2) in association with each other.

【0054】ガス導入部22は、その流路末端部22a
からメタンガスを改質器24に常時供給し、流路末端部
22bから水蒸気を改質器24に常時供給する。今、こ
うしたガス供給と並行して駆動装置26により改質器2
4を回転させているある時刻t0を想定する。この時刻
t0では、改質器24は、ガス導入部22の区画壁23
と対向する部分を中心に上下の導入部、即ち、流路末端
部22aからメタンガスの導入を受けるメタン導入部分
24aと、水蒸気の導入を受ける水蒸気導入部分24b
とに分かれる。なお、改質器24をこうした上下の導入
部分に区分けする部分を、便宜上、区画線とし、各時刻
との対応をとって区画線25t0〜25t4のように示
す。時刻t0の時の区画線25t0については、図にお
いて太線で示すこととする。また、各時刻におけるメタ
ン導入部分24a、水蒸気導入部分24bについては、
時刻との対応をとると共に、実線でメタン導入を、波線
で水蒸気導入を表すこととし、時刻t0でのこの実線・
波線は、描画したままとした。
The gas introducing portion 22 has a flow path end portion 22a.
To constantly supply the methane gas to the reformer 24, and constantly supply the steam to the reformer 24 from the flow path end portion 22b. Now, in parallel with such gas supply, the reformer 2 is driven by the drive unit 26.
Assume a certain time t0 when 4 is rotated. At this time t0, the reformer 24 has the partition wall 23 of the gas introduction unit 22.
Upper and lower introduction portions centering on a portion facing each other, that is, a methane introduction portion 24a for receiving methane gas from the flow path end portion 22a and a steam introduction portion 24b for receiving steam.
Divided into In addition, the part which divides the reformer 24 into such upper and lower introduction parts is made into a division line for convenience, and is shown like division lines 25t0 to 25t4 in correspondence with each time. The division line 25t0 at the time t0 is indicated by a thick line in the figure. Further, regarding the methane introduction part 24a and the steam introduction part 24b at each time,
In addition to the correspondence with the time, the solid line represents the introduction of methane and the wavy line represents the introduction of steam, and the solid line at time t0
The wavy line is left drawn.

【0055】この時刻t0では、メタン導入部分24a
において、既述した(1)式の反応が進行する。これに
より、改質器24は、メタンから水素ガスと炭素を生成
し、水素を改質器下流に流し、炭素を改質触媒に吸着さ
せる。この(1)式から判るように、こうした水素生成
に際して、一酸化炭素をほとんど生成しない。
At this time t0, the methane introduction portion 24a
In, the reaction of the above-mentioned formula (1) proceeds. As a result, the reformer 24 produces hydrogen gas and carbon from methane, causes hydrogen to flow downstream of the reformer, and adsorbs carbon to the reforming catalyst. As can be seen from the equation (1), carbon monoxide is scarcely generated during such hydrogen generation.

【0056】本実施例では、メタンの供給量を電子制御
装置からの制御信号に基づき調整するので、(1)式を
ほぼ完全に進行させるようにした。よって、水素ガスを
確実に生成できると共に、一酸化炭素の確実な生成回避
をも図ることができる。
In this embodiment, since the supply amount of methane is adjusted based on the control signal from the electronic control unit, the formula (1) is made to proceed almost completely. Therefore, it is possible to surely generate the hydrogen gas and also to surely avoid the generation of carbon monoxide.

【0057】こうして水素ガス生成と炭素吸着を起こし
たメタン導入部分24at0は、改質器24自体の回転
に伴い、徐々にガス導入部22の流路末端部22bに重
なり、水蒸気の導入を受ける。つまり、メタン導入部分
24at0が流路末端部22bと重なって新たに水蒸気
の導入を受ける水蒸気推移部分26aは、図4に示すよ
うに徐々に増え、時刻t4では、メタン導入部分24a
t0の総てがこの水蒸気推移部分26aとなる。水蒸気
推移部分26aでは、それまでのメタン導入により炭素
を触媒表面に吸着させた状態で、水蒸気が改質触媒に晒
されることになる。よって、この水蒸気推移部分26a
では、改質触媒により、吸着済み炭素と水蒸気が既述し
た(2)式の反応を起こし、二酸化炭素と水素の生成
と、触媒表面からの炭素離脱並びに触媒再生とを起こ
す。そして、こうして生成された水素と二酸化炭素は、
改質器下流に流れ、上記のメタン導入部分24aで生成
された水素と合流して燃料電池40に供給される。こう
した水蒸気推移部分26aでの反応に際しても、(2)
から判るように、一酸化炭素をほとんど生成しない。
The methane introduction portion 24at0 in which hydrogen gas is generated and carbon is adsorbed in this manner gradually overlaps the flow passage end portion 22b of the gas introduction portion 22 as the reformer 24 itself rotates, and receives the introduction of water vapor. That is, the steam transition portion 26a where the methane introduction portion 24at0 overlaps the flow path end portion 22b and newly receives the introduction of steam gradually increases as shown in FIG. 4, and at the time t4, the methane introduction portion 24a.
All of t0 becomes the steam transition portion 26a. In the steam transition portion 26a, the steam is exposed to the reforming catalyst in a state where carbon is adsorbed on the catalyst surface by the introduction of methane up to that point. Therefore, this water vapor transition portion 26a
In the above, the reforming catalyst causes the adsorbed carbon and water vapor to cause the reaction of the above-described formula (2) to generate carbon dioxide and hydrogen, and to desorb carbon from the catalyst surface and regenerate the catalyst. And the hydrogen and carbon dioxide thus generated are
It flows downstream of the reformer, merges with the hydrogen generated in the methane introduction part 24a, and is supplied to the fuel cell 40. Even in the case of the reaction in the water vapor transition portion 26a, (2)
As can be seen, it produces almost no carbon monoxide.

【0058】その一方、時刻t0の時点から水蒸気の導
入を受けていた水蒸気導入部分24bt0は、改質器2
4自体の回転に伴い、徐々にガス導入部22の流路末端
部22aに重なり、メタンの導入を受ける。つまり、水
蒸気導入部分24bt0が流路末端部22aと重なって
新たにメタンの導入を受けるメタン推移部分26bは、
図4に示すように徐々に増え、時刻t4では、水蒸気導
入部分24bt0の総てがこのメタン推移部分26bと
なる。メタン推移部分26bでは、それまでの水蒸気導
入により触媒表面からの炭素離脱と触媒再生を経た状態
で、メタンが改質触媒に晒されることになる。よって、
このメタン推移部分26bでは、再生済み改質触媒によ
り、既述した(1)式の反応を起こし、水素生成と触媒
表面への炭素吸着とを起こす。そして、こうして生成さ
れた水素は、既述したように改質器下流の燃料電池40
に供給される。
On the other hand, the steam introducing portion 24bt0, which has been receiving the steam from the time t0, is
With the rotation of 4 itself, it gradually overlaps the flow path end 22a of the gas introduction part 22 and receives the introduction of methane. That is, the steam introduction portion 24bt0 overlaps the flow path end portion 22a, and the methane transition portion 26b newly receiving introduction of methane is
As shown in FIG. 4, it gradually increases, and at time t4, the entire steam introduction portion 24bt0 becomes the methane transition portion 26b. In the methane transition portion 26b, methane is exposed to the reforming catalyst in a state where carbon has been desorbed from the catalyst surface and catalyst has been regenerated by the introduction of water vapor until then. Therefore,
In the methane transition portion 26b, the regenerated reforming catalyst causes the reaction of the above-described equation (1) to generate hydrogen and adsorb carbon on the catalyst surface. Then, the hydrogen thus generated is used for the fuel cell 40 downstream of the reformer as described above.
Is supplied to.

【0059】このように、本実施例では、メタン導入部
分24aやメタン推移部分26bでの水素ガス生成と、
水蒸気導入部分24bや水蒸気推移部分26aでの水蒸
気導入による水素ガス・二酸化炭素ガス生成とを、改質
器24の回転に伴って繰り返し同時に進行させる。そし
て、これらガス(改質ガス)を、改質器24の下流で合
流させて燃料電池40に供給する。これらガス生成は、
上記の(1)式、(2)式に基づくものであることか
ら、その反応過程で一酸化炭素をほとんど発生さない。
この結果、改質装置20から燃料電池40に供給する改
質ガス(上記合流ガス)は、水素リッチであることは勿
論、水素濃度についても安定したものとなると共に、一
酸化炭素をほとんど含まないものとなる。よって、本実
施例の改質装置20によれば、一酸化炭素含有が極めて
低い水素リッチガスを、安定した水素濃度で連続生成し
て燃料電池40に供給できる。しかも、改質触媒の再生
により、反応の安定進行・反応効率維持を図り、これに
よっても水素リッチガス生成効率を高めることができ
る。このため、改質装置20と燃料電池40との間に、
一酸化炭素低減のための装置を設置する必要が無くな
り、構造の簡略化、装置の小型化を図ることができる。
よって、機器搭載にサイズ上の制約を受ける車両であっ
ても、本実施例の燃料電池システム10を容易に搭載で
き、車両への燃料電池システム10の適用の自由度を高
めることができる。具体的には、小型車にも燃料電池シ
ステム10を搭載できる。
As described above, in this embodiment, the hydrogen gas generation in the methane introduction part 24a and the methane transition part 26b,
The generation of hydrogen gas / carbon dioxide gas by the introduction of water vapor in the water vapor introduction portion 24b and the water vapor transition portion 26a is repeatedly and simultaneously advanced with the rotation of the reformer 24. Then, these gases (reforming gas) are combined downstream of the reformer 24 and supplied to the fuel cell 40. These gas generations are
Since it is based on the above formulas (1) and (2), it hardly generates carbon monoxide in the reaction process.
As a result, the reformed gas (the above confluent gas) supplied from the reformer 20 to the fuel cell 40 is not only rich in hydrogen but also stable in hydrogen concentration, and contains almost no carbon monoxide. Will be things. Therefore, according to the reforming apparatus 20 of the present embodiment, it is possible to continuously generate a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content at a stable hydrogen concentration and supply it to the fuel cell 40. In addition, the regeneration of the reforming catalyst enables stable progress of the reaction and maintenance of the reaction efficiency, which also improves the hydrogen-rich gas production efficiency. Therefore, between the reformer 20 and the fuel cell 40,
Since it is not necessary to install a device for reducing carbon monoxide, the structure can be simplified and the device can be downsized.
Therefore, the fuel cell system 10 of the present embodiment can be easily mounted even in a vehicle that is restricted in size by mounting the device, and the flexibility of applying the fuel cell system 10 to the vehicle can be increased. Specifically, the fuel cell system 10 can be mounted on a small vehicle.

【0060】また、一酸化炭素低減のための装置を設置
する必要が無いので、これら装置の起動制御・駆動制御
が不要となる。よって、燃料電池システム10全体とし
ての起動性向上や、制御の簡略化を図ることができる。
Further, since it is not necessary to install a device for reducing carbon monoxide, starting control and drive control of these devices are unnecessary. Therefore, it is possible to improve the startability of the fuel cell system 10 as a whole and to simplify the control.

【0061】また、本実施例では、改質器24を回転さ
せるようにし、ガス導入部22については固定させた。
よって、ガス導入部22を回転させる場合にはメタン・
水蒸気通気に際しての気密対策を要するのに対し、本実
施例では、こうした気密対策を要せず、その分、構成の
簡略化を図ることができる。また、改質器24の回転に
は、駆動源としてのモータと、ベルト・ギヤ等の回転伝
達機を用意すれば済むので、簡便で安価な構成で済み、
好ましい。
Further, in this embodiment, the reformer 24 was rotated and the gas introduction part 22 was fixed.
Therefore, when rotating the gas introduction part 22, methane
In contrast to the need for airtight measures when ventilating steam, this embodiment does not require such airtight measures, and the structure can be simplified accordingly. Further, for the rotation of the reformer 24, it suffices to prepare a motor as a drive source and a rotation transmission device such as a belt and a gear, so that a simple and inexpensive structure is required.
preferable.

【0062】なお、メタン・水蒸気通気に際しての気密
対策をとった上で、ガス導入部22だけを回転させた
り、ガス導入部22と改質器24の両者を正逆回転する
ようにすることもできる。
It is also possible to rotate only the gas introduction part 22 or to rotate both the gas introduction part 22 and the reformer 24 forward and backward after taking measures against airtightness when venting methane and water vapor. it can.

【0063】また、改質器24を回転させるに当たって
も、所定の回転速度で定常的に回転させるほか、改質器
24の半回転を所定時間起きに実行するよう間欠的な回
転を行うようにすることもできる。具体的に説明する
と、図4の時刻t0の状態で改質器24を所定時間停止
させ、その後、速やかに時刻t4の状態に反転させる。
この反転後の時刻t4の状態で所定時間経過後に、速や
かに時刻t0の状態に反転させ、これを繰り返す。こう
すれば、メタン導入部分24aは、そのほぼ総ての領域
がメタンに次いで水蒸気の導入を受け、水蒸気導入部分
24bは、その頬総ての領域が水蒸気に次いでメタンの
導入を受けるようになる。
Further, when the reformer 24 is rotated, the reformer 24 is constantly rotated at a predetermined rotation speed, and intermittent rotation is performed so that the reformer 24 is half-rotated for a predetermined time. You can also do it. More specifically, the reformer 24 is stopped for a predetermined time in the state of time t0 in FIG. 4, and then quickly reversed to the state of time t4.
After a lapse of a predetermined time in the state of time t4 after this inversion, the state is promptly inverted to the state of time t0 and this is repeated. In this way, the methane introduction part 24a receives steam next to methane in almost all areas thereof, and the steam introduction part 24b receives steam followed by methane in all cheek areas thereof. .

【0064】ここで、上記の実施例の変形例について説
明する。図5は変形例の燃料電池システム10の概略構
成を示す説明図である。図示するように、この変形例で
は、原燃料ガスを、CnHmで表される炭化水素系化合
物であって炭素数が6〜7を越える化合物(例えば、ベ
ンゼン等)とするものであり、メタンガス供給装置12
に代えて供給装置50を備え、ガス導入部22に到る流
路13に予備改質器51を有する。この予備改質器51
には、クラッキング触媒(例えば、ゼオライト、アモル
ファスシリカアルミナ等)が充填されている。こうすれ
ば、炭素数が多いベンゼン等の重質な炭化水素系化合物
を、上記の触媒により炭素数の少ないものとした上で、
ガス導入部22を経て改質器24に供給できる。そし
て、上記したように、この炭素数の少ない炭化水素系化
合物の改質反応(式(1)、)と、水素・二酸化炭素
生成並びに触媒再生の反応(式(2)、)とを、改質
器24の回転に伴い並行実施して、水素リッチな改質ガ
スを、上記実施例と同様に生成する。また、改質ガス中
の一酸化炭素含有も極めて低いものとできる。
Here, a modification of the above embodiment will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 10 of the modified example. As shown in the figure, in this modification, the raw fuel gas is a hydrocarbon-based compound represented by CnHm and having a carbon number of more than 6 to 7 (for example, benzene), and the methane gas supply Device 12
Instead of the above, a supply device 50 is provided, and a pre-reformer 51 is provided in the flow path 13 reaching the gas introduction part 22. This pre-reformer 51
A cracking catalyst (for example, zeolite, amorphous silica alumina, etc.) is filled in each. By doing so, after the heavy hydrocarbon compound such as benzene having a large number of carbon atoms is made to have a small number of carbon atoms by the above catalyst,
It can be supplied to the reformer 24 via the gas introduction part 22. As described above, the reforming reaction (formula (1)) of the hydrocarbon compound having a small number of carbons and the reaction of hydrogen / carbon dioxide production and catalyst regeneration (formula (2)) are modified. The hydrogen-rich reformed gas is generated in the same manner as in the above-described embodiment by performing the parallel operation in accordance with the rotation of the quality control device 24. Further, the carbon monoxide content in the reformed gas can be made extremely low.

【0065】この変形例では、改質に用いる炭化水素系
化合物の適用範囲を、重質なものにまで広げることがで
きるので、燃料選択の自由度が高まり、燃料電池システ
ム10の普及・適用を推進できる。
In this modification, the range of application of hydrocarbon compounds used for reforming can be expanded to heavy ones, so that the degree of freedom in fuel selection is increased and the spread and application of the fuel cell system 10 is promoted. Can be promoted.

【0066】このように予備改質器51を流路13に設
けるほか、次のようにすることもできる。即ち、ガス導
入部22において炭化水素系化合物が流入する流路末端
部22aをハニカム状ガス流路とし、その流路に上記し
たゼオライト等の触媒を担持するようにすることもでき
る。また、改質器24の上流側部分を、ゼオライト等の
触媒担持部分とし、その下流を改質触媒担持部分とする
ようにすることもできる。こうすれば、このゼオライト
等の触媒担持部分にあっても、改質器24の回転に伴っ
て水蒸気導入を受けるので、この水蒸気による触媒再生
を図ることもできる。よって、重質な炭化水素系化合物
を炭素数の少ないものとする触媒機能の再生を通して、
改質ガス性状の安定化をもたらすことができる。
In addition to the provision of the pre-reformer 51 in the flow path 13 as described above, the following can be carried out. That is, in the gas introduction part 22, the flow channel end 22a into which the hydrocarbon compound flows can be a honeycomb gas flow channel, and the above catalyst such as zeolite can be carried in the flow channel. Further, the upstream side portion of the reformer 24 may be a catalyst supporting portion such as zeolite and the downstream thereof may be a reforming catalyst supporting portion. In this way, even in the catalyst supporting portion such as the zeolite or the like, steam is introduced as the reformer 24 rotates, so that the catalyst can be regenerated by the steam. Therefore, through the regeneration of the catalyst function that reduces the number of carbon atoms in heavy hydrocarbon compounds,
It is possible to bring about stabilization of the property of the reformed gas.

【0067】また、次のように変形することもできる。
図6はまた別の変形例の燃料電池システム10の概略構
成を示す説明図である。図示するように、この変形例
は、燃料電池40のカソード側排気流路44を、バルブ
45を介して流路15に接続して備える。こうすれば、
水蒸気供給装置14からの水蒸気導入に際し、この水蒸
気とカソードオフガスを混合して改質器24に導入でき
る。カソードオフガスは、燃料電池40での発電反応生
成物の水(水蒸気)と酸素を含むので、改質器24にお
ける水蒸気導入部分24bには、水蒸気と共に酸素を導
くようにできる。よって、メタン導入部分24aが改質
器24の回転に伴って新たに水蒸気の導入を受ける際に
は、この水蒸気に加えて酸素の導入も受けることにな
る。このため、触媒表面に吸着した炭素を、酸素により
下記(3)式に示すように酸化させ、発熱を起こすこと
ができる。この結果、触媒表面の再生効率を向上できる
と共に、熱による改質器昇温・吸熱反応((1)式)へ
の熱供与を図ることができるので、改質効率の向上に寄
与する。
Further, it can be modified as follows.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of another modification. As shown in the figure, this modification includes a cathode-side exhaust passage 44 of the fuel cell 40 connected to the passage 15 via a valve 45. This way
When introducing the steam from the steam supply device 14, the steam and the cathode off gas can be mixed and introduced into the reformer 24. Since the cathode off-gas contains water (steam) as a power generation reaction product in the fuel cell 40 and oxygen, it is possible to introduce oxygen together with steam into the steam introducing portion 24b of the reformer 24. Therefore, when the methane introduction part 24a newly receives the introduction of steam due to the rotation of the reformer 24, it also receives the introduction of oxygen in addition to the steam. Therefore, the carbon adsorbed on the catalyst surface can be oxidized by oxygen as shown in the following formula (3) to generate heat. As a result, the efficiency of regeneration of the catalyst surface can be improved, and heat can be provided to the reformer temperature rise / endothermic reaction (equation (1)) by heat, which contributes to improvement of the reforming efficiency.

【0068】C +O2 →CO2 …(3)C + O 2 → CO 2 (3)

【0069】バルブ45は電子制御装置により開閉制御
され、カソードオフガスの導入・停止が行われる。例え
ば、起動直後のように改質器24が十分昇温していない
場合には、カソードオフガスを導入して上記(3)式の
発熱反応を起こすようにすれば、改質器昇温を通して、
改質反応の活性化を図ることができ好ましい。なお、
(3)式によっても、一酸化炭素の生成を抑制すること
ができるので、既述した実施例同様、改質装置20下流
には一酸化炭素含有が極めて低い改質ガスを供給でき、
装置の小型化等の効果を奏することができる。なお、カ
ソードオフガスは、運転条件に応じてその一部を導入し
てもよいし、全量を導入してもよい。
The valve 45 is controlled to be opened / closed by an electronic control unit to introduce / stop the cathode off gas. For example, when the temperature of the reformer 24 has not risen sufficiently just after the start-up, if cathode offgas is introduced to cause the exothermic reaction of the above formula (3), the temperature of the reformer rises,
This is preferable because it can activate the reforming reaction. In addition,
Since the production of carbon monoxide can be suppressed also by the formula (3), a reformed gas having an extremely low carbon monoxide content can be supplied to the downstream of the reformer 20, as in the above-described embodiment.
It is possible to achieve the effect of downsizing the device. The cathode offgas may be introduced in part or in total depending on the operating conditions.

【0070】カソードオフガス導入に代えて、酸素含有
ガス(例えば、空気)を導入するようにすることもでき
る。例えば、ブロワを別途設け、このブロワからの流路
をバルブ45に接続するようにすることもできる。な
お、上記したようにカソードオフガスを導入する場合に
は、こうしたブロワ設置が不要であることから、装置の
小型化、構成の簡略化の点で有利である。
Instead of introducing the cathode off gas, an oxygen-containing gas (for example, air) may be introduced. For example, a blower may be separately provided, and the flow path from this blower may be connected to the valve 45. When the cathode off gas is introduced as described above, such a blower is not required, which is advantageous in terms of downsizing of the device and simplification of the configuration.

【0071】また、次のように変形することもできる。
図7は他の変形例の燃料電池システム10の概略構成を
示す説明図、図8はガス導入部22から改質器24への
ガス導入の様子を説明するための説明図である。
Further, it can be modified as follows.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of another modified example, and FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining how gas is introduced from the gas introducing unit 22 to the reformer 24.

【0072】図示するように、この変形例は、改質装置
20のガス導入部22に、ブロワ55からの流路56を
有する。ガス導入部22は、図8に示すように、その内
部に、区画壁23a、23bを交差して備え、導入部内
部を4つの区画部57a〜57dに区画する。そして、
ガス導入部22は、各区画部に流路13と流路15およ
び流路56を連通させ、区画部57aをメタンの流路1
3の末端に、区画部57cを水蒸気の流路15の末端
に、区画部57bと区画部57dをブロワ55からの空
気の流路56の末端にしている。つまり、ガス導入部2
2は、空気の流路末端を、メタンの流路13の末端と水
蒸気の流路15の末端との間に介在させ、各区画部か
ら、メタン、水蒸気、酸素を個別に改質器24に導入さ
せる。
As shown in the figure, this modification has a flow passage 56 from a blower 55 in the gas introduction part 22 of the reformer 20. As shown in FIG. 8, the gas introduction unit 22 has partition walls 23a and 23b provided therein so as to intersect each other, and partitions the interior of the introduction unit into four partition units 57a to 57d. And
The gas introduction part 22 connects the flow path 13, the flow path 15 and the flow path 56 to each partition part, and connects the partition part 57 a to the methane flow path 1.
3, the partition 57c is located at the end of the water vapor flow path 15, and the partition 57b and the partition 57d are located at the end of the air flow path 56 from the blower 55. That is, the gas introduction part 2
2, the air flow path end is interposed between the end of the methane flow path 13 and the end of the steam flow path 15, and methane, steam, and oxygen are individually supplied to the reformer 24 from each partition. Introduce.

【0073】従って、各区画部からのメタン・水蒸気・
酸素の個別導入を行いつつ改質器24を回転させると、
この回転に伴って、それまでメタン導入を受けていた改
質器部分には、空気・水蒸気の順にこれらを導入でき
る。それまで水蒸気の導入を受けていた改質器部分に
は、空気・メタンの順にこれらを導入できる。これら
は、改質器24の回転に伴って繰り返される。
Therefore, methane / steam /
When the reformer 24 is rotated while individually introducing oxygen,
Along with this rotation, air and steam can be introduced in this order to the reformer part that has been receiving methane. These can be introduced in the order of air and methane into the reformer part that has been receiving steam until then. These are repeated as the reformer 24 rotates.

【0074】空気の導入を受けた改質器では、既述した
(3)式の反応(炭素の酸化反応)が起き、既述した触
媒再生と発熱による改質器昇温をもたらす。よって、こ
の変形例によっても、既述した実施例と同様、改質効率
の向上を図ることができると共に、一酸化炭素低減を通
した装置の小型化等の効果を奏することができる。
In the reformer receiving the introduction of air, the reaction of the above-mentioned formula (3) (oxidation reaction of carbon) occurs, and the above-mentioned catalyst regeneration and the temperature rise of the reformer due to heat generation are brought about. Therefore, according to this modification as well, similar to the above-described embodiment, the reforming efficiency can be improved, and the effect of reducing the size of the device by reducing carbon monoxide can be obtained.

【0075】このように空気を供給するに当たり、次の
ように変形することもできる。図9は空気導入を併用す
る場合の変形例を説明するための説明図である。図示す
るように、この変形例では、ガス導入部22は、平行な
区画壁23a、23bで導入部内部を3つの区画部57
a〜57cに区画し、区画部57aをメタンの流路13
の末端に、区画部57cを水蒸気の流路15の末端に、
区画部57bをブロワ55からの空気の流路56の末端
とする。こうしても、改質器24の回転に伴って、それ
までメタン導入を受けていた改質器部分には空気・水蒸
気の順に、それまで水蒸気の導入を受けていた改質器部
分には、空気・メタンの順にこれらを導入できる。な
お、図中に点線で示す範囲にあっては、改質器24は、
空気の導入しか受けない。しかし、当該範囲は、改質器
24の回転軸受け等に利用され、空気通気が起きないよ
うになるので、支障はない。
When the air is supplied in this way, it can be modified as follows. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a modified example in which air introduction is also used. As shown in the figure, in this modified example, the gas introducing portion 22 has three dividing portions 57 formed by parallel dividing walls 23a and 23b.
a to 57c, and the partition 57a is divided into the methane flow path 13
, The partition 57c at the end of the water vapor flow path 15,
The partition 57 b is the end of the flow path 56 for the air from the blower 55. Even in this case, with the rotation of the reformer 24, air and steam are sequentially supplied to the reformer part that has been receiving methane, and air is supplied to the reformer part that has been receiving steam until then.・ These can be introduced in the order of methane. In the range shown by the dotted line in the figure, the reformer 24 is
It only receives air. However, this range is used for the rotary bearing of the reformer 24 and the like, and air aeration does not occur, so there is no problem.

【0076】次に、他の実施例について説明する。この
実施例は、メタンと水蒸気の交互導入を別々の改質器に
対して行い、この交互導入のタイミングを改質器同士で
異なるものとした点に特徴がある。図10は第2実施例
の燃料電池システム10Aの概略構成を示す説明図、図
11はこの燃料電池システム10Aにおけるメタン・水
蒸気の導入の様子を説明する説明図である。
Next, another embodiment will be described. This embodiment is characterized in that methane and steam are alternately introduced into different reformers, and the timing of this alternate introduction is different between the reformers. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 10A of the second embodiment, and FIG. 11 is an explanatory diagram explaining how methane and water vapor are introduced into the fuel cell system 10A.

【0077】この実施例の燃料電池システム10Aは、
改質装置の構成が相違する。即ち、この実施例の改質装
置20Aは、ガス分配部60と第1改質器61と第2改
質器62とを有する。ガス分配部60は、メタンガス供
給装置12と水蒸気供給装置14からのメタン・水蒸気
の導入先を第1改質器61と第2改質器62に切り換え
るバルブ機構を内蔵し、第1、第2の改質器へのガス分
配を行う。第1改質器61と第2改質器62は、共に、
先の実施例と同様に、(1)式で表される分解反応を起
こし得る改質触媒(例えば、ロジウム触媒)をハニカム
状ガス流路に担持させている。
The fuel cell system 10A of this embodiment is
The configuration of the reformer is different. That is, the reformer 20A of this embodiment has the gas distributor 60, the first reformer 61, and the second reformer 62. The gas distribution unit 60 has a built-in valve mechanism that switches the introduction destination of methane / steam from the methane gas supply device 12 and the steam supply device 14 to the first reformer 61 and the second reformer 62. Gas distribution to the reformer. Both the first reformer 61 and the second reformer 62 are
Similar to the previous example, a reforming catalyst (for example, a rhodium catalyst) capable of causing the decomposition reaction represented by the formula (1) is supported on the honeycomb gas flow channel.

【0078】ガス分配部60によるガス分配の様子は次
の通りである。図11に示すように、ガス分配部60
は、第1改質器61と第2改質器62のそれぞれに、メ
タンと水蒸気を交互に導入する。よって、こうしたガス
素導入を受ける第1改質器61と第2改質器62のそれ
ぞれは、先の実施例と同様に、(1)式・(2)式を繰
り返し、(1)式の反応に基づく水素・二酸化炭素生成
と炭素吸着、(2)式の反応に基づく水素生成・炭素離
脱(触媒再生)を繰り返す。
The manner of gas distribution by the gas distributor 60 is as follows. As shown in FIG. 11, the gas distributor 60
Methane and steam are alternately introduced into the first reformer 61 and the second reformer 62, respectively. Therefore, each of the first reformer 61 and the second reformer 62 that receives the gas element introduction repeats the equations (1) and (2), as in the previous embodiment. Hydrogen / carbon dioxide production and carbon adsorption based on the reaction, and hydrogen production / carbon desorption (catalyst regeneration) based on the reaction of the formula (2) are repeated.

【0079】ところで、図11から明らかなように、第
1改質器61にメタン導入が行われている間は、第2改
質器62には水蒸気が導入され、第1改質器61に水蒸
気導入が行われている間は、第2改質器62にはメタン
が導入されている。従って、第1改質器61で(1)式
の反応に基づく水素・二酸化炭素生成と炭素吸着が行わ
れている間は、第2改質器62では(2)式の反応に基
づく水素生成・炭素離脱(触媒再生)が行われ、改質器
下流の燃料電池40へは、(1)式に基づく水素・二酸
化炭素と(2)式の反応に基づく水素とが合流したガス
(改質ガス)が供給される。第1改質器61で(2)式
の反応が起こり、第2改質器62で(1)式の反応が起
きている場合も同様である。この結果、この実施例の燃
料電池システム10Aによっても、第1実施例と同様、
一酸化炭素含有が極めて低い水素リッチガスを、安定し
た水素濃度で連続生成できるといった種々の効果を奏す
ることができる。
By the way, as is apparent from FIG. 11, while methane is being introduced into the first reformer 61, steam is introduced into the second reformer 62 and the first reformer 61 is introduced. While steam is being introduced, methane is being introduced to the second reformer 62. Therefore, while hydrogen / carbon dioxide production and carbon adsorption based on the reaction of equation (1) are being carried out in the first reformer 61, hydrogen production based on the reaction of equation (2) is carried out in the second reformer 62. -The carbon desorption (catalyst regeneration) is performed, and the fuel cell 40 downstream of the reformer merges with hydrogen / carbon dioxide based on the equation (1) and hydrogen based on the reaction of the equation (2) (reforming). Gas) is supplied. The same applies when the reaction of the formula (2) occurs in the first reformer 61 and the reaction of the formula (1) occurs in the second reformer 62. As a result, also in the fuel cell system 10A of this embodiment, as in the first embodiment,
It is possible to achieve various effects such that a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content can be continuously produced at a stable hydrogen concentration.

【0080】なお、この実施例では、第1改質器61と
第2改質器62を別体としたが、一つの改質器を、第1
改質器61に相当する改質器部分と、第2改質器62に
相当する改質器部分に区分けするようにしてもよい。ま
た、図6に示したように水蒸気供給装置14からの水蒸
気に、カソードオフガスや空気を混入したりすることも
できる。
In this embodiment, the first reformer 61 and the second reformer 62 are separate bodies, but one reformer is the first reformer.
The reformer portion corresponding to the reformer 61 and the reformer portion corresponding to the second reformer 62 may be divided. Further, as shown in FIG. 6, it is possible to mix cathode offgas and air into the steam from the steam supply device 14.

【0081】また、この実施例では、第1改質器61へ
のメタン導入と第2改質器62へのメタン導入とを、そ
の導入周期が半周期だけずれるようにし、水蒸気導入も
同様である。こうしたので、改質器下流で合流ガスの水
素濃度を最も安定なものとでき好ましい。しかし、この
水素濃度のある程度の上下変動を許容できる場合は、上
記の導入周期のずれを必ずしも半周期とする必要はな
い。そして、水素濃度許容幅に応じて、導入周期の位相
差を調整するようにすることもできる。
In this embodiment, the introduction cycle of methane to the first reformer 61 and the introduction of methane to the second reformer 62 are shifted by a half cycle, and steam introduction is also the same. is there. For this reason, the hydrogen concentration of the combined gas is most stable downstream of the reformer, which is preferable. However, if the hydrogen concentration can be allowed to fluctuate to some extent, it is not always necessary that the deviation of the introduction period is a half period. Then, the phase difference of the introduction period can be adjusted according to the hydrogen concentration allowable width.

【0082】次に、第3実施例について説明する。この
実施例は、改質器回転を行うと共に、メタンと水蒸気の
混在状態での改質器導入と二酸化炭素放出用のパージガ
ス導入とを図る点に特徴がある。図12は第3実施例の
燃料電池システム10Bの概略構成を示す説明図であ
る。
Next, a third embodiment will be described. This embodiment is characterized in that the reformer is rotated and the introduction of the reformer and the introduction of the purge gas for releasing carbon dioxide are carried out in the mixed state of methane and steam. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 10B of the third embodiment.

【0083】この実施例の燃料電池システム10Bは、
改質器構成とガス導入のための流路構成が相違する。図
示するように、改質装置20Bは、先の第1実施例の改
質装置20と同様に駆動装置26を介して改質器24を
回転駆動させるものの、改質器24の両端にガス導入部
22を有する。図における左側のガス導入部22Lは、
その流路末端部22aにメタンガス供給装置12からの
流路13と熱交換器70からの流路71が接続され、流
路末端部22bには排気流路72が接続されている。
The fuel cell system 10B of this embodiment is
The reformer structure and the flow path structure for introducing gas are different. As shown in the figure, the reformer 20B rotates the reformer 24 via the drive device 26 similarly to the reformer 20 of the first embodiment, but introduces gas into both ends of the reformer 24. It has a section 22. The gas introduction portion 22L on the left side of the drawing is
The flow path end 22a is connected to the flow path 13 from the methane gas supply device 12 and the flow path 71 from the heat exchanger 70, and the flow path end 22b is connected to the exhaust flow path 72.

【0084】熱交換器70は、水蒸気供給装置14から
導入された水蒸気を所定温度(例えば、後述の二酸化炭
素吸着材の二酸化炭素吸着温度)まで昇温する。この熱
源には、排気流路72を通過する排気を用いている。
The heat exchanger 70 raises the temperature of the steam introduced from the steam supply device 14 to a predetermined temperature (for example, the carbon dioxide adsorption temperature of the carbon dioxide adsorbent described later). Exhaust gas passing through the exhaust passage 72 is used as the heat source.

【0085】ガス導入部22Lは、流路13からのメタ
ンと流路71からの水蒸気を、流路末端部22aで混合
させた後、この混合ガス(メタン・水蒸気混合ガス)を
改質器24に導入する。
The gas introducing unit 22L mixes methane from the flow path 13 and steam from the flow path 71 at the flow path end 22a, and then mixes this mixed gas (methane / steam mixed gas) with the reformer 24. To introduce.

【0086】その一方、図における右側のガス導入部2
2Rは、流路末端部22aから熱交換器73を介して燃
料電池40のアノードにガス(改質ガス)を供給する。
また、ガス導入部22Rは、流路末端部22bにアノー
ドオフガスの流路74を接続させ、このアノードオフガ
スを改質器24に流す。
On the other hand, the gas inlet 2 on the right side of the figure
2R supplies gas (reformed gas) to the anode of the fuel cell 40 from the flow path end 22a via the heat exchanger 73.
Further, the gas introduction unit 22R connects the anode off-gas passage 74 to the passage end portion 22b, and causes the anode off-gas to flow to the reformer 24.

【0087】つまり、左右のガス導入部22R、Lは、
改質器24に対して、メタン・水蒸気混合ガスの流路末
端(ガス導入部22Lの流路末端部22a)とアノード
オフガスの流路末端(ガス導入部22Rの流路末端部2
2b)をそれぞれ対向させる。
That is, the left and right gas introducing portions 22R and 22L are
With respect to the reformer 24, the flow path end of the methane / steam mixed gas (flow path end 22a of the gas introduction part 22L) and the flow path end of the anode off gas (flow end 2 of the gas introduction part 22R).
2b) face each other.

【0088】熱交換器73は、改質器24からの改質ガ
スを熱源とし、燃料電池40からのアノードオフガスを
昇温させた後、このアノードオフガスを下段の燃焼器7
5に送る。燃焼器75は、空気を導入しつつアノードオ
フガス中の水素を燃焼させ、所定温度(例えば、後述の
二酸化炭素吸着材の二酸化炭素放出温度)のアノードオ
フガスをガス導入部22Rの流路末端部22bに導入す
る。
The heat exchanger 73 uses the reformed gas from the reformer 24 as a heat source to raise the temperature of the anode off gas from the fuel cell 40, and then uses this anode off gas in the lower stage combustor 7.
Send to 5. The combustor 75 burns hydrogen in the anode off-gas while introducing air, and discharges the anode off-gas at a predetermined temperature (for example, the carbon dioxide release temperature of the carbon dioxide adsorbent described later) to the flow path end 22b of the gas introduction part 22R. To introduce.

【0089】この場合、熱交換器73は、アノードオフ
ガス昇温に伴って、改質ガスを約80度程度まで降温さ
せて、燃料電池40に導くようにされている。なお、ア
ノードオフガス・改質ガスの熱収支で、改質ガス温度を
約80度程度まで降温できない場合は、もう一段の熱交
換器を備えるようにすればよい。
In this case, the heat exchanger 73 lowers the temperature of the reformed gas to about 80 ° C. as the anode off-gas temperature rises and guides it to the fuel cell 40. If the reformed gas temperature cannot be lowered to about 80 degrees due to the heat balance of the anode off gas / reformed gas, another heat exchanger may be provided.

【0090】改質器24は、そのガス流路構成の点で第
1実施例と変わるものではなく、メタンの水蒸気改質を
起こし得る改質触媒(例えば、ロジウム触媒)と、二酸
化炭素吸着材(例えば、Li4SiO4、Li2ZrO3
MgO、ゼオライト等)を、ハニカム状ガス流路に担持
させている。この二酸化炭素吸着材は、所定の温度環境
下で二酸化炭素を吸着する機能を発揮し、これを超える
温度或いは下回る温度となると、吸着していた二酸化炭
素を放出する性質を備えている。本実施例で用いるLi
4SiO4は、約500度の温度環境下で二酸化炭素を吸
着し、約600度の温度環境下で二酸化炭素を放出する
性質を有する。よって、本実施例では、熱交換器70
は、この約500度程度まで昇温したメタン・水蒸気混
合ガスを改質装置20Bに導入し、燃焼器75は、約6
00度程度まで昇温したアノードオフガスを改質装置2
0Bに導入するよう、構成されている。
The reformer 24 is the same as that of the first embodiment in terms of its gas flow path configuration, and includes a reforming catalyst (for example, a rhodium catalyst) capable of causing steam reforming of methane, and a carbon dioxide adsorbing material. (For example, Li 4 SiO 4 , Li 2 ZrO 3 ,
(MgO, zeolite, etc.) is supported on the honeycomb-shaped gas flow channel. This carbon dioxide adsorbent has a property of exerting a function of adsorbing carbon dioxide under a predetermined temperature environment and releasing the adsorbed carbon dioxide when the temperature exceeds or falls below this temperature. Li used in this example
4 SiO 4 has a property of adsorbing carbon dioxide under a temperature environment of about 500 ° C. and releasing carbon dioxide under a temperature environment of about 600 ° C. Therefore, in this embodiment, the heat exchanger 70
Introduces the methane / steam mixed gas heated up to about 500 degrees into the reformer 20B, and the combustor 75 operates about 6
The reformer 2 uses the anode off-gas that has been heated up to about 00 degrees.
It is configured to be introduced at 0B.

【0091】上記構成の燃料電池システム10Bでは、
第1実施例と同様に改質器24を回転させつつ、ガス導
入部22Lの流路末端部22aからメタン・水蒸気混合
ガスを改質器24に導入し、ガス導入部22Rの流路末
端部22bからアノードオフガスを導入する。よって、
この実施例であっても、改質器24を、メタン・水蒸気
混合ガスの導入を受け第1実施例のメタン導入部分24
aに該当する混合ガス導入部分24abと、アノードオ
フガスの導入を受け第1実施例の水蒸気導入部分24b
に該当するパージガス導入部分24bbとに分ける。そ
して、燃料電池システム10Bは、この両導入部分に、
改質器24の回転に伴って、混合ガスとパージガスを交
互に導入する。
In the fuel cell system 10B having the above structure,
While rotating the reformer 24 as in the first embodiment, the methane / steam mixed gas is introduced into the reformer 24 from the flow path end 22a of the gas introduction part 22L, and the flow path end part of the gas introduction part 22R is introduced. Anode off gas is introduced from 22b. Therefore,
Even in this embodiment, the reformer 24 receives the methane / steam mixture gas and receives the methane / steam mixed gas.
a mixed gas introduction part 24ab corresponding to a and the steam introduction part 24b of the first embodiment which receives the introduction of the anode off gas.
And a purge gas introduction portion 24bb corresponding to the above. And, the fuel cell system 10B has both of these introduction parts,
With the rotation of the reformer 24, the mixed gas and the purge gas are alternately introduced.

【0092】従って、混合ガス導入部分24abでは、
メタン・水蒸気の共存下の改質反応を起こすことから、
既述した〜式で示すメタンの改質反応を引き起こ
す。しかも、担持させた二酸化炭素吸着材により、改質
反応に伴って生成された二酸化炭素を二酸化炭素吸着材
(固相)に吸着させ、改質反応系から取り除く。よっ
て、既述した通り、平衡の関係から、混合ガス導入部分
24abでは、式のシフト反応を律速進行させ式の
逆シフト反応の進行を抑制させる。これにより、この混
合ガス導入部分24abからは、一酸化炭素をほとんど
含まない状態の水素リッチな改質ガスを、燃料電池40
に供給できる。
Therefore, in the mixed gas introducing portion 24ab,
Since it causes a reforming reaction in the coexistence of methane and steam,
It causes the methane reforming reaction represented by the above formulas. Moreover, the carried carbon dioxide adsorbent adsorbs the carbon dioxide produced by the reforming reaction to the carbon dioxide adsorbent (solid phase) and removes it from the reforming reaction system. Therefore, as described above, due to the equilibrium relationship, in the mixed gas introduction portion 24ab, the shift reaction of the formula is rate-controlled and the progress of the reverse shift reaction of the formula is suppressed. As a result, the hydrogen-rich reformed gas containing almost no carbon monoxide is supplied from the mixed gas introduction portion 24ab to the fuel cell 40.
Can be supplied to.

【0093】その一方、改質反応および二酸化炭素吸着
を起こした混合ガス導入部分24abは、改質器24の
回転に伴って、新たに燃焼器75からのアノードオフガ
スの導入を受ける。このアノードオフガスは、そのガス
通過箇所(即ち、新たにアノードオフガス導入を受けた
混合ガス導入部分24ab)を、二酸化炭素吸着材が二
酸化炭素放出を起こす温度環境(約600度)とするの
で、二酸化炭素吸着材からの二酸化炭素放出を起こす。
これにより、二酸化炭素吸着材の二酸化炭素吸着機能は
再生されるので、この二酸化炭素吸着材は、次回のメタ
ン・水蒸気混合ガス導入時において確実に二酸化炭素吸
着をはっきする。なお、アノードオフガスによる二酸化
炭素放出に際しては、改質触媒によるメタンの改質反応
が起きないことから、一酸化炭素を生成するような事態
が起きがたい。
On the other hand, the mixed gas introduction portion 24ab which has undergone the reforming reaction and the carbon dioxide adsorption is newly introduced with the anode off gas from the combustor 75 as the reformer 24 rotates. Since this anode off-gas makes the gas passage portion (that is, the mixed gas introduction portion 24ab newly receiving the anode off-gas introduction) the temperature environment (about 600 degrees) at which the carbon dioxide adsorbent releases carbon dioxide, Causes the release of carbon dioxide from carbon adsorbents.
As a result, the carbon dioxide adsorbing function of the carbon dioxide adsorbing material is regenerated, so that the carbon dioxide adsorbing material reliably absorbs carbon dioxide at the next introduction of the methane / steam mixed gas. It should be noted that when carbon dioxide is released by the anode off gas, the reforming catalyst does not cause a reforming reaction of methane, and thus it is difficult to generate carbon monoxide.

【0094】このように、本実施例では、混合ガス導入
部分24abでの水素・二酸化炭素生成(改質反応)並
びに二酸化炭素吸着と、パージガス導入部分24bbで
の二酸化炭素吸着材の機能再生とを、改質器24の回転
に伴って繰り返し同時に進行させる。しかも、改質反応
進行時には、一酸化炭素の生成を効率よく抑制する。こ
の結果、本実施例にあっても、第1実施例と同様に、一
酸化炭素含有が極めて低い水素リッチガスを、安定した
水素濃度で連続生成して燃料電池40に供給できると共
に、構造の簡略化、装置の小型化等の効果を奏すること
ができる。
As described above, in this embodiment, hydrogen / carbon dioxide production (reforming reaction) and carbon dioxide adsorption in the mixed gas introduction portion 24ab and function regeneration of the carbon dioxide adsorbent in the purge gas introduction portion 24bb are performed. , And simultaneously with the rotation of the reformer 24. Moreover, when the reforming reaction proceeds, the production of carbon monoxide is efficiently suppressed. As a result, in the present embodiment as well, as in the first embodiment, a hydrogen-rich gas having an extremely low carbon monoxide content can be continuously produced at a stable hydrogen concentration and supplied to the fuel cell 40, and the structure is simplified. It is possible to achieve such effects as downsizing and downsizing of the device.

【0095】また、本実施例では、二酸化炭素放出のた
めにアノードオフガスを用いた。よって、二酸化炭素放
出のためのガス供給機構を別途用意する必要がないの
で、構成の簡略化を図ることができる。
Further, in this example, the anode off gas was used for releasing carbon dioxide. Therefore, it is not necessary to separately prepare a gas supply mechanism for releasing carbon dioxide, so that the structure can be simplified.

【0096】また、本実施例では、二酸化炭素の系外へ
の取り出しによる式のシフト反応が律速進行され、触
媒反応系内で一酸化炭素の少ない状態とできる。このた
め、次の利点もある。
Further, in this embodiment, the shift reaction of the formula by taking out carbon dioxide to the outside of the system is controlled at a rate-determining rate, and a state in which the amount of carbon monoxide is small can be set in the catalytic reaction system. Therefore, there are the following advantages.

【0097】通常、上記したメタンの改質過程では、メ
ータネーション反応と称される下記反応が起きる。
Usually, in the above-mentioned methane reforming process, the following reaction called a meteration reaction occurs.

【0098】 CO + 3H2 → CH4 + H2CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O

【0099】しかしながら、この反応に関与するCO
(一酸化炭素)の少ない状況であることから、これら反
応の進行を抑制できる。このメータネーション反応は、
反応系としては発熱を伴うので、当該反応の抑制によ
り、改質器24を不用意に昇温させてしまうことがな
い。
However, the CO involved in this reaction
Since the amount of (carbon monoxide) is low, the progress of these reactions can be suppressed. This meteration reaction is
Since the reaction system generates heat, the reformer 24 is not inadvertently heated by suppressing the reaction.

【0100】なお、本実施例では、採用した二酸化炭素
吸着材(Li4SiO4)の性質を考慮して、吸着を起こ
し得る約500度程度に混合ガスを昇温し、放出を起こ
し得る約600度程度にアノードオフガスを昇温させ
た。しかしながら、これら温度は、用いる二酸化炭素吸
着材に応じて適宜定めればよい。例えば、二酸化炭素放
出を二酸化炭素吸着時より低温環境下で行うようなもの
を用いた場合には、アノードオフガスの昇温を抑制すれ
ばよい。
In the present embodiment, in consideration of the properties of the carbon dioxide adsorbent (Li 4 SiO 4 ) used, the temperature of the mixed gas is raised to about 500 ° C. at which adsorption can occur, and the amount of release can be increased. The anode off gas was heated to about 600 degrees. However, these temperatures may be appropriately determined according to the carbon dioxide adsorbent used. For example, when the carbon dioxide is released in a lower temperature environment than when carbon dioxide is adsorbed, the temperature rise of the anode off gas may be suppressed.

【0101】また、本実施例では、アノードオフガスを
熱交換器70から外部に放出しているが、これを燃料電
池40のアノードに送り込むよう環流させることもでき
る。アノードオフガスは、アノードに一酸化炭素がほと
んどない状態で改質装置20Bから送られた水素リッチ
ガスの排気であることから、そもそも、ガス中に一酸化
炭素をほとんど含まない。また、改質触媒との反応に関
与する物質を含まないことから、改質器24への導入時
に一酸化炭素を生成するような事態が起きがたい。よっ
て、上記のように熱交換器70からのアノードオフガス
を燃料電池40に環流させても、電池性能の低下等の不
具合を招かない。
Further, in the present embodiment, the anode off gas is discharged from the heat exchanger 70 to the outside, but it may be circulated so as to be sent to the anode of the fuel cell 40. Since the anode off-gas is the exhaust of the hydrogen-rich gas sent from the reforming apparatus 20B in a state where the anode is almost free of carbon monoxide, the gas contains almost no carbon monoxide in the first place. In addition, since it does not contain a substance that participates in the reaction with the reforming catalyst, it is difficult for the situation where carbon monoxide is generated when it is introduced into the reformer 24. Therefore, even if the anode off-gas from the heat exchanger 70 is circulated to the fuel cell 40 as described above, a problem such as deterioration of cell performance does not occur.

【0102】また、本実施例においても、メタン・水蒸
気の混合ガスに、酸素含有ガスを混合するようにするこ
ともできる。例えば、熱交換器70に、ブロワから空気
を導入するようにしたり、カソードオフガスを導入する
ようにすることもできる。このように酸素導入を図れ
ば、導入された酸素で一酸化炭素を二酸化炭素とし、こ
れを吸着できるので、一酸化炭素の生成をより確実に抑
制できる。
Also in the present embodiment, the oxygen-containing gas may be mixed with the mixed gas of methane and steam. For example, air may be introduced into the heat exchanger 70 from a blower, or cathode off gas may be introduced. If oxygen is introduced in this manner, carbon monoxide can be converted to carbon dioxide by the introduced oxygen and can be adsorbed, so that the production of carbon monoxide can be suppressed more reliably.

【0103】次にまた別の実施例について説明する。こ
の実施例は、メタン・水蒸気の混合ガスとアノードオフ
ガスの交互導入を別々の改質器に対して行い、この交互
導入のタイミング並びに改質器からのガス排出の切換を
改質器同士で異なるものとした点に特徴がある。図13
は第4実施例の燃料電池システム10Cの概略構成を示
す説明図、図14はこの燃料電池システム10Cにおけ
るガス交互導入とガス排出の様子を説明する説明図であ
る。
Next, another embodiment will be described. In this embodiment, the mixed gas of methane / steam and the anode off gas are alternately introduced into different reformers, and the timing of this alternate introduction and the switching of the gas discharge from the reformers are different between the reformers. It is characterized in that it was made. FIG.
Is an explanatory view showing a schematic configuration of a fuel cell system 10C of the fourth embodiment, and FIG. 14 is an explanatory view explaining a state of alternate gas introduction and gas discharge in the fuel cell system 10C.

【0104】この実施例の燃料電池システム10Cにあ
っても、改質装置構成とガス導入のための流路構成が相
違する。図示するように、改質装置20Cは、第2実施
例の改質装置20Aと同様に、第1改質器61と第2改
質器62を有する他、これら改質器の上下流のガス分配
部60と、混合器77を有する。混合器77は、メタン
ガス供給装置12からのメタンと、水蒸気供給装置14
からの水蒸気を熱交換器70での熱交換を経て受け取
り、この両者を混合して、流路71から上流側のガス分
配部60に導入する。
Even in the fuel cell system 10C of this embodiment, the structure of the reformer and the structure of the flow path for introducing gas are different. As shown in the figure, the reformer 20C has a first reformer 61 and a second reformer 62, as well as the reformer 20A of the second embodiment. It has a distributor 60 and a mixer 77. The mixer 77 includes the methane from the methane gas supply device 12 and the steam supply device 14
The steam from is received through heat exchange in the heat exchanger 70, the two are mixed, and introduced from the flow path 71 to the gas distributor 60 on the upstream side.

【0105】改質器上下流のガス分配部60は、第2実
施例と同様にガス分配先を切り換えるものであり、上流
側のガス分配部60は、混合器77からのメタン・水蒸
気の混合ガスと燃焼器75からのアノードオフガスのガ
ス分配を、第1改質器61と第2改質器62のいずれか
に切り換える。改質器下流側のガス分配部60は、第1
改質器61からのガスと第2改質器62からのガスの分
配を、熱交換器73を経た燃料電池40とするか熱交換
器70とするかを切り換える。第1改質器61と第2改
質器62は、共に、第3実施例における改質器24と同
様に、メタンの水蒸気改質反応(〜式)を起こし得
る改質触媒(例えば、ロジウム触媒)と二酸化炭素吸着
材とをハニカム状ガス流路に担持させている。
The gas distributor 60 on the upstream and downstream sides of the reformer switches the gas distribution destination as in the second embodiment, and the gas distributor 60 on the upstream side mixes methane and steam from the mixer 77. Gas distribution of the gas and the anode off-gas from the combustor 75 is switched to either the first reformer 61 or the second reformer 62. The gas distributor 60 on the downstream side of the reformer has the first
The distribution of the gas from the reformer 61 and the gas from the second reformer 62 is switched between the fuel cell 40 passing through the heat exchanger 73 and the heat exchanger 70. Both the first reformer 61 and the second reformer 62 are reforming catalysts (e.g., rhodium) capable of causing the steam reforming reaction (-formula) of methane, like the reformer 24 in the third embodiment. A catalyst) and a carbon dioxide adsorbent are supported on the honeycomb-shaped gas flow channel.

【0106】改質器上下のガス分配部60によるガス分
配の様子は次の通りである。図14に示すように、改質
器上流側のガス分配部60は、第1改質器61と第2改
質器62のそれぞれに、混合器77からのメタン・水蒸
気の混合ガスと、燃焼器75により所定温度(約600
度)とされたアノードオフガスを交互に導入する。この
場合、混合ガスは、水蒸気の熱交換器70での昇温によ
り、上記した約500度の温度とされている。よって、
こうしたガス素導入を受ける第1改質器61と第2改質
器62のそれぞれは、第3実施例と同様に、〜式の
水蒸気改質反応とアノードオフガスによる二酸化炭素放
出(二酸化炭素吸着材再生)とをそれぞれ繰り返す。こ
の場合であっても、第3実施例と同様に二酸化炭素吸着
を起こしているので、〜式の水蒸気改質反応の結果
となる改質ガスは、水素リッチで一酸化炭素をほとんど
含まないものとなる。
The manner of gas distribution by the gas distributors 60 above and below the reformer is as follows. As shown in FIG. 14, the gas distributor 60 on the upstream side of the reformer includes, in each of the first reformer 61 and the second reformer 62, the mixed gas of methane and steam from the mixer 77 and the combustion. Predetermined temperature (approx. 600
Of the anode off gas is alternately introduced. In this case, the mixed gas is brought to the above-mentioned temperature of about 500 degrees by the temperature rise of steam in the heat exchanger 70. Therefore,
Each of the first reformer 61 and the second reformer 62 that receives such gas introduction is similar to the third embodiment in that the steam reforming reaction of formula (1) to carbon dioxide release by the anode off gas (carbon dioxide adsorbing material). Repeat) and. Even in this case, since carbon dioxide is adsorbed similarly to the third embodiment, the reformed gas resulting from the steam reforming reaction of the formulas is hydrogen-rich and contains almost no carbon monoxide. Becomes

【0107】また、改質器下流側のガス分配部60は、
第1改質器61が上記の混合ガスの導入を受けている間
には、その改質ガスを熱交換器73を経て燃料電池40
のアノードに導入し、この第1改質器61がアノードオ
フガスの導入を受けている間には、その通過ガス(即
ち、既述したアノードオフガスによる放出二酸化炭素)
を熱交換器70に導入する。また、この下流側のガス分
配部60は、第2改質器62が上記の混合ガスの導入を
受けている間には、その改質ガスを熱交換器73を経て
燃料電池40のアノードに導入し、この第2改質器62
がアノードオフガスの導入を受けている間には、その通
過ガス(即ち、既述したアノードオフガスによる放出二
酸化炭素)を熱交換器70に導入する。
The gas distributor 60 on the downstream side of the reformer is
While the first reformer 61 receives the mixed gas, the reformed gas passes through the heat exchanger 73 and the fuel cell 40.
Of the passing gas (that is, carbon dioxide released by the above-mentioned anode off-gas) while the first reformer 61 is receiving the anode off-gas.
Are introduced into the heat exchanger 70. Further, the gas distributor 60 on the downstream side supplies the reformed gas to the anode of the fuel cell 40 via the heat exchanger 73 while the second reformer 62 receives the mixed gas. Introduce this second reformer 62
While the anode off gas is being introduced, the passing gas (that is, the carbon dioxide released by the anode off gas described above) is introduced into the heat exchanger 70.

【0108】ところで、図14から明らかなように、第
1改質器61に混合ガス導入が行われている間は、第2
改質器62にはアノードオフガスが導入され、第1改質
器61にアノードオフガス導入が行われている間は、第
2改質器62には混合ガスが導入されている。従って、
第1改質器61で上記した水蒸気改質反応に基づく水素
・二酸化炭素生成と二酸化炭素吸着が行われている間
は、第2改質器62ではアノードオフガスによる二酸化
炭素放出(二酸化炭素吸着材再生)が行われ、第2改質
器62で上記した水蒸気改質反応に基づく水素・二酸化
炭素生成と二酸化炭素吸着が行われている間は、第1改
質器61ではアノードオフガスによる二酸化炭素放出
(二酸化炭素吸着材再生)が行われる。そして、両改質
器からの水素リッチで一酸化炭素をほとんど含まない改
質ガスは、改質器下流側のガス分配部60によるガス分
配を受けて、改質器下流の燃料電池40に供給される。
この結果、燃料電池40へは、第1改質器61と第2改
質器62の両者から交互に水素リッチな改質ガスが供給
され、全体的には、水素リッチガスが連続供給される。
また、熱交換器70にあっても、放出された二酸化炭素
が第1改質器61と第2改質器62の両者から交互に供
給され、このガスを熱源として、水蒸気を連続的に昇温
する。
By the way, as is apparent from FIG. 14, while the mixed gas is being introduced into the first reformer 61, the second reformer 61
While the anode off gas is introduced into the reformer 62 and the anode off gas is introduced into the first reformer 61, the mixed gas is introduced into the second reformer 62. Therefore,
While the first reformer 61 is producing hydrogen and carbon dioxide based on the above-mentioned steam reforming reaction and adsorbing carbon dioxide, the second reformer 62 releases carbon dioxide from the anode offgas (carbon dioxide adsorbing material). (Regeneration), and while the second reformer 62 is performing hydrogen / carbon dioxide production and carbon dioxide adsorption based on the above-mentioned steam reforming reaction, the first reformer 61 causes carbon dioxide produced by the anode offgas. Release (regeneration of carbon dioxide adsorbent) is performed. Then, the reformed gas rich in hydrogen and containing almost no carbon monoxide from both reformers is subjected to gas distribution by the gas distributor 60 on the downstream side of the reformer and supplied to the fuel cell 40 on the downstream side of the reformer. To be done.
As a result, the hydrogen-rich reformed gas is alternately supplied to the fuel cell 40 from both the first reformer 61 and the second reformer 62, and the hydrogen-rich gas is continuously supplied as a whole.
Also in the heat exchanger 70, the released carbon dioxide is alternately supplied from both the first reformer 61 and the second reformer 62, and this gas is used as a heat source to continuously raise steam. Warm.

【0109】以上説明したように、この第4実施例の燃
料電池システム10Cによっても、上記した各実施例と
同様、一酸化炭素含有が極めて低い水素リッチガスを、
安定した水素濃度で連続生成できるといった種々の効果
を奏することができる。
As described above, according to the fuel cell system 10C of the fourth embodiment, as in the above-described embodiments, the hydrogen-rich gas containing extremely low carbon monoxide is added,
Various effects such as continuous production with a stable hydrogen concentration can be achieved.

【0110】なお、この実施例にあっても、第1改質器
61と第2改質器62を別体としたが、一つの改質器
を、第1改質器61に相当する改質器部分と、第2改質
器62に相当する改質器部分に区分けするようにしても
よい。また、図6に示したように水蒸気供給装置14か
らの水蒸気に、カソードオフガスや空気を混入したりす
ることもできる。
In this embodiment as well, the first reformer 61 and the second reformer 62 are separate bodies, but one reformer corresponds to the first reformer 61. It may be divided into a pouch part and a reformer part corresponding to the second reformer 62. Further, as shown in FIG. 6, it is possible to mix cathode offgas and air into the steam from the steam supply device 14.

【0111】また、この実施例では、第1改質器61へ
の混合ガス導入と第2改質器62への混合ガス導入、ア
ノードオフガス導入についても、その導入周期の位相差
が半周期であれば、先の実施例同様、水素濃度を最も安
定なものとでき好ましい。しかし、水素濃度許容幅に応
じて、導入周期の位相差を調整するようにすることもで
きる。
Further, in this embodiment, regarding the introduction of the mixed gas into the first reformer 61, the introduction of the mixed gas into the second reformer 62, and the introduction of the anode off gas, the phase difference between the introduction cycles is half a cycle. If so, the hydrogen concentration can be made the most stable as in the previous embodiment, which is preferable. However, the phase difference of the introduction period may be adjusted according to the hydrogen concentration allowable range.

【0112】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to the above examples and embodiments, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

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

【図1】本実施例の燃料電池システム10の概略構成を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of this embodiment.

【図2】この燃料電池システム10が有する改質装置2
0の概略構成を説明する説明図である。
FIG. 2 is a reformer 2 included in the fuel cell system 10.
It is explanatory drawing explaining the schematic structure of 0.

【図3】改質装置20を図2における3−3線に沿って
断面視した概略構成を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the reforming device 20 in a sectional view taken along line 3-3 in FIG.

【図4】改質装置20の改質器24の回転動作と(1)
式、(2)式の反応の様子とを関連付けて説明する説明
図である。
FIG. 4 is a rotation operation of a reformer 24 of a reformer 20 and (1)
It is explanatory drawing which links | relates and demonstrates the mode of reaction of Formula and (2) Formula.

【図5】変形例の燃料電池システム10の概略構成を示
す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of a modified example.

【図6】また別の変形例の燃料電池システム10の概略
構成を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of another modification.

【図7】他の変形例の燃料電池システム10の概略構成
を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 of another modification.

【図8】ガス導入部22から改質器24へのガス導入の
様子を説明するための説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining how gas is introduced from the gas introduction unit 22 into the reformer 24.

【図9】空気導入を併用する場合の変形例を説明するた
めの説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram for describing a modified example when air is also used.

【図10】第2実施例の燃料電池システム10Aの概略
構成を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10A of a second embodiment.

【図11】この燃料電池システム10Aにおけるメタン
・水蒸気の導入の様子を説明する説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining how methane and water vapor are introduced into the fuel cell system 10A.

【図12】第3実施例の燃料電池システム10Bの概略
構成を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10B according to a third embodiment.

【図13】第4実施例の燃料電池システム10Cの概略
構成を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10C according to a fourth embodiment.

【図14】この燃料電池システム10Cにおけるガス交
互導入とガス排出の様子を説明する説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating the manner of alternate gas introduction and gas discharge in the fuel cell system 10C.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10〜10C…燃料電池システム 12…メタンガス供給装置 13…流路 14…水蒸気供給装置 15…流路 20〜20C…改質装置 22…ガス導入部 22L、22R…ガス導入部 22a…流路末端部 22b…流路末端部 23…区画壁 23a、23b…区画壁 24…改質器 24a…メタン導入部分 24b…水蒸気導入部分 24ab…混合ガス導入部分 24bb…パージガス導入部分 25t0…区画線 26…駆動装置 26a…水蒸気推移部分 26b…メタン推移部分 40…燃料電池 42…ブロワ 44…カソード側排気流路 45…バルブ 50…供給装置 51…予備改質器 55…ブロワ 56…流路 57a…区画部 57a〜57d…区画部 60…ガス分配部 61…第1改質器 62…第2改質器 70…熱交換器 71…流路 72…排気流路 73…熱交換器 74…流路 75…燃焼器 77…混合器 10 to 10 C ... Fuel cell system 12 ... Methane gas supply device 13 ... Flow path 14 ... Steam supply device 15 ... Flow path 20-20C ... Reforming device 22 ... Gas introduction section 22L, 22R ... Gas introduction section 22a ... Channel end 22b ... Channel end 23 ... Partition wall 23a, 23b ... Partition walls 24 ... Reformer 24a ... Methane introduction part 24b ... Water vapor introduction part 24ab ... Mixed gas introduction part 24bb ... Purge gas introduction part 25t0 ... marking line 26 ... Drive device 26a ... Water vapor transition part 26b ... Methane transition part 40 ... Fuel cell 42 ... Blower 44 ... Exhaust flow path on cathode side 45 ... Valve 50 ... Supply device 51 ... Preliminary reformer 55 ... Blower 56 ... Channel 57a ... division 57a-57d ... Compartment 60 ... Gas distribution unit 61 ... First reformer 62 ... Second reformer 70 ... Heat exchanger 71 ... Channel 72 ... Exhaust flow path 73 ... Heat exchanger 74 ... Flow path 75 ... Combustor 77 ... Mixer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G140 EA03 EA06 EA07 EB03 EB04 EB12 EB18 EB27 EB41 EB42 5H027 AA02 BA01 BA10 BA16    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 4G140 EA03 EA06 EA07 EB03 EB04                       EB12 EB18 EB27 EB41 EB42                 5H027 AA02 BA01 BA10 BA16

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系化合物の水蒸気改質を経て水
素リッチな改質ガスを生成する改質装置であって、 前記水蒸気改質に用いる改質触媒を有する改質器と、 前記炭化水素系化合物を含む原燃料ガスを導く第1流路
と、水蒸気を導く第2流路とを有し、この第1、第2の
流路の末端を前記改質器に対向させ前記原材料ガスと前
記水蒸気とを前記改質器に導入する導入部と、 該導入部と前記改質器とを、前記改質器におけるガスの
流れ方向を中心に相対的に回転させる回転作動手段とを
備えることを特徴とする改質装置。
1. A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound, the reformer having a reforming catalyst used for the steam reforming, and the hydrocarbon. It has a first flow path for introducing a raw fuel gas containing a system compound and a second flow path for introducing steam, and the ends of the first and second flow paths are opposed to the reformer and the raw material gas is provided. An introduction unit for introducing the steam into the reformer, and a rotation operation unit for relatively rotating the introduction unit and the reformer around a gas flow direction in the reformer. A reformer characterized by:
【請求項2】 請求項1記載の改質装置であって、 前記改質器は、前記流れ方向を中心に回転する、改質装
置。
2. The reformer according to claim 1, wherein the reformer rotates around the flow direction.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の改質装置
であって、 前記第2流路は、前記水蒸気と共に酸素含有ガスを導
く、改質装置。
3. The reformer according to claim 1, wherein the second flow path introduces an oxygen-containing gas together with the steam.
【請求項4】 請求項3記載の改質装置であって、 前記第2流路は、前記改質器から水素リッチの改質ガス
を燃料ガスとして供給されて発電する燃料電池のカソー
ドオフガスを導く、改質装置。
4. The reforming apparatus according to claim 3, wherein the second flow path is a cathode offgas of a fuel cell that is supplied with hydrogen-rich reformed gas as fuel gas from the reformer to generate electricity. Leading reformer.
【請求項5】 請求項1記載の改質装置であって、 前記導入部は、酸素含有ガスを導く酸素導入流路を有
し、該酸素導入流路の末端を、前記第1流路の末端と前
記第2の流路の末端との間に介在させている、改質装
置。
5. The reforming apparatus according to claim 1, wherein the introduction part has an oxygen introduction flow path for introducing an oxygen-containing gas, and an end of the oxygen introduction flow path is connected to the first flow path. A reformer interposed between an end and an end of the second flow path.
【請求項6】 炭化水素系化合物の水蒸気改質を経て水
素リッチな改質ガスを生成する改質装置であって、 前記水蒸気改質に用いる改質触媒を有する第1と第2の
改質器と、 前記第1の改質器に、炭化水素系化合物を含む原燃料ガ
スと水蒸気とを交互に導く第1導入部と、 前記第2の改質器に、前記原燃料ガスと水蒸気とを交互
に導く第2導入部と、 前記第1と第2の改質器からの改質ガスを合流させて下
流に導く下流流路とを備え、 前記第1導入部と前記第2導入部とは、一方が前記原燃
料ガスを導いている間は他方は前記水蒸気を導くことを
特徴とする改質装置。
6. A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound, the first and second reformers having a reforming catalyst used for the steam reforming. And a first introducing portion for alternately introducing a raw fuel gas containing a hydrocarbon compound and steam to the first reformer, and a raw fuel gas and steam to the second reformer. And a downstream flow path for introducing the reformed gas from the first and second reformers together and guiding the combined gas to the downstream side. Is a reformer characterized in that while one guides the raw fuel gas, the other guides the steam.
【請求項7】 炭化水素系化合物の水蒸気改質を経て水
素リッチな改質ガスを生成する改質装置であって、 前記水蒸気改質に用いる改質触媒と、二酸化炭素の吸着
機能を有する吸着材とを有する改質器と、 前記炭化水素系化合物を含む原燃料ガスと水蒸気とを導
く第1流路と、二酸化炭素を吸着した前記吸着剤からの
二酸化炭素放出を起こし得るパージガスを導く第2流路
とを有し、この第1、第2の流路の末端を前記改質器に
対向させ前記原材料ガスと前記水蒸気の混合ガスと前記
パージガスとを前記改質器に導入する導入部と、 該導入部と前記改質器とを、前記改質器におけるガスの
流れ方向を中心に相対的に回転させる回転作動手段とを
備えることを特徴とする改質装置。
7. A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound, the reforming catalyst being used for the steam reforming, and an adsorption having a carbon dioxide adsorption function. A reformer having a material, a first flow path for introducing a raw fuel gas containing the hydrocarbon compound and steam, and a purge gas for introducing a carbon dioxide adsorbed carbon dioxide from the adsorbent. An introduction part having two flow paths, the ends of the first and second flow paths facing the reformer and introducing the mixed gas of the raw material gas and the steam and the purge gas into the reformer. And a rotation actuating means for relatively rotating the introduction part and the reformer around a gas flow direction in the reformer.
【請求項8】 炭化水素系化合物の水蒸気改質を経て水
素リッチな改質ガスを生成する改質装置であって、 前記水蒸気改質に用いる改質触媒と、二酸化炭素の吸着
機能を有する吸着材とを有する第1と第2の改質器と、 前記第1の改質器に、炭化水素系化合物を含む原燃料ガ
スと水蒸気の混合ガスと、二酸化炭素を吸着した前記吸
着剤からの二酸化炭素放出を起こし得るパージガスとを
交互に導く第1導入部と、 前記第2の改質器に、前記混合ガスと前記パージガスと
を交互に導く第2導入部とを備え、 前記第1導入部と前記第2導入部とは、一方が前記混合
ガスを導いている間は他方は前記パージガスを導くこと
を特徴とする改質装置。
8. A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas through steam reforming of a hydrocarbon compound, the reforming catalyst being used for the steam reforming, and an adsorption having a carbon dioxide adsorption function. A first and a second reformer having a material, and a mixed gas of a raw fuel gas containing a hydrocarbon-based compound and steam, and carbon dioxide adsorbed from the adsorbent to the first reformer. A first introducing part for alternately introducing a purge gas capable of causing carbon dioxide release; and a second introducing part for alternately introducing the mixed gas and the purge gas to the second reformer, the first introducing part The reformer, wherein one of the section and the second introduction section guides the purge gas while the other guides the mixed gas.
【請求項9】 請求項7または請求項8記載の改質装置
であって、 前記パージガスは、前記改質器から水素リッチの改質ガ
スを燃料ガスとして供給されて発電する燃料電池のアノ
ードオフガスとされている、改質装置。
9. The reforming apparatus according to claim 7, wherein the purge gas is an anode offgas of a fuel cell that is supplied with hydrogen-rich reformed gas from the reformer as fuel gas to generate electric power. It is said that the reformer.
【請求項10】 水素リッチな燃料ガスと酸素含有ガス
との供給を受け、水素と酸素の電気化学反応を進行させ
て発電する燃料電池を備える燃料電池システムであっ
て、 請求項1ないし請求項9いずれか記載の改質装置を備
え、該改質装置の生成した水素リッチな改質ガスを前記
燃料ガスとして前記燃料電池に供給する、燃料電池シス
テム。
10. A fuel cell system comprising a fuel cell which receives supply of a hydrogen-rich fuel gas and an oxygen-containing gas, and which promotes an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen to generate electric power. 9. A fuel cell system, comprising the reformer according to any one of 9 to 10 and supplying the hydrogen-rich reformed gas produced by the reformer as the fuel gas to the fuel cell.
【請求項11】 炭化水素系化合物を水蒸気改質に供し
て水素リッチな改質ガスを生成する方法であって、 前記水蒸気改質に用いる改質触媒を有する改質器に前記
炭化水素系化合物を含む原燃料ガスと水蒸気とを導くに
当たり、前記改質器を前記改質器への前記原燃料ガスの
導入箇所と前記水蒸気の導入箇所に分け、 前記原燃料ガスが導入されていた導入箇所への前記水蒸
気の導入と、前記水蒸気が導入されていた導入箇所への
前記原燃料ガスの導入とを実行する工程を繰り返すこと
を特徴とする改質方法。
11. A method for producing a hydrogen-rich reformed gas by subjecting a hydrocarbon-based compound to steam reforming, wherein the hydrocarbon-based compound is added to a reformer having a reforming catalyst used for the steam reforming. In introducing the raw fuel gas and steam containing, the reformer is divided into an introduction point of the raw fuel gas and an introduction point of the steam to the reformer, and the introduction point where the raw fuel gas was introduced A method for reforming, characterized by repeating the steps of introducing the water vapor into the steam and introducing the raw fuel gas into the introduction location where the water vapor was introduced.
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