JP2005108651A - Reforming device - Google Patents

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reformed gas
temperature
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Akira Matsuoka
晃 松岡
Kouichi Kuwaha
孝一 桑葉
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Toyota Motor Corp
Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the thermal efficiency of a reforming device by supplying reformed gas with a constant carbon monoxide concentration to a carbon monoxide purifying part. <P>SOLUTION: The reforming device 20 is composed of a reforming part 60 producing and leading out reformed gas from fuel, a CO shift part 80 lowering a carbon monoxide in the reformed gas supplied by the reforming part 60, and a CO purifying part 40 further lowering the carbon monoxide in the reformed gas supplied from the CO shift part 80. The CO shift part 80 has a heat exchanger 91 to which 91 a bypass tube 94a branched from an air supply tube 93 connected to an air supply source is connected, and the bypass tube 94a is provided with an electromagnetic valve 92. By switching the control of the electromagnetic valve 92, the temperature of the CO shift part 80 comes within a given range, and a carbon monoxide concentration in the reformed gas led out of the CO shift part 80 comes within a given range. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、供給された燃料ガスおよび水蒸気から改質ガスを生成して該改質ガスを燃料電池に供給する改質装置に関する。   The present invention relates to a reforming apparatus that generates a reformed gas from supplied fuel gas and water vapor and supplies the reformed gas to a fuel cell.

改質装置は供給された燃料(例えば天然ガス、LPガス、灯油などの炭化水素系燃料)および水蒸気からいわゆる水素リッチな改質ガスを生成してこの改質ガスを燃料電池に供給するものである。燃料電池は供給された水素と酸素との化学反応によって発電するものである。改質装置としては、供給された燃料と水蒸気との混合ガスから改質ガスを生成して導出する改質部102と、この改質部102から供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素シフト反応部(高温シフト部106と低温シフト部110からなる)と、この一酸化炭素シフト反応部から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素浄化部(CO浄化部)112とから構成されているものが知られている(特許文献1)。   The reformer generates a so-called hydrogen-rich reformed gas from the supplied fuel (for example, a hydrocarbon fuel such as natural gas, LP gas, kerosene) and steam and supplies the reformed gas to the fuel cell. is there. The fuel cell generates power by a chemical reaction between supplied hydrogen and oxygen. The reformer includes a reforming unit 102 that generates and derives a reformed gas from a mixed gas of supplied fuel and water vapor, and carbon monoxide in the reformed gas supplied from the reforming unit 102. A carbon monoxide shift reaction section (consisting of a high temperature shift section 106 and a low temperature shift section 110) to be reduced, and carbon monoxide in the reformed gas supplied from the carbon monoxide shift reaction section is further reduced to a fuel cell. What is comprised from the carbon monoxide purification | cleaning part (CO purification | cleaning part) 112 to supply is known (patent document 1).

このような改質装置においては、一酸化炭素シフト反応部から導出された改質ガス中の一酸化炭素濃度は成り行き任せであるため一定していない。このため、CO浄化部112において、最終的に燃料電池114のアノード116に供給される改質ガス(燃料ガス)中の一酸化炭素濃度(CO濃度)が許容濃度(例えば、5ppm)以下になるように、エアポンプ130によるCO浄化部112への酸化ガスの吹き込み量が調整されている。
特開2003−151599号公報(第7−9頁、第1図)
In such a reformer, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas derived from the carbon monoxide shift reaction section is not constant because it depends on the order. Therefore, in the CO purification unit 112, the carbon monoxide concentration (CO concentration) in the reformed gas (fuel gas) that is finally supplied to the anode 116 of the fuel cell 114 is equal to or less than the allowable concentration (for example, 5 ppm). As described above, the amount of the oxidizing gas blown into the CO purification unit 112 by the air pump 130 is adjusted.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-151599 (pages 7-9, FIG. 1)

上述した改質装置においては、CO浄化部112に供給された改質ガス中の一酸化炭素濃度が高い場合には、一酸化炭素濃度を低くするため多量の空気すなわち酸素を投入しなければならないが、CO浄化部112にて下記化1、化2に示す反応が起きているので、投入された酸素は改質ガス中の水素とも反応する。これにより、改質ガス中の一酸化炭素濃度が減少するだけでなく、水素濃度も減少するため、改質装置の熱効率が低下するという問題があった。
(化1)
CO+1/2O → CO
(化2)
+1/2O → H
In the above-described reformer, when the carbon monoxide concentration in the reformed gas supplied to the CO purification unit 112 is high, a large amount of air, that is, oxygen must be introduced to reduce the carbon monoxide concentration. However, since the reactions shown in Chemical Formulas 1 and 2 below occur in the CO purification unit 112, the input oxygen also reacts with hydrogen in the reformed gas. As a result, not only the carbon monoxide concentration in the reformed gas is reduced, but also the hydrogen concentration is reduced, which causes a problem that the thermal efficiency of the reformer is lowered.
(Chemical formula 1)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2
(Chemical formula 2)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、一酸化炭素浄化部に一酸化炭素濃度が一定である改質ガスを供給することにより、改質装置の熱効率を向上させることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is to improve the thermal efficiency of the reformer by supplying a reformed gas having a constant carbon monoxide concentration to the carbon monoxide purifier. Objective.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の構成上の特徴は、供給された燃料と水蒸気との混合ガスから改質ガスを生成して導出する改質部と、この改質部から供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素シフト反応部と、この一酸化炭素シフト反応部から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素浄化部とから構成される改質装置において、一酸化炭素シフト反応部にこの一酸化炭素シフト反応部との間で熱交換を行って降温させる熱交換器を設け、この熱交換器に冷媒を供給する冷媒供給手段とこの冷媒供給手段に設けられて冷媒の供給量を調整する冷媒調整手段と、一酸化炭素シフト反応部内の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出された温度に基づいて冷媒調整手段を制御して冷媒の供給量を調整する制御手段とをさらに備え、温度検出手段によって検出された温度を所定範囲内となるように制御手段によって冷媒の供給量を調整することにより、一酸化炭素シフト反応部内の温度と相関関係にあり、かつ、一酸化炭素シフト反応部から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定範囲内となるように制御することである。   In order to solve the above problems, the structural feature of the invention according to claim 1 is that a reforming unit that generates and derives a reformed gas from a mixed gas of supplied fuel and water vapor, and the reforming unit A carbon monoxide shift reaction unit that reduces carbon monoxide in the reformed gas supplied from the fuel, and further reduces the carbon monoxide in the reformed gas supplied from the carbon monoxide shift reaction unit to a fuel cell. In the reformer configured with the carbon monoxide purification unit to be supplied, a heat exchanger is provided in the carbon monoxide shift reaction unit to perform heat exchange with the carbon monoxide shift reaction unit to lower the temperature. Refrigerant supply means for supplying refrigerant to the exchanger, refrigerant adjustment means for adjusting the supply amount of refrigerant provided in the refrigerant supply means, temperature detection means for detecting the temperature in the carbon monoxide shift reaction section, and temperature detection means Based on the temperature detected by And a control means for adjusting the supply amount of the refrigerant by controlling the refrigerant adjustment means, and adjusting the supply amount of the refrigerant by the control means so that the temperature detected by the temperature detection means falls within a predetermined range. In other words, the carbon monoxide concentration in the reformed gas that is correlated with the temperature in the carbon monoxide shift reaction section and derived from the carbon monoxide shift reaction section is controlled to be within a predetermined range.

請求項2に係る発明の構成上の特徴は、請求項1において、温度検出手段は一酸化炭素シフト反応部に設けられた改質ガスを導出する改質ガス導出口付近の温度を検出し、温度検出手段によって検出された温度を所定範囲内となるように制御手段によって冷媒の供給量を調整することにより、改質ガス導出口付近の温度と相関関係にあり、かつ、前記一酸化炭素シフト反応部から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定範囲内となるように制御することである。   The structural feature of the invention according to claim 2 is that, in claim 1, the temperature detection means detects the temperature in the vicinity of the reformed gas outlet for deriving the reformed gas provided in the carbon monoxide shift reaction section, By adjusting the refrigerant supply amount by the control means so that the temperature detected by the temperature detection means is within a predetermined range, there is a correlation with the temperature near the reformed gas outlet, and the carbon monoxide shift This is to control the carbon monoxide concentration in the reformed gas derived from the reaction section so as to be within a predetermined range.

請求項3に係る発明の構成上の特徴は、請求項1または請求項2において、冷媒として改質装置に供給される液体または気体を採用したことである。   The structural feature of the invention according to claim 3 is that, in claim 1 or claim 2, the liquid or gas supplied to the reformer as the refrigerant is employed.

請求項4に係る発明の構成上の特徴は、請求項1乃至請求項3の何れか一項において、供給された可燃性燃料と燃焼用空気とを燃焼させて改質部を加熱する燃焼ガスを生成する燃焼部と、供給された水を燃焼ガスによって加熱し水蒸気を生成して改質部に供給する蒸発部と、改質部から導出された改質ガスを混合ガスによって降温して導出する冷却部とをさらに備え、改質部、冷却部および一酸化炭素シフト反応部を一体化し内側一体構造体を形成し、一酸化炭素浄化部および蒸発部を筒状に形成するとともに一体化して外側一体構造体を形成し、一酸化炭素シフト反応部が突出するように外側一体構造体を内側一体構造体に外挿し、熱交換器を、一酸化炭素シフト反応部の外壁面に取り付けたことである。   The structural feature of the invention according to claim 4 is the combustion gas according to any one of claims 1 to 3, wherein the reformed portion is heated by burning the supplied combustible fuel and combustion air. A combustion section that generates water, an evaporation section that heats the supplied water with combustion gas to generate water vapor and supplies it to the reforming section, and a reformed gas derived from the reforming section is cooled by a mixed gas and derived A cooling unit that further integrates the reforming unit, the cooling unit, and the carbon monoxide shift reaction unit to form an inner integrated structure, and the carbon monoxide purification unit and the evaporation unit are formed in a cylindrical shape and integrated. Forming the outer integrated structure, extrapolating the outer integrated structure to the inner integrated structure so that the carbon monoxide shift reaction part protrudes, and attaching the heat exchanger to the outer wall surface of the carbon monoxide shift reaction part It is.

上記のように構成した請求項1に係る発明においては、一酸化炭素シフト反応部から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度は所定範囲内となっており、この一酸化炭素濃度が一定である改質ガスが一酸化炭素浄化部に供給される。したがって、一酸化炭素浄化部においては、必要以上に酸素を投入することなく一酸化炭素濃度を所定濃度に減少させることができ、さらに改質ガス中の水素の酸化反応も余分に行われないため水素濃度も必要最低限の減少に抑制することができる。これにより、無駄な水素の消費がないため、改質装置の熱効率が低下するのを防止することができる。   In the invention according to claim 1 configured as described above, the carbon monoxide concentration in the reformed gas derived from the carbon monoxide shift reaction unit is within a predetermined range, and the carbon monoxide concentration is constant. The reformed gas is supplied to the carbon monoxide purification section. Therefore, in the carbon monoxide purification unit, the carbon monoxide concentration can be reduced to a predetermined concentration without adding oxygen more than necessary, and the oxidation reaction of hydrogen in the reformed gas is not performed excessively. The hydrogen concentration can also be suppressed to the minimum necessary reduction. Thereby, since there is no useless consumption of hydrogen, it is possible to prevent the thermal efficiency of the reformer from being lowered.

上記のように構成した請求項2に係る発明においては、一酸化炭素シフト反応部の改質ガス導出口付近の温度が所定範囲内となるように制御するため、改質ガス導出口から離れた場所の温度を所定範囲内とした場合、改質ガスの温度が改質ガス導出口に到達するまでの間に変動するのに比べて、導出される改質ガスの温度変動を抑制するので、一酸化炭素濃度が所定範囲から外れることなく改質ガスが導出され、一酸化炭素濃度が一定である改質ガスが確実に一酸化炭素浄化部に供給される。   In the invention according to claim 2 configured as described above, the temperature in the vicinity of the reformed gas outlet of the carbon monoxide shift reaction unit is controlled so as to be within a predetermined range. When the temperature of the place is within a predetermined range, since the temperature of the reformed gas fluctuates until it reaches the reformed gas outlet, the temperature variation of the derived reformed gas is suppressed. The reformed gas is derived without the carbon monoxide concentration deviating from the predetermined range, and the reformed gas having a constant carbon monoxide concentration is reliably supplied to the carbon monoxide purification unit.

上記のように構成した請求項3に係る発明においては、熱交換器の冷媒として改質装置に供給される液体または気体を採用したため、従来から改質装置に供給されていた液体または気体を利用できるので、これら液体または気体以外を冷媒として採用する場合のコスト高を抑制することができる。また、この冷媒は一酸化炭素シフト反応部によって昇温され予熱されるので、一酸化炭素シフト反応部の放熱を有効利用することができる。   In the invention according to claim 3 configured as described above, since the liquid or gas supplied to the reformer is adopted as the refrigerant of the heat exchanger, the liquid or gas conventionally supplied to the reformer is used. Since it can do, the high cost in the case of employ | adopting other than these liquids or gas as a refrigerant | coolant can be suppressed. In addition, since the refrigerant is heated and preheated by the carbon monoxide shift reaction unit, the heat radiation of the carbon monoxide shift reaction unit can be effectively used.

上記のように構成した請求項4に係る発明においては、改質装置の定常運転時に高温となる改質部、冷却部および一酸化炭素シフト反応部が、これらの構成要素より低温となる蒸発部、一酸化炭素浄化部および熱交換器によって取り囲まれるので、改質部、冷却部および一酸化炭素シフト反応部からの放熱は、蒸発部、一酸化炭素浄化部および熱交換器によって吸収される。これにより、従来系外に放出されていた熱を蒸発部、一酸化炭素浄化部および熱交換器にて利用し、改質部、冷却部および一酸化炭素シフト反応部からの放熱を系外に放出するのを防止するので、改質装置の熱効率を向上させることができる。   In the invention according to claim 4 configured as described above, the reforming section, the cooling section, and the carbon monoxide shift reaction section, which are at a high temperature during steady operation of the reformer, have an evaporation section at a lower temperature than these components. Since it is surrounded by the carbon monoxide purification unit and the heat exchanger, the heat radiation from the reforming unit, the cooling unit, and the carbon monoxide shift reaction unit is absorbed by the evaporation unit, the carbon monoxide purification unit, and the heat exchanger. As a result, heat that has been released to the outside of the conventional system is used in the evaporation section, carbon monoxide purification section, and heat exchanger, and heat release from the reforming section, cooling section, and carbon monoxide shift reaction section is out of the system. Since the release is prevented, the thermal efficiency of the reformer can be improved.

a)第1の実施の形態
以下、本発明による改質装置の第1の実施の形態を適用した燃料電池システムについて説明する。図1はこの燃料電池システムの概要を示す概要図であり、図2は改質装置を示す拡大断面図である。
a) First Embodiment A fuel cell system to which a first embodiment of a reformer according to the present invention is applied will be described below. FIG. 1 is a schematic view showing an outline of the fuel cell system, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a reformer.

この燃料電池システムは、図1に示すように、燃料電池10と燃料電池10に必要な水素ガスを生成して供給する改質装置20を備えている。燃料電池10の燃料極には、改質装置20から改質ガスが供給され、燃料電池10の空気極には、外部からの空気が供給され、燃料電池10において改質ガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとが反応して発電するようになっている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 10 and a reformer 20 that generates and supplies hydrogen gas necessary for the fuel cell 10. A reformed gas is supplied from the reformer 20 to the fuel electrode of the fuel cell 10, and air from the outside is supplied to the air electrode of the fuel cell 10. It reacts with oxygen gas in the air to generate electricity.

改質装置20は、蒸発部30および一酸化炭素浄化部(以下、CO浄化部という。)40を直接連結することにより一体化してなる外側一体構造体21と、改質部60、冷却部70および一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という。)80を直接連結することにより一体化してなる内側一体構造体22とを備えている。外側一体構造体21は基台15に組み付け固定されている。内側一体構造体22は、外側一体構造体の内側に配置され、外側一体構造体21の受け部21a(後述する)上に係止部22a(後述する)を載置させてその接合部分にて1点支持されている。   The reformer 20 includes an outer integrated structure 21 formed by directly connecting the evaporation unit 30 and the carbon monoxide purification unit (hereinafter referred to as a CO purification unit) 40, a reforming unit 60, and a cooling unit 70. And a carbon monoxide shift reaction section (hereinafter referred to as a CO shift section) 80 and an inner integrated structure 22 that are integrated by directly connecting them. The outer integrated structure 21 is assembled and fixed to the base 15. The inner integrated structure 22 is disposed inside the outer integrated structure, and a locking portion 22a (described later) is placed on a receiving portion 21a (described later) of the outer integrated structure 21 at a joint portion thereof. One point is supported.

蒸発部30は、供給された水を燃焼ガスによって加熱し水蒸気を生成して後述する改質部70に供給するものであり、主として図2に示すように、筒状(本実施の形態においては円筒状)に形成されている。蒸発部30は、外側底板35を基台15上に当接させて設置固定され、改質部60の外側に対向して空間をおいて同軸に配置されている。   The evaporation section 30 heats the supplied water with combustion gas to generate water vapor and supplies it to the reforming section 70 described later. As shown mainly in FIG. 2, the evaporation section 30 has a cylindrical shape (in this embodiment, It is formed in a cylindrical shape. The evaporator 30 is installed and fixed with the outer bottom plate 35 abutting on the base 15, and is disposed coaxially with a space facing the outside of the reformer 60.

この蒸発部30は、外筒31と、この外筒31の内側に改質部60に対向して空間をおいて同軸に配置された内筒32と、両筒31,32の間に配設されて両筒31,32の間の空間を区画する筒状仕切り33とを備えている。外筒31の上端には、環状に形成された天板34の外周端が接続されている。天板34の下面には筒状仕切り33が垂下している。筒状仕切り33と内筒32との間には、図3に示すように、筒状に形成された複数(例えば2つ)のフィン39が両部材33,32に密接して同軸に嵌入されている。このフィン39は、周方向に沿って波状に凹凸が形成されている。各フィン39の間には、筒体39aが嵌入されている。   The evaporation section 30 is disposed between the outer cylinder 31, the inner cylinder 32 disposed coaxially with the space facing the reforming section 60 inside the outer cylinder 31, and both the cylinders 31, 32. And a cylindrical partition 33 that divides the space between the cylinders 31 and 32. An outer peripheral end of a top plate 34 formed in an annular shape is connected to the upper end of the outer cylinder 31. A cylindrical partition 33 is suspended from the lower surface of the top plate 34. As shown in FIG. 3, a plurality of (for example, two) fins 39 formed in a cylindrical shape are closely fitted to both the members 33 and 32 and are coaxially inserted between the cylindrical partition 33 and the inner cylinder 32. ing. The fins 39 are formed with wavy irregularities along the circumferential direction. A cylindrical body 39a is fitted between the fins 39.

天板34には筒状仕切り33と外筒31との間の環状部位に沿って複数の貫通孔34aが形成され、これら貫通孔34aが水を導出する水導出口である。内筒32は天板34から空間をおいて配置されており、この内筒32の上端と天板34との間によって燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入口32aである。天板34の上面には、環状に形成された受け部21aが固定されている。受け部21aは断熱材(例えばセラミック材、セラミックファイバ材)であることが好ましい。これにより、燃焼ガスの熱が冷却部70に逃げていくのを防止することができる。   A plurality of through holes 34 a are formed in the top plate 34 along an annular portion between the cylindrical partition 33 and the outer cylinder 31, and these through holes 34 a are water outlets through which water is derived. The inner cylinder 32 is disposed with a space from the top plate 34, and is a combustion gas introduction port 32 a for introducing combustion gas between the upper end of the inner cylinder 32 and the top plate 34. An annular receiving portion 21 a is fixed to the top surface of the top plate 34. The receiving portion 21a is preferably a heat insulating material (for example, a ceramic material or a ceramic fiber material). Thereby, it is possible to prevent the heat of the combustion gas from escaping to the cooling unit 70.

外筒31、筒状仕切り33および内筒32の各下端には、それぞれ環状に形成された外側底板35、環状仕切り36および内側底板37の外周端がそれぞれ接続されている。外側底板35の内周端縁には、外筒31、筒状仕切り33および内筒32より短い短筒38が立設されている。短筒38の外周壁面の上下方向中央および上端には、環状仕切り36および内側底板37の内周端がそれぞれ接続されている。外筒31の下部には水を導入する水導入口31aが設けられている。環状仕切り36には燃焼ガスを導出する燃焼ガス導出口36aが外側底板35を貫通して設けられている。   To the lower ends of the outer cylinder 31, the cylindrical partition 33, and the inner cylinder 32, the outer bottom plate 35, the annular partition 36, and the outer peripheral end of the inner bottom plate 37 formed in an annular shape are respectively connected. An outer cylinder 31, a cylindrical partition 33, and a short cylinder 38 shorter than the inner cylinder 32 are erected on the inner peripheral edge of the outer bottom plate 35. The inner peripheral end of the annular partition 36 and the inner bottom plate 37 is connected to the vertical center and upper end of the outer peripheral wall surface of the short cylinder 38, respectively. A water inlet 31 a for introducing water is provided at the lower part of the outer cylinder 31. The annular partition 36 is provided with a combustion gas outlet 36 a through which the combustion gas is led out through the outer bottom plate 35.

このように構成された蒸発部30においては、水導入口31aから導入された水は、外筒31と筒状仕切り33との間に形成された環状空間、すなわち供給された水が流通(通過)する流水路30aを通って、水導出口(複数の貫通孔34a)から導出する。燃焼ガス導入口32aから導入された燃焼ガスは、筒状仕切り33と内筒32との間に形成された環状空間、すなわち燃焼部50から供給された燃焼ガスが通過する燃焼ガス流路30bを通って、燃焼ガス導出口36aから導出する。そして、筒状仕切り33を介して水と燃焼ガスとの間で熱交換が行われ、水は燃焼ガスによって加熱され、燃焼ガスは降温する。   In the evaporation unit 30 configured as described above, the water introduced from the water inlet 31a is circulated (passed) through the annular space formed between the outer cylinder 31 and the cylindrical partition 33, that is, the supplied water. ) Through the flowing water channel 30a to be led out from the water outlet (a plurality of through holes 34a). The combustion gas introduced from the combustion gas inlet 32a passes through the annular space formed between the cylindrical partition 33 and the inner cylinder 32, that is, the combustion gas flow path 30b through which the combustion gas supplied from the combustion section 50 passes. It passes through the combustion gas outlet 36a. And heat exchange is performed between water and combustion gas via the cylindrical partition 33, water is heated by combustion gas, and combustion gas falls in temperature.

CO浄化部40は、COシフト部80から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池10に供給するものであり、主として図2に示すように、筒状(本実施の形態においては円筒状)に形成されている。このCO浄化部40は、蒸発部30の天板34に同軸かつ一体的に固定され、冷却部70に対向して空間をおいて同軸に配置されている。   The CO purification unit 40 further reduces the carbon monoxide in the reformed gas supplied from the CO shift unit 80 and supplies it to the fuel cell 10. As shown mainly in FIG. In the form of a cylinder). The CO purification unit 40 is coaxially and integrally fixed to the top plate 34 of the evaporation unit 30, and is disposed coaxially with a space facing the cooling unit 70.

CO浄化部40は、蒸発部30の外筒31と同径であり、かつ冷却部70に対向して空間をおいて同軸に配置された外筒41と、この外筒41の内側に同軸に配置された内筒42と、両筒41,42の間に配設されて両筒41,42の間の空間を区画する筒状仕切り43とを備えている。外筒41および内筒42の下端は、蒸発部30の天板34の上面に接続されており、両筒41,42は蒸発部30の天板34に立設されている。外筒41および内筒42の各上端には、環状に形成された天板44の外周端縁および内周端縁がそれぞれ接続されている。筒状仕切り43の上下端には、環状に形成された上下環状仕切り板45,46の各内周端縁が接続されている。上下環状仕切り板45,46の各外周端縁は、外筒41の内周壁面に接続されている。   The CO purification unit 40 has the same diameter as the outer cylinder 31 of the evaporation unit 30 and is disposed coaxially with a space facing the cooling unit 70 and coaxially inside the outer cylinder 41. An arranged inner cylinder 42 and a cylindrical partition 43 that is disposed between both cylinders 41 and 42 and divides a space between both cylinders 41 and 42 are provided. The lower ends of the outer cylinder 41 and the inner cylinder 42 are connected to the upper surface of the top plate 34 of the evaporation unit 30, and both the tubes 41 and 42 are erected on the top plate 34 of the evaporation unit 30. An outer peripheral edge and an inner peripheral edge of an annularly formed top plate 44 are connected to the upper ends of the outer cylinder 41 and the inner cylinder 42, respectively. The upper and lower ends of the cylindrical partition 43 are connected to inner peripheral edges of upper and lower annular partition plates 45 and 46 formed in an annular shape. The outer peripheral edges of the upper and lower annular partition plates 45 and 46 are connected to the inner peripheral wall surface of the outer cylinder 41.

蒸発部30の天板34に設けた貫通孔34aは、蒸発部30においては水(または水蒸気)を導出する水導出口であるが、CO浄化部40においては、水(または水蒸気)を導入する水導入口である。外筒41の下部には下環状仕切り板46の接続部位より上の位置に改質ガスを導出する改質ガス導出口41aが設けられ、外筒41の上部には上環状仕切り板45の接続部位より下の位置に改質ガスを導入する改質ガス導入口41bが設けられている。天板44には水(または水蒸気)を導出する水導出口44aが設けられている。   The through-hole 34 a provided in the top plate 34 of the evaporation unit 30 is a water outlet for deriving water (or water vapor) in the evaporation unit 30, but introduces water (or water vapor) in the CO purification unit 40. Water inlet. A lower portion of the outer cylinder 41 is provided with a reformed gas outlet 41a for leading out the reformed gas at a position above the connection portion of the lower annular partition plate 46, and an upper annular partition plate 45 is connected to the upper portion of the outer cylinder 41. A reformed gas inlet 41b for introducing the reformed gas is provided at a position below the part. The top plate 44 is provided with a water outlet 44a for leading out water (or water vapor).

このように構成されたCO浄化部40においては、水導入口34aから導入された加熱された水(または水蒸気)は、筒状仕切り43と内筒42との間に形成された空間、すなわち供給された水(または水蒸気)が流通(通過)する流水路40aを通って、水導出口44aから導出する。改質ガス導入口41bから導入された改質ガスは、外筒41と筒状仕切り43との間に形成された空間、すなわちCOシフト部80から供給された改質ガスと空気(酸化空気)との混合ガスが通過する改質ガス流路40bを通って、改質ガス導出口41aから導出する。そして、筒状仕切り43を介して水と改質ガスとの間で熱交換が行われ、水は改質ガスによってさらに加熱され、改質ガスは降温する。また、改質ガス流路40b内においては、導入された混合ガス中の一酸化炭素は、酸素と反応して二酸化炭素になる。この反応は、上下環状仕切り板45,46の間に充填された触媒40c(例えば、RuまたはPt系の触媒)によって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)導出され、燃料電池10の燃料極に供給されるようになっている。   In the CO purification unit 40 configured in this manner, heated water (or water vapor) introduced from the water inlet 34a is a space formed between the cylindrical partition 43 and the inner cylinder 42, that is, supplied. The water (or water vapor) thus discharged passes through (passes through) the flowing water passage 40a and is led out from the water outlet 44a. The reformed gas introduced from the reformed gas inlet 41b is a space formed between the outer cylinder 41 and the cylindrical partition 43, that is, the reformed gas and air (oxidized air) supplied from the CO shift unit 80. Through the reformed gas flow path 40b through which the mixed gas passes. Then, heat exchange is performed between the water and the reformed gas through the cylindrical partition 43, the water is further heated by the reformed gas, and the temperature of the reformed gas drops. In the reformed gas channel 40b, carbon monoxide in the introduced mixed gas reacts with oxygen to become carbon dioxide. This reaction is promoted by a catalyst 40c (for example, a Ru or Pt catalyst) filled between the upper and lower annular partition plates 45 and 46. Thereby, the reformed gas is derived by further reducing the carbon monoxide concentration (10 ppm or less) by the oxidation reaction, and is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 10.

燃焼部50は、改質部60を加熱する燃焼ガスを生成するものであり、主として図2に示すように、蒸発部30の内側に同軸に空間をおいて配置されている。この燃焼部50は、バーナ本体51とバーナ燃焼部52とから構成されている。バーナ本体51は、上下方向中央にフランジ51aが形成されている。このフランジ51aが、蒸発部30の内側底板37の内周端から内側に向けて凸設した環状フランジ37aに取り付け固定されている。これにより、バーナ本体51の上半分が蒸発部30の内側に挿入されて取り付けられる。バーナ本体51の下部には燃焼用燃料、燃焼空気(燃焼用空気)およびオフガスを導入するガス導入口51bが設けられ、バーナ本体51の上部には導入された可燃性燃料(燃焼用燃料またはオフガス)に着火する着火手段である電極51cが設けられている。バーナ燃焼部52は、筒状に形成されており、バーナ本体51の上部に外嵌され、改質部60の凹部60a内に空間をおいて内挿され、バーナ燃焼部52の開口が改質部60の凹部60aの底部(すなわち内側天板65)に対向させて配置されている。バーナ燃焼部52内において、着火手段によって着火された燃焼用燃料またはオフガスが燃焼する。このバーナ燃焼部52は、耐熱性断熱材(例えば、セラミック材、セラミックファイバ材)で形成されている。   The combustion unit 50 generates combustion gas for heating the reforming unit 60, and is disposed coaxially with a space inside the evaporation unit 30 as mainly shown in FIG. The combustion unit 50 includes a burner body 51 and a burner combustion unit 52. The burner body 51 has a flange 51a formed at the center in the vertical direction. The flange 51a is attached and fixed to an annular flange 37a that protrudes inward from the inner peripheral end of the inner bottom plate 37 of the evaporation section 30. Thereby, the upper half of the burner main body 51 is inserted and attached to the inside of the evaporation part 30. A gas introduction port 51b for introducing combustion fuel, combustion air (combustion air) and off-gas is provided in the lower part of the burner body 51, and the introduced combustible fuel (combustion fuel or off-gas) is provided in the upper part of the burner body 51. ) Is provided as an igniting means. The burner combustion part 52 is formed in a cylindrical shape, is fitted on the upper part of the burner body 51, is inserted with a space in the recess 60a of the reforming part 60, and the opening of the burner combustion part 52 is reformed. It arrange | positions facing the bottom part (namely, inner side top plate 65) of the recessed part 60a of the part 60. FIG. In the burner combustion part 52, the combustion fuel or off-gas ignited by the ignition means burns. The burner combustion part 52 is formed of a heat-resistant heat insulating material (for example, a ceramic material or a ceramic fiber material).

このように構成された燃焼部50においては、ガス導入口51bから導入された燃焼用燃料またはオフガスが燃焼されて、その燃焼ガスがバーナ燃焼部52の開口端から導出される。そして、この燃焼ガスは、バーナ燃焼部52と改質部60の筒部の内壁面との間に形成された環状流路56aと、改質部60の筒部の外壁面と断熱部材55(後述する)との間に形成されて環状流路56aの下部と連通する環状流路56bとを通って蒸発部30の燃焼ガス流路30bに導出される。   In the combustion section 50 configured as described above, the combustion fuel or off-gas introduced from the gas inlet 51 b is burned, and the combustion gas is led out from the open end of the burner combustion section 52. And this combustion gas is the annular flow path 56a formed between the burner combustion part 52 and the inner wall surface of the cylinder part of the reforming part 60, the outer wall surface of the cylinder part of the reforming part 60, and the heat insulation member 55 ( (Which will be described later) and an annular passage 56b communicating with the lower part of the annular passage 56a and led out to the combustion gas passage 30b of the evaporator 30.

なお、蒸発部30と改質部60との間には蒸発部30の内壁面、すなわち蒸発部30の内筒32の内周壁面および内側底板37の上面を覆うように断熱部材55が配置されている。断熱部材55は、筒体55aと、筒体55aの下端に外周端が接続された環状底板55bとが一体形成されたものである。環状底板55bの内周端はバーナ燃焼部52の下端に気密に密接している。   A heat insulating member 55 is disposed between the evaporation unit 30 and the reforming unit 60 so as to cover the inner wall surface of the evaporation unit 30, that is, the inner peripheral wall surface of the inner cylinder 32 of the evaporation unit 30 and the upper surface of the inner bottom plate 37. ing. The heat insulating member 55 is formed by integrally forming a cylindrical body 55a and an annular bottom plate 55b having an outer peripheral end connected to the lower end of the cylindrical body 55a. The inner peripheral end of the annular bottom plate 55b is in airtight contact with the lower end of the burner combustion section 52.

改質部60は、外部から供給された燃料と水蒸気との混合ガスから改質ガスを生成して導出するものであり、主として図2に示すように、有底円筒状に形成されている。この改質部60は、燃焼部50のバーナ燃焼部52と断熱部材55の筒体55aとの間の環状空間に改質部60の筒部が挿入され、蒸発部30に取り囲まれるように配置されている。この改質部60は、後述する冷却部70の環状マニホールド73の底板73bに一体的に固定されている。   The reforming unit 60 generates and derives a reformed gas from a mixed gas of fuel and water vapor supplied from the outside, and is mainly formed in a bottomed cylindrical shape as shown in FIG. The reforming unit 60 is disposed so that the cylindrical portion of the reforming unit 60 is inserted into the annular space between the burner combustion unit 52 of the combustion unit 50 and the cylindrical body 55 a of the heat insulating member 55 and is surrounded by the evaporation unit 30. Has been. The reforming unit 60 is integrally fixed to a bottom plate 73b of an annular manifold 73 of the cooling unit 70 described later.

改質部60の筒部は、外筒61と、この外筒61の内側に同軸に配置された内筒62と、両筒61,62の間に配設されて両筒61,62の間の空間を仕切る筒状の中仕切り63とを備えている。外筒61および中仕切り63は、冷却部70の環状マニホールド73の底板73bから垂下している。冷却部70の底板73bに形成された貫通孔73b1は、燃料と水蒸気との混合ガスを導入する混合ガス導入口である。外筒61の下端には環状に形成された底板64の外周端が接続されている。底板64の内周端縁には、内筒62が立設されている。内筒62の上端開口は内側天板65によって覆蓋されている。中仕切り63の下端は底板64から空間をおいて配置されている。外筒61と中仕切り63との間には環状押さえ板66が嵌着され、内筒62には中央に開口67aが形成されている環状仕切り板67が嵌着されている。開口67aはフィルタ68で覆われている。開口67aは、改質ガスを導出する改質ガス導出口である。   The cylinder portion of the reforming portion 60 is disposed between the outer cylinder 61, the inner cylinder 62 coaxially disposed inside the outer cylinder 61, and both the cylinders 61, 62. And a cylindrical inner partition 63 that partitions the space. The outer cylinder 61 and the partition 63 are suspended from the bottom plate 73 b of the annular manifold 73 of the cooling unit 70. The through hole 73b1 formed in the bottom plate 73b of the cooling unit 70 is a mixed gas inlet for introducing a mixed gas of fuel and water vapor. An outer peripheral end of an annular bottom plate 64 is connected to the lower end of the outer cylinder 61. An inner cylinder 62 is erected on the inner peripheral edge of the bottom plate 64. The upper end opening of the inner cylinder 62 is covered with an inner top plate 65. The lower end of the middle partition 63 is arranged with a space from the bottom plate 64. An annular pressing plate 66 is fitted between the outer cylinder 61 and the inner partition 63, and an annular partition plate 67 having an opening 67 a formed in the center is fitted to the inner cylinder 62. The opening 67 a is covered with a filter 68. The opening 67a is a reformed gas outlet for leading out the reformed gas.

環状押さえ板66と環状仕切り板67との間の改質部60内には、触媒60a(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、混合ガス導入口73b1から導入された燃料と水蒸気との混合ガスが触媒60aによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は改質ガス導出口67aを通って冷却部70に導出される。   The reforming portion 60 between the annular pressing plate 66 and the annular partition plate 67 is filled with a catalyst 60a (for example, Ru or Ni-based catalyst), and the fuel introduced from the mixed gas introduction port 73b1 A gas mixture with water vapor is reacted and reformed by the catalyst 60a to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas (so-called water vapor reforming reaction). At the same time, a so-called carbon monoxide shift reaction occurs in which carbon monoxide generated in the steam reforming reaction reacts with steam to transform into hydrogen gas and carbon dioxide. These generated gases (so-called reformed gas) are led out to the cooling unit 70 through the reformed gas outlet 67a.

冷却部70は、改質部60から導出された改質ガスを燃料と水蒸気との混合ガスによって降温して導出するものであり、主として図2に示すように、改質部60と同軸に固定されている。冷却部70は、蒸発部30に設けた受け部21aに係止部22aとしての環状マニホールド73の下部周縁が載置されて支持されている。冷却部70は、CO浄化部40の内部に空間をおいて対向させて配置され、すなわちCO浄化部40に取り囲まれるように配置されている。   The cooling unit 70 derives the reformed gas derived from the reforming unit 60 by lowering the temperature using a mixed gas of fuel and water vapor, and is fixed coaxially with the reforming unit 60 as shown mainly in FIG. Has been. The cooling unit 70 is supported by placing a lower peripheral edge of an annular manifold 73 serving as a locking unit 22 a on a receiving unit 21 a provided in the evaporation unit 30. The cooling unit 70 is arranged so as to face the inside of the CO purification unit 40 with a space therebetween, that is, arranged so as to be surrounded by the CO purification unit 40.

冷却部70は、円筒ハウジング71を備えている。円筒ハウジング71の上端および下端には、それぞれ環状マニホールド72,73の外周端が接続されている。環状マニホールド72は、それぞれ環状に形成された天板72aおよび底板72bと、天板72aおよび底板72bの外周端に上下端が接続された外筒72cと、天板72aおよび底板72bの内周端に上下端が接続された内筒72dとから構成されている。天板72aには、燃料と水蒸気との混合ガスを導入する混合ガス導入口72a1が設けられている。底板72bには、後述するマニホールド76と連通する貫通孔72b1が設けられている。環状マニホールド73も、環状マニホールド72と同様に、それぞれ環状に形成された天板73aおよび底板73b、外筒73cおよび内筒73dから構成されている。天板73aには、後述するマニホールド75と連通する貫通孔73a1が設けられている。底板73bには、改質部60の外筒61と中仕切り63との間の環状部位に沿って複数の貫通孔73b1が形成されている。   The cooling unit 70 includes a cylindrical housing 71. The outer peripheral ends of the annular manifolds 72 and 73 are connected to the upper end and the lower end of the cylindrical housing 71, respectively. The annular manifold 72 includes an annular top plate 72a and a bottom plate 72b, an outer cylinder 72c having upper and lower ends connected to outer peripheral ends of the top plate 72a and the bottom plate 72b, and inner peripheral ends of the top plate 72a and the bottom plate 72b. And an inner cylinder 72d having upper and lower ends connected to each other. The top plate 72a is provided with a mixed gas inlet 72a1 for introducing a mixed gas of fuel and water vapor. The bottom plate 72b is provided with a through hole 72b1 communicating with a manifold 76 described later. Similarly to the annular manifold 72, the annular manifold 73 is also composed of a top plate 73a and a bottom plate 73b, an outer cylinder 73c, and an inner cylinder 73d formed in an annular shape. The top plate 73a is provided with a through hole 73a1 communicating with a manifold 75 described later. A plurality of through holes 73b1 are formed in the bottom plate 73b along an annular portion between the outer cylinder 61 of the reforming portion 60 and the partition 63.

両環状マニホールド72,73の開口72e,73eの各周縁には断面方形状の内筒74の上下端が接続されている。内筒74の互いに対向する一対の側壁の外壁面には、縦長の箱状に形成された一対のマニホールド75,76が設けられている。両マニホールド75,76の上下端は環状マニホールド72,73にそれぞれ密着固定されている。内筒74内には、両マニホールド75,76を連通する複数の熱交換パイプ77が設けられている。熱交換パイプ77の外周には表面積を大きくして熱伝達効果を向上するためのフィン77aが設けられている。   The upper and lower ends of the inner cylinder 74 having a rectangular cross section are connected to the peripheral edges of the openings 72e and 73e of the annular manifolds 72 and 73, respectively. A pair of manifolds 75 and 76 formed in a vertically long box shape are provided on the outer wall surfaces of the pair of side walls facing each other of the inner cylinder 74. The upper and lower ends of both manifolds 75 and 76 are fixed to the annular manifolds 72 and 73, respectively. In the inner cylinder 74, a plurality of heat exchange pipes 77 communicating with both the manifolds 75 and 76 are provided. On the outer periphery of the heat exchange pipe 77, fins 77a are provided for increasing the surface area and improving the heat transfer effect.

このように構成された冷却部70においては、混合ガス導入口72a1から導入された燃料と水蒸気の混合ガスは、環状マニホールド72、貫通孔72b1、マニホールド76、熱交換パイプ77、マニホールド75、貫通孔73a1、環状マニホールド73、および貫通孔73b1を通って改質部60に導出される。一方、改質ガス導入口である環状マニホールド73の開口73eから導入された改質ガスは、内筒74および環状マニホールド72の開口72eを通ってCOシフト部80に導出される。そして、熱交換パイプ77を介して混合ガスと改質ガスとの間で熱交換が行われ、混合ガスは改質ガスによって加熱され、改質ガスは降温する。   In the cooling unit 70 configured as described above, the mixed gas of fuel and water vapor introduced from the mixed gas introduction port 72a1 passes through the annular manifold 72, the through hole 72b1, the manifold 76, the heat exchange pipe 77, the manifold 75, and the through hole. It is led out to the reforming section 60 through 73a1, the annular manifold 73, and the through hole 73b1. On the other hand, the reformed gas introduced from the opening 73 e of the annular manifold 73 that is the reformed gas introduction port is led out to the CO shift unit 80 through the inner cylinder 74 and the opening 72 e of the annular manifold 72. Then, heat exchange is performed between the mixed gas and the reformed gas via the heat exchange pipe 77, the mixed gas is heated by the reformed gas, and the temperature of the reformed gas drops.

COシフト部80は、冷却部70から供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものである。COシフト部80は、主として図2に示すように、冷却部70上に同軸に固定されており、COシフト部80が外側一体構造体21から突出するように設けられている。COシフト部80は、外筒81と、外筒81と同軸に配置された内筒82を備えている。外筒81および内筒82の各下端縁には環状に形成された底板83の外周縁および内周縁が一体的に取り付け固定されている。外筒81の上端縁には円板状に形成された天板84の外周縁が一体的に取り付け固定されている。天板84と内筒82の上端との間には隙間が形成されている。外筒81の外周下部には改質ガスが導出される改質ガス導出口81aが設けられている。内筒82の下方への延長部82aは、冷却部70の環状マニホールド72の天板72a上に一体的に取り付け固定されている。延長部82aは冷却部70から導出された改質ガスを導入する改質ガス導入口である。   The CO shift unit 80 reduces carbon monoxide in the reformed gas supplied from the cooling unit 70. As shown mainly in FIG. 2, the CO shift unit 80 is coaxially fixed on the cooling unit 70, and the CO shift unit 80 is provided so as to protrude from the outer integrated structure 21. The CO shift unit 80 includes an outer cylinder 81 and an inner cylinder 82 arranged coaxially with the outer cylinder 81. An outer peripheral edge and an inner peripheral edge of a bottom plate 83 formed in an annular shape are integrally attached and fixed to lower end edges of the outer cylinder 81 and the inner cylinder 82. An outer peripheral edge of a top plate 84 formed in a disc shape is integrally attached and fixed to the upper end edge of the outer cylinder 81. A gap is formed between the top plate 84 and the upper end of the inner cylinder 82. A reformed gas outlet 81 a through which the reformed gas is led out is provided at the lower outer periphery of the outer cylinder 81. The downward extension 82 a of the inner cylinder 82 is integrally attached and fixed on the top plate 72 a of the annular manifold 72 of the cooling unit 70. The extension part 82 a is a reformed gas inlet for introducing the reformed gas derived from the cooling part 70.

COシフト部80の内筒82の下部には、円板状に形成されて多数の孔を有する第1支持部材85が取り付けられ、この第1支持部材85により内筒82に充填された触媒80a(例えば、Cu、Zn系の触媒)が支持されている。また、外筒81と内筒82の間の下方にも底板83から距離を置いて環状円板に形成されて多数の孔を有する第2支持部材86が取り付けられ、この第2支持部材86により外筒81と内筒82との間に充填された触媒80aが支持されている。   A first support member 85 that is formed in a disk shape and has a large number of holes is attached to the lower portion of the inner cylinder 82 of the CO shift portion 80, and the catalyst 80 a filled in the inner cylinder 82 by the first support member 85. (For example, Cu and Zn-based catalysts) are supported. In addition, a second support member 86 formed in an annular disk and having a large number of holes is attached to the lower portion between the outer cylinder 81 and the inner cylinder 82 at a distance from the bottom plate 83. A catalyst 80a filled between the outer cylinder 81 and the inner cylinder 82 is supported.

この触媒80a内であって改質ガス導出口81a付近には、この付近の温度を検出する温度センサ80a1が設けられている。温度センサ80a1の検出結果は後述する制御装置95に送信されている。温度センサ80a1は外筒81と内筒82との間の触媒80a内であれば任意の場所に設けることができる。   A temperature sensor 80a1 for detecting the temperature in the vicinity of the reformed gas outlet 81a is provided in the catalyst 80a. The detection result of the temperature sensor 80a1 is transmitted to the control device 95 described later. The temperature sensor 80a1 can be provided at any location within the catalyst 80a between the outer cylinder 81 and the inner cylinder 82.

このように構成されたCOシフト部80においては、改質ガス導入口82aから導入された改質ガスは、内筒82、および内筒82と外筒81との間の空間を通って改質ガス導出口81aから導出する。このとき、下記化3に示すように、供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が触媒80aにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。   In the CO shift unit 80 configured as described above, the reformed gas introduced from the reformed gas introduction port 82a is reformed through the inner cylinder 82 and the space between the inner cylinder 82 and the outer cylinder 81. Derived from the gas outlet 81a. At this time, as shown in Chemical Formula 3 below, a so-called carbon monoxide shift reaction occurs in which carbon monoxide and water vapor contained in the supplied reformed gas react with the catalyst 80a to be converted into hydrogen gas and carbon dioxide gas. ing.

(化3)
CO+HO ⇔ H+CO+Q
(Chemical formula 3)
CO + H 2 O⇔H 2 + CO 2 + Q

この反応は可逆反応であり、触媒の温度によって所定の平衡状態となる。すなわち、ある平衡状態において温度を下げると、温度を下げないように上記化3の反応は右に進むが、下がった温度にて平衡状態となる。このとき、化3の反応は右に進むので一酸化炭素濃度は減少する。また、ある平衡状態において温度を上げると、温度を上げないように上記化3の反応は左に進むが、上がった温度にて平衡状態となる。このとき、化3の反応は左に進むので一酸化炭素濃度は増加する。したがって、触媒80aの温度すなわちCOシフト部80内の温度と、COシフト部80内の改質ガス中の一酸化炭素濃度との間には相関関係がある。特に、改質ガス導出口81a付近の温度と、改質ガス導出口81a付近を通過する改質ガス中の一酸化炭素濃度との相関関係を示すグラフを図5に示す。なお、この相関関係は、改質装置20に供給される水と燃料との比であるスチーム・カーボン比(S/C)が決まれば、一義的に決定されるものである。図5に、S/C比が2.75、3.00、3.25の場合の相関関係をそれぞれ示すグラフを示す。   This reaction is a reversible reaction and reaches a predetermined equilibrium state depending on the temperature of the catalyst. That is, when the temperature is lowered in a certain equilibrium state, the reaction of Chemical Formula 3 proceeds to the right so as not to lower the temperature, but the equilibrium state is reached at the lowered temperature. At this time, since the reaction of Chemical Formula 3 proceeds to the right, the carbon monoxide concentration decreases. Further, when the temperature is raised in a certain equilibrium state, the reaction of Chemical Formula 3 proceeds to the left so as not to raise the temperature, but the equilibrium state is reached at the raised temperature. At this time, since the reaction of Chemical Formula 3 proceeds to the left, the carbon monoxide concentration increases. Therefore, there is a correlation between the temperature of the catalyst 80a, that is, the temperature in the CO shift unit 80, and the carbon monoxide concentration in the reformed gas in the CO shift unit 80. In particular, a graph showing the correlation between the temperature near the reformed gas outlet 81a and the concentration of carbon monoxide in the reformed gas passing near the reformed gas outlet 81a is shown in FIG. This correlation is uniquely determined when the steam-carbon ratio (S / C), which is the ratio of water to fuel supplied to the reformer 20, is determined. FIG. 5 is a graph showing the correlation when the S / C ratio is 2.75, 3.00, or 3.25.

COシフト部80の天板84上には、COシフト部80との間で熱交換を行ってCOシフト部80を降温させる熱交換器91が当接して設けられている。この熱交換器91は、図2に示すように、ハウジング91aと、ハウジング91a内に冷媒を導入する冷媒導入口91bと、ハウジング91aから冷媒を導出する冷媒導出口91cと、ハウジング91a内を区画して冷媒が流れる冷媒流路91dを形成する仕切り91eから構成されている。冷媒流路91dは冷媒導入口91bと冷媒導出口91cを連通しており、ハウジング91a内で折り返されて配置されている。   On the top plate 84 of the CO shift unit 80, a heat exchanger 91 that performs heat exchange with the CO shift unit 80 to lower the temperature of the CO shift unit 80 is provided in contact therewith. As shown in FIG. 2, the heat exchanger 91 is divided into a housing 91a, a refrigerant introduction port 91b for introducing a refrigerant into the housing 91a, a refrigerant outlet 91c for extracting the refrigerant from the housing 91a, and a housing 91a. Thus, a partition 91e is formed to form a coolant channel 91d through which the coolant flows. The refrigerant flow path 91d communicates with the refrigerant introduction port 91b and the refrigerant outlet port 91c, and is disposed by being folded back within the housing 91a.

冷媒導入口91bには、図1に示すように、図示しない空気供給源と燃焼部50のバーナ本体とを連通する空気供給管93から分岐したバイパス管94aが接続されている。冷媒導出口91cには、空気供給管93に再び合流するバイパス管94bが接続されている。バイパス管94aにはこのバイパス管94aを開閉する冷媒調整手段としての電磁弁92が設けられており、電磁弁92は制御装置95によって開閉されて冷媒の供給量を調整するものである。これにより、電磁弁92が開いているときには、空気供給源から供給された空気の一部がバイパス管94aを通って熱交換器91に供給され、バイパス管94bを通って空気供給管93に再び合流してバーナ本体に供給される。なお、電磁弁92は開閉弁に限らず、流量調整弁で構成するようにしてもよい。この場合にも、電磁弁92は制御装置95の指令によって制御されて冷媒の供給量を調整する。   As shown in FIG. 1, a bypass pipe 94a branched from an air supply pipe 93 that connects an air supply source (not shown) and the burner body of the combustion unit 50 is connected to the refrigerant introduction port 91b. A bypass pipe 94b that joins the air supply pipe 93 again is connected to the refrigerant outlet 91c. The bypass pipe 94a is provided with an electromagnetic valve 92 as refrigerant adjusting means for opening and closing the bypass pipe 94a. The electromagnetic valve 92 is opened and closed by a control device 95 to adjust the supply amount of refrigerant. Thereby, when the electromagnetic valve 92 is open, a part of the air supplied from the air supply source is supplied to the heat exchanger 91 through the bypass pipe 94a, and again to the air supply pipe 93 through the bypass pipe 94b. Merged and supplied to the burner body. The electromagnetic valve 92 is not limited to an on-off valve, and may be a flow rate adjusting valve. Also in this case, the electromagnetic valve 92 is controlled by a command from the control device 95 to adjust the supply amount of the refrigerant.

制御装置95には、図5に示すように、温度センサ80a1、電磁弁92および切替え装置90(後述する)が接続されている。制御装置95は、マイクロコンピュータ(図示省略)を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAMおよびROM(いずれも図示省略)を備えている。CPUは、図6のフローチャートに対応したプログラムを実行して、入力されたCOシフト部80の温度に基づいて冷媒の供給量を調整して同温度を所定範囲内に制御するものであり、ROMは前記プログラムを記憶するものであり、RAMは制御に関する演算値を一時的に記憶するものである。   As shown in FIG. 5, a temperature sensor 80a1, an electromagnetic valve 92, and a switching device 90 (described later) are connected to the control device 95. The control device 95 includes a microcomputer (not shown), and the microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected through a bus. The CPU executes a program corresponding to the flowchart of FIG. 6, adjusts the refrigerant supply amount based on the input temperature of the CO shift unit 80, and controls the temperature within a predetermined range. Is for storing the program, and the RAM is for temporarily storing calculation values relating to control.

上記のように構成した改質装置のCOシフト部80の温度制御を図6のフローチャートに沿って説明する。制御装置95は、改質装置20が起動されると、上記フローチャートに対応したプログラムを所定の短時間毎に実行する。制御装置95は、図2のステップ100にてプログラムの実行を開始する度に、ステップ102にて、COシフト部80の温度Tを検出する。そして、制御装置95は、検出した温度Tに基づいて電磁弁92を開閉制御して冷媒の供給量を調整する。具体的には、検出した温度Tが上限温度Thigh(例えば、220℃)以上であれば、制御装置95は電磁弁92を開いて熱交換器91に冷媒を供給してCOシフト部80を降温する(ステップ104,106)。検出した温度Tが下限温度Tlow(例えば、200℃)以下であれば、制御装置95は電磁弁92を閉じて熱交換器91への冷媒の供給を停止してCOシフト部80を昇温する(ステップ104,110,112)。これにより、COシフト部80の温度が所定範囲(例えば、200〜220℃)内となり、この温度と相関関係にあるCOシフト部80から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定範囲(例えば、0.3〜0.4%)となる。   The temperature control of the CO shift unit 80 of the reformer configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. When the reformer 20 is activated, the control device 95 executes a program corresponding to the above flowchart every predetermined short time. The control device 95 detects the temperature T of the CO shift unit 80 at step 102 every time execution of the program is started at step 100 in FIG. Then, the control device 95 controls the opening and closing of the electromagnetic valve 92 based on the detected temperature T to adjust the refrigerant supply amount. Specifically, if the detected temperature T is equal to or higher than the upper limit temperature Thigh (for example, 220 ° C.), the control device 95 opens the electromagnetic valve 92 and supplies refrigerant to the heat exchanger 91 to lower the temperature of the CO shift unit 80. (Steps 104 and 106). If the detected temperature T is lower than the lower limit temperature Tlow (for example, 200 ° C.), the control device 95 closes the electromagnetic valve 92 and stops the supply of the refrigerant to the heat exchanger 91 to raise the temperature of the CO shift unit 80. (Steps 104, 110, 112). As a result, the temperature of the CO shift unit 80 falls within a predetermined range (for example, 200 to 220 ° C.), and the concentration of carbon monoxide in the reformed gas derived from the CO shift unit 80 correlated with this temperature is within the predetermined range. (For example, 0.3 to 0.4%).

上述のように構成された改質装置の定常運転時には、図1に示すように、蒸発部30に供給された水は、流水路30aにおいて燃焼ガス流路30bを流れる燃焼ガスによって加熱され、CO浄化部40の流水路40aに導出される。CO浄化部40の流水路40aに供給された水(または水蒸気)は、この流水路40aにおいてCOシフト部80から供給されて改質ガス流路40bを流れる改質ガスによって加熱され、冷却部70のマニホールド76に導出される。このとき、水(または水蒸気)には燃料が混合され、冷却部70のマニホールド76には、これらが混合された混合ガスが導出されている。   During steady operation of the reformer configured as described above, as shown in FIG. 1, the water supplied to the evaporation unit 30 is heated by the combustion gas flowing in the combustion gas passage 30b in the flowing water passage 30a, and the CO 2 is supplied. It is led out to the flowing water channel 40a of the purification unit 40. The water (or water vapor) supplied to the water flow path 40a of the CO purification unit 40 is heated by the reformed gas supplied from the CO shift unit 80 and flowing through the reformed gas flow path 40b in the water flow path 40a, and the cooling unit 70. To the manifold 76. At this time, fuel is mixed with water (or water vapor), and a mixed gas in which these are mixed is led to the manifold 76 of the cooling unit 70.

冷却部70においては、導入された混合ガスが上述したように環状マニホールド73へ到達する間に、改質部60から供給されて内筒74内を流れる改質ガスによって加熱され完全に気体化されて、改質部60に導出される。改質部60においては、導入された混合ガスが改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は冷却部70の内筒74に導出される。冷却部70の内筒74内においては、改質ガスが内筒74を通過する間に降温され、COシフト部80に導出される。   In the cooling unit 70, while the introduced mixed gas reaches the annular manifold 73 as described above, it is heated and completely gasified by the reformed gas supplied from the reforming unit 60 and flowing in the inner cylinder 74. And led to the reforming unit 60. In the reforming unit 60, the introduced mixed gas is reformed to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas. At the same time, a so-called carbon monoxide shift reaction occurs in which carbon monoxide generated in the steam reforming reaction reacts with steam to transform into hydrogen gas and carbon dioxide. These generated gases (so-called reformed gas) are led out to the inner cylinder 74 of the cooling unit 70. In the inner cylinder 74 of the cooling unit 70, the temperature of the reformed gas is lowered while passing through the inner cylinder 74 and is led to the CO shift unit 80.

そして、COシフト部80においては、冷却部70から供給された改質ガスがその中に含まれる一酸化炭素を低減されてその濃度が所定範囲となってCO浄化部40の改質ガス流路40bに導出される。このとき、改質ガスには酸化反応用空気が混合され、CO浄化部40の改質ガス流路40bには、これらが混合された混合ガスが導出されている。CO浄化部40の改質ガス流路40bにおいては、混合ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて導出され、燃料電池10の燃料極に供給されている。   In the CO shift unit 80, the reformed gas supplied from the cooling unit 70 reduces the carbon monoxide contained in the reformed gas, and the concentration of the reformed gas reaches a predetermined range. To 40b. At this time, oxidation reaction air is mixed with the reformed gas, and a mixed gas in which these are mixed is led out to the reformed gas flow path 40b of the CO purification unit 40. In the reformed gas flow path 40 b of the CO purification unit 40, the mixed gas is derived by further reducing the carbon monoxide concentration by an oxidation reaction, and is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 10.

また、CO浄化部40と燃料電池10の間には切替え装置90が設けられており、定常運転時にはCO浄化部40を燃料電池10に連通し、起動運転時には一酸化炭素濃度が高い改質ガスを燃料電池10に供給しないようにするためCO浄化部40を燃焼部50のバーナ本体51に連通するように切り替えられている。これにより、起動運転時には、外部からの燃焼用燃料またはCO浄化部40から導出された改質ガスの少なくともどちらか一方がバーナ本体51に供給されて燃焼され、定常運転時には、燃料電池10で未使用の水素ガス(オフガス)がバーナ本体51に供給されて燃焼される。   Further, a switching device 90 is provided between the CO purification unit 40 and the fuel cell 10, and the CO purification unit 40 communicates with the fuel cell 10 during steady operation, and a reformed gas having a high carbon monoxide concentration during start-up operation. In order to prevent the fuel cell 10 from being supplied to the fuel cell 10, the CO purification unit 40 is switched to communicate with the burner body 51 of the combustion unit 50. Thus, at the time of start-up operation, at least one of the combustion fuel from the outside or the reformed gas derived from the CO purification unit 40 is supplied to the burner body 51 and burned. The used hydrogen gas (off-gas) is supplied to the burner body 51 and burned.

上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、COシフト部80から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度は所定範囲内となっており、この一酸化炭素濃度が一定である改質ガスがCO浄化部40に供給される。したがって、CO浄化部40においては、必要以上に酸素を投入することなく一酸化炭素濃度を所定濃度(10ppm以下)に減少させることができ、さらに改質ガス中の水素の酸化反応も余分に行われないため水素濃度も必要最低限の減少に抑制することができる。これにより、無駄な水素の消費がないため、改質装置20の熱効率が低下するのを防止することができる。   As can be understood from the above description, in this embodiment, the carbon monoxide concentration in the reformed gas derived from the CO shift unit 80 is within a predetermined range, and this carbon monoxide concentration is constant. A certain reformed gas is supplied to the CO purification unit 40. Therefore, in the CO purification unit 40, the carbon monoxide concentration can be reduced to a predetermined concentration (10 ppm or less) without introducing oxygen more than necessary, and an extra oxidation reaction of hydrogen in the reformed gas is also performed. Therefore, the hydrogen concentration can be suppressed to the minimum necessary level. Thereby, since there is no useless consumption of hydrogen, it is possible to prevent the thermal efficiency of the reformer 20 from being lowered.

また、COシフト部80の改質ガス導出口81a付近の温度が所定範囲内となるように制御するため、改質ガス導出口81aから離れた場所の温度を所定範囲内とした場合、改質ガスの温度が改質ガス導出口81aに到達するまでの間に変動するのに比べて、導出される改質ガスの温度変動を抑制するので、一酸化炭素濃度が所定範囲から外れることなく改質ガスが導出され、一酸化炭素濃度が一定である改質ガスが確実にCO浄化部40に供給される。   Further, in order to control the temperature in the vicinity of the reformed gas outlet 81a of the CO shift unit 80 to be within a predetermined range, when the temperature at a location away from the reformed gas outlet 81a is within the predetermined range, Compared to the fact that the gas temperature fluctuates before reaching the reformed gas outlet 81a, the temperature fluctuation of the derived reformed gas is suppressed, so that the carbon monoxide concentration is improved without deviating from the predetermined range. The quality gas is derived and the reformed gas having a constant carbon monoxide concentration is reliably supplied to the CO purification unit 40.

また、熱交換器91の冷媒として改質装置20に供給される燃焼空気を採用したため、従来から改質装置に供給されていた液体または気体を利用できるので、これら液体または気体以外を冷媒として採用する場合のコスト高を抑制することができる。また、この冷媒はCOシフト部40によって昇温され予熱されるので、COシフト部40の放熱を有効利用することができる。   Further, since the combustion air supplied to the reformer 20 is adopted as the refrigerant of the heat exchanger 91, the liquid or gas that has been conventionally supplied to the reformer can be used. High cost can be suppressed. Further, since the refrigerant is heated and preheated by the CO shift unit 40, the heat radiation of the CO shift unit 40 can be used effectively.

また、改質装置20の定常運転時に高温となる改質部60、冷却部70およびCOシフト部80が、これらの構成要素より低温となる蒸発部30、CO浄化部40および熱交換器91によって取り囲まれるので、改質部60、冷却部70およびCOシフト部80からの放熱は、蒸発部30、CO浄化部40および熱交換器91によって吸収される。これにより、従来系外に放出されていた熱を蒸発部30、CO浄化部40および熱交換器91にて利用し、改質部60、冷却部70およびCOシフト部80からの放熱を系外に放出するのを防止するので、改質装置20の熱効率を向上させることができる。   Further, the reforming unit 60, the cooling unit 70, and the CO shift unit 80 that are at high temperatures during steady operation of the reforming apparatus 20 are converted by the evaporation unit 30, the CO purification unit 40, and the heat exchanger 91 that are at lower temperatures than these components. Since it is surrounded, the heat radiation from the reforming unit 60, the cooling unit 70 and the CO shift unit 80 is absorbed by the evaporation unit 30, the CO purification unit 40 and the heat exchanger 91. As a result, heat that has been released to the outside of the conventional system is used in the evaporation unit 30, the CO purification unit 40, and the heat exchanger 91, and the heat radiation from the reforming unit 60, the cooling unit 70, and the CO shift unit 80 is out of the system. Therefore, the thermal efficiency of the reformer 20 can be improved.

b)第2の実施の形態
以下、本発明による改質装置の第2の実施の形態を適用した燃料電池システムについて説明する。図7はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。第1の実施の形態と同一の構成部分については同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。
b) Second Embodiment Hereinafter, a fuel cell system to which a second embodiment of the reformer according to the present invention is applied will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing an outline of the fuel cell system. The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different portions are described.

上述した第1の実施の形態においては、熱交換器91に供給する冷媒として燃焼用空気を採用したが、これに代えて、冷媒として燃料を採用するようにしてもよい。この場合、冷媒導入口91bには、図示しない燃料供給源と冷却部70とを連通する燃料供給管96から分岐したバイパス管97aが接続されている。冷媒導出口91cには、燃料供給管96に再び合流するバイパス管97bが接続されている。バイパス管97aにはこのバイパス管97aを開閉する電磁弁92が設けられており、電磁弁92は制御装置95によって開閉されて冷媒の供給量を調整するものである。これにより、電磁弁92が開いているときには、燃料供給源から供給された燃料の一部がバイパス管97aを通って熱交換器91に供給され、バイパス管97bを通って燃料供給管96に再び合流して冷却部70に供給される。   In the first embodiment described above, combustion air is employed as the refrigerant supplied to the heat exchanger 91, but instead of this, fuel may be employed as the refrigerant. In this case, a bypass pipe 97a branched from a fuel supply pipe 96 that connects a fuel supply source (not shown) and the cooling unit 70 is connected to the refrigerant introduction port 91b. A bypass pipe 97b that joins the fuel supply pipe 96 again is connected to the refrigerant outlet 91c. The bypass pipe 97a is provided with an electromagnetic valve 92 that opens and closes the bypass pipe 97a. The electromagnetic valve 92 is opened and closed by a control device 95 to adjust the amount of refrigerant supplied. Thereby, when the solenoid valve 92 is open, a part of the fuel supplied from the fuel supply source is supplied to the heat exchanger 91 through the bypass pipe 97a, and again to the fuel supply pipe 96 through the bypass pipe 97b. It merges and is supplied to the cooling unit 70.

これによっても、熱交換器91の冷媒として改質装置20に供給される燃料を採用したため、従来から改質装置に供給されていた液体または気体を利用できるので、これら液体または気体以外を冷媒として採用する場合のコスト高を抑制することができる。また、この冷媒はCOシフト部40によって昇温され予熱されるので、COシフト部40の放熱を有効利用することができる。   Also by this, since the fuel supplied to the reformer 20 is adopted as the refrigerant of the heat exchanger 91, the liquid or gas that has been conventionally supplied to the reformer can be used. The high cost when adopting can be suppressed. Further, since the refrigerant is heated and preheated by the CO shift unit 40, the heat radiation of the CO shift unit 40 can be used effectively.

なお、熱交換器91に供給する冷媒として改質装置に供給される水を採用してもよい。   In addition, you may employ | adopt the water supplied to a reformer as a refrigerant | coolant supplied to the heat exchanger 91. FIG.

なお、上述した各実施の形態においては、熱交換器91をCOシフト部80の上面に設けるようにしたが、外壁面であれば上面以外の場所例えば外周面に設けるようにしてもよい。   In each of the above-described embodiments, the heat exchanger 91 is provided on the upper surface of the CO shift unit 80. However, the heat exchanger 91 may be provided on a location other than the upper surface, for example, on the outer peripheral surface as long as it is an outer wall surface.

また、上述した各実施の形態においては、冷媒調整手段として電磁弁を採用するようにしたが、これに代えて、ポンプを採用するようにしてもよい。この場合、ポンプの吐出量が制御装置95の指令によって制御されるようにすればよい。   Moreover, in each embodiment mentioned above, although the solenoid valve was employ | adopted as a refrigerant | coolant adjustment means, it may replace with this and may be made to employ | adopt a pump. In this case, the discharge amount of the pump may be controlled by a command from the control device 95.

本発明による改質装置による第1の実施の形態を適用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。1 is a schematic diagram showing an outline of a fuel cell system to which a first embodiment of a reformer according to the present invention is applied. 図1に示す改質装置の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the reformer shown in FIG. 図2の3−3線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2. 図1に示すCOシフト部内の温度と一酸化炭素濃度との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the temperature in the CO shift part shown in FIG. 1, and a carbon monoxide density | concentration. 図1に示す燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system shown in FIG. 図5に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。6 is a flowchart of a control program executed by the control device shown in FIG. 本発明による改質装置による第2の実施の形態を適用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the fuel cell system to which 2nd Embodiment by the reformer by this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池、15…基台、20…改質装置、21…外側一体構造体、21a,22b…受け部、21b,22a…係止部、22…内側一体構造体、30…蒸発部、30a…流水路、30b…燃焼ガス流路、31…外筒、31a…水導入口、32…内筒、32a…燃焼ガス導入口、33…筒状仕切り、34…天板、34a…貫通孔(水導出口)、35…外側底板、36…環状仕切り、36a…燃焼ガス導出口、37…内側底板、38…短筒、39…波状フィン、40…一酸化炭素浄化部(CO浄化部)、40a…流水路、40b…改質ガス流路、40c…触媒、41…外筒、41a…改質ガス導出口、41b…改質ガス導入口、42…内筒、43…筒状仕切り、44…天板、44a…水導出口、45,46…上下環状仕切り板、50…燃焼部、51…バーナ本体、51b…ガス導入口、52…バーナ燃焼部、55…断熱部材、56a,56b…環状流路、60…改質部、60a…触媒、60b…凹部、61…外筒、62…内筒、63…中仕切り、64…底板、65…内側天板、66…環状押さえ板、67…環状仕切り板、67a…開口、70…冷却部、71…円筒ハウジング、72,73…環状マニホールド、74…内筒、75,76…マニホールド、77…熱交換パイプ、77a…フィン、80…一酸化炭素シフト反応部(COシフト部)、80a…触媒、80a1…温度センサ、81…外筒、81a…改質ガス導出口、82…内筒、82a…延長部(改質ガス導入口)、83…底板、84…天板、90…切替え装置、91…熱交換器、92…電磁弁、93…空気供給管、94a,94b,97a,97b…バイパス管、96…燃料供給管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 15 ... Base, 20 ... Reformer, 21 ... Outer integrated structure, 21a, 22b ... Receiving part, 21b, 22a ... Locking part, 22 ... Inner integrated structure, 30 ... Evaporating part, 30a ... Flow channel, 30b ... Combustion gas flow path, 31 ... Outer cylinder, 31a ... Water inlet, 32 ... Inner cylinder, 32a ... Combustion gas inlet, 33 ... Cylindrical partition, 34 ... Top plate, 34a ... Through hole (Water outlet), 35 ... outer bottom plate, 36 ... annular partition, 36a ... combustion gas outlet, 37 ... inner bottom plate, 38 ... short tube, 39 ... corrugated fin, 40 ... carbon monoxide purification unit (CO purification unit) 40a ... Flow channel, 40b ... Reformed gas flow path, 40c ... Catalyst, 41 ... Outer cylinder, 41a ... Reformed gas outlet, 41b ... Reformed gas inlet, 42 ... Inner cylinder, 43 ... Cylindrical partition, 44 ... Top plate, 44a ... Water outlet, 45, 46 ... Upper and lower annular partition plates, 50 ... Combustion , 51 ... burner body, 51b ... gas inlet, 52 ... burner combustion part, 55 ... heat insulating member, 56a, 56b ... annular flow path, 60 ... reforming part, 60a ... catalyst, 60b ... recess, 61 ... outer cylinder, 62 ... Inner cylinder, 63 ... Middle partition, 64 ... Bottom plate, 65 ... Inner top plate, 66 ... Annular retainer plate, 67 ... Annular partition plate, 67a ... Opening, 70 ... Cooling unit, 71 ... Cylindrical housing, 72, 73 ... Annular manifold, 74 ... inner cylinder, 75, 76 ... manifold, 77 ... heat exchange pipe, 77a ... fins, 80 ... carbon monoxide shift reaction part (CO shift part), 80a ... catalyst, 80a1 ... temperature sensor, 81 ... outside Cylinder, 81a ... reformed gas outlet, 82 ... inner cylinder, 82a ... extension (reformed gas inlet), 83 ... bottom plate, 84 ... top plate, 90 ... switching device, 91 ... heat exchanger, 92 ... electromagnetic Valve, 93 ... Air supply pipe, 94 , 94b, 97a, 97b ... the bypass pipe, 96 ... fuel supply pipe.

Claims (4)

供給された燃料と水蒸気との混合ガスから改質ガスを生成して導出する改質部と、該改質部から供給された前記改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素シフト反応部と、該一酸化炭素シフト反応部から供給された前記改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素浄化部とから構成される改質装置において、
前記一酸化炭素シフト反応部に該一酸化炭素シフト反応部との間で熱交換を行って降温させる熱交換器を設け、
該熱交換器に冷媒を供給する冷媒供給手段と
該冷媒供給手段に設けられて前記冷媒の供給量を調整する冷媒調整手段と、
前記一酸化炭素シフト反応部内の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記冷媒調整手段を制御して前記冷媒の供給量を調整する制御手段とをさらに備え、
前記温度検出手段によって検出された温度を所定範囲内となるように前記制御手段によって前記冷媒の供給量を調整することにより、前記一酸化炭素シフト反応部内の温度と相関関係にあり、かつ、前記一酸化炭素シフト反応部から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定範囲内となるように制御することを特徴とする改質装置。
A reforming unit that generates and derives a reformed gas from a mixed gas of supplied fuel and steam, and a carbon monoxide shift reaction that reduces carbon monoxide in the reformed gas supplied from the reforming unit A carbon monoxide purifying unit that further reduces the carbon monoxide in the reformed gas supplied from the carbon monoxide shift reaction unit and supplies the carbon monoxide to the fuel cell.
The carbon monoxide shift reaction unit is provided with a heat exchanger that lowers the temperature by performing heat exchange with the carbon monoxide shift reaction unit,
Refrigerant supply means for supplying refrigerant to the heat exchanger; refrigerant adjustment means provided in the refrigerant supply means for adjusting the supply amount of the refrigerant;
Temperature detecting means for detecting the temperature in the carbon monoxide shift reaction section;
Control means for controlling the refrigerant adjustment means based on the temperature detected by the temperature detection means to adjust the supply amount of the refrigerant;
By adjusting the supply amount of the refrigerant by the control means so that the temperature detected by the temperature detection means is within a predetermined range, there is a correlation with the temperature in the carbon monoxide shift reaction section, and A reformer that controls the concentration of carbon monoxide in the reformed gas derived from the carbon monoxide shift reaction unit to be within a predetermined range.
請求項1において、前記温度検出手段は前記一酸化炭素シフト反応部に設けられた前記改質ガスを導出する改質ガス導出口付近の温度を検出し、前記温度検出手段によって検出された温度を所定範囲内となるように前記制御手段によって前記冷媒の供給量を調整することにより、前記改質ガス導出口付近の温度と相関関係にあり、かつ、前記一酸化炭素シフト反応部から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定範囲内となるように制御することを特徴とする改質装置。   2. The temperature detection unit according to claim 1, wherein the temperature detection unit detects a temperature in the vicinity of a reformed gas outlet port through which the reformed gas is provided in the carbon monoxide shift reaction unit, and detects the temperature detected by the temperature detection unit. By adjusting the supply amount of the refrigerant by the control means so as to be within a predetermined range, it is correlated with the temperature in the vicinity of the reformed gas outlet and is derived from the carbon monoxide shift reaction unit. A reformer that controls the concentration of carbon monoxide in the reformed gas to be within a predetermined range. 請求項1または請求項2において、前記冷媒として前記改質装置に供給される液体または気体を採用したことを特徴とする改質装置。   3. The reformer according to claim 1, wherein a liquid or a gas supplied to the reformer is used as the refrigerant. 請求項1乃至請求項3の何れか一項において、供給された可燃性燃料と燃焼用空気とを燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼ガスを生成する燃焼部と、供給された水を前記燃焼ガスによって加熱し前記水蒸気を生成して前記改質部に供給する蒸発部と、前記改質部から導出された前記改質ガスを前記混合ガスによって降温して導出する冷却部とをさらに備え、前記改質部、冷却部および一酸化炭素シフト反応部を一体化し内側一体構造体を形成し、前記一酸化炭素浄化部および蒸発部を筒状に形成するとともに一体化して外側一体構造体を形成し、前記一酸化炭素シフト反応部が突出するように前記外側一体構造体を前記内側一体構造体に外挿し、前記熱交換器を、前記一酸化炭素シフト反応部の外壁面に取り付けたことを特徴とする改質装置。
4. The combustion part according to claim 1, wherein the supplied combustible fuel and combustion air are burned to generate a combustion gas for heating the reforming part, and the supplied water is An evaporation unit that is heated by the combustion gas to generate the water vapor and supplies the water vapor to the reforming unit; and a cooling unit that lowers the temperature of the reformed gas derived from the reforming unit and derives the mixed gas. The reforming unit, the cooling unit, and the carbon monoxide shift reaction unit are integrated to form an inner integrated structure, and the carbon monoxide purification unit and the evaporation unit are formed into a cylindrical shape and integrated to form an outer integrated structure. The outer integrated structure was extrapolated to the inner integrated structure so that the carbon monoxide shift reaction part protrudes, and the heat exchanger was attached to the outer wall surface of the carbon monoxide shift reaction part Reforming equipment characterized by .
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