JP2006292334A - Catalyst bed heating device, device for producing gas containing hydrogen gas, and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒層昇温装置、およびそれを備えた水素を含むガス製造装置、ならびにそれを備えた例えば家庭用固体高分子形燃料電池などの燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a catalyst layer temperature increasing device, a gas production device including hydrogen provided with the same, and a fuel cell system provided with the same, such as a household polymer electrolyte fuel cell.
図17と図18は、内燃機関に装着される点火装置として従来提案された一例を示す図で(下記特許文献1参照)、図17は点火トーチの正面図、図18は図17の拡大A矢視図である。
17 and 18 are views showing an example of a conventionally proposed ignition device mounted on an internal combustion engine (see
この点火トーチにおいて、主体金具102に絶縁体103が取り付けられ、その絶縁体103の上端側には端子104が、下端側には中心電極105が装着され、両者は導通している。
In this ignition torch, an
また、主体金具102の下端側にはL字状の外側電極106が設けられ、その外側電極106の水平辺部106aは、中心電極105とプラグ軸線上で所定間隔を維持して対向し、両電極105,106の対向面間において放電が行われる。
Further, an L-shaped
図18に示すように放電を容易にするために、中心電極105の外側電極106と対向する面にコ字形の溝107が、外側電極106の中心電極105と対向する面に貫通孔108が、それぞれ形成されている。溝107の幅ならびに長さは貫通孔108の幅ならびに長さと略同寸となっており、貫通孔108の奥側には貫通孔108の幅よりも大きい円形の開口部109が設けられている。
As shown in FIG. 18, in order to facilitate discharge, a
この電極部(高電圧部)とアース部が一体となった点火トーチを燃料電池システムの改質器に内蔵すると、次のような問題を生じる。 If an ignition torch in which this electrode part (high voltage part) and the earth part are integrated is built in a reformer of a fuel cell system, the following problems occur.
後述するように燃料電池システムの改質器には、液体燃料、水蒸気ならびに反応用空気が供給されて、燃焼触媒(改質触媒)の存在下で改質反応が生じ、40%〜50%程度の水素を含む改質ガスが生成する。 As will be described later, the reformer of the fuel cell system is supplied with liquid fuel, water vapor, and reaction air, and a reforming reaction occurs in the presence of a combustion catalyst (reforming catalyst), which is about 40% to 50%. The reformed gas containing hydrogen is generated.
前記燃焼触媒層を所定の温度まで昇温するのに、改質器内に触媒層昇温装置が設けられている。その触媒層昇温装置に点火トーチと保炎器を設置して、例えば都市ガスやLPGなどの燃料と空気または酸素を投入し、点火トーチを放電させて保炎器内で燃料に着火させる。 In order to raise the temperature of the combustion catalyst layer to a predetermined temperature, a catalyst layer temperature raising device is provided in the reformer. An ignition torch and a flame holder are installed in the catalyst layer temperature raising device, and fuel such as city gas or LPG and air or oxygen are introduced, and the ignition torch is discharged to ignite the fuel in the flame holder.
その燃焼熱により燃焼触媒を500℃〜800℃程度に昇温させた後、燃焼場を燃焼触媒層に移行させて燃焼させることで燃焼触媒層を所定の温度まで昇温させるシステムになっている。 After raising the temperature of the combustion catalyst to about 500 ° C. to 800 ° C. by the combustion heat, the combustion catalyst layer is heated to a predetermined temperature by transferring the combustion field to the combustion catalyst layer and burning it. .
前記触媒層昇温装置に前述の点火トーチを設置すると、図19に示すように中心電極105(電極部)と外側電極106(アース部)との距離が短いため、燃料を燃焼した際に発生するカーボンあるいは水分などの導電性物質110が中心電極105や外部電極106の周辺に付着すると短絡し易く、点火トーチの機能が阻害されるという問題がある。
When the above-mentioned ignition torch is installed in the catalyst layer temperature raising device, the distance between the center electrode 105 (electrode part) and the outer electrode 106 (earth part) is short as shown in FIG. If the
この導電性物質の付着による短絡が起き難い構造にするため、図20に示すような触媒層昇温装置が検討されていた。この触媒層昇温装置111は、改質器のケーシング112の側壁にプラグ本体113がセラミック製ねじなどの電気絶縁性を有する取り付け手段114により水平方向に取り付け・固定されている。
In order to make a structure in which short-circuiting due to adhesion of the conductive material does not easily occur, a catalyst layer temperature increasing device as shown in FIG. 20 has been studied. In this catalyst layer temperature raising device 111, a plug
プラグ本体113の先端部には、放電部以外の所を絶縁碍子115で覆った電極部116が設けられている。この電極部116とは別体のアース部117が電極部116から離れた所に設置されている。
At the tip of the
前記プラグ本体113の下方には、円筒形をして周壁の上部側に多数の孔118を開設した保炎器119が設置され、この保炎器119には、例えば都市ガスやLPGなどのガス燃料120を供給する燃料供給管121と、空気(または酸素)122を供給する空気供給管123が接続されている。
Below the
前記プラグ本体113の上方には燃焼触媒層124が設置され、この燃焼触媒層124と保炎器119の間が燃焼室125となっている。従ってこの燃焼室125内に、電極部116とアース部117が配置されている。
A
ガス燃料120と空気122が所定の割合で保炎器119内に供給されると混合され、その混合ガス126が保炎器119の各孔118から燃焼室125内に噴出される。一方、電極部116に高電圧を印加することにより、アース部117との間で花火放電127が発生し、それによって混合ガス126に着火する。この着火により順次供給するガス燃料120が燃焼室125で燃焼し、その燃焼熱で燃焼触媒層124が昇温する。
この触媒層昇温装置111は電極部116とアース部117は独立して離れているため、導電性物質の付着による短絡は起き難い構造であるが、燃焼室125での燃焼によりケーシング112が熱変形することがある。
The catalyst layer heating device 111 has a structure in which the
図21は、ケーシング112が変形した場合を示す図である。ケーシング112にはプラグ本体113が取り付けられているため、ケーシング112の変形に伴って電極部116とアース部117との距離Lが変化する場合があり、そのために放電が困難となり、点火性能が不安定となる。このような状態になると、結局、改質反応が安定して行われず、水素を含むガスの製造ならびに燃料電池システムの信頼性が低下する。
FIG. 21 is a diagram illustrating a case where the
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、花火放電が常に安定して行われ、信頼性の高い触媒層昇温装置および水素を含むガス製造装置ならびに燃料電池システムを提供することをことにある。 An object of the present invention is to provide a highly reliable catalyst layer temperature increasing device, a gas production device containing hydrogen, and a fuel cell system in which the disadvantages of the prior art are solved and fireworks discharge is always stably performed. There is a thing in that.
前記目的を達成するため本発明の第1の手段は、燃焼室を有するケーシングと、前記燃焼室に臨む部材に取り付けられて前記燃焼室内に配置された電極部と、前記燃焼室内に配置されて前記電極部とは離して設けられたアース部と、前記燃焼室内に燃料ならびに空気或いは酸素を供給する手段と、前記燃焼室内に配置された触媒層とを備え、
前記電極部に高電圧を印加して前記アース部との間に花火放電を発生させて、供給された前記燃料に着火して燃焼し、その燃焼熱で前記触媒層を昇温する触媒層昇温装置を対象とするものである。
In order to achieve the above object, a first means of the present invention includes a casing having a combustion chamber, an electrode portion attached to a member facing the combustion chamber and disposed in the combustion chamber, and disposed in the combustion chamber. An earth portion provided apart from the electrode portion; means for supplying fuel and air or oxygen into the combustion chamber; and a catalyst layer disposed in the combustion chamber;
A high voltage is applied to the electrode portion to generate a pyrotechnic discharge between the ground portion and the supplied fuel to ignite and burn, and the catalyst layer is heated by the combustion heat to raise the catalyst layer. It is intended for temperature devices.
そして前記電極部からの花火放電を受けるために内側に向けて凹状の内面を有する受け部を前記アース部に設け、前記電極部の先端部を前記受け部の内側に臨むように配置して、電極部の先端部から前記受け部の各内面までの距離をほぼ同一にしたことを特徴とするものである。 And in order to receive the fireworks discharge from the electrode portion, a receiving portion having a concave inner surface toward the inside is provided in the ground portion, and the tip portion of the electrode portion is arranged so as to face the inside of the receiving portion, The distance from the tip part of the electrode part to each inner surface of the receiving part is made substantially the same.
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記受け部に放電点となるエッジ部が多数設けられていることを特徴とするものである。 According to a second means of the present invention, in the first means, the receiving portion is provided with a large number of edge portions serving as discharge points.
本発明の第3の手段は前記第2の手段において、前記エッジ部が前記受け部に設けられた多数の透孔、スリットあるいは切り込みによって形成されていることを特徴とするものである。 According to a third means of the present invention, in the second means, the edge portion is formed by a large number of through holes, slits or cuts provided in the receiving portion.
本発明の第4の手段は前記第1の手段において、前記受け部の内面に複数の突起部を設け、前記電極部の先端部から前記各突起部までの間の距離がほぼ同一であることを特徴とする者である。 According to a fourth means of the present invention, in the first means, a plurality of protrusions are provided on the inner surface of the receiving part, and the distances from the tip part of the electrode part to the protrusions are substantially the same. The person who is characterized by.
本発明の第5の手段は前記触媒層昇温装置において、前記電極部からの花火放電を受ける平面状の受け部を前記アース部に設け、その受け部の前記電極部と対向する側に、前記電極部の先端部からの距離がほぼ同一になるように複数の突起部を設置したことを特徴とするものである。 According to a fifth means of the present invention, in the catalyst layer temperature increasing device, a planar receiving portion that receives fireworks discharge from the electrode portion is provided in the ground portion, and on the side of the receiving portion that faces the electrode portion, A plurality of protrusions are provided so that the distance from the tip of the electrode portion is substantially the same.
本発明の第6の手段は前記触媒層昇温装置において、前記電極部からの花火放電を受ける受け部を前記アース部に設け、その受け部は電極部側に向けて放射状に配置されて前記電極部の先端部からの距離がほぼ同じ複数の突起部を有していることを特徴とするものである。 According to a sixth means of the present invention, in the catalyst layer temperature increasing device, a receiving part for receiving fireworks discharge from the electrode part is provided in the ground part, and the receiving part is arranged radially toward the electrode part side, and A plurality of protrusions having substantially the same distance from the tip of the electrode part are provided.
本発明の第7の手段は前記触媒層昇温装置において、前記電極部からの花火放電を受ける受け部を前記アース部に設け、その受け部は電極部側に向けて複数の段差部を有し、前記電極部の先端部からの各段差部までの距離がほぼ同じであることを特徴とするものである。 According to a seventh means of the present invention, in the catalyst layer temperature increasing device, a receiving part for receiving fireworks discharge from the electrode part is provided in the ground part, and the receiving part has a plurality of step parts toward the electrode part side. However, the distance from the tip of the electrode portion to each stepped portion is substantially the same.
本発明の第8の手段は前記触媒層昇温装置において、前記アース部の先端部からの距離がほぼ同じ複数の突起部を前記電極部の先端部に設けたことを特徴とするものである。 The eighth means of the present invention is characterized in that, in the catalyst layer temperature increasing device, a plurality of protrusions having substantially the same distance from the tip of the ground portion are provided at the tip of the electrode portion. .
本発明の第9の手段は前記第1ないし第8の手段において、前記燃焼室に臨む部材がケーシングであることを特徴とするものである。 According to a ninth means of the present invention, in the first to eighth means, the member facing the combustion chamber is a casing.
本発明の第10の手段は、触媒層昇温装置と、その触媒層昇温装置に水素を含むガスを製造するための原料ガスを供給する手段を備え、前記触媒層昇温装置で触媒層を所定の温度まで昇温して、その触媒層に前記原料ガスを供給して改質反応により水素を含むガスを製造する装置において、前記触媒層昇温装置が前記第1ないし第9の手段の触媒層昇温装置であることを特徴とするものである。 The tenth means of the present invention comprises a catalyst layer temperature raising device and means for supplying a raw material gas for producing a gas containing hydrogen to the catalyst layer temperature raising device, In the apparatus for producing a gas containing hydrogen by a reforming reaction by raising the temperature to a predetermined temperature and supplying the raw material gas to the catalyst layer, the catalyst layer raising device comprises the first to ninth means. This is a catalyst layer temperature raising apparatus.
本発明の第11の手段において、水素を含むガスを製造する装置と、そのガス製造装置で製造された水素を含むガスを導入するアノードと空気または酸素を導入するカソードとを有する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、前記ガス製造装置が前記第10の手段のガス製造装置であることを特徴とするものである。 The eleventh means of the present invention comprises a fuel cell having an apparatus for producing a gas containing hydrogen, an anode for introducing a gas containing hydrogen produced by the gas producing apparatus, and a cathode for introducing air or oxygen. In the fuel cell system, the gas manufacturing apparatus is the gas manufacturing apparatus of the tenth means.
本発明は前述のように、電極部とアース部が独立して離れた構造になっているため、燃焼時に発生するカーボンあるいは水分等の導電性物質の付着があっても、両極間が短絡し難い装置となる。 As described above, the present invention has a structure in which the electrode part and the ground part are separated from each other independently, so that even if there is adhesion of a conductive substance such as carbon or moisture generated during combustion, the two electrodes are short-circuited. It becomes a difficult device.
また、燃焼室内の温度変化に伴う熱変形により電極部が傾いた場合でも、電極部とアース部との距離を放電可能な範囲内で維持できるため、放電性の安定化が図れ、確実に着火が行える。 In addition, even when the electrode part is tilted due to thermal deformation accompanying temperature changes in the combustion chamber, the distance between the electrode part and the ground part can be maintained within the dischargeable range, so that the discharge performance can be stabilized and ignition can be ensured. Can be done.
このようなことから動作信頼性に優れた触媒層昇温装置、ガス製造装置ならびに燃料電池システムを提供することができる。 For this reason, it is possible to provide a catalyst layer temperature raising device, a gas production device, and a fuel cell system that are excellent in operation reliability.
以下、本発明の実施形態について図面とともに説明する。図1は第1の実施形態に係る改質器における点火トーチを備えた触媒層昇温装置の概略構成図、図2はその昇温装置に用いるアース部の拡大正面図、図3はその昇温装置に用いる保炎器の拡大斜視図、図4はその改質器を備えた固体高分子形燃料電池システムの系統図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a catalyst layer temperature raising device provided with an ignition torch in the reformer according to the first embodiment, FIG. 2 is an enlarged front view of an earthing portion used in the temperature raising device, and FIG. FIG. 4 is a system diagram of a polymer electrolyte fuel cell system equipped with the reformer.
まず、図4を用いて本発明の実施形態に係る部分酸化水蒸気改質式固体高分子型燃料電池システムの全体の系統について説明する。 First, the entire system of the partially oxidized steam reforming solid polymer fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
燃料タンク51に貯留されている例えば液化石油ガス、ナフサ、灯油、軽油、ジメチルエーテルなどの液体燃料52が燃料供給管53から燃料供給ポンプ54、燃料遮断弁55を通って改質器56に供給される。
改質器56に供給された液体燃料52は、同時に供給された水蒸気57や反応用空気(オートサーマル式改質器の場合)58と下記の改質反応を起して、水素リッチな改質ガスを生成する。
The
CmHn+(2m+1/2n)O2⇒CO2+1/2H2O [燃焼反応]
CmH(2m+2)+mH2O⇔mCO+(2m+1)H2 [改質反応]
CO+H2O⇒CO2+H2 [CO転化反応]
生成した改質ガスの組成例を示せば、次の通りである。
H2:40%〜50% CO2:10%〜25%
CO:5%〜15% N2:25%〜35%
CH4:0.5%〜3%
このように改質ガス中にCO(一酸化炭素)が含まれており、この改質ガスをそのまま燃料電池59のアノード60に供給すると、電極に担持している貴金属系触媒に悪影響をおよぼす。
C m H n + (2m + 1 / 2n)
C m H (2m + 2) + mH 2 O⇔mCO + (2m + 1) H 2 [ reforming reaction]
CO + H 2 O => CO 2 + H 2 [CO conversion reaction]
An example of the composition of the generated reformed gas is as follows.
H 2: 40% ~50% CO 2: 10% ~25%
CO: 5% to 15% N 2 : 25% to 35%
CH 4: 0.5% ~3%
Thus, the reformed gas contains CO (carbon monoxide), and if this reformed gas is supplied as it is to the anode 60 of the fuel cell 59, it will adversely affect the noble metal catalyst supported on the electrode.
そのためCO転化器61の触媒上で残存水蒸気とのCO転化反応を行い、さらに選択酸化空気62と混合した後にCO選択酸化器63の触媒上でCOの選択的酸化反応を行い、許容濃度(約10ppm以下)までCO濃度を下げる。
Therefore, a CO conversion reaction with the remaining steam is performed on the catalyst of the CO converter 61, and further, after being mixed with the
この低CO濃度改質ガスを燃料電池59のアノード60に供給し、一方、カソード64にはカソード空気65を供給して、高分子電解膜66を介してアノード60とカソード64の間で電気化学反応が生じて、電力を発生する。電解膜66は電気化学反応に伴って発熱するため冷却水67が供給され、それによって温水68が得られて施設などへ給湯される。
This low CO concentration reformed gas is supplied to the anode 60 of the fuel cell 59, while the
アノード60で反応する水素量は供給した改質ガス中の水素の70%〜80%程度であり、未反応の水素を含んだガスは燃料電池59から排出される。排出されたアノード排ガス69は燃焼器70に導入され、燃焼用空気71の供給で燃焼し、生成した燃焼ガス72が燃焼器70から排出される。
The amount of hydrogen reacted at the anode 60 is about 70% to 80% of the hydrogen in the supplied reformed gas, and the gas containing unreacted hydrogen is discharged from the fuel cell 59. The discharged
この燃焼器70には水73と反応用空気58が供給され、燃焼器70内で発生した熱により水73は水蒸気57となって改質器56に供給され、一方、反応用空気58は予熱されて改質器56に供給されて、発電効率の向上に寄与する。
燃料電池59に供給されたカソード空気65のうち未反応のものは、排空気74として燃料電池59から排出される。燃料電池59で発生した電力はインバータ75により交流電力76として取り出され、電力供給先に送られる。
前記改質器56内の所定位置には触媒層昇温装置77が設置されており、その概略構成を図1ないし図3とともに説明する。
A catalyst layer
図1に示すようにケーシング10の一方の側壁に点火トーチのプラグ本体5が、例えばセラミック製ねじなどの電気絶縁性を有する取り付け手段7により水平方向に片持ち状に固定されている。
As shown in FIG. 1, a
プラグ本体5の先端部側に、放電部分以外を絶縁碍子2で覆った電極部1が設けられている。この電極部1とは別体になって、離れた位置にアース部3が垂直方向に立設されている。
On the tip end side of the plug
アース部3は例えばステンレス鋼、インコイル、インコネルなどのように耐熱性に優れた金属から構成され、電極1と対向して花火放電を受ける受け部8と、それを支持する支持部4とから構成されている。
The
本実施形態の場合、前記受け部8は内側に凹状の曲面を有する椀形(半球形)に成形されて、その受け部8の内側に臨むように電極部1の先端部が配置され、受け部8の内周曲面が電極部1の先端からほぼ同一距離となるように、受け部8の曲率半径、アース部3の高さならびに設置位置が設定されている。本実施形態の場合、電極部1の先端部と受け部8の内面との距離は、0.3cm〜1.0cm程度に調整されている。
In the case of the present embodiment, the receiving
本実施形態の場合、図1ならびに図2に示すように受け部8のほぼ全体にわたって多数の透孔14が形成されている。このように受け部8を多孔板にすることにより、各透孔14の周縁エッジ部が放電点となるので、放電の安定性が確保できる。本実施形態では透孔14を形成したが、その代わりに縦形、横形あるいは斜めの多数のスリットまたは切り込みを形成してもよい。
In the case of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a large number of through
このように点火トーチは、電極部1を有するプラグ本体5と、それとは別体のアース部3とから構成されている。点火トーチの下方に保炎器11が設置され、点火トーチの上方に燃焼触媒層12が設置されている。保炎器11と燃焼触媒層12の間が燃焼室9となり、その燃焼室9内に前記点火トーチが設置されている。
As described above, the ignition torch includes the
保炎器11は図3に示すように円筒状あるいは角筒状をして、その両端の開口部は塞がれて、上部に貫通した孔13が複数列設けられている。保炎器11の一方の端部には、都市ガスやLPGなどのガス燃料15を供給する燃料供給管16と、空気(或いは酸素)17を供給する空気供給管18が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
供給管16,18により保炎器11内に所定の割合で供給されたガス燃料15と空気(あるいは酸素)は直ちに混合され、その混合ガス19が孔13から燃焼室9内に噴射される。
The
一方、点火トーチの電極部1には例えば15kV程度の高電圧が印加され、それによってアース部3の受け部8との間で花火放電6が生じ、前記混合ガス19に着火する。この着火により順次供給される混合ガス19が燃焼し、その燃焼熱により燃焼触媒層12を500℃〜800℃に昇温させた後、燃焼場を燃焼触媒層12に移行させて燃焼させることにより、燃焼触媒層12が更に昇温する。
On the other hand, a high voltage of, for example, about 15 kV is applied to the
このようにして燃焼触媒層12を所定の温度条件まで高めてから、図4で示したように液体燃料52、水蒸気57、反応用空気58などを改質器56に供給して改質反応を行い、水素を含む改質ガスを製造する。
After raising the
改質ガスを長時間連続して製造していると燃焼室9の内部は次第に温度が上がり、その熱的な影響でケーシング10の取り付け手段7付近にも多少の歪(変形)21が生じる。
When the reformed gas is produced continuously for a long time, the temperature inside the
そのために電極部1が図5のように図1の状態から上方(あるいは下方)に傾いた場合でも、椀状(半球状)の受け部8を設置しているため、アース部3との放電距離は実質的に変化しないかあるいは変化しても少ない。従って安定した花火放電6が常に確保できる。また他の実施形態でも同様であるが、受け部8により広い放電面積を確保することができ、そのため放電が容易で安定している。
Therefore, even when the
図6は、本発明の第2の実施形態に係る触媒層昇温装置の概略構成図である。前記第1の実施形態と相違する点は、孔14が形成されていない受け部8を用いた点である。このように孔14のない受け部8を用いても影響のない程度の放電性能が得られることが確認されている。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a catalyst layer temperature raising apparatus according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the receiving
また、孔14が形成されていない受け部8の内面にプレス加工などにより電極部1側に向けて突出した凸部を形成するか、あるいは受け面8に電極部1側に向けて多数の切り起し片を設けて、放電の安定性を図ることもできる。
Further, a convex portion that protrudes toward the
図7ならびに図8は、本発明の第3の実施形態に係る触媒層昇温装置の概略構成図である。前記第2の実施形態と相違する点は、椀形(半球形)をした受け部8の内面に多数のほぼ同じ長さを有する突起部20a〜20eが受け部8の内面に沿って立設され、各突起部20a〜20eの先端部は電極部1の方を向いている。
7 and 8 are schematic configuration diagrams of a catalyst layer temperature raising apparatus according to the third embodiment of the present invention. The difference from the second embodiment is that a large number of
従って電極部1の先端部と各突起部20a〜20eの先端部の距離は等しく保たれている。そのため図8に示すように、ケーシング10の取り付け手段7付近に歪(変形)21が生じて、電極部1が上方(あるいは下方)に傾いた場合、突起部20a〜20eのうちの最も近い突起部20bに向けて花火放電6が発生する。
Therefore, the distance between the tip of the
図9ならびに図10は、本発明の第4の実施形態に係る触媒層昇温装置の概略構成図である。本実施形態の場合、受け部8がフラットで、その片面に電極部1側へ向けて突出した多数の突起部20a〜20eが設けられている。この突起部20a〜20eは、図9に示すように水平状態にある電極部1に最も近い中央の突起部20cが最も短く、それから上,下方向に行くに従って徐々に長くなっており、それらが電極部1の先端部から見てほぼ同一の距離になるように、各突起部20a〜20eの長さならびに設置位置などが設定されている。
9 and 10 are schematic configuration diagrams of a catalyst layer temperature raising apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, the receiving
そのため図10に示すように、ケーシング10の取り付け部7付近に歪(変形)21が生じて、電極部1が上方(あるいは下方)に傾いた場合、突起部20a〜20eのうちの最も近い突起部20bに向けて花火放電6が発生する。この実施形態において受け部8は平板で構成されるため、製作が容易である。
Therefore, as shown in FIG. 10, when a distortion (deformation) 21 occurs in the vicinity of the
図11ならびに図12は、本発明の第5の実施形態に係る触媒層昇温装置の概略構成図である。本実施形態の場合、受け部8の一個所から電極部1側に向けて多数の突起部20a〜20eが放射状に延びている。この突起部20a〜20eは、図11に示すように水平状態にある電極部1に最も近い中心の突起部20cが最も短く、それから上,下方向に行くに従って徐々に長くなっており、それらが電極部1の先端部から見てほぼ同一の距離になるように、各突起部20a〜20eの長さならびに方向が設定されている。
FIG. 11 and FIG. 12 are schematic configuration diagrams of a catalyst layer temperature raising apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, a large number of
そのため図12に示すように、ケーシング10の取り付け部7付近に歪(変形)21が生じ、電極部1が上方(あるいは下方)に傾いた場合、突起部20a〜20eのうちの最も近い突起部20bに向けて花火放電6が発生する。
Therefore, as shown in FIG. 12, when the distortion (deformation) 21 occurs in the vicinity of the
本実施形態の場合、全ての突起部20a〜20eを一個所でまとめて溶接・固定しているため、突起部20a〜20eの溶接作業量が低減できる。
In the case of this embodiment, since all the
前記第3ないし第5の実施形態において、突起部20a〜20eは板状のものでもピン状のものであっても構わない。またこれらの実施形態において、支持部4と受け部8は連続した1枚の板状のものでも構わない。
In the third to fifth embodiments, the
図13ならびに図14は、本発明の第6の実施形態に係る触媒層昇温装置の概略構成図である。本実施形態の場合、受け部8は中実状をしており、それの電極部1と対向する側が中央部が低くなるように凹んでおり、それによって複数の段差部(エッジ部)22a〜22fが形成されている。
13 and 14 are schematic configuration diagrams of a catalyst layer temperature raising apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, the receiving
図13に示すように、水平状態にある電極部1に最も近い中央部の段差部22c,22dから上,下方向に他の段差部22a,22b,22e,22fが階段状に設けられて、各段差部22a〜22fが点線で示すように電極部1の先端部から見てほぼ同一の距離になるように、各段差部22a〜22fの高さならびに位置が設定されている。
As shown in FIG. 13,
そのため図14に示すように、ケーシング10の取り付け部7付近に歪(変形)
21が生じ、電極部1が上方(あるいは下方)に傾いた場合、段差部22a〜22fのうちの最も近い段差部22bに向けて花火放電6が発生する。
Therefore, as shown in FIG. 14, distortion (deformation) occurs near the
21 occurs and the
本実施形態では中実状の受け部8を用いたが、電極部1の先端部から見てほぼ同一の距離になるように、各段差部22a〜22fを形成した板材の受け部8を用いることもできる。
In the present embodiment, the
図15ならびに図16は、本発明の第7の実施形態に係る触媒層昇温装置の概略構成図である。本実施形態の場合、アース部3はピン状をして、垂直方向に立設している。一方、電極部1の先端部には、アース部3側に向けてピン状あるいは平板状の突起部23a,23bが複数放射状に設置されている。
15 and 16 are schematic configuration diagrams of a catalyst layer temperature raising apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. In the case of this embodiment, the
この突起部23a,23bは図15に示すように、アース3の先端部から見てほぼ同一の距離になるように設けられている。そのため図16に示すように、ケーシング10の取り付け部7付近に歪(変形)21が生じ、電極部1が上方(あるいは下方)に傾いた場合、突起部23a,23bのうちの最も近い突起部23bとアース部3の間で花火放電6が発生する。
As shown in FIG. 15, the
前記実施形態では燃焼触媒層を昇温する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の触媒層の昇温にも適用可能である。 Although the case where the temperature of the combustion catalyst layer is raised has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and can be applied to the temperature rise of other catalyst layers.
また前記実施形態では水素含有ガスを燃料電池システムに用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の技術分野にも適用可能である。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where hydrogen containing gas was used for a fuel cell system, this invention is not limited to this, It is applicable also to another technical field.
1:電極部、2:絶縁碍子、3:アース部、4:支持部、5:プラグ本体、6:火花放電、7:取り付け手段、8:受け部、9:燃焼室、10:ケーシング、11:保炎器、12:燃焼触媒層、13:孔、14:透孔、15:ガス燃料、16:燃料供給管、17:空気、18:空気供給管、19:混合ガス、20a〜20e:突起部、21:歪、22a〜22e:段差部、23a,23b:突起部、51:燃料タンク、52:液体燃料、53:燃料供給管、54:燃料供給ポンプ、55:燃料遮断弁、56:改質器、57:水蒸気、58:反応用空気、59:燃料電池、60:アノード、61:CO転化器、62:選択酸化空気、63:CO選択酸化器、64:カソード、65:カソード空気、66:電解層、67:冷却水、68:温水、69:アノード排ガス、70:燃焼器、71:燃焼用空気、72:燃焼ガス、73:水、74:排空気、75:インバータ、76:交流電力、77:触媒層昇温装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Electrode part, 2: Insulator, 3: Ground part, 4: Support part, 5: Plug main body, 6: Spark discharge, 7: Attachment means, 8: Receiving part, 9: Combustion chamber, 10: Casing, 11 : Flame holder, 12: Combustion catalyst layer, 13: Hole, 14: Through hole, 15: Gas fuel, 16: Fuel supply pipe, 17: Air, 18: Air supply pipe, 19: Mixed gas, 20a to 20e: Projection, 21: Strain, 22a-22e: Step, 23a, 23b: Projection, 51: Fuel tank, 52: Liquid fuel, 53: Fuel supply pipe, 54: Fuel supply pump, 55: Fuel cutoff valve, 56 : Reformer, 57: steam, 58: air for reaction, 59: fuel cell, 60: anode, 61: CO converter, 62: selective oxidation air, 63: CO selective oxidizer, 64: cathode, 65: cathode Air, 66: Electrolytic layer, 67: Cooling water, 68: Hot water, 6 : Anode exhaust gas, 70: combustor 71: combustion air, 72: combustion gases 73: water, 74: exhaust air, 75: inverter, 76: AC power, 77: catalyst SoNoboru temperature apparatus.
Claims (11)
前記電極部に高電圧を印加して前記アース部との間に花火放電を発生させて、供給された前記燃料に着火して燃焼し、その燃焼熱で前記触媒層を昇温する触媒層昇温装置において、
前記電極部からの花火放電を受けるために内側に向けて凹状の内面を有する受け部を前記アース部に設け、前記電極部の先端部を前記受け部の内側に臨むように配置して、電極部の先端部から前記受け部の各内面までの距離をほぼ同一にしたことを特徴とする触媒層昇温装置。 A casing having a combustion chamber; an electrode portion mounted on a member facing the combustion chamber and disposed in the combustion chamber; a grounding portion disposed in the combustion chamber and provided apart from the electrode portion; Means for supplying fuel and air or oxygen toward the electrode part and the ground part, and a catalyst layer disposed in the combustion chamber,
A high voltage is applied to the electrode portion to generate a pyrotechnic discharge between the ground portion and the supplied fuel to ignite and burn, and the catalyst layer is heated by the combustion heat to raise the catalyst layer. In the temperature device,
In order to receive the firework discharge from the electrode part, a receiving part having a concave inner surface is provided in the ground part, and the tip part of the electrode part is arranged so as to face the inner side of the receiving part, The catalyst layer temperature increasing device characterized in that the distance from the front end of each part to each inner surface of the receiving part is substantially the same.
前記電極部に高電圧を印加して前記アース部との間に花火放電を発生させて、供給された燃料に着火して燃料を燃焼し、その燃焼熱で前記触媒層を昇温する触媒層昇温装置において、
前記電極部からの花火放電を受ける平面状の受け部を前記アース部に設け、その受け部の前記電極部と対向する側に、前記電極部の先端部からの距離がほぼ同一になるように複数の突起部を設置したことを特徴とする触媒層昇温装置。 A casing having a combustion chamber; an electrode portion mounted on a member facing the combustion chamber and disposed in the combustion chamber; a grounding portion disposed in the combustion chamber and provided apart from the electrode portion; Means for supplying fuel and air or oxygen toward the electrode part and the ground part, and a catalyst layer disposed in the combustion chamber,
A catalyst layer that applies a high voltage to the electrode portion to generate a firework discharge between the electrode portion, ignites the supplied fuel, burns the fuel, and heats the catalyst layer with the combustion heat In the temperature riser,
A flat receiving part for receiving fireworks discharge from the electrode part is provided in the ground part, and the distance from the tip part of the electrode part is substantially the same on the side of the receiving part facing the electrode part. A catalyst layer temperature increasing device, comprising a plurality of protrusions.
前記電極部に高電圧を印加して前記アース部との間に花火放電を発生させて、供給された燃料に着火して燃料を燃焼して、その燃焼熱で前記触媒層を昇温する触媒層昇温装置において、
前記電極部からの花火放電を受ける受け部をアース部に設け、その受け部は電極部側に向けて放射状に配置されて前記電極部の先端部からの距離がほぼ同じ複数の突起部を有することを特徴とする触媒層昇温装置。 A casing having a combustion chamber; an electrode portion mounted on a member facing the combustion chamber and disposed in the combustion chamber; a grounding portion disposed in the combustion chamber and provided apart from the electrode portion; Means for supplying fuel and air or oxygen toward the electrode part and the ground part, and a catalyst layer disposed in the combustion chamber,
A catalyst that applies a high voltage to the electrode portion to generate a firework discharge between the electrode portion, ignites the supplied fuel, burns the fuel, and heats the catalyst layer with the combustion heat In the layer heating device,
A receiving part for receiving fireworks discharge from the electrode part is provided in the ground part, and the receiving part is arranged radially toward the electrode part side, and has a plurality of protrusions having substantially the same distance from the tip part of the electrode part. A catalyst layer heating apparatus characterized by the above.
前記電極部に高電圧を印加して、前記アース部との間に花火放電を発生させて、供給された燃料に着火して燃料を燃焼して、その燃焼熱で前記触媒層を昇温する触媒層昇温装置において、
前記電極部からの花火放電を受ける受け部を前記アース部に設け、その受け部は電極部側に向けて複数の段差部を有し、前記電極部の先端部からの各段差部までの距離がほぼ同じであることを特徴とする触媒層昇温装置。 A casing having a combustion chamber; an electrode portion mounted on a member facing the combustion chamber and disposed in the combustion chamber; a grounding portion disposed in the combustion chamber and provided apart from the electrode portion; Means for supplying fuel and air or oxygen toward the electrode and the ground portion, and a catalyst layer disposed in the combustion chamber,
A high voltage is applied to the electrode part to generate a firework discharge between the electrode part, the supplied fuel is ignited to burn the fuel, and the temperature of the catalyst layer is increased by the combustion heat. In the catalyst layer heating device,
A receiving part for receiving fireworks discharge from the electrode part is provided in the ground part, and the receiving part has a plurality of step parts toward the electrode part side, and the distance from the tip part of the electrode part to each step part. Are substantially the same, a catalyst layer temperature increasing device.
前記電極部に高電圧を印加して,前記アース部との間に花火放電を発生させて、供給された燃料に着火して燃料を燃焼して、その燃焼熱で前記触媒層を昇温する触媒層昇温装置において、
前記アース部の先端部からの距離がほぼ同じ複数の突起部を前記電極部の先端部に設けたことを特徴とする触媒層昇温装置。 A casing having a combustion chamber; an electrode portion mounted on a member facing the combustion chamber and disposed in the combustion chamber; a grounding portion disposed in the combustion chamber and provided apart from the electrode portion; Means for supplying fuel and air or oxygen toward the electrode part and the ground part, and a catalyst layer disposed in the combustion chamber,
A high voltage is applied to the electrode part to generate a firework discharge between the electrode part, ignite the supplied fuel, burn the fuel, and heat the catalyst layer with the combustion heat In the catalyst layer heating device,
A catalyst layer temperature increasing device, wherein a plurality of protrusions having substantially the same distance from the tip of the ground part are provided at the tip of the electrode part.
前記触媒層昇温装置で触媒層を所定の温度まで昇温して、その触媒層に前記原料ガスを供給して改質反応により水素を含むガスを製造する装置において、
前記触媒層昇温装置が前記請求項1ないし9のいずれか1項記載の触媒層昇温装置であることを特徴とする水素を含むガス製造装置。 A catalyst layer heating device, and means for supplying a raw material gas for producing a gas containing hydrogen to the catalyst layer in the catalyst layer heating device,
In the apparatus for heating the catalyst layer to a predetermined temperature with the catalyst layer heating device, supplying the raw material gas to the catalyst layer and producing a gas containing hydrogen by a reforming reaction,
A gas production apparatus containing hydrogen, wherein the catalyst layer temperature increasing device is the catalyst layer temperature increasing device according to any one of claims 1 to 9.
前記ガス製造装置が前記請求項10記載のガス製造装置であることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system comprising a gas production device for producing a gas containing hydrogen, and a fuel cell having an anode for introducing a gas containing hydrogen produced by the gas production device and a cathode for introducing air or oxygen,
The fuel cell system according to claim 10, wherein the gas production device is the gas production device according to claim 10.
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